Steel Diagrids: Efisiensi Sistem Struktur
Pendahuluan
Apa yang akan terlintas di pikiran anda ketika mendengar struktur bermaterial baja? Mahal? Unik? Kompleks?
Sebagian besar orang akan memikirkan hal itu, karena pada realitanya material baja merupakan salah satu material dengan harga mahal dan fluktuatif. Namun, baja memiliki suatu keuntungan lain selain sifatnya yang ductile, rasio kekuatan-volume yang tinggi, dan durabilitas tinggi, yaitu baja dapat didaur ulang. Proses daur ulang baja yang menyebabkan material ini memiliki bentuk yang beragam dan dapat dikostumisasi sesuai kebutuhan. Jika ditinjau dari penggunaan baja sebagai material utama konstruksi, maka dengan sistem struktur rangka tradisional akan mematok biaya yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan material beton. Namun, kendala ini sudah mulai teratasi dengan gebrakan baru pada sistem struktur diagrids. Sistem struktur diagrids ini sangat umum dan cocok digunakan pada material baja untuk bangunan pencakar langit. Beberapa kota di dunia mulai menerapkan sistem struktur steel diagrids untuk landmark building di kotanya. Beberapa diantaranya adalah The Capital Gate atau Leaning Tower di Abu Dhabi, The Gherkin di London, dan CCTV Tower di Beijing.
Sistem dan Tujuan Utama
Beranjak dari sistem desain rangka tradisional sebagai support struktur, perkembangan ilmu ketekniksipilan melahirkan suatu strategi desain yang inovatif dan unik, yaitu sistem struktur diagrids. Sistem struktur diagrids merupakan sistem rangka yang terdiri dari struktur segitiga dengan balok pendukung berbentuk diagonal. Sistem ini merupakan sistem balok triangulasi, lurus atau melengkung, dengan cincin horizontal. Tujuan dari sistem struktur diagrids ini adalah mengoptimalkan setiap elemen strukturnya. Dalam sistem ini, kolom digunakan untuk menyediakan kapasitas support vertical loads dan diagonal atau bracing memberikan stabilitas dan ketahanan terhadap beban besar seperti angin dan beban gempa atau seismic load. Diagonal grids (diagrids) menjadi perimeter lateral pengganti kolom perimeter yang memberikan support lateral. Simpul pada sistem ini didesain untuk menahan dua tipe beban, beban vertikal dan geser horizontal. Sambungan pada simpul menggunakan engsel atau pin, baik dengan cara dilas ataupun menggunakan baut.
Pada struktur dengan sistem rangka tradisional, kolom akan menahan buckling dengan tahanan tekan. Sementara dalam mendesain struktur dengan sistem diagrids, struktur akan dibagi menjadi bagian web dan flange. Bidang web akan sejajar dengan bidang dengan arah angin paling dominan, sedangkan bidang flange akan tegak lurus dengan arah angin paling dominan. Struktur diagrids akan membutuhkan jumlah baja yang lebih sedikit dibandingkan dengan struktur rangka tradisional. Seperti halnya pada desain struktur Hearst Tower di Kota New York yang menggunakan sistem diagrids, dilaporkan menggunakan 20% lebih sedikit baja (2000 ton) dibandingkan ketika menggunakan desain struktur rangka tradisional (Boniface, 2006). Sistem struktur diagrids ini banyak diaplikasikan pada struktur high rise building di berbagai belahan dunia.
Trade Off
Keuntungan dari penggunaan steel diagrids secara umum ialah dapat meningkatkan nilai estetika dari infrastruktur. Struktur bedesain steel diagrids cenderung lebih ekspresif dan mendominasi. Karena tujuan utama sistem ini adalah optimasi setiap elemen struktur maka pemakaian steel diagrids menurunkan penggunaan baja hingga 20% dibanding jika menggunakan sistem struktur rangka baja biasa. Saat steel diagrids dikombinasikan dengan material kaca, kombinasi ini akan menimbulkan pencahayaan yang baik untuk gedung karena kaca akan meneruskan cahaya dengan jumlah yang banyak. Struktur dengan sistem ini cenderung tidak memiliki kolom eksterior dan interior sehingga memudahkan penerapan desain floor plans yang bebas, menerus, dan unik. Workability dari sistem ini sangat tinggi karena dalam proses konstruksinya tidak diperlukan teknologi yang kompleks. Keuntungan lainnya yaitu redundansi dalam sistem diagrids sudah jelas sehingga redundansi inilah yang bisa mentransfer beban dari bagian struktur yang gagal ke yang lain, kerusakan struktural dapat diminimalkan, dan kemampuan yang lebih baik untuk mendistribusikan ulang beban dari struktur pencakar langit.
Kekurangan dari penggunaan steel diagrids pada infrastruktur adalah diperlukannya pekerja konstruksi yang handal dan ahli dalam instalasi steel diagrids. Sedangkan, penggunaan steel diagrids sendiri masih jarang dieksplor lebih lanjut, alhasil masih banyak kontraktor yang belum berminat menggunakan steel diagrids. Begitu juga dengan instalasi steel diagrids yang hanya terbatas untuk gedung pencakar langit yang cukup tinggi menyebabkan steel diagrids juga jarang diminati dan kurang familiar. Ketika desain sistem steel diagrids tidak dilakukan dengan semestinya, hal ini akan membahayakan keamanan dan sisi ekonomi dari struktur yang didesain.
Paradigma Keberlanjutan
Saat ini, steel diagrids telah menarik perhatian para rekayasawan melalui kaitannya dengan tiga pilar penyokong keberlanjutan. Sebagaimana seperti yang telah disebutkan sebelumnya, elemen struktur diagrids yang diposisikan diagonal sedemikian rupa sangat efektif dalam menanggung beban lateral. Hal ini berkonsekuensi kepada reduksi beban mati struktur, kebutuhan material dan emisi karbon. Material baja yang digunakan dalam konstruksi diagrids juga dapat dinilai sebagai salah satu logam yang paling sustainable akibat kemudahannya untuk dikonstruksi, tidak menghasilkan limbah dan dapat digunakan berulang kali melalui aksi recycle. Sehingga, sistem struktur ini telah memenuhi prinsip-prinsip keberlanjutan dari perspektif ekonomi serta lingkungan. Selain itu, fleksibilitas arsitektural sistem struktur ini dinilai dapat mencapai rupa-rupa geometri kompleks yang tidak dapat dicapai oleh sistem rangka konvensional. Dengan demikian, penggunaan sistem struktur ini dinilai dapat memberi ruang-ruang inovasi yang baru dalam desain untuk mencapai nilai-nilai estetika tertentu.
Referensi
[1] Braham, A., 2017. Fundamentals of Sustainability in Civil Engineering. 1st ed. Boca Raton: CRS Press Taylor and Francis Group, pp.117–121.
[2] Lukman, L., 2017. Sistem Struktur Diagrid. [online] Portalsipilindo.blogspot.com. Available at: <https://portalsipilindo.blogspot.com/2017/07/sistem-struktur-diagrid.html> [Accessed 21 September 2021].
[3] Asadi, E, Adeli, H. 2017. Diagrid: An innovative, sustainable, and efficient structural system.; 26:e1358. https://doi.org/10.1002/tal.1358
[4] Korsavi S, Maqhareh MR. 2014.The Evolutionary Process of Diagrid Structure Towards Architectural, Structural and Sustainability Concepts: Reviewing Case Studies. J Archit Eng Tech 3:121. doi:10.4172/2168–9717.1000121
[5] Milana, Giulia & Gkoumas, Konstantinos & Bontempi, Franco. 2014. Sustainability Concepts in the Design of High-Rise buildings: the case of Diagrid Systems.
Kontributor:
Alexander Julio (HMS’19), Derick (HMS’19), Harum (HMS’19), Romi (HMS’19), dan Octaviani (HMS’19)
