menyongsong era bangunan tinggi dan bentang panja

Wiryanto Dewobroto Universitas Pelita Harapan Mei 2012 1/90

Menyongsong Era Bangunan Tinggi dan Bentang PanjangBagian I : Tinggi, Super-tinggi dan Mega-tinggi

Wiryanto DewobrotoUniversitas Pelita [email protected]

AbstrakPelaksanaan gedung tinggi tidak sekedar masalah menambah jumlah lantai saja. Ituterkait erat dengan kemajuan ilmu dan teknologi untuk material, komputer simulasi(gempa, angin maupun tahapan konstruksi), uji terowongan angin, sistem perancah,pompa beton kapasitas tinggi dan lainnya. Dapat dikatakan, mempelajari progresskemajuan gedung tinggi, ibarat mengenal kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologiitu sendiri. Saat ini gedung tinggi tidak sekedar super-tinggi, dengan selesainya Burj-Khalifa Tower (828 m, 2010) di Dubai, maka era gedung mega-tinggi sudah dimulai.Apakah itu relevan dipelajari. Jangan salah sangka, meskipun penduduk Indonesiamayoritas masih asing dengan gedung-gedung tinggi (kecuali di Jakarta), ternyataCTBUH (2012) mencantumkan nama Indonesia atas adanya rencana pembangunangedung mega-tinggi (> 600 m) di Jakarta. Fakta tak terduga, oleh karena itu tidaksalah kiranya jika para praktisi dan akademisi bidang rekayasa teknik sipil perlumempersiapkan diri. Itulah salah satu maksud ditulisnya makalah ini, yang berisipengenalan lebih dekat, melalui pendekatan yang komprehensif tetapi memotivasi,berdasarkan falsafah ilmu struktur untuk memahami kemajuan rekayasa teknik sipilpada gedung-gedung high-rise, super-tallmaupun yang trend saat ini :mega-tall.Key words : high-rise, tall-building, super-tall, mega-tall, CTBUH


Menyongsong Era Bangunan Tinggi dan Bentang PanjangBagian I : Tinggi, Super-tinggi dan Mega-tinggi


D A F T A R I S I

1. Konstruksi dan Peradaban ......................................................................................................42. Peradaban dan Kemampuan Rekayasa .............................................................................. 53. Pentingnya Kemampuan Komunikasi pada Kompetensi Rekayasa ....................... 64. Keuntungan Menguasai Kompetensi Rekayasa Secara Mandiri .............................. 95. Bangunan, Ahli Bangunan dan Insinyur.......................................................................... 106. Bagaimana Menjadi Insinyur dan Tidak Sekedar Ahli Bangunan ........................ 137. Karakter Bangunan Tinggi dan Bangunan Bentang Panjang ................................. 158. Bangunan Gedung terhadap Gempa dan Angin ........................................................... 178.1. Umum............................................................................................................................... 178.2. Karakteristik Penting Bangunan terhadap Gempa dan Angin.................. 188.3. Sistem Struktur Penahan Lateral.......................................................................... 198.3.1. Sistem struktur dan jumlah lantai........................................................ 198.3.2. Gedung tinggi dan analogi kolom kantilever ................................... 228.3.3. Sistem rigid frame ....................................................................................... 238.3.4. Sistem braced-frame................................................................................... 248.3.5. Sistem ganda, kombinasi braced / wall dengan frame ................. 268.3.6. Sistem coupled shear wall ........................................................................ 318.3.7. Sistem dengan outrigger dan belt-truss.............................................. 348.3.8. Sistem framed-tube ..................................................................................... 378.3.9. Sistem trussed-tube ..................................................................................... 408.3.10. Sistem bundled-tube. .................................................................................. 418.4. Hubungan Bangunan, Tanah, Gaya Gempa dan Angin. ................................ 438.4.1. Perilaku dinamik gempa pada bangunan tinggi ............................. 438.4.2. Pengaruh angin pada bangunan tinggi. .............................................. 468.4.3. Perilaku dinamik angin pada bangunan tinggi................................ 468.5. Perilaku Khusus Sistem Struktur Tahan Gempa ............................................ 488.5.1. Sistem struktur dengan dissipasi enerji............................................. 488.5.2. Sistem portal daktail : Special Moment Frames (SMF) ................. 498.5.3. Sistem rangka diagonal khusus (SCBF).............................................. 518.5.4. Sistem dinding-geser (shear-wall) ....................................................... 538.5.5. Sistem rangka diagonal eksentris (EBF)............................................ 548.5.6. Special Truss Moment Frames (STMF) ................................................ 558.5.7. Buckling-Restrained Braced Frames (BRBF)..................................... 568.5.8. Special Plate Shear Walls (SPSW) ......................................................... 568.6. Sistem Isolasi Seismik ............................................................................................... 57


9. Bangunan Tinggi (Tall Building) ........................................................................................ 609.1. Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH)............................... 609.2. Apa itu Gedung Tinggi ? ............................................................................................ 609.3. Bagaimana Gedung Tinggi Diukur ?..................................................................... 629.4. Perbedaan Gedung dan Menara Telekomunikasi (Observasi) ................. 639.5. Sistem Struktur Bangunan Tinggi berdasarkan Jenis Material ................ 6410. Struktur Komposit dan Struktur Campuran ................................................................. 6510.1. Umum ............................................................................................................................. 6510.2. Struktur komposit....................................................................................................... 6510.3. Struktur campuran ..................................................................................................... 7311. Era Gedung Mega-Tinggi (> 2020) .................................................................................... 7412. Sekelumit Fakta dibalik Gedung Tertinggi Dunia 2012............................................ 7612.1. Gedung Beton Tertinggi Saat Ini ........................................................................... 7612.2. Angin dan Bentuk Bangunan.................................................................................. 8212.3. Sosok Insinyur Perencana Burj Khalifa.............................................................. 8413. Partisipasi Indonesia dalam Era Mega-Tinggi.............................................................. 8714. Kesimpulan dan Penutup...................................................................................................... 8815. Ucapan Terima Kasih.............................................................................................................. 8916. Daftar Pustaka ........................................................................................................................... 89Tentang Pemakalah ............................................................................................................................. 90


Menyongsong Era Bangunan Tinggi dan Bentang Panjang1Bagian I : Tinggi, Super-tinggi dan Mega-tinggi


1. KONSTRUKSI DAN PERADABANTidak disangkal lagi, adanya kebanggaan dan kepercayaan diri akan kemajuannegara atau bangsa, perlu bukti fisik dengan adanya bangunan besar dan megah. Halini sudah terjadi sejak awal mula peradaban. Ingatlah legenda Menara Babel yangtertulis di kitab Kejadian, karya tulis manusia tertua yang masih terpelihara sampaisekarang. Juga adanya peninggalan bangunan kuno di tiap-tiap peradaban majuyang dianggap pernah ada, misal bangunan Piramid dari jaman Mesir kuno danMaya (Meksiko kuno), ataupun Tembok Besar di China. Itu semua menjadi petunjuk,betapa tingginya tingkat kemajuan peradaban bangsa-bangsa tersebut.Kebiasaan seperti di atas, ternyata masih berlanjut sampai sekarang. Negara-negarakaya baru, mereka juga tidak mau ketinggalan membuat bangunan besar dan megah,baik berupa gedung tinggi maupun jembatan bentang panjang. Contoh nyata, negaraUni Emirat Arab, yang dahulu hanya dikenal akan padang pasirnya, onta dan buahkormanya. Saat ini, karena hasil minyak telah menjadikannya negara maju (kaya),mereka membuat gedung pencakar langit tertinggi di Dubai, Burj Khalifa (828 m),yang baru saja diresmikan pada bulan Januari tahun 2010 lalu. Gedung itu sengajadibangun lebih tinggi dari pencakar langit tertinggi di Taiwan, Taipei-101 (509 m),yang ketika diresmikannya (2004) adalah gedung tertinggi di dunia mengalahkanMenara Petronas (452 m) di Kuala Lumpur, Malaysia. Jadi ketika gedung Taipei-101di Taiwan dilampaui tingginya oleh gedung Burj Khalifa di Dubai, maka otomatisgedung tersebut menjadi gedung bertingkat tertinggi di dunia saat ini.Suatu negara berupaya membangun sesuatu yang tertinggi atau semacamnya, agarmeningkat reputasinya, dianggap terkemuka. Jadi saat gedung Burj Khalifa, di Dubai,menjadi gedung pencakar langit tertinggi dunia, maka bangsa lain harus mengakuibahwa penguasa Dubai memang terkemuka, maju dan kaya. Kemajuan negara ataukekayaan peradaban dapat diukur dari bangunan besar dan megah di wilayahnya.1 Kuliah umum Civil Engineerings Days 2012, R. Audiovisual, Kampus Thomas Aquinas,Universitas Atma Jaya Yogyakarta (UAJY), hari Rabu, 9 Mei 2012.


2. PERADABAN DAN KEMAMPUAN REKAYASAAdanya hubungan kemajuan peradaban bangsa dan keberadaan bangunan megah,kita juga bisa berbangga diri. Indonesia mempunyai bangunan megah juga, seperticandi Borobudur dan candi Prambanan. Meskipun itu sudah kuno, tetapi adalahfakta bahwa bangsa kita dahulu telah memiliki tingkat peradaban yang tinggi (kaya).Tetapi sayang, fakta adanya bangunan megah bukanlah petunjuk bahwa bangsa diwilayah tersebut telah mempunyai kompetensi mendirikan bangunan atau rekayasakonstruksi yang maju. Sepintas ini tentu bertentangan dengan keyakinan umum,yang seakan-akan secara otomatis menganggap bahwa bangunan megah yang ada disuatu wilayah adalah hasil kemampuan membangun dari bangsa di wilayah itusendiri. Keberadaan bangunan megah di suatu wilayah dan kemajuan kompetensirekayasa dari penduduknya, kadang kala tidak ada hubungannya sama sekali.Untuk mendapatkan pengertian bahwa peradaban tinggi (kaya) tidak selalu terkaitdengan kompetensi bangsa akan bidang rekayasa konstruksinya, maka ada baiknyabelajar dari informasi yang terkait dengan pembangunan gedung tertinggi yang barusaja dibahas. Informasi yang diulas adalah yang berkaitan dengan kepemilikan, asalnegara pembuatan rencana (desain) dan pelaksanaan pembangunannya. Kesemuainformasi tersebut akan disajikan dalam bentuk tabulasi (lihat Tabel 1).Tabel 1. Gedung-gedung tertinggi dunia, pemilik dan pelaksananya (Sumber Wikipedia)

No. Nama gedung (tinggi)kota lokasi, negaraPemilik(negara)

Perencana struktur(negara)

Kontraktor utama(negara)1 Burj Kalifa (828 m)Dubai, Uni Emirat Arab Emaar Properties(Uni Emirat Arab) Skidmore, Owings andMerrill (USA) Samsung (Korea)2 Taipei 101 (509 m)Taipei, Taiwan Taipei Financial CenterCorp. (Taiwan) Thornton Tomasetti(USA) KTRT Joint Venture(Jepang)3 Menara Petronas (452)Kuala Lumpur, Malaysia KLCC Holdings SdnBhd (Malaysia) Thornton Tomasetti(USA) Hazama (Jepang)Samsung (Korea)Selanjutnya perhatikan hubungan antara negara pemilik, perencana dan kontraktordengan wilayah negara tempat didirikannya, ternyata hanya unsur pemiliknya sajayang berhubungan. Perencana dan kontraktor pembangunan bisa datang dari manasaja, atau dengan kata lain pembangunan gedung bertingkat megah tersebut tidakharus berasal dari bangsa atau penduduk asli di wilayahnya tersebut. Jadi adanyabangunan megah di suatu wilayah bukan indikasi bahwa kompetensi bangsanyatelah maju di bidang rekayasa dan teknologi konstruksi. Itu hanya membuktikanbahwa bangsa tersebut cukup kaya mengupayakan bangunan megah terwujud.Agar kaya, suatu bangsa atau negara umumnya harus maju dan beradab.


3. PENTINGNYA KEMAMPUAN KOMUNIKASI PADA KOMPETENSI REKAYASAKemampuan bangsa manusia mendirikan bangunan besar, megah tidak diragukanlagi. Ketika ada sekelompok manusia, atau suatu bangsa meragukan bahwa sesuatutidak akan bisa dibangun atau didirikan, ternyata di sudut dunia lain, ada manusiaatau bangsa yang berhasil membuktikan bahwa itu bisa didirikan.Dengan demikian untuk bangsa yang tadinya ada keraguan tersebut, tetapi masihberkeinginan kuat mendirikan sesuatu yang akan dibangun dan punya modal cukup,maka solusinya penyelesaiannya adalah cukup sederhana, yaitu komunikasi.Adanya kemampuan komunikasi yang baik memungkinkan terjadinya sharing antarmanusia secara menguntungkan. Seperti diketahui bersama, kemampuan manusiasangat beragam, sangat jarang yang menguasai segala-galanya. Di satu sisi ada yangpunya materi berlebih tapi tanpa keahlian yang diperlukan, sedangkan di sisi lainpunya keahliannya tapi juga membutuhkan materi. Komunikasi menghasilkan titiktemu. Salah satu unsur penting dalam komunikasi adalah kemampuan berbahasa.Hubungan antara kemampuan berbahasa dan membangun, ternyata sangat lekat.Bahkan jika salah satu dari itu tidak ada, bangunan tidak akan dapat berdiri.Bagi masyarakat yang terbiasa mengenal pembagian IPA (eksakta) dan IPS (sosial)akibat sistem pendidikan di sekolah-sekolah, tentu merasa bahwa pernyataan diatas sangat berlebihan. Bagaimana tidak, kemampuan membangun atau rekayasaadalah eksak, sedangkan kemampuan berbahasa, non-eksak. Selama ini kesannyaadalah dua bidang keahlian terpisah, berdiri sendiri. Jadi mengapa membangunperlu kemampuan berbahasa. Argumentasi yang dirasakan wajar bagi kita semua,yang merasa wajar juga dengan pembagian kelas IPA dan IPS. Betul khan.Untuk menghindari stagnasi, baca dahulu alasan mengapa Menara Babel yang adapada kitab Kejadian, tidak berhasil dibangun :Adapun seluruh bumi, satu bahasanya dan satu logatnya. . . .Juga kata mereka: Marilah kita dirikan bagi kita sebuah kota dengan sebuahmenara yang puncaknya sampai ke langit, dan marilah kita cari nama,supaya kita jangan terserak ke seluruh bumi. .Lalu turunlah Tuhan untuk melihat kota dan menara yang didirikan olehanak-anak manusia itu, dan Ia berfirman: Mereka ini satu bangsa dengansatu bahasa untuk semuanya. Ini barulah permulaan usaha mereka; mulaidari sekarang apapun juga yang mereka rencanakan, tidak ada yang tidakakan dapat terlaksana. Baiklah Kita turun danmengacau-balaukan di sanabahasa mereka, sehingga mereka tidak mengerti lagi bahasa masing-masing.


Demikianlah mereka diserakkan Tuhan dari situ ke seluruh bumi, danmerekaberhenti mendirikan kota itu.Kejadian[11:1, 4-8]Ternyata risalah berumur ribuan tahun telah mengungkapkan secara tepat, betapapentingnya kemampuan berbahasa (berkomunikasi) bagi kesuksesan kerja rekaya-sawan dalam pembangunan sebuah menara. Kebenaran isi risalah tersebut tentunyatidak perlu diragukan lagi, bahkan diyakini masih sangat relevan sampai saat ini.Bagi calon sarjana teknik sipil, yang akan bekerja pada bidang rekayasa menghadapiera pembangunan gedung tinggi dan jembatan bentang panjang, maka jangan lupamempersiapkan diri, berlatih meningkatkan kemampuannya dalam berkomunikasi,baik lesan maupun tertulis. Jangan terjebak berkutat saja pada pengetahuan atauketrampilan harafiah dalam hitung berhitung. Meskipun itu penting, tapi yang lebihpenting adalah dari hitungan yang dibuat, apa yang dapat diungkapkan. Jangan lupa,pada dasarnya manipulasi angka-angka yang terdapat pada hitungan, yang disebutmatematika, sebenarnya mempunyai fungsi sama seperti fungsi bahasa yang kitakenal sehari-harinya (Suriasumantri 2006), yaitu mengkomunikasikan penalaran,memformulasikan fenomena-fenomena alam, dan mengungkapkan suatu kepastian.Pada konteks komunikasi tersebut, jika dapat digunakan media tertulis akan sangatluar biasa dampaknya. Bahkan ada orang yang berani menyatakan bahwa kemajuanperadaban dan budaya suatu bangsa sangat tergantung dari produk tertulis yangdihasilkannya. Itu bisa dibenarkan, karena tulisan apapun bentuknya merupakansuatu ungkapan pikiran yang ingin disampaikan ke orang lain. Adanya tulisan, makapikiran-pikiran orang yang banyakpun dapat dirangkumkan menjadi satu kesatuansehingga dapat disimpan, dan dibaca di lain waktu. Dari tulisan pula maka pikiranseseorang dapat diketahui oleh orang banyak, dipahami dan bisa saja dilaksanakansekaligus secara bersama, bahkan pada tempat berbeda sesuai keinginan penulis.Dari situlah pikiran menyebar. Bisa baik dan buruk. Pada konteks rekayasa makadari tulisan itu pulalah, maka seseorang dapat belajar bagaimana suatu bangunandapat dibangun. Tentu saja untuk itu, tulisan yang dimaksud harus ditulis oleh orangahli bangunan yang dimaksud, jika tidak, maka tentu tidak akan bermakna.Oleh karena itu, untuk menghadapi era kemajuan bidang konstruksi, selain harusmempersiapkan diri dengan ilmu pengetahuan dan teknologi baru, maka insinyur-insinyur teknik sipil yang ingin kompeten, juga melengkapi diri dengan kemampuanberkomunikasi, khususnya bahasa tulis. Berbicara tentang kompetensi, memang


benar bangsa ini telah membangun jembatan terpanjang di Indonesia yang meng-hubungkan pulau Jawa dan Madura (jembatan Suramadu). Apakah itu berarti secaraotomatis para profesional jembatan di Indonesia telah mengambil manfaat. Tanpaada pengalaman selama keterlibatan pada proyek besar tersebut yang ditulis, dandipublikasikan secara luas, maka informasi tentang ilmu pengetahuan dan teknologiyang digunakan untuk pembangunan tersebut, juga tidak diketahui oleh bangsa ini.Kecuali oleh segelintir orang yang terlibat langsung pada proyek tersebut. Jika ituterjadi, maka kemampuan (ilmu pengetahuan dan teknologi) yang dikuasi tidakakan dapat melewati generasi berikutnya, kalaupun bisa itupun sangat inklusif,hanya orang-orang tertentu. Berarti tidak ada perkembangannya yang luas.Melihat itu semua, tentunya dapat dipahami bahwa kemampuan menulis secara baikadalah sama pentingnya dengan penguasaan ilmu dan pengetahuan itu sendiri.Adanya kemampuan menulis memungkinkan terjadinya penyebaran ilmu, sekaliguspematangan ilmu pengetahuan itu sendiri. Maklum, untuk dapat ditulis secara baik,ilmu pengetahuan yang dipahami penulisnya, perlu ditata dan dikelola secara tepat,logis, maupun kronologi sehingga dapat dipahami orang lain secara mudah. Jikailmu yang dituliskan itu dibaca orang lain yang kompentensi sama atau lebih tinggi,maka tentunya dapat dievaluasi dan diberikan komentar yang membangun. Jika ituyang terjadi, maka penulis ilmu tersebut akan mendapat masukan untuk perbaikandan akhirnya mendapatkan keyakinan diri bahwa ilmu yang dipunyainya, memangbenar adanya. Itulah alasan mengapa ilmuwan kelas dunia, dievaluasi dari produktulis yang dipublikasikan di jurnal-jurnal yang bereputasi.Dengan cara pikir seperti di atas, penulis senang dan lega ketika Dirjen Dikti, Prof.Dr. Djoko Santosa, tanggal 27 Januari 2012, menerbitkan Surat No. 152/E/T/2012yang ditujukan kepada para pimpinan perguruan tinggi seluruh Indonesia perihalPublikasi Karya Tulis. Isinya meminta alumni perguruan tinggi di Indonesia wajibpernah menerbitkan suatu tulisan di jurnal ilmiah. Ditinjau dari segi intelektualitas,bahwa tulisan merupakan isi pikiran seseorang, maka tentunya surat Dirjen Diktitersebut merupakan suatu terobosan baru untuk meningkatkan kualitas pendidikantinggi kita. Tetapi nyatanya terjadi penolakan, dan paling keras dari masyarakatcivitas akademi itu sendiri. Jika penolakannya datang dari pejabat birokrasi, dapatdimaklumi. Gimana lagi, kemampuan menulis dosennya sendiri tidak bisa dihandal-kan, jadi kalau harus diterapkan ke mahasiswa, tentu masalah. Adapun penolakanyang tidak dapat dipahami, jika itu diberikan oleh seorang yang bergelar Profesor.


Seorang mendapatkan gelar Profesor karena telah dianggap dapat menjadi gurunyaguru. Oleh karena itu sering disebut juga sebagai mahaguru atau gurubesar. Salahsatu tanggung jawab Profesor yang diamanahkan oleh undang-undang pendidikanadalah penyebar luasan gagasan atau pikiran melalui karya tulis ilmiah. Jadi sangataneh sekali, ketika ada permintaan agar para calon sarjana untuk mulai membuatkarya tulis ilmiah yang dimuat di jurnal, mengapa ada Profesor yang tidak setuju.Dampak dari adanya penolakan-penolakan itu, maka kewajiban menulis di jurnalilmiah menjadi terkatung-katung. Sayang sekali sebenarnya, tapi anehnya banyakyang merasa lega. Maklum, para sarjana kita pada umumnya sudah puas dengankemampuan tukang asalkan mendapatkan gaji besar, dianggapnya kemampuan tulismenulis adalah ketrampilan administratif saja. Sekali lagi sangat disayangkan.4. KEUNTUNGAN MENGUASAI KOMPETENSI REKAYASA SECARA MANDIRISuatu bangsa yang mempunyai kompetensi tinggi di bidang rekayasa konstruksi,jelas mengindikasikan bangsa maju. Mereka akan mampu mendirikan bangunan-bangunan konstruksi yang besar atau megah sendirian, tanpa bantuan bangsa lain,sehingga kekayaan yang dipakainya akan kembali lagi kepada bangsa tersebut. Ituberarti kekayaan bangsa secara umum tidak berkurang, bahkan bisa semakin kayakarena mendapat tambahan adanya bangunan baru di wilayahnya.Bahkan jika kompetensinya itu begitu istimewa, dibandingkan yang ada di bangsalain, maka dimungkinkan juga untuk dibagikan, membantu bangsa lain. Jika terjadimaka itu berarti dapat menambah devisa bagi bangsa itu sendiri. Bertambah kaya,meskipun mungkin sumber daya alam yang dimiliki bangsa tersebut terbatas.Itulah yang terjadi pada negara kaya karena kepintaran manusianya, mereka akansemakin bertambah kaya, sedangkan negara kaya karena mengandalkan sumberalamnya yang dieksploatasi, maka lama-lama akan habis juga.Bagaimanakah kondisi di negara kita, Indonesia. Sudahkan menguasai kompetensirekayasa secara mandiri. Ini tidak sederhana menjawabnya, jika disebut sudah tapimengapa sampai terjadi keruntuhan jembatan seperti di Kutai Kartanagara tempohari. Juga saat pembangunan jembatan Suramadu, jembatan terpanjang Indonesia,mengapa masih diperlukan kerja sama dengan pihak asing (China).Kondisi ini tentunya menunjukkan bahwa masih terdapat peluang luas bagi usaha-usaha peningkatan diri untuk lebih mandiri di bidang rekayasa di Indonesia.


5. BANGUNAN, AHLI BANGUNAN DAN INSINYURMasyarakat awam di pedesaan (juga sebagian di kota) jika membangun rumahnya,maka mereka akan mencari tukang berpengalaman. Tidak pernah terpikirkan olehmereka, mencari sarjana teknik sipil lulusan perguruan tinggi terkenal. Jadi tukangberpengalaman itulah yang dianggapnya sebagai ahli bangunan terbaik, yang dapatmembangun rumah yang kuat dan baik untuk menjadi tempat tinggalnya.Itu tidak mengherankan. Bayangkan saja, bahkan tanpa tukang berpengalamanpuntapi jika didasari suatu motivasi kuat dan keberanian serta rasa kebersamaan yangtinggi, dapat saja dibuat suatu bangunan untuk menyelesaikan permasalahan yangada. Untuk itu, perhatikan Gambar 1, suatu jembatan sederhana berhasil dibangununtuk menyeberangi sungai yang lebar, foto diambil di Vietcong, Vietnam.

Gambar 1. Jembatan tradisionil bambu sederhana di VietcongManusia dengan akal budi dan kemampuannya bernalar, ketika berinteraksi denganalam sekitarnya, akhirnya dapat memperbandingkan satu hal dengan hal lainnya,untuk akhirnya dipilih mana yang lebih baik dari yang lain. Ini disebut juga naluri.Selanjutnya dengan konsep trial-and-error, dapatlah dibuat bangunan sederhanaseperti di atas, memenuhi apa yang diperlukannya. Manusia pada dasarnya bisamenjadi ahli bangunan untuk kepentingannya sendiri. Baca juga nats berikut:. . . Orang itu menggali dalam-dalam dan meletakkan dasarnya di atas batu.Ketika datang air bah dan banjir melanda rumah itu, rumah itu tidak dapatdigoyahkan, karena rumah itu kokoh dibangun.Lukas [6:48]Nats di atas dikutip dari kitab suci, untuk menunjukkan bahwa pengetahuan akanpersyaratan bangunan yang kokoh dari jaman dahulu, ternyata masih dipakai ahli-ahli bangunan sampai pada masa sekarang. Tidak ada sesuatu yang baru lagi.


Jadi, jika sampai diadakan pendidikan tinggi di bidang rekayasa teknik sipil. Apakahnanti lulusannya cukup menjadi seperti ahli bangunan di atas, yaitu menjadi ahlimelalui prinsip "bisa karena biasa. Biasa diartikan juga sebagai berpengalaman, jadiahli yang dimaksud akan bisa melaksanakan sesuatu jika hal itu pernah dikerjakansebelumnya. Cara berpikir seperti itulah yang mendasari konsep pendidikan yangdikenal sebagai link-and-match, belajar tentang hal-hal yang nanti banyak ditemuisaat bekerja, yang umumnya berupa ketrampilan praktis. Jika seperti itu tidak heranjika nanti akan ada jargon promosi : siap meluluskan sarjana-sarjana siap pakai.Apakah seperti itu yang dimaksud dengan tujuan pendidikan sarjana teknik sipil ?Konsep link-and-match itu sendiri, tentu saja tidak salah. Bukankah penerima kerjaakan senang, jika ada pegawai baru dapat cepat beradaptasi dan berproduktivitaspada pekerjaan rutin yang ada. Apalagi memang, sebagian besar jenis pekerjaankonstruksi umumnya juga bersifat rutin. Kalaupun ada yang bersifat spesifik, dapatdiambil alih sesaat oleh para seniornya.Tetapi jika tujuan pendidikannya adalah semata-mata link-and-match saja, diajarkanyang praktis-praktis saja, maka dalam jangka panjang para sarjana tersebut pastiakan kewalahan menghadapi tuntutan masyarakat yang semakin maju (berubah).Konsep link-and-match tidak cukup untuk menghadapi jenis-jenis pekerjaan yangberubah-ubah, yang baru, yang belum ada sebelumnya. Karena jika demikian, ketikabertemu hal yang baru, maka yang bisa dikerjakan oleh ahli tersebut adalah cobadulu, yang berarti cara trial-and-error.Cara trial-and-error untuk hal yang sederhana dan beresiko kecil, tentunya tidakakan menjadi masalah. Tetapi jika diaplikasikan pada hal-hal yang kompleks, yangberesiko tinggi terhadap biaya maupun keselamatan jiwa manusianya, maka tentutidak dapat diandalkan lagi. Untuk itu maka tidak bisa lagi, sarjana teknik sipil harusmenguasai ilmu pengetahuan yang mendasari aplikasi praktis, juga teknologi yangmendukungnya. Dalam banyak hal, ilmu pengetahuan yang dimaksud kadangkalabersifat teoritis, tidak praktis jika diaplikasikan pada permasalahan sebenarnya,yang kompleks sifatnya. Tetapi itu penting diberikan pada calon sarjana teknik sipilsebagai sarana membentuk kerangka berpikir logis berkaitan dengan bidangnya.Akhirnya untuk merangkum dua hal di atas, tujuan pendidikan sarjana teknik sipilditerjemahkan sebagai bisa meluluskan sarjana yang siap bekerja di bidangnya,maupun mempersiapkan diri untuk jenjang studi lebih tinggi.


Melalui konsep pendidikan sarjana teknik sipil tersebut, diharapkan akan lahir tidaksekedar ahli bangunan, tetapi insinyur-insinyur teknik sipil yang kompeten.Jika ahli bangunan menekankan penyelesaian masalah mengandalkan pengalamanyang dimilikinya, baik itu berupa ketrampilan, atau ilmu pengetahuan dan teknologiyang telah ada. Maka seorang insinyur teknik sipil diharapkan dapat bertindak lebihsmart lagi. Jika menghadapi permasalahan rutin, maka bisa saja memanfaatkanstrategi yang digunakan ahli bangunan, jika memang terbukti itu lebih efisien. Jikatidak memungkinkan, maka seorang insinyur akan berani mencoba strategi baruyang dipilihnya berdasarkan ilmu dan pengetahuan yang dikuasainya. Bahkan untukpermasalahan yang belum ada ilmunya, dimungkinkan untuk menderifasi ilmu baru,termasuk menciptakan teknologi yang membantunya.Konsep insinyur teknik sipil yang di atas, bukan sesuatu yang mustahil, meskipundalam banyak hal seorang sarjana teknik sipil sudah cukup puas untuk menjadi ahlibangunan saja. Adapun yang bisa disebut insinyur pada konteks di atas dapat dilihatpada pribadi-pribadi berikut: John A. Roebling, dengan jembatan Brooklyn di New York. Robert Maillart, dengan jembatan Salginatobel di Swiss. Fritz Leonhardt, dengan tower TV Stuttgart, di Jerman. Sedijatmo, dengan konstruksi Cakar Ayam-nya, di Indonesia. Tjokorda Raka Sukawati , dengan teknik Sosrobahu, di Indonesia.Nama-nama di atas dapat dicari karena ada tulisan yang membahasnya, kenyataanreal bisa saja masih banyak yang lain, yang umumnya akan mengiringi kesuksesanproyek-proyek konstruksi khas yang belum pernah ada sebelumnya. Mereka tidakdiketahui karena tidak dituliskan, itulah mengapa hanya sedikit yang dapat menjadiinspirasi bagi calon-calon insinyur lainnya. Jadi terbukti lagi, bahwa kemampuanmenulis berkaitan langsung dengan kemajuan atau peningkatan insinyur itu sendiri.Uraian di atas perlu diungkapkan untuk mengevaluasi kesiapan sarjana teknik sipildi Indonesia menghadapi era pembangunan gedung super tinggi maupun jembatanbentang panjang yang mulai menjadi wacana umum negeri ini. Mengapa demikian,karena dapat dimaklumi bahwa yang namanya gedung super tinggi, yang umumnyadidasari oleh motivasi ingin menjadi terkemuka, maka bentuk dan ukurannya harusdipilih istimewa, minimal berbeda dengan yang telah ada. Berarti itu adalah hal yangbaru, bukan. Jadi kalau hanya mengandalkan level ahli bangunan tentu tidak mudah.


6. BAGAIMANA MENJADI INSINYUR DAN TIDAK SEKEDAR AHLI BANGUNANTelah diungkapkan, bahwa kompetensi insinyur dianggap siap mengantisipasi erapembangunan yang mencakup gedung tinggi maupun jembatan bentang panjang,atau bahkan bangunan-bangunan baru yang belum pernah ada sebelumnya.Keberadaan orang dengan level insinyur juga tidak diragukan lagi berada di setiapkesuksesan proyek-proyek baru yang ada. Hanya karena tidak terpublikasi, makatidak banyak orang yang mengetahuinya. Oleh sebab itu hanya dapat diketahui dandipelajari jika bergaul atau mengalami sendiri proyek-proyek yang dimaksud. Bisa-bisa ternyata kita sendiri mempunyai kapasitas seperti itu, yaitu ketika proyek yangmenjadi tanggung jawab kita, ternyata berhasil dengan sukses dilaksanakan.Tetapi bagi anak-anak muda, yang sedang belajar, tentunya masih akan bertanya-tanya, apakah mereka juga mampu mencapai level insinyur tersebut. Jadi kalau bisa,sedini mungkin mereka dapat mempersiapkan diri, mempelajari apa-apa saja yangmendukung tercapainya level insinyur tersebut. Jadi apa-apa saja itu, tentu sesuatuyang ditunggu-tunggu. Ternyata, untuk mencari tahu itu ternyata tidak mudah, carayang umum dilakukan adalah membaca biografi dari insinyur yang dianggap sukses,tapi jika dibandingkan antara satu insinyur yang sukses dengan insinyur sukseslainnya, ternyata sangat bervariasi. Jadi kesan yang didapat bersifat subyektif.Di belahan dunia lain, khususnya di Amerika ada hal yang menarik, dan kelihatan-nya dapat menjawab pertanyaan di atas. Asosiasi insinyur teknik sipil Amerika atauASCE (American Society of Civil Engineers) telah mencoba mencari jawabnya2. Itudimaksudkan sebagai petunjuk bagi generasi mudanya bagaimana menjadi insinyur.Langkah awal yang diberikan, adalah menjadikan terlebih dahulu profesi tersebutsuatu kebanggaan bagi yang memilihnya, seperti diungkap pada quote berikut:It is a great profession.There is the fascination of watching a figment of the imagination emergethrough the aid of science to a plan on paper.Then it brings jobs and homesit elevates the standards of living and adds tothe comforts of life.That is the engineers high privilege.Herbert Hoover, engineer, humanitarian, and 31st U.S. President

2 ASCE, The Vision for Civil Engineering in 2025, Based on The Summit on the Future ofCivil Engineering - 2025, June 21-22, 2006


Betul juga, jika ingin menjadikan yang terbaik, harus dimulai dari motivasi diri, yangmenyangkut totalitas hidup yang dapat diberikan. Jadi, jika ingin jadi insinyur hanyasekedar uang atau materi yang banyak. Maka tahapan ini belum tentu diperlukan,maklum menjadi makelar di jaman sekarang ini, kadang sudah memungkinkan.Permasalahan yang dihadapi para insinyur teknik sipil diberbagai negara ternyatamirip dengan yang terjadi di Indonesia. Inilah isue yang ditangkap dalam KTT ASCE:Buruknya kondisi infrastruktur di banyak negara, banyak terjadinya korupsi diindustri konstruksi / rekayasa secara global, minimnya keterlibatan insinyur sipilpada kebijakan politik, issue keberlanjutan lingkungan masih kurang, terjadinyaglobalisasi di bidang rekayasa, dan sulitnya menarik generasi muda yang terbaikdan cerdas untuk berprofesi tersebut.Padahal masalah di bidang teknik sipil yang akan dihadapi generasi mendatangbukannya berkurang, sebagaimana telah diidentifikasi oleh ASCE sebagai berikut:Populasi global yang terus meningkat, yang terus bergeser ke daerah perkotaanakan membutuhkan penyesuaian yang berkelanjutan. Tuntutan akan energi, airminum, udara bersih, pembuangan limbah yang aman, dan transportasi akanmendorong diperlukannya perlindungan lingkungan sekaligus pengembanganinfrastruktur. Masyarakat akan menghadapi ancaman meningkat dari bencanaalam, kecelakaan, dan mungkin penyebab lain seperti terorisme.Permasalahan semakin kompleks di atas, menurut ASCE memerlukan keterlibatanberbagai disiplin ilmu, baik di bidang riset maupun aplikasinya. Pada kasus sepertiini maka kemampuan berkomunikasi menjadi satu-satunya sarana mencapai sukses.Visi kedepan yang diharapkan dari insinyur teknik sipil menurut ASCE adalah:Insinyur sipil harus dapat menjadi ahli bangunan, penjaga lingkungan, inovatordan integrator, pemimpin untuk mengatasi risiko dan ketidakpastian, serta dalammembentuk kebijakan publik.Ternyata spesifikasi insinyur yang dikemukakan ASCE lebih dari cukup untuk dijadi-kan petunjuk menjadi insinyur yang diharapkan, untuk itulah akan dijadikan acuan.ASCE mengungkapkan, insinyur yang baik sebaiknya melengkapi diri dengan tigaatribut penting, yaitu: [1] knowledge; [2] skill; dan [3] attitudes. Sampai disinidiketahui bahwa dua atribut pertama telah dibahas, sedangkan atribut ke tigasebelumnya tidak dibahas karena dianggap melekat pada setiap personil.


Jika sebelumnya atribut tersebut dibahas dalam tahap kualitatif, maka yang menarikASCE telah mendaftarkan tahap kuantitatif atribut-atribut yang dimaksud, yaitu:a) Knowledge atau pengetahuan yang menyangkut ranah kognitif dan umumnyapenguasaan teori-teori utama dan yang mendasar, seperti geometri, kalkulus,vektor, momentum, friksi, tegangan dan regangan, mekanika fluida, enerji, sifatmenerus (continuity) sifat variabel (variability).b) Skill atau ketrampilan yang mendukung dapat diselesaikannya secara baik,tugas yang diberikan atasan, contohnya mengoperasikan komputer dengan baik(menguasai spreadsheet, pengolah kata, basis data dsb), kemampuan organisasi,bahasa asing (lesan dan tulisan). Secara umum disebutkan, bahwa pendidikanformal mengusahakan peningkatan bidang knowledge, sedang skill memerlukanpendidikan formal dan non-formal. Ini berarti mahasiswa tidak cukup hanyasekedar belajar dan belajar saja, tetapi juga kegiatan intra kurikuler.c) Attitudes atau sikap mental, merujuk pada nilai-nilai yang menjadi peganganhidup, yang menentukan bagaimana seseorang bersikap pada kehidupan ini.Sikap mental yang mendukung mutu profesional kerja misalnya kemampuanberkomitmen, keingin-tahuan yang tinggi, kejujuran, integritas, sikap optimis,bersifat obyektif, kepekaan, ketelitian dan toleransi kerja (ketepatan).Jika mempelajari petunjuk yang diberikan ASCE untuk membentuk insinyur di masadepan, rasanya sangat umum. Hanya 1/3 saja, yaitu knowledge yang ditentukan olehkurikulum pengajaran di level pendidikan tinggi, adapun 2/3 yang lain lebih banyakberfokus pada usaha-usaha pengembangan diri pribadi secara umum. Jika demikiandapat diambil kesimpulan bahwa untuk menjadi insinyur, selain perlu pendidikanformal yang benar, yaitu meraih gelar sarjana teknik, juga diperlukan usaha-usahapengembangan diri yang terus menerus. Salah satu upaya yang biasa diambil adalahmagang, atau nyantrik pada insinyur senior yang terkenal reputasinya.7. KARAKTER BANGUNAN TINGGI DAN BANGUNAN BENTANG PANJANGBila kesiapan sarjana teknik sipil diarahkan untuk berani menerima tanggung jawabyang lebih dari sekedar tukang atau ahli bangunan, maka wajar jika selanjutnyamembahas bangunan tinggi atau jembatan panjang yang mungkin tidak terbayang-kan sebelumnya. Kalaupun nantinya, masih melibatkan rekanan dari manca-negara,tetapi event tersebut merupakan sarana transfer of knowledge and technology.


Karena perlu membahas bangunan gedung tinggi dan jembatan bentang panjangsekaligus. Ada baiknya mengenal lebih mendalam karakter keduanya, sehinggadapat diketahui apakah untuk mengenal keduanya dapat sekaligus (paralel) atausecara sendiri-sendiri (seri). Karakter yang dimaksud, dapat dilihat di Tabel 2.Tabel 2. Perbedaan karater gedung tinggi dan jembatan panjang

No Item Gedung tinggi Jembatan panjang1 Orientasi fisik Vertikal Horizontal2 Profesional penentu Multidisiplin, arsitek sebagai leader,

dibantu insinyur sipil, M&E, dll.Insinyur sipil, sangat jarang arsitekterlibat.

3 Tujuan pemakaian Hunian, baik sementara atau tetapInteraksi manusia banyak, faktorkenyamanan dan rasa terlindungmenjadi penting. Ini gunanya arsitek.Insinyur beri jaminan keselamatan.

Bukan hunian, hanya sebagaipenghubung dan karena tempatnyaterbuka (terpapar cuaca) maka kesankeselamatan jadi utama. Arsitek tidakpunya peran yang signifikan.

4 Tampak visual luar Material penutup, bahan finishingbangunan yang berupa non-struktur.

Sistem struktur tidak menonjol, perlupengamatan khusus mendalam.

Struktur terlihat langsung. Penutup,pelindung pengaruh lingkungan luar.

Sistem struktur terlihat jelas, dapatdigolongkan dari sistem strukturnya.

5 Beban yang menentukandalam perencanaan.

Beban gempa (sementara).

Gedung sudah berdiri, tapi belumteruji gempa sesungguhnya. Resikoruntuh saat konstruksi relatif jarang,peran insinyur tidak menonjol.

Beban gravitasi (tetap).

Kondisi pelaksanaan kadang palingmenentukan. Sering dijumpai runtuhsaat pelaksanaannya belum selesai.

6 Kepemilikan danpemakaian

Sifatnya pribadi atau private, danpemakaiannya bersifat tertutup.

Dimiliki pemerintah dan dipakai olehpublik (masyarakat).

7 Sifat beban Beban hidup relatif terkontrol, sebabbangunan gedung sifatnya tertutup.

Beban hidup bersifat statik, kecualigempa yang dinamik.

Beban hidup dari publik, pelanggaranyaitu kelebihan beban.

Beban hidup bergerak, resiko terjadifatik.

8 Metode konstruksi danproses desain.

Metode konstruksi tidak menentukandalam perencanaan.

Untuk menghindari monopoli, makasistem struktur yang didesain harusbersifat umum.

Metode konstruksi bagian desain,bisa menentukan sistem strukturnya.

Pekerjaan desain dan konstruksiharus sinkron dan tergantungteknologi yang tersedia.

Faktor lingkungan dansistem struktur

Sistem struktur terlindung. Pengaruhthermal tidak dominan, sehinggastruktur menerus (statis tak tentu)tidak masalah. Ini dipilih untukmenghasilkan struktur redundan,sehingga ketika ada gempa dapatdihasilkan keruntuhan bertahap.

Struktur yang menyatu denganpondasi menyebabkan gempaditeruskan ke struktur atas.

Sistem struktur terbuka. Faktorlingkungan dominan, jadi korosi jadipenting diperhatikan. Untuk strukturstatis tak tentu (menerus) pengaruhthermal, differential settlemensangat penting. Untuk mengatasinyastruktur pisah (siar dilatasi, bearing).

Kondisi struktur atas pisah denganstruktur bawahnya membuatnyalebih baik bilamana terjadi gempa.Jadi gedung (super) tinggi dan jembatan (sangat) panjang mempunyai karakter yangsaling berlainan. Oleh sebab, untuk mendapatkan pemahaman yang baik, uraiannyasebaiknya tidak disatukan, tetapi dibahas tersendiri atau tepatnya dapat difokuskan.


8. BANGUNAN GEDUNG TERHADAP GEMPA DAN ANGIN8.1. UmumSebelum membahas bangunan tinggi, ada baiknya memperhatikan musibah gempayang pernah terjadi, yaitu 26 Desember 2004 di Aceh, 9.3 Skala Richter (SR) dengantsunami, 27 Mei 2006 di Yogyakarta, 5.9 SR, 30 September 2009 di Padang, 7.6 SR.Itu catatan kejadian di dalam negeri, adapun di luar negeri yaitu 15 Agustus 2007 diPeru, 7.9 SR, lalu 22 Februari 2011 di Christchurch, Selandia Baru, 6.5 SR, dan tidaklama kemudian 11 Maret 2011 di Jepang, 8.9 SR dengan tsunaminya yang dahyat.Adanya gempa-gempa tersebut dan lokasinya menjadi bukti bahwa yang dinamakanring of fire adalah fakta yang tidak dapat disepelekan, lihat Gambar 2.

Gambar 2. Ring of Fire peta resiko gempa di kawasan Asia-PasificPeta virtuil ring of fire di atas dihasilkan dari pemikiran adanya pelat tektonik bumiyang terpisah dan saling bergerak satu dan lainnya, ada bagian yang berjauhan danada bagian yang saling bertemu. Pada daerah itulah yang diyakini sumber terjadinyagempa. Jadi gempa adalah dampak pergerakan itu, dan akan terus terjadi selama adapergerakan tersebut. Resiko gempa tidak bisa diabaikan, suatu saat akan terjadi.Hanya kapan waktunya yang tepat, sampai sekarang belum ada ilmu dan teknologiyang dapat mengungkapkannya, baru pada tahap dugaan semata. Bisa ya, bisa tidak.Pada bangunan tinggi, dampak gempa mirip dengan angin, yaitu pembebanan arahlateral. Karena karakternya didominasi arah vertikal dibanding horizontal, makapengaruh gempa pada gedung tinggi lebih signifikan menentukan perencanaannya.


8.2. Karakteristik Penting Bangunan terhadap Gempa dan AnginAngin dan gempa pada gedung tinggi, efeknya sama, sehingga perlu sistem strukturpenahan lateral. Meskipun demikian, proses terjadinya beban berbeda, sehinggakarakternya juga berbeda. Beban gempa terjadi akibat adanya percepatan tanahpada pondasi yang diteruskan ke struktur atas. Ini terjadi, karena secara tradisionilbangunan bersatu dengan pondasinya. Hasilnya jika disederhanakan, pada pusatmassa seakan-akan ada beban lateral, sesuai hukum kedua Newton, yaitu F = m a.

Gambar 3. Perilaku struktur gedung tinggi terhadap angin dan gempaBesarnya percepatan tanah (a) tergantung lokasi (tempat), karena Indonesia beradapada daerah ring of fire (Gambar 2), maka resiko terjadi gempa juga besar. Adapunparameter massa (m) tergantung jenis bangunan, yang ringan mengakibatkan bebangempa lebih yang kecil dibanding yang berat. Itulah mengapa bangunan tradisionildari kayu relatif lebih tahan gempa (rusak sedikit) dibanding rumah batu. Bahkandapat dijelaskan, mengapa kolom rumah joglo yang hanya duduk di atas umpak batupunya kinerja lebih baik saat ada gempa dibanding kolom yang tertanam di pondasi.Karakter bangunan untuk menghadapi gempa berbeda dibandingkan dengan angin.Bangunan ringan dan terpisah dari pondasi adalah faktor yang menguntungkanterhadap efek gempa, tetapi sebaliknya jika dimaksudkan untuk menghadapi angin.Jika diterapkan, maka bisa-bisa bangunannya terbawa terbang oleh angin topan.Angin bekerja langsung menekan (menghisap) bangunan, jadi semakin berat danterikat erat dengan sistem pondasinya, maka bangunan akan semakin stabil (kuat).Jadi meskipun pengaruh angin dan gempa adalah sama-sama sebagai beban lateralpada gedung, tetapi karena karakternya berbeda maka solusinya juga bisa berbeda.Karakteristik bangunan juga tergantung dari material utama yang dipakai. Jikaterkait gedung tinggi dan jembatan panjang, maka materialnya relatif terbatas, yaitubeton atau baja, atau kombinasi keduanya. Untuk itu mari kita lihat masing-masing.


Material baja secara alami mempunyai rasio kuat berbanding berat-volume yangtinggi, sehingga dihasilkan bangunan yang relatif ringan. Ini penting pada bangunantahan gempa. Selain itu, material baja punya karakter kekuatan tinggi, relatif kakudan sangat daktail, yang merupakan syarat ideal mengantisipasi beban tak terduga.Karena produk pabrik, mutunya relatif seragam, tetapi karena itu pula ukuran danbentuknya tertentu, terpisah dan baru disatukan di lapangan. Pada satu sisi hal itukelemahan karena sulit dihasilkan struktur monolit, perlu detail sambungan yangbaik. Tetapi jika dapat diantisipasi, ternyata dapat dibuat suatu detail khusussehingga jika terjadi kerusakan (akibat gempa) maka bagian itu saja yang diperbaiki.Itu sangat memungkinkan karena dari awalnya memang tidak monolit.Material beton berbeda dari segi kekuatan, kekakuan atau daktilitasnya, kalah darimaterial baja. Bahkan beton hanya dimanfaatkan terhadap tekan. Jadi untuk dapatdigunakan perlu bantuan baja, jadilah beton bertulang atau beton prategang. Sisilain, secara alami beton punya karakter lebih awet, ketahanan lingkungan yang baik,tidak korosi, tahan panas (tidak terbakar), dan mudah untuk dibentuk. Ini yangmenyebabkan konstruksi beton lebih monolit atau menerus. Sistem sambunganpada konstruksi beton bertulang bukan sesuatu yang signifikan rumit dalamdesainnya, kecuali jika memakai sistem beton pracetak. Material beton punya rasiokuat dibanding berat-volume yang rendah, hasilnya sistem strukturnya relatif lebihberat, tetapi sifat seperti ini ternyata baik jika digunakan terhadap beban angin.Adanya karakter berbeda antara material baja dan beton, tetapi sebenarnya salingmelengkapi, menyebabkan keduanya menjadi material utama pada gedung tinggi.8.3. Sistem Struktur Penahan Lateral8.3.1. Sistem struktur dan jumlah lantaiJarak antar kolom (bentang balok) pada bangunan tinggi umumnya relatif pendek.Dimensi bangunan meningkat kearah vertikal., sehingga gempa dan angin akan lebihberpengaruh. Akibatnya diperlukan sistem struktur penahan lateral yang sesuai,yang mempengaruhi konfigurasi atau tata letak elemen vertikal dari segi arsitektur.Pada bangunan relatif tidak tinggi, sistem penahan lateral dapat dirangkap sekaligusdengan sistem penahan gravitasi, yaitu rigid frame atau portal. Penggunaan betonbertulang untuk rigid frame relatif mudah karena sifatnya monolit, tetapi untuk bajaperlu sistem sambungan yang detailnya lebih kompleks dibanding beton bertulang.Selanjutnya semakin tinggi bangunan, sistem rigid-frame tidak cukup, perlu dibuatstruktur khusus yang memang didedikasikan untuk sistem struktur penahan lateral.


Ada berbagai macam sistem struktur penahan lateral, efektivitasnya ditentukan olehkekakuan lateral yang dihasilkan. Untuk itu dapat dilihat pada Gambar 4 berbagaimacam sistem yang dijumpai, yang dibedakan antara struktur baja dan strukturbeton bertulang. Sistem yang dipilih juga ditentukan dari jumlah lantai bangunan,karena semakin banyak lantai maka diperlukan sistem yang lebih efektif.

Gambar 4. Hubungan sistem penahan lateral dan jumlah lantai (Taranath 2005)

Catatan : Daftar atas belum memperhitungkan sistem struktur Burj-Khalifa (2010),yang berbeda dan dianggap sistem baru, terbukti dapat dipakai sampai 160 lantai.Sistem struktur penahan lateral menentukan kekakuan bangunan terhadap bebanlateral (gempa dan angin). Ini sangat penting, karena deformasi lateral bangunanharus dibatasi, agar nyaman dipakai (jangan sampai terjadi goyangan berlebih) yangdirasakan secara langsung oleh pemakainya, juga dampak pada kekuatannya akibatadanya momen tambahan dengan terjadinya efek P- pada elemen vertikal (kolom).


Perilaku lateral gedung tinggi dapat dianalogikan sebagai kantilever, dimana untukbeban titik deformasinya = PL3/(3EI), dengan P gaya lateral (gempa atau angin), Ltinggi bangunan, E modulus elastisitas material, dan I momen inersia atau konstantalentur berdasarkan konfigurasi fisik geometrinya. Jika kekakuan adalah besarnyagaya per-unit deformasi, maka kekakuan lentur kantilever k = 3EI/L3 , berbandinglinier dengan EI tetapi berbanding terbalik pangkat tiga dengan tingginya.Parameter E tergantung materialnya, jika struktur baja nilai Es = 200,000 MPa, tapiuntuk struktur beton bervariasi tergantung mutu beton yaitu Ec = 4700 fc MPa.Jadi dapat dipahami mengapa bangunan super tinggi, pemakaian beton mutu tinggiadalah sangat penting, tidak hanya dari segi kekuatannya, yaitu kemampuannyamenahan gaya tekan yang lebih besar, tetapi juga agar kekakuan struktur meningkatuntuk mengurangi deformasi lateral. Jika peningkatan mutu bahan (E) tidak bisa,atau tidak cukup ekonomis diusahakan, maka alternatif lainnya adalah peningkatanfaktor I , yang dalam hal ini tentunya tidak sekedar momen inersia seperti kantileverbiasa, tetapi lebih pada konstanta yang mewakili kondisi geometri atau bentukfisik struktur terhadap beban lateral.

Gambar 5. Macam sistem struktur penahan lateral: (a) steel rigid frame; (b) RC rigidframe; (c) braced steel frame; (d) RC frame - shear wall; (e) steel frame - shear wall; (f)

steel frame infilled walled (Taranath 2005)


8.3.2. Gedung tinggi dan analogi kolom kantileverPentingnya mengetahui karakter geometri atau bentuk fisik struktur gedung tinggiberkaitan dengan perilakunya terhadap beban lateral. Ini tentu berbeda jika yangmempelajarinya arsitek, yang akan mengevaluasi dari segi keindahan atau fungsinyaadapun engineer tentunya melihat dari sisi kekuatan, kekakuan dan faktor daktilitas.Selanjutnya dapat dipelajari strategi peningkatan kekakuan lateral, ditinjau sistemflat-slab kolom (yang paling sederhana). Kekakuan lateral semata-mata ditentukanoleh elemen vertikal (kolom), yang bekerja sebagai kantilever. Berdasarkan teorielastisitas dapat diketahui perilaku umumnya terhadap beban terpusat (Gambar 6).

Gambar 6. Perilaku kolom kantilever terhadap beban lateral terpusatDeformasi lateral (total) akibat beban terpusat (P) terdiri deformasi lentur (lentur)dan deformasi geser (geser), keseluruhannya adalah total = lentur + geser , adapunlentur = PL3/(3EI) dan geser = 1.2PL/(GA) pada penampang persegi, G = E/(1+)jadi jika = 0.2 (material beton) maka G = E/(1+) = 0.4167E.Selanjutnya parameter numerik tersebut digunakan untuk menunjukkan seberapabesar pengaruh deformasi terhadap perubahan ukuran kolom (b x h), dimana nilai hakan ditingkatkan sesuai arah pembebanan, sampai akhirnya disebut dinding.

Tabel 3. Pengaruh dimensi kolom terhadap perilaku deformasiNo b h h/L I A lentur geser total1 1 0.5 0.05 0.01042 0.5 31,990 (99.8%) 58 (0.2%) 32,048 (100%)2 1 1 0.10 0.08333 1 4,000 (99.3%) 29 (0.7%) 4,029 (100%)3 1 3 0.30 2.25000 3 148 (93.7%) 10 (6.3%) 158 (100%)4 1 5 0.50 10.41667 5 32 (84.0%) 6 (16%) 38 (100%)5 1 7 0.70 28.58333 7 12 (75.0%) 4 (25%) 16 (100%)6 1 10 1.00 83.33333 10 4 (58.0%) 3 (42%) 7 (100%)Catatan : P =1; E=1 dan L=10


Dari Tabel 3 diketahui bahwa rasio tinggi penampang (h) terhadap tinggi kolom (L),mempengaruhi perilaku struktur. Jika h/L kecil (kolom) maka deformasi lenturdominan, tetapi h/L semakin besar (dinding), sehingga kekakuan lentur bertambahmaka deformasi yang terjadi sebagian disebabkan oleh adanya geser. Sehinggauntuk kolom langsing, deformasi geser dapat diabaikan, tetapi sebaliknya untukdinding maka deformasi geser yang terjadi harus diperhitungkan.8.3.3. Sistem rigid framePerkembangan lanjut adalah rigid frame atau portal. Kekakuan ujung-ujung bebaskolom bebas diberdayakan, yaitu dengan menghubungkannya pada balok kaku.Kaku atau tidaknya balok ditentukan parameter EIb/Lb, yang berbanding lurusdengan tinggi penampang balok tetapi berbanding terbalik dengan panjangnya.Perilaku lateral rigid frame dan kolom bebas (kantilever) ternyata berbeda. Untukitu akan diperlihatkan komponen-komponen deformasinya sebagai berikut.

Gambar 7. Deformasi rigid-frame: (a) bending momen ; (b) geserGambar 7a merupakan deformasi terhadap bending momen yang terjadi jika rigidframe bekerja sebagai satu kesatuan struktur monolit, yang identik dengan Gambar6c. Ciri-cirinya ada sisi kolom tekan (-) dan ada sisi kolom tarik (+).Gambar 7b merupakan deformasi yang diakibatkan oleh kekakuan lentur kolomsecara individu, yang bentuknya identik dengan deformasi geser jika dianggap rigidframe dapat bekerja sebagai satu kesatuan monolit, lihat Gambar 6e. Ciri-cirinyatidak terjadi perubahan panjang dari masing-masing kolom.Dalam kenyataannya, deformasi lateral rigid-frame secara keseluruhan didominasioleh bentuk deformasi geser (Gambar 7b). Itu terjadi karena kolom secara individumempunyai kekakuan aksial yang besar dibanding lenturnya, sehingga yang lemah(lentur penampang) menentukan perilaku rigid-frame secara keseluruhan.


Terkait bangunan tinggi, dimana rasio lebar tapak dan tingginya (h/l) relatif kecil,maka perilakunya dapat dianalogikan sebagai kolom langsing. Sistem tersebut akanefektif jika mekanisme pengalihan gaya-gaya lateral ke pondasi melalui kekakuanlentur dibanding kekakuan gesernya. Itu dijelaskan di Tabel 3, kolom dengan rasioh/l = 0.1 maka 99.8% lendutannya ditentukan dari kekakuan lentur. Ciri-cirinya, adasisi tekan dan sisi tarik pada potongan penampangnya. Selanjutnya untuk perilakurigid-frame ternyata tidak seperti itu, tidak dijumpai sisi tekan atau tarik yang cukupsignifikan besarnya, yang ada adalah deformasi lateral pada sistem seperti akbiatdeformasi geser. Itu berarti, balok (horizotal) penghubung kolom (vertikal) dengankomponen vertial lainnya, belum efektif. Dalam praktek, rigid-frame optimal dipakaipada sistem struktur penahan lateral gedung 25 lantai ke bawah (lihat Gambar 4).8.3.4. Sistem braced-frameUntuk itu dibuat studi lagi, mencari sistem penghubung kolom-kolom agar efektifbekerja secara monolit. Alternatifnya adalah brace-frame atau sistem rangka denganbatang diagonal. Konfigurasinya dapat dikategorikan sebagai concentric brace frame(CBF) dan eccentric brace fream (EBF), sebagai berikut:

Gambar 8. Macam-macam sistem rangka dengan batang diagonalJika konfigurasi rangka keseluruhan dibentuk dari segitiga-segitiga, disebut CBF, jikahanya sebagian disebut EBF, misalnya rangka g, i, j, dan l pada Gambar 8.Konfigurasi batang diagonal (bracing) yang bermacam-macam, umumnya untukmengakomodasi keperluan tata layout ruang di dalamnya, seperti jendela atau pintu


dan sebagainya. Penggolongan CBF dan EBF perlu karena mekanisme pengalihangaya-gaya lateralnya ke pondasi berbeda. CBF memanfaatkan kekakuan aksialelemen-elemen batang (Gambar 9a-d), sedang EBF selain seperti CBF ada bagianyang berperilaku sebagai balok lentur (Gambar 9e). Keruntuhan lentur lebih daktaildibanding aksial, hingga EBF juga lebih daktail jika direncanakan dengan baik.

Gambar 9. Aliran gaya-gaya pada rangka dengan batang diagonalAdanya batang tekan (-) dan tarik (+) pada rangka dengan batang diagonal, menjadipetunjuk bahwa sistem brace-frame lebih optimal terhadap beban lateral daripadasistem rigid-frame yang mengandalkan penghubung balok horisontal saja. Juga jikadiperhatikan, bentuk deformasinya mirip dengan kantilever (lihat Gambar 10).

Gambar 10. Perilaku brace-frame: deformasi (a) lentur; (b) geser; (c) kombinasi


Brace-frame hanya populer digunakan pada konstruksi baja, untuk maksud samapada konstruksi beton bertulang digunakan dinding struktur (semacam kolom yangdiperbesar), untuk sistem struktur penahan lateral disebut shear-wall atau dindinggeser. Perilaku shear-wall pada bangunan tinggi tidak ubahnya seperti kolomkantilever, dimana deformasi lentur menjadi dominan (lihat Gambar 6).8.3.5. Sistem Ganda, kombinasi braced / wall dengan frameKarena tidak setiap sisi bangunan dapat dipasang bracing atau dijadikan dindingstruktur maka dapat dibuat sistem kombinasi antara sistem rigid-frame dan sistembrace-frame atau dinding geser (shear wall).

Gambar 11. Sistem kombinasi braced-frame atau shear-wall dengan rigid-frameAkibat beban lateral, rigid-frame akan berdeformasi geser (bentuk paralelogram)sedangkan dinding-geser seperti kantilever, yaitu berdeformasi lentur. Bila duasistem disatukan dengan diaphragm lantai yang kaku, akibat kompatibilitas antarakeduanya mengalami deformasi sama di setiap level lantai. Sehingga sistem ganda :rigid-frame dan dinding geser (brace-frame) bersama-sama memikul gaya geser,tetapi bagian atas cenderung saling bertolak-belakang. Pola pembagian gaya geserantara sistem rangka dan dinding-geser dipengaruhi karakteristik respons dinamikdan terbentuknya sendi plastik saat gempa, yang berbeda dari hasil analisis elastis.


Meskipun analisis elastis tidak sepenuhnya dapat dipakai pada desain sistem ganda,tetapi minimal dapat memberi gambaran bagaimana interaksi antara kedua sistem.Untuk itu, ditinjau bangunan 12 lantai yang terdiri dari sistem rangka dan dindinggeser (mewakili brace-frame juga) yang bervariasi ukurannya, hasilnya adalah :

Gambar 12. Distribusi gaya lateral sistem ganda (Paulay and Priestly 1992)Jika kekakuan dinding-geser diperbesar, tahanan momen bagian dasar bertambah,tetapi bagian atas tidak efektif, adapun bagian tengah relatif tidak terpengaruh.Selisih antara total momen pada setiap level dan partisipasi dinding-geser akandiambil alih oleh sistem rangka yang ada. Gambar 12b adalah distribusi gaya geserpada sistem rangka dan dinding geser. Semakin fleksibel dinding-gesernya makapartisipasi untuk menahan gaya geser semakin cepat berkurang ke arah atas.Perilaku lentur dari dinding-geser di bagian atas dipakai sebagai kontrol lendutansistem-ganda. Resiko untuk terjadinya soft-stories juga menjadi berkurang, bahkantidak akan ada karena dinding-geser bekerja sebagai pengaku pada arah lateral.Perencana dapat lebih bebas menetapkan lokasi terjadinya sendi plastis dalamrangka disipasi energi gempa. Bentuk atau penempatan lokasi sendi-plastis padasistem-ganda yang disarankan adalah sebagai berikut:

Gambar 13. Mekanisme disipasi energi terhadap gempa (Paulay and Priestly 1992)


Pada Gambar 13a, sendi plastis terbentuk pada setiap balok dan di dasar semuaelemen vertikal. Pada bagian atap sendi plastis bisa terbentuk pada balok atau ujungkolom. Keuntungan sistem ini adalah segi pendetailannya, detail sendi plastis dibalok adalah lebih mudah dibanding di ujung kolom. Selain itu dihindarinya sendiplastis di kolom memungkinkan sambungan lewatan tulangan ditempatkan di ataslantai, daripada memasangnya di tengah-tengah tinggi kolom.Untuk balok bentang panjang, yang mana beban gravitasi lebih dominan dibandinglateral, maka bisa saja dibuat sendi plastis terjadi pada ujung-ujung kolom padakeseluruhan lantai (lihat Gambar 13c).Hasil analisis elastis (Gambar 12) menunjukkan bahwa partisipasi momen padadinding struktur berbalik pada bagian atas, meskipun demikian karena pada kondisiinelastis dan dinamik berbeda maka cara penulangannya tidak boleh didasarkansepenuhnya hasil elastis. Paulay dan Priestly (1992) mengusulkan momen rencanadinding-struktur pada sistem-ganda adalah sebagai berikut.

Gambar 14. Momen rencana dinding sistem ganda (Paulay and Priestly 1992)Pada keseluruhan pembahasan sistem-ganda dianggap lantai sangat kaku pada arahbidangnya, sehingga bila berfungsi sebagai diaphragma, dapat menyatukan sistemrangka dan sistem dinding-struktur sedemikian sehingga semua elemen vertikalyang disatukan mempunyai perpindahan lateral yang sama besarnya. Kenyataannyaasumsi tersebut tidak sepenuhnya berlaku untuk bangunan panjang dan disatu sisilain sangat pendek, ditambah jika penempatan dinding-geser terbatas maka lantaidapat mengalami deformasi yang saling berbeda (lihat Gambar 15).


Gambar 15. Pengaruh kekakuan diaphragm sistem ganda (Paulay and Priestly 1992)Pada kondisi tersebut maka kekakuan diaphragma perlu dianalisis secara nyata,misalnya dimodelkan sebagai elemen shell dan semacamnya. Bagaimanapun jikadiaphragmanya tidak kaku, tetapi flesibel seperti diatas, maka pembagian gaya-gayapada rangka dan dinding akan berubah.Melihat perilaku interaksi sistem rangka dan dinding-struktur yang unik, yang manadinding-struktur karena kaku pada bagian bawah akan mengambil porsi gaya geseryang lebih besar dibanding di bagian atas, yang kemudian diambil alih oleh rangkamaka sistem-ganda hanya menguntungkan jika diterapkan pada bangunan tinggi 50lantai ke atas atau lebih (Taranath 2010). Keuntungan sistem-ganda tergantungdari intesitas iteraksi horizontal yang ditentukan oleh kekakuan relatif dinding dansistem rangka, juga ketinggian struktur. Semakin tinggi dan semakin kaku sistemrangka, maka iteraksi yang terjadi semakin besar.Meskipun demikian tidak disangkal lagi, bahwa sistem-ganda (sistem rangka dandinding-geser) merupakan satu sistem yang paling populer digunakan sebagaisistem struktur penahan lateral mulai dari bangunan bertingkat medium sampaibertingkat tinggi, mulai dari bangunan 10 lantai sampai bangunan 50 lantai. Bahkandengan penebalan balok (haunch) dapat dipakai pada bangunan sampai 60 lantai.Ketentuan tahan gempa menurut ASCE 7-05 terkait penggunaan sistem-gandasebagai sistem struktur penahan lateral harus mengikuti persyaratan berikut bahwameskipun disebut sistem-ganda tetapi dinding-struktur harus dianggap sebagaistruktur utama penahan lateral, sedangkan sistem rangka hanya berfungsi sebagaiback-up (redundant). Untuk itu maka sistem rangka harus direncanakan memikul


sedikit-sedikitnya 25% dari total gaya gempa yang ada, sedangkan dinding-struktursebagai yang utama penahan lateral harus didesain penuh (100%) terhadap bebanlateral. Kondisi ini tentu akan mempermudah perhitungan sekaligus menambahkeamanan penggunaan sistem ganda sebagai struktur pada bangunan tahan gempa.Mengikuti persyaratan ASCE 7-05 perlu tahapan perencanaan sebagai berikut: Tahap pertama : analisis sebagai sistem-ganda. Pada analisis tahap ini umumnyamemperlihatkan bahwa semua gaya lateral akan dipikul oleh dinding-struktur dibagian bawah, sedangkan porsi atas akan dipikul oleh sistem rangka kaku. Jadiketika kolom bangunan didesain menggunakan hasil analisis dari sistem gandamaka gaya-gaya yang diterima oleh kolom di bagian bawah akan sangat kecil.Itulah diperlukannya analisis tahap kedua, yaitu untuk sistem rangka sendiri. Tahap kedua: analisis sistem rigid-frame saja, tak perlu perhitungan ulang gayageser dasar atau perioda getar sistem rangka, tetapi cukup memakai gaya gemparencana yang digunakan pada tahap pertama (sistem ganda) yang dikalikandengan 25%-nya. Proses desain tahap ke-2 dimaksudkan agar kolom padasistem rangka di bagian bawah khususnya direncanakan cukup kaku dan kuatkarena momen rencana kolom di bagian tersebut umumnya ditentukan olehmomen rencana yang dihasilkan oleh analisis pada tahap kedua.Pemakaian sistem ganda untuk bangunan bertingkat medium belum tentu lebihmenguntungkan dibanding sistem rigid-frame saja. Apalagi jika ternyata lendutanatau tepatnya story-drift dari tiap lantai bangunan masih dapat diantisipasi denganpenggunaan sistem rangka-kaku (rigid-frame) tersebut, misalnya dengan membuatsistem rangka-perimeter yang berbeda.Jika tetap diinginkan penambahan dinding-struktur pada sistem rangka-kaku makamemang akan terjadi peningkatan kekakuan bangunan, tetapi itu berdampak padaperioda getar bangunan yang lebih pendek, sehingga jika dikaitkan dengan grafikrespons spektrum akan terlihat bahwa gaya gempa yang perlu diaplikasikan padaperencanaan tahan gempa akan bertambah besar pula. Kecuali hal itu, karena gayageser gempa di bagian bawah diserap sepenuhnya oleh dinding-struktur, yang akanbekerja seperti kantilever, maka itu menimbulkan konsekuensi baru, yaitu perlusistem pondasi kaku dan kuat untuk memikul momen di bagian bawah dinding-struktur tersebut. Jelas itu semua akan memerlukan konsekuensi tambahan biayayang tidak bisa diabaikan.


8.3.6. Sistem coupled shear wallKarakter sistem dinding geser yang solid dari beton bertulang tentu akan berbedadibanding sistem brace-frame yang memang lebih mengakomodasi adanya bukaanuntuk jendela, atau pintu dan sebagainya. Untuk dinding geser perlu strategi khususmengantisipasi perlunya bukaan-bukaan dimaksud. Sistem struktur yang efisien danmempunyai response daktail dalam mendisipasikan energi gempa, dapat dicapaijika bukaan-bukaan ditempatkan teratur. Bentuk dinding struktur yang meng-akomodasi bukaan-bukaan teratur dinamakan dinding geser berangkai (coupledshear wall), dimana bagian dinding yang mengakomodasi bukaan yang umumnyaterletak pada elevasi lanti dan terlihat seperti balok, dapat disebut balok perangkai(coupled beam atau link-beam).

Gambar 16. Sistem Dinding Geser Berangkai (Paulay and Priestly 1992)Tentang istilah teratur, bisa saja ada bukaan yang ditempatkan teratur pada dindingtetapi menghasilkan pelemahan, beresiko terjadi keruntuhan geser.

Gambar 17. Penempatan bukaan buruk pada dinding geser (Paulay and Priestly 1992)Untuk disebut balok perangkai sebenarnya ada ciri-ciri yang dapat diamati secaravisual. Jika tingginya relatif kecil, katakanlah sekedar pelat lantai penghubungdinding dengan bukaan yang besar maka efektifitas fungsinya sebagai balokperangakai dapat disangsikan. Artinya bukaan yang ada memisahkan dindingstruktur menjadi dua bagian yang akan bekerja sebagai struktur sendiri-sendiri.


Jadi tujuan balok perangkai adalah agar dinding struktur dengan bukaan-bukaanteratur dapat bekerja seakan-akan sebagai suatu dinding utuh (tanpa bukaan).Karena ukuran balok perangkai yang relatif lebih kecil dibanding dinding secarakeseluruhan maka bagian tersebut menjadi paling lemah. Strategi perencanaanhanya ada dua, balok perangkai dibiarkan lemah, dalam hal ini dibiarkan terjadideformasi yang besar dengan menyediakan tulangan yang akan mengalami lelehdan akan bekerja seperti sendi. Tetapi bisa juga didesain mampu menjadi semacamshear connector seperti balok komposit, menyatukan dua bagian dinding tersebut.Jika balok perangkai didesain dapat berfungsi sebagai shear connector maka secarafisik biasanya memerlukan suatu ketinggian tertentu dibanding bentang bersihnya.Pada dinding struktur yang terpisah oleh bukaan maka kedua bagian dinding tadiakan berperilaku seperti kantilever sehingga balok perangkai turut berotasi danleleh. Jika dapat dibuat detail yang baik, balok perangkai mampu mendisipasi enerjipada keseluruhan tinggi dinding.

Gambar 18. Mekanisme kerja dinding-berangkai (Paulay and Priestly 1992)Mekanisme tahanan beban dinding-perangkai secara kualitatif diperlihatkan padaGambar 18. Dapat terlihat momen guling keseluruhan, Mof atau M, pada dindingstruktur tanpa bukaan diperlihatkan pada Gambar 18a, ditahan secara keseluruhanoleh momen lentur dinding. Pada sisi lain, pada dinding berangkai akan timbul gayaaksial sekaligus momen lentur di tumpuan untuk menahan momen guling, M.Kondisi keseimbangannya adalah :lTMMM 21 ....................................................................................................... (1)


Besarnya gaya aksial, T , sebagai jumlah total gaya geser yang terjadi pada balokperangkai di atas level yang dievaluasi. Jika balok perangkai lemah, yang umumnyadijumpai pada bangunan apartemen karena keterbatasan tinggi balok yang dapatdipasang, maka besarnya tahanan momen guling dihasilkan dari komponen momen(M1 dan M2). Pada sisi lain jika balok perangkainya sangat kaku, maka mayoritastahanan momen guling dihasilkan dari momen kopel (Tl) dari gaya-gaya aksial yangbekerja pada dinding geser berangkai tersebut.Balok perangkai yang tidak direncanakan khusus untuk berperilaku daktail danmenerima gaya geser yang besar saat gempa besar akan menyebabkan kerusakandindingnya. Salah satu konfigurasi dengan penulangan diagonal dianggap palingefektif untuk menghindari terjadinya degradasi kekuatan yang besar (Gambar 19).

Gambar 19. Penulangan dinding-geser dan balok perangkai (Taranath 2010)Detail-1 pada penulangan diagonal balok perangkai Gambar 19, sesuai persyaratanpengekangan menurut ACI 318-05, tetapi untuk mengapli-kasikannya di lapangandijumpai banyak kesulitan. Untuk itu dikembangkan detail-2 yang dapat diterapkanpada hal yang sama mengikuti persyaratan ACI 318-08 yang lebih sederhana.Taranath (2010) menyatakan bahwa sistem dinding geser berangkai ekonomisdigunakan pada gedung 40 lantai. Adapun dinding geser hanya efektif memikul gayalateral pada arah bidangnya, maka dinding geser pada arah saling tegak lurus(ortogonal) diperlukan untuk menahan beban lateral dari dua arah. Penempatandinding geser disekitar elevator, tangga dan shaft utilitas adalah cukup umumkarena tidak mengganggu layout arsitektur. Meskipun demikian tahanan terhadapbeban torsional perlu dipertimbangkan untuk menetapkan layout tepat.


8.3.7. Sistem dengan outrigger dan belt-trussUntuk ketinggian lantai tertentu ( 50 ~ 60 lantai), kombinasi antar elemen atausistem,yaitu rigid-frame dengan braced-frame atau shear-wall cukup menghasilkansistem struktur penahan lateral yang kaku, baik terhadap beban gempa atau angin.Tetapi pada bangunan gedung lebih tinggi, diperlukan strategi khusus agar perilakugeometri gedung secara keseluruhan dapat diberdayakan.Seperti diketahui untuk struktur kantilever yang menerima lentur, maka hanya sisibagian luar dari struktur tersebut yang bekerja. Bahkan dari rumus balok lenturpundapat diketahui bahwa titik di garis netral, tegangan lenturnya nol. Itu berarti padabangunan tinggi, kolom di tengah bangunan tidak efektif menyumbang kekakuanpada sistem penahan lateralnya. Fungsi hanya menerima beban gravitasi ke pondasi.Untuk memberdayakan kolom atau elemen-elemen struktur vertikal di bagian tepibangunan itu maka dibuat sistem out-trigger, belt-truss, mega-truss, perimeter tube,modular tube, dan lain-lainnya. Sistem tube mensyaratkan struktur perlu dianalisissebagai suatu struktur ruang (space frame) secara keseluruhan (global).

Gambar 20. (a) Sistem outrigger dengan core-tengah; (b) Outrigger pada offset core; (c)diagonal ; (d) elemen lantai yang bertugas sebagai outtriger (Taranath 2005)


Penggunaan sistem outrigger atau belt-truss dimaksudkan untuk memberdayakandimensi bangunan seoptimal mungkin agar berperilaku sebagai satu kesatuanseperti kolom kantilever tunggal. Ciri-cirinya akan terjadi gaya tarik dan gaya tekandi sisi perimeter luar (lihat perilaku kolom tunggal Gambar 6). Jadi outrigger danbelt-truss berfungsi menyatukan elemen vertikal (kolom) yang berada di tepi luar.Ingat bangunan tinggi dapat dianalogikan seperti kolom langsing, sehingga perilakulentur dominan. Oleh karena itu gaya / reaksi terbesar terjadi pada sisi luar terjauh.Untuk mempelajari perilaku sistem outrigger atau belt truss, akan ditinjau bangunantinggi dengan sistem tersebut di atap, biasa disebut hat-truss sistem (Gambar 21).

Gambar 21. (a) Denah bangunan dengan belt-truss; (b) deformasi lentur braced-core;(c) Deformasi akhir system (Taranath 2005)Penempatan belt-truss yang kaku di atas gedung menyebabkan kolom perimeterberfungsi sebagai batang tekan atau tarik (Gambar 21c), dan menghasilkan momenkopel berlawanan dengan momen luar akibat gaya lateral. Akibatnya momen luarberkurang, sehingga lendutan lateral yang terjadi juga berkurang.Besarnya lendutan yang dapat direduksi ternyata berkaitan dengan penempatan

belt-truss atau outrigger tersebut. Penempatan di atas bangunan bukanlah yangterbaik. Untuk melihat seberapa efektif lokasi penempatannya maka diperlukanpeninjauan perilaku lentur sebelum dan sesudah diberikan belt-truss tersebut.


(a). Belt-truss di z = L

(b). Belt-truss di z = 0.75L

(c). Belt-truss di z = 0.50L

(d). Belt-truss di z = 0.25L

Gambar 22. Pengaruh penempatan Outrigger terhadap elevasi (Taranath 2005)


Dari perilaku penempatan single-outrigger pada Gambar 22 dapat diketahui bahwapenempatan outrigger di ujung paling atas bangunan bukanlah yang terbaik. Selainitu, jika ditempatkan di bagian paling atas, maka kolom perimeter sepanjang tinggibangunan harus didesain terhadap gaya tarik, meskipun untuk struktur baja baik,karena tidak ada bahaya tekuk, tetapi sambungan tarik menjadi masalah padasistem sambungannya. Selanjutnya Taranath (2005) memberi usulan tinggi elevasioptimum untuk beberapa tipe outrigger sebagai berikut.

Gambar 23. Lokasi optimum outrigger (a) single; (b) double; (c) triple; (d) quadro(Taranath 2005)

8.3.8. Sistem framed-tubeSistem framed-tube secara umum didefinsikan sebagai sistem struktur ruang (3D)yang memanfaatkan keseluruhan perimeter luar bangunan sebagai sistem strukturpenahan lateral. Persyaratan yang diperlukan adalah perlu dibuat suatu strukturseperti dinding tiga dimensi di sekeliling luar bangunan, analoginya adalah tabungatau pipa. Untuk sistem rigid-frame dapat dilakukan dengan menempatkan kolomperimeter secara rapat dan dihubungkan dengan balok tinggi.Meskipun secara teroritis struktur tabung adalah sangat ideal, khususnya untukberperilaku seperti kantilever tunggal, tetapi dalam kenyataannya perilaku yang adarelatif kompleks. Permasalahannya adalah digunakannya sistem rigid-frame, yangternyata kekakuan lentur penampang tunggal lebih dominan daripada sebagai suatukesatuan. Pelajari kembali illustrasi yang ada pada Gambar 6 dan 7. Dampaknya


disebut shear-lag, yang cenderung mengubah distribusi reaksi kolom perimeter.Akibatnya kolom pojok pada perimeter akan menerima gaya reaksi yang lebih besardibanding kolom perimeter di bagian tengah. Lihat Gambar 24c.

Gambar 24. Framed-tube (a) Denah; (b) Perimeter; (c) Reaksi kolom perimeter

Frame tube yang mengandalkan rigid-frame untuk bekerja seperti dinding perimetertabung, tidak efisien karena pengaruh shear lag. Oleh karena itu frame-tube dipakaipada bangunan 50 60 lantai, kecuali jika dapat diusahakan kolom-kolom perimeteryang sangat rapat seperti halnya yang digunakan pada gedung WTC (World TradeCentre), New York. Sistem frame-tube ternyata dapat dipakai untuk gedung sampai109 lantai. Tetapi konsekuensi pakai sistem tersebut, jarak tipikal kolom perimeteratas adalah 3.333 ft (1.0 m) sekeliling bangunan, detail lihat Gambar 25 dan 26.


Gambar 25. Detail perimeter atas gedung WTC (http://911research.wtc7.net)

Gambar 26. WTC saat konstruksi medio 1966 1970 (http://911blog.yweb.skl)


8.3.9. Sistem trussed-tubeUntuk mendapatkan kekakuan perimeter dengan sistem frame-tube sebagaimanahalnya gedung WTC tentu tidak mudah. Perlu dukungan kuat dari arsitek, karenauntuk efektivitas sistem diperlukan kolom-kolom perimeter yang sangat rapat. PadaWTC dengan jarak 34 dan kolom 12 maka jarak bersih antar kolom hanya 22atau 0.66 m atau selebar jendela saja. Itu hanya bisa terjadi jika arsiteknya memangmenghendaki, kalau hanya dari sisi engineer pasti tidak akan terwujud.Untuk mengatasi permasalahan jarak kolom perimeter yang rapat, maka strategipeningkatan kekakuan sebelumnya dapat digunakan, sistem rigid-frame diubah kebrace-frame. Hanya saja brace atau batang diagonal yang dimaksud harus dapatditempatkan di sekeliling perimeter bangunan. Lihat Gambar 27 di bawah.

Gambar 27. (a) Tube building with multistory diagonal bracing; (b) rotated square tubewith super diagonal (Taranath 2005) dan Bank of China Hongkong (kanan)Konsep brace atau batang diagonal memang populer digunakan pada bangunan daribaja. Itu disebabkan batang diagonal akan memikul gaya tarik suatu saat, dan gayatekan di saat yang lain. Baja kuat terhadap tarik dan tekan, sedangkan beton hanyamengandalkan tulangan baja terpasang, sehingga perlu tempat yang mencukupi olehkarena itu sistem brace-frame akan digantikan dengan sistem shear-wall.


Dengan jumlah lantai dan ukuran keseluruhan yang besar, gedung beton bertulangjuga dapat dibuat brace-frame. Caranya, kolom perimeter beton bertulang dibuatrapat, juga baloknya, kemudian pada lobang-lobang antara kolom-balok tersebutdapat dibuat dinding pengisi yang penempatannya diagonal (lihat Gambar 28).

(a). Wang Building, New York (b). Onterie Center, ChicagoGambar 28. Trussed-tube beton bertulang

8.3.10. Sistem bundled-tube.Analogi tabung langsing, tahanan momen paling efektif terhadap beban lateral jikadipikul oleh mekanisme lentur. Ciri-cirinya, sisi-sisi luar perimeter mengalami gayatekan dan gaya tarik sekaligus, yang menghasilkan momen kopel. Padahal besarnyamomen kopel ditentukan oleh jarak antara gaya-gaya kopel tadi. Itu berarti luasandasar bangunan bertingkat menentukan efektifitas tahanan lateral.Sisi lain pemakaian tabung tunggal menghadapi permasalahan shear-lag, kalaupundapat dipakai brace, diperlukan elemen berukuran besar, tentu saja akan kesulitandalam detailing. Untuk mengatasi hal tersebut, dengan harapan dapat memperbesarluasan dasar bangunan sekaligus mengurangi efek shear lag, maka penggabunganbeberapa sistem tabung yang relatif kecil menjadi satu kesatuan dapat dipilih.


Gambar 29. Bundled-tube: (a) denah (b)brace-tube; (b) frame-tube. (Taranath 2005)

Gambar 30. Struktur bundled-tube: Sear Tower, Chicago, tinggi bangunan ( 443 m)


8.4. Hubungan Bangunan, Tanah, Gaya Gempa dan Angin.8.4.1. Perilaku dinamik gempa pada bangunan tinggiPerilaku bangunan ketika gempa adalah permasalahan dinamik (getaran). Gerakangempa di tanah tidak menyebabkan kerusakan seperti impak atau tumbukan, atautekan seperti angin. Tetapi percepatan tanah menimbulkan gaya inersia dari massabangunan. Penambahan massa bangunan menimbulkan dua hal, pertama adalahtambahan gaya inersia, kedua menimbulkan efek P-, sehingga terjadi tambahanmomen akibat adanya deformasi lateral yang relatif besar. Distribusi deformasidinamik akibat gerakan tanah saat gempa dan lama gerakannya merupakan halpenting dalam perencanaan terhadap gempa. Meskipun durasi gempa kuat adalahpenting, tetapi tidak tersirat langsung dalam code yang ada (Taranath 2005).Secara umum, respon bangunan tinggi terhadap gempa berbeda dibanding bangun-an rendah. Besarnya gaya inersia selama gerakan gempa di tanah tergantung dari :[1] massa bangunan; [2] akselerasi tanah; [3] kondisi tanah pondasi di bawahbangunan dan [3] karakteristik dinamik bangunan itu sendiri (lihat Gambar 31) .

Gambar 31. Gambaran skematik gaya gempa (Taranath 2010)Jika bangunan dan tanah pondasi sangat kaku, bangunan mengalami akselerasi (a)sama dengan tanahnya, maka gaya inersia F, sesuai hukum Newton (F = m.a),dengan m, massa bangunan. Untuk struktur yang mengalami deformasi relatif kecil,deformasi cenderung mengurangi besarnya gaya inersia yang timbul (F < m .a).Bangunan tinggi relatif lebih fleksibel dibanding bangunan rendah sehingga akanmenerima akselerasi yang lebih kecil. Tetapi bangunan fleksibel yang menerimagerakan percepatan tanah dalam waktu yang lama dapat menghasilkan gaya inersialebih besar (F > m.a) jika periode getarnya berdekatan dengan gelombang tanah.


Jadi, besarnya gaya lateral gampa bangunan bukan sekedar fungsi dari akselerasitanah saja, tetapi dipengaruhi oleh respons struktur itu sendiri dan pondasi-nya.Hubungan perilaku bangunan dan pergerakan tanah akibat gempa juga ditentukanoleh perioda getar bangunan yang dirumuskan dengan respons spektrum.Sebelum membahas respons spektrum, ada baiknya dibahas dahulu periode getarbangunan (T). Dari rumus analisa dinamik diketahui parameter yang berpengaruhadalahmassa (m) dan kekakuan (k) bangunan, sebagai berikut : kmT /2 .Jadi bangunan rendah dimana massa relatif kecil dan k relatif besar maka waktugetarnya pendek, sedangkan bangunan tinggi yang sebaliknya, akan panjang.Respons spektrum adalah pengganti parameter percepatan (a) pada rumus Newton(F = m . a). Dengannya, pengaruh gempa pada bangunan yang tergantung juga olehperilaku pondasi, jenis dan tipe bangunan dapat dihitung memakai grafik tunggal.Dari rekaman gerakan tanah yang ditinjau dengan beberapa prosentasi nilai dam-ping kritis, maka pada suatu grafik respons spektrum akan diketahui hal-hal yangberkaitan dengan respons gempanya, seperti akselerasi, kecepatan dan deformasiuntuk berbagai cakupan (spektrum) perioda getar bangunan.

Gambar 32. Illustrasi bergambar suatu Respons-spektrum (Taranath 2005)Jadi respon spektrum (Gambar 32 dan 33) dapat dilihat sebagai suatu grafik tunggalyang menunjukkan berbagai respon dinamik sederetan kantilever pendulum yangbervariasi linier perioda getarnya terhadap rekaman pergerakan gempa tertentu.Respon maksimumnya kemudian dicatat pada grafik respons spektrum tersebut.


Gambar 33. Konsep response spektrum (Taranath 2005)Jika respons percepatan pada respon spektrum dapat menunjukkan besarnya gayagempa pada bangunan, maka disimpulkan juga bahwa semakin tinggi bangunannyamaka gaya gempa yang terjadi adalah relatif lebih kecil. Padahal di sisi lain, anginberbeda. Semakin tinggi, kecepatan angin juga bertambah (lihat Gambar 34).

Gambar 34. Profil kecepatan angin di berbagai daerah dan ketinggian (Taranath 2005)Jadi bisa saja pada suatu kondisi ketinggian tertentu, gaya gempa yang bekerja padasuatu bangunan tinggi tidak menjadi dominan dibanding pengaruh anginnya.


8.4.2. Pengaruh angin pada bangunan tinggi.Angin bisa menimbulkan masalah pada bangunan tinggi, meskipun tidak terlihatoleh orang di bawahnya, tetapi akan dirasakan penghuninya. Angin menyebabkangetaran, akan timbul bunyi-bunyian mengganggu, pintu / lampu gantung berayun-ayun, dan sebagainya. Jika bangunannya sendiri berayun, penghuni akan merasakanilusi bahwa dunia luar bergerak, menciptakan gejala vertigo dan disorientasi. Jadimeskipun tak ada yang rusak, tetapi menyebabkan bangunan tidak nyaman dihuni.Untuk perencanaan terhadap angin, bangunan tidak dapat dianggap terpisah darisekitarnya. Pengaruh bangunan di dekatnya dan konfigurasi lahan berpengaruh.8.4.3. Perilaku dinamik angin pada bangunan tinggiAliran angin melewati suatu bangunan tinggi dapat disederhanakan sebagai bidanghorizontal dan bervariasi besarnya terhadap tinggi (Gambar 34). Penyederhanaanaliran angin sebagai bidang diperlihatkan pada Gambar 35 berikut.

Gambar 35. Aliran angin pada bidang horizontal (Taranath 2005)Saat aliran angin menerjang halangan, alirannya terbelah dan bergerak menyampingsembari berpusar disebut spiral vortices (Gambar 36), yang menekan bidang tegaklurus arah angin utama. Pada kecepatan sedang, spiral vortices terjadi bersamaan didua arahnya sehingga terjadi keseimbangan. Tetapi ketika kecepatan bertambah,juga karena sifat angin turbulen (tidak linier) maka kejadiannya secara bergantian,terjadi getaran arah tegak lurus arah angin, yang disebut fenomena vortex-shedding.

Gambar 36. Fenomena Vortex-shedding (Taranath 2005)


Jadi akibat angin besar pada bangunan tinggi, akan terjadi deformasi searah anginutama sekaligus deformasi arah tegak lurusnya secara berganti-ganti (vortex-shedding). Pada kecepatan angin yang menyebabkan frekuensi vortex-shedding kira-kira sama dengan frekuensi alami bangunan, akan terjadi resonansi. Pada kondisiseperti itu perubahan kecepatan angin yang berubah relatif sedikit, tidak mengubahkeadaan, resonansi masih terjadi, seakan-akan keadaan menjadi terkunci. Jadikondisi vortex-shedding dikendalikan frekuensi alami. Baru setelah ada perubahankecepatan angin yang signifikan maka proses penguncian berhenti, dan kembalifrekuensi shedding dikendalikan oleh kecepatan angin. Untuk kecepatan angin baikbawah atau di atas kisaran tersebut, vortex-sheding tidak akan kritis.Besarnya frekuensi vortex-sheeding untuk menghindari resonansi, dihitung sbb:

DSVf ................................................................................................................................. (2)dimanaf = frekuensi vortex shedding dalam hertzV = kecepatan rata-rata angin pada atap bangunanS = konstanta Strouhal yang tergantung dari bentuk bangunanD = diameter bangunanVortex-shedding terjadi pada banyak bentuk bangunan. Nilai S untuk bentuk yangberbeda dapat ditentukan dengan uji terowongan angin dengan mengukur frekuensishedding pada berbagai kecepatan angin. Cukup sulit mengetahui nilai S yang akuratkarena adanya fenomena penguncian tadi, yang kira-kira sekitar 10% nilai frekuensibangunan yang tepat.Aksi tekanan angin tidak tergantung pada lamanya angin mencapai maksimum dankembali nol lagi saja, tetapi juga tergantung dari periode alami bangunan itu sendiri.Jika waktu yang diperlukan untuk maksimum dan nol, lebih pendek dari waktu getaralami bangunan, maka perilakunya dinamik. Jika waktu angin mencapai intensitasmaksimum dan nol lagi lebih lama dari periode alami bangunan, maka sifatnyastatik. Sebagai contoh, hembusan angin yang mencapai kondisi terbesar dan kembalikosong dalam dua detik menjadi beban dinamik untuk bangunan tinggi yangmempunyai periode alami kira-kira 5 - 10 detik, tetapi untuk hembusan yang sama,yaitu 2 detik adalah beban statik untuk bangunan rendah yang mempunyai periodaalami kurang dari 2 detik.Akibat perilaku angin pada bangunan tinggi yang kompleks, seperti vortex-sheddingdan perilaku dinamis, maka uji terowongan angin menjadi sesuatu yang penting.


8.5. Perilaku Khusus Sistem Struktur Tahan Gempa8.5.1. Sistem struktur dengan dissipasi enerjiUntuk beban gravitasi (beban tetap), beban angin dan beban gempa sedang (gempayang biasa), struktur diharapkan berperilaku elastis (beban hilang, deformasi jugahilang). Tetapi saat gempa besar, yang jarang dan tak terduga, diperbolehkan terjadikondisi inelastis. Strategi ini untuk menjamin keselamatan terhadap gempa yanglebih besar daripada yang diperkirakan oleh code yang ada. Untuk itu perencanaanstruktur tahan gempa harus didasarkan pada metodologi capacity design.Dengan cara capacity design, struktur direncanakan sedemikian rupa sehingga bilaterjadi kondisi inelastis, maka itu hanya akan terjadi pada tempat-tempat yang telahditentukan, yang memang telah direncanakan untuk mengatisipasiknya. Kondisiinelastis yang terjadi juga terkontrol, dan ditempat itulah yang dijadikan sebagaitempat dissipasi energi. Sedangkan bagian struktur lainnya tetap berperilaku elastis.Cara kerjanya seperti sekring (fuse) pada peralatan listrik saat menerima overload.Jadi strateginya, kalaupun kondisi inelastis tersebut menyebabkan kerusakan, makasifatnya lokal, terisolir sehingga dapat dengan mudah diketahui dan diperbaiki.Adanya bagian yang terpisah-pisah, ada elemen struktur yang bekerja secara elastisdan ada elemen struktur lain yang bekerja sampai inelastis. Itu dapat dengan mudahditerapkan pada konstruksi baja yang memang dari awalnya bersifat modul atausegmen terpisah yang tidak monolit. Hal ini tentu saja berbeda dengan konstruksibeton yang alaminya bersifat monolit (beton cast-in-situ). Strategi pada konstruksibeton bertulang adalah mengandalkan detail penulangan khusus, dalam hal iniperilaku inelastis akan terjadi pada baja tulangan yang daktail. Agar beton bertulang

menyongsong era bangunan tinggi dan bentang panja

Documents