PENGARUH PEMODELAN dan ANALISIS pada PERILAKU STRUKTUR KACA terhadap TEKANAN ANGIN Wiryanto Dewobroto1 dan Wawan Chendrawan2 1
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Pelita Harapan, Karawaci, Tangerang 2 Direktur, PT. Gistama Intisemesta Consulting Engineer, Jakarta
ABSTRAK Adanya keinginan mewujudkan bangunan gedung yang indah, megah, dan lebih istimewa dibanding proyek bangunan-bangunan gedung yang lain, menyebabkan adanya ide desain baru diterapkan para arsitek. Sebagai contoh, bangunan Rumah Sakit Jasa Medika Surabaya, akan diperlengkapi dengan dinding kaca terbuka setinggi 13 m. Meskipun bukan struktur utama, tetapi karena beresiko tinggi menerima kondisi lingkungan tidak bersahabat, yang direpresentasikan dalam bentuk tekanan angin rencana sebesar 60 kg/m2, maka perlu dievaluasi perilaku strukturnya. Dinding kaca tinggi tersebut tidak terbuat dari dinding kaca utuh, tetapi terdiri dari panel-panel kaca mandiri ukuran 3200*1200 ; 2850*1200 dan 1350*1200, yang tersusun pada suatu konfigurasi tertentu. Tiap-tiap panel ditumpu pada empat titik memakai fin-spider buatan Kin-Long, Cina. Selanjutnya akan terhubungkan pada tension rod yang bersama-sama dengan fin-glass membentuk sistem struktur penahan lateral. Semua panel kaca tebalnya 12 mm, sehingga panel kaca 3200*1200 adalah yang paling menentukan. Rasio bentang dibanding tebal panel kaca tersebut adalah 3200 : 12 @ 267, sehingga terlihat sangat tipis. Terhadap tekanan angin maka deformasinya tidak bisa diabaikan lagi, sehingga analisis elastis-linier yang biasa dipakai untuk perencanaan struktur baja atau struktur beton, menjadi tidak valid lagi. Untuk itu diperlukan analisis struktur elastis-non-linier, khususnya large-deformation analysis. Paper ini akan menyajikan hasil penelitian mengenai pengaruh pemodelan dan analisis panel kaca tersebut terhadap tekanan angin rencana dengan SAP2000 ver 14.0, yang memiliki opsi large deformation analysis plus P-Delta. Hasilnya menunjukkan bahwa pemodelan struktur panel kaca memakai element SHELL dan mengaktifkan opsi elastis non-linier, dapat dipakai mengamati perilaku dinding panel kaca tipis, yang perilaku kerjanya seperti “kain layar kapal terkembang”. Efektif atau tidaknya perilaku tersebut juga ditentukan sekali oleh kondisi dan presisi tumpuannya. Kata kunci: struktur kaca, large deformation anaylsis, elastis-non-linier.
1.
PENDAHULUAN
Adanya keinginan mewujudkan bangunan gedung yang indah, megah, sehingga dapat dianggap lebih istimewa dibandingkan proyek bangunan-bangunan gedung yang lain, menyebabkan selalu timbul ide desain baru untuk diterapkan para arsitek. Itu semua terkait dengan faktor perasaan yang sifatnya subyektif, sehingga sering dijumpai ide-ide yang mengaplikasikan bahan material yang tidak biasa dipakai oleh teknik sipil, yang umumnya terbiasa dengan material baja, beton dan kayu. Adapun material yang sering digunakan arsitek adalah kaca (glass), yang memberi kesan kemewahan, transparan dan ringan, ditambah sifatnya yang sangat durable terhadap lingkungan. Salah satu struktur kaca terkenal hasil rancangan arsitek IM Pei untuk musium Louvre, Paris, sebagai berikut.
Gambar 1. Louvre Pyramid, Paris, struktur kaca ketinggian 20.6 m (en.wikipedia.org)
2.
STRUKTUR KACA PROYEK RS JASA MEDIKA SURABAYA
Penggunaan kaca sebagai elemen pelengkap gedung mulai populer juga di Indonesia, misalnya, proyek bangunan Rumah Sakit Jasa Medika Surabaya, direncanakan dibangun dinding kaca terbuka setinggi ± 13 m. Meskipun bukan SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
S-247
Struktur
struktur utama, karena menempel pada bangunan induk, tetapi karena beresiko tinggi menerima kondisi lingkungan ekstrim, yang diwujudkan dalam bentuk tekanan angin rencana sebesar 60 kg/m2, maka perlu dievaluasi perilaku kekuatan strukturnya. Dengan demikian dapat dijamin bahwa dinding kaca tersebut mampu menerima pembebanan angin ekstrim yang mungkin terjadi, tanpa membahayakan orang-orang disekitarnya. Itu dimaklumi karena material kaca mempunyai perilaku keruntuhan yang bersifat getas (tiba-tiba), dan tidak dikenal adanya konsep leleh (yields) seperti yang biasa dijumpai pada material baja (Saunders, 1999). Konfigurasi dinding kaca pada proyek R.S Jasa Media Surabaya adalah sebagai berikut.
A
B
C
7200 280
920
1200
suspending glass fin (with tension rod) structure system
glass-panel
1200
1200
Lt4
1350
4200 2850 fin spider (typ)
Lt 3
1350
4200 2850
Lt2
1350
4550 3200
Lt 1
a). Tampak Depan
A
B
glass-panel (12mm)
500
C
glass-fin (19mm) 500
1047
920 2445
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200 1048 350
b). Denah / tampak atas Gambar 2. Konfigurasi Struktur Kaca Proyek RS Jasa Media Surabaya (Gistama Intisemesta, 2011) Struktur dinding kaca tersusun dari panel-panel kaca mandiri yang tergantung pada ke-4 sudutnya dengan fin-spider ke suatu sistem struktur yang disebut Suspending glass fin (with tension rod) structure system (lihat Gambar 2) yang disusun dari konektor khusus buatan Kin Long (China). Tebal glass panel 12 mm dan glass-fin adalah 19 mm.
S-248
SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
Struktur
Gambar 3. Suspending glass-fin (with tension rod) structure system (Kin Long, 2010) Adanya konektor khusus yang presisi dari Kin Long menyebabkan stainless steel tension rod (dua di tiap ujung) dan glass-fin panel dapat bekerja sebagai struktur komposit. Stainless steel rod di sisi-sisi luar bekerja menerima beban vertikal glass-panel via fin-spider sekaligus antisipasi momen akibat beban angin. Glass fin sebagai tahanan gesernya. Detail konektor khusus Kin-Long yang dipergunakan pada proyek RS Jasa Media adalah sebagai berikut.
a). fin-spidder
b). BL41 suspension fitting
c). BL42 suspension fitting
Gambar 4. Detail Konektor Khusus dari Kin Long - China Penggunaan batang baja bulat (stainless steel) dengan sistem mekanisme khusus sehingga dapat diberikan gaya pretensioning adalah kunci yang menjamin struktur dinding kaca mempunyai kinerja yang baik dalam memikul berat sendiri maupun angin yang besar. Gaya akibat berat sendiri kaca akan diteruskan langsung oleh batang baja ke lantai bawah dan atas dimana konektor tipe BL41 ditempatkan (lihat Gambar 2).
Gambar 5. Mekanisme khusus pretensioning stainless steel rod (Kin Long, 2010)
3.
KACA SEBAGAI MATERIAL KONSTRUKSI
Agar kaca dapat digunakan sebagai material konstruksi, maka perlu dipahami karakter mekanik dari segi kekuatan, kekakuan dan daktilitasnya. Segi keindahan, transparasi, maupun ketahanannya terhadap kondisi lingkungan hanya
SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
S-249
Struktur
digunakan sebagai faktor yang mendukung dalam desain. Untuk melihat perilaku material kaca saat dibebani akan diperlihatkan perilaku tegangan-regangan sampai runtuh dan dibandingkan dengan material baja sebagai berikut.
Gambar 6. Perilaku mekanik kaca saat dibebani sampai runtuh (Saunders, 1999). Perilaku kaca saat dibebani sampai runtuh adalah non-daktail atau getas (brittle), sifat keruntuhannya tiba-tiba, tidak memperlihatkan kondisi yielding (leleh) tetapi langsung fracture (retak). Kondisi seperti ini menyebabkan adanya konsentrasi tegangan pada kaca akan beresiko tinggi memicu fraktur (lokal) yang dengan cepat menjalar menjadi keruntuhan kaca menyeluruh (global). Untuk menghindari hal tersebut maka kepresisian pemasangan konektor atau tumpuan kaca menjadi suatu hal yang sangat penting. Untuk itulah dipakai konektor khusus kaca (Kin-Long 2010) yang bentuk dan ukurannya sangat beragam disesuaikan kondisi pemasangan dan jenis kaca yang digunakan. Meskipun pemilihan material kaca konstruksi dapat mengacu pada standar yang ada (misal ASTM C1036) dan yang terkait, tetapi karena di Indonesia masih relatif jarang penggunaannya, maka pada perencanaan RS Jasa Media akan memakai data spesifikasi kaca dari pemasok, PT. Spectra Utama Makmur (Gistama Intisemesta, 2011). Selanjutnya properti mekanik kaca yang dipakai akan dibandingkan material lain untuk mendapatkan gambaran umum. Tabel 1. Properti Mekanik Beberapa Bahan Material Konstruksi Kuat (MPa) Berat Jenis (BJ) Modulus Elastis Rasio Kuat ¸ BJ (1E+6 * 1/mm) (kg/m3) (MPa) Leleh Ultimate 1760 150,305 5,650 321 Serat karbon Baja A 36 7850 200,000 250 400 – 550 5.1 – 7.0 Material
Aluminum
2723
68,947
180
200
7.3
Besi cor
7000
190,000
-
200
2.8
Bambu*
400
18,575
-
60
15
Kayu*
640
11,000
-
40
6.25
Kaca**
2500
69,000
25
30
1.2
2200
21,000 – 33,000
-
20 – 50
0.9 – 2.3
Beton * **
Rittironk and Elnieiri (2008) PT. Spectra Utama Makmur (Gistama Intisemesta, 2011)
Spesifikasi kaca dari pemasok memperlihatkan kuat leleh, padahal kurva Gambar 6 tidak ada perilaku seperti itu. Bila dicermati, nilai kuat leleh dan kuat ultimatenya relatif berdekatan, diperkirakan kuat leleh tersebut adalah mulai terlihatnya fraktur, atau perubahan kurva tegangan kaca, atau kisaran bawah terjadinya kuat ultimate kaca. Oleh karena itu nilai leleh tersebut akan dipakai sebagai kuat rencana kaca (25 MPa). Bila dibandingkan buku referensi (Saunders, 1999) untuk kaca annealed tercantum kuat tekannya > 1000 MPa, kuat leleh teoritisnya 3600 MPa, sedangkan modulus elastinya relatif sama, 70 – 74 MPa. Jadi data kaca pemasok jauh dibawah nilai referensi.
4.
KONSEP PERENCANAAN STRUKTUR KACA
Dari Tabel 1 dapat diketahui perbandingan berbagai properti mekanik bahan material. Kaca yang akan digunakan, meskipun propertinya lebih rendah dari buku referensi (Saunders, 1999) tetapi ternyata cukup sebanding dengan kayu atau bahkan beton. Jadi mestinya bahan material kaca tersebut jika direncanakan dengan baik, tidak akan kalah dibanding struktur dengan material kayu atau beton. Meskipun demikian karena bahan kaca sifatnya getas, dan keruntuhan dapat dimulai dari adanya fraktur (retak) setempat, yang kemudian dapat dengan cepat menjalar menjadi keruntuhan global, maka desain konstruksi kaca yang baik adalah yang dapat menghindari terjadinya fraktur itu. Adapun langkah-langkah perencanaan yang dipilih agar kondisi fraktur tidak terjadi adalah sebagai berikut: 1.
Data properti material kaca yang akan dipasang adalah yang dipakai untuk perencanaan. Ini terbukti bahwa data properti materila kaca yang diberikan pemasok (Gistama Intisemesta, 2011) nilainya lebih rendah dibandingkan nilai berdasarkan buku referensi (Saunders, 1999), yang dianggap sebagai literatur terlengkap tentang struktur
S-250
SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
Struktur
2. 3.
4.
kaca. Dengan demikian pada suatu pembebanan yang tertentu besarnya, maka dengan adanya faktor keamanan yang cukup tentunya akan dapat dipastikan bahan kaca tersebut tidak akan mengalami fraktur. Menghindari terjadinya konsentrasi tegangan yang dapat menimbulkan fraktur. Ini diatasi dengan memakai konektor khusus yang memang dibuat untuk panel kaca (Kin-Long, 2010). Untuk mengatasi kondisi pembebanan yang tidak terduga, maka dalam perencanaan konstruksi kaca perlu dibuat sedemikian rupa sehingga keruntuhan lokal yang terjadi tidak dapat menjalar bagian kaca yang lain. Cara yang digunakan sampai saat ini, mulai dari konstruksi Louvre Pyramid (Gambar 1) dan juga konfigurasi yang diusulkan pemasok (Gambar 2), yaitu konstruksi kaca yang tersusun dari panel-panel kaca mandiri yang lebih kecil, dianggap paling efektif karena tumpuan utamanya adalah stainless steel rod yang daktail. Pada sistem struktur seperti itu, maka ketika terjadi keruntuhan salah satu panel kaca maka sifatnya lokal. Menentukan beban angin rencana yang tepat. Untuk perencanaan digunakan spesifikasi beban yang ditetapkan pemberi tugas, yaitu 60 kg/m2 (Gistama Intisemesta, 2011). Tepat atau tidaknya nilai tersebut tentu perlu suatu evaluasi tersendiri, tetapi karena tidak diperoleh data yang lebih akurat maka nilai tersebut digunakan. Apalagi jika dibandingkan besarnya beban angin minimum menurut PMI 1970 untuk daerah pantai sebesar 25 kg/m2, maka beban rencana yang nilainya 2.4 kali lebih besar tersebut dapat dianggap memadai.
Berdasarkan kriteria di atas, selanjutnya dilakukan perencanaan berdasarkan prinsip allowable stress design (ASD), yaitu memastikan tegangan-tegangan yang terjadi pada struktur kaca lebih kecil dari tegangan ijin, yaitu tegangan leleh dibagi dengan faktor keamanan. Beban angin dalam hal ini dianggap sebagai beban sementara, adapun faktor keamanannya adalah sebesar 1.5/1.333 = 1.125. Ini mengacu pada perencanaan struktur baja cara ASD, yang mana bahan kaca dianggap mirip bahan baja, yaitu buatan pabrik sehingga mutunya relatif homogen dan konsisten.
5.
PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR KACA TERHADAP TEKANAN ANGIN
Berdasarkan konsep perencanaan yang dikemukakan, struktur kaca pada prinsipnya terdiri dari panel kaca mandiri dan sistem struktur penahan panel-panel tersebut yang pada akhirnya membentuk struktur secara keseluruhan. Oleh sebab itu pemodelan dan analisisnya memerlukan tinjauan keduanya. Sistem struktur dinding kaca tinggi 13 m pada proyek RS Jasa Media Surabaya (Gambar 2) telah ditinjau keduanya (Gistama Intisemesta, 2011). Hasil analisis menunjukkan bahwa perencanaannya ditentukan oleh kekuaatan panel kaca terbawah (3200*1200 mm). Selanjutnya pengaruh pemodelan dan analisis pada perilaku struktur kaca akan dibatasi pada perilaku panel kaca tersebut saja. Panel kaca terbawah berukuran 3200 * 1200 mm, merupakan panel kaca dengan bentang terbesar. Karena memakai kaca ketebalan 12 mm (sama untuk semua panel) maka rasio bentang dibanding tebal panel adalah 3200 : 12 @ 267, sehingga terlihat sangat tipis. Terhadap tekanan angin maka deformasi yang terjadi tidak bisa diabaikan, sehingga analisis elastis-linier yang biasa dipakai untuk perencanaan struktur baja atau struktur beton, menjadi tidak valid. Kondisi tersebut didukung hasil penelitian sebelumnya (Saunders, 1999) bahwa analisis struktur yang dapat memperhitungkan deformasi besar (large deflection theory) akan lebih akurat hasilnya (lihat Gambar 7). Adapun tegangan yang terjadi lebih kecil, itu dimungkinkan karena efek gaya membran pada kaca lebih berperan dibanding efek momen lentur. Jadi teori elastis linier (simple deflection theory) hanya dapat memperhitungkan kekakuan lentur, sedang teori elastis-non-linier (large deflection theory) dapat memperhitungkan sekaligus kekakuan lentur dan kekakuan membran dari panel kaca yang ditinjau.
Gambar 7. Akurasi (Saunders, 1999)
Untuk mendapatkan gambaran, bagaimana elemen struktur bidang dapat memanfaatkan kekakuan membran maka dapat dilihat cara kerja layar perahu yang perlu mengembang terlebih dahulu akibat tiupan angin agar dapat mendorong perahu tersebut. Demikian pula yang terjadi dengan panel kaca, akibat angin pertama-tama mengandalkan kekakuan lentur, tetapi karena relatif tipis maka terjadilah lendutan yang besar.
Jika memakai analisis elastis linier, pengaruh perubahan geometri akibat lendutan besar tidak dapat diperhitungkan dalam analisis, sedangkan analisis elastis-non-linier geometri dapat memperhitungkannya. Jadi ketika kaca melendut cukup besar akan berperilaku seperti cara kerja layar kapal, yaitu memanfaatkan kekakuan membran dan lentur juga. Karena perlu analisis non-liner geometri maka cara praktis yang bisa dipilih untuk mengevaluasi perilaku mekanik panel kaca 3200 * 1200 *12 mm terhadap tekanan angin, adalah memakai FEM (finite element method). Untuk itu, panel kaca dimodelkan dengan Element SHELL yang mempunyai formulasi kekakuan pelat (lentur) dan membran. FEM dikerjakan dengan program SAP2000 versi 14.0, yang mempunyai dua opsi non-linier, yaitu [1] P-Delta dan
SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
S-251
Struktur
[2] P-Delta plus Large Displacement Analysis. Opsi pertama relatif cepat, tetapi umumnya hanya valid untuk struktur dengan deformasi yang relatif kecil, dibanding opsi yang kedua, yang mampu mengevaluasi deformasi yang besar. Keduanya akan dipilih dan dibandingkan dengan analisis elastis-linier biasa sebagai parameter yang diteliti. 1200 600
600 +3.2 m
G
I
125 115
1600
485
D
E
F
3200
1600
±0.0 A
C
a). Geometri
b) Distribusi gaya membran (F22)
c). Distribusi momen lentur (M22)
Gambar 8. Pemodelan dan Analisis Non-linier(Large Displacement) Panel Kaca Setelah pengaruh cara analisis yang diteliti, maka kondisi tumpuan panel juga akan dievaluasi pengaruhnya. Dalam hal ini titik A dan C dianggap sebagai sendi-sendi (tidak diubah-ubah kondisinya), adapun titik G dan I akan ditinjau dalam dua kondisi, [1] sebagai sendi-sendi juga, dan [2] sebagai tumpuan rol yang tertahan arah tegak lurus bidang (arah tekanan angin). Kondisi sebagai rol dapat terjadi misalnya lubang kaca yang tidak presisi dengan konektornya (longgar). Kondisi nyata tentu saja tidak 100% rol, tetapi kondisi ini dipilih untuk mempermudah analisis. Tabel 2. Hasil analisis panel kaca dengan TUMPUAN SENDI-SENDI terhadap tekanan angin. Tekanan Angin (kg/m2) 15 30 45 60 15 30 45 60 15 30 45 60
DE (mm) 16.861 33.723 50.584 67.445 16.861 33.723 50.584 67.445 8.486 11.694 13.851 15.530
Titik E F22 (N/mm) 0.055 0.055 0.055 0.055 0.055 0.055 0.055 0.055 9.855 18.816 26.536 33.512
M22 (N.mm/mm) 171.521 343.043 514.564 686.086 171.521 343.043 514.564 686.086 84.557 114.743 134.392 149.363
DF (mm) 17.414 34.828 52.243 69.657 17.214 34.429 51.643 68.857 8.653 11.911 14.096 15.792
Titik F F22 (N/mm) 0.054 0.054 0.054 0.054 0.054 0.054 0.054 0.054 10.684 20.241 28.365 35.627
M22 (N.mm/mm) 174.343 348.685 523.028 697.371 174.343 348.685 523.028 697.371 85.978 116.740 136.820 152.164
Catatan
Elastis linier
P-Delta
P-Delta plus Large Disp
Tabel 3. Hasil analisis panel kaca dengan TUMPUAN SENDI-ROL terhadap tekanan angin. Tekanan Angin (kg/m2) 15 30
S-252
DE (mm) 16.861 33.723
Titik E F22 (N/mm) -0.483 -0.483
M22 (N.mm/mm) 171.521 343.043
DF (mm) 17.214 34.429
Titik F F22 (N/mm) -0.477 -0.477
M22 (N.mm/mm) 174.343 348.685
Opsi analisis Elastis linier
SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
Struktur
50.584 67.445 16.861 33.723 50.584 67.446 16.822 33.471 49.931 66.244
45 60 15 30 45 60 15 30 45 60
-0.483 -0.483 -0.483 -0.483 -0.483 -0.483 -2.488 -7.184 -12.273 -16.363
514.564 686.086 171.521 343.043 514.564 686.086 171.616 343.863 517.243 691.537
51.643 68.857 17.214 34.429 51.643 68.858 17.154 34.031 50.597 66.928
-0.477 -0.477 -0.477 -0.477 -0.477 -0.477 1.447 6.016 11.128 15.494
523.028 697.371 174.343 348.685 523.028 697.371 143.597 343.838 510.456 674.581
P-Delta
P-Delta plus Large Disp
Note: Tumpuan rol pada arah bidang di titik G dan I (tumpuan atas).
Pengaruh analisis dan kondisi tumpuan panel glass terhadap perilaku deformasi titik E (searah tekanan angin) sbb: Panel Tumpuan Sendi-roll
Panel Tumpuan Sendi-sendi 80
80 Linier
70 60
P-Delta
60
P-Delta + Large Disp Lendutan (mm)
Lendutan (mm)
Linier
70
P-Delta
50 40 30
40 30
20
20
10
10
0
P-Delta + Large Disp
50
0
0
15
30
45
60
0
15
Tekanan Angin (kg/m^2)
30
45
60
Tekanan Angin (kg/m^2)
b). Tumpuan sisi atas sebagai roll
a). Semua tumpuan sendi
Gambar 9. Pengaruh analisis dan kondisi tumpuan pada perilaku panel kaca Pengaruh analisis dan kondisi tumpuan panel glass terhadap besarnya gaya membran (F22) dan momen lentur (M22) di tengah panel kaca titik E adalah sebagai berikut: 800
40 Linier Linier-Roll P-Delta P-Delta-Roll P-Delta + Large Disp P-Delta + Large Disp-Roll
20
10
0 0
15
30
-10
45
60
Momen Lentur - M22 (N.mm/mm)
Gaya Membran - F22 (N/mm)
30
Linier Linier-Roll P-Delta P-Delta-Roll P-Delta + Large Disp P-Delta + Large Disp-Roll
700 600 500 400 300 200 100 0
-20 Tekanan Angin (kg/m^2)
0
15
30
45
60
Tekanan Angin (kg/m^2)
a). Gaya membran panel kaca
b). Momen lentur panel kaca
Gambar 10. Pengaruh analisis dan kondisi tumpuan terhadap gaya dan momen di tengah (Titik E)
6.
EVALUASI PENGARUH ANALISIS DAN PEMODELAN PANEL KACA
Usaha melakukan simulasi numerik panel kaca terhadap tekanan angin, ternyata bukan suatu hal yang biasa. Bahan material kaca yang relatif lebih elastis, modulus elastis lebih kecil, dibanding beton atau baja, juga ukuran panelnya yang relatif tipis, menyebabkan pengaruh deformasi akibat pembebanan (non-linier geometri) tidak dapat diabaikan.
SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
S-253
Struktur
Agar dapat dihasilkan simulasi numerik yang baik diperlukan program analisa struktur non-linier geometri. Ternyata tidak setiap program komersil yang ada mempunyai opsi tersebut, misalnya SAP2000 versi 7.40 hanya mempunyai opsi P-Delta, yaitu analsis non-linier geometri terbatas, hanya cocok untuk kondisi gaya aksial yang besar tetapi deformasinya relatif kecil (meskipun tentu saja sudah diluar batasan elastis linier), misalnya untuk mengevaluasi efek P-Delta pada bangunan tinggi. Hasil analisis elastis-linier panel kaca menunjukkan bahwa deformasi yang ada relatif besar (DE @ 67 mm) dibanding tebal kaca itu sendiri (tkaca = 12 mm). Kondisi ini ternyata tidak bisa diatasi dengan opsi P-Delta saja, yang mana hasil analis P-Delta tidak berbeda dibandingkan hasil analisis linier biasa. Penggunaan program SAP2000 versi 14, selain mempunyai opsi P-Delta (seperti SAP2000 versi 7.40) juga punya opsi P-Delta plus Large Displacement Analysis. Opsi yang terakhir ini ternyata termasuk opsi non-linier geometri yang lengkap, karena dengan opsi analisis tersebut dan juga cara pemodelan geometri yang sesuai, maka perilaku panel-kaca terhadap beban angin dapat diamati secara akurat, sesuai prediksi Saunders (1999). Hasil analisis dengan P-Delta plus Large Displament Analysis memperlihatkan lendutan dan gaya-gaya pada panel kaca yang relatif lebih kecil dibanding hasil elastis-linier biasa. Kondisi itu dapat terjadi karena analisis non-linier geometri dapat memperhitungkan pengaruh kekakuan membran dari panel kaca. Jika hanya memakai analisis elastis-linier saja, maka hanya pengaruh kekakuan lentur panel kaca yang dapat diperhitungkan, dan itu sangat tergantung dari tebal kaca. Jadi dengan tebal kaca yang relatif tipis, akan dihasilkan lendutan dan momen yang relatif besar sehingga tidak akan memenuhi syarat perencanaan yang ada. Ketika kekakuan membran dapat bekerja maka kondisi lateral searah bidang panel kaca menjadi sangat penting, jadi ketika kondisi tumpuan pada panel kaca di atas diubah dari sendi menjadi roll, jadi tidak ada restraint (tahanan) searah bidang panel tersebut, maka kekakuan membran menjadi tidak ada (lihat Gambar 10a). Itulah mengapa, agar struktur panel kaca dapat bekerja seperti ”layar kapal yang terkembang”, maka tumpuannya tidak bisa mengandalkan bingkai kaca pada jendela rumah biasa, tetapi memerlukan konektor khusus seperti bentuk fin-spider (Gambar 4). Konektor khusus tersebut dapat dapat menahan gaya membran yang terjadi. Sukses tidaknya konektor khusus juga tergantung dari bagaimana alat tersebut mengantisipasi terjadinya konsentrasi tegangan yang terjadi, sehingga tidak terjadi fraktur bersifat getas. Itulah salah satu alasan, mengapa pada proyek RS. Jasa Media Surabaya perlu digunakan konektor produk Kin Long (2010) yang khusus dibuat untuk panel kaca konstruksi.
7.
KESIMPULAN
Pemakaian material kaca pada bangunan banyak dijumpai. Untuk ukuran kaca yang relatif kecil sehingga dianggap sebagai elemen dekorasi saja, maka keberadaannya dapat diabaikan engineer, cukup diserahkan arsitek atau interior designer-nya saja. Meskipun demikian, untuk ukuran kaca yang relatif besar, maka keberadaannya perlu dipikirkan oleh engineer yang terlibat, apalagi yang beresiko terpapar kondisi cuaca lingkungan luar yang tak terduga, seperti adanya hujan badai. Pada kondisi tersebut resiko keruntuhan kaca yang bersifat getas, dapat terjadi. Itu tentu sangat berbahaya bagi penghuninya. Untuk itulah diperlukan analisis struktur untuk memprediksi perilakunya terhadap beban-beban tak terduga, sehingga dapat diprediksi apakah aman atau tidak. Paper ini berisi analisis yang dimaksud pada struktur kaca di proyek RS. Jasa Media Surabaya. Meskipun hanya mengulas satu panel kaca terbesar terhadap tekanan angin saja, tetapi itu mencukupi untuk mengetahui pengaruh [1] cara analisis dan [2] pemodelan struktur yang diperlukan agar simulasi perilaku struktur kaca yang terhadap tekan angin dapat diamati dan dievaluasi.
DAFTAR PUSTAKA American Society for Testing Material .(2001). Standard Specification for Flat Glass : ASTM C 1036 – 01, ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. Cook, Malkus, Plesha and Witt. (2002). Concept and Applications of Finite Element Analysis 4th Ed., John Wiley & Sons. Inc. Dewobroto, W. (2007). Aplikasi Rekayasa Konstruksi dengan SAP2000 – Edisi Baru, Elex Media, , Jakarta KIN LONG .(2010). Point-fixed Glass Wall Fittings Typical Product Catalogue, Guangdong Kinlong Hardware Product Co. Ltd., << http://www.kinlong.com >> Saunders, R.J. (1999). Structural use of glass in buildings, The Institution of Structural Engineers, London Gistama Intisemesta, PT. (2011) “Laporan ANALISA STRUKTUR KACA H = 13 M - Proyek Rumah Sakit JASA MEDIKA Surabaya”, pemberi tugas PT. SPECTRA UTAMA MAKMUR << un-published >>
S-254
SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 Universitas Sumatera Utara, Medan - 14 Oktober 2011
