mekanika teknik...2019/05/05  · 2 mekanika teknik pernahkah anda memperhatikan pekerjaan orang...

38
MEKANIKA TEKNIK (C2) KELAS X Arum Fajar Vebrianingtyas PT KUANTUM BUKU SEJAHTERA

Upload: others

Post on 08-Nov-2020

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

MEKANIKA TEKNIK

(C2) KELAS X

Arum Fajar Vebrianingtyas

PT KUANTUM BUKU SEJAHTERA

Page 2: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

MEKANIKA TEKNIKSMK/MAK Kelas X© 2020Hak cipta yang dilindungi Undang-Undang ada pada Penulis.Hak penerbitan ada pada PT Kuantum Buku Sejahtera.

Penulis : Arum Fajar VebrianingtyasEditor : Rizkia Nur FarikhaDesainer Kover : Achmad FaisalDesainer Isi : Putri Ari KristantiTahun terbit : 2020ISBN : 978-623-7591-01-6

Diterbitkan oleh PT Kuantum Buku SejahteraAnggota IKAPI No. 212/JTI/2019Jalan Pondok Blimbing Indah Selatan X N6 No. 5 Malang - Jawa TimurTelp. (0341) 438 2294, Hotline 0822 9951 2221; Situs web: www.quantumbook.id

Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, baik secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam atau dengan sistem penyimpanan lainnya, tanpa izin tertulis dari PT Kuantum Buku Sejahtera.

Page 3: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

iii

Daftar Isi

Prakata ..................................................................................................................... vBab 1 Elemen-Elemen Struktur Bangunan ................................................................ 1 A. Elemen-Elemen Struktur .................................................................................................. 2 B. Jenis-Jenis Elemen Struktur ............................................................................................ 7 C. Klasifikasi Elemen Struktur ............................................................................................. 26 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 28

Bab 2 Faktor yang Memengaruhi Struktur Bangunan ............................................. 33 A. Faktor yang Memengaruhi Struktur Bangunan berdasarkan Kriteria Desain dan Pembebanan ............................................................................................... 34 B. Konsep Dasar Konstruksi Bangunan Tahan Gempa ............................................... 40 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 46

Bab 3 Gaya Struktur Bangunan ................................................................................. 51 A. Macam-Macam Gaya dalam Struktur Bangunan ................................................... 52 B. Menyusun Gaya dalam Struktur Bangunan ............................................................. 59 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 67

Bab 4 Gaya-Gaya Dalam pada Struktur Bangunan .................................................. 73 A. Gaya dan Penyusunannya ............................................................................................... 74 B. Gaya Dalam (Momen, Geser, dan Normal) pada Struktur Bangunan ............. 78 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 91

Bab 5 Keseimbangan Gaya pada Konstruksi Balok Sederhana ............................... 95 A. Keseimbangan Gaya pada Konstruksi Balok Sederhana ...................................... 96 B. Metode Kesetimbangan Titik Simpul (Buhul) .......................................................... 104 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 107

Bab 6 Gaya Batang Pada Konstruksi Rangka Sederhana ......................................... 115 A. Gaya-Gaya Batang pada Konstruksi Rangka Sederhana ...................................... 116 B. Analisis Gaya pada Rangka Batang/Truss, Metode Titik Buhul .......................... 123 Uji Kompetensi .............................................................................................................................. 127

Bab 7 Tegangan Balok ................................................................................................. 133 A. Tegangan-Tegangan pada Balok .................................................................................. 134 B. Menghitung Tegangan Balok ......................................................................................... 137 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 141

Page 4: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

iv

Bab 8 Kekuatan Balok Sederhana ............................................................................. 145 A. Mengevaluasi Balok Sederhana berdasarkan Tegangan yang Terjadi ........... 146 B. Pemeriksaan Kekuatan Balok Sederhana berdasarkan Tegangan ................... 157 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 161

Glosarium.......... ................................................................................................................. 165Daftar Pustaka ................................................................................................................... 168Biodata Penulis .................................................................................................................. 173Biodata Konsultan ............................................................................................................. 174Tim Kreatif.......... ................................................................................................................ 175

Page 5: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

v

Puji syukur penulis panjatkan hadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah memberikan anugerah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan penulisan buku pembelajaran untuk SMK/MAK ini. Buku ini ditulis sebagai salah satu sumber belajar siswa SMK/MAK kelas X untuk mempelajari dan memperdalam materi Mekanika Teknik. Selain itu, buku ini ditulis secara umum dalam rangka ikut serta mencerdaskan bangsa Indonesia di era perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini. Setiap bab dalam buku ini dilengkapi dengan Kompetensi Dasar, Tujuan Pembelajaran, Aktivitas Siswa (Tugas Proyek), Rangkuman, dan Uji Kompetensi. Pembahasan materi disajikan dengan bahasa yang lugas dan mudah kita pahami, dari pembahasan secara umum ke pembahasan secara khusus. Buku Mekanika Teknik (C2) Kelas X ini disajikan dalam delapan bab sebagai berikut.BAB 1: Elemen-Elemen Struktur BangunanBAB 2: Faktor yang Memengaruhi Struktur BangunanBAB 3: Gaya Struktur BangunanBAB 4: Gaya-Gaya Dalam pada Struktur BangunanBAB 5: Keseimbangan Gaya pada Konstruksi Balok SederhanaBAB 6: Gaya Batang pada Konstruksi Rangka SederhanaBAB 7: Tegangan BalokBAB 8: Kekuatan Balok Sederhana Dengan demikian, buku ini diharapkan dapat menjadi teman sekaligus menjadi bacaan yang menyenangkan bagi Anda untuk mempelajari lebih dalam tentang Mekanika Teknik serta dapat menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari, baik untuk diri sendiri maupun lingkungan. Semoga buku Mekanika Teknik (C2) Kelas X ini bermanfaat bagi siswa dan seluruh pembaca dalam memperoleh pengetahuan. Penulis juga menerima saran dan kritik yang membangun. Terima kasih, selamat belajar, semoga sukses.

Penulis

Prakata

Page 6: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

vi

Do not Pray for an Easy life,

pray for the strength to endure a difficult one

Jangan kamu berdoa untuk hidup yang mudah,Berdoalah agar diberi kekuatan supaya bisa

menghadapi hidup yang sulit.

"Bruce Lee"

Page 7: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 1

1BAB

Setelah mempelajari bab ini, peserta didik diharapkan mampu1. menjelaskan pengertian elemen-elemen struktur sesuai ;2. memahami jenis-jenis elemen struktur; dan3. menyajikan elemen-elemen struktur;

Tujuan Pembelajaran

Elemen-Elemen Struktur Bangunan

3.1. Memahami elemen-elemen struktur4.1. Menyajikan elemen-elemen struktur

Kompetensi Dasar

Page 8: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik2

Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk bangunan seperti fondasi, sloof, dinding, kolom, ring, kuda-kuda, dan atap. Bagian-bagian tersebut dalam dunia teknik bangunan dinamakan elemen-elemen struktur. Setiap bagian struktur bangunan mempunyai fungsi dan peranannya masing-masing, seperti atap yang melindungi Anda dari hujan dan panas. Kegunaan lain dari struktur bangunan untuk meneruskan beban bangunan dari bagian bangunan atas menuju bagian bangunan bawah, lalu menyebarkannya ke tanah. Kuat tidaknya rumah dalam menghadapi gempa merupakan hasil dari perencanaan struktur pembengunan. Oleh karena itu, diperlukan suatu perencanaan struktur yang tepat dan teliti agar dapat memenuhi kriteria kekuatan (strength), kenyamanan (service ability), keselamatan (safety), dan umur rencana bangunan (durability). Perancangan struktur harus memastikan bahwa bagian-bagian sistem struktur ini sanggup mengizinkan atau menanggung gaya gravitasi dan beban bangunan. Hal tersebut, kemudian menyokong dan menyalurkan ke tanah dengan aman. Keamanan dan kenyamanan penghuni rumah ditentukan mulai dari proses rumah itu dibangun. Mari belajar bersama untuk mengenal elemen-elemen struktur bangunan. Semangat belajar.

A. Elemen-Elemen Struktur

Pada pembahasan kali ini, kita akan membahas arti elemen struktur serta perkembangannya dari masa ke masa. Memahami tentang elemen-elemen struktur akan menambah wawasan Anda dalam dunia teknik bangunan.1. Memahami Elemen-Elemen Struktur

Dalam dunia teknik konstruksi bangunan, terdapat elemen-elemen pendukung dan pelengkap sebuah bangunan sempurna. Elemen tersebut sering disebut sebagai elemen struktur bangunan, yang diartikan sebagai sebuah alat atau bagian dari sebuah sistem bangunan yang bekerja untuk menyalurkan beban oleh adanya bangunan di atas tanah. Fungsi utama dari elemen-elemen struktur tersebut, yaitu memberi kekuatan dan kekakuan yang diperlukan untuk mencegah sebuah bangunan mengalami keruntuhan dan kerobohan. Elemen-elemen struktur bangunan ini berupa bagian bangunan yang menyalurkan beban-beban, selanjutnya disalurkan ke bagian bawah tanah bangunan sehingga beban-beban tersebut akhirnya dapat ditahan. Contoh dari elemen-elemen bangunan ini di antaranya sebagai berikut.a. Balok dan kolom Pada suatu proyek bangunan, struktur yang dibentuk secara horizontal disebut

dengan balok, sedangkan struktur yang dibentuk secara vertikal disebut kolom. Suatu bangunan struktur ini sangat kuat karena terbuat dari beton yang bermutu. Balok juga sering disebut sebagai elemen lentur, yaitu memikul beban secara transversal dari panjangnya dan mentransfer beban tersebut ke kolom. Kolom dibebani balok secara aksial kemudian kolom mentransfer beban lagi ke tanah.

Page 9: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 3

Balok dan KolomSumber: Tolu Olubode, 2017

b. Dinding dan pelat lantai Sebuah bangunan pasti mempunyai dinding, khususnya untuk rumah dan

bangunan gedung. Selain berfungsi sebagai penyekat antarruang, dinding bangunan juga berfungsi meredam suara bising, sebagai perlindungan terhadap cuaca, serta perlidungan dari hewan buas. Pembuatan dinding tidak harus dari batu, namun dapat menggunakan apa pun yang dapat menyekat ruangan satu dengan ruangan lainnya, hal tersebut dinamakan dinding partisi.

Dinding dan LantaiSumber: Jana Sabeth, 2018

c. Fondasi Dalam suatu konstruksi bangunan, fondasi merupakan struktur paling bawah

setelah bangunan, meskipun tidak terlihat, akan tetapi fungsi dari fondasi sangat penting. Jika diibaratkan, fondasi ini ibarat jantung dari suatu bangunan. Jika fondasinya tidak kuat atau bahkan asal-asalan dalam pengerjaannya,

Page 10: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik4

berakibat bangunan tersebut tidak akan tahan lama, pastinya roboh, begitu pula sebaliknya.

Pelat FondasiSumber: Kasipat, 2018

d. Atap Bagi suatu bangunan, atap berfungsi sebagai pelindung bangunan dari panas

dan hujan, atau hal lainnya. Atap memiliki aneka jenis, ada atap cor, atap genting yang dilengkapi dengan rangka, atap asbes, seng, dan lain-lain.

Struktur AtapSumber: Yuvraj Singh, 2017

2. Persyaratan Struktur BangunanAda beberapa persyaratan bangunan yang harus dipenuhi sebagai berikut.a. Kekuatan (strength) Kekuatan suatu bangunan mengandung pengertian bahwa struktur mampu

menahan seluruh beban yang ada tanpa mengalami kerusakan. Dengan demikian, diberikan batasan bahwa tegangan yang terjadi selama struktur mendukung beban tidak boleh melampaui satu nilai tegangan izin tertentu.

Page 11: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 5

b. Kekakuan (stiffness) Kekakuan bangunan terkait dengan deformasi bangunan (defleksi, rotasi,

dan translasi) yang dialami struktur selama mendukung beban. Dengan demikian, terjadinya deformasi suatu bangunan harus dibatasi. Kekakuan juga berhubungan dengan suatu sifat resonansi suatu struktur terhadap adanya beban dinamik atau getaran yang ada di sekitar bangunan. Struktur suatu bangunan harus cukup kaku untuk menghindari peristiwa resonansi.

c. Kenyamanan (comfortability) dan keindahan (aesthetic) Agar bangunan berfungsi dengan baik dan memberikan kinerja yang tinggi

diperlukan kondisi yang nyaman bagi para penggunanya. Aspek kenyamanan meliputi pergerakan dalam gedung, pencahayaan, suhu, aliran udara, dan sebagainya. Sebagai sarana publik, gedung akan berada pada suatu kawasan dan terkait dengan sarana yang lain. Dengan demikian, keindahan bangunan tidak boleh dilupakan dalam perancangan bangunan.

d. Keawetan (durability) Selama mendukung beban dalam masa layan yang direncanakan, struktur atau

elemen struktur akan mengalami berbagai kondisi yang dapat mengakibatkan degradasi struktur. Kondisi lingkungan yang agresif dengan adanya kandungan asam, garam, perbedaan suhu, dan sebagainya. Hal tersebut menyebabkan rusaknya elemen penyusun struktur. Dengan demikian, dalam perencanaan dan perancangan harus ditentukan material yang sesuai dengan kondisi setempat.

e. Adanya sistem operasional dan perawatan (OM support system) Kebutuhan sistem penunjung fungsi bangunan berupa sistem operasional dan

perawatan harus sudah direncanakan sejak awal. Sistem OM yang baik akan menghasilkan gedung dengan biaya operasional rendah dan gedung dapat berfungsi selama minimal memenuhi masa layan yang direncanakan. Tidak jarang pula adanya sistem OM yang baik dapat memperpanjang masa layan bangunan.

3. Analisis Struktur BangunanUntuk membangun suatu gedung, diperlukan perhitungan dan analisis berbagai hal yang saling terkait dengan bekal pengetahuan antara laina. analisis struktur;b. mekanika bahan;c. struktur beton bertulang;d. struktur baja;e. struktur kayu;f. mekanika tanah;g. teknik fondasi;h. bahan bangunan;i. analisis dinamik dan ilmu gempa; sertaj. peraturan (standar) yang berlaku. Pengetahuan tambahan yang diperlukan untuk meningkatkan manfaat, kenyamanan, dan fasilitas lainnya antara laina. elektrikal;b. sanitasi;c. teknik penyehatan;

Page 12: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik6

d. plumbing/perpipaan drainase;e. pengaturan udara; danf. konservasi lingkungan.

4. Bagian Bangunan dan Strukturnyaa. Secara struktural, bangunan dibagi menjadi dua bagian sebagai berikut.

1) Struktur bawah (substructure), bagian struktur yang berfungsi mendukung/menyangga struktur atas dan menghubungkan antara keseluruhan bangunan dengan tapak.

2) Struktur atas (upper structure), bagian struktur yang berkaitan langsung dengan fungsi bangunan (berhubungan langsung dengan ruang aktivitas pengguna).

b. Berdasarkan bahan penyusunnya, struktur dapat dibagi menjadi1) struktur beton bertulang;2) struktur baja;3) struktur kayu; dan4) struktur gabungan.

c. Berdasarkan jumlah lantai, bangunan gedung dapat dibedakan menjadi1) bangunan tidak bertingkat (satu lantai/single story).2) bangunan bertingkat (banyak lantai/multi story).

d. Bagian-bagian bangunan dapat dikelompokkan menjadi dua, yakni sebagai berikut.1) Elemen struktural adalah bagian bangunan yang menjadikan struktur tetap

kokoh dan stabil dalam mendukung beban. Terganggunya fungsi salah satu elemen dapat memengaruhi perilaku struktur secara keseluruhan. Elemen struktural terdiri atas kolom, balok, fondasi, rangka atap, dan dinding geser.

2) Elemen nonstruktural adalah bagian bangunan yang tidak terkait secara langsung dengan kekuatan struktur bangunan dan menjadi beban bagi elemen struktural. Biasanya elemen nonstruktural mengalami kerusakan yang lebih awal dan mengalami perbaikan/pengantian. Elemen nonstruktural terdiri atas lantai, dinding, penutup atap, dan tangga.

5. Pembebanan pada Bangunana. Beban-beban yang harus diperhitungkan dalam suatu struktur bangunan

gedung adalah sebagai berikut.1) Beban mati (berat bagian-bagian bangunan) Beban ini otomatis ada dalam setiap struktur dan arahnya sesuai dengan

gravitasi. Keberadaan beban ini tetap selama bangunan tersebut ada.2) Beban hidup Beban ini muncul karena pemanfaatan struktur bangunan sesuai dengan

fungsinya. Contoh beban hidup adalah beban orang, mesin-mesin, dan barang lainnya.

3) Beban sementara Disebut beban sementara karena keberadaannya tidak tetap dan tidak

dapat diprediksi waktu kehadirannya. Termasuk beban sementara adalah beban angin dan beban gempa.

b. Beban-beban yang harus didukung oleh struktur bangunan memiliki arah yang bervariasi sebagai berikut.

Page 13: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 7

1) Arah gravitasi Beban mati dan beban hidup biasanya akan memiliki arah sesuai dengan

gravitasi.2) Arah menyudut Beban dengan arah yang menyudut biasanya ditimbulkan oleh beban

angin pada rangka atap.3) Arah horizontal Beban angin dapat juga mempunyai arah horizontal, yaitu mengenai

bagian dinding bangunan. Selain gaya angin, gaya gempa juga membebani struktur bangunan dalam arah horizontal. Beban angin dan beban hidup di atap didukung oleh struktur rangka atap.

Beban dari struktur rangka atap diterima oleh struktur rangka bangunan. Beban dari lantai diterima oleh pelat lantai, diteruskan oleh balok-balok, kemudian dilimpahkan kepada struktur rangka dengan sistem struktur tertentu. Dengan mekanisme tertentu pula beban dari rangka struktur atas diteruskan ke substructure/fondasi. Beban fondasi dipikul oleh tanah tempat bangunan berdiri. Tanah harus cukup kuat memikul beban, yaitu tegangan izin tanah yang ada tidak sampai terlampaui karena adanya beban dari fondasi.

B. Jenis-Jenis Elemen Struktur

Berikut ini akan dipaparkan mengenai berbagai jenis elemen struktur pada bangunan satu-persatu, di antaranya sebagai berikut.1. Balok

Balok merupakan elemen penting dalam bangunan supaya menjadi kokoh dan kuat. Balok sendiri berupa sebuah bagian dari struktur bangunan yang kaku dan dirancang untuk menanggung dan mentransfer beban menuju elemen-elemen kolom penopang. Berkaitan dengan hal tersebut, terdapat ring balok yang fungsinya sebagai pengikat kolom supaya tetap bersatu padu mempertahankan bentuk dari posisi semula apabila terjadi pergerakan. Dalam membuat ring balok, digunakan bahan yang sama dengan kolomnya supaya hubungan ring balok dengan kolom yang bersifat kaku tidak mudah berubah bentuk karena pola gaya yang tidak seragam dapat mengakibatkan balok melengkung atau defleksi sehingga harus ditahan dengan kekuatan internal material.

Struktur BalokSumber: Ant Rozetsky, 2018

Page 14: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik8

Balok dapat dibagi menjadi beberapa jenis sebagai berikut.a. Jenis balok berdasarkan bahan Menurut bahan yang digunakan, balok dibagi menjadi beberapa jenis di

antaranya sebagai berikut.1) Balok kayu Balok kayu adalah sejenis balok yang terbuat dari bahan kayu, fungsinya

menopang papan atau dek struktural. Perlu Anda pahami bahwa ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan balok kayu. Balok kayu untuk bangunan, yaitu jenis kayu, kualitas struktural, modulus elastisitas, nilai tegangan tekuk, serta nilai tegangan geser yang diizinkan dan defleksi minimal yang diizinkan untuk penggunaan tertentu. Selain itu, juga perlu memperhatikan perihal kondisi pembebanan yang akurat dan jenis koneksi yang dipakai.

Balok kayu yang dipakai dalam bangunan dibagi menjadi beberapa jenis, di antaranya sebagai berikut.a) Balok kayu berserat paralel Jenis balok berserat paralel ini berupa kayu struktural yang dibuat

dengan mengikat serat-serat panjang kayu dengan memanfaatkan suhu panas dan tekanan. Sistem kerja panas dan tekanan menggunakan adhesif kedap air. Kayu berserat paralel biasanya digunakan sebagai balok dan kolom pada konstruksi kolom-balok dan balok, header, serta lintel pada konstruksi rangka ringan.

Balok Kayu Berserat ParalelSumber: Yash Bhadiyadra, 2019

b) Balok kayu laminasi lem Jenis balok kayu berlaminasi lem ini berupa kayu yang dibuat dengan

melaminasi kayu kualitas tegang (stress grade) dengan bahan adhesif di bawah kondisi yang terkontrol. Kayu laminasi lem ini memiliki keunggulan batas tegangan yang lebih besar, penampilan yang lebih menarik, dan ketersediaan bentuk penampang yang beragam daripada balok kayu biasa. Jenis balok kayu laminasi lem ini juga dapat

Page 15: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 9

disatukan memakai sambungan scarf dan finger sesuai panjang yang diinginkan, atau dilem ujung-ujungnya untuk lebar atau kedalaman yang lebih besar.

Balok Kayu Berlaminasi LemSumber: Jose Losada, 2020

c) Balok kayu veneer berlaminasi Jenis balok kayu veneer berlaminasi ini wujudnya berupa produk kayu

yang dibuat dengan mengikat lapisan tripleks secara bersamaan dengan memanfaat-kan suhu panas dan tekanan memakai bahan adhesif kedap air. Hasil dari pembuatan kayu veneer berlaminasi ini biasanya mempunyai urat serat kayu arah longitudinal yang seragam dan menghasilkan produk yang kuat ketika ujungnya dibebani sebagai balok atau permukaannya dibebani sebagai papan. Dalam pekerjaan bangunan jenis kayu veneer berlaminasi ini dipakai sebagai header dan balok.

Balok Kayu Veneer BerlaminasiSumber : Fabio Santaniello Bruun, 2017

2) Balok baja Balok baja pada umumnya memiliki bermacam-macam struktur dalam

bentuk rangka. Balok baja ini dipakai untuk bangunan satu lantai, juga dipakai untuk gedung bertingkat tinggi atau gedung pencakar langit. Pengerjaan struktur menggunakan baja tidak dapat dikerjakan di lokasi.

Page 16: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik10

Oleh karena itu, biasanya baja dibentuk, dipotong, maupun dilubangi dalam pabrik sesuai desain yang telah ditentukan. Balok baja sangat cocok sebagai konstruksi tahan api, tetapi sebelumnya harus dilapisi pelapis anti api karena baja dapat kehilangan kekuatan ketika dipanaskan.

Balok bajaSumber: Thomas Welch, 2017

3) Balok beton Balok beton wujudnya berupa sebuah pelat beton yang dicor di tempat

dan dikategorikan menurut bentangan dan bentuk cetidakannya. Balok beton ini biasanya memiliki karakteristik utama yaitu lentur. Dengan sifat tersebut, balok merupakan elemen bangunan yang dapat diandalkan untuk menangani gaya geser dan momen lentur. Pendirian konstruksi balok pada bangunan umumnya mengadopsi konstruksi balok beton bertulang.

Balok BetonSumber: Alex Holyoake, 2017

b. Jenis balok berdasarkan fungsi Menurut fungsinya balok dibagi menjadi beberapa jenis di antaranya sebagai

berikut.1) Balok sederhana Balok sederhana, yaitu jenis balok sederhana yang posisinya bertumpu

pada kolom diujung-ujungnya, dengan satu ujung bebas berotasi dan tidak memiliki momen tahan. Seperti struktur statis lainnya, nilai dari semua reaksi, pergeseran dan momen untuk balok sederhana adalah tidak bergantung bentuk penampang dan material-nya.

Page 17: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 11

Balok SederhanaSumber: Besta, 2014

2) Kantilever Kantilever, yaitu jenis balok yang diproyeksikan atau struktur kaku lainnya

didukung hanya pada satu ujung tetap.

KantileverSumber: Besta, 2014

3) Balok teritisan Balok teritisan, yaitu jenis balok yang yang memanjang melewati salah

satu kolom tumpuannya.4) Balok dengan ujung-ujung tetap Balok dengan ujung-ujung tetap, yaitu jenis balok yang ujung-ujungnya

tetap atau dengan kata lain dikaitkan dengan kuat. Jenis balok ini dibuat untuk menahan translasi dan rotasi. Pada umumnya ujung-ujung dari balok ini dikunci sedemikian kuat sehingga tidak bergerak ataupun bertotasi karena momen.

5) Bentangan tersuspensi Bentangan tersuspensi, yaitu jenis balok sederhana yang ditopang oleh

teristisan dari dua bentang dengan konstruksi sambungan pin pada momen nol.

6) Balok kontinu Balok kontinu, yaitu jenis balok memanjang secara menerus melewati

lebih dari dua kolom tumpuan untuk menghasilkan kekakuan yang lebih besar dan momen yang lebih kecil dari serangkaian balok tidak menerus dengan panjang dan beban yang sama.

2. KolomGambar di bawah adalah contoh kolom pada bangunan. Lalu apa itu kolom pada bangunan? Kolom berupa sebuah batang tekan vertikal dari rangka struktur yang memikul beban dari balok. Kolom termasuk suatu elemen struktur tekan yang memegang peranan penting dari suatu bangunan. Sebagai perumpamaan, tubuh kita ditopang oleh rangka. Rangka tubuh itulah yang merupakan kolom dalam struktur bangunan. Kolom termasuk struktur utama untuk meneruskan berat bangunan dan berat beban yang ditopang bangunan (manusia dan barang-barang), serta beban hembusan angin.

Page 18: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik12

KolomSumber: Aldo Delara, 2017

Kolom termasuk salah satu bagian penting bangunan karena harus menopang beban bangunan dan atap. Dengan adanya kolom, beban kemudian didistribusikan ke fondasi lalu ke permukaan tanah di bawahnya. Jadi, sebuah bangunan akan aman dari kerusakan bila besar dan jenis fondasinya sesuai dengan perhitungan. Kolom dapat dibagi menjadi tiga jenis sebagai berikut.

Tabel 1.1 Jenis Kolom

No. Jenis Kolom Penjelasan

1. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral

Berupa kolom beton bertulang dengan batang tulangan pokok memanjang. Kolom ini pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang ke arah lateral. Tulangan ini berfungsi memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh pada tempatnya.

2. Kolom menggunakan pengikat spiral

Berupa kolom yang mempunyai bentuk sama dengan kolom pengikat. Akan tetapi, pengikat tulangan pokok memanjang yang digunakan ialah tulangan spiral yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus pada sepanjang kolom. Tulangan spiral berfungsi memberi kemampuan kolom untuk menyerap deformasi cukup besar sebelum runtuh. Dengan begitu kolom spiral mampu mencegah terjadinya kehancuran seluruh struktur sebelum proses redistribusi momen dan tegangan terwujud.

3. S t r u k t u r k o l o m komposit

Berupa komponen struktur tekan yang diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar baja profil atau pipa, dengan atau tanpa diberi batang tulangan pokok memanjang.

Sumber: Arum Fajar Vebrianingtyas

Page 19: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 13

Pada bangunan sederhana, bentuk kolom dibedakan menjadi dua jenis, yakni sebagai berikut.a. Kolom utama Kolom utama adalah sebuah kolom pada bangunan yang dibuat dengan fungsi

sebagai penopang beban utama yang berada di atasnya. Pada bangunan rumah tinggal lantai satu, disarankan jarak kolom utama adalah 3,5 meter, supaya dimensi balok untuk menompang lantai tidak tidak begitu besar. Apabila jarak antara kolom dibuat lebih dari 3,5 meter maka struktur bangunan harus dihitung. Berbeda dengan rumah tinggal lantai satu, untuk bangunan rumah tinggal lantai dua dimensi kolom utama biasanya memakai ukuran 20/20, dengan tulangan pokok 8 d 12 mm (maksudnya besi beton berdiameter 12 mm berjumlah 8 buah), dan begel d 8–10 cm (8–10 cm maksudnya begel diameter 8 dengan jarak 10 cm).

b. Kolom praktis Kolom praktis adalah sebuah kolom pada bangunan yang dibuat dengan fungsi

membantu kolom utama. Selain itu kolom praktis juga difungsikan sebagai pengikat dinding supaya dinding stabil. Jarak kolom praktis maksimum 3,5 meter, atau pada pertemuan pasangan bata (sudut-sudut). Kolom praktis disarankan berdimensi 15/15 dengan tulangan beton 4 d 10 begel d 8–20.

3. RangkaRangka bangunan, yaitu sebuah bagian dari bangunan yang merupakan struktur utama pendukung berat bangunan dan beban luar yang bekerja padanya. Rangka bangunan fungsinya meneruskan beban vertikal maupun beban horizontal, baik berupa beban tetap, beban manusia dan barang, maupun beban gempa, angin, dan tanah. Rangka bangunan sendiri ada banyak macam atau jenisnya, di antaranya sebagai berikut.a. Rangka baja Setelah baja ditemukan, dunia bangunan mengalami perubahan yang signifikan.

Baja digunakan dalam pembuatan bangunan karena baja merupakan bahan material bangunan yang sangat kuat. Selain kuat, baja yang dipakai sebagai rangka, memiliki keunggulan lain yaitu1) sangat fleksibelitas dibanding struktur rangka beton;2) rangka baja dapat dibengkokan tanpa membuatnya patah;3) bangunan struktur baja mempunyai toleransi lenturan yang baik, bila

terjadi dorongan akibat terpaan angin kencang maupun goyangan akibat gempa; dan

4) rangka baja sangat elastis, maksudnya ketika terbebani oleh gaya yang besar maka rangka baja tidak akan langsung patah/retak tetapi secara perlahan menjadi bengkok terlebih dahulu.

Page 20: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik14

Rangka BajaSumber: Jacek Dylag, 2018

Pemakaian rangka baja dalam bangunan juga memiliki beberapa kekurangan, di antaranya1) tidak tahan pada panas temperatur tinggi; serta2) mempunyai masalah dengan korosi, kelembaban, dan lingkungan lautan.

b. Rangka beton bertulang Pada zaman modern saat ini, rangka beton bertulang sudah banyak dipakai

dalam pembuatan berbagai macam bangunan. Rangka beton bertulang dalam konstruksi bangunan memiliki kelebihan, di antaranya 1) sangat cocok dan baik dalam menahan beban berat;2) dapat dengan mudah dibentuk sesuai kebutuhan; serta3) keawetan dan ketahanannya terhadap api lebih baik dibandingkan struktur

baja.

Rangka Beton BertulangSumber: Ricardo Gomez Angel, 2017

Selain mempunyai banyak kelebihan, rangka beton bertulang juga mempunyai kekurangan. Kekurangan rangka beton, yaitu kuat tekan beton tidak sama atau bervariasi karena pengaruh jenis, kualitas, dan komposisi

Page 21: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 15

material pembentuknya (agregat, semen, dan air), serta cara pengerjaannya. Oleh karena itu, kontrol kualitas beton sangat diperhatikan baik dalam proses pengadukannya, pengecorannya, dan perawatan setelah dicor.

c. Rangka kayu Rangka kayu pada umumnya digunakan pada bangunan kecil dan menengah

tidak terlalu besar, seperti pembuatan perumahan penduduk, rumah adat, dan lain sebagainya. Saat ini, pemakaian rangka kayu lebih ditujukan sebagai bahan bangunan karena untuk memperoleh aspek estetika atau seni dan keindahan mengingat harga kayu yang makin mahal dan keberadaan kayu makin langka. Pada umumnya, pemakaian rangka kayu banyak digunakan untuk pembuatan rumah dengan sistem knock-down.

Rangka KayuSumber: Leo Fosdal, 2016

d. Rangka bambu Pada pembuatan bangunan khususnya rangka atap, saat ini masih banyak yang

memakai bambu. Pemakaian bambu untuk rangka bangunan ini disebabkan karena keberadaan bambu saat ini masih mudah ditemukan. Oleh karena itu, bambu cukup menarik sebagai bahan alternatif untuk material bangunan. Selain murah, bambu juga mempunyai sifat mekanis yang sangat baik terutama kuat tariknya. Bahkan, saat ini para ahli teknik bangunan terus melakukan penelitian terhadap penggunaan bambu sebagai tulangan beton.

Rangka BambuSumber: Sett.Sj, 2019

Page 22: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik16

Pemakaian bambu sebagai bagian bangunan juga memiliki kelemahan, yaitu1) mempunyai sifat mudah lapuk dan menyusut sehingga daya lekatnya

dengan beton dapat berkurang; 2) tidak meratanya kekuatan bambu di ruas bawah dengan ruas atas, diameter

bambu yang bervariasi bergantung jenis bambu; serta3) mudah lapuk maka teknik pengawetan bambu perlu mendapat perhatian

khusus jika ingin menggunakan bambu sebagai bahan bangunan.4. Rangka Batang

Rangka batang adalah suatu struktur rangka yang digunakan dalam bangunan dengan rangkaian batang-batang berbentuk segitiga. Pada dasarnya rangka batang terbuat dari material kayu, baja, aluminium, dan sebagainya. Pada struktur rangka batang, dipilih bentuk segitiga karena bentuk segitiga adalah bentuk yang stabil, tidak mudah berubah. Pada struktur rangka batang yang stabil, setiap deformasi yang terjadi relatif kecil dan dikaitkan dengan perubahan panjang batang yang diakibatkan oleh gaya yang timbul di dalam batang sebagai akibat dari beban eksternal. Selain itu, sudut yang terbentuk antara dua batang tidak akan berubah apabila struktur stabil tersebut dibebani. Hal ini sangat berbeda dengan mekanisme yang terjadi pada bentuk tidak stabil, di mana sudut antara dua batangnya berubah sangat besar. Adapun jenis rangka batang disajikan berikut disertai dengan gambarnya.

Tabel 1.2 Jenis Rangka Batang

No Jenis Rangka Batang

Gambar

1. Studio

2. Polynesian

3. Inverted

4. Flat

5. Bowstring

Page 23: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 17

No Jenis Rangka Batang

Gambar

6. Attic

7. Regullar

8. Scissors

9. Cambered

10. Dual pitch

11. Mono pitch

12. Gambrel

13. Cathedral

Sumber: Arum Fajar Vebrianingtyas

Rangka batang gaya eksternal menimbulkan gaya pada batang-batang pada struktur stabil. Gaya-gaya tersebut merupakan gaya tarik dan tekan murni. Lentur (bending) tidak akan terjadi selama gaya eksternal berada pada titik simpul. Apabila susunan segitiga dari batang-batang merupakan bentuk stabil maka sembarang

Page 24: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik18

susunan segitiga juga membentuk struktur stabil dan kukuh. Hal ini merupakan prinsip dasar penggunaan rangka batang pada gedung. Bentuk kaku yang lebih besar untuk sembarang geometri dapat dibuat dengan memperbesar segitiga-segitiga tersebut. Rangka batang yang hanya memikul beban vertikal, pada batang tepi atas umumnya timbul gaya tekan, dan pada tepi bawah umumnya timbul gaya tarik. Gaya tarik atau tekan ini dapat timbul pada setiap batang dan mungkin terjadi pola yang berganti-ganti antara tarik dan tekan. Penekanan pada prinsip struktur rangka batang mengandung pengertian bahwa struktur hanya dibebani dengan beban-beban terpusat pada titik-titik hubung agar batang-batangnya mengalami gaya tarik atau tekan. Bila beban bekerja langsung pada batang maka timbul pula tegangan lentur pada batang itu sehingga desain batang sangat rumit dan tingkat efisiensi menyeluruh pada batang menurun.a. Konstruksi rangka batang tunggal Konstruksi rangka batang jenis ini memiliki pola bentuk jika setiap batang atau

setiap segitiga penyusunannya mempunyai kedudukan yang setingkat, atau konstruksi terdiri atas satu kesatuan yang sama (setara). Gambar konstruksi rangka batang tunggal ditunjukkan Gambar berikut.

Konstruksi Rangka Batang TunggalSumber: Baturaddin, 2014

b. Konstruksi rangka batang ganda Konstruksi rangka batang jenis ini memilliki pola bentuk jika setiap batang atau

setiap segitiga penyusunnya setingkat kedudukannya. Akan tetapi konstruksi terdiri atas dua buah kesatuan konstruksi yang setara. Gambar konstruksi rangka batang ganda ditunjukkan Gambar berikut.

Konstruksi Rangka Batang GandaSumber: Baturaddin, 2014

c. Konstruksi rangka batang tersusun Konstruksi rangka batang jenis ini memiliki pola bentuk jika kedudukan batang

atau segitiga penyusun konstruksi memiliki perbedaan tingkatan. Dengan kata lain, konstruksi terdiri atas konstruksi anak dan konstruksi induk. Dapat

Page 25: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 19

dilihat pada Gambar di bawah ini, segitiga ABC merupakan segitiga konstruksi induk, sedangkan segitiga ADE merupakan segitiga konstruksi anak. Contohnya ditunjukkan Gambar berikut.

Konstruksi Rangka Batang TersusunSumber: Baturaddin, 2014

Kontruksi rangka batang pada umumnya berbentuk segitiga. Hal ini mempunyai beberapa alasan antara lain 1) bentuk segitiga merupakan bentuk yang paling stabil (statis);2) bentuk segitiga tidak menimbulkan tegangan di dalam batang meskipun

ada kesalahan ukuran dalam pelaksanaannya;3) bentuk segitiga merupakan bentuk yang paling menyatu dibandingkan

dengan bentuk yang lain; serta4) dalam bentuk segitiga, perubahan tempat akibat adanya gaya luar menjadi

lebih kecil daripada bentuk yang lain.5. Kubah dan Cangkang Bola

Struktur bangunan kubah dan cangkang bola merupakan bentuk struktur lengkungan ganda. Bentuk kubah dan cangkang dapat dipandang sebagai bentuk lengkungan yang diputar. Umumnya dibentuk dari material kaku seperti beton bertulang, tetapi dapat pula dibuat dari tumpukan bata. Kubah dan cangkang bola adalah struktur yang sangat efisien yang digunakan pada bentang besar, dengan penggunaan material yang relatif sedikit. Struktur bantuk kubah dapat juga dibuat dari elemen-elemen garis, kaku, pendek dengan pola yang berulang, contohnya adalah kubah geodesik.

Kubah dan Cangkang BolaSumber: Renato Augusto Machado, 2020

Page 26: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik20

Cangkang merupakan bentuk struktural berdimensi tiga yang kaku dan tipis, serta memiliki permukaan lengkung. Permukaan cangkang memiliki bentuk sembarang. Bentuk yang umum yaitu permukaan berikut.a. Kurva yang diputar terhadap satu sumbu, misalnya permukaan bola, kerucut,

elips, dan parabola.b. Permukaan translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang

di atas kurva bidang lainnya, misalnya permukaan bola eliptik dan silindris.c. Permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan dua ujung segmen garis

pada dua kurva bidang, misalnya permukaan bentuk hiperbolik parabolid dan konoid.

Bentuk cangkang tidak selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang dapat saja digunakan untuk suatu struktur. Beban-beban yang bekerja pada cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam bidang permukaan tersebut. Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahan momen yang membuat struktur cangkang tipis cocok digunakan untuk memikul beban merata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat. Struktur cangkang selalu memerlukan penggunaan cincin tarik pada tumpuannya. Struktur cangkang memikul beban dalam bidang (terutama dengan cara tarik dan tekan). Struktur cangkang dapat sangat tipis dan memiliki bentang yang relatif besar. Perbandingan bentang tebal hanya digunakan sebesar 400–500 (misalnya tebal 3 inci dapat digunakan untuk kubah yang berbentang 30 sampai 38 meter. Cangkang setipis ini menggunakan material yang baru dikembangkan, misalnya beton bertulang yang didesain khusus untuk membuat permukaan cangkang. Bentuk-bentuk tiga dimensi lain, misalnya kubah pasangan (bata). Kubah pasangan memiliki ketebalan yang lebih besar dan tidak dapat dikelompokkan sebagai struktur karena hanya memikul tegangan dalam bidang. Pada struktur tebal seperti ini, momen lentur sudah mulai dominan. Bentuk tiga dimensi juga dibuat dari batang-batang kaku dan pendek. Struktur seperti ini pada hakikatnya merupakan struktur cangkang karena perilaku strukturalnya dapat dikatakan sama dengan permukaan cangkang menerus, tetapi tegangannya tidak lagi menerus seperti pada permukaan cangkang, melainkan terpusat pada setiap batang. Struktur demikian baru pertama kali digunakan pada awal abad XIX, misalnya kubah Schewedler, yang terdiri atas jaring-jaring batang bersendi tidak teratur. Kubah ini diperkenalkan pertama kali oleh Schwedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat ia mendesain kubah dengan bentang 132 kaki (48 m). Struktur baru lainnya adalah menggunakan batang-batang yang diletidakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah besar di dunia ini yang menggunakan cara demikian.

6. PelengkungDalam bidang teknik bangunan pelengkung berupa sebuah struktur yang dibentuk dari elemen garis yang melengkung dan membentang antara dua titik, membentuk busur. Struktur ini membentang suatu ruang sekaligus menopang beban. Struktur ini umumnya terdiri atas potongan-potongan kecil yang mempertahankan posisinya akibat adanya pembebanan.

Page 27: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 21

PelengkungSumber: Kamile Leo, 2019

Berdasarkan catatan sejarah dalam bidang teknik bangunan, pelengkung muncul pertama kali pada milenium ke-2 SM (Sebelum Masehi) di Mesopotamia dalam bentuk struktur bata. Penggunaan yang makin luas dan sistematik dimulai oleh Kekaisaran Romawi yang mulai menggunakannya untuk berbagai macam keperluan dalam arsitektur Romawi, seperti akuaduk, colosseum, dan bangunan lainnya. Pada umumnya, sebuah pelengkung memerlukan semua bagiannya agar dapat berdiri kokoh. Hal ini menimbulkan pertanyaan mengenai bagaimanakah cara membangun pelengkung satu per satu, menyusun dari bagian-bagiannya. Sebagai jawaban atas pertanyaan tersebut, yaitu membangun kerangka (biasanya terbuat dari kayu) yang mengikuti bentuk luar pelengkung di bagian bawahnya. Setelah struktur batu tersusun dan menopang bebannya sendiri, barulah kerangka kayu dapat dilepas. Berikut contoh berbagai jenis pelengkung menurut bentuk dan pengembangannya.

Tabel 1.3 Jenis Pelengkung Menurut Bentuknya

No Jenis Pelengkung menurut Bentuknya

Gambar

1. Pelengkung lingkar atau semi sirkuler

2. Pelengkung segmental

Page 28: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik22

No Jenis Pelengkung menurut Bentuknya

Gambar

3. Pelengkung tidak setara

4. Pelengkung lancet

5. Pelengkung bahu datar

6. Pelengkung daun semanggi

7. Pelengkung tapal kuda

8. Pelengkung tiga tengah

9. Pelengkung infleksi

10. Pelengkung ogee

Page 29: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 23

No Jenis Pelengkung menurut Bentuknya

Gambar

11. Pelengkung segitiga

12. Pelengkung tudor

13. Pelengkung parabola

14. Pelengkung elips

Sumber: Arum Fajar Vebrianingtyas

7. Cangkang Silindrikal dan TerowonganBentuk bangunan terdiri atas berbagai macam bentuk, salah satunya yang berbentuk terowongan. Pada dasarnya cangkang silindrikal dan terowongan merupakan jenis struktur pelat satu kelengkungan. Struktur cangkang mempunyai bentang longitudinal dan kelengkungannya tegak lurus terhadap diameter bentang. Struktur cangkang yang cukup panjang akan berperilaku sebagai balok dengan penampang melintang berupa kelengkungan. Bentuk struktur cangkang ini harus terbuat dari material kaku seperti beton bertulang atau baja, sedangkan terowongan merupakan struktur berpelengkung tunggal yang membentang dari arah transversal. Terowongan dapat dipandang sebagai pelengkung menerus.

Cangkang Silindrikal dan TerowonganSumber: Aaron Burden, 2018

Page 30: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik24

8. KabelPada dunia rancang bangun sebuah bangunan, kabel merupakan elemen struktur yang sangat fleksibel. Bentuk struktur kabel tergantung dari basar dan perilaku beban yang bekerja padanya. Struktur kabel yang ditarik pada kedua ujungnya dan berbentuk lurus disebut tierod. Jika pada bentangan kabel terdapat beban titik eksternal maka bentuk kabel akan berupa segmen-segmen garis. Jika beban yang dipikul adalah beban terbagi merata maka kabel akan berbentuk lengkungan, sedangkan berat struktur kabel sendiri akan menyebabkan bentuk lengkung yang disebut catenary-curve.

Struktur KabelSumber: Joshua Sukoff, 2019

Perlu Anda pahami bahwa konstruksi kabel sudah dipakai oleh para teknisi zaman dahulu untuk membangun jembatan gantung, dalam hal ini gaya-gaya ditarik menggunakan tali. Setelah orang mengenal baja maka baja digunakan sebagai gantungan pada jembatan. Pada awal penggunaan baja masih terkendala dengan korosi akibat karat. Akan tetapi, sekarang sudah ditemukan bahan baja yang anti karat. Struktur kabel dalam bangunan mempunyai keunggulan antara laina. memberikan efisiensi ruang lebih besar;b. memiliki faktor keamanan lebih baik terhadap api dibandingkan struktur

tradisonal yang sering runtuh oleh pembengkokan elemen tekan di bawah temperatur tinggi. Kabel baja lebih mampu menjaga konstruksi dari temperatur tinggi dalam jangka waktu lebih panjang sehingga mengurangi risiko kehancuran;

c. dari segi teknik, pada saat terjadi penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri pada kondisi keseimbangan yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari tegangan;

d. cocok untuk bangunan bersifat permanen;e. elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup

permukaan yang luas;f. ringan, meminimalisasi beban sebuah konstruksi; dang. memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan

meter yang mengungguli semua sistem lain. Kekurangan struktur kabel terlihat pada pembebanan. Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel, yaitu getaran. Struktur ini dapat bertahan dengan sempuna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang disebabkan

Page 31: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 25

oleh pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar dan dapat mengakibatkan robohnya bangunan.

9. Membran, Tenda, dan JaringWujud membran berupa lembaran tipis dan fleksibel, sedangkan tenda biasanya dibentuk dari permukaan membran. Bentuk strukturnya dapat berbentuk sederhana maupun kompleks dengan menggunakan membran-membran. Adapun permukaan dengan kelengkungan ganda seperti permukaan bola, atau permukaan aktual harus tersusun dari segmen-segmen yang jauh lebih kecil karena umumnya membran hanya tersedia dalam bentuk lembaran-lembaran datar. Membran fleksibel dapat dipakai di permukaan dengan menggantungkannya pada sisi cembung berarah ke bawah, atau jika berarah ke atas harus ditambahkan mekanisme tertentu agar bentuknya tetap. Mekanisme lain adalah dengan menarik membran agar mempunyai bentuk tertentu. Jaring adalah permukaan tiga dimensi yang terbuat dari sekumpulan kabel lengkung yang melintang.

Membran, Tenda, dan JaringSumber: Miguel Castellanos, 2019

10. Dinding dan PelatPada teknik bangunan, elemen struktur berupa dinding dan pelat sangat berpengaruh. Pada umumnya, dinding dan pelat datar berupa struktur kaku pembentuk permukaan suatu dinding pemikul beban. Jika dikaji dan dianalisis, pelat datar dan dinding mampu memikul beban baik beban yang bekerja dari arah vertikal maupun arah horizontal. Kekuatan terhadap beban dalam arah tegak lurus menjadi sangat terbatas apabila struktur dinding terbuat dari material kecil. Adapun cara melenturkan dan meneruskan ke tumpuan menggunakan struktur pelat datar secara horizontal yaitu, struktur pelat dibuat dari beton bertulang maupun baja. Pelat horizontal dapat dibuat dengan pola susunan elemen garis yang kaku dan pendek, sedangkan bentuk segitiga tiga demensi digunakan untuk memperoleh kekakuan yang lebih baik.

Page 32: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik26

Dinding dan PelatSumber: Bernard Hermant, 2018

C. Klasifikasi Elemen Struktur

Bagi Anda yang ingin menekuni dunia teknik bangunan sangat penting untuk memahami klasifikasi elemen struktur bangunan. Pengklasifikasian elemen struktur bangunan pada umumnya didasarkan pada bentuk dan sifat fisik dasar dari suatu konstruksi bangunan.1. Klasifikasi Struktur Berdasarkan Material Pembentuknya

Berdasarkan material pembentuknya, struktur diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, di antaranya sebagai berikut.

Tabel 1.4 Struktur Berdasarkan Material Pembentuk

No. Struktur Berdasarkan Material Pembentuk Penjelasan

1. Struktur baja Merupakan struktur bangunan yang terbuat dari baja

2. Struktur beton Merupakan struktur bangunan yang terbuat dari beton

3. Struktur kayu Merupakan struktur bangunan yang terbuat dari kayu

Sumber: Arum Fajar Vebrianingtyas

2. Klasifikasi Struktur Berdasarkan Geometri/Bentuk DasarnyaBerdasarkan geometri/bentuk dasarnya struktur diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, di antaranya sebagai berikut. a. Elemen garis Dalam dunia bangunan terdapat elemen garis. Jenis elemen garis umumnya

tersusun oleh garis. Elemen garis merupakan klasifikasi elemen yang langsung dan panjang dengan potongan melintang yang lebih kecil dibandingkan ukuran panjangnya. Elemen garis dibagi menjadi dua, yaitu elemen garis lurus dan elemen garis lengkung.

Page 33: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 27

b. Elemen permukaan Elemen permukaan ini merupakan elemen terluar yang dapat dilihat dengan

mata pada suatu bangunan. Elemen permukaan merupakan klasifikasi elemen yang ketebalannya lebih kecil dibandingkan ukuran panjangnya. Pada umumnya elemen permukaan, ini dapat berupa datar atau lengkung. Elemen permukaan lengkung dapat berupa lengkung tunggal ataupun lengkung ganda. Contoh elemen permukaan yaitu batu alam yang dipasang pada dinding atau pada lantai, dan sebagainya.

3. Klasifikasi Struktur Berdasarkan KekakuannyaBerdasarkan kekakuannya, struktur bangunan dibagi menjadi beberapa jenis, di antaranya sebagai berikut.a. Elemen kaku Elemen kaku banyak dijumpai pada struktur bangunan. Elemen kaku ini biasanya

sebagai batang yang tidak mengalami perubahan bentuk yang cukup besar apabila mengalami gaya akibat beban-beban tertentu.

b. Elemen tidak kaku atau fleksibel Pada struktur bangunan terdapat banyak elemen yang berubah-ubah atau

fleksibel. Elemen fleksibel memiliki karakteristik cenderung berubah menjadi bentuk tertentu pada suatu kondisi pembebanan, misalnya kabel. Bentuk struktur ini dapat berubah drastis sesuai perubahan pembebanannya. Struktur fleksibel akan mempertahankan keutuhan fisiknya meskipun bentuknya berubah-ubah.

Tugas KelompokLakukan kegiatan berikut bersama kelompok Anda.Pengamatan Elemen Struktur BangunanA. Alat dan Bahan

1. Pensil 1 buah2. Bolpoin 1 set3. Penghapus 1 buah4. Kertas A4 5 lembar5. Alat tulis lainnya

B. Kesehatan dan Keselamatan Kerja1. Berdoalah sebelum memulai kegiatan belajar.2. Bacalah dan pahami petunjuk praktikum pada setiap lembar kegiatan belajar.3. Gunakanlah alat tulis dengan baik dan benar.

C. Langkah Kerja1. Bagilah kelas Anda menjadi beberapa kelompok.2. Bersama kelompok Anda, pergilah mengamati bangunan yang ada disekitar

Anda.3. Lakukan pengamatan elemen struktur yang digunakan dalam bangunan rumah

serta gedung lainnya di lingkungan sekitar tempat tinggal Anda.4. Cari tahulah alasan mengapa masyarakat cenderung menggunakan elemen

struktur bangunan tersebut?5. Buatlah dokumentasi dari pengamatan tersebut.

Page 34: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik28

6. Tulislah hasil pengamatan Anda dalam bentuk laporan yang dilengkapi dengan foto hasil pengamatan.

7. Lalu, kumpulkan hasilnya pada guru Anda untuk dinilai.

Rangkuman

Elemen struktur bangunan adalah alat atau bagian dari sebuah sistem bangunan yang bekerja untuk menyalurkan beban karena adanya bangunan di atas tanah. Konstruksi bangunan berarti, suatu cara atau teknik membuat/mendirikan bangunan agar memenuhi syarat, kuat, awet, indah, fungsional, dan ekonomis.

Klasifikasi struktur bangunan berdasarkan kekakuannya dibagi menjadi dua jenis, yaitu elemen kaku dan elemen tidak kaku atau fleksibel. Klasifikasi struktur berdasarkan geometri atau bentuk dasarnya dibagi menjadi dua jenis, yaitu elemen garis dan elemen permukaan. Klasifikasi struktur berdasarkan material pembentuknya dibagi menjadi beberapa jenis, antara lain struktur kayu, struktur baja, dan struktur beton. Elemen utama struktur bangunan di antaranya yaitu rangka, balok dan kolom, pelengkung, dinding dan pelat, kubah dan cangkang bola, kabel, serta membran, tenda, dan jaring. Pengklasifikasian elemen struktur bangunan pada umumnya didasarkan pada bentuk dan sifat fisik dasar dari suatu konstruksi bangunan.

Uji KompetensiA. Soal Pilihan GandaPilihlah jawaban yang paling tepat.1. Berikut ini yang merupakan fungsi utama struktur kolom, yaitu sebagai ....

a. penyalur beban vertikalb. tiang bangunanc. pembentuk dari model bangunand. penyalur beban horizontale. penyalur beban diagonal

2. Elemen yang mempunyai kecenderungan berubah menjadi bentuk tertentu pada suatu kondisi pembebanan disebut ….a. elemen kaku b. elemen tidak kaku c. elemen fleksibeld. sistem satu arahe. sistem dua arah

3. Kolom yang berfungsi menopang beban utama yang berada di atasnya adalah kolom ....a. pengikat spiral b. pengikat sengkang lateralc. utamad. bajae. beton

Page 35: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 29

4. Struktur yang dibuat dengan menyusun elemen linier berbentuk batang-batang yang relatif pendek dan lurus menjadi pola-pola segitiga adalah ....a. struktur atapb. rangka batangc. struktur fondasid. struktur rangka atape. struktur dinding penahan

5. Fungsi utama dari struktur balok suatu bangunan, yaitu sebagai ....a. penyalur beban vertikalb. tiang bangunanc. pembentuk dari model bangunand. penyalur beban horizontale. penyalur beban diagonal

6. Berikut yang merupakan fungsi utama dari fondasi adalah sebagai ....a. penerus beban bangunan ke dalam tanahb. pengikat kolom dan sloofc. penerima gaya horizontald. penahan tanahe. penerima gaya vertikal

7. Struktur yang dibentuk dengan cara meletidakkan elemen kaku horizontal di atas elemen kaku vertikal adalah ....a. atap dan sloofb. balok dan sloofc. sloof dan fondasid. fondasi dan atape. balok dan kolom

8. Kegagalan komponen tekan tidak diawali dengan tanda peringatan yang jelas, atau bersifat ....a. lamab. melelehc. mendadak/tiba-tibad. melendute. sementara

9. Berikut yang tidak termasuk macam-macam kolom adalah kolom ....a. praktis b. pengikat sengkang lateral c. pengikat spirald. komposite. ganda

10. Pada umumnya jenis fondasi dapat digolongkan menjadi dua tipe, yaitu fondasi ....a. dangkal dan fondasi telapak beton bertulangb. batu kali dan fondasi telapak beton bertulangc. sumuran dan fondasi paku bumid. dangkal dan fondasi dalame. tiang pancang dan footpelat

Page 36: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik30

11. Elemen struktur yang berupa gabungan dari balok mendatar dan kolom vertikal adalah ….a. balok sederhanab. balok menerusc. rangka batangd. rangka/portale. overstek

12. Elemen-elemen pokok dari bangunan gedung atau rumah terdiri dari ….a. dinding, lantai, fondasi b. fondasi, pintu, atap c. dinding dan atapd. fondasi, dinding, pintu dan jendelae. fondasi, dinding, atap

13. Berikut yang merupakan elemen bangunan berdasarkan karakteristik kekakuan adalah ....a. elemen bajab. elemen fleksibelc. elemen tunggald. elemen permukaane. elemen sistem 2 arah

14. Kolom merupakan elemen garis sesuai dengan klasifikasi struktur ....a. materialb. geometri c. kekakuand. pelengkungane. elemen tunggal

15. Berikut yang bukan merupakan struktur fleksibel adalah ….a. tie rodb. tendac. jaring d. membranee. post-and-beam

Page 37: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Elemen-Elemen Struktur Bangunan 31

B. Soal EsaiJawablah dengan tepat dan benar.1. Bagian bangunan yang menahan/mengalirkan beban-beban dari atap disebut ....2. Klasifikasi elemen yang ketebalannya lebih kecil dibandingkan dengan ukuran

panjangnya adalah ....3. Batang tekan vertikal dari rangka struktur yang memikul beban dari balok disebut

….4. Bagian dari struktural sebuah bangunan yang kaku dirancang untuk menanggung

dan menyalurkan beban menuju kolom penopang yang selanjutnya aku diteruskan ke fondasi disebut ….

5. Kolom beton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang arah lateral adalah pengertian dari kolom ....

6. Pada suatu proyek bangunan, struktur yang dibentuk secara horizontal disebut dengan....

7. Struktur yang dibentuk secara vertikal disebut ....8. Bagian struktur yang berfungsi mendukung/menyangga struktur atas dan

menghubung-kan keseluruhan bangunan dengan tapak disebut ....9. Bagian bangunan yang menjadikan struktur tetap kokoh dan stabil dalam

mendukung beban, disebut ....10. Disebut beban sementara karena ... dan ....

Page 38: MEKANIKA TEKNIK...2019/05/05  · 2 Mekanika Teknik Pernahkah Anda memperhatikan pekerjaan orang membangun rumah? Jika Anda perhatikan, Anda akan menemukan bagian-bagian yang membentuk

Mekanika Teknik32

C. Soal Esai UraianJawablah dengan ringkas dan benar.1. Ada berapa jenis elemen utama dari struktur, sebutkan satu persatu yang Anda

ketahui.2. Sebutkan jenis-jenis balok dilihat dari fungsinya.3. Pemakaian bambu sebagai rangka bangunan ternyata memiliki banyak kelemahan.

Uraikan kelemahan tersebut.4. Sebutkan dan jelaskan dua klasifikasi elemen struktur berdasarkan bentuk dasar

dan kekakuannya.5. Uraikan yang Anda ketahui tentang definisi elemen struktur bangunan.