STRUKTUR MEMBRAN (PNEUMATIC)

Sejalan dengan perkembangan zaman, suatu seni arsitektur pun mengalami suatu perubahannya sendiri, mulai dari gaya pada kulit bangunan sampai pada strukturalnya. Dewasa ini banyak gaya yang mengekspos strukturalnya, mulai dari struktur lengkung, kabel sampai membrane atau yang biasa dikenal pneumatic structure. Dalam pembahasan ini kita akan membedah kasus tentang Pneumatic Structure.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 yangbermacam-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 sistem 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.Tujuan utama makalah ini adalah memperkenalkan struktur pneumatik sebagai salah satu altematif struktur non konvensional yang dapat digunakan di Indonesia untuk mengatasi masalah-masalah yang berkaitan dengan kecepatan membangun, kemudahan dalam transportasi dan harga yang bersaing, khususnya dal= kazanah struktur bentang lebar.

Sistem Struktur yang ada pada akhir dasa warsa ini semakin menunjukkan perkembangan yang pesat. Sistem struktur yang inovatif menciptakan kekayaan desain bagi dunia arsitektur. Keragaman bentuk struktur tidak hanya pada sisi olah bentuknya saja, melainkan juga keragaman sistem bekerjanya struktur tersebut. Heino Engel dalam bukunya Structure Systems mengelompokkan struktur dalam 5 kelompok besar berdasarkan kesamaan cara bekerjanya dari masing-masing sistem struktur.Salah satu struktur yang unik untuk dicermati adalah Pneumatic Structure, karena sistem struktur ini memanfaatkan gaya tarik, namun berusaha menentang hukum alam dari bentuk struktur yang memanfaatkan gaya tarik ini. Semua struktur yang memanfaatkan gaya tarik akan membentuk bentuk dasar dan primer berupa garis lengkung atau parabola yang membuka ke atas. Hal ini disebabkan bahan dari struktur yang memanfaatkan gaya tarik adalah lentur dan lemas, sehingga akan membuat garis lengkung atau parabola yang membuka ke atas. Hal ini disebabkan bahan dari struktur yang memanfaatkan gaya tarik adalah lentur dan lemas, sehingga akan membuat garis lengkung membuka ke atas (seperti kalung). Namun pneumatik ingin membentuk satu bentuk dasar berupa garis lengkung yang membuka ke bawah.Bentuk ini diilhami oleh bentuk shell, sedangkan shell banyak memanfaatkan gaya tekan. Sisi usaha membuat bentuk yang menentang hukum alam ini dilakukan dengan menciptakan semacam shell yang ditiup. Tekanan udara di dalam diterima olej membrane penutup dan bidang membrane ini menegang dan menderita gaya tarik. Maka tidak berlebihan jika ada yang mengelompokkan pneumatik ini dalam Soft Shell Structure. Tentunya bentuk struktur pneumatik ini banyak memiliki kelemahan yang terus menerus disempurnakan. 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 sebagai penerima beban langsung maupun tidak langsung. Perkembangan desain dari struktur pneumatik dapat dikatakan sangat cepat, walaupun secara sepintas merupakan sistem struktur yang kelihatan lemah, penuh resiko dan banyak kelemahannya, namun pengembangan fungsi dan bentuk terus diupayakan. Hal inilah yang menarik untuk dicermati dan diambil satu pengamatan yang mendalam untuk olah inovasi di bidang arsitektur.

Membran adalah suatu lembaran bahan tipis sekali dan hanya dapat menahan gaya tarik murni. Soap film adalah membran yang paling tipis, kira-kira 0,25 mm yang dapat membentang lebar. struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban terutama melalui proses tegangan tarik.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 :n Cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani. n Sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin Efek ini dapatmenyebabkan terjadinya fluttering (getaran). 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, rusuk-rusuk 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.

Shaddle ShapeConical Shape Arched Form ShapedWave FormPneumatic Structure

Sejarah struktur pneumatis : 1917 -> William Lanchester (Inggris) mengajukan hak patennya untuk penerapan prinsip balon pada bangunan rumah sakit. 1922 -> Bangunan Oasis Theater (Paris) menggunakan struktur atap berlubang pneumatis. 1946 -> Bangunan Radomes menggunakan struktur struktur yang ditumpu udara. Medium tekanan yang digunakan : Udara, gas dan cairan. Karakter dari struktur pneumatik adalah murah dalam investasi awal, cepat pembangunannya dan ringan bobotnya karena material utamanya adalah lembaran kain dengan tebal tidak lebih data 0,5 mm. Penerapan struktur pneumatik di Indonesia, khususnya untuk bangunan arsitektural hingga saat ini belum banyak dilakukan. Kendala yang dihadapi adalah jenis struktur ini masih kurang populer yang diikuti dengan kurangnya nara sumber serta belum adanya peraturan- peraturan yang khusus mengatur pembangunan menggunakan struktur pneumatik. Padahal dari banyak sisi, Indonesia sebenarnya merupakan lahan yang subur bagi pengembangan struktur pneumatik. Rehm tropis di Indonesia rnemungkinkan bangunan terbebas dari beban salju yang merupakan musuh utama struktur pneumatik. Selain itu di Indonesia banyak event yang pengadaannya berkesesuaian dengan karakter struktur pneumatik. Pengadaan material utama bangunan berupa kain 1)cl-lapis PVC juga sudah bukan merupakan barang baru di industri pertekstilan Indonesia. Jenis-jenis utama struktur pneumatik yaitu: Struktur pneumatik lapisan ganda yang didukung udara Sistem memiliki keunggulan dalam lebar bentangan. Struktur pneumatik tabung yang digelembungkan udara.sistem memiliki keunggulan pada fleksibilitas ruang dan bukaan.Pembahasan mengenai detail era pembuatan, penyimpanan, transportasi, proses ereksi serta pembongkaran di lokasi juga disertakan, dengan harapan dapat lebih memberikan gambaran bagaimana bangunan pneumatik dapat diproduksi di IndonesiaMembran dapat diberi pra tegang dengan tekanan dari sebelah dalam apabila menutup suatu volume atau sejumlah volume yang terpecah-pecah. Dengan cara ini tersusunlah struktur pneumatik. Embran mudah menjadi bengkok dan dapat mudah ditekan oleh gas atau udara. Dalam tyeori, membran tanpa pra tegang dapat membentangi ruangan yang besar sekali dengan tekanan udara yang mengimbangi beratnya sendiri dari membran yang mengambang. Dalam praktek, membran perlu diberi prategang supaya menjadi stabil terhadap pembebanan yang tak simetris dan yang dinamis.Stabilitas bentuk konstruksi ini dikendalikan oleh 2 faktor. 1. Tekanan pada tiap titik dari membran yang menyebabkan tegangan tarik harus cukup untuk menahan semua kondisi pembebanan dan untuk menjaga agar tidak terdapat tegangan tekan pada membaran. 2. Tegangan membran pada setiap titik dengan kondisi pembebanan harus lebih kecil daripada tegangan yang diperkenankan pada bahan. Bentuk struktur pneumatik adalah karakteristik merupakan lengkungan dua arah dari lengkungan sinplastik. Bentuk dengan lengkungan searah dan lingkungan anti klasik tidak mungkin digunakan . Lengkungan kubah adalah bentu yang cocok untuk struktur membran pneumatik, karena dapat menutupu ruangan dan dapat ditekan oleh udara yang besarnya atau kecepatannya sama kesemua arah. Tegangan membran dalam bola atau dalam kubah tergantung pada tekanan udara dari dalam dan garis radius,yakni o = 12 . p .r(p = tekanan udara, r = radius kubah).Kelemahan Struktur Membran : Sangat peka terhadap efek aerodinamika sehingga mudah mengalami getaran Tidak dapat menahan beban vertikalKelebihan 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 permanenBisa untuk bentang yang lebarDari 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 luasMemiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan meter mengungguli semua sistem lainKlasifikasiBerdasarkan tegangan tarik yang dapat dilakukan dengan system prategang Membran berbentuk bidang pelanaMembran berbentuk bidang kerucut dengan setengah tiang tendaMembran yang dikombinasikan secara bebas dengan hasil tenda gergaji atau atap gantunganBerdasarkan penopangnya Kabel, contoh: struktur tenda Udara, contoh: struktur pneumatis

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. 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.

(Sumber: http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/12024-6-503916803720.doc)