Struktur kubah Masjid yang ada di sekitar
kita adalah contoh yang paling umum dari salah satu jenis struktur
cangkang. Banyak bangunan mempergunakan struktur cangkang, seperti
struktur bangunan Keong Mas, struktur atap gedung DPR-MPR RI dan
lain-lainnya. Apasih sebenarnya struktur cangkang itu? Dan apakah
kelebihannya?
Yang dimaksud dengan Struktur Cangkang adalah bentuk structural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai sembarang bentuk. Bentuk yang paling umum adalah permukaan yang berasal dari kurva yang diputar terhadap satu sumbu (misalnya, permukaan bola, elips, kerucut, dan parabola).
Cerita masalah kelebihan daripada struktur cangkang, saya kira yang paling sederhana dan setiap harinya berhadapan dengan kita apabila ingin isi perut atau makan adalah “tudung saji”. Coba perhatikan struktur tudung nasi, dengan ketebalan hanya beberapa milimeter ternyata cukup kuat untuk memikul beban dengan bentang beberapa puluh sentimeter. Walaupun material struktur itu hanya terbuat dari rotan ataupun fiber glass, bukan terbuat dari beton atau baja. kalau material itu berbentuk struktur cangkang akan mempunyai kekuatan yang luar biasa, bisa mempunyai kekutan sampai berpuluh-puluh kali lipat dibandingkan dengan struktur berbentuk datar atau rata saja.
Tudung saji dengan ketebalan tidak sampai 3 milimeter bisa memikul beban sampai dengan bentang 90 centimeter atau 900 milimeter, jadi bisa berbentang 300 kali ketebalannya. Jadi apabila kita hendak membuat kubah dari material beton bertulang dengan ketebalan 10 centimeter saja, seharusnya kita sudah bisa membuat struktur kubah itu dengan diameter 3.000 centimeter alias 30 meter. Bandingkan apabila pelat beton dengan ketebalan yang sama itu hanya bisa memikul beban untuk bentang 4 sampai 5 meter saja, cukup signifikan bukan?
Struktur cangkang ini akan sangat kuat untuk memikul beban terbagi rata, telur juga merupakan suatu struktur cangkang, misalnya, apabila saudara mengenggam telur ayam dengan kedua telapak tangan, coba tekan dengan sekuat tenaga, telur yang kulitnya begitu tipis itu tidak akan pecah. Tetapi struktur cangkang tidak kuat menahan beban terpusat, misalnya, saudara bisa saja mebenturkan benda padat ke salah satu titik sisi telur, maka dengan begitu mudah telur itu akan pecah.
Cerita masalah perilaku struktur. Schodek(1991) dalam bukunya banyak membahas tentang perilaku teknis struktur cangkang, mulai dari Beban-beban dan gaya-gaya kerja sampai dengan asal muasal struktur cangkang. Adapun beban-beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam-bidang (in-plane) permukaan tersebut. Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahanan momen yang cukup berarti. Struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untk memikul beban terbagi rata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat.
Sebagai akibat cara elemen struktur ini memikul beban dalam-bidang (terutama dengan cara tarik dantekan), struktur cangkang dapat dibuat sangat tipis dan mempunyai bentang relatif besar. Perbandingan bentang-tebal sebesar 400 atau 500 dapat saja digunakan, misalnya tebal 3 in (8 cm) mungkin saja digunakan untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft (30 sampai 38 meter). Cangkang demikian tipis ini menggunakan material yang relatif baru dikembangkan, misalnya beton bertulang yang didesain khusus untuk membuat permukaan cangkang.
Bentuk-bentuk tiga dimensional juga dapat dibuat dari batang-batang kaku dan pendek. Struktur demikian baru ini pertama kali digunakan pada abab XIX. Kubah Schwedler, yang terdiri atas jarring-jaring batang bersendi tak teratur, misalnya, diperkenakan pertama kali oleh Schwedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat ia mendesain kubah dengan bentang 132 ft (48 m). Struktur baru lainnya adalah menggunakan batang-bantang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah besar di dunia yang menggunakan cara demikian.
Untuk menghindari kesulitan konstruksi yang ditimbulkan dari penggunaan batang-batang yang berbeda dalam membentuk permukaan cangkang, kita dapat menggunakan cara-cara lain yang menggunakan batang-batang yang panjangnya sama. Salah satu di antaranya adalah kubah geodesik yang diperkenalkan oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang identik yang akan dipakai untuk membuat bagian dari permukaan bola itu terbatas. Icosohedron bola, misalnya, terdiri atas 20 segitiga yang dibentuk dengan menghubungkan lingkaran-lingkaran besar yang mengelilingi bola.
Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan elemen-elemen batang. Beberapa diantaranya adalah atap barrel ber rib dan atap lamella yang terbuat dari grid miring seperti pelengkung yang membentuk elemen-elemen diskret. Bentuk yang disebut terakhir ini dari meterial kayu sangat banyak dijumpai, tetapi baja maupun beton bertulang juga dapat digunakan. Dengan demikian sistem lamella, kita akan dapat mempunyai bentang yang saangat besar.
Yang dimaksud dengan Struktur Cangkang adalah bentuk structural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai sembarang bentuk. Bentuk yang paling umum adalah permukaan yang berasal dari kurva yang diputar terhadap satu sumbu (misalnya, permukaan bola, elips, kerucut, dan parabola).
Cerita masalah kelebihan daripada struktur cangkang, saya kira yang paling sederhana dan setiap harinya berhadapan dengan kita apabila ingin isi perut atau makan adalah “tudung saji”. Coba perhatikan struktur tudung nasi, dengan ketebalan hanya beberapa milimeter ternyata cukup kuat untuk memikul beban dengan bentang beberapa puluh sentimeter. Walaupun material struktur itu hanya terbuat dari rotan ataupun fiber glass, bukan terbuat dari beton atau baja. kalau material itu berbentuk struktur cangkang akan mempunyai kekuatan yang luar biasa, bisa mempunyai kekutan sampai berpuluh-puluh kali lipat dibandingkan dengan struktur berbentuk datar atau rata saja.
Tudung saji dengan ketebalan tidak sampai 3 milimeter bisa memikul beban sampai dengan bentang 90 centimeter atau 900 milimeter, jadi bisa berbentang 300 kali ketebalannya. Jadi apabila kita hendak membuat kubah dari material beton bertulang dengan ketebalan 10 centimeter saja, seharusnya kita sudah bisa membuat struktur kubah itu dengan diameter 3.000 centimeter alias 30 meter. Bandingkan apabila pelat beton dengan ketebalan yang sama itu hanya bisa memikul beban untuk bentang 4 sampai 5 meter saja, cukup signifikan bukan?
Struktur cangkang ini akan sangat kuat untuk memikul beban terbagi rata, telur juga merupakan suatu struktur cangkang, misalnya, apabila saudara mengenggam telur ayam dengan kedua telapak tangan, coba tekan dengan sekuat tenaga, telur yang kulitnya begitu tipis itu tidak akan pecah. Tetapi struktur cangkang tidak kuat menahan beban terpusat, misalnya, saudara bisa saja mebenturkan benda padat ke salah satu titik sisi telur, maka dengan begitu mudah telur itu akan pecah.
Cerita masalah perilaku struktur. Schodek(1991) dalam bukunya banyak membahas tentang perilaku teknis struktur cangkang, mulai dari Beban-beban dan gaya-gaya kerja sampai dengan asal muasal struktur cangkang. Adapun beban-beban yang bekerja pada permukaan cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam-bidang (in-plane) permukaan tersebut. Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahanan momen yang cukup berarti. Struktur cangkang tipis khususnya cocok digunakan untk memikul beban terbagi rata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat.
Sebagai akibat cara elemen struktur ini memikul beban dalam-bidang (terutama dengan cara tarik dantekan), struktur cangkang dapat dibuat sangat tipis dan mempunyai bentang relatif besar. Perbandingan bentang-tebal sebesar 400 atau 500 dapat saja digunakan, misalnya tebal 3 in (8 cm) mungkin saja digunakan untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft (30 sampai 38 meter). Cangkang demikian tipis ini menggunakan material yang relatif baru dikembangkan, misalnya beton bertulang yang didesain khusus untuk membuat permukaan cangkang.
Bentuk-bentuk tiga dimensional juga dapat dibuat dari batang-batang kaku dan pendek. Struktur demikian baru ini pertama kali digunakan pada abab XIX. Kubah Schwedler, yang terdiri atas jarring-jaring batang bersendi tak teratur, misalnya, diperkenakan pertama kali oleh Schwedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat ia mendesain kubah dengan bentang 132 ft (48 m). Struktur baru lainnya adalah menggunakan batang-bantang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah besar di dunia yang menggunakan cara demikian.
Untuk menghindari kesulitan konstruksi yang ditimbulkan dari penggunaan batang-batang yang berbeda dalam membentuk permukaan cangkang, kita dapat menggunakan cara-cara lain yang menggunakan batang-batang yang panjangnya sama. Salah satu di antaranya adalah kubah geodesik yang diperkenalkan oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang identik yang akan dipakai untuk membuat bagian dari permukaan bola itu terbatas. Icosohedron bola, misalnya, terdiri atas 20 segitiga yang dibentuk dengan menghubungkan lingkaran-lingkaran besar yang mengelilingi bola.
Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan elemen-elemen batang. Beberapa diantaranya adalah atap barrel ber rib dan atap lamella yang terbuat dari grid miring seperti pelengkung yang membentuk elemen-elemen diskret. Bentuk yang disebut terakhir ini dari meterial kayu sangat banyak dijumpai, tetapi baja maupun beton bertulang juga dapat digunakan. Dengan demikian sistem lamella, kita akan dapat mempunyai bentang yang saangat besar.
No comments:
Post a Comment