PENGGUNAAN STRUKTUR ATAP MEMBRAN PADA BA
PENGGUNAAN STRUKTUR ATAP MEMBRAN PADA BANGUNAN BENTANG LEBAR
Eric Willyanto
Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Tarumanagara, Jakarta
Jl. Letjen S. Parman no. 1, Jakarta Barat 11440.
Email: [email protected]
ABSTRAK
Membran adalah suatu struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban terutama melalui proses
tegangan tarik. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani.
Struktur membran merupakan salah satu alternatif yang banyak digunakan dalam bangunan bentang lebar,
terutama berfungsi sebagai penutup atap.
Struktur membran sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin. Efek angin menyebabkan
terjadinya getaran. Dengan demikian, membran yang digunakan pada gedung harus distabilkan dengan cara
tertentu, hingga bentuknya dapat tetap dipertahankan pada saat memikul berbagai kondisi pembebanan.
Akibat dari karakteristiknya yang tidak kaku dan kepekaannya terhadap angin, maka struktur membran
biasanya tidak dapat berdiri sendiri. Pada praktiknya dalam bangunan bentang lebar, membran banyak digunakan
berdampingan dengan struktur kabel dan space frame sehingga menjadi lebih kuat terhadap guncangan.
Struktur membran memiliki berbagai jenis dilihat dari tipe kelengkungan permukaan dan sistem
pengakunya. Jenis-jenis tersebut berpengaruh terhadap bangunan yang akan dibentuk sehingga perlu diperhatikan
bentuk dan sistem pengaku apa yang seharusnya dipilih dalam pengaplikasiannya pada bangunan bentang lebar.
Material membran yang digunakan untuk membentuk struktur membran pun bermacam-macam, semua
memiliki ciri khasnya masing-masing yang harus disesuaikan dengan fungsi. Perkembangan teknologi pun
mengakibatkan material membran menjadi kian beragam dan semakin kuat digunakan sebagai struktur bangunan.
Kata kunci: struktur, membran, material, bentang lebar, atap
teori awal dan penggabungan beberapa sistem
1. Pendahuluan
Bangunan
bentang
lebar
adalah
struktur bentang lebar.
bangunan yang memungkinkan pemakaian ruang
Fungsi utama dari pendirian struktur
bebas kolom yang selebar dan sepanjang mungkin.
bangunan bentang lebar ialah menciptakan ruangan
Menurut tingkat kerumitan strukturnya, terdapat
bebas kolom yang cukup luas. Dengan tidak adanya
dua macam bangunan bentang lebar yaitu bangunan
tiang-tiang kolom, suatu ruangan akan terasa lebih
sederhana dan bangunan kompleks.
lapang dan bebas. Biasanya aplikasi struktur
Bangunan bentang lebar sederhana
bangunan ini banyak diterapkan di gedung stadion,
dibuat berdasarkan teori dasar tanpa pengembangan
gedung
apapun. Sementara itu, pendirian bangunan bentang
exhibition, dan gedung pameran.
lebar kompleks dilakukan melalui modifikasi dari
teater,
gedung
auditorium,
gedung
Struktur membran merupakan salah satu
Karena itulah tenda lebih banyak digunakan sebagai
bentuk struktur yang sering dipakai dalam bangunan
struktur
bentang lebar. Membran dapat kita jumpai pada
permanen.
sementara,
bukan
Menstabilkan
bangunan stadion, gedung konser, dan lain-lain.
sebagai
membran
struktur
dengan
Struktur ini memiliki kelebihan dari segi estetika,
menggunakan tekanan internal dapat dilakukan
sehingga struktur membran seringkali diekspos bisa
apabila membran mempunyai volume tertutup.
terlihat dari sisi eksterior, sehingga struktur tersebut
Kelompok membran demikian biasa disebut strutur
menjadi suatu daya tarik dan aksen dari suatu
pneumatis, sebutan yang sesuai dengan cara struktur
bangunan bentang lebar.
mendapat kestabilan.
2. Struktur Membran
2.1
Membran
adalah
suatu
struktur
Tipe
Kelengkungan
Permukaan
Struktur
Membran
permukaan fleksibel tipis yang memikul beban
Berdasarkan bentuk kelengkungannya,
terutama melalui poses tegangan tarik. Struktur
struktur membran dibagi menjadi 2 jenis, yaitu
membran cenderung dapat menyesuaikan diri
bentuk anticlastic dan synclastic.
a.
dengan cara struktur tersebut dibebani.
Struktur membran sangat peka terhadap
Anticlastic
/
negative
surface
curvature. Bentuk ini memiliki kelengkungan 2 arah
angin
yang berlawanan, sehingga bentuk tenda yang
menyebabkan terjadinya fluttering (getaran). Dengan
dihasilkan menjadi cekung. Bentuk yang umum
demikian, membran yang digunakan pada gedung
digunakan adalah bentuk hyperbolic paraboloid,
harus distabilkan dengan cara tertentu, hingga
kerucut, dan bentuk lengkung.
efek
aerodinamika
dari
angin.
Efek
bentuknya dapat tetap dipertahankan pada saat
memikul berbagai kondisi pembebanan (Schodek,
1980).
Ada
beberapa
cara
dasar
untuk
menstabilkan membran. Rangka penumpu dalam
kaku misalnya dapat digunakan. Penstabilan dapat
dilakukan dengan menggunakan prategang pada
Gambar 1: Bentuk membran anticlastic, hyperbolic
permukaan membran. Hal tersebut dapat dilakukan
paraboloid dan kerucut.
baik dengan memberikan gaya eksternal yang
b. Synclastic / positive surface curvature.
menarik membran maupun dengan menggunakan
tekanan internal apabila membrannya berbentuk
Bentuk yang memiliki 2 arah kelengkungan yang
volume tertutup (pneumatic).
searah, sehingga bentuk yang dihasilkan menjadi
Contoh
pemberian
prategang
yang
cembung.
menggunakan gaya eksternal adalah struktur tenda.
Akan tetapi ada pula tenda yang tidak mempunyai
permukaan yang benar-benar ditarik oleh kabel
sehingga dapat bergerak apabila dibebani. Sekalipun
dapat memikul beban angin normal, misalnya banyak
permukaaan tenda yang dapat bergetar sebagai
akibat dari efek aerodinamika dari angin kencang.
Gambar 2: Bentuk membran synclastic.
Point supported shapes. Bentuk ini
2.2 Tipe Sistem Pengaku Struktur Membran
pengakunya,
adalah bentuk tenda pada umumnya, memiliki 1 titik
struktur membran terbagi menjadi 2, mechanically
puncak, atau dapat juga berbentuk tenda terbalik
prestressed dan pneumatically prestressed.
(memiliki 1 titik rendah). Strategi untuk mendukung
Berdasarkan
sistem
a. Mechanically prestressed. Dalam tipe
titik puncak dan rendah bervariasi. Titik rendah
ini terdapat tiga konsep bentuk dasar dari struktur
dapat dihubungkan langsung ke pondasi. Titik puncak
membran, yaitu: Saddle Shapes, Ridge - Valley
dapat digantung dari tiang-tiang penyangga yang
Shapes dan Point-supported Shapes.
ditempatkan di tengah, melalui cincin yang ditarik
Saddle Shapes. Saddle Shapes terbentuk
ketika
tepian
pendukung
membran
yang
tinggi
terhubung
dan
ke
rendah
sehingga akan lebih mengakukan membran.
poin
secara
bergantian. Pada bentuk ini tepian membran berupa
kabel (cable edges). Saddle shapes juga dapat
terbentuk ketika salah satu tepian membran
didukung oleh elemen melengkung yang kaku.
Gambar 5: Struktur membran berbentuk kerucut,
tergolong dalam jenis point supported shapes yang
memiliki 1 titik puncak.
Gambar 3: Bentuk dasar saddle shapes.
b. Pneumatically prestressed. Pada jenis
struktur
pnemumatik,
Ridge and Valley Shapes. Bentuk ini
membran
tegangan
permukaan
didukung oleh kabel yang disusun secara pararel
sehingga
dapat
atau radial pada puncak dan lembahnya. Kabel
membran yang dapat berdiri sendiri. Tetapi pada
puncak ditarik ke bawah oleh membran. Kabel pada
jenis struktur ini, memungkinkan diberi penguatan
lembah berfungsi sebagai penahan gaya angin. Kabel
dengan penulangan. Pada Pneumatic, gaya tarik
ini juga dapat diganti dengan elemen kaku tanpa
terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara di
merubah bentuk geometri dari membran.
dalam struktur pneumatic dengan tekanan udara
melalui
termasuk
ke
memperoleh
tekanan
dalam
udara,
struktur
diluar struktur. Pneumatic Structure dibagi dalam
dua kelompok besar yaitu Air Supported Structure
dan Air-Inflated Structure.
Struktur
yang
ditumpu
udara
(Air
Supported Structure) terdiri atas satu membran
(menutup ruang yang berguna secara fungsional)
Gambar 4: Macam-macam bentuk ridge and valley
shapes.
yang ditumpu oleh perbedaan tekanan internal kecil.
Dengan demikian, volume internal udara dalam
gedung ini mempunyai tekanan lebih besar dari pada
tekanan udara biasa.
a. PVC Coated Polyester. Material ini
mudah ditangani dan dilas dengan menggunakan las
frekuensi tinggi. Para insinyur proyek biasanya
menentukan jenis membran setelah melakukan
analisis
Gambar 6: Air Supported Structure. (Schodek: 1980).
bentuk.
Ada
beberapa
jenis
PVC
diklasifikasikan menurut lapisan permukaan, yaitu:
Acrylic - Biasanya digunakan jika kain
Struktur yang digelembungkan udara
yang diinginkan berwarna. Jenis kain ini tidak
(Air-Inflated Structure) ditumpu oleh kandungan
memiliki kemampuan untuk membersihkan diri dan
udara bertekanan yang menggelembungkan elemen-
usia pemakaian yang lebih pendek dibandingkan
elemen gedung. Volume internal udara gedung tetap
dengan PVDF atau PTFE. Akrilik yang dilapis dapat
sebesar tekanan udara.
dilas
secara
konvensional
tanpa
perawatan
permukaan.
PVDF (Polyvinyl DeneFlouride) - Lapisan
ini memiliki sifat yang sangat baik dan memiliki
kemampuan untuk pemakaian jangka panjang.
Bahan
Gambar 7: Air-Inflated Structure. (Schodek: 1980).
ini
juga
membersihkan
diri
memiliki
dan
kemampuan
melindungi
untuk
PVC
dan
poliester. Tipe kain ini memiliki kemampuan
Namun secara praktik di lapangan,
antiwick. Wicking adalah masalah internal di mana
struktur membran dengan pendekatan pneumatik
air
mengalir
sepanjang
garis
benang
kain
jarang digunakan karena mudah terjadi kebocoran.
menyebabkan perubahan warna dari kain dan
Ketika terjadi kebocoran membran, maka tekanan
memungkinkan terjadinya delaminasi.
udara akan menurun, yang menyebabkan struktur
atap tidak berfungsi sebagaimana mestinya.
Kelemahan lain yakni rentannya struktur
terhadap terjadinya kebakaran. Bahan pelapis yang
dipakai merupakan bahan yang memiliki titik lebur
rendah sehingga mudah terbakar.
Gambar 8: Membran tipe PVC.
3. Material
b. PTFE Coated Fiberglass.
Ada
beberpa
faktor
yang
harus
diperhitungkan dalam memilih material struktur
membran yang akan digunakan, faktor tersebut
antara
lain:
bangunan,
anggaran,
faktor
jangka
waktu,
kebakaran,
persyaratan
Terdapat 4 jenis material yang sering
digunakan dalam penerapan struktur membran pada
menawarkan
sifat
membersihkan diri yang tinggi, ketahanan api dan
masa pemakaian melebihi dua puluh lima tahun.
fungsi
pencahayaan dan estetika.
bangunan bentang lebar modern, yaitu:
(Polytetrafluoroethylene)
PTFE
PTFE yang dilapisi fiberglass sangat
mahal tetapi kompetitif dengan kaca. Masalah utama
dengan
PTFE
adalah
bahwa
ia
memerlukan
penanganan yang sangat hati-hati selama fase
konstruksi.
Instalasi PTFE yang dilapisi fiberglass
tetra-fluoro-ethylena.
Karena
kehalusan
nya,
membutuhkan perawatan lebih banyak dan detail
membran ETFE jauh lebih transparan (tranparancy
yang lebih kompleks daripada PVC dilapisi kain
tingkat ≈ 90%) dibandingkan dengan jenis membran
poliester. Kain ini tidak dapat dilas dengan peralatan
lainnya sehingga dalam batas tertentu dapat
frekuensi tinggi konvensional tetapi menggunakan
menggantikan kaca sebagai bahan atap transparan.
Tipe
besi khusus. Sifat khusus dari PTFE memungkinkan
membran
ini
biasanya
tidak
untuk dilas dan unwelded menggunakan mesin yang
digunakan untuk struktur membran pratarik tetapi
sama. Hal ini memungkinkan panel yang rusak untuk
lebih
diperbaiki di tempat.
struktural) atau struktur pneumatic.
digunakan
d.
sebagai penutup
ePTFE.
ePTFE
atap
(non-
merupakan
pengembangan material membran PTFE. ePTFE ini
lebih fleksibel dan memiliki perilaku yang lebih baik
dari bahan membran lainnya dan lebih transparan
Gambar 9: Membran Tipe PTFE.
c. ETFE (ethylene-tetra-fluoro-ethylene).
ETFE membran jenis terdiri dari lapisan tipis etilena -
daripada membran PTFE biasa (tingkat tranparancy ≈
40%). Selain itu, material ini mungkin untuk didaur
ulang sehingga dapat dilirik sebagai bahan dengan
tingkat keberlanjutan yang tinggi.
4. Studi Kasus: Laboratories for M&G Ricerche, Venafro, Italia.
Gambar 10 & 11: Tampilan eksterior M&G Ricerche.
Lokasi : Venafro, Italia.
selesai dibangun di Venafro, Italia pada tahun 1992.
Tahun : 1992
Bangunan ini menggunakan selubung membran satu
Arsitek : Samyn et Associes.
lapis untuk menggabungkan program kantor,
laboratorium, dan ruang penelitian, dimana riset
Fasilitas riset kimia untuk M&G Ricerche,
yang dirancang oleh arsitek Belgia, Philippe Samyn,
untuk grup Sinco berlangsung.
Beton konvensional dan konstruksi
blockwork digunakan untu membentuk sekat-sekat
pemisah di dalam selubung membran. Di dalam
struktur ini, terdapat fasilitas yang terbagi-bagi yang
membutuhkan tingkat pengawasan yang berbeda.
Keputusan untuk menutupi semua
fasilitas dengan struktur membran dapat mengurangi
periode pembangunan sampai 10 bulan, dan
menghasilkan lingkungan interior yang baik dengan
biaya rendah.
Struktur Atap.
Supaya
volume
bangunan
dapat
digunakan dengan maksimal, PVC coated polyester
Gambar 12: Suasana ruang dalam yang dihasilkan
putih ditopang oleh enam rangka lengkung baja. Baja
pada siang hari.
tabung tiga dimensi ini dijajarkan secara melintang
oleh kabel baja pre-stressed, yang terhubung ke
Aspek lingkungan.
piramida baja terbalik di bagian bawah rangka baja.
Proyek ini menunjukkan bagaimana
Rangka-rangka lengkung ini memiliki ketinggian yang
selubung
bervariasi, dengan ketinggian 16 meter pada bagian
menciptakan lingkungan dengan suhu yang ideal,
tengahnya. Struktur baja yang sangat ringan ini
dimana di dalamnya dapat mengakomodasi berbagai
disusun dari 1764 balok baja yang dipotong menjadi
macam aktivitas. Dengan meletakkan bangunan di
441 konfigurasi berbeda, direalisasikan dengan
tengah-tengah danau, perancang mengharapkan
bantuan metode konstruksi yang canggih pada saat
adanya pengurangan energi, sehingga pada musim
itu.
panas danau tersebut dapat membantu mengurangi
Dengan menjaga konstruksi interior
membran
dapat
digunakan
untuk
suhu udara pada bangunan.
terpisah dengan selubung membran luar, masalah
untuk mengkoneksikan bentuk lengkung dengan
konstruksi yang tegak lurus menjadi terhindari.
Namun, untuk menghadirkan sinar matahari dan
view ke luar bangunan, panel-panel kaca pun dipakai
pada bagian samping bangunan setara dengan level
tanah. Kaca ini terhubung ke tepi membran utama
dengan penutup PVC transparan.
Rangka lengkung baja masing-masing
diselubungi
oleh
membran
PVC
transparan.
Penggunaan membran transparan ini ditujukan
Gambar 13: Skema 3D rangka lengkung baja dan
untuk menghadirkan sinar matahari ke bagian
lapisan membran pembentuk atap.
tengah
bangunan dan untuk mengekspos rangka
baja sebagai struktur penopang utama.
Penggunaan
Untuk lebih mendinginkan ruang dalam,
membran
pun
bisa
udara ditarik ke dalam gedung melalui shaft bawah
dilakukan dalam upaya penghematan energi seperti
tanah dan melalui ventilasi udara yang rata dengan
yang diaplikasikan pada bangunan M&G Ricerche di
permukaan
yang
Venafre, Italia. Dengan penanganan yang baik,
memasuki gedung menjadi dingin tanpa perlu
membran bisa digunakan untuk menciptakan suhu
bantuan AC. Lebih lanjut, dengan meletakan
ruang yang baik dan mencegah pengguna di
bangunan di tengah danau, sang arsitek menghindari
dalamnya untuk menggunakan pendingin ruangan.
kolam,
menyebabkan
udara
masalah keamanan yang diakibatkan oleh struktur
membran; kemungkinan struktur membran untuk
Daftar Pustaka
rusak karena lalu lintas orang yang lewat menjadi
Bechthold,
Martin.
2008.
Innovatieve
Surface
Structure: Technology and Applications. New
terminimalisasi.
York: Taylor & Francis.
Scheuermann, Rudi. 1996. Tensile Architecture in the
5. Kesimpulan
Penggunaan membran sebagai struktur
pada bangunan bentang lebar merupakan salah satu
Urban
Context.
Oxford:
Butterworth
Architecture.
alternatif yang dapat digunakan. Penggunaannya
Schodek, Daniel L. 1999. Struktur, edisi kedua, terj.
dapat dikondisikan dengan fungsi yang dinaunginya,
Ir. Bambang Suryoatmono, M.Sc., Ph.D. Jakarta
sesuai
: Erlangga.
dengan
kebutuhan,
terutama
untuk
menciptakan bangunan bentang lebar tanpa kolom
nulisan_paper_seminar_unnes.pdf
penyangga di tengah-tengah bangunan.
Bentuk-bentuk pengaplikasian struktur
membran terbagi menjadi 2, yakni anticlastic dan
syncalstic, namun penggunaan bentuk anticlastic
lebih banyak dijumpai pada bangunan-bangunan
jaman
sekarang
yang
menggunakan
http://www.fe.unpad.ac.id/upload/file/panduan_pe
struktur
http://eprints.undip.ac.id/32373/1/4.struktur_memb
mem-sukawi.pdf
http://journal.unpar.ac.id/index.php/rekayasa/articl
e/download/261/246
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/40
518/4/Chapter%20II.pdf
membran.
Sistem pengaku pada struktur membran
pun terbagi menjadi 2, yakni dengan di-prestressed
secara mekanik maupun secara pneumatik. Namun,
sistem pengaku secara pneumatik jarang digunakan
karena rentan terhadap bahaya kebocoran dan
http://exploresukasuka.blogspot.co.id/2011/09/bent
ang-lebar.html
http://www.architen.com/articles/the-materials-oftensile-architecture/
http://travelwithfrankgehry.blogspot.co.id/2010/06/
m-ricerche-by-samyn-and-partners.html
kebakaran.
Material
yang
digunakan
sebagai
struktur pun bermacam-macam, mulai dari PVC,
PTFE, ETFE, dan ePTFE. Penggunaan PTFE lebih
banyak digunakan karena dapat bertahan lama,
sedangkan material seperti ETFE lebih banyak
digunakan sebagai penutup bangunan yang bersifat
non-struktural karena sifatnya yang kurang kuat
dalam menahan beban.
Eric Willyanto
Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Tarumanagara, Jakarta
Jl. Letjen S. Parman no. 1, Jakarta Barat 11440.
Email: [email protected]
ABSTRAK
Membran adalah suatu struktur permukaan fleksibel tipis yang memikul beban terutama melalui proses
tegangan tarik. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani.
Struktur membran merupakan salah satu alternatif yang banyak digunakan dalam bangunan bentang lebar,
terutama berfungsi sebagai penutup atap.
Struktur membran sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin. Efek angin menyebabkan
terjadinya getaran. Dengan demikian, membran yang digunakan pada gedung harus distabilkan dengan cara
tertentu, hingga bentuknya dapat tetap dipertahankan pada saat memikul berbagai kondisi pembebanan.
Akibat dari karakteristiknya yang tidak kaku dan kepekaannya terhadap angin, maka struktur membran
biasanya tidak dapat berdiri sendiri. Pada praktiknya dalam bangunan bentang lebar, membran banyak digunakan
berdampingan dengan struktur kabel dan space frame sehingga menjadi lebih kuat terhadap guncangan.
Struktur membran memiliki berbagai jenis dilihat dari tipe kelengkungan permukaan dan sistem
pengakunya. Jenis-jenis tersebut berpengaruh terhadap bangunan yang akan dibentuk sehingga perlu diperhatikan
bentuk dan sistem pengaku apa yang seharusnya dipilih dalam pengaplikasiannya pada bangunan bentang lebar.
Material membran yang digunakan untuk membentuk struktur membran pun bermacam-macam, semua
memiliki ciri khasnya masing-masing yang harus disesuaikan dengan fungsi. Perkembangan teknologi pun
mengakibatkan material membran menjadi kian beragam dan semakin kuat digunakan sebagai struktur bangunan.
Kata kunci: struktur, membran, material, bentang lebar, atap
teori awal dan penggabungan beberapa sistem
1. Pendahuluan
Bangunan
bentang
lebar
adalah
struktur bentang lebar.
bangunan yang memungkinkan pemakaian ruang
Fungsi utama dari pendirian struktur
bebas kolom yang selebar dan sepanjang mungkin.
bangunan bentang lebar ialah menciptakan ruangan
Menurut tingkat kerumitan strukturnya, terdapat
bebas kolom yang cukup luas. Dengan tidak adanya
dua macam bangunan bentang lebar yaitu bangunan
tiang-tiang kolom, suatu ruangan akan terasa lebih
sederhana dan bangunan kompleks.
lapang dan bebas. Biasanya aplikasi struktur
Bangunan bentang lebar sederhana
bangunan ini banyak diterapkan di gedung stadion,
dibuat berdasarkan teori dasar tanpa pengembangan
gedung
apapun. Sementara itu, pendirian bangunan bentang
exhibition, dan gedung pameran.
lebar kompleks dilakukan melalui modifikasi dari
teater,
gedung
auditorium,
gedung
Struktur membran merupakan salah satu
Karena itulah tenda lebih banyak digunakan sebagai
bentuk struktur yang sering dipakai dalam bangunan
struktur
bentang lebar. Membran dapat kita jumpai pada
permanen.
sementara,
bukan
Menstabilkan
bangunan stadion, gedung konser, dan lain-lain.
sebagai
membran
struktur
dengan
Struktur ini memiliki kelebihan dari segi estetika,
menggunakan tekanan internal dapat dilakukan
sehingga struktur membran seringkali diekspos bisa
apabila membran mempunyai volume tertutup.
terlihat dari sisi eksterior, sehingga struktur tersebut
Kelompok membran demikian biasa disebut strutur
menjadi suatu daya tarik dan aksen dari suatu
pneumatis, sebutan yang sesuai dengan cara struktur
bangunan bentang lebar.
mendapat kestabilan.
2. Struktur Membran
2.1
Membran
adalah
suatu
struktur
Tipe
Kelengkungan
Permukaan
Struktur
Membran
permukaan fleksibel tipis yang memikul beban
Berdasarkan bentuk kelengkungannya,
terutama melalui poses tegangan tarik. Struktur
struktur membran dibagi menjadi 2 jenis, yaitu
membran cenderung dapat menyesuaikan diri
bentuk anticlastic dan synclastic.
a.
dengan cara struktur tersebut dibebani.
Struktur membran sangat peka terhadap
Anticlastic
/
negative
surface
curvature. Bentuk ini memiliki kelengkungan 2 arah
angin
yang berlawanan, sehingga bentuk tenda yang
menyebabkan terjadinya fluttering (getaran). Dengan
dihasilkan menjadi cekung. Bentuk yang umum
demikian, membran yang digunakan pada gedung
digunakan adalah bentuk hyperbolic paraboloid,
harus distabilkan dengan cara tertentu, hingga
kerucut, dan bentuk lengkung.
efek
aerodinamika
dari
angin.
Efek
bentuknya dapat tetap dipertahankan pada saat
memikul berbagai kondisi pembebanan (Schodek,
1980).
Ada
beberapa
cara
dasar
untuk
menstabilkan membran. Rangka penumpu dalam
kaku misalnya dapat digunakan. Penstabilan dapat
dilakukan dengan menggunakan prategang pada
Gambar 1: Bentuk membran anticlastic, hyperbolic
permukaan membran. Hal tersebut dapat dilakukan
paraboloid dan kerucut.
baik dengan memberikan gaya eksternal yang
b. Synclastic / positive surface curvature.
menarik membran maupun dengan menggunakan
tekanan internal apabila membrannya berbentuk
Bentuk yang memiliki 2 arah kelengkungan yang
volume tertutup (pneumatic).
searah, sehingga bentuk yang dihasilkan menjadi
Contoh
pemberian
prategang
yang
cembung.
menggunakan gaya eksternal adalah struktur tenda.
Akan tetapi ada pula tenda yang tidak mempunyai
permukaan yang benar-benar ditarik oleh kabel
sehingga dapat bergerak apabila dibebani. Sekalipun
dapat memikul beban angin normal, misalnya banyak
permukaaan tenda yang dapat bergetar sebagai
akibat dari efek aerodinamika dari angin kencang.
Gambar 2: Bentuk membran synclastic.
Point supported shapes. Bentuk ini
2.2 Tipe Sistem Pengaku Struktur Membran
pengakunya,
adalah bentuk tenda pada umumnya, memiliki 1 titik
struktur membran terbagi menjadi 2, mechanically
puncak, atau dapat juga berbentuk tenda terbalik
prestressed dan pneumatically prestressed.
(memiliki 1 titik rendah). Strategi untuk mendukung
Berdasarkan
sistem
a. Mechanically prestressed. Dalam tipe
titik puncak dan rendah bervariasi. Titik rendah
ini terdapat tiga konsep bentuk dasar dari struktur
dapat dihubungkan langsung ke pondasi. Titik puncak
membran, yaitu: Saddle Shapes, Ridge - Valley
dapat digantung dari tiang-tiang penyangga yang
Shapes dan Point-supported Shapes.
ditempatkan di tengah, melalui cincin yang ditarik
Saddle Shapes. Saddle Shapes terbentuk
ketika
tepian
pendukung
membran
yang
tinggi
terhubung
dan
ke
rendah
sehingga akan lebih mengakukan membran.
poin
secara
bergantian. Pada bentuk ini tepian membran berupa
kabel (cable edges). Saddle shapes juga dapat
terbentuk ketika salah satu tepian membran
didukung oleh elemen melengkung yang kaku.
Gambar 5: Struktur membran berbentuk kerucut,
tergolong dalam jenis point supported shapes yang
memiliki 1 titik puncak.
Gambar 3: Bentuk dasar saddle shapes.
b. Pneumatically prestressed. Pada jenis
struktur
pnemumatik,
Ridge and Valley Shapes. Bentuk ini
membran
tegangan
permukaan
didukung oleh kabel yang disusun secara pararel
sehingga
dapat
atau radial pada puncak dan lembahnya. Kabel
membran yang dapat berdiri sendiri. Tetapi pada
puncak ditarik ke bawah oleh membran. Kabel pada
jenis struktur ini, memungkinkan diberi penguatan
lembah berfungsi sebagai penahan gaya angin. Kabel
dengan penulangan. Pada Pneumatic, gaya tarik
ini juga dapat diganti dengan elemen kaku tanpa
terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara di
merubah bentuk geometri dari membran.
dalam struktur pneumatic dengan tekanan udara
melalui
termasuk
ke
memperoleh
tekanan
dalam
udara,
struktur
diluar struktur. Pneumatic Structure dibagi dalam
dua kelompok besar yaitu Air Supported Structure
dan Air-Inflated Structure.
Struktur
yang
ditumpu
udara
(Air
Supported Structure) terdiri atas satu membran
(menutup ruang yang berguna secara fungsional)
Gambar 4: Macam-macam bentuk ridge and valley
shapes.
yang ditumpu oleh perbedaan tekanan internal kecil.
Dengan demikian, volume internal udara dalam
gedung ini mempunyai tekanan lebih besar dari pada
tekanan udara biasa.
a. PVC Coated Polyester. Material ini
mudah ditangani dan dilas dengan menggunakan las
frekuensi tinggi. Para insinyur proyek biasanya
menentukan jenis membran setelah melakukan
analisis
Gambar 6: Air Supported Structure. (Schodek: 1980).
bentuk.
Ada
beberapa
jenis
PVC
diklasifikasikan menurut lapisan permukaan, yaitu:
Acrylic - Biasanya digunakan jika kain
Struktur yang digelembungkan udara
yang diinginkan berwarna. Jenis kain ini tidak
(Air-Inflated Structure) ditumpu oleh kandungan
memiliki kemampuan untuk membersihkan diri dan
udara bertekanan yang menggelembungkan elemen-
usia pemakaian yang lebih pendek dibandingkan
elemen gedung. Volume internal udara gedung tetap
dengan PVDF atau PTFE. Akrilik yang dilapis dapat
sebesar tekanan udara.
dilas
secara
konvensional
tanpa
perawatan
permukaan.
PVDF (Polyvinyl DeneFlouride) - Lapisan
ini memiliki sifat yang sangat baik dan memiliki
kemampuan untuk pemakaian jangka panjang.
Bahan
Gambar 7: Air-Inflated Structure. (Schodek: 1980).
ini
juga
membersihkan
diri
memiliki
dan
kemampuan
melindungi
untuk
PVC
dan
poliester. Tipe kain ini memiliki kemampuan
Namun secara praktik di lapangan,
antiwick. Wicking adalah masalah internal di mana
struktur membran dengan pendekatan pneumatik
air
mengalir
sepanjang
garis
benang
kain
jarang digunakan karena mudah terjadi kebocoran.
menyebabkan perubahan warna dari kain dan
Ketika terjadi kebocoran membran, maka tekanan
memungkinkan terjadinya delaminasi.
udara akan menurun, yang menyebabkan struktur
atap tidak berfungsi sebagaimana mestinya.
Kelemahan lain yakni rentannya struktur
terhadap terjadinya kebakaran. Bahan pelapis yang
dipakai merupakan bahan yang memiliki titik lebur
rendah sehingga mudah terbakar.
Gambar 8: Membran tipe PVC.
3. Material
b. PTFE Coated Fiberglass.
Ada
beberpa
faktor
yang
harus
diperhitungkan dalam memilih material struktur
membran yang akan digunakan, faktor tersebut
antara
lain:
bangunan,
anggaran,
faktor
jangka
waktu,
kebakaran,
persyaratan
Terdapat 4 jenis material yang sering
digunakan dalam penerapan struktur membran pada
menawarkan
sifat
membersihkan diri yang tinggi, ketahanan api dan
masa pemakaian melebihi dua puluh lima tahun.
fungsi
pencahayaan dan estetika.
bangunan bentang lebar modern, yaitu:
(Polytetrafluoroethylene)
PTFE
PTFE yang dilapisi fiberglass sangat
mahal tetapi kompetitif dengan kaca. Masalah utama
dengan
PTFE
adalah
bahwa
ia
memerlukan
penanganan yang sangat hati-hati selama fase
konstruksi.
Instalasi PTFE yang dilapisi fiberglass
tetra-fluoro-ethylena.
Karena
kehalusan
nya,
membutuhkan perawatan lebih banyak dan detail
membran ETFE jauh lebih transparan (tranparancy
yang lebih kompleks daripada PVC dilapisi kain
tingkat ≈ 90%) dibandingkan dengan jenis membran
poliester. Kain ini tidak dapat dilas dengan peralatan
lainnya sehingga dalam batas tertentu dapat
frekuensi tinggi konvensional tetapi menggunakan
menggantikan kaca sebagai bahan atap transparan.
Tipe
besi khusus. Sifat khusus dari PTFE memungkinkan
membran
ini
biasanya
tidak
untuk dilas dan unwelded menggunakan mesin yang
digunakan untuk struktur membran pratarik tetapi
sama. Hal ini memungkinkan panel yang rusak untuk
lebih
diperbaiki di tempat.
struktural) atau struktur pneumatic.
digunakan
d.
sebagai penutup
ePTFE.
ePTFE
atap
(non-
merupakan
pengembangan material membran PTFE. ePTFE ini
lebih fleksibel dan memiliki perilaku yang lebih baik
dari bahan membran lainnya dan lebih transparan
Gambar 9: Membran Tipe PTFE.
c. ETFE (ethylene-tetra-fluoro-ethylene).
ETFE membran jenis terdiri dari lapisan tipis etilena -
daripada membran PTFE biasa (tingkat tranparancy ≈
40%). Selain itu, material ini mungkin untuk didaur
ulang sehingga dapat dilirik sebagai bahan dengan
tingkat keberlanjutan yang tinggi.
4. Studi Kasus: Laboratories for M&G Ricerche, Venafro, Italia.
Gambar 10 & 11: Tampilan eksterior M&G Ricerche.
Lokasi : Venafro, Italia.
selesai dibangun di Venafro, Italia pada tahun 1992.
Tahun : 1992
Bangunan ini menggunakan selubung membran satu
Arsitek : Samyn et Associes.
lapis untuk menggabungkan program kantor,
laboratorium, dan ruang penelitian, dimana riset
Fasilitas riset kimia untuk M&G Ricerche,
yang dirancang oleh arsitek Belgia, Philippe Samyn,
untuk grup Sinco berlangsung.
Beton konvensional dan konstruksi
blockwork digunakan untu membentuk sekat-sekat
pemisah di dalam selubung membran. Di dalam
struktur ini, terdapat fasilitas yang terbagi-bagi yang
membutuhkan tingkat pengawasan yang berbeda.
Keputusan untuk menutupi semua
fasilitas dengan struktur membran dapat mengurangi
periode pembangunan sampai 10 bulan, dan
menghasilkan lingkungan interior yang baik dengan
biaya rendah.
Struktur Atap.
Supaya
volume
bangunan
dapat
digunakan dengan maksimal, PVC coated polyester
Gambar 12: Suasana ruang dalam yang dihasilkan
putih ditopang oleh enam rangka lengkung baja. Baja
pada siang hari.
tabung tiga dimensi ini dijajarkan secara melintang
oleh kabel baja pre-stressed, yang terhubung ke
Aspek lingkungan.
piramida baja terbalik di bagian bawah rangka baja.
Proyek ini menunjukkan bagaimana
Rangka-rangka lengkung ini memiliki ketinggian yang
selubung
bervariasi, dengan ketinggian 16 meter pada bagian
menciptakan lingkungan dengan suhu yang ideal,
tengahnya. Struktur baja yang sangat ringan ini
dimana di dalamnya dapat mengakomodasi berbagai
disusun dari 1764 balok baja yang dipotong menjadi
macam aktivitas. Dengan meletakkan bangunan di
441 konfigurasi berbeda, direalisasikan dengan
tengah-tengah danau, perancang mengharapkan
bantuan metode konstruksi yang canggih pada saat
adanya pengurangan energi, sehingga pada musim
itu.
panas danau tersebut dapat membantu mengurangi
Dengan menjaga konstruksi interior
membran
dapat
digunakan
untuk
suhu udara pada bangunan.
terpisah dengan selubung membran luar, masalah
untuk mengkoneksikan bentuk lengkung dengan
konstruksi yang tegak lurus menjadi terhindari.
Namun, untuk menghadirkan sinar matahari dan
view ke luar bangunan, panel-panel kaca pun dipakai
pada bagian samping bangunan setara dengan level
tanah. Kaca ini terhubung ke tepi membran utama
dengan penutup PVC transparan.
Rangka lengkung baja masing-masing
diselubungi
oleh
membran
PVC
transparan.
Penggunaan membran transparan ini ditujukan
Gambar 13: Skema 3D rangka lengkung baja dan
untuk menghadirkan sinar matahari ke bagian
lapisan membran pembentuk atap.
tengah
bangunan dan untuk mengekspos rangka
baja sebagai struktur penopang utama.
Penggunaan
Untuk lebih mendinginkan ruang dalam,
membran
pun
bisa
udara ditarik ke dalam gedung melalui shaft bawah
dilakukan dalam upaya penghematan energi seperti
tanah dan melalui ventilasi udara yang rata dengan
yang diaplikasikan pada bangunan M&G Ricerche di
permukaan
yang
Venafre, Italia. Dengan penanganan yang baik,
memasuki gedung menjadi dingin tanpa perlu
membran bisa digunakan untuk menciptakan suhu
bantuan AC. Lebih lanjut, dengan meletakan
ruang yang baik dan mencegah pengguna di
bangunan di tengah danau, sang arsitek menghindari
dalamnya untuk menggunakan pendingin ruangan.
kolam,
menyebabkan
udara
masalah keamanan yang diakibatkan oleh struktur
membran; kemungkinan struktur membran untuk
Daftar Pustaka
rusak karena lalu lintas orang yang lewat menjadi
Bechthold,
Martin.
2008.
Innovatieve
Surface
Structure: Technology and Applications. New
terminimalisasi.
York: Taylor & Francis.
Scheuermann, Rudi. 1996. Tensile Architecture in the
5. Kesimpulan
Penggunaan membran sebagai struktur
pada bangunan bentang lebar merupakan salah satu
Urban
Context.
Oxford:
Butterworth
Architecture.
alternatif yang dapat digunakan. Penggunaannya
Schodek, Daniel L. 1999. Struktur, edisi kedua, terj.
dapat dikondisikan dengan fungsi yang dinaunginya,
Ir. Bambang Suryoatmono, M.Sc., Ph.D. Jakarta
sesuai
: Erlangga.
dengan
kebutuhan,
terutama
untuk
menciptakan bangunan bentang lebar tanpa kolom
nulisan_paper_seminar_unnes.pdf
penyangga di tengah-tengah bangunan.
Bentuk-bentuk pengaplikasian struktur
membran terbagi menjadi 2, yakni anticlastic dan
syncalstic, namun penggunaan bentuk anticlastic
lebih banyak dijumpai pada bangunan-bangunan
jaman
sekarang
yang
menggunakan
http://www.fe.unpad.ac.id/upload/file/panduan_pe
struktur
http://eprints.undip.ac.id/32373/1/4.struktur_memb
mem-sukawi.pdf
http://journal.unpar.ac.id/index.php/rekayasa/articl
e/download/261/246
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/40
518/4/Chapter%20II.pdf
membran.
Sistem pengaku pada struktur membran
pun terbagi menjadi 2, yakni dengan di-prestressed
secara mekanik maupun secara pneumatik. Namun,
sistem pengaku secara pneumatik jarang digunakan
karena rentan terhadap bahaya kebocoran dan
http://exploresukasuka.blogspot.co.id/2011/09/bent
ang-lebar.html
http://www.architen.com/articles/the-materials-oftensile-architecture/
http://travelwithfrankgehry.blogspot.co.id/2010/06/
m-ricerche-by-samyn-and-partners.html
kebakaran.
Material
yang
digunakan
sebagai
struktur pun bermacam-macam, mulai dari PVC,
PTFE, ETFE, dan ePTFE. Penggunaan PTFE lebih
banyak digunakan karena dapat bertahan lama,
sedangkan material seperti ETFE lebih banyak
digunakan sebagai penutup bangunan yang bersifat
non-struktural karena sifatnya yang kurang kuat
dalam menahan beban.