Menentukan apakah konfigurasi batang stabil atau tidak stabil sangat penting. Jika struktur yang tidak stabil diberi beban, keruntuhan total dapat terjadi. Pola yang tidak biasa seringkali menyulitkan penelitian mengenai kestabilannya. Pada rangka batang, seringkali digunakan jumlah batang yang melebihi minimum yang diperlukan untuk mencapai kestabilan. Untuk menentukan kestabilan rangka batang bidang, digunakan persamaan yang menghubungkan jumlah simpul pada rangka batang dengan jumlah batang yang diperlukan untuk mencapai kestabilan (lihat sub bab).
Stabilitas juga melibatkan penggunaan konfigurasi batang untuk menjaga struktur tetap stabil terhadap beban lateral. Gambar 4 mengilustrasikan penggunaan batang kaku (bracing) untuk menjaga stabilitas struktur. Jika hanya ada gaya tarik yang bekerja, kabel dapat digunakan sebagai pengganti batang kaku. Hingga saat ini, penelitian stabilitas mengasumsikan bahwa semua elemen rangka batang dapat menahan gaya tarik dan tekan dengan efektif. Namun, elemen kabel tidak memenuhi asumsi ini karena kabel akan melengkung saat dikenai gaya tekan. Ketika beban diterapkan dari satu arah, gaya tarik atau tekan mungkin terjadi pada diagonal sesuai dengan arah diagonal tersebut. Suatu struktur dengan hanya satu kabel diagonal mungkin tidak stabil. Namun, dengan menggunakan sistem kabel silang di mana satu kabel menangani seluruh gaya horizontal dan kabel lainnya membengkok tanpa membahayakan struktur, kestabilan dapat dicapai.
Rangka batang adalah salah satu sistem struktur yang paling umum digunakan. Ini adalah sistem yang menggunakan batang logam atau kayu yang berbentuk seperti huruf "I" untuk menyokong berat struktur. Batang-batang ini dipasang pada pondasi atau dinding untuk menyediakan struktur yang kuat. Struktur rangka batang dapat digunakan untuk membangun bangunan seperti rumah, gedung, jembatan, dan lainnya. Keuntungan utama dari sistem struktur ini adalah bahwa ia dapat menahan beban yang besar. Ini juga lebih mudah dipasang dan biaya pembuatannya lebih rendah. Namun, struktur rangka batang juga memiliki beberapa kekurangan, seperti kurangnya fleksibilitas dan ketahanan rendah terhadap gaya gempa.
Struktur rangka batang adalah komponen yang terbuat dari bahan besi beton polos standar Bj 37 atau baja AS setara U 40 yang digunakan untuk memperkuat struktur beton pada bangunan. Komponen ini berfungsi sebagai jangkar atau pengikat rangka baja yang menumpu pada pondasi, balok, dan kolom beton.
ANALISIS SISTEM STRUKTUR BANGUNAN
2.2. Struktur Rangka Batang
Rangka batang adalah susunan elemen-elemen linier yang
membentuk segitiga atau kombinasi segitiga, sehingga menjadi bentuk
rangka yang tidak dapat berubah bentuk bila diberi beban eksternal tanpa
adanya perubahan bentuk pada satu atau lebih batangnya. Setiap elemen
tersebut dianggap tergabung pada titik hubungnya dengan sambungan
sendi. Sedangkan batang-batang tersebut dihubungkan sedemikian rupa
sehingga semua beban dan reaksi hanya terjadi pada titik hubung.
Prinsip – prinsip Umum Rangka Batang
a. Prinsip Dasar Triangulasi
b. Analisa Kualitatif Gaya Batang
Analisa Rangka Batang
a. Stabilitas
Langkah pertama pada analisis rangka batang adalah menentukan
apakah rangka batang itu mempunyai konfigurasi yang stabil atau tidak.
Secara umum, setiap rangka batang yang merupakan susunan bentuk dasar
segitiga merupakan struktur yang stabil. Pola susunan batang yang tidak
segitiga, umumnya kurang stabil. Rangka batang yang tidak stabil dan akan
runtuh apabila dibebani, karena rangka batang ini tidak mempunyai jumlah
batang yang mencukupi untuk mempertahankan hubungan geometri yang
tetap antara titik-titik hubungnya (Gambar 3).
Sumber: Schodek, 1999
Penting untuk menentukan apakah konfigurasi batang stabil atau
tidak stabil. Keruntuhan total dapat terjadi bila struktur tak stabil terbebani.
Pola yang tidak biasa seringkali menyulitkan penyelidikan kestabilannya.
Pada suatu rangka batang, dapat digunakan batang melebihi jumlah
minimum yang diperlukan untuk mencapai kestabilan.
Untuk menentukan kestabilan rangka batang bidang, digunakan
persamaan yang menghubungkan banyaknya titik hubung pada rangka
batang dengan banyaknya batang yang diperlukan untuk mencapai
kestabilan (lihat sub bab).
Aspek lain dalam stabilitas adalah bahwa konfigurasi batang dapat
digunakan untuk menstabilkan struktur terhadap beban lateral. Gambar 4
menunjukan cara menstabilkan struktur dengan menggunakan batangbatang
kaku (bracing). Kabel dapat digunakan sebagai pengganti dari
batang kaku, bila gaya yang dipikul adalah gaya tarik saja. Tinjauan
stabilitas sejauh ini beranggapan bahwa semua elemen rangka batang
dapat memikul gaya tarik dan tekan dengan sama baiknya. Elemen kabel
tidak dapat memenuhi asumsi ini, karena kabel akan melengkung bila
dibebani gaya tekan. Ketika pembebanan datang dari suatu arah, maka
gaya tekan atau gaya tarik mungkin timbul pada diagonal, sesuai dengan
arah diagonal tersebut. Suatu struktur dengan satu kabel diagonal mungkin
tidak stabil. Namun bila kabel digunakan dengan sistem kabel silang,
dimana satu kabel memikul seluruh gaya horisiontal dan kabel lainnya
menekuk tanpa menimbulkan bahaya terhadap struktur, maka kestabilan
dapat tercapai.
%20diagonal.JPG)
Sumber: Schodek, 1999
b. Gaya Batang
Prinsip yang mendasari teknik analisis gaya batang adalah bahwa
setiap struktur atau setiap bagian dari setiap struktur harus berada dalam
kondisi seimbang. Gaya-gaya batang yang bekerja pada titik hubung rangka
batang pada semua bagian struktur harus berada dalam keseimbangan,
seperti pada Gambar 5. Prinsip ini merupakan kunci utama dari analisis
rangka batang.
Sumber: Schodek, 1999
c. Metode Analisis Rangka Batang
Beberapa metode digunakan untuk menganalisa rangka batang.
Metode-metode ini pada prinsipnya didasarkan pada prinsip keseimbangan.
Metode-metode yang umum digunakan untuk analisa rangka batang adalah
sebagai berikut :
* Keseimbangan Titik Hubung pada Rangka Batang
Pada analisis rangka batang dengan metode titik hubung (joint),
rangka batang dianggap sebagai gabungan batang dan titik hubung.
Gaya batang diperoleh dengan meninjau keseimbangan titik-titik
hubung. Setiap titik hubung harus berada dalam keseimbangan.
* Keseimbangan Potongan
Perbedaan antara kedua metode tersebut di atas adalah dalam peninjauan keseimbangan rotasionalnya. Metode keseimbangan titik hubung, biasanya digunakan apabila ingin mengetahui semua gaya batang. Sedangkan metode potongan biasanya digunakan apabila ingin mengetahui hanya sejumlah terbatas gaya batang.
* Gaya Geser dan Momen pada Rangka Batang
Agar keseimbangan vertikal potongan struktur dapat dijamin, maka gaya geser eksternal harus diimbangi dengan gaya geser tahanan total atau gaya geser tahanan internal (VR), yang besarnya sama tapi arahnya berlawanan dengan gaya geser eksternal. Efek rotasional total dari gaya internal tersebut juga harus diimbangi dengan momen tahanan internal (MR) yang besarnya sama dan berlawanan arah dengan momen lentur eksternal. Sehingga memenuhi syarat keseimbangan, dimana :
E R M = M atau − = 0 E R M M (4.1)
d. Rangka Batang Statis Tak Tentu
Rangka batang statis tak tentu tidak dapat dianalisis hanya dengan
menggunakan persamaan kesimbangan statika, karena kelebihan
banyaknya tumpuan atau banyaknya batang yang menjadi variabel. Pada
struktur statis tak tentu, keseimbangan translasional dan rotasional (ΣFx=0, ΣFy=0, dan ΣMo=0) masih berlaku. Pemahaman struktur statis tak tentu
adalah struktur yang gaya-gaya dalamnya bergantung pada sifat-sifat fisik
elemen strukturnya.
e. Penggunaan Elemen (Batang) Tarik Khusus : Kabel
Selain elemen batang yang sudah dibahas di atas, ada elemen lain
yang berguna, yaitu elemen kabel, yang hanya mampu memikul tarik.
Secara fisik, elemen ini biasanya berupa batang baja berpenampang kecil
atau kabel terjalin. Elemen ini tidak mampu memikul beban tekan, tetapi
sering digunakan apabila hasil analisis diketahui selalu memikul beban tarik.
Elemen yang hanya memikul beban tarik dapat mempunyai penampang
melintang yang jauh lebih kecil dibanding dengan memikul beban tekan.
f. Rangka Batang Ruang
Kestabilan yang ada pada pola batang segitiga dapat diperluas ke
dalam tiga dimensi. Pada rangka batang bidang, bentuk segitiga sederhana
merupakan dasar, sedangkan bentuk dasar pada rangka batang ruang
adalah tetrahedron.
Prinsip-prinsip yang telah dibahas pada analisis rangka batang
bidang secara umum dapat diterapkan pada rangka batang ruang.
Kestabilan merupakan tinjauan utama.
Gaya-gaya yang timbul pada batang suatu rangka batang ruang
dapat diperoleh dengan meninjau keseimbangan ruang potongan rangka
batang ruang tersebut. Jelas bahwa persamaan statika yang digunakan
untuk benda tegar tiga dimensi, yaitu :
= 0, = 0, = 0 x y g F F F dan
= 0, = 0, = 0 x y g M M M (4.2)
Apabila diterapkan langsung pada rangka batang ruang yang cukup besar,
persamaan-persamaan ini akan melibatkan banyak titik hubung dan batang.
g. Kekakuan Titik Hubung
Pada perhitungan rangka batang, diasumsikan bahwa semua titik
hubung dimodelkan sebagai titik hubung sendi. Dalam beberapa hal,
membuat hubungan yang benar-benar sendi kadang-kadang tidak mungkin
atau bahkan tidak dikehendaki. Apabila kondisi titik hubung aktual
sedemikian rupa sehingga ujung-ujung batang tidak bebas berotasi, maka
momen lentur lokal dan gaya aksialnya dapat timbul pada batang-batang.
Apabila momen lentur itu cukup besar, maka batang tersebut harus didesain
agar mampu memikul tegangan kombinasi akibat gaya aksial dan momen
lentur. Besar tegangan lentur yang terjadi sebagai akibat dari titik hubung
kaku umumnya ≤ 20% dari tegangan normal yang terjadi. Pada desain awal,
biasanya tegangan lentur sekunder ini diabaikan.
Salah satu efek positif dari adanya titik hubung kaku ini adalah untuk
memperbesar kekakuan rangka batang secara menyeluruh, sehingga dapat
mengurangi defleksi. Merencanakan titik hubung yang kaku biasanya tidak
akan mempengaruhi pembentukan akhir dari rangka batang.
Desain Rangka Batang
Struktur Balok
Struktur Kolom
Sistem Struktur pada Bangunan Gedung Bertingkat
Selengkapnya : Teknik Struktur Bangunan
Posting Komentar