PADURAKSA: Jurnal Teknik Sipil Universitas Warmadewa Juni 2023, Volume 12: Nomor 1
DOI 10.22225/pd.12.1.6076.76-84
Available Online at https://www.ejournal.warmadewa.ac.id/index.php/paduraksa

## ANALISIS KEKUATAN ATAP KUBAH DENGAN STRUKTUR RANGKA KAYU KELAPA
P. Adi Yasa 1,* , Decky Cipta Indrashwara 1
1 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Pendidikan Nasional, Denpasar, Bali, Indonesia *Corresponding authors: adiyasa@undiknas.ac.id
Submitted: 1 December 2022, Revised: 30 January 2023, Accepted: 24 February 2023
ABSTRACT: The dome roof truss structure with coconut wood is an innovation initiated by CV. Bali Mandala on one of their projects  located  in  Hawaii.  Where  the  main  material  uses  coconut  wood  which  has  been  treated  first  to  increase  termite  and  fire resistance. This dome roof has a unique floral patterned truss structure, because of this unusual shape of the structure, so to ensure that the structure is safe and can be marketed widely, it is necessary to complete a feasibility test. The limited facilities for direct wind load  testing  are  the  reasons  why  analysis  with  three-dimensional  (3D)  computer  modeling  is  needed.  To  be  able  to  obtain  the appropriate structural behavior between reality and the 3D model, validation was carried out by trial and error on the elasticity of the wood to obtain the appropriate deformation between the structure in the field and the 3D model. The validated 3D model is provided with roof loads, wind and snow loads following ASCE 7-22 provisions for the Hawaii area. From the combination of service load (D+Lr) the maximum deformation is 20.7 mm while the maximum allowable deflection is 30 mm. The tensile, compressive, shear, and flexural capacity of wooden elements, is checked based on the Allowable Stress Design Method (ASD) SNI 7973: 2013, where the compressive, tensile, shear, and flexural stresses due to the load are smaller than the allowable stress. So, from the results of stress control and deflection which are still below the limit value, it can be said that the dome roof with the coconut wood frame structure is safe and can be applied.
KEYWORDS : ASCE; allowable stress design; coconut wood; dome roof; validation.
ABSTRAK: Struktur atap kubah dengan kayu kelapa merupakan inovasi baru yang dicetuskan oleh CV. Bali Mandala pada salah satu  projek  mereka  yang  berlokasi  di  Hawaii.  Dimana  material  utama  menggunakan  kayu  kelapa  yang  telah  di  treatment  terlebih dahulu untuk meningkatkan ketahanan rayap dan api. Atap kubah ini memiliki struktur yang unik yaitu barupa rangka bermotif bunga, karena  bentuk  struktur  yang  tidak  umum,  maka  untuk  memastikan  bahwa  struktur  aman  dan  dapat  dipasarkan  secara  luas  perlu dilakukan  uji  kelayakan.  Keterbatasan  fasilitas  untuk  uji  beban  angin  secara  langsung  menjadi  alasan  diperlukan  analisis  dengan pemodelan tiga dimensi (3D) pada komputer. Untuk bisa memperoleh perilaku struktur yang sesuai antara kenyataan dan model 3D, maka dilakukan validasi dengan trial and error pada elastisitas kayu hingga memperoleh deformasi  yang sesuai antara struktur  di lapangan dan model 3D. Model 3D yang sudah tervalidasi diberikan beban atap, beban angin dan salju yang sesuai dengan ketentuan ASCE 7-22 untuk daerah Hawaii. Dari kombinasi beban layan (D+Lr) didapat deformasi maksimum sebesar 20.7 mm sedangkan lendutan  maksimum  yang  dizinkan  adalah  30  mm.  Untuk  kapasitas  tarik,  tekan,  geser dan  lentur  elemen  kayu  dicek  berdasarkan Metode Desain Tegangan  Izin (DTI) SNI 7973:2013, dimana tegangan tekan, tarik, geser dan lentur akibat beban lebih kecil dari tegangan izinnya. Sehingga dari hasil kontrol tegangan dan lendutan yang masih dibawah nilai batasnya, maka dapat dikatakan atap kubah dengan struktur rangka kayu kelapa aman dan dapat diaplikasikan.
KATA KUNCI : ASCE; desain tegangan izin; kayu kelapa; atap kubah; validasi.
© The Author(s) 2020. This article is distributed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license.

## 1 PENDAHULUAN
Atap  kubah  adalah  salah  satu  jenis  atap  yang cukup  populer  dan  banyak digunakan  pada  bangunan ikonik  karena  bentuknya  yang  estetik  seperti  masjid, gereja,  sekolah,  kuil  dan  lain  sebagainya.  Umumnya pengguanaan  atap  kubah  juga  dipilih  karena  dapat memberikan kondisi suhu ruangan yang lebih nyaman, seperti  membuat  udara  lebih  sejuk  saat  musim  panas (Faghih  &  Bahadori,  2011),  hal  ini  terjadi  karena kondisi  atap  yang  melengkung  dapat  menjaga  suhu udara  tetap  rendah  sepanjang  musim  panas  dan memantulkan  radiasi  lebih  baik  jika  dibanding  jenis
atap lainnya (Runsheng et al., 2003). Umumnya rangka batang  struktur  kubah  menggunakan  material  baja dengan  pola  segiempat  atau  segitiga,  namun  untuk meningkatkan  estetika  bangunan,  CV.  Bali  Mandala berinovasi membangun kubah dengan struktur rangka ekspose bermotif bunga dari material kayu kelapa.
Kayu  kelapa  dilih  karena  memiliki  corak  yang estetik serta mudah untuk didapat khususnya di daerah tropis  seperti  Indonesia.  Selain  sisi  estetika, penggunaan  kayu  kelapa  sebagai  alternatif  dari  kayu konvensional dikatakan environmental friendly karena jenis  ini  diambil  dari  perkebunan  rakyat  tanpa  perlu
merusak  hutan  (Rangkang  et  al.,  2016).  Kayu  kelapa masuk dalam kelas awet III serta memiliki berat jenis rata-rata  0.74  (Indrosaptono  et  al.,  2014),  agar  dapat digunakan  secara  optimal,  jenis  kayu  yang  masuk dalam kelas awet III, IV dan V perlu diawetkan terlebih dahulu  (Bachtiar,  2007).  Dimana  pengawetan  kayu kelapa  menggunakan  boraks  dan  asam  borat  dengan metode  vakum  tekan  untuk  meningkatkan  ketahanan terhadap serangan rayap (Darmono et al., 2013).
Selain  tahan  terhadap  serangan  rayap,  syarat utama  lain  penggunaan  kayu  pada  bangunan  adalah ketahanan  api  yang  memadai  untuk  memberikan  rasa aman pada pengguna (Ostman et al., 2001). Sifat kayu yang mudah terbakar ini disebabkan karena kandungan 50% karbon, 6% hydrogen, dan 44% oksigen. Dalam kondisi adanya api dan udara yang cukup, unsur kimia ini  terurai  menjadi  komponen  yang  mudah  terbakar seperti karbon monoksida, karbon dioksida, hydrogen serta metana (ASTM  E69,  2002). Sehingga pengawetan  yang  sekaligus  meningkatkan  ketahanan api  dengan  menambahkan  bahan  penghambat  perlu dilakukan  (Effendi,  2007).  Selain  meningkatkan ketahanan  rayap,  peran  boraks  dan  asam  borat  pada kayu  kelapa  juga  berguna  sebagai  bahan  penghambat api, dimana senyawa boron menghambat pembakaran dengan cara memutus ikatan oksigen pada bahan yang terbakar (Dayadi, 2021). Kandungan boraks pentahidrat  serta  boraks  dekahidrat  pada  senyawa boron  berperan  menghambat  api  pada  bahan  yang mengandung selulosa (kayu). Saat terpapar api, unsur boron  membentuk  lapisan  kaca  yang  mengurangi penyebaran  pembakaran  (Can  et  al.,  2018).  Selain meningkatkan  ketahanan  terhadap  rayap  dan  api, penggunaan  boraks  dan  asam  borat  dipilih  karena memiliki  toksisitas  yang  rendah  (Yamauchi  et  al., 2007).
Karena  atap  kubah  dibangun  menggunakan system  struktur  yang  unik,  maka  perlu  dilakukan  uji kelayakan  untuk  memastikan  bahwa  struktur  aman serta  mampu  dipasarkan  secara  luas.  Karena  target pemasarannya  juga  mencangkup  ekspor  ke  United States of America (USA) maka peraturan beban-beban yang  digunakan  perlu  mengacu  ASCE  7  khususnya untuk beban angin dan salju.
Uji kelayakan struktur dilakukan dengan analisis pada  model  komputer,  hal  ini  dilakukan  karena beberapa  alasan  diantaranya  adalah:  keterbatasan fasilitas  untuk  menguji  beban  angin  secara  langsung pada struktur, dan struktur tidak diizinkan diuji sampai melampaui  batas  elastisnya.  Oleh  sebab  itu,  opsi analisis  dengan  model  elemen  hingga  pada  komputer dirasa  menjadi  pilihan  terbaik.  Untuk  memperoleh struktur yang memiliki karakteristik yang dekat dengan kondisi  lapangan,  maka  dilakukan  serangkaian  uji validasi.
Uji  validasi  dilakukan  dengan  dua  variasi pembebanan, tahap pertama adalah dengan memberikan  baban  vertical  terpusat  pada  joint  untuk
memperoleh  deformasinya.  Dimana  deformasi  ini digunakan  sebagai  parameter  yang  dibandingkan antara  lapangan  dan  model  3D.  Dalam  penyesuaian model 3D, variable yang disesuaikan adalah elastisitas dari  material  kayu  dan  pipa  besi  yang  digunakan sebagai  bagian  dari  struktur  kubah.  Uji  beban  tahap kedua adalah dengan memberikan beban secara merata pada  permukaan  kubah.  Beban  yang  diberikan tentunya  sesuai  dengan  batas  beban  layan,  sehingga strutur  masih  dalam  zona  elastisnya.  Hasil  uji  tahap kedua  masih  serupa  dengan  tahap  pertama,  yaitu melihat deformasi yang terjadi serta membandingkannya dengan model komputer. Pengujian  tahap  kedua  bertujuan  untuk  memastikan kembali  bahwa  model  sudah  mendekati  kondisi struktur dilapangan.
Model  yang  sudah  tervalidasi  selanjutnya dianalisis  dengan  metode  desain  tegangan  izin  (DTI) untuk melihat besarnya tegangan maksimum baik pada kondisi tarik, tekan, geser dan lentur. Tegangan akibat beban tidak boleh melampaui batasan izinnya, dimana tegangan  izin  diperoleh  berdasarkan  kelas  kuat  kayu serta  berat  jenis  kayu  (PKKI,  1961).  Sedangkan tegangan  akibat  beban  diambil  dari  kombinasi maksimum  yang  diatur  pada  SNI  1727-2020  (BSN, 2020).  Selain  itu,  deformasi  maksimum  akibat  beban layan  juga  tidak  boleh  melampaui  lendutan  izinnya. Jika semua persyaratan terpenuhi, maka struktur kubah dapat dikatakan layak untuk diaplikasikan.

## 2 METODOLOGI
Uji  kelayakan  atap  kubah  dilakukan  dengan analisis  model  elemen  hingga  secara  3D.  Hal  ini diterapkan  mengingat  terdapat  beberapa  keterbatasan pada  pengujian  struktur,  diantaranya:  fasilitas pengujian  beban  angin  secara  langsung  yang  tidak memadai, serta struktur kubah yang tidak diperkenankan diuji hingga melampaui batas elastisitasnya. Oleh sebab itu, opsi analisis model 3D dirasa  menjadi  pilihan  yang  paling  layak.  Namun sebelum  dilakukan  analisis  perlu  dilakukan  validasi agar  model  dapat  mewakili  karaktristik  dari  struktur aslinya.
Dalam proses validasi antara model dan lapangan terdapat  parameter  yang  dibandingkan  serta  variable yang  disesuaikan.  Parameter  yang  dimaksud  adalah deformasi  antara  struktur  di  lapangan  dengan  model 3D, sedangkan variable yang perlu disesuaikan adalah elastisitas material utama beserta pendukungnya.
Deformasi struktur yang digunakan sebagai acuan dalam proses validasi diperoleh melalui uji beban yang dibahas  pada  bagian  2.1  dan  2.2.  Sedangkan  dalam analisis  model  3D,  besarnya  beban  angin  dan  salju dihitung berdasarkan ASCE 7-22 untuk lokasi Hawai seperti yang diuraikan pada bagian 2.4 serta 2.5.
Model  3D  yang  telah  tervalidasi  selanjutnya dianalisis  berdasarkan  metode  Desain  Tegangan  Izin (DTI),  dimana  tegangan  akibat  beban  kombinasi
maksimum  tidak  boleh  melampaui  tegangan  yang diizinkan.  Selain  itu  kontrol  lendutan  pada  kondisi beban layan juga tidak diizinkan melampaui lendutan maksimumnya.  Jika  lendutan  dan  tegangan  tidak melampaui batas  yang diizinkan, maka struktur dapat dikatakan aman.

## 2.1 Uji Beban Tahap Pertama
Uji beban pada struktur kubah dilakukan dengan dua  tahapan,  dimana  tahap  pertama  beban  diberikan secara terpusat pada tujuh titik joint sebesar 60 kg dan 120  kg.  Besarnya  beban  terpusat  dipilih  berdasarkan beban  layan  atap  pada  SNI  1727-2020  dan  tributary area.  Untuk  posisi  beban  terpusat  ditampilkan  sesuai dengan  Gambar  1,  dimana  deformasi  dari  uji  beban tahap  pertama  digunakan  untuk  memvalidasi  model 3D.  Hal  ini  bertujuan  menyesuaikan  perilaku  antara kondisi lapangan dengan model komputer.
Gambar 1. Tujuh Joint Penempatan Beban Terpusat dan

## Pencatatan Lendutan
Struktur utama atap kubah menggunakan material Kayu Kelapa yang digambarkan dengan garis biru pada Gambar  1,  sedangkan  garis  merah  menampilkan material pipa besi yang berperan sebagai pendukungnya.  Maka  dalam  proses  validasi,  variabel yang  disesuaikan adalah  elastisitas  material  kayu  dan pipa  besi,  dimana  penyesuaian  elastisitas  antara material kayu dan besi ini dilakukan secara bersamaan dengan trial  and  error sampai  diperoleh  deformasi yang cukup dekat.

## 2.2 Uji Beban Tahap Kedua
Pada tahap kedua, beban yang diterapkan adalah berupa  beban  merata  di  seluruh  permukaan  atap. Besarnya  beban  merata  diambil  sebesar  80  kg/m 2 , dimana  nilai  ini  sedikit  lebih  besar  dari  beban  hidup layan  (Lr)  sebesar  50  kg/m 2 (beban  layan  =  D+Lr). Deformasi  dari  uji  tahap  kedua  dicatat  dan  hasilnya dibandingkan dengan model 3D yang sudah tervalidasi pada  uji  tahap  pertama.  Tujuan  dari  pengujian  ini adalah  untuk  memastikan  bahwa  deformasi  struktur secara pasti dapat diwakilkan dengan model 3D pada komputer.
Gambar 2. Uji Beban Tahap Pertama dengan Beban Terpusat pada Salah Satu Joint
Gambar 3. Uji Beban Tahap Kedua dengan Memberikan Beban Merata pada Permukaan Kubah
Pada saat beban uji dilepaskan, perpindahan yang terjadi pada masing-masing  joint perlu dicek kembali dan  perlu  dipastikan  bahwa  deformasi  kembali  pada posisi awalnya. Hal ini dimaksudkan untuk memastikan  bahwa  struktur  masih  dalam  kondisi elastis,  sedangkan  pengujian  dengan  kondisi  beban maksimum akan dilakukan pada model 3D.

## 2.3 Material Kayu Kelapa
Rangka  utama  atap  kubah  menggunakan  kayu kelapa atau dikenal dengan nama ilmiah cocos nucifera L , jenis ini dipilih karena memiliki corak yang estetik dan unik. Selain dari sisi keindahan kayu, ketersediaan yang  berlimpah  pada  daerah  tropis  khususnya Indonesia  juga  menjadi  salah  satu  faktor  tambahan mengapa kayu kelapa banyak digunakan.
Kayu  kelapa  ( cocos  nucifera  L )  masuk  dalam kelas awet III (Indrosaptono et al., 2014), dimana kayu memiliki umur yang relatif panjang jika dalam kondisi terlindungi.  Berdasarkan  Peraturan  Konstruksi  Kayu Indonesia  (PKKI,  1961),  kelas  awet  III  memberikan gambarakan  keawetan  sebagai  berikut:  jika  kondisi
deflection gauge

## beban terpusat
struktur  selalu  terhubung  dengan  tanah  lembab  maka ketahanan kayu hingga 3 tahun, terbuka terhadap angin dan  iklim  tetapi  dilindungi  terhadap  kemasukan  air maka  umur  kayu  10  tahun.  Untuk  kondisi  di  bawah atap  tidak  berhubungan  dengan  tanah  lembab  maka umurnya bisa sangat lama, sedangkan jika terlindungi dan selalu dipelihara umurnya bisa tak terbatas.
Serangan rayap untuk kayu  kelas awet  III  masih memungkinkan untuk terjadi, sehingga untuk meningkatkan  ketahanan  kayu  terhadap  rayap  serta ketahanan  terhadap  api,  dilakukan  pengawetan menggunakan  boraks  dan  asam  borat  dengan  metode vakum  tekan.  Setelah  dilakukan  perawatan,  kayu kemudian  dikeringkan  dengan  metode  oven  ( kiln dryer) agar terhidar dari jamur serta memiliki stabilitas dimensi yang baik, sehingga mudah untuk diaplikasikan (Susilaning & Suheryanto, 2011). Dalam proses oven, kelembaban udara adalah hal terpenting, karena  panas  yang  tinggi  dan  kelembaban  rendah menyebabkan kayu mudah rusak (Yudodibroto, 1983). Berikut  adalah  beberapa  manfaat  lain  pengeringan kayu  (Dumanauw,  1993):  menambah  kekuatan  kayu, membuat kayu lebih ringan, mencegah serangan jamur dan  bubuk  kayu,  serta  memudahkan  pengerjaan selanjutnya seperti finishing .
Tegangan izin tekan dan tarik pada struktur kayu sangat bergantung pada berat jenis dan kelas kuat kayu yang  digunakan.  Berat  jenis  kayu  berbanding  lurus dengan kekuatan kayu, jika semakin besar berat jenis kayu  maka  kekuatannya  juga  akan  meningkat. Sedangkan  kelas  kuat  kayu  berdasarkan  peraturan PPKI  dibagi  menjadi  lima  kelas,  semakin  kecil  kelas semakin tinggi kekuatannya. Untuk kayu kelapa masuk dalam kelas kuat II dengan berat jenis berkisar antara 0.6  sampai  dengan  0.9 dan dengan  rata-rata  di  angka 0.74 (Indrosaptono et al., 2014).

## 2.4 Beban Angin
Beban  angin  adalah  salah  satu  faktor  kritis  pada struktur  kubah,  dikatakan  demikian  karena  dominan kegagalan struktur kubah terjadi akibat prediksi beban angin yang kurang tepat (Kim YC et al., 2019). Untuk dapat  memprediksi  beban  angin  dengan  baik,  berikut adalah  tahapan  prosedurnya:  parameter  pertama dimulai  dari  mengetahui  tekanan  kecepatan  angin, dimana tekanan kecepatan angin yang diterapkan pada model 3D dihitung berdasarkan ASCE 7-22 chapter 26 dan  27.  Dimana  besarnya  tekanan  kecepatan  angin dihitung dengan persaman berikut:
𝑞 𝑧 = 0.00256𝐾 𝑧 𝐾 𝑧𝑡 𝐾 𝑑 𝐾 𝑒 𝑉 2 ( 𝑙𝑏 𝑓𝑡 2 ) ; 𝑉, 𝑚𝑖 ℎ ...........   (1)
Keterangan:
𝑞 𝑧 = tekanan kecepatan angin (lb/ft 2 ) 𝐾 𝑧 = koefisient tekanan kecepatan angin
𝐾 𝑧𝑡 = factor topografi
𝐾 𝑑 = factor arah angin
𝐾 𝑒 = factor elevasi tanah
𝑉 = kecepatan angin dasar (mi/h)
Besarnya  kecepatan  angin  dasar  ditentukan  oleh factor lokasi dan kategori resiko dari bangunan sesuai table 1.5-1  ASCE  7. Untuk kategori  bangunan kubah adalah kategori I dan besarnya kecepatan angin dasar diambil  150  miles/hour.  Sedangkan  parameter  beban angin lainnya diambil sebagai berikut:
𝐾 𝑧 = 0.7 𝐾 𝑑 = 1.0 𝐾 𝑧𝑡 = 1.0 𝐾 𝑒 = 1 Koefisien tekanan angin ( 𝐾 𝑧 ) ditentukan berdasarkan kondisi exposure (B) dan ketinggian dari permukaan tanah hingga dasar dome (z), dimana faktor ini  merupakan  salah  satu  faktor  yang  memberikan pengaruh besar pada distribusi tekanan angin (Uematsu Y et al., 1997). Untuk nilai z diambil minimum 30 ft, sedangkan  besarnya 𝐾 𝑧 dihitung  dengan  persamaan berikut:
𝐾 𝑧 = 2.01 (𝑧/𝑧 𝑔 ) 2/∝ = 0.7 .................................   (2)
Keterangan: 𝑧 = 30 ft 𝛼 = 7.0 𝑧 𝑔 = 1200 ft
Gambar 4. Nilai z Minimum Diambil 30 ft (ASCE 7-22)
Faktor topografi ( 𝐾 𝑧𝑡 ) dizinkan diambil sebesar 1, jika  situasi  di  lapangan  tidak  bisa  diketahui  secara persis.  Begitu  juga  dengan  factor  elevasi  permukaan, 𝐾 𝑒 = 1 untuk  semua  elevasi.  Sedangkan  factor  arah angin ( 𝐾 𝑑 ) diambil 1.0 untuk struktur kubah. Besarnya kecepatan  angin  dasar  (V)  diambil  sebesar  150 miles/jam, nilai ini ditentukan dari kategori resiko (I) dan  lokasi  bangunan  (Hawaii).  Berdasarkan  variabel tersebut,  besarnya  tekanan  kecepatan  angin  diambil sebesar:
𝑞 𝑧 = 0.00256  ∙  0.7  ∙ 1.0  ∙  1.0  ∙  1.0  ∙ 150 2 = 39.38 𝑙𝑏/𝑓𝑡 2
Besarnya  tekanan  angin  dipengaruhi  factor hembusan  (G)  dan  koefisient  tekanan  eksternal  ( 𝐶 𝑝 ), dimana  faktor  hembusan  ini  merupakan  fenomena peningkatan  kecepatann  angin  secara  mendadak. Untuk struktur bangunan yang rendah factor hembusan diizinkan  diambil  sebesar  0.85.  Sedangkan  koefisien tekanan  eksternal  ( 𝐶 𝑝 )  pada  dome  ditentukan berdasarkan  rasio  tinggi  (f)  dan  diameter  dome  (D). Saat  rasio  f/D  rendah,  atap  kubah  akan  cenderung
mengalami tekanan negatif, begitupula sebaliknya jika f/D  semakin  tinggi  maka  kubah  akan  cenderung mengamai tekanan positif (Noguchi M & Uematsu Y, 2003).
𝑟 = 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑜𝑚𝑒 = 184 𝑐𝑚 914.4 𝑐𝑚 = 0.201
Berdasarkan  table  27.3-3  ASCE  7,  maka diperoleh  besarnya  koefisien  1/4  lengkung  -0.9, setengah lengkung  -0.9,  serta 1/4  lengkung  akhir 0.5. Atau untuk lebih jelasnya ditampilkan oleh Gambar 5:
Gambar 5. Koefisien Tekan Eksternal ( 𝐶 𝑝 )
Maka dengan mempertimbangkan factor hembusan  serta  koefisien  tekan  eksternal,  besarnya tekanan angin menjadi:
𝑝 = 𝑞 𝑧 . 𝐺 . 𝐶 𝑝 ......................................................   (3) 𝑝 1 = 39.38  ∙  0.85 − 0.9 = −30.1 𝑙𝑏/𝑓𝑡 2
𝑝 2 = 39.38  ∙  0.85  − 0.9 = −30.1𝑙𝑏/𝑓𝑡 2 𝑝 3 = 39.38  ∙  0,85  + 0.5 = +16.7 𝑙𝑏/𝑓𝑡 2
Gambar 6. Beban Tekanan Angin

## 2.5 Beban Salju
Beban salju yang digunakan merujuk pada ASCE 7-22  chapter  7,  dimana  untuk  beban  merata  dihitung berdasarkan rumus berikut:
𝑝 𝑓 = 0,7 𝐶 𝑒 𝐶 𝑡 𝑝 𝑔 ................................................   (4)
Keterangan: 𝑝 𝑓 = beban salju untuk atap datar
𝐶 𝑒 = faktor paparan 𝐶 𝑡 = faktor termal 𝑝 𝑔 = beban salju permukaan (lb/ft)
Besarnya  beban  salju  permukaan  ( 𝑝 𝑔 )  diambil minimum diangka 25 lb/ft. Salju permukaan minimum dipilih  mengingat  untuk  daerah  Hawaii  beban  salju dapat  diabaikan.  Kendati  beban  ini  dapat  diabaikan karena daerah Hawaii sangat jarang mengalami salju,
namun  pada  analisis  ini  pengaruh  beban  salju  tetap diperhitungkan  mengingat  struktur  ini  nantinya  juga akan dibangun di sekitar USA. Tetapi tentunya struktur serupa tidak serta merta dapat langsung diaplikasikan mengingat  beban angin  dan salju  untuk  setiap daerah memiliki  intensitas  yang  berbeda-beda.  Sedangkan untuk faktor paparan serta factor termal pada kasus ini besarnya diambil berturut 0.9 dan 1.2. Faktor paparan diambil dengan asumsi permukaan tipe B (pasal 26.7.2 ASCE  7)  dan  kondisi  terpapar  penuh,  pemilihan  tipe permukaan ini dilakukan untuk memperoleh hasil yang lebih  konservatif,  maka  didapat  factor 𝐶 𝑒 =  0.9. Sedangkan untuk factor termal dipilih kondisi struktur tidak dihangatkan dengan 𝐶 𝑡 = 1.2.
Besarnya  beban  salju  ( 𝑝 𝑓 )  perlu  dilakukan penyesuaian karena atap kubah memiliki kemiringan, faktor  penyesuaian  dapat  dihitung  dengan  persamaan berikut:
𝑝 𝑠 = 𝐶 𝑠 𝑝 𝑓 ............................................................   (5)
Keterangan: 𝑝 𝑠 = beban salju untuk atap miring 𝐶 𝑠 = faktor kemiringan 𝑝 𝑓 = beban salju untuk atap datar
Faktor  kemiringan  kubah  diambil  sebesar  satu agar  lebih  konservatif.  Sehingga  beban  merata  salju adalah:
𝑝 𝑓 = 0,7 𝐶 𝑒 𝐶 𝑡 𝑝 𝑔 = 18.9 𝑙𝑏 𝑓𝑡 2 .............................   (6)
𝑃 𝑠 = 𝐶 𝑠 𝑝 𝑓 = 18.9 𝑙𝑏 𝑓𝑡 2 ..........................................   (7)
Dalam  menerapkan  beban  salju  terdapat  dua kondisi yang perlu diperhatikan yaitu beban seimbang dan  beban  tidak  seimbang.  Yang  dimaksud  tidak seimbang  adalah  beban  salju  lebih  dominan  di  salah satu  bagian  atap,  sedangkan  kondisi  seimbang merupakan situasi beban salju menyebar secara merata pada seluruh atap. Berdasarkan ASCE-7 kondisi beban seimbang dan tidak ditentukan berdasarkan kemiringan slope  atap,  dan  untuk  dome  diambil  kondisi  sepeti Gambar 7.
Gambar 7 . Posisi Beban Salju pada Atap Kubah (ASCE 7-22)

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Validasi dengan Uji Beban Pertama
Uji  beban  dibagi  menjadi  dua  tahapan,  dimana pengujian  pertama  dilakukan  dengan  memberikan beban  titik  pada  tujuh  joint  untuk  memperoleh deformasi  yang  terjadi  pada  struktur.  Deformasi  ini digunakan  sebagai  acuan  untuk  memvalidasi  model kubah  3D  pada  komputer.  Variabel  yang  disesuaikan adalah elastisitas material kayu dan pipa besi, dimana dilakukan trial-error untuk  memperoleh  deformasi yang sesuai antara model dan lapangan. Tabel 1 dan 2 merupakan  perbandingan  deformasi  antara  model  3D yang  sudah  dilakukan  penyesuaian  dengan  kondisi lapangan:
Tabel 1. Perbandingan Deformasi Model 3D dan Lapangan untuk Beban Titik 60 kg
Joint Deformasi Model 3D (mm) Deformasi Lapangan (mm) 1 -1.529 -1.400 2 -1.170 -1.040 3 -1.858 -1.530 4 -2.264 -2.160 5 -1.992 -1.890 6 -1.187 -0.920 7 -1.529 -1.520 Mean -1.647 -1.494 Tabel 2. Perbandingan Deformasi Model 3D dan Lapangan untuk Beban Titik 120 kg Joint Deformasi Model 3D (mm) Deformasi Lapangan (mm) 1 -2.797 -2.200 2 -2.150 -2.190 3 -3.325 -2.910 4 -3.930 -4.050 5 -3.475 -3.530 6 -2.169 -2.240 7 -2.796 -2.530 Mean -2.950 -2.810
Elastisitas  yang  digunakan  pada  kayu  dan  pipa besi  adalah:  E kayu =  980MPa;  E pipa  besi =  10000MPa. Berdasarkan deformasi Tabel 1 dan 2 dapat dinyatakan bahwa model 3D sudah memiliki elastisitas yang sesuai dengan  kondisi  di  lapangan,  dimana  ini  ditandai dengan  lendutan  yang  diperoleh  sudah  cukup  dekat dengan kondisi yang terjadi di lapangan.
Gambar 8. Posisi Lendutan Maksimum Atap Kubah

## 3.2 Validasi dengan uji beban kedua
Pada uji beban tahap dua, beban diberikan secara merata  pada  seluruh  permukaan  kubah  untuk merepresentasikan  beban  hidup  yang  bekerja  pada permukaan  atap.  Serupa  dengan  pengujian  pertama, lendutan  yang  terjadi  pada  ketujuh  titik  dicatat  dan dibandingkan  dengan  model  3D  yang  sudah tervalidasi.  Tabel  3  merupakan  hasil  perbandingan defleksi  model  dan  lapangan  untuk  uji  beban  tahap kedua.
Tabel 3. Perbandingan Deformasi Model 3D dan Lapangan untuk Beban Merata 80 kg/m 2 Joint Deformasi Model 3D (mm) Deformasi Lapangan (mm) 1 -1.495 -0.910 2 -0.888 -0.730 3 -2.459 -2.160 4 -2.904 -2.740 5 -2.202 -1.820 6 -0.683 -0.540 7 -1.533 -1.320 Mean -1.737 -1.460
Tabel 3 memperlihatkan deformasi antara model dan  lapangan  yang  sudah  sesuai.  Dimana  rata-rata deformasi  ketujuh  joint  model  3D  adalah  1.737  mm, sedangkan  kondisi  lapangan  diangka  1.46  mm. Selanjutnya,  model  yang  sudah  tervalidasi  diberikan beban  layan  yang  merupakan  kombinasi  antara  berat sendiri serta beban hidup atap berdasarkan ASCE. Dari kombinasi ini diperoleh deformasi maksimum sebesar 20.7 mm, sedangkan deformasi izinnya adalah 30 mm. Nilai  deformasi  akibat  beban  layan  lebih  kecil  dari deformasi  izinnya  memberikan  gambaran  struktur sudah memiliki kekakuan yang cukup, dan untuk posisi lendutan  maksimum  atap  dapat  dilihat  sesuai  dengan Gambar 8.

## 3.3 Kontrol Tegangan dengan Metode DTI
Berdasarkan  metode  desain  tegangan  izin  (DTI) tegangan  pada  elemen  kayu  perlu  dikontrol  terhadap tegangan  izinnya  (SNI  7973,  2013)  (BSN,  2013). Besarnya  tegangan  izin  dipengaruhi  oleh  beberapa factor diantaranya: jenis kayu (kelas kayu II dan berat jenisnya),  factor  temperature,  serta  factor  durasi pembebanan.  Factor  temperatur  diambil  0.9  untuk kondisi  tarik,  sedangkan  0.7  untuk  tekan,  geser  dan lentur,  sedangkan  faktor  durasi  diabil  berdasarkan lampiran  B  SNI  kayu,  untuk  kombinasi  D+L+W digunakan factor sebesar 1.6. Berdasarkan kedua faktor ini dapat diambil tegangan izin sebagai berikut:

## Tabel 4. Tegangan Izin Kayu Kelapa
Simbol Tegangan Izin (kg/cm 2 ) 𝜎̅ 𝑑𝑠 ||
95.2 𝜎̅ 𝑡𝑟 ||
122.4 𝜎̅ 𝑙𝑡 || 112
𝜏̅ || 13.44
Keterangan : 𝜎̅ 𝑑𝑠 || = tegangan izin tekan sejajar serat 𝜎̅ 𝑡𝑟 || = tegangan izin tarik sejajar serat 𝜎̅ 𝑙𝑡 || = tegangan izin lentur sejajar serat 𝜏̅ || = tegangan izin geser sejajar serat
Pemilihan  tegangan  izin  sejajar  atau  tegak  lurus serat  bergantung  dari  arah  serat  kayu  elemen  yang ditinjau.  Dimana  kondisi  kayu  pada  struktur  kubah menunjukkan arah serat yang dominan sejajar dengan sumbu  longitudinal  dari  elemen  kayu,  sehingga tegangan yang terjadi adalah tegangan yang memiliki arah sejajar dengan serat. Hal ini sengaja dikondisikan untuk memaksimalkan kekuatan dari kayu kelapa.
Tegangan  terbesar  akibat  kombinasi  beban  tidak diperkenankan melampaui tegangan
izin
maksimumnya, dan untuk melakukan kontrol tegangan,  maka  diperlukan  gaya  dalam  tekan,  tarik, geser dan lentur maksimum dari kombinasi beban SNI 1727.  Berikut  adalah  gaya  dalam  maksimum  yang diperoleh dari hasil analisis:
Tabel 5. Gaya Dalam Maksimum
Jenis Gaya Dalam Besarnya Gaya Dalam Aksial tekan (𝑃𝑐 𝑚𝑎𝑥 ) -431.024 kg Aksial tarik (𝑃𝑡 𝑚𝑎𝑥 ) 362.857 kg Lentur (𝑀 𝑚𝑎𝑥 ) 1200 kg.cm Geser (𝑉 𝑚𝑎𝑥 ) 100 kg
Perhitungan  tegangan  tekan,  tarik,  geser  dan lentur  maksimum  pada  struktur  kayu  kelapa  didapat dengan perhitungan sebagai berikut:

## 3.3.1 Tegangan tekan maksimum
Salah  satu  faktor  yang  mempengaruhi  tegangan tekan  adalah  besarnya  angka  kelangsinan,  dimana nilainya  diambil  dari  rasio  antara  panjang  tekuk berbanding  dengan  jari-jari  girasi  minimum  sebagai berikut:
𝜆 = 𝑙 𝑘 𝑖 𝑚𝑖𝑛 = 170 𝑐𝑚 1.44 𝑐𝑚 = 118.05
Keterangan: 𝑙 𝑘 = panjang tekuk 𝑖 𝑚𝑖𝑛 = jari-jari girasi minimum 𝜆 = angka kelangsingan
𝜎 𝑑𝑠 || = 𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥.𝜔 𝐹𝑏𝑟 = −431.024 𝑘𝑔 .  4.46 25 𝑐𝑚2 = −76.89 𝑘𝑔/𝑐𝑚 2
Keterangan: 𝜎 𝑑𝑠 || = -76.89 kg/cm 2 (tegangan tekan) 𝜔 = 4.46 (faktor tekuk) 𝐹 𝑏𝑟 = 25 cm 2 (luas penampang batang tekan)
Besarnya  faktor  tekuk  berbanding  lurus  dengan angka  kelansingan,  jika  angka  kelangsingan  semakin besar  maka  faktor  tekuk  juga  akan  meningkat. Penampang  dikatakan  kuat  jika  Tegangan  tekan maksimum  lebih  kecil  atau  sama  dengan  tengan  izin tekan kayu.

## 3.3.2 Tegangan tarik maksimum
Berbeda  halnya  dengan  kondisi  tekan,  tegangan tarik tidak dipengaruhi oleh fenomena tekuk sehingga proses kalkulasi tidak melibatkan angka kelangsingan. Sehingga besarnya tegangan tarik diperoleh dari rasio gaya  tarik  maksimum  dibagi  luas  penampang  kayu kelapa.
𝜎 𝑡𝑟 || = 𝑃𝑡 𝑚𝑎𝑥 𝐹 𝑏𝑟 = 362.86 𝑘𝑔 25 𝑐𝑚 2 = 14.51 𝑘𝑔/𝑐𝑚 2
Keterangan: 𝜎 𝑡𝑟 || = 14,51 kg/cm 2 (tegangan tarik) 𝐹 𝑏𝑟 = 25 cm 2 (luas penampang batang tarik)
Penampang  dikatakan  kuat  terhadap  tarik  jika tegangan tarik maksimum lebih kecil atau sama dengan tengan izin tarik kayu.

## 3.3.3 Tegangan lentur maksimum
Berdasarkan  mekanika  bahan  diketahui  bahwa tegangan  maksimum  lentur  terjadi  pada  tepi  atau pinggir penampang, oleh sebab itu untuk memperoleh besarnya  tegangan  terbesar  dapat  dihitung  dengan formulasi berikut:
𝜎 𝑙𝑡 || = 𝑀 𝑚𝑎𝑥 𝑦 𝐼 = 3000 𝑘𝑔.𝑐𝑚 2 52.083 𝑐𝑚 4 = 57.6 𝑘𝑔/𝑐𝑚 2
Keterangan: 𝜎 𝑙𝑡 || = 57.6 kg/cm 2 (tegangan lentur) 𝑦 = 0.5*5 cm (jarak dari sumbu netral ke tepi) I = inersia penampang dimana I x = I y Kontol lentur dilakukan dengan membandingkan tegangan  akibat  kombinasi  maksimum  dan  tegangan izin dari kayu kelapa. Bila tegangan akibat beban lebih
kecil  dari  tegangan  izin  maka struktur  dikatakan  kuat terhadap lentur.

## 3.3.4 Tegangan geser maksimum
Jika tegangan maksimum pada lentur terjadi pada tepi  penampang,  berbeda  halnya  dengan  tegangan geser,  dimana  tegangan  terbesar  berada  pada  sumbu netral  dan  memiliki  arah  sejajar  dengan  serat  kayu. Maka  berikut  adalah  perhitungan  tegangan  geser maksimum pada penampang kayu:
𝜏 || = 3 𝑉 𝑚𝑎𝑥 2 𝐴 = 3∗100𝑘𝑔 2∗25𝑐𝑚 2 = 6 𝑘𝑔/𝑐𝑚 2
Keterangan: 𝜏 || = 6 kg/cm 2 (tegangan geser) 𝐴 = 25 cm 2 (luas penampang)

## 3.3.5 Kontol tegangan
Besarnya tegangan maksimum tekan, tarik, lentur dan  geser  pada  bagian  3.3.1  samapai  3.3.4  dikontrol dengan tegangan izin kayu, perbandingan kedua jenis tegangan disajikan pada Tabel 6.
Tabel 6. Kontrol Tegangan Gaya Tegangan Mak. (kg/cm2) Tegangan Izin (kg/cm2) Ket Tekan 76.89 < 95.2 OK Tarik 14.51 < 122.4 OK Lentur 57.6 < 112 OK Geser 6 < 13.44 OK
Berdasarkan Tabel 6 dapat dilihat bahwa tegangan tekan,  tarik,  lentur,  dan  geser  maksimum  lebih  kecil dari tegangan izin kayu kelapa, sehingga dari  kontrol tegangan  dapat  dikatakan  struktur  kayu  kuat  dalam menahan beban kombinasi maksimum SNI 1727.

## 4 KESIMPULAN
Uji kelayakan pada atap kubah dilakukan dengan model 3D yang telah tervalidasi dengan perilaku model di  lapangan.  Dilakukan trial  and  error elastisitas material  untuk  memperoleh  deformasi  yang  sesuai antara  model  dan  struktur  di  lapangan.  Besarnya elastisitas  material  kayu  pada  model  980  MPa, sedangkan  untuk  pipa  besi  diambil  sebesar  10,000 MPa.
Model  yang  telah  tervalidasi  diterapkan  beban kombinasi berdasarkan SNI 1727-2013, dimana untuk beban  angin  serta  salju  diterapkan  menyesuaikan ASCE  7-22.  Dengan  metode  desain  tegangan  izin (DTI)  diperoleh  tegangan  tekan  akibat  beban  yang lebih  kecil  dari  tegangan  izinnya  ( 76.89 kg/𝑐𝑚 2 < 95.2 kg/𝑐𝑚 2 ),  dan  tegangan  tarik  akibat  beban  juga lebih  kecil  dari  tegangan  batasnya  ( 14.5 kg/𝑐𝑚 2 < 122.4 kg/𝑐𝑚 2 ). Sedangkan  kontrol  lentur  (57.6 kg/cm 2 <  112kg/cm 2 )  dan  geser  (6  kg/cm 2 <  13.44
kg/cm 2 ) juga menunjukkan hasil yang serupa, dimana tegangan  akibat  beban  maksimum  lebih  kecil  dari tegangan yang diizinkan. Untuk deformasi maksimum yang  terjadi  pada  kubah  diproleh  sebesar  20.7  mm, dimana  nilai  ini  masih  lebih  kecil  dari  deformasi maksimal yang diperbolehkan sebesar 30 mm.
Berdasarkan kontrol tegangan dan deformasi yang telah  dilakukan  dapat  disimpulkan  bahwa  atap  kubah layak  dan  dapat  diaplikasikan  pada  bangunan  daerah Hawai dan sekitarnya.

## DAFTAR PUSTAKA
ASCE  7.  (2022). Minimum  Design  Loads  and  Associated Criteria  for  Buildings  and  Other  Structures .  American Society of Civil Engineers.
ASTM  E69.  (2002). Standard  Method  for  Combustible Properties of Treated Wood by the Fire Tube Apparatus . ASTM International.
Bachtiar, G. (2007). Pengawetan Beberapa Jenis Kayu dengan Proses Rendaman Dingin. Jurnal Menara Jurusan Teknik Sipil FT. UNJ , II . BSN.  (2012).  SNI  7973-2013 tentang spesifikasi  desain  untuk konstruksi kayu . Badan Standardisasi Nasional. BSN.  (2020). SNI  1727-2020  tentang  beban  desain  minimum dan kriteria terkait untuk bangunan gedung dan struktur lain . Badan Standardisasi Nasional.
Can, A., Grzeskowiak, W., & Ozlusoylu, I. (2018). Improving the  Fire  Resistance  of  Heat  Treated  Wood  by  Using Environment  Friendly  Substance. Journal  of  Bartin Faculty of Forestry , 20 , 519-524.
Darmono,  Atun,  S.,  &  Prasetyo,  S.  (2013).  Pemanfaatan Campuran  Boraks  dan  Asam  Borat  sebagai  Bahan Pengawet Kayu terhadap Serangan Rayap. Jurnal Inotek , 17 , 82-99.
Dayadi, I. (2021). Ketahanan Api Kayu Sengon (Paraserianthes falcataria  (L.)  Nielsen)  yang  Diawetkan  dengan  Bahan Pengawet Boraks. Perennial , 17 , 19-25.
https://doi.org/10.24259/perennial.v17i1.13650 Dumanauw, J. F. (1993). Mengenal Kayu . Kanisius.
Effendi, A. (2007). Natrium Silikat Sebagai Bahan Penghambat Api  Aman  Lingkungan. Jurnal  Teknologi  Lingkungan , 8 (3), 245-252. Faghih, A. K., & Bahadori, M. N. (2011). Thermal performance evaluation of domed roofs. Energy and Buildings , 43 (6), 1254-1263. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.01.002 Indrosaptono,  D.,  Sukawi,  &  Indraswara,  M.  S.  (2014).  Kayu Kelapa  sebagai  Alternatif  Bahan  Konstruksi  Bangunan. Jurnal Modul , 14 , 53-58.
Kim  YC,  Yoon  SW,  Cheon  DJ,  &  Song  JY.  (2019). Characteristics  of  wind  pressures  on  retractable  dome roofs and external peak pressure coefficients for cladding design. Journal  of  Wind  Engineering  and  Industrial
Aerodynamics , 188 , 294-307. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2019.02.016
Noguchi  M,  &  Uematsu  Y.  (2003).  Design  wind  pressure coefficients for spherical domes. Journal Wind Eng , 177- 178.
Ostman,  B.,  Voss,  A.,  Hughes,  A.,  Hovde,  P.  J.,  &  Grexa,  O. (2001).  Durability  of  Fire  Retardant  Treated  Wood Products  at  Humid  and  Exterior  Conditions. Review  of Literature , 95-104.
PKKI.  (1961). Peraturan  Konstruksi  Kayu  Indonesia . Departemen Pekerjaan Umum.
Rangkang,  J.,  Sondakh,  F.,  &  Saerang,  E.  J.  (2016). Karakteristik Kayu Kelapa di Berbagai Zona di Indonesia
Timur  Berdasarkan  Sifat  Fisis  dan  Mekanisnya. Jurnal Teoritis Dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil , 23 . Runsheng, T., Meir, I. A., & Etzion, Y. (2003). An analysis of absorbed  radiation  by  domed  and  vaulted  roofs  as compared with flat roofs. Energy and Buildings , 35 , 539- 548. Susilaning, L. S., & Suheryanto, D. (2011). Optimasi Moisture Content  Proses  Dry  Kiln  Menggunakan  Design  Of Experiment (DOE) Taguchi. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia .
Uematsu  Y,  Yamada  M,  Inoue  A,  &  Hongo  T.  (1997).  Wind loads  and  wind-induced  dynamic  behavior  of  a  single- layer  latticed  dome. Journal  of  Wind  Engineering  and Industrial Aerodynamics , 66 (3), 227-248. Yamauchi,  S.,  Sakai,  Y.,  Watanabe,  Y.,  &  Kubo,  M.  (2007). Distribution  Boron  in  Wood  Treated  with  Aqueous  and methanolic boric acid solutions. J. Wood Sci , 53 , 324-331. Yudodibroto, H. (1983). Pengeringan Kayu . Universitas Gajah Mada.