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.
Perhatikan, meskipun terlihat cukup banyak element vertikal tetapi yang berupa
kolom struktur satu, yaitu yang ke dua dari sebelah kanan, yang lain
adalah kolom praktis yang benar-benar praktis tidak memberi perlawanan
terhadap gaya lateral gempa.
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.
