BAB II LANDASAN TEORI. Tower yang tinggi sering dipakai di dunia untuk sistem komunikasi serta viewing

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Pengertian Tower Pemancar Tower merupakan salah satu infrastruktur yang umumnya digunakan dalam sistem komunikasi, transmisi tenaga listrik, jaringan distribusi dan tangki. Tower yang tinggi sering dipakai di dunia untuk sistem komunikasi serta viewing and exhibition towers (Raghupathi, 1995). Salah satu tower yang sering digunakan dalam sistem komunikasi adalah tower pemancar atau yang sering dikenal dengan nama BTS (Base Transceiver Station). Tower adalah suatu struktur self supporting kantilever tunggal yang berdiri dengan bebas dengan sistem jepit di dasarnya. Sedangkan tiang adalah sebuah struktur dengan mekanisme sendi di dasarnya dan pengekang dengan guys atau elemen lainnya. Konstruksi tower memiliki rasio yang besar antara tinggi dan lebar tower dengan luas penampang yang kecil. Secara umum, tower pemancar yang sering digunakan dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu: a) Self Supporting Tower (SST), adalah tower yang memiliki pola batang yang disusun dan disambung sedemikian sehingga membentuk rangka yang berdiri sendiri tanpa adanya sokongan lainnya. b) Guyed Tower, adalah jenis tower dimana tower tersebut disokong dengan kabel-kabel yang diangkurkan pada landasan tertentu seperti tanah. Tower II - 1 II - 1

2 ini juga memiliki pola batang yang sama halnya dengan SST, akan tetapi tower jenis ini memiliki dimensi batang yang lebih kecil dari SST. c) Monopole, jenis tower ini hanya terdiri satu batang atau satu tiang yang ditancapkan di atas tanah atau gedung. Monopole terdiri dari dua jenis jika ditinjau dari penampangnya, yaitu: 1) Circular-pole, jenis monopole ini memiliki diameter penampang/panel yang seragam dari bawah sampai atas tower. 2) Tapered-pole, jenis monopole ini memiliki diameter penampang/panel yang bervariasi yang mana semakin keatas diameternya semakin kecil. Klasifikasi tower menurut bentuknya dibagi menjadi tiga macam, yaitu: 1) Rectangular, tower ini berbentuk segi empat dengan empat kaki 2) Triangle, tower ini berbentuk segi tiga dengan tiga kaki 3) Pole, tower ini berupa tiang dengan satu kaki. Jenis menara guyed tower dan monopole biasanya memiliki ketinggian tower lebih rendah dari tower pemancar jenis self supporting tower dan dirancang untuk menerima beban-beban yang lebih ringan daripada jenis pemancar self supporting tower, sehingga kedua jenis tower pemancar ini tidak dapat menerima beban seperti beban antenna yang memiliki dimensi dan berat yang besar. (Sumargo, 2007) Antena Pemancar Ada dua jenis antenna pemancar yang sering digunakan untuk tower komunikasi yakni antenna jenis solid dan jenis grid, untuk ukuran diameter yang II - 2

3 sama antenna jenis solid lebih berat dibandingkan dengan antenna jenis grid. Ukuran panjang antenna bervariasi seperti 80 cm, 100 cm, 120 cm, dan lainnya. Sementara berat juga beragam tergantung pada ukuran diameternya. Dengan kemajuan teknologi, satu tower dipakai bersama dengan menggunakan satu antenna jenis multi sektoral atau multi band. Antenna multi sektoral ini memiliki jangkauan frekuensi lebih dari satu polarisasi sehingga mampu mencakup daerah yang lebih luas. Antenna multi band mampu menerima sinyal lebih dari satu frekuensi. Dengan menggunakan jenis antenna multi band dan multi sektoral, beban antenna pemancar pada tower menjadi lebih sedikit. Beberapa jenis antenna yang sering dipakai dalam desain tower BTS, yakni: 1) Microwave antenna Microwave antenna ini memiliki bentuk seperti gendang rebana dengan permukaan yang agak cekung yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombang radio dan data dari BTS ke BTS, BTS ke BSC, dan BSC ke MSC. 2) Sectoral antenna (grid) Sectoral antenna berbentuk persegi panjang yang terpasang pada tower dengan ketinggian tertentu sedemikian sehingga dapat mencakup area yang diinginkan (coverage area) yang berfungsi sebagai penghubung antara handphone dengan BTS. II - 3

4 2.2. Konsep Dasar Desain atau Perencanaan Pembebanan Tower Beban Mati Beban mati yang dihitung pada struktur menara tower meliputi beban sendiri tower, beban antenna, beban tangga, dan beban bordes. a. Beban sendiri tower adalah berat profil baja yang digunakan dalam perencanaan tower tersebut. Berat ini secara otomatis dihitung oleh program Ms. Tower 6. b. Beban antenna adalah berat antenna yang mana berat tersebut di bebankan pada tower. Berat antenna tergantung dari dimensi, jenis dan jumlah antenna yang terpasang pada tower. Antenna solid lebih berat dari antenna grid. c. Beban tangga turut diperhitungkan dalam perencanaan struktur tower. Menurut EIA/TIA, bahwa jarak (spasi) antar anak tangga minimum 12 inci (30,48 cm) dan maksimum 16 inci (40,64 cm) dengan lebar bersih minimum 12 inci (30, 48 cm) d. Beban bordes. Setiap tower dengan ketinggian lebih dari 50 ft (15 meter), harus disediakan bordes sebagai tempat istirahat pekerja. e. Tray vertikal tidak diperhitungkan dalan desain tower ini karena pondasi tray vertical yang digunakan sebagai tempat untuk melewatkan kabel feeder ini terpisah dengan pondasi tower, kecuali bila disyaratkan lain. II - 4

5 Beban Hidup Beban hidup yang diperhitungkan dalam desain tower adalah beban pekerja termasuk peralatannya, biasanya diambil angka 100 kg tiap kaki menara Beban Angin Menurut peraturan EIA/TIA-222-F, beban angin selain bekerja pada struktur tower juga bekerja pada antenna berdasarkan rumus: 1. Beban angin yang bekerja pada antenna dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut: Fa = Ca * A * Kz * G H * V 2 Fs = Cs * A * Kz * G H * V 2 M = Cm * D * A * Kz * GH * V 2 Ha = (Fa 2 + Fs 2 ) 1/2 Mt = Fa * X + Fs * Y + M dimana, L = the distance the antenna's axis to the frame's joints G H = gust response factor from = /(h/10) 1/7 for h in meters A = outside aperture area of parabolic reflector, grid, or horn antenna = plate area of passive reflector ( ft 2 ) D = outside diameter of parabolic reflector, grid, or horn antenna (ft) = width or length of passive reflector ( ft 2 ) II - 5

6 V = basic wind speed ( m.p.h ) from K Z = exposure coefficient from with z equal to the hight of the origin of the axis system = [z/10] 2/7 for z in meters FA = axial force ( lb ) Fs = side force ( lb ) M = twisting moment ( ft-lb ) Ca, Cs, Cm are load coefficients contained in tables B1 trough B6 as function of wind angle,... TIA page Ha = resultant of F A and F S ( lb ) Mt = total twisting moment ( ft-lb ) X = the offset of the mounting pipe ( ft ) Y = the distance on the reflector axis from the reflector vertex to the center of the mounting pipe ( ft ) Wind Load Calculation method on the parabolic antenna is as follow: Fa = Ca * A * Kz * GH x V 2 Fs = Cs * A * Kz * GH * V 2 M = Cm * D * A * Kz * GH * V 2 Ha = (Fa 2 + Fs 2 ) 1/2 Mt = Fa * X + Fs * Y + M dimana, Ca = wind load coefficient Fa = axial force ( kg ) II - 6

7 Fs = side force ( kg ) M = twisting moment ( kg-m ) Cs Cm = wind load coefficient = wind load coefficient V = wind velocity ( m.p.h ) 2. Beban angin yang bekerja pada struktur tower harus dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut: [( ) ( )] dimana, qz = velocity pressure (Pa) = 613 Kz V 2 dengan V dalam m/s Kz = exposure coefficient = [ ] dengan z dalam meter = V z = basic wind speed for structure location (m/s) = height above average ground level to midpoint of panel of the structure and appurtenances (m) G H = gust response factor ( ) = [ ] dimana h dalam meter C F = structure force coefficient = (for square cross section) e = solidity ratio = ( ) II - 7

8 A F = projected area of flat structural component in one face of the section (m 2 ) A G = gross area of one tower face (m 2 ) A R = projected area (m 2 ) of round structural component in one face of the section A E = effective projected area of structural component in one face (m 2 ) = (m 2 ) (note : for tubular steel pole structure, A E shall be the actual projected area based on diameter or overall width) R R = the reduction factor for round structural component = ( ) D F = wind direction factor = ; for square cross section and normal wind direction = e; for square cross section and +45 o normal wind direction (1.2 max) D R = wind direction factor for round structural components = ; for square cross section and normal wind direction = e; for square cross section and +45 o normal wind direction (1.2 max) C A = linear or discrete appurtenance force coefficient = is depended on aspect ratio aspect ratio = overall length/width ration in plane normal to wind direction II - 8

9

10

11

12

13

14 2.2.6 Metode Perhitngan dengan SNI Berdasarkan SNI mengenai tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung, mutu baja diklasifikasikan menjadi 5 kelas mutu sebagai berikut : Jenis Baja Tegangan putus minimum, f u (MPa) Tegangan leleh minimum, f y (MPa) Regangan minimum (%) BJ BJ BJ BJ BJ MPa = 10 kg/cm 2 Tabel 2.1 Sifat mekanis baja struktural Nilai-nilai yang tercantum pada table diatas adalah untuk elemen-elemen yang tebalnya kurang dari 40 mm. untuk elemen-elemen yang tebalnya lebih dari 40 mm, tetapi kurang dari 100 mm, harga-harga pada table diatas harus dikurangi 10%. Sifat-sifat mekanis lainnya perencanaan baja structural untuk maksud perencanaan berdasarkan SNI ditetapkan sebagai berikut: Modulus elastis Modulus geser : E = MPa : G = MPa Nisbah poisson : µ = 0,3 Koefisien pemuaian : α = 12 x 10-6 / o C II - 14

15 Batang Tekan SNI mengenai tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung dinyatakan bahwa suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor, N u, harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: Keterangan: Ø n = faktor reduksi kekuatan N n = kuat tekan nominal komponen struktur Perbandingan kelangsingan - Kelangsingan elemen penampang < λ r - Kelangsingan komponen struktur tekan Komponen struktur tekan yang elemen penampangnya mempunyai perbandingan lebar terhadap tebal lebih besar dari pada nilai λ r yang ditentukan, maka harus direncanakan dengan analisis rasional yang dapat diterima. Penampang yang mempunyai perbandingan lebar terhadap tebalnya lebih kecil daripada nilai λ r, daya dukung nominal komponen struktur tekan dihitung menggunakan rumus sebagai berikut: Untuk λ c 0,25 maka ω = 1,00 Untuk 0,25 λ c 1,2 maka ω = II - 15

16 Untuk λ c 1,2 maka ω = 1,25 Keterangan : luas penampang bruto, mm 2 tegangan kritis penampang, MPa tegangan leleh material, MPa Batang Tarik Komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial terfaktor harus memenuhi syarat kekuatan struktur tarik : Dimana adalah kuat tarik rencana yang besarnya diambil sebagai nilai terendah diantara dua perhitungan menggunakan harga-harga Ø dan N n di bawah ini : Keterangan : = luas penampang bruto, mm 2 = luas penampang efektif, mm 2 = tegangan leleh, MPa = tegangan tarik putus, MPa Penampang efektif adalah luas penampang efektif komponen yang mengalami gaya tarik ditentukan sebagai berikut : II - 16

17 Keterangan : A = luas penampang, mm 2 U = factor reduksi = 1 (X/L) 0,9 X = eksentrisitas sambungan, jarak tegak lurus arah gaya tarik antara titik berat penampang komponen yang disambung dengan bidang sambungan, mm Kombinasi Pembebanan pada Tower Kombinasi pembebanan yang ditinjau didasarkan pada peraturan TIA/EIA-222-F berdasarkan beban-beban yang terjadi dengan beberapa kombinasi pembebanan sebagai berikut: Comb 1 Comb 2 = DL + LL = DL + LL ± WL Dimana, DL = beban mati yang diakibatkan oleh berat sendiri tower, antenna, bordes dan tangga LL WL = beban hidup yang diakibatkan oleh pekerja = beban yang diakibatkan oleh angin tanpa ice Toleransi Desain Tower Toleransi yang disyaratkan dalam desain dan analisis tower adalah sebagai berikut: a. Allowable stress design = 1 II - 17

18 b. Slenderness ratio - Leg Bracing Redundant 250 c. Allowable twist = 0.5 degree d. Allowable sway = 0.5 degree e. Allowable horizontal displacement = Tower Height/200 f. Verticality = Tower Height/ Peraturan dasar perencanaan tower Parameter pembebanan yang digunakan dalam perencanaan tower yang sering dipakai adalah sebagai berikut: BS 8100 part 3 BS 449 ASCE ASCE manual 72 EIA-222-F TIA-222-G AS 3995 ILE tech report 7 II - 18