Struktur atas (Upper Structure) & Struktur Bawah (Lower Structure)

Struktur bangunan pada umumnya terdiri dari struktur bawah (lower structure)dan struktur atas (upper structure). Struktur bawah (lower structure) yang dimaksud adalah pondasi dan struktur bangunan yang berada di bawah permukaan tanah, sedangkan yang dimaksud dengan struktur atas (upper structure) adalah struktur bangunan yang berada di atas permukaan tanah seperti kolom, balok, plat, tangga. Setiap komponen tersebut memiliki fungsi yang berbeda-beda di dalam sebuah struktur.

Suatu bangunan gedung beton bertulang yang berlantai banyak sangat rawan terhadap keruntuhan jika tidak direncanakan dengan baik. Oleh karena itu, diperlukan suatu perencanaan struktur yang tepat dan teliti agar dapat memenuhi kriteria kekuatan (strenght), kenyamanan (serviceability), keselamatan (safety), dan umur rencana bangunan (durability).

Perencanaan struktur atas harus mengacu pada peraturan atau pedoman standar yang mengatur perencanaan dan pelaksanaan bangunan beton bertulang, yaitu Standar Tata Cara Penghitungan Struktur Beton nomor: SK SNI T-15-1991-03, Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung 1983, Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia untuk Gedung tahun 1983, dan lain-lain (Istimawan, 1999).

Struktur Atas (Upper Structure)

Bangunan Struktur Atas (Upper Structure) berfungsi untuk menampung beban-beban yang ditimbulkan oleh lalu lintas orang, kendaraan, dan lain sebagainya. Bangunan atas biasanya terdiri dari pelat, lapisan permukaan jalan, dan gelagar dari jembatan

Rangka bangunan adalah bagian dari bangunan yang merupakan struktur utama pendukung berat bangunan dan beban luar yang bekerja padanya. Rangka bangunan untuk bangunan bertingkat sederhana atau bertingkat rendah, umumnya berupa struktur rangka portal (frame structure). Struktur ini berupa kerangka yang terdiri dari kolom dan balok yang merupakan rangkaian yang menjadi satu kesatuan yang kuat.

Kolom portal harus dibuat menerus dari lantai bawah sampai lantai atas, artinya letak kolom-kolom portal tidak boleh digeser pada tiap lantai, karena hal ini akan menghilangkan sifat kekakuan dari struktur rangka portalnya. Jadi harus dihindarkan denah kolom portal yang tidak sama untuk tiap-tiap lapis lantai. Ukuran kolom makin keatas boleh makin kecil. Perubahan dimensi kolom harus dilakukan pada lapis lantai agar pada satu lajur kolom mempunyai kekakuan yang sama.

Balok portal merangkai kolom-kolom menjadi satu kesatuan. Balok menerima seluruh beban dari plat lantai dan meneruskan ke kolom-kolom pendukung. Hubungan balok dan kolom adalah jepit-jepit, yaitu suatu sistem dukungan yang dapat menahan Momen, Gaya vertikal dan Gaya horisontal. Untuk menambah kekakuan balok, dibagian pangkal pada pertemuan dengan kolom boleh ditambah tebalnya.
Rangka portal harus direncanakan dan diperhitungkan kekuatannya terhadap beban-beban sebagai berikut :

·         Beban mati, dinyatakan dengan lambang : M

·         Beban hidup, dinyatakan dengan lambang : H

·          Beban angin, dinyatakan dengan lambang : A

·         Beban gempa, dinyatakan dengan lambang : G

·          Beban khusus, dinyatakan dengan lambang : K

Kombinasi pembebanan :

Pembebanan tetap                    : M + H

Pembebanan sementara          : (M + H) + A

Atau                                              : (M + H) + G --->>> (dipilih pengaruh mana yang lebih besar)

Pembebanan khusus                 : (M + H) + K

Atau                                         : (M + H) + A + K

Atau                                         : (M + H) + G + K

Untuk merencanakan dan menghitung kekuatan suatu konstruksi bangunan dipakai pembebanan tetap yang terberat. Setelah diproses ukuran dari konstruksi portalnya berdasarkan tegangan ijin bahan, langkah selanjutnya adalah mengadakan hitungan kontrol terhadap beban sementara atau beban khusus, dipilih pengaruh mana yang lebih membahayakan konstruksi. Apabila pada hitungan kontrol ternyata konstruksi tidak aman terhadap beban sementara, maka ukuran konstruksi tersebut harus diperbesar lagi. Jadi suatu konstruksi bangunan harus aman dan mampu mendukung beban tetap, beban sementara dan atau beban khusus.

Pengertian Beban :

Ø  Beban mati adalah berat dari semua bagian bangunan yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, pekerjaan pelengkap (finishing), serta alat atau mesin, yang merupakan bagian tak terpisahkan dari rangka bangunannya.

Ø  Beban hidup adalah berat dari penghuni dan atau barang-barang yang dapat berpindah, yang bukan merupakan bagian dari bangunan. Pada atap, beban hidup termasuk air hujan yang tergenang.

Ø  Beban angin adalah beban yang bekerja pada bangunan atau bagiannya, karena adanya selisih tekanan udara (hembusan angin kencang).

Ø   Beban gempa adalah besarnya getaran yang terjadi di dalam struktur rangka bangunan akibat adanya gerakan tanah oleh gempa, dihitung berdasarkan suatu analisa dinamik

Ø   Beban khusus adalah beban kerja yang berasal dari adanya selisih suhu, penurunan pondasi, susut bahan, gaya rem dari kran, getaran mesin berat.

Beban-beban yang bekerja pada struktur seperti beban mati (dead load), beban hidup (live load), beban gempa (earthquake), dan beban angin (wind load) menjadi bahan perhitungan awal dalam perencanaan struktur untuk mendapatkan besar dan arah gaya-gaya yang bekerja pada setiap komponen struktur, kemudian dapat dilakukan analisis struktur untuk mengetahui besarnya kapasitas penampang dan tulangan yang dibutuhkan oleh masing-masing struktur (Gideon dan Takim, 1993).

Komponen-Komponen Struktur  Bagian Atas

1. Kolom

Kolom merupakan suatu elemen struktur tekan yang memegang peranan penting dari suatu bangunan, sehingga keruntuhan pada suatu kolom merupakan lokasi kritis yang dapat menyebabkan runtuhnya (collapse) lantai yang bersangkutan dan juga runtuh total (total collapse) seluruh struktur (Sudarmoko, 1996). Fungsi kolom adalah sebagai penerus beban seluruh bangunan ke pondasi. Bila diumpamakan, kolom itu seperti rangka tubuh manusia yang memastikan sebuah bangunan berdiri. Kolom termasuk struktur utama untuk meneruskan berat bangunan dan beban lain seperti beban hidup (manusia dan barang-barang), serta beban hembusan angin. Kolom berfungsi sangat penting, agar bangunan tidak mudah roboh.

SK SNI T-15-1991-03 mendefinisikan kolom adalah komponen struktur bangunan yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral.

Struktur dalam kolom dibuat dari besi dan beton. Keduanya merupakan gabungan antara material yang tahan tarikan dan tekanan. Besi adalah material yang tahan tarikan, sedangkan beton adalah material yang tahan tekanan. Gabungan kedua material ini dalam struktur beton memungkinkan kolom atau bagian struktural lain seperti sloof dan balok bisa menahan gaya tekan dan gaya tarik pada bangunan.

Jenis-Jenis Kolom

Menurut Wang (1986) dan Ferguson (1986) jenis-jenis kolom ada tiga, yaitu :

1. Kolom ikat (tie column).
2. Kolom spiral (spiral column).
3. Kolom komposit (composite column).

Dalam buku struktur beton bertulang (Istimawan Dipohusodo, 1994), ada tiga jenis kolom beton bertulang yaitu :

1. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom beton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang ke arah lateral. Tulangan ini berfungsi untuk memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh pada tempatnya.
2. Kolom menggunakan pengikat spiral. Bentuknya sama dengan yang pertama hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok memanjang adalah tulangan spiral yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus di sepanjang kolom. Fungsi dari tulangan spiral adalah memberi kemampuan kolom untuk menyerap deformasi cukup besar sebelum runtuh, sehingga mampu mencegah terjadinya kehancuran seluruh struktur sebelum proses redistribusi momen dan tegangan terwujud.
3. Struktur kolom komposit, merupakan komponen struktur tekan yang diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar baja profil atau pipa, dengan atau tanpa diberi batang tulangan pokok memanjang.

2. Balok

Dalam sebuah sistem struktur, terdapat beberapa elemen-elemen yang saling merangkai membentuk sebuah kesatuan unit konstruksi. Bagian struktur umumnya berbentuk lurus, kecuali bagian struktur yang berbentuk struktur pelengkung dan juga rangka batang.  Bagian elemen struktur yang lurus dan terbebani secara transversal disebut balok. Disebut terbebani secara transversal karena elemen ini biasanya terbebani oleh gaya dari berbagai arah yaitu gaya vertikal, horizontal dan momen. Biasanya pada bangunan gedung, elemen balok akan menerima beban dari pelat lantai yang diatasnya dan kemudian disalurkan ke kolom.

Balok dapat memiliki banyak nama, seperti balok anak (joist), balok utama (girder), kasau atau usuk (rafter), dan purlin. Balok dapat menumpu gaya-gaya aksial. Apabila gaya aksial tersebut merupakan gaya dalam yang berupa gaya tekan, maka elemen struktur itu disebut dengan istilah balok-kolom. Balok menumpu beban-beban dalam sebuah jarak tertentu yang disebut bentang. Beban-beban balok dapat merupakan sebuah gaya terpusat, atau sebuah beban yang merata pada beberapa ataupun seluruh bagian dari balok.

Salah satu perkembangan dari elemen balok yang ada sekarang adalah balok tinggi. Balok tinggi adalah balok yang mempunyai rasio bentang (L) dan tinggi balok (H) yang kecil. Perilaku dan karakteristik balok tinggi sangat berbeda dengan perilaku dan karakteristik balok yang mempunyai perbandingan normal. Pada balok tinggi akan dominan terjadi keruntuhan akibat tegangan geser. Balok tinggi dapat dipakai sebagai struktur pengaku / bressing pada bangunan gedung tinggi. Selain itu, balok tinggi juga dapat digunakan sebagai gelagar melintang yang diletakkan di atas pierjembatan (pier cap).

3. Plat Lantai 

Plat lantai adalah lantai yang tidak terletak di atas tanah langsung, jadi merupakan lantai tingkat. Plat lantai ini didukung oleh balok-balok yang bertumpu pada kolom-kolom bangunan.

v  Ketebalan plat lantai ditentukan oleh :

a.       Besar lendutan yang diijinkan

b.      Lebar bentangan atau jarak antara balok-balok pendukung

c.       Bahan konstruksi dan plat lantai

v  Berdasarkan aksi strukturalnya, pelat dibedakan menjadi empat (Szilard, 1974)

a.       Pelat kaku

b.      Membran

c.       Pelat flexibel

d.      Pelat tebal

v  Bahan untuk Plat lantai dapat dibuat dari :

a.    Plat Lantai Kayu

b.    Plat Lantai Beton

c.     Plat Lantai Yumen ( Kayu Semen )

v  Sistem plat lantai

a.       Sistem Pelat SatuSistem

b.      Pelat Dua Arah

  

4. Tangga

Tangga merupakan suatu komponen struktur yang terdiri dari plat, bordes dan anak tangga yang menghubungkan satu lantai dengan lantai di atasnya. Tangga mempunyai bermacam-macam tipe, yaitu tangga dengan bentangan arah horizontal, tangga dengan bentangan ke arah memanjang, tangga terjepit sebelah (Cantilever Stairs) atau ditumpu oleh balok tengah., tangga spiral (Helical Stairs), dan tangga melayang (Free Standing Stairs).

·         Bagian-Bagian struktur tangga :

a.       Ibu Tangga

b.      Anak Tangga

·         Jenis-jenis tangga menurut strukturnya :

a.        Tangga Plat

b.      Tangga Balok

c.       Tangga kantilever

5. Dinding Geser

Dinding Geser (shear wall) adalah suatu struktur balok kantilever tipis yang langsing vertikal, untuk digunakan menahan gaya lateral. Biasanya dinding geser berbentuk persegi panjang, Box core suatu tangga, elevator atau shaft lainnya. Dan biasanya diletakkan di sekeliling lift, tangga atau shaft guna menahan beban lateral tanpa mengganggu penyusunan ruang dalam bangunan.

6. Atap

            Atap adalah bagaian paling atas dari suatu bangunan, yang melilndungi gedung dan penghuninya secara fisik maupun metafisik (mikrokosmos/makrokosmos).

Permasalahan atap tergantung pada luasnya ruang yang harus dilindungi, bentuk dan konstruksi yang dipilih, dan lapisan penutupnya. Di daerah tropis atap merupakan salah satu bagian terpenting. Struktur atap terbagi menjadi rangka atap dan penopang rangka atap. Rangka atap berfungsi menahan beban dari bahan penutup. Penopang rangka atap adalah balok kayu / baja yang disusun membentuk segitiga,disebut dengan istilah kuda-kuda.

            Kontruksi kuda-kuda adalah suatu komponen rangka batang yang berfungsi untuk mendukung beban atap termasuk juga beratnya sendiri dan sekaligus dapat memberikan bentuk pada atapnya. Kuda – kuda merupakan penyangga utama pada struktur atap. Umumnya kuda-kuda terbuat dari :

·         Kuda-kuda kayu

Digunakan sebagai pendukung atap dengan bentang sekitar 12 m.

·         Kuda-kuda bambu

Pada umumnya mampu mendukun beban atap sampai dengan 10 m.

·         Kuda-kuda baja

Sebagai pendukung atap, dengan sistem frame work atau lengkung dapar mendukung beban atap sampai beban atap sampai dengan bentang 75 m, seperti pada hanggar pesawat, stadion olahraga, bangunan pabrik, dan lain-lain.

·         Kuda-kuda dari beton bertulang

Dapat digunakan pada atap dengan bentang sekitar 10 hingga 12 m.

Pada dasarnya konstruksi kuda-kuda terdiri dari rangkaian batang yang selalu membentuk segitiga. Kuda-kuda diletakkan di atas dua tembok selaku tumpuannya. Perlu diperhatikan bahwa tembok diusahakan tidak menerima gaya horizontal maupun momen, karena tembok hanya mampu menerima beban vertikal saja. Kuda-kuda diperhitungkan mampu mendukung beban-beban atap dalam satu luasan atap tertentu. Beban-beban yang dihitung adalah beban mati (yaitu berat penutup atap, reng, usuk, gording, kuda-kuda) dan beban hidup (angin, air hujan, orang pada saat memasang/memperbaiki atap).

Struktur Bawah Bangunan

 Struktur bawah gedung umumnya terdapat beberapa pekerjaan, yaitu:

Pondasi (pancang, bore pile, telapak, dll)

Galian tanah

Pile cap dan sloof

Raft Fondation (jika ada)

Dinding penahan tanah / retaining wall

Waterproofing (umumnya waterproofing membrane atau integral)

Urug tanah kembali dan pemadatan tanah

1.       Pondasi

Pengertian umum untuk Pondasi adalah Struktur bagian bawah bangunan yang berhubungan langsung dengan tanah, atau bagian bangunan yang terletak di bawah permukaan tanah yang mempunyai fungsi memikul beban bagian bangunan lainnya di atasnya. Pondasi harus diperhitungkan untuk dapat menjamin kestabilan bangunan terhadap beratnya sendiri, beban - beban bangunan (beban isi bangunan), gaya-gaya luar seperti: tekanan angin,gempa bumi, dan lain-lain. Disamping itu, tidak boleh terjadi penurunan level melebihi batas yang diijinkan.

Agar kegagalan fungsi pondasi dapat dihindari, maka pondasi bangunan harus diletakkan pada lapisan tanah yang cukup keras, padat, dan kuat mendukung beban bangunan tanpa menimbulkan penurunan yang berlebihan. Pondasi merupakan bagian struktur dari bangunan yang sangat penting, karena fungsinya adalah menopang bangunan diatasnya, maka proses pembangunannya harus memenuhi persyaratan utama sebagai berikut:

a.       Cukup kuat menahan muatan geser akibat muatan tegak ke bawah.

b.      Dapat menyesuaikan pergerakan tanah yang tidak stabil (tanah gerak).

c.       Tahan terhadap pengaruh perubahan cuaca.

d.      Tahan terhadap pengaruh bahan kimia Jenis-jenis struktur bawah (Pondasi).

Secara umum jenis-jenis struktur bawah (pondasi) dibagi menjadi 3 bagian, yaitu

pondasi dangkal, sumuran, dan pondasi dalam.

1. Pondasi dangkal

Yang dimaksud pondasi dangkal adalah apabila kedalaman alas pondasi (Df) dibagi lebar terkecil alas pondasi (B) kurang dari 4, (Df/B < 4). Jenis pondasi ini digunakan apabila letak tanah baik (kapasitas dukung ijin tanah > 2,0 kg/cm2) relatif dangkal (0,6-2,0 m)

2. Pondasi dalam

Apabila lapisan atas berupa tanah lunak dan terdapat lapisan tanah yang keras yang dalam maka dibuat pondasi tiang pancang yang dimasukkan ke dalam sehinggamencapai tanah keras (Df/B >10 m), tiang-tiang tersebut disatukan oleh poer/pile cap.

Struktur bawah bangunan pondasi terdiri dari pondasi dan tanah pendukung pondasi. Pondasi berfungsi untuk mendukung seluruh beban bangunan dan meneruskan beban bangunan tersebut kedalam tanah dibawahnya. Suatu sistem pondasi harus dapat menjamin, harus mampu mendukung beban bangunan diatasnya, termasuk gaya-gaya luar seperi gaya angin, gempa, dll. Untuk itu pondasi haruslah kuat, stabil, aman, agar tidak mengalami penurunan, tidak mengalami patah, karena akan sulit untuk memperbaiki suatu sistem pondasi. Akibat penurunan atau patahnya pondasi, maka akan terjadi : 

a.       Kerusakan pada dinding, retak-retak, miring dan lain –lain

b.      Lantai pecah, retak, bergelombang

c.       Penurunan atap dan bagian-bagian bangunan lain.

Suatu sistem pondasi harus dihitung untuk menjamin keamanan, kestabilan bangunan diatasnya, tidak boleh terjadi penurunan sebagian atau seluruhnya melebihi batas-batas yang diijinkan. Pembuatan pondasi dihitung berdasarkan hal-hal berikut :

a.       Berat bangunan yang harus dipikul pondasi berikut beban-beban hidup, mati serta beban-beban lain dan beban- beban yang diakibatkan gaya-gaya eksternal. 

b.      Jenis tanah dan daya dukung tanah.

c.       Bahan pondasi yang tersedia atau mudah diperoleh di tempat.

d.      Alat dan tenaga kerja yang tersedia.

e.      Lokasi dan lingkungan tempat pekerjaan.

f.        Waktu dan biaya pekerjaan.

Hal yang juga penting berkaitan dengan pondasi adalah apa yang disebut soil investigation , atau penyelidikan tanah. Pondasi harus diletakkan pada lapisan tanah yang cukup keras dan padat. Untuk mengetahui letak/kedalaman tanah keras dan besar tegangan tanah/ daya dukung tanah, maka perlu diadakan penyelidikan tanah, yaitu dengan cara : 

a.       Pemboran (drilling) : dari lubang hasil pemboran (bore holes), diketahui contoh-contoh lapisan tanah yang kemudian dikirim ke laboraturium mekanika tanah.

b.      Percobaan penetrasi (penetration test) : yaitu dengan menggunakan alat yang disebut sondir static penetrometer. Ujungnyaberupa conus yang ditekan masuk kedalam tanah, dan secara otomatis dapat dibaca hasil sondir tegangan tanah (kg/cm2).

2.       GalianTanah

Galian tanah untuk pondasi dan galian-galian lainnya harus dilakukan menurut ukuran dalam, lebar dan sesuai dengan peil-peil yang tercantum pada gambar. Semua bekas-bekas pondasi bangunan lama dan akar-akar pohon yang terdapat pada bagian pondasi yang akan dilaksanakan harus dibongkar dan dibuang. Bekas-bekas pipa saluran yang tidak dipakai harus disumbat.

Apabila pada lokasi yang akan dijadikan bangunan terdapat pipa air, pipa gas, pipa-pipa pembuangan, kabel-kabel listrik, telepon dan sebagainya yang masih dipergunakan, maka secepatnya diberitahukan kepada Konsultan Manajemen Konstruksi atau instansai yang berwenang untuk mendapatkan petunjuk-petunjuk seperlunya.

Pelaksana Pekerjaan/ Kontraktor bertanggung jawab penuh atas segala kerusakan-kerusakan sebagai akibat dari pekerjaan galian tersebut. Apabila ternyata penggalian melebihi kedalaman yang telah ditentukan, maka Kontraktor harus mengisi/ mengurangi daerah tersebut dengan bahan-bahan yang sesuai dengan syarat-syarat pengisian bahan pondasi yang sesuai dengan spesifikasi pondasi.

Pelaksana Pekerjaan/ Kontraktor harus menjaga agar lubang-lubang galian pondasi tersebut bebas dari longsoran-longosoran tanah di kiri dan kanannya (bila perlu dilindungi oleh alat-alat penahan tanah) dan bebas dari genangan air (bila perlu dipompa), sehingga pekerjaan pondasi dapat dilakukan dengan baik sesuai dengan spesifikasi.

Pengisian kembali dengan tanah bekas galian, dilakukan selapis demi selapis, sambil disiram air secukupnya dan ditumbuk sampai padat. Pekerjaan pengisian kembali ini hanya boleh dilakukan setelah diadakan pemeriksaan dan mendapat persetujuan Konsultan Manajemen Konstruksi, baik mengenai kedalaman, lapisan tanahnya maupun jenis tanah bekas galian tersebut.

3.       Struktur Basement

Konstruksi basement sering merupakan solusi yang ekonomis guna mengatasi keterbatasan lahan dalam pembangunan gedung. Tapi sebagai struktur bawah tanah, desain maupun pelaksanaan konstruksi basement perlu dilakukan dengan memperhitungkan banyak hal. Disamping aspek teknis dari basement itu sendiri, tidak kalah pentingnya adalah aspek lingkungannya. Mutu pekerjaan pada konstruksi basement akan sangat mempengaruhi umur dari basement tersebut.

Pengendalian terhadap mutu terpadu sangat diperlukan untuk mencapai produk konstruksi mutu tinggi dan dapat diandalkan. Beberapa hal yang berkaitan dengan galian Basement yang perlu diperhatikan adalah beban dan metode galian. Beban tersebut biasanya berupa beban terbagi rata, beban titik, dan beban garis dan beban terbagi rata memanjang. Sedangkan metode galian dimana dibagi menjadi: open cut, cantilever, angker, dan strut.

Pemilihan metode galian disesuaikan dengan perencanaan bangunan dan konsdisi di lapangan. Pada metode galian basement ada beberapa factor yang perlu diperhatikan antara lain: jenis tanah, kondisi proyek, muka air tanah, besar tekanan tanah yang bekerja, waktu pelaksanaan, analisa biaya dan sebagainya.

Beberapa masalah yang timbul dalam pelaksanaan pembuatan galian basement, seperti penurunan permukaan tanah disekitar galian yang dapat menyebabkan kerusakan structural pada bangunan dekat galian, fan retaknya saluran dan sarana yang lain. Salah satu penyebabnya adalah penurunan permukaan air tanah disekitar galian akibat pemompaan selama konstruksi. Untuk mencegah masalah yang timbul maka metode pemilihan dewatering sangan menentukan.