STRUKTUR CANGKANG (SHELL STRUCTURE)

PENGERTIAN

1. Cangkang (Shell) adalah salah satu bentuk dari jenis konstruksi yang luar biasa
2. Kata cangkang (shell) diambil dari bentuk-bentuk yang ada di alam yaitu bentuk cangkang telur, kepiting, keong dsb.  Sifat dari bentuk tersebut tipis, kaku, melengkung tapi kokoh, ditiru manusia dalam pembuatan struktur untuk bangunan yang membutuhkan ruang besar.
3. Cangkang (Shell) adalah bentuk struktural berdimensi tiga yang kaku dan tipis sertamempunyai permukaan lengkung. 
4. Gaya-gaya yang harus didukung dalam struktur cangkang disalurkan secara merata melalui permukaan bidang sebagai gaya-gaya membran yang diserap oleh elemen strukturnya.
5. Gaya-gaya disalurkan melalui permukaan bidang sebagai gaya-gaya  normal, dengan demikian tidak terdapat gaya lintang dan momen lentur.
6. Struktur shell diperhitungkan untuk memikul tegangan-tegangan langsung berupa tekan, tarik dan geser.
7. Termasuk dalam klasifikasi Surface Active System dimana gaya bekerja dan disalurkan melalui seluruh bidang permukaan.
   
   
   
   Konsep dari struktur cangkang (shell) dapat dipahami seperti ilustrasi disamping ini: 
   
   
   1. Sehelai kertas dapat melendut karena beban sendiri.
   2. Kertas yang digulung dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan. 
   3. Bentuk silinder juga dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan. 
   4. Kertas dapat tertekuk (roboh) karena beban yang berat. 
   5. Penguatan ujung silinder dapat menahan tekukan.
   
   
   
   
   
   
   Persyaratan Struktur Cangkang 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.
   
   
   Prinsip pembebanan dalam sebuah shell dapat dibagi:
   
   1. Lokal, yang menentukan geometri dari permukaan segera di sekitar suatu titik.
   
   2. Umum atau Keseluruhan, yang menerangkan bentuk dari permukaan sebagai suatu keseluruhan.
   
   
   
   Bentuk-bentuk ShellShell mempunyai variasi bentuk yang tak terhingga. Secara umum bentuk-bentuk shell dapat digolongkan dari berbagai cara (metoda) penggolongan:
   
   
   A.Berdasarkan bentuk terjadinya, shell dibagi atas:
   1.Rotational Surface (bidang putaran)
   
   Adalah bidang yang diperoleh bilamana suatu garis lengkung yang datar diputar terhadap suatu sumbu. Shell dengan permukaan rotational dapat dibagi tiga yaitu Spherical Surface, Elliptical Surface, Parabolic Surface.

   
   
   
   
   
   2.   Transitional Surface (bidang geseran)
                    Adalah bidang yang diperoleh bila mana ujung–ujung suatu garis lurus digeser pada dua bidang sejajar. Shell dengan permukaan transitional dibagi dua yaitu Cylindrical SurfacedanElliptical Surface
   
   
   
   3.   Translational Surface
                Adalah bidang yang diperoleh dengan garis lengkung yang datar digeser sejajar diri sendiri terhadap garis lengkung yang datar lainnya. Shell dengan translational dibagi menjadi Hyperbolic Paraboloid dan Conoid.
   
   
   
   
   B.Berdasarkan bentuk geometris, shell dibagi atas:
   1.Shell silindrical (silinder)
   2.Shell conical (kerucut)
   3.Shell domical (dome)
   4.Shell Torus
   5.Shell Hyperbolic (hiperbola)
   6.Shell Hyperbolic paraboloid / Hypar (hyperbolis parabola)
   7.Shell Elliptical paraboloid
   8.Shell Conoid (Konoid)
   9.Shell dengan bentuk bebas (Free form shell)
    
   
    
   C. Berdasarkan penggolongan kedudukan kurva, shell dibagi atas:
   1.Kurva-kurva membuka kearah yang sama (synclastic)
   2.Kurva-kurva kearah yang saling berlawanan (antisynclastic) 
   
   
    
   
   D. Berdasarkan kelengkungan permukaan, shell dibagi atas:
   
   
   1. Singly curved shell, terbentuk dari perpindahan bidang lengkung. 
   
   2. Doubly curved shell with principle curves in the same direction (domical shell)  dibentuk dengan memutar bidang lengkung terhadap sumbu pada bidang tersebut dan membentuk lengkungan kearah sumbunya. Doubly curved shell with principle curves in opposite direction (hiperbolikparaboloid).
   
   3. Doubly curved shell with principle curve in the same and opposite direction yang memberikan contoh prinsip-prinsip alternative arah lengkungan.
   
    TEORI DAN ANALISA
   
   Cangkang atau shell yang tipis dapat memikul suatu beban dengan tegangan-tegangan membran, dan bahwa tegangan-tegangan membran yang dikerahkan didalam suatu kulit kerang terutama tergantung kepada kondisi-kondisi tumpuan perbatasannya. Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk menimbulkan tegangan membran murni didalam sebuah kulit kerang, antara lain:
   •     Gaya-gaya reaktif pada perbatasan kulit kerang harus sama dan berlawanan dengan gaya-gaya membran pada perbatasan yang ditimbulkan oleh beban
   •   Tumpuan harus mengijinkan perbatasan kulit kerang untuk mengalami perindahan yang ditimbulkan oleh regangan membran.
   Kalau salah satu atau keduanya tidak terpenuhi, maka akan timbul tegangan lentur didalam kulit kerang yang disebabkan oleh:
   1.    Gaya meridional, merupakan gaya internal pada cangkang aksimetris yang terbagi rata dan dinyatakan dalam gaya per satuan luas.
   2.      Gaya-gaya melingkar, dinyatakan sebagai gaya persatuan panjang yang dapat diperoleh dengan meninjau keseimbangan dalam arah transversal.
   3.   Distribusi gaya, distribusi gaya melingkar dan meredional dapat diperoleh dengan memplot persamaan kedua gaya tersebut. Gaya meredional selalu bersifat tekan, sementara gaya melingkar mengalami transisi pada sudut tertentu.
   4.      Gaya terpusat, beban ini harus dihindari dari struktur cangkang.  
   5.    Kondisi tumpuan, kondisi ini sangat mempengaruhi perilaku dan desain struktur. Secara ideal tumpuannya tidak boleh menimbulkan momen lentur pada permukaan cangkang. 
   6.   Tegangan membran didalam kulit kerang tipis, merupakan suatu membran melengkung yang cukup tipis untuk mengerahkan tegangan-tegangan lentur yang dapat diabaikan pada sebagian besar permukaannya, akan tetapi cukup tebal sehingga tidak akan menekuk di bawah tegangan-tegangan tekan kecil, seperti yang akan terjadi pada suatu membran.
   
   
   
   
   
   
   
   
    ideal.