Struktur Membran dalam Bangunan Bentang Lebar
STRUKTUR MEMBRAN DALAM BANGUNAN BENTANG LEBAR Sukawi Jurusan Arsitektur Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Semarang Jl. Prof Sudarto SH Temalang Semarang !"#3#
Abstrak Membran adalah struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban dengan mengalami tegangan tarik. Struktur membran adalah sebuah alternatif untuk struktur bentang lebar yang dapat diterapkan untuk penutup atap bangunan. Dasar mekanisme pikul beban pada struktur membran adalah tarik. Membran yang memikul beban tegak lurus terhadap permukaannya dapat mengalami deformasi secara tiga dimensi (bergantung pada kondisi tumpuan dan pembebanannya). Aksi pikul beban ini serupa dengan yang terjadi pada sistem kabel menyilang. Selain tegangan tarik terjadi juga tegangan geser tangensial pada struktur membran. Sistem membran pada bangunan bentang lebar biasanya masih harus dibantu oleh struktur lainnya seperti kabel atau space frame karena sistem membran bila terkena gaya dari angin maka harus ada daya tarik menuju tumpuan(pondasinya). Sistem membran yang dipakai kebanyakan untuk bangunan skala besar harus mempertimbangkan bahan tenda dan arah angin. !iang"tiang penyangga flaksibel terhadap gaya tekan oleh angin hal ini menyebabkan tenda dapat terus berdiri. Kata Kunci # # Membran Bangunan Bentang lebar
Abstract !he membrane is a thin fle$ible surface structures that bear the burden by ha%ing tensile stress. Membrane structure is an alternati%e to long span structures that can be applied to co%er the roof of the building. Basic mechanisms carry the load on the tensile membrane structures. &ho bear the burden of membrane perpendicular to the surface can be deformed in three dimensions (depending on the pedestal and the assignment). Bear the burden of action is similar to 'hat happened on cable systems intersect. n addition to tensile stress there is also a tangential shear stress on membrane structure. Membrane system in the long span buildings are still to be assisted by other structures such as cables or space frame because the membrane system 'hen e$posed to the force of the 'ind there should be an appeal to the pedestal (the foundation). Membrane system that is used mostly for large scale buildings should consider the tent material and 'ind direction. Supporting poles flaksibel against compression force by the 'ind this caused the tent to keep standing. Keywords# Membrane Building Span 'idth
Pendahuluan
Definisi struktur dalam konteks $uungann%a dengan angunan adala$ seagai sarana untuk men%alurkan ean dan akiat penggunaann%a dan atau ke$adiran angunan ke dalam tana$ (Schodeck*+,). Terdapat lima golongan entuk struktur (Sutrisno *+-), %aitu struktur massa, struktur rangka, struktur permukaan idang & struktur lipatan dan 'angkang(, struktur kael dan oimorfik. Struktur memran teragi men)adi dua %aitu struktur memran tenda dan struktur memran pneumatis.
Struktur tenda merupakan struktur %ang menggunakan idang tenda seagai pementuk ruang dengan tali seagai elemen penarik dan perentang tenda. Tenda dan tali erfungsi seagai pena$an ga%a tarikan. Perlu dukungan elemen lain %ang akan menerima ga%a desakan %aitu tiang atau pelengkung, %ang entukn%a eragam sesuai dengan ga%a tarik %ang eker)a pada tali dan tenda. Struktur Membran Tenda Struktur )aring merupakan struktur %ang menggunakan )aring dari tali*tali+kael*kael seagai struktur dan pementuk ruang
23
SS # ,+/-"0+11
dilengkapi dengan a$an penutup ruang &misal tekstil, ka'a, fier(.&Salvador% #-/( Jaring dan memrane tenda seagai pementuk ruang dengan tali seagai elemen penarik dan perentang tenda. Untuk struktur*struktur %ang mendapat kestailann%a dari ga%a*ga%a prategang eksternal, penerapan prinsip desain %ang meng$aruskan tarik permukaan $arus diperta$ankan, pada umumn%a mengandung arti a$0a ga%a prategang $arus esar dan atau kelengkungan pada permukaan $arus diperta$ankan esar. Daera$ %ang luas dan datar pada memran iasan%a di$indari karena untuk ini diutu$kan ga%a prategang relatif esar untuk memperta$ankan luas terseut apaila ean nonnal eker)a padan%a. Perlu diingat a$0a apaila sag kael mendekati nol, maka ga%a tarik kael akan men)adi esar tak $ingga. Sealikn%a, ga%a prategang %ang sangat esar diperlukan untuk memperta$ankan kael pada konfigurasi sag nol dieani. Fenomena umum %ang sama )uga ter)adi pada struktur kulit ertegangan. 1uasan datar $arus di$indari dengan 'ara memper$atikan geometri eksak dari permukaan 'angkang. Penggunaan model iasan%a erguna untuk mempela)ari $al terseut pada taraf desain praren'ana. esar ga%a prategang %ang dierikan untuk menstailkan tidak ole$ men%eakan akan tegangan memran melei$i kapasitas material %ang digunakan untuk struktur erentang esar, iasan%a memran terdiri atas)aring kael a)a er)arak dekat %ang mampu memikul ga%a prategang relatif esar. asala$ desain %ang kritis pada memran kulit ertegangan adala$ kondisi tumpuan atau tepin%a, penggunaan tumpuan titik, misaln%a dapat men%eakan ter)adin%a teganggan lokal %ang sangat esar pada memran di titik pertemuan memran dan tumpuan.Ada s%arat k$usus %ang perlu diper$atikan untuk mengatasi $al ini. Struktur Membran Pneumatis Pneumati' Stru'ture merupakan sala$ satu sistem struktur %ang termasuk dalam kelompok Soft S$ell. Stru'ture %ang memiliki 'iri k$as semua ga%a %ang ter)adi pada memran*n%a erupa ga%a tarik. Pada
2
M2D3L 4ol. o. 5anuari 0,
Pneumati', ga%a tarik ter)adi karena adan%a peredaan tekanan udara di dalam struktur pneumati' dengan tekanan udara diluar struktur ini. Pneumati' Stru'ture diagi dalam dua kelompok esar %aitu Air 4nslated Stru'ture dan Air Supported Stru'ture. Dari kedua kelompok ini masing*masing dikemangkan dari sisi5 ola$ entuk %angerma'am*ma'am, fungsin%a dalam seua$ angunan, a$kan kini tela$ dikemangkan se'ara vertikal. Pneumati' Stru'ture pada mulan%a $an%a dikemangkan seagai idang penutup atap dan untuk angunan erentang lear, sekarang mulai dipikirkan untuk memikul ean lantai pada angunan ertingkat sedang &Medium 6ise Building(. en'ermati perkemangan pneumati' stru'ture seagai sistem struktur %ang memiliki entuk dan sistem ker)a %ang k$as ini, sangatla$ menatik. 6alaupun pengemangann%a tidak se'epat sistem struktur lain %ang lei$ seder$ana, namun sistem struktur ini tern%ata menarik per$atian untuk dikemangkan karena kek$asann%a prinsip ker)an%a dan entukn%a %ang inovatif. Ada dua kelompok utama pada struktur pneumatis a.( Struktur %ang ditumpu udara &air supported stru'ture( Air Suppoerted Structure diseut )uga Single Membrane Structure karena $an%a menggunakan satu lapis memrane dan memutu$kan tekanan udara %ang renda$ &Lo' 7ressure System(. 7iri*'iri dari sistem Air Supported Structure ini adala$ memutu$kan sedikit peredaan tekanan udara untuk mengangkat memran*n%a. Tekanan udara %ang diutu$kan sekitar 2*2" Psf & pon per feet ( di atas tekanan atmosfir. esarn%a tekanan udara ini diren'anakan erdasar kondisi angin, ukuran struktur, kekedapan udara &peremesan udara melalui memran, tipe dan )umla$ )endela+pintu, ds(. Tekanan udara pada sistem ini mempun%ai pengaru$ ter$adap geometri memran. emperesar radius kurvatur &lengkung( akan menama$ kekuatan memran, pengurangan kekuatan memran &membrane force( dapat dilakukan dengan mereduksi kurvatur melalui penggunaan kael atau kolom tarik. Pada
Struktur Membran dalam Bangunan Bentang Lebar
umumn%a Air Supported Stru'ture ini diran'ang untuk dapat mengantisipasi pengaru$ angin, mengingat ean angin paling esar pengaru$n%a, maka sedapat mungkin ga%a kritis angin $arus diketa$ui untuk menentukan esaran tegangan memrane dan ga%a pada angkutn%a. erdasarkan per$itungan8 T 9 &P#.:(+2, &dimana T 9 Tegangan pada memrane, P# 9 Tekanan udara di dalam dan : 9 radius kurvatur(, ter)adi seua$ kontradiksi pemorosan, ole$ karena itu didapat tinggi kua$ optimum adala$8 2"; ter$adap entang, ila tidak menggunakan struktur dasar %ang kaku, dan /; ter$adap entang, ila menggunakan struktur dasar %ang kaku, untuk mena$an ga%a positif. Sistem struktur ini memutu$kan angkur pengikat memran ke tana$ dan memutu$kan sistem pen'ega$ keo'oran. Air Supported Structure mampu men'apai entang lei$ esar diandingkan dengan Air nflated Structure.
ta$an ter$adap tekuk maupun lendutan &momen( diandingkan dengan sistem Air Supported Structure. Sistem struktur ini memutu$kan tekanan udara seesar 2*#"" Psi &",2 = > Atm( esarn%a sekitar #"" sampai #""" kali diandingkan sistem Air Supported Structure. ?arena memutu$kan tekanan udara %ang esar, maka diutu$kan material memran %ang kuat dan kedap udara. Se'ara prinsip dapat digunakan untuk elemen atang &!ubular System( dan elemen idang &Dual &all System(, Perilaku struktur dengan sistem ini sangat kompleks, se$ingga sampai sekarang elum diketa$ui prosedur peran'angan %ang tepat.
8ambar 0. Struktur yang digelembungkan udara (air inflated structure) Sumber # S'$ode'k, #-"
8ambar . Struktur yang ditumpu udara (air supported structure) Sumber # S'$ode'k, #-"
.( Struktur %ang digelemungkan udara &air inflated stru'ture( Air nflated Structure diseut pula Double Membrane Structure dan memutu$kan tekanan udara %ang lei$ esar diandingkan dengan Air Supported Structure se$ingga sering diseut )uga dengan nama 9igh 7ressure System. Tekanan udara pada sistem ini $an%a dierikan pada strukturn%a ulan pada space angunann%a, se$ingga pemakai angunan tidak erada dalam tekanan udara. Dari sea itu sistem ini lei$ eas dipakai seagai penutup space, karena tidak memutu$kan air lock dan peralatan lain agar struktur ini tetap erdiri.
#. Proteksi Ter$adap ?eakaran Satu $al sangat penting untuk diproteksi dari struktur pneumatik, selain keo'oran idang memran %ang mengakiatkan tekanan udara erkurang dan struktur tidak dapat eker)a dengan semestin%a, adala$ penanggulangan ter$adap a$a%a keakaran. Hal %ang $arus perlu diper$atikan dalam pemikiran tentang a$a%a keakaran adala$ seagai erikut8 • a$an dari memran teruat dari a$an sintetik, t$ermoplastik alami dan memiliki titik leur %ang renda$. Semua a$an terseut muda$ terakar. ?estailan struktur pneumatik dipengaru$i • ole$ memran*n%a %ang $arus selalu dalam keadaan kedap udara, terkontrol dan mendapat 'ukup tekanan udara sesuai keutu$an :untu$n%a memran akan mengua$ • konfigurasi entuk angunan. ?eo'oran udara dapat di$alangi dengan melokalisir keruntu$an. Penurunan ruang eas angunan dapat menama$ konsentrasi asap
2!
SS # ,+/-"0+11
•
•
•
•
•
•
dari satu kasus keakaran dengan konsekuensi penurunan )arak pandang dalam angunan. Jalan masuk dan keluar untuk pemakai angunan $arus selalu dalam kondisi terkontrol dan tera0at. ?arena )alan ini merupakan )alan terpenting untuk mengevaluasi para pemakai angunan. Tidak diren'anakann%a pintu darurat untuk keluar dengan sistem air lock dapat menama$ )umla$ luang*luang keo'oran pada memran dan memper'epat keruntu$an struktur ini. Sistem pen'ega$ keakaran aktif merupakan tindakan %ang dapat men'ega$ keruntu$an %ang para$ dari struktur.
4nsin%ur :usia @ladimir Suk$ov adala$ sala$ seroang %ang pertama %ang mengemangkan per$itungan praktis mengenai tegangan dan lendutan pada struktur lentur, s$ell dan memran. S$uk$ov mendesain dan meran'ang struktur lentur dan aula pameran erstruktur 'angkang tipis pada iB$n% ovgorod untuk gere)a 7olonia Cuell. Dia men'iptakan seua$ model lentur menggantung untuk meng$itung kekuatan tekan dan untuk menentukan kolom dan geometri. &Salvador% #-/(
2/
M2D3L 4ol. o. 5anuari 0,
?onsep erikutn%a kemudian dipelopori ole$ arsitek sekaligus insin%ur Jerman, Frei tto, %ang pertama kali menggunakan ide konstruksi tensil itu pada aula Jerman saat di ontreal. tto kemudian menggunakan ide itu untuk atap Stadium l%mpiade uni'$ ta$un #->2. ?ema)uan teknologi %ang statis tela$ meningkatkan Fair #-/ pada area seluas 2>""" m2. Struktur tensil pertama %ang menggunakan memrane se'ara luas %aitu S%ne% %er usi' o0l, aru diuat pada ta$un #-!. Antonio Caudi menggunakan konsep kealikann%a popularitas struktur atap farikasi. aterial %ang ringan memuat konstruksi lei$ mura$ dan muda$ daripada desain standar, terutama ketika ruang teruka $arus tertutup. Peneraan Struktur Membran !Tenda" Dalam Arsitektur
usi' Pavilion ini erlokasi di Sun @alle% , 4da$o , USA. Di angun ta$un 2"". angunan ini merupakan angunan %ang erfungsi seagai usi' Hall. ?onsep angunan ini terinspirasi ole$ tatanan alam dan erfungsi seagai tempat erkumpul suatu komunitas tertentu dalam seua$ a'ara. Pemandangan gunung dan $amparan langit %ang luas, men)adi vo'al point dari angunan terseut. @ie0 uatan %ang ada di sekitarn%a merupakan taman erkontur seperti seua$ amp$it$eatre. Hal ini memerikan stimulus agi pengun)ung %ang datang untuk ersantai dengan keran)ang piknik dan menikmati musik or'$estra. Struktur angunan terdiri dari struktur %ang permanent dan non permanent. Struktur permanent pada angunan ini terletak pada agian panggung, dan fasilitas penun)angn%a. Struktur non permanent terletak pada atap agian depan %ang teruat dari memrane. Pada musim dingin, atap ini tidak di fungsikan, sedangkan pada musim panas, atap erfungsi untuk menaungi pavilion. ?ominasi antara struktur permanent dan non permanent memerikan satu keunikan tersendiri dari angunan ini.
Struktur Membran dalam Bangunan Bentang Lebar
Camar 38 4nterior usi' Pavilion Sumer 8 $ttp8++000.greatuildings.'om
Gb.6 Analisis kelengkungan
Sumer 8 $ttp8++000.desainoom.'om
Jenis struktur memrane %ang di gunakan merupakan struktur tenda, dengan pendukung tiang lengkung. Terletak pada samungan antara struktur permanent dan non permanent pada atap. Titik
Titik
Titik
Camar 8
Gb 7. Analisis Tumpuan pada struktur bangunan Sun Valley Paviliion
Camar ! 8 entuk tenda usi' Pavilion Sumer 8 $ttp8++000.uilding.'o.uk
Tumpuan pada struktur memrane angunan Sun @alle% Pavillion, menggunakan tumpuan titik deskret dengan titik tertinggi pada idang lengkung. Sedangkan titik terenda$n%a di $uungkan dengan kael menu)u ke kolom. Ca%a pra tegang pada memrane di perole$ dengan menarik memrane dari titik tertinggi ke titik terenda$n%a& jacking (. Kesimulan Sistem memran %ang isa dipakai adala$ memran jaring dan tenda, memran
2>
SS # ,+/-"0+11
pneumatrik )arang dipakai pada angunan renda$ dan sedang karena memutu$kan tekanan udara %ang men%ulitkan dalam aplikasi. Sistem memran pada angunan entang lear iasan%a masi$ $arus diantu ole$ struktur kabel atau struktur space frame, karena sistem memran ila terkena ga%a dari angin maka $arus ada da%a tarik menu)u tumpuan&pondasin%a(. le$ karena itu kael erfungsi seagai pen%alur ean,namun untuk srtuktur memran &tenda( murni maka ga%a akan disalurkan langsung ketumpuan&patok( tanpa antuan kael seagai pen%alur. 7onto$ pada kema$*kema$ ke'il dengan entang ke'il. Sistem memran %ang dipakai kean%akan untuk angunan skala esar $arus mempertimangkan a$an tenda dan ara$ angin. Tiang*tiang pen%angga flaksiel ter$adap ga%a tekan ole$ angin, $al ini men%eakan tenda dapat terus erdiri. Tiap ga%a %ang ter)adi pada )aring&tenda( akan disalurkan ke kael*kael silang di agian a0a$ )aring %ang kemudian disalurkan menu)u tiang dan disalurkan ke kael dan tana$. Pada agian tertentu ada pula ga%a %ang langsung disalurkan menu)u kael dan tana$ tanpa melalui tiang pen%angga.
2
M2D3L 4ol. o. 5anuari 0,
Da#tar Pustaka
S'$ode'k, Daniel 15 #-", Stru'ture, USA Prantise Hall* 4n' Sutrisno, :5 #-3,entuk Struktur angunan Dalam Arsitektur odern, Cramedia, Jakarta Salvadori, ario, . 1ev%,#-/, Desain Struktur Dalam Arsitetektur &Ter)ema$an(,
