Menggapai 200 Tingkat

Mungkinkah pencakar-pencakar langit super itu dibuat ?

Tepat satu abad yang lalu, tahun 1885, pencakar langit pertama di dunia dibangun di Chicago. Gedung Asuransi itu hanya sepuluh tingkat. Tapi, ia merupakan suatu revolusi dalam sistem struktur, membuka kemungkinan ke arah dibangunnya gedung-gedung pencakar langit —lambang kota modern. Sebelum tahun 1885, bangunan-bangunan tinggi mengandalkan pada kekuatan dinding tembok bata yang tebalnya sampai dua meter (!) untuk menopang berat lantai-lantai atas. Tapi, seorang insinyur Chicago, William LeBaron Jenny, mempunyai ide brilian: ia menopang seluruh beban berat Gedung Asuransi itu pada kerangka baja. Pada kerangka inilah dinding gedung menempel. Sejak ini, dinding tak berperan banyak dalam kekuatan struktur bangunan bertingkat. Bila anda mau, anda dapat memakai dinding kaca seluruhnya.

Penemuan insinyur Chicago ini, dikombinasikan dengan penemuan lift listrik beberapa tahun kemudian, menguak era baru dalam arsitektur. Seiring dengan melonjaknya harga tanah di kota-kota besar, maka bangunan pun seakan berlomba tumbuh makin tinggi. Berturut-turut dibangun gedung Masonic Temple (1891, 20 tingkat), Metropolitan Life Insurance Tower (1909, 50 tingkat). Woolworth Building (60 tingkat, 1913), Chrysler Building, (77 tingkat, 1929) dan Empire State Building (102 tingkat, 1931). Bahkan, arsitek terkenal Frank Lloyd Wright, membuat disain bagi gedung yang cingginya 1,8 kilometer dalam tahun 1956. Cuma disain tentu, karena selama 50 tahun ini, praktis tidak ada peningkatan tinggi bangunan yang menyolok —gedung tertinggi di dunia tetap Sears Tower (110 tingkat, 1973), Chicago . Tapi, bagaimana pun juga, kemajuan dalam teknik dan ilmu struktur bangunan telah menghasilkan gedung-gedung yang lebih megah, dengan bentuk dan conk yang beraneka ragam. Ia juga dengan berkurangnya jumlah material yang diperlukan bagi pembangunan sebuah gedung bertingkat. Makin enteng, tapi kuat.

Kini, para perancang pencakar langit, telah siap untuk membuat loncatan baru ke langit. Sekarang tersedia bahan-bahan yang sangat ringan tetapi kuat, ada sistem struktur yang modem, dan lift berkecepatan tinggi. Maka pembangunan gedung bertingkat 150 — 200 lantai kini bukan hal yang mustahil lagi. Setengah lusin usulan untuk pendirian pencakar langit luarbiasa sudah siap di meja gambar, termasuk gedung bertingkat 210, di Chicago, dan empat menata bertingkat 200 yang saling berhubungan, untuk New York. Tapi, harus diperhatikan pula, kelayakan ekonomis dan dampak lingkungan dari gedung-gedung semacam itu.

Memang, statistik yang ada sangat mengejutkan. Suatu gedung yang tingginya 200 tingkat, lantai dasarnya harus luas sekali, seluruh tingkat menyediakan hampir 1 juta meter persegi ruangan (untuk keperluan kantor, kamar hotel, toko dan sebagainya), dan perumahan bagi sekitar 100.000 orang. Mirip sebuah kota vertikal, yang, memerlukan jaringan telpon tersendiri, kantor pos, pembangkit listrik, fasilitas pembuangan air limbah, dan memerlukan sejumlah besar air dan listrik.

Setiap masalah bagi gedung bertingkat akan berlipat ganda untuk menara yang bertingkat 200, termasuk hembusan angin di ketinggian, serta mulur dan mengerutnya besi dan beton akibat cuaca panas atau dingin. Membangun suatu pencakar langit super juga memerlukan suatu dukungan logistik dan kemampuan manajemen yang luarbiasa. Ketika membangun World Trade Center di
New York, diperlukan suatu program komputer, hanya untuk menelusuri ke luar masuknya seluruh material bangunan.

Dari titik pandangan teknik struktural, yang sangat perlu diperhitungkan bukan hanya tinggi bangunan itu saja, tetapi “rasio aspek” —perbandingan antara tinggi gedung dengan lebar dasar bangunan. Lantai dasar yang lebar dapat membagi berat, serta me-ningkatkan stabilitas. Maka gedung-gedung pencakar langit dewasa ini tingginya tidak lebih besar dari enam sampai delapan kali lebar dasamya. Sears Tower, misalnya, lebar dasamya 68,6 m tinggi 443 m, suatu perbandingan sebesar 6,4; menara kembar di World Trade Center mempunyai dasar 63 m dan tinggi 411,5 m,suatu perbandingan 6,5.

Suatu menara yang tingginya 700 m dapat didisain dengan mudah jika panjang dan lebar dasamya 175 m; rasionya 6. Tapi, di pusat perkantoran, tanah yang ada sangat terbatas, dan peraturan daerah memb atasi total daerah lantai yang dapat dimiliki oleh sesuatu bangunan. Lebih jauh lagi, ukuran lantai harus cukup kecil untuk rnenarik calon penyewa. Karena, umumnya, orang memilih ruang di dekat jendela. Dengan demikian, para insinyur harus memeras otak lagi untuk mendapatkan perbandingan aspek 10 atau lebih, yang harus cukup stabil, dan kuat menahan tekanan angin di ketinggian.

Beban & Tekanan
Tugas perancang paling utama ialah membuat agar gedung yang akan dibangun itu cukup aman, namun cukup ekonomis untuk dibangun. Bangunan bertingkat tinggi dihadapkan kepada dua kekuatan utama: beban vertikal yang disebabkan oleh daya gravitasi, dan beban horisontal yang disebabkan oleh angin dan kemungkinan gempa bumi.

Karena baja dan pilar beton sangat tahan terhadap tekanan (kompresi), beban vertikal yang disebabkan oleh gravitasi tidak terlalu memusingkan, walau pun untuk gedung ber-tingkat 200 atau lebih.

Oleh karena itu, yang lebih dititikberat-kan dalam membangun pencakar langit, ialah kemampuan menahan tekanan angin dan gempa bumi. Pada ketinggian menengah (30 — 40 tingkat), stabilitas struktur dapat dijamin oleh balok dan tiang-tiang yang disekrup kuat-kuat pada tiap sendinya. Tapi, tekanan angin meningkat menurut deret ukur, sesuai dengan ketinggian. Jika tidak ditunjang oleh disain yang sempurna, kekuatan dari samping ini akan dapat membuat gedung tinggi tergeser dari dasamya, melintir pada asnya, bengkok, bergoyang tak terkendali, atau patah dua.

Suatu pencakar langit, di bawah tekanan angin, berperangai bagaikan sebuah tiang vertikal raksasa: di bawah cukup kuat tertanam, tapi di atas bebas. Semua material akan mengalami perubahan bentuk oleh tekanan berat. Maka gedung tinggi pun akan membengkok bila ada tekanan angin, seperti papan loncat indah yang melengkung karena berat si peloncat indah. Dua macam perubahan dapat terjadi: kompresi, yang mengakibatkan partikel material lebih mendekat satu sama lain, dan regangan, yang berakibat sebaliknya. Jika angin bertiup ke arah suatu bangunan, pilar-pilar di satu sisi akan mulur memanjang, sementara di sisi lain akan menjadi lebih pendek. Bila daya tahan kompresif atau regangan dari material bangunan itu cukup kuat, struktur tetap stabil. Agar dapat menahan tekanan ini, maka pilar-pilar bagian luar haruslah dihubungkan satu sama lain dengan material dinding yang kuat, kerangka baja atau penopang diagonal.

Perangkai Dinamis
Membengkoknya gedung tinggi, karena tekanan angin, menyebabkan puncak berayun-ayun. Dalam dua dekade ini, dengan adanya baja berkekuatan tinggi, pilar atau palang horisontal kini tak perlu terlalu besar. Dan material ringan seperti gelas atau aluminium telah menggantikan dinding beton atau batu bata yang berat. Karena baja merupakan material yang sangat lentur, maka gedung-gedung tinggi itu dapat bergoyang-goyang bersama hembusan angin.

Pedoman sederhana yang ada di dalam teknik struktural ialah: gedung tinggi hendaknya cukup kaku sehingga puncaknya tidak terayun lebih dari 1/400 dari tingginya, di bawah hembusan angin berkecepatan sekitar 150 km/jam. Dengan demikian, sebuah gedung yang tingginya 300 meter, gerak ayunnya tidak boleh lebih dari 3/4 meter dari titik tengah. Yang tidak kalah pentingnya dari ayunan itu ialah periode ayun, yaitu waktu yang diperlukan gedung untuk berayun dari kanan ke kiri sampai kembali lagi. Contohnya, gedung World Trade Center, periode ayunnya 10 detik.

Sistem Tabung
Sejak 20 tahun ini, para perancang gedung pencakar langit berhasil mengalihkan sistem penopang yang diperkukan untuk menahan beban lateral dari tengah bangunan ke pinggir bangunan. Ide revolusioner ini mula-mula diperkenalkan pada awal tahun 1960-an oleh Fazlur R. Kahn, insinyur struktur dari Chicago. Ia mengkalkulasikan, kekuatan maksimum terhadap tekanan lateral dapat diperoleh bila bagian luar dinding pencakar langit dibuat lebih kaku, sehingga bangunan itu bagaikan sebuah tabung berongga raksasa yang terpancang di tanah.

Contoh dari bangunan tabung berkerangka ini ialah World Trade Center, pencakar langit kembar yang tingginya nomor dua di dunia. Tiap-tiap menara kembar dapat dibayangkan sebagai kotak kosong raksasa yang terpancang mencuat setinggi 400 m dari tanah. Pilar-pilar di bagian depan gedung ini, jaraknya sangat berdekatan, sehingga berfungsi sebagai kosen jendela-jendela; pilar-pilar tersebut disatukan dengan kuat oleh palang-palang.

Kelemahan utama dari sistem tabung berkerangka ini, sambungan-sambungan sendi pilar haruslah dihubungkan dengan baut-baut yang berkekuatan tinggi atau dilas. Biayanya lebih mahal, karena memerlukan tenaga terampil yang terbiasa bekerja di ketinggian.

Tabung Dengan Palang Diagonal
Untuk mengurangi kemungkinan adanya tekanan angin yang berlebihan, sisi-sisi tabung haruslah diperkuat. Kemudian ditemukanlah sistem rangka baru: pilar-pilar bagian luar dihubungkan satu dengan yang lain oleh palang diagonal besar. Contoh dari sistem ini ialah John Hancock Center di Chicago. Palang-palangnya membentuk lima buah penopang berbentuk X raksasa pada tiap sisi.

Variasi dari sistem ini ialah apa yang disebut “kerangka segi tiga”. Bentuk segitiga lebih kuat daripada segiempat, bukan? Maka gedung yang memiliki elemen segitiga, biasanya, lebih kokoh dan lebih menghemat material. Ketika membangun gedung Citicorp di New York, insinyur strukturnya menyusun kerangka segitiga raksasa pada rangka tabung, untuk memindahkan sebagian beban berat lantai ke arah empat pilar raksasa. Dengan demikian, setengah dari beban gravitasi dan seluruh tekanan angin, dialirkan pada kerangka segitiga di luar gedung. Sedangkan setengah beban gravitasi sisanya ditahan oleh tiang di tengah gedung.

Tabung Modular
Jika keliling sebuah bangunan tabung menjadi terlalu luas, pemakaian kerangka luar tidak efisien untuk mengurangi tekanan angin. Pemecahannya: menyusun pilar-pilar di tengah gedung menjadi modul segiempat, agar lebih kuat menahan ayunan gedung. Bangunan yang mempergunakan teknik ini ialah Sears Tower, yang tingginya 440 m, dan dasamya seluas 4700 m persegi. Sears Tower merupakan susunan dari sembilan modul, masing-masing luasnya sekitar 500 m persegi dengan pilar-pilar berjarak 4,5 m, dirangkaikan menyatu menjadi matriks 3 x 3.

Kelebihan konsep tabung modular ini? Masing-masing tabung dapat disusun dalam konfigurasi yang bermacam-macam, tanpa kehilangan integritas strukturalnya. Misalnya, Sears Tower itu. Ia memiliki beberapa setback (tempat-tempat dimana bangunan menjadi lebih sempit) pada lantai ke 50, 66, dan lantai 90. Ini justru memungkinkan arsitek menciptakan variasi bentuk dan ukuran lantai, yang dapat menarik calon penyewa. Kelemahannya, setiap lantai-lantai dibagi 23 m, oleh serangkaian pilar-pilar yang rapat yang ada pada seluruh lebar bangunan. Ini membuat perencanaan ruarigan kurang bebas.

Pimpinan bagian disain biro arsitek Emery Roth & Sons (New York) menyatakan, bahwa sistem tabung modular ini, masih merupakan konsep yang tepat diterapkan pada bangunan sangat tinggi. Pada tahun 1979, mereka telah merancang sebuah pencakar langit dengan 500 lantai (!), terdiri dari 16 tabung modul yang disatukan.

Penutup
Tapi itu, tentu, baru rancangan saja. Kembali ke yang praktis, biro di atas tadi menyiapkan disain gedung 127 tingkat, gedung tertinggi di dunia yang akan dibangun di New York. Namun, baik pemborong maupun arsiteknya masih tetap merahasiakannya, sebelum anggaran untuk itu sudah dipastikan. Maklum, persaingan di bidang ini pun amat keras. Bagaimana dengan pencakar-pencakar langit yang tingginya 150-200 tingkat? Kemungkinan belum akan dibuat. Bukan karena tak mampunya para arsitek untuk membuatnya, tapi karena menyangkut beberapa segi lain yang teramat pelik. Terutama, dari segi kelayakan pemasaran dan keuangan, gedung semacam itu akan terlalu mahal dan kurang efisien.

Memang, semakin tinggi gedungnya, biaya per meternya pun semakin mahal untuk dibuat. Lebih banyak struktur yang diperlukan untuk menahan angin, dan harus disediakan ruang cukup luas untuk menempatkan lift dan sistem-sistem rumit lainnya, sehingga ruang yang tersedia untuk disewakan pun semakin sedikit. Jadi, kalau anda masih tetap ngotot untuk membuat pencakar langit ter-wah di dunia, pikirkanlah dulu segi pemasaran dan efisiensi biayanya. Atau anda rela bangkrut asal wah? Wah ! J.B. Tucker
——————————————–
BETON
Beton merupakan suatu material bangunan yang serbaguna. Beton dapat dicetak dalam berbagai bentuk, tahan terhadap–air, dan mampu rnenahan tekanan yang sangat besar. Jika beton telah diperkuat dengan tulang-tulang baja, maka kekuatannya sangat meningkat. Beton biasa dapat menahan tekanan 4000 sampai- 5000 Psi. Ini saja cukup kuat untuk menahan beban yang sangat berat dalain sebuah pencakar langit. Baru-baru ini, beton berkekuatan tinggi telah dikembangkan, dapat menahan tekanan 10.000 — 14.000 psi. Berarti, sekitar 7,5 cm persegi beton baru ini berkekuatan setara dengan satu inci persegi baja struktural. Padahal, harganya, cuma sekitar separuhnya.

Rahasia beton berkekuatan tinggi itu? Dipergunakannya suatu campuran kimia. Beton konvensional terdiri dari pasir, kerikil atau batu pecahan, air dan semen portland (suatu campuran kapur dan lempung yang dipanaskan lalu digerus). Beton berkekuatan tinggi juga mengandung superplasticizer, yaitu polimer yang mengurangi jumlah air yang diperlukan untuk menjaga agar campuran tetap
encer, sehingga kekuatannya meningkat. Inovasi lain ialah penggunaan apa yang disebut fly-ash (suatu partikel yang terjadi karena pembakaran batu bara) pada beberapa jenis semen portland. Bahan ini sifatnya seperti semen juga, tapi tidak menimbulkan panas tinggi jika bereaksi dengan air. (Beton konvensional kadang-kadang menimbulkan panas terlalu tinggi sehingga mendidih. Ini menyebabkan berkurangnya kekuatan dari material).

Beton berkekuatan tinggi juga menawarkan kelebihan lain pula. Jika beton konvensional cenderung mengerut setelah kering, dan sekali telah mengeras, ia akan merentang atau mengerut jika berada di bawah tekanan selama 3-4 tahun, suatu fenomena yang disebut creep. Tapi beton berkekuatan tinggi hampir sempurna, bebas dari jenis-jenis defisiensi ini.

Pencakar langit tertinggi di dunia, yang mempergunakan material seluruhnya beton, ialah Water Tower Place, Chicago (250 m, didirikan tahun 1977). Tapi, gedung ini segera dikalahkan oleh kantor pusat Northwest Corp., 285 m, yang didisain oleh Cesar Pelli & Associates (sekarang masih belum selesai pembangunannya, di Minneapolis). Bagian luar menara ini adalah suatu tabung yang terbuat dari beton berkekuatan 10.000 psi.

Sumber: majalah AKU TAHU/ Maret 1986