menyongsong era bangunan tinggi dan bentang panjang

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-tall maupun 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 Engineering’s 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, negara

Pemilik(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 dan mengacau-balaukan di sanabahasa mereka, sehingga mereka tidak mengerti lagi bahasa masing-masing.


Demikianlah mereka diserakkan Tuhan dari situ ke seluruh bumi, dan merekaberhenti 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 perihal“Publikasi 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 ”coba

dulu”, 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 homes…it elevates the standards of living and adds tothe comforts of life.

That is the engineer’s high privilege.Herbert Hoover, engineer, humanitarian, and 31st U.S. President2 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 di

industri konstruksi / rekayasa secara global, minimnya keterlibatan insinyur sipil

pada kebijakan politik, issue keberlanjutan lingkungan masih kurang, terjadinya

globalisasi di bidang rekayasa, dan sulitnya menarik generasi muda yang terbaik

dan 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 perkotaan

akan membutuhkan penyesuaian yang berkelanjutan. Tuntutan akan energi, air

minum, udara bersih, pembuangan limbah yang aman, dan transportasi akan

mendorong diperlukannya perlindungan lingkungan sekaligus pengembangan

infrastruktur. Masyarakat akan menghadapi ancaman meningkat dari bencana

alam, 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, inovator

dan integrator, pemimpin untuk mengatasi risiko dan ketidakpastian, serta dalam

membentuk 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 ANGIN

8.1. 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-Pasific

Peta 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 struktur

penahan 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 gempa

Besarnya 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 Lateral

8.3.1. 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-Δ pada elemen vertikal (kolom).


Perilaku lateral gedung tinggi dapat dianalogikan sebagai kantilever, dimana untukbeban titik deformasinya Δ = 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 bentuk

fisik 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 terpusat

Deformasi 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 = ½E/(1+)jadi jika = 0.2 (material beton) maka G = ½E/(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 rigid

frame 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 rigid

frame 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 diagonal

Jika 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 diagonal

Adanya 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-frame

Akibat 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 (coupled

shear 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 penempatanbelt-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 3’4” dan kolom 1’2” maka jarak bersih antar kolom hanya 2’2”atau 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 berpengaruhadalah massa (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 Gempa

8.5.1. 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 bertulangdapat berperilaku inelastis yang optimal, maka keruntuhan yang diharapkan adalahlentur. Karena dengan itu, pada kondisi ultimate terjadi sisi tekan (beton) dan sisitarik (baja). Jika keruntuhan aksial tarik, maka beton tidak akan bekerja, sedangkankeruntuhan aksial tekan tidak bisa berperilaku inelastis karena tekuk akan terjaditerlebih dahulu, dan itu sifatnya non-daktail.Selanjutnya bagian mana dari sistem struktur tahan gempa yang bekerja seperti fusedan bagian mana yang tidak, disitulah yang menjadi variasinya. Struktur Special

Moment Frames misalnya, yang akan berfungsi sebagai fuse, tempat dissipasi energigempa, adalah sendi plastis yang terbentuk di balok. Untuk sistem struktur yanglain, yang berfungsi sebagai fuse, bisa berbentuk lain (AISC 2005b, Geschwinder2008). Untuk itu akan ditinjau satu persatu.


8.5.2. Sistem portal daktail : Special Moment Frames (SMF)Ini adalah jenis rangka yang didesain untuk bekerja secara inelastis penuh. Olehkarena itu pada bagian yang akan mengalami sendi-plastis perlu didesain secarakhusus. Cocok dipakai untuk perencanaan gedung tinggi yang masih memungkinkandengan sistem rigid-frame.Struktur rangka harus berperilaku strong-colum-weak-beam agar tidak terjadi sendiplastis di kolom yang dapat menyebabkan story mechanisms.

a). Strong column-weak beam b). Story mechanism

Gambar 37. Perilaku inelastis sistem portal daktail (Hamburger et.al. 2009)

Pada konstruksi baja tahan gempa, jenis sambungan kolom-balok yang akan dipakairangka SMF ini harus didukung data empiris hasil uji laboratorium. Hal ini untukmembuktikan bahwa jenis sambungan tersebut mempunyai kemampuan daktilitasyang mencukupi, yaitu mampu menahan perputaran sudut interstory-drift minimumsebesar 0.04 radian (Section 9.2a AISC 2005b).Beberapa jenis sambungan yang telah dilakukan pengujian adalah sebagai berikut.

a). Prespektif b). Aplikasi

Gambar 38. Reduced beam (Hamburger et.al. 2009)


a). Prespektif b). Aplikasi

Gambar 39. Extended End-Plate (Hamburger et.al. 2009)

Kecuali dua jenis sambungan pada Gambar 38 dan 39, ada beberapa lagi yang dapatdijumpai. Variasi jenis sambungan pada konstruksi baja umumnya terkait metode

pelaksanaan, misal sambungan jenis Reduced Beam memerlukan pekerjaan las dilapangan. Persyaratan tersebut tentu terkait dengan harus disediakannya s.d.m yangkompeten disertai pengawasan ketat. Ini berbeda jika digunakan jenis Extended End-

Plate yang cukup dipasang dengan baut mutu tinggi. Hanya saja jenis sambungan inimemerlukan tingkat presisi fabrikasi tinggi, perlu memakai mesin CNC misalnya.Konsep di atas berlaku pada konstruksi baja, yang ditentukan oleh sambungansebagai bagian terlemah sistem. Maklum, baja pada dasarnya komponen terpisah,produk pabrik yang dirangkai di lapangan dengan sambungan. Untuk konstruksibeton bertulang, konsep kontinyu relatif mudah dibuat. Tetapi material beton padadasarnya material non-daktail, apalagi jika dipakai beton mutu tinggi. Daktilitasnyahanya mengandalkan baja tulangan yang terpasang. Untuk mendapatkan perilakudaktail inelastis, maka keruntuhan yang diharapkan adalah lentur, karena pada satupenampang dapat dimanfaatkan dua sifat bahan sekaligus. Sisi tekan ditahan betondan sisi tarik ditahan baja. Agar daktail, keruntuhan harus dimulai pada bahan yangbersifat daktail terlebihd dahulu. Oleh karena itu penampang lentur harus bersifatunder reinforced section. Tulangan terpasang relatif sedikit, sehingga kalah terlebihdahulu (leleh). Karena gempa bolak-balik, maka betonnya mengalami tarik-tekan,untuk mengurangi resiko spalling dipersyaratkan tulangan sengkang rapat sekaligusmenghindari terjadinya kegagalan geser. Sistem SMF untuk beton dikenal sebagaiSMRF (special moment resisting frame), mensyaratkan pendetailan tulangan kolomdan balok yang khusus sebagai terlihat pada Gambar 40.


Gambar 40. Penulangan daktail untuk portal SMRF (Taranath 2010)

Hal penting dalam pendetailan portal SMRF adalah dihindari memakai sambunganlewatan (lap-splice) di daerah yang berpotensi mengalami kondisi inelastis. Dalamhal ini adalah daerah sepanjang 2 h di depan kolom. Untuk mendapat kepastianbahwa kondisi inelastis hanya terjadi pada balok (bukan kolom), maka portal SMRFmesyaratkan jumlah kapasitas nominal kolom lebih besar dari jumlah kapasitasbalok, yaitu Mnc (6/5) Mnb (sesuai ACI318 – Ps. 21-6-2) .8.5.3. Sistem rangka diagonal khusus: Special Concentrically Braced Frames (SCBF)Sistem rangka diagonal (brace-frame) mempunyai kekakuan lateral lebih tinggidibanding rigid-frame, sehingga efektif dipakai sebagai sistem penahan lateral padabangunan tinggi. Meskipun demikian perilaku keruntuhannya tidak daktail diban-ding rigid-frame. Tentu saja sistem ini hanya dapat diterapkan pada konstruksi baja.Sistem brace-frame yang dipersiapkan khusus terhadap kondisi inelastis (SCBF)dibuat dengan cara bracing-nya dapat bekerja sebagai fuse melalui mekanisme lelehakibat gaya aksial tarik atau tekuk akibat gaya tekan pada batang diagonal saatterjadi gempa besar.


Gambar 41. Mekanisme inelastis SCBFTeoritis memang mudah, masalahnya adalah bahwa pada konstruksi baja bagianyang kritis adalah pada detail sambungan. Jadi jika diharapkan kondisi inelastisterjadi pada elemen batang, maka tentu saja sistem sambungan pada saat itu harustetap pada kondisi elastis (lebih kuat daripada elemen yang disambung).Alternatif lain, kondisi inelastis ternyata dapat dipindahkan pada bagian sambunganbatang diagonal tersebut, khususnya pada gusset-plate boleh terjadi leleh. Bahkanuntuk menghindari gangguan ketika leleh tersebut (proses dissipasi enerji) makabagian gusset-plate yang bertemu pelat lantai harus dipisahkan, sebagaimanaterlihat pada Gambar 42 berikut.

Gambar 42. Sambungan SCBF yang bersifat daktail (Taranath 2005)


8.5.4. Sistem dinding-geser (shear-wall)Sistem penahan lateral brace-frame lebih kaku dari rigid-frame, tetapi itu hanyacocok untuk konstruksi baja. Alternatif untuk beton dapat memakai dinding-geseratau shear-wall. Sistem penahan lateral berupa dinding-geser yang masuk dalamkategori langsing bekerja seperti halnya balok kantilever dimana perilaku lenturnyacukup dominan. Sebagai balok kantilever maka momen terbesar akan terletak padatumpuannya, yaitu bagian dasar dinding, yang menyambung pada pondasi.Hal penting dalam perencanaan dinding-struktur adalah tersedianya sistem pondasikaku untuk menahan momen dari struktur yang bekerja seperti balok-kantilevertersebut. Oleh karena itu secara visual sistem dinding-geser yang baik dapat dilihatdari sistem dan cara penjangkaran tulangan ke pondasinya, sebagaimana terlihatsecara detail pada Gambar 43. Keberadaan sistem pondasi sebagai satu bagian daristruktur dinding-geser tidak dapat diabaikan, bahkan untuk dinding geser daktailharus dapat dipastikan bahwa kekuatan terhadap momen lebih besar dari kapasitaslentur dinding-gesernya. Sehingga dapat dipastikan tidak terjadi kerusakan terlebihdahulu pada sistem pondasinya. Untuk menghindari kerusakan tersebut makasistem pondasi direncanakan berperilaku elastis saat gempa terjadi, sedangkan yangberperilaku inelastis adalah pada dinding-gesernya. Untuk beban guling yang besarkadang perlu dipastikan sistem pondasi tiang yang ada cukup kuat menahan gayatarik, karena kalau sampai terjadi rotasi, apalagi pada sistem-ganda maka prediksielastis yang dilakukan akan berbeda.Pada detail Gambar 43 akan terlihat bahwa sistem pondasinya adalah pondasi tiangpancang yang disatukan oleh suatu pile-cap yang besar, yang ketebalannya jugadiperhitungkan agar dapat diperoleh penjangkaran tulangan dinding geser secarasempuran. Kondisi itu tentu akan sangat berbeda dibanding sistem pondasi untukrangka-kaku biasa. Pada detail tersebut dapat dilihat juga bahwa kekangan tulanganlentur masuk ke dalam pile-cap, khususnya ini untuk mengantisipasi kondisi in-elastis pada saat terjadinya sendi plastis pada dinding geser di bagian bawah.Kesuksesan suatu pendetailan tergantung pelaksanaan di lapangan. Meskipun hasilpenelitiannya sangat baik, tapi saat diaplikasikan banyak kendala tentu perludievaluasi kembali detail tersebut. Bagaimanapun juga, meskipun detail yang dipilihsudah terbukti sukses untuk kasus-kasus sebelumnya, tetapi kalau pelaksanaannyatidak baik (akibat tingkat kesulitan dan tingkat ketrampilan sumber dayamanusianya) maka hasilnya tidak baik.


Gambar 43. Alternatif detail penulangan dinding-geser daktail (Taranath 2005)

8.5.5. Sistem rangka diagonal eksentris: Eccentrically Braced Framed (EBF)Mekanisme kerja sistem rangka EBF adalah memanfaatkan keunggulan brace-frameyang kaku tetapi tidak daktail, dengan rigid-frame yang kurang kaku tetapi daktail.Bagian brace-frame yang bekerja dengan mekanisme gaya aksial dibiarkan dalamkondisi elastis, sedangkan daerah LINK akibat bracing yang eksentris akan bekerjaseperti balok lentur dan dibiarkan terjadi kondisi inelastis (fuse dissipasi enerji).

Gambar 44. Mekanisme inelastik LINK pada sistem EBF (Taranath 2010)


Link bisa ditempatkan di tengah (Gambar 44 kiri) dan tepi (Gambar 44 kanan). Darikeduanya, sistem di tengah lebih banyak digunakan karena momen terbesar yangakan mendekati kondisi plastik tidak terjadi di dekat kolom. Sistem pinggir dimanabalok dan kolom bertemu, jika rigid dan tidak dicheck dengan baik, maka mungkinkolomnya yang akan mengalami kondisi inelastis. Padahal itu harus dicegah.

Gambar 45. Split-K-braced EBF :Detail Link (kiri) dan Tampak (kanan)

8.5.6. Special Truss Moment Frames (STMF)Special Truss Moment Frames (STMF) adalah sistem struktur dengan rangka batang(truss diagonal) atau Vierendeel sebagai elemen horizontalnya. Saat gempa besarada bagian elemen horizontal secara khusus dapat mengalami kondisi inelastis, yangbekerja sebagai fuse (tempat dissipasi energi).

Gambar 46. Perilaku inelastis STMF (Basha and Goel 1996).

Sistem ini cocok digunakan untuk portal dengan bentang besar sedemikian sehinggakekakuan kolom lebih besar dari kekakuan vierendel. Jika tidak maka sendi plastisakan terbentuk pada kolom, dan ini tentunya tidak baik digunakan terhadap gempa.


8.5.7. Buckling-Restrained Braced Frames (BRBF)Sistem BRBF sejenis Concentrically Braced Frames tetapi bracing-nya diganti elemenkhusus, yang mampu berperilaku inelastis baik terhadap tarik maupun tekan. Untukmengantisipasi tekuk maka elemen khusus tersebut terdiri dari batang terbungkussuatu elemen penutup yang dapat mencegah terjadinya tekuk, sehingga ketika adagaya tekan cenderung mengalami leleh saja. Itu menyebabkan perilaku histeretikyang stabil dan mempunyai kemampuan dissipasi energi yang sangat baik.

Gambar 47. Detail dan tampak BRBF (Sabelli and López 2004)

8.5.8. Special Plate Shear Walls (SPSW)Dinding geser umumnya terdiri dari beton bertulang, selain sebagai sistem strukturpenahan lateral, dinding geser juga bisa bekerja sebagai kolom, memikul bebangravitasi. Konsep yang mirip juga dapa diterapkan pada konstruksi baja, strukturrangka diberi dinding pengisi berupa pelat baja di dalamnya, yang diharapkan akanbekerja sebagai fuse dengan mekanisme leleh pelat dan tekuk (tension field action).

Gambar 48. Steel Plate Shear Walls (Seilie and Hooper 2005).

Sistem ini tentu saja tidak bisa bekerja sebagai dinding pemikul beban gravitasi,fungsinya lebih seperti pada plate-girder, yaitu menahan geser. Karena memakaipelat yang relati tipis maka kekakuan tegak lurus bidang perlu dipertimbangkansehingga jarak antar kolom di antara dinding pelat tersebut juga terbatas.


8.6. Sistem Isolasi SeismikPada prinsipnya, sistem isolasi seismik mengurangi respon bangunan terhadapgempa karena memisahkannya dari gerakan tanah saat gempa. Isolasi mengurangidampak gempa dengan cara memperpanjang periode getar dan memperbesar

redaman. Akibatnya pada kondisi baik, sistem isolasi mengurangi drift bangunansampai dua kalinya, bahkan ada sampai lima kali, dibanding sistem biasa.

Gambar 49. Perbandingan respons sistem (a)biasa dan (b)terisolasi (Taranath 2005).

Akselerasi pada bangunan juga berkurang, meskipun itu tergantung karakteristik P- sistem isolasinya. Adanya sistem tersebut akan mengurangi akselerasi atap padabangunan rendah sampai sebesar 60 – 80%. Bagaimana dengan bangunan tinggi,untuk itu ada baiknya dilihat kembali kurva respons spektrum perencanaan gempa.

Gambar 50. Gaya gempa rencana berdasarkan respons-spektrum (Taranath 2005)


Untuk mengetahui prinsip perencanaan gedung sistem terisolasi, lihat Gambar 50,ada empat kurva respons A, B, C, dan D. Dalam hal ini anggap direncanakan gedunglima lantai tumpuan bawah terjepit (belum diisolasi) dengan perioda getar 0.6 detik.Kurva A, paling bawah, menunjukkan gaya gempa rencana sesuai code (IBC 2003atau ASCE 7-02). Kurva B, ke-2 dari bawah, kemungkinan kuat struktur yang terjadisebenarnya. Kuat aktual bangunan bisa lebih besar dari kuat rencana karena banyakhal (Taranath 2005), akibatnya kuat terpasang bisa 1.5 sampai 2.0 kali lebih besardari kuat rencananya. Kurva D, paling atas, menunjukkan gaya lateral gedung bilaberperilaku elastis saat gempa. Namun pada perencanaan tahan gempa, umumnyadianggap sistem struktur akan mengalami kondisi non-linier selama gempa.Sehingga bangunan direncanakan hanya memikul sebagian gaya lateral di Kurva D.Konsekuensi logis, tentunya harus dapat disediakan detail struktur yang dapatmengakomodasi terjadinya kondisi inelastis yang dimaksud. Perbedaan besarnyagaya elastis linier, kurva D, dan kemungkinan kapasitas sesungguhnya, kurva B,menunjukkan besarnya dissipasi enerji yang akan dipikul oleh daktilitas struktur.

Gambar 51. Sistem isolator seismik (Taranath 2005)

Selanjutnya dibandingkan dissipasi enerji yang dibutuhkan bangunan jika dipakaisistem isolasi seismik. Gaya elastis bangunan terisolasi akan berkurang drastisakibat dua hal. Pertama, isolator bangunan bersifat flesibel sehingga periode getarbertambah panjang, misalnya, bangunan biasa (terjepit) perioda getarnya 0.6 detik,ketika dipakai sistem isolasi seismik bertambah panjang jadi 2 – 2.5 detik. Besarnyapengurangan akan terlihat langsung pada kurva respons spektrum di atas.Hal kedua yang berkontribusi terhadap pengurangan gaya gempa adalah redamantambahan yang terjadi, tentu ini tergantung jenis isolator dasar dan viscous damper(jika ada) yang dipilih. Redaman dapat meningkat dari nilai umum (asumsi 5%)


sebesar 20% atau lebih. Kedua hal tersebut membantu mengurangi kebutuhandaktilitas dari struktur yang harus tersedia. Bahkan, bisa saja selama gempa tidakpernah sampai pada kondisi inelastis, tetapi tetap elastis. Itu artinya tidak perlu lagisegi pendetailan yang ketat (rumit). Dengan kata lain, untuk kisaran perioda getar2.0 – 2.5 detik, kekuatan perlu bangunan sangat hampir sama dengan kebutuhanelastis maksimum tanpa reduksi.Gedung bertingkat pada Gambar 52a, adalah gedung yang terletak di kampus NTU,Taiwan. Gedung tersebut sepintas terlihat seperti bangunan tinggi lain. Padahal ituadalah prototipe skala 1:1 gedung tahan gempa sistem isolasi seismik. Keunikanbangunan tersebut dibanding sistem serupa yang telah dibangun, adalah bahwaisolasi atau pemisahan struktur atas dan struktur bawah bangunan tidak berada dibawah, di level pondasi sebagaimana biasa, tetapi berada di lantai dua yang memangsengaja dikosongkan sebagai tempat pemasangan karet isolasi. Gambar 52b,memperlihatkan prototipe detail bearing pad yang berfungsi sebagai isolasi dantulangan beton di atasnya, yang berada di lantai dua, yang sepintas terkesan kosongkarena memang tidak digunakan oleh publik pemakai gedung.

(a). Tampak luar (b). Prototipe Pendetailan Base-isolationGambar 52. Bangunan dengan Sistem Base-Isolation NCREE, di Kampus NTU, Taipei

Pada kondisi elastis, gaya gempa terbesar gedung diakibatkan oleh perioda getarpendek, biasanya bangunan rendah. Untuk periode getar bangunan tinggi, umumnyacukup panjang (lama) sehingga pemilihan sistem isolasi seismik tidak signifikanhasilnya, bahkan akan menemui kesulitan jika ada momen guling akibat angin yangtinggi, yang akhirnya memerlukan kuat tarik pada pondasinya.


9. BANGUNAN TINGGI (TALL BUILDING)

9.1. Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH)Telah dibahas karakter struktur bangunan tinggi terhadap beban lateral, dimanaresiko akibat gempa dan angin bisa sama-sama menentukan. Bahkan bisa saja padasuatu ketinggian tertentu, angin lebih mendominasi dari gempa. Pada bangunanseperti itulah maka istilah bangunan tinggi ini dimaksud. Untuk menjelaskan secaralengkap dan terpadu, perlu mengacu pada CTBUH (http://www.ctbuh.org/), suatuorganisasi nirlaba tingkat internasional yang didukung para profesional di bidangarsitektur, teknik, perencanaan, pengembangan dan konstruksi. Organisasi pertamakali berdiri tahun 1969, oleh Lynn S. Beedle di Universitas Lehigh di Pennsylvaniadan pada waktu itu namanya adalah "Joint Committee on Tall Buildings”, baru padatahun 1976 berganti nama menjadi CTBUH sampai sekarang.

Gambar 53. Logo badan organisasi dunia tentang gedung tinggi (CTBUH 2012)

CTBUH merupakan organisasi internasional terkemuka untuk gedung tinggi dunia,dan menjadi wasit atas kriteria ketinggian bangunan. Mereka pula yang mengukurdan memberi gelar "Gedung Tertinggi di Dunia". Oleh karena itu, dalam membahasgedung-gedung tinggi akan mengacu pada informasi dan publikasi dari CTBUH.9.2. Apa itu Gedung Tinggi ?Pertama kali tentu perlu mengetahui kriteria yang menentukan apa yang dimaksudbangunan tinggi. Ternyata tidak ada definisi pastinya, bangunan dapat menunjukkanunsur ketinggian melalui beberapa aspek atau kategori berikut.a) Kriteria tinggi relatif terhadap lingkungannya

Gambar 54. Ketinggian relatif terhadap lingkungan sekitarnya (CTBUH 2012)


Ketinggian absolut bukan kriteria satu-satunya, tergantung bangunan sekitarnya.Bangunan 14 lantai, bukan bangunan tinggi jika ada di kota Chicago atau Hong Kong,tetapi akan menjadi bangunan tertinggi jika berada di kota kecil, di Jawa misalnya.b) Kriteria tinggi berdasarkan proporsinyaGedung tinggi ternyata bukan hanya tentang tinggi tetapi juga tentang proporsi. Adabanyak bangunan yang tidak terlalu tinggi, tetapi cukup ramping untuk memberikantampilan sebuah gedung tinggi, terutama terhadap lingkungan gedung disekitarnya.Sebaliknya, ada banyak tapak bangunan yang besar atau cukup tinggi tetapi karenaproporsi ukuran luas lantainya dan tingginya maka tidak termasuk bangunan tinggi.

Gambar 55. Kriteria tinggi berdasarkan proporsi ukurannya (CTBUH 2012)

c) Kriteria tinggi berdasarkan teknologi yang digunakanJika bangunan memakai teknologi yang spesifik pada bangunan tinggi (misalnya, liftkecepatan tinggi, bracing penahan angin dll), dapat pula digolongkan gedung tinggi.

Gambar 56. Keberadaan teknologi pendukung (CTBUH 2012)

Meskipun jumlah lantai tidak cukup baik digunakan sebagai indikator ketinggiansuatu gedung, karena tinggi lantai kadang tergantung dari fungsi dan dapat berbedaantara satu dengan yang lainnya (misal, kantor berbeda dengan perumahan), tapibangunan lebih dari 14 atau lebih dari 50 meter tingginya - dapat dipakai sebagaiindikator batas untuk disebut sebagai gedung tinggi.


d). Kriteria bangunan super tinggi

Gambar 57. Kriteria bangunan super tinggi (CTBUH 2012)

Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH) mendefinisikan "super tinggi"sebagai bangunan lebih dari 300 meter tingginya. Meskipun saat ini ada gedungtinggi lebih dari 800 meter, tetapi pertengahan tahun 2011 hanya ada 54 bangunanyang lebih dari 300 meter yang telah selesai dan ditempati di seluruh dunia ini.Catatan : Comcast Center (58 lantai, 297 m), selesai 2008, tertinggi di Philadelphia,Pennsylvania, dan tertinggi ke-15 di USA; CCTV (China Central TV Headquarters)(44 lantai, 234 m), selesai 2008, Beijing, China; Almas Tower (68 lantai, 360 m),selesai 2008, tertinggi ke-3 di Dubai, setelah Emirates Park Towers dan Burj Khalifa.9.3. Bagaimana Gedung Tinggi Diukur ?Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH) mengelompokkan ketinggiangedung berdasarkan bagian atas tertinggi yang diukur. Tentu saja semuanya diukurdari bagian bawah, yaitu dari elevasi terbuka paling bawah yang menjadi pintumasuk gedung tersebut. Tinggi bagian atas yang diukur adalah :a) Tinggi puncak bangunan arsitektur, termasuk menara, tetapi tidak termasukantena, signage, tiang bendera atau peralatan non-arsitektural lainnya. Cara inibanyak dipakai CTBUH menentukan peringkat “World’s Tallest Buildings”.b) Tinggi lantai yang dihuni (terpakai) paling atas.c) Tinggi ke puncak gedung tertinggi, termasuk peralatan non-arsitektural, misalmenara radio dsb.Daftar bangunan tertinggi yang dibuat CTBUH sifatnya tidak absolut, tergantungwaktu tahun pengukurannya. Itu berarti daftarnya bisa berubah-ubah pada tiaptahunnya. Sebagai contoh, daftar yang tercatat sampai tanggal 1 Januari 2011 sbb:


Gambar 58. The World’s Tallest Buildings (Jan. 2011) – puncak arsitektural.

Gambar 59. Gedung tertinggi – lantai hunian paling atas

Gambar 60. Gedung tertinggi – ujung paling atas

9.4. Perbedaan Gedung dan Menara Telekomunikasi (Observasi)Berkaitan dengan gedung tinggi, perlu dibedakan dengan menara telekomunikasiatau pengamat (observasi) yang memang dibuat tinggi. CTBUH dalam hal ini hanyamengevaluasi gedung tinggi, sesuai namanya Tall Building. Untuk membedakannya,adalah didasarkan pada prosentasi lantai terhadap tinggi yang dapat dimanfaatkan.Jika kurang dari 50% dianggap sebagai konstruksi menara dan sebaliknya.


Gambar 61. Kriteria bangunan sebagai menara atau gedung (CTBUH 2012)

9.5. Sistem Struktur Bangunan Tinggi berdasarkan Jenis MaterialMeskipun hanya digunakan dua macam material untuk bangunan tinggi, yaitu bajadan beton, tetapi terkait dengan sistem strukturnya maka dapat dibedakan dalamempat (4) macam material struktur, sebagai berikut : Gedung struktur baja (steel), jika unsur-unsur utama struktur vertikal danlateral, maupun sistem lantainya memakai struktur baja. Gedung struktur beton (concrete), jika unsur-unsur utama struktur vertikal danlateral, maupun sistem lantainya memakai struktur beton bertulang. Gedung struktur komposit (composite), jika dipakai kombinasi keduanya, bajadan beton komposit sebagai elemen-elemen utama struktur, termasuk dalam halini bangunan baja dengan core-wall dari beton bertulang. Gedung struktur campuran (mixed), jika bangunannya memakai sistem strukturyang berbeda, antara bagian bawah dan atasnya, atau sebaliknya.Dari studi CTBUH, pemakaian bahan material gedung tinggi dari tahun ke tahunterjadi perkembangan. Lihat Gambar 62, struktur baja pada awal mulanya sangatdominan. Era 1990 terjadi perkembangan pesat material beton, bahkan dari catatantahun 2010 pemakaian struktur beton bertulang untuk gedung tinggi mendominasi,dan mengalahkan struktur baja. Meskipun dalam hal ini, jelas baja tidak bisaditinggalkan, tetapi berubah menjadi baja tulangan dan profil komposit untukbersama-sama memikul dengan beton. Material baja tidak akan dapat dihilangkan,karena material inilah yang akan menahan gaya tarik pada elemen beton bertulang.


Gambar 62. Trends pemakaian material struktur gedung tinggi (CTBUH 2012)

10. STRUKTUR KOMPOSIT DAN STRUKTUR CAMPURAN

10.1. UmumGedung dengan struktur baja atau beton, bukanlah sesuatu yang asing, termasukistilah komposit, yang umumnya diasosiasikan dengan perilaku balok komposit.Padahal sebenarnya beton bertulang itu sendiri juga adalah struktur komposit juga.Adapun komposit yang dimaksud di sini adalah gabungan profil baja dengan betonbertulang yang disusun untuk bekerja sama agar pemakaian materialnya efisien.Istilah yang cukup baru atau asing didengar adalah struktur campuran. Oleh sebabitu akan dibahas terlebih dahulu perbedaan dan persamaan antara dua sistem itu,yaitu struktur komposit dan struktur campuran.10.2. Struktur KompositPenampang beton bertulang pada dasarnya adalah struktur komposit, yaitu elemenstruktur yang terdiri dari dua macam material berbeda (E berbeda) untuk bersama-sama memikul gaya-gaya. Tidak disebut komposit karena beton bertulang dan betontanpa tulangan perilakunya sangat berbeda. Selain itu tulangan baja yang digunakanadalah juga khusus, hanya untuk sistem beton bertulang saja, tidak bisa dipakaimandiri seperti halnya profil baja. Oleh karena itu material beton yang dirangkaibersama-sama dengan tulangan baja dianggap satu kesatuan, beton bertulang.


Istilah elemen struktur komposit adalah untuk elemen struktur yang menggabung-kan keunggulan beton-bertulang dengan pemakaian profil baja, yang biasa dipakaipada konstruksi baja, untuk bersama-sama memikul gaya-gaya dan momen jika ada.Elemen struktur komposit yang paling banyak dijumpai, untuk konstruksi bangunanmulai dari yang rendah sampai tinggi adalah balok atau slab komposit. Ini wajar sajakarena pemilihan balok komposit memang ditujukan untuk mengantisipasi masalahpada struktur bentang lebar, yaitu terjadinya momen lentur besar. Balok dibebanilentur, sisi tarik ditahan oleh material baja secara efisien, sedangkan bagian desakditahan oleh beton yang berdimensi lebih besar dan mempunyai ketahanan tekukyang lebih baik. Jika dipakai baja pada sisi desak, tidak efisien, karena kegagalantekuk akan terjadi lebih dulu tanpa harus mengalami kelelehan. Jadi penggunaanmutu baja yang tinggi menjadi tidak efisien.Sistem balok komposit paling sesuai diterapkan pada balok pendukung lantai (daribeton bertulang), baik pada bangunan gedung maupun jembatan. Pada sistem baloklantai, agak susah membedakan dari tampilan luar apakah sistem balok baja non-komposit atau komposit. Perbedaan hanyalah ditentukan oleh keberadaan shear

stud atau shear connector yang tertanam pada pelat betonnya, yang menyebabkankedua komponen struktur (profil baja dan lantai beton) berperilaku komposit.

Gambar 63. Sistem Balok Komposit pada Jembatan Standar (Sumber : Trans Bakrie)

Sistem balok komposit pada jembatan di atas, menghasilkan struktur yang sangatefisien, kinerjanya bahkan dapat dibandingkan dengan sistem beton prategang.Jembatan dipilih karena strukturnya simple-beam dan dapat berbentang panjang,kasus masalah yang paling cocok memakai sistem balok komposit.


Agar aksi komposit bekerja optimal, yaitu profil baja menerima tarik dan pelat betonmenerima tekan, maka penempatannya sangat menentukan. Dalam hal ini, pelatbeton umumnya adalah lantai, yang posisinya pasti ada di atas profil balok bajanya.Untuk kondisi itu, akan optimal jika tegangan bagian atas (beton) adalah desak, danbagian bawah (baja) adalah tarik. Itu akan terjadi pada sistem balok sederhana(simple-beam), khususnya untuk antisipasi momen lapangan balok bentang panjang.Sistem simple-beam dengan bentang panjang jarang dijumpai pada gedung tinggi.Kalau ada, umumnya diperuntukkan pada sistem lantai terhadap beban tetap. Untukbalok dengan sistem menerus, dimana momen terbesar di tumpuan maka kondisitegangan jadi terbalik, sisi tarik di atas (beton) dan isi tekan di bawah (baja) padakondisi ini maka aksi komposit tidak efektif, sebaiknya diabaikan saja.Meskipun sistem balok komposit tidak banyak dipakai pada gedung tinggi, tetapistrateginya cocok diaplikasikan pada sistem pelat lantai. Bagaimanapun juga, lantaigedung umumnya adalah beton, karena mempunyai redaman yang baik terhadapgetaran dan bunyi-bunyian. Masalahnya dari segi pelaksanaan, perlu bekisting danwaktu melepaskannya. Masalah diatasi dengan menggunakan pelat corrugated bajasehingga dapat sekaligus berfungsi sebagai bekisting sekaligus tulangan positip. Ituberarti sistem lantai harus mengakomodasi sistem pelat komposit.

Gambar 64. Sistem pelat dan balok komposit pada lantai bangunan

Jadi keunggulan penggunaan pelat komposit adalah juga dalam segi pelaksanaannya,yaitu sebagai bekisting permanen. Adapun kelemahan balok komposit pada sistemmenerus (momen negatif), diatasi dengan penambahan tulangan baja. Sedangkanshear connector yang terdapat pada balok (Gambar 64), tidak sekedar agar menjadibalok komposit, tetapi juga diperlukan untuk menyatukan lantai dengan sistemstruktur utamanya, yaitu agar lantainya dapat bekerja sebagai floor-diaphragm yangmenyebabkan gerakan lateral secara sekaligus pada saat gempa.


Penggunaan lantai komposit memakai pelat corrugated baja menghasilkan perilakuslab satu arah (one-way slab). Kondisi tersebut mempengaruhi konfigurasi balokpemikulnya sehingga sistem balok dan pelat komposit perlu dipakai bersama-sama,seperti yang terdapat pada sistem lantai tipikal gedung Petronas di Kuala Lumpur.

Gambar 65. Struktur komposit di Petronas, Kuala Lumpur (Taranath 2005)

Jadi penggunaan sistem struktur komposit pada gedung Petronas ditujukan untuksistem gravitasi, pada sistem struktur lantainya. Itulah mengapa balok kompositnyalebih banyak berupa balok tunggal (simple-beam). Atas dasar asumsi simple-beamitu pula maka hubungan balok komposit (profil baja) ke core-wall atau rangka betonperimeternya menjadi tidak rumit detailnya, sambungan tipe geser atau tumpu akanmencukupi (Gambar 66). Sistem balok komposit tidak memberi kekakuan lateralpada bangunan, terhadap gempa hanya berfungsi sebagai Floor Diaphragms.Keuntungan sistem balok dan pelat komposit untuk lantainya adalah tidak memer-lukan sistem bekisting dan perancah khusus, sehingga konstruksinya jadi cepat.


Gambar 66. Hubungan profil baja ke dinding beton (Taranath 2005)

Sistem balok dan pelat komposit pada Gedung Petronas sifatnya lokal (memikullantai itu saja), tidak mempengaruhi perilaku struktur keseluruhan, arah vertikalatau arah lateral, maka sistem strukturnya tetap kategori gedung beton.Kecuali struktur balok dan slab komposit, yang lainnya adalah kolom. Ada dua jeniskolom komposit yang biasa dipakai pada konstruksi bangunan. Pertama, profil bajaterbungkus beton bertulang (Gambar 67). Kedua, pipa baja diisi beton struktur.

Gambar 67. Konsep desain kolom komposit (Taranath 2005)

Pada prinsipnya, perilaku dan perencanaan kolom komposit sama seperti kolombeton bertulang biasa, dalam hal ini profil baja dianggap seperti diskrit-diskrittulangan. Adapun motivasi yang mendasari dipilihnya kolom komposit adalah agarjumlah luasan baja pada kolom tidak dibatasi seperti halnya kolom beton bertulang(≤ 4% Ab). Dengan kandungan material baja yang lebih banyak pada kolom tersebutmaka kapasitasnya diharapkan akan meningkat. Selain itu, karena banyak memakaimaterial baja, maka resiko terjadinya rangkak (creep) dapat dikurangi signifikan.


Penggunaan kolom komposit memungkinkan proses pengecoran lantai-lantai secaraparalel. Dalam hal ini, profil baja untuk kolom komposit dipilih sesuai kebutuhanerection, yaitu untuk memikul beberapa lantai di atasnya. Selanjutnya setelah lantaiselesai dirakit dapat dilakukan pengecoran beton beberapa lantai secara sekaligus,termasuk kolom kompositnya. Contoh konfigurasi yang dijumpai di kota Louisianadan Texas (Taranath 2005) dapat dilihat pada Gambar 68 berikut.

Gambar 68. Tube system dengan kolom komposit (Taranath 2005)

Gambar 68 adalah konfigurasi bangunan tinggi dengan sistem framed-tube, kolomperimeternya harus rapat. Untuk konstruksi beton bertulang, proses pelaksanaanharus bertahap, lantai-per-lantai. Oleh karena itu, dipilih sistem rangka baja untukmemikul beban gravitasi, sehingga dapat direncanakan ukuran minimalis. Adapunkolom tengah didesain sebagai kolom komposit, tetapi profil baja yang dipilih cukupuntuk beberapa lantai di atasnya, meskipun sekedar untuk proses pelaksanaan saja.

Gambar 69. Alternatif sistem komposit pada gedung (Taranath 2005)

Elemen-elemen komposit bangunan di atas ditujukan untuk sistem struktur pemikulbeban gravitasi, tetapi sebagian juga sebagai sistem struktur penahan lateral. Olehkarena itu bangunan tinggi di atas memakai sistem struktur komposit.


Implementasi sistem struktur komposit yang lengkap, pada sistem struktur gedungFirst City Tower, di Houston, Texas dalam dilihat secara detail, sebagai berikut:

Gambar 70. First-City Tower (49 lantai), di Houston, Texas (Taranath 2012)

Gedung First-City Tower dibangun tahun 1981, perencana struktur Walter P. Moore& Associate, menarik dibahas selain karena bentuknya yang unik, juga pemakaiansistem komposit lengkap, mulai balok, slab, kolom, bahkan core-wall utamanya.

(i) Kolom komposit (ii) Shear-wall kompositGambar 71. Detail Elemen komposit First-City Tower (Taranath 2012)


Struktur yang terdiri profil dan tulangan baja, serta beton yang dapat bekerja secarasekaligus disebut struktur komposit. Tinjauan bisa lokal (elemen struktur), sehinggadapat ditinjau dari segi penampangnya saja (balok/slab/kolom/dinding-komposit).

Gambar 72. Perilaku komposit dinding geser berangkai (Taranath 2012)

Selain penampang, efek komposit dapat diterapkan dengan cara lain. Pada dinding-geser-berangkai, efek komposit dicapai dengan mengganti balok beton dengan profilbaja, sedangkan dinding dari beton bertulang. Ini dipilih karena balok perangkaiakan mengalami kondisi inelastis akibat momen bolak-balik. Jika dipilih profil baja,detailnya relatif sederhana dan juga lebih daktail, meskipun belum tentu lebih kaku.Gedung dengan sistem penahan lateral memakai elemen struktur komposit disebutgedung dengan sistem struktur komposit. Selain itu, bisa saja tidak ada elemen-elemen komposit yang digunakan, tetapi juga disebut sistem struktur komposit jikaditinjau secara keseluruhan, misalnya ”portal-baja” dan ”dinding geser beton”.

Gambar 73. Sistem struktur komposit (Taranath 2012)


10.3. Struktur CampuranPenjelasan gedung dengan sistem struktur komposit sebenarnya relatif kompleks,maklum banyak variasi dapat berkembang, dari lokal (elemen), juga global (sistem).Pada kondisi khusus, dapat juga dijumpai sistem struktur yang berbeda jika ditinjauterhadap elevasinya yang lain. Lihat Gambar 74 di bawah, sistem struktur bagianatas dari portal baja, sedangkan di bawahnya dari portal beton, atau bisa juga yangdiatas dari brace-frame sedangkan di bawahnya shear-wall. Gedung tinggi sepertiitu, disebut sebagai sistem struktur campuran, bukan sistem komposit seperti portalbaja dan core-wall pada Gambar 73 di atas. Sistem campuran, karena sistem tadidapat bekerja secara mandiri untuk suatu segmen tertentu.

(a) perimeter frame (b) internal lateral systemGambar 74. Sistem struktur vertikal campuran (Taranath 2012)

Ada beberapa alasan dipilihnya sistem campuran. Umumnya karena tahapan kons-truksi yang tidak sama. Untuk itu, sistem struktur atas yang banyak dipakai adalahkonstruksi baja yang berbentuk modul, dibuat di fabrikasi (luar proyek) jadi tinggaldibawa ke lapangan untuk pemasangannya. Prosesnya terkesan sangat cepat.Bisa juga akibat fungsi bangunan berbeda, misal level tertentu untuk kantor yangperlu bentang lebar dan grid ruang tertentu, sehingga sistem rangka baja cocok.Level yang lain, untuk fungsi apartemen dengan grid-grid ruangan bervariasisehingga perlu sistem lantai flate-slab dari beton agar fleksibel sifatnya.


11. ERA GEDUNG MEGA-TINGGI (> 2020)Laju pertambahan tinggi bangunan, ibarat laju perkembangan ilmu pengetahuandan teknologi itu sendiri. Era sekarang ini adalah masa pesat-pesatnya, lihatlah:

Gambar 75. Peningkatan tinggi bangunan dari masa-ke-masa (CTBUH 2012)

Gambar 75 memperlihatkan progres perkembangan teknik rekayasa dan teknologikonstruksi gedung-tinggi. Jika 2010 definisi gedung super tinggi (>300 m) sudahcukup mengakomodasi, maklum hanya 54 buah di seluruh dunia ini. Maka sejakBurj-Khalifa berhasil dibangun (2010), maka peta situasi berubah siginifikan. Untukmemperbandingkannya dapat dilihat gedung-gedung tinggi berdasarkan dekadenya,era lalu (2000), sekarang (2010), dan nantinya (2020), lihat Gambar 76.

Gambar 76. Perkembangan 20 gedung tertinggi tiga dekade terkini (CTBUH 2012)

Dekade 2000 ke 2010 ada peningkatan 17%, selanjutnya dari dekade 2010 ke 2020yang dimulai dengan berdirinya Burj-Khalifa, peningkatannya sebesar 36%. Jadi erasaat ini telah terjadi revolusi ilmu pengetahuan tentang gedung tinggi. Saat inilahterjadi peralihan antara era super-tinggi (300 m) menuju era mega-tinggi (600 m).Melihat kondisi mayoritas penduduk negeri ini, tak terbayangkan masuk kancahperlombaan gedung-gedung tinggi di tingkat dunia. Tapi fakta berbicara lain, namaIndonesia ada tercantum pada daftar nama-nama gedung mega tinggi tersebut.


Gambar 77. Urutan rencana gedung mega-tinggi menurut CTUBH (2012)Dari kiri ke kanan data gedung mega-tinggi ditabulasikan sebagai berikut:Tabel 4. Rincian gedung mega-tingg menurut CTBUH (2012)

No. Nama gedung Realisasi h (m) Lokasi1 Kingdom Tower 1,000 m Jeddah2 Burj Khalifa √ 828 m Dubai3 Ping An Finance Center 660 m Shenzhen4 Seoul Light DMC Tower 640 m Seoul5 Signature Tower Jakarta 638 m Jakarta6 Shanghai Tower 632 m Shanghai7 Wuhan Greenland Center 606 m Wuhan8 Makkah Royal Clock Tower Hotel 601 m Makkah9 Goldin Finance 117 597 m Tianjin10 Lotte World Tower 555 m Seoul11 Doha Convention Center and Tower 551 m Doha12 One World Trade Center 541 m New York City13 Chow Tai Fook Guangzhou 530 m Guangzhou14 Tianjin Chow Tai Fook Binhai Center 530 m Tianjin15 Dalian Greenland Center 518 m Dalian16 Pentominium 516 m Dubai17 Busan Lotte Town Tower 510 m Busan18 Taipei 101 √ 508 m Taipei19 Kaisa Feng Long Centre 500 m Kaisa20 Shanghai WFC √ 492 m ShanghaiMeskipun baru rencana, tetapi bagi insinyur-insinyur yang bermimpi dapat terlibatpada salah satu gedung tertinggi dunia, tentu mendapatkan harapan yang besar.


12. SEKELUMIT FAKTA DI BALIK GEDUNG TERTINGGI DUNIA 2012

12.1. Gedung Beton Tertinggi Saat IniBurj Khalifa (828 m) di Dubai, saat ini (2012) menjadi bangunan tertinggi di dunia.Ketinggiannya melesat 60% lebih tinggi dari Taipei 101 (508 m), yang sebelumnyatelah menduduki singgasana itu selama 6 tahun (2004 – 2010) setelah mengalahkanmenara kembar Petronas Tower (452 m), di Kuala Lumpur.

Gambar 78. Burj Khalifa (828 m) gedung tertinggi di dunia (2012)

Arsiteknya Adrian Smith didukung Bill Baker (structural engineer) dari Skidmore,Owings & Merrill (SOM), Chicago. Kontraktornya Samsung C&T, Besix dan Arabtec.Konstruksi utama beton bertulang, dan baja untuk bagian menaranya. Penggunaanbeton cukup menarik, sepertinya akan menjadi kecenderungan gedung super-tinggiyang lain. Faktor-faktor yang menyebabkannya (Taranath 2010), adalah : Besarnya massa dan rigiditas beton memperbesar redaman dibanding baja, yangakan mengurangi gaya akibat angin pada bangunan super-tinggi. Peningkatan mutu campuran beton semakin baik, dari segi kekuatan (fc) dan

modulus elastisitas (Ec), termasuk SCC (Self-Consolidating Concrete). Beton bertulang secara nature bersifat tahan api (fire resistant) Penggunaan sistem lantai flat-slab, dapat menghasilkan tinggi lantai-ke-lantaiyang sangat minimal dan lebih efisien karena two-way system. Tersedia self-climbing form-work dinding otomatis dari Doka, Austria. Tersedia teknologi pompa beton kapasitas 5500 psi padahal perlunya hanya3000 psi, yaitu buatan Putzmeister, Jerman. Crane sudah tidak diperlukan lagi.


Untuk mengetahui keistimewaan Burj Khalifa, Dubai terkait dengan ketinggiannyamaka akan diperbandingkan dengan bangunan tinggi lain yang tercatat di dunia ini.

Gambar 79. Perbandingan tinggi berbagai objek buatan manusia (2012)

Dari perbandingan di atas, Burj Khalifa tingginya sangat signifikan mengalahkanyang lain, padahal terbuat dari beton bertulang (kecuali menaranya). Keistimewaanyang lain, yang tercatat dari pembangunan gedung Burj Khalifa adalah: Tinggi arsitektur 828 m, jumlah lantai 160, konstruksi mulai 2004 sampai 2010,setara dengan kerja sebanyak 22 juta orang per jam. Tower beton bertulang seluas 280,000 m2 digunakan untuk tempat tinggal dankantor, sebagian juga hotel. Adapun luas tower dan podium adalah 465,000 m2.Luas dasar (site area) adalah 104,210 m2, luasan proyek 454,249 m2. Mutu beton 60 – 80 MPa dan Ec 43,800 N/mm² (maks) sebanyak 250,000 m3(setara 110,000 gajah), tulangan baja perlu 39,000 ton, dinding penutup 83,600m2 kaca dan 27,900 m2 metal (ekivalen 17 lapangan bola). Aluminium yangdipakai setara lima pesawat A380, panjang baja stainless setara 293 kali tinggimenara Eiffel di Paris.Untuk mewujudkan bangunan tertinggi, arsitek dan insinyur SOM, Chicago memakaiprinsip geometri organik triaksial yang bertumbuh secara spiral (lihat Gambar 80).Untuk itu perlu sistem struktur baru, yang dinamakan ”buttressed core”, terdiri daridinding beton mutu tinggi membentuk tiga sayap yang saling menopang satu samalain melalui enam sisi core tengah atau hub hexagonal. Idenya sederhana, core betonmenghasilkan kekakuan torsi, sekaligus pelindung elevator. Tiga sayap menopangcore beton terhadap angin. Untuk menghasilkan satu kesatuan diberikan outriggersdi setiap ketinggian tertentu. Hasilnya denah berbentuk Y, yang ternyata ideal sekaliuntuk bangunan resident dan hotel, karena memberikan keleluasaan pemandanganluar yang terbaik.


Gambar 80. Tampak gedung tertinggi Burj Khalifa, di Dubai (Baker et.al 2010)

Gambar 81. Denah Tipikal Burj-Khalifa (Baker et.al 2010)


Model struktur Burj-Khalifa dianalisis terhadap beban gravitasi (efek P-delta), angin,dan gempa, memakai program ETABS versi 8.4 dari Computers & Structures, Inc.,Berkeley, California. Model strukturnya terdiri RC-wall, link beam, slab, dan sistempondasi (rc-slab raft h = 3.7 m dan bore pile 1.5 m Pijin = 3000 ton), sekaligus jugamenara baja di atas. Model struktur lengkap terdiri dari 73,500 element Shells dan75,000 titik nodal, untuk model struktur lantai tipikal dapat dilihat pada Gambar 82.

Gambar 82. Model Struktur lantai typikal dengan ETABS 8.4

Lendutan lateral akibat angin memenuhi persyaratan umum, dari analisa dinamikdiketahui bahwa ragam pertama (mode-1) berupa deformasi lateral dengan perioda11.3 detik, ragam ke-2 juga deformasi lateral arah tegak lurusnya dengan perioda10.2 detik. Deformasi torsi terjadi pada ragam ke-5 dengan perioda 4.3 detik, yangberarti tidak menentukan perilaku bangunan terhadap pembebanan lateral.Untuk perencanaan gempa, Dubai termasuk pada Zone-2 di Uniform Building Code(International Code Council, 1997), yang berarti daerah gempa sedang (moderate)sebanding kota New York dan Boston. Kondisi tanahnya pada kategori sangat padatatau karang muda. Analisa gempanya berupa analisa respons spektrum khususkondisi tanah di sana. Hasilnya menunjukkan bahwa pembebanan gempa tidakmenentukan perencanaan bangunan tower beton bertulang, hanya bagian podiumdan menara baja di puncak tower yang terpengaruh. Meskipun demikian padaperencanaan bangunan ini telah dilakukan seismic hazard analysis secara khusus,termasuk mempelajari potensi terjadinya bahaya likuifaksi ketika terjadi gempa.


Gambar 83. Tahapan konstruksi yang khusus (Baker et.al 2010)

Material beton mengalami creep (rangkak) dan shringkage (susut), yaitu deformasisebagai fungsi waktu. Karena tower sebagian besar beton bertulang, hanya bagianatas yang menara baja, maka pengaruh rangkak dan susut harus dihitung cermat.Strategi jangka panjang, mengusahakan tegangan tekan akibat beban gravitasi padapenampang yang merata. Caranya ukuran penampang diproporsikan terhadap gayatekan yang ada. Ini mudah, karena proporsi kolom atau dinding menerus, dankonsisten sesuai luasan lantai yang dipikul, tidak ada balok transfer dsb.Untuk mengatasi perpendekan elastis jangka pendek, selama tahapan konstruksidilakukan analisis struktur, lihat Gambar 84. Analisis harus berurutan disesuaikandengan kondisi aktual pelaksanaannya, termasuk umur beton pada konfigurasi yangditinjau. Maklum, umur beton menentukan modulus elastisitas, dan itu parameteryang menentukan besarnya deformasi aksial yang terjadi (ingat E.A). Hasil analisisdigunakan untuk menentukan besarnya kompensasi horizontal dan vertikal.


Gambar 84. Tahapan konstruksi (Baker et.al 2010)

Kompensasi horizontal adalah untuk mengantisipasi adanya distorsi arah horizontalmenuju pusat. Jadi untuk pengecoran lantai di atasnya diperhitungkan kompensasiarah lateral yang mengkoreksi terjadinya distorsi lateral yang terjadi. Deformasilateral tiap lantai dapat terdeteksi jika pemodelan struktur lantainya memakaielement Shell (atau Frame). Jika dipakai diapraghm-floor pada pemodelan lantaiseperti cara lama, maka kondisi distorsi lateral tidak akan terdeteksi.Kompensasi vertikal adalah untuk mengantisipasi adanya distorsi vertikal akibatadanya perpendekan kolom atau wall. Untuk itu diberikan penambahan tinggi, yangbesarnya sebanding dengan beban akibat jumlah lantai di atas yang dipikulnya.Fenomena distorsi akibat perpendekan aksial diperlihatkan pada Gambar 85. Bebandi tengah lebih besar karena jumlah lantainya lebih banyak dibanding pinggir.

Gambar 85. Distorsi akibat perpendekan elastik elemen vertikal

Adanya pengaruh creep dan shrinkage pada struktur beton bertulang itulah yangmenyebabkan proses konstruksi Burj-Khalifa tidak dapat dikerjakan sekaligus padaarah horizontal, yaitu keseluruhan luasan lantainya. Konstruksi dimulai dari bagianyang nantinya akan paling tinggi terlebih dahulu, yaitu bagian tengah, kemudiandisusul oleh lantai-lantai ujung yang nanti ada di bawahnya (lihat Gambar 83).


12.2. Angin dan Bentuk BangunanBurj Khalifa (828 m), begitu tinggi sehingga perioda getar alaminya relatif panjang.Selanjutnya dari kurva respons spektrum gempa (Gambar 33), dengan perioda yangrelatif panjang maka respons struktur terhadap gempa relatif kecil, kalah dominandibanding pengaruh angin. Bahkan untuk angin dengan perioda pendek, yaitu lamawaktu perlu untuk terjadi peningkatan intensitas maksimum ke kondisi nol kembali,jika nilainya kurang dari perioda getar alami bangunan, maka respons strukturterhadap angin akan berperilaku dinamis. Pembebanan anginlah yang menentukan.Pada perencanaannya, bentuk dasar bangunan ditetapkan terlebih dahulu, arsitekdan insinyurnya selanjutnya bersama-sama mengevaluasi hasil uji terowonganangin. Bentuk bangunan dimodifikasi, jadi prosesnya mengandung trial-and-error.

Gambar 86. Uji terowongan angin di RWDI, Gulfp, Ontario (Baker 2010)

Uji terowongan angin oleh Rowan Williams Davies and Irwin Inc. (RWDI) dari Gulfp,Ontario, Canada, sehingga pengaruh dinamik angin dan fenomena vortex-sheddingdapat dievaluasi sekaligus. Akhirnya melalui trial-and-error, bentuk bangunannyadapat dipilih sedemikian rupa sehingga seakan-akan dapat “membingungkan” angin.Lendutannya dievaluasi sesuai batas-batas tolerasi ijin sesuai ISO, Geneva. Hasilnyasangat baik, bahkan tidak diperlukan teknologi dumping device khusus seperti yangdipakai pada gedung Taipei 101, Taiwan, yaitu Tuned Mass Pendulum Damper(Taranath 2005), untuk antisipasi goyangan berlebihan akibat angin.


Uji terowongan angin yang dikerjakan konsultan RWDI, meliputi rigid-model force

balance tests, model aeroelastic, pengukuran tekanan lokal, studi pengaruh anginterhadap pejalan kaki dan lingkungan sekitarnya. Model uji memakai model skala1:500 (lihat Gambar 86); tetapi untuk studi pengaruh angin terhadap pejalan kakimemakai model skala 1:250 agar pengaruhnya dapat dievaluasi secara teliti.Melalui hasil uji terowongan angin maka efek vortec-shedding yang terjadi ketikaangin melewati bangunan tersebut dapat diprediksi (Gambar 86). Terlihat bahwavortec-shedding tidak mempengaruhi bangunan, karena terjadinya di belakang jauh.Itu berarti tidak ada tekanan angin pada arah tegak lurus arah utama angin, hanyatekanan searah angin utama yang perlu diperhitungkan dalam perencanaan. Karenadistorsi akibat angin tidak terlalu banyak, jika dapat dikontrol dengan baik makatentunya kenyamanan hunian akan lebih baik.

Gambar 87. Perilaku angin di sekitar tower Burj Khalifa (Baker 2010)

Untuk mendapatkan stabilitas bangunan terhadap pengaruh angin, maka perencanahanya mengandalkan pada bentuk dan berat sendiri dari bangunannya saja. Olehsebab itu pemakaian beton SCC (self compacted conrete) pada proyek tersebutsangat membantu, mudah dibentuk sesuai kebutuhan dan mempunyai massa atauberat yang memadai untuk menghasilkan pengimbangan terhadap angin.


12.3. Sosok Insinyur Perencana Burj KhalifaBagi awam, tentu tidak terbayang bagaimana bangunan setinggi 828 m, Burj Khalifa,berhasil dibangun dan dapat ditempati manusia. Apalagi bagi awam yang pernahmembaca legenda menara Babel yang terkesan digagalkan oleh Tuhan karena hal itu(menara tinggi yang menggapai langit) tidak dikehendaki-Nya.Padahal jika mau merenungkan lebih mendalam, keberhasilan bangunan tertinggiitu merupakan bukti akan kebesaran Tuhan itu sendiri. Mengapa itu bisa dikaitkan ?Literatur tertua, yang sekarangpun masih dijadikan acuan banyak manusia, yaituAlkitab telah lama mengatakannya:Berfirmanlah Allah: ”Baiklah Kita menjadikan manusia menurut gambardan rupa Kita, supaya mereka berkuasa . . . atas seluruh bumi . . .Kejadian 1:26Bahkan legenda menara Babel, tidak dapat dianggap itu sebagai ketidak-mampuanmanusia untuk berkuasa, sebagaimana ungkapan nats di atas. Bahkan ada suatupernyataan akan dahsyatnya kemampuan manusia tersebut. Baca lagi secara teliti :. . . Ini barulah permulaan usaha mereka; mulai dari sekarang apapun jugayang mereka rencanakan, tidak ada yang tidak akan dapat terlaksana. . . .Kejadian 11:6Jadi nats di atas merupakan bukti tertulis tertua yang menunjukkan bahwa sejakawal mulanyapun, Tuhan sudah menyatakan bahwa manusia itu begitu istimewadiantara ciptaan lainnya, karena memang sebagai gambar diri-Nya.Lalu dimana keistimewaan manusia, dibanding burung dengan sayapnya yang dapatterbang tinggi di udara, ikan dengan siripnya yang dapat berenang cepat di air, kudadengan kakinya yang dapat berlari di darat laksana angin.Secara fisik, manusia itu lemah dibanding ciptaan Tuhan yang lain. Tetapi dibalik ituada sesuatu yang luar biasa, yaitu akal-budi. Dengannya dapat dibuat rencana yangTuhanpun tahu, bahwa tidak ada yang tidak akan dapat terlaksana. [Kejadian 11:6].Jadi berbicara banyak tentang bangunan tertinggi dunia, tidaklah lengkap tanpamencari tahu sosok manusia yang erat dengan pembuatan rencana penciptaan itu.Fokus penciptaan yang dimaksud dikaitkan dengan keterwujudan fisik, tidak seke-dar bentuk atau tampilannya, tetapi kemampuannya atau tepatnya kekuatan dan,kekakuannya untuk berada di alam dunia ini. Berarti itu sosok manusia yang ber-tanggung jawab pada urusan rekayasa. Sosok yang dimaksud adalah :


William F. Baker, PE, SE, FASCE, FIStructEStructural and Civil Engineering Partner Skidmore,Owings & Merrill, LLP, Chicago, US.Education : University of Illinois, MSc., Civil Engineering, 1980 University of Missouri, BSc, Civil Engineering, 1975Award Honorary Doctorate dari Uni Stuttgart, 2011 OPAL Award, dari ASCE, 2011 Gold Medal dari IStructE, London, 2010 Fritz Leonhardt Prize, Uni Stuttgart, 2009 Fazlur Rahman Khan Medal dari CTBUH, 2009.Ternyata sosok penanggung-jawab rencana penciptaan itu adalah sosok yang mem-pelajari dan menguasai ilmu teknik sipil, khususnya structural engineering. Itulahilmu yang Tuhan-pun tahu tidak ada yang tidak akan dapat terlaksana. Tentunyakita semua di sini (kuliah umum di UAJY, Rabu, 9/5/2012) perlu mensyukuri, bahwailmu yang kita pelajari itu adalah istimewa. Dengannya, dunia ini dapat diubah lebihbaik, tentunya jika diaplikasikan secara tepat. Bagaimana itu bisa dilakukan ?W.F. Baker pada Burj Khalifa dikenal akan ide dan pengembangan sistem struktur“buttressed core” yang belum pernah ada dipakai pada gedung tinggi sebelumnya.Selain itu, sebelumnya juga telah dikenal akan inovasi-inovasinya yang lain, sepertiproyek bangunan bentang panjang Korean Air Lines Operations Hangar, VirginiaBeach Convention Center, juga spesial struktur seperti Broadgate-Exchange House.

Gambar 88. Spesial struktur : Broadgate, Exchange House, London – UK (1989)


Perhatikan keunikan rancangan bangunan sepuluh lantai pada Gambar 88, sistempelengkung yang terlihat bukan untuk keperluan arsitektural semata, itu dipilihkarena dibawahnya terdapat rel kereta api yang tidak dapat diganggu gugat. Berartibangunan tingkat sepuluh tersebut berdirinya pada ujung-ujung pelengkung saja.Solusi yang berbeda dibanding bentuk-bentuk bangunan yang umum dijumpai. Ituberarti rancangannya tidak sekedar mengandalkan kemampuan “bisa karena biasa”,tetapi berdasarkan ilmu pengetahuan (teori/model) yang dimiliki dan diyakininyabahwa nanti hasilnya memang akan berkorelasi sama dengan kondisi realnya.Tentang ilmu pengetahuan yang diyakini Baker, yang terbukti andal menghasilkaninovasi-inovasi rekayasa, ternyata tidak ada rahasia khusus. Itu diketahui saat Bakermemberikan kuliah (18 December 2011) di Universitas Illinois, Urbana-Champaign,almamaternya. Pada pidatonya, Baker mengenang dan mengingatkan kembali akanslogan gurunya 30 tahun lalu, Profesor Narby Khachaturian. Slogan yang dimaksudadalah “Theory is Practical”. Teori yang dimaksud adalah teori-teori dasar yangdiajarkan di perguruan tinggi, seperti teori plate-shell, teori elastisitas (linear dannonlinear), metoda enerji, dll-nya, yang semua terkesan tidak praktis pemakaiannya.Padahal dari teori-teori dasar seperti itulah, Baker menyusun hipotesis atas solusikasus-kasus yang dihadapinya. Ternyata itu semua dapat menghasilkan buah-buahpositip, yang bagi orang awam disebutnya sebagai inovasi terkini.Apakah dengan hal-hal di atas sudah mencukupi untuk menjadi seperti W.F. Baker.Ternyata tidak, penguasaan ilmu-ilmu dasar hanyalah modal awal, selanjutnya perluberani menerima tanggung jawab akan masalah-masalah rekayasa yang ada. SebagaiPartner di konsultan rekayasa SOM, Chicago, tentulah kesempatan yang istimewa.Masalah-masalah rekayasa pelik kelas dunia akan otomatis berdatangan. Nah disituakan ada titik temu antara “supply and demand”. Jadi tidak heranlah jika kemudianada kolaborasi dengan arsitek-arsitek terkenal dan menghasilkan berbagai inovasi.Jika hanya itu yang dikerjakan W.F. Baker, maka pastilah yang dikenal hanya SOM,kantor tempatnya bekerja. Tidak akan ada penghargaan khusus secara personal. Itusemua ada karena W.F Baker ternyata juga aktif dengan banyak kegiatan organisasiprofesional dan institusi pendidikan tinggi, sebagai pembicara sekaligus penulistentang ide-ide yang dikembangkannya. Dia menulis secara rutin pada jurnal ataumajalah ilmiah di bidang rekayasa struktur, bahkan sudah ada sekitar 50 tulisannyatentang proyek-proyeknya maupun penelitiannya terkait dengan optimasi struktur,pengaruh angin dan stabilitas. Itulah profil insinyur struktur yang ideal untuk ditiru.


13. PARTISIPASI INDONESIA DALAM ERA MEGA-TINGGIJika hanya menyimak berita nasional negeri ini, seperti bagaimana gigihnya rakyatmenolak rencana kenaikan harga b.b.m sebesar 0.15$ per liter, tentu merasa bahwayang namanya era mega-tinggi tentunya bukan di negeri ini, Indonesia. Ternyataadalah tidak terduga, jika salah satu anak negeri ini ada yang mampu mewujudkandiri terlibat dan menjadi bagian dari era mega tinggi tersebut. Luar biasa tentunya.Sebagaimana ada pada daftar gedung mega-tinggi yang dilansir CTUBH, pada urutanke-5 tercantum gedung Signature Tower Jakarta (638 m) akan ada di Jakarta.

Gambar 89. Signature Tower Jakarta (638 m), rencana

Meskipun gedung di atas masih dalam tahap desain, dan terlihat belum adanya aksinyata di lapangan tapi kemungkinan terwujudnya akan lebih besar dan lebih cepatdari mimpi bangsa ini akan jembatan bentang panjang penghubung Jawa-Sumatera.


Ini dimungkinkan karena adanya perbedaan karakter proyek gedung dan jembatan.Sebagaimana diungkapkan pada Tabel 2, gedung bersifat lokal, dapat dimiliki swastadan pengaruhnya terhadap lingkungan tidak sebesar proyek jembatan. Jadi ketikaproyek jembatan Jawa-Sumatera dalam tahap sosialisai maka bisa saja proyekgedung tinggi ini berjalan, tanpa harus menunggu kesiapan yang lain. Ini bukti jugabahwa untuk mewujudkannya tidak perlu harus menunggu kesiapan bangsa iniakan kemampuan rekayasanya. Jujur saja, meskipun di Jakarta akan ada bangunantertinggi di dunia ke-5, tapi itu hasil pemikiran rekayasa bangsa lain. Perlu diketahuibahwa arsiteknya adalah Smallwood, Reynolds, Stewart, Stewart & Associates, Inc.(http://www.srssa.com) berbasis di USA, arsitek lokalnya (Indonesia) yang akanmembantu adalah PT. Pandega Desain Wehanma (http://www.pdw-architects.com).Bagi sarjana teknik sipil, yang ingin diketahui pada proyek tersebut tentunya adalahperencana strukturnya, Thornton Tomasetti (http://www.thorntontomasetti.com).Konsultan rekayasa struktur yang telah berdiri sejak 1956 di USA dan telah menjadikelas dunia, gedung Taipei 101 di Taiwan, Shanghai World di Shanghai, Petronas

Tower di Kuala Lumpur, yang merupakan gedung ke-2, ke-3, ke-5 dan ke-6 tertinggidunia adalah beberapa dari karya-karyanya. Perlu juga diketahui, bahwa konsultanstruktur lokal yang berkenan mendapat kehormatan mendampingi perancang kelasdunia adalah PT. Gistama Inti Semesta (http://www.gistama.com) di Jakarta.Adapun gedung tertinggi saat ini adalah Burj Khalifa dengan perencana strukturnyaWilliam F. Baker dari Skidmore, Owings & Merrill LLP (SOM), Amerika. Sedangkangedung tertinggi ke-4 dunia, International Commerce Centre Hongkong, perencanastrukturnya Arup, yang berkantor pusat di Inggris.Adanya kesempatan dalam waktu dekat ini bahwa gedung mega-tinggi akan segerahadir di Indonesia, tentunya perlu disikapi dengan baik. Bagaimanapun juga, tidaksetiap negara punya kesempatan terlibat dalam pembangunan gedung seperti itu.Jadi bagi anak-anak muda calon engineer yang punya idealisme tentu akan melihatbahwa ini kesempatan baik belajar dan menguasai teknologi di era mega-tinggi tadi.14. KESIMPULAN DAN PENUTUPUraian makalah dimulai dengan membahas kesiapan sarjana teknik sipil menjadiinsinyur yang baik, dan tidak sekedar tukang kelas satu. Insinyur adalah profesionalyang memandang suatu penyelesaian masalah berdasarkan ilmu pengetahuan danteknologi. Adapun tukang, lebih mengandalkan pada ketrampilan dan pengalaman,


yang mana itu semua dapat diusahakan secara tekun dengan falsafah ”bisa karena

biasa”. Kompetensi tukang kelas satu jelas tidak bisa diabaikan, keberadaannya jugapenting, khususnya untuk kasus-kasus yang mirip dan ingin diulang secara repetisi.Adapun insinyur penting karena mampu menangani kasus yang belum tentu pernahdikerjakan sebelumnya, sebagaimana yang diharapkan pada era pembangunangedung tinggi dan jembatan bentang panjang nantinya. Dengan adanya kemampuaninsinyur maka harapannya kita bisa mandiri, tidak tergantung dari bangsa lain.Materi bangunan tinggi dan bentang panjang ternyata sangat luas. Untuk itu tulisanakan dibagi menjadi dua bagian. Pertama, makalah yang anda baca hanya membahastentang bangunan tinggi, yaitu gedung tinggi, super tinggi dan mega tinggi.Uraian tentang gedung-gedung tinggi, banyak menguraikan pada falsafah dibelakangsistem struktur penahan lateral, khususnya terhadap gempa dan angin. Untukmenutup makalah, dibahas hal-hal manarik seputar gedung tertinggi dunia saat ini(2012), yaitu Tower Burj Khalifa (828 m) di Dubai.Meskipun tulisan ini hanya membahas masalah gedung-gedung tinggi saja, tetapiternyata masalahnya cukup kompleks, tidak sederhana. Itu pula yang menyebabkan,meskipun dalam waktu dekat, di Jakarta akan dibangun gedung tertinggi ke-5 dunia,tetapi semuanya itu masih melibatkan bangsa lain. Kita belum mandiri. Oleh karenaitu diharapkan dengan tulisan ini, akan memicu mahasiswa-mahasiswa yang sedangbelajar ilmu teknik sipil akan termotivasi lebih giat lagi untuk dapat menguasai ilmurekayasa dan akhirnya berhasil menjadi insinyur yang mandiri dan mumpuni.15. UCAPAN TERIMA KASIHUcapan terima kasih disampaikan kepada bapak Ir. Sugeng Wijanto, Ph.D., P.Eng.,Presiden Direktur PT. Gistama Intisemesta, Jakarta, atas informasi terkait proyekSignature Tower Jakarta, yang nantinya akan menjadi bangunan tertinggi Indonesiadan bahkan ke-5 di tingkat dunia. Semoga impian ini menjadi kenyataan.16. DAFTAR PUSTAKAAISC. (2005a). “ANSI/AISC 360-05: Specification for Structural Steel Building”, AISC,Chicago, IllinoisAISC. (2005b). “ANSI/AISC 341-05 : Seismic Provisions for Structural SteelBuildings”, AISC, Chicago, IllinoisBasha, H.S. and Subhash C. Goel. (1996). “Seismic Resistant Truss Moment Frameswith Ductile Vierendeel Segment”, Paper No.487. Eleventh World Conferenceon Earthquake Engineering, Elsevier Science Ltd.


Hamburger, R.O., Helmut Krawinkler, James O. Malley, Scott M. Adan. (2009). “NISTGCR 09-917-3 : Seismic Design of Steel Special Moment Frames: A Guide forPracticing Engineers”, U.S. Department of Commerce and The NationalInstitute of Standards and Technology (NIST)http://911research.wtc7.net/mirrors/guardian/WTC/WTC_ch2.htmhttp://911blog.yweb.sk/55/Fotky-zo-stavby-WTC.htmlhttp://steelconstruct.com/references/fiches/uk/broadgate/Sabelli, R., and Walterio López. (2004). “Design of Buckling-Restrained BracedFrames”, Modern Steel ConstructionSeilie, I.F., and John D. Hooper.(2005). “Steel Plate Shear Walls: Practical Design andConstruction”, April 2005 Modern Steel ConstructionSuriasumantri, J.S. (2006). "Ilmu Dalam Perspektif: Sebuah Kumpulan Karangantentang Hakekat Ilmu", Yayasan Obor Indonesia, JakartaTaranath, B.S. (2005). “Wind and Earthquake Resistant Buildings Structural Analysisand Design”, Marcel Dekker, New York 12701, U.S.A.Taranath, B.S. (2010). “Reinforced Concrete Design of Tall Building”, CRC Press,Taylor & Francis Group, Boca Raton.Taranath, B.S. (2012). “Structural Analysis and Design of Tall Building”, CRC Press,Taylor & Francis Group, Boca Raton.William F. Baker (2011). “Advice to 2011 grads: 'Don't panic. Work the problem”,http://engineering.illinois.edu/news/2011/12/19/advice-2011-grads-dont-panic-work-problemWilliam F. Baker. (2010). “First person - Engineering an Idea: The Realization of theBurj Khalifa, Civil Engineering, March 2010William F. Baker, James J. Pawlikowski, and Bradley S. Young. (2010). “ReachingToward The Heavens”, Civil Engineering, March 2010Tentang Pemakalah

Dr. Ir. Wiryanto Dewobroto, MT., adalah Dosen Profesional dan Lektor Kepala pada mata kuliahanalisa dan perancangan struktur (baja, beton dan kayu), komputer rekayasa, di Jurusan TeknikSipil, Fakultas Desain dan Teknik Perencanaan, Universitas Pelita Harapan,Lippo-Karawaci, Tangerang. Pendidikan S -1 di UGM, Yogyakarta (1989); S2 - diUI, Jakarta (1998); S3 di UNPAR, Bandung (2009) via dukungan promotor Prof.Ir. Moh. Sahari Besari, M.Sc., Ph.D. Profesinya di dunia rekayasa diawalisebagai structural engineer PT. Wiratman & Associates, Jakarta (1989–1994),engineering manager di PT. Pandawa Swasatya Putra Consulting Engineer,Jakarta (1994–1998). Krisis moneter (1998) mengalihkannya berkarya ke duniapendidikan, sebagai guru, peneliti dan penulis. Tentang hal itu, ada puluhanpublikasi, berupa prosiding, jurnal, buku, atau tulisan-tulisan ilmiah populer.Semuanya dapat dilacak, bahkan sebagian dapat dibaca dan download di blog-pribadi-nya, yaitu :

http://wiryanto.wordpress.com

menyongsong era bangunan tinggi dan bentang panjang

Documents