Struktur Kabel pada National Athletics Stadium Bruce, Australia
Struktur Kabel pada National Athletics Stadium Bruce, Australia Hendro Trilistyo*)
Abstraksi Dewasa ini banyak kita jumpai bangunan-bangunan dengan bentang yang sangat lebar. Untuk itu diperlukan sistem struktur yang tidak hanya mampu memikul beban bangunan tetapi juga bi sa menambah nilai estetis bangunan tersebut. Yang tampak mencolok adalah struktur pada atap bangunan. Karena atap bangunan yang tinggi akan tampak walaupun dari jarak yang sangat jauh. Untuk mendesain atap yang indah dengan bentang bangunan lebar diperlukan struktur khusus yang dikenal dengan Advanced Struktur. Salah satunya adalah struktur kabel. Struktur kabel sudah lama dikenal oleh manusia. Hal ini dapat kita lihat dengan adanya jembatan gantung yang digunakan oleh manusia pada jaman dahulu. Bahan yang digunakan adalah bahan-bahan dari alam seperti rotan, akar pohon dan bambu. Sekarang ini penggunaan atap kabel banyak dipakai pada stadion-stadion olahraga yang mempunyai bentang yang sangat lebar. Kabel-kabel yang digunakan biasanya terbuat dari bahan baja. Penggunaan atap kabel pada stadion sangat efektif. Selain bisa menambah nilai estetis bangunan, struktur kabel tidak memerlukan kolom-kolom besar untuk memikul beban. Sehingga pandangan penonton tidak akan terganggu oleh kolom-kolom. Hal inilah yang menjadi salah satu keistimewaan struktur kabel dibandingkan dengan struktur yang lain.
Kata Kunci : Struktur Kabel, Stadium, Bentang Lebar
Pendahuluan
Meskipun demikian teori mengenai struktur ini
Struktur kabel merupakan salah satu
pertama kali dikembangkan tahun 1595 , yaitu
struktur furnicular, yaitu struktur yang
sejak Fausto Veranzio menerbitkan jembatan
hanya mendapatkan gaya tarik atau gaya
gantung.
tekan saja. Pada kasus struktur kabel
dibangun jembatan rantai di Durham County,
hanya gaya tarik saja yang bekerja.
Inggris. Jembatan ini merupakan jembatan
Struktur kabel telah digunakan sejak abad
gantung pertama di Eropa.
pertama SM di China pada jembatan yang
Penggunaan kabel pada gedung tidak begitu
menggunakan rantai, kemudian sekitar
cepat
tahun 70 SM struktur kabel digunakan
kebutuhan akan bentang yang sangat besar.
sebagai
Struktur
atap
amphitheatre
Romawi.
Selanjutnya
karena
pada
paviliun
pada
saat
pada
itu
tahun
1941
belum
pameran
ada
Nijny-
Kemudian di Eropa pada tahun 1218
Novgorod yang didesain oleh V. Shookhov
struktur
pada tahun 1896 dianggap sebagai awal
rantai
tergantung
dibangun di Alpen, Swiss.
pernah
mulanya aplikasi kabel pada gedung modern.
*) Ir. (UNDIP), Staf Pengajar Jurusan Arsitektur Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang
1
Vol. 5 No. 1 - Juni 2005
Struktur-struktur
MODUL
yang
dibangun
sebagai
ISSN 0853 2877
elemen
yang
dapat
besar.
Kabel
adalah
berikutnya adalah paviliun Lokomotif
membentangi
pada Chicago World’s Fair pada tahun
fleksibel karena ukurannya dari sisi kecil
1933 dan Livestock Judging Pavillion
dibandingkan dengan panjangnya. Fleksibel
yang dibangun di Raleigh North Carolina
menunjukkan daya lengkung yang terbatas.
sekitar tahun 1950. Sejak itu banyak
Karena tegangan-tegangan lengkung tidak
dibangun gedung yang menggunakan
sama, dapat diatasi oleh fleksibelnya kabel.
struktur kabel.
Beban-beban yang dipikul oleh batang-batang
Pada
masa
banyak
sekarang
dipakai
struktur
untuk
kabel
menyelesaikan
jarak
struktur
tarik terbagi diantara kabel-kabel. Masingmasing kabel memikul beban dengan tegangan
kasus-kasus bangunan dengan bentang
yang sama dan di bawah tegangan yang
lebar. Salah satu contoh bangunan yang
diperkenankan.
banyak
Untuk dapat gambaran mengenai mekanisme
menggunakan
struktur
kabel
adalah stadion yang mempunyai bentang
kabel yang memikul beban vertikal, maka
sangat lebar dan diharapkan elemen
dijelaskan dengan gambar di bawah ini.
struktur yang ada tidak menghalangi penonton ke tengah lapangan. Untuk itu
penyelesaian
dengan
struktur
kabel
merupakan pilihan yang tepat.
Sampai saat ini sudah banyak stadion yang menggunakan struktur kabel
1. kabel dengan beban simetris
dalam penyelesaian struktur atapnya. Salah
satunya
adalah
2.
National
Penunjang
kabel
diperlukan
Athletics Stadium yang terletak di Bruce Australian Capital Territory.
Pada gambar tersebut terlihat suatu kabel yang ujung-ujungnya dipegang kuat oleh angkur
Tinjauan Teori
Dasar-dasar Struktur Kabel
ditengahnya. Karena beban P, kedua bagian
Struktur kabel bekerja berdasarkan gaya
kabel tertarik dan membentuk segitiga, setiap
tarik, menggunakan sistem statis tertentu,
bagian kabel memikul ½ P.
dimana Σ M=0, ΣH=0, ΣV=0. pada sistem
Bentuk segitiga yang terbentuk oleh kabel ada
struktur
ciri khasnya pada lenturan, yaitu jarak vertikal
dituntut
sistem
yang
stabil
pada
tembok
dan
dibebani
beban
dengan kabel yang tegang.
antara landasan gantung sampai dengan titik
Daya tarik tinggi dari baja dengan
terendah pada kabel. Kabel tanpa lenturan tak
efisiensi tarik murni memungkinkan baja
dapat memikul beban karena gaya tarik pada
2
P
Struktur Kabel pada National Athletics Stadium Bruce, Australia
kabel
yang
mendatar
tidak
dapat
mengadakan keseimbangan dengan gaya atau beban vertikal. Gaya tarik arah kedalam pada kedua landasan akibat
bagian
yang
sama
karena
pembebanan simetri. Bilamana
landasan
perletakan
Garis katenari pembebanan merata sepanjang kabel
2.
Garis pada pembebanan
horizontal merata 3. Garis parabola hampir berhimpitan dengan katenari 4. Polygon yang funikuler
melenturnya kabel dapat dibagi dalam dua
1.
tidak
cukup kuat, maka kedua bagian kabel
Apabila beban diperbanyak, maka kabel-kabel
akan
dengan
berimpit
menjadi
satu.
Untuk
garis-garis
lurus
karena
tegang
mengatasi hal itu perlu dipasang batang
membentuk segi banyak. Bentuk segi banyak
itu disebut dalam bahasa inggris: funicular
penunjang
mendatar
antara
kedua
landasan.
polygon dari bahasa latin: funis: tali dan dari
Lenturan yang besar menambah panjang
bahasa Yunani: poly: banyak dan gonia: sudut.
kabel, tetapi tegangan menjadi lebih
Kabel Sebagai Struktur Funicular
rendah sehingga dapat dipakai kabel
Secara alami bentuk funicular akan diperoleh
dengan potongan lintang yang kecil. Sebaliknya apabila lenturannya kecil,
a
panjang kabel dapat berkurang, tetapi tegangan
menjadi
lebiha besar,
jadi
diperlukan kabel dengan potongan lintang yang besar. Yang paling ekonomis adalah dengan mengambil lenturan dengan sudut 45°. b
1
b
a. Beban terpusat : kumpulan bentuk funicular untuk beban tipikal. Apabila tinggi struktur funicular berkurang, maka gaya dalam akan bertambah, dan begitu pula sebaliknya. b. Kumpulan beban terdistribusi secara horizontal.
apabila kabel yang bebas berubah bentuk kita
2
bebani. Kabel yang berpenampang melintang konstan dan hanya memikul berat sendirinya akan mempunyai bentuk katenari. Kabel yang 3
memikul beban vertikal yang terdistribusi 4
secara horizontal di sepanjang kabel, seperti beban utama pada jembatan gantung yang
3
Vol. 5 No. 1 - Juni 2005
MODUL
ISSN 0853 2877
memikul dek horizontal, akan mempunyai
kabel
bentuk parabola. Kabel yang memikul
parameter tersebut. Reaksi ujung mempunyai
beban
mengabaikan
komponen vertikal dan horizontal yang harus
mempunyai
ditahan oleh pondasi atau elemen struktural
terpusat
bentuk bentuk Kombinasi
(dengan
sendirinya)
akan
segmen-segmen berbagai
garis
beban
lurus.
juga
bergantung
pada
parameter-
lainnya, misalnya batang tarik.
akan
memberikan bentuk kombinasi dimana
Struktur Atap Kabel dan Penunjang
beban terbesar akan memberikan bentuk
Atap tarik sederhana terdiri atas kabel-kabel
yang dominan. Bentuk pelengkung untuk
yang digantung di atas kolom penunjang.
beban yang sama merupakan kebalikan
Kabel menahan lengkung dan diberi angkur
sederhana
pada landasan di atas tanah. Balok-balok atau
dari
bentuk
yang
telah
disebutkan di atas.
pelat-pelat lurus ditempatkan di atap-atap
Besar gaya yang timbul pada kabel
menghubungkan kabel-kabel yang sejajar dan
bergantung pada tinggi relatif bentuk
dengan demikian terbentuklah atap dengan
funicular
lengkungan barrel yang terbalik.
dibandingkan
dengan
panjangnya. Selain itu, besarnya juga
Kesederhanaan dan murahnya biaya sistem
bergantung pada lokasi dan besar beban
yang bekerja (lihat gambar di bawah).
perhatian . Akan tetapi pelat-pelat lurus
jembatan
gantung
penghubung berbobot
kabel
ringan,
untuk
beserta
atap
menarik
kabel-kabelnya
sehingga
atap
mudah
mengepak-ngepak seperti sayap (to flutter ), terbalik
melencong
(to
oscilate)
dan
menggetar (vibration effect ), apabila terkena angin kencangan. Untuk mengatasi hal itu, maka bahan atap harus diambil yang agak berat atau kabel-kabel harus dibuat stabil dengan kabel sekunder atau kabelnya diberi pengaku.
Struktur
Kabel
Tunggal
Sistem
Roda
pelat
beton
Sepeda (Single Layer System)
Semakin tinggi kabel, berarti semakin
Penutup
kecil gaya yang akan timbul dalam
prafabrikasi berbentuk baja yang didukung
struktur, begitu pula sebaliknya. Gaya
oleh kabel-kabel radial. Ujungnya ditekuk ke
reaksi yang timbul pada ujung-ujung
atas pada tulangan pelat. Supaya stabil, pelat-
4
atap
terdiri
dari
Struktur Kabel pada National Athletics Stadium Bruce, Australia
pelat dibebani bata atau kantong-kantong berisi pasir sementara untuk memberi tarik tambahan pada kabel-kabel. Lubang-lubang sebagai
di
cetakan
antara diisi
dua
adukan
pelat beton.
Struktur kabel Struktur kabel s stem double la er s stem d ou le
Sistem kabel
Bilamana beton mengering, atap menjadi pelat
yang
monolit
dan
merupakan
bundaran.
Jembatan gantung struktur kabel double
berbagai panjang yang masing-masing dapat disetel. Struktur kabel single layer dengan
Sistem satu
Efek Dinamis Angin terhadap Struktur Kabel
Struktur kabel sin le
Masalah
kritis
dalam
desain
Jadi atap beton yang melengkung ke
setiap
struktur
bawah itu mendapat prategang dari kabel-
atap
kabel,
sehingga
cukup
kaku
untuk
yang
menggunakan kabel adalah efek
menahan flutter effect . Struktur cable stayed
Struktur Kabel Dua Ganda Sistem
dinamis
yang
diakibatkan
oleh
Roda Sepeda (double layer system)
angin. Apabila angin bertiup di atas atap, akan
Sistem kabel ganda terdiri atas dua
timbul gaya isap. Apabila besar isapan akibat
susunan
tidak
angin ini melampaui beban mati struktur atap
tetapi
itu sendiri, maka permukaan atap akan mulai
sebidang,
kabel
yang
tidak
letaknya
berpotongan
bersilangan. Kedua susunana kabel ini
naik. Pada saat atap mulai naik dan bentuknya
merupakan struktur utama dari atap,
menjadi sangat berubah, gaya di atas atap akan
susunan yang satu melengkung ke atas
sangat berubah karena besar dan distribusi
dan susunan yang lainnya melendut
gaya angin pada suatu benda bergantung pada
kebawah. Kedua susunan kabel dijaga supaya
tetap
pada
tempatnya
penunjang-penunjang
tekan
bentuk benda tersebut. Karena gaya angin
oleh
berubah, maka struktur fleksibel tersebut akan
dengan
berubah bentuk lagi sebagai respon terhadap beban yang baru ini. Proses ini akan berulang
5
Vol. 5 No. 1 - Juni 2005
MODUL
terus sehingga atap tidak mempunyai
ISSN 0853 2877
Builder (Leighton Contractors)
bentuk tetap, dan akan bergetar (flutter) selama
ada
gaya
mencegahnya
dengan
angin.
Untuk
menggunakan
Fungsi : tempat pertandingan nasional dan
internasional
dan
sebagai
permukaan atap yang berat sehingga
markas tim Canberra Raiders ARL.
flutter dapat dicegah oleh beban matinya
Tahun
: 1977
atau dengan menggunakan sistem kabel
Lokasi
: Bruce , Australian Capital
menyilang (stayed cable).
Territory Tipe
: Stadion
Bentuk
: Plan (denah): atap panjang
Studi Kasus Kasus
yang
kami
ambil
adalah
penggunaan struktur kabel pada sebuah
112m, lebar 20m ,denah berbentuk segiempat.
stadion olahraga.
Tinggi sampai atap: 16-20 m Modul dasar atap : rectangular steel frame, with concrete topping Modul : 14 Lantai : 11.400 sq m Material
: baja
Tipe struktur atap
: tipe cable suspended
steel framed roof deck Motif surface arrangement
Struktur pendukung Rangka atap baja ditarik oleh kabel-kabel yang dikaitkan pada tiang penggantung
dengan diameter kabel 36mm dan 52mm untuk kabel penarik di belakang.
Pondasi Nama :
National
Athletics
Stadium
(Bruce Stadium)
Tim proyek
:
: Pin jointed masts
: rock tension anchors
for the cables , piers to the main seating structure
Dirancang untuk menjadi bagian dari Institut
Arsitek (Philip Cox, Taylor and Partners)
Olahraga Australia. Diginakan sebagai tempat
Sipil (Bond James and Laron)
pelaksanaan kompetisi olahraga nasional dan
Service engineers (Julius Poole and
internasional. Secara konsep, struktur utama
Gibson)
dirancang khusus dalam penampilannya dan
6
Struktur Kabel pada National Athletics Stadium Bruce, Australia
dapat terlihat jelas dari jarak yang jauh.
oleh tiang-tiang baja runcing yang memberi
Bangunan
dampak visual pada bangunan. Hal ini juga
utama
didesain
untuk
menampung 6000 tempat duduk yang
diperlukan
untuk
memberikan
pandangan
terlindungi.
bebas kolom bagi para penonton. Struktur diletakkan seperti pada atap yang memiliki perlindungan maksimal dari angin
yang
sangat kuat di area.
Analisa Kabel Struktur Kabel struktur mendukung atap seluas 112x20 m. Terdapat 5 tiang struktur disepanjang atap. Tiang
ini
dihubungkan
dengan
tiga
penggantung ke balok atap dan kolom baja yang runcing. Tiap kabel mendukung 650 titik beban pada atap. Atap kabel berdiameter 36 mm, kabel penggantung belakang berdiameter 52 mm yang dibuat dari 37x7mm kabel. Terdapat 2 penggantung belakang untuk setiap tiang struktur penggantung dan 9 kabel yang mendukung atap. Tiang-tiang digantung pada kaki tiang ke kolom yang dikaitkan di dinding
Tampak bangunan
belakang
dari
tiang,
dengan
demikian
memungkinkan tiang untuk diputar dalam, sesuai
bidang
perpanjangan
dari
tempat
berdirinya. Fasilitas bagi atlet terletak pada struktur
Balok baja persegi kosong (tidak masif) yang
dasar
membentuk atap dipasang pada ujung rangka
dari
langsung
atap,
ke
memberi
arena.
hubungan lainnya
beton dari tempat duduk. Slab beton 100mm
seperti toko perlengkapan, restoran dan
kemudian diberi dek metal yang telah dibuat
bar, serta fasilitas perawatan juga terdapat
menjadi rangka atap dan bersifat permanen. Ini
pada
kemudian menjadi beban mati untuk menjadi
dasar
diatasnya
Fasilitas
tersebut.
Tempat
memungkinkan
duduk
seluruh
penahan pada saat angin kencang. Sementara
penonton untuk mendapatkan pandangan penuh
pada
semua
kegiatan.
Atap
tergantung pada kabel yang didukung
7 Hubungan tiang penggantung, kolom dan rangka atap
Vol. 5 No. 1 - Juni 2005
itu,
tiang
MODUL
dimiringkan
ke
depan,
ISSN 0853 2877
dua ujungnya untuk memungkinkan terjadinya
kemudian kabel penggantung belakang
rotasi perpendicular pada penyangganya.
dipasang
pada
kepala
tiang
yang
Roof Frame (rangka atap)
kemudian
dikembalikan
pada
posisi
Rangka atap terdiri dari balok baja utama yang
akhirnya, memungkinkan ujung yang
membentang sekitar 20m dihubungkan dengan
lebih rendah dari kabel penggantung
tiang dan kolom-kolom. Balok utama ini
belakang untuk dihubungkan pada angkur
membentuk bagian pada kerangka atap baja
di tanah. Kabel penggantung belakang
yang menyangga dek metal yang mendukung
kemudian
secara
beton penutup atas. Penetrasi yang menembus
berpasangan yang menyebabkan atap
beton penutup atas memungkinkan terjadinya
kabel dapat memikul beban.
hubungan pada rangka atap baja supaya kabel
ditegangkan
yang tegang dapat menggantung atap. Tepi
Hinged Masts (tiang penggantung)
atap
dijepit
pada
struktur
beton
untuk
mengatasi gaya lateral dan gaya keatas. Beton tegak di tepi atap mengurangi kibaran atap. Tension Cables (kabel tegang)
Kabel
atap
terdiri
dari 19 X 7 mm Alir pembebanan gaya
kawat
yang
Panjang tiang penggantung 16 m dari
menyusun
kabel
ujung kepala hingga 3 way pin joint. Ini
berdiameter 36 mm.
adalah
Terdapat
baja
runcing
fabrikasi
yang
9
kabel
menjadi satu dengan cast element pada
atap untuk tiap tiang
ujungnya yang memungkinkan hubungan
kabel. Terdapat 5 tiang yang masingmasing diletakkan pada bagian belakang
penyangga,
kemudian
dimiringkan
Angkur batu
penyangga
yang diseimbangkan dengan
dua
kabel
penggantung belakang yang diangkurkan ke
dengan sudut 60º agar stabil.
tanah. Kabel penggantung belakang disusun
Tapered Columns (kolom runcing)
oleh kawat 37 X 7 mm, yang membentuk
Kolom-kolom runcing membentuk satu
kabel berdiameter 52 mm. Ini dapat memikul
bagian dari 3 struktur baja utama. Kalom-
beban hingga 600-700 kN. Kabel penyangga
kolom ini bervariasi menurut ukuran
belakang dihubungkan ke angkur batu melalui
panjangnya mulai dari 16m hingga 20m,
cetakan yang mempunyai lubang runcing dan
tergantung pada posisi peletakan pada
mengandung epoksi, serbuk besi (zinc dust),
strukturnya. Kolom ini dihubungkan pada
dan bola pemikul (ball bearings).
8
atap
Struktur Kabel pada National Athletics Stadium Bruce, Australia
Yang kedua adalah gaya tarik pada atap dan resultan komponen tekanan angin horisontal
Structural Action (Aksi Struktur)
yang dihasilkan oleh beban angin tidak simetris. Hal ini sebagian besar dinetralkan oleh ikatan eksternal dan dinding penopang. Tiang penopang tepi menjadi subjek efek fleksural
saat
menyalurkan
beban-beban
tersebut ke titik-titik pendukung, disebabkan oleh gaya tekan dan daya regang pada bagian bagiannya. Diagrid juga akan membantu penyaluran Beban
lateral
pada
arah
transversal
disebabkan oleh dua efek. Yang pertama
beban
ke
pendukung
dengan
mengembangkan daya tegang dan gaya regang pada bagian-bagiannya.
adalah beban terpusat yang disalurkan dari
sistem
struktur
sekunder
untuk
Beban
lateral
pada
arah
longitudinal
dinding, yang akan menjadi bentuk beban
disebabkan oleh dua efek yang serupa dengan
terpusat pada tepi timur dan barat dari
yang terjadi pada arah transversal. Beban-
diagrid yang terbentuk pada setiap 12,6
beban dibebankan secara singkat pada diagrid,
m.
yang
kemudian
disalurkan
pada
dinding
penopang melalui tiang penopang tepi dan ikatan internal. Bagian-bagian diagrid akan mengembangkan gaya tekan dan gaya regang dalam menahan dan menyalurkan beban beban. Satu perangkat ikatan internal akan menjadi tegang untuk setiap beban lateral.
Kesimpulan Struktur kabel sangat cocok digunakan pada atap
stadion.
Struktur
kabel
tidak
membutuhkan kolom-kolom yang besar untuk menyalurkan
Denah
penonton
beban, ke
sehingga
arena
pandangan
pertandingan
tidak
terganggu. Selain itu penggunaan struktur kabel pada atap stadion dapat menambah nilai estetis bangunan.
9
Vol. 5 No. 1 - Juni 2005
MODUL
Struktur kabel sebenarnya bisa digunakan
ISSN 0853 2877
2.
Rafika Aditama. Bandung.
di Indonesia, namun sampai saat ini belum
dijumpai
penggunaan
struktur
kabel pada atap stadion.
Daftar Pustaka 1.
Frick,
Heinz.1998.Sistem
bentuk
struktur bangunan.Kanisius.Yogyakarta.
10
Schodek, Daniel L. 1998. Struktur. PT.
3.
www. national_athletics_stadium . com
