2-1 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Konstruksi Tower BTS (Base Transmission Station)
Tower adalah menara yang terbuat dari rangkaian besi atau pipa baik segi empat atau segitiga, dan dapat berupa pipa panjang yang bertujuan untuk menempatkan antenna dan radio pemancar maupun menerima gelombang telekomunikasi.
Tower BTS yang digunakan secara umum dapat digolongkan dalam beberapa jenis, yaitu:
a) Self - Supporting Tower, adalah menara yang memiliki pola batang yang disusun dan disambung sehingga membentuk rangka yang berdiri sendiri tanpa adanya sokongan lainnya. Dapat dilihat pada Gambar 2.1 b) Guyed Tower, adalah jenis menara yang disokong dengan kabel-kabel yang diangkurkan pada landasan tanah, menara ini juga disusun atas pola batang sama halnya dengan self-supporting tower, akan tetapi menara jenis guyed tower memiliki jenis dimensi batang yang lebih kecil dari pada jenis menara self-supporting tower.
c) Monopole, adalah Jenis menara yang hanya berupa satu tiang panjang yang ditanam didalam tanah.
2-2
Gambar 2.1 Self - Supporting Tower Kaki tiga
Ketinggian suatu menara pemancar biasanya mulai dari 20 – 120 m. Ketinggian menara pemancar ini ditentukan sesuai kebutuhan serta jangkauan dalam menerima sinyal. Selain itu juga lokasi dimana menara pemancar itu berada sangat mempengaruhi terhadap struktur menara tersebut.
Hasil studi yang dilakukan oleh Sumargo (2007) menunjukkan bahwa menara komunikasi tipe SST E-60 dan super heavy 120 tidak berpengaruh oleh beban gempa sehingga hasil perancangan dapat ditempatkan diseluruh zona gempa di Indonesia. Hal tersebut dikarenakan gempa bukanlah kombinasi yang menentukan untuk jenis struktur menara telekomunikasi.
Kelebihan dari pemilihan system tower menara menggunakan SST daripada monopole dan guyed tower adalah SST memiliki ketinggian yang
2-3 lebih, jadi lebih baik dalam system transmisi signal dan tentunya berpengaruh pada perancangan karena SST selalu diposisikan untuk dapat menerima beban antenna yang memiliki dimensi yang besar.
2.2 Struktur Rangka (Truss)
Struktur merupakan gabungan dari beberapa elemen lurus yang disambungkan pada titik perpotongannya. Dimana sambungan itu dibuat hanya dengan menggunakan pin. Penyambungan elemen sehingga membentuk suatu struktur dengan menggunakan pin ini dikenal truss. Karena hanya sambungan dengan pin maka pembebanan pada truss ini hanya terjadi pada sambungan dimana beban yang bekerja ini berupa gaya yang disebut dengan gaya aksial. Gaya aksial ini akan menimbulkan adanya tegangan dimana disebut juga dengan tegangan primer. Selain penyambungan dengan pin, truss juga disebut sebagai suatu struktur jika disambung dengan proses pengelasan dan keling dimana sambungan itu akan menemukan dua buah titik menjadi satu. Berbeda dengan pin, pada pengelasan teganan yang muncul disebut dengan tegangan sekunder.
Konstruksi dasar truss memiliki kedudukan yang stabil jika bentuk elemen pembangunnya berupa segitiga. Kedudukan yang stabil ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan n = 2j – 3 dimana n adalah jumlah batang dan j adalah jumlah sambungan. Kelebihan dari nilai batang pada tuss akan menghasilkan suatu batang yang disebut dengan batang redundant. Gambar 1. menunjukkan bentuk kedudukan konstuksi truss yang stabil :
2-4 Gambar 2.1. Struktur Truss
2.2.1 Kekuatan dan Kekokohan
Struktur harus memiliki cukup kekuatan struktural untuk dapat mendukung beban rencana terfaktor yang bekerja padanya. Struktur dan segenap komponennya harus direncanakan sehingga
penampangnya mempunyai kuat rencana minimum sama dengan kuat perlu yang dihitung berdasarkan kombinasi beban dan gaya terfaktor yang sesuai.Berdasarkan tegangan leleh dan tegangan putusnya
menurut SNI03-1729-2002 mengklasifikasikan mutu dari material baja menjadi 5 kelas mutu sebagai berikut:
2-5 Modulus Elastis : E = 200.000 Mpa
Modulud Geser : G = 80.000 Mpa Rasio Poisson : µ = 0.3
Koefisien Pemuaian :α = 12 x 10-6/ ºC
2.3 LRFD (Load and Resistance Factor Design)
LRFD didasarkan pada filosofi kondisi batas (limit state). Istilah kondisi batas digunakan untuk menjelaskan kondisi dari suatu struktur atau bagian dari suatu struktur tidak lagi melakukan fungsinya. Ada dua kategori dalam kondisi batas, yaitu batas kekuatan dan batas layan (serviceability).
Kondisi kekuatan batas (strength limit state) didasarkan pada keamanan atau kapasitas daya dukung beban dari struktur termasuk kekuatan plastis, tekuk (buckling), hancur, fatik, guling, dll. Kondisi batas layan (serviceability limit state) berhubungan dengan performansi (unjuk kerja) struktur dibawah beban normal dan berhubungan dengan hunian struktur yaitu defleksi yang berlebihan, gelincir, vibrasi, retak, dan deteriorasi.
Struktur tidak hanya harus mampu mendukung beban rencana atau beban ultimate, tetapi juga beban servis/layan sebagaimana yang disyaratkan pemakai gedung. Misalnya suatu gedung tinggi harus dirancang sehingga goyangan akibat angin tidak terlalu besar yang dapat menyebabkan ketidaknyamanan, takut atau sakit. Dari sisi kondisi batas kekuatan, rangka gedung tersebut harus dirancang supaya aman menahan beban ultimate yang terjadi akibat adanya angin besar 50-tahunan, meskipun boleh terjadi kerusakan kecil pada bangunan dan pengguna merasakan ketidaknyamanan.
Metode LRFD mengkosentrasikan pada persyaratan khusus dalam kondisi batas kekuatan dan memberikan keluasaan pada
2-6 perancang teknik untuk menentukan sendiri batas layannya. Ini tidak berarti bahwa kondisi batas layan tidak penting, tetapi selama ini hal yang paling penting (sebagaimana halnya pada semua peraturan untuk gedung) adalah nyawa dan harta benda publik. Akibatnya keamanan publik tidak dapat diserahkan kepada perancang teknik sendiri.
Dalam LRFD, beban kerja atau beban layan dikalikan dengan faktor beban atau faktor keamanan hampir selalu lebih besar dari 1,0 dan dalam perancangan digunakan ‘beban terfaktor’. Besar faktor bervariasi tergantung tipe dan kombinasi pembebanan. Struktur direncanakan mempunyai cukup kekuatan ultimate untuk mendukung beban terfaktor. Kekuatan ini dianggap sama dengan kekuatan nominal atau kekuatan teoritis dari elemen struktur yang dikalikan dengan suatu faktor resistansi atau faktor overcapacity yang umumnya lebih kecil dari 1,0. Faktor resistansi ini dipakai untuk memperhitungkan ketidak pastian dalam kekuatan material, dimensi, dan pelaksanaan. Faktor resistansi juga telah disesuaikan untuk memastikan keseragaman reliabilitas dalam perancangan.
Tabel 2.1 Faktor Reduksi ϕ untuk keadaan kekuatan batas
Sumber: SNI 03-1729-2002
2.3.1 Batang Tekan
Batang tekan merupakan batang dari suatu rangka batang atau elemen kolom pada bangunan gedung yang menerima tekan searah panjang batang Beban yang cenderung membuat batang bertambah pendek akan menghasilkan tegangan tekan pada batang tersebut
2-7 Pada rangka batang, umumnya batang tepi atas adalah batang tekan
Struktur tekan terdapat pada bangunan-bangunan : 1. Jembatan rangka
2. Rangka kuda-kuda atap 3. Rangka menara / tower
4. Kolom pada portal bangunan gedung
5. Sayap tertekan pada balok I (portal, jembatan)
a. Perencanaan akibat Gaya tekan
Suatu komponen yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor, Nu harus memenuhi persyaratan sebagai berikut
1. Nu ≤ϕn Nn (a-1)
Keterangan
ϕn adalah Faktor reduksi kekuatan
Nn adalah Kuat Tekan Nominal komponen struktur yang
ditentukan berdasarkan tabel 2.1 2. Perbandingan Kelangsingan
Kelangsingan elemen Penampang lihat tabel 2.2 < λr Kelanngsinga komponen tekan λ = 𝐿𝑘
2-8 3. Komponen Struktur Tekan yang elemen penampangnya mempunyai perbandingan lebar terhadap tebal lebih besar daripada nilai λr yang ditentukan dalam tabel 2.2 harus direncakan dengan analisis rasional yang dapat diterima
Tabel 2.2 Perbandingan maksimum lebar terhadap tebal untuk elemen tertekan (fy dalam
Mpa, mengacu pada gambar 2.2-1)
2-9 Lanjutan Tabel 2.2 Perbandingan maksimum lebar terhadap tebal untuk elemen tertekan
(fy dalam Mpa, mengacu pada gambar 2.2-1)
2-10 b. Angka kelangsingan (slenderness ratio) : λ
Angka kelangsingan adalah perbandingan antara panjang batang dengan jari-jari kelembaman
λ = 𝐿 𝑟 r 2 = 𝐼 𝐴 L = panjang batang
r = jari-jari girasi / kelembaman I = momen inersia
A = luas penampang
c. Daya Dukung nominal komponen struktur tekan
Unuk penampang yang mempunyai perbandingan lebar terhadap tebalnya lebih kecil daripada nilai λr pada tabel, daya dukung nominal komponen struktur tekan dihitung sebagai berikut: Nn = Ag Fcr = Ag 𝐹𝑦 𝜔 (c-1) Fcr = 𝐹𝑦 𝜔 untuk λc ≤ 0,25 maka 𝜔 = 1 (c-2) untuk 0,25 < λc < 1 maka 𝜔 = 1,43 1,6−0,67λc (c-3) untuk λc ≥ 1,2 maka 𝜔 = 1,25 λc2 (c-4) Keterangan:
Ag, adalah Luas Penampang Bruto mm2 Fcr, adalah Tegangan kritis penampang, Mpa Fy, adalah Teganga leleh material, Mpa
2-11 2.3.2 Batang Tarik
Batang tarik merupakan beban tarik yang membuat batang tetap lurus pada sumbunya, dan adanya lubang-lubang baut pada sambungan akan mengurangi luas penampang yang memikul beban tarik tersebut
a. Perencanaan akibat Gaya Tarik
Suatu komponen yang memikul gaya tarik aksial akibat beban terfaktor, Nu harus memenuhi sebagai berikut:
Nu ≤ ϕ Nn
Keterangan
Φ Nn adalah Kuat tarik rencana yang besarnya diambil sebagai nilai terendah diantara dua perhitungan menggunakan harga-harga Φ dan Nn dibawah ini
Φ = 0,9 Nn = Ag. Fy Φ = 0,75; Nn = Ae. Fu Keterangan:
Ag, adalah Luas Penampang Bruto, mm2 Ae, adalah Luas Penampang efektif, mm2
2-12 Fy, adalah Teganga leleh material, Mpa
Fu = Tegangan tarik putus, Mpa
Lua penampang efektif komponen yang mengalami gaya tarik ditentukan sebgai berikut:
Ae = A . U Keterangan:
A = Luas penampang, mm2 U = factor reduksi 1 – (x/l) ≤ 0,9
X = Eksentrisitas sambungan, jarak tegak lurus arah gaya tarik, antara titik berat penampang kommponen yang disambung dengan bidang sambungan, mm2
2.4 Antenna Pemancar
Secara umum antena pemancar yang dipakai untuk menara komunikasi ada dua macam yaitu antenna jenis solid ( microwave ) (Gambar 2.2) dan jenis grid (Gambar 2.3), untuk ukuran diameter yang sama antena jenis sectoral memiliki berat yang lebih ringan dibandingkan dengan antena jenis solid. Antena yang digunakan juga memiliki bentuk yang beragam seperti bentuk lingkaran dan persegi, namun biasanya antena yang digunakan memiliki bentuk standar berupa lingkaran. Selain itu juga antena memiliki ukuran diameter dan panjang yang beragam, seperti 80 cm, 100 cm, 120 cm, 150 cm, 180 cm, dan lainnya, berat antenna juga beragam tergantung pada ukuran diameter lingkarannya.
2-13 Ini adalah beberapa jenis antenna yang dipakai dalam perencanaan tower BTS:
2.4.1 Microwave antenna
Antenna yang berbentuk seperti genderang rebana yang berfungsi sebagai alat yang menerima dan memancarkan gelombang dari radio BTS ke BSC atau dari BTS ke BTS lainnya.
Berat Antenna Microwave sebagai berikut :
Berat MW antenna solid 0.3 m = 12.5 kg
Berat MW antenna solid 0.6 m = 18.5 kg
Berat MW antenna solid 1.2 m = 77.0 kg
Berat MW antenna solid 1.8 m = 127 kg
Berat MW antenna solid 2.0 m = 170 kg
2-14 2.4.2 Sectoral antenna ( Grid )
Gambar 2.3 Gambar jenis antenna Sectoral (Andrews, 2008 ) Antenna yang berbentuk persegi panjang, terpasang pada tower dengan ketinggian tertentu berfungsi sebagai penghubung antara BTS dengan Handphone.. Untuk Berat RF antenna = 15 kg
2.5 Beban yang bekerja
Pembebanan yang bekerja pada struktur tower adalah, beban mati, beban angin, dan beban hidup. Karena penulisan ini untuk pekerjaan perkuatan jadi dalam perencanaan ini hanya menghitung beban mati dan beban angin.
2.5.1 Beban Mati terdiri dari berat sendiri tower, berat antenna, berat tangga dan berat border. Tapi dalam perencanaan ini berat tangga dan berat bordes tidak diperhitungkan.
- Beban sendiri tower adalah berat yang tergantung dari jenis profil yang digunakan dalam perencanaan struktur tower tersebut. Berat ini secara otomatis akan dihitung sendiri dalam program bantu Ms. Tower V6
- Beban antenna adalah berat tambahan yang dibebankan pada struktur tower. Berat dari antenna ini sendiri tergantung dari
2-15 jenis dan jumlah antenna yang terpasang. Secara umum antenna pemancar yang biasa digunakan untuk tower komunikasi ada dua macam yaitu antenna jenis solid dan grid. Dengan parameter diameter yang sama, antenna jenis solid mempunyai berat yang lebih besar dari pada jenis grid. Pada struktur tower SST ini menggunakan 4 buah antenna microwave (MW) dan 6 buah antenna Sectoral (RF).
2.5.2 Beban Angin yang bekerja terdiri dari beban pada struktur menara dan beban pada antenna. Tekanan angin pada struktur dihitung dengan mengasumsikan tekanan angin yang bekerja pada titik simpul dalam setiap section /segmen. Adapun pengolahan data angin yang akan dijadikan sebagai input dalam analisa adalah kecepatan angin maksimum. Rumus yang digunakan mengacu pada peraturan EIA/TIA-222-F.
Selain beban angin yang bekerja pada menara tower, juga terdapat beban angin yang bekerja pada antenna. Beban angin yang bekerja pada antenna juga tergantung pada jenis antenna yang digunakan dan ukuran diameter antenna tersebut. Beban angin yang diterima antenna akan semakin besar jika diameter antenna yang digunakan adalah besar.
Menurut Standard TIA/EIA-222-F Standard 1996, beban angin dihitung terhadap dua katagori; yaitu angin yang menerpa struktur dan angin yang menerpa piringan antenna.
2-16 1. Beban angin pada struktur menara. Perhitungan beban angin
pada menara adalah sebagai berikut :
F = qz . Gh . Cf . Ae , dan tidak boleh melebihi: 2qz . Gh . Ag Dimana :
F = gaya angin horizontal yang bekerja pada setiap titik buhul (tegak lurus bidang gambar) (N)
qz = tekanan kecepatan, Pa = 0.613 Kz . V2
Gh = 0.65 + 0.60 / (h/10)1/7 (gust response factor/ faktor respon hembusan) (m)
Cf = 3.4 e2 – 4.7 e + 3.4 (koefisien gaya struktur penampang segitiga –> konfigurasi kaki menara )
AE = luas proyeksi efektif dari komponen struktural pada satu muka (luas bagian yang terkena angin) (m2).
Ae = Df. Af . + Dr . Ar . Rr
Ag = luas kotor dari satu sisi menara (luas total profil), (m2) Af = luasan terproyeksi dari komponen struktur datar pada satu muka dari penampang, (m2)
Ar = luas terproyeksi dari komponen structural pada satu muka dari penampang, (m2)
v = kecepatan dasar angin, (m/s)
z = ketinggian di atas tanah sampai titik tengah dari penampang yang ditinjau, (m)
2-17 Kz = koefisien keterbukaan struktur (z/10)2/7
e = rasio kepadatan (Af+Ag) / Ag
Rr = faktor reduksi untuk komponen structural bundar (0.51 e2 + 0.57) Rr ≤ 1,0
Df = faktor arah angin untuk komponen datar = 1.0 (untuk penampang segitiga dan arah angin normal) = 0.8 ( penampang segitiga dan arah angin 60º
DR = Faktor arah Angin
= 1.0 untuk penampang persegi dan arah angin normal = 1.0 untuk penampang segitiga dan arah angin 60º Beban Angin yang diperhitungkan pada beban antenna berdasarkan rumus yang ada pada TIA/EIA-222-F-1996 STANDARD dan koefisien angin berdasarkan tabel C1 – C4, Annex C. Fa = Ca . A . Kz . Gh . V2 Fs = Cs . A . Kz . Gh . V2 M = Cm . D . A . Kz . Gh . V2 Ha = √ ( Fa2 + Fs2 ) Mt = Fa . X + Fs . Y + M. Dimana : Fa = Gaya aksial, (kg)
2-18 Fs = Gaya samping, (kg)
M = Momen Puntir, (Kgm)
Ca = Koefisien beban angin untuk gaya aksial sejajar sumbu antenna
Cm = Koefisien beban angin untuk gaya momenik
Cs = Koefisien beban angin untuk gaya aksial tegak lurus sumbu antenna
V = kecepatan angin, (mph)
A = luas terproyeksi normal dari antenna, (m2)
D = diameter antenna, (m)
Kz = koefisien keterbukaan struktur
Ha = Beban Angin Antenna ( kg ).
Mt = total momen punter (Kgm)
X = Jarak penyeimbang dari pipa Mounting ( m ).
Y = Jarak pada sumbu reflektor dari puncak reflektor ke pusat pipa pemasangan ( m )
Beban angin yang menerpa struktur memiliki besaran yang berbeda pada setiap ketinggian. Semakin tinggi titik tinjauan, maka semakin besar beban angin yang menerpa struktur .
2-19 2.6 Analisa Struktur
Secara garis besar output yang dihasilkan dari perhitungan pembebanan menjadi input pada Ms. Tower V6 dan selanjutnya dilakukan perhitungan struktur tower yang ada kemudian menghitung perkuatan (Strengthening) dan perpanjangan (Extend) tower mengacu pada standart TIA/EIA-222-F Standard 1996 (sebagai kontrol).
Beberapa persyaratan penting yang harus dipenuhi struktur menara secara keseluruhan untuk menentukan stabilitas menara adalah puntiran (twist), goyangan (sway) dan perpindahan (displacement). Puntiran adalah perputaran sudut dari jalur pancaran antenna pada bidang horizontal dari posisi tanpa beban angin pada ketinggian tertentu. Goyangan adalah perputaran sudut dari jalur pancaran antenna pada bidang vertical dari posisi tanpa beban angin pada ketinggian tertentu. Perpindahan adalah pergerakan horizontal dari sebuah titik relative terhadap posisi tanpa beban angin pada ketinggian tertentu. Puntiran dan goyangan struktur menara secara keseluruhan akibat pembebanan yang terjadi tidak boleh melebihi 0.5 derajat, sedangkan perpindahan yang terjadi tidak boleh melebihi nilai h/200, dimana h adalah ketinggian total menara tanpa peralatan. (TIA/EIA-222-F Standart, 1996)
Toleransi analisis dan design adalah : Twist/ Puntiran = 0,5 °
Sway/Goyangan = 0,5 °
2-20 Perbandingan tegangan < 1
2.6.1 Loading Parameters
Peraturan tentang struktur standar untuk menara antenna baja dan struktur antenna pendukung. Kombinasi beban yang ditinjau didasarkan pada 2.3.2 TIA EIA-222-F berdasarkan pada beban-beban yang terjadi
Combination for compression : 1. 1.2 D + 1.0 Dg + 1.6 W 2. 0.9 D + 1.0 Dg + 1.6 W 3. 1.2 D + 1.0 Dg + 1.0 Di + 1.0 Wi + 1.0 Ti 4. 1.2 D + 1.0 Dg + 1.0 E 5. 0.9 D + 1.0 Dg + 1.6 E 6. 1.2 D + 1.0 Dg + 1.6 W
D = adalah Beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen pada tower, termasuk beban tangga, bordes, antenna dan peralatan layan tetap
Dg = adalah Beban mati dari struktur tambahan seperti antenna dan kabel
E = Beban Gempa
Ti = gaya meregang sendiri W = adalah Beban angin tanpa Es
