Struktur Kabel National Athletics Stadium

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