Sistem Struktur Material Baja dan Pengaplikasiannya

Material Baja

Baja adalah logam paduan dengan besi (Fe) sebagai unsur dasar dan karbon (C) sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja berkisar antara 0,2 % hingga 2,1 % berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengerasan pada kisi kristal atom besi.

Baja karbon adalah baja yang mengandung karbon lebih kecil 1,7 %, sedangkan besi mempunyai kadar karbon lebih besar dari 1.7 %. Baja mempunyai unsur-unsur lain sebagai pemadu yang dapat mempengaruhi sifat dari baja. Penambahan unsur-unsur dalam baja karbon dengan satu unsur atau lebih, tergantung dari pada karakteristik baja karbon yang akan dibuat.

Kalau dalam kontruksi baja adalah suatu element struktural yang memiliki batasan sempurna yang akan menahan beban jenis tarik aksial, tekan aksial, dan lentur dengan fasilitas yang hampir sama.

Kelebihan dan Kekuran Baja

Kelebihan :

Kuat tarik tinggi.
Tidak dimakan rayap
Hampir tidak memiliki perbedaan nilai muai dan susut
Bisa di daur ulang
Dibanding Stainless Steel lebih murah
Dibanding beton lebih lentur dan lebih ringan
Dibanding alumunium lebih kuat

Kekurangan :

Bisa berkarat.
Lemah terhadap gaya tekan.
Tidak fleksibel seperti kayu yang dapat dipotong dan dibentuk berbagai profile
Tidak kokoh
Tidak tahan api

Menurut kadar karbonnya baja dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu :

Baja karbon rendah (low carbon steel): memiliki kandungan unsur karbon kurang dari 0,3%.
Baja karbon sedang (medium carbon steel): memiliki kandungan unsur karbon 0,30%-0,60%.
Baja karbon tinggi (high carbon steel) : memiliki kandungan unsur karbon 0,30%-0,90%.

Struktur baja mempunyai beberapa tipe antara lain : Portal Rangka bidang (plane truss) Rangka ruang (space truss) Gantung (suspension) Masted structures Shell systems.

Tipe Sistem Struktur Baja pada Bangunan dan Pengaplikasiannya

1. Sistem Portal

Sistem struktur terdiri dari tiang/ kolom (post) dan balok (beam) di mana tiang dan balok tersebut tersusun dari batang tunggal yang dapat digunakan sebagai struktur pada bangunan bentang panjang maupun bentang pendek. Struktur ini cukup sederhana sehingga secara arsitektural pun biasa-biasa saja (terkesan konvensional) dan mempunyai kelemahan yaitu dimensi kolom dan balok semakin besar bila bentangnya semakin besar.

Sistem Struktur Baja Portal

Konstruksional :

Stabilitas : stabil ketika antar portal saling dihubungkan.
Kekuatan : kuat untuk menopang penutup atap yang tidak terlalu berat, tetapi jika bentang semakin panjang, balok akan mengalami gaya lendut yang makin besar sehingga memerlukan dimensi komponen struktur yang makin besar pula serta memerlukan perkuatan.
Ketahanan goncangan : kuat terhadap gaya yang sejajar, tetapi lemah terhadap gaya yang tegak lurus struktur.
Kemudahan pembuatan : cukup mudah sebab strukturnya tidak terlalu rumit.
Waktu pelaksanaan : singkat / cepat.
Komponen utama : tiang / kolom (post) dan balok (beam).
Bahan / material : struktur ini dapat menggunakan bahan kayu, beton bertulang, dan baja.
Bentuk dasar : segi empat dan segi tiga.
Model / tipe : portal segi empat dan portal segi tiga.

Pembebanan pada Baja Tipe Portal

Contoh Pengaplikasian Baja Tipe Portal

2. Sistem Rangka Bidang

Sistem rangka bidang adalah sistem struktur rangka batang yang tersusun secara dua dimensional, sistem struktur ini biasanya digunakan pada struktur atap bentang panjang (sport hall, exhibition hall, stadion, dll) dan juga jembatan. Secara arsitektural sistem struktur ini lebih baik dibandingkan portal dan lebih terkesan modern.

Sistem Struktur Rangka Bidang

Konstruksional :

Stabilitas : menggunakan bentuk segitiga yang stabil (lebih stabil dibandingkan portal).
Kekuatan : kuat menahan beban yang cukup besar.
Ketahanan goncangan : kokoh menahan gaya yang sejajar bidang (lebih kokoh dibandingkan portal) tetapi lemah terhadap gaya yang tegak lurus bidang.
Kemudahan pembuatan : pembuatannya agak lebih rumit dibandingkan portal.
Waktu pelaksanaan : lebih lama dari portal.
Komponen utama : batang dan sambungan.
Bahan / material : umumnya menggunakan material baja, tapi juga dapat memakai bahan kayu.
Bentuk dasar : struktur ini memiliki bentuk dasar segitiga yang kemudian disusun.
Model / tipe : rangka batang sistem kabel, rangka batang Pratt, rangka batang Hower, rangka batang statis tak tentu, rangka batang funicular.

Pembebanan pada Tipe Rangka Bidang

Contoh Pengaplikasian Sistem Rangka Bidang

3. Sistem Rangka Ruang

Sistem rangka ruang adalah sistem struktur rangka batang yang tersusun secara tiga dimensional (ruang), sistem struktur ini hampir sama dengan rangka bidang yang umumnya digunakan pada struktur atap bentang panjang (sport hall, exhibition hall, stadion, dll). Sistem rangka ruang dapat menghasilkan bentuk-bentuk yang lebih kompleks dan atraktif.

Detail Kontruksi pada Tipe Rangka Ruang

Konstruksional :

Stabilitas : lebih stabil dibandingkan rangka bidang.
Kekuatan : kuat menopang beban yang besar karena beban didistribusikan secara merata.
Ketahanan goncangan : tahan terhadap gaya yang sejajar struktur dan tahan terhadap tekuk lateral (gaya tegak lurus terhadap struktur).
Kemudahan pembuatan : pembuatannya cukup rumit.
Waktu pelaksanaan : cukup panjang / lama.
Komponen utama : batang (member) dan sambungan (joint).
Bahan / material : struktur ini menggunakan material baja.
Bentuk dasar : struktur ini memiliki bentuk dasar piramid (tetrahedron), limas / segitiga.
Model / tipe : square on square no offset, cubic prisms, two member lengths, trigonal prisms, octahedron and tetrahedron, one member lengths.

Pembebanan pada Tipe Rangka Ruang

Contoh Pengaplikasian Sistem Struktur Rangka Ruang

4. Sistem Gantung

Sistem struktur ini adalah struktur yang menggunakan kabel sebagai penggantung (menahan gaya tarik) suatu konstruksi. Sistem struktur ini digunakan untuk konstruksi jembatan, atap, penggantung untuk lantai bangunan tinggi. struktur ini menghasilkan bentuk-bentuk yang menarik, unik, modern, dan memberi kesan ringan.

Konstruksional:

Stabilitas : stabil dan strukturnya cukup fleksibel (kabel sebagai struktur selalu dalam kondisi tarik, dengan distribusi gaya merata di setiap bagiannya).
Kekuatan : kabel merupakan material yang kurang lebih 4 kali lebih kuat dari struktur baja lainnya, berukuran dan bermassa lebih kecil.
Ketahanan goncangan : relatif tahan terhadap goncangan karena sifatnya yang cukup fleksibel
Kemudahan pembuatan : agak rumit.
Waktu pelaksanaan : agak lama (tidak secepat pemasangan portal).
Komponen utama : kabel sebagai penggantung.
Bahan / material : baja (kabel), beton (kolom).
Bentuk dasar : tents, preloaded catenaries, dan grids.
Model / tipe : incorporate suspension bridge element, suspended chain and cable roofs, dan two-way cable networks in floor structures.

Pembebanan pada Tipe Rangka Gantung

Contoh Pengaplikasian Tipe Rangka Gantung

5. Masted Structure

Masted structure adalah sistem struktur yang menggunakan tiang sebagai penyangga utama di mana tiang tersebut menanggung kumpulan beban / gaya (yang disalurkan dari kabel-kabel yang digantung pada tiang tersebut) yang kemudian disalurkan ke tanah. Hampir sama dengan suspension, yaitu untuk jembatan, atap bangunan (stadion, ehibition hall, sport hall, dll). bentuk-bentuk yang dihasilkan menarik, atraktif, dan modern.

Detail Kontruksi Masted Structure

Konstruksional :

Stabilitas : kestabilan dihasilkan melalui peletakan tiang (mast) yang tepat untuk menahan kabel-kabel sesuai dengan persebaran kabel-kabel tersebut.
Kekuatan : terletak pada tiang (mast) sebagai penyalur beban ke tanah yang diterima dari kabel-kabel.
Ketahanan goncangan : struktur ini cukup kuat untuk menahan gaya horizontal maupun gaya logitudinal.
Kemudahan pembuatan : cukup rumit.
Waktu pelaksanaan : cukup lama.
Komponen utama : tiang penyangga (mast)
Bahan / material : baja dan beton
Bentuk dasar : orthogonal, rotational, dan multiples.

Pembebanan pada Tipe Masted Structure

Contoh Pengaplikasian Tipe Masted Structure

6. Sistem Shell

Sistem shell adalah sistem struktur yang menggabungkan plate, arc, dan catenarie sehingga menghasilkan kekuatan dari bentukan lengkung yang dimilikinya.Sistem struktur ini digunakan untuk bangunan yang menggunakan bentuk dome, atap lengkung (stadion, bandara, stasiun kereta api, dll), serta bentuknya dinamis, dan tidak kaku.

Konstruksional :

Stabilitas : bentuk lengkung menciptakan kestabilan pada struktur.
Kekuatan : mendapatkan kekuatan dari bentuknya bukan dari kekuatan materialnya.
Ketahanan goncangan : kokoh terhadap goncangan karena meneruskan bebannya secara longitudinal seperti batang sekaligus secara transversal seperti busur.
Kemudahan pembuatan : tergolong rumit / sulit.
Waktu pelaksanaan : cukup lama.
Komponen utama : penutup atap
Bahan / material : selaput / membran
Bentuk dasar : bentuk dasar yang digunakan yaitu lengkungan (curved)
Model / tipe : single curved system, rotational shell system, dan anticlastic shell system.