akibatnya, tegangan tarik yang semula ada disepanjang permikaan atas akan berkurang dan
dipermukaan bawah bertambah.
Gambar 2.3.e.7 Tusukan(lubang) yang dikembangkan (digelembungkan)oleh udara. Sumber: Daniel Schodeck. 1998. Hal 445
Tegangan tarik dalam membran terbagi rata melalui ketebalannya, maka penggunaannya optimal. Lagipula tegangan tarik pada umumnya lebih kecil daripada tegangan lengkung, sehingga lendutan membran terhadap beban adalah kecil. Membran pada umumnya ringan dan kaku pada pembebanan yang tetap dan tidak berubah – ubah.Teknik yang dilaksanakan oleh Bini untuk pembuatan Bini shells adalah perkembangan dari ilham Neff.
Penulangan sebagai penguat istimewa yang dapat bergeser, diletakkan di atas balon yang dikempiskan, lemudian di isi dengan cairan beton.Balon diggembungkan dan mengangkat penulangan beserta betonnya yang ditempatkan oleh suatu rangka per baja dan digetarkan setelah berhenti menggembung. Bini shell dengan bentangan 40m meter telah dibangun dengan sukses dan biayanya murah.Apabila bentangan balon untuk atap yang ditunjang udara menjadi besar, maka tegangan dalam membran akan terlampaui batasnya. Jadi untuk memperkuat perlu diadakan penulangan.Dengan dipasangkan kanel gradiasi tinggi, bentangan membran hanya mempunyai jarak – jarak di antara kabel – kabel, sehingga cukup dengan yang tipis dan ringan, menjadi ekonomis.Kubah birdair yang dapat menutup bentangan 300 meter, kabel – kabelnya diletakkan pada anyaman segi tiga dengan jarak 3 meter. Dalam world fair di osaka pada tahun 1970 perencana geiger telah membuat pavilyun dengan kabel – kabel yang miring dengan jarak 6,75 meter.struktur diangkut pada cincin yang tertekan dari beton prismatis dengan sudut – sudut yang dibulatkan. Bentangan kira – kira 150 meter kali 85 meter dengan ketinggian 7,5 meter.
Tekanan lebih dari udara dalam ruang adalah 0,0021 kg/cm2. Penyelidikan oleh weidinger & associates mengembangkan struktur atap dengan tulangan kabel dan di tunjang oleh udara, dapat membentangi ruangan lebih dari 2000 meter.Balon plastik sebagai atap untuk menutupi kolom ruang – ruang atsa instalasi darurat lain dapat dipompa dengan tekanan udara kecil untuk membentuk kubah yang stabil. Tekanan lebih dari udara hanya 0,0095 kg/cm2 sudah cukup untuk menahan struktur itu. Pintu untuk masuk orang mengurangi tekanan udara bila terbuka, tetapi tidak berpengaruh karena volume udara dalam ruang jauh lebih besar daripada lubang pintu.
Cetakan beton dari balon telah digunakan untuk perkembangan rumah iglo, ilham dari Neff dan direncanakan oleh Noyes dan M. Salvadori, Balon yang semula mengembung mendukung tulangan anyaman baja.Beton gunine setebal 2,5 sentimeter disemprotkan dengan pistol untuk beton. Apabila betonnya sudah mengeras, balon dikempiskan, digulung dan dikeluarkan melalui pintu. Suatu proyek pembangunan industri yang telah direncanakan oleh Dr. Frei Otto pada tahun 1958, terdiri dari tiga kubah rendah yang berkelompok .Ketiga bangunan kubah masing – masing mempunyai garis tengah 750 meter dan ketinggian 120 meter. Struktur pneumatik ini diberi kulit atap dari anyaman kawat baja yang dibungkus dengan plastik dan dicat dengan film tipis dari alumminium untuk penyerapan dan emisi akibat radiasi panas matahari. Tekanan angin dari sebelah dalam kubah dengan kecepatan 4 meter tiap detik sudah cukup untuk mempertahankan bentuk dari kubah – kubah yang pendek.Tekanan dinamis dari angin yang berkembang, dimasukkan ke dalam bangunan kubah, disalurkan melalui pipa – pipa yang berakhir pada lubang pada lubang – lubang datar untul mengatur perbedaan – perbedaan tekanan udara.
Atap membran dapat dibuat dari kain, plastik, baja, alumminium dan beton tulang. Dari membran metal dapat dibuat atap bulat yang memikul beban dengan daya tarik cukup kaku dan
menahan gaya tarik yang besar. Metal ringan cenderung akan melekuk, sedangkan beton tidak, maka tebalnya beton perlu ditingkatkan. Tetapi bilamana terlalu tebal, akan mempunyai ciri khas dari pelat. Jadi tebal beton sebagai membran harus dibatasi ketebalannya seminimal mungkin.
Aksi membran dalam kubah bulat
Kubah bulat terbentuk dari bidang rotasi yang keseluruh tepi bawah didukung landasan dan dibebani tegak lurus secara simetris. Dari segi struktural, kubah itu mempunyai karakter geometri.
Pada cangkang kubah aksi simetri potongan – potongan yang melalui garis meridian dan potongan – potongan tegak lurus kepadanya merupakan lengkungan prinsip dan juga menjadi potongan – potongan tegangan utama.
Gaya pada potongan – potongan tersebut adalah tekan dan tarik murni, terbagi rata melalui tebalnya cangkang yang tipis.Pada gambar lembar 4 no. 4 tampak gaya tekan dalam arah meridian dan konstan sepanjang paralel karena kubah berikut beban – bebannya adalah simetris terhadap sumbu. Tiap meridian berlaku seolah – olah kabel dari batang – batang segi banyak gaya suatu lengkungan untuk memikul beban – beban, sehingga tidak terjadi tegangan lengkung.
Busur lengkungan mempunyai sifat funikuler atau sifat seperti batang – batang segi banyak gaya pada lengkungan untuk satu pasang beban – beban. Tetapi meridian – meridian kubah mempunyai sifat untuk tiap pasangan beban – beban yang simetris. Hal ini disebabkan oleh karena tingkah laku lengkungan tertutup tidak mendapat dukungan dari sisi samping.
Meridian kubah disukung oleh lengkungan lingkaran paralel yang menahan goyangan sisi samping dengan mengadakan kumpulan tegangan. Maka tingkah laku yang menyerupai batang – batang segi banyak gaya pada lengkungan pada dan tetap stabil. Bantuan dari paralel terhadap tingkah laku sifat funikuler dari kubah yang menerima beban, terlihat pada deformasi – deformasi meridian.
Pada kubah – kubah yang pendek, meridian – meridian yang dibebani akan melendut dan menciut ke arah dalam. Pada lengkungan kubah dalam dua dimensi, lendutan garis – garis paralel menampilkan radius yang mengecil. Paralel – paralel dan meridian – meridian.
Menimbulkan tegangan – tegangan tekan pada paralel – paralel dan meridian – meridian. Maka kubah bulat dapat dibangun dengan bahan yang hanya tahan tekan tanpa daya tahan terhadap tarik.
Bahan – bahan yang dimaksud adalah batu alam dan bata buatan. Pada kubah yang tinggi, bagian atas akan melendut bilamana dibebani dan bagian bawah akan tergerak keluar dari lingkaran alas kubah. Paralel – paralel bagian atas memendek, sedangkan yang di bagian bawah memanjang, mengakibatkan tegangan tarik dan membebani meridian – meridian.
Di antara bagian atas dan bagian bawah ada paralel yang tetap pada tempatnya. Letak paralel itu bergantung kepada cara pembebanan.
Pada lubah bulat dengan beban mati yang terbagi rata kedudukan paralel tadi ada pada sudut 45o. Gaya – gaya yang terpikul oleh kubah adalah tekan dan tarik murni. Tegangan – tegangan lain yang berhubungan hanya kecil., sehingga kekakuan kubah bulat menjadi besar.Puncak suatu kubah setengah bola dengan radius tegak 30 meter dapat setebal 7,5 sentimeter dengan dibebani salju dan beratnya sendiri hanya melendut 2,5 sentimeter.
Membran dapat berubah bentuk bilamana memikul beban. Perubahan bentuk itu akibat dari timbulnya tegangan tekan. Tetapi cangkang kubah dapat menahan tekan; beban langsung pada paralel dan meridian tidak dapat seluruhnya dipikul.Tentunya ada mekanisme ketiga yang ditimbulkan untuk keseimbangan, yaitu mekanisme yang menahan geser. Tegangan – tegangan tidak akan terlampaui karena tekan dan tarik murni. Geser dalam permukaan bidang mengadakan keseimbangan antara beban luar dan cangkang kubah bulat, tanpa mengubah bentuk. Dengan mengadakan mekanisme geser maka kubah dapat dikatakan tahan terhadap semua beban. Dalam keadaan tertentu struktur kubah adalah stabil, termasuk juga tahan beban tekanan angin dari sisi samping. (gambar lembar 4 no. 4)
Gambar 2.3.e.8 Membran dalam kubah bulat Sumber: R. Sutrisno. 1983. Hal 204
Cangkang berbentuk setengah silinder atau “barrel” dipakai untuk atap suatu ruang yang persegi panjang. Biasanya didukung oleh rangka yang kaku pada bidangnya di ujung – ujung dan tegak lurus ke arah memanjang barrel yang membengkok. Cangkang itu dapat dianggap sebagai kombinasi balok-balokdalam arah memanjang dan dalam arah melintang sebagaim lengkungan busur furnikuler yang istimewa. Tegangan membran arah memanjang terbagi rata dalam potongan lengkungan pada seluruh panjang. Serat – serat bagian atas tertekan dan serat – serat bagian bawah tertarik. Cangkang sebagai balok itu menyalurkan beban ke rangka pengaku di ujung – ujung. Karena cangkang fleksibel dalam arah memanjang dan tidak dapat bekerja langsung, maka yang menyalurkan adalah aksi mekanisme geser daripada cangkang. Pada ujung cangkang timbul geser tangensial dengan komponen ke bawah, ditambah berat beban pengaku rangka ujung yang kemudian disalurkan ke tanah.