Permulaan Juntak: Fisika Bangunan

Fisika bangunan

Yang dimaksud dengan Ilmu Fisika Bangunan adalah : Ilmu yang mempelajari keadaan ruang (sifat/kondisi fisik, non emosional) di dalam bangunan yang dapat ditangkap atau dirasakan oleh indera manusia, yang meliputi:

1. Penciuman : berbagai aroma yang dapat dideteksi oleh hidung.

2. Penglihatan : meliputi berbagai ujud, textur, warna yang dapat ditangkap oleh mata. Hal ini bisa terjadi bila ada cahaya yang dipantulkan oleh benda-benda tersebut. Kalau tidak ada cahaya atau gelap gulita, maka tidak akan ada benda yang kelihatan.

3. Pendengaran : berkaitan dengan suara dan telinga

4. Peraba : berbagai keadaan yang dapat dirasakan oleh kulit manusia, keras-lunak, panas-dingin, basah-kering dan lainsebagainya. Sebagian besar yang dirasakan manusia melalui media udara.

5. Perasa : berbagai rasa yang dideteksi oleh lidah manusia, jadi hanya khusus untuk benda yang dimakan

Dari kelima hal yang dapat dirasakan oleh panca indra manusia tersebut hanya rasa yang tidak dibahas dalam fisika bangunan, karena rasa disini hanya berkaitan dengan lidah. Jadi hanya barang-barang yang dimakan oleh manusia saja yang dapat dirasakan. Sedang aspek lain (penciuman, penglihatan, pendengaran dan peraba) dapat mempengaruhi dan dirasakan oleh manusia di dalam ruang. Interaksi antara kondisi ruang tersebut dapat melewati media udara. Alat-alat peraba kita (yang berada pada semua permukaan kulit) dapat merasakan panas, dingin, dan sebagainya, dengan media udara. Jadi yang dimaksud dengan Fisika Bangunan di sini, bukanlah fisik dari bangunan itu sendiri, melainkan kondisi fisik pada ruang yang dilingkupi oleh bangunan itu sendiri. Dan perlu diketahui pula bahwa bangunan di sini tidak berarti gedung yang tertutup rapat, melainkan dapat pula berbentuk setengah terbuka, tanpa atap, atau tanpa dinding. Yang penting kesan adanya ruang sudah terjadi.

Permasalahan

1. Angin

Arah dan kecepatan angin adalah pertimbangan penting pada sebuah tapak disemua iklim. Variasi angin musiman dan harian harus dipertimbangkan secara hati-hati dalam mengevaluasi potensi untuk ventilasi ke interior ruangan dan ruangan dan halaman luar gedung pada saat cuaca panass, menyebabkan kehilangan panas pada saat cuacu dingin dan akan mempengaruhi beban lateral pada struktur bangunan.

a. Angin antar benua dan samudera serta akibatnya. Angin antar benua/samudera adalah penyebab utama andanya siklus musim kemarau dan musim hujan didaerah-daerah.

· Kecenderungan udara untuk mengalir dari tempat bertekanan tinggi kearah yang bertekanan rendah.

· Kecenderungan angin-angin dari daerah-daerah lintang utara untuk berserong ke kanan bila mengalir ke khatulistiwa.

c. Tekanan dan hisapan angin

Ada dua kekuatan yang dapat mengena rumah dari angin, yaitu tekanan angin (beban positif) dan hisapan angin (beban negatif). Tekanan angin bisa dirasakan disebelah sisi angin datang dan hisapan terasa pada sisi angin pergi.

Akibat desakan angin pada bagian dinding yang mendesak terus kerangka balok, nok kuda-kuda atap dan pendukung. Garis lengkung yang digambar adalah kecenderungan balok-balok untuk melengkung akibat desakan dinding.

2. Gempa

a. Peta gempa bumi

Susunan bola bumi :

· Inti bagian dalam

· Inti bagian luar

· Daging bumi

· Kulit bumi

Sebab utama yang menimbulkan gempa bumi :

§ Pendinginan kulit bumi yang disertai pengeriputan.

§ Akibat erosi kulit bumi dan pengendapannya.

§ Terurainya radioaktif dalam inti bumi.

b. Getaran gempa bumi

Ada 3 getaran gempa :

Gelombang Longitudinal yaitu gelombang yang menggerakkan bahan yang dilaluinya bergetar maju-mundur atau kian kemari berhimpitan dengan arah rambatan gelombang. Disebut juga gelompang P (primary wave).
Gelombang Transversal yaitu yang bergerak tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang. Disebut juga gelombang S (secondary wave).

Gelombang yang berjalan pada permukaan tanah. Disebut gelombang L (large wave).

c. Saran-saran bangunan tahan gempa

Catatan-catatan Tropical building section dari Building Research Station di garden

England

menyarankan sebagai berikut :

Bangunan-bangunan berkerangka kayu, karena kayu adalah meterial yang kuat dan cukup elastis.
Kekuatan pasangan batu atau bata sebagian terbesar tergantung dari perekatnya.
Dinding-dinding tanah dari tanah liat selalu roboh.
Pilar-pilar atau tiang-tiang dari bata atau batu tak bertulang seumunnya berbahaya.
Dalam bangunan-bangunan berkerangka, dinding-dinding panel mudah lepas dari frame bila tidak diikat kuat.
Alas yang baik adalah penting dan dalam daerah-daerah kaya gempa mereka harus diikat kontinyu dengan besi
Dinding-dinding hiasan, plesteran-plesteran dan bagian-bagian bangunan yang lepas sangat mudah jatuh.
Bangunan-banguan yang dibangun dengan tingkat bawah yang berat, tingkat atas yang ringan dengan atap yang ringan lebih
bertahan dari pada bangunan-bangunan dengan atap-atap berat dan dinding-dinding ringan.

Pencahayaan alami (penerangan alami siang hari)

Pencahayaan alami ini memberi manfaat psikologi disamping kegunaan praktis berupa pengurangan energi untuk pencahayaan buatan. Intensitas sinar matahari berubah sesuai dengan waktu, musim dan lokasi. Intensitas sinar matahari berubah sesuai dengan waktu, musim dan lokasi. Senar matahari dapat dibaurkan oleh awan, kabut dan uap air dan dipantulkan dari tanah atau permukaan lain yang berada disekitar bangunan.

1. Macam-macam sinar matahari

a. Macam-macam sinar

· Ultra Violet (jingga ultra)

· Infra merah (infrared)

· Adalah pembawa utama daya kalor dari matahari. Sinar ini merupakan sinar panas yang menjadi syarat mutlak kehidupan dan penghidupan makhluk-makhluk bumi.

· Cahaya terang

· Sinar kosmik (kosmos = semesta alam)

2. Terang alami

Terang yang berasal dari matahari.

a. Terang secara langsung

1) Cahaya langsung dari matahari pada bidang kerja.

2) Cahaya pantulan dari benda-benda sekitar.

3) Cahaya pantulan dari halaman, yang untuk kedua kalin dipantulkan oleh langit-langit dan/atau dinding ke arah bidang kerja.

4) Cahaya yang jatuh dilantai dan dipantulkan lagi oleh langit-langit.

b. Terang secara tidak langsung yaitu sebagai pantulan cahaya matahari oleh awan-awan serta benda-benda yang berada di sekitar kita.

3. Persyaratan Bukaan bangunan

Pemerintah memiliki aturan melalui UU no 28 Tahun 2002 tentang Bangunan Gedung bagian persyaratan sistem pencahayaan, antara lain :

a. Pencahayaan alami meliputi perencanaan pencahayaan alami dan penentuan besarnya iluminasi.

b. Bengunan gedung hunian rumah tinggal, pelayanan kesehatan, pendidikan dan bangunan pelayanan umum harus mempunyai bukaan untuk pencahayaan alami.

c. Pencahayaan buatan, meliputi tingkat iluminasi, konsumsi energi, perencanaan sistem pencahayaan, penggunaan lampu, daya maksimum yang diizinkan dan daya pencahayaan buatau di luar bangunan gedung.

d. Pencahayaan buatan untuk pencahayaan darurat harus dapat bekerja secara otomatis dan mempunyai tingkat pencahayaan yang cukup untuk evakuasi yang aman.

4. Syarat teknis dan perhitungan

Standar Nasional Indonesia tenteng tata cara perancangan penerangan alami siang hari untuk rumah dan gedung (SNI 03-2396-1991) adalah sebagai berikut :

a. Ruang Lingkup

Tata cara ini digunakan untuk memperoleh sistem penerangan alami sesuai syarat kesehatan, kenyamanan untuk rumah dan gedung, meliputi persyaratan-persyaratan pokok sistem penerangan alami siang hari dalam ruangan.

b. Ringkasan

Penerangan alami siang hari yang baik adalah sekitar jam 08.00 sampai jam 16.00, dimana banyak cahaya yang masuk dalam ruang dan tingkat penerangannya ditentukan oleh hubungan geometris antara titik ukur dan lubang cahaya.

c. Penggolongan kualitas penerangan

Kualitas A : kerja halus sekali, pekerja cermat terus (seperti menggambar detail, menjahit kain warna gelap, dsb
Kualitas B : kerja halus, cermat tidak intensif (seperti : menulis, membaca, merakit komponen kecil, dsb).
Kualitas C : kerja sedang, pekerjaan tanpa konsentrasi yang besar (seperti : pekerjaan kayu, merakit suku cadang yang agak besar, dsb).
Kualita D : Kerja kasar, pekerjaan hanya detail-detail yang besar (seperti : pada gudang, lorong lalu lintas orang, dsb). Dengan persyaratan teknis : d=jarak lubang cahaya ke dinding (M), fl min TUS = 40% dari fl min TUU dan tidak boleh kurang 0,10d.TUU = titik ukur utama dan TUS = titik ukur samping.
Penempatan faktor langit didasarkan atas keadaan langit terang merata dan kekuatan terangnya dilapangan terbuka sebesar 10.000 lux.
Faktor yang mempengaruhi kualitas penerangan : perbandingan las lubang cahaya dan luas lantai, bentuk dan letak lubang cahaya, refleksi cahaya didalam ruangan.
Untuk meningkatkan kualitas penerangan alami siang hari didalam ruangan, hendaknya ruangan menerima cahaya lebih dari satu arah. Kasa nyamuk dapat mengurangi cahaya masuk 15%.

Pencahayaan buatan (rekayasa mekanisasi)

1. Pengertian cahaya buatan

Pencahayaan buatan ialah cahaya yang dihasilkan oleh elemen-elemen hasil pabrikasi. Kuantitas dan kualitas cahaya yang dihasilkan berbeda - beda tergantung jenis lampu yang digunakan.

2. Sumber terang buatan

Ada tiga jenis utama sunber cahaya buatan yaitu :

a. Lampu Pijar

Lampu pijar memiliki filamen yang memberikan cahaya ketika dipanaskan, menjadi pijar oleh aliran listrik. Lampu ini menyediakan sumber cahaya, memiliki efikasi rendah, mempresentasikan warna (render) dengan cukup baik, dan mudah untuk dipadamkan oleh reostat.

b. Lampu Fluoresens

Lampu fluoresens adalah lampu discharge tubular dimana cahaya dihasilkan dari fluresens lapisan fosfor didalam tabung. Lampu ini menyediakan sumber cahaya linier dan memiliki efikasi sebesar 50 sampai 80 lumen per watt. Kemampuan merepresentasikan warna (rendering) yang dimiliki bervariasi.

c. Lampu High-Intensity Discharge (HID)

Lampu High-Intensity Discharge (HID)adalah lampu discharge yang memiliki jumlah cahaya signifikan yang dihasilkan dari pelepasan listrik

melalui uap logam didalam tabung kaca tertutup. Lampu HID menggabungkan bentuk lampu pijar dengan efikasi lampu fluoresens.

Lampu-lampu merkuri menghasilkan cahaya dengan pelepasan listrik dalam uap merkuri.
Lampu logam halida konstruksinya sama dengan lampu merkuri, tetapi memiliki tabung dimana ligam halida ditambahkan untuk menghasilkan cahaya dan memperbaiki color rendering.

Lampu high-pressure sodium (HPS) menghasilkan spektrum cahaya putih keemasan yang luas yang dihasilkan dari pelepasan listrik pada uap sodium.

3. Penempatan sumber terang

Cahaya yang menyebar memancar dari sumber cahaya yang banyak atau luas serta permukaan pemantul. Iluminasi yang datar dan hampir seragam meminimalisasi kontras dan bayangan, serta dapat menyulitkan pembacaan tekstur. Disisi yang lain cahaya terarah meningkatkan persepsi bentuk dan tekstur dengan menghasilkan variasi bayangan dan Brightness pada permukaan benda yang disinari Sementara cahaya yang menyebar bermanfaat untuk penglihatan umum, cahaya ini bisa menjadi monoton. Beberaa pencahayaan terarah dapat mengurangi permasalahan ini dengan menyediakan aksen visual, memberikan variasi luminasi dan menambah terang permukaan kerja. Gabungan ddari pencahayaan menyebar dan pencahayaan terarah biasanya lebih disukai dan bermanfaat, terutama jika terdapat bermacam- macam tugas yang harus dilakukan

4. Sistem penyinaran

Tujuan utama sistem pencahayaan ialah menyediakan iluminasi yang memadai bagi kinerja tugas visual. Level iluminasi yang disarankan untuk beberapa tugas tertentu hanya menyebutkan kuantitas cahaya yang harus tersedia. Bagaimana jumlah cahaya ini mempengaruhi bagaimana suatu benda atau ruang dapat dilihat.

Ada tiga jenis sistem penyinaran yaitu :

a. Penyinaran Langsung yaitu sinar cahaya dari sumber cahaya dan yang dipantulkan oleh bidang-bidang reflektor diarahkan langsung pada bidang kerja.

b. Penyinaran tidak langsung memakai penerangan yang menghalang halangi sinar cahaya datang langsung pada bidang kerja.

c. Penyinaran bawur (difus) yaitu cara penerangan yang arah sinarnya dibuat serba kemana-mana, dari mana-mana serta merata sehingga tidak tampak keras.

5. Pengaruh dinding, langit-langit, lantai dll

a) Sudah umum dapat dikatakan bahwa semakin muda warna bidang- bidang ruangan (dinding, lantai, langit-langit, perabot rumah dan lain- lain) ataupun mendekati warna putih, penerangan ruangan semakin baik dan ekonomis karena jumlah cahaya yang dipantulkan kembali oleh bidang-bidang itu tidak sedikit.

b) Lantai-lantai sebaiknya jangan terlalu putih bila ruangan sudah cukup penerangannya, karena membuat mata penat. Lantai yang agak gelap menyejukkan mata.

c) Warna muda ringan (warna pastel) menggairahkan dan mengungkapkan rasa fajar muda.

d) Warna putih merupakan pemantul baik sekali tetapi berkesan dingin atau steril.

e) Kaca-kaca jendela biasanya lebih mengganggu daripada menolong karena menghamburkan banyak cahaya keluar dan memberikan bayang-bayang refleksi yang menganngu.

Radiasi matahari (orientasi/posisi bangunan terhadap arah radiasi)

Tujuan Utama : mempertahankan keseimbangan antara periode kekurangan panas dimana radiasi diperlukan dan periode kelebihan panas dimana radiasi matahari harus dihindari.

Lintasan matahari di langin bervariasi tergantung pada musim dan lokasi tapak.

Bentuk-bentuk dan orientasi yang di anjurkan :

1. Daerah Dingin

Mengurangi area permukaan bangunan akan mengurangi eksposur terhadap suhu rendah.
Memaksimalkan serapan radiasi matahari.
Mengurangi kehilangan panas melalui radiasi konduksi dan penguapan.
Menyediakan pelindung angin

Daerah Temperatur Sedang

Perpanjangan bentuk bangunan dalam arah timur-barat dan memaksimalkan bidang selatan.
Meminimumkan eksposur bidang timur dan barat, yang biasanya lebih hangat di musim panas dan lebih dingin dimusim dingin daripada bidang selatan.
Menyeimbangkan pemanasan matahari dengan bayangan peneduh pada setiap musim.
Memberi pergerakan udara ketika cuaca panas, perlindungan terhadap angin ketika cuaca dingin.