STRUKTUR TRANSPARAN DIMENSI BARU DALAM KONSTRUKSI BANGUNAN

Transkripsi

1 STRUKTUR TRANSPARAN DIMENSI BARU DALAM KONSTRUKSI BANGUNAN Harianto Hardjasaputra 1 PENDAHULUAN Struktur transparan telah menjadi perkembangan yang menarik dalam dunia konstruksi saat ini. Pada tahun 1970-an secara terbatas kita di Indonesia sudah mengenal juga, yaitu dengan adanya struktur beton ekspose. Berbagai bangunan dirancang sedemikian rupa sehingga struktur betonnya ditampilkan sebagai bagian dari arsitektur bangunan tersebut. Gambar 1 Pelat Wafel pada Tipe Beton ekspose pada Sistem. Helmut Jahn (1) seorang Jerman-Amerika Arsitek mengemukakan Transparancy is balancing act between Architecture and the art of engineering. Sedangkan para insinyur terkemuka dari Stuttgart School, Leonhardt, Schlaich dan Sobek menekankan bahwa prinsip the art of engineering yang penulis terjemahkan sebagai Seni Rekayasa Struktur, menekankan bahwa prinsip seni pada teknik harus dapat diwujubkan dalam setiap karya konstruksi. Kata teknik yang berasal dari kata yunani kuno techne, bila diungkapkan lebih dalam lagi sebagai tindakan yang berasal dari naluri manusia yang dengan dasar ilmu pengetahuan yang dimilikinya, mempunyai keinginan untuk berkarya lebih kreatif, sehingga dari keduanya akan lahir dalam karya nyata. Struktur transparan menuntut peran dari para insinyur yang dalam proses perancangannya berdasarkan pada ilmu pengetahuan dan seni. Pada satu sisi perancangan harus berdasarkan hukum mekanika disertai tanggung jawab demi kekuatan dan keamanan struktur, tapi pada sisi yang lain perancangan bangunan pun Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 1

2 didasarkan pada persepsi seni yang mendalam. Kedua sisi ini akan bergabung secara alamiah dalam wujud bangunan tersebut, yang kita kenal sebagai estetika. Gambar 2 Solusi untuk Perencanaan detail merupakan fokus utama dari struktur transparan, memperhatikan keseimbangan antara engineering dan art. Thomas Aquinas ( ) mengatakan, suatu objek dikatakan indah bila keberadaan objek menimbulkan rasa kekaguman bila diamati. Persepsi kekaguman dalam konteks arsitektur atau bangunan tentu saja bersifat subjektif, tapi secara umum bila objek bangunan tersebut antara lain: Ringan, tidak mengesankan sebagai struktur yang masif Secara geometri terkesan langsing, yaitu bila ratio antara tebal dan bentang minimum, contoh jembatan ultra panjang Mempunyai bentuk yang unik (plastis), tapi sebenarnya mengikuti kaidah kaidah mekanika yang secara alamiah mengikuti flow of force. Menimbulkan rasa ingin tahu bagi para penggunanya. 2 PERANCANGAN STRUKTUR TRANSPARAN Penulis membagi pengertian mengenai Transparan dalam dua kategori, yaitu: 1. Pengertian dari segi Struktur-nya sendiri, yaitu perancangan konstruksi dengan menempatkan struktur itu sendiri sebagai elemen arsitektur dari bangunan itu sendiri. Struktur akan secara transparan terlihat, tanpa ada tambahan elemen arsitektur yang ditempelkan. 2. Pengertian dari segi State of the art of modern architecture, yaitu sebagai konsep perancangan arsitektur untuk men-dematerialisasi-kan penutup (kulit) bangunan, artinya pemakai bangunan cukup dipisahkan atau dilindungi dari alam dengan penutup yang transparan (2). Material yang digunakan untuk mentransparankan adalah kaca, sehingga kaca pun harus dapat berfungsi ganda, sebagai material arsitektur dan material struktur. Secara sistematis kita dapat mengkelompokan struktur transparan yang secara naturnya merupakan struktur transparan, yaitu: 1. Struktur Kabel; 2. Struktur membran (Tekstil); 3. Kombinasi struktur kabel dan membran; 4. Struktur kaca. Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 2

3 Struktur kabel, struktur membran dan kombinasinya merupakan kelompok yang saat ini paling banyak digunakan. Perkembangannya diawali dengan penggunaan jaringan kabel untuk pembangunan Stadion Olimpiade Munich (1972), dimana bentuk arsitekturnya sangat unik. Kontribusi Frei Otto dalam risetnya untuk teknik form finding sangat menentukan perkembangan dari struktur ini. Gambar 3 Olympic Stadion Munich (1972) untuk pertama kalinya Frei Otto, dkk, menggunakan struktur kabel pada atap stadion, di mana bentuknya didapat dengan proses form finding. Struktur kaca merupakan tantangan bagi insinyur struktur pada perancangan gedung untuk mengikuti trend dari arsitektur modern seperti yang dijelaskan sebagai kategori kedua dari transparan. Sebagai kulit bangunan (facades) material kaca tidak lagi dibingkai oleh rangka alumunium, tapi struktur kaca harus mampu memikul beban yang bekerja. Struktur kaca pun digunakan sebagai atap bangunan yang harus mampu memikul beban air hujan, salju ataupun beban lainnya yang ditentukan. Perkembangan struktur kaca dimungkinkan oleh kemajuan dalam produksi kaca itu sendiri sebagai material struktur yang saat ini dikatakan sudah memasuki generasi ke-4, yaitu penggunaan teknologi nano. Paper ini secara singkat akan membahas aspek-aspek teknis dari perancangan untuk keempat struktur ini. Struktur Kabel Kabel sebagai material kostruksi sudah dikenal sejak jaman Mesir Kuno. Pada saat itu kabel dibuat dari serat alami. Pada abad pertengahan, Leonardo da Vinci ( ) sudah membuat sketsa gambar konstruksi jembatan dengan sistem kabel penahan girder jembatan. Saat ini penggunan kabel tidak hanya untuk jembatan, ataupun sebagai tulangan pada struktur beton, tapi para arsitekpun menggunakannya untuk menciptkan bangunan dengan ruang dalam yang luas, untuk menciptakan kesan ringan, anggun dan transparan. Untuk gedung modern para Arsitekpun makin menyukai untuk menggunakan struktur kabel sebagai struktur untuk fasade kaca dengan bidang permukaan yang luas, Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 3

4 agar dapat menciptakan kesan transparan. Melalui teknik prategang, suatu rekayasa yang cerdik menjadikan struktur kabel merupakan struktur yang ringan, sederhana dan mendukung perkembangan struktur yang transparan. Mengapa harus kabel prategang? Melalui teknik prategang kabel sebagai elemen struktur yang hanya mampu memikul aksial tarik, menjadi elemen struktur yang mampu aksial tekan dan mempunyai kekakuan lentur. Gaya prategang pada struktur kabel 3D, mampu mestabilkan sistem, dalam memikul berbagai kombinasi pembebanan, selama kabel-kabel dalam keadaan kondisi tarik. Perilaku kabel non prategang dan kabel prategang dalam memikul beban aksial dapat dilihat pada gambar 1. Untuk Kabel prategang (V 0), maka beban akan dipikul oleh kabel bagian atas maupun bagian bawah, sehingga deformasi kabel pun akan bertambah kecil, yaitu sebesar setengahnya Δl. Gambar 4 Perilaku kabel tanpa prategang dan kebel dengan prategang yang memikul beban aksial Sedangkan perilaku kabel prategang dalam memikul beban P yang bekerja tegak lurus ataupun beban lentur dapat dilihat pada gambar 2. Grafik hubungan antara Beban P dan lendutan v memperlihatkan lendutan V kabel prategang (V 0) jauh lebih kecil daripada kabel non prategang (V=0). Dari kedua contoh tersebut, terbukti bahwa gaya prategang pada kabel selain akan meningkatkan kekakuan arah aksial juga akan meningkatkan kekakuan lenturnya. Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 4

5 Gambar 5 Perilaku kabel tanpa prategang dan kabel dengan prategang Teknik prategang akan lebih efektif bila digunakan pada jaringan kabel untuk atap bangunan 3 D yang dirancang sebagai bentuk lengkung ganda anti-klastis atau bentuk pelana, yaitu lengkung ganda saling berlawanan, yaitu kedua kabel yang bersilangan mempunyai lengkung berlawanan dengan posisi di atas dan di bawah. Dengan demikian gaya prategang pada kedua kabel tersebut akan saling menstabilkan pada saat memikul berbagai kondisi beban (lihat gambar 3) Gambar 6 Aplikasi teknik prategang pada jaringan kabel dengan bentuk lengkung ganda antiklastis menghasilkan sistem struktur yang stabil dan kaku. Bila seluruh sistem jaringan kabel tersebut diberi gaya prategang, maka jaringan kabel akan mampu pula memikul berbagai kombinasi pembebanan luar. Besarnya gaya prategang yang diberikan, harus diberikan sedemikian besarnya sehingga kita dapat menghindari adanya kabel dalam keadaan tanpa tegangan tarik. Hail ini untuk menghindari terjadinya penurunan kekakuan struktur, yang menyebabkan membesarnya deformasi. Transfer gaya prategang pada jaringan kabel, dilakukan dengan memasang kabel utama pada tepi jaringan, dimana kabel utamanya harus dipasang dalam bentuk lengkung. Dengan cara menarik kabel utama ini, maka gaya prategang akan ditransfer pada seluruh jaringan. Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 5

6 Gambar 7 Prinsip transfer gaya prategang dari kabel tepi ke jaringan kabel [6 ] Struktur Membran Struktur Teskstil Struktur atap dengan jaringan kabel seperti pada Olympic Stadion Munich adalah sangat mahal, karena jaringan kabel masih diperlukan penutup atap nya yang dibuat dari glassarcrylic, selain itu jaringan kabel memerlukan detailing pertemuan, ikatan ataupun lintasan kabel yang sangat beragam dan mahal, mengandung sedikit elemen tipikal. Dari segi pemeliharaan pun memerlukan biaya yang sangat tinggi. Karena itulah setelah atap Olympic Stadion Munich, struktur kabel murni jarang atau hampir tidak ada digunakan untuk atap stadion atau lainnya. Dari pengalaman tersebut Frei Otto, Schlaich mengembangkan kombinasi penggunaan struktur kabel dan tekstil. Kombinasi kabel dan tekstil ini yang saat ini berkembang, seiring dengan kemajuan produksi bahan tekstilnya dalam hal strength dan durability. Struktur kabel dan tekstil ini oleh Frei Otto dikategorikan sebagai Struktur Ringan. Gambar 8 Konstruksi World Cup Stadion Stuttgart (2006) merupakan contoh kombinasi antara struktur kabel dan tekstil yang sangat ringan dan efisien. Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 6

7 Seperti halnya pada struktur kabel 3 D maka pada struktur tekstil haruslah pula digunakan teknik prategang, agar diperoleh sistem struktur yang stabil mampu memikul berbagai kombinasi beban. Seperti halnya pada jaringan kabel, tekstil sebagai material yang fleksibel, akan sangat effektip diberi gaya prategang bila bentuk geometri nya adalah lengkung ganda antiklastis atau bentuk pelana. Lihat gambar 9. Frei Otto dalam riset nya memperkenalkan teknik form finding yang banyak dipakai oleh para arsitek. Form finding adalah proses untuk menemukan bentuk struktur yang optimal, yaitu struktur yang bentuknya akan memberikan kondisi paling efisien dari segi penggunaan bahan konstruksinya. Kondisi ini dapat kita peroleh apabila material konstruksi hanya mengalami tarik pada bidangnya (membran), tanpa adanya tegangan-tegangan akibat momen lentur. Gambar 9 Sama halnya pada jaringan kabel, apalikasi teknik prategang pada struktur membran dengan bentuk lengkung ganda antiklastis menghasilkan sistem struktur yang stabil dan kaku. Tekstil yang dikategorikan sebagai material ringan sering diidentifikasikan sebagai material dengan massa jenis yang kecil. Dalam Konteks struktur ringan lebih tepat bila massa jenis ini kita korelasikan dengan kekuatan dari material tersebut, yang kita sebut sebagai angka panjang putus, yaitu panjang terukur dari material tersebut yang dalam keadaan tergantung akibat berat sendirinya sampai menjadi putus (Lihat Tabel 1). Tabel 1 Panjang Putus beberapa material, khususnya untuk Struktur Ringan (5) Material Massa Jenis Tegangan Putus Panjang Putus (g/cm3) (N/mm2) (km) Steel Al-alloy Steel cable Polyesterfibre Glasfiber Aramidfibre Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 7

8 Dari tabel 1 di atas dapat dibandingkan dua material yang sering digunakan untuk struktur ringan, yaitu kabel baja dan polyesterfibre (tekstil). Polyesterftbre dengan massa jenis yang kecil mempunyai panjang putus 4 kali lebih panjang dari pada kabel baja. Tidak heran, bila dalam perkembangan struktur ringan, saat ini banyak digunakan material tekstil. Yang umum digunakan adalah polyesterftbre dengan lapisan PVC (Polyvinyl Chlonde), Teflon atau Silicon. Perkembangan teknologi terbaru dari bahan tekstil adalah digunakannya tekstil type polyesterftbre dengan lapisan PVC yang tahan terhadap debu/kotoran dan sistem penenunan yang tahan terhadap sobekan. Hal ini menjadikan material tekstil sebagai bahan yang tahan terhadap cuaca (durability) lebih lama. Struktur Kaca Struktur ketiga yang penulis bahas adalah struktur kaca. Pengertian transparan bisa mencakup kedua kategori untuk struktur transparan, seperti yang telah dijelaskan di atas. Utuk bertahun tahun para insinyur sama sekali mengesampingkan kaca sebagai material struktur. Tetapi sejak beberapa tahun lalu, pengetahuan khusus menegnainya telah memungkinkan para insinyur untuk mengikuti State of the art of modern architecture dalam penggunaan kaca sebagai material arsitektur dan struktur secara bersamaan. Pengetahuan sifat sifat kaca seperti sifat sifat mekanis nya, penyaluran tegangan pada kaca, dan teknik perancangan dimensi elemen struktur kaca terus berkembang. Penggunaan kaca secara intensif sebagai facades atau kulit bangunan pada arsitektur gedung masa kini, memerlukan spesialisasi keahlian struktur kaca. Kombinasi struktur kabel dan kaca merupakan solusi cerdas untuk struktur facades, yang memungkinkan dematrialisasi kulit bangunan. Facades kaca tidak lagi memerlukan bingkai-bingkai alumunium yang besar, cukup digunakan jaringan kabel prategang ataupun suspended cable truss. Gambar 10 Kiri: Frameless glass facades. Facades kaca tanpa penggunaan bingkai aluminium Kakan: Facades kaca dengan struktur jaringan kabel prategang sebagai struktur pemegang. Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 8

9 Tipe lain dari teknik facades terkini adalah digunakannya kaca itu sendiri sebagai penopang dari facades, dipasang sebagai rusuk-rusuk facades. Gambar 11 Material kaca sendiri pun digunakan sebagai struktur bagi facades. Tren arsitektur bangunan dematrialisasi tidak berhenti hanya pada teknik facades, tapi saat kini memasuki trend dematrialisasai seluruh bangunan, sehingga material kaca menjadi material konstruksi yang sangat penting. Seperti halnya material struktur lainnya, diperlukan berbagai standard dan penelitian untuk mengetahui sifat fisik dan mekanik dari kaca agar bisa digunakan sebagai material struktur. Lihat tabel 2 & 3. Tabel 2 Allowable tension bending stress in MPa (7) Type Vertical Glass Overhead Glass Spiegelglas VSG Miror Glass ESG Casting Glass Enameled Miror Glass Casting Glass 10 8 Wire 8 8 Tabel 3 Physical properties in Glass Engineering (7) Behaviour Natron-Kalk- Silikatgläser Borosilikatglas "Borofloat 40" Density 2500 kg/m kg/m 3 Mohs-harderness 6 ca.6 Modulus Elasticity MPa MPa Poisson Ratio Linear Thermal Expansion K K -1 Coefficient (20 bis C) (20 bis C) Specific Thermal Capacity 0.2 Wh/(kgK) 0.2 Wh/(kgK) Thermal Conductivity 1.0W (mk) 1.0W (mk) Re-fracture Index Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 9

10 Gambar 12 R 129 lens shaped structure radical vision for living nature ( 2) 3 PENUTUP Tulisan ini merupakan studi yang dilakukan oleh penulis sebagai ketua pameran, pada saat mempersiapkan materi pameran keliling Arsitektur Werner Sobek- Designing the Future, yang mengunjungi kampus-kampus di berbagai kota besar di Jawa dan Sumatera selama tahun Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada para pendukung pameran ini, Goethe Institut, Universitas Pelita Harapan dan University of Stuttgart. DAFTAR PUSTAKA Werner Blaser, Helmut Jahn Transparency, Birkhaeuser Verlag, Basel, 1996 Architectural Exhibition catalog, Werner Sobek Designing the Future, Goethe Institut, Werner Sobek GmbH &Co, Universitas Pelita Harapan, 2009 J. Schlaich, R. Wagner, "Bauen mit Seilen : Manuskript Institut für Tragwerksentwurfund-Konstruktion - Universitat Stuttgart, Schulitz, Sobek, Habermann, "Stah/bau Atlas", Institut fur Internationale Architekture - Dokumentation Gmb H, Munchen, Frei Otto, "Lightweight Principlc!', Information of the Institute for Lightweight Structure, IL No. 24, Alan Holgates, "The Art of Structural Engineering - The Work of J. Sch/aich and his Team', Edition Axel Menges, Stuttgart / London, Gerhard Sedlacek, Kurt Blank, Wilfried Laufts,Joachim Guesgen, Glas im Konstruktiven Ingenieurbau, Ernst & Sohn 1999 Harianto Hardjasaputra, Teknologi Rancang Bangun dengan Struktur Ringan, Majalah Konstruksi DATAPRO, No. 32 Th III April Makalah ini disampaikan dalam rangka diseminasi informasi melalui Seminar HAKI. Isi makalah sepenuhnya merupakan tanggung jawab penulis, dan tidak mewakili pendapat HAKI. Seminar dan Pameran Haki Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia 10