Struktur Shell

Struktur Shell 

Definisi Struktur
Definisi yang sangat sederhana tentang struktur dalam hubungannya dengan bangunan ialah bahwa struktur merupakan sarana untuk menyalurkan beban yang diakibatkan penggunaan dan/atau kehadiran bangunan diatas tanah.
Dengan menggunakan gaya penulisan kamus yang kompleks dan pasti, Struktur dapat didefinisikan sebagai suatu entitas fisik yang memiliki sifat keseluruhan yang dapat dipahami sebagai suatu organisasi unsur-unsur pokok yang ditempatkan dalam ruang yang didalamnya karakter keseluruhan itu mendominasi interelasi bagian-bagiannya.

Fungsi Struktur
Fungsi struktur bangunan, dalam arti yang paling sederhana, adalah untuk mempertahankan bangunan agar tetap tegak. Struktur melakukan ini dengan mendukung beban bangunan pada arah berlawana gaya tarik bumi (gravitasi). Demikian pula struktur harus cukup kuat untuk menahan tekanan angin, gelombang kejut, ledakan sonik, getaran, beban benturan, dan gempa bumi.

Persyaratan Struktural
Kesetimbangan
Struktur harus mampu mencapai keadaan setimbang akibat aksi beban yang diberikan. Hal ini mengisyaratkan konfigurasi internal struktur bersama juga dengan sarana dengan apa struktur ini harus dihubungkan dengan pondasinya berada dalam keadaan setimbang.

Stabilitas Geometrik
Stabilitas Geometrik merupakan sifat yang mempertahankan geomerti pada sebuah struktur dan memungkinkan elemen-elemennya untuk beraksi bersama-sama menahan beban.
Kekuatan dan Kekakuan
Penerapan beban pada struktur menghasilkan gaya-gaya dalam pada elemen dan gaya reaksi luar pada pondasi. Elemen serta pondasi tersebut harus mempunyai kekuatan dan kekakuan yang cukup untuk menahan beban-beban ini.

bahan-bahan Struktur
Bentuk yang digunakan utnuk elemen-elemen struktur dipengaruhi secara luas oleh sifat bahan pembuatnya. Sifat fisik bahan menentukan jenis gaya dalam yang dapat dipikul dan jenis elemen yang sesuai.
Bahan struktur utama yang sering digunakan antara lain pasangan bata, kayu, baja, dan beton.

Kriteria Desain dan Analisis
Dalam melakukan analisis dan mendesain dari suatu struktur perlu kriteria – kriteria berikut:
Kemampulayanan
Struktur harus mampu memikul beban rancangan secara aman tanpa kelebihan tegangan pada material dan mempunyai batas deformasi yang masih dalam daerah yang diizinkan. Deformasi berlebihan dapat menyebabkan terjadinya kelebihan pada bagian struktur. Defleksi atau deformasi besar dapat diasosiasikan dengan struktur yang tidak aman. Deformasi dikontrol dengan memvariasikan kekakuan struktur. Hal lain yang berkaitan dengan deformasi adalah gerakan pada struktur. Pada banyak situasi kecepatan dan percepatan aktual struktur yang memikul beban dinamis dapat dirasakan oleh pemakai bangunan, dan dapat menimbulkan rasa tidak nyaman.

Efisiensi
Ukuran yang sering digunakan adalah banyaknya material yang diperlukan untuk memikul beban yang diberikan dalam ruang pada kondisi dan kendala yang ditentukan. Mungkin saja terjadi, bahwa respons struktur yang berbeda-beda terhadap situasi beban yang diberikana akan mempunyai kemampulayanan yang sama.

Konstruksi
Kriteria konstruksisangat luas dan termasuk juga ke dalamnya tinjauan mengenai banyak serta jenis usaha atau manpower yang diperlukan untuk melaksanakan suatu bangunan, juga jenis dan banyak alat yang diperlukan untuk melaksanakan suatu bangunan, juga jenis dan banyak alat yang diperlukan serta lama waktu penyelesaian

Harga
Hrga selalu merupakan faktor yan menentukan dalam pemilihan struktur. Konsep harga tidak dapat dilepaskan dari dua hal yaitu efisiensi dan kemudahan pelaksanaan. Harga total suatu struktur sangat bergantung pada banyak harga material yang dicapai, serta banyaknya upah buruh yang diperlukan untuk melaksanakansuatu fasilitas, juga harga atau biaya alat yang diperlukan selama pelaksanaan
Lain-lain
Faktor lain yang mempengaruhi pemilihan struktur yaitu peran struktur itu dalam pandangan arsiteknya, struktur merupakan bagian terbesar dari penampilan bangunan.


STRUKTUR SHELL


Definisi
Pada dasarnya shell diambil dari beberapa bentuk yang ada dialam seperti kulit telur, tempurung buah kelapa, cangkang kepiting, cangkang keong, dan sebagainya (Curt Siegel).
Shell adalah bentuk struktural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Shell harus didirikan dari material yang dapat dilengkungkan seperti beton bertulang, kayu, logam, bata, batu, atau plastik.
Cara yang baik untuk mempelajari perilaku permukaan shell yang dibebani adalah dengan memandangnya sebagai analogi dari membran, yaitu elemen permukaan yang sedemikian tipisnya hingga hanya gaya tarik yang timbul padanya. Membran yang memikul beban tegak lurus dari permukaannya akan berdeformasi secara tiga dimensional disertai adanya gaya tarik pada permukaan membran. Yang terpenting adalah adanya dua kumpulan gaya internal pada permukaan membran yang mempunyai arah saling tegak lurus. Hal yang juga penting adalah adanya tegangan geser tangensial pada permukaan membran yang juga berfungsi memikul beban.

Pada shell, gaya-gaya dalam bidang yang berarah mereditional diakibatkan oleh beban penuh. Pada shell, tekanan yang diberikan oleh gaya-gaya melingkar tidak menyebabkan timbulnya momen lentur dalam arah meredional. Dengan demikian cangkang dapat memikul variasi beban cukup dengan tegangan-tegangan bidang.
Variasi pola beban yang ada, bagaimanapun, harus merupakan transisi perlahan (perubahan halus dari kondisi beban penuh kekondisi sebagian agar momen lentur tidak timbul). Pada pelengkung, beban seperti ini dapat menimbulkan lentur yang besar, sedangkan pada cangkang lentur dengan cepat dihilangkan dengan aksi melingkar. Cangkang adalah struktur yang unik. Cangkang dapat bekerja secara funicular untuk banyak jenis beban yang berbeda meskipun bentuknya tidak benar-benar funicular.

Struktur Shell di Alam
Organisme yang hidup secara konstan merubah dan menyesuaikan dengan tekanan eksternal yang baru; mereka bertransformasi dalam waktu dan ruang. Respon formal mereka selalu menarik perhatian desainer dan sumber konstan untuk penemuan baru, walaupun mereka tidak pernah secara tuntas mengetahui kakuatan dan prinsip yang membentuk organisme.
Ada banyak struktur pemukaan di alam yang tidak hanya ditemukan dalam skala mikroskopis;

Persyaratan Struktur Shell
Suatu struktur shell harus mempunyai tiga syarat, yaitu sebagai berikut:
1. Harus memiliki bentuk lengkung, tunggal, maupun ganda (single or double curved)
2. harus tipis terhadap permukaan atau bentangannya
3. harus dibuat dari bahan yang keras, kuat, ulet dan tahan terhadap tarikan dan tekanan.

Klasifikasi Permukaan (Surface)
Untuk memprediksikan perlakuan struktur membran sebaik kemungkinan konstruksinya, tidak hanya saja yang harus kita tahu, tetapi juga fisik alamiah dari permukaan dan karakteristik perlakuan yang lain. Kurva merupakan properti fundamental dari permukaan. Sebuah permukaan dapat didefinisikan oleh banyak kurva berbeda, oleh karena itu beberapa lengkungan (curvature) khusus harus diidentifikasi: lengkung utama, lengkung Gaussian, dan lengkung tengah. Lengkungan ini memberi karakteristik permukaan sebagai sistem lengkung tunggal atau ganda, dimana permukaan lengkung ganda secara lebih jauh dibagi menjadi permukaan synclastik dan anticlastic.

Sesuai dengan terjadinya bentuk shell, maka shell digolongkan dalam tiga macam:

1. Rotasional Surface
Adalah bidang yang diperoleh bilamana suatu garis lengkung yang datar diputar terhadap suatu sumbu. Shell dengan permukaan rotasional dapat dibagi tiga yaitu Spherical Surface, Eliptical Surface, Parabolic Surface.



Spherical Surface Eliptical Surface Parabolic Surface

2. Ruled Surface,
Adalah bidang yang diperoleh bilamana ujung-ujung suatu garis lurus digeser pada dua bidang sejajar. Shell dengan permukaan transasional dibagi dua yaitu cylindrical surface dan eliptic paraboloid.



cylindrical surface eliptic paraboloid

3. Translational surface
Aadalah bidang yang diperoleh jika suatu garis lengkung yang datar digeser sejajar diri sendiri terhadap garis lengkung yang datar lainnya. Shell dengan permukaan ruled ada dua macam, yaitu Hyperbolic Paraboloid dan Conoid.



Hyperbolic Paraboloid Conoid

1 Single Curved Shell
Shell dengan single curvature yang arah lengkungannya dalam satu arah serta permukaannya tidak diputar/digeser, dan dibentuk oleh konus yang sama.
Single curved dibentuk oleh:
1. Konus
2. Silinder
Contoh : Lengkung Barrel

2 Double Curved Shell
Yaitu shell dengan double curvature yang arah lengkungannya dalam dua arah. Terdiri dari 2 macam:
1. Double Curved Shells yang arah lengkungnya ke satu arah (Synclastic shells)
Contoh: Spherical Dome Shell


2. Double Curved Shells yang arah lengkungnya ke arah yang berbeda (Anticlastic)
Contoh : Conoid






SHELL SILINDRIS
Shell silindris dengan lengkungaan tunggal dapat tersusun dari berbagai tipe kurva yang berbeda. Kurva dasar mulai dari bentuk geometri tertentu dari tembereng lingkaran, parabola, elips, hiperbola dan cycloid sampai dengan bentuk geometri yang luwes dari garis funicular. Bentuk-bentuk dasar ini dapat digabungkan dengan banyak cara untuk menghasilkan potongan melintang dari bentuk-bentuk yang bervariasi, yang mana dapat dikenali sebagai berikut :
 Shell tunggal yang dikonstruksi dari segmen tunggal atau banyak segmen
 Shell tunggal melawan banyak shell (bentuk berombak)
 Bertulang melawan unit yang tidak bertulang
 Cembung melawan cekung melawan bentuk berombak-ombak
 Menerus melawan bentuk terputus (bentuk Y, bentuk S miring, dll)
 Shell simetris melawan shell asimetris

Unit-unit shell silindris dapat disusun secara parallel, radial atau saling menyilang satu sama lain, shelll bisa lurus, berlipat, atau dibengkokkan.
Perilaku dari sebuah unit silindris linear sederhana tergantung dari geometrinya, materialnya, keadaan muatan (beban), dan tipe dan letak penyokongnya. Pengarah dari letak penyokong sungguh tampak nyata . sebaiknya didukung secara menerus sepanjang sisi longitudinal (membujur)-nya oleh balok-balok yang kuat, rangka-rangka, dinding-dinding atau pondasi-pondasi, gaya-gaya dialirkan secara langsung pada arah transversal (melintang) menuju penyokongnya. Perilakunya dapat digambarkan sebagai reaksi lingkungan paralel, masing-masing selebar satu kaki. Lingkungan ini harus relatif tebal sebagai respon terhadap gaya-gaya dengan melengkung mengikuti aksi gaya aksial. Karena lengkungan merupakan pertimbangan desai dasar, struktur permukaan dengan lengkungan tunggal ini tidak betul-betul dipertimbangkan sebagai shell, karena respon structural dasar mereka bukan merupakan aksi tipe membrane. Mereka disebut kubah, dan mungkin didesain kira-kira sebagaimana lengkungan.

Di sisi lain jika tidak terdapat penyokong pada arah longitudinal, tetapi hanya pada arah transversal, shell tentunya berperilaku seperti balok yang merentang pada arah longitudinal, gaya-gaya tidak bisa terlalu lama diteruskan pada aksi lengkungan secara langsung ke arah penyokong longitudinal. Untuk shell silindris dengan lebar chord kecil bila dibandingkan dengan bentangnya, respon dasarnya akan menjadi aksi balok. Jenis shell seperti ini disebut shell panjang atau shell balok, mereka bisa digambarkan sebagai balok dengan perpotongan kurvilinear. Mereka diasmsikan untuk tidak mengubah dibawah aksi muatan sehingga distribusi tekanan linear bisa digunakan.





Pendekatan desain shell balok beton
Ketiga struktur permukaan linear lengkung tunggal – vault, short, dan long shell – bisa dipelajari lebih lanjut dengan menyelidiki transisi dari slab yang didukung balok satu arah hingga shell beam. Untuk kasus dimana slab horizontal disokong oleh balok-balok, muatan pertama-tama disalurkan pada aksi slab secara melintang dan kemudian pada aksi balik secara membujur. Jika slab bengkok , aksi slab digantikan oleh aksi lengkung, dianggap bahwa balok sisi membujur sangat kaku bila dibandingkan dengan shell, jadi kondisi tersebut mirip dengan kubah yang disokong secara membujur. Bagaimanapun, jika bagian tepi relatif fleksibel, barulah tepi balok dan shell bisa bertindak bersama sebagai satu kesatuan : kekuatan dasar pada shell ini dengan tepi balok adalah aksial natural, sebagaimana disebabkan oleh aksi balok pada arah longitudinal daripada membengkok ke arah aksi lengkung pada arah tranversal