5/16/2018 Menara

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: chrizanth@gmail.comABSTRAK: 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 adalahpembebanan 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 theload combination with earthquake load.KEYWORDS: Telecommunication tower, LRFD AISC 1999

1. PendahuluanSuatu 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:chrizanth@gmail.commailto:chrizanth@gmail.com

5/16/2018 Menara

2/14

yang terbuat dari pipa dan merniliki tinggi 202meter (Mukhanov, 1968).Menara (pendek, menengah, tinggi) umumnyadigunakan untuk je rn ba ta n, siste rn 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.IZOO to IJ60Section I-I

~ ~.(;;S '>t~ ~ f ~~ ~,'S i fPOOiHL 21o~

If6500Gambar 1.Menara Radio Triangular (Mukhanov, 1968)

Lebar bagian dasar dari rnenara radio mempunyaiukuran 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 dapatberbentuk 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 karenaberperilaku sebagai balok menerus padasokongan elastik. Struktur rangka baja rnenaratelekornunikasi merupakan Self-Supporting SteelTower (Gambar 2).Desain m enara lattice umumnya menanggungbeban angin sebagai tarnbahan berat sendiri,beban angin pada piringan antena dan aksesorismenara (seperti tangga, larnpu, kabel danelevator) 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 m en ara , d im an ahanya dua kaki yang menahan rnomen akibatbeban 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

5/16/2018 Menara

3/14

e

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

r t f H f f f 1 1 f t f 1 1 fBeban AnginGambar 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 + F J (1)dimana pF = g

g N cose (2 )P g ;::; total beban gravitasi sarnpai ke penampangynug ditinjauN ;::;jumlah kaki menarae = inklinasi dari kaki menara terhadap sumbu

menara (dapat dilihat pada Gambar 2)FJ ',= gaya momen pada kaki dikarenakan beban

lateralF= 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 StrukturOptimalisasi dalam desain merupakan aspekperencanaan yang dikaitkan dengan konfigurasioptimum 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

5/16/2018 Menara

4/14

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 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.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 padaketinggian 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

5 7

Perencanaan dari batang diikuti oleh pemilihanluasan. Sasaran dari pemilihan luasan ini adalahyang aman dan ekonornis untuk memikul bebanyang bekerja. Ekonomis biasanya berarti beratminimum, 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 F y Sebuah nilai tipikal adalah 0.6Fy 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 adalahhasil 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

5/16/2018 Menara

5/14

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 Sipil, 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 tahananTahanan 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

5/16/2018 Menara

6/14

bidang vertikal dari posisi tanpa beban anginpada ketinggian tertentu. Perpindahan adalahpergerakan horisontal dari sebuah titik relatifterhadap POSlSI tanpa beban angin padaketinggian tertentu (TIAIEIA-222F 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 b 11sir S'Y M k . B .e 1 at- 1 at e ams a.1aJenis Baja Tegangan putus Tegangan leleh Pereganganminimurn.j, rninimum.j', minimum

(MPa) (MPa) (%)BJ 34 340 210 22BJ 37 370 240 20BJ 41 410 250 18BI50 500 290 16BI55 550 410 13

Modulus elastisitas :EModulus geser : GRasio poisson : f1Koefisien pemuaian : a

4. Pembebanan pada MenaraBeban 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 antenasektor, 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 angka100 kg tia p k ak i menara.4.3 Beban Angina. Menurut PPURG 1987Tekanan angin menurut Pedoman PerencanaanPembebanan Untuk Rumah dan Gedung(PPURG, SKBI-1.3.53.1987, UDC: 624.042):

y2 2W = - > 25 kg/m atau (7)16W > 40 kg/m 2 sampai sejauh 5 km dari garis pantai.dimana:

59

= 200,000 MPa= 80,000 MPa= 0.3= 12 x 10. 6 f'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 tekanannegatif (isapan) jumlahnya adalah 1.6

b. Untuk struktur rangka ruang denganpenampang 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 untukkedua bidang rangka di pihak angin adalahrnasing-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-masingbidangnya 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

5/16/2018 Menara

7/14

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 bebanangin yang bekerja di dalam masing-masing bidangnya dengan koefieien anginrnasing-rnasing sebesar 0.5.

e. Untuk struktur rangka ruang denganpenampang melintang berbentuk segitiga

sama sisi dengan arah angin tegak lurus padabidang rangka di belakang angin, koefisieuangin untuk kedua rangka eli pihakangin adalah + 0.4 dan untuk rangka dibelakang angin adalah + 1.2. Kecuali itu,masing-masing rangka di pihak angin harusdiperhitungkan terhadap bebanangin 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 Batangb. Menurut Standard Electronic Industries

Association! 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 menaraPerhitungan beban angin pada menara adalahsebagai berikut:

F = qz . GH . CF . AE (8)dan tidak boleh melebihi: 2 qz . GH. AGdimana: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 e2 - 4.7 e + 3.4 (Penampang segitiga-7 konfigurasi kaki menara)

AE = = luas proyeksi efektif dari komponenstruktural pada satu muka (luas bagianyang terkena angin), m2

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

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

prom), m2AF = = luasan terproyeksi dari komponen struktur

datar pada satu rnuka dari penampang, m"AR = luas terproyeksi dati kornponen struktural

pada satu muka dari penampang, m2V = = kecepatan dasar angin, mlsz = = ketinggian diatas tanah sampai titik tengah

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

bundar= = 0.51 e2 + 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

60Beban angin yang menerpa strukiur mernilikibesaran yang berbeda pada tiap ketinggian,Sernakin tinggi titik tinjauan, rnaka sernakinbesar beban angin yang menerpa struktur(Gambar7).

6 0

5/16/2018 Menara

8/14

Ko.ki ,"pnar

Gambar 6. Penjelasan AE (Daerah yang Diarsir)

Gambar 7. Distribusi Koefisien Keterbukaan Struktur (K.) Terhadap Ketinggian Metode penghitungan beban angin pada

parabolic 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 a ng in u ntu k gayaaksial tegak lUfUSsumbu antena

V :::kecepatan angin, mphA = luas terproyeksi normal dariantena, ft2D = diameter antena, ft

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

5/16/2018 Menara

9/14

Wind Angle

F STop View

Wind/Positive Sign Convention

4.4 Beban GempaGambar 8 Gaya Angin pada Parabola (TIAIEIA Standard, 1996)

Beban gernpa dihitung menurut SKBI1.3.53.1987. V=CIKWt (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, kgKombinasi PembebananBeban 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 diperhitungkansupaya 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(Lratau 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(Lratau S atau R)5. l.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S6. 0.9D + l.6W + 1.6H7. 0.9D + l.OE + 1.6Hdimana:D = beban matiE = 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 angin5. 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

5/16/2018 Menara

10/14

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" dan

tegangan putus/ultirnit (F,,) 4,100 kg/crn''.7. Kaki rnenara memakai profil siku

130x130xI2 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 bolehdipakai, 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 StrukturPemodelan struktur dilaksanakan pada programSAP 2000. Struktur dimodelkan dalam bentukrangka 3 dimensi. Terdapat 81 titik kumpul dan210 batang yang merangkai konstruksi menaraini. 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.

0 P o e3~l( 0

~(9 01 1 7 1 o b14 ) o (

o c o r6000

C 0 ;00

25

Gambar 10 Gambar Menara

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

5/16/2018 Menara

11/14

5.2 PembebananPembebanan yang direncanakan adalah sebagaiberikut:1. Beban mali

Berat sendiri profil 1 (satu) Paraboloid solid antenna

dengan 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) untuk

kepentingan aviasi seberat 5 kg padapuncak menara.

2. Desain ladderDireneanakan sebuah tangga dengan stringermemakai profil siku 40x40x5 dengan jarakstringer 40 em (lebar minimum) danmenggunakan 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 L T I ldiperhitungkan di tiga titik kaki menara dipuneak menara (ketinggian 25 meter).

4. Beban angin.Untuk beban a ng in d ip erh itu n gk an denganmenggunakan standar EIAfTIA. Untukpembebanan angin dipertimbangkan duaalternatif pembebanan, angin dari sudut 00dan 60. Jenis pembebanan pun dibagimenjadi dua, yaitu angin yang langsungmenerpa struktur dan angin yang rnenerpapiringan antena.

Tabel 2 Perhitungan Beban LadderPsrhitungan beban tanggaperawatan dan cable laddertinggi tangga 25 meterData material: hitung tiap 5 metera. Profil siku L - 4Ox40x5 Berat ladder

Berst 2.97 kg/m Bent sendiri profil sikuLuas 3.79 em~ . 4Ox40x5 59.4 kgJan-jan girasi 0.77 emTmggi 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 kgLuas 5.69 cm~ Berat ladder set = 128.336 kgJ ari-jari girasi 0.96 em Tinggi menan 25 m

Tiap level clihitung 5 me. Round bar 1 > 16 Jumlah level 5

Beret 1.578 kglm Berat ladder set total = 641.68 kgd. Plate Ear 3 x 40 rom

Eerat 0.942 kg/mMutu baja profil F Y 2,400 kg/crn2 Ej37jarak antar round bat 40 em

0.4 mJumleh: ke atas 15 bush

kiri-kanan 2 bushPlate and hoop cage 10 kglm

5 m

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

5/16/2018 Menara

12/14

Round B~r ~ 16 M I M n - _ _ ~ , ~'--lJ===t

5/16/2018 Menara

13/14

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 gaya 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 tambahanuntuk 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 J

Jarak antara titik (n -1) dan titik 11Sudut goyangan =

(Dxn - DX(n-4) Jarc tan Jarak antara titik n dan titik ( 1 1 - 4)

dimana:o;Dx(n-l)Dx(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 DefleksiNotasi Titik Perpinclahan J arak Antar Titik

inun) _ i m l t t ) _D~ 81 124.45 81 ke 63

4,000Dx(~..q) 63 95.2581 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 Sipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008 6 6

5/16/2018 Menara

14/14

S : u c i u t G o y o . ng o .n

6. Kesimpulan dan SaranGambar 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.

67

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 TeknikSipil, Vol. 5, No.2, Juli 2008