struktur bangunan gedung lengkung

PENGERTIAN ARSITEKTUR DAN KEKOHOHAN 1. ARSITEKTUR Arsitektur berasal dari kata Archi dan Techton yang berarti kepala dan tukang . Arsitektur adalah seni dan ilmu dalam merancang bangunan. Dalam artian yang lebih luas, arsitektur mencakup merancang dan membangun keseluruhan lingkungan binaan, mulai dari level makro yaitu perencanaan kota,perancangan perkotaan, arsitektur lansekap, hingga ke level mikro yaitu desain bangunan, desain perabot dan desain produk AMOS RAPOPORT Arsitektur adalah segala macam pembangunan yang secara sengajadilakukan untuk mengubah lingkungan fisik dan menyesuaikannya denganskema-skema tata cara tertentu lebih menekankan pada unsur sosialbudaya. CORNELIS VAN DE VEN Arsitektur berarti menciptakan ruang dengan cara yang benar-benardirencanakan dan dipikirkan. Pembaharuan arsitektur yang berlangsungterus menerus sebenarnya berakar dari pembaharuan konsep-konsep ruang. VITRUVIUS Ada tiga aspek yang harus disintesiskan dalam arsitektur yaitu firmitas(kekuatan atau konstruksi), utilitas (kegunaan atau fungsi) dan venustas(keindahan atau estetika). Dan Menurut kami Arsitektur adalah Ilmu yang mempelajari tentang Perancangan desain maupun struktur bangunan sesuai dengan kegunaan /fungsi bangunan tersebut .

2. KEKOKOHAN Firmness dapat diartikan kekuatan atau kekokohan yang berhubungan dengan struktur bangunan atau bagaimana bangunan dapat berdiri Hal ini berhubungan dengan: • kekuatan fisik struktural • persepsi struktural Fisik struktural berhubungan dengan perhitungan secara matematis terhadap : 1

• Grafitasi , gaya –gaya alam • Momen • Mekanika • Kekuatan dan keawetan material Persepsi struktural berhubungan dengan : • Kesan yang dilihat ( indra penglihatan) • Kesan rasa aman ( roboh & faktor ekstern )

KLASIFIKASI STRUKTUR Dasar pengklasifikasi struktur bisa dilihat dari berbagai macam sudut pandang : a. Berdasarkan bentuk fisik konstruksi geometri : elemen garis / permukaan, lurus /lengkung) b. Sifat fisik dasar konstruksi ( kaku , tak kaku ) c. Material ( kayu , baja , beton bertulang )

•

Susunan balok dan kolom ( Struktur kaku ) Struktur yang dibentuk dengan cara meletakkan elemen kaku horizontal di atas elemen kaku vertikal . Balok memikul beban yang bekerja transversal dari panjangnya dan mentransfer

beban tersebut ke kolom vertikal yang

menumpunya , kemudian mentranser beban itu ketanah. •

Struktur rangka ( Struktur kaku ) Rangka mempunyai aksi struktural yang berbeda dengan jenis balok kolom karena adanya titik hubung kaku antara elemen vertikal dan horizontal. Kekakuan ini titk hubung ini memberikan kestabilan terhadap gaya lateral.. Pada sistem rangka baik balok maupun kolom akan melentur sebagai akibat adanya aksi beban pada struktur

•

Pelengkung bata ( Struktur kaku ) Struktur ini terdiri dari potongan-2 kecil yang mempertahankan posisinya akibat tekanan dari beban. Struktur pelengkung bata ini hanya berfungsi dan stabil apabila dibebani gaya-2 pada bidang , yang menyebabkan struktur tersebut mempunyai gaya tekan merata. Struktur ini tidak

bisa memikul beban yang

menimbulkan lenturan krn tumpukan bata tsb akan mudah berantakan. 2

•

Cangkang ( Struktur kaku ) bentuk struktural tiga dimensional yang kaku dan tipis yang mempunyai permukan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai sembarang bentuk.

•

Kubah ( Struktur kaku ) Kubah terbuat dari material kaku seperti beton bertulang tipis dan bisa juga dibuat dari tumpukan bata. Struktur cangkang atau kubah sangat efisien untuk digunakan pada bentang besar , dengan material yang relatif sedikit

•

Jaring ( Struktur tidak kaku / fleksible ) permukaan 3 dimensi yang terbuat dari sekumpulan kabel lengkung yang melintang.Keuntungan penggunaan kabel melintang adalah bahwa penempatan kabel tsb dapat mencegah atap dari getaran akibat tekanan dan isapan angin

•

Struktur tenda ( Struktur tidak kaku ) Tenda biasa dibuat dari permukaan membran atau lembaran tipis dan fleksibel

•

Struktur kabel ( Struktur tidak kaku ) elemen struktur fleksibel. Bentuknya sangat bergantung pada besar dan perilaku beban yang bekerja padanya

TABEL KLASIFIKASI STRUKTUR

3

STRUKTUR KAKU

STRUKTUR TAK KAKU (FLEKSIBEL)

4

STRUKTUR KAKU STRUKTUR RANGKA Sistem rangka ruang dikembangkan dari sistem struktur rangka batang dengan penambahan rangka batang

batang kearah tiga dimensinya. Struktur rangka ruang adalah komposisi yang

masing-masing berdiri

gaya tarik yang sentris dan dikaitkan ruang. Bentuk

satu

sendiri, sama

dari batang-

memikul gaya tekan atau

lain dengan sistem tiga dimensi atau

rangka ruang dikembangkan dari pola grid

dua

lapis

(doubel-

layer grids), dengan batang‐batang yang menghubungkan titik‐titik grid secara tiga dimensional. Elemen dasar pembentuk struktur rangka ini adalah: -

Rangka batang bidang

-

Piramid dengan dasar segiempat membentuk oktahedron

-

Piramid

dengan

dasar segitiga membentuk tetrahedron

Elemen dasar pembentuk sistem rangka ruang Sumber: Schodek, 1999

Beberapa sistem selanjutnya dikembangkan model rangka ruang berdasarkan pengembangan sistem konstruksi sambungannya, antara lain: 1. Sistem Mero 5

2. Sistem space deek 3. Sistem Triodetic 4. Sistem Unistrut 5. Sistem Oktaplatte 6. Sistem Unibat 7. Sistem Nodus 8. Sistem NS Space Truss

ANALISIS STRUKTUR RANGKA RUANG Beberapa faktor yang akan diuraikan berikut merupakan tinjauan desain pada struktur rangka ruang. Faktor‐faktor itu antara lain: (1) Gaya-gaya elemen struktur (2) Desain batang dan bentuk Banyak

sekali unit geometris yang dapat digunakan untuk membentuk

unit berulang mulai dari tetrahedron sederhana, sampai bentuk-bentuk polihedral lain.

Gaya-gaya pada Struktur Rangka Ruang Sumber: Schodek, 1999

6

Jenis‐jenis Struktur Rangka Ruang dengan modul berulang Sumber: Schodek, 1999

7

STRUKTUR CANGKANG Menurut

Joedicke (1963) struktur shell adalah plat yang melengkung ke

satu arah

atau lebih

Sedangkan

menurut

struktural

tiga

lengkung.

tebalnya

Schodeck

dimensional

Sejalan

cangkang atau atau

yang

tebal

Salvadori dan Levy (1986) Sebuah yang

cukup

kaku

dan

tipis

tipis

dapat

kerang

untuk

di

lengkung. kulit

bentuk

mempunyai permukaan Ishar

struktur

sebagai

bentangnya.

adalah

menurut

Jadi,

yang

(1995),

tipis

datar

shell. Istilah cangkang oleh

kerang.

tipis merupakan

mengerahkan

yang

atas,

dikatakan

disebut

kulit

daripada

atau cangkang

pengertian

tidak

kecil

shell

shell bersifat tipis dan

lengkung

lebih

(1998),

yang

dengan

jauh

suatu

membran

tegangan-‐tegangan

lentur

melengkung yang

dapat

diabaikan pada sebagian besar permukaannya, akan tetapi cukup tebal sehingga tidak

akan menekuk

terjadi tipis secara

di

bawah

pada

suatu

membran

adalah

stabil

di

berlebihan,

menghindari

timbulnya

ideal.

setiap

karena

tegangan

kulit

Di

beban kerang

tegangan- tegangan

tekan bawah

kecil, beban,

suatu

lembut yang tidak tidak

perlu

seperti

yang

kulit

menegangkan

merubah

akan

kerang pelat

bentuk untuk

tekan.

Cangkang adalah bentuk struktural berdimensi tiga yang kaku dan tipis serta mempunyai permukaan lengkung. Permukaan cangkang dapat mempunyai bentuk sembarang. Bentuk yang umum adalah permukaan yang berasal dari 1.

Kurva yang diputar terhadap 1 sumbu (misalnya, permukaan bola, elips, kerucut, dan parabola),

2.

Permukaan translasional yang dibentuk dengan menggeserkan kurva bidang di atas kurva bidang lainnya, (misalnya permukaan bola eliptik dan silindris)

3.

Permukaan yang dibentuk dengan menggeserkan 2 ujung segmen garis pada 2 kurva bidang (misalnya permukaan bentuk hiperbolik parabolid dan konoid)

4.

Dan berbagai bentuk yang merupakan kombinasi dari yang sudah disebutkan di atas.

Bentuk cangkang tidak harus selalu memenuhi persamaan matematis sederhana. Segala bentuk cangkang mungkin saja digunakan untuk suatu struktur. Bagaimanapun, tinjauan konstruksional mungkin akan membatasi hal ini.

8

Beban-beban yang bekerja pada cangkang diteruskan ke tanah dengan menimbulkan tegangan

geser,

tarik,

dan

tekan

pada

arah

dalam

bidang

(in-plane)

permukaan

tersebut.Tipisnya permukaan cangkang menyebabkan tidak adanya tahan Momen yang berarti Struktur cangkang tipis khusunya cocok digunakan untuk memikul beban merata pada atap gedung. Struktur ini tidak cocok untuk memikul beban terpusat. Struktur cangkang selalu memerlukan penggunaancincin tarik pada tumpuannya. Struktur shell biasanya ditemukan di alam maupun di arsitektur klasik. efisiensi yang didasarkan pada kurvatur (tunggal atau ganda), yang memungkinkan aneka ragam jalur alternatif stres dan memberikan bentuk optimum untuk transmisi banyak jenis beban yang berbeda. Berbagai jenis struktur cangkang baja telah digunakan untuk keperluan industri; melengkung kerang sendiri-sendiri, misalnya, dapat ditemukan dalam tangki penyimpanan minyak, bagian tengah dari beberapa kapal tekanan, dalam struktur penyimpanan seperti silo, di cerobong asap industri dan bahkan di kecil struktur seperti kolom pencahayaan. Kelengkungan tunggal memungkinkan sebuah konstruksi proses yang sederhana sangat dan sangat efisien dalam melawan jenis tertentu beban. Dalam beberapa kasus, lebih baik untuk mengambil keuntungan dari lengkungan ganda. Double kerang melengkung digunakan untuk membangun reservoir gas bulat, atap, kendaraan, menara air dan bahkan atap menggantung. Ada dua mekanisme utama dimana shell dapat mendukung beban. Di satu sisi, struktur dapat bereaksi dengan di-bidang kekuatan saja, dalam hal ini dikatakan untuk bertindak sebagai membran. Dalam prakteknya, bagaimanapun, struktur nyata memiliki area lokal dimana keseimbangan atau kompatibilitas dari perpindahan dan deformasi tidak mungkin tanpa memperkenalkan membungkuk. Perilaku lokal, bagaimanapun, sering kritis dalam menentukan kecukupan struktural. Dimpling dalam kubah, atau pengembangan yang disebut Yoshimura pola-sehingga

dalam

silinder

dikompresi,

adalah

fenomena

yang

terkait

dengan

lokal buckling yang memperkenalkan tingkat baru kerumitan ke dalam studi kerang. Batas-batas teoritis bifurkasi keseimbangan yang dapat dicapai dengan menggunakan model matematika batas atas dengan perilaku struktur yang sebenarnya; secepat apapun perpindahan awal atau ketidaksempurnaan bentuk hadir, curve diperhalus.

PERSYARATAN STRUKTUR SHELL Suatu Struktur Shell harus mempunyai tiga syarat yaitu : 9

1. Harus mempunyai bentuk lengkung, tunggal maupun ganda (single or double). 2. Harus tipis terhadap permukaan ataupun bentangannya 3. Harus dibuat dari bahan keras, kuat, ulet dan tahan terhadap tarikan dan tekanan.

Untuk menentukan struktur yang tepat yang akan digunakan pada suatu bangunan, langkah bijak pertama yang harus dilakukan adalah dengan mengetahui struktur yang ada beserta sifat dan penggunaannya.

Bentuk shell diklasifikasikan menjadi tiga macam sesuai dengan bentuk terjadinya : 1. Rotational Surface Adalah bidang yang diperoleh bilamana suatu garis lengkung yang datar diputar terhadap suatu

sumbu.

Shell

dengan

permukaan

ratisional dapat dibagi tiga yaitu, Spherical Surface, Elliptical Surface, Parabolic Surface.

2. Transitional Surface Adalah bidang yang diperoleh bilamana ujung – ujung suatu garis lurus digeser pada dua bidang

sejajar.

Shell

dengan

permukaan

transitional dibagi dua yaitu Cylindrical Surface dan Elliptical Surface.

3. Translational Surface Adalah

bidang

yang

diperoleh

dengan

garis

lengkung yang datar digeser sejajar diri sendiri terhadap garis lengkung yang datar lainnya. Shell dengan translational dibagi menjadi Hyperbolic Paraboloid dan Conoid.

10

PENGGOLONGAN SHELL Sebagai sebuah struktur menurut Sukawi (2010), Shell digolongkan menjadi beberapa macam berdasarkan : 1. Secara Geometri

2. Berdasarkan Proses Pembentukan

11

3. Berdasarkan Penggolongan Kedudukan Kurva

Bentuk Struktur yang baik dan menyisakan banyak ruang didalamnya sehingga tidak memerlukan tiang penyangga pada bagian interior bangunan, struktur Shell banyak digunakan sebagai struktur pada bangunan publik. Gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur cangkang terdiri atas Gaya Melingkar dan Gaya Meridional.

Gaya Meridional pada cangkang yang mengalami beban vertikal selalu adalah gaya tekan, sedangkan gaya melingkar dapat berupa tarik maupun tekan.

12

KONDISI TUMPUAN CANGKANG BOLA

13

STRUKTUR LIPAT

Gambar struktur diatas dinamakan Folded Plate yang terlihat seperti kertas yang ditekuk – tekuk. Penggunaan struktur ini biasanya digunakan pada bangunan pabrik. Pelat adalah struktur planar kaku yang secara khas terbuat dari material monolith yang tingginya kecil (tipis) dibandingkan dengan dimensi-dimensi lainnya. Beban yang umum pada pelat mempunyai sifat banyak arah. Pelat dapat ditumpu diseluruh tepinya atau hanya pada titik-titik tertentu (misalnya oleh kolom atau campuran antara tumpuan menerus dan titik). Kondisi tumpuan dapat sederhana atau jepit. Pelat ini terbuat dari material padat , homogen yang memiliki sifat sama di segala arah. Dengan membentuk lipatan-lipatan kaku pada suatu sistem struktur yang bekerja secara efisien untuk menyalurkan beban sehingga memungkinkan dicapainya bentang-bentang lebar di antara tumpuan-tumpuan yang direncanakan. Efisiensi dari struktur bidang lipat dicapai karena struktur tersebut bekerja sekaligus sebagai pelat datar (slab), balok (beam), dan rangka kaku (truss).

14

TRANSFER BEBAN Transfer beban dalam struktur lipat terjadi melalui kondisi struktural dari pelat (beban tegak lurus terhadap bidang tengah) atau melalui kondisi struktural dari paralel (slab load ke pesawat). Pada akan

awalnya, ditransfer

kekuatan

eksternal

karena

kondisi

struktural pelat ke pinggir lebih pendek dari satu elemen lipat. Di sana, reaksi sebagai kekuatan aksial dibagi antara elemen

yang

berdekatan

yang

menghasilkan strain kondisi struktural dari lembaran. Ini mengarah pada pengiriman pasukan untuk bantalan.

Ketika selembar kertas tipis terletak antara dua mendukung

akan

membungkuk

karena

fakta

bahwa ia memiliki kekuatan yang cukup untuk membawa beratnya sendiri. Jika sepotong kertas yang sama dilipat maka

akan

mampu mendukung seratus kali beratnya sendiri.

Jika beban meningkat melewati titik ini maka struktur akan gagal dan lipatan akan meratakan keluar.

BENTUK DASAR Bentuk -bentuk yang dapat dijadikan dasar perkembangan bentuk konstruksi lipat, yaitu bentukbentuk dasar: pyramidal, prismatic dan semi prismatic. Bentuk prismatic ialah bentuk yang 15

terdiri dari bidang-bidang datar bersudut siku-siku dan bidang-bidang yang melintang tegak lurus pada kedua belah sisi ujung bidang datar bersudut siku-siku.

MATERIAL Struktur pelat lipat dapat dibuat dari hampir semua jenis material. Salah satu material

yang

banyak digunakan untuk plat lipat adalah beton bertulang. Material ini paling baik digunakan karena dapat dengan mudah dibuat. Material lain yang sering digunakan adalah baja, plastik, dan kayu.

JENIS FOLDED PLATE 1. Folded plate dua segmen Komponen dasar dari struktur folded plate terdiri dari: plat miring, plat tepi yang digunakan untuk menguatkan plat yang lebar, pengaku untuk membawa beban ke penyangga dan menyatukan

plat,

serta

kolom

untuk

menyangga struktur.

2. Folded plate tiga segmen Pengaku terakhirnya berupa rangka yang lebih kaku daripada balok penopang bagian dalam. Kekuatan dari reaksi plat di atas rangka kaku tersebut akan cukup besar dan di kolom luar tidak akan diseimbangkan oleh daya tolak dari plat yang berdekatan. Ukuran rangka dapat dikurangi dengan menggunakan tali baja antara ujung kolom.

16

3. Bentuk Z Masing-masing unit di atas mempunyai satu plat miring yang lebar dan dua plat tepi yang diatur dengan jarak antara unit untuk jendela. Bentuk ini disebut Z shell dan sama dengan louver yang digunakan untuk ventilasi jendela. Bentuk Z ini adalah bentuk struktur yang kurang efisien karena tidak menerus dan kedalaman efektifnya lebih kecil daripada kedalaman vertikalnya.

4. Dinding yang menerus dengan plat Pada

struktur

ini

,

dinding

merupakan

konstruksi beton yang miring. Dinding didesain menerus

dengan

plat

atap.

Kolom

tidak

dibutuhkan di pertemuan tiap-tiap panel dinding karena dinding ditahan di ujung atas.

5. Kanopi Bentuk ini digunakan untuk kanopi kecil di entrance bangunan. Struktur ini mempunyai empat segmen. Pengaku struktur disembunyikan di permukaan atas sehingga tidak terlihat dan plat (shell) akan muncul untuk menutup dari kolom vertikal. Di dinding bangunan harus ada juga pengaku struktur tersembunyi di konstruksi dinding.

6. Folded plate yang meruncing ke ujung (Tapered Folded plate) 17

Struktur ini dibentuk oleh elemen-elemen runcing. Berat plat di tengah bentang merupakan dimensi kritis untuk kekuatan tekukan. Struktur ini tidak efisien dan tidak cocok untuk bentang lebar karena kelebihan beban untuk bentang lebar.

7. Folded plate penyangga tepi (edge supported folded plate) Pada struktur ini, plat tepi dapat dikurangi dan struktur atap dapat dibuat terlihat sangat tipis jika plat tepi ditopang oleh rangkaian kolom. Struktur ini cocok digunakan untuk bangunan dengan estetika tinggi dengan desain atap yang tipis. 8. Folded plate truss Terdapat ikatan horizontal melintang di sisi lebar hanya di tepi bangunan. Hal ini memungkinkan folded plate digunakan pada bentang lebar dengan pertimbangan struktural yang matang.

9. Rangka kaku folded plate Sebuah lengkung dengan segmen lurus biasanya disebut rangka kaku. Struktur ini tidak efisien untuk bentuk kurva lengkung karena momen tekuk lebih besar.

18

STRUKTUR TAK KAKU (FLEKSIBEL) STRUKTUR KABEL Kabel sebagai material konstruksi sudah dikenal sejak jaman Mesir kuno. Pada saat itu kabel dibuat dari serat alami. Pada abad pertengahan Leonardo da Vinci (1452 – 1519) sudah membuat sketsa gambar konstruksi jembatan dengan sistem kabel-kabel penahan girder jembatan. Sejak akhir abad ke-19, mulai digunakan kabel-kabel dari bahan metal besi/baja, di mana penggunaannya masih terbatas untuk konstruksi jembatan berbentang lebar. Tetapi kini para arsitek pun dapat menggunakan struktur kabel untuk menciptakan bangunan dengan ruangan dalam yang luas, dengan kesan ringan, anggun, dan transparan. Diawali dengan konstruksi stadion untuk pesta olah raga olimpiade di Munich (Jerman) tahun 1972, para arsitek dan insinyur telah melakukan inovasi dan penelitian di bidang engineering dan manufacture struktur kabel dengan berbagai variasi bentuknya. Dengan struktur kabel, arsitek dapat menciptakan ruang dalam yang sangat luas tanpa kolom, dengan massa bangunan yang sangat ringan dan transparan. Keuntungan

struktur

kabel

terletak

pada

fleksibilitas

pemakaian

dan

pra-pabrikasi

pembuatannya, sehingga siap untuk dipasang di tempat konstruksi dan dapat dikerjakan dalam waktu yang singkat. Beberapa aspek penting untuk proses pembangunan struktur kabel meliputi hal-hal sebagai berikut : •

Form finding, bentuk geometri struktur kabel

•

Hitungan dan sistem pemberian gaya prategang

19

•

Penentuan tipe dan jenis bahan kabel

•

Penentuan panjang terpotong kabel dengan tepat

•

Perancangan bentuk dan detil pemegang kabel

•

Pemilihan pelindung terhadap bahaya korosi

•

Proses pabrikasi dan pemasangan

Untuk merancang dan melaksanakan pelaksanaan struktur kabel, penguasaan ketujuh aspek teknis ini memerlukan kerja sama erat antara insinyur struktur dan arsitektur. Berbeda pada bangunan standar, bentuk struktur kabel yang unik memerlukan peranan insinyur struktur lebih dominan dari pada arsitek. Sangat mendasar bila insinyur struktur tersebut mengerti akan segi estetika dari bentuk. Berbeda dengan perencanaan bangunan yang mempunyai bentuk standar seperti lingkaran, persegi, dan lain-lain, maka untuk struktur kabel yang digunakan untuk atap stadion ataupun lainnya dengan bentang sangat lebar, maka proses perencanaannya dimulai dengan pencarian bentuk geometrinya, dikenal sebagai metoda form finding. Proses ini diperlukan agar diperoleh bentuk atap yang unik dan estetis, tapi bentuk ini justru merupakan bentuk yang optimal ditinjau dari segi struktur. Per definisi, form finding adalah proses untuk menemukan bentuk struktur yang optimal, yaitu struktur yang bentuknya akan memberikan kondisi paling efisien dari segi penggunaan bahan konstruksinya. Kondisi ini dapat kita peroleh bila material konstruksi hanya mengalami tarik pada bidangnya (membran), tanpa adanya tegangan-tegangan akibat momen lentur. Dari proses form finding akan dihasilkan bentuk 3D yang unik, yaitu bentuk lengkung ganda antiklastis atau bentuk pelana, yang juga terbukti sangat efektif bila digunakan teknik prategang padanya. Kabel sebagai material yang fleksibel, dapat kita pakai sebagai elemen struktur yang dengan mudah dapat mengikuti bentuk optimal ini.

20

Proses form finding dilakukan pada saat pradesain sampai ke tahap desain konsep bangunan,

dan

dikerjakan

dengan

melakukan berbagai eksperimen untuk mendapatkan variasi bentuk bangunan. Setelah

ada

kepastian

bentuk

geometrinya, maka secara tepat geometri bangunan akan dihitung dengan metoda matematik numerik. Adapun perhitungan matematik

numerik

diturunkan

berdasarkan prinsip permukaan minimum, yaitu suatu gejala fisika yang kita temukan pada form finding dengan menggunakan gelembung sabun. Kini sudah tersedia program komputer yang bisa men”generate” bentuk geometri berdasarkan kondisi-kondisi batas yang telah ditetapkan.

Sedangkan dipakai

pada

jenis

proses

bahan form

yang finding

disesuaikan dengan jenis struktur yang akan

dihasilkan.

Pada

awal

perkembangannya, untuk struktur kabel dan

struktur

membran,

Frei

Oto

menggunakan air sabun dalam proses form finding. Untuk segi praktisnya dapat pula digunakan kain kasa nilon. Struktur

kabel

3D

(ruang)

membagi

pembebanannya melalui elemen tarik seperti halnya pada sistem rangka batang, dimana resultan gayanya bisa bertemu pada satu titik ataupun dari titik pertemuan ini garis resultan gayanya harus berubah 21

atau berbelok. Yang penting untuk diperhatikan, adalah bahwa pada perancangan struktur kabel, untuk semua kombinasi pembebanan seluruh kabel berada dalam keadaan tarik. Karena elemen-elemen struktur kabel ini umumnya tidak selalu bersilangan secara orthogonal, diperlukan desain bentuk dari titik pertemuan antara kabel. Setiap titik pertemuan dari kabel selain harus memenuhi syarat kekuatan dan kemudahan pemasangan, juga harus dipertimbangkan secara estetika. Sesuai fungsinya titik pertemuan dari kabel-kabel tersebut dapat dikategorikan dalam beberapa bentuk simpul untuk persilangan dari 2 atau 4 kabel. Sifat dari pemegang persilangan ini dapat dibedakan dalam 2 sistem, yaitu: sistem di mana sifat persilangan tidak dapat berotasi (fix) dan sistem dimana persilangan masih dapat bergeser dan berotasi. Sesuai dengan fungsinya resultan gaya pada kabel utama harus pula dapat dibelokkan. Sebagai lintasandari pembelokan kabel utama umumnya digunakan konstruksi dudukan berbentuk pelana dengan radiustertentu. Sedangkan bila diperlukan perubahan arah gaya di mana sudut beloknya kecil dan panjang kabelnya terbatas, maka direncanakan dengan sistem di mana kabel-kabel tersebut diputus pada daerah tersebut, untuk

kemudian

kabel-kabel

tersebut

akan

bertemu pada konstruksi pelat simpul 3D. Seperti sudah dijelaskan, pemberian gaya prategang pada jaringan kabel dilakukan dengan menarik kabel utama pada ujung-ujungnya. Untuk itu diperlukan pengangkuran dan penarikan pada kabel utama.Ketiga tipe detil dari bentuk pertemuan ini merupakan aspek teknis yang harus dirancang dan diuji terlebih dahulu. Saat ini, untuk beberapa detail standar sudah tercantum dalam standard DIN. Kabel sesuai dengan keperluannya, terdiri dari berbagai macam tipe. Menurut standard DIN 18 800 semua kabel yang digunakan untuk struktur bangunan dikategorikan sebagai high tensile 22

members.Secara umum kabel-kabel tersebut mempunyai kekuatan rencana yang lebih tinggi dari pada batang tarik baja, sehingga dengan luas penampang yang sama dapat memikul beban lebih besar. Tetapi modulus elastisitas kabel adalah antara E = 155.000 N/mm2 sampai E = 165.000 N/mm2, jelas lebih rendah dari pada modulus elastisitas yang dipakai untuk batang tarik baja (E = 210.000 N/mm2). Ada pula kabel yang mempunyai lapisan krom dan nikel, agar bersifat tahan terhadap karat. Untuk keperluan konstruksi bangunan, dikenal 3 tipe penampang kabel, yaitu spiral strands, full locked coil cables dan structural wire ropes.

Spiral strands terutama digunakan untuk bangunan di mana bebannya relatif kecil seperti untuk pendukung antena telekomunikasi, cerobong asap, ikatan angin (bracing) pada jaringan kabel, struktur kayu dan baja. Spriral strands diproduksi dengan diameter antara 5 mm sampai 40 mm. Spiral strands hanya terdiri dari kawat-kawat yang berpenampang lingkaran, akibat adanya celah-celah spiral strand dikelompokkan pada material yang kurang tahan terhadap bahaya korosi. Full locked coil cables terutama digunakan sebagai kabel utama ada berbagai konstruksi, antara lain kabel utama pada suspension bridge dan stay cables bridge, kabel tepi pada jaringan kabel. Sifat-sifat khusus dari full locked coil cables, adalah: •

Mempunyai E – modulus yang tinggi

•

Permukaan kabel mempunyai daya tahan tinggi

•

Permukaan kabel tertutup, sehingga tahan terhadap bahaya korosi

Penampang kabel bagian dalam atau bagian inti terdiri dari kawat-kawat dengan penampang lingkaran, sedangkan bagian luar, penampangnya berbentuk Z. Structural wire ropes, terutama digunakan sebagai kabel tepi pada struktur membran (textile structure). Kabel ini terdiri dari beberapa strands, sehingga sifatnya fleksibel.

APLIKASI STRUKTUR KABEL Bila pada awalnya struktur kabel banyak digunakan untuk berbagai jembatan, seperti 23

suspension bridge, cable stayed bridge, dan lain-lain, tapi kini para arsitek pun dapat mewujudkan idenya melalui struktur kabel untuk mewujudkan ruang dalam yang sangat luas, “tanpa kolom”, tapi tetap mempunyai kesan ringan, anggun, transparan dengan bentuknya yang unik. Struktur kabel yang paling banyak digunakan untuk atap stadion olah raga, karena stadion olah raga memang memerlukan ruang yang bebas kolom pada bagian dalamnya. Kombinasi struktur kabel dan tekstil merupakan solusi bagi keperluan untuk perancangan atap stadion olah raga yang dapat digerakkan tutup buka. Sedangkan rancangan gedung masa kini makin banyak pula menggunakan struktur kabel sebagai “suspended cable” untuk dinding kaca dengan bidang yang luas, atau sebagai “supported cable” untuk rancangan atap kaca. Perkembangan dalam arsitektur struktur kabel ini menunjukkan tantangan bagi para insinyur struktur, bahwa mereka seharusnya dapat berperan lebih dominan dalam membuat rancangan struktur kabel dibandingkan arsitek. Mereka tidak hanya “tukang hitung” saja, tapi mereka pun bertanggung jawab untuk segi estetika karena keindahan struktur kabel justru tampil dari elemen strukturnya sendiri.

24

STRUKTUR MEMBRANE 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.

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

25

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

MACAM – MACAM STRUKTUR MEMBRAN a. 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. •

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.

•

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 yang ditumpu udara (air Supportedstructure)

26

- 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.

Struktur yang digelembungkan udara (air inflated structure)

b. 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.

c. Pembebanan yang mempengaruhi struktur membran •

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. 27

•

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.

•

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.

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.

KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan pembahasan beberapa kasus di atas dapat disimpulkan bahwa secara umum proses konstruksi struktur tenda secara berurutan adalah pemasangan pondasi dan penopang, penyusunan membran, pemasangan kabel dan elemen pendukung, penarikan dan penegangan, serta pengevaluasian. Poin penting dari proses konstruksi sistem tenda adalah pemberian gaya jacking dalam pemasangan tiang penopang dan penarikan kabel-kabel. Setiap proses pemasangan dan penarikan membran harus dilakukan atas persetujuan ahli struktur dan dievaluasi sehingga tidak terjadi kelebihan tegangan pada membran.

28

Untuk memahami sistem struktur tenda dengan baik, perlu diperhatikan perbedaan antara tenda sebagai material dan tenda dalam sistem struktur tenda. Suatu bangunan dapat dikatakan menggunakan struktur tenda apabila melibatkan gaya jacking pada strukturnya. Apabila prinsip ini dipahami, diharapkan tidak lagi terjadi ‘bias’ dalam pembahasan arsitektur mengenai struktur tenda.

29

CONTOH APLIKASI JENISJENIS STRUKTUR PADA BANGUNAN CONTOH STRUKTUR KAKU 1. ROYAN MARKET HALL – PARIS

Lokasi

Royan, Charante – Maritime, Poitou – charente, Perancis

Tahun Pembuatan

1955 – 1956

Jenis Bangunan

Market Hall

Fungsi Bangunan

sarana umum

Jenis Konstruksi

Concrete Shell

Arsitek

Louis Simon, Andre Morisseau dan Rene Sarger

Luas Bangunan

diameter 52.40 meter

2. CENTER OF NEW INDUSTRIES AND TECHNOLOGIES

30

Center of New Industries and Technologies yang lebih dikenal sebagai CNIT ini terletak di Puteaux , Perancis , merupakan salah satu bangunan pertama yang dibangun di La Défense di Paris , Perancis. Memiliki bentuk seperti cangkang keong dan struktur Shell, bangunan ini memiliki bentang dan luasan yang lebar didalamnya.

Lokasi

La Défense di Paris , Puteaux Perancis

Tahun Pembuatan

1956 – 1958

Jenis Bangunan

Exhibition Center

Fungsi Bangunan

Convention Center

Jenis Konstruksi

Concrete Shell

Arsitek

Robert Edouard Camelot, Jean de Mailly, Bernard ZehrfussJean, Prouvé

Kontraktor

Nicolas Esquillan

Tinggi Langit – langit

+46 m (151′) diatas permukaan laut

Panjang Bangunan

218 m (715 kaki)

3. SDYNEY OPERA HOUSE Dibangun di kawasan Benellong Point diatas teluk Sydney yang dulunya difungsikan sebagai gudang penyimpanan kereta trem. oleh Jorn Utzon diubah menjadi suatu mahakarya yang indah dan dikenang sepanjang masa pada tahun 1957 untuk memenuhi ambisi pemerintah setempat. Luas Sydney Opera House adalah 1,8 hektar dan 2,2 hektar luas lahannya. Luas

31

lantai yang dapat dipakai adalah 4,5 hektar. Panjang bangunan adalah 185 m dan lebar 120 meter.

Lokasi

Benellong Point

Tahun Pembuatan

1957

Jenis Bangunan

Opera House

Fungsi Bangunan

Opera House

Jenis Konstruksi

Shell

Arsitek

Jorn Utzon

Kontraktor

-

Ketinggian atap

67 meter

Bentang Bangunan

185 m x 120 m

32

4. UNITED AIR FORCE ACADEMY CADET CHAPEL, US.

Langgam

Modern

Arsitektur Lokasi

U.S. Air Force Academy, Colorado Springs,CO

Tahun pembuatan

1959 - 1962

Ketinggian

150 feet (46 m)

Arsitek

Walter Netsch, Jr., Skidmore, Owings and Merrill

5. EDEN PROJECT

33

Fungsi : Sebagai Greenhouse Lokasi : St.Blazey, Cornwall, United Kingdom Arsitek : Niocholas Grimshaw Dibangun : Tahun 2000 – 2003 Struktur : Bangunan ini memiliki struktur kubah dengan konstruksi baja bertulang berbentuk hexagonal yang dilapisi dengan thermoplastic ETFE yang memiliki daya tahan tinggi terhadap korosi dan panas yang diterima

6. NATIONAL CENTRE FOR THE PERFORMANCE ARTS (NCPA)

Fungsi : Opera Hall ( sebagai tempat untuk pertunjukkan seperti ballet, opera , tari ) , Music Hall , dan Theatre Hall ( untuk Opera Beijing ) Lokasi : Beijing , China Arsitek : Paul Andreu Dibangun : Tahun 2001 – 2007 Struktur : Bangunan ini memakai struktur kubah dengan konstruksi baja bertulang yang sebagian dilapisi dengan titanium , dan sebagiannya lagi dengan kaca .

34

7. THE BAHAI HOUSE OF WORSHIP ( LOTUS TEMPLE )

Fungsi : Tempat ibadah Lokasi : New Delhi, India Arsitek : Fariborz Sahba Dibangun : Tahun 1980 – 1986 Struktur : Bangunan ini menggunakan struktur beton bertulang pada bagian atas nya yang kemudian dilapisi dengan marmer putih dan besi galvanis . Dan untuk bagian dalam bangunannya menggunakan struktur pelengkung bata .

8. HIROSHIMA PEACE MEMORIAL MUSEUM

35

Fungsi : Sebagai tempat edukasi dan juga museum peninggalan sejarah semasa pengeboman Lokasi : Hiroshima, Japan Arsitek : Kenzo Tange Dibangun : Tahun 1955 , dan direnovasi tahun 1994 Struktur : Bangunan ini memakai struktur balok dan kolom , dilihat dari konstruksinya balok memikul beban yang bekerja transversal dari panjangnya dan mentransfer beban tersebut ke kolom vertikal yang menumpunya , kemudian mentransfer beban itu ketanah.

9. GATEWAY ARCH

Fungsi : sebuah monumen Lokasi : Memorial Drive , St.Louis , Missouri , United State Arsitek : Eero Saarinen Dibangun : Tahun 1963– 1965 Struktur : Bangunan bagian atas merupakan bangunan utama dengan atap menggunakan struktur Pelengkung bata .

36

CONTOH STRUKTUR TIDAK KAKU 1. KHAN SHATYR ENTERTAINMENT CENTER

Nama : Fungsi : sebagai pusat berbagai macam kegiatan untuk memenuhi kebutuhan warga Kazakhstan Lokasi : Astana, Kazakhstan Arsitek : Foster Partners Dibangun : Tahun 2006 – 2010 Struktur : Bangunan bagian atas merupakan bangunan utama dengan atap menggunakan struktur kabel dan membran . Bahan membran ini memakai membran EFTE yang ditopang menggunakan struktur kabel .

2. NATIONAL ATHLETICS STADIUM (BRUCE STADIUM)

37

Fungsi : tempat pertandingan nasional dan internasional dan sebagai markas tim Canberra Raiders ARL. Lokasi : Bruce , Australian Capital Territory Arsitek : Phillip Cox & Partners Dibangun : Tahun 1977 Struktur : Menggunakan struktur kabel karena sangat cocok digunakan pada atap stadion. Struktur kabel tidak membutuhkan kolom-kolom yang besar untuk menyalurkan beban . Tiang kabel struktur ini dihubungkan dengan 3 penggantung ke balok atap dan kolom baja yang runcing . 3. DYNAMIC EARTH CENTRE

Lokasi : 112-116 Holyrood Rd, Edinburgh, Midlothian EH8 8AS, United Kingdom Arsitek : Michael Hopkins Dibangun : Struktur : Bangunan bagian atas merupakan bangunan utama dengan atap menggunakan struktur tenda. Struktur tenda adalah struktur membran yang bekerja dengan memberikan gaya eksternal yang menarik membran. (Schodek, 1998) Salah satu cara untuk memberikan prategang pada membran adalah dengan memberikan gaya jacking yang cukup untuk tetap menegangkan membran pada berbagai kondisi pembebanan yang mungkin terjadi. Gaya jacking berasal dari kata ‘jack’ yang berarti dongkrak. Prinsip kerja dari struktur membran prategang ini adalah mempertahankan semua permukaan membran mengalami tarik dalam semua kondisi pembebanan. 38

4. CARLOS MOSELEY MUSIC PAVILION

Fungsi : Tempat pertunjukan musik Lokasi : New York ,United States Arsitek : FTL Associates Dibangun : Struktur : Bangunan bagian atas merupakan bangunan utama dengan atap menggunakan struktur Tenda . Bangunan ini bisa di bongkar pasang dan di pindahkan ke mana saja .

5. 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. 39

Interior bangunan

Eksterior bangunan

Analisa tumpuan struktur bangunan Tumpuan pada struktur membran bangunan Sun Valley Pavillion menggunakan tumpuan titik deskret dengan titik tertinggi pada bidang lengkung. Sedangkan titik 40

terendahnya dihubungkan kabel menuju ke kolom. Gaya prategang pada membran diperoleh dengan menarik membran dari titik tertinggi ke titik terendah (jacking). 6. 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 41

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 jangkar.

42

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/

43