Membangun sebuah proyek konstruksi tentu membutuhkan berbagai jenis material yang kompleks, mulai dari batu, semen, besi dan sebagainya.
Jenis-jenis material secara umum untuk proyek konstruksi bisa dibagi menjadi 4 kelompok, yaitu:
- Concrete: campuran material pasir, air dan bahan pengikat(misalnya: semen, batu kapur). Bahasa Jawanya ‘Loloh’. Bila difungsikan untuk cor-coran biasanya ditambah dengan bebatuan kecil (seperti: gravel) yang kemudian diaduk dan digunakan, sehingga nantinya akan mengering menjadi keras, disebut juga 'beton'. Beton termasuk kelompok concrete
- Kayu - berbagai jenis material dari bahan kayu digunakan, misalnya untuk: bekisting, pintu, rangka atap dll.
- Batu - kelompok material yang digunakan untuk pondasi dan dinding, misalnya: batu kali, batu bata, batu pasang, bata ringan (dibuat dari campuran semen, pasir kuarsa, dan gipsum), dll.
- Besi baja - kelompok material yang difungsikan sebagai tulangan untuk kekuatan dari konstruksi bangunan.
Struktur baja adalah struktur bangunan yang umumnya terbuat dari komponen baja. Struktur baja biasanya saling terhubung satu sama lain agar dapat memberikan kekakuan penuh pada bangunan.
Struktur baja kini umum digunakan dalam konstruksi modern. Pasalnya, struktur baja lebih kaku jika dibandingkan dengan struktur beton atau kayu. Penggunaan struktur baja meliputi banyak bangunan, di antara jembatan, menara, terminal, dan pabrik industri
Bahan utama untuk membuat struktur baja adalah besi dan karbon. Selain itu, terdapat pula mangan, logam campuran, dan beberapa zat kimia lainnya untuk menambah kekuatan dan ketahanannya.
Kelebihan Struktur Baja
Berikut kelebihan penggunaan struktur baja pada bangunan:
- Struktur baja memikk kekuatannya yang besar, sehingga bahan bangunan ini bisa dibilang lebih unggul dibanding yang lain. Oleh karenanya, wajar bila struktur baja cukup sering digunakan pada bangunan yang besar dan ‘berat’, misalnya jembatan panjang.
- Material struktur baja bersifat seragam karena diproduksi langsing di pabrik. Hal tersebut tentunya mempengaruhi standar mutu dan menjamin kekuatan baja tersebut.
- Sttukturnya baja bisa bertahan lama, bahkan bisa mencapai satu abad. Terlebih jika perawatan benar dan sesuai.
- Struktur baja mampu menyerap energi yang jumlahnya cukup besar. Hal ini berkat adanya kekuatan dan daktilitas yang baik.
- Struktur baja mampu memberikan kelenturan, mampu menerima beban geser dan menerima beban kejut.
- Struktur baja cenderung mudah disambung dan dirangkai. Jadi, instalasi atau pemasangan bisa hemat waktu.
- Struktur baja pun mudah dibentuk, sehingga penggunaannya bisa disesuaikan dengan kebutuhan.
- Struktur baja bisa digunakan berulang kali.
Kekurangan Struktur Baja
Berikut diuraikan pula kekurangan dari struktur baja, yaitu:
- Struktur baja lemah terhadap gaya tekanan. Maka dari itu, diperlukan biaya yang lebih tinggi dari beton jika suatu ketika struktur konstruksi memiliki gaya tekan yang tinggi.
- Struktur baja memang lentur, tapi tak menutup kemungkinan bahwa bahan bangunan ini juga dapat mengalami keruntuhan getas. Maksudnya adalah keruntuhan yang terjadi secara tiba-tiba, tanpa adanya perubahan bentuk pada materialnya.
- Struktur baja rentan terhadap perubahan suhu dan temperatur. Jika terjadi hal tersebut misalnya kebakaran, maka kekuatan struktur baja akan perlahan menghilang.
- Pemeliharaan struktur baja relatif tinggi, sehingga perlu mengeluarkan uang lebih banyak.
1. Tipe Struktur Baja pada Bangunan
Secara umum, terdapat tiga kategori tipe struktur baja pada bangunan, yaitu portal frame, portal truss, dan space truss. Berikut penjabarannya.
A. Portal Frame
Portal frame adalah struktur portal yang umumnya berbentuk segitiga pelana pada satu bidang tunggal. Portal frame memiliki beberapa elemen struktur yang mampu mendukung beban kerjanya, di antaranya adalah rafter, kolom, haunch, dan base plate.
Penggunaan portal frame harapannya dapat membuat setiap elemen vertikal dan horizontal mampu menerima beban dengan gaya secara penuh. Baik pada momen, geser, dan aksial.
Dalam mendesain struktur rangka portal (portal frame), terdapat beberapa poin yang harus diperhatikan. antara lain:
- Jika penyangga dirancang sebagai bagian ujung penerima beban secara aksial, sambungan pada kedua ujung harus didetailkan untuk mewujudkan asumsi ini. Namun, penyangga ujung pin mengurangi stabilitas portal dan dapat menyebabkan kesulitan selama proses perangkaian sehingga penyangga jenis ini tidak direkomendasikan untuk digunakan
- Untuk mengurangi defleksi (perubahan bentuk) karena beban horizontal dan meningkatnya stabilitas rangka, penyangga dapat dirancang sebagai kolom dengan sambungan kaku pada tumpuan dan/atau bagian atas. Ukuran kolom perlu ditingkatkan terhadap ujung sendi untuk menahan momen yang disebabkan oleh kekakuan sambungan
- Penggunaan haunch di kedua sisi prop pusat akan memungkinkan bagian rafter berkurang karena haunch lebih mampu menahan lenturan momen besar di atas prop. Namun, pengurangan ukuran rafter akan cenderung mengurangi stabilitas in-plane dari frame
- Desain struktur juga sangat bergantung pada penggunaan bangunan. Jika memungkinkan, berikan pengekangan di luar bidang penyangga pada tingkat ketinggian internal yang bebas. Pengekangan ini harus diikat kembali ke penguat vertikal di beberapa titik di dalam gedung
- Jika penyangga dirancang untuk menahan momen dalam hubungannya dengan haunch puncak, maka atap haunch dapat dibuat lebih kecil sehingga meningkatkan ketinggian internal gedung yang dapat digunakan
- Jika kerangka berpelindung digunakan dalam kondisi batas dalam persyaratan keselamatan bangunan terhadap kebakaran, penyangga harus didesain terlindung dari risiko terpaparnya api
Jenis portal frame cukup beragam, berikut uraiannya:
a.Pitched roof portal
Rangka portal atap bernada simetris bentang tunggal atau Pitched Roof Portal biasanya memiliki ciri sebagai berikut.
- Bentang antara 15 m dan 50 m
- Ketinggian atap antara 5 dan 10 m
- Sudut atap di antara 5-10 m (umumnya menggunakan ukuran 6 m)
- Jarak portal antarbidang dari 5 hingga 8 meter
- Haunch diberikan pada pertemuan kolom-rafter dan rafter-rafter (puncak)
Sebagian besar karakteristik ini ditentukan oleh nilai-nilai ekonomis terhadap konstruksi bentuk lain. Penggunaan haunch pada atap dan puncak keduanya dapat mengurangi kedalaman rafter yang diperlukan dan mencapai sambungan momen yang efisien pada titik-titik ini.
b. Portal frame with a mezzanine floor
Mezzanine merupakan suatu tempat atau ruang tambahan yang letaknya berada di antara lantai dan plafon atau lantai satu dengan lantai dua jika bangunan tersebut bertingkat. Kata mezzanine berasal dari bahasa Italia, yaitu mezzo yang berarti bagian tengah atau di tengah.
Pada tipe rangka portal (portal frame) ini, bingkai portal harus dirancang untuk menstabilkan mezzanine seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.
c. Portal frame with ‘lean to’
Menempatkan kantor secara eksternal ke dalam bingkai portal dapat membuat struktur portal asimetris seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Keuntungan utama dari konfigurasi ini adalah kolom dan haunch tidak menghalangi ruang kantor di mana struktur kantor benar-benar ‘lean-to’. Oleh karena itu, portal harus dirancang untuk menstabilkan struktur kantor dengan cara yang sama seperti bingkai portal menstabilkan mezzanine.
d. Crane portal frames with column buckets
Jika dibutuhkan adanya pemasangan alat derek pengangkut pada portal frame dengan tipe yang relatif rendah (sekitar 20 ton), maka braket dapat dipasang pada kolom untuk mendukung rel derek seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Penggunaan ikatan atau dasar kolom yang kaku mungkin diperlukan untuk mengurangi defleksi (perubahan bentuk) pada atap. Sementara penyebaran bingkai di tingkat rel derek mungkin sangat penting untuk fungsi derek. Untuk itu, dianjurkan dapat memeriksa persyaratan elemen struktur ini bersama klien dan produsen crane.
Meski demikian, penyebaran bingkai di tingkat rel derek dapat dikurangi dengan sejumlah pendekatan. Di antaranya adalah sebagai berikut.
- Memilih anggota yang lebih kaku untuk kolom dan kasau
- Mengurangi nada atap
- Menggunakan sistem ikatan pada area atap (jika tidak terhalang crane)
- Menggunakan basis kolom yang kaku secara nominal
e. Mono-pitch portal frame
Portal frame mono-pitch biasanya dipilih untuk bentang kecil atau karena kedekatannya dengan bangunan lain. Tipe portal frame ini adalah variasi sederhana dari rangka portal dan cenderung digunakan untuk bangunan yang lebih kecil (hingga rentang 15 m).
f. Propped portal frame (rangka portal berpenompang)
Jenis portal frame ini kadang-kadang disebut sebagai “portal satu bentang dengan penopang”. Bentang portal frame ini memiliki ukuran yang besar (lebih dari 30 m) dan tidak memerlukan area bebas antar bentang. Portal yang disangga juga dapat mengurangi ukuran rafter dan desakan horizontal sehingga dapat lebih ekonomis dari segi biaya baja dan pondasi.
g. Tied portal frame
Dalam portal yang diikat sesuai gambar di bawah, pergerakan horizontal dari atap dan momen dalam kolom dapat dikurangi. Hal ini tentunya dapat berguna ketika crane dirancang untuk menjangkau seluruh struktur di bawah level tie. Namun, terdapat kerugian di mana jarak bebas vertikal yang tersedia akan berkurang.
Untuk kemiringan atap kurang dari 15 derajat, gaya yang sangat besar akan berkembang di rafter dan tie. Kekuatan besar ini akan mengurangi stabilitas portal sehingga desain dan proses analisis harus dilakukan secara hati-hati.
Sementara itu, sambungan pengikat di bagian atap relatif mahal. Sistem sambungan seperti ini harus cukup kaku dan bebas dari gerakan agar dapat mencegah lendutan yang tidak termasuk dalam perhitungan desain.
Untuk kerangka portal terikat konvensional, sangat disarankan agar ikatan memiliki ukuran yang tetap elastis pada ultimate limit stress. Hal ini ditujukan untuk memastikan bahwa analisis mencerminkan perilaku struktur. Selain itu, disarankan juga bahwa koneksi ujung harus mencakup penyesuaian untuk memungkinkan toleransi fabrikasi dan ereksi.
h. Mansard portal frame
Portal mansard dapat digunakan jika diperlukan bentang area yang luas dan besar, tetapi ketinggian atap bangunan diminimalkan. Portal mansard mungkin dapat menjadi solusi untuk memangkas pengeluaran bahan struktur bangunan di mana terdapat kebutuhan dalam membatasi penyebaran atap.
i. Curved rafter portal frame
Sejumlah bangunan rangka curved rafter telah dibangun dalam beberapa tahun terakhir, terutama untuk aplikasi arsitektur. Penggunaan rafter dapat melengkung sesuai jari-jari oleh cold bending.
Untuk bentang lebih besar dari 16 m, sambungan mungkin diperlukan pada rafter karena keterbatasan transportasi. Sambungan ini harus dirinci dengan cermat mengingat alasan arsitektur.
Portal ini sering dianalisis menggunakan model di mana kurva diwakili oleh serangkaian empat elemen lurus. Atau, di mana atap harus melengkung, rafter tidak perlu melengkung.
Quasi-curved portal frame
Rafter dapat didesain dan dibuat sebagai serangkaian elemen lurus seperti pada gambar di bawah ini. Untuk kasus ini, mungkin perlu untuk “membersihkan” purlin cleat agar membentuk atap melengkung.
j. Cellular beam portal frame
Dalam beberapa tahun terakhir ini, serangkaian portal telah dibangun menggunakan balok seluler. Banyak cellular beam frame portal dalam rentang bentang 40 m hingga 55 m telah dibangun. Bahkan bentang yang lebih besar juga dimungkinkan.
Portal seperti ini umumnya memiliki rafter melengkung yang mudah dicapai dengan menggunakan balok seluler. Jika diperlukan splices pada rafter (untuk transportasi), diharapkan agar hati-hati dalam melakukan perincian.
Desain elastis digunakan karena bagian yang digunakan tidak dapat mengembangkan engsel plastik pada penampang yang merupakan kriteria penting dalam desain plastik.
k. Gable wall frames
Gable wall frame terletak di ujung bangunan dan dapat terdiri dari tiang-tiang kolom dengan rafter yang ditumpu dengan desain sederhana. Jika bangunan akan diperpanjang, portal dengan ukuran yang sama dengan portal internal lebih disukai.
Stabilitas gable frame yang stabil dalam bidang biasanya diperkuat di antara tiang-tiang gable. Sementara stabilitas di luar bidang portal disediakan dengan menguatkan bagian atap dan dinding yang biasanya dirancang untuk menahan beban angin di ujung bangunan.
Rafter biasanya dirancang sebagai balok yang membentang yang hanya disangga di antara bagian atas tiang. Keduanya juga mendukung beban vertikal dari purlins, selain gaya tekan dari fungsinya sebagai perangkai dari sistem bracing rencana.
l. Hipped roof frames
Hipped Roof Frames sering digunakan untuk meningkatkan tampilan struktur industri atau di mana bentuk atap yang lebih tradisional. Penggunaan Hipped Roof Frames misalnya adalah supermarket, gedung olahraga, atau tempat parkir mobil. Hipped Roof Frames dapat dibangun dalam beberapa cara. Di antaranya adalah sebagai berikut
Pertama, kerangka ujung dapat ditempatkan pada jarak yang sama dengan kerangka utama. Rangka langit-langit bersudut bertemu di puncak kerangka kedua dari belakang. Konsep ini biasanya mengarah ke ujung atap yang lebih curam dibanding puncak atap biasa. Perangkaian untuk hipped roof dengan puncak hip roof lebih besar daripada main roof .
Kedua, fitur gablette dapat diperkenalkan, di mana rafter miring bertemu di bawah puncak portal kedua dari belakang. Perangkaian untuk hipped roof dengan puncak hip roof sama dengan main roof, dengan fitur gablette.
Ketiga, rafter dapat diatur pada sudut 45o untuk membuat puncak atap sama dengan puncak atap utama. Dalam hal ini, jarak antara portal kedua dari belakang dan portal akhir sama dengan setengah bentang dan portal antara mungkin diperlukan. Desain ini dapat berbentuk portal mansard beratap rata.
Dalam semua kasus yang disebutkan di atas, frame akhir biasanya akan menjadi rafter dan post frame sederhana.
B. Portal Truss
Portal truss adalah sistem struktur portal yang bagian horizontalnya merupakan susunan rangka batang pada satu bidang tunggal.
Penggunaan portal truss dapat mengakomodasi kekakuan dan kekuatan dalam sistem gaya tarik-tekan. Sementara itu, rangka batangnya akan menggunakan susunan konfigurasi segitiga yang secara teknis dapat memberikan efek kekakuan dan penahanan yang tinggi. Jika dibandingkan dengan portal frame, portal truss lebih efektif dalam mengurangi efek lendutan pada bentang panjang.
Idealisasi dan asumsi pada struktur portal truss menggambarkan bahwa setiap elemen hanya mampu menerima gaya tarik dan tekan saja. Konsekuensinya adalah tipe sambungan pada sistem ini bersifat sendi. Dengan kondisi tersebut, maka beban-beban akan terkonsentrasi pada titik-titik buhulnya (simpul).
Karena hanya mempertimbangkan gaya tarik-tekan saja, maka profil yang biasa digunakan pada struktur portal truss ini adalah profil yang “tipis” seperti profil kanal, siku, hollow tubular, dan rectangular.
Jenis portal truss sendiri ada lima macam, yaitu:
a. Pratt Truss
Rangka pratt biasanya digunakan pada bangunan dengan bentang panjang berkisar antara 20 hingga 100 m. Dalam rangka batang Pratt yang konvensional, batang diagonal berada dalam gaya tarik untuk beban gravitasi. Jenis rangka batang ini digunakan di mana beban gravitasi lebih dominan. Sebuah truss Pratt alternatif ditunjukkan dimana batang diagonal berada dalam gaya tarik untuk beban angkat. Jenis rangka ini digunakan dimana beban angkat lebih dominan, yang mungkin terjadi pada bangunan terbuka seperti gantungan pesawat.
Pratt truss (beban gravitasi)
Pratt truss (beban uplift)
Dimungkinkan untuk menambahkan secondary member (seperti yang diilustrasikan di bawah):
- untuk membuat titik dukungan perantara untuk beban yang diterapkan
- untuk membatasi panjang tekuk komponen struktur dalam tekan (walaupun dalam rangka 2D, panjang tekuk hanya dimodifikasi dalam satu sumbu).
Untuk rangka Pratt dan salah satu jenis rangka yang disebutkan di bawah ini, dimungkinkan untuk memberikan kemiringan tunggal atau ganda ke bagian atas rangka penyangga atap. Contoh rangka kuda Pratt (duo-pitch) ganda ditunjukkan di bawah ini.
Pratt truss dengan batang sekunder
Truss Pratt dengan duo-pitch
b. Warren Truss
Pada jenis rangka batang ini, batang diagonal secara alternatif mengalami tarik dan tekan. Truss Warren memiliki batang web kompresi dan ketegangan yang sama panjang, dan batang lebih sedikit daripada truss Pratt. Truss Warren yang dimodifikasi dapat diadopsi di mana batang tambahan diperkenalkan untuk menyediakan simpul di (misalnya) lokasi purlin.
Warren Truss biasanya digunakan pada bangunan dengan bentang panjang berkisar antara 20 hingga 100 m. Jenis truss ini juga digunakan untuk truss horizontal gantry/crane girder.
c. North-Light Truss
Rangka North Light biasanya digunakan untuk bentang pendek pada bangunan tipe bengkel industri. Mereka memberi manfaat maksimal untuk diperoleh dari pencahayaan alami dengan menggunakan kaca di lapangan curam yang umumnya menghadap utara atau timur laut untuk mengurangi keuntungan matahari. Pada bagian miring yang lebih curam dari truss, biasanya memiliki truss yang tegak lurus terhadap bidang dari Rangka North Light, untuk menyediakan ruang bebas kolom yang besar.
Penggunaan Rangka North Light untuk meningkatkan pencahayaan alami dapat mengurangi emisi karbon operasional bangunan meskipun dampaknya harus dieksplorasi menggunakan pemodelan termal dinamis. Meskipun Rangka North Light mengurangi kebutuhan akan pencahayaan buatan dan dapat mengurangi risiko panas berlebih, dengan meningkatkan volume bangunan, rangka ini juga dapat meningkatkan kebutuhan akan pemanas ruangan. Panduan lebih lanjut diberikan dalam panduan desain bangunan Target Zero Warehouse.
d. Fink-Truss
Rangka Fink menawarkan penghematan dalam hal bobot baja untuk atap short-span high-pitched karena batangnya dibagi lagi menjadi elemen yang lebih pendek. Ada banyak cara untuk mengatur dan membagi akord dan batang internal. Rangka kuda jenis ini biasa digunakan untuk membuat atap rumah.
e. Saw-Tooth Truss
Variasi dari rangka rangka North Light adalah rangka Saw-Tooth yang digunakan pada bangunan dengan banyak rongga. Serupa dengan kuda-kuda ringan Utara, biasanya termasuk rangka batang dengan permukaan vertikal yang tegak lurus terhadap bidang rangka gigi gergaji.
C. Space Truss
Space truss adalah struktur baja kombinasi rangka yang membentuk segitiga dengan volume tiga dimensi. Pada space truss, setiap elemen terdiri dari enam rangka batang untuk membentuk satu kesatuan struktur yang kaku dan stabil.
Space truss banyak digunakan pada bangunan seperti gudang pabrik, stadion, hingga hanggar pesawat terbang. Secara umum konsep mekanika space truss mirip portal truss. Namun space truss bekerja pada berbagai bidang, tidak hanya bidang tunggal. Oleh karenanya, space truss biasanya ditawarkan dalam ukuran lebih besar.
part 1: Pengenalan dan Tipe Struktur
Comments
Post a Comment