JENIS STUKTUR BANGUNAN DITINJAU DARI BENTUKNYA 1. Struktur massa, padat atau solid. Pada zaman dahulu, ketika ilmu gaya dan teknologi belum dikenal, perencanaan bangunan berdasarkan intuisi atau "bisikan kalbu" di samping bakat yang ada. Pada taraf permulaan sekali, struktur massa yang betul-betul padat dapat dikatakan struktur tumpuk yang terdiri dari batu-batu yang ditumpuk dengan bentuk bangunan yang stabil dan statis, contoh: piramida-piramida di Mesir dan candi Borobudur di Indonesia. Gambar lembar 1 no. 1, 2.

Bangunan istana, candi dan jembatan dibangun dari batu alam atau bata buatan yang hanya dapat menahan gaya tekan tegak atau gaya vertikal. Gambar lembar 2 no. 1, 2. Gaya-gaya miring dan mendatar (horisontal) didukung melalui konstruksi lengkung, konsol atau kubah yang ditunjang oleh tiang-tiang berat atau dinding-dinding tebal, yang diteruskan ke pondasi sebagai gaya-gaya vertikal. Gambar lembar 2 no. 3, 4, 5.

Dinding pasangan batu alam atau bata buatan berfungsi sebagai dinding pemikul beban. Struktur massa kecuali sebagai pemikul, juga berfungsi sebagai penutup ruang dan pelindung terhadap iklim yang sempurna. Tetapi karena dibutuhkan bahan yang banyak dan upah pemasangan yang mahal, maka menjadi kurang ekonomis. Juga tidak begitu menguntungkan dengan adanya pembatasan struktural. Biasanya terbatas bentangan terbuka sampai kira-kira 8 meter, dan juga ketinggian dinding yang tergantung dari tebalnya. Dinding padat (atau solid) yang tebal adalah baik sekali sebagai penerus gaya-gaya didalamnya. Begitu pula ketahanan terhadap perubahan temperatur dan panas api. Mengenai isolasi terhadap suara masih kurang memenuhi syarat akibat dari efek transmisi massa.

2. Struktur rangka atau skeleton, yang dibagi dalam: 2.1. Struktur Rangka Bidang: - struktur rangka bidang dalam dua dimensi. - struktur rangka bidang dalam tiga dimensi.

2.2. Struktur rangka ruang (dalam tiga dimensi). Bentuk struktur rangka adalah perwujudan dari pertentangan antara gaya tarik bumi dan kekokohan. Contoh sederhana struktur rangka adalah payung dan tenda, di mana kulit atau kain sebagai "membran" dipentang (ditarik) kuat dan dihubungkan dengan kerangka. Gambar lembar 3 no. 1, 2. Pada dasarnya konstruksi rangka terdiri atas dua unsur. Balok atau gelagar, sebagai unsur mendatar yang berfungsi sebagai pemegang dan media pembagian beban dan gaya kepada tiang. Tiang atau pilar sebagai unsur vertikal yang berfungsi sebagai penyalur beban dan gaya menuju tanah. Gambar lembar 3 no. 3, 4.

Arsitektur klasik bangsa Yunani zaman dulu menggunakan struktur rangka yang terdiri dari pilar dan balok. Begitu pula banyak terdapat pada bangunan-bangunan zaman sekarang dengan rangka yang terdiri dari tiang dan balok yang disatukan dengan lantai; tetapi dengan teknologi yang berbeda. Konstruksi rangka mengurangi pembatasan-pembatasan besarnya bentangan ruang yang terdapat dalam konstruksi solid. Sebagian rangka dari struktur dapat diletakkan di dalam ruang, di antara batas ruang yang diinginkan dan garis batas luar bangunan. Gambar lembar 4 no. 1,2. Penggunaan baja dengan daya tarik yang tinggi, daya tekan tahan lekuk dan gaya geser, sejak abad delapan belas mulai digunakan, oleh karena dapat membentang lebih panjang daripada kayu. Rangka gelagar dalam bangunan petak terdiri atas batang-batang mendatar, tegak lurus (vertikal) dan diagonal. Batang-batang terletak dalam bidang datar yang berdimensi dua dan menahan gaya tarik atau gaya tekan. Gambar lembar 4 no. 3. Batang-batang itu dapat dikembangkan menjadi gelagar didalam ruang yang berdimensi tiga, disebut struktur rangka ruang.

Gambar lembar 4 no. 4, 5.

Sejarah struktur rangka ruang terjadi waktu pembangunan menara Eifel di Paris dalam tahun 1889. Gambar lembar 4 no. 6.

Arsitektur modern sering menggunakan struktur rangka ruang. Perencanaan struktur bangunan modern adalah hasil dari penelitian / penyelidikan dan perhitungan dengan pandangan bahwa bangunan beserta pondasinya merupakan suatu struktur yang kompleks tetapi integral. Bilamana balok-balok dijadikan satu dengan pelat lantai yang sama tebalnya dengan balok dan kolom-kolom dijadikan satu dengan dinding pelat yang juga tebalnya disamakan, maka struktur terdiri atas pelat dan panil. Struktur itu disebut rangka kotak. Gambar lembar 3 no. 6. Bilamana dalam arah vertikal struktur tersebut diganti dengan kolom-kolom yang mempunyai atau menyerupai profil baja dengan bentuk U atau H pada jarak-jarak tertentu maka struktur itu menjadi struktur seluler. Gambar lembar 3 dan no. 7.

3. Struktur permukaan bidang dibagi dalam:

3.1. Struktur lipatan (Gambar lembar 6 no. 1, 2 & 3).

3.2. Struktur cangkang (Gambar lembar 7 dan 8), yang dibagi sub lagi dalam: - Struktur cangkang tebal. - Struktur cangkang tipis. - Struktur membran. - Struktur pneumati. - Struktur dengan bentuk bertahan sendiri. - Struktur rangka permukaan bidang.

Sejarah dari struktur permukaan bidang, dalam hal ini bidang lengkung yang permukaan menutup suatu ruang, sudah dikenal orang pada zaman dahulu, yaitu kubah. Gambar lembar 5 no. 1. Pada struktur ini, bidang menerima beban, membentuk ruang dan sekaligus memikul beban. Kekuatan utamanya terletak pada bebasnya arah-arah gaya yang bekerja padanya, sesuai dengan bentuk ruang struktur itu. Dalam perencanaan dan perhitungan diperlukan ilmu eksakta tentang tingkah laku struktur dan analisa ilmiah yang tepat. Untuk lebih meyakinkan, percobaan dari model dengan skala pembebanan dan konstruksinya dikerjakan dibengkel kerja dengan menggunakan alat-alat pengukur. Teori dan keahlian dalam pelaksanaan menuju pada taraf dimana pengertian akan struktur permukaan bidang harus dikaji. Lain halnya dengan struktur rangka atau struktur massa.

Struktur lipatan Struktur lipatan tidak mempunyai sejarah, tetapi struktur baru. Sebagai contoh dari alam adalah daun palem dan dalam kehidupan sehari-hari tirai yang dilipat-lipat. Gambar lembar 9 no. 1, 2. Terjadinya struktur ini adalah hasil dari percobaan-percobaan dengan melipat-lipat dengan berbagai cara pada bahan yang tipis dengan diberi penguat samping yang kemudian diberi beban. Gambar lembar 9 no. 3, 4, 5. Jadi struktur lipatan adalah pelat datar sebagai atap dan pelat datar lainnya sebagai panil, atau dinding, dikerjakan menjadi lipatan pelat-pelat, yang berfungsi sebagai struktur permukaan bidang dan dapat berdiri sendiri. Struktur cangkang (shell) Kata cangkang bersumber dari alam, yaitu cangkang telur, kepiting, keong dan sebagainya. Bentuk melengkung, tipis tapi kaku dan kokoh. Sifat-sifat inilah yang ditiru manusia dari alam dalam pembuatan struktur. Cangkang pada umumnya menerima beban yang merata dan dapat menutup r u a n g a n b e s a r , d i b a n d u n g k a n d e n g a n t i p i s n y a p e l a t c a n g k a n g t a d i . Bila ada beban berat terpusat diperlukan tulangan ekstra. Dengan mengadakan rusuk akan menimbulkan gaya-gaya lain daripada yang dikehendaki. Dari tipisnya pelat, dibandingkan dengan bentangannya, maka cangkang mendekati sifat membran, sehingga gaya-gaya yang bekerja hanya gaya tangential dan radial, sedangkan gaya lintang dan momen dianggap tidak ada, karena kecil nilainya. Struktur cangkang dapat dibuat dari beton tulang, plastik atau pelat baja. Kadang-kadang bentangan yang dicakup lengkungan cangkang terbatas. Dalam hal ini dapat digunakan secara berulang-ulang (dalam seri). Gambar lembar 7 no. 3.

4. Struktur kabel dan jaringan atau struktur tarik dan tekan. Struktur kabel dan jaringan dapat juga dinamakan struktur tarik dan tekan, karena pada kabel-kabelnya hanya menanggung beban gaya tarik saja, sedangkan kepada tiang-tiang pendukungnya dibebankan gaya tekan. Prinsip konstruksi kabel sudah dikenal sejak zaman dahulu pada jembatan gantung, di mana gaya-gaya tarik digunakan tali. Gambar lembar 10 no. 1. Contoh lain adalah tenda-tenda yang dipakai para musafir yang menempuh perjalanan jarak jauh lewat padang pasir. Gambar lembar 10 no. 2.

Setelah orang mengenal baja, dipakailah bahan itu sebagai penggantung pada jembatan. Pada awal penggunaan, baja itu dapat berkarat. Pada zaman setengah abad sebelum sekarang, ditemukanlah baja dengan tegangan tinggi, dengan sigma tarik € = 10.000 kg/cm2 dan lebih, yang tahan terhadap karat. Pada jembatan gantung, kabel-kabel letak dalam bidang datar (dua dimensi), sedangkan pada struktur kabel dan jaringan rangkaian kabel yang berjumlah banyak, disusun ortogonal dalam bidang lengkung, masing-masing kearah yang berbalikan untuk kepentingan bersama, sehingga menghasilkan sistem yang stabil dalam tiga dimensi. Gambar lembar 10 no. 3. Pemakaian struktur tersebut berkembang menjadi struktur atap gantung ruang, memakai bahan yang ringan, kuat dan tahan cuaca, diantaranya fibre glass, acrilic dan sebagainya, yang dipasang di antara jala-jala dari kabel baja mutu tinggi. Jaringan laba-laba adalah suatu contoh dialam yang merupakan jaringan dalam bidang (dua dimensi) dan mempunyai perubahan bentuk (deformasi) yang elastis. Pada zaman sekarang, sesuai dengan pesatnya kemajuan ilmu pengetahuan, struktur kabel dan jaringan juga berkembang. Pemakaian struktur tersebut tidak terbatas pada bangunan untuk pameran atau pertunjukan, tetapi telah digunakan untuk stadion dengan

bentangan untuk ruang yang besar ataupun untuk suatu kota kecil seperti kompleks pertahanan NATO dekat Kutub Utara. Gambar lembar 10 no. 4. 5. Struktur biomorfik. 5.1. Persekutuan antara Manusia dan Alam Dari banyak sejarah, manusia dan alam adalah bermusuhan. Manusia primitif berusaha membuat perlindungan terhadap udara dingin, panas dan hujan. Kemudian secara bertahap, manusia mengubah keadaannya dengan memanfaatkan keadaan alam. Semula system konstruksi dengan karakteristik alamiah dari bahna-bahan bangunan yang konvensional, yaitu batu alam dan kayu. Setelah dimulai dengan pembuatan kaca, brons, besi dan batu buatan, tak banyak kemajuan yang dicapai dalam desain. Pengaruh besar terhadap arsitektur terjadi pada abad revolusi industri dengan munculnya berbagai bahan-bahan buatan. Cara-cara tertentu dalam pemakaian baja, kaca, plastik, beton bertulang, Iain-lain bahan campuran dan teknologi modern yang merealisasikan sumber tenaga untuk penerangan, udara, air dan panas, membuat gedung-gedung terlindung dari gangguan alam. Dibuatlah perencanaan untuk menyediakan lingkungan kehidupan kelompok-kelompok manusia dalam kota-kota yang menjadi monumen dan menguasai alam. Prasangka anti alam dalam arsitektur dan gaya institusional mencapai puncaknya dalam tahun 1940-an dengan ciri khas digunakannya kaca-kaca lebar dan baja konstruksi yang dapat diproduksi secara besar-besaran. Gaya institusional meluas menjadi gaya internasional dengan digunakannya kaca-kaca lebar pada dinding-dinding luar yang seolah-olah memasukkan alam sekitarnya keruangan-ruangan dalam gedung. Tetapi sejak tahun 1970-an sikap "kemenangan" terhadap alam mulai berubah. Kesadaran akan pentingnya alam di lingkungan, bertumbuh dan dapat dirasakan perbedaan antara alam buatan seperti yang terdapat di halaman dekat gedung atau taman dalam kota dengan alam asli yang tak terlepas dari keadaan sekelilingnya. Kekhawatiran akan kehabisan sumber alam dan terhadap polusi menimbulkan "aspirasi lingkungan" dan dibuatlah bahan-bahan tiruan seperti kertas dinding bergambar kayu, rumah untuk tanaman, kebun bunga dalam ruangan dan sebagainya. Arsitek dan perancang kota tertentu menjawab tantangan itu dengan gairah baru, yaitu mendalami macam arsitektur yang mendekatkan alam dengan peradaban. Aliran ini disebut arsitektur biologi atau biotektur. Biotektur dimulai dengan pendirian bahwa alam sendiri adalah konstruksi dalam arsitektur yang ideal. Lingkungan buatan manusia seperti gedung-gedung dan kebun-kebun adalah aransemen dari elemen-elemen yang telah ada di alam, yaitu susunan kembali dalam skala kecil bagian dari planit termasuk lautan dan atmosfer. Baik kampung atau kota tak dapat sama sekali diisolasi dari alam. Alam sendiri memproduksi segalanya yang diperlukan manusia untuk kesehatan dan kenikmatan, seperti panas, makanan, udara segar, sinar matahari, air bersih, lapangan terbuka dan ketenangan. Keadaan alam dapat dimanfaatkan sebagai contoh disain untuk gedung-gedung yang mempergunakan prinsip struktur dan motif dari alam. Aliran ini disebut arsitektur biomorfik. Hal yang berhubungan erat ialah dengan memanfaatkan keadaan alam sebagai sistem struktur yang aktif dengan mempergunakan sistem yang ada di alam untuk tujuan arsitektur. Pendekatan ini disebut struktur biomorfik. 5.2. Alam sebagai Disainer dan Struktur Biomorfik Ide dengan memanfaatkan model-model dari alam ke dalam arsitektur lahir belum begitu lama. Tetapi disain yang meniru dari alam telah lama dipergunakan orang pada umumnya dalam dekorasi.

Pada akhir abad sembilan belas di Eropa lahir aliran seni yang disebut Art Nouveau, yang menggunakan pahatan pada permukaan dinding dengan garis-garis melengkung untuk membawa perasaan aneh dan cantik sesuai dengan tanaman di hutan dan gua-gua binatang laut. Arsitek kenamaan dari Amerika Prof.Ir. Frank Lloyd Wright (1869 — 1959) mendapat ide dari alam untuk prinsip-prinsip arsitektur dan dekorasi. Gambar lembar 163 no. 3.

Kebanyakan dalam disain gedung-gedung tinggi dipergunakan sistem pondasi akar tunjang atau akar tunggal dari pohon. Akarnya yang dibuat dari beton bertulang masuk ke dalam tanah dan bentuknya mengecil ke bawah. Gambar lembar 163 no. 1.

Untuk tanah yang agak lembek, oleh Prof.Ir. Sediatmo dipergunakan sistem pondasi akar berganda atau akar serabut yang tak begitu dalam, tetapi berjumlah banyak, seperti akar jenis palma. Tanah digali di beberapa tempat dengan kedalaman tertentu. Pipa-pipa beton dimasukkan dan diisi dengan tanah yang kemudian dipasang pelat beton bertulang sebagai penutup pipa-pipa beserta tanah yang ada di dalamnya dan disekitarnya. Maksud sistem ini ialah untuk meninggikan daya dukung tanah dengan memanfaatkan tekanan tanah pasif, sehingga tak perlu mencapai tanah keras yang letaknya jauh di dalam dan akan lebih mahal biayanya bila dipakai sistem tiang pancang. Sistem pondasi tersebut lebih populer dengan nama "pondasi cakar ayam".

Gambar lembar 163 no. 2. Buckminster Fuller dan Paolo Soleri telah mendisain dan membuat gedung-gedung dengan struktur yang diperoleh prinsipnya dari bentuk-bentuk khusus dan teknik dari sistem pada cangkang binatang, formasi geologi dan susunan-susunan atom. Penggunaan panil-panil sebagai pengantar panas surya secara pasif ke dalam bangunan, menggambarkan pendekatan biomorfik kepada arsitektur. Ini adalah tiruan dari proses panas alam yang terjadi pada permukaan air danau oleh sinar matahari; hanya dengan cara teknik yang khusus. Arsitek-arsitek biomorfik percaya, bahwa di alam ada banyak contoh-contoh yang cantik, menyenangkan dan yang dapat dipercaya untuk disain gedung-gedung. Keong laut dengan cangkang berbentuk spiral, sarang laba-laba dengan efisiensi yang kompleks dan amuba dengan sifat yang berubah-ubah, menyediakan inspirasi bagi para arsitek. Kebanyakan dari struktur kabel dan jaringan untuk atap bangunan, termasuk jaringan radial, jaringan tepi dan jaringan keranjang, adalah tiruan dari sarang laba-laba. Penemuan bentuk-bentuk kabel dan jaringan dengan teknik matematika untuk menganalisa tingkah laku struktur yang menyediakan teori rangka jaringan, adalah taksiran dari efisiensi jaringan laba-laba. Ada jenis laba-laba yang membuat jaringan berkeliling-keliling pada jaring-jaring radial secma logaritmis. Di titik pusat ada bulatan pada tempat untuk menggantungkan jaringan ke dahan atau suatu perletakan. Gambar lembar 164 no. 1. Jenis laba-laba lainnya membuat jaringan berganda banyak dan digantungkan secara berganda pula pada titik-titik penahan. Gambar lembar 164 no. 2. Cara-cara tersebut telah dilaksanakan dalam perencanaan atap oleh Dr. Frei Otto. Penyelidikan mengenai cangkang dan struktur rangka yang terdapat di alam, terutama pada diatom dan radiolara melahirkan banyak ide bentuk-bentuk yang kuat tetapi ringan. Diatom bulat atau datar dan panjang adalah organisme terkurung di dalam cangkang silikat yang monolit, tetapi sedikit berlubang-lubang atau tersusun dari struktur berkisi-kisi. Gambar lembar 164 no. 3 & 4.

Bentuk dari cangkang yang mengurung protoplasma ditentukan turun-temurun tanpa diketahui tenaga yang ditahannya. Cangkang-cangkang itu dapat berbentuk datar, silindris, kubah atau seperti pelana. Hal yang agak meragukan dari diatom-diatom yang tipis ialah bahwa strukturnya menyerupai konstruksi cangkang dengan bentangan besar dalam teknik. Dalam penyesuaian diri dengan aturan bidang yang minimal, dinding-dinding pemisah bertemu pada sudut-sudut yang sama dan berhadapan, dititik-titik simpul secara radial dan dalam tiga dimensi seperti halnya pada gelembung-gelembung sabun. Tegangan filem (selaput tipis) membentang untuk mengadakan jaringan-jaringan segi enam yang teratur dan dilapisi oleh gelembung-gelembung berbentuk bola. Konsentrasi energi bidang permukaan pada sudut-sudut dan tepi-tepi dari dinding batas, menyebabkan partikel-partikel silikat

berkumpul di celah-celah yang memisahkan gelembung-gelembung. Hal tersebut setelah dipelajari dan dianalisa oleh Dr. Frei Otto, diterapkan pada konstruksi baja. Struktur tersebut pada bidang atau ruang yang berdimensi tiga. mempunyai sambungan yang kaku dibentuk dengan prinsip yang sama dengan keadaan di alam, dengan cara memasukkan beton cairan atau plastik kedalam ruangan bercelah-celah yang ada di antara balon-balon yang dipak berdekatan. Gambar lembar 165 no. 1. Setelah dikosongkan dan diangkat balon-balonnya, tinggallah struktur kisi-kisi yang cekung dengan elemen-elemen yang meruncing dan dengan pelat sambungan yang melengkung. Pelat berkisi-kisi dalam ruang dari beton bertulang dapat dibuat dengan mengepak balon-balon bagaikan roti. Diantara jaringan tulangan beton dipasang juga tulangan tarik arah vertikal pada tiap-tiap bagian. Demikian pula dapat dibuat pelat-pelat dan rangka baja atau dari lain bahan yang berkisi-kisi. Gambar lembar 165 no. 2. Rangka berbentuk bujur sangkar dalam tiga dimensi dengan titik-titik simpul yang kaku adalah konstruksi statis tak tertentu, dimana beban-beban yang timbul disudut-sudut dipikul oleh rangka tersebut secara keseluruhan. Suatu menara lonceng gereja Protestan di Berlin — Schonow ciptaan Dr. Frei Otto memikul tiga buah lonceng yang beratnya masing-masing 290 kg, 420 kg dan 595 kg. Momen dinamis yang disebabkan oleh ayunan lonceng itu ditahan oleh menara kisi-kisi berukuran 2 m X 2 m X 2 m dalam ruang, dengan sumbu tiga dimensi. Gambar lembar 165 no. 3. Struktur biomorfik ini ditemukan setelah mempelajari kerangka kisi-kisi dengan titik-titik pertemuan yang kaku berdasarkan bentuk-bentuk diatom dan radiolara. Dalam perencanaan Gedung Pusat Hiburan di Monte Carlo telah diusulkan untuk membuat suatu konstruksi cangkang dengan bentuk lengkungan sinklastik gayi bebas dari beton bertulang yang dipasang di atas rangka ruang dari kisi-kisi baja. Deformasi bidang kisi-kisi pada akhir bentuk mendapat perpindahan sudut sebesar tiga puluh derajat. Pertemuan rangka kisi-kisi ditentukan untuk menstabilisasi cangkang beton yang dipikulnya dan baja dengan propil U dipilihhya sebagai cetakan untuk balok palang atau gording. Balok-balok palang dari beton pracetak itu dibaut pada rangka kisi-kisi baja dan siar-siarnya diisi adukan semen kering untuk kekakuan dan kontinuitas pada kerangka. Luas atap seluruhnya adalah 5800 m2. Gambar lembar 165 no. 4. Atap gedung itu adalah suatu contoh struktur yang mengontrol iklim dengan dua lapisan pelat. Lapisan luar dibuat dari panil-panil pleksiglas yang dipasang pada bagian atas dari palang beton pracetak dan lapisan bawah terdiri dari brisesoloil dari berbagai daun yang digantungkan di antara bagian-bagian dari kisi-kisi kerangka baja. Daun-daun tersebut dapat disetel untuk disesuaikan dengan arah sinar matahari. Bilamana daun-daun ditutup rapat, maka ruangan menjadi gelap dan dapat diterangi dengan lampu-lampu listrik. Ditutupnya daun-daun tersebut juga dengan maksud agar kedua lapisan atap merupakan isolasi terhadap suatu bising dari lalu-lintas jalan yang terdekat. Untuk menghindari terkumpulnya panas di ruang antara kedua lapisan, dibbuat ventilasi ke luar. Pelat lantai beton bertulang dengan penguat berupa rusuk-rusuk melingkar-lingkar yang menyusuri garis-garis trayektori tegangan pelat, telah direncanakan oleh Ir. P.L. Nervi. Gambar lembar 163 no. 4. Ini sebenarnya tiruan dari prinsip pengaku daun-daunan. Juga dalam disain struktur cangkang dari beton bertulang, para arsitek mendapatkan inspirasinya dari berbagai jenis keong dengan rumahnya sebagai pelindung yang tipis, tetapi kuat dan kaku. Pada waktu yang bersamaan, kebenaran dan ketergantungan dari jantung, paru-paru dan sistem urat syaraf menjadi standar bagi arsitek-arsitek biomorfik untuk mendisain gedung-gedung.