Pendahuluan Struktur Membran [PDF]

Citation preview

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Struktur membran adalah struktur yang menggunakan material membran, yang memikul beban dengan mengalami tegangan tarik (Schodek, 1998). Salah satu jenis struktur membran adalah struktur tenda. Beberapa bangunan kontemporer seperti stasiun, bandara, stadion, convention center, dan sebagainya telah menggunakan struktur tenda yang inovatif dan modern sehingga penggunaan struktur tenda ini kini tidak lagi terkesan sebagai bangunan semi permanen atau bangunan yang ‘belum selesai’. Seiring dengan mulai populernya penggunaan struktur tenda dalam arsitektur, perlu dipahami lebih jauh mengenai apa sesungguhnya yang dimaksud dengan struktur tenda kaitannya dengan struktur membran, bagaimana cara kerjanya, serta bagaimana proses konstruksinya hingga menjadi bangunan. Selain itu perlu ditekankan bagaimana perbedaan antara tenda sebagai material dan tenda sebagai sistem struktur (tensile structure). Sebab kesalahan pemahaman terhadap keduanya sering membiaskan pemahaman akademik mengenai struktur tenda. Salah satu cara untuk membedakannya adalah dengan memperhatikan contoh bangunan yang menggunakan sistem truktur tenda dan yang hanya menggunakan tenda sebagai material penutup. Masyarakat awam umumnya berpendapat bahwa membran atau fabric (kain, PVC, atau fiberglass) adalah material untuk jenis struktur yang sederhana. Umumnya material tersebut digunakan dalam bangunan-bangunan yang tidak permanen hingga semi permanen seperti tenda pramuka, tenda pernikahan, shelter, atap carport, penutup lapak, ataupun tenda penaung pada pasar tradisional. Padahal di lain pihak, dunia arsitektur telah mengembangkan penggunaan tenda dan mengaplikasikannya pada bangunan dengan inovatif. Bangunan-bangunan yang menggunakan material tersebut juga bukanlah bangunan-bangunan kecil, melainkan bangunan-bangunan publik berskala besar seperti airport, stasiun, stadion, convention center, hall, dan lain sebagainya. Kekuatan dan ketahanan bangunan berstruktur membran tersebut juga terbukti sangat baik. Beberapa produsen material tenda menyatakan bahwa produknya dapat bertahan hingga 15 tahun (PT. Kattya Tenso Membrane: 2011).



Saat ini, terdapat pemahaman yang bias antara tenda sebagai material dan tenda sebagai sistem struktur (tensile structure). Ketika seseorang membicarakan struktur tenda, ada prinsip kerja tertentu yang membedakannya dengan sistem struktur lain. Akan tetapi ketika tenda digunakan sebagai material, ia dapat dipadukan dengan berbagai sistem struktur lain, misalnya penopang rangka kaku. Kedua sistem ini memiliki cara kerja yang berbeda. Perbedaan inilah yang perlu dipahami lebih jauh. 1.2.RUMUSAN MASALAH 1. Apa yang dimaksud dengan struktur tenda dan kaitannya dengan struktur membran? 2. Bagaimana cara kerja struktur tenda (tensile structure) dan struktur rangka kaku? 3. Bagaimana proses konstruksi struktur tenda dengan sistem membran dengan rangka kaku? 1.3.Tujuan 1.



Memahami apa yang dimaksud dengan struktur tenda dengan struktur membran.



2.



Mengetahui cara kerja struktur tenda dan struktur membran rangka kaku.



3.



Mengetahui bagaimana proses konstruksi struktur tenda dengan struktur



membran rangka kaku. LANDASAN TEORI 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 kabel-kabel di tengah area. Kabel-kabel ditegangkan (diganjal) dengan tiang-tiang sehingga membran atap terangkat, lalu ujung dari tiap-tiap kabel tersebut kemudian dikunci pada jang