52085467

8/3/2019 52085467

http://slidepdf.com/reader/full/52085467 1/14

Perencanaan Menara Telekomunikasi dengan Metode Load and ResistanceFactor Design (LRFD) Stan dar AISC 1999

Christopher AnthonyJurusan Teknik Sipil- Universitas Pelita Harapan

e-mail: [email protected]

ABSTRAK: Menara pemancar / penerima merupakan perangkat yang penting dalam teknologi kornunikasidan informasi. Dengan adanya menara tersebut, maka memungkinkan terjadinya proses timbal balikkomunikasi, sehingga dapat memungkinkan terjadinya pertukaran inforrnasi untuk kepentingan luas.Menara ini adalah vital bagi proses komunikasi dengan media telepon genggam. Para pengguna telepongenggam (handphone) menggunakan teknologi telepon selular dimana teknologi tersebut tidakmenggunakan kabel (wireless), rnaka teknologi telepon selular membutuhkan alat yang dapat rnenerima danmemancarkan gelombang suara dari telepon genggam. Alat tersebut berupa menara yang dilengkapi denganalat pemancar / penerima gelombang suara yang akan dihubungkan dengan pengguna telepon genggam Iselular tersebut. Dalarn perencanaan konstruksi menara, ada beberapa faktor yang harus diperhitungkan.Faktor-faktor ini mempengaruhi jumlah dan mutu bahan yang akan dipakai. Hal-hal tersebut akanberhubungan dengan biaya yang akan dikeluarkan. Salah satu faktor yang vital untuk diperhitungkan adalah

pembebanan yang terjadi pada menara, seperti beban mati, beban hidup, beban angin dan beban gempa.Dalarn I!j'llkteknya, perencanaan menara telekomunikasi banyak dikerjakan dengan metode Allowable StressDesign (ASD). Metode ini cukup konservatif karena perencanaan dilakukan dengan menggunakan suatufaktor keamanan tunggal. Dewasa ini, metode ASD sudah mulai tergantikan oleh metode Load andResistance Factor Design (LRFD); yaitu metode perencanaan struktur berdasarkan ilmu probabilitas. Duniakonstruksi Indonesia pun sudah rnengadopsi metode ini, namun untuk konstruksi menara, sekalipundirencanakan dengan rnetode LRFD, seringkali rnasih menggunakan spesifikasi American Institute of SteelConstruction (AISC). Berdasarkan pemikiran ini, penulis akan berusaha menyajikan suatu desain menaratelekomunikasi tiga dimensi. Metode yang digunakan adalah metode Load and Resistance Factor Design(LRFD) berdasarkan spesifikasi AISC 1999. Analisa rnenara dilakukan dengan menggunakan program SAP2000.KATA KUNCI: Menara Pemancar, LRFD AISC 1999

ABSTRACT: Telecommunication towers are vel}' essential for the use of cell phones. In practice atIndonesia, they are still often designed with the Allowable Stress Design concept. This paper deals with thedesign of a self-supporting telecommunication tower using the Load and Resistance Factor Design (LRFD)method. The design is based on a project that has been successfully built. From this construction. a newdesign is mode with some changes, such as the design method that uses LRFD, the use of inclination for thetower's feel, and also the use of a different configuration and steel sections. The analysis was made usingthe SAP 2000 computer program and also using the LRFD compression and tension steel member analysis.Thus also designed the connection (welded and high tension bolts) and the base plate design. Stability cannot be set apart from economical design. Both are essential. Especially for telecommunication towers thaialso needed a short time period of construction; the easiness in putting all parts together can make a veryeconomical design. The use of LRFD method put a member to its optimum limit. The design of the 25 meterhigh telecommunication tower in this paper satisfies the specified limitations of twist, sway anddisplacement; and the combined loadings that contain wind loads gave bigger effect on the tower than the

load combination with earthquake load.KEYWORDS: Telecommunication tower, LRFD AISC 1999

1. Pendahuluan

Suatu struktur tinggi dengan luas penampangkecil dan dengan rasio yang besar antara tinggidan lebar maksirnum dikenal dengan istilahmenara atau tiang. Menara, yang sering jugadisebut dengan pylon, adalah sebuah stuktur self-supporting kantilever tunggal yang berdiridengan bebas dengan mekanisrne jepit pada

dasarnya. Mast atau tiang adalah sebuah strukturdengan mekanisme sendi pada dasarnya danpengekang dengan guys atau elemen lainnya.Menara air, menara radio dan televisi, menaratenaga jalur transmisi dan sistem radio-relay,adalah contoh dari menara. Gambar 1menggambarkan tentang rnenara radio triangular

Jurnal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, JuJi 2008 54

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

8/3/2019 52085467


yang terbuat dari pipa dan merniliki tinggi 202meter (Mukhanov, 1968).

Menara (pendek, menengah, tinggi) umumnyadigunakan untuk jern batan , sistern komunikasi,transmisi tenaga listrik, jaringan distribusi, dan

tangki. Menara pendek dan rnenengah digunakandalam konstruksi tangki, per iklanan, viaduct, clanjembatan gantung. Menara yang tingg i bany akdigunakan di seluruh dunia untuk sisternkornunikasi serta viewing and exhibition towers(Raghupathi, 1995).

lind Of"Lower from f;'lev.IZOOto IJ60

Section I-I

~ ~.(;;S '>t

~~ f ~~ ~,'S i

fPOOiHL 21o¢~

I

f6500

Gambar 1. Menara Radio Triangular (Mukhanov, 1968)

Lebar bagian dasar dari rnenara radio mempunyai

ukuran seperdeiapan sampai denganseperlimabelas dad tinggi, dengan kerniringanseperenambeias sampai dengan seperempatpuluh .

Mennrut ukuran dan tipe pembebanan, yangterkait dengan fungsi menara, rnenaradikelompokkan rnenjadi dua, yaitu:1. Menara dengan beban vertikal yang besar2. Menara dengan beban angin horisontal.

Kedua jenis menara tersebut m erniliki rangkabatang vertikal atau menanjak pada sisi-sisinya.Dalam pereneanaan, penampang menara ini dapat

berbentuk segitiga, persegi, atau poligon. Keduajenis menara ini disebut lattice tower. Kita hanyaakan meninjau menara dengan beban anginhorisontal (nomor 2).

Menara dengan beban angin horisontaldikelompokkan rnenjadi 2, yaitu:1. Guyed Towers (GT)2. Self-Supporting Towers (SST)

Momen akibat beban angin cukup besar padaSST yang berperilaku sebagai kantilever,

s s

sedangkan momen pada GT adalah keeil karena

berperilaku sebagai balok menerus padasokongan elastik. Struktur rangka baja rnenaratelekornunikasi merupakan Self-Supporting SteelTower (Gambar 2).

D esain m enara lattice umumnya menanggungbeban angin sebagai tarnbahan berat sendiri,beban angin pada piringan antena dan aksesorismenara (seperti tangga, larnpu, kabel dan

elevator) dan beban ereksi. Beban yangditanggung bisa dikelornpokkan menjadi 2, bebangravitasi dan beban lateral.

Beban angin pada daerah terbuka daripenampang yang terkena angin hams dievaluasi.Arah angin kritis untuk perencanaan kaki-kakiadalah sepanjang diagonal dari men ara, d im an ahanya dua kaki yang menahan rnomen akibat

beban lateral. Dalam memperhitungkan bebanangin, rasio kepadatan dari suatu penampangdiasumsikan; setelah rnerencanakan batang-

batang, rasio kepadatan yang diasumsikandibandingkan dengan rasio kepadatan sebenarnyauntuk menguji kemampuan struktur.

Jumal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008

8/3/2019 52085467


e

Gambar 2. Self-Supporting Tower (Raghupathi, 1995)

r t fHf ff 1 1f tf1 1fBeban Angin

Gambar 3. Arab Behan Angin (Raghupathi, 1995)

Gaya total yang dihasilkan dari gravitasi danbeban-beban lateral pada kaki menara A atau C(Gambar 3) diperoleh dari

F = Fg + FJ (1)dimana

pF = g

g N cose ( 2 )

Pg ;::; total beban gravitasi sarnpai ke penampangynug ditinjau

N ;::;jumlah kaki menara

e = inklinasi dari kaki menara terhadap sumbumenara (dapat dilihat pada Gambar 2)

FJ ',= gaya momen pada kaki dikarenakan bebanlateral

F= M1 1.414b

Beban lateral diasumsikan ditahan oleh rangkabatang dalam tarik pada penampang, yangtergantung kepada pola rangka yang dipilih.

(3)

Jurnal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008

Jika perpindahan pada puncak ditentukan, makadefleksi pada ujung dapat dihitung untuk menara.Desain kaki dan rangka batang adalah sarnadengan batang tekan dan tarik.

2. Stabilitas Struktur

Optimalisasi dalam desain merupakan aspekperencanaan yang dikaitkan dengan konfigurasi

optimum struktur serta unsur struktur, sepertiterhadap bobot atau biaya. Sis tern rangka menaradirancang dengan memperhatikan stabilitas.

Penampang elemen rangka menara yang lazirndigunakan berbentuk siku (L). Baiang tersusundengan jarak antara yang sarna dengan tebal pelarkopel menentukan besaran kelangsingan untukpanjang tekuk lk bagi setiap tinjauan sumbuutama

56

8/3/2019 52085467


La. Tunggal b. Susunan bentuk T c. Susunan bentuk silang

(jarang digunakan)

Gambar 4. Profil Siku (L) Elemen Struktur ("Seminar Konstruksi Baja untuk Menara Siar Televisi",2000)

Penampang pipa berongga pada unsur elemenutama vertikal rnerupakan al tern atif bagipenarnpang profil yang umum dipakai.Pemakaian penampang pipa sebagai profil kaki

merupakan hal yang baru dalam duniakonstruksi. Penampang pipa adalah penampangtertutup yang efisien mernikul gaya aksial besar,disamping sambungan utama tipe flens yangmemungkinkan pelat penyambung minimum.Namun, penampang pipa ini juga mernilikikesulitan dalam proses pemasangannya.Kesulitan tersebut disebabkan oleh tipisnyaketebalan selimut pipa. Hal ini menyebabkanpenarnpang pipa sulit dilas dan hamsrnenggunakan tabung baja untuk menyambungdua baglan pipa.

Beberapa persyaratan penting yang harusdipenuhi struktur menara secara keseluruhanuntuk menentukan stabilitas menara adalahpuntiran (twist), goyangan (sway) danperpindahan (displacement). Puntiran adalahperputaran sudut dari jalur pancaran antena padabidang horisontal dari posisi tanpa beban anginpada ketinggian tertentu. Goyangan adalahperputaran sudut dari jalur pancaran antena padabidang vertikal dari posisi tanpa beban anginpada ketinggian tertentu. Perpindahan adalahpergerakan horisontal dad sebuah titik relatifterhadap POS1Sl tanpa beban angin pada

ketinggian tertentu (TINEIA-222-F Standard,1996).

Puntiran dan goyangan struktur rnenara secarakeseluruhan -akibat pembebanan yang terjadi-tidak boleh melebihi 0.5 derajat, sedangkanperpindahan yang terjadi tidak boleh melebihinilai hllOO, dimana h adalah ketinggian totalrnenara [anpa peralatan.

3. Filosoli.;.DesainMetode LRFD

57

Perencanaan dari batang diikuti oleh pemilihanluasan. Sasaran dari pemilihan luasan ini adalahyang aman dan ekonornis untuk memikul bebanyang bekerja. Ekonomis biasanya berarti berat

minimum, yaitu jumlah minimum baja. Ini terkaitdengan dengan luasan dengan berat per meteryang terkecil, yaitu batang dengan luasanterkeei!. Walaupun pertimbangan lain, sepertikemudahan konstruksi, juga dapat mempengaruhipernilihan ukuran batang. Proses dirnulai denganpernilihan luasan profil yang pal ing ringan.Setelah melakukan hal tersebut, kita hamsmemutuskan bagaimana untuk rnelaksanakanpekerjaan dengan aman. Disinilah terjadipendekatan perencanaan yang berbeda, Berikutakan kita bahas tiga filosofi perencanaan.

Filosofi yang pertama adalah allowable stressdesign (ASD), dimana batang yang dipilih adaiahyang mempunyai karakteristik, seperti luas danmomen inersia, yang cukup besar untukmencegah tegangan maksimum melebihitegangan ijin. Tegangan ijin ini ada di daerahelastis dad bahan dan nilainya kurang daritegangan leleh Fy• Sebuah nilai tipikal adalah 0.6F y• Tegangan ijin diperoleh dengan rnembagiapakah tegangan leleh F, atau gaya tarikmaksimum FII dengan sebuah faktor keamanan.Pendekatan ini disebut juga desain elastis ataudesain tegangan kerja, Tegangan kerja adalah

hasil dad beban kerja, yaitu beban yangmembebani struktur. Batang yang didesaindengan baik akan kernudian dibebani. Teganganyang terjadi tidak boleh lebih dari tegangan ijin.

Filosofi kedua adalah plastic design. Filosofi inididasarkan pada pertirnbangan kondisi runtuhdibanding kondisi beban kerja. Batang dipilihdengan rnenggunakan kriteria, dimana strukturakan mengalami kegagalan pada saat terj adibeban lebih tinggi yang dad beban kerja,

Jurnal Teknik Slpll, Vol. 5, No.2, Juli 2008

8/3/2019 52085467


Kegagalan dalam konteks ini dapat berarti runtuhatau deforrnasi besar yang ekstrim. Kata plastikdipakai karena saat terjadi kegagalan, bagian-bagian dari batang akan rnenerima regangan yangtinggi, Regangan ini begitu besar sehinggamenaruh batang pada daerah plastik, Ketikaseluruh karakteristik menjadi plastik di beberapatempat yang cukup, sendi plastis akan terbentukpada lokasi-lokasi tersebut dan menciptakansebuah mekanisrne runtuh. Desain plastis berlakuhanya untuk penampang kompak, yaitupenampang yang mampu mengembangkandistribusi tegangan plastis secara penuh (Loadand Resistance Factor Design for StructuralSteel Buliding, 1999). Filosofi plastic designhanya berlaku untuk komponen struktur yangmengalami puntir akibat momen (contoh: portal),sehingga tidak digunakan untuk perencanaanmenara yang hanya terkait dengan gaya aksialtekan dan tarik.

Filosofi ketiga adalah load and resistance factordesign (LRFD). Filosofi ini memperhitungkankekuatan, atau kondisi runtuh. LRFD dapatmemperhitungkan penampang yang tidakkompak, yaitu penampang yang dapatmengembangkan tegangan leleh pada elementekan sebelum tekuk lokal terjadi (LRFD, 1999).Faktor-faktor beban diaplikasikan pada beban-beban, dan batang yang dipilih adalah batangyang memiliki. kekuatan cukup untukmenanggung beban-beban terfaktor tersebut.Sebagai tambahan, kekuatan teoritis dari batangdireduksi dengan menggunakan faktor tahanan.Kriteria yang harus dipenuhi dalam pemilihanbatang adalah:

(4)

Dalam persamaan ini, beban terfaktor adalahjurnlah dari beban-beban kerja yang harusditanggung batang, masing-rnasing dikalikandengan beban kerjanya sendiri. Sebagai contoh,beban mati akan memiliki faktor beban yangberbeda dengan beban hidup. Kuat nominalterfaktor adalah kekuatan teoritis yang dikalikandengan sebuah faktor tahanan. Dengan demikian,persamaan (4) dapat ditulis sebagai berikut:

~(beban x faktor beban) .$ tahanan x faktortahanan (5)

Karena beban terfaktor adalah beban runtuh lebihbesar dati beban kerja nyata, maka faktor-faktorbeban biasanya lebih besar dari satu. Di lainpihak, kekuatan terfaktor adalah kekuatanterpakai tereduksi dan faktor tahanan yangumumnya kurang dari satu, Beban-bebanterfaktor adalah beban-beban yang memaksa

Jurnal Teknik S ipil, Vo\. 5, No.2, Juli 2008

struktur atau batang sampai kondisi batasnya.Untuk maksud keamanan, kondisi batas ini dapatberarti leleh atau tekuk dan tahanan terfaktor,yang merupakan kekuatan terpakai dari batang,direduksi dari nilai teoritis dengan faktortahanan. Kondisi batas ini juga dapat berartitingkat layanan seperti defleksi ijin maksimum.

Persarnaan (5) bisa ditulis dengan lebih tepatseperti berikut:

Iy.Q. ~ " 'R .J i ' f / . Ii

( 6 )

dimana:Q; :: efek beban (sebuah gaya atau momen)'I i : : faktor bebanR II :: tahanan nominal, atau kekuatan, dari

komponen yang ditinjau¢ = faktor tahanan

Tahanan terfaktor ¢ R II disebut kekuatan rencana.Jumlah pada ruas kid dari persamaan (6) adalahatas jumlah total dari efek-efek beban (termasuk,akan tetapi tidak terbatas hanya kepada, bebanmati dan beban hidup), dimana tiap efek bebandapat diasosiasikan dengan faktor beban yangberbeda. Tidak hanya setiap efek beban memilikifaktor beban yang berbeda, tetapi juga nilai darifaktor beban untuk efek beban yang tertentu akanbergantung pada kombinasi beban-beban yangditinjau. Berikut akan kita lihat sifaL-sifatmekanis baja.

Penampang pipa berongga pada unsur elernenutama vertikal merupakan alternatif bagipenampang profil yang urnum dipakai,Pernakaian penampang pipa sebagai profil kakimerupakan hal yang baru dalam duniakonstruksi. Penampang pipa adalah penampangtertutup yang efisien mernikul gaya aksial besar,disamping sambungan utama tipe flens yangmemungkinkan pelat penyambung minimum.Narnun, penampang pipa ini juga mernilikikesulitan dalarn proses pemasangannya.Kesulitan tersebut disebabkan oleh tipisnyaketebalan selimut pipa. Hal ini menyebabkanpenampang pipa sulit dilas dan hamsmenggunakan tabung baja untuk menyambungdua bagian pipa.

Beberapa persyaratan penting yang harusdipenuhi struktur menara secara keseluruhanuntuk menentukan stabilitas rnenara adalahpuntiran (twist), goyangan (sway) danperpindahan (displacement). Puntiran adalahperputaran sudut dari jalur pancaran antena padabidang horisontal dari posisi tanpa beban anginpada ketinggian tertentu. Goyangan adalahperputaran sudut dari jalur pancaran antena pada

58

8/3/2019 52085467


bidang vertikal dari posisi tanpa beban anginpada ketinggian tertentu. Perpindahan adalahpergerakan horisontal dari sebuah titik relatifterhadap POSlSI tanpa beban angin padaketinggian tertentu (TIAIEIA-222·F Standard,1996).

Puntiran dan goyangan struktur rnenara secarakeseluruhan -akibat pembebanan yang terjadi-tidak boleh melebihi 0.5 derajat, sedangkanperpindahan yang terjadi tidak boleh melebihinilai h1100, dimana h adalah ketinggian totalmenara tanpa peralatan.

T b11

sir S'Y M k . B .e 1 at- 1 at e ams a.1aJenis Baja Tegangan putus Tegangan leleh Peregangan

minimurn.j, rninimum.j', minimum(MPa) (MPa) (%)

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BI50 500 290 16

BI55 550 410 13

Modulus elastisitas :EModulus geser : GRasio poisson : f1

Koefisien pemuaian : a

4. Pembebanan pada Menara

Beban menara yang diperhitungkan terdiri daribeban tetap struktur (termasuk beban beratsendiri), beban hid up, tekanan angin, bebanseismik serta pembebanannya.

4,1 Beban MatiTermasuk beban tetap menara adalah antena

sektor, parabola pemancar, kabel, bordes, tangga,peralatan pendukung penangkal petir /

pembumian dan lampu peringatan untukkepentingan aviasi.Beberapa nilai berat parabola pemancar adalah60, 250, 425, 545 dan 650 kg; dengan diameterbervariasi antara 1.2, 1.8, 2.4, 3.0 meter. Untukbordes (platform) adalah 150 dan 200 kgsedangkan untuk antena sektor adalah 30 dan96.5 kg.

4.2 Behan HidupUntuk beban hidup diperhitungkan berat pekerjadengan peralatannya. Biasanya diambil angka

100 kg tia p k ak i menara.

4.3 Beban Angin

a. Menurut PPURG 1987Tekanan angin menurut Pedoman PerencanaanPembebanan Untuk Rumah dan Gedung(PPURG, SKBI-1.3.53.1987, UDC: 624.042):

y2 2

W = - > 25 kg/m atau (7)16

W > 40 kg/m 2 sampai sejauh 5 km dari garis pantai.dimana:

59

= 200,000 MPa= 80,000 MPa

= 0.3

= 12 x 10.6f'C

W = te ka na n a ng in rencana [kg/rn']Koefisien c bagi rangka ditetapkan denganmelihat arah angin yang bekerja,

Koefisien angin untuk struktur-struktur rangka asarnpai dengan d di bawah ini adalah koefisienuntuk bidang rangka. Bidang rangka adalahbidang-bidang batang rangka yang diproyeksikanpada bidang melalui sumbu-sumbu batang.a. Untuk struktur rangka bidang, koefisien

angin untuk tekanan positif dan tekanan

negatif (isapan) jumlahnya adalah 1.6b. Untuk struktur rangka ruang dengan

penampang melintang berbentuk persegidengan arah angin tegak lurus padasalah satu bidang rangka. koefisien anginuntuk rangka pertama di pihak anginadalah + 1.6 dan untuk rangka kedua dibelakang angin adalah + 1.2.

c. Untuk struktur rangka ruang denganpenampang melintang berbentuk bujursangkar dengan arah angin 45° terhadapbidang-bidang rangka, koefisien angin untuk

kedua bidang rangka di pihak angin adalah

rnasing-masing + 0.65 dan untuk keduarangka di belakang angin masing-rnasing +0.5. Kecuali itu, rnasing-masing rangkaharus diperhitungkan terhadap beban anginyang bekerja dalam masing-masing

bidangnya dengan koefisien angin yangsama dengan koefisien angin untuk bebanangin yang bekerja tegak lurus padanya,

d. Untuk struktur rangka ruang denganpenampang melintang berbentuk segi-tigasama sisi dengan arah angin tegak lurus padabidang rangka di pihak angin, koefisien

Jurnal Teknik Sipi l, Vol . 5 , No.2, Juli 2008

8/3/2019 52085467


angin untuk rangka tersebut adalah + 1.6dan untuk kedua rangka di belakang anginadalah rnasing-rnasing + 0.3. Kecuali itu,masing-masing rangka di belakangangin harus diperhitungkan terhadap beban

angin yang bekerja di dalam masing-masing bidangnya dengan koefieien angin

rnasing-rnasing sebesar 0.5.e. Untuk struktur rangka ruang dengan

penampang melintang berbentuk segitiga

sama sisi dengan arah angin tegak lurus padabidang rangka di belakang angin, koefisieu

angin untuk kedua rangka eli pihakangin adalah + 0.4 dan untuk rangka di

belakang angin adalah + 1.2. Kecuali itu,masing-masing rangka di pihak angin harusdiperhitungkan terhadap beban

angin yang bekerja di dalarn masing-masingbidangnya dengan koefisien angin masing-masing sebesar 0.7.

iso.po.n

.6, teKQn

Gambar 5. Arah Angin Tekan dan Isapan serta Koefisien pada Batang

b. Menurut Standard Electronic IndustriesAssociation! Telecommunications IndustryAssociation (TJAJEIA-222-F Standard,1996)

Menurut standard EIArrIA, beban angin dihitungterhadap dua kategori; yaitu angin yang menerpastruktur dan' angin yang menerpa piringan antena.Berikut penguraiannya.

• Beban angin pada struktur menara

Perhitungan beban angin pada menara adalahsebagai berikut:

F = qz . GH . CF . AE (8)dan tidak boleh melebihi: 2 qz . GH. AG

dimana:F = =gaya angin horizontal (tegak lurus bidang

gambar), Nqz '" tekanan kecepatan, Pa ~ 0.613 Kz . V2GH = =gust response factor

= =0.65 + 0.60/(h/l 0) 11 7 (1.00:s GH:s 1.25)

CF = =koefisien kekuatan struktur= =3.4 e 2 - 4.7 e + 3.4 (Penampang segitiga

-7 konfigurasi kaki menara)AE = =luas proyeksi efektif dari komponen

struktural pada satu muka (luas bagianyang terkena angin), m 2

Jurnai Teknik Sipii, Vol. 5, No.2, Juli 2008

= =DF . AF + DR . AR . RRAG = =luas kotor dari satu sisi menara (luas total

prom), m 2

AF = =luasan terproyeksi dari komponen strukturdatar pada satu rnuka dari penampang, m"

AR = luas terproyeksi dati kornponen strukturalpada satu muka dari penampang, m 2

V = =kecepatan dasar angin, mlsz = =ketinggian diatas tanah sampai titik tengah

dari penampang yang ditinjau, In

h = =tinggi total struktur, mKz = =koefisien keterbukaan struktur ([zIl0]217e = rasio kepadatan (AF/AG)RR = =faktor reduksi untuk komponen struktural

bundar= =0.51 e 2 + 0.57

DR = faktor arah angin nntuk komponen datal'= 1.00 -7 penampang segitiga clan arah

angin normal= =0.8 -7 penarnpang segitiga dan arah angin

60°

Beban angin yang menerpa strukiur merniliki

besaran yang berbeda pada tiap ketinggian,Sernakin tinggi titik tinjauan, rnaka sernakinbesar beban angin yang menerpa struktur(Gambar7).

6 0

8/3/2019 52085467


Ko.ki ,"pnar

Gambar 6. Penjelasan AE (Daerah yang Diarsir)

Gambar 7. Distribusi Koefisien Keterbukaan Struktur (K.) Terhadap Ketinggian

• Metode penghitungan beban angin padaparabolic antenna adalah sebagaiberikut:Fa = Ca . A . Kz .OH . V2 (9)Fs ;::Cs. A. Kz. OR. V2 (10)M ;::Cm. D. A. Kz. OR. V2 (1)dimana:Fa ::: gaya aksial, lbFs ::: gaya samping, lbM ;::momen puntir, ft-Ib

Ca :::koefisien beban angin untuk gayaaksial sejajar sumbu antena

Cm = koefisien beban angin untuk gayamomen

Cs ;::koefisien beban ang in untukgayaaksial tegak lUfUSsumbu antena

V ::: kecepatan angin, mphA = luas terproyeksi normal dari

antena, ft2D = diameter antena, ft

61 Jurnal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008

8/3/2019 52085467


Wind Angle

F S

Top View

Wind

/Positive Sign Convention

4.4 Beban Gempa

Gambar 8 Gaya Angin pada Parabola (TIAIEIA Standard, 1996)

Beban gernpa dihitung menurut SKBI1.3.53.1987.

V=CIKW t (12)dimana:v= gaya geser total pada dasar (base shear), kg1= faktor tingkat pemanfaatan strukturK= faktor tipe strukturc= koefisien dasar seismikW ,=bobot total beban mati dan beban hidup, kg

Kombinasi Pembebanan

Beban pada struktur harus direncanakan bagikombinasi pembebanan yang memberikantanggap maksimum tegangan elemen struktur.Perhitungan beban masa pembangunankonstruksi dan selama penggunaan strukturmerupakan dua kondisi yang berbeda dalammerencanakan kombinasi beban maksimum yangbekerja pada struktur,

Kombinasi beban yang direncanakan bekerja saatpelaksanaan konstruksi harus diperhitungkan

supaya tidak terjadi kerusakan unsur struktur.Beban yang mungkin terjadi dapat berupa bobotsegmen rangka yang sedang dipasang. Bebankejut dari peralatan konstruksi, konsentrasi bebanpada bagian elemen struktur saat pekerjaanpenyambungan dan pemeriksaan stabilitassegrnen yang sudah terpasang menjadi bagiandari pemeriksaan kekuatan struktur saatpelaksanaan konstruksi.

Berikut adalah tujuh kombinasi beban dadSection A4 AISC Specification, 1999:

Jurnal Teknik SipiJ, Vol. 5, No.2, Juli 2008

1. 1.4(D+F)2. 1.2(D+F+7) + 1.6(L+H) + 0.5(L ratau S atau

R)

3. 1.2D + l.6(L,. atau S atau R) + (0.5L atau0.8\¥)

4. 1.2D + l.6W + 0.5L + 0.5(L ratau S atau R)5. l.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S6. 0.9D + l.6W + 1.6H7. 0.9D + l.OE + 1.6H

dimana:D = beban mati

E = beban gempaF = beban disebabkan cairan dengan tekanan

dan ketinggian maksimum yangterdefinisikan dengan baik

H = beban dikarenakan tekanan lateral tanah,tekanan air tanah, atau tekanan dari bulkmaterials

L = beban hidupL, = beban hidup atapR = beban hujanS = beban saljuT = gaya meregang sendiriW = beban angin

5. Desain MenaraDirencanakan sebuah menara setinggi 25 meterdengan ketentuan sebagai berikut:1. Lebar antar kaki menara 1.5 meter.2. Atas saran praktisi proyek menara, dapat

ditentukan kerniringan menara denganpertimbangan lebar atas diambil setengahdari lebar bawah, yaitu 0.75 meter.

3. Struktur menara dibagi menjadi 4 (ernpat)segmen, yaitu:a. Segmen 1 untuk interval 0-6 meter

6 2

8/3/2019 52085467


b. Segmen 2 untuk interval 6-14 meterc. Segmen 3 untuk interval 14-19 meter,

dand. Segmen 4 untuk interval 19-25 meter.

4. Perletakan menara adalah perletakan jepit.5. Konfigurasi rangka menara menggunakan

tipe berlian (diamond).

6. Mutu baja yang digunakan adalah BJ 41dengan tegangan leleh (Fy) 2,500 kg/ern" dantegangan putus/ultirnit (F,,) 4,100 kg/crn''.

7. Kaki rnenara memakai profil siku130x130xI2 untuk segmen 1 dan100xlOOxlO untuk segmen 2-4.

8. Untuk batang horizontal dan diagonalmemakai profil siku 60x60x6 untuk segmen1 dan siku 40x40x5 untuk segmen 2-4(Pertimbangan yang dipakai terkait denganpemakaian profil siku dengan dimensi initerkait dengan saran praktisi dimana siku40x40x5 merupakan siku terkecil yang boleh

dipakai, untuk menjaga kestabilan struktur).9. Untuk sarnbungan antar batang dalam satusegrnen digunakan sambungan las,sedangkan untuk menghubungkan segmenyang satu dengan yang lainnya digunakansambungan haut,

5.1 Pemodelan Struktur

Pemodelan struktur dilaksanakan pada programSAP 2000. Struktur dimodelkan dalam bentukrangka 3 dimensi. Terdapat 81 titik kumpul dan210 batang yang merangkai konstruksi menara

ini. Menara dibagi menjadi ernpat bagian:); > 0-6 meter. Mernakai profil siku 60x60x6

untuk batang diagonal dan horisontal dansiku 130x130xI2 untuk kaki menara, Elevasivertikal berjarak 2 meter.

); > 6-14 meter. Memakai profil siku 40x40x5untuk batang diagonal dan horisontal clansiku 100xl00xl0 untuk kaki menara. Elevasivertikal berjarak 4 meter.

); > 14-19 meter. Memakai profil siku 40x40x5untuk batang diagonal dan horisorual dansiku 100xl00xlO untuk kaki menara. Elevasivertikal berjarak 3 meter dan 2 meter.

); > 19-25 meter. Memakai profil siku 40x40x5untuk batang diagonal dan horisontal dansiku 100xl00xl0 untuk kaki menara. Elevasivertikal berjarak 2 meter.

0P o e3

~l( 0~(9 0

1 1 7 1o b14 )o (

o co r6000

• C 0;00

25

Gambar 10 Gambar Menara

63 Jurnal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008

8/3/2019 52085467


5.2 Pembebanan

Pembebanan yang direncanakan adalah sebagaiberikut:1. Beban mali

• Berat sendiri profil

• 1 (satu) Paraboloid solid antennadengan diameter 1.2 m pada ketinggian20.0 m: seberat 60 kg

• 1 (satu) Paraboloid solid antennadengan diameter 1.2 m pada ketinggian22.0 m; seberat 60 kg

• (enam) F-Panel antenna pada semuakaki (2 antenalkaki) pada 25.0 m;masing-rnasing kaki menerima beban 40kg.

• Tangga perawatan (cable ladder);seberat 128 kg dihitung tiap 5 meterketinggian.

• Platform seberat 150 kg.• Berat railing seberat 100 kg.

• Lampu peringatan (beacon light) untukkepentingan aviasi seberat 5 kg padapuncak menara.

2. Desain ladderDireneanakan sebuah tangga dengan stringermemakai profil siku 40x40x5 dengan jarakstringer 40 em (lebar minimum) dan

menggunakan round bar <D 16 rnrn padaladder sebagai pijakan kaki dengan jarakan tar round bar 40 em .

3. Beban hidup,yaitu berat tiga orang pekerja; masing-masing seberat 100 kg. Beban LT I l

diperhitungkan di tiga titik kaki menara dipuneak menara (ketinggian 25 meter).

4. Beban angin.

Untuk beban ang in d ip erh itungkan denganmenggunakan standar EIAfTIA. Untukpembebanan angin dipertimbangkan duaalternatif pembebanan, angin dari sudut 0 0

dan 60°. Jenis pembebanan pun dibagimenjadi dua, yaitu angin yang langsungmenerpa struktur dan angin yang rnenerpapiringan antena.

Tabel 2 Perhitungan Beban Ladder

Psrhitungan beban tanggaperawatan dan cable ladder

tinggi tangga 25 meter

Data material: hitung tiap 5 meter

a. Profil siku L - 4Ox40x5 Berat ladderBerst 2.97 kg/m Bent sendiri profil siku

Luas 3.79 em~ . 4Ox40x5 59.4 kg

Jan-jan girasi 0.77 em

Tmggi 5 m Round bar pada ladder 140 em 1>16Jumlah 4 bush 18.936 kg

b. Profil siku L - 50x50x6 Plate and hoop cageBerat 4.47 kg/m 50 kg

Luas 5.69 cm~ Berat ladder set = 128.336 kg

Jari-jari girasi 0.96 em Tinggi menan 25 mTiap level clihitung 5 m

e. Round bar 1>16 Jumlah level 5

Beret 1.578 kglm Berat ladder set total = 641.68 kg

d. Plate Ear 3 x 40 rom

Eerat 0.942 kg/m

Mutu baja profil FY 2,400 kg/crn2 Ej37

jarak antar round bat 40 em

0.4 m

Jumleh: ke atas 15 bush

kiri-kanan 2 bush

Plate and hoop cage 10 kglm

5 m

Jurnal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008 6 4

8/3/2019 52085467


Round B~r ~ 16 MIMn - _ _ ~ ,

~'--lJ===t<,

. .~,: / ,~, , \ · ·)Y.~:" ' ...... /:~. ~~1'~ . ." :'. : ~" ~.

2 1 ] 0

• . : .: t;: ... ' .

" ~'.~.

Gambar 11. Desain Ladder

5. Beban gempa.

Untuk beban gempa digunakan rumus sebagai berikut:V=CIKW t

6. Kombinasi pembebanan.Pembebanan menara tidak hanya dapatterjadi sendiri-sendiri (terpisah), tetapi jugamerupakan gabungan atau kornbinasipembebanan. Untuk itu evaluasipembebanan yang paling penting adalahgabungan dari gaya-gaya tersebut, karenagaya terbesar yang dihasilkan suatu bebanbelum tentu menghasilkan defleksi atauputaran sudut yang terbesar, karena adanya

dinarnika pembebanan yang terjadi akibatbermacam-rnacam gaya yang membebanistruktur. Gaya-gaya tersebut bisa salingmenambah atau justru saling mengurangi.Berikut akan adalah kombinasi pembebananyang dipakai:a. lAD ~ Load Combination 1b. 1.2D + 1.6L ~ Load Combination 2c. 1.2D + 1.6W + 0.5L ~Load

Combination 3d. 0.9D + 1.6W ~ Load Combination 4

65

e. 1.2D + 1.0E + 0.5 L ~ LoadCombination 5

5.3 Langkah Perencanaan

a. Setelah struktur dimodelkan dalam program,kita dapat mengetahui gaya-gaya batang(tanpa rnemperhitungkan berat sendiri, atauself weight multiplier = 0). Kemudian, hasil-hasil ini ditabulasi dan tentukan batang-

batang tertentu dengan gaya tarik dan tekanterbesar (baik untuk kaki menara maupunbatang digonal atau horisontal), yang akanmewakili tiap segmen.

b. Dipilih profil yang memiliki kekuatannominal lebih besar dari gaya-gaya yang

terjadi.c. ProfiI-profil ini didefinisikan dalarn

program, lalu dianalisis kernbali denganmemperhitungkan berat sendiri profi!.

Jurnal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008

8/3/2019 52085467


d. Kemudian struktur secara keseluruhan harusdiperiksa terhadap persyaratan puntir (twist),goyangan (sway) dan defleksi(displacement). Bila secara perilaku strukturrneleblhi persyaratan, maka dicari profillain, sehingga sampai kepada desain yangoptimal.

e. Masing-masing batang diperiksakekuatannya dalarn memikul gay a aksialyang membebaninya dan terhadapparameter berikut:I. Kelangsingan dan tekuk lokal untuk

batang tekan, danii. Kelangsingan untuk batang tarik

f. Kemudian direncanakan sarnbungan, dimanadalarn hal ini perhatian lebih dorninandiberikan terhadap batang tarik, Perluditentukan luas penampang efektif, balkuntuk sambungan las (shear lag) maupunbaut (shear lag dan stagger), dan tambahan

untuk baut, yaitu terhadap blok geser (shearblock) serta desain base plate dan anchorbolt.

5,4 Persyaratan Puntir (Twist), Goyangan(Sway) dan Defleksi (Displacement)

Defleksi ditentukan dengan rnelihat perpindahanyang terjadi pada titik yang berada pada puncak.

Puntir dan goyangan dihitung berdasarkan rumusberikut:

Sudut puntir =

arc tan ( D x(n-l) - D xn JJarak antara titik (n -1) dan titik 11

Sudut goyangan =

(

Dxn - D X(n-4) Jarc tanJarak antara titik n dan titik (1 1 - 4)

dimana:o;Dx(n-l)

D x(n-4)

= Perpindahan pada titik n

= Perpindahan pada titik n-l'" Perpindanan pada titik n-4

Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.5berikut ini:

Tabel 3 Perhitungan Puntir, Goyangan dan Defleksi

Notasi Titik Perpinclahan J arak Antar T itik

inun) _ im l t t ) _

D~ 81 124.45 81 ke 63

4,000Dx(~..q) 63 95.25

81 ke 75

D-X{;oI-l) 75 116.4 1,000

..............~~~~~.i._(~)_ ~.~.~:~~ ~~Q f_Q@ . ..! q~ ......~y.~.g~ .. ~.~!..~.~~) . 9 .A_1 . ? _Q . : ~ b . 9 . ~ . ! . . g.~ .

Puntir (clerajat) 0.461 0.5 LOAD 3 OK

Syarat Aktual Ijin Pembebanan Kondisi

Jurnal Teknik S ipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008 6 6

8/3/2019 52085467


S :u c iu t G o yo . ng o .n

6. Kesimpulan dan Saran

Gambar 12. Sudut Puntir dan Sudut Goyangan

KesimpulanKesimpulan yang diperoleh dari hasilanalisis adalah sebagai berikut:1. Puntir, goyangan dan defleksi yang

terjadi:a. Puntir = 0.461 < OS (puntir ijin)b. Goyangan 0.418° < OS

(goyangan ijin)c. Defleksi = 12.45 em < 25 ern

(defleksi ijin -7 h/100)dimana h adalah ketinggian menara

2. Pengaruh pembebanan angin lebih besarbila dibandingkan dengan pengaruhpembebanan gempa. Hal ini dapatdilihat dari dominannya kornbinasibeban (load combination) 3 dan 4,dimana terdapat beban angindidalamnya, sedangkan kombinasibeban 5 yang mengandung bebangempa, tidak memberi pengaruh yanglebih besar dibanding akibat angin.

SaranMasih banyak kemungkinan jenis profillain,seperti pipa, dan konfigurasi rangka, sepertitipe X dan K yang dapat diaplikasikan padadesain menara ini; sehingga bisa didapatkanhasil yang lebih optimal.

6 7

Dalam proses perencanaan, kekuatan danstabilitas hams diikuti dengan hasil yangekonornis; baik untuk bah an yang dipakaimaupun pelaksanaan pekerjaan

7. ReferensiDewobroto, Wiryanto. Aplikasi Rekayasa

Konstruksi dengan SAP 2000. PT.Elex Media Kornputindo, Jakarta,2004.

Mukhanov, K. K. Design oj MetalStructures. Mil' Publishers, Moscow,1968.

Raghupathi, M. Design of Steel Structures.Tata McGraw-Hill PublishingCompany Ltd., India, 1995.

Segui, William T. LRFD Steel Design.Brooks/Cole-Thomson Learning,USA, 2003.

Departemen Pekerjaan Umum. PedomanPerencanaan Ketahanan GempaUntuk Rumali dan Gedung", YayasanPenerbit PU, 1987.

Seminar Konstruksi Baja untuk Menara Sial'Televisi. ISBN 979-95879-1-3,Jurusan Teknik Sipil-Fakultas TeknikUniversitas Tarumanagara, Jakarta,2000.

Tata Cara Perencanaan Strukiur Baja uniukBangunan Gedung, BadanStandardisasi Nasional, 2002.

.Jurnal Teknik Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008

52085467

Documents

Transcript of 52085467