Pneumatic Structure SK 4 [PDF]

Citation preview

STRUKTUR MEMBRAN TERBAGI MENJADI (TENT STRUCTURE DAN PNEUMATIC STRUCTURE)



Prinsip yang mendasari desain struktur membran adalah permukaannya harus dipertahankan mengalami tarik pada semua kondisi pembebanan. Ada dua karakter dasar dari kemampuan membran. Tegangan membran terdiri atas tarik dan geser, yang selalu ada dalam permukaan bidang membran dan tidak tegak lurus di atas bidang itu. Aksi membran pada dasarnya tergantung dari karakteristik bentuk geometrinya, yaitu dari lengkungan dan miringnya bidang membran. Memerlukan struktur lain untuk mempertahankan bentuk permukaanya, yaitu: Rangka penumpu dalam yang kaku Prategang pada permukaan yang memberikan gaya eksternal yang menarik membrane (jika bentuknya lembaran) Tekanan internal (apabila bentuknya volume tetutup (pneumatic)) Walaupun membran tidak begitu stabil, dapat dicarikan jalan untuk dimanfaatkan sebagai struktur. Keuntungan struktur ini ialah ringan, ekonomis dan dapat membentang luas. Aksi struktur membran dapat ditingkatkan daya tariknya dengan tarikan sebelum pembebanan. Sebagai contoh payung dari kain. Dengan mengadakan pratarik pada kain yang kemudian dikuncinya dengan alat apitan, rusukrusuk baja membuka dan mendukungnya dengan dibantu oleh batang-batang tekan yang duduk pada tangkai payung. Kain tertarik dan memberi bentuk lengkungan yang cocok untuk menahan beban. Membran kain payung dapat menerima tekanan dari luar dan dalam. Skelet dari rusuk-rusuk baja menerima tarikan dari kain dan memperkuat seluruh permukaan bidang terhadap tekanan angin.



Medium tekanan yang digunakan : Udara, gas dan cairan.



Kelemahan



Struktur



Membran :







Sangat peka terhadap efek aerodinamika sehingga mudah mengalami getaran







Tidak dapat menahan beban vertikal



Kelebihan Struktur Membran : 



Struktur ini bisa digunakan untuk membuat bentukan – bentukan mulai dari yang sederhana sampai yang kompleks, contoh: seperti permukaan bola







Struktur ini sifatnya ringan sehingga tidak memberatkan bangunan, contoh: tenda







Sangat cocok untuk bangunan yang tidak permanen atau semi permanen







Bisa untuk bentang yang lebar







Dari segi teknik, pada saat terjadi penurunan penopang, kabel segera menyesuaikan diri pada kondisi keseimbangan yang baru, tanpa adanya perubahan yang berarti dari tegangan.







merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup permukaan yang luas 







Memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan meter mengungguli semua sistem lain



Klasifikasi Berdasarkan tegangan tarik yang dapat dilakukan dengan system prategang 



Membran berbentuk bidang pelana







Membran berbentuk bidang kerucut dengan setengah tiang tenda







Membran yang dikombinasikan secara bebas dengan hasil tenda gergaji atau atap gantungan



Berdasarkan penopangnya 



Kabel, contoh: struktur tenda







Udara, contoh: struktur pneumatis



NAH, TADI INTRO AJA. INI MATERI GUE



PNEUMATIC STRUCTURE



A. PENDAHULUAN Pneumatic Structure merupakan salah satu sistem struktur yang termasuk dalam kelompok Soft Shell. Structure yang memiliki ciri khas semua gaya yang terjadi pada membran-nya berupa gaya tarik. Pada Pneumatic, gaya tarik terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara. Di dalam struktur pneumatic dengan tekanan udara diluar struktur ini. Pneumatic Structure dibagi dalam dua kelompok besar yaitu Air Inslated Structure dan Air Supported Structure. Dari kedua kelompok ini masing-masing dikembangkan dari sisi olah bentuk yang bermacam-macam, fungsinya dalam sebuah bangunan, bahkan kini telah dikembangkan secara vertikal. Pneumatic Structure pada mulanya hanya dikembangkan sebagai bidang penutup atap dan untuk bangunan berbentang lebar, sekarang mulai dipikirkan untuk memikul beban lantai pada bangunan bertingkat sedang (Medium Rise Building). Mencermati perkembangan pneumatic structure sebagai sistem struktur yang memiliki bentuk dan system kerja yang khas ini, sangatlah menatik. Walaupun pengembangannya tidak secepat sistem struktur lain yang lebih sederhana, namun sistem struktur ini ternyata menarik perhatian untuk dikembangkan karena kekhasannya prinsip kerjanya dan bentuknya yang inovatif. Problem terbesar dari sistem ini adalah kebocoran udara yang ada didalamnya. Bahan pembuatnya diperbaiki terus dan diusahakan cara-cara penanggulangannya. Pada akhir-akhir ini pneumatik dikembangkan untuk menahan beban secara vertikal. Baik dia sebagai penerima beban langsung maupun tidak langsung. Perkembangan desain dari struktur pneumatik dapat dikatakan sangat cepat, walaupun secara sepintas merupakan system struktur yang kelihatan lemah, penuh resiko dan banyak kelemahannya, namun pengembangan fungsi dan bentuk terus diupayakan. B. DESAIN STRUKTURAL DAN PERMASALAHAN KONSTRUKSI Pneumatik adalah sebuah sistem struktur yang memiliki bentuk yang unik. Sistem struktur ini dapat dikembangkan pada bentuk, fungsi maupun bentang dan ketinggiannya. Pengembangan desain struktur pneumatik ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini



Struktur pneumatik adalah suatu sistem struktur yang memperoleh kestabilannya dari tekanan internal yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan eksternal. Media yang digunakan dapat bermacam-macam, diantaranya zat cair, busa atau butiran. Namun yang paling banyak digunakan adalah media



udara. Prinsip ini berlaku seperti pada balon udara, dimana tekanan udara internal di



dalam balon lebih tinggi dibandingkan tekanan udara di luarnya. Beban-beban yang dipikul mengakibatkan lendutan, karena membran adalah bidang dua dimensi dan karena merupakan jala-jala yang saling membantu, maka bertambahlah kapasitasnya. Gaya pada struktur membran Cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani.. Sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angina. Efek ini dapat menyebabkan terjadinya fluttering (getaran).



1) Air Supported Structure ini adalah membutuhkan sedikit perbedaan tekanan udara untuk mengangkat membran-nya. Tekanan udara yang dibutuhkan sekitar 2-20 Psf (pon per feet) di atas tekanan atmosfir. Besarnya tekanan udara ini direncanakan berdasar kondisi angin, ukuran struktur, kekedapan udara (perembesan udara melalui membran, tipe dan jumlah jendela/pintu, dsb). Tekanan udara pada



sistem ini mempunyai pengaruh terhadap geometri membran. Memperbesar radius kurvatur (lengkung) akan menambah kekuatan membran, pengurangan kekuatan membran (membrane force) dapat dilakukan dengan mereduksi kurvatur melalui penggunaan kabel atau kolom tarik. 2) Air Inflated Structure disebut pula Double Membrane Structure dan membutuhkan tekanan udara yang lebih besar dibandingkan dengan Air Supported Structure sehingga sering disebut juga dengan nama High Pressure System. Tekanan udara pada sistem ini hanya diberikan pada strukturnya bulan pada space bangunannya, sehingga pemakai bangunan tidak berada dalam tekanan udara. Dari sebab itu sistem ini lebih bebas dipakai sebagai penutup space, karena tidak membutuhkan air lock dan peralatan lain agar struktur ini tetap berdiri. Elemen dari sistem ini lebih berlaku sebagai elemen rigid (kaku), sehingga lebih umumnya Air Supported Structure ini dirancang untuk dapat mengantisipasi pengaruh angin, mengingat beban angin paling besar pengaruhnya, maka sedapat mungkin gaya kritis angin harus diketahui untuk menentukan besaran tegangan membrane dan gaya pada angkutnya. Berdasarkan perhitungan: T = (P1.R)/2, (dimana T = Tegangan pada membrane, P1 = Tekanan udara di dalam dan R = radius kurvatur), terjadi sebuah kontradiksi pemborosan, oleh karena itu didapat tinggi kubah optimum adalah: 20% terhadap bentang, bila tidak menggunakan struktur dasar yang kaku, dan 6% terhadap bentang, bila menggunakan struktur dasar yang kaku, untuk menahan gaya positif. Sistem struktur ini membutuhkan angkur pengikat membran ke tanah dan membutuhkan sistem pencegah kebocoran. Air Supported Structure mampu mencapai bentang lebih besar dibandingkan dengan Air Inflated Structure.



Tekanan



udara



mempunyai geometri radius



pada



sistem



pengaruh membran.



kurvatur



ini



terhadap



Memperbesar



(lengkung)



akan



menambah kekuatan membran, pengurangan kekuatan membran (membrane force) dapat dilakukan dengan mereduksi kurvatur melalui penggunaan kabel atau kolom tarik. Pada umumnya Air Supported Structure ini dirancang untuk dapat mengantisipasi pengaruh angin, mengingat beban angin paling besar pengaruhnya, maka sedapat mungkin gaya kritis angin harus diketahui untuk menentukan besaran tegangan membrane dan gaya pada angkutnya. CONTOH BANGUNAN AIR SUPPORTED STRUCTURE



Tokyo Dome Lokasi : Koraku 1-chome, Bunkyo, Tokyo,,Jepang Fungsi : Stadion musik dan olahraga Kapasitas : 55.000 orang Luas Lantai :115.221 m2



SISTEM STRUKTUR Sistem struktur Tokyo Dome merupakan campuran dari sistem rangka (bagian fasad) dan sistem pneumatic (bagian atap). Pada bagian atap, membrane dibuat menggelembung dengan meningkatkan tekanan udara di bagian dalam lebih 0.3% dari tekanan udara di luar.



MATERIAL MEMBRAN Pada bagian atap stadion, menggunakan material membrane fiberglass yang diperkuat dengan kabel baja prategang. Permukaan membrane dilapisi dengan teflon, gunanya supaya tahan dari kotoran. Keistimewaan dari struktur ini adalah pencahayaan buatan tidak diperlukan lagi pada siang hari karena lapisan membrane yang digunakan memungkinkan cahaya menyinari ruang, namun tidak menghasilkan baying bayang. PENYALURAN BEBAN Untuk menyesuaikan tuntutan fungsi bangunan, yaitu stadion,



tidak memungkinkan untuk menempatkan



kolom di tengah, maka digunakan system struktur membrane, Arah penyaluran gaya Tokyo Dome disesuaikan dengan geometri ruang yang dinaunginya. Hal ini mempengaruhi penempatan arah labran yang yang berfungsi sebagai penyalur beban ke dua kolom penumpu utama, yang menuju ke pondasi rakitan.



Penggunaan



pondasi



rakit



merupakan



pilihan



yang



lebih



ekonomis



daripada



penggunaan pondasi tiang pancang.



CONTOH BANGUNAN AIR INFLATED STRUCTURE Louis-Riel Secondary Public School Lokasi : Ottawa, Ontario Fungsi:



Sports



&



recreation venue



Bangunan ini termasuk ke dalam struktur air inflated



karena



penggunakan



membran



yang



berlapis, dimana membrane tersebut memperkuat struktur bangunan itu sendiri. (interior bangunan)



PENYALURAN BEBAN



MATERIAL PENUTUP Struktur ini mengunakan material tembus pandang yang ringan, kedua sisinya dilapisi oleh lapisan akrilik hal tersebut memungkinkan struktur ini untuk tidak menggunakan penerangan pada siang hari (hemat biaya listrik). Untuk memperkuat struktur, digunakan material pendukung dari baja galvanis yang menyambung sampai ke tanah. LAPISAN DALAM Untuk menginsulasi struktur dan meningkatkan akustik ruangnya, perbedaan tekanan diatasi dengan lapisan tambahan dari PVC dari dalam struktur ini.