Teknik struktur

Burj Khalifa ketika masih dalam proses konstruksi.

Teknik struktur atau rekayasa struktur adalah bidang ilmu teknik yang berhubungan dengan analisis dan desain struktur yang menyokong atau menahan beban. Teknik struktur biasanya berada di dalam teknik sipil, tetapi juga bisa terpisah.^[1]

Insinyur teknik struktur biasanya terlibat dalam desain bangunan dan struktur non-bangunan yang besar,^[2] tetapi mereka juga bisa terlibat dalam desain mesin, peralatan medis, kendaraan, atau benda lainnya yang terkait dengan integritas struktural yang terkait dengan fungsi atau keamanan benda tersebut. Insinyur teknik struktur harus memastikan desain mereka sesuai dengan kriteria desain, berdasar pada keamanan atau performa bangunan.

Teori teknik struktur berdasar pada hukum fisika dan pengetahuan empiris mengenai performa struktur berdasarkan material dan geometri tertentu. Teknik struktur disarankan membuat desain yang sesederhana mungkin dengan tidak meninggalkan tujuan awal dibuatnya struktur, terutama jika terkait dengan efisiensi pendanaan atau keterbatasan ruang.^[2]

Spesialisasi

Struktur bangunan

Teknik bangunan struktural mencakup semua aspek teknik struktur yang terkait dalam mendesain bangunan. Teknik bangunan struktural adalah cabang teknik struktur yang terdekat dengan arsitektur.

Teknik bangunan struktural digerakkan oleh merekayasa secara kreatif dari bahan dan bentuk berdasarkan prinsip matematika dan sains untuk mencapai tujuan memenuhi persyaratan fungsi yang dibutuhkan dan aman secara struktural ketika diberikan beban yang mungkin akan diterima oleh struktur. Berbeda dengan desain arsitektur yang merekayasa bahan, bentuk, massa, ruang, volume, tekstur, dan pencahayaan untuk mencapai tujuan fungsional, estetika, dan artistik.

Desain struktural untuk bangunan harus memastikan bahwa bangunan mampu berdiri tegak dan aman, mampu berfungsi tanpa defleksi yang berlebihan atau pergerakan yang mungkin mampu menyebabkan kelelahan dari elemen struktural, retak, rangkak, dan masalah struktural lainnya. Desain juga harus memperhitungkan batas toleransi dari suatu bahan yang akan digunakan untuk membangun. Selain itu, kondisi kerja seperti ventilasi, pengaturan udara, kelistrikan, pencahayaan, dan sebagainya juga harus diperhitungkan, termasuk keselamatannya. Desain struktural dari bangunan modern bisa sangat rumit hingga membutuhkan sejumlah besar tim untuk menyelesaikannya.

Teknik struktur gempa

Tujuan utama teknik struktur gempa adalah untuk memahami interaksi antara struktur dengan getaran tanah untuk mengetahui konsekuensi dari gempa yang mungkin akan terjadi, dan mendesain serta membangun struktur yang tahan gempa.

Struktur tahan gempa bukanlah struktur yang sangat kuat seperti piramida Suku Maya. Bahkan struktur yang sangat kaku merupakan bangunan yang rentan hancur oleh gempa. Piramida dikategorikan tahan gempa karena memiliki luas permukaan yang menyentuh tanah yang luas jika dibandingkan dengan tingginya. Sedangkan sebagian besar bangunan modern mejulang tinggi dengan luas alas bangunan yang tidak sebanding dengan tingginya.

Teknik sipil struktural

Teknik sipil struktural mencakup semua ilmu teknik struktur yang terkait dengan lingkungan pembangunan. Hal ini mencakup:

Teknik sipil struktural sering kali dihadapkan dengan hambatan tinggi, seperti variasi temperatur yang besar, beban dinamis seperti ombak atau lalu lintas, tekanan tinggi dari air atau gas bertekanan, dan lingkungan korosif.

Struktur mekanis

Prinsip teknik struktur diaplikasikan pada berbagai jenis struktur mekanis yang bergerak setiap saat ketika digunakan. Desain struktur statis mengasumsikan bahwa geometri struktur tidak berubah (meski kenyataannya geometri struktur statis selalu berubah, tetapi sangat kecil hingga bisa diabaikan). Desain struktur mekanis harus memperhitungkan berbagai faktor kelelahan bahan, variasi beban yang mampu ditangani, dan defleksi akibat pergerakan struktur mekanis. Teknik struktur mekanis sangat dekat dengan teknik mesin, bahkan dipelajari di dalam teknik mesin dan ilmu teknik lainnya seperti teknik perkapalan dan teknik penerbangan.

Bagian-bagian mesin dapat dihadapkan ke gaya yang besarnya bisa bervariasi secara signifikan, dan terjadi berulang-ulang pada laju yang sangat besar. Misal gaya pada sayap pesawat terbang bisa bervariasi tergantung pada ketinggian, posisi atau kemiringan, dan kondisi (lepas landas atau mendarat). Perubahan gaya ini bisa terjadi ribuan kali sepanjang usia penggunaan pesawat.

Sedangkan pada komponen mesin, misal piston, dapat terjadi perubahan gaya yang cukup besar sebanyak ribuan kali dalam semenit, dan selama bekerja, piston menerima temperatur yang tinggi. Desain struktural mekanis seperti ini harus memastikan bahwa struktur mampu menahan kondisi seperti itu dalam batas waktu usia pemakaian yang diizinkan.

Struktur berikut ini membutuhkan pekerjaan dari teknik struktur mekanis:

Sejarah teknik struktur

Pengetahuan mengenai teknik struktur bisa dilihat pertama kali pada piramida bertingkat yang dibangun Imhotep untuk firaun Djoser. Imhotep merupakan manusia pertama yang dikenal sebagai ahli struktur bangunan. Piramida merupakan bentuk struktur yang paling umum yang dibangun pada zaman kuno karena bentuk struktur piramida diketahui stabil dan secara teori bisa dibangun hingga ketinggian yang tak terbatas.^[3]

Namun bentuk bukanlah hal yang mutlak dibutuhkan dalam integritas bangunan. Integritas piramida tetap terjaga karena batu yang berada di bawahnya mampu menunjang beban yang berada di atasnya.^[4] Batu kapur, bahan yang digunakan untuk membangun piramida, memiiki kekuatan tekan antara 30 hingga 250 MPa. Beban di atasnya tidak melebihi kekuatan tekan pidamida, batu kapur tidak akan rusak karena tekanan dari beban di atasnya.^[5]

Pada abad pertengahan, kebanyakan desain dan konstruksi arsitektural dilakukan oleh tukang batu (masonry) dan tukang kayu (carpenter), menjadikan peran master builder menjadi terkenal. Ketika itu, pengetahuan mengenai struktur begitu terbatas dan mereka melakukannya hanya berdasarkan pada pengalaman dan eksperimen yang hasilnya hanya diketahui oleh kalangan sendiri. Struktur yang dibangun cenderung sama, dan hanya mengalami peningkatan sedikit demi sedikit hingga cukup monumental untuk dikenang sejarah.^[3]

Meski tidak ada catatan pasti mengenai perhitungan kekuatan dan sifat bahan struktur bangunan, pekerjaan ini terus berkembang hingga Revolusi Industri menjadikan beton diproduksi secara massal. Sebelumnya pada abad Renaisans pemahaman fisika modern dimulai oleh Galileo dan Newton tetapi tidak menyentuh secara langsung teknik struktur; seolah pengetahuan masih dipegang masing-masing kelompok. Perlahan ilmu fisika mulai menyentuh teknik struktur dan pada tahun 1970-an telah dimulai analisis berbasis komputer.^[6]^[7]

Garis waktu sejarah perkembangan teknik struktur

Galileo Galilei mempublikasikan buku "Two New Sciences" yang memuat inspeksi yang ia lakukan terhadap kegagalan struktur sederhana

1452–1519 Leonardo da Vinci membuat berbagai berbagai kontribusi dalam geometri dan membuat desain jembatan yang baru dan akan direalisasikan pada abad ke-21.^[8]
1638: Galileo Galilei mempublikasikan buku "Two New Sciences" yang memuat inspeksi yang ia lakukan terhadap kegagalan struktur sederhana
1660: Hukum Hooke dipublikasikan oleh Robert Hooke
1687: Isaac Newton mempublikasikan "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" yang berisi Hukum gerak Newton
1750: Persamaan balok Euler–Bernoulli
1700–1782: Daniel Bernoulli memperkenalkan prinsip kerja virtual
1707–1783: Leonhard Euler mengembangkan teori penekukan kolom
1826: Claude-Louis Navier mempublikasikan risalah sifat elastis struktur
1873: Carlo Alberto Castigliano mempresentasikan dalam disertasinya, "Intorno ai sistemi elastici", yang berisi teorinya untuk menghitung perpindahan sebagai turunan parsial dari energi tegangan
1936: Publikasi Hardy Cross tentang metode persebaran momen yang lalu dikenal sebagai bentuk metode relaksasi dapat diaplikasikan pada permasalahan struktur di jaringan pipa
1941: Alexander Hrennikoff memasukkan tesisnya di Institut Teknologi Massachusetts tentang masalah elastisitas dari diskretisasi bidang menggunakan model kerangka kisi
1942: Richard Courant membagi domain permodelan menjadi subregional terbatas
1956: Karya J. Turner, R. W. Clough, H. C. Martin, dan L. J. Topp's yang berjudul "Stiffness and Deflection of Complex Structures" (kekakuan dan defleksi struktur kompleks) memperkenalkan metode elemen terbatas yang saat ini digunakan secara luas

Referensi

^ "History of Structural Engineering". University of San Diego. Diakses tanggal 2 Desember 2007.
^ ^a ^b "What is a structural engineer". Institution of Structural Engineers. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-09-29. Diakses tanggal 2 Desember 2007.
^ ^a ^b Victor E. Saouma. "Lecture notes in Structural Engineering" (PDF). Universitas Colorado. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2016-04-07. Diakses tanggal 2 November 2007.
^ Fonte, Gerard C. A. Building the Great Pyramid in a Year : An Engineer's Report (Laporan). Algora Publishing: New York. hlm. 34.
^ unknown. "Some Useful Numbers on the Engineering Properties of Materials (Geologic and Otherwise)" (PDF). Stanford University. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2012-06-16. Diakses tanggal 5 Desember 2013.
^ "ETABS receives "Top Seismic Product of the 20th Century" Award" (PDF). Press Release. Structure Magazine. 2006. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2012-11-27. Diakses tanggal 20 April 2012.
^ Key Note Speaker Ashraf Habibullah, Biography (PDF). NEDAASC 2009 International Convention. Embassy Suites, Anaheim, California: NED Alumni Association of Southern California. 18 Juli 2009. hlm. 6. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-06-16. Diakses tanggal 20 April 2012.
^ Levy, Daniel S. (4 Oktober 1999). "Dream of the Master". Time Life.

Bahan bacaan terkait

Blank, Alan; McEvoy, Michael; Plank, Roger (1993). Architecture and Construction in Steel. Taylor & Francis. ISBN 0-419-17660-8.
Bradley, Robert E.; Sandifer, Charles Edward (2007). Leonhard Euler: Life, Work and Legacy. Elsevier. ISBN 0-444-52728-1.
Chapman, Allan (2005). England's Leornardo: Robert Hooke and the Seventeenth Century's Scientific Revolution. CRC Press. ISBN 0-7503-0987-3.
Dugas, René (1988). A History of Mechanics. Courier Dover Publications. ISBN 0-486-65632-2.
Feld, Jacob; Carper, Kenneth L. (1997). Construction Failure. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-57477-5.
Galilei, Galileo (1954). Dialogues Concerning Two New Sciences. Diterjemahkan oleh Crew, Henry; de Salvio, Alfonso. Courier Dover Publications. ISBN 0-486-60099-8.
Hewson, Nigel R. (2003). Prestressed Concrete Bridges: Design and Construction. Thomas Telford. ISBN 0-7277-2774-5.
Heyman, Jacques (1998). Structural Analysis: A Historical Approach. Cambridge University Press. ISBN 0-521-62249-2.
Heyman, Jacques (1999). The Science of Structural Engineering. Imperial College Press. ISBN 1-86094-189-3.
Hosford, William F. (2005). Mechanical Behavior of Materials. Cambridge University Press. ISBN 0-521-84670-6.
Hoogenboom, P.C.J. (1998). "Section 1.3 Historical Overview of Structural Concrete Modelling". Discrete Elements and Nonlinearity in Design of Structural Concrete Walls. ISBN 90-901184-3-8.
Kirby, Richard Shelton (1990). Engineering in History. Courier Dover Publications. ISBN 0-486-26412-2.
Labrum, E.A. (1994). Civil Engineering Heritage. Thomas Telford. ISBN 0-7277-1970-X.
Lewis, Peter R. (2004). Beautiful Bridge of the Silvery Tay. Tempus.
Mir, Ali (2001). Art of the Skyscraper: the Genius of Fazlur Khan. Rizzoli International Publications. ISBN 0-8478-2370-9.
Nedwell, P.J.; Swamy, R.N., ed. (1994). Ferrocement:Proceedings of the Fifth International Symposium. Taylor & Francis. ISBN 0-419-19700-1.
Rozhanskaya, Mariam; Levinova, I. S. (1996). "Statics". Dalam Morelon, Régis; Rashed, Roshdi. Encyclopedia of the History of Arabic Science. 2–3. Routledge. ISBN 0-415-02063-8.
Whitbeck, Caroline (1998). Ethics in Engineering Practice and Research. Cambridge University Press. ISBN 0-521-47944-4.