STRUKTUR MEMBRAN

STRUKTUR MEMBRAN

1.

Pengertian struktur membran Membran adalah struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban dengan mengalami terutama tegangan tarik dalam semua arah. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani sehingga struktur tidak akan mampu mendukung beban tanpa berubah bentuk. Contoh sederhana dari struktur membran ini adalah payung. Saat payung dibuka maka permukaan membran akan mengalami tegangan tarik, yang menyebabkan tegangan tarik ini adalah rusuk-rusuk serta dukungan batang tekan pada tangkai payung sehingga payung dapat menahan gaya tekan.

2.

Prinsip umum struktur membran

2.1.

Gaya-gaya pada permukaan membran Struktur membran pada dasarnya memikul beban dengan dua cara, yaitu : 

Tegangan tarik. Tegangan tarik pada membran ini bekerja pada lengkung utama (lengkung pada 2 arah utama) yang saling tegak lurus dan tegangan tarik pada dua arah ini berdasarkan atau serupa dengan sistem pada kabel menyilang. Tegangan tarik ini berhugungan dengan membran itu sendiri sebagai bidang tipis yang dalam mendukung atau menerima beban akan mengalami perubahan bentuk.



Tegangan geser tangensial Tegangan ini dihubungkan dengan terjadinya puntiran atau torsi pada membran. Antara tegangan tarik dan geser terjadi kerjasama dalam memikul beban.

Beban yang dipikul mengakibatkan tegangan tekan sehingga menjadi lendutan yang menyebabkan bentuk membran menjadi lengkung. Hal ini berpengaruh pada kestabilan membran. Membran menjadi tidak tahan terhadap tekan dan jika terjadi tekanan yang berlebihan akan roboh. Karena itu diperlukan tegangan tarik pada permukaan membran untuk mendukung beban yang ada.

2.2.

Stabilisasi pada membran Cara stabilisasi pada membran adalah dengan memberikan rangka penumpu pada membran atau memberi prategang yang diperoleh dari gaya-gaya arah luar pada perbatasan atau tepian membran atau prategang yang diperoleh dari tekanan udara pada bagian dalam membran yang mempunyai volume tertutup. Contoh pemberian prategang dengan gaya dari luar adalah struktur tenda. Stabilisasi membran ditandai dengan penggunaan kabel-kabel tarik atau pretension sehingga terjadi tegangan pada membran dengan arah tegak lurus di seluruh permukaannya. Hal ini disebut juga dengan gaya jacking.

Contoh pemberian prategang yang diperoleh dari tekanan udara pada bagian dalam membran yang mempunyai volume tertentu adalah struktur pneumatis.

3.

Macam – macam struktur membran

3.1.

Struktur pneumatik Struktur pneumatik merupakan struktur membran yang ditegangkan selaput membrannya dengan memberi tekanan udara internal, di mana tekanan udara internal dan tekanan udara eksternal berbeda tekanannya.

3.1.1. Prinsip umum struktur pneumatik Tekanan udara pada bagian dalam menyebabkan terjadinya tegangan tarik pada permukaan membran. Tekanan udara dalam harus selalu lebih besar daripada tekanan udara luar, supaya dalam permukaan membran tidak terjadi tegangan tekan pada saat terjadi pembebanan. Kestabilan diperoleh akibat adanya tegangan tarik yang terjadi dalam menahan beban. Akibat adanya tekanan udara dalam yang lebih besar, maka akan menyebabkan membran cenderung untuk terangkat sehingga perlu diberi ring penahan.

3.1.2. Macam – macam struktur pneumatik 

Struktur pneumatik satu lapis (air supported structure) Merupakan struktur yang ditumpu udara. Struktur ini mempunyai tekanan udara rendah kurang lebih 3-6 psf. Udara harus dikontrol konstan terus-menerus.



Struktur pneumatik dua lapis (air inflated structure) Merupakan struktur yang digelembungkan udara. Struktur ini mempunyai tekanan udara tinggi 30-60 psf, di mana pengontrolan udara dilakukan secara berkala.

3.2.

Struktur net (jaring) dan tent (tenda) Di dalam struktur net dan tenda terdapat prinsip-prinsip umum yang perlu diketahui 

Kelengkungan Bentuk lengkung pada tenda ditentukan kondisi tumpuan : -

Tumpuan titik atau tumpuan garis

-

Tumpuan kaku (rigid) atau fleksibel

-

Penempatan tinggi rendah titik tumpuan

Dalam penempatan tumpuan, sebaiknya menghindari permukaan membran yang datar, karena akan membutuhkan gaya prategang yang besar untuk mempertahankan bbentuk datar permukaan membran. Gaya prategang tidak boleh melebihi tegangan ijin membran. Untuk menghindari permukaan yang datar maka kelengkungan dibuat dalam dua arah yang berlawanan. 

Kondisi tumpuan Tumpuan titik tinggi selalu didukung kolom tekan berujung sendi dan titik rendah diangker ke tanah. Pada tumpuan titik rendah akan terjadi gaya angkat dan gaya dorong pada pondasi karena adanya prategang pada membran yaitu dengan menarik membran menggunakan gaya jacking.

3.3.

Pembebanan yang mempengaruhi struktur membran

3.3.1. Beban akibat pengaruh luar Beban yang diakibatkan pengaruh luar dapat menyebabkan membran memikul beban. Membran adalah bidang furnikular tipis sehingga tidak mampu menerima tekan, karena itu kemiringan perlu diperhatikan. 3.3.2. Beban thermal Beban thermal diakibatkan dari perubahan suhu atau temperatur yang relatif cukup besar pada struktur bangunan, seperti perubahan suhu siang dan malam. Perubahan suhu mengakibatkan pemuaian atau penyusutan atau tarikan dan dorongan pada bagian struktur.

3.3.3. Beban angin Struktur yang terletak pada jalur perjalanan angin dapat mengakibatkan pergerakan angin untuk dibelokkan atau dihentikan. Energi kinetik akan berubah menjadi energi potensial yang menyebabkan tekanan atau hisapan. Kekuatan dari tekanan atau hisapan ini juga tergantung dari kecepatan angin, bentuk geometri bangunan, kepadatan udara, orientasi bangunan, kekakuan, posisi bangunan terbuka atau tertutup.

4.

Bahan membran Bahan membran umumnya berupa lembaran atau bidang yang terdiri atas anyaman bahan tekstil yang kedap air / udara dan bahan pelapis. Contoh bahan tekstil : 

Anyaman serabut sutera Polyester, Polyamid, dan lain-lain.



Campuran serabut kaca dan logam (fiberglass)

Contoh bahan pelapis : 

PVC, Polyisobutylen, dan lain-lain.

Pada dasarnya semua bahan membran mengalami kerusakan dalam batas waktu tertentu, terutama pada sifat kekakuannya.

5.

Penerapan struktur membrane dalam arsitektur

5.1.

Music Pavilion di Sun Valley, Idaho, USA, 2008. Bangunan ini berfungsi sebagai music hall. Struktur bangunan terdiri dari permanen dan non permanen. Struktur permanen terletak pada bagian panggung dan fasilitas penunjang, sedangkan non permanen terletak pada bagian atap yang terbuat dari membran. Jenis struktur membran yang digunakan adalah struktur tenda, dengan pendukung tiang lengkung, terletak pada sambungan struktur permanen dan non permanen pada atap.

Interior bangunan

Eksterior bangunan

Analisa tumpuan sturktur bangunan

Tumpuan pada struktur membran bangunan Sun Valley Pavillion menggunakan tumpuan titik deskret dengan titik tertinggi pada bidang lengkung. Sedangkan titik terendahnya dihubungkan kabel menuju ke kolom. Gaya prategang pada membran diperoleh dengan menarik membran dari titik tertinggi ke titik terendah (jacking).

5.2.

William Hutton Younger Dynamic Earth Centre

Bangunan ini merupakan sebuah paviliun raksasa yang menggunakan struktur tenda dan berdinding kaca. Denah paviliun ini berbentuk oval dan terletak di atas bangunan ekshibisi setinggi dua lantai.

Eksterior bangunan

Tampak atas bangunan

Proses konstruksinya adalah dengan membuat jangkar-jangkar disekeliling profil atap. Jangkar tersebut nantinya akan digunakan untuk menahan susunan kabel yang menempel pada membran atap. Setelah jangkar dibuat, dibangun tiang-tiang sebanyak 2 x 4 buah untuk nantinya memberikan gaya jacking. Kemudian disusun membran dan kabelkabel di tengah area. Kabel-kabel ditegangkan (diganjal) dengan tiang-tiang sehingga membran atap terangkat, lalu ujung dari tiap-tiap kabel tersebut kemudian dikunci pada jangkar.

Sumber : 1. PRINSIP STRUKTUR MEMBRAN dan TENDA dan CONTOH-CONTOH PEMAKAIANNYA DALAM BANGUNAN oleh Shelly Wardoyo (Universitas Kristen Petra 1994) 2. http://eprints.undip.ac.id/32373/1/4.struktur_membran-sukawi.pdf 3. http://arsitekturbicara.wordpress.com/2011/11/28/perbedaan-konstruksi-membran-padastruktur-tenda-tensile-structure-dan-struktur-penopang-rangka-kaku-pada-bangunan/