perkembangan struktur pneumatik memperkaya

PERKEMBANGAN STRUKTUR PNEUMATIK MEMPERKAYA DISAIN ARSITEKTUR (LMF. Purwanto)

Jurusan Teknik Arsitektur, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan - Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/architecture/

31

PERKEMBANGAN STRUKTUR PNEUMATIK MEMPERKAYADISAIN ARSITEKTUR

LMF. PurwantoStaf Pengajar Fakultas Teknik Jurusan Arsitektur - Universitas Katolik Soegijapranata Semarang

ABSTRAK

Pneumatic Structure merupakan salah satu sistem struktur yang termasuk dalam kelompok Soft ShellStructure yang memiliki ciri khas semua gaya yang terjadi pada membran-nya berupa gaya tarik. PadaPneumatic, gaya tarik terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara di dalam struktur pneumatic dengantekanan udara diluar struktur ini. Pneumatic Structure dibagi dalam dua kelompok besar yaitu Air InslatedStructure dan Air Supported Structure. Dari kedua kelompok ini masing-masing dikembangkan dari sisi; olahbentuk yangbermacam-macam, fungsinya dalam sebuah bangunan, bahkan kini telah dikembangkan secaravertikal.

Pneumatic Structure pada mulanya hanya dikembangkan sebagai bidang penutup atap dan untuk bangunanberbentang 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 sistemkerja yang khas ini, sangatlah menatik. Walaupun pengembangannya tidak secepat sistem struktur lain yanglebih sederhana, namun sistem struktur ini ternyata menarik perhatian untuk dikembangkan karenakekhasannya prinsip kerjanya dan bentuknya yang inovatif.

Kata kunci: struktur pneumatik, desain dan aplikasi.

ABSTRACT

Pneuimatic Structure is one of the structural system in the Soft Shell Structure. The main characteristic ofthis structure is that all the forces occurred in the membrane are in the form of tensile strength. In thePneumatic, the tensile strength 0ccurs because of the air pressure inside the pneumatic structure is differentform the one outside this structure. Pneumatic structure is classified into two major groups, Air InflatedStructure and Air Supported Structure. Each of this group is developed form the side, the various shaping, thefunctions, even recently is has been developed vertically.

At the beginning, Pneumatic structure was merely developed as the roof covering, and for the horizontal-span structure it has been used to support the floor in the Medium Rise Building?Multy Story Building.

It is interesting to pay close attention to the development of pneumatic structure as the structural systemwhich has typical shapes and working systems. This progress is not as fast as the other simple structures,however this structure is appealing to be developed due to its typical working principles and innovative shape.

Keywords: pneumatic structure, sedign and application.

PENDAHULUAN

Sistem Struktur yang ada pada akhir dasawarsa ini semakin menunjukkan perkembanganyang pesat. Sistem struktur yang inovatifmenciptakan kekayaan desain bagi duniaarsitektur. Keragaman bentuk struktur tidakhanya pada sisi olah bentuknya saja, melainkanjuga keragaman sistem bekerjanya strukturtersebut. Heino Engel dalam bukunya StructureSystems mengelompokkan struktur dalam 5kelompok besar berdasarkan kesamaan carabekerjanya dari masing-masing sistem struktur.

Salah satu struktur yang unik untukdicermati adalah Pneumatic Structure, karena

sistem struktur ini memanfaatkan gaya tarik,namun berusaha menentang hukum alam daribentuk struktur yang memanfaatkan gaya tarikini. Semua struktur yang memanfaatkan gayatarik akan membentuk bentuk dasar dan primerberupa garis lengkung atau parabola yangmembuka ke atas. Hal ini disebabkan bahan daristruktur yang memanfaatkan gaya tarik adalahlentur dan lemas, sehingga akan membuat garislengkung atau parabola yang membuka ke atas.Hal ini disebabkan bahan dari struktur yangmemanfaatkan gaya tarik adalah lentur danlemas, sehingga akan membuat garis lengkungmembuka ke atas (seperti kalung). Namunpneumatik ingin membentuk satu bentuk dasar

DIMENSI TEKNIK ARSITEKTUR Vol. 28, No. 1, Juli 2000: 31 - 36


32

berupa garis lengkung yang membuka ke bawah.Bentuk ini diilhami oleh bentuk shell, sedangkanshell banyak memanfaatkan gaya tekan. Sisiusaha membuat bentuk yang menentang hukumalam ini dilakukan dengan menciptakansemacam shell yang ditiup. Tekanan udara didalam diterima olej membrane penutup danbidang membrane ini menegang dan menderitagaya tarik. Maka tidak berlebihan jika ada yangmengelompokkan pneumatik ini dalam Soft ShellStructure. Tentunya bentuk struktur pneumatikini banyak memiliki kelemahan yang terusmenerus disempurnakan. Problem terbesar darisistem ini adalah kebocoran udara yang adadidalamnya. Bahan pembuatnya diperbaiki terusdan diusahakan cara-cara penanggulangannya.

Pada akhir-akhir ini pneumatik dikembang-kan untuk menahan beban secara vertikal. Baikdia sebagai penerima beban langsung maupuntidak langsung. Perkembangan desain daristruktur pneumatik dapat dikatakan sangat cepat,walaupun secara sepintas merupakan sistemstruktur yang kelihatan lemah, penuh resiko danbanyak kelemahannya, namun pengembanganfungsi dan bentuk terus diupayakan. Hal inilahyang menarik untuk dicermati dan diambil satupengamatan yang mendalam untuk olah inovasidi bidang arsitektur.

METODA

Beberapa pengamatan literatur, baik pema-haman dasar-dasar Pneumatic Structure maupunbentuk-bentuk pengembangannya, digunakanuntuk dasar diskripsi umum. Pengamatan yanglebih mendalam dari struktur advance pneumatikdidapat dari sebuah riset doktoral di Departmentof Architectural Science di University of Sydney,Australia yang dilakukan oleh Henry J. Cowandan Jens G. Pohl dari University of New SouthWales. Struktur pneumatik ini dikembangkan kearah vertikal, untuk bangunan bertingkatmenengah (Medium Rise Building). Dengan studiliteratur dari beberapa buku ini akandigambarkan perjalanan struktur pneumatik dankemungkinan-kemungkinan pengembangannya.

AIR SUPPORTED STRUCTURE

Air Suppoerted Structure disebut jugaSingle Membrane Structure karena hanya meng-gunakan satu lapis membrane dan membutuhkantekanan udara yang rendah (Low Pressure

System). Ciri-ciri dari sistem Air SupportedStructure ini adalah membutuhkan sedikitperbedaan tekanan udara untuk mengangkatmembran-nya. Tekanan udara yang dibutuhkansekitar 2-20 Psf (pon per feet) di atas tekananatmosfir. Besarnya tekanan udara ini direncana-kan berdasar kondisi angin, ukuran struktur,kekedapan udara (perembesan udara melaluimembran, tipe dan jumlah jendela/pintu, dsb).Tekanan udara pada sistem ini mempunyaipengaruh terhadap geometri membran. Memper-besar radius kurvatur (lengkung) akan menam-bah kekuatan membran, pengurangan kekuatanmembran (membrane force) dapat dilakukandengan mereduksi kurvatur melalui penggunaankabel atau kolom tarik. Pada umumnya AirSupported Structure ini dirancang untuk dapatmengantisipasi pengaruh angin, mengingat bebanangin paling besar pengaruhnya, maka sedapatmungkin gaya kritis angin harus diketahui untukmenentukan besaran tegangan membrane dangaya pada angkutnya.

Berdasarkan perhitungan:T = (P1.R)/2, (dimana T = Tegangan padamembrane, P1 = Tekanan udara di dalam dan R= radius kurvatur), terjadi sebuah kontradiksipemborosan, oleh karena itu didapat tinggi kubahoptimum adalah: 20% terhadap bentang, bila tidak mengguna-

kan struktur dasar yang kaku 6% terhadap bentang, bila menggunakan

struktur dasar yang kaku, untuk menahangaya positif.

Sistem struktur ini membutuhkan angkurpengikat membran ke tanah dan membutuhkansistem pencegah kebocoran. Air SupportedStructure mampu mencapai bentang lebih besardibandingkan dengan Air Inflated Structure.

AIR INFLATED STRUCTURE

Air Inflated Structure disebut pula DoubleMembrane Structure dan membutuhkan tekananudara yang lebih besar dibandingkan dengan AirSupported Structure sehingga sering disebut jugadengan nama High Pressure System. Tekananudara pada sistem ini hanya diberikan padastrukturnya bulan pada space bangunannya,sehingga pemakai bangunan tidak berada dalamtekanan udara. Dari sebab itu sistem ini lebihbebas dipakai sebagai penutup space, karenatidak membutuhkan air lock dan peralatan lain



33

agar struktur ini tetap berdiri. Elemen dari sistemini lebih berlaku sebagai elemen rigid (kaku),sehingga lebih tahan terhadap tekuk maupunlendutan (momen) dibandingkan dengan sistemAir Supported Structure. Sistem struktur inimembutuhkan tekanan udara sebesar 2-100 Psi(0,2 7 Atm) besarnya sekitar 100 sampai 1000kali dibandingkan sistem Air SupportedStructure. Karena membutuhkan tekanan udarayang besar, maka dibutuhkan material membranyang kuat dan kedap udara. Secara prinsip dapatdigunakan untuk elemen batang (TubularSystem) dan elemen bidang (Dual Wall System),Perilaku struktur dengan sistem ini sangatkompleks, sehingga sampai sekarang belumdiketahui prosedur perancangan yang tepat.

DISAIN STRUKTURAL DANPERMASALAHAN KONSTRUKSI

Pneumatik adalah sebuah sistem strukturyang memiliki bentuk yang unik. Sistem strukturini dapat dikembangkan pada bentuk, fungsimeupun bentang dan ketinggiannya. Pengem-bangan desain struktur pneumatik ini dapatdilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Macam Desain Struktural PneumatikSumber: International Symposium, [n.d], International Symposium

on Air Supported Structures, Milano, [n.n], p. 296.

Perkembangan desain bentuk semakininovatif, demikian pula dari sisi fungsi. Hal yangmenarik untuk dicermati adalah penggunaanpneumatik untuk bangunan multy-story.Pneumatik direncanakan untuk mampu menahanbeban, baik sebagai dinding pemikul maupun

sebagai bidang penggantung yang menerimabeban tarikan yang sangat berat. Pneumatikuntuk bangunan multy-story ini dibadi dalam duasistem juga, yaitu Air Supported Structure danAir Inflated Structure. Pada bangunan denganmenggunanan sistem Air Suppoerted Structureini, ruang di dalam bangunan yang digunakanuntuk aktifitas pengguna bangunan diberitekanan udara. Semua sisi bidang membrandimanfaatkan pula untuk memikul dan menerimagaya tarik untuk menahan berat lantai. Padasistem rigid, membrane building with built infloor system (gambar 2.a.) membran pada sisivertikal memikul beban lantai bangunan. Semuasisi vertikal membran akan menegang dandirencanakan mampu memikul beban. Sedang-kan pada sistem rigid , membrane building withsuspended floor system (gambar 2.b), bidang atapdimanfaatkan pula sebagai penerima/peng-gantung kabel yang menahan beban lantai.Lantai digantung dengan menggunakan kabel(suspended system). Kedua sistem ini diuji cobadengan menggunakan maket, memiliki kelemah-an berupa besarnya beban yang dipikul olehmembran sangat tinggi sehingga dinilai tidakeffisien bagi penentuan bahan membran.

Gambar 2. Multy Story Air Supported BuildingConstruction

Sumber: Cowan, Henry J. and Pohl, J. G. 1972, Multy Story AirSupported Building Construction, Sydney, BuildInternational, March/April Edition, p. 17.

Perkembangan berikutnya dipikirkan meng-gunakan sistem Air Inflated Structure. Denganmemanfaatkan sisi luar berupa tabung danbidang pemikul, maka struktur pneumatikdigunakan dengan mengangkat bidang atap yangdapat direncanakan menggunakan konstruksibaja maupun plat lainnya. Bidang atap ini sendiriyang kemudian dimanfaatkan untuk menerimabeban lantai. Lantai digantung (suspendedstructure) pada bidang atap tersebut. Dengantekanan udara yang tinggi, maka sistem ini



34

dinilai lebih efektif dan dapat secara optimalmengangkat beban maupun menahan bebanlateral.

Gambar 3. Multy Story Air Inflated Building Con-struction

Sumber: Cowan, Henry J and Pohl, J. G., 1972, Multy Story AirSupported Building Construction, Sydney, BuildInternational, March/April Edition, p. 117.

Membayangkan perkembangan ide kreatifdari disain pneumatik ini, seakan kita dibawapada sebuah dunia penuh imajinatif. Seakan pulakita dibawa dalam alam dongeng fiksi ilmiahyang banyak berkembang akhir-akhir ini.Sebagai contoh usulan desain untuk USAPavilion.

Gambar 4. Usulan Desain USA PavilionSumber: Dent, Roger N, 1971, Principles of Pneumatic

Architecture, London, The Architectural Press, p. 208.

Pneumatik seakan merangsang ide-ide yangimajinatif. Hal yang tidak mungkin dilakukanoleh struktur lain, dapat dilakukan olehpneumatik ini. Sebagai contoh, bentuk adanyagelembung atau bidang yang besar di tumpupada sebuah kolom yang ukuran perbandingan-nya lebih kecil dari bidang bebannya. Tidaklahmungkin dilakukan oleh struktur-struktur yanglain, tetapi hal ini dapat dengan mudah dilakukanoleh desain pneumatik. Tidak berlebihan kiranyajika pneumatik dikatakan sebagai sebuah sistemstruktur yang banyak menentang hukum alam.Distribusi gaya, hukum gaya tarik, faktor tekuk,dapat dengan mudah di abaikan karena sistemstruktur ini cenderung lebih ringan dibandingstruktur lainnya.

PROTEKSI TERHADAP KEBAKARAN

Satu hal sangat penting untuk diproteksi daristruktur pneumatik, selain kebocoran bidangmembran yang mengakibatkan tekanan udaraberkurang dan struktur tidak dapat bekerjadengan semestinya, adalah penanggulanganterhadap bahaya kebakaran. Hal yang harus perludiperhatikan dalam pemikiran tentang bahayakebakaran adalah sebagai berikut: Bahan dari membran terbuat dari bahan

sintetik, thermoplastik alami dan memilikititik lebur yang rendah. Semua bahan tersebutmudah terbakar.

Kestabilan struktur pneumatik dipengaruhioleh membran-nya yang harus selalu dalamkeadaan kedap udara, terkontrol dan men-dapat cukup tekanan udara sesuai kebutuhan

Runtuhnya membran akan mengubah konfi-gurasi bentuk bangunan. Kebocoran udaradapat dihalangi dengan melokalisir keruntuh-an. Penurunan ruang bebas bangunan dapatmenambah konsentrasi asap dari satu kasuskebakaran dengan konsekuensi penurunanjarak pandang dalam bangunan.

Jalan masuk dan keluar untuk pemakaibangunan harus selalu dalam kondisi ter-kontrol dan terawat. Karena jalan inimerupakan jalan terpenting untuk meng-evaluasi para pemakai bangunan.

Tidak direncanakannya pintu darurat untukkeluar dengan sistem air lock dapat me-nambah jumlah lubang-lubang kebocoranpada membran dan mempercepat keruntuhanstruktur ini.



35

Sistem pencegah kebakaran aktif merupakantindakan yang dapat mencegah keruntuhanyang parah dari struktur. Efektifitas proteksidari sprinkler banyak dipengaruhi oleh per-ubahan geometri bangunan.

Dari pemahaman dasar tentang strukturpneumatik dari sisi bahan material pendukung-nya, kelemahan-kelemahannya, maka perencana-an sistem pemadam kebakaran dapat dilakukandengan berbagai cara antara lain: Memberi lapisan Polyurethane foam, untuk

melapisi bidang-bidang membran sehinggatidak mudah terbakar oleh api.

Pemilihan bahan membran yang memilikititik lebut yang tinggi seperti; CampuranPolyethylene dan PVC memiliki titik leburantara 100o 150o C, Polyethylene 341oC danPolyvinyl chloride 391oC

Merencanakan penempatan sprinkler danmemberi partisi pelindung pada sisi di dalambangunan dekat membran. Hal ini dapatdilihat melalui gambar berikut ini.

Gambar 5. Sistem Pengaman Terhadap Kebakar-an dengan Spinkler

Sumber: Cowan, Henry J and Pohl, J. G., 1972, Multy Story AirSupported Building Construction, Sydney, BuildInternational, March/April Edition, p. 117.

Dalam kasus kebakaran tertentu, efektivitasdari sistem proteksi pencegah kebakaran sangatmemegang peranan penting. Perencanaan polapenempatan harus sedemikian rupa, tidak hanyamelindungi pemakai bangunan dan barang-barang yang ada di dalam bangunan, namun jugauntuk melindungi struktur bangunan adalah halyang sangat penting. Melindungi struktur

bangunan, bahkan merupakan hal yang perludiutamakan, mengingat struktur ini sangat rentanterhadap kebakaran yang mengakibatkankebocoran udara yang merupakan pendukungutama dari struktur pneumatik.

KEMUNGKINAN PENERAPAN DANPENGEMBANGAN PNEUMATIK DI

INDONESIA

Dalam hal ini, Struktur Pneumatik dapatpula dikembangkan disemua tempat di dunia ini,termasuk di Indonesia. Namun perlu satu kajiankelayakan tertentu untuk mengetahui keuntungandan kerugian, kemungkinan dan faktorpenghambat, dan sebagainya. Sehinggakeberadaannya dapat dinilai layak atau masihmenunggu kurun waktu tertentu untuk layakdiadakan.

Faktor yang memungkinkan untuk dikem-bangkan di Indonesia antara lain: Pengembangan dan riset keilmuan dapat

dilakukan, sejauh hal tersebut benar-benarmemiliki manfaat, baik secara teori,akademisi maupun praktek di lapangan.

Kondisi iklim di Indonesia, terutama masalahangin, bukanlah masalah yang berarti dandapat dipastikan dengan perhitungan tekananudara di dalam struktur pneumatik.

Struktur pneumatik dapat dijadikan satualternatif bentu disain bangunan yanginovatif.

Telah ada arsitek Indonesia (Ir. Henriza, MT)yang memenangkan lomba disain pneumatikdi Jepang. Hal ini berarti telah adanya tenaga-tenaga handal yang memahami tentangstruktur pneumatik di Indonesia.

Bentuk struktur pneumatik dapat diperkayakasanah ide iamajinatif disain arsitektur diIndonesia.

Struktur pneumatik telah dikenalkan dalambangunan komersial non permanen dalampertunjukan tertentu (pada saat demamJurasic Park , ada satu bangunan berbentukDinosaurus yang dapat dimasuki pengunjuk,dengan memanfaatkan struktur pneumatik AirSupported Struktur).

Namun disisi lain, ada hal-hal yang masihperlu dipertimbangkan untuk penggunaanstruktur Pneumatik ini, antara lain: Perilaku, kondisi sosial dan budaya

masyarakat Indonesia perlu ditingkatkan,



36

berkaitan dengan menjaga dan memeliharabangunan. Yang dikhawatirkan di Indonesia,bukannya adanya usaha sabotase, namunkeisengan masyarakat dalam memandang danmemerlukan banguna/fasilitas umum.Kerusakan bangunan akibat keisenganmasyarakat telah banyak dijumpai, sepertiperusakan telepon umum, pencoret-coretandinding, dsb, sedangkan struktur Pneumatikadalah struktur yang riskan terhadap hal-haltersebut.

Masyarakat Indonesia, terutama pemilikbangunan, kebanyakan memiliki sifat, lebihmudah membangun daripada merawatbangunannya. Kerusakan-kerusakan kecilatau kebocoran kecil pada struktur Pneumatikakan sangat berbahaya jika tidak ditanganisecara serius dan dini.

Tetapi bagaimanapun juga, pengenalanbangunan dengan struktur baru perlu sesegeramungkin dilakukan dan diterapkan di Indonesia,apakah hal tersebut dimulai dari bangunan yangbersifat percobaan (maket/mock up) maupunbangunan non permanen (insidentil). Hal iniakan secara positif membantu masyarakat untukbelajar pada satu kondisi, bentuk, perilakuataupun peradaban baru, yang diajarkan melaluitampilan visual suatu benda.

PENUTUP

Perkembangan teknologi bahan bangunandan sisten struktur, merangsang kreatifitas yangtidak pernah berhenti sepanjang masa. Strukturpneumatik merupakan salah satu contohnya,yang tidak hanya berhenti pada olah bentuksecara horisontal, melainkan telah dimungkinkanuntuk dikembangkan ke arah vertikal. Olehsebab itu, kemajuan teknologi ini harusdiimbangi pula oleh pemahaman yang benar darisemua sistem struktur, baik secara mendasarmaupun aplikasinya yang inovatif.

DAFTAR PUSTAKA

Cook, Jeffrey, Seeking Structure From Nature,The Organic Architecture of Hongary Basel,Birkhuser. 1996.

Cowan, Henry J and Pohl, J. G., Multy Story AirSupported Building Construction, Sydney,Build International, March/April Edition.1972.

Dent, Roger N., Principle of PneumaticArchitecture, London, The ArchitecturalPress Eekhout, Mick, [n.d], TubularStructures in Architecture, Delft, TU Delft.1971.

Firt, Vladimir, Statics, Formfinding andDynamics of Air-upported MembraneStructures, Netherland, Martinus NijhoffPublishers. 1983.

Frick, Heinz dan Purwanto, LMF, Sistem BentukStruktur Bangunan, Dasar-DasarKonstruksi Dalam Arsitektur, PenerbitKanisius, Yogyakarta. 1998.

International Symposium, [n.d], InternationalSymposium on Air Supported Structures,[n.p], [n.n].

Leder, Gerhard, Hochbaukonstruktionen, Band I:Tragwerke, Berlin, Springer-Verlag Patnaik,S.N and Srivastava, N.K., [n.d], OptimumDesign of Pneumatic Structures, inInternational Symposium on Air SupportedStructures, [n.p], [n.n]. 1985,

Schueller, Wolfgang, Horizontal-Span BuildingStructures, New York, John Wiley & Sons,Inc. 1983.

perkembangan struktur pneumatik memperkaya

Documents