Prinsip-prinsip Umum Rangka Batang (SISTEM STRUKTUR BANGUNAN)

Rangka batang atau biasa juga disebut dengan truss adalah struktur yang terdiri dari batang-batang yang tersusun sedemikian rupa sehingga membentuk segitiga atau poligon-poligon tertentu. Rangka batang digunakan untuk menopang beban yang diterapkan pada struktur yang lebih besar seperti atap, jembatan, atau menara.

Beberapa prinsip umum dalam desain rangka batang antara lain:

Prinsip kekuatan dan kekakuan
Rangka batang didesain sedemikian rupa sehingga memberikan kekakuan dan kekuatan yang cukup untuk menopang beban yang diterapkan. Kekuatan dan kekakuan ini dipengaruhi oleh bahan yang digunakan, ukuran dan bentuk batang, dan tipe persambungan antarbatang.
Prinsip kestabilan
Rangka batang harus dirancang untuk menjamin kestabilan struktur dan mampu menahan gaya yang mungkin muncul akibat perubahan beban, seperti angin atau gempa.
Prinsip keseimbangan
Rangka batang harus didesain dengan mempertimbangkan prinsip keseimbangan, di mana kekuatan yang diterapkan pada setiap batang dalam rangka harus seimbang dan tidak terjadi kelebihan atau kekurangan gaya pada salah satu batang.
Prinsip efisiensi
Desain rangka batang harus mengoptimalkan penggunaan bahan agar menghasilkan struktur yang efisien dan ekonomis.

Dalam mendesain rangka batang, perlu diperhatikan bahwa rangka batang merupakan sistem yang kompleks dan rumit yang memerlukan pengetahuan dan pengalaman yang cukup. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengandalkan desain rangka batang pada ahli teknik sipil yang berpengalaman dan terampil untuk memastikan keamanan dan keandalan struktur yang akan dibangun.

Struktur Rangka Batang (SISTEM STRUKTUR BANGUNAN)

a. Prinsip Dasar Triangulasi

Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batang sebagai struktur pemikul beban adalah penyusunan elemen menjadi konfigurasi segitiga yang menghasilkan bentuk stabil. Pada bentuk segiempat atau bujursangkar, bila struktur tersebut diberi beban, maka akan terjadi deformasi masif dan menjadikan struktur tak stabil. Bila struktur ini diberi beban, maka akan membentuk suatu mekanisme runtuh (collapse), sebagaimana diilustrasikan pada gambar berikut ini. Struktur yang demikian dapat berubah bentuk dengan mudah tanpa adanya perubahan pada panjang setiap batang. Sebaliknya, konfigurasi segitiga tidak dapat berubah bentuk atau runtuh, sehingga dapat dikatakan bahwa bentuk ini stabil (Gambar 1).

Pada struktur 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 tak stabil, dimana sudut antara dua batangnya berubah sangat besar.

Pada struktur stabil, gaya eksternal menyebabkan timbulnya gaya pada batang-batang. Gaya-gaya tersebut adalah gaya tarik dan tekan murni. Lentur (bending) tidak akan terjadi selama gaya eksternal berada pada titik nodal (titik simpul). Bila susunan segitiga dari batang-batang adalah bentuk stabil, maka sembarang 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 itu. Untuk 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.

Gambar 1. Rangka Batang dan Prinsip-prinsip Dasar Triangulasi
Sumber: Schodek, 1999

Penekanan pada prinsip struktur rangka batang adalah 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.

b. Analisa Kualitatif Gaya Batang

Perilaku gaya-gaya dalam setiap batang pada rangka batang dapat ditentukan dengan menerapkan persamaan dasar keseimbangan. Untuk konfigurasi rangka batang sederhana, sifat gaya tersebut (tarik, tekan atau nol) dapat ditentukan dengan memberikan gambaran bagaimana rangka batang tersebut memikul beban. Salah satu cara untuk menentukan gaya dalam batang pada rangka batang adalah dengan menggambarkan bentuk deformasi yang mungkin terjadi. Mekanisme gaya yang terjadi pada konfigurasi rangka batang sederhana dapat dilihat pada Gambar 2. Metode untuk menggambarkan gaya-gaya pada rangka batang adalah berdasarkan pada tinjauan keseimbangan titik hubung. Secara umum rangka batang kompleks memang harus dianalisis secara matematis agar diperoleh hasil yang benar.

Mekanisme Gaya Batang Rangka Batang
A Rangka Batang B
Susunan Rangka Batang Dasar Sifat gaya (tarik / tekan) batang diagonal dapat ditentukan dengan membayangkan batang itu tidak ada dan melihat kecenderungan
deformasinya. Jadi, diagonal yang terletak di antara B - F pada rangka batang A mengalami tarik karena mencegah menjauhnya titik B dan F. Distribusi gaya batang pada rangka batang tersebut adalah :
C= gaya tekan T = gaya tarik
Analogi ’kabel’ atau ’pelengkung’ dapat digunakan untuk menentu-kan sifat (tarik / tekan) gaya batang. Di dalam rangka batang kiri, batang FBD dibayangkan sebagai ’kabel’ yang mengalami tarik. Batang-batang lain berfungsi mempertahankan keseimbangan konfigurasi ’kabel’ dasar tersebut.