Analisis Prelimenari Pencepatan Puncak Bangunan Tinggi Akibat Gaya Angin

Posted on Updated on

Dalam desain bangunan tinggi yang lebih dari 200 m dari ground, masalah serviceability dari bangunan akibat gaya angin perlu untuk diperhatikan. Masalah serviceability tersebut adalah besarnya percepatan puncak bangunan pada arah gaya angin atau tegak lurus gaya angin. Percepatan puncak tegak lurus gaya angin tersebut disebabkan oleh fenomena Vortex Shedding, yaitu angin membelah akibat adanya rigid body (bluff body) dan membuat turbulen melingkar yang mendorong rigid body tersebut pada arah tegak lurusnya dan pada frequensi tertentu. Fenomena vortex shedding membuat percepatan puncak tegak lurus terhadap gaya angin dapat cukup besar untuk mengganggu kenyamanan penghuni bangunan.

Video Vortex Shedding Untuk Objek Rectangular

Cara paling akurat untuk mengestimasi percepatan puncak tersebut adalah dengan menggunakan Wind Tunnel. Namun, pengujian wind tunnel baru bisa dilakukan jika bentuk dari bangunan terutama layout pelat sudah semi fix dari keinginan client. Memang jika menggunakan metode wind tunnel seperti High frequency force balance (HFFB) atau Pressure Integration parameter dinamiknya bisa diubah – ubah karena proses kalkulasi respon dari parameter dinamik dilakukan di perhitungan komputer, namun tetap karakteristik layout facade harus dilakukan di wind tunnel, sehingga jika bentuk bangunannya berubah significant, maka harus dilakukan wind tunnel kembali dan cost-nya cukup lumayan.

Oleh karenanya penulis mencari – cari rumus estimasi awal puncak pencepatan untuk bangunan rectangular sederhana. Akan sangat bagus jika estimasi prelimenari ini bisa didekati dengan perhitungan manual untuk setidaknya menjadi pengangan awal sebelum layout arsitek fix dan dilakukan uji wind tunnel. Sayangnya, ASCE 7-10 hanya memberikan rumus untuk menghitung percepatan puncak dan deformasi puncak searah gaya angin, untuk percepatan puncak arah tegak lurus angin, ASCE 7-10 tidak menyinggung apa – apa mengenai hal ini, padahal seperti yang saya jelaskan sebelumnya, fenomena vortex shedding pada bangunan tinggi dapat membuat percepatan puncak arah tegak lurus gaya angin lebih besar dari percepatan puncak searah gaya angin.

Setelah beberapa waktu mencari referensi, saya dapatkan code yang memberikan rumus untuk mencari percepatan puncak kedua arah tersebut ada pada AIJ (Japan), NBCC 2005 (Canada), dan AS1170.2 (Australia). Sementara untuk Eurocode belum saya cek. Pada artikel ini saya mau tunjukkan untuk NBCC (Canada).

Untuk NBCC saya tidak punya bukunya, karenanya review tentang analisis mengenai angin saya ambil dari buku Bungale S. Taranath – Reinforced Concrete Design of Tall Buildings. Untuk detail kalkulasi dapat dilihat pada buku tersebut. Pada buku tersebut Taranath juga memberikan contoh untuk beberapa building yang ditunjukkan gambar berikut :

Wind Acc Top

Kalau kita ambil case indonesia dengan wind speed kondisi service 32 m/s untuk gust 3 s, harus dikonversi ke gust factor percepatan angin rata – rata 1 hour pada standar Canada. Koefisien pengalinya sekitar 0.65 sehingga wind speed rata – rata 1 hours sebesar 20.8 m/s. Jika diambil Exposure B dan building density 195 kg/m3, serta pendekatan periode dari ASCE 7-10 commentary yaitu T = 0.0067xH dimana H dalam feet. Maka hasilnya untuk beberapa dimensi bangunan adalah :

Wind A2

Wind B2

Wind C2

Wind D2

Hasil dari perhitungan sederhana ini dapat disimpulkan bahwa :

  1. Plan layout rectangular konsisten menghasilkan cross acceleration yang lebih besar dibandingkan plan layout square, dimana pada kasus ini meningkatnya hampir 2 kali lipat.
  2. Tampaknya semakin besar nilai slenderness building ataupun semakin kecil nilai SQRT (WxD/H) cukup bisa menjadi pegangan bahwa cross accelereration akan semakin membesar pula. Pengecualian hanya untuk case G.
  3. Untuk semua kasus, konsisten cross acceleration lebing besar dibandingkan along wind acceleration, rasio ini semakin melebar jika bangunan semakin tinggi atau rasio W/D semakin kecil.

Saya sedang mencoba meneliti lebih lanjut lagi dan menjadikannya dalam bentuk paper, kalau sudah selesai saya informasikan ke dalam website ini.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s