Penjelasan Struktur Bangunan Atas Lengkap
STRUKTUR BANGUNAN ATAS
Seni bangunan atau arsitektur adalah seni sejak adanya manusia dan disebut seni terikat, karena bangunan gedung dipakai oleh manusia dan bahan-bahan bangunan yang sifatnya dibatasi kemampuannya. Seni bangunan adalah seni dan teknik dengan mengikutsertakan faktor-faktor falsafah, religi, tradisi, seni dan ilmu pengetahuan.
Struktur bangunan adalah komponen penting dalam arsitektur. Tidak ada bedanya apakah bangunan dengan strukturnya hanya tempat untuk berlindung satu keluarga yang bersifat sederhana, ataukah tempat berkumpul atau bekerja bagi banyak orang, seperti perkantoran, gedung ibadah, hotel, gedung bioskop, stasiun dan sebagainya. Maka fungsi dari struktur ialah untuk melindungi suatu ruang tertentu terhadap iklim, bahaya-bahaya yang ditimbulkan alam dan menyalurkannya semua macam beban ke tanah. Beban-beban yang dipikulnya, berat bahan dari elemen-elemen beserta berat strukturnya sendiri disalurkan oleh struktur atau kerangka bangunan kekulit bumi. Kecuali beban tersebut, struktur harus dapt memikul beban lain akibat dari angin dan gempa bumi.
Struktur Bangunan Gedung adalah oganisasi daripada elemen-elemen ataupun komponen-komponen bangunan yang mendukung dapat berfungsinya bangunan gedung dengan baik. Sistem struktur adalah bentuk organisasi daripada elemen-elemen struktur yang ditujukan untuk menyalurkan beban secara karakteristik.
Konstruksi – Pelaksanaan – Hubungan antara elemen struktur.
konstruksi merupakan jaminan untuk stabilitas sistem struktur, sistem konstruksi adalah cara bagaimana struktur bangunan gedung dilaksanakan (masalah kekuatan, sambungan-sambungan perelemen/bagian yang disambung secara detail).
Pembebanan struktur bangunan adalah beraneka ragam dan rumit (kompleks). Bangunan menampung orang-orang yang hidup, barang-barang yang dapat dipindahkan, beban angin yang berubah-ubah, berat struktur dan bahan-bahan bangunan yang statis semuanya dipikul ileh struktur atau kerangka bangunan dan sisalurkan ketanah melalui pondasi.
Menurut sistem penyaluran bebannya struktur bangunan gedung dibagi sebagai berikut:
?? Struktur Utama adalah organisasi dari elemen-elemen ataupun komponen-komponen bangunan yang menyalurkan beban ketanah dan tanpa adanya struktur ini bangunan tidak dapat berfungsi dengan baik.
?? Struktur pendukung adalah susunan elemen-elemen ataupun komponen bangunan yang mendukung struktur utama supaya dapat melaksanakan fungsinya dengan baik banyak variasi pembebanan pada struktur bangunan. Beban-beban tersebut diatas dapat ditentukan dan diberi kode atau tanda dalam perencanaan struktur.
Beban dibedakan menjadi:
?? Beban Mati adalah beratnya struktur sendiri.
?? Beban hidup adalah berat beban yang dapat berpindah-pindah atau berubah arah seperti mesin, orang, penyekat fleksibel (partition), air hujan, salju, dsb.
?? Beban Angin.
?? Beban Termis.
?? Gerakan bangunan akibat gerakan tanah.
?? Goyangan bangunan akibat gempa bumi.
?? Beban Dinamis.
4 faktor yang harus diperhatikan dalam perencanaan bangunan:
1. Estetika, sebagai dasar keindahan dan keserasian bangunan yang mampu memberikan rasa bangga kepada pemilknya.
2. Fungsional, disesuaikan dengan pemanfaatan dan penggunaannya sehingga dalam pemakaiannya dapat memberikan kenikmatan dan kenyamanan.
3. Struktural, mempunyai struktur yang kuat dan mantap yang dapat memberikan kenikmatan dan kenyamanan.
4. Ekonomis, pendimensian elemen bangunan yang proporsional dan penggunaan bahan bangunan yang memadai sehingga bangunan awet dan mempunyai umur pakai yang panjang.
BAHAN-BAHAN UNTUK STRUKTUR KONSTRUKSI BANGUNAN
Batu Alam dan Bata Buatan
Batu alam adalah bahan yang tertua dipakai manusia sejak mulai membangun rumah dan gedung-gedung pada jaman dahulu.
Pengelmpokan batu alam menurut asal jadinya adalah sebagai berikut:
??Batu-batuan dari pembekuan lahar.
??Batu-batuan dari endapan.
??Batu-batuan dari salah satu yang disebut tadi atau campuran setelah mengalami perubahan.
Kemudian disusul dengan batu buatan misalnya dari Portland Cement (PC) dan pasir atau bata dari tanah liat. Guna meringankan berat dinding ada yang dibuat dengan lubang ditengahnya, dengan lubang kecil biasa disebut dengan hollow bricks.
Kayu adalah bahan konstruksi sejak jaman dahulu, kayu dimanfaatkan juga sebagai bahan penghias interior.
Baja adalah bahan bangunan yang sangat diperlukan sekali baik sebagai struktur utama maupun sebagai pendukung tambahan dalam beton bertulang. Bahan baja dibuat dalam bermacam-macam bentuk dan ukuran untuk elemen-elemen struktur bangunan.
Hal-hal yang kurang menguntungkan perubahan bentuk relatif (akibat panas ermis), tidak tahan panas api dan korosif, perawatan memerlukan biaya yang besar.
Alumunium campuran alumunium pada waktu sekarang belum dapat mengambil alih semua macam baja sebagai struktur bangunan.
Beton telah dikenal Bangsa Romawi pada abad sebelum Masehi.
Komponen-Komponen Struktur Gedung Bagian Atas
Kolom
Kolom merupakan suatu elemen struktur tekan yang memegang peranan penting dari suatu bangunan, sehingga keruntuhan pada suatu kolom merupakan lokasi kritis yang dapat menyebabkan runtuhnya (collapse) lantai yang bersangkutan dan juga runtuh total (total collapse) seluruh struktur (Sudarmoko, 1996). Fungsi kolom adalah sebagai penerus beban seluruh bangunan ke pondasi. Bila diumpamakan, kolom itu seperti rangka tubuh manusia yang memastikan sebuah bangunan berdiri. Kolom termasuk struktur utama untuk meneruskan berat bangunan dan beban lain seperti beban hidup (manusia dan barang-barang), serta beban hembusan angin. Kolom berfungsi sangat penting, agar bangunan tidak mudah roboh.
SK SNI T-15-1991-03 mendefinisikan kolom adalah komponen struktur bangunan yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral.
Struktur dalam kolom dibuat dari besi dan beton. Keduanya merupakan gabungan antara material yang tahan tarikan dan tekanan. Besi adalah material yang tahan tarikan, sedangkan beton adalah material yang tahan tekanan. Gabungan kedua material ini dalam struktur beton memungkinkan kolom atau bagian struktural lain seperti sloof dan balok bisa menahan gaya tekan dan gaya tarik pada bangunan.
Prinsip Desain Kolom
Elemen struktur kolom yang mempunyai nilai perbandingan antara panjang dan dimensi penampang melintangnya relatif kecil disebut kolom pendek. Kapasitas pikul-beban kolom pendek tidak tergantung pada panjang kolom dan bila mengalami beban berlebihan, maka kolom pendek pada umumnya akan gagal karena hancurnya material. Dengan demikian, kapasitas pikul-beban batas tergantung pada kekuatan material yang digunakan. Semakin panjang suatu elemen tekan, proporsi relatif elemen akan berubah hingga mencapai keadaan yang disebut elemen langsing. Perilaku elemen langsing sangat berbeda dengan elemen tekan pendek. Perilaku elemen tekan panjang terhadap beban tekan adalah apabila bebannya kecil, elemen masih dapat mempertahankan bentuk liniernya, begitu pula apabila bebannya bertambah. Pada saat beban mencapai nilai tertentu, elemen tersebut tiba-tiba tidak stabil, dan berubah bentuk menjadi seperti tergambar.
Hal inilah yang dibuat fenomena tekuk (buckling) apabila suatu elemen struktur (dalam hal ini adalah kolom) telah menekuk, maka kolom tersebut tidak mempunyai kemampuan lagi untuk menerima beban tambahan. Sedikit saja penambahan beban akan menyebabkan elemen struktur tersebut runtuh. Dengan demikian, kapasitas pikul-beban untuk elemen struktur kolom itu adalah besar beban yang menyebabkan kolom tersebut mengalami tekuk awal. Struktur yang sudah mengalami tekuk tidak mempunyai kemampuan layan lagi. Fenomena tekuk adalah suatu ragam kegagalan yang diakibatkan oleh ketidakstabilan suatu elemen struktur yang dipengaruhi oleh aksi beban. Kegagalan yang diakibatkan oleh ketidakstabilan dapat terjadi pada berbagai material. Pada saat tekuk terjadi, taraf gaya internal bisa sangat rendah. Fenomena tekuk berkaitan dengan kekakuan elemen struktur. Suatu elemen yang mempunyai kekakukan kecil lebih mudah mengalami tekuk dibandingkan dengan yang mempunyai kekakuan besar. Semakin panjang suatu elemen struktur, semakin kecil kekakuannya.
Banyak faktor yang mempengaruhi beban tekuk (Pcr) pada suatu elemen struktur tekan panjang. Faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut :
1 .Panjang Kolom
Pada umumnya, kapasitas pikul-beban kolom berbanding terbalik dengan kuadrat panjang elemennya. Selain itu, faktor lain yang menentukan besar beban tekuk adalah yang berhubungan dengan karakteristik kekakuan elemen struktur (jenis material, bentuk, dan ukuran penampang).
2. Kekakuan
Kekakuan elemen struktur sangat dipengaruhi oleh banyaknya material dan distribusinya. Pada elemen struktur persegi panjang, elemen struktur akan selalu menekuk pada arah seperti yang diilustrasikan pada di bawah bagian (a). Namun bentuk berpenampang simetris (misalnya bujursangkar atau lingkaran) tidak mempunyai arah tekuk khusus seperti penampang segiempat. Ukuran distribusi material (bentuk dan ukuran penampang) dalam hal ini pada umumnya dapat dinyatakan dengan momen inersia (I).
3. Kondisi ujung elemen struktur
Apabila ujung-ujung kolom bebas berotasi, kolom tersebut mempunyai kemampuan pikul-beban lebih kecil dibandingkan dengan kolom sama yang ujung-ujungnya dijepit. Adanya tahanan ujung menambah kekakuan sehingga juga meningkatkan kestabilan yang mencegah tekuk. Mengekang (menggunakan bracing) suatu kolom pada suatu arah juga meningkatkan kekakuan. Fenomena tekuk pada umumnya menyebabkan terjadinya pengurangan kapasitas pikul-beban elemen tekan. Beban maksimum yang dapat dipikul kolom pendek ditentukan oleh hancurnya material, bukan tekuk.
Untuk kolom pada bangunan sederhana bentuk kolom ada dua jenis yaitu kolom utama dan kolom praktis.
a. Kolom Utama
Yang dimaksud dengan kolom utama adalah kolom yang fungsi utamanya menyanggah beban utama yang berada diatasnya. Untuk rumah tinggal disarankan jarak kolom utama adalah 3.5 m, agar dimensi balok untuk menompang lantai tidak tidak begitubesar, dan apabila jarak antara kolom dibuat lebih dari 3.5 meter, maka struktur bangunan harus dihitung. Sedangkan dimensi kolom utama untuk bangunan rumah tinggal lantai 2 biasanya dipakai ukuran 20/20, dengan tulangan pokok 8 d12 mm, danbegel d 8-10cm ( 8 d 12 maksudnya jumlah besi beton diameter 12mm 8 buah, 8 – 10 cmmaksudnya begel diameter 8 dengan jarak 10 cm).
b. Kolom Praktis
Adalah kolom yang berpungsi membantu kolom utama dan juga sebagai pengikat dinding agardinding stabil, jarak kolom maksimum 3,5 meter,atau pada pertemuan pasangan bata, (sudutsudut).Dimensi kolom praktis 15/15 dengantulangan beton 4 d 10 begel d 8-20.
Dalam buku struktur beton bertulang (Istimawan dipohusodo, 1994) ada tiga jenis kolom beton bertulang yaitu :
1. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom brton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang ke arah lateral. Tulangan ini berfungsi untuk memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh pada tempatnya.
2. Kolom menggunakan pengikat spiral. Bentuknya sama dengan yang pertama hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok memanjang adalah tulangan spiral yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus di sepanjang kolom. Fungsi dari tulangan spiral adalah memberi kemampuan kolom untuk menyerap deformasi cukup besar sebelum runtuh, sehingga mampu mencegah terjadinya kehancuran seluruh struktur sebelum proses redistribusi momen dan tegangan terwujud.
3. Struktur kolom komposit merupakan komponen struktur tekan yang diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar baja profil atau pipa, dengan atau tanpa diberi batang tulangan pokok memanjang.
Balok juga merupakan salah satu pekerjaan beton bertulang. Balok merupakan bagian struktur yang digunakan sebagai dudukan lantai dan pengikat kolom lantai atas. Fungsinya adalah sebagai rangka penguat horizontal bangunan akan beban-beban.
Persyaratan balok menurut PBBI 1971.N.I – 2 hal. 91 sebagai berikut :
a. Lebar badan balok tidak boleh diambil kurang dari 1/50 kali bentang bersih. Tinggi balok harus dipilih sedemikian rupa hingga dengan lebar badan yang dipilih.
b. Untuk semua jenis baja tulangan, diameter (diameter pengenal) batang tulangan untuk balok tidak boleh diambil kurang dari 12 mm. Sedapat mungkin harus dihindarkan pemasangan tulangan balok dalam lebih dari 2 lapis, kecuali pada keadaan-keadaan khusus.
c. Tulangan tarik harus disebar merata didaerah tarik maksimum dari penampang.
d. Pada balok-balok yang lebih tinggi dari 90 cm pada bidang-bidang sampingnya harus dipasang tulangan samping dengan luas minimum 10% dari luas tulangan tarik pokok. Diameter batang tulangan tersebut tidak boleh diambil kurang dari 8 mm pada jenis baja lunak dan 6 mm pada jenis baja keras.
e. Pada balok senantiasa harus dipasang sengkang. Jarak sengkang tidak boleh diambil lebih dari 30 cm, sedangkan dibagian balok sengkang-sengkang bekerja sebagai tulangan geser. Atau jarak sengkang tersebut tidak boleh diambil lebih dari 2/3 dari tinggi balok. Diameter batang sengkang tidak boleh diambil kurang dari 6 mm pada jenis baja lunak dan 5 mm pada jenis baja keras.
Plat Lantai
Plat lantai adalah lantai yang tidak terletak di atas tanah langsung, jadi merupakan lantai tingkat. Plat lantai ini didukung oleh balok-balok yang bertumpu pada kolom-kolom bangunan.
Ketebalan plat lantai ditentukan oleh :
a. Besar lendutan yang diijinkan
b. Lebar bentangan atau jarak antara balok-balok pendukung
c. Bahan konstruksi dan plat lantai
Berdasarkan aksi strukturalnya, pelat dibedakan menjadi empat (Szilard, 1974)
Pelat kaku
Pelat kaku merupakan pelat tipis yang memilikki ketegaran lentur (flexural rigidity), dan memikul beban dengan aksi dua dimensi, terutama dengan momen dalam (lentur dan puntir) dan gaya geser transversal, yang umumnya sama dengan balok. Pelat yang dimaksud dalam bidang teknik adalah pelat kaku, kecuali jika dinyatakan lain.
Membran
Membran merupakan pelat tipis tanpa ketegaran lentur dan memikul beban lateral dengan gaya geser aksial dan gaya geser terpusat. Aksi pemikul beban ini dapat didekati dengan jaringan kabel yang tegang karena ketebalannya yang sangat tipis membuat daya tahan momennya dapat diabaikan.
Pelat flexibel
Pelat flexibel merupakan gabungan pelat kaku dan membran dan memikul beban luar dengan gabungan aksi momen dalam, gaya geser transversal dan gaya geser terpusat, serta gaya aksial. Struktur ini sering dipakai dalam industri ruang angkasa karena perbandingan berat dengan bebannya menguntungkan.
Pelat tebal
Pelat tebal merupakan pelat yang kondisi tegangan dalamnya menyerupai kondisi kontinu tiga dimensi.
Bahan untuk Plat lantai dapat dibuat dari :
Plat Lantai Kayu
Ukuran Lebar papan umumnya 20-30cm. Tebal papan ukuran 2-3cm, dengan jarak balok-balok pendukung antara 60-80cm. Ukuran balok berkisar antara 8/12, 8/14, 10/14. Untuk bentangan 3-3,5cm. Balok-balok kayu ini dapat diletakkan diatas pasangan bata 1 batu atau ditopang oleh balok beton. Bahan kayu yang dipaki harus mempunyai berat jenis antara 0,6-0,8 (t/m3) atau dari jenis kayu kelas II.
Keuntungannya :
1.Harga relative murah, berarti biaya bangunan rendah
2.Mudah dikerjakan, berarti pekerjaan lebih cepat selesai
3. Beratnya ringan, berarti menghemat ukuran fondasi
Kerugiannya :
1.Hanya boleh untuk konstruksi bangunan sederhana dengan beban ringan ringan
2.Bukan peredam suara yang baik
3.Sifat bahan “permeable” ( rembes air ), jadi tidak dapat dibuat KM/WC di lantai atas
4.Mudah terbakar, jadi tidak dapat membuat dapur dilantai atas
5. Tidak dapat dipasang keramik
6. Dapat dimakan bubuk atau serangga, berarti keawetan bahan terbatas
7. Mudah rusak oleh pengaruh cuaca yang berubah-ubah.
b. Plat Lantai Beton
Dipasang tulangan baja pada kedua arah, tulangan silang, untuk menahan momen tarik dan lenturan. Untuk mendapatkan hubungan jepit-jepit, tulangan plat lantai harus dikaitkan kuat pada tulangan balok penumpu. Perencanaan dan hitungan plat lantai dan beton bertulang, harus mengikuti persyaratan yang tercantum dalam buku SNI I Beton 1991.
Beberapa persyaratan tersebut antara lain :
a. Plat lantai harus mempunyai tebal sekurang-kurangnya 12cm, sedangkan untuk plat atap sekurangkurangnya7cm
b. Harus diberi tulangan silang dengan diameter minimum 8mm dari baja lunak atau baja sedang
c. Pada plat lantai yang tebalnya > 25cm harus dipasang tulangan rangkap atas bawah
d. Jarak tulangan pokok yang sejajar tidak kurang dari 2,5cm dan tidak lebih dari 20cm atau dua kalitebal plat lantai, dipilih yang terkecil
e. Semua tulangan plat harus terbungkus lapisan beton setebal minimum 1cm, untuk melindungi bajadari karat, korosi atau kebakaran
f. Bahan beton untuk plat harus dibuat dari campuran 1semen : 2pasir : 3kerikil + air, bila untuk lapiskedap air dibuat dari campuran 1semen : 1 ½ pasir : 2 ½ kerikil + air secukupnya.
Plat Lantai Yumen ( Kayu Semen )
Plat lantai kayu semen ini dibuat dari potongan kayu apa saja dan kecil-kecil yang kemudian dicampur semenyang berukuran 90cm x 80cm. plat lantai yumen ini masih jarang digunakan karena termasuk bahan bangunan yang baru dan yumen ini buatan dari Pabrik Semen Gresik.
Cara Pemasangan Yumen :
Sebelum dipasangi yumen, dack yang akan dibuat dipasangi kayu bangkirai 5/7 dengan panjang yangsudah diatur dengan jarak 40cm. Kayu yang berjejer tersebut ditumpangi ring balk dan dicor, setelah itu lembaran yumen dipasang berjejer rapat diatas kayu tersebut lalu dibaut. Kemudian diatas yumen baru diberi rabat beton (1pc : 2ps : 3kr), setelah kering dipasang keramik, kalau dilihat dari bawah, kayu tersebut tampak seperti utuh. Untuk itu kayu tersebut bisa dipakai sebagai kayu ekspos (bisa dipolitur).
Sistem Pelat Satu Arah
Pada bangunan bangunan beton bertulang, suatu jenis lantai yang umum dan dasar adalah tipe konstruksi pelat balok-balok induk (gelagar). Dimana permukaan pelat itu dibatasi oleh dua balok yang bersebelahan pada sisi dan dua gelagar pada kedua ujung. Pelat satu arah adalah pelat yang panjangnya dua kali atau lebih besar dari pada lebarnya, maka hampir semua beban lantai menuju ke balok-balok dan sebagian kecil saja yang akan menyakur secara langsung ke gelagar. Kondisi pelat ini dapat direncanakan sebagai pelat satu arah dengan tulangan utama sejajar dengan gelagar atau sisi pendek dan tulangan susut atau suhu sejajar dengan balok-balok atau sisi panjangnya. Permukaan yang melendut dari sistem pelat satu arah mempunyai kelengkungan tunggal. Sistem pelat satu arah dapat terjadi pada pelat tunggal maupun menerus, asal perbandingan panjang bentang kedua sisi memenuhi.
Sistem Pelat Dua Arah
Sistem pelat dua arah dapat terjadi pada pelat tunggal maupun menerus, asal perbandingan panjang bentang kedua sisi memenuhi. Persyaratan jenis pelat lantai dua arah jika perbandingan dari bentang panjang terhadap bentang pendek kurang dari dua. Beban pelat lantai pada jenis ini disalurkan ke empat sisi pelat atau ke empat balok pendukung, akibatnya tulangan utama pelat diperlukan pada kedua arah sisi pelat. Permukaan lendutan pelat mempunyai kelengkungan ganda.
Tangga
Tangga merupakan suatu komponen struktur yang terdiri dari plat, bordes dan anak tangga yang menghubungkan satu lantai dengan lantai di atasnya. Tangga mempunyai bermacam-macam tipe, yaitu tangga dengan bentangan arah horizontal, tangga dengan bentangan ke arah memanjang, tangga terjepit sebelah (Cantilever Stairs) atau ditumpu oleh balok tengah., tangga spiral (Helical Stairs), dan tangga melayang (Free Standing Stairs).
Ibu Tangga
Bagian konstruksi pokok yang berfungsi mendukung anak tangga. Ibu tangga dapat merupakan konstruksi yang menjadi satu dengan rangka bangunannya.