VIENID Mulai latihan

Beranda › Materi › Sertifikat Besi Tulangan 鉄筋技能士 (teori Kelas 1/2)

Struktur Bangunan (Sistem Struktur, Beban, Gaya Dalam, Struktur Beton Bertulang & Fondasi)

Sertifikat Besi Tulangan 鉄筋技能士 (teori Kelas 1/2) · 技能検定「鉄筋施工」1級・2級 学科 · Disusun oleh Tokutei Pass berdasarkan materi resmi; tidak disalin kata per kata.

Klasifikasi Struktur Bangunan dan Karakteristik Tiap Sistem

Rangka bangunan diklasifikasikan menurut material utamanya menjadi struktur kayu (W), struktur baja (S), struktur beton bertulang (RC), dan struktur komposit baja-beton bertulang (SRC).

Struktur RC adalah sistem monolitik yang menyatukan besi tulangan dan beton, unggul dalam ketahanan api, keawetan, kedap suara, dan kebebasan bentuk, namun memiliki berat sendiri yang besar dan waktu pelaksanaan lebih lama.

Struktur baja (S) ringan dan ulet untuk bentang lebar serta gedung tinggi, tetapi baja kehilangan separuh kekuatannya pada suhu sekitar 500°C sehingga wajib dilapisi pelindung tahan api. Struktur SRC membungkus profil baja dengan tulangan dan beton sehingga sangat ulet (jinsei) terhadap gempa.

Berdasarkan sistem pemikulnya, struktur dibagi menjadi sistem rangka kaku (Rahmen) dengan hubungan kolom-balok kaku, struktur dinding pendukung (wall structure) yang ditopang dinding geser dan pelat lantai, serta struktur rangka batang (truss) berbentuk segitiga.

Poin penting


  • Struktur RC bersifat monolitik dengan ketahanan api, keawetan, dan kedap suara tinggi namun bobot mati besar

  • Struktur S memerlukan pelindung tahan api; struktur SRC memiliki daktilitas (jinsei) sangat tinggi

  • Rangka kolom-balok bersambungan kaku disebut struktur Rahmen; sistem dinding dan pelat disebut struktur dinding
KosakataArti
struktur beton bertulang (RC)
struktur komposit baja-beton bertulang (SRC)
struktur rangka kaku (Rahmen) dan struktur dinding
daktilitas / keuletan (jinsei)

Empat Alasan Utama Terbentuknya Struktur Beton Bertulang (RC)

Beton memiliki sifat 'kuat terhadap gaya tekan tetapi lemah terhadap gaya tarik (kuat tariknya hanya sekitar 1/10 dari kuat tekannya)'. Sebaliknya, besi tulangan sangat kuat menahan tarik namun mudah mengalami tekuk (buckling) bila menahan tekan sendirian.

Alasan pertama keberhasilan struktur RC adalah kedua bahan saling melengkapi: beton terutama menahan gaya tekan sedangkan besi tulangan dipasang di sisi tarik untuk menahan gaya tarik.

Alasan kedua adalah adanya 'daya lekatan (bond strength)' yang kuat antara sirip besi ulir dan beton sehingga keduanya menyatu. Alasan ketiga adalah 'koefisien muai panjang akibat panas' keduanya hampir sama (sekitar 0,00001 /°C) sehingga tidak retak pisah saat suhu berubah.

Alasan keempat adalah sifat basa kuat (alkali, pH 12–13) pada beton membentuk lapisan pasif pada permukaan besi yang mencegah karat, sekaligus melindungi besi dari panas saat kebakaran.

Poin penting


  • Kuat tarik beton hanya sekitar 1/10 kuat tekannya sehingga besi tulangan dipasang untuk menahan gaya tarik

  • Besi tulangan dan beton memiliki koefisien muai panjang yang hampir sama (~0,00001 /°C)

  • Sifat alkali kuat beton mencegah korosi besi dan daya lekatan yang kuat membuat keduanya bekerja menyatu
KosakataArti
kuat tarik (sekitar 1/10 dari kuat tekan)
daya lekatan (bond strength)
koefisien muai panjang (thermal expansion)
sifat alkali dan lapisan pasif pelindung karat

Beban dan Gaya Luar yang Bekerja pada Bangunan

Bangunan menerima berbagai gaya baik secara permanen maupun saat bencana. Peraturan Pelaksanaan UU Standar Bangunan membaginya menjadi beban mati (kotei kajū), beban hidup (sekisai kajū), beban salju, tekanan angin, dan gaya gempa.

'Beban mati (dead load)' adalah berat sendiri elemen bangunan seperti kolom, balok, lantai, dinding, atap, dan bahan penyelesaian. Sebaliknya, 'beban hidup (live load)' adalah beban vertikal yang dapat berpindah seperti manusia, perabotan, dan barang.

'Beban jangka panjang' mencakup beban mati dan beban hidup yang bekerja terus-menerus, sedangkan 'beban jangka pendek' mencakup tekanan angin badai, gaya gempa bumi, dan beban salju lebat.

Tekanan angin dan gaya gempa terutama bekerja secara mendatar (gaya horizontal). Besar gaya gempa berbanding lurus dengan berat bangunan (beban mati + beban hidup) dikalikan koefisien geser gempa, sehingga semakin berat bangunan semakin besar pula gaya gempanya.

Poin penting


  • Berat sendiri bangunan disebut 'beban mati (kotei kajū)', sedangkan berat manusia dan perabot disebut 'beban hidup (sekisai kajū)'

  • Beban mati dan hidup adalah beban vertikal jangka panjang; angin dan gempa adalah gaya horizontal jangka pendek

  • Gaya gempa meningkat sebanding dengan berat total bangunan (beban mati + beban hidup)
KosakataArti
beban mati / tetap (kotei kajū)
beban hidup / muatan (sekisai kajū)
beban salju, tekanan angin, dan gaya gempa
beban jangka panjang dan beban jangka pendek

Resultan, Keseimbangan Gaya, serta Perhitungan Momen dan Kopel

Untuk menentukan suatu gaya diperlukan 3 hal yang disebut 'Tiga Unsur Gaya': besar gaya, arah gaya, dan titik tangkap (garis kerja). Dua gaya yang bekerja pada satu titik dapat digabungkan menjadi satu resultan dengan 'aturan jajaran genjang gaya'.

Sebagai contoh, bila gaya mendatar 3 kN dan gaya vertikal 4 kN bekerja saling tegak lurus pada satu titik, besar resultan R menurut teorema Pythagoras adalah akar dari (3² + 4² = 25), yaitu R = 5 kN.

Pengaruh yang cenderung memutar benda terhadap suatu titik O disebut 'Momen Gaya (M)', yang dihitung dari hasil kali besar gaya P dengan jarak tegak lurus L (lengan momen) dari titik putar O ke garis kerja gaya: M = P × L.

Sepasang gaya sejajar yang sama besar P namun berlawanan arah dan terpisah sejauh L disebut 'Kopel (gūryoku)'. Kopel memiliki resultan translasi nol dan hanya menghasilkan putaran murni sebesar M = P × L.

Poin penting


  • Tiga unsur gaya adalah besar, arah, dan titik tangkap; resultan gaya tegak lurus 3 kN dan 4 kN adalah 5 kN

  • Momen gaya M = Gaya P × Jarak tegak lurus L (lengan momen), dengan satuan N·m atau kN·m

  • Dua gaya sejajar sama besar dan berlawanan arah disebut kopel dengan momen M = P × L
KosakataArti
tiga unsur gaya (besar, arah, titik tangkap)
aturan jajaran genjang gaya dan resultan
momen gaya (M = P × L)
kopel (gūryoku) dan lengan momen

Gaya Dalam pada Komponen dan Sisi Tarik/Tekan pada Balok

Saat menerima gaya luar, di dalam penampang komponen timbul 3 gaya dalam: 'gaya aksial (tekan atau tarik)' searah sumbu batang, 'momen lentur' yang melengkungkan batang, dan 'gaya geser' yang cenderung menggeser penampang.

Pada 'balok sederhana (tanjunbari)' dengan tumpuan di kedua ujung yang memikul beban terpusat P di tengah bentang, bagian atas mengalami tekan dan bagian bawah mengalami tarik. Diagram momen lenturnya berbentuk segitiga dengan puncak di tengah bentang.

Sebaliknya, pada 'balok kantilever (katamochibari)' yang terjepit di satu ujung dan bebas di ujung lainnya, bagian atas mengalami tarik dan bagian bawah mengalami tekan di sepanjang balok, dengan momen maksimum di tumpuan jepit. Karena itu tulangan atas sangat vital pada kantilever.

Pada balok induk rangka kaku RC (balok menerus), akibat beban vertikal 'di bagian tengah bentang sisi bawah mengalami tarik', sedangkan 'di kedua ujung dekat kolom sisi atas mengalami tarik'. Oleh sebab itu tulangan bawah diperbanyak di tengah bentang dan tulangan atas diperbanyak di ujung balok.

Gaya Dalam pada Komponen dan Sisi Tarik/Tekan pada Balok

Poin penting


  • Tiga gaya dalam penampang adalah gaya aksial, momen lentur, dan gaya geser

  • Balok sederhana tertarik di sisi bawah, sedangkan balok kantilever tertarik di sisi atas dengan momen terbesar di ujung jepit

  • Pada balok rangka RC: tengah bentang mengalami tarik di bawah, sedangkan kedua ujung balok mengalami tarik di atas
KosakataArti
gaya aksial, momen lentur, dan gaya geser
balok sederhana dan balok kantilever
sisi tarik dan sisi tekan
ujung jepit (fixed end) dan bagian tengah bentang

Pola Keruntuhan Komponen RC dan Peran Tulangan Geser

Saat kolom dan balok RC menerima gaya gempa besar, terdapat dua jenis keruntuhan: 'keruntuhan lentur (daktail/ulet)' di mana tulangan utama meleleh secara bertahap, dan 'keruntuhan geser (getas)' akibat retak diagonal yang meruntuhkan daya dukung secara mendadak.

Apabila terjadi keruntuhan geser atau keruntuhan belah lekatan (bond-splitting failure) di sepanjang tulangan utama, bangunan dapat roboh seketika. Karena itu prinsip desain tahan gempa adalah mencegah keruntuhan geser.

'Sengkang kolom (obikin / hoop)' dan 'sengkang balok (abarakin / stirrup)' yang mengelilingi tulangan utama berfungsi menahan melebarnya retak geser miring serta meningkatkan kuat geser dan daktilitas (jinsei) komponen.

Selain itu, sengkang kolom dan balok mengekang beton inti di bagian dalam, mencegah tekuk (buckling / zakutsu) keluar pada tulangan utama yang tertekan, serta menjaga posisi tulangan utama.

Poin penting


  • Desain tahan gempa wajib mencegah keruntuhan geser yang getas dan mendadak

  • Sengkang kolom (obikin) dan sengkang balok (abarakin) mencegah keruntuhan geser dan meningkatkan keuletan

  • Sengkang juga berfungsi mengekang beton inti dan mencegah tekuk (buckling) pada tulangan utama tekan
KosakataArti
keruntuhan geser (getas) dan keruntuhan lentur
keruntuhan belah lekatan (bond-splitting failure)
sengkang kolom (obikin) dan sengkang balok (abarakin)
pencegahan tekuk (buckling) tulangan utama

Jenis Struktur Fondasi (Fondasi Dangkal & Fondasi Tiang) serta Kondisi Tanah

Struktur bawah yang menyalurkan beban bangunan ke tanah disebut 'fondasi', yang dibagi menjadi 'fondasi langsung (dangkal)' yang bertumpu langsung pada tanah keras dangkal dan 'fondasi tiang (pancang/bor)' yang meneruskan beban ke lapisan tanah dalam.

Fondasi langsung meliputi: 'fondasi telapak tunggal (isolated footing)' di bawah tiap kolom, 'fondasi menerus / lajur (strip footing)' di bawah deretan kolom atau dinding, dan 'fondasi rakit (mat/raft foundation)' berupa pelat tebal di seluruh dasar gedung.

Fondasi tiang menurut mekanisme dukungnya dibagi menjadi 'tiang dukung ujung (end-bearing pile)' yang bertumpu pada tanah keras dan 'tiang gesek (friction pile)' yang mengandalkan gesekan selimut tiang. Menurut pelaksanaannya dibagi menjadi 'tiang pracetak' dan 'tiang bor cor di tempat (cast-in-place pile seperti metode earth drill)'.

Pada tanah pasir lepas dengan muka air tanah tinggi, guncangan gempa menaikkan tekanan air pori secara drastis sehingga tanah berubah cair dan membuat bangunan miring/ambles, yang disebut 'fenomena likuifaksi (ekijōka)'.

Jenis Struktur Fondasi (Fondasi Dangkal & Fondasi Tiang) serta Kondisi Tanah

Poin penting


  • Fondasi langsung meliputi fondasi telapak, lajur, dan rakit; jenis fondasi tidak boleh dicampur agar tidak terjadi penurunan tidak merata

  • Fondasi tiang dibagi atas tiang dukung ujung vs tiang gesek, serta tiang pracetak vs tiang bor cor di tempat

  • Tanah pasir lepas jenuh air rawan mengalami fenomena likuifaksi saat gempa bumi
KosakataArti
fondasi langsung (telapak, lajur, dan rakit)
fondasi tiang (tiang dukung ujung dan tiang gesek)
tiang beton cor di tempat (metode earth drill)
likuifaksi pada tanah berpasir

Pengetahuan Dasar Struktur Baja, Kayu, Pasangan Blok, dan Bentuk Atap

Mata uji Struktur Bangunan pada ujian keterampilan juga mencakup struktur selain RC. Pada struktur baja (S), sambungan menggunakan baut mutu tinggi, las, atau baut biasa; sambungan gesek baut mutu tinggi menyalurkan gaya melalui gesekan antar pelat baja yang dijepit kuat.

Pelat baja penghubung untuk memasang ikatan angin (bracing) atau balok pada titik buhul disebut 'gusset plate'. Penampang profil baja H terdiri atas pelat mendatar atas-bawah yang disebut 'flens (flange)' dan pelat tegak di tengah yang disebut 'badan (web)'.

Pada konstruksi rangka kayu tradisional Jepang, batang diagonal pada bidang dinding vertikal untuk menahan beban angin dan gempa disebut 'sujikai' (sekur dinding), sedangkan batang diagonal pengaku sudut bidang lantai atau atap mendatar disebut 'hiuchizai'.

Untuk bentuk atap: atap pelana yang miring ke 2 arah disebut 'kirizuma yane', atap limasan/perisai yang miring ke 4 arah disebut 'yosemune yane', dan atap miring 1 arah disebut 'katanagare yane'. Pada struktur blok beton bertulang, tulangan vertikal dimasukkan ke lubang blok lalu diisi mortar/beton.

Poin penting


  • Pelat atas/bawah baja H adalah 'flange' dan pelat tegak tengah adalah 'web'; sambungan baut mutu tinggi menyalurkan gaya lewat gesekan

  • Pada struktur kayu: pengaku diagonal dinding vertikal adalah 'sujikai', pengaku sudut bidang mendatar adalah 'hiuchizai'

  • Bedakan dengan tepat antara atap pelana 2 arah (kirizuma) dan atap perisai/limasan 4 arah (yosemune)
KosakataArti
sambungan gesek baut mutu tinggi dan gusset plate
flens (flange) dan badan (web) profil baja H
sekur dinding (sujikai) dan pengaku sudut mendatar (hiuchizai)
atap pelana (kirizuma) dan atap limasan (yosemune)

Referensi resmi

💬