Form Active sistem struktur sistem

STRUKTUR BENTANG LEBAR
Form Active
Ketika dihadapkan dalam desain sebuah struktur, kita perlu mempertimbangkan
efisiensi struktur.Efisiensi yang dimaksud adalah desain struktur cukup kuat untuk
menahan beban yang diberikan namun tetap hemat dalam hal biaya.Biaya biasanya
berhubungan dengan banyak faktor, mulai dari jenis material, bentuk desain struktur,
metode kerja, sumber daya, hingga biaya-biaya lainnya.Bentuk desain struktur
merupakan bagian yang bisa dioptimasi untuk mencapai struktur yang efisien.
Material yang dipakai sebagai struktur biasanya memiliki tingkat kekakuan yang tinggi,
seperti baja, beton, dan kayu. Elemen-elemen ini tidak akan berubah bentuknya secara
signifikan jika diberi gaya-gaya dari luar berupa gaya aksial, gaya momen, atau gaya torsi.
Gaya luar ini memberikan bentuk gaya yang berbeda-beda pada penampang elemen
struktur yang menahannya. Gaya aksial murni akan memberikan gaya yang seragam pada
seluruh penampang elemen (gaya tarik). Gaya yang menghasilkan momen di tengah
bentang akan memberikan gaya tarik dan gaya tekan pada penampang elemen.

Berbeda halnya dengan kabel (biasanya terbuat dari baja) yang bentuknya bisa berubahubah. Kabel baja yang dibentuk seperti struktur di bawah ini akan mengubah bentuknya
sendiri untuk mencapai bentuk yang setimbang.

Bentuk struktur yang berubah-ubah ini disebut sebagai bentuk aktif (form-active).
Dengan bentuk struktur kabel yang demikian, kabel akan menerima aksial tarik murni

tanpa ada gaya momen yang bekerja. Pada gambar di atas, bentuk aktif struktur
berubah-ubah sesuai dengan gaya luar yang bekerja.
Untuk desain yang efisien, elemen bentuk aktif lebih disukai karena lebih
hemat.Meskipun demikian, elemen bentuk aktif tidak selamanya bekerja sesuai dengan
bentuk aktifnya.Contohnya adalah gambar (b) bawah. Ketika elemen menerima 2 buah
gaya di tengah bentang, maka bentuk aktif akan bekerja, namun jika diberikan gaya
merata seperti gambar (c) atas, maka bentuk aktif tidak akan ada, elemen akan
menerima aksial dan momen bersamaan. Elemen ini disebut sebagai elemen semibentuk-aktif (semi-form-active).

Berdasarkan jenis nya form active terbagi menjadi beberapa bentuk dan sistem, yaitu

 Cable System
1. Definisi
Struktur Kabel Adalah sebuah sistem struktur yang bekerja berdasarkan prinsip gaya
tarik, terdiri atas kabel baja, sendi, batang, dsb yang menyanggah sebuah penutup yang
menjamin tertutupnya sebuah bangunan.
Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada jembatan gantung, di
mana gaya-gaya tarik digunakan tali. Contoh lainnya adalah tenda-tenda yang dipakai
para musafir yang menempuh perjalanan jarak jauh lewat padang pasir. Setelah orang
mengenal baja, maka baja digunakan sebagai gantungan pada jembatan.Pada taraf

permulaan baja itu dapat berkarat.Pada zaman setengah abad sebelum sekarang,
ditemukanlah baja dengan tegangan tinggi yang tahan terhadap karat.
Struktur kabel merupakan suatu generalisasi terhadap beberapa struktur yang
menggunakan elemen tarik berupa kabel sebagai ciri khasnya. Struktur ini bekerja
terhadap gaya tarik sehingga lebih mudah berubah bentuk jika terjadi perubahan besar
atau arah gaya. Struktur kabel merupakan struktur funicular dimana beban pada struktur
diteruskan dalam bentuk gaya tarik searah dengan material konstruksinya, sehingga
memungkinkan peniadaan momen.
Keuntungan struktur kabel :
1. Elemen kabel merupakan elemen konstruksi paling ekonomis untuk menutup
permukaan yang luas
2. Ringan, meminimalisasi beban sendiri sebuah konstruksi
3. Memiliki daya tahan yang besar terhadap gaya tarik, untuk bentangan ratusan
meter mengungguli semua sistem lain
4. Memberikan efisiensi ruang lebih besar
Kelemahan struktur kabel
Pembebanan yang berbahaya untuk struktur kabel adalah getaran. Struktur ini dapat
bertahan dengan sempuna terhadap gaya tarik dan tidak mempunyai kemantapan yang
disebabkan oleh pembengkokan, tetapi struktur dapat bergetar dan dapat
mengakibatkan robohnya bangunan

2. Detail sambungan

3. Jenis jenis Cable System

4. Contoh Studi Kasus
Lokasi alamat: Venafro
Lokasi Negara: Italia
Nama Guido klien / pemilik gedung: Ghisolfi, Sinco Teknik SPA, Tartona
Fungsi Laboratorium: membangun & pusat penelitian
Derajat struktur kandang: tertutup Sepenuhnya
Iklim zona: musim dingin dan musim panas yang ringan
Jumlah lapisan: lapisan mono
Deskripsi pendek dari Desain proyek

Konsep
Pertimbangan yang berkaitan dengan bentuk optimal dari aula menyebabkan
rencana elips, sebuah, ringan tenda-seperti bentuk yang sudah muncul pada sketsa
pertama dan dikembangkan untuk bentuk oval (85 x 32 m) sebagai salah satu volume
besar, ditutupi oleh ringan struktur dengan ketinggian 15 m, didukung oleh kisi simetris

lengkungan dan bersiap dengan enam kabel menstabilkan longitudinal. Garis besar
instalasi layanan dan tanaman percontohan menyebabkan pilihan dari bentuk
lengkungan sebagai keranjang datar (tiga pusat) arch. Ketinggian maksimum tanaman
percontohan dan tinggi puncak bangunan pujian satu sama lain. Rentang optimal untuk
atap membran terletak antara 12 m dan 15 m dan ini menentukan jumlah
lengkungan.Aspek seperti perkuatan lengkungan, transfer kekuatan membran dan
pencarian desain yang seimbang menyebabkan arsitek untuk mengatur pesawat
lengkung sehingga mereka berpotongan pada titik yang pada saat yang sama adalah
pusat dari lingkaran yang menghubungkan apexes dari lengkungan.



Tent System

1. Definisi
Menurut Schoked (1998 ) “Struktur tenda adalah struktur membran yang bekerja dengan
memberikan gaya eksternal yang menarik membran.”

 Struktur lengkungan
Enam lengkungan membawa membran atap, mereka lengkungan kisi tiga

akord dalam bentuk keranjang (tiga pusat) arch. Penampang segitiga mereka
bervariasi dari panjang lengkung, dengan ukuran maksimal di puncak, dan
meruncing ke arah dukungan arch. Mereka terdiri dari 1764 tabung tunggal
di 441 panjang yang berbeda dan konfigurasi. Lengkungan bergabung
dengan enam kabel prategang di bawah membran. Kabel ini terhubung ke
menstabilkan lengkungan melalui berbentuk piramida Outriggers untuk
menjauhi kelengkungan membran.
 Substruktur, pondasi
Para diperkuat terus menerus tanah beton dengan bantalan dasar dan strip
bawah dinding gedung laboratorium dan di bawah lengkungan dirancang
untuk beban hidup 20 / m² kN. Kaki lengkung didukung di dataran tinggi air
di atas fondasi beton bertulang, yang dipisahkan struktural dan visual dari
lempengan tanah

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.

2. Proses Kontruksi
Proses konstruksi struktur tenda terdiri dari persiapan lahan, pemancangan pondasi dan
struktur pendukung, penyusunan, pemasangan dan penarikan, pengujian, dan pengevaluasian.
Persiapan lahan dilakukan untuk membersihkan lahan yang akan dibangun sebelum dilakukan
konstruksi. Kemudian setelah lahan disiapkan, dilakukan pemancangan pondasi dan struktur
pendukung seperti tiang-tiang, sambungan, dan kabel.Setelah itu barulah dilakukan penyusunan
membran, pemasangan, dan penarikan membran. Proses penyusunan dan penarikan ini harus diawasi
serta dilakukan atas persetujuan ahli struktur yang bertanggung jawab. Di samping itu juga harus
dilakukan dalam cuaca yang paling tenang agar kerusakan pada saat pemasangan dan penarikan
dapat diminimalisir.Setelah memban ditarik, dilakukan pengaturan tarikan agar tidak terjadi
kelebihan tarikan pada titik-titik tertentu. Dan terakhir, dilakukan pengujian, pengevaluasian dan
pelaporan mengenai proses konstruksi yang telah dilakukan.

3. Tujuan:
Tujuan dari struktur tenda adalah untuk menyediakan sarana penampungan yang ringan,
portabel, dan cepat.

Ada tiga komponen utama (subsistem) untuk struktur tenda:
1.) Sebuah membran luar - Membran luar dari struktur tenda meliputi frame dan membawa beban
terutama melalui ketegangan (meskipun tidak membawa kompresi juga). Fungsi membran ini adalah

untuk melindungi interior dari kondisi luar dan untuk mentransfer beban ke kerangka.
2.) Bingkai - Frame adalah apa membran luar tipis melekat. Jenis frame konstruksi yang digunakan
bervariasi antara berbagai jenis tenda. Frame dapat terdiri dari tiang memanjang kaku yang mentransfer
beban mirip dengan kolom, atau dapat terdiri dari batang fleksibel yang mentransfer beban mirip dengan
lengkungan.
3.) Sistem anchorage - Sistem anchorage dari tenda biasanya terdiri dari tab (melekat membran) yang
melekat dengan kait untuk taruhannya. Taruhannya kemudian berlabuh ke dalam tanah. Beberapa tenda
menggunakan tali yang melekat pada tiang yang pada gilirannya berlabuh ke tanah menggunakan
taruhannya. Beberapa komponen lain dari tenda mungkin resleting yang menyediakan pintu masuk nonkaku ke tenda, atau layar yang memungkinkan pandangan ke luar.

4. Jenis jenis Tent Active Sytem

6.
Detail sambungan
Tent Active System

5. Contoh Bangunan Tent Active System

Munich
Stadium

Olympic

Arsitek


:

Günther Behnisch

dan

Frei Otto
Letak Bangunan



: Jantung
Olympiapark
München di utara

Munich, Jerman


Tahun

: 1972



Fungsi Bangunan

: Stadium



Luas Bangunan

: 74.800m2.

 Konsep Bangunan : Mengangkat struktur ringan di mana ketegangan yang dibatalkan oleh

sistem dukungan dan kabel,

7. Studi Kasus

A. Zoning
Meskipun nama Olympic Park, Olympic Park, telah digunakan untuk menunjuk seluruh
daerah secara umum, tidak ada nama resmi untuk daerah. Sebaliknya, daerah umum terdiri dari
sub-wilayah yang terpisah:


Lokasi Olimpiade, termasuk fasilitas olahraga Olimpiade seperti Stadion Olimpiade dan Olympic
Hall di Olympic Tower. Juga milik daerah ini dan Olimpiade Swimming Hall untuk acara.



Olympic Village, yang terdiri dari dua daerah pemukiman, satu untuk pria dan satu untuk wanita.



Press Room Olympic City, "Pressestadt", hari ini Olimpiade Mall. Sebenarnya, bagian ini milik

daerah distrik "Moosach".



Olympic Park, sebelah selatan daerah Olimpiade, taman ini termasuk Olympic Mountains dan
Danau air untuk beberapa kompetisi.

B. Material Penutup Atap



Elemen membran 75 x 75 cm



Kabel tepi tali ditutup



Tendon tali kabel paralel



Knot dan klem baja cor



Tabung tiang-tiang baja



Acrylic (kaca) Penutup kaca

 Pneumatic System

Struktur pneumatik merupakan sistem struktur bangunan tenda yang
dibangun dari bahan lembaran tipis (membran) fleksibel, distabilkan oleh
perbedaan tekanan dengan medium: gas cair, busa, atau bahan-bahan butiran
halus. Apabila komposisi membran fleksibel diberikan medium yang menyebabkan
terjadinya perbedaan tekanan maka akan membentuk suatu pneumatik (dari
bahasaLatin”pneuma” yang berarti gelembung berisi
udara; Membran yang digelembungkan mampu menahan gaya-gaya luar, karena
medium tekanan berubah menjadi medium penahan dan menjadi elemen
strukural sehingga terbentuk suatu struktur pneumatik penahan beban (Hery,
1992; Herzog, 1976). Bangunan tenda dengan bahan yang beratnya tidak lebih
dari 3 kg/m2 mampu menaungi tanah dengan bentang lebih dari 100 meter (Otto,
1973) meskipun menggunakan perbedaan tekanan yang tidak terlalu besar antara
ruang dalam dan luar (Luchsinger, at.al., 2004). Purwanto (2000) menjelaskan
bahwa Struktur pneumatik pada mulanya hanya dikembangkan sebagai struktur
bidang penutup atap dan untuk bangunan berbentang lebar.Namun sekarang
mulai digunakan untuk berbagai fungsi bangunan, bahkan dapat digunakan untuk
memikul beban lantai pada bangunan bertingkat sedang (Medium Rise Building).
Keandalan sistem struktur pneumatik dapat dinilai dari 4 aspek, yaitu : kekuatan,
keindahan, penghematan, dan kecepatan dalam pembangunannya (Hery, 1992;
Hery, 2007). Struktur bangunan tenda yang ditumpu udara harus selalu
mempunyai tekanan udara internal sedikit lebih besar daripada tekanan udara,
untuk menjamin elemen membran berada dalam keadaan tarik (Gambar
1).Tekanan aktual internal tidak boleh terlalu besar agar tetap dapat memberikan
rasa nyaman kepada pengguna bangunan (Schodek, 1980). Apabila beban
eksternal merata, maka tekanan internal yang digunakan untuk memikul beban

juga merata. Dengan demikian membran hanya berfungsi sebagai pemisah.Karena
beban eksternal relatif kecil, maka tekanan internal yang diperlukan pada struktur
yang ditumpu udara juga dapat relatif kecil.
ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR PNEUMATIS.
 Struktrur yang Ditumpu Udara
Beberapa jenis beban dapat bekerja pada struktur yang ditumpu udara. Salju
adalah salah satu beban yang berarah ke bawah.pada segmen-segmen bola yang
berprofil relatif rendah, salju dapat menutupi seluruh atap.beban angin adalah
masalah utama. Beban beban yang ditimbulkan oleh angin biasanya kompleks dan
terdiri atas tekanan dan isapan. Tegangan membran akibat Tegangan Internal.
Gaya-gaya dalam bidang-bidang (ln plane) pada suatu membran yang ditimbulkan
olek tekanan internal bergantung pada dimensi dan bentuk geometris mebran
selain juga pada besar tekanan internal yang ada.

Sistem Struktur ini membutuhkan tekanan udara sebesar 2--‐100Psi besarnya sekitar
100--‐1000 kali dibandingkan system air supported structure.Karena membutuhkan
tekanan udara yang lebih besar, maka dibutuhkan material membrane yang kuat dan
kedap udara. Secara prinsip dapat digunakan untuk elemen batang dan elemen
bidang.Perilaku struktur dengan system ini sangat kompleks, sehingga sampai sekarang
belum diketahui perancangan yang tepat.

 struktur yang digelembungkan oleh udara
perhatikan balok yang digelembungkan udara di mana tekanan pemggelembung adalah
sebesar Pr. Tegangan tarik membran longitudinal merata akibat tekanan tersebut akan
terjadi pada seluruh panjangnya apabila struktur tidak dibebani. Pemberian beban
eksternal cenderung menyebabkan terjadinya tegangan disepanjang permukaan atas
dan tegangan tarik di sepanjang permukaan bawah seperti pada balok yang dibuat pada
materiak kaku. Sebab akibatnya, tegangan tarik yang semula ada disepanjang permikaan
atas akan berkurang dan dipermukaan bawah bertambah.
Tinjauan lainnya
Hal yang sering merupakan masalah pada penggunaan struktur pneumatis adalah apa
yang akan terjadi apabika membran berkubang. Dalam hal ini ada gunanya apabila kita
membandingkan dua pneumatik, yaitu balom dan stuktur yang ditumpu udara.
Apabila balon ditusuk, jekas akan meledak. Pada kenyataannya, tusukan menyebabkan
terjadinya retak yang akan menjalar secara cepat. Cepatnya penjalaran itu adalah karena
sangat besarnya tekanan internal pada balon. Pada saat retak mulai terjadi, semua
energi yang tersimpan mempercepat penjalaran retak. Pada struktur seperti ini, yang
disebut sisitem berenergi besar, retak menjalar dengan sangat cepat. Sbaleknya, gedung
pneumatis yang ditumpu udara adalah sistem berenergi rendah, pemberian tekan
internal relatif kecil Masalah lain sehubungan dengan struktur pneumatis adalah
pemilihan material membran harena banyak jenis material yang menurun mutunya dari
waktu ke waktu sebagai akibat efek ultraviolet dari matahari. Masalah ini dapat diatasi
dengan pemilihan material yang tepat.

 Jenis-jenis pneumatic system

 Studi Kasus

WATER CUBE
Location Beijing Country/Region Greater China Client Beijing State-Owned Assets
Management Co Collaborators
 PTW Architects
 China Construction Design Institute (CCDI)
 China State Construction Engineering Co (CSCEC)
Overview
The National Aquatics Center, also known as the 'Water Cube', was one of the most
dramatic and exciting sporting venues constructed for the 2008 Beijing Olympic Games.
Dilingkupi oleh dinding berbentuk balon busa, bangunan ini memiliki 5 kolam renang
(termasuk mesin ombak), sebuah restoran, tempat duduk penonton untuk memfasilitasi
17.000 penonton.
Distinctiv sustainable façade
Bentuk dari bangunan terinspirasi dari pembentukan natural busa balon sabun. Arup's
designers and strcutural engineers menyadari bahwa struktur yang berdasarkan teknik
geometri unik ini akan lebih mudah dibangun, dengan tetap menampilkan bentuk yang
organik dan acak. Etil-tetrafluroetilena (EFTE) dipilih sebagai material untuk facade
bangunan. Berat material ini hanya 1% dari kaca dan memiliki insultor termal yang lebih
baik. Sekitar 20% dari solar energy dapat ditangkap dan digunakan sebagai pemanas.
Cahaya matahari dapat masuk ke dalam bangunan dan dapat menghemat sampai 55%
pencahayaan yang digunakan. Material untuk facade bangunan, EFTE juga terbukti telah

berhasil digunakan pada Allianz Arena dai Munich.
History
Nama resmi bangunan ini adalah Beijing National Aquatics Center. Dibangun dan
disiapkan untuk Olympiade musim panas 2008 (Tiongkok mendapatkan hak sebagai tuan
rumah). Bangunan ini memiliki nama lain, 'water Cube' karena bentuknya. Desain
bangunan ini merupakan hasil pemenang sayembara arsitektur dari 10 proposal lomba
yang masuk dan dimenangkan oleh arsitek: PWT architects (Sebuah biro arsitek yang
berpusat di Australia) dan ARUP Engineering group serta CSCEC (China State
Construction Engineering Corporation) CCDI (China Construction Design International ).
Gagasan utama dari desain bangunan ini merupakan simbolisasi yang kuat dalam
menggali dasar-dasar arsitektur asli Tiongkok. Asal muasal nama "Water Cube" berasal
dari tahap awal dari sayembara arsitektur dan konsep perancangannya. Ketika tim
perancang melakukan perhitungan daya guna bangunan, diputuskan bahwa bangunan
ini seluruhnya harus fungsional dan dimanfaatkan. Di sisi lain, bersebelahan dengan
gedung spektakuler lain untuk Olimpiade (National Stadium Bird's Nest) yang dirancang
oleh Herzog dan Meuron bekerja sama dengan Arup. saat perancangan, tim sepakat
bahwa bentuk dasarnya berbentuk kotak berwarna biru, maka istilah Water Cube
muncul. Hubungan lainnya merupakan tradisi dari elemen-elemen Tiongkok, bahwa
bangunan ini melambangkan tanah (ditandai dengan atap yang berbentuk datar).

Facade Bangunan: EFTE
Sekitar 20% dari energi matahari yang masuk pada bangunan terperangkap di dalamnya
dan digunakan untuk memanaskan kolam renang dan area interior. Panel ETFE tembus
pandang dan dapat didaur ulang, serta dapat menangkap cahaya matahari dan
menggunakannya untuk pencahayaan ruang dalam bangunan. Panas matahari juga
dapat digunakan untuk penghangat. Untuk mengurangi konsumsi energi pusat lebih
lanjut, desain telah memasukkan banyak sistem pemulihan energi, seperti pemulihan
panas dari pembuangan udara hangat untuk pemanasan udara luar dingin (pasokan
udara segar). Sejak Beijing mengalami kekurangan air, konservasi air juga pusat perhatian
filosofi desain Arup ini. Perusahaan mengusulkan penggunaan kembali dan daur ulang
dari 80% air dipanen dari daerah tangkapan atap, sistem backwash kolam renang dan
arus darat. Ini bertujuan untuk mengurangi ketergantungan dan tekanan di penyedia air
lokal dan sistem pasokan air kota dengan pemakaian langsung ke sistem saluran
pembuangan.
Konsep Rancangan
Gedung ini terletak di kompleks Beijing Olympic Green, secara axial membentuk poros

dengan National Stadium di bagian utara kota Beijing yang merupakan pusat poros,
perletakan lokasi gedung ini memperkuat poros historis dari kota Beijing. Total luas area
62.950 M2 total luas lantai 65.000 – 80.000 m2 dengan area bawah tanah mencapai
15.000 m2. Penggalian bentuk bentuk simbolis arsitektur Cina kuno muncul seiring
gagasan tim untuk menghadirkan konsep gelembung sabun sebagai pendekatan bentuk
dasar melambangkan air. Secara kontekstual kotak merupakan simbol unsur bumi saling
melengkapi dengan bangunan stadion “Bird Nest” diseberangnya yang berbentuk dasar
lingkaran yang merupakan simbol surga. Struktur Bangunan Struktur utama bangunan
menggunakan material baja. Baja tersebut disusun seperti jarring-jaring untuk
membentuk sistem konstruksi tertentu, dalam hal ini adalah bentuk balon busa.
Antarbatang baja dihubungkan dengan node-node baja berbentuk bola. Untuk cladding
digunakan material EFTE yang dibuat berdasarkan modul. Berikut analisis struktur
bangunan menurut sumber:
http://www.slideshare.net/yogakartasasmitasulaiman/metode-konstruksi-beijingnational-aquatics-center

 Arch System
Sistem struktur busur termasuk golongan struktur funikular karena telah
digunakan bangsa Romawi dan Yunani, terutama untuk membuat bangunan yang
memerlukan bentangan yang besar/luas. Pada zaman itu maupun saat ini sistem
struktur busur dibuat dengan bahan padat yaitu batu, atau batu
buatan/bata/masonry. Juga dikembangkan dengan menggunakan bahan
bangunan yang modern dari kayu, besi/baja.Busur menggunakan sendi lebih dari
tiga sudah tidak stabil laggi dan dapat mengakibatkan keruntuhan. Oleh karena itu
jika ingin memperoleh struktur busur dengan kekuatan struktur yang baik tanpa
mengalami tekuk (bending) dapat digunakan pengikat (bracing) pada bagian
dasarnya. Bahan pengikat tergantung dari dimensi ketebalan busur dan luas
bentang busur dapat dibuat dari kabel, baja, besi, kayu maupun beton.