FAKTOR YANG MEMPENGARUHI STRUKTUR BANGUNAN BERDASARKAN KRITERIA DESAIN DAN PEMBEBANAN

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI STRUKTUR BANGUNAN BERDASARKAN KRITERIA DESAIN DAN PEMBEBANAN

Materi Ajar

A. Faktor-faktor yang mempengaruhi struktur

1. Kriteria desain struktur

Untuk melakukan desain dan analisis struktur perlu ditetapkan kriteriayang dapat digunakan untuk menentukan bahwa struktur sesuai denganmanfaat penggunaannya. Beberapa kriteria desain struktur:

ƒ       a. Kemampuan layan (serviceability)

Struktur harus mampu memikul beban rancangan secara aman, tanpakelebihan tegangan pada material dan mempunyai batas deformasidalam batas yang diizinkan. Kemampuan layan meliputi:

−  Kriteria kekuatanyaitu pemilihan dimensi serta bentuk elemenstruktur pada taraf yang dianggap aman sehingga kelebihantegangan pada material (misalnya ditunjukkan adanya keratakan)tidak terjadi.

− Variasi  kekakuan strukturyang berfungsi untuk mengontrol deformasi yang diakibatkan oleh beban. Deformasi merupakanperubahan bentuk bagian struktur yang akan tampak jelas olehpandangan mata, sehingga sering tidak diinginkan terjadi. Kekakuansangat tergantung pada jenis, besar, dan distribusi bahan padasistem struktur.Untuk mencapai kekakuan struktur seringkalidiperlukan elemen struktur yang cukup banyak bila dibandingkanuntuk memenuhi syarat kekuatan struktur.

− Gerakan  pada  struktur yang juga berkaitan dengan deformasi.Kecepatan dan percepatan aktual struktur yang memikul bebandinamis dapat dirasakan oleh pemakai bangunan, dan dapatmenimbulkan rasa tidak nyaman. Pada struktur bangunan tinggiterdapat gerakan struktur akibat beban angin. Untuk itu diperlukankriteria mengenai batas kecepatan dan percepatan yang diizinkan.Kontrol akan tercapai melalui manipulasi kekakuan struktur dankarakteristik redaman.

ƒb. Efisiensi

Kriteria efisiensi mencakup tujuan untuk mendesain struktur yang relatiflebih ekonomis.Indikator yang sering digunakan pada kriteria ini adalahjumlah material yang diperlukan untuk memikul beban. Setiap sistemstruktur dapat memerlukan material yang berbeda untuk memberikankemampuan layan struktur yang sama. Penggunaan volume yangminimum sebagai kriteria merupakan konsep yang penting bagi arsitekmaupun perencana struktur.

c. Konstruksi

Tinjauan konstruksi juga akan mempengaruhi pilihan struktural.Konstruksi merupakan kegiatan perakitan elemen-elemen atau materialmaterial struktur. Konstruksi akan efisien apabila materialnya mudahdibuat dan dirakit. Kriteria konstruksi sangat luas mencakup tinjauantentang cara atau metode untuk melaksanakan struktur bangunan, sertajenis dan alat yang diperlukan dan waktu penyelesaian. Pada umumnyaperakitan dengan bagian-bagian yang bentuk dan ukurannya mudahdikerjakan dengan peralatan konstruksi yang ada merupakan hal yangdikehendaki.

d. Ekonomis

Harga merupakan faktor yang menentukan pemilihan struktur.Konsepharga berkaitan dengan efisiensi bahan dan kemudahanpelaksanaannya. Harga total seuatu struktur sangat bergantung padabanyak dan harga material yang digunakan, serta biaya tenaga kerjapelaksana konstruksi, serta biaya peralatan yang diperlukan selamapelaksanaan.

e. Lain-lain

Selain faktor yang dapat diukur seperti kriteria sebelumnya, kriteriarelatif yang lebih subyektif juga akan menentukan pemilihan struktur.lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan128. Peran struktur untuk menunjang tampilan dan estetika oleh perancangatau arsitek bangunan termasuk faktor yang juga sangat penting dalampertimbangan struktur.

B. Pembebanan pada Struktur

Dalam melakukan analisis desain suatu struktur, perlu ada gambaranyang jelas mengenai perilaku dan besar beban yang bekerja pada struktur.Gambar 3.12, menunjukan diagram beban-beban yang harus diperhatikandan cara untuk menentukan karakteristiknya. Perencanaan pembebanan diIndonesia diatur melalui SNI 03-1727-1989-F,  Tata cara perencanaanpembebanan untuk rumah dan gedung.

Gambar 3.12. Skema pembebanan struktur

Sumber: Schodek, 1999

Hal penting yang mendasar adalah pemisahan antara beban-bebanyang bersifat statis dan dinamis.

·        Gaya statis adalah gaya yang bekerja secara terus-menerus pada struktur. Deformasi ini akan mencapai puncaknya apabila gaya statismaksimum.

·        Gaya dinamis adalah gaya yang bekerja secara tiba-tiba dan/atau kadang-kadang pada struktur. Pada umumya mempunyai karakterisitik besar dan lokasinya berubah dengan cepat. Deformasistruktur akibat beban ini juga berubah-ubah secara cepat. Gaya dinamis dapat menyebabkan terjadinya osilasi pada struktur hingga deformasi puncak tidak terjadi bersamaan dengan terjadinya gaya terbesar

a) Gaya-gaya Statis

Gaya-gaya statis pada umumnya dapat dibagi lagi menjadi beban mati, beban hidup, dan beban akibat penurunan atau efek termal.

•        Beban Mati adalah beban-beban yang bekerja vertikal ke bawahpada struktur dan mempunyai karakteristik bangunan, seperti misalnyapenutup lantai, alat mekanis, partisi yang dapat dipindahkan, adalah beban mati.Berat eksak elemen-elemen ini pada umumnya diketahui atau dapatdengan mudah ditentukan dengan derajat ketelitian cukup tinggi.Semuametode untuk menghitung beban mati suatu elemen adalah didasarkan ataspeninjauan berat satuan material yang terlihat dan berdasarkan volumeelemen tersebut.Berat satuan (unit weight) material secara empiris telahditentukan dan telah banyak dicantumkan tabelnya pada sejumlah sumberuntuk memudahkan perhitungan beban mati.

•        Beban hidup adalah beban-beban yang bisa ada atau tidak adapada struktur untuk suatu waktu yang diberikan. Meskipun dapat berpindahpindah,beban hidup masih dapat dikatakan bekerja secara perlahan-lahanpada struktur. Beban penggunaan (occupancy loads) adalah beban hidup.Yang termasuk ke dalam beban penggunaan adalah berat manusia,perabot, barang yang disimpan, dan sebagainya.

Dalam peraturan pembebanan Indonesia, beban hidup meliputi:

− Beban hidup pada lantai gedung

·        Beban sudah termasuk perlengkapan ruang sesuai dengankegunaan ruang yang bersangkutan, serta dinding pemisah ringan dengan berat tidak lebih 100 kg/m2. Beban untukperlengkapan ruang yang berat harus ditentukan tersendiri.

·        Beban tidak perlu dikalikan koefisien kejut

·        Beban lantai untuk bangunan multi guna harus menggunakanbeban terberat yang mungkin terjadi

− Beban hidup pada atap bangunan

·        Untuk bagian atap yang dapat dicapai orang harus digunakanminimum sebesar 100 kg/m2 bidang datar

·        Untuk beban akibat air hujan sebesar (40 – 0.8 α) kg/m2, denganα adalah sudut kemiringan atap bila kurang dari 50°.

·        Beban terpusat untuk pekerja dan peralatan pemadamkebakaran sebesar minimum 100 kg.

·        Bagian tepi atap yang terkantilever sebesar minimum 200 kg.

·        Pada bangunan tinggi yang menggunakan landasan helikopterdiambil sebesar 200 kg/m2 .

b) Beban Angin

Struktur yang berada pada lintasan angin akan menyebabkan anginberbelok atau dapat berhenti. Sebagai akibatnya, energi kinetik angin akanber-ubah bentuk menjadi energi potensial yang berupa tekanan atau isapanpada struktur. Besar tekanan atau isapan yang diakibatkan oleh angin padasuatu titik akan bergantung pada kecepatan angin, rapat massa udara,lokasi yang ditinjau pada struktur, perilaku permukaan struktur, bentukgeometris, dimensi dan orientasi struktur.

          Apabila suatu fluida seperti udara mengalir di sekitar suatu benda,akan terladi pola arus kompleks di sekitar benda tersebut. Perilaku dan kerumitan pola aliran itu bergantung pada bentuk benda.Aliran dapatberupa aliran laminer, dapat pula turbulen.Gaya yang bekerja pada bendasebagai hasil dari gangguan pada aliran tersebut dapat berupa tekanan atauisapan. Semakin langsing suatu benda, akan semakin kecil gaya reaksiyang diberikannya dalam arah berlawanan dengan arah angin bergerak,seperti pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13. Aliran angin di sekitar bangunan

Sumber: Schodek, 1999

tekanan negatif atau hisapan yang bekerja tegak lurus pada bidang bidang.

− Tekanan tiup

·        Pada kondisi umum diambil rata-rata 25 kg/m2

·        Di laut dan tepi laut sampai sejauh 5 km minimum 40 kg/m2

·        Pada daerah dengan kecepatan angin besar digunakanperhitungan tekanan sebesar: V2 / 16 (kg/m2), dengan v adalahkecepatan yang ditentukan oleh instansi yang berwenang

·        Pada bentuk cerobong ditentukan: (42,5 + 0,6 h) kg/m2, dengan hadalah tinggi cerobong

·        Apabila bangunan terlindung dari angin dapat dikalikan dengankoefisien reduksi sebesar 0,5.Koefisien angin, berdasarkan posisi dan kondisi bangunan sepertipada Tabel 3.3.

c) Beban Gempa

Gempa bumi adalah fenomena getaran yang dikaitkan dengankejutan pada kerak bumi.Kejutan yang berkaitan dengan benturan tersebutakan menjalar dalam bentuk gelombang.Gelombang ini menyebabkanpermukaan bumi dan bangunan di atasnya bergetar.

Pada saat bangunan bergetar, timbul gaya-gaya pada strukturbangunan karena adanya kecenderungan massa bangunan untukmempertahankan dirinya dari gerakan. Gaya yang timbul ini disebut gayainersia. Besar gaya-gaya tersebut bergantung pada banyak faktor. Massabangunan merupakan faktor yang paling utama karena gaya tersebutmelibatkan inersia. Faktor lain adalah cara massa tersebut terdistribusi,kekakuan struktur, kekakuan tanah, jenis pondasi, adanya mekanismeredaman pada bangunan, dan tentu saja perilaku dan besar getaran itusendiri. Perilaku dan besar getaran merupakan aspek yang sulit ditentukansecara tepat karena sifatnya yang acak (random), sekalipun kadang kaladapat ditentukan juga.Gerakan yang diakibatkan tersebut berperilaku tigadimensi.Gerakan tanah horisontal biasanya merupakan yang terpentingdalam tinjauan desain struktural.

Massa dan kekakuan struktur, yang juga periode alami dari getaranyang berkaitan, merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi responskeseluruhan struktur terhadap gerakan dan besar serta perilaku gaya-gayayang timbul sebagai akibat dari gerakan tersebut. Salah satu cara untukmemahami fenomena respons yang terlihat dapat diperhatikan terlebihdahulu bagaimana suatu struktur kaku memberikan respons terhadapgetaran sederhana gedung. Strukturnya cukup fleksibel, seperti yangumumnya terdapat pada semua struktur gedung.