Penerapan Struktur Shell dalam bangunan

3.1 SYDNEY OPERA HOUSE

Pendahuluan
Definisi struktur dalam konteks hubungannya dengan bangunan adalah sebagai sarana untuk menyalurkan beban dan akibat penggunaannya dan atau kehadiran bangunan ke dalam tanah (Scodek,1998). Terdapat lima golongan bentuk struktur (Sutrisno, 1983), yaitu struktur massa, struktur rangka, struktur permukaan bidang ( struktur lipatan dan cangkang), struktur kabel dan boimorfik.

Bentuk struktur permukaan bidang yang merupakan struktur cangkang atau shell, di alam dapat ditemukan pada bentuk perisai dari tumbuh-tumbuthan maupun binatang, meskipun bentuknya tipis, tapi kuat dan kokoh. Seperti kulit labu yang kering, kulit telur, kulit kerang dan tempurung kepala kita. Ciri-ciri dari perisai yang kokoh adalah bentuknya yang lengkung dan berbahan keras dan padat.

Pengertian ini oleh manusia diwujudkan sebagai struktur cangkang. Pernyataan dari pengertian alam tersebut menjadi suatu struktur buatan manusia. Meskipun terdapat ikatan-ikatan yang membatasinya, abad demi abad manusia akhirnya mampu melonggarkan batasan tersebut seiring dengan kemajuan teknologi. Karenanya pada masa kini bentuk yang dihasilkan dalam struktur cangkang masih harus berbentuk geometrik yang dapat dimengerti dan diterjemahkan dalam kemampuan matematis untuk dapat dilaksanakan. Pada dasarnya bentuk-bentuk struktur adalah persamaan antara fungsi, material, dan hukum-hukum statis.

Cangkang pada umumnya menerima beban merata yang dan dapat menutup ruangan besar dibandingkan denga tipisnya pelat cangkang tadi. Oleh karena itu struktur cangkang paling baik digunakan pada bangunan dengan bentang besar tanpa pembagian pada interior seperti stadion, stasiun, pasar, masjid exibition hall, dang bangunan bentang besar lainnya.

Bangunan dengan struktur cangkang yang akan dibahas adalah sydney Opera House, dibangun pada tahun 1957 di Benellong point. Dibuka pertama kali oleh Ratu Elizabeth II pada tahun 1973. Bangunan ini digunakan untuk pertunjukan teater , musik, opera, tarian modern , ballet, pameran dan film. Sydney Opera House merupakan bangunan dengan struktur cangkang berbentuk spherical geometry dengan bentang kurang lebih 185 m dan 120 m yang terdiri dari ruang-ruang sebagai berikut:
 Concert Hall
 Opera Theatre
 Drama Theatre
 Playhouse, studio, reception hall, foyer
 Studio latihan
 Restoran

 Ruang gantiGambar. Potongan Royan Market Hall – menunjukkan penebalan pada beberapa sisi

Sydney Opera House

Dibangun di kawasan Benellong Point diatas teluk Sydney yang dulunya difungsikan sebagai gudang penyimpanan kereta trem. oleh Jorn Utzon diubah menjadi suatu mahakarya yang indah dan dikenang sepanjang masa pada tahun 1957 untuk memenuhi ambisi pemerintah setempat.

Karena pada waktu itu Sydney tidak memiliki gedung pertunjukan yang memadai. Sydney Opera House berdiri di atas tanah seluas 2,2 Ha dan luas bangunan 1,8 Ha dengan bentang bangunan 185 m x 120 m dan ketinggian atap mencapai 67 meter di atas permukaan laut. Atap terbuat dari 2194 bagian beton precast yang masing-masing seberat 15,5 ton. Kesemuanya disatukan dengan kabel baja sepanjang 350 km. Berat atap keseluruhan mencapai 27.230 ton yang dilapisi 1. 656. 056 keramik Swedia.


Berat bangunan 161.000 ton ditopang oleh 580 kostruksi baja yang ditanam pada kedalaman 25 m di bawah permukaan laut. Penyangga atap terdiri dari 32 kolom beton yang masing-masing 2,5 meter persegi dengan struktur dinding curtain wall. Sydney Opera House memiliki lebih dari 1000 ruang yang diantaranya adalah:
1. Concert Hall, merupakan ruang utama terbesar denga kapasitas 2679 orang.
2. Opera Theatre, terdiri dari 1547 kursi.
3. Drama Theatre, dengan kapasitas 544 orang.
4. Playhouse, Studio, Reception Hall, Foyer, digunakan untuk seminar, kuliah, denga kapasitas 398 orang.

5. Lima Auditorium, lima studio, empat restaurant, enam bar theatre, 60 ruang ganti,perpustakaan, kantor administrasi dan ruang utilitas.

Sydney Opera House Ditinjau Dari Struktur Shell
Atap pada merupakan bentuk metafora dengan menerapkan system shell free form. Dimana bentuk shell yang ada tidak mengikuti pola geometri tetapi terikat secara structural yang dalam hal ini bentuk geometri tetap ada tetapi bukan merupakan factor utama..
Shell pada Sydney opera house terbentuk dari proses rotasional kearah vertical dengan lengkung dua arah (vertical dan horizontal)/ double curved shell dengan permukaan lengkung sinklastik.
Gaya- gaya yang bekerja pada pada tap shell Sydney opera house antara lain adalah:
1. Gaya meredional,
Gaya meredional pada atap Sydney opera house berasal dari berat itu sendiri yang kemudian gaya itu disalurkan melalui tulangan baja

kekolom penyangga atap. Gaya meredional yang bekerja pada atap diatasi dengan mempertebal permukaan dan membentuk permukaannya menyerupai sirip- sirip dengan tujuan agar permukaan lebih kaku

2. Gaya rotasional,
Gaya rotasional bekerja kearah vertical mengikuti lengkung atap kemudian beban disalurkan ketanah melaui tiga kolom yang ada. Beban tekan dan tarik disalurkan melalui tulangan atap.

3. Beban lentur
Pertemuan atap dan dinding dibuat lebih tebal agar dapat menyokong gaya yang bekerja pada arah vertical dan horizontal dari gaya meredional, yang
juga agar dapat menahan gaya dorong keluar yang terjadi

4. Kondisi tumpuan
Kondisi tumpuan pada atap Sydney opera house sudah memenuhi syarat tumpuan layak yang diizinkan untuk shell struktur, yaitu :
 tumpuan yang disalurkan kekolom mampu mengerahkan reaksi dari membrane baik itu reaksi tekan maupun tarik. Perpindahan gaya tekan tarik yang bekerja pada permukaan cangkang.
 Perpindahan- perpindahan membrane pada perbatasan kulit kerang yang timbul akibat tegangan dan regangan membrane diatasai dengan memperkaku sudut- sudut pertemuan permukaan shell

Kesimpulan
Tegangan- tegangan membrane adalah sedemikian kecil sehingga dalam kasus Sydney Opera House, ketebalan kulit kerang ditentukan oleh gangguan- gangguan lentur perbatasan, meskipun demikian tegangan- tegangan yang ada harus tetap dievaluasi dalam usaha untuk:
1. tegangan- tegangan tarik yang mungkin terjadi dan menyediakan tulangan tarik yang cukup kuat disepanjang lengkungan atap
2. tegangan tekan tertinggi terjadi pada puncak atap yang diselesaikan dengan membuat perkuatan. Sedangkan untuk tekanan tekuk terjadi pada sudut pertemuan atap


3.2 Market Hall Royan, Prancis

Bangunan ini dibangun pada tahun 1955 sampai tahun 1956 dan dirancang oleh Louis Simon, Andre Morisseau dan Rene Sarger, sebagai sebuah sarana umum di Royan, Charante – Maritime, Poitou – charente, Perancis. Sebagai sarana umum yang banyak dikunjungi orang dan menjadi perhatian, maka market hall ini dirancang dengan bentuk yang unik dan bisa menampung banyak orang dengan kegiatannya di dalam dan barang, tanpa terganggu oleh kolom kolom di dalam bangunan. Oleh karena itu perancangnya memilih struktur shell, karena dapat menghasilkan bentang yang luas, dan juga bentuk yang fleksibel.

Bentuk dari market hall ini unik, karena bentuk bangunannya tidak sederhana. Bidang dasar dari bangunannya sendiri adalah lingkaran, dengan diameter 52.40 meter dan penutup shell yang seolah olah bergelombang. Bentuk shell yang bergelombang ini dihasilkan dari penggabungan segmen segmen shell menjadi satu.
Bangunan ini tidak sepenuhnya tertutup, tetapi pada bagian atap bangunan ini terdapat beberapa lubang yang memungkinkan masuknya cahaya sebagai usaha untuk mendapatkan pencahayaan alami.
Bagian tengah dari gedung ini, yang merupakan titik tertinggi (crown) merupakan tempat bertemunya segmen segmen shell.
Ketebalan dari shellnya sendiri adalah kurang lebih 3 inchi, yang ditopang oleh 13 titik struktur yang saling berhubungan oleh tie member, sehingga masing masing segmen shell terhubung dengan kaku.


ANALISA
Pembentukan permukaan atap
Pada Royan Market Hall, Perancis pembentukan permukaan atapnya dapat dijelaskan sebagai berikut :
Jika titik perpotongan dari parabola “P” dengan garis kosinus “C” digeserkan sepanjang garis C, dengan parabola “P” yang diatur dalam bentuk yang sedemikian rupa sehingga selalu melewati secara horisontal melalui titik asal o, bagian dari parabola diantara o dan M tertutup sempurna dan oleh karena itu menghasilkan permukaan atap dari Royan Market Hall. Parabola “P” disebut sebagai generator permukaan dan garis kosinus “C” sebagai direktrik.

Atap dari Royan Market Hall secara keseluruhan dibentuk dari 13 bagian lengkung yang sama. Ketigabelas bagian tersebut disusun secara melingkar sehinggga membentuk suatu struktur atap yang menyerupai ombak-ombak. Ketigabelas bagian tersebut disatukan oleh adanya penebalan pada masing-masing tepi lengkung atap tersebut (pada bagian cekung atap/valley). Penebalan tersebut dteruskan ke bawah membentuk titik-titik dukung yang menyokong struktur atap. Titik dukung tersebut berjumlah 13 buah yang dihubungkan satu sama lain dengan sebuah tie member.

Alur pembebanan
Beban atap disalurkan melalui bagian tepi tiap-tiap lengkung yang mengalami penebalan (bagian cekung atap/valley) yang kemudian disalurkan ke tiap-tiap titik dukung. Bagian yang mengalami penebalan ini menyalurkan beban dari setengah bagian lengkung atap yang ada di kiri dan kanannya.

Semua beban yang menimpa bangunan ini akan disalurkan ke tanah melalui penebalan penebalan

Beban yang terbesar adalah pada bagian tengah, yaitu diantara crown dan perbatasan tiap segmen, untuk itulah pada bagian ini mengalami penebalan. Beban tersebut semakin berkurang ke arah titik dukung. Hal ini berarti bahwa gaya-gaya yang diakibatkan oleh tiap-tiap segmen disalurkan ke pondasai tanpa mengalami momen lentur.

Berdasarkan analisa dari Jodicke dalam bukunya Shell Architecture, tentang kurva dasar pembentuk. Menganalisa kurva dasar pembentuk permukaan shell Royan Market Hall ini, mendapati bahwa kurva dasarnya bukanlah sebuah parabola dan mengisinya dengan ukuran ukuran dasar yang didapati dalam rancangan Royan market hall ini. Dari hasil analisa ini dapat dijelaskan bahwa dalam merancnag Royan market hall ini, sang arsitek tidak menggunakan bentuk bentuk geometris tertentu yang menganut rumus rumus paten.

Hal ini dapat menegaskan pendapat Siegel yang mengkalrifikasikan shell jenis ini, adalah shell jenis “free form” shell. Free form sendiri tidak berarti mengabaikan begitu saja disiplin bentuk geometris. Bentukan geometris ini dapat dijumpai dimanapun, bahkan bentuk bentuk alami di alam, misalnya bentuk kerang.

Atap Royan market hall ini berbentuk seperti kerang laut dengan tepinya yang beromabk, diklarifikasikan ke dalam “free form”, karena penggambaran umumnya merupakan penemuan atau penciptaan yang bebas, yang hanya dipandu oleh dalil dalil mekanik. Disini bentuk geometris memiliki sebuah panduan, lebih daripada sebuah penonjolan fungsi.

Dari cara pembentukan permukaan atap shellnya Royan Market Hall dapat dikategorikan dalam anticlastic shell. Bentuk permukaan shell tidak hanya mengacu pada desain geometris memiliki sebuah meninggalkan aturan aturan geometris tersebut. Sehingga dengan shell memungkinken untuk mendesain bentuk apapun. Bentuk permukaan shell tidak hanya mengacu pada prinsip prinsip desain geometris yang kaku, tapi dapat lebih fleksibel tanpa harus meninggalkan aturan aturan geometris tersebut.

Dikutip dari: http://strukons6.blogspot.com/2008/04/penerapan-struktur-shell-dalam-bangunan.html