Sistem Tenda

Pembahasan sistem struktur tenda biasanya dimasukkan ke dalam kelompok struktur membran, bersama dengan dua jenis struktur yang lain, yaitu pneumatis dan jaring. Membran adalah struktur permukaan yang fleksibel dan tipis yang memikul beban dengan mengalami terutama tegangan tarik. Gelembung sabun adalah contoh klasik yang dapat dipakai untuk mengilustrasikan apakah struktur membran itu dan bagaimana perilakunya. Struktur membran cenderung dapat menyesuaikan diri dengan cara struktur tersebut dibebani. Selain itu, struktur ini sangat peka terhadap efek aerodinamika dari angin. Efek ini dapat menyebabkan terjadinya fluttering (getaran). Dengan demikian, membran yang digunakan pada gedung harus distabilkan dengan cara tertentu hingga bentuknya dapat tetap dipertahankan pada saat memikul berbagai kondisi pembebanan.
Terdapat beberapa cara dasar untuk menstabilkan membran. Rangka penumpu dalam yang kaku, misalnya, dapat digunakan, atau dapat juga penstabilan dengan menggunakan pra-tegang pada permukaan membran. Hal ini dapat dilakukan baik dengan memberikan gaya eksternal yang menarik membran, maupun dengan menggunakan tekanan internal apabila membrannya berbentuk volume tertutup.
Contoh pemberian pra-tegang yang 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, banyak permukaan tenda yang dapat bergetar sebagai akibat efek aerodinamika dari angin kencang. Karena itulah tenda banyak digunakan sebagai struktur sementara, bukan sebagai struktur permanen. Sekalipun demikian, kita dapat memberi pra-tegang pada membran dengan memberikan gaya jacking yang cukup untuk menegangkan membran pada berbagai kondisi pembebanan. Biasanya, membran itu diberi tegangan dalam arah tegak lurus di seluruh permukaannya.



Gambar 1. Struktur tenda pada Olympia Stadium di Muenchen, Jerman
AKSI DASAR

Dasar mekanisme pikul beban pada struktur membran adalah tarik. Membran yang memikul beban tegak lurus terhadap permukaannya dapat mengalami deformasi secara tiga dimensi (bergantung pada kondisi tumpuan dan pembebanannya) dan memikul beban secara tarik (gaya tarik pada-bidang / in-plane yang terjadi pada permukaan membran). Aksi pikul beban ini serupa dengan gaya yang terjadi pada sistem kabel menyilang. Selain tegangan tarik, terjadi juga gaya tegangan geser tangensial pada struktur membran, yang diasosiasikan dengan torsi yang secara normal terjad pada permukaan lengkung. Kedua jenis tegangan ini bekerja sama dalam memikul beban.



Gambar 2. Tiang-tiang utama penarik kabel struktur tenda pada Millenium Dome di North Greenwich, London, Inggris

PRINSIP UMUM

Untuk struktur-struktur yang mendapat kestabilannya dari gaya-gaya pra-tegang eksternal, penerapan prinsip desain yang mengharuskan tarik permukaan harus dipertahankan, pada umumnya mengandung arti bahwa gaya pra-tegang harus besar dan atau kelengkungannya pada permukaan harus dipertahankan besar. Daerah yang luas dan datar pada permukaan membran, biasanya dihindari, karena untuk ini dibutuhkan gaya pra-tegang relatif besar untuk mempertahankan lus tersebut apabila beban normal bekerja padanya.
Luasan datar harus dihindari dengan cara memperhatikan geometri eksak dari permukaan cangkang. Penggunaan model biasanya berguna untuk memperlajari hal tersebut pada taraf desain pra-rencana. Besar gaya pra-tegang yang diberikan untuk menstabilkan tidak boleh menyebabkan tegangan membran melebihi kapasitas material yang digunakan. Untuk struktur berbentang lebar, biasanya membran terdiri atas jaring kabel baja berjarak dekat yang mampu memikul gaya pra-tegang relatif besar.
Masalah desain yang kritis pada membran kulit bertegangan adalah kondisi tumpuan atau tepinya. Penggunaan tumpuan titik, misalnya, dapat menyebabkan terjadinya tegangan lokal yang sangat besar pada membran di titik pertemuan membran dan tumpuan.




Gambar 3. Struktur tenda sebagai kanopi pada pintu masuk Terminal Keberangkatan Schiphol Airport, Amsterdam, Belanda

ANALISIS DESAIN

Kelengkungan
Perancang sebaiknya menghindari penggunaan luasan datar pada permukaan membran, karena apabila digunakan, akan membutuhkan gaya pra-tegang yang besar sekali untuk mempertahankan bentuknya pada saat dibebani. Jadi diperlukan struktur yang mempunyai kelengkungan besar.
Luasan yang datar umumnya dapat dihindari dengan memperhatikan geometri permukaan. Daerah transisi antara permukaan berkelengkungan negatif dan positif harus diperhatikan dan didesain secara khusus.
Kelengkungan harus dijamin besarnya dengan mengontrol titik-titik tinggi dan rendah. Dua titik tinggi harus dipisahkan oleh satu titik tendah, begitu pula sebaliknya.
Kondisi Tumpuan
Banyak struktur membran yang ditumpu oleh sederetan titik tumpuna diskret. Titik tinggi utama biasanya dibentuk dengan menggunakan kepala (masts) tekan yang cukup besar. Masts seperti ini didesain sebagai kolom besar yang hampir selalu berujung sendi. Titik rendah utama biasanya dihubungkan ke tanah. Gaya vertikal ke atas dan gaya horisontal yang besar biasanya terjadi pada fondasinya karena gaya pra-tegang pada membran diperoleh dengan menarik membran, dengan menggunakan cara jacking, di antara titik tinggi dan titik pengikat-ke-bawah. Karena ada gaya terpusat yang sangat besar, maka hubungan pada titik pengkita-ke-bawah merupakan masalah utama dalam desain.
Jumlah dan penentuan letak titik tumpuan umumnya menentukan besar gaya yang ada pada titik hubung di tanah atau pada mast. Bagaimana pun, kita tidak perlu membuat tumpuan terlalu banyak agar kita dapat memperoleh kelengkungan membran yang cukup.
Perkecualian mengenai jenis kondisi tumpuan titik utama untuk struktur tenda adalah di tepi bebas dari membran pra-tegang. Kabel tepi sering digunakan untuk memperkaku tepi bebas dan memberikan tarik merata pada membran itu sendiri (dengan memberikan tarik pada seluruh tepi permukaan). Gaya-gaya pada kabel tepi ini biasanya cukup besar.





Gambar 5. Struktur tenda pada pintu masuk Underground Station North Greenwich, London, Inggris

Sistem Kabel

Struktur kabel yang mengalami beban eksternal akan mengalami deformasi yang bergantung pada besar dan lokasi beban eksternal. Bentuk yang didapat khusus untuk beban itu adalah bentuk funicular (sebutan bahasa Latin yang berarti 'tali'). Hanya gaya tarik yang timbul pada kabel. Dengan membalik bentuk struktur yang diperoleh tersebut, kita akan mendapatkan struktur baru yang benar-benar analog dengan struktur kabel, hanya sekarang yang dialami adalah gaya tekan.
Secara teoritis, bentuk yang terakhir ini dapat diperoleh dengan menumpuk elemen-elemen yang dihubungkan secara tidak kaku (rantai tekan) dan struktur yang diperoleh akan stabil. Akan tetapi sedikit variasi pada beban akan berarti bahwa strukturnya tidak lagi merupakan bentuk funicular, sehingga akan timbul momen lentur dan gaya geser akibat beban yang baru tersebut.

Beberapa prinsip sistem kabel dan penyaluran beban dapat ditunjukkan pada gambar-gambar di bawah ini:

Gambar 1. Aksi dan reaksi pada sistem kabel


Gambar 2. Penyaluran beban pada sistem kabel


Gambar 3. Variasi pembebanan pada sistem struktur kabel

Hal terpenting dan mendasar dalam mempelajari sistem kabel adalah pengetahuan tentang kurva atau kumpulan segmen elemen-garis-lurus yang membentuk funicular untuk pembebanan yang diberikan. Secara alami, bentuk funicular akan diperoleh apabila kabel yang bebas berubah bentuk ketika dibebani. Kabel yang berpenampang melintang konstan dan hanya memikul berat sendirinya akan mempunyai bentuk catenary (Gambar 2). Kabel yang memikul beban vertikal yang terdistribusi secara horizontal di sepanjang kabel, seperti beban utama pada jembatan gantung yang memikul dek horizontal, akan mempunyai bentuk parabola. Kabel yang memikul beban terpusat (dengan mengabaikan berat sendirinya), akan mempunyai bentuk segmen-segmen garis lurus (Gambar 2). Kombinasi berbagai beban akan memberikan bentuk kombinasi dimana beban terbesar akan memberikan bentuk yang dominan.



Gambar 4. Contoh bangunan dengan pemakaian sistem struktur kabel

Kabel adalah elemen struktur fleksibel (Gambar 3). Bentuknya sangat bergantung dari besar dan perilaku beban yang bekerja padanya. Apabila kabel ditarik pada kedua ujungnya saja, maka bentuknya akan lurus. Jenis kabel demikian disebut tie-rod. Jika kabel digunakan pada bentang antara dua titik dan memikul beban titik eksternal, maka bentuk kabel akan berupa segmen-segmen garis (Gambar 1). Jika yang dipikul beban terbagi, maka kabel akan mempunyai bentuk lengkung. Berat sendiri kabel dapat menyebabkan bentuk lengkung tersebut.

Ada hubungan yang cukup erat antara bentuk kabel dengan bentuk pelengkung. Jika bebannya sama, bentuk kabel akiba beban tersebut akan sama dengan bentuk pelengkung yang memikul beban sama tersebut. Bentuk yang satu merupakan inversi bentuk yang lain. Apabila terjadi tarik pada kabel, maka pada pelengkung terjadi tekan.
Kabel dapat digunakan pada bentang yang sangat panjang. Biasanya kabel digunakan pada jembatan yang memikul dek jalan raya beserta lalu lintas di atasnya. Karena beban lalu lintas selalu menyebabkan kabel utama mengalami perubahan bentuk karena berubah-ubahnya posisi beban, maka dek jembatan dibuat kaku sehingga permukaan jalan pada dasarnya tetap datar, dan beban yang diterima oleh kabel pada dasarnya konstan. Kabel juga dapat dipakai untuk memikul permukaan atap pada gedung, khususnya pada situasi bentang besar (Gambar 4).