PNEUMATIC STRUCTURES: MODULAR CONSTRUCTION TECHNOLOGY PERKENAL AN • Struktur pneumatik adalah suatu sistem struktur yang memperoleh kestabilannya dari tekanan internal yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan eksternal • Struktur pneumatik adalah membran yang membawa beban yang dikembangkan dari tegangan tarik. • Stabilisasinya dilakukan dengan memberi tekanan pada membran baik dengan: a. menerapkan gaya eksternal yang menarik membran b. tekanan internal jika membran menutupi volume. • Struktur ini dapat menciptakan lingkungan buatan yang dapat beradaptasi dengan penggunaan manusia. • Medium tekanan yang digunakan : Udara, gas dan cairan. Sejarah Eksperimen pertama dengan struktur pneumatik dilakukan selama pengembangan balon udara panas. Awal yang efektif untuk pengembangan balon baru saja terjadi pada akhir abad ke-18. Balon ini dibuat dari kain linen dan kertas. Pada tahun yang sama, Jaques A. C. Charles membangun balon hidrogen pertama A Derigible disebut zepellin. A Derigible or airship Sejarah struktur pneumatis : •1917 : William Lanchester (Inggris) mengajukan hak patennya untuk penerapan prinsip balon pada bangunan rumah sakit. Ide mentransposisi teknologi balon ke trek arsitektur kembali ke insinyur Inggris F. W. Lanchester. Patennya atas sistem pneumatik untuk rumah sakit kampanye telah disetujui di Inggris, pada tahun 1918, tetapi tidak pernah benar-benar dibangun, karena kurangnya bahan membran yang memadai atau daya tarik bagi calon klien. •1922 : Bangunan Oasis Theater (Paris) menggunakan struktur atap berlubang pneumatis. •1946 : Bangunan Radomes menggunakan struktur yang ditumpu udara. Macam Desain Struktural Pneumatik PRINSIP • • • Prinsipnya adalah penggunaan membran yang relatif tipis yang didukung oleh perbedaan tekanan. Dengan meningkatkan tekanan udara di dalam, tidak hanya bobot mati selubung ruang yang seimbang, tetapi membran diberi tekanan ke titik di mana ia tidak dapat diindentasi oleh pembebanan asimetris. 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 angin .Efek ini dapat menyebabkan 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) 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. KARAKTERISTIK 1. RINGAN 2. MENJANGKAU 3. MURAH 4. CEPAT DIBANGUN 5. SEMENTARA KARAKTERISTIK 1) BERAT BERSIH 1. Bobot struktur dibandingkan dengan area yang dicakupnya sangat kecil 2. Berat atap membran, bahkan ketika diperkuat oleh kabel, sangat kecil 3. Tekanan udara rendah sudah cukup untuk menyeimbangkannya 4. Bahkan dengan bentang lebih dari 100m3, berat struktur tidak melebihi 3kg / meter persegi. 2) MENJANGKAU 1. Keuntungan lain dari struktur lain adalah, untuk membran pneumatik, tidak ada rentang maksimum teoritis yang ditentukan oleh kekuatan, elastisitas, berat spesifik atau sifat lainnya. 2. Hampir tidak mungkin untuk menjangkau jarak lebih dari 36km. Dengan kabel baja seperti itu mereka akan gagal karena ketidakmampuan mereka untuk menopang beratnya sendiri. Tetapi dengan pneumatik, rentang seperti itu mungkin tidak terjadi. 3) PEMBANGUNAN YANG MUDAH DAN CEPAT 1. Cocok untuk konstruksi sementara karena mudah dibongkar maupun dipasang. 2. 1 km persegi Suatu area bisa diruntuhkan dalam 6 jam. Dan bangun dalam waktu kurang dari 10 jam. Perbedaan 4 jam disebabkan oleh penetapan pasak, dll. 4) BIAYA Struktur pnuematic relatif lebih murah untuk mendirikan bangunan sementara jika dibandingkan dengan yang permanen. Jika tidak, biaya per kaki persegi dari struktur pendukung udara termasuk yang terendah untuk atap bentang besar. 5) CAHAYA ALAM YANG BAIK Memberikan cahaya alami yang baik karena lembaran plastik tembus pandang / transparan digunakan untuk menutupi ruang. Siang hari dapat dibawa masuk dengan efisien. Ada banyak fleksibilitas dalam mendapatkan sinar matahari (50% -80%). Tipe Pneumatic Structure AIR – SUPPORTED STRUCTURE • • Terdiri dari satu membran (menutupi ruang yang berguna secara fungsional) yang didukung oleh perbedaan tekanan internal kecil. Akibatnya, volume internal udara gedung berada pada tekanan yang lebih tinggi daripada atmosfer. • Struktur pendukung udara menggunakan tekanan positif rendah untuk menopang membran pada area tertentu. Udara harus disuplai secara konstan karena kebocoran yang terus menerus, terutama melalui gedung. • Paling sering digunakan karena: . Biayanya relatif rendah . Kesederhanaan desain dan fabrikasi AIR – INFLATED STRUCTURE • • • • • Hal ini didukung oleh udara bertekanan yang terkandung di dalam elemen bangunan yang digelembungkan. Volume internal udara gedung tetap pada tekanan atmosfer. Udara bertekanan di bantal hanya berfungsi untuk menstabilkan membran pembawa beban. Ruang tertutup tidak bertekanan. Keuntungan struktur rangka udara / kembung: 1. kemampuan menopang diri 2. Potensi untuk mendukung struktur yang terpasang KLASIFIKASI STRUKTUR PNEUMATIC 1. 2. 3. 4. Struktur pneumatik dapat dibagi lagi berdasarkan: jenis tekanan difrensial derajat tekanan difrensial jenis kelengkungan permukaan proporsi 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 . 1. JENIS TEKANAN DIFRENSIAL: a) Tekanan positif atau tekanan negatif. b) Dalam sistem tekanan positif, membran selalu melengkung ke luar, sedangkan dalam sistem tekanan negatif membrane melengkung ke dalam. c) 3. Karena melengkung ke dalam, struktur ini rentan terhadap genangan air & akumulasi salju. d) 4. Selain itu, sistem tekanan negatif membutuhkan dukungan tinggi di tepi atau di tengah yang membuatnya lebih mahal. 2. DERAJAT TEKANAN DIFERENSIAL SISTEM TEKANAN RENDAH Sistem ini dilengkapi dengan udara bertekanan rendah; karenanya harus disediakan pasokan udara terus menerus. Struktur pendukung eg-udara. SISTEM TEKANAN TINGGI Digunakan untuk ereksi & pembongkaran yang mudah Perbedaan tekanan adalah b / w 2000-7000mm tekanan air (100 hingga 1000 kali sistem tekanan rendah) Sistem inflasi udara bertekanan tinggi ini adalah sistem katup tunggal atau sistem katup ganda yang mencegah keruntuhannya. either having 3. JENIS KURVA PERMUKAAN Struktur ini juga dapat diklasifikasikan menurut jenis kelengkungan pada permukaan luara) Lengkung tunggal b) Melengkung ganda dalam arah atau sinkronisasi yang sama c) Melengkung ganda ke arah berlawanan atau antiklastik 4. PROPORSI • Atas dasar proporsi yang berbeda, struktur pneumatik dapat berupa: - • Dua dimensi dengan ukuran yang sama dan satu dimensi yang lebih besar misalnya: "tabung", "tiang", "kolom", "menara". • Dua dimensi dengan ukuran yang sama dan satu Dimensi yang lebih kecil, misalnya: - "bantalan“ • Tiga dimensi dengan ukuran serupa, Misalnya: - "balon", "bola", "bola", "gelembung 5. BAHAN: ISOTROPIC : Ini menunjukkan kekuatan dan stretch yang sama di semua arah, contoh : Film Plastik Ini terutama diproduksi dari PVC, Poli-etilen, poliester, poliamida dll. Kain Ini dapat dibuat dari serat kaca atau Serat sintetis yang dilapisi dengan film PVC, poliester atau Poliuretena. Membran karet Mereka adalah yang paling ringan dan paling fleksibel. Foil logam Mereka memiliki ketahanan difusi gas yang sangat tinggi dan kekuatan tarik yang tinggi. Salah satu masalah utama dalam penggunaan lembaran logam adalah kebutuhan untuk menghasilkan sambungan potong dan tepian yang sangat tepat BAHAN ANISOTROPIK : Ini tidak menunjukkan kekuatan dan kemampuan regangan yang sama ke segala arah. Mereka memiliki properti berorientasi arah, contohnya adalah: Kain tenun: Mereka memiliki dua arah utama menenun. Mereka dapat dibuat dari: . Serat organik misalnya: - wol, katun atau sutra. . Serat mineral misalnya: - serat gelas. . Serat logam misalnya: - kawat baja tipis. . Serat sintetis misalnya: - poliamida, poliester dan poli-vinil Kain gridded: - ini adalah tenunan kasar yang terbuat dari mineral organik atau serat sintetis atau jaringan logam. Mereka terutama digunakan di mana transmisi cahaya maksimum dan kekuatan tinggi diperlukan. Karet sintetis: - kombinasi plastik dan karet. Mereka bisa lebih tahan lama. Mereka terbaru dan lebih tahan terhadap perpanjangan. Plastik: - Mirip dengan kain tenun. Keuntungannya adalah mereka memiliki kekuatan tarik lebih dari lembaran plastik yang diproduksi secara normal. Sangat cocok untuk bangunan yang tidak permanen atau semi permanen 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 Kelemahan Struktur Membran : • Sangat peka terhadap efek aerodinamika sehingga mudah mengalami getaran • Tidak dapat menahan beban vertikal Tipologi Bangunan TOKYO DOME (air suported) Lokasi : Koraku 1-Chrome, Bunkyo, Tokyo, Jepang Fungsi : Stadion Musik dan Olahraga Kapasitas : 55.000 orang Luas Lantai: 115.221 m2 Sistem Rangka (bagian fasad) dan Sistem Pneumatik ( bagian atap). Atap dibuat menggelembung dengan tekanan udara lebih dari 0,3% dari tekanan udara dari luar. Tipologi Bangunan Tipologi Bangunan Tidak memerlukan cahaya buatan pada siang hari, karena membran yang digunakan memungkinkan cahaya alami untuk masuk. Atap stadion menggunakan membran fiberglass diperkuat dengan kabel baja prategang. Permukaan membran dilapisi teflon agar tahan dari kotoran. Menyesuaikan fungsi sebagai stadion, tidak memungkinkan untuk menempatkan kolom ditengah-tengah, maka dari itu menggunakan sistem membran. Aah penyalur gaya bangunan ini, disesuaikan dengan geometri ruang yang dinaungi. Karena mempengaruhi penempatan labran yang berfungsi sebagai penyalur beban ke-kedua kolom penumpu utama yang menuju ke pondasi rakitan (yang merupakan pondasi pilihan ekonomis daripada tiang pancang). Tipologi Bangunan Tipologi Bangunan LOUIS-RIEL SECONDARY PUBLIC SCHOOL (THE DOME) (air inflated) Lokasi Fungsi : Ottawa, Ontario : Olahraga dan Recreation Venue Bangunan ini merupakan Dome dari LOUIS-RIEL SECONDARY PUBLIC SCHOOL. Berfungsi sebagai bangunan olahraga dan tempat rekreasi sekolah tersebut. Tipologi Bangunan Bangunan ini termasuk kedalam struktur air inflated, karena penggunaan mebran berlapis yang mana membran tersebut memperkuat struktur bangunan itu sendiri. Tipologi Bangunan Struktur ini menggunanakan material tembus pandang ringan,kedua sisinya dilapisi olen lapisan akrilik yang memungkinkan struktur untuk tidak menggunakan penerangan pada siang hari. Untuk memperkuat struktur, material pendukung menggunakan baja galvanis yang menyambung sampai ke tanah. Untuk menginsulasi struktur dan meningkatkan akustik ruangnya, perbedaan tekanan diatasi dengan lapisan tambahan PCV dari dalam struktur.
