intro – tentang space frame


Catatan : Ini baru intro dari tulisan yang sedang aku susun. Ada seorang teman yang mengasuh seminar-seminar teknik berbayar, yang memintaku membawakan topik berjudul “Metode Konstruksi Struktur Baja Space Frame“. Katanya saya punya kompetensi untuk membawakanya, tidak sekedar secara akademis, tetapi juga ada pasar yang mau membelinya. Lho koq bisa, menurut temanku alasannya adalah [1] adanya buku yang kutulis, ini ada reviewnya juga a, b, [2] pengalamanku sebagai anggota K2K PUPR yang mengevaluasi banyak metode konstruksi dari para kontraktor infrastruktur di negeri ini, dan [3] karena kegiatanku tempo hari terkait dua proyek dome dengan konstruksi baja, yaitu di Jateng (desain) dan Papua (konstruksi). Hebat juga temanku tersebut, maklum banyak acara-acara seminar yang diselenggarakannya pada sukses, padahal biayanya saja mahal. Jauh dibanding acara seminar akademis yang host-nya perguruan tinggi. Saya juga senang, karena kalau mengisi acaranya, waktunya tidak dibatasi hanya 15 menit saja. Tahu khan, bisa berbagi apa kalau hanya 15 menit. Itu sih sekedar presentasi untuk dapat KUM saja, tidak untuk berbagi ilmu. Padahal jujur saja tulisan dengan judul tersebut sangat menantang. Maklum jenis struktur yang dibahas relatif jarang ada. Oleh sebab itu untuk menuliskannya saya perlu membaca banyak literatur asing dari jurnal-jurnal ilmiah dibanding berdasarkan pengalaman di lapangan. Selain itu juga berarti harus mulai mengasah kembali kemampuan berimajinasi sebagai penulis. Ini intro yang telah aku buat, selamat membaca.

Untuk pembangunan infrastruktur yang optimal, pengetahuan bahan dan aplikasinya sangat penting bagi insinyur. Untuk bangunan struktur atas, bahan material yang populer adalah beton dan baja, yaitu dalam bentuk struktur beton bertulang / prategang, struktur baja, dan komposit. Dari keduanya maka material baja paling penting, kuat terhadap tarik dan tekan sekaligus, sedangkan material beton hanya kuat terhadap tekan saja. Selain itu, rasio kuat terhadap beratnya adalah paling tinggi, sehingga untuk konstruksi atap bentang besar, yang bebannya didominasi oleh berat sendiri maka penggunaan struktur baja adalah yang terbaik.

Gambar 1. National Stadium Singapore (www.agcce.com)

Gambar 1 yaitu bangunan stadium baru Singapura yang berkapasitas 55 ribu tempat duduk. Bentuk atap dome dengan bentang bersih 310 m, di bagian atasnya bisa dibuka-tutup. Saat diresmikan April 2014, bangunan tersebut memecahkan rekor struktur atap dome dari baja dengan tumpuan mandiri (self-supported) yang terbesar di dunia. Bisa dibandingkan dengan Millenium Dome London, yang diameternya lebih besar (365 m) tetapi berupa atap tenda yang digantung pada kabel dengan 12 menara penopang yang mencuat ke luar dari atap.

Singapura daerah bebas gempa, tidak pernah ada angin taufan atau hujan salju, sehingga beban untuk perencanaan strukturnya ditentukan oleh berat sendiri yang dominan. Meskipun hanya berat sendiri, ternyata struktur atap dan sambungan untuk stadium baru tersebut perlu bahan material baja sebanyak ± 7400 ton. Bayangkan jika ada beban lain yang menentukan, tentu akan bertambah berat. Dari studi analisis konsultan struktur (Arup), sistem struktur dome baja adalah yang paling optimal dibandingkan sistem struktur yang lain. Struktur dome baja atap podium lebih detail dapat dilihat dari bagian dalamnya, sebagai berikut.

Gambar 2. Sistem struktur baja atap dari bagian dalam (www.atecpro.com)

Dari bagian dalam stadion, sistem struktur dome terlihat jelas. Konfigurasi geometrinya unik, modul dasar berupa struktur rangka batang (truss), yang dikenali dari pola geometrinya. Ada modul yang ditempatkan memanjang, melintang, dan diagonal. Secara keseluruhan modul tersebut membentuk konfigurasi struktur dome baru, dan belum pernah ada sebelumnya. Apalagi ada bagian puncak atap yang bisa dibuka-tutup. Bagaimana pembagian kerja modul memanjang, melintang, dan diagonal saat dibebani, tentunya diketahui dari analisis struktur yang dilakukan secara menyeluruh, sebagai satu kesatuan atap utuh. Analisisnya tidak bisa sepotong-potong, yang biasanya dapat diterapkan pada sistem struktur bangunan regular. Oleh sebab itu struktur dome, mulai dari struktur modul dasar sampai membentuk struktur dome secara keseluruhan termasuk kategori struktur rangka ruang (space frame). Jenis ini strukturnya yang memerlukan evaluasi secara menyeluruh, 3D atau ruang.

Dalam mengkategorikan sistem struktur dome stadion di atas, penulis lebih memilih space frame daripada space truss, yang umumnya sering digunakan orang untuk mengidentifikasi struktur rangka dengan pola segitiga. Itu dikarenakan space frame memberi cakupan lebih luas. Jika mengacu Gambar 2 maka tidak ada data detail tentang gaya-gaya internal pada sistem struktur tersebut. Padahal bagi awam istilah space frame dan space truss kadangkala merujuk sistem struktur yang sama, yaitu bila ada pola segitiga dan berorietasi ruang atau 3D. Bagi structural engineer maka itu adalah dua sistem struktur yang berbeda, khususnya pada mekanisme pengalihan gaya internal elemen batangnya. Elemen batang rangka ruang yang hanya menerima gaya aksial (tekan dan tarik) disebut space truss. Jika selain ada gaya aksial, tetapi ada juga momen dan torsi, lebih tepat untuk disebut space frame. Maklum, kata frame dan truss jika diterjemahkan bisa merujuk pada kata yang sama, yaitu rangka batang. Sebagai catatan, kata entri “frame”, “truss” dan “rangka batang” tidak dikenal dalam KBBI (https://kbbi.kemdikbud.go.id). Jadi penjelasan di atas diberikan dalam konteks teknik ini.

Struktur rangka ruang yang disebut space truss biasanya dapat dilihat dari sambungannya, yaitu berupa pin atau sendi. Agar stabil, konfigurasi geometri harus berbentuk pola segitiga. Selain itu penempatan bebannya harus diberikan pada titik nodal agar tidak terjadi momen pada elemen batangnya. Oleh karena elemen batang space truss didesain untuk memikul gaya aksial, maka tentu dipilih sedemikian agar momen lentur akibat berat sendirinya relatif kecil. Pilihan elemen batang space truss yang paling ideal adalah penampang pipa baja.

Dari definisi space truss di atas, banyak ciri-cirinya bisa ditemukan (lihat Gambar 2), tetapi karena sistem sambungannya terlihat menerus (sambungan las kaku), maka dianggap bisa menerima momen. Oleh sebab itu dikategorikan sebagai struktur space frame, merujuk sistem struktur rangka yang berorientasi secara ruang (3D). Sistem ini sambungannya tidak harus pin sehingga gaya-gaya internalnya, tidak sekedar gaya aksial, tetapi juga momen dan torsi. Keunggulannya, konfigurasi struktur lebih bebas, tidak harus membentuk pola segitiga, dan bebannya tidak harus di titik nodal. Untuk struktur space frame, yang geometrinya juga membentuk pola segitiga, maka perilakunya akan mirip struktur space truss, dimana gaya internal elemen akan didominasi oleh gaya aksial. Struktur dengan mekanisme gaya aksial, akan lebih kaku dan relatif lebih efisien (ekonomis).

Sistem struktur atap dome stadion di Singapore, relatif unik. Bagian atas atapnya juga dapat dibuka-tutup sehingga menjadi sistem atap yang istimewa. Saat peresmiannya, atap dome tersebut dianggap yang terbesar di dunia. Karena tidak ada saingannya, maka itu menjadi sesuatu yang baru. Untuk hal seperti ini tentunya tidak bisa sekedar mengandalkan pada pengalaman karena memang belum pernah ada sebelumnya. Sebab itu mestinya ada kajian lain berbasis sain, rekayasa atau teknologi yang relevan, untuk dijadikan acuan, baik untuk tahapan desain maupun saat penyusunan metode konstruksi di lapangan agar strukturnya aman dan berfungsi sesuai rencana. Makalah ini selanjutnya (yang akan ditulis) mencoba mengupas kajian yang dimaksud, secara teoritis dan juga didasarkan pengalaman sistem serupa yang pernah sukses dibuat.

Catatan : intro selesai ! Jadi tulisan selanjutnya adalah mengkaji hal-hal yang perlu diperhatikan atau dipikirkan untuk desain dan konstruksi space frame bentang besar. Kira-kira berikutnya topik apa tulisannya ?

6 pemikiran pada “intro – tentang space frame

  1. Saya mahasiswa Arsitek masih unyu-unyu, sampai berdebat sama Dosen pembimbing, Struktur Konstruksi 4, bentang lebar, pak prof, akibat definisi/penjelasan yang saya dapat tentang struktur Space Truss dengan Space Frame di blog ini.
    DosPem berkeras kalo Space truss dan Space Frame sama, sama sama segitiga bentuk dasarnya, sementara disini dijelaskan :
    Space Truss itu aksial aja yang kerja + tumpuan sendi,
    sementara kalo Space Frame ada momen dan torsi tambah tumpuan kaku.

    saya kasi aja link ini.. wkwkwk.

    Suka

    1. Herman, kamu nggak boleh begitu. Bagi arsitek, yang dipelajari dari satu bangunan adalah bentuk atau tampilan, terkait dengan keindahan dan kenyamanan. Itu memang tugas seorang arsitek. Nggak peduli dengan gaya-gaya pada elemen bangunan. Itulah alasannya, mengapa untuk struktur besar perlu melibatkan insinyur. Jadi ketika berbicara tentang risiko bahaya dan keselamatan, apakah bangunannya kuat atau tidak, yang memerlukan analisa struktur dan semacamnya maka disitulah peran seorang insinyur teknik sipil. Ke dua orang profesional tersebut, meskipun terlibat pada suatu bentuk bangunan yang sama, tetapi karena tujuannya berbeda, maka tentu cara berpikirnya akan berbeda pula. Jadi kalau ternyata untuk suatu bentuk segitiga yang sama, maka wajar jika ada dua pendapat yang berbeda.

      Apa yang saya sampaikan dalam artikel ini adalah dalam kerangka berpikir sebagai seorang insinyur, yaitu melihat bentuk geometri bukan dari kaca mata keindahan atau kenyaman, itu tugas arsitek. Seorang insinyur bertanggung jawab pada faktor keselamatan. Salah satu upayanya adalah memastikan gaya-gaya internal yang bekerja pada elemen stuktur adalah lebih kecil dari kapasitas penampang struktur yang ada. Itulah makanya para insinyur harus punya cara menebak gaya-gaya tersebut berdasarkan konfigurasi sistem. Ibarat seperti melihat orang berotot yang cenderung mampu memikul beban lebih berat dibanding orang yang kurus kecil. Struktur bangunan pada dasarnya juga bisa diklasifikasikan seperti itu.

      Berbicara tentang keindahan dan kenyamanan yang dilakukan seorang arsitek kadang lebih mudah diterima oleh owner (sumber dana) dari pada para insinyur yang bicara tentang risiko. Itulah alasannya para insinyur hanya “didengar” jika konstruksinya besar, atau berisiko tinggi. Berisiko uang yang investasikan akan hilang jika roboh atau rusak karena ada gempa. Biarlah para arsitek hanya tahu tentang keindahan, karena kalau ada proyek besar pastilah mereka akan mengajak insinyur untuk terlibat.

      Suka

  2. reza fardian

    izin bertanya prof
    saya seorang lulusan mahasiswa teknik sipil, saat ini sedang banyak mempelajari materi baja terkait struktur truss
    dan masih ada yg saya bingung terkait truss dengan bidang lengkung

    untuk struktur truss yg lengkung, jika beban di berikan titik nodal, gaya dalam yg dominan apakah aksial atau lentur ya prof?
    karena ada beberapa yg saya dapati di internet mengatakan aksial, ada jga yg mengatakan lentur karena pola lengkung

    terima kasih banyak prof
    mohon ditegur jika pertanyaan saya keliru nggih

    Suka

    1. “ada beberapa yg saya dapati di internet mengatakan aksial, ada jga yg mengatakan lentur karena pola lengkung”

      Saya tertarik dengan statement di atas. Ada kesan kalau di internet itu adalah suatu kebenaran dan patut dijadikan rujukan. Jujur, internet memang membantu kita dalam menyebarkan tulisan atau ide dengan mudah. Apalagi ada bantuan Google dan ditambah keyword yang tepat, tersebar deh ide-ide tersebut dan menjadi semacam informasi bagi pihak lain yang tertarik.

      Permasalahannya, setiap orang bisa memanfaatkan internet, ada yang kompeten dan ada yang asal-asalan. Nah sekarang siapa yang buat statement di atas, dan dalam rangka apa statement itu dibuat. Oleh sebab langkah penting untuk mendapatkan manfaat dari internet, khususnya penjelasan yang tepat, maka pastikan orang yang bersangkutan mempunyai reputasi.

      Kembali ke istilah truss yang diterjemahkan menjadi rangka batang, sedangkan frame cocok diterjemahkan jadi portal. Kembali ke truss, adalah sistem struktur yang memastikan didominasi oleh gaya aksial.

      Informasi bahwa “lentur karena pola lengkung” menurut saya adalah pernyataan yang bikin bingung. Struktur lengkung atau arch structure adalah hal yang harusnya dipelajari di level 1. Bentuk geometri lengkung, selama diberikan beban merata di atasnya, maka akan terjadi gaya aksial pada penampangnya. Jika terdapat beban titik, maka pada bagian tersebut akan terjadi momen lentur . Adapun rangka batang berbentuk lengkung, jika diberi beban terpusat pada titik nodal, maka yang terjadi adalah tetap gaya aksial pada elemen-elemennya.

      Suka

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s