Untuk yang lebih banyak,
download di sini:
Rabu, 23 April 2014
GAYA DAN BEBAN PADA BANGUNAN TINGGI
A. GAYA YANG MUNGKIN
TIMBUL PADA BANGUNAN TINGGI
Sistem penahan
gaya lateral
Pada struktur
bangunan tinggi, hal ini penting untuk stabilitas dan kemampuanbya menahan gaya
lateral, baik disebabkan oleh angin atau gempa bumi. Beban angin lebih terkait
pada massa bangunan.
Gaya External
Gaya external
adalah gaya yang berasal dari luar bangunan. Gaya yang berasal dari luar
bangunan seperti :
-
Gaya angin
-
Gempa bumi
Gaya Internal
Gaya internal
adalah gaya yang berasal dari dalam bangunan seperti beban bangunan itu
sendiri. Beban yang ada pada bangunan terbagi dua yaitu beban mati dan beban
hidup.
-
Beban hidup : berat manusia,
lemari, dan benda benda yang dapat dipindahkan.
-
Beban mati : berat pondasi, kolom,
dinding, dan sebagainya.
Mengontrol Kuat Geser 1 Arah
Kerusakan akibat gaya geser 1 arah terjadi pada
keadaan dimana mula- mula terjadi retak miring pada daerah beton tarik (seperti
creep), akibat distribusi beban vertikal dari kolom (Pu kolom) yang
diteruskan ke pondasi sehingga menyebabkan bagian dasar pondasi mengalami
tegangan. Akibat tegangan ini, tanah memberikan respon berupa gaya reaksi
vertikal ke atas (gaya geser) sebagai akibat dari adanya gaya aksi tersebut.
Kombinasi beban vertikal Pu kolom (ke bawah) dan gaya geser tekanan tanah ke
atas berlangsung sedemikian rupa hingga sedikit demi sedikit membuat retak
miring tadi semakin menjalar keatas dan membuat daerah beton tekan semakin
mengecil.
Dengan semakin mengecilnya daerah beton tekan ini,
maka mengakibatkan beton tidak mampu menahan beban geser tanah yang mendorong
ke atas, akibatnya beton tekan akan mengalami keruntuhan. Berikut ini
ilustrasinya :
Gambar 1. Kerusakan Pondasi Akibat Gaya Geser 1 arah
Kerusakan pondasi yang diakibatkan oleh gaya geser
1 arah ini biasanya terjadi jika nilai perbandingan antara nilai a dan nilai d
cukup kecil, dan karena mutu beton yang digunakan juga kurang baik, sehingga
mengurangi kemampuan beton dalam menahan beban tekan.
Gambar 2. Keretakan Pondasi Akibat Gaya Geser 1 arah
Mengontrol Kuat Geser 2 Arah (Punching Shear)
Kuat geser 2 arah atau biasa disebut juga dengan
geser pons, dimana akibat gaya geser ini pondasi mengalami kerusakan di
sekeliling kolom dengan jarak kurang lebih d/2. Berikut ini ilustrasinya :
Gambar 3. Kerusakan Pondasi Akibat Gaya Geser 2 arah
Beban yang bekerja pada pondasi adalah beban dari
reaksi tegangan tanah yang bergerak vertikal ke atas akibat adanya gaya aksi
vertikal kebawah (Pu) yang disalurkan oleh kolom. Tulangan pondasi dihitung
berdasarkan momen maksimal yang terjadi pada pondasi dengan asumsi bahwa
pondasi dianggap pelat yang terjepit dibagian tepi- tepi kolom. Menurut SNI 03-2847-2002, tulangan pondasi telapak
berbentuk bujur sangkar harus disebar merata pada seluruh lebar pondasi.
B. PEMBEBANAN PADA
BANGUNAN TINGGI
Penyaluran Beban
Pada bagian diatas telah
diketahui gaya yang bekerja pada suatu bangunan. Gaya tersebut akan mengalami
penyaluran beban. Beban-beban tersebut di antaranya:
1.
Beban mati:
Beban mati adalah berat dari semua bagian
dari suatu bangunan yang bersifat tetap, termasuk segala bagian tambahan, mesin-mesin
serta perlengkapan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari
bangunan itu.
2.
Beban hidup:
Beban hidup adalah beban yang sifatnya
dapat beubah-ubah atau begerak sesuai dengan penggunaan bangunan (ruangan) yang
bukan bagian dari konstruksi bangunan. Beban hidup dapat menopang pada beban
mati yang dapat berubah dalam jangka waktu pendek sesuai pergerakan atau
pemindahan benda dan dapat juga berubah dalam jangka waktu panjang. Adapun
jenis beban hidup yang ada pada bangunan meliputi: manusia, furniture,
kendaraan, dan gerakan yang terjadi seperti ledakan.
3.
Beban angin:
Beban angin adalah semua beban yang
bekerja pada bangunan atau bagian bangunan yang disebabkan oleh selisih dalam
tekanan udara. Beban agin diperhitungkan karena angin besar dapat menekan
bangunan dan mempengaruhi kekuatannya. Bila kecepatan angin di suatu daerah
rata-rata konstan, maka hal ini dapat disebut statis. Apabila perubahannya
besar maka termasuk tekanan dinamis. Tekanan dinamis ini dipengaruhi oleh
factor-faktor lingkungan seperti kekasaran dan bentuk kerampingan bangunan, dan
letak bangunan yang berdekatan satu sama lain.
4.
Beban gempa:
Beban gempa adalah semua beban static
ekivalen yang bekerja pada bangunan atau bagian bangunan yang menirukan
pengaruh dari pergerakan tanah akibat gempa itu. Pengaruh gempa pada struktur
ditentukan berdasarkan analisa dinamik, maka yang diartikan dalam beban gempa
yaitu gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang terjadi oleh tanah akibat gempa
itu.
5.
Beban additional:
Beban additional adalah beban yang
memiliki nilai yang lebih besar dari nilai beban mati atau beban hidup dan
merupakan bagian dari struktur yang harus ditinjau. Diantara beban additional
adalah tendon air di atas bangunan, kuda-kuda, tangga, dan lift.
Selain beban yang disebutkan diatas ada juga sifat
beban yang ada pada bangunan, jenis beban tersebut ialah beban vertical dan
beban horizontal
1. Beban Vertikal
Pada struktur post and beam,
struktur akan memikul beban beban vertikal dan selanjutnya beban diteruskan ke
tanah. Pada struktur jenis ini, balok terletak bebas di atas kolom. Sehingga
pada saat beban menyebabkan momen pada balok, ujung-ujung balok berotasi di
ujung atas kolom. Jadi, sudut yang dibentuk antara ujung balok dan ujung atas
kolom berubah. Kolom tidak mempunyai kemampuan untuk menahan rotasi ujung
balok. Ini berarti tidak ada momen yang dapat diteruskan ke kolom,sehingga
kolom memikul gaya aksial. Apabila suatu struktur rangka kaku mengalami beban
vertikal seperti di atas, beban tersebut juga dipikul oleh balok, diteruskan ke
kolom dan akhirnya diterima oleh tanah. Beban itu menyebabkan balok cenderung
berotasi. Tetapi pada struktur rangka kaku akan terjadi rotasi bebas pada ujung
yang mencegah rotasi bebas balok. Hal ini dikarenakan ujung atas kolom dan
balok berhubungan secara kaku. Hal penting yang terjadi adalah balok tersebut
lebih bersifat mendekati balok berujung jepit, bukan terletak secara sederhana.
Seiring dengn hal tersebut, diperoleh beberapa
keuntungan, yaitu bertambahnya kekakuan, berkurangnya defleksi, dan
berkurangnya momen lentur internal. Akibat lain dari hubungan kaku tersebut
adalah bahwa kolom menerima juga momen lentur serta gaya aksial akibat ujung
kolom cenderung memberikan tahanan rotasionalnya. Ini berarti desain kolom
menjadi relatif lebih rumit. Titik hubung kaku berfungsi sebagai satu kesatuan.
Artinya, bila titik ujung itu berotasi, maka sudut relatif antara elemen-elemen
yang dihubungkan tidak berubah. Misalnya, bila sudut antara balok dan kolom
semula 900, setelah titik hubung berotasi, sudut akan tetap 900. Besar rotasi
titik hubung tergantung pada kekakuan relatif antara balok dan kolom. Bila
kolom semakin relatif kaku terhadap balok, maka kolom lebih mendekati sifat
jepit terhadap ujung balok, sehingga rotasi titik hubung semakin kecil.
Bagaimanapun rotasi selalu terjadi walaupun
besarannya relatif kecil. Jadi kondisi ujung balok pada struktur rangka kaku
terletak di antara kondisi ujung jepit (tidak ada rotasi sama sekali) dan
kondisi ujung sendi-sendi (bebas berotasi). Begitu pula halnya dengan ujung
atas kolom. Perilaku yang dijelaskan di atas secara umum berarti bahwa balok
pada sistem rangka kaku yang memikul beban vertikal dapat didesain lebih kecil daripada
balok pada sistem post and beam. Sedangkan kolom pada struktur rangka
kaku harus didesain lebih besar dibandingkan dengan kolom pada struktur post
and beam, karena pada struktur rangka kaku ada kombinasi momen lentur dan
gaya aksial. Sedangkan pada struktur post and beam hanya terjadi gaya
aksial. Ukuran relatif kolom akan semakin dipengaruhi bila tekuk juga ditinjau.
Hal ini dikarenakan kolom pada struktur rangka mempunyai tahanan ujung,
sedangkan kolom pada post and beam tidak mempunyai tahanan ujung.
Perbedaan lain antara struktur rangka kaku dan struktur post and beam sebagai
respon terhadap beban vertikal adalah adanya reaksi horisontal pada struktur
rangka kaku. Sementara pada struktur post and beam tidak ada.
Pondasi untuk rangka harus didesain untuk memikul
gaya dorong horisontal yang ditimbulkan oleh beban vertikal. Pada struktur post
and beam yang dibebani vertikal, tidak ada gaya dorong horisontal, jadi
tidak ada reaksi horisontal. Dengan demikian, pondasi struktur post and beam
relatif lebih sederhana dibandingkan pondasi untuk struktur rangka
Ini merupakan salah satu
kerusakan tipikal bangunan-bangunan lama, yang mana fokusnya masih pada
pembebanan vertikal. Perhatikan tembok satu batu saja dengan ringannya dapat
terbelah oleh gempa, juga balok kayu di atas, meskipun masih utuh, tetapi tidak
ada peranannya dalam memikul gaya lateral akibat gempa. Itu merupakan
konstruksi simple beam, sedangkan tembok seperti kolom kantilever, bahkan
mungkin seperti sendi-bebas (tidak stabil terhadap beban lateral).
2. Beban Horisontal
Perilaku struktur post and beam dan struktur
rangka terhadap beban horisontal sangat berbeda. Struktur post and beam dapat
dikatakan hampir tidak mempunyai kemampuan sama sekali untuk memikul beban
horisontal. Adanya sedikit kemampuan, pada umumnya hanyalah karena berat
sendiri dari tiang / kolom (post), atau adanya kontribusi elemen lain,
misalnya dinding penutup yang berfungsi sebagai bracing. Tetapi perlu
diingat bahwa kemampuan memikul beban horisontal pada struktur post and beam
ini sangat kecil. Sehingga struktur post and beam tidak dapat
digunakan untuk memikul beban horisontal seperti beban gempa dan angin.
Sebaliknya, pada struktur rangka timbul lentur, gaya geser dan gaya aksial pada
semua elemen, balok maupun kolom. Momen lentur yang diakibatkan oleh beban
lateral (angin dan gempa) seringkali mencapai maksimum pada penampang dekat
titik hubung. Dengan demikian, ukuran elemen struktur di bagian yang dekat
dengan titik hubung pada umumnya dibuat besar atau diperkuat bila gaya
lateralnya cukup besar.
Rangka kaku dapat diterapkan pada gedung besar
maupun kecil. Secara umum, semakin tinggi gedung, maka akan semakin besar pula
momen dan gaya-gaya pada setiap elemen struktur. Kolom terbawah pada gedung
bertingkat banyak pada umumnya memikul gaya aksial dan momen lentur terbesar.
Bila beban lateral itu sudah sangat besar, maka umumnya diperlukan kontribusi
elemen struktur lainnya untuk memikul, misalnya dengan menggunakan pengekang (bracing)
atau dinding geser (shear walls).
Efek Kondisi Pembebanan Sebagian
Seperti yang terjadi pada balok menerus, momen
maksimum yang terjadi pada struktur rangka bukan terjadi pada saat rangka itu
dibebani penuh. Melainkan pada saat dibebani sebagian. Hal ini sangat
menyulitkan proses analisisnya. Masalah utamanya adalah masalah prediksi
kondisi beban yang bagaimanakah yang menghasilkan momen kritis.
