Apa yang Menentukan Gedung Pencakar Langit? Wawasan dari Arsitek T.J. Gottesdiener

Latar Belakang

Tidak ada definisi yang tepat tentang berapa banyak lantai atau berapa tinggi sebuah bangunan untuk disebut gedung pencakar langit. “Saya tidak pikir itu adalah berapa banyak lantai yang Anda miliki. Saya pikir itu adalah sikap,” kata arsitek T. J. Gottesdiener kepada Christian Science Monitor. Gottesdiener, mitra di firma Skidmore, Owings & Merrill, desainer berbagai bangunan tinggi termasuk Sears Tower di Chicago, Illinois, melanjutkan, “Apa itu gedung pencakar langit? Itu adalah segala sesuatu yang membuat Anda berhenti, berdiri, mengelongkan leher ke belakang, dan melihat ke atas.”

Beberapa pengamat menerapkan kata “gedung pencakar langit” pada bangunan dengan setidaknya 20 lantai. Yang lain menyisihkan istilah untuk struktur dengan setidaknya 50 lantai. Tetapi secara luas diterima bahwa gedung pencakar langit cocok untuk bangunan dengan 100 atau lebih lantai. Dengan 102 lantai, tinggi bangunan Empire State Building di New York mencapai 1.224 ft (373 m), dan menara runcingnya, yang merupakan bagian yang runcing di atas atap bangunan, naik lagi 230 ft (70 m). Hanya 25 bangunan di seluruh dunia yang lebih tinggi dari 1.000 ft (300 m), menghitung menara runcingnya, tetapi bukan antena yang melonjak di atasnya.

Struktur bebas tertinggi di dunia adalah CN Tower di Toronto, Kanada, yang mencapai ketinggian 1.815 ft (553 m); dibangun untuk mendukung antena televisi, menara ini tidak dirancang untuk ditempati manusia, kecuali restoran dan dek pengamatan yang terletak pada 1.100 ft (335 m). Gedung yang ditempati tertinggi di dunia adalah Petronas Twin Towers di Kuala Lumpur, Malaysia, yang mencapai ketinggian 1.483 ft (452 m), termasuk menara runcing. Sears Tower di Chicago memiliki tingkat ditempati tertinggi; atap lantai ke-110nya berada pada 1.453 ft (443 m).

Beberapa cara, bangunan super tinggi tidak praktis. Lebih murah untuk membangun dua bangunan setengah tinggi daripada satu bangunan yang sangat tinggi. Pengembang harus mencari penyewa untuk sejumlah besar ruang di satu lokasi; misalnya, Sears Tower melingkupi 4,5 juta kaki persegi (415.000 meter persegi). Di sisi lain, pengembang di kota padat harus memanfaatkan seoptimal mungkin lahan yang tersedia yang terbatas. Namun, keputusan untuk membangun bangunan yang sangat tinggi biasanya tidak didasarkan pada ekonomi, tetapi pada keinginan untuk menarik perhatian dan memperoleh prestise.

Sejarah

Beberapa kemajuan teknologi terjadi pada akhir abad ke-19 yang bergabung untuk membuat desain dan konstruksi gedung pencakar langit mungkin. Di antaranya adalah kemampuan untuk memproduksi baja secara massal, penemuan lift yang aman dan efisien, dan pengembangan teknik yang ditingkatkan untuk mengukur dan menganalisis beban dan stres struktural. Selama 1920-an dan 1930-an, pengembangan gedung pencakar langit didorong lebih lanjut oleh penemuan las busa listrik dan lampu fluoresen (cahera yang cerahnya memungkinkan orang bekerja lebih jauh dari jendela dan menghasilkan lebih sedikit panas daripada lampu pijar).

Tradisionalnya, dinding sebuah bangunan menopang struktur; semakin tinggi struktur, dinding harus semakin tebal. Sebuah bangunan 16 lantai yang dibangun di Chicago pada 1891 memiliki dinding tebal 6 ft (1,8 m) di dasar. Kebutuhan untuk dinding yang sangat tebal dihilangkan dengan penemuan konstruksi bingkai baja, di mana rangka baja yang kaku menopang berat bangunan, dan dinding luar hanya digantung dari rangka hampir seperti tirai. Bangunan pertama yang menggunakan desain ini adalah Home Insurance Company Building berlantai 10, yang dibangun di Chicago pada 1885.

Woolworth Building, yang berukuran 792 ft (242 m) dan dibangun di New York City pada 1913, pertama kali menggabungkan semua komponen dari gedung pencakar langit yang sebenarnya. Rangka baja-nya bangkit dari fondasi yang didukung oleh tiang beton yang menjalar hingga batuan dasar (lapisan batuan padat yang cukup kuat untuk menopang bangunan), rangkanya diisi untuk menahan gaya angin yang diharapkan, dan lift cepatnya memberikan layanan lokal dan ekspres ke 60 lantainya.

Pada 1931, Empire State Building bangkit di New York City seperti tanda seru 1.250 ft (381 m). Ia akan tetap menjadi gedung perkantoran tertinggi di dunia selama 41 tahun. Pada 2000, hanya enam bangunan lain di dunia yang akan melebihi tingginya.

Bahan Baku

Beton bertulang adalah salah satu komponen penting dari gedung pencakar langit. Ia terdiri dari beton (campuran air, bubuk semen, dan agregat yang terdiri dari kerikil atau pasir) yang dicurahkan di sekitar jaringan batang baja (disebut rebar) yang akan memperkuat beton yang telah kering terhadap gerakan bengkok yang disebabkan oleh angin. Beton secara alami kuat terhadap gaya tekan; namun, berat yang diyakini besar dari Petronas Towers mendorong desainer untuk menentukan jenis beton baru yang lebih dari dua kali lebih kuat dari biasanya. Material berkekuatan tinggi ini dicapai dengan menambahkan partikel yang sangat halus ke bahan beton biasa; luas permukaan yang lebih besar dari partikel kecil ini menghasilkan ikatan yang lebih kuat.

Bahan baku utama lainnya untuk konstruksi gedung pencakar langit adalah baja, yang merupakan alian besi dan karbon. Bangunan di sekitar sering membatasi jumlah ruang yang tersedia untuk aktivitas konstruksi dan penyimpanan persediaan, jadi balok baja dengan ukuran dan bentuk yang ditentukan diangkut ke situs tepat saat dibutuhkan untuk ditempatkan. Sebelum pengiriman, balok dilapisi dengan campuran plester dan vermikulit (mica yang telah diperluas panas untuk membentuk partikel seperti spons) untuk melindungi dari korosi dan panas. Setelah setiap balok di-letik ke tempat, sendi segar disemprot dengan bahan pelapis yang sama. Lapis isolasi tambahan, seperti lapangan kaca yang dilapisi kertas aluminium, kemudian dapat dibalut di sekitar balok.

Untuk memaksimalkan kualitas terbaik dari beton dan baja, mereka sering digunakan bersama dalam konstruksi gedung pencakar langit. Misalnya, kolom dukungan dapat dibentuk dengan mencurahkan beton di sekitar balok baja.

Berbagai macam bahan digunakan untuk menutup bingkai gedung pencakar langit. Dikenal sebagai “cladding,” lembaran yang membentuk dinding luar dapat terdiri dari kaca, logam, seperti aluminium atau stainless steel, atau bahan batu, seperti granit, marmer, atau batu kapur.

Desain

Desainer menerjemahkan visi arsitek tentang bangunan ke dalam rencana terperinci yang akan secara struktural valid dan dapat dibangun.

Merancang bangunan rendah melibatkan pembuatan struktur yang akan menopang beratnya sendiri (disebut beban mati) dan berat orang serta furnitur yang akan berada di dalamnya (beban hidup). Untuk gedung pencakar langit, gaya samping dari angin mempengaruhi struktur lebih dari berat bangunan dan isinya. Desainer harus memastikan bahwa bangunan tidak akan dibalik oleh angin kencang, dan juga bahwa ia tidak akan goyang cukup untuk menyebabkan ketidaknyamanan fisik atau emosional bagi penghuninya.

Setiap desain gedung pencakar langit adalah unik. Elemen struktural utama yang dapat digunakan sendiri atau dalam kombinasi termasuk rangka baja yang tersembunyi di balik dinding non-load-bearing, rangka beton bertulang yang diisi dengan panel cladding untuk membentuk dinding luar, inti beton sentral (kolom terbuka) yang cukup besar untuk berisi shaft lift dan komponen mekanis lainnya, dan array kolom dukungan di sekeliling keliling bangunan yang disambungkan oleh balok horizontal satu sama lain dan ke inti.

Karena setiap desain inovatif, model bangunan super tinggi yang diusulkan diuji di terowongan angin untuk menentukan efek angin kencang terhadapnya, dan juga efek pada bangkungan di sekitarnya dari pola angin yang disebabkan oleh bangunan baru. Jika tes menunjukkan bangunan akan goyang berlebihan dalam angin kencang, Contoh desain lantai dasar gedung pencakar langit dan bingkai bangunan. desainer dapat menambahkan perangkat mekanis yang menanggah atau membatasi gerakan.

Selain superstruktur, desainer juga harus merencanakan sistem mekanis yang tepat seperti lift yang memindahkan orang dengan cepat dan nyaman, sistem sirkulasi udara, dan plomber.

Proses Konstruksi

Setiap gedung pencakar langit adalah struktur unik yang dirancang untuk mematuhi batasan fisik yang diimpos oleh faktor seperti geologi dan iklim, memenuhi kebutuhan penyewa, dan memuaskan tujuan estetika pemilik dan arsitek. Proses konstruksi untuk setiap bangunan juga unik. Langkah-langkah berikut memberikan gambaran umum tentang teknik konstruksi yang paling umum.

Substruktur

• 1 Konstruksi biasanya dimulai dengan menggali sebuah lubang yang akan menahan fondasi. Kedalaman lubang tergantung pada seberapa dalam batuan dasar berada dan berapa banyak tingkat basement yang akan dimiliki bangunan. Untuk mencegah gerakan tanah di sekitar dan untuk menyegel air dari sekitar lokasi fondasi, dinding diafragma dapat dibangun sebelum lubang digali. Ini dilakukan dengan menggali parit dalam dan sempit di sekitar keliling lubang yang direncanakan; saat parit digali, ia diisi dengan slurry (liat encer) untuk menjaga dindingnya tidak runtuh. Ketika bagian parit mencapai kedalaman yang diinginkan, rangka baja tulangan diturunkan ke dalamnya. Beton kemudian dipompa ke dalam parit, memindahkan slurry yang lebih ringan. Slurry direkuperasi dan digunakan lagi di bagian-bagian lain dari parit.
• 2 Dalam beberapa kasus, batuan dasar berada dekat permukaan. Tanah di atas batuan dasar dihapus, dan cukup permukaan batuan dasar dihapus untuk membentuk platform yang rata dan rata untuk membangun fondasi bangunan. Fondasi (lubang di mana kolom dukungan bangunan dapat diancorkan) dibom atau dibor di batuan dasar. Kolom baja atau beton bertulang ditempatkan di fondasi.
• 3 Jika batuan dasar berada sangat dalam, tiang (balok vertikal) ditiang melalui tanah sampai mereka terbenam di batuan dasar. Salah satu teknik melibatkan peniang tiang steel di tempat dengan berulang kali menjatuhkan bobot berat di atasnya. Teknik lain melibatkan bor shaft melalui tanah dan ke dalam batuan dasar, memasukkan batang baja tulangan, dan kemudian mengisi shaft dengan beton.

  A. Dinding diafragma. B. Fondasi. C. Salah satu jenis fondasi untuk gedung pencakar langit menggunakan tiang baja untuk mengamankan fondasi ke tanah. D. Metode slip form untuk mencurahkan beton.

• 4 Platform fondasi beton bertulang dicurahkan di atas kolom dukungan.

Superstruktur dan inti

Setelah konstruksi gedung pencakar langit berjalan, pekerjaan pada beberapa fase struktur berjalan secara bersamaan. Misalnya, ketika kolom dukungan telah beberapa lantai tinggi, pekerja mulai membangun lantai untuk lantai bawah. Saat kolom mencapai lebih tinggi, kru lantai pindah ke lantai yang lebih tinggi, juga, dan kru finishing mulai bekerja pada level terendah. Menumpuk fase-fase ini tidak hanya membuat penggunaan waktu yang paling efisien, tetapi juga memastikan bahwa struktur tetap stabil selama konstruksi.

• 5 Jika kolom baja dan penangkal silang digunakan dalam bangunan, setiap balok diangkat ke tempat oleh crane. Awalnya, crane duduk di tanah; nanti ia dapat diposisikan pada level tertinggi yang ada dari rangka baja itu sendiri. Pekerja terampil mencelup atau memeluk ujung balok ke tempat (paku tidak lagi digunakan sejak 1950-an). Balok kemudian dibungkus dengan jaket isolasi untuk menjaganya dari panas berlebih dan melemah dalam kejadian kebakaran. Sebagai alternatif perlindungan panas di beberapa bangunan, balok baja terdiri dari tabung berlubang; ketika superstruktur selesai, tabung diisi dengan air, yang terus-menerus diteruskan selama umur bangunan.
• 6 Beton sering digunakan untuk membangun inti bangunan, dan juga dapat digunakan untuk membangun kolom dukungan. Teknik yang disebut “slip forming” biasanya digunakan. Cetakan kayu dengan bentuk yang diinginkan dilekatkan pada bingkai baja, yang terhubung pada jack pendak yang merem batang vertikal. Pekerja menyiapkan bagian baja tulangan yang lebih tinggi dari cetakan kayu. Kemudian mereka mulai mencurahkan beton ke dalam cetakan. Saat beton dicurahkan, jack pendak perlahan dan terus-menerus mengangkat cetakan. Komposisi campuran beton dan laju pendak dikordinir sehingga beton di rentang bawah cetakan telah mengeras sebelum cetakan naik di atasnya. Seiring berjalannya proses, pekerja memperluas jaring baja tulangan yang meluas di atas cetakan dan menambahkan ekstensi pada batang vertikal yang dipegang oleh jack pendak. Dengan cara ini, seluruh kolom beton dibangun sebagai elemen vertikal kontinu tanpa sendi.
• 7 Dalam bangunan bingkai baja, lantai dibangun di lapisan penangkal silang horizontal. Dalam desain bangunan lainnya, lantai didukung oleh balok baja horizontal yang dilekatkan pada inti bangunan dan/atau kolom dukungan. Deck baja (panel baja tipis, bergelombang) diletakkan di balok dan di-letik ke tempat. Lapisan beton, tebal sekitar 2-4 in (5-10 cm), dicurahkan di atas deck untuk menyelesaikan lantai.

Empire State Building.

Empire State Building dimaksudkan untuk mengakhiri persaingan bangunan tertinggi. Ia berdiri 102 lantai, 1.250 ft (381 m) di atas jalan Manhattan. Pengembangnya, John J. Raskob dan Pierre Samuel Du Pont, bersama dengan Gubernur New York yang mantan Alfred E. Smith, mengumumkan pada Agustus 1929 niat mereka untuk membangun bangunan tertinggi di dunia. Mereka memilih perusahaan konstruksi Starrett Brothers and Eken, dan firma arsitektur Shreve, Lamb, dan Harmon untuk proyek dengan William F. Lamb sebagai desainer utama. Jika ia tertunduk dari jalan di atas lantai kelima dan kemudian naik terus-menerus selama lebih dari 1.000 ft (305 m) hingga lantai ke-86. Eksteriornya adalah batu kapur dan granit dan kolom baja nikel-krom vertikal yang meluas dari lantai keenam hingga puncak. Bangunan ini berisi 67 lift dan 6.500 jendela kaca, diuncuri dengan tiang pemangkasan 200 ft (61 m) untuk dirigibel.

Empire State Building selesai pada 11 April 1931, 12 hari sebelum jadwal dan secara resmi dibuka pada 1 Mei 1931. Bangunan ini menempati tempatnya dalam sejarah sebagai bangunan tertinggi yang pernah dibangun, memegang gelar ini selama lebih dari 40 tahun. Tidak hingga 1972, ketika menara kembar World Trade Center yang berukuran 1.348 ft-(411-m-) selesai, Empire State Building kalah dalam ketinggian. World Trade Center pada gilirannya kalah pada 1974 oleh Sears Tower di Chicago, yang pada 1.453 ft (443 mj menjadi bangunan tertinggi di dunia.

Eksterior

• 8 Dalam sebagian besar bangunan tinggi, berat struktur dan isinya ditanggung oleh kolom dukungan dan inti bangunan. Dinding luar itu sendiri hanya melingkupi struktur. Mereka dibangun dengan melampirkan panel dari bahan seperti kaca, logam, dan batu pada bingkai bangunan. Teknik umum adalah mencelupkannya ke bracket sudut yang diamankan ke plate lantai atau kolom dukungan.

Finishing

• 9 Ketika satu lantai bangunan telah dilingkupi oleh dinding luar, ia siap untuk finishing interior. Ini termasuk pemasangan elemen seperti kabel listrik, kabel telepon, pipa plomber, dinding interior, panel langit-langit, peralatan kamar kecil, pemacu cahaya, dan sistem sprinkler untuk kontrol kebakaran. Ini juga termasuk pemasangan komponen mekanis seperti lift dan sistem sirkulasi udara, pendingin, dan pemanas.
• 10 Ketika seluruh superstruktur telah selesai, puncak bangunan diselesaikan dengan memasang atap. Ini dapat dibangun seperti lantai, dan kemudian ditahan air dengan lapisan karet atau plastik sebelum ditutupi dengan lapisan tegel atau logam yang menarik dan tahan cuaca.

Kontrol Kualitas

Berbagai faktor dipertimbangkan dalam menjamin kontrol kualitas. Karena skala yang besar dari gedung pencakar langit, kesalahan penempatan kecil di dasar akan diperbesar saat diperluas ke atap. Selain alat pengukuran normal, perangkat tidak biasa seperti sensor global positioning system (GPS) dan bom sight pesawat dapat digunakan untuk memverifikasi penempatan dan penyelarasan anggota struktural.

Sensor tanah di sekitar lokasi bangunan digunakan untuk mendeteksi gerakan tanah yang tidak terduga yang disebabkan oleh aktivitas konstruksi.

Sisa Produksi/Limbah

Penggalian lubang fondasi dan tingkat basement memerlukan penghapusan jumlah besar tanah. Ketika menara kembar World Trade Center berlantai 110 dibangun di New York pada awal 1970-an, lebih dari satu juta yard kubik (765.000 meter kubik) tanah dan batu dihapus dan dibuang ke Sungai Hudson untuk menciptakan 23,5 hektar (95.100 meter persegi) lahan baru, di mana gedung pencakar langit lain kemudian dibangun.

Masa Depan

Rencana telah dikembangkan untuk beberapa gedung pencakar langit baru yang akan mencatat rekor ketinggian yang ada. Misalnya, gedung 108 lantai di 7 South Dearborn Street di Chicago, yang diproyeksikan akan selesai pada 2004, akan bertinggi 1.550 ft (473 m). Ia akan menyediakan 43 hektar (174.000 meter persegi) ruang tertutup di lahan yang hanya 200 ft (61 m) persegi.

Pada 1956, arsitek Amerika Frank Lloyd Wright mengumumkan rencana untuk gedung pencakar langit satu mil (1,6 km) tinggi di mana 100.000 orang dapat bekerja. Pada 1991, arsitek Amerika lainnya, Dr. Eugene Tsui, merancang bangunan dua mil (3.220 m) tinggi yang akan menyediakan ruang untuk tinggal, bekerja, dan berrekreasi bagi 1.000.000 orang. Meskipun bangunan demikian mungkin secara teori dapat dibangun, saat ini tidak praktis. Misalnya, tingkat kenyamanan manusia membatasi kecepatan lift tidak lebih dari 3.000 ft/min (915 m/min). Untuk menampung 100.000 orang yang bekerja dalam struktur yang diusulkan Wright, jumlah shaft lift akan mengambil terlalu banyak bagian dari area bangunan.

Perbaikan dalam teknologi lift akan penting untuk desain gedung pencakar langit di masa depan. Mobil lift yang bergerak sendiri dan tanpa kabel yang bergerak secara horizontal, serta vertikal, telah diusulkan, tetapi masih dalam pengembangan. Sistem pengiriman mobil komputerisasi menggunakan logika kabur dapat disempurnakan untuk membawa orang dengan lebih efisien dengan mengelompokkan penumpang yang tujuannya saling dekat.