3. KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat rahmat dan
karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik, Tugas
Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program
Sarjana (S1) di Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan,
dukungan, motivasi dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin
menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada :
1. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT. dan Bapak Ir. Robert Panjaitan selaku Dosen
Pembimbing saya yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk
memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas
Sumatera Utara.
4. Bapak dosen pembanding yaitu Bapak Ir. Nurjulisman, Bapak Ir. Mawardi S. ,
Bapak M. Aswin, ST, MT. atas bimbingan, saran, kritik dan penilaian yang
diberikan pada Tugas Akhir ini.
5. Bapak / Ibu Staff pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara
yang selama ini ikhlas dan sabar dalam mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak
didiknya termasuk penulis.
6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil yang telah memberikan
bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Papa dan Mama, terima kasih karena telah memberikan kasih sayang, dukungan dan
semangat yang luar biasa untuk menyelesaikan semua tugas, mata kuliah, dan juga
makanan untuk lembur selama empat tahun ini. Thank you so much, I love you, dad
and mom!
8. Buat ciciku tercinta Veda dan iparku tersayang Mas Dion Hambali, terima kasih buat
dukungan dan doanya, juga untuk saran serta tips untuk karir. Untuk pasangan
pengantin baru ini, saya ucapkan selamat berbulan madu dan cepat punya
4. momongan biar saya segera mempunyai keponakan. Juga adikku tercinta Verin.
You’re all so precious for me!
9. O Ku dan Siau Ku yang memberi dukungan.
10. Teman-teman dan keluarga besar dari “MY Home” yang luar biasa, Nyak Fena dan
Mr. Maxi yang akan married tahun ini, Charles, Wawan dan Cece yang sudah mau
ke Palembang, Steffi, Franky, Lia, Erna, Reffy, Sherly, Andreas, Wendy, Liana,
Marni, Hasan, Maik, Herlinda, Delfin, Dessy, Richard, Vritz, Budi, Susan, Darwin,
AA, Winston, Ci Mega, Ko Maximilian, Dedy, Cindy T, Vecilia yang lagi di KL.
Terima kasih buat dukungan kalian yang luar biasa. Doa-doa yang kalian tabur tidak
akan sia-sia. Be excellent and keep reaching out for the lost!!!
11. Anak-anak yang di Jakarta, Cindy, Ronny dan Heppy yang luar biasa dan senantiasa
mendukung dan mendoakan dari pulau seberang. Love you guys!!! Juga Eka dan Ko
Wang-Wang yang sudah meniti karir di ibukota tanah air (sukses ya!). Herry yang
lagi gencar-gencarnya di Bali.
12. Sammuel Steven yang lagi masa pemulihan di New York, get well soon my lil bro!
13. Pipi my doggy, Titi my kitty dan Jojo my greeny pet yang selalu menemani waktu
mengerjakan Tugas Akhir ini.
14. Rekan-rekan Mahasiswa Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang kompak,
norak dan gokil abis, Erwin, Robert (seperjuangan TA), Marlon, Samuella, Nuel,
Eric, Orry, SPICE (Siska, Indah, Muti, Agus, Grace), Fantastic Five Irigasi (Icha,
Sheila, Rizky, Mario), Trio KP (Acha dan Dian), Ko Andy `02, Fira, Freddy, Citra,
Andy, Dessy, Rio dan yang stambuk `04 lainnya tanpa saya sebutkan namanya satu
per satu yang telah memberikan masukan, semangat dan motivasi yang positif buat
saya.
5. Penulis menyadari manusia tidak luput dari kesilapan dan kesalahan, demikian juga
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki
kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh
karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritik
yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini
dapat memberikan manfaat bagi kita semua khusunya yang bergerak dalam bidang Teknik
Sipil.
Medan, Februari 2009
Penulis
Verik Angerik
6. DAFTAR ISI
ABSTRAK ......................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ....................................................................................... ii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. x
DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xi
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................... I - 1
1.1 Latar Belakang ................................................................. I - 1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................... I - 3
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................. I - 4
1.4 Pembatasan Masalah ........................................................ I - 4
1.5 Metodologi Penelitian ...................................................... I - 6
BAB II TEORI DASAR ........................................................................... II - 1
2.1 Bangunan Tingkat Tinggi ................................................. II - 1
2.1.1. Sejarah dan Perkembangan ..................................... II - 1
2.1.2. Klasifikasi Bangunan Tingkat Tinggi ................... II - 3
2.2 Sistem Outrigger Truss ..................................................... II - 6
2.2.1. Umum .................................................................... II - 6
2.2.2. Karakterisitik Outrigger Truss .............................. II - 9
2.2.3. Aplikasi .................................................................. II - 12
2.2.4. Keuntungan Pemakaian Outrigger Truss .............. II - 13
2.2.5. Permasalahan ......................................................... II - 14
2.2.6. Contoh ................................................................... II - 16
2.3 Aksi dan Penyebaran Gaya pada Bangunan Tingkat
Tinggi ................................................................................. II - 19
7. BAB III RESPON BEBAN ANGIN PADA BANGUNAN TINGKAT
TINGGI ......................................................................................... III - 1
3.1 Beban Angin ...................................................................... III - 1
3.1.1. Kecepatan Angin ................................................... III - 1
3.1.2. Beban Angin dalam Peraturan ............................... III - 2
3.1.3. Arah Angin ............................................................ III - 4
3.1.4. Turbulensi .............................................................. III - 4
3.2 Perhitungan Beban Angin pada Bangunan Tingkat Tinggi III - 4
3.3 Perhitungan pada Bangunan Tingkat Tinggi ..................... III - 8
3.3.1. Kekakuan ............................................................... III - 8
3.3.2. Displacement .......................................................... III - 8
3.4 Lokasi Optimum Penempatan Outrigger Truss pada
Bangunan Tingkat Tinggi .................................................. III - 16
BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN ............................................ IV - 1
4.1 Data Bangunan Tingkat Tinggi ......................................... IV - 1
4.2 Perhitungan Beban Angin ................................................. IV - 3
4.3 Kekakuan .......................................................................... IV - 7
4.4 Displacement ..................................................................... IV - 8
4.4.1. Displacement Model Struktur I ............................. IV - 10
4.4.2. Displacement Model Struktur II ........................... IV - 11
4.4.3. Displacement Model Struktur III .......................... IV - 13
4.4.4. Displacement Model Struktur IV .......................... IV - 14
4.4.5. Displacement Model Struktur V ........................... IV - 16
4.4.6. Pendataan .............................................................. IV - 17
4.5 Inter-storey Drift ................................................................ IV - 30
8. 4.6 Menentukan Lokasi Optimum Penempatan Single
Outrigger .......................................................................... IV - 43
4.6.1. Defleksi Lateral ..................................................... IV - 43
4.6.2. Lokasi Optimum Single Outrigger ....................... IV - 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... V - 1
5.1 Kesimpulan ........................................................................ V - 1
5.2 Saran .................................................................................. V - 2
DAFTAR PUSTAKA
9. DAFTAR GAMBAR
Gambar I.1 Sistem Outrigger Truss pada Bangunan Tingkat Tinggi (Tampak
Samping)
Gambar I.2 Sistem Outrigger Truss pada Bangunan Tingkat Tinggi (Tampak Atas)
Gambar I.3 Model Bangunan 40 Lantai
Gambar II.1 Klasifikasi Sistem Struktur Bangunan Tingkat Tinggi (CTBUH, Group
SC, 1980)
Gambar II.2 Bangunan Tingkat Tinggi dengan Sistem Outrigger Truss
Gambar II.3 Bangunan Tingkat Tinggi dengan Sistem Outrigger Truss yang
Konvensional
Gambar II.4 Transfer Gaya dalam Sistem Outrigger Truss yang Konvensional
Gambar III.1 Karakteristik Kecepatan Angin
Gambar III.2 Kecepatan Maksimum Angin
Gambar III.3 Grafik Beban Angin Berdasarkan Ketinggian Bangunan
Gambar III.4 (a) Displacement Satu Arah
Gambar III.4 (b) Double Flexure
Gambar III.5 Aliran Turbulen
Gambar III.6 Pemodelan dalam Penempatan Outrigger
Gambar IV.1 Bangunan 40 Lantai
Gambar IV.2 Grafik Beban Angin Berdasarkan Ketinggian Bangunan
Gambar IV.3 Distribusi Beban Angin
Gambar IV.4 Core Wall
Gambar IV.5 Distribusi Beban Angin pada Model I
Gambar IV.6 Distribusi Beban Angin pada Model II
Gambar IV.7 Distribusi Beban Angin pada Model III
Gambar IV.8 Distribusi Beban Angin pada Model IV
Gambar IV.9 Distribusi Beban Angin pada Model V
10. Gambar IV.10 Grafik Hasil Displacement pada Model I
Gambar IV.11 Grafik Hasil Displacement pada Model II
Gambar IV.12 Grafik Hasil Displacement pada Model III
Gambar IV.13 Grafik Hasil Displacement pada Model IV
Gambar IV.14 Grafik Hasil Displacement pada Model V
Gambar IV.15 Grafik Perbandingan Hasil Displacement
Gambar IV.16 Grafik Hasil Inter-storey Drift pada Model I
Gambar IV.17 Grafik Hasil Inter-storey Drift pada Model II
Gambar IV.18 Grafik Hasil Inter-storey Drift pada Model III
Gambar IV.19 Grafik Hasil Inter-storey Drift pada Model IV
Gambar IV.20 Grafik Hasil Inter-storey Drift pada Model V
Gambar IV.21 Grafik Perbandingan Hasil Inter-storey Drift
Gambar IV.22 Grafik Defleksi Terhadap Lantai Bangunan
Gambar IV.23 Grafik Lokasi Optimum Penempatan Single Outrigger
11. DAFTAR TABEL
Tabel IV.1 Perhitungan Hasil Displacement pada Model I
Tabel IV.2 Perhitungan Hasil Displacement pada Model II
Tabel IV.3 Perhitungan Hasil Displacement pada Model III
Tabel IV.4 Perhitungan Hasil Displacement pada Model IV
Tabel IV.5 Perhitungan Hasil Displacement pada Model V
Tabel IV.6 Displacement pada Puncak Bangunan
Tabel IV.7 Persentase Pengurangan Displacement
Tabel IV.8 Perhitungan Hasil Inter-storey Drift pada Model I
Tabel IV.9 Perhitungan Hasil Inter-storey Drift pada Model II
Tabel IV.10 Perhitungan Hasil Inter-storey Drift pada Model III
Tabel IV.11 Perhitungan Hasil Inter-storey Drift pada Model IV
Tabel IV.12 Perhitungan Hasil Inter-storey Drift pada Model V
Tabel IV.13 Inter-storey Drift Maksimum
Tabel IV.14 Persentase Pengurangan Inter-storey Drift
Tabel IV.15 Hasil Perhitungan Defleksi Lateral
12. DAFTAR NOTASI
W Besar Beban Angin
K Nilai Kekakuan
A Luasan Penampang
EC Modulus Elastisitas dari Core
d Jarak Antar Kolom
L Tinggi Bangunan
I Momen Inersia dari Core Wall
b Lebar Core
h Tinggi Core
∆n Displacement pada Model n
% ∆ Persentase Pengurangan Displacement
M Nilai Momen
ISD Hasil Perhitungan Inter-storey Drift
% ISD Persentase Pengurangan Inter-storey Drift
x Ketinggian Pemasangan Outrigger Diukur dari Puncak Bangunan
Z Ketinggian Pemasangan Outrigger Diukur dari Tanah
Rotasi dari Kantilever Akibat Beban Angin Secara Lateral Saat Z = L
Rotasi dari Kantilever Akibat Kekakuan
Rotasi Final dari Kantilever Saat Z = L
13. BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Inovasi dalam perencanaan struktur terus menerus dikembangkan dalam mendesain
bangunan tingkat tinggi dengan tujuan dapat menahan beban gempa dan tekanan angin.
Pembangunan gedung bertingkat tinggi dapat dilakukan jika teknik-teknik perencanaan
pembangunan yang digunakan dapat memaksimalkan kapasitas dari bahan-bahan struktur
tersebut. Seiring dengan perkembangan zaman, banyak sistem design dan metode
perencanaan yang terus dikembangkan dalam dunia teknik sipil dan dapat digunakan untuk
merencanakan bangunan tingkat tinggi; salah satunya adalah penerapan dan penggunaan
sistem outrigger truss pada bangunan tingkat tinggi.
Sistem outrigger truss biasanya digunakan sebagai salah satu sistem struktural yang
efektif untuk mengontrol beban yang bekerja secara lateral. Ketika beban lateral yang
tergolong kecil maupun menengah bekerja pada suatu struktur, baik beban angin ataupun
gempa yang menimbukan respons pada bangunan, maka kerusakan struktur secara struktural
maupun non-struktural dapat dihindari. Sistem outrigger ini dapat dan umumnya digunakan
pada bangunan bertingkat tinggi yang juga terletak pada daerah yang merupakan zona gempa
ataupun yang beban anginnya cukup berdampak pada bangunan.
Sistem outrigger truss merupakan salah satu sistem penahan beban lateral yang
umumnya direncanakan dengan profil baja dan dipasang secara diagonal (juga dapat berupa
struktur dinding beton ataupun struktur komposit). Kolom bagian terluar dari bangunan
tingkat tinggi terhubung dengan core wall yang terdapat di bagian tengah bangunan dengan
batang-batang outrigger truss yang bersifat sangat kaku pada satu tingkat atau lebih (Gambar
I.1). Ketika beban lateral bekerja pada bangunan, penekukan pada core wall memutar batang-
14. batang outrigger yang kaku yang juga terhubung dengan core wall serta mempengaruhi tarik
dan tekan pada kolom.
Gambar I.1 – Sistem Outrigger Truss pada Bangunan Tingkat Tinggi
(Tampak Samping)
15. Gambar I.2 – Sistem Outrigger Truss pada Bangunan Tingkat Tinggi
(Tampak Atas)
Outrigger truss yang digunakan pada bangunan tingkat tinggi tidak dipasang pada
setiap lantai. Pemasangan outrigger truss disesuaikan dengan kebutuhan dan perencanaan
dari bangunan tersebut. Umumnya, outrigger truss dapat dipasang hanya pada satu lantai saja
ataupun lebih pada bangunan.
I.2. Perumusan Masalah
Dalam tugas akhir ini akan dibahas penggunaan sistem outrigger truss yang akan
ditempatkan di beberapa lantai pada bangunan beton setinggi 40 lantai, dan pengaruh respon
yang ditimbulkan oleh beban angin terhadap bangunan tingkat tinggi yang menggunakan
outrigger dan yang tidak menggunakan outrigger. Perencanaan beban angin akan
diperhitungkan secara analitis. Dengan program perhitungan EXCEL, lokasi penempatan
Outrigger
Truss
Shear Wall
(Core Wall)
Column
16. outrigger truss yang optimum dan displacement secara lateral serta inter-storey drift dapat
diperoleh.
I.3. Tujuan Penelitian
Dari tugas akhir ini penulis ingin mendapatkan beberapa tujuan akhir, diantaranya:
1. Membandingkan penggunaan outrigger truss pada bangunan tingkat tinggi dengan
bangunan tingkat tinggi yang tidak menggunakannya; dengan menunjukkan
displacement secara lateral akibat dari beban angin.
2. Menunjukkan hasil dari inter-storey drift yang merupakan hasil dari selisih
displacement tiap lantai.
3. Menentukan lokasi optimum penempatan outrigger truss pada bangunan tingkat
tinggi.
I.4. Pembatasan Masalah
Pada penelitian ini permasalahan dibatasi pada :
1. Bangunan yang dianalisis adalah bangunan 40 lantai.
2. Bangunan memiliki core wall 5 m x 5 m dengan ketebalan 50 cm yang mempunyai
ruang 5 m di kedua sisi (Gambar I.3).
3. Bangunan tingkat tinggi yang dianalisis adalah bangunan dari beton, tetapi dianalisis
dalam bentuk portal dua dimensi.
4. Outrigger truss yang digunakan adalah dari baja, tetapi dianalisis dalam bentuk portal
dua dimensi.
17. 5. Outrigger yang akan dimodelkan dalam lima bentuk permodelan berupa single truss
yang artinya hanya satu lantai pada bangunan yang akan dipasang outrigger.
6. Tinggi setiap lantai adalah 3.5 m yang menjadikan tinggi bangunan secara
keseluruhan menjadi 140 m.
7. Perencanaan beban menggunakan peraturan ACI 318 – 08, dalam hal ini hanya beban
angin saja.
8. Bangunan diasumsi sebagai bangunan kelas B berukuran 15 m x 15 m yang berada di
tengah kota dengan masa waktu penggunaan 50 tahun.
9. Karena peninjauan menggunakan beban angin akan menggunakan parameter yang
sangat banyak, maka analisis akan dibatasi hanya dari 5 model bangunan dengan
dimensi yang tetap yaitu dari segi ketinggian per lantai yang tetap, bentang lebar yang
tetap, jumlah lantai sebanyak 40 (tidak dibandingkan dengan bangunan yang lebih
tinggi atau yang lebih rendah dari 40 lantai) dan single truss.
18. Gambar I.3 – Model Bangunan 40 Lantai
5 m5 m 5 m
19. I.5. Metodologi Penelitian
Metode pengerjaan dan pembahasan tugas akhir ini adalah secara teoritis dan analitis.
Adapun tahapan pengerjaannya antara lain:
1. Pengenalan dan pembahasan teoritis mengenai bangunan tingkat tinggi dan sistem
outrigger truss.
2. Pembahasan teori mengenai tata cara menganalisis struktur dengan metode
perhitungan.
3. Pembahasan respon pada bangunan tingkat tinggi yang ditimbulkan oleh beban lateral
seperti beban angin.
4. Analisis dan perhitungan struktur terhadap respon dari beban angin.
5. Membandingkan hasil displacement dari bangunan yang menggunakan outrigger
truss dan yang tidak menggunakannya.
6. Membandingkan hasil inter-storey drift akibat displacement dari bangunan yang
menggunakan outrigger truss dan yang tidak menggunakannya.
7. Menunjukkan lokasi optimum dari penempatan outrigger truss pada bangunan 40
lantai.
8. Menyimpulkan dan menyarankan hasil dari analisis.
20. BAB II
TEORI DASAR
II.1. Bangunan Tingkat Tinggi
II.1.1. Sejarah dan Perkembangan
Walaupun bangunan tingkat tinggi umumnya dianggap sebagai produk dari dunia
internasioanal ataupun negara industri yang maju dan modern, ternyata keinginan manusia
untuk membangun jalan menuju ke langit hampir seusia dengan peradaban manusia. Piramid
kuno di Mesir, kuil Mayan di Tikal, Guatemala dan Kutab Minar di India adalah beberapa
contoh yang nyata dan menjadi saksi dari keinginan tersebut. Gedung pencakar langit dalam
pemikiran modern mulai bermunculan sekitar satu abad yang lalu. Itupun setelah berakhirnya
Perang Dunia II yang menyebabkan arus urbanisasi yang deras serta perkembangan populasi
yang mendesak kebutuhan akan pembangunan gedung tingkat tinggi.
Perkembangan dari bangunan tingkat tinggi mengikuti alur dari kemajuan dan
perkembangan kota. Urbanisasi, yang dimulai seiring dengan gencarnya industrialisasi, masih
terus berjalan di berbagai tempat di dunia hingga saat ini. Di Amerika Serikat, proses ini
bermula dari abad ke – 19. Masyarakat mulai berpindah dari jalur rural (desa) menuju urban
(kota) yang memicu dan memaksa kota untuk meningkatkan daya tampungnya. Teknologi
pembangunan menanggapi hal ini dengan serius; sehingga pada masa ini baja ringan,
eskalator dan lift serta suplai energi listrik juga mulai dikenal dengan dimulainya daya
tampung kota secara vertikal.
Dampak dominan dari bangunan tingkat tinggi terhadap tata kota telah mengundang
banyak kontroversi antara gedung kota dengan bangunan kuno yang bersejarah. Bentuk-
bentuk dari bangunan tingkat tinggi telah mengubah dan membentuk garis-garis langit pada
21. banyak kota di berbagai negara. Namun demikian, semuanya dibangun dan diciptakan
dengan tujuan menyerukan karakteristik dan pernyataan simbol dari kemakmuran dan
kemajuan suatu negara serta perwakilan dari ambisi perekonomian masyarakatnya.
Sistem struktural untuk bangunan tingkat tinggi telah mengalami evolusi yang
dramatis dari beberapa dekade yang lalu hingga pada tahun 1990-an. Perkembangan dan
kemajuan dalam bentuk sistem struktural ini telah menjadi sebuah respon kegerakan menuju
trend arsitektural yang terus berkembang dalam perencanaan gedung tingkat tinggi. Pada
tahun 1980-an, mulai dikenal bangunan tingkat tinggi dengan gaya internasional dan design-
design modern. Gedung-gedung tinggi berbentuk prisma, bergeometri vertikal dan gedung
tinggi beratap rata mulai bermunculan dan menjamur di kota-kota besar serta menjadi umum
dan dikenal masyarakat.
Zaman dan teknologi dunia pembangunan terus berkembang sehingga mengakibatkan
gedung-gedung tinggi semakin beragam bentuknya dengan tampilan dan design yang
semakin luar biasa pula. Hal ini mendongkrak kemajuan dari perkembangan bangunan
tingkat tinggi yang telah menjadi kebutuhan masyarakat sehari-hari (sebagai apartemen,
hotel, perkantoran, sekolah, rumah sakit, gedung serba guna maupun pusat perbelanjaan);
serta meningkatkan perkembangan estetika dunia arsitektural yang berpengaruh pada tata
kota. Sistem struktural yang inovatif seperti megaframe, interior super diagonal braced
frame, hybrid steel, core dan sistem outrigger telah menjadi perwakilan dari sebuah
perkembangan sistem struktural pada bangunan tingkat tinggi.
II.1.2. Klasifikasi Bangunan Tingkat Tinggi
Bangunan tingkat tinggi didefinisikan sebagai bangunan yang ketinggiannya
menciptakan berbagai kondisi pada design, pembangunan dan penggunaannya lebih
22. maksimal daripada bangunan biasa pada waktu dan tempat tertentu. Para insinyur teknik sipil
khususnya ahli struktur harusnya mengetahui dan menyadari pentingnya suatu sistem dari
struktur dapat menahan beban yang bekerja secara lateral, apalagi telah dikategorikan jenis
dari sistem struktural bangunan tingkat tinggi.
Pada tahun 1965, Fazlur Khan menyadari bahwa hirarki dari sistem struktur ini dapat
dikategorikan dengan tujuan dapat menjadi pendekatan yang efektif untuk penahanan beban
lateral (Gambar II.1). Tipe yang pertama merupakan sistem penahan momen yang efisien
untuk gedung bertingkat 20 hingga 30 lantai. Tipe berikutnya merupakan generasi dari sistem
tubular dengan efisiensi dari kantilever yang tinggi. Tampilan bagan dari sistem ini terus
dimodernisasi secara periodik dalam jangka waktu tertentu apabila ada sistem baru yang
ditemukan dan dikembangkan dalam perencanaan bangunan tingkat tinggi.
Proses pengklasifikasian bangunan tingkat tinggi ini didasarkan pada kriteria teknik
dan sistem yang keduanya menjelaskan aspek fisis dan aspek design dari bangunan tersebut,
seperti berikut:
- Material
• Baja
• Beton
• Komposit
- Sistem penahan beban gravitasi
• Floor Framing (balok, slab)
• Kolom
• Truss
• Pondasi
- Sistem penahan beban lateral
23. • Dinding
• Frame
• Truss
• Diaphragm
- Tipe beban lateral
• Angin
• Seismik
- Kekuatan dan kebutuhan kenyamanan
• Drift
• Acceleration
• Ductility
24. Gambar II.1 – Klasifikasi Sistem Struktur Bangunan Tingkat Tinggi
(CTBUH, Group SC, 1980)
TYPEISHEARFRAMES
TYPEIIINTERACTINGSYSTEMS
TYPEIIIPARTIALTUBULARSYSTEMS
TYPEIVTUBULARSYSTEMS
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
120
110
TYPEITYPEIITYPEIIITYPEIV
25. II.2. Sistem Outrigger Truss
II.2.1. Umum
Inovasi dalam perencanaan struktur terus menerus berkembang di dalam perencanaan
bangunan tingkat tinggi dengan tujuan dapat menahan beban dan tekanan angin. Seiring
dengan perkembangan zaman banyak sistem dan metode perencanaan yang dapat digunakan
untuk bangunan tingkat tinggi; salah satunya adalah pengunaan sistem outrigger truss.
Ketika outrigger menjadi salah satu bagian dari struktur yang bersatu dengan
bangunan tingkat tinggi dalam dua puluh lima tahun terakhir; outrigger ternyata mempunyai
sejarah tersendiri dalam pemakaiannya sehari-hari sebagai salah satu unsur struktural. Salah
satu pemakaian sistem outrigger adalah pada kapal layar yang besar.
Kapal layar yang besar pada masa lalu maupun masa ini didapati telah menggunakan
sistem outrigger untuk menahan tekanan angin yang bekerja pada layar kapal. Caranya
adalah dengan menyesuaikannya dengan tonggak layar (mast) yang tinggi dan ramping pada
kapal sebaik mungkin.
Dalam bangunan tingkat tinggi, core wall dapat diidentikkan dengan tonggak layar
dari kapal dan outrigger berperan seperti alat untuk menggelar layar (spreader), sedangkan
kolom terluar dari bangunan berperan seperti tali ataupun rantai penyokong layar pada kapal
(stay ataupun shroud).
Sistem outrigger truss digunakan sebagai salah satu sistem struktural yang efektif
untuk mengontrol beban yang bekerja secara lateral. Ketika beban lateral bekerja pada suatu
struktur, baik beban angin ataupun gempa, maka kerusakan struktur secara struktural maupun
non-struktural dapat diminimalkan. Sistem ini umumnya digunakan pada bangunan
bertingkat tinggi yang juga terletak pada daerah yang merupakan zona gempa ataupun yang
beban anginnya cukup besar berpengaruh.
26. Kerusakan bangunan akibat beban lateral secara konvensional dapat dicegah dengan
memperkuat dan memperkaku struktur bangunan terhadap gaya lateral yang bekerja padanya.
Namun, kerusakan secara non struktural umumnya disebabkan karena adanya inter-storey
drift (perbedaan simpangan antar tingkat). Usaha memperkecil inter-storey drift dapat
dilakukan dengan memperkaku bangunan dalam arah lateral.
Sistem outrigger truss merupakan salah satu sistem pengaku dan penahan beban
lateral yang umumnya berupa profil baja (bisa juga dari beton ataupun komposit). Kolom
bagian terluar dari bangunan tingkat tinggi terhubung dengan core wall yang terdapat di
bagian tengah bangunan dengan outrigger truss yang sangat kaku pada satu tingkat atau
lebih.
Konsep dari pemakaian outrigger truss telah tersebar luas dewasa ini, apalagi di
dalam perencanaan bangunan bertingkat tinggi. Penggunaan outrigger truss pada bangunan
tingkat tinggi di luar negeri apalagi negara maju sudah sangat berkembang. Di dalam konsep
ini, outrigger truss berfungsi sebagai penahan beban lateral yang menghubungkan core
dengan kolom yang terletak pada bagian terluar dari bangunan tersebut. Core yang dimaksud
dapat berupa shear wall ataupun braced frame sesuai perencanaan.
Serupa dengan yang terjadi pada kapal layar, outrigger mengurangi momen yang
berputar pada core yang juga berfungsi sebagai kantilever murni, dan mentransfer momen
yang telah dikurangi ke kolom yang berada di luar core secara tarikan ataupun tekanan.
Pada kapal layar, outrigger dapat mengurangi dampak dari sambungan yang kritis
yang menghubungkan tonggak layar dengan balok pada kapal (keel beam). Akibatnya,
ukuran dari tonggak layar pun dapat diminimalkan. Keuntungan ini dapat diaplikasikan pada
bangunan tingkat tinggi yang didapati sanggup untuk mengurangi momen yang berputar pada
core. Perputaran momen dari penyokong layar (stay) dan tonggak layar (mast) yang
27. diberikan ke balok kapal (keel beam); adalah momen yang sama pada bangunan yang
ditransfer ke kolom terluar pada bangunan tingkat tinggi.
Penggunaan dan efisiensi dari outrigger berakar baik dalam sejarahnya tersendiri.
Outrigger juga telah menjadi salah satu elemen kunci dalam perencanaan bangunan tingkat
tinggi yang efisien dan ekonomis.
Gambar II.2 – Bangunan Tingkat Tinggi dengan Sistem Outrigger Truss
X = Belt Truss X = Outrigger = Core Wall = Exterior Columns
28. II.2.2. Karakteristik Outrigger Truss
Sistem outrigger truss dapat mengefisienkan penggunaan dari material struktur.
Sistem outrigger truss ini memaksimalkan kekuatan aksial dan kekakuan dari kolom bagian
terluar untuk menahan bagian dari perputaran momen yang merupakan efek dari pembebanan
lateral. Namun, tidak hanya itu, beberapa masalah mengenai pembatasan ruang dan
komplikasi secara struktural dapat terjadi seiring dengan penggunaan outrigger truss (akan
dibahas lebih lanjut pada II.2.5).
Dalam konsep outrigger yang konvensional, outrigger truss dihubungkan secara
langsung dari shear wall ataupun braced frame dengan kolom pada bangunan tingkat tinggi.
Secara umum, kolom yang dimaksud adalah kolom yang terletak pada sisi terluar dari
bangunan. Gambar II.3 merupakan bagian yang ideal pada sebuah bangunan tingkat tinggi
yang menggunakan 2 (dua) set outrigger truss, termasuk salah satunya yang berada pada
puncak bangunan.
Kenyataannya, outrigger truss yang digunakan pada bangunan tingkat tinggi tidak
dipasang pada setiap lantai bangunan. Pemasangan outrigger truss disesuaikan dengan
kebutuhan dan perencanaan dari bangunan tersebut. Umumnya, outrigger truss dapat
dipasang setiap 10 atau 20 lantai.
Outrigger truss pada gambar II.3 menunjukkan sebuah bangunan bertingkat tinggi,
dengan diagonal ganda dalam simbol konfigurasi “X”. Jumlah penggunaan batang-batang
outrigger truss dapat bervariasi tergantung dari ketinggian dari bangunan yang akan ditinjau.
29. Gambar II.3 – Bangunan Tingkat Tinggi dengan Sistem Outrigger Truss yang Konvensional
Cara dari kolom terluar dari bangunan menahan bagian dari perputaran momen yang
dihasilkan oleh angin maupun beban-beban lainnya yang bekerja pada bangunan
digambarkan dalan Gambar II.4. Outrigger truss, yang terhubung dengan core dan kolom di
luar core, meregangkan kembali perputaran pada core dan mengkonversi bagian dari momen
pada core menjadi pasangan gaya vertikal pada kolom. Pemendekan dan perpanjangan dari
kolom serta deformasi dari outrigger dapat menyebabkan beberapa perputaran pada core.
Dalam perencanaan umum, perputaran terhitung kecil sehingga core membalikkannya ke
arah bawah outrigger truss.
30. Gambar II.4 – Transfer Gaya dalam Sistem Outrigger Truss yang Konvensional
II.2.3. Aplikasi
Dalam konsep penggunaan outrigger truss yang konvensional, outrigger truss
terhubung secara langsung dengan core dan kolom terluar dari bangunan yang mengkonversi
momen pada core menjadi pasangan gaya vertikal pada kolom. Tetapi di dalam perencanaan
dan aplikasi lapangannya, outrigger truss tidak hanya bisa direncanakan secara independen.
Kenyataannya, untuk merencanakan suatu bangunan tingkat tinggi yang menggunakan
outrigger truss juga dapat dikombinasikan dengan sistem struktural lainya yang juga dikenal
dengan belt truss.
Pada gambar II.2 juga telah diberi gambaran bahwa belt truss merupakan sistem
pengaku yang juga menunjang dan menopang outrigger truss. Sama halnya dengan
perencanaan outrigger truss, belt truss sendiri juga hanya dipasang pada lantai-lantai tertentu
sesuai dengan perencanaan yang telah dibuat. Jadi, dimana batang-batang outrigger
31. diletakkan, dipasang dan direncanakan; maka di sana pula terdapat belt truss yang lebih
sering berupa profil dari baja dan akan mendukung kinerja dari outrigger truss sendiri.
Belt truss tidaklah terhubung dengan core wall yang ada pada bangunan. Belt truss
dipasang dengan posisi mengelilingi seluruh bagian terluar dari struktur yang
menghubungkan kolom-kolom terluar dari bangunan secara horizontal. Belt truss juga hanya
dipasang pada lantai-lantai yang menggunakan outrigger truss saja sebagai penambahan
kekuatan dan kekakuan struktur.
II.2.4. Keuntungan Penggunaan Outrigger Truss
Untuk kebanyakan bangunan tingkat tinggi secara umum, jawaban dari permasalahan
pada struktur core dan sistem tubular adalah daya kerja dari satu atau lebih dari lantai yang
dipasang outrigger. Outrigger menghubungkan core pada bangunan dengan kolom terluar
pada bangunan dengan sistem truss maupun elemen dinding. Sistem outrigger dapat dibentuk
dengan kombinasi baja, beton, maupun struktur komposit. Ketika outrigger telah dipasang
dan diefektifkan dengan baik, maka dapat memberikan keuntungan secara struktural dan
fungsional bagi keseluruhan perencanaan bangunan, diantaranya:
1. Momen yang berputar pada core dan peningkatan deformasi yang terjadi dapat
dikurangi melalui momen yang berputar berlawanan arah yang bekerja pada core
pada masing-masing persimpangan outrigger. Momen ini ditimbulkan dari pasangan
gaya pada kolom terluar yang terhubung dengan outrigger.
2. Pengurangan yang signifikan dan kemungkinan hilangnya gaya ke atas dan gaya
regang melalui kolom dan pondasi.
3. Penempatan jarak kolom terluar tidak didasarkan pada pertimbangan struktural saja
dan dapat dengan mudah dikaitkan dengan pertimbangan estetika dan fungsional.
32. 4. Framing terluar dapat berupa balok biasa yang sederhana dan framing kolom tanpa
harus membutuhkan sambungan frame yang kaku, mengakibatkan perencanaan
bangunan lebih ekonomis.
II.2.5. Permasalahan
Setiap sistem perencanaan dan material struktur tentunya memiliki keunggulan dan
kelemahannya masing-masing. Begitu pula dengan sistem outrigger truss yang mempunyai
beberapa keunggulan, diantaranya dapat mengurangi displacement serta inter-storey drift
akibat beban lateral. Tetapi, hal ini juga tidak terluput dari beberapa kelemahan. Ada
beberapa masalah yang dapat ditimbulkan dalam pengunaan outrigger truss. Masalah yang
ditimbulkan dapat membatasi aplikasi dari konsep di dalam lapangan, diantaranya:
1. Ruang yang termakan akibat pemasangan outrigger truss (terutama bagian yang
diagonal); memakan tempat yang cukup banyak pada lantai dimana outrigger truss
dipasang. Bahkan pada lantai penyimpanan mesin dan perlengkapan, keberadaan
outrigger truss merupakan masalah yang paling utama karena tidak tertutup
kemungkinan bahwa satu lantai yang menggunakan outrigger tidak dapat difungsikan
sebagaimana mestinya.
2. Masalah arsitektural dan fungsional dari bangunan tersebut yang dapat menjadi
pertimbangan karena pengaruh dari pemasangan outrigger truss yang terhubung
dengan core wall pada bagian tengah bangunan.
3. Cara untuk menghubungkan outrigger truss dengan core wall dapat menjadi suatu hal
yang sangat rumit. Tingkat kesulitan akan semakin tinggi apabila sistem core yang
direncanakan adalah shear wall dari beton.
4. Dalam beberapa hal, core dan outrigger truss tidak akan memendek secara bersamaan
karena pengaruh gaya gravitasi. Outrigger truss haruslah sangat kaku agar dapat
33. berfungsi dengan efektif dan maksimal. Outrigger truss dapat mengalami tegangan
yang cukup signifikan ketika mencoba untuk mengontrol perbedaan pemendekan
antara core dan batang-batang outrigger truss. Ketelitian yang tinggi dan biaya
tambahan juga diperlukan dalam permasalahan ini. Selain itu, penyelesaian beberapa
sambungan truss harus ditunda hingga bangunan hampir mencapai puncak
penyelesaian pembangunannya karena lantai bangunan yang menggunakan outrigger
haruslah sangat kaku. Semua usaha ini dilakukan untuk mengurangi masalah yang
terjadi akibat perbedaan pemendekan.
Karena masalah utama terletak pada terbatasnya ruang muat dan gerak akibat
penempatan outrigger truss, maka biasanya lantai yang menggunakan outrigger
dimaksimalkan sebaik mungkin agar tidak menjadi bagian dari bangunan megah dan tinggi
yang tidak berfungsi sama sekali.
Agar dapat menjadi lantai dari bangunan yang efektif dan maksimal, adapun langkah
yang dapat dilakukan sebagai solusi adalah menjadikan lantai-lantai yang menggunakan
outrigger ini menjadi ruangan mesin ataupun genset. Caranya adalah dengan menyesuaikan
ukuran mesin yang akan menempati ruangan yang juga sedikit terhimpit oleh batang-batang
outrigger, agar dapat muat dalam petak-petak ruangan yang terbentuk akibat pemasangan
outrigger truss. Alternatif lainnya yang dapat dijadikan solusi adalah menjadikan ruangan
tersebut menjadi gudang panyimpanan stok barang ataupun tempat penyimpanan barang-
barang ataupun perlengkapan kantor lainnya. Selain itu, bisa dimanfaatkan pula sebagai
ruangan kontrol, ruangan pengawasan keamanan, ruangan kompresor AC ataupun ruangan
panel listrik.
34. II.2.6. Contoh
Penggunaan outrigger truss telah berkembang di dalam dunia pembangunan sejauh
ini, apalagi di negara-negara maju seperti di Amerika Serikat, Australia dan negara industri
lainnya. Di Indonesia penggunaan system outrigger truss belum begitu dikenal karena
kurangnya pembangunan gedung bertingkat tinggi yang signifikan. Berikut merupakan
beberapa contoh gedung-gedung tingkat tinggi di dunia yang menggunakan sistem outrigger
truss untuk membuktikan bahwa dunia pembangunan terus berkembang, diantaranya:
1. Gedung City Spire di New York, Amerika Serikat
- Arsitek : Murphy Jahn
- Struktur : Robert Rosenwasser Associates
- Tahun selesai : 1987
- Ketinggian : 248 m
- Jumlah lantai : 75 tingkat
- Fungsi : Perkantoran dan pemukiman
- Kecepatan angin : 47 m/dtk
- Defleksi lateral maksimum : H/500
- Tipe struktur : Shear wall dengan outrigger pada lantai
transfer dan lantai kantor
- Pondasi : Batu karang, 4 MPa
- Kolom : 56 MPa
- Core : Dinding beton
2. Gedung Chifley Tower di Sydney, Australia
- Arsitek : Kohn,Pedersen, Fox dan Travis
35. - Struktur : Flack and Kurtz Australia dan Thornton-
Tomasetti Associates
- Tahun selesai : 1992
- Ketinggian : 215 m
- Jumlah lantai : 50 tingkat
- Fungsi : Perkantoran
- Kecepatan angin : 50 m/dtk
- Defleksi lateral maksimum : H/400
- Tipe struktur : Braced steel core dengan outrigger pada lantai
5, 29 – 30, 42 – 43
- Pondasi : Batu kali, 5 MPa
- Kolom : Baja, 250 – 350 MPa
- Core : Braced Steel Frame
3. Gedung One Liberty Place, Philadelphia, Pennsylvania, Amerika Serikat
- Tahun selesai : 1988
- Ketinggian : 167,3 m
- Jumlah lantai : 44 tingkat
4. Gedung Figueroa at Wilshire, Los Angeles, California, Amerika Serikat
- Tahun selesai : 1990
- Ketinggian : 218,5 m
- Jumlah lantai : 53 tingkat
5. Gedung Four Allen Center, Houston, Texas, Amerika Serikat
36. - Tahun selesai : 1984
- Ketinggian : 210,5 m
- Jumlah lantai : 50 tingkat
6. Gedung Trump Tower, New York, Amerika Serikat
- Tahun selesai : 1982
- Ketinggian : 202 m
- Jumlah lantai : 58 tingkat
7. Gedung Waterfront Place, Brisbane, Australia
- Tahun selesai : 1990
- Ketinggian : 158 m
- Jumlah lantai : 40 tingkat
8. Gedung Prudential Plaza, Chicago, Illinois, Amerika Serikat
- Tahun selesai : 1990
- Ketinggian : 278 m
- Jumlah lantai : 64 tingkat
9. Gedung Citibank Plaza, Hong Kong
- Tahun selesai : 1992
- Ketinggian : 220 m
- Jumlah lantai : 41 tingkat
10. Gedung Broadway Denver, Colorado, Amerika Serikat
37. - Tahun selesai : 1985
- Ketinggian : 198 m
- Jumlah lantai : 43 tingkat
Gedung-gedung tersebut merupakan bangunan tingkat tinggi yang menggunakan sistem
outrigger. Di Indonesia, penggunaan sistem bracing ini belum terlalu dikenal.
II.3. Aksi dan Penyebaran Gaya pada Bangunan Tingkat Tinggi
Beban-beban yang bekerja pada suatu struktur dapat ditimbulkan oleh alam maupun
oleh manusia sendiri. Oleh karena itu, terdiri dari dua sumber utama untuk pembebanan
bangunan yaitu dari aspek geofisika dan manusia.
Gaya geofisika yang merupakan hasil dari perubahan alam yang terus berlangsung,
dapat diklasifikasikan lagi ke dalam gaya gravitasional, meteorologikal dan seismologikal.
Sebagai akibat dari gravitasi, berat dari bangunan itu sendiri telah menghasilkan gaya
strukturnya tersendiri yang dinamakan beban mati (dead load). Beban ini terhitung konstan
karena berjalan sesuai dengan usia bangunannya.
Beban-beban meteorologikal sangat bervariasi dalam hal bentuk, waktu dan juga
lokasi yang dapat berupa angin, temperatur, kelembapan, hujan, salju maupun es.
Beban-beban seismologikal merupakan dampak dari gerakan tanah atau bumi yang
tidak terprediksi (bencana alam) seperti beban gempa.
Sumber gaya yang diciptakan oleh manusia dapat berupa variasi dari getaran ataupun
tekanan yang ditimbulkan dari mobil, eskalator, mesin dan sebagainya. Ataupun dapat
38. berupa langkah kaki manusia dan juga peralatan yang dapat menghasilkan dampak terhadap
bangunan.
Struktur bangunan bertingkat tinggi yang terdiri dari bidang-bidang vertikal seperti
rangka beserta bidang horizontal berupa struktur lantai. Gaya gravitasi dan lateral disebar
melalui struktur lantai ke bidang-bidang vertikal bangunan, lalu dari bidang-bidang itu ke
bumi. Intensitas arah dan jenis aksi dari aliran gaya bergantung pada bentuk bidang-bidang
vertikal dan juga pada susunannya didalam bangunan.
Pada bangunan tingkat tinggi, kekakuan yang memadai sangat diperlukan untuk dapat
menahan gaya lateral akibat angin ataupun gempa. Gaya-gaya ini menimbulkan tegangan
yang besar dan menyebabkan pergerakan ke samping atau getaran. Dengan demikian, suatu
jenis pengaku harus disediakan pada arah memanjang dan melintang bangunan.
Gaya-gaya lateral disebarkan melalui lantai yang bertindak sebagai balok horizontal ke
bidang-bidang bangunan vertikal yang diperkaku. Selanjutnya bidang-bidang ini meneruskan
gaya ke pondasi. Hanya sambungan geser antara bidang-bidang horizontal dan bidang-bidang
vertikal dapat meneruskan gaya lateral.
Sambungan sendi atau rol di antara bidang-bidang tersebut hanya meneruskan beban
gravitasi. Jumlah dan jenis sistem penyebaran lateral akan menimbulkan besarnya tekanan
yang bekerja pada permukaan tanah. Oleh karena itu, tekanan yang bekerja terhadap tanah
yang melebihi batas harus dihindari.
Sistem rangka kaku dalam pemodelan struktur merupakan suatu rangka struktur yang
gaya-gaya lateralnya dipikul oleh sistem struktur dengan sambungan-sambungannya
direncanakan secara kaku dan komponen strukturnya direncanakan untuk memikul efek dari
gaya aksial, gaya geser, lentur, dan torsi.
39. Gambar II.5 – Contoh Pemasangan Outrigger pada Dearborn Center,
Chicago, Illinois, Amerika Serikat
Exterior Column
Shear Wall
Diagonal to bottom chord connections shall
be left loose for approximately 360 days
after outrigger truss has been installed
40. BAB III
RESPON BEBAN ANGIN PADA
BANGUNAN TINGKAT TINGGI
III.1. Beban Angin
Selain beban gempa, permasalahan beban angin juga menjadi hal yang utama dalam
perencanaan bangunan tingkat tinggi karena berpengaruh pada kekuatan bangunan dan juga
menyangkut masalah kenyamanan (serviceability) dari pengguna bangunan tersebut.
Untuk memahami semua masalah angin dan memprediksi karakteristik angin secara
ilmiah mungkin merupakan suatu hal yang mustahil. Hal ini disebabkan oleh pengaruh beban
angin pada bangunan yang bersifat dinamis dan dipengaruhi oleh beberapa faktor
lingkungan.
III.1.1.Kecepatan Angin
Karakter dinamis dari angin dapat dilihat pada gambar III.1. Kecepatan angin didapat
dari ketinggian spesifik pada bangunan, dengan indikasi dari dua fenomena yaitu kecepatan
angin yang konstan dan kecepatan tekanan angin yang bervariasi. Alhasil, angin mempunyai
dua komponen yaitu statis dan dinamis.
Secara umum, kecepatan angin terus bertambah seiring dengan pertambahan
ketinggiannya, seperti yang ditunjukkan gambar III.2. Tingkat pertambahan kecepatan angin
ini merupakan faktor dari kekasaran tanah, yang awalnya diperlambat dari tanah hingga
makin cepat sesuai pertambahan ketinggian. Semakin banyak halangan pada keadaan
sekeliling (pohon, gedung, rumah, dsb), ketinggian yang diperlukan angin untuk mencapai
kecepatan maksimum (V max) juga semakin besar.
41. Gambar III.1 – Karakteristik Kecepatan Angin
Gambar III.2 – Kecepatan Maksimum Angin
III.1.2.Beban Angin dalam Peraturan
Penelitian secara ekstensif terus dilakukan untuk mendapatkan prediksi dari aksi
beban angin pada bangunan tingkat tinggi. Peraturan bangunan yang dipakai hanya
merupakan pendekatan statis yang membayang-bayangi aksi dinamis dari karakteristik beban
angin. Nilai dari tekanan angin merupakan fungsi persamaan dari kecepatan angin tahunan
dalam satuan mph (mile per hour), 30 kaki (ft) diatas permukaan tanah dengan masa waktu
50 tahun.
Average Actual
TIME
V max
V max
42. Menggunakan rumus dan metode dari referensi VI (High-rise Builiding Structures by
Wolfgang Schueller), tekanan angin yang dihasilkan oleh angin pada suatu bangunan tingkat
tinggi dapat dikalkulasi dengan rumus:
p = 0.002558 CD V2
(III.1)
dimana:
p = tekanan pada muka bangunan (psf)
CD = koefisien bentuk
V = kecepatan maksimum (mph)
Koefisien bentuk CD bergantung kepada bentuk bangunan dan bentuk atap dari
bangunan. Untuk bangunan tinggi berbentuk segi empat, nilai CD nya 1,3, yang merupakan
penjumlahan dari efek tekanan angin 0,8 dan efek hisapan dari angin 0,5. Nilai dari tekanan
angin dapat diperoleh dari persamaan ketinggian bangunan. Dalam hal ini, rumus persamaan
diberikan pada bangunan yang berada pada 30 ft (9,144 m) di atas permukaan tanah dengan
kecepatan angin sebesar 75 mph (33,5 m/s) yang menghasilkan:
p = 0.002558 (1,3) (75)2
≈ 18 psf
Sehingga menghasilkan kode bangunan untuk bangunan tinggi segi empat dengan kecepatan
angin 75 mph (33,5 m/s) yang telah digambarkan dalam grafik sebagai berikut:
43. Gambar III.3 – Grafik Beban Angin Berdasarkan Ketinggian Bangunan
III.1.3.Arah Angin
Semua pergerakan bangunan merespon terhadap arah angin. Ketika sejumlah udara
yang bergerak dalam arah tertentu bersentuhan dengan permukaan bangunan, sebuah
perputaran gaya akan ditimbulkan. Gaya inilah yang disebut tekanan angin. Tekanan angin
ini dapat menjadi besar baik karena pertambahan kecepatan angin maupun pertambahan area
dimana angin semakin bekerja dengan leluasa.
Beban angin yang besar pada lebih dari satu sisi bangunan dapat menyebabkan double
flexure pada bangunan (Gambar III.4 b).
WIND LOAD ON WALL (psf)
0 10 20 30 40
25
40
60
100
200
300
400
500 34
33
32
30
28
24
21
18
15
44. Gambar III.4 (a) – Displacement Satu Arah
Gambar III.4 (b) – Double Flexure
Double flexure dapat berdampak positif ataupun negatif pada pergerakan bangunan.
Displacement berbagai arah dapat menjadi lebih kecil dari yang seharusnya jika aliran udara
atau angin yang sama datang secara bersamaan pada bangunan hanya pada satu sisi saja.
Design aerodinamis pada bangunan juga dapat mendukung untuk memperkecil
displacement pada double flexure. Tekanan angin terbesar selalu terjadi ketika arah angin
tegak lurus dengan muka bangunan. Ketika aliran angin menubruk permukaan bangunan pada
bagian lain selain 90⁰, kebanyakan dari aliran angin tersebut mengalir ke arah yang lain
dengan sendirinya.
D
WIND
WIND
D/2
D/2
45. III.1.4.Turbulensi
Ketika sejumlah massa udara yang bergerak bertemu dengan objek-objek penghalang,
seperti bangunan, maka respon yang ditimbulkan angin akan seperti fluida yang lain yaitu
bergerak ke tiap sisi kemudian bergabung kembali pada aliran yang utama. Kecepatan angin
bertambah ketika massa udara yang lebih besar bergerak menuju area yang konstan pada
waktu yang bersamaan.
Efek Venturi merupakan salah satu contoh aksi turbulensi angin. Turbulensi bekerja
ketika angin yang bergerak tersebut melewati spasi antara dua bangunan tingkat tinggi.
Gambar III.5 – Aliran Turbulen Angin
III.2. Perhitungan Beban Angin pada Bangunan Tingkat Tinggi
Perhitungan beban angin dapat menggunakan grafik pada gambar III.3. Hasil
pembacaan grafik (psf) akan dikalikan dengan tinggi lantai yang bersangkutan (ft) serta dikali
dengan panjang bentang bangunan (ft). Hasil dari beban angin akan diperhitungkan dalam
satuan kips.
Momen perlawanan yang dihasilkan oleh berat bangunan itu sendiri adalah dengan
menggunakan rumus:
WIND
46. (III.2)
dimana:
Mres = momen perlawanan (ft k)
WDL = beban mati (kips)
D = bentang lebar bangunan (ft)
Selain itu, perputaran momen yang terjadi dapat dihitung dengan rumus:
(III.3)
dimana:
Mrot = perputaran momen (ft k)
Wi = beban angin pada ketinggian i (kips)
hi = garis tengah ketinggian i (ft)
Sehingga dari kedua momen ini dapat diperoleh angka keamanan (safety factor) untuk
mengatasi perputaran. Rumusnya adalah:
(III.4)
dimana:
SF = safety factor
Mres = momen perlawanan (ft k)
Mrot = perputaran momen (ft k)
47. III.3. Perhitungan pada Bangunan Tingkat Tinggi
III.3.1.Kekakuan
Berdasarkan referensi VII karya B. S. Taranath, nilai dari kekakuan K dapat diperoleh
dari gaya p yang bekerja pada tiap kolom terluar dari bangunan dengan persamaan p = A E δ /
L; dimana δ = d / 2, sehingga menghasilkan persamaan:
(III.5)
dan kontribusi persamaan (III.5) ke dalam rumus kekakuan akan menjadi:
(III.6)
dimana:
K = nilai kekakuan
A = luas dari kolom
E = modulus elastisitas dari core
d = jarak dari kolom ke kolom
L = tinggi bangunan
III.3.2.Displacement
Untuk membandingkan hasil displacement pada model bangunan 40 lantai, akan
dibagi perhitungan displacement dalam 5 kasus (Gambar III.6). Lima contoh model
pemasangan outrigger pada bangunan 40 lantai adalah sebagai berikut:
1. Model struktur tanpa outrigger.
2. Model struktur dengan 1 outrigger pada lantai teratas.
3. Model struktur dengan 1 outrigger pada ¾ dari ketinggian bangunan.
4. Model struktur dengan 1 outrigger pada ½ dari ketinggian bangunan.
5. Model struktur dengan 1 outrigger pada ¼ dari ketinggian bangunan.
48.
49. Gambar III.6 – Permodelan dalam Penempatan Outrigger
(a) x = 0; (b) x = ¼ L; (c) x = ½ L; (d) x = ¾ L
50. Model struktur pertama dari analisis bangunan 40 lantai ini tanpa menggunakan
outrigger. Displacement pada model struktur yang pertama dapat langsung ditentukan secara
analitis dengan menggunakan persamaan:
(III.7)
dimana:
∆ = displacement pada lantai tertinggi (mm)
W = besar beban angin per ketinggian bangunan
L = tinggi bangunan
E = modulus elastisitas dari core
I = momen inersia dari core
Pada model struktur yang kedua, outrigger dipasang pada lantai tertinggi pada
bangunan (x = 0 atau Z = L) yang menyebabkan lantai teratas (lantai 40) menjadi lantai yang
kaku. Nilai x merupakan lokasi penempatan outrigger yang diukur dari puncak bangunan
sedangkan nilai Z adalah ketinggian tempat outrigger dipasang yang diukur dari permukaan
tanah. Persamaan dari perputaran sudut yang terjadi akibat pemasangan outrigger dapat
dituliskan dalam persamaan:
(III.8)
dimana:
= rotasi dari kantilever akibat beban angin secara lateral saat Z = L
= rotasi dari kantilever akibat kekakuan
= rotasi final dari kantilever saat Z = L
51. Tanda negatif pada menunjukkan rotasi ataupun perputaran yang terjadi akibat kekakuan
berlawanan arah dengan rotasi atau perputaran akibat beban luar (angin). Untuk kantilever
bangunan tinggi dengan momen inersia I dan modulus elastisitas E dan mendapat beban
angin merata secara lateral W, maka:
(III.9)
Jika M2 dan K2 mewakili momen dan kekakuan pada model struktur yang kedua yaitu pada
saat outrigger ditempatkan pada puncak bangunan (lantai 40) atau Z = L, maka persamaan
(III.8) dapat diuraikan menjadi:
(III.10)
Sehingga momen M2 menjadi:
(III.11)
Displacement ∆2 pada puncak bangunan dapat diperoleh dengan mensuperposisikan defleksi
dari kantilever akibat beban angin merata W dan defleksi akibat momen pengaruh outrigger,
sehingga akan diperoleh:
Sehingga menjadi:
(III.12)
52. Pada model struktur yang ketiga, outrigger dipasang pada lantai 30 pada bangunan
yaitu pada posisi x = 0.25 L atau Z = 0.75 L. Defleksi lateral y yang ditimbulkan oleh beban
lateral yang merata adalah:
(III.13)
Dengan mendiferensialkan y terhadap x, maka akan didapatkan persamaan untuk yaitu:
(III.14)
Substitusikan nilai x = ¼ L ke persamaan (III.14) sehingga akan menghasilkan:
Dan hasilnya menjadi:
(III.15)
M3 dan K3 mewakili momen dan kekakuan pada model struktur yang ketiga yaitu pada saat
outrigger ditempatkan pada lantai 30 atau Z = ¾ L, maka persamaan (III.8) dapat diuraikan
menjadi:
(III.16)
53. Mengingat nilai K3 = 4 K2 / 3, maka persamaan M3 dapat ditulis:
Sehingga M3 akan menjadi:
(III.17)
Berdasarkan nilai M2 pada persamaan (III.11), maka persamaan (III.17) dapat juga ditulis:
(III.18)
Displacement ∆3 pada saat Z = ¾ L dapat diperoleh dari persamaan:
Dan nilai ∆3 dapat diperoleh dengan persamaan:
(III.19)
Pada model struktur yang keempat, outrigger dipasang pada lantai 20 pada bangunan
40 lantai yaitu pada posisi x = 0.5 L atau Z = 0.5 L. Perputaran akibat beban merata W pada
Z = ½ L sama dengan 7 W L3
/ 48 E I, sehingga persamaan perputaran (III.8) akan menjadi:
(III.20)
54. M4 dan K4 mewakili momen dan kekakuan pada model struktur yang keempat yaitu pada saat
outrigger ditempatkan pada pertengahan ketinggian gedung (lantai 20) atau x = Z = ½ L.
Nilai kekakuan K4 = 2 K2, maka persamaan M4 (III.20) dapat diuraikan menjadi:
(III.21)
Berdasarkan nilai M2 pada persamaan (III.11), maka persamaan (III.21) dapat juga ditulis:
(III.22)
Dan displacement ∆4 pada saat Z = ½ L dapat diperoleh dari persamaan:
Akan menjadi:
(III.23)
Pada model struktur yang terakhir dalam permodelan struktur 40 lantai ini, outrigger
dipasang pada lantai 10 pada bangunan 40 lantai yaitu pada posisi x = 0.75 L atau Z = 0.25
L. Perputaran akibat beban luar merata W pada Z = ¼ L dideferensialkan dan sama dengan W
L3
/ 6 E I (37 / 64), sehingga persamaan perputaran (III.8) akan menjadi:
(III.24)
M5 dan K5 mewakili persamaan momen dan kekakuan pada model struktur yang kelima yaitu
pemasangan outrigger pada lantai 10 dari bangunan 40 lantai yaitu pada x = ¾ L atau Z = ¼
55. L. Nilai kekakuan dari K5 = 4 K2, maka persamaan M5 (III.24) dapat diuraikan dan setelah
diperhitungkan serta disubstitusi dengan nilai M2 (III.11) akan menjadi:
(III.25)
Dan displacement ∆5 pada saat x = ¾ L atau Z = ¼ L dapat diperoleh dari persamaan:
Akan menjadi:
(III.26)
III.4. Lokasi Optimum Penempatan Single Outrigger pada Bangunan Tingkat Tinggi
Pada ilustrasi dan permodelan struktur bangunan 40 lantai sebelumnya diketahui
bahwa mengikat kolom terluar dengan core merupakan fungsi dari dua buah karakteristik,
yaitu kekakuan yang diakibatkan oleh outrigger dan perputaran sudut yang terjadi akibat
lokasi penempatan outrigger terhadap beban luar yang merata (angin).
Kekakuan dari outrigger akan mencapai nilai minimum ketika ditempatkan pada
lantai teratas, yakni pada lantai 40. Dan nilai kekakuan akan maksimum ketika ditempatkan
pada lantai yang lebih bawah, dalam permodelan ini adalah lantai 10. Sedangkan rotasi
perputaran terjadi akibat dari beban angin yang bervariasi nilainya secara parabolik, dari yang
memiliki nilai maksimum di atas hingga mencapai nilai nol di bawah. Dengan demikian, dari
sudut pandang kekakuan dan juga pertimbangan perputaran yang terjadi, lokasi outrigger
dapat ditentukan. Dan sangat jelas bahwa lokasi optimum dari penempatan outrigger truss
adalah di sekitar bagian tengah dari ketinggian bangunan.
Dengan asumsi outrigger yang digunakan adalah sangat kaku, maka lokasi optimum
dari penempatan outrigger dapat diperoleh dengan perhitungan kalkulus. Langkah pertama
56. adalah menggunakan persamaan untuk perputaran pada x, yang merupakan lokasi
penempatan outrigger diukur dari puncak bangunan.
(III.27)
dimana:
W = besar beban angin
Mx = momen pada x
Kx = kekakuan outrigger pada x yang senilai dengan
L = tinggi bangunan
E = modulus elastisitas dari core
I = momen inersia dari core
A = luas dari kolom yang mengikat outrigger
x = lokasi dari outrigger yang diukur dari lantai teratas
d = jarak dari kolom ke kolom
57. Kemudian, nilai defleksi pada puncak bangunan dapat diperoleh dari nilai Mx dengan
persamaan:
(III.28)
Lokasi optimum dari penempatan outrigger adalah lokasi dimana defleksi YM bernilai
maksimum. Didapatkan dari cara mendiferensialkan persamaan (III.28) terhadap x dan
hasilnya adalah nol.
(III.29)
Sehingga diperoleh:
(III.30)
58. BAB IV
ANALISIS DAN PERHITUNGAN
IV.1. Data Bangunan Tingkat Tinggi
Bangunan yang akan dianalisis adalah bangunan 40 lantai (Gambar IV.1) dengan
perincian data sebagai berikut:
Gambar IV.1 – Bangunan 40 Lantai
5 m5 m 5 m
59. Ketinggian (dari jalan hingga atap) : 140 m
Jumlah lantai : 40 lantai
Bangunan : Beton
Live load pada lantai : 2.5 kPa (50 psf)
Kecepatan angin : - 33.5 m/s (75 mph)
- 50 tahun
Defleksi lateral maksimum : H/500
Balok : - Beton
- Ukuran (50 x 50) cm
Kolom : - Beton
- Ukuran (50 x 50) cm
- Jarak antar kolom 5 m
- 84 MPa (12000 psi)
Core : - Dinding beton dengan ketebalan 50 cm
- Ukuran (5 x 5) m
- 84 MPa (12000 psi)
Outrigger : - Profil baja
- Dipasang sesuai dengan permodelan
60. IV. 2. Perhitungan Beban Angin
Kode bangunan untuk bangunan tinggi segi empat dengan kecepatan angin 75 mph
(33,5 m/s) telah digambarkan dalam bentuk grafik pada (Gambar IV.2) sebagai berikut:
Gambar IV.2 – Grafik Beban Angin Berdasarkan Ketinggian Bangunan
WIND LOAD ON WALL (psf)
0 10 20 30 40
25
40
60
100
200
300
400
500 34
33
32
30
28
24
21
18
15
61. Bangunan tingkat tinggi yang dianalisis mempunyai ketinggian 140 m dan jika
dikonversi ke satuan ft (1 ft = 0.3048 m), maka ketinggian bangunan akan menjadi 460 ft.
Ketinggian dari tiap lantai adalah 3.5 m dan dikonversi akan menjadi 11.5 ft, serta bentang
lebar bangunan sebesar 15 m dikonversi ke satuan ft akan menjadi 49.213 ft.
Berdasarkan grafik beban angin (Gambar IV.2), maka beban angin yang bekerja pada
bangunan setinggi 460 ft (140 m) adalah sebagai berikut:
- 15 psf untuk 0 – 25 ft di atas tanah
- 18 psf untuk 26 – 40 ft di atas tanah
- 21 psf untuk 41 – 60 ft di atas tanah
- 24 psf untuk 61 – 100 ft di atas tanah
- 28 psf untuk 101 – 200 ft di atas tanah
- 30 psf untuk 201 – 300 ft di atas tanah
- 32 psf untuk 301 – 400 ft di atas tanah
- 33 psf untuk 401 – 500 ft di atas tanah
Maka, akibat pengaruh angin terhadap ketinggian bangunan akan memberikan distribusi
beban angin yang akan ditunjukkan (Gambar IV.3) berikut:
63. Perhitungan beban angin yang terdistribusi pada tiap lantai bangunan 40 lantai
setinggi 140 m (460 ft) dengan bentang lebar sepanjang 15 m (49. 213 ft) adalah sebagai
berikut:
- W1 = (0.015) (23) (49.213) = 16.978 k
- W2 = (0.018) (11.5) (49.213) = 10.187 k
- W3 = (0.021) (23) (49.213) = 23.770 k
- W4 = (0.024) (34.5) (49.213) = 40.748 k
- W5 = (0.028) (92) (49.213) = 126.773 k
- W6 = (0.030) (92) (49.213) = 135.828 k
- W7 = (0.032) (92) (49.213) = 144.883 k
- W8 = (0.033) (92) (49.213) = 149.411 k +
Wtotal = 648.578 k
Beban angin yang bekerja pada bangunan Wtotal yang telah diperoleh yaitu 648.578 k
dikonversi kembali ke satuan SI yaitu ke satuan kN, dimana 1 kips = 4.448 kN. Jadi, beban
angin Wtotal akan menjadi:
Wtotal = 2884.8749 kN
Wtotal = 2.88487 x 106
N
64. IV.3. Kekakuan
Nilai dari kekakuan K dapat diperoleh dari persamaan (III.6) yaitu:
(III.6)
• Mencari luasan dari kolom (A)
A = 50 x 50 = 2500 cm2
= 0.25 m2
• Elastisitas dari core (EC)
43076.2115 MPa
4.30762 x 1010
Pa = 4.30762 x 1010
N/m2
• Jarak antar kolom (d) adalah 5 m
• Tinggi bangunan (L)
L = 40 x 3.5 = 140 m
• Jadi, nilai dari kekakuan (K) adalah:
9.615223214 x 108
Nm
65. IV.4. Displacement
Untuk menentukan dan membandingkan hasil displacement pada model bangunan 40
lantai, akan dibagi perhitungan displacement dalam 5 kasus / model seperti yang telah
ditunjukkan pada (Gambar III.6). Lima contoh model struktur dengan pemasangan outrigger
pada bangunan 40 lantai adalah sebagai berikut:
1. Model struktur tanpa outrigger.
2. Model struktur dengan 1 outrigger pada lantai teratas.
3. Model struktur dengan 1 outrigger pada ¾ dari ketinggian bangunan.
4. Model struktur dengan 1 outrigger pada ½ dari ketinggian bangunan.
5. Model struktur dengan 1 outrigger pada ¼ dari ketinggian bangunan.
Sebelum menghitung dan menganalisis hasil displacement pada 5 jenis model
bangunan 40 lantai, maka terlebih dahulu akan dilakukan perhitungan momen inersia yang
ditimbulkan oleh core (Gambar IV.4). Core jika tampak dari atas adalah berbentuk segi
empat simetris (persegi) berukuran (5 x 5) m dengan ketebalan dinding sebesar 50 cm dan
tingginya dihitung dari muka tanah adalah 140 m. Perhitungan dari inersia adalah sebagai
berikut:
66. Gambar IV.4 – Inersia
Jadi, inersia dari core adalah:
35.06771 m4
5
5
0.252.5
67. IV.4.1.Displacement Model Struktur I
Model struktur pertama dari analisis bangunan ini tidak menggunakan outrigger.
Displacement pada model struktur yang pertama dapat langsung ditentukan secara analitis
dengan persamaan:
(III.7)
Beban angin yang bekerja diasumsi beban yang bekerja dengan distribusi secara merata,
sehingga beban W yang digunakan dalam kalkulasi adalah beban angin total yaitu sebesar
648.578 k.
W = Wtotal = 648.578 k
W = 2884.8749 kN
W = 2.88487 x 106
N
Gambar IV.5 – Distribusi Beban Angin pada Model I
W =
L
2.88487 x 106
N
68. Jadi, displacement maksimum yang terjadi pada bangunan 40 lantai ketika tidak dipasang
outrigger adalah:
655.052 mm
IV.4.2.Displacement Model Struktur II
Pada model struktur yang kedua, outrigger dipasang pada lantai tertinggi pada
bangunan (x = 0 atau Z = L) yaitu pada lantai 40. Lantai 40 menjadi kaku karena adanya
sistem outrigger, dengan distribusi beban angin secara merata pada model ini juga.
Gambar IV.6 – Distribusi Beban Angin pada Model II
Mencari nilai momen M2 dengan persamaan (III.11):
(III.11)
W =
L
2.88487 x 106
N
69. • Beban angin (W) = 2.88487 x 106
N
• Tinggi bangunan (L) = 140 m
• Elastisitas dari core (E) = 4.30762 x 1010
N/m2
• Inersia core (I) = 35.06771 m4
• Nilai kekakuan (K2) = K = 961522321.4 Nm
Sehingga, nilai M2 adalah:
5507729.202 Nm
Displacement ∆2 dapat dihitung dengan persamaan (III.12) yaitu:
(III.12)
Dengan menginput semua data yang diketahui, maka nilai ∆2 akan menjadi:
619.320 mm
70. IV.4.3.Displacement Model Struktur III
Pada model struktur yang ketiga, outrigger dipasang pada bangunan yaitu pada posisi
x = 0.25 L atau Z = 0.75 L. Artinya lantai 30 yang diperkaku karena adanya outrigger.
Gambar IV.7 – Distribusi Beban Angin pada Model III
Setelah persamaannya diturunkan dan telah diuraikan pada bab III sebelumnya serta
mengingat bahwa nilai K3 = 4 K2 / 3, maka persamaan M3 menjadi:
(III.18)
Sehingga, nilai M3 adalah:
7270202.546 Nm
W =
z = 0,75 L
x = 0,25 L
2.88487 x 106
N
71. Displacement ∆3 pada saat Z = ¾ L dapat diperoleh dari persamaan:
(III.19)
Nilai dari ∆3 adalah:
610.744 mm
IV.4.4.Displacement Model Struktur IV
Pada model struktur yang keempat, outrigger dipasang pada lantai 20 pada bangunan
40 lantai yaitu pada posisi x = 0.5 L atau Z = 0.5 L.
Gambar IV.8 – Distribusi Beban Angin pada Model IV
W =
z = 0,5 L
x = 0,5 L
2.88487 x 106
N
72. Nilai kekakuan K4 = 2 K2, maka persamaan M4 diuraikan menjadi:
(III.22)
Sehingga, nilai M4 menjadi:
9638526.103 Nm
Dan displacement ∆4 pada saat Z = ½ L dapat diperoleh dari persamaan (III.23) berikut:
(III.23)
Jadi, nilai dari ∆4 adalah:
607.886 mm
73. IV.4.5.Displacement Model Struktur V
Pada model struktur yang kelima dalam permodelan struktur 40 lantai ini, outrigger
dipasang pada posisi x = 0.75 L atau Z = 0.25 L. Yang berarti lantai 10 diperkaku.
Gambar IV.9 – Distribusi Beban Angin pada Model V
Nilai kekakuan dari K5 = 4 K2, maka nilai persamaan M5 diturunkan dan diuraikan dan akan
menjadi:
(III.25)
Sehingga, nilai M5 menjadi:
12667777.16 Nm
W =
z = 0,25 L
x = 0,75 L
2.88487 x 106
N
74. Dan displacement ∆5 pada saat x = ¾ L atau Z = ¼ L dapat diperoleh dari persamaan:
(III.26)
Jadi, nilai dari ∆5 akan menjadi:
618.963 mm
IV.4.6.Pendataan
Tujuan dari hasil perhitungan analitis terhadap 5 model struktur bangunan 40 lantai
adalah menhasilkan output yang berupa displacement. Perhitungan telah dilakukan dan hasil
dari perhitungan dari 5 model tersebut telah disajikan dalam bentuk tabel dan grafik sebagai
berikut:
84. 36 35 122.5 518.299
37 36 126.0 538.501
38 37 129.5 558.675
39 38 133.0 578.813
40 39 136.5 598.910
41 40 140.0 618.963
Gambar IV.14 – Grafik Hasil Displacement Model Struktur V
0,000
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
700,000
0,0
7,0
14,0
21,0
28,0
35,0
42,0
49,0
56,0
63,0
70,0
77,0
84,0
91,0
98,0
105,0
112,0
119,0
126,0
133,0
140,0
Model 5
Displacement(mm)
Height (m)
85. Gambar IV.15 – Grafik Perbandingan Hasil Displacement
0,000
100,000
200,000
300,000
400,000
500,000
600,000
700,000
0,0
7,0
14,0
21,0
28,0
35,0
42,0
49,0
56,0
63,0
70,0
77,0
84,0
91,0
98,0
105,0
112,0
119,0
126,0
133,0
140,0
Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 Model 5
Displacement(mm)
Height (m)
86. Dari hasil perhitungan, terbukti bahwa bangunan tingkat tinggi yang dipasang
outrigger mengalami displacement lebih kecil daripada bangunan yang tidak menggunakan
outrigger. Di lokasi manapun outrigger digunakan hasil displacement yang terjadi adalah
selalu lebih kecil dari yang seharusnya terjadi. Tabel berikut menunjukkan persentase
pengurangan displacement akibat pemasangan outriggger.
Persentase pengurangan displacement dihitung dengan:
(IV.2)
Tabel IV.7 – Persentase Pengurangan Displacement
No Model Struktur ∆ max (mm) ∆' max (mm) % ∆ (%)
1 I 655.052 655.052 0
2 II 619.320 655.052 5.45
3 III 610.744 655.052 6.76
4 IV 607.886 655.052 7.21
5 V 618.963 655.052 5.51
IV.5. Inter-storey Drift
Displacement yang ditimbulkan oleh model-model struktur tersebut juga
mengakibatkan terjadinya inter-storey drift yaitu selisih dari displacement tiap lantai. Hal ini
merupakan suatu hal yang juga diperhitungkan karena cukup beresiko dan dianggap
berbahaya untuk suatu bangunan tingkat tinggi. Perhitungan dari inter-storey drift dalam
bentuk tabel dan grafik sebagai berikut:
96. Gambar IV.20 – Grafik Hasil Inter-Storey Drift Model Struktur V
0,000
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
0,0
7,0
14,0
21,0
28,0
35,0
42,0
49,0
56,0
63,0
70,0
77,0
84,0
91,0
98,0
105,0
112,0
119,0
126,0
133,0
140,0
Model 5
ISD(mm)
Height (m)
97. Gambar IV.21 – Grafik Perbandingan Hasil Inter-Storey Drift
0,000
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
0,0
7,0
14,0
21,0
28,0
35,0
42,0
49,0
56,0
63,0
70,0
77,0
84,0
91,0
98,0
105,0
112,0
119,0
126,0
133,0
140,0
Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 Model 5
Height (m)
ISD (mm)
98. Inter-storey drift pada lima model bangunan telah dihitung dan terbukti bahwa nilai
dari model yang tidak menggunakan outrigger lebih besar daripada yang menggunakan
outrigger. Hasil perhitungan telah ditabelkan beserta dengan persentase pengurangan inter-
storey drift terhadap nilai maksimumnya.
Persentase pengurangan inter-storey drift dihitung dengan:
(IV.3)
Tabel IV.14 – Persentase Pengurangan Inter-storey Drift
No Model Struktur ISD max (mm) ISD' max (mm) % ISD (%)
1 I 21.835 21.835 0
2 II 20.071 21.835 8.08
3 III 19.647 21.835 10.02
4 IV 19.506 21.835 10.70
5 V 20.053 21.835 8.16
IV.6. Menentukan Lokasi Optimum Penempatan Single Outrigger
IV.6.1.Defleksi Lateral
Nilai defleksi pada puncak bangunan dapat diperoleh dari nilai Mx dengan persamaan:
(III.28)
Nilai ini hanya diperhitungkan pada model II, III, IV dan V karena bertujuan untuk
menentukan lokasi optimum penempatan outrigger. Jadi, model I tidak diperhitungkan
karena model I merupakan model struktur yang tidak menggunakan outrigger.
99. Perhitungan:
• Model II:
x = 0
L = 140 m
M2 = 5507729.202 Nm
E = 4.30762 x 1010
N/m2
I = 35.06771 m4
1.4947 x 10-2
m
• Model III:
x = 0.25 L = 35 m
L = 140 m
M3 = 7270202.546 Nm
E = 4.30762 x 1010
N/m2
I = 35.06771 m4
100. 1.8472 x 10-2
m
• Model IV:
x = 0.5 L = 70 m
L = 140 m
M4 = 9638526.103 Nm
E = 4.30762 x 1010
N/m2
I = 35.06771 m4
1.9592 x 10-2
m
• Model V:
x = 0.75 L = 105 m
L = 140 m
M5 = 12667777.16 N
E = 4.30762 x 1010
N/m2
I = 35.06771 m4
101. 1.5021 x 10-2
m
Hasil perhitungan disajikan dalam bentuk tabel berikut untuk mempermudah dalam
memasukkan nilai ke dalam grafik:
Tabel IV.15 – Hasil Perhitungan Defleksi Lateral
No Model Struktur x (m) Defleksi lateral (mm)
1 II 0 14.947
2 III 35 18.472
3 IV 70 19.592
4 V 105 15.021
102. IV.6.2.Lokasi Optimum Single Outrigger
Lokasi optimum dari penempatan single outrigger adalah lokasi dimana defleksi YM
bernilai maksimum. Didapatkan dari cara mendiferensialkan persamaan (III.28) terhadap x
dan hasilnya adalah nol.
(III.29)
Sehingga diperoleh:
(III.30)
Dari hasil perhitungan pada tabel (IV.15) dapat dilihat bahwa model IV mempunyai
nilai defleksi yang maksimum dan dapat diprediksi bahwa lokasi outrigger yang optimum
berada di sekitar bagian tengah ketinggian bangunan. Nilai hasil defleksi lateral terhadap
ketinggian bangunan akan disajikan dalam bentuk grafik pada (Gambar IV.22) berikut:
103. Gambar IV.22 – Grafik Defleksi Terhadap Lantai Bangunan
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25
Lantai
Parameter Defleksi Puncak Bangunan (mm)
Lokasi Optimum Single Outrigger
104. Nilai defleksi maksimum antara lantai 20 hingga lantai 25, dan lebih tepatnya berada pada
lantai 22. Sehingga, akan memberikan lokasi optimum pada lantai 22 yang telah digambarkan
dalam grafik berikut:
Gambar IV.17 – Grafik Lokasi Optimum Penempatan Single Outrigger
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25
Lantai
Parameter Defleksi Puncak Bangunan (mm)
Lokasi Optimum Single Outrigger
22
105. BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan
Dari hasil analisis respon beban angin terhadap bangunan beton tingkat tinggi setinggi
40 lantai yang menggunakan sistem outrigger, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai
berikut:
1. Bangunan tingkat tinggi yang menggunakan sistem outrigger dapat mengurangi
displacement secara lateral dibandingkan dengan bangunan identik yang tidak
menggunakannya. Pada model struktur IV, penggunaan outrigger dapat mengurangi
displacement secara lateral sebanyak 7.21 %.
Tabel IV.7 – Persentase Pengurangan Displacement
No Model Struktur ∆ max (mm) ∆' max (mm) % ∆ (%)
1 I 655.052 655.052 0
2 II 619.320 655.052 5.45
3 III 610.744 655.052 6.76
4 IV 607.886 655.052 7.21
5 V 618.963 655.052 5.51
2. Karena penggunaan outrigger dapat mengurangi displacement secara lateral, maka
secara langsung juga dapat mengurangi inter-storey drift yang dianggap berbahaya
untuk sebuah bangunan tingkat tinggi. Pada model sturktur IV, juga dapat mengurangi
inter-storey drift sebesar 10.7 %.
106. Tabel IV.14 – Persentase Pengurangan Inter-storey Drift
No Model Struktur ISD max (mm) ISD' max (mm) % ISD (%)
1 I 21.835 21.835 0
2 II 20.071 21.835 8.08
3 III 19.647 21.835 10.02
4 IV 19.506 21.835 10.70
5 V 20.053 21.835 8.16
3. Lokasi penempatan single outrigger pada bangunan 40 lantai adalah di tengah
ketinggian gedung yaitu pada lantai 20 atau pada model stuktur yang IV. Terbukti dari
perhitungan hasil displacement yang paling minimum dari kelima model struktur.
4. Jika menggunakan parameter defleksi maksimum, maka sesuai dengan grafik pada
(Gambar IV.17) lokasi optimum dari penempatan single outrigger juga berada di
sekitar pertengahan ketinggian gedung tetapi lebih tepatnya pada lantai 22.
V.2. Saran
1. Perlunya studi yang lebih mendalam mengenai bangunan tingkat tinggi di dalam mata
kuliah teknik sipil agar mahasiswa dapat lebih memahami studi secara struktural dan
aplikasi di dalam dunia lapangan kelak. Tidak terluput juga dari pembahasan bracing
karena merupakan suatu kesatuan dengan bangunan tingkat tinggi.
2. Penerapan metode perhitungan secara analitis lebih ditingkatkan agar pengenalan
dasar dan filosofi dari konsep struktur lebih mudah dipahami.
107. DAFTAR PUSTAKA
American Concrete Institute ACI-318R-2008. 2008. Building Code Requirements for
Structural Concrete and Commentary.
Council on Tall Buildings and Urban Habitat. 1995. Structural Systems for Tall Buildings.
New York: Mc Graw Hill.
Nair, R. Shankar. 1998. Belt Trusses and Basements as Virtual Outriggers for Tall Buildings.
Chicago : Teng and Associates.
Po Seng Kian dan Frits Torang Siahaan. 2001. The Use of Outrigger and Belt Truss System
for High-rise Concrete Buildings. Surabaya : UK Petra.
Pudjisuraydi, Pamuda dan Benjamin Lumartana. 2002. A Preliminary Study of Shear Wall
Frame-Belt Truss (Virtual Outrigger) System. Surabaya: UK Petra.
Schueller, Wolfgang. 1977. High-rise Building Structures. Canada: John Wiley and Sons,
Inc.
Taranath, Bungale S. 1998. Structural Analysis & Design of Tall Buildings. New York : Mc
Graw Hill.
