Struktur Cangkang

PENDAHULUAN

Cangkang adalah bentuk struktural berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai bentuk sembarang. Bentuk yang umum adalah permukaan yang berasal dari

1. Kurva yang diputar terhadap 1 sumbu (misalnya, permukaan bola, elips, kerucut, dan parabola),
2. Permukaan translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang di atas kurva bidang lainnya, (misalnya permukaan bola eliptik dan silindris)
3. Permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan 2 ujung segmen garis pada 2 kurva bidang (misalnya permukaan bentuk hiperbolik parabolid dan konoid)
4. Dan berbagai bentuk yang merupakan kombinasi dari yang sudah disebutkan di atas.

Bentuk cangkang tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang mungkin saja digunakan untuk suatu struktur. Bagaimanapun, tinjauan konstruksional mungkin akan membatasi hal ini.

Beban-beban yang bekerja pada cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan geser, tarik, dan tekan pada arah dalam bidang (in-plane) permukaan tersebut.Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahan Momen yang berarti Struktur cangkang tipis khusunya cocok digunakan untuk memikul beban merata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat. Struktur cangkang selalu memerlukan penggunaan cincin tarik pada tumpuannya.

Sebagai akibat cara elemen struktur ini memikul beban dalam bidang (terutama dengan cara tarik dan tekan), struktur cangkang dapat sangat tipis dan mempunyai bentang yang relatif besar. Perbandingan bentang tebal sebesar 400 – 500 saja digunakan (misalnya tebal 3 in. (8 cm) mungkin saja digunakan untuk kubah yang berbentang 100 sampai 125 ft (30 sampai 38 m). Cangkang setipis ini menggunakan material yang relatif baru dikembangkan, misalnya beton bertulang yang didesain khusus untuk membuat permukaan cangkang. Bentuk-bentuk 3 dimensional lain, misalnya kubah pasangan (bata), mempunyai ketebalan lebih besar, dan tidak dapat dikelompokkan struktur yang hanya memikul tegangan dalam bidang karena, pada struktur tebal seperti ini, momen lentur sudah mulai dominan.

Bentuk 3 dimensional juga dibuat dari batang-batang kaku dan pendek. Struktur seperti ini pada hakikatnya adalah struktur cangkang karena perilaku strukturalnya dapat dikatakan sama dengan permukaan cangkang menerus, hanya saja tegangannya tidak lagi menerus seperti pada permukaan cangkang, tetapi terpusat pada setiap batang. Struktur demikian baru pertama kali digunakan pada awal abad XIX. Kubah Schewedler, yang terdiri atas jaring-jaring batang bersendi tak teratur, misalnya, diperkenalkan pertama kali oleh Schwedler di Berlin pada tahun 1863, pada saat ia mendesain kubah dengan bentang 132 ft (48 m). Struktur baru lainnya adalah menggunakan batang-batang yang diletakkan pada kurva yang dibentuk oleh garis membujur dan melintang dari suatu permukaan putar. Banyak kubah besar di dunia ini yang menggunakan cara demikian.

Untuk menghindari kesulitan konstruksi yang ditimbulkan dari penggunaan batang-batang yang berbeda dalam membentuk permukaan cangkang, kita dapat menggunakan cara-cara lain yang menggunakan batang-batang yang panjangnya sama. Salah satu diantaranya adalah kubah geodesik yang diperkenalkan oleh Buckminster Fuller. Karena permukaan bola tidak dapat dibuat, maka banyaknya pola berulang identik yang akan dipakai untuk membuat bagian dari permukaan bola itu akan terbatas. Icosohedron bola, misalnya, terdiri atas 20 segitiga yang dibentuk dengan menghubungkan lingkaran-lingkaran besar yang mengelilingi bola. Tinjauan geometris demikian inilah yang digunakan oleh Fuller. Kita harus berhati-hati dalam menggunakan cara seperti ini karena sifat strukturnya dapat membingungkan. Keuntungan struktural yang didapat tidak selalu lebih besar daripada bentuk kubah lainnya.

Bentuk-bentuk lain yang bukan merupakan permukaan putaran juga dapat dibuat dengan menggunakan elemen-elemen batang. Beberapa di antaranya adalah atap barrel ber-rib dan atap Lamella yang terbuat dari grid miring seperti pelengkung yang membentuk elemen-elemen diskrit. Bentuk yang disebut terakhir ini yang terbuat dari material kayu sangat banyak dijumpai, tetapi baja maupun beton bertulang juga dapat digunakan. Dengan sistem Lamella, kita dapat mempunyai bentangan yang sangat besar.

Daftar pustaka :

Structure ; Daniel Schodek