KARAKTERISTIK BEBAN PADA STRUKTUR BANGUNAN

KARAKTERISTIK BEBAN PADA STRUKTUR BANGUNAN

Tujuan utama dari rancang bangun struktur adalah untuk menyediakan ruang agar dapat digunakan untuk berbagai macam fungsi, aktifitas atau keperluan. Contoh dari pemanfaatan struktur antara lain adalah :

• Struktur bangunan gedung (building) yang digunakan untuk tempat hunian atau beraktifitas,
• Struktur jembatan (bridge) atau terowongan (tunnel) yang digunakan untuk menghubungkan suatu tempat dengan tempat lainnya.
• Struktur bendungan, yang digunakan untuk penampungan dan pengelolaan / pemanfaatan air, dan masih banyak lagi bentuk struktur.

Karena struktur terbuat dari bahan yang bermassa, maka struktur akan dipengaruhi oleh beratnya sendiri. Berat sendiri dari struktur dan  elemen-elemen struktur disebut sebagai beban mati (dead load) . Selain beban mati, struktur dipengaruhi juga oleh beban-beban yang terjadi akibat penggunaan ruangan. Beban ini disebut sebagai beban hidup (live load). Selain itu struktur dipengaruhi juga oleh pengaruh-pengaruh dari luar akibat kondisi-kondisi alam seperti pengaruh angin, salju, gempa, atau dipengaruhi oleh perbedaan temperatur, serta kondisi lingkungan yang merusak (misalnya pengaruh bahan kimia, kelembaban, atau pengkaratan).

Dalam meninjau suatu beban, kita tidak boleh hanya menentukan besaran atau intensitasnya saja, tetapi juga harus meninjau dalam kondisi bagaimana beban tersebut diterapkan pada struktur.

Sehubungan dengan sifat elastisitas dari bahan-bahan struktur, setiap sistem atau elemen struktur akan berdeformasi jika dibebani, dan akan kembali kebentuknya yang semula jika beban yang bekerja dihilangkan. Oleh karena itu struktur mempunyai kecenderungan untuk bergoyang kesamping (sidesway), atau melentur ke bawah (deflection ) jika dibebani.

Waktu yang diperlukan oleh struktur untuk melakukan suatu goyangan lengkap, disebut periode getar atau waktu getar struktur. Suatu struktur biasanya mempunyai sejumlah periode getar, dimana periode getar yang terpanjang disebut periode dasar atau periode alami (fundamental period). Pada umumnya bangunan-bangunan Teknik Sipil mempunyai kekakuan lateral yang beraneka ragam, sehingga mempunyai periode getar yang berlainan juga. Periode getar dari struktur bangunan Teknik Sipil, pada umumnya berkisar antara 0,2 detik untuk bangunan yang rendah atau sangat kaku, sampai 9 detik untuk bangunan yang sangat tinggi atau sangat fleksibel.

Jika suatu beban diterapkan pada suatu struktur dalam jangka waktu yang lebih lama dari pada periode dasarnya, maka beban tersebut dikatakan bekerja secara statis (statically) pada struktur, dengan demikian beban tersebut harus ditentukan berdasarkan intensitas, arah dan posisinya. Tekanan angin yang bekerja mulai dari nol sampai ke harga maksimumnya dalam waktu 3 detik, merupakan suatu gaya statik untuk struktur yang kaku dengan periode getar struktur lebih kecil dari 3 detik. Jika waktu bekerjanya beban adalah lebih pendek dibandingkan dengan periode dasar struktur, maka beban ini dikatakan bekerja secara dinamis (dynamically). Beban-beban dinamis harus dianalisis berdasarkan intensitasnya yang maksimum dan variasi waktunya.

Suatu beban yang mencapai intensitas maksimumnya secara sangat cepat disebut sebagai beban bentur (impact load), dan besarnya dapat dianggap sama dengan suatu beban statis dengan intensitas yang lebih besar. Contoh dari beban bentur pada struktur adalah pengaruh benturan/tumbukan atau pengaruh ledakan. Suatu beban yang yang intensitasnya bertambah dan berkurang menurut waktu secara konstan, disebut beban bergetar (oscilatory load). Contoh dari beban bergetar pada struktur adalah pengaruh getaran mesin atau pengaruh getaran gempa. 

Beban dinamis yang bergetar dapat sangat berbahaya apabila periode getarannya berimpit dengan salah satu dari periode getar struktur. Jika periode getar beban berimpit dengan periode getar struktur, hal ini dapat menyebabkan terjadinya resonansi pada struktur. Resonansi pada struktur bangunan dapat menyebabkan terjadinya deformasi yang besar, sehingga dapat menyebabkan kerusakan atau keruntuhan struktur. Sebagai contoh, mesin-mesin seperti turbin, pompa, mesin tumbuk yang bergetar, dapat menyebabkan terjadinya resonansi pada struktur pendukungnya. Pada prosedur desain dari struktur yang mendukung mesin-mesin, perlu ditinjau pengaruh dari resonansi ini.

Berat dari sebuah elevator atau lift yang berhenti secara tiba-tiba, akan menyebabkan beban bentur atau beban impak pada penyangganya, yang besarnya dapat sama dengan dua kali dari berat elevator. Beban bentur yang bekerja ini mengalami pembesaran dua kali, atau dikatakan beban ini  mempunyai faktor pembesaran dinamik (dynamic magnification factor) sebesar 2. Faktor pembesaran dinamik dapat digunakan untuk menyederhanakan perhitungan desain struktur yang memikul beban-beban dinamik, misalnya getaran mesin. Untuk keperluan analisis dan desain struktur, pada umumnya digunakan faktor pembesaran dinamik antara 2 sampai 2,5.

Beban-beban dinamik pada struktur yang dihasilkan oleh gerakan-gerakan yang cepat dari tanah seperti pengaruh gempa, sangat tergantung  dari kekakuan dan berat struktur. Beban pada struktur bangunan yang diakibatkan oleh pengaruh gempa merupakan beban yang paling sulit untuk diprediksi besar, arah, dan datangnya.   

  

Perbedaan temperatur antar elemen-elemen struktur, dapat menyebabkan pemuaian atau penyusutan relatif. Jika pemuaian ini dicegah sebagian atau seluruhnya, maka akan menimbulkan beban atau pengaruh tambahan pada struktur (bertambahnya tegangan pada bahan). Pengaruh temperatur yang tinggi, misalnya pada kasus terbakarnya bangunan, dapat mengakibatkan berkurangnya kekuatan dan stabilitas dari struktur secara parsial atau menyeluruh, disebabkan oleh berkurangnya kekuatan dan modulus elastisitas bahan. 

Kuat tekan beton akan sangat berkurang pada temperatur di atas 300⁰ C. Secara umum bahan beton merupakan material bangunan yang memiliki ketahanan yang baik terhadap api/panas, dibandingkan dengan material lainnya. Hal ini disebabkan karena beton merupakan penghantar panas yang lemah, sehingga dapat membatasi kedalaman penetrasi panas.

Kekuatan dan stabilitas material baja dipengaruhi oleh temperatur. Pada temperatur 550⁰ C tegangan leleh baja menurun sampai 50%. Kondisi ini tentunya sangat berpengaruh pada kekuatan struktur bangunan pada saat terjadi kebakaran. Akibat panas yang tinggi, tulangan baja didalam beton dapat mengalami tekuk (buckling) akibat tegangan tekan pada temperatur tinggi. Di dalam peraturan pembebanan yang berlaku di Indonesia dicantumkan perlunya memperhitungkan pengaruh kemungkinan naik turunnya suhu sebesar 10⁰ C pada struktur bangunan gedung, yang diakibatkan oleh selisih suhu udara luar.