<< ini masih relevan, kutulis ulang 15 Januari 2021>>
Ini pertanyaan dari salah satu pembaca blog, sdr Agaton :
kalau perhitungan rangka atap baja atau kayu memakai Software SAP2000 atau sejenisnya maka sebaiknya memakai model “struktur truss” atau “space frame“.
Suatu pertanyaan sederhana, yang mungkin bagi sebagian engineer akan langsung dijawab dengan memilih salah satu dari dua alternatif tersebut.
Bagaimana dengan anda ?
Ok. Untuk itu, ini pendapatku.
Pada prinsipnya semua alternatif di atas adalah memungkinkan, karena semua pilihan mempunyai batasan-batasan yang harus diikuti secara konsisten. Itu gunanya kenapa engineer perlu memahami perilaku dasar dari setiap fenomena engineering dan tidak sekedar bisa menghitung agar strukturnya aman untuk dipakai. Jika hanya sekedar bisa menghitung seperti itu, tetapi tidak bisa memberikan argumentasi “mengapa tipe struktur itu yang dipilih“, kalaupun dipaksa hanya bisa berkilah karena didasarkan pada pengalaman-pengalaman sebelumnya yang sukses. Bisa dipastikan yang bersangkutan adalah Tukang Kelas 1, bukan engineer yang sesungguhnya.
Sebelum menjelaskan pada kasus, perlu dijelaskan terlebih dahulu definisi struktur truss dan space frame. Istilah ini di internet agak campur aduk, khususnya ketika menjelaskan tentang sistem struktur rangka baja 3D. Kelihatannya ok, tetapi hal itu bagi engineeer muda bisa membuat bingung pada waktu perencanaannya. Kalau hanya sebutan nama oleh arsitek, atau awam, yaitu untuk membedakan satu bentuk rangka dengan bentuk rangka lainnya, maka tentunya tidak akan berdampak apa-apa.
Tentang istilah nama, saya jadi ingat diskusi dengan mahasiswa soal kerja praktik. Mahasiswa mencoba menjelaskan raft foundation yang disebutkan oleh kontraktor di lapangan. Setelah di telisik lebih lanjut, itu ternyata jenis pilecap raksasa tebal, yang dibawahnya teradapat grid tiang bor. Itu termasuk sistem pondasi dalam. Pada pelajaran teknik pondasi, atau di literatur teknik pondasi, yang namanya raft foundation adalah pondasi dangkal. Padahal dibawahnya ada tiang bor yang termasuk pondasi dalam. Jadi dari istilah itu saja maka solusinya akan berbeda sekali. Kenyataan di lapangan fine-fine saja. Maklum istilah itu khan dampaknya saat perencanaan terkait metode yang digunakan untuk mendapatkan solusinya, bukan di lapangan .
Selanjutnya kembali ke kasus truss dan frame. Agar tidak rancu lagi maka pembahasan sebaiknya membandingkannya dengan yang setara, misalnya :
- struktur truss vs struktur frame
- struktur plane truss vs struktur space truss
- struktur plane frame vs struktur space frame
karena jika yang dibandingkan adalah struktur truss dan space frame jadi membingungkan. Istilahnya tidak apples to apples.
Catatan : permasalahan karena truss dan frame di Indonesia kadang diterjemahkan dengan istilah yang sama, yaitu rangka batang.
Istilah “frame” di dalam pembahasan ini sebenarnya tidak dapat diterjemahkan sebagai “rangka batang” dalam bahasa indonesia sehari-hari. Maklum secara visual bagi orang awam, bisa saja “truss” dan “frame” akan merujuk pada sistem struktur yang sama. Sebenarnya istilah itu adalah istilah bagi structural engineer untuk mengkategorikan suatu struktur yang terdiri dari elemen-elemen batang yang disambung satu sama lain, yang mana elemen-elemen tersebut dalam analisis dapat dimodelkan sebagai elemen 1D, yang mana gabungan-gabungan elemen-elemen 1D dapat membentuk elemen 2D (plane) dan elemen 3D (space).
Itu belum menyinggung “truss” dan “frame” lho.
Adapun istilah “truss” atau “frame” lebih diarahkan kepada bagaimana gaya-gaya luar yang bekerja pada struktur tersebut dialihkan ke tumpuan. Struktur “truss” jika gaya-gaya luar tersebut dialihkan melalui perilaku aksial pada elemen 1D tersebut, sedang “frame” adalah selain aksial juga memanfaatkan perilaku lentur maupun geser pada elemen 1D.
Penjelasan yang lebih detail, mengapa ada penggolongan tersebut di jaman dahulu adalah untuk mengkategorikan metode apa yang paling baik digunakan untuk menganalisisnya. Rumus-rumus matriknya juga berbeda, dan itu dijelaskan secara detail dibuku SAP yang aku tulis. Moga-moga para pembaca blog ini sudah membacanya. Jika belum, langsung ke http://lumina-pres.com .
Untuk bisa menentukan apakah atap bajanya “truss” atau “frame” tentu tergantung konfigurasi geometri, bagaimana elemen batang (elemen 1 D) tersebut dipasangkan dalam membentuk struktur. Jika bisa membentuk suatu rangka yang terdiri dari segitiga-segitiga tertutup maka dimungkinkan dapat dianalis sebagai struktur truss. Sedangkan jika tidak memungkinkan, seperti gable misalnya, maka jelas harus dianalis sebagai struktur frame. Ini contoh plane truss tradisionil, yang gambar-gambarnya aku searching di Google.
Gambar 1. Berbagai tipe struktur truss (atap dan jembatan)
Selain bentuk geometri, maka cara penyambungan dari elemen struktur juga cenderung menentukan apalah “truss” atau “frame” yang perlu dipilih. Untuk kayu misalnya, paling sederhana jika dapat dimodelkan sebagai struktur truss saja, karena sambungannya hanya menerima gaya aksial. Sederhana.
Gambar 2. Sambungan pada konstruksi kayu
Meskipun sambungan pada konstruksi kayu cenderung hanya untuk tarik dan tekan. Itu alasannya mengapa pada Gambar 2 ada tambahan batang diagonal. Tetapi untuk kasus konstruksi yang terlihat di Gambar 2 , tidak bisa dianalisis sebagai struktur truss. Harus frame. Kenapa, karena secara global tidak membentuk rangka-rangka berpola segitiga seperti di Gambar 1. Batang diagonal yang terlihat pada Gambar 2 adalah strategi untuk menghasilkan sambungan balok dan kolom sebagai sambungan yang mampu memikul momen, khususnya terhadap beban gravitasi.
Untuk konstruksi baja, berbeda lagi. Jika profil bajanya dari profil WF tentu lebih mudah untuk membuat sambungan momen, akan berbeda jika elemen batang terdiri dari profil pipa dan beorientasi ruang, sebagai berikut.
Gambar 3. Space truss
Gambar 3 di atas kalau di searching di internet, bisa juga disebut sebagai space frame. Jangan bingung, yang menyebut seperti itu biasanya kontraktor atau arsitek, untuk mengkategorikan sebagai rangka ruang. Tetapi bagi structural engineer, yang melihat sesuatu berdasarkan gaya-gaya internal yang terjadi, maka dengan argumentasi bahwa karakter sambungan antar batang, yang hanya mampu atau tepatnya didominasi oleh gaya aksial saja maka dipastikan itu termasuk struktur truss, dan karena orientasinya adalah ruang (3D) maka disebut space truss. Bukan space frame.
Gambar 4. Space frame
Gambar 4 bisa membuat bingung. Sepintas jika dilihat dari jauh, maka terlihat orientasinya membentuk pola segitiga. Ini seperti truss. Tetapi karena ada pola lengkung, dan sambungannya menerus (las penuh) maka jelas perilaku strukturnya tidak hanya menerima gaya aksial saja. Ingat, batang melengkung jika diberi gaya aksial (gaya searah sumbu) di ujung-ujung batang, pasti akan timbul momen. Oleh sebab itu untuk analisisnya perlu sebagai space frame.
Jangan pusing ya. Bisa kebayang atau tidak. Bagi awam pasti pusing dengan tulisanku ini. Jika bisa dipahami, syukurlah ilmu rekayasa struktur anda mencukupi. O ya, itu tidak hanya untuk analisisnya saja, untuk desain juga berpengaruh. Sebagai contoh rangka baja, jika dianggap truss maka untuk desain cukup belajar Chapter D (batang tarik) dan Chapter E (batang tekan) dari AISC 360-10. Jika dianggap frame maka selain Chapter D, Chapter E, juga Chapter F (balok lentur), Chapter G (geser) dan Chapter H (gaya kombinasi). Lebih banyak khan. Jadi pemilihan istilah bagi seorang insinyur struktur sangat penting, bagi yang lain : siapa peduli.
Ok, sampai mana ini. O, baru sampai “truss” dan “frame”. Bagaimana dengan “plane” dan “space”. Ini juga ditentukan oleh banyaknya tumpuan, lokasi dan konfigurasi geometri struktur. O ya, juga cara pemasangannya. Karena struktur space frame memerlukan strategi pemasangan yang khusus pula. Ini contoh space frame terkenal, di London. Dengan mempertahankan pola-pola segitiga maka sistem struktur akan didominasi oleh gaya aksial, yang mana jika dibuat bentuk lengkung, maka efek perilaku struktur membran akan terbentuk. Itu penjelasannya mengapa elemen-elemen batang baja yang digunakan relatif kecil. Bentuk segitiga, tetapi dibuat datar dan bebannya bekerja tegak lurus bidang, maka jelas bentuk segitiga tidak bermanfaat. Perilaku struktur jadi sistem struktur grid, yang didominasi lentur dan torsi, dan bukan space frame.
Gambar 5. King cross Station London sebagai struktur space frame
Jadi sebenarnya, dengan memahami karakter struktur dan bisa menggolongkannya maka sebenarnya sudah bisa diidentifikasi gaya-gaya yang bekerja, dan memilih metode penyelesaian yang tepat. Ini strategi ilmu struktur di jaman dulu, sebelum era komputer. Pada masa itu insinyur harus mempelajari banyak metode analisis, seperti Takabeya, Cross, Slope Deflection, dan macam-macam sekedar mencocokkan kasus yang akan ditangani dengan metode yang akan digunakan. Sekarang di jaman komputer, program analisa struktur sudah bisa menghitung berbagai tipe struktur, tanpa perlu memilah-milah dahulu, maka wajar saja timbul pertanyaan di atas ini. Keberadaan komputer akan memunculkan banyak tukang kelas 1, dan tidak menjamin mereka menjadi engineer sejati.
Lho koq, jawabannya jadi panjang ya. Ok, saya tutup saja, takut saya cerita banyak tetapi mas Agaton yang memancing pertanyaan ini tidak memahami . Intinya adalah banyak hal yang menjadi pertimbangan memilih sistem struktur, semuanya memungkinkan jika pertimbangan-pertimbangan tersebut telah dipikirkan. Selanjutnya harus dapat secara konsisten diterapkan sejak dari perencanaan, pelaksanaan bahkan pemakaiannya pula.
Ok begitu !
The Work of Wiryanto Dewobroto 
Tinggalkan Balasan ke Aryo Batalkan balasan