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

2. 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.

3.  Daerah Panas-kering

·        Bangunan harus membentuk halaman dalam

·        Mengurangi pemanasan matahari akibat konduksi.

·        Mengupayakan  pendinginan  melalui  fitur  kolam  air  dan  tumbuh - tumbuhan.

·        Sebaiknya memasang kisi peneduh matahari pada  jendela dan  ruang  outdoor.