Pengaruh Beban Angin Pada Bangunan
Contents
A. Definisi
Angin adalah udara yang bergerak karena andanya perbedaan tekanan pada daerah tekanan tinggi (suhu dingin) menuju daerah yang bertekanan rendah (suhu panas). Perbedaan tekanan dapat dicapai : 1. Perbedaan suhu yang horisontal akan menimbulkan tekanan 2. Perbedaan suhu yang vertikal akan menimbulkan perbedaan berat jenis
B. Prinsip Ventilasi Horisontal
Disebabkan oleh arus angin yang datang horisontal dan sumber angin. Perbedaan tekanan yang timbul dalam menyusun letak gedung bisa dimanfaatkan, yaitu :
1. Menciptakan perbedaan suhu udara pada sisi gedung, satusisi dibuat sejuk, sisi lain dibuat panas sehingga terjadi aliran udara. misalnya: - Dibuat kolam yang dapat membantu udara tetap lembab - Penanaman pohon rindang
Gambar 1. Pohon dapat menghalangi arus angin secara horisontal
2. Membuat lubang-lubang ventilasi dalam ruangan pada dinding-dinding yang saling berhadapan (ventilasi silang). 3. Atap dibuat sedemikian rupa, sehingga udara panas yang terkumpul dapat digantikan dengan udara segar. Misal : - Atap dari genteng memiliki banyak rongga, dapat membantu mengalirkan udara yang terkumpul pada atap - Atap diberi lapisan alumunium foil dibawah genteng untuk merefleksikan panas - Permainan tinggi rendah plafond dapat membantu terjadinya proses ventilasi silang
C. Prinsip Ventilasi Vertikal
Aliran Udara terjadi karena perbedaan berat jenis udara luar dan dalam bangunan. berat jenis udara mengalir keatas, berat jenis besar udara mengalir ke bawah (efek cerobong).
D. Gerakan Angin
Gerakan angin dibedakan menjadi : 1. Kawasan mikro: angin setempat (cepat berubah, waktu singkat) 2. Kawasan makro: angin antar benua dan samudra (penyebab adanya siklus musim kemarau dan hujan)
E. Skala Beaufort Untuk Kecepatan Angin
Alat untuk mengukur kecepatan angin adalah anemometer (satuan km/jam. mil/jam, m/s). Sir Francis Beaufort (1808) seorang ahli ilmu bumi Inggris melakukan pengamatan gerak asap yang mengepul ke atas sehingga membagi angin menjadi 12 bagian, yaitu seperti disajikan pada tabel berikut.
F. Beban Angin
Besarnya beban angin yang bekerja pada struktur bangunan tergantung dari kecepatan angin, rapat massa udara, letak geografis, bentuk dan ketinggian bangunan , serta kekakuan struktur. Bangunan yang berada pada lintasan angin, akan menyebabkan angin berbelok atau dapat berhenti. Sebagai akibatnya, energi kinetik akan berubah menjadi energi potensial, yang berupa tekanan atau hisapan pada bangunan. perhatikan gambar 2 berikut.
Gambar 2. Pengaruh angin pada bangunan
Salah satu faktor penting yang mempengaruhi besarnya tekanan dan hisapan pada bangunan pada saat angin begerak adalah kecepatan angin. Besarnya kecepatan angin berbeda-beda untuk setiap lokasi geografi. Kecepatan angin rencana biaanya didasarkan untuk periode ulang 50 tahun. Karena kecepatan angin akan semakin tinggi dengan ketinggian di atas tanah, maka tinggi kecepatan rencana juga demikian. Selain itu perlu juga diperhatikan apakah bangunan itu terletak diperkotaan atau pedesaan. Seandainya keepatan angin telah diketuahi, tekanan angin yang bekerja pada bangunan dapat ditentukan dan dinyatakan dalam gaya statis ekuivalen.
Pola pergerakan angin yang sebenarnya di sekitar bangunan sangat rumit, tetapi konfigurasinya telah banyak dipelajari serta ditabelkan. Karena untuk suatu bangunan , angin menyebabkan tekanan maupun hisapan, maka ada koefisien khusus untuk tekanan dan hisapan angin yang ditabelkan untuk berbagai lokasi pada bangunan.
Untuk memperhitungkan pengaruh dari angin pada struktur bangunan, pedoman yang berlaku di Indonesia menyaratkan beberapa hal sebagai berikut : - Tekanan tiup angin harus diambil minimum 25 kg/m^2 - Tekanan tiup angin di laut dan di tepi laut sampai sejauh 5 km dari pantai, harus diambil minimum 40 kg/m^2
Untuk tempat-tempat dimana terdapat kecepatan angin yang mungkin mengakibatkan tekanan tiup yang lebih besar. Tekanan tiup angin (p) dapat ditentukan berdasarkan rumus empiris :
dimana V adalah kecepatan angin dalam satuan m/s
Berhubung beban angin akan menimbulkan tekanan dan hisapan, maka berdasarkan percobaan-percobaan, telah ditentukan koefisien-koefisien bentuk tekanan dan hisapan untuk berbagai tipe bangunan dan atap. Tujuan dari penggunaan koefisien-koefisien ini adalah untuk menyederhanakan analisis. Sebagai contoh, pada bangunan gedung tertutup, selain dinding bangunan, struktur atap bangunan juga akan mengalami tekanan dan hisapan angin, dimana besarnya tergantung dari bentuk dan kemiringan atap (Gambar 4). Pada bangunan gedung yang tertutup dan rumah tinggal dengan tinggi tidak lebih dari 16 m, dengan lantai-lantai dan dinding-dinding yang memberikan kekakuan yang cukup, struktur utamanya ( portal ) tidak perlu diperhitungkan terhadap angin.
Gambar 4. Koefisien angin untuk tekanan dan hisapan pada
bangunan
Pada pembahasan di atas, pengaruh angin pada bangunan dianggap sebagai beban-beban statis. Namun perilaku dinamis sebenarnya dari angin, merupakan hal yang sangat penting. Efek dinamis dari angin dapat muncul dengan berbagai cara. Salah satunya adalah bahwa angin sangat jarang dijumpai dalam keadaan tetap (steadystate). Dengan demikian, bangunan gedung dapat mengalami beban yang berbalik arah. Hal ini khususnya terjadi jika gedung berada di daerah perkotaan. Seperti diperlihatkan pada Gambar 3, pola aliran udara di sekitar gedung tidak teratur. Jika gedung-gedung terletak pada lokasi yang berdekatan, pola angin menjadi semakin kompleks karena dapat terjadi suatu aliran yang turbulen di antara gedung-gedung tersebut.. Aksi angin tersebut dapat menyebabkan terjadinya goyangan pada gedung ke berbagai arah.
Angin dapat menyebabkan respons dinamis pada bangunan sekalipun angin dalam keadaan mempunyai kecepatan yang konstan.. Hal ini dapat terjadi khususnya pada struktur-struktur yang relatif fleksibel, seperti struktur atap yang menggunakan kabel. Angin dapat menyebabkan berbagai distribusi gaya pada permukaan atap, yang pada gulirannya dapat menyebabkan terjadinya perubahan bentuk, baik perubahan kecil maupun perubahan yang besar. Bentuk baru tersebut dapat menyebabkan distribusi tekanan maupun tarikan yang berbeda, yang juga dapat menyebabkan perubahan bentuk. Sebagai akibatnya, terjadi gerakan konstan atau flutter (getaran) pada atap. Masalah flutter pada atap merupakan hal penting dalam mendesain struktur fleksibel tersebut. Teknik mengontrol fenomena flutter pada atap mempunyai implikasi yang cukup besar dalam desain. dengan Efek dinamis angin juga merupakan masalah pada struktur bangunan gedung bertingkat banyak, karena adanya fenomena resonansi yang dapat terjadi.
G. Kecepatan Angin
Kecepatan angin, atau velositas gelombang angin, adalah sebuah kuantitas atmosterik fundamental. Kecepatan angin disebabkan oleh pergerakan angin dari tekanan tinggi ke tekanan rendah, biasanya karena perubahan suhu.
Secara umum, kecepatan angin terus bertambah seiring dengan pertambahan ketinggiannya, seperti ditunjukkan pada gambar 5 berikut. Tingkat pertambahan kecepatan angin ini merupakan faktor dari kekasaran tanah, yang awalnya diperlambat dari tanah hingga makin cepat sesuai pertambahan ketinggian. Semakain banyak halangan pada keadaan sekeliling (pohon, gedung, rumah dsb), ketinggian yang diperlukan angin untuk mencapai kecepatan maksimum (Vmax) juga semakin besar.
Gambar 5. Kecepatan maksimum angin
H. Penyebab, Akibat dan Upaya Pencegahan
Penyebab yang sering mengakibatkan kerusakan bangunan akibat angin : - Dimensi terlalu kecil - Akibat puntiran - Mutu beton tidak standar - Pembesian tidak benar - Metode pelaksanaan tidak benar - Kesalahan pelaksanaan
Akibat yang timbul pada bangunan : - Bangunan ternagkat - Bangunan bergeser dari pondasinya - Robohnya bangunan - Atap terngkat - Bangunan rusak
Upaya preventif tekanan dan hisapan adalah dengan cara : - Penerapan prinsip tanggul atau perisai, misalnya dengan pohon tinggi berdaun rapat, atau dengan pagar tembok dengan memberi perkuat berupa kolom praktis pada jarak 3 - 4 meter dan kolom perkuatan yang mirin pososonya pada jarak 6 - 8 meter, serta menggunakan slop dan balok atas dinding. - Lokasi terlindungi, bangunan berada pada permukaan tanan yang lebih rendah, sehingga angin yang bergerak tertahan oleh permukaan yang tinggi - Menanam pohon pada jarak yang cukup (minimal 6 meter) dair bangunan - Ketinggian bangunan dan penggunaan atap yang tidak curam - Membangun bangunan baru atau rumah atau lainnya dengan memerhatikan persyaratan penting, yaitu : lebar atau bentang bangunan idealnya, bahan kerangka bangunan, hubungan antar unsur (slop, kolom, balok ring, dll), hubungan kuda-kuda dengan ring balok, bahan kuda-kuda dengan menggunakan baja atau kayu, terjadi momen pada hubungan kuda-kuda dengan ring balok.
Sumber : berbagai sumber.
