SPACE FRAME STRUCTURE.docx

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Bukti sejarah menunjukkan bahwa manusia purba, sewaktu masih hidup nomaden (berpindah-pindah), mereka sudah terbiasa menyusun dahan-dahan dan ranting-ranting pohon untuk perlindungan dari binatang buas dan hujan jika mereka tidak menemukan goa dalam perjalanan mereka. Susunan dahan-dahan dan rantingranting pohon ini secara tidak sengaja sebenarnya merupakan struktur sederhana dari stuktur yang sekarang dikenal sebagai space truss atau diindustri sering disebut space frame. Setelah manusia mulai hidup menetap, mereka mulai bisa membuat tempat tinggal berupa rumah sederhana dari kayu, dan sudah mengembangkan system sambungansambungannya. Mereka sudah mulai mempunyai dasar pengetahuan sederhana untuk menentukan ukuran kayu yang dipakai dan sambungan-sambungan yang kuat. Contoh peninggalan sejarah tentang konstruksi kayu dapat dilihat dari rumah-rumah tua di China, Jepang atau gereja-gereja tua di Eropa. Sejak manusia menemukan baja, dan menerapkannya untuk struktur pada 250 tahun yang lalu, mulailah manusia membuat kontruksi dengan bentang lebar. Jembatan baja pertama di dunia yang dibangun adalah “Severnbrucke” di Inggris pada tahun 1777-1778. Jembatan ini mempunyai bentang 31m yang saat itu sangat luar biasa. Seiring dengan berjalannya waktu, teknologi struktur baja berkembang menuju rekayasa struktur baja untuk sistem rangka ruang yang dimulai dengan sambungan konvensional berupa pelat baja disetiap nodalnya. Hingga sejarah struktur rangka ruang memasuki era baru dengan ditemukannya sistem sambungan yang memakai 1 baut setiap batangnya, yang dihubungkan ke sambungan yang berupa baja masif. Sistem ini pertama kali diperkenalkan oleh seorang engineer yang bernama

M

MENGERINGHAUSEN pada tahun 1937 di Berlin Jerman. Sistem ini mulai banyak dipakai dan sejak tahun 1942 yang dikenal dengan MERO-Sistem.

Penggunaan space truss pada bangunan-bangunan dengan bentang panjang (>40 m) akan menghemat biaya yang dikeluarkan. Untuk itu, sangatlah berguna bagi setiap calon sarjana teknik arsitektur untuk mengetahui karakteristik struktur space truss. Setiap sistem space truss sendiri memiliki berbagai jenis dan tipe. Salah satunya dengan node berbentuk bola. Namun di industri fabrikasi disain bola ini dilakukan secara konservatif sehingga perlu dilakukan analisis seberapa besar kuat node tersebut.

B. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang dibahas pda makalah ini adalah : 1. Apa itu system rangka ruang? 2. Bagaimana system rangka ruang berdasarkan pemasangannya? 3. Bagaimana Analisis struktur rangka ruang?

BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Sistem Rangka Ruang Sistem rangka ruang adalah suatu sistem konstruksi rangka ruang dengan suatu sistem sambungan antara batang / member

satu sama lain yang

menggunakan bola / ball joint sebagai sendi penyambungan dalam bentuk modulmodul segitiga sehingga Space Frame ini mudah untuk dipasang, dibentuk dan dibongkar kembali dan pelaksanaannya dapat dilakukan dengan cepat. Seluruh komponen Space Frame ini sudah dapat diproduksi di dalam negeri. Space Frame ini juga merupakan media desain seperti bentuk pyramid, dome dan lainnya, terutama untuk bentangan besar yang memerlukan ruang bebas kolom seperti untuk bangunan hangar, stadion, pabrik dan skylight. Dari sekian banyak sistem struktur, Rangka Ruang (space frame) merupakan salah satu sistem yang sering diterapkan pada bangunan pencakar langit. Space frame terdiri dari susunan tiga dimensi dari batang-batang lurus. Batang-batang space frame bisa kaku atau dihubungkan dengan sendi, atau dapat pula berupa gabungan antara keduanya. Dalam suatu sistem sambungan sendi, beban yang terjadi kesambungan dari berbagai arah akan dilawan secara aksial. Lentur dihasilkan oleh efek scunder. Space frame adalah struktur paling kaku yang menggunakan bahan paling sedikit karena batang-batang bereaksi langsung terhadap beban. Space frame terutama digunakan sebagai sistem bentang panjang untuk rangka atap di mana diperlukan ruang bebas antar kolom yang besar (gelanggang renang, pabrik, bangsal pertemuan, dll). Space frame juga sering digunakan untuk

menara transmisi listrik dan kubah geodesi dengan perakitan ganda. Space frame dapat berfungsi pada bangunan tinggi, ia bisa menggantikan batang/komponen standar konevensional seperti dinding, balok dan lantai. Sistem rangka ruang dikembangkan dari system struktur rangka batang dengan penambahan rangka batang kearah tiga dimensinya. Struktur rangka ruang adalah Komposisi dari batang‐batang yang masing‐masing berdiri sendiri, memikul gaya tekan atau gaya tarik yang sentries dan dikaitkan satu sama lain dengan system tiga dimensi atau ruang. Bentuk rangka ruang dikembangkan dari pola grid dua lapis (doubel‐layer grids), dengan batang--‐batang yang menghubungkan titik‐titik grid Secara tiga dimensional. Elemen dasar pembentuk struktur rangka ini adalah: 1. Rangka batang bidang 2. Piramid dengan dasar segiempat membentuk oktahedron 3. Piramid dengan dasar segitiga membentuk tetrahedron

Gambar 1. Elemen Dasar Pembentuk Sistem Rangka Ruang B. Sistem Rangka Ruang berdasarkan Pemasangannya Beberapa system dikembangkan model rangka ruang berdasarkan pemasangan atau pengembangan system konstruksi sambungannya, antara lain: 1. Sistem Mero Sedikit variasi dalam panjangnya batang yang dihubungkan dengan sekrup pada suatu simpul yang khusus dan dihubungkannya garis-garis as berternu pada satu titik. Setiap simpul hanya memungkinkan kedelapan belas

buah batang yang saling menumpu tegak lurus dan batang-batang yang di antaranya yang bersudut 45°. Struktur yang terjadi berbentuk geometris yang disiplin. Kombinasi-kombinasi yang menarik kadang-kadang dapat disaksikan pada bangunan pameran. Secara statika kemungkinan-kemungkinan terbatas, juga pada satu simpul batang yang dapat disambungkan. Batas kemampuan mendukung ditentukan oleh gaya dukung maksimum dari momen-momen batang.

Gambar. Sistem 2. Sistem space deek Sistem dari adalah atas

Mero struktur

ini

sistem yang terdiri piramida

yang

dipasang

dengan puncak bawah. Sisi alas bujur sangkar dibaut satu dengan yang lainnya, sedangkan puncaknya dihubungkan dengan batang tarik yang dilengkapi dengan baut pengencang

Gambar. Sistem Space deek 3. Sistem Triodetic Ciri istimewa yang dimiliki system ini adalah suatu model original perakitan tanpa las, tanpa baut dan tanpa keeling. Titik simpul terdiri atas tombol tempat pemasangan berbagai batang dengan sembarang profil, pemasangan terjadi karedna deformasi ujung batang yang sudah dipotong menurut sudut yang sesuai, kemudian dipaksa masuk kedalam celah bergerigi. System ini menyatukan dua keuntungan, yaitu pemasangan yang mudah dan daya tahan yang besar

Gambar. Sistem Triodetik 4. Sistem Unistrut Berbentuk sebagai gelagar yang batang-batangnya mengarah ke banyak jurusan dan mempunyai tinggi konstruksi 1 meter. Simpul dibuat dari lempengan pelat yang dibentuk menurut arah batang yang disekrupkan padanya.

Kemungkinan mendukung dari sistem dihitung secara empiris. Dapat dicapai daya muat kira-kira 300 kg/m- pada ukuran jarak kolom 12,5 m x 12,5 m. Suatu pembesaran ruang menjadi 15 m x 15 m masih mungkin dilakukan. Cara empiris menunjukkan sukarnya mengadakan perhitungan secara analitis, dan bentuk kolom yang membesar pada ujung atas membuktikan sukarnya mengumpulkan gaya itu pada ujung-ujungnya. Pengecilan pada bagian bawah kolom meminta syarat-syarat yang, tinggi dari batang.

Gambar . Sistem Unistrud 5. Sistem Oktaplatte System oktaplatte ini adalah dilaksanakan dengan konstruksi las. Struktur ini terdiri dari bidang delapan yang berusuk pipa. Batang ini di las listrik pada titik simpul. Keindahan dan kehalusan struktur ruang baja ini memungkinkan struktur untuk dibiarkan telanjang tanpa ditutup

6. Sistem Manesmann Dengan menggunakan pipa-pipa bulat dan sama besar, panjangnya disesuaikan dengan kebutuhan dan penghubungan dengan pipa-pipa yang lain pada arah yang dibutuhkan. Sangat variabelnya dalam pemakaian, sesuai dengan maksud yang dibutuhkan. Kekurangan dari sistem ini antara lain terbatasnya gaya dukung dari pipa-pipa di bagian sambungan. Kelemahan

statiknya ialah bahwa hubungannya eksentrik sehingga menimbulkan momen tambahan. Konstruksi ini masih belum mendapat tempat di antara arsitekarsitek karena kurang rapinya hubungan. Selama in, dipakai sebagai steger saja karena montagebility dan flexibility yang baik.

7. Sistem Takenaka Baja pelat dengan potongan bujur sangkar dan persegi panjang dihubungkan dengan baut-baut mutu tinggi. Batang-batang pada bidang atas menerima gaya tekan, diagonal-diagonal memikul tekan dan batang-batang pada bidang bawah menerima gaya tarik. Dalam struktur ruang teknik finishing yang makin kompleks mengharuskan adanya bidang atas dan plafon, karena ruang konstruksi sangat tidak menguntungkan sebagai penampung debu. Tetapi sebagai struktur yang tertutup akan kurang mengesankan. Geometri dari kubah atau lengkung dua arah, harus ditentukan dengan mesin hitting tanpa usaha yang kelebihan yang dapat dikuasai, sehingga mudah dilaksanakan pembuatan dan montase yang membutuhkan ketepatan tinggi. Persyaratan statistik dari semua batang dari rangka ruang, harus dapat ditentukan secara perhitungan.

8. Sistem Unibat 9. Sistem Nodus 10. Sistem NS Space Truss Dengan semakin berkembangnya macam-macam system struktur space frame ini, semakin banyak pula perusahaan-perusahaan C. Analisis Struktur Rangka Ruang

Beberapa faktor yang akan diuraikan berikut merupakan tinjauan desain pada struktur rangka ruang. Faktor--‐faktor itu antara lain : 1. Gaya‐gaya elemen struktur Gambar 2 berikut ini mengilustrasikan gaya‐gaya elemen yang terjadi pada struktur rangka ruang. 2. Desain batang dan bentuk Banyak sekali unit geometris yang dapat digunakan untuk membentuk unit berulang mulai dari tetrahedron sederhana, sampai bentuk‐bentuk polyhedral lain (Gambar 4.40). Rangka ruang tidak harus terdiri atas modul‐modul individual, tapi dapat pula Terdiri atas bidang‐bidang yang dibentuk oleh batang menyilang dengan jarak seragam.

Gambar 2. Gaya-gaya pada Struktur Rangka Ruang

Gambar 3. Jenis-Jenis Struktur Rangka Ruang dengan Modul Berulang Keuntungan memakai SPACE FRAME SYSTEM : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Tidak ada batasan bentuk. Dapat digunakan untuk bentang yang besar. Konstruksi sangat ringan. Mudah dipasang dan dibongkar. Umur relatif panjang ( 50 – 100 tahun ). Dari segi estetika sangat menarik. Harga bersaing

Sedangkan untuk aplikasinya dapat digunakan untuk : 1. Canopy 2. Sky Light 3. Ruang serbaguna 4. Gedung Olah raga 5. Kubah Masjid atau Gereja 6. Hanggar, dll D. Sambungan Sambungan sistem Konstruksi Baja Space Frame berupa baut, mur, ring, elektroda las harus memenuhil persyaratan sebagai berikut: 1. Pengikat sambungan baja ke bukan baja harus terbuat dari baja karbon yang memenuhi persyaratan ASTM A370 2. Pengikat sambungan baja ke baja harus terbuat dari baja karbon yang memenuhi persyaratan ASTM A325 dan/atau ASTM A490. 3. Pengikat sambungan logam yang berlainan (tidak sama) harus terbuat dari baja tahan korosi

yang memenuhi persyaratan ASTM A276 type 321 atau

tipe-tipe lainnya dari baja tahan korosi.

4. Bahan-bahan las harus memenuhi persyaratan dari American Welding Society AWS D1.069 Code for Welding in Building Construction, dan pengelasan harus dilaksanakan oleh tenaga ahli las yang memilikisertifikat 3G. 5. Baut-baut angkur dan sekrup-sekrup atau 6. mur-mur harus memenuhi persyaratan ASTM A36 atau A325.Baut dan mur yang tidak di-finishing harus memenuhi ASTM A307 dan berbentuk segi enam (hexagon bolt type). 7. Baja berlapis seng harus memenuhi ASTM A123 dan lapisan seng untuk produksi uliran

sekrup harus memenuhi ASTM A153.

a. Bola 1. Material baja spesifikasi JIS G4051 S45C atau AISI 1045

dengan

tegangan leleh 380 N/mm2 2. Pembuatan lubang dilakukan dengan menggunakan mesin CNC dengan 0,1mm dan

sehingga

dihasilkan

toleransi ukuran di bawah

akurasi diameter

tingkat akurasi sudut lubang 0,2

derajat. 3. Diameter bola: 49 mm – 307 mm, bervariasi sesuai dengan desain. 4. Finishing: elektro-galvanis tebal lapisan zinc 25 micron (DIN 50961) dan cat b. Pipa 1. Material baja JIS G3444 STK400 dengan tegangan leleh 235 N/mm 2atau BS1387

dengan tegangan leleh 195 N/mm2

2. Diameter pipa: 1,25” – 12” 3. Panjang sesuai dengan desain. 4. Finishing: sand blasting dan cat c. Konektor

1. Material baja spesifikasi JIS G4051 S45C atau

AISI

1045 dengan tegangan leleh 420 N/mm2 2. Dikerjakan dengan menggunakan mesin bor

CNC

(lathe dan 2-spindle drilling machine) dan mesin tap 3. Bentuk konektor ”bottle system” dibuat dengan menggunakan mesin forging 4. Ukuran: B032 sampai BI66 5. Finishing: elektro-galvanis tebal lapisan zinc 25 micron (DIN 50961) dan cat d. Baut 1. Material baja garde 8.8 dengan tegangan leleh 450 N/mm2 2. Ukuran disesuaikan dengan desain. 3. Baut yang digunakan harus kuat menahan beban dan gaya yang timbul, dan

dikhususkan

untuk

menahan

beban

berat

(heavy

duty

fastening/anchor) Finishing: elektro-galvanis tebal lapisan zinc 25 micron (DIN 50961 e. Pelat 1. Material baja low carbon steel JIS G3101 SS400 atau AISI 1021 dengan titik leleh 240

N/mm2

2. Dimensi disesuaikan dengan desain. 3. Dibentuk dengan menggunakan mesin bubut CNC; tingkat akurasi bertoleransi 0,1 mm di semua dimensi. 4. Finishing: elektro-galvanis tebal lapisan zinc 25 micron (DIN 50961) dan cat

f. Detail Dan Macam Macam Konstruksi sambungannya.

E. E. E. E. E. Jenis Rangka ruang 1. Rangka ruang datar (flat space frame) System ini adalah pengembangan dari bentuk dasar rangka batang dengan batang sejajar dimana rangka batang sejajar terjadi kaaren pertimbangan efisiensi yang mana mampu membentangi wadah yang lebar disbanding dengan rangka kuda-kuda segitiga.

System struktu dapat dibuat dengan sendi atau rol, dua sendi atau tga sendi atau dapat pulau rangka atap dan rangka dinding pendukungnya merupakan suatu kesatuan monolit. 2. Rangka ruang busur terali (curved space frame) System rangka ruang bentuk busur sebenarnya juga berasal dari sruktur rangka batang yang melngkung, dimana prinsip penyaluran gayagayanya mengikuti garis-garis lengkung struktur tersebut. Busur terdiri atas sejumlah tertentu balok-balok eraliyang ditempatkan sesuai dengan panjang busur dan sitopang oleh kuda-kuda di ujung atau tembok. Busur terali dalah satu tipe konsruksi baja prefab yang mempunyai panjang batang yang sama semuanya. Pada setiap titik simpul, 6 sampai 10 batang bertemu dan dirakit dengan baut. Bentuk denah yang paling ekonomis bujur sangkar. Bagian dalam sebuah busur penutup kelihatannya sangat luas karena penutup ini tidak mempunyai batang tarik dan tidak mempunyai unsur ikatan angina. Beberap tipe terali dipakai dalam praktek membentuk jaringan batang. Setiap tipe ini mengarah pada sifat struktur yang agak berbeda. Contohnya, bujur baha lamella dibuat dari sejumlah bear elemen yang dinamakan lamella yang dpasang membentuk mata jarring belah ketupat. System ini sangat luwes, permukaan yang dibentuk oleh lamella dapat mengikuti berbagai bentuk: silinder, parabola. Kestabilan konstruksi pada pada permukaan seniri didapat berkat adanya pelapis atap dan elemen pengaku belah ketupat.

3. Kubah Terali (Dome) Bangunan bermata besar hampir selalu dilaksanakan dengan kubah terali. Kubah ini terjadi atas elemen yang ditempatkan pada permukan kubah dan bagiannlurus yang persilangannya terdapat pada permukaan itu sehingga ruang dalam teetap bebas sama sekali. Kubah ini merupakan contoh khas dari konstruksi trimatra. Bentuk rangka ruang ini dapat dibuat dengan jalan membuat garis-garis singgung yang teratur pada satu lengkungan bulat yang menyerupai setengah bola (spherical) dengan system kerja gayanya yang meruang.

Bangunan Yang Menggunakan Space Frame

Gyesan Church Architects: iArc Architects Location: Incheon, Korea Year: Completed 2005 Area: 16,042 (Total Floor), 10,360 (Site)

Tampak Samping

Tampak Depan

Interior

Elevation

Feria Valencia Convention Centre, Spanyol