Pencakar langit

Latar Belakang

Tidak ada definisi pasti tentang berapa banyak lantai atau berapa ketinggian yang membuat sebuah gedung pencakar langit. "Saya tidak berpikir 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, perancang berbagai gedung tinggi termasuk Menara Sears di Chicago, Illinois, melanjutkan, "Apa itu gedung pencakar langit? Itu adalah segala sesuatu yang membuat Anda berhenti, berdiri, menjulurkan leher Anda ke belakang. , dan lihat ke atas."

Beberapa pengamat menerapkan kata "pencakar langit" untuk bangunan setidaknya 20 lantai. Lainnya mencadangkan istilah untuk struktur setidaknya 50 lantai. Tetapi diterima secara luas bahwa gedung pencakar langit cocok dengan bangunan dengan 100 lantai atau lebih. Pada 102 lantai, Empire State Building di New York mencapai ketinggian 1.224 kaki (373 m), dan puncak menaranya, yang merupakan bagian meruncing di atas atap bangunan, naik lagi 230 kaki (70 m). Hanya 25 bangunan di seluruh dunia yang berdiri lebih tinggi dari 1.000 kaki (300 m), termasuk puncak menaranya, tetapi tidak ada antena yang menjulang di atasnya.

Struktur berdiri bebas tertinggi di dunia adalah Menara CN di Toronto, Kanada, yang menjulang setinggi 1.815 kaki (553 m); dibangun untuk mendukung antena televisi, menara ini tidak dirancang untuk pekerjaan manusia, kecuali untuk restoran dan dek observasi yang bertengger di ketinggian 1.100 kaki (335 m). Struktur tertinggi di dunia yang diduduki adalah Menara Kembar Petronas di Kuala Lumpur, Malaysia, yang mencapai ketinggian 1.483 kaki (452 ​​m), termasuk menara. Menara Sears di Chicago membanggakan tingkat tertinggi yang diduduki; atap tingkat ke-110 berdiri di 1.453 kaki (443 m).

Dalam beberapa hal, bangunan super tinggi tidak praktis. Lebih murah untuk membangun dua bangunan setengah tinggi daripada satu bangunan yang sangat tinggi. Pengembang harus menemukan penyewa untuk sejumlah besar ruang di satu lokasi; misalnya, Menara Sears memiliki luas 4,5 juta kaki persegi (415.000 meter persegi). Di sisi lain, pengembang di kota-kota padat harus memanfaatkan semaksimal mungkin lahan yang tersedia dalam jumlah terbatas. Meskipun demikian, keputusan untuk membangun gedung yang tinggi secara dramatis biasanya tidak didasarkan pada ekonomi, tetapi pada keinginan untuk menarik perhatian dan mendapatkan prestise.

Sejarah

Beberapa kemajuan teknologi terjadi pada akhir abad kesembilan belas yang digabungkan untuk memungkinkan desain dan konstruksi gedung pencakar langit. Diantaranya adalah kemampuan untuk memproduksi baja secara massal, penemuan elevator yang aman dan efisien, dan pengembangan teknik yang ditingkatkan untuk mengukur dan menganalisis beban dan tegangan struktural. Selama tahun 1920-an dan 1930-an, pembangunan gedung pencakar langit lebih didorong oleh penemuan pengelasan busur listrik dan bola lampu neon (cahaya terang mereka memungkinkan orang untuk bekerja lebih jauh dari jendela dan menghasilkan lebih sedikit panas daripada lampu pijar).

Secara tradisional, dinding sebuah bangunan menopang struktur; semakin tinggi strukturnya, semakin tebal dindingnya. Sebuah bangunan 16 lantai yang dibangun di Chicago pada tahun 1891 memiliki dinding setebal 6 kaki (1,8 m) di dasarnya. Kebutuhan akan dinding yang sangat tebal dihilangkan dengan penemuan konstruksi rangka baja, di mana kerangka baja kaku menopang berat bangunan, dan dinding luar hanya digantung dari rangka hampir seperti tirai. Bangunan pertama yang menggunakan desain ini adalah Gedung Perusahaan Asuransi Rumah 10 lantai, yang dibangun di Chicago pada tahun 1885.

Gedung Woolworth setinggi 792 kaki (242 m), didirikan di New York City pada tahun 1913, pertama kali menggabungkan semua komponen gedung pencakar langit yang sebenarnya. Kerangka bajanya naik dari fondasi yang ditopang pada pilar beton yang memanjang hingga ke batuan dasar (lapisan batu padat yang cukup kuat untuk menopang bangunan), rangkanya dikuatkan untuk menahan kekuatan angin yang diperkirakan, dan elevator berkecepatan tinggi menyediakan fasilitas lokal dan layanan ekspres ke 60 lantainya.

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

Bahan Baku

Beton bertulang merupakan salah satu komponen penting dari gedung pencakar langit. Ini terdiri dari beton (campuran air, bubuk semen, dan agregat yang terdiri dari kerikil atau pasir) dituangkan di sekitar kisi-kisi batang baja (disebut rebar) yang akan memperkuat beton kering terhadap gerakan lentur yang disebabkan oleh angin. Beton secara inheren kuat di bawah gaya tekan; namun, proyeksi berat Menara Petronas yang sangat besar membuat para desainer menentukan jenis beton baru yang lebih dari dua kali lebih kuat dari biasanya. Bahan berkekuatan tinggi ini dicapai dengan menambahkan partikel yang sangat halus ke bahan beton biasa; peningkatan luas permukaan partikel kecil ini menghasilkan ikatan yang lebih kuat.

Bahan baku utama lainnya untuk konstruksi gedung pencakar langit adalah baja, yang merupakan paduan besi dan karbon. Bangunan di dekatnya sering membatasi jumlah ruang yang tersedia untuk kegiatan konstruksi dan penyimpanan pasokan, sehingga balok baja dengan ukuran dan bentuk tertentu dikirim ke lokasi tepat seperti yang dibutuhkan untuk penempatan. Sebelum pengiriman, balok dilapisi dengan campuran plester dan vermikulit (mika yang telah mengalami pemuaian panas hingga membentuk partikel seperti spons) untuk melindunginya dari korosi dan panas. Setelah setiap balok dilas ke tempatnya, sambungan baru disemprot dengan bahan pelapis yang sama. Lapisan insulasi tambahan, seperti batting fiberglass yang dilapisi aluminium foil, kemudian dapat dililitkan di sekitar balok.

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

Berbagai bahan digunakan untuk menutupi rangka gedung pencakar langit. Dikenal sebagai "cladding", lembaran yang membentuk dinding luar dapat terdiri dari kaca, logam, seperti aluminium atau baja tahan karat, atau bahan pasangan bata, seperti granit, marmer, atau batu kapur.

Desain

Insinyur desain menerjemahkan visi arsitek tentang bangunan ke dalam rencana terperinci yang secara struktural sehat dan memungkinkan untuk dibangun.

Merancang bangunan bertingkat rendah melibatkan pembuatan struktur yang akan menopang beratnya sendiri (disebut beban mati) dan berat orang dan furnitur yang akan dikandungnya (beban hidup). Untuk gedung pencakar langit, gaya angin ke samping mempengaruhi struktur lebih dari berat bangunan dan isinya. Perancang harus memastikan bahwa bangunan tidak akan roboh oleh angin kencang, dan juga tidak akan cukup bergoyang yang menyebabkan ketidaknyamanan fisik atau emosional penghuninya.

Setiap desain gedung pencakar langit itu unik. Elemen struktural utama yang dapat digunakan sendiri atau dalam kombinasi termasuk kerangka baja yang tersembunyi di balik dinding tirai yang tidak menahan beban, kerangka beton bertulang yang diisi dengan panel kelongsong untuk membentuk dinding luar, inti beton pusat (kolom terbuka). ) cukup besar untuk memuat poros elevator dan komponen mekanis lainnya, dan susunan kolom penyangga di sekeliling bangunan yang dihubungkan 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 pengaruh angin kencang pada bangunan tersebut, dan juga pengaruh pola angin pada bangunan di sekitarnya yang disebabkan oleh bangunan baru. Jika tes menunjukkan bangunan akan bergoyang berlebihan dalam angin kencang, Contoh desain lantai dasar gedung pencakar langit dan rangka 6 bangunan. desainer dapat menambahkan perangkat mekanis yang melawan atau membatasi gerakan.

Selain suprastruktur, perancang juga harus merencanakan sistem mekanis yang sesuai seperti elevator yang memindahkan orang dengan cepat dan nyaman, sistem sirkulasi udara, dan pipa ledeng.

Proses Konstruksi

Setiap gedung pencakar langit adalah struktur unik yang dirancang agar sesuai dengan kendala fisik yang disebabkan oleh faktor-faktor seperti geologi dan iklim, memenuhi kebutuhan penyewa, dan memenuhi 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 lubang yang akan menahan pondasi. Kedalaman lubang tergantung pada seberapa jauh batuan dasar terletak dan berapa banyak tingkat ruang bawah tanah yang akan dimiliki bangunan. Untuk mencegah pergerakan tanah di sekitarnya dan untuk menutup air dari sekitar lokasi pondasi, dinding diafragma dapat dibangun sebelum lubang digali. Ini dilakukan dengan menggali parit yang dalam dan sempit di sekeliling lubang yang direncanakan; saat parit digali, parit itu diisi dengan bubur (tanah liat berair) agar dindingnya tidak runtuh. Ketika bagian parit mencapai kedalaman yang diinginkan, sangkar baja tulangan diturunkan ke dalamnya. Beton kemudian dipompa ke parit, menggantikan bubur yang lebih ringan. Bubur diambil kembali dan digunakan lagi di bagian lain dari parit.
• 2 Dalam beberapa kasus, batuan dasar terletak dekat dengan permukaan. Tanah di atas batuan dasar dihilangkan, dan permukaan batuan dasar yang cukup dihilangkan untuk membentuk platform datar yang halus untuk membangun fondasi bangunan. Pondasi (lubang di mana kolom pendukung bangunan dapat berlabuh) diledakkan atau dibor di batuan dasar. Kolom baja atau beton bertulang ditempatkan pada pondasi.
• 3 Jika batuan dasar terletak sangat dalam, tiang pancang (balok vertikal) ditenggelamkan ke dalam tanah sampai tertanam di batuan dasar. Salah satu teknik melibatkan mendorong tumpukan baja ke tempatnya dengan berulang kali menjatuhkan beban berat di atasnya. Teknik lain melibatkan pengeboran poros melalui tanah dan ke dalam batuan dasar, memasukkan batang baja tulangan, dan kemudian mengisi poros dengan beton.

  A. Dinding diafragma. B. Pijakan. C. Salah satu jenis pondasi untuk gedung pencakar langit menggunakan tiang pancang baja untuk menahan pondasi ke tanah. D. Metode slip form untuk menuangkan beton.

• 4 Sebuah platform pondasi dari beton bertulang dituangkan di atas kolom pendukung.

Superstruktur dan inti

Setelah pembangunan gedung pencakar langit sedang berlangsung, pekerjaan pada beberapa fase struktur berlangsung secara bersamaan. Misalnya, pada saat kolom penyangga tingginya beberapa lantai, para pekerja mulai membangun lantai untuk lantai yang lebih rendah. Saat kolom mencapai lebih tinggi, kru lantai pindah ke lantai yang lebih tinggi juga, dan kru finishing mulai bekerja di level terendah. Tumpang tindih fase ini tidak hanya membuat penggunaan waktu paling efisien, tetapi juga memastikan bahwa struktur tetap stabil selama konstruksi.

• 5 Jika kolom baja dan bresing silang digunakan di gedung, setiap balok diangkat ke tempatnya dengan derek. Awalnya, derek duduk di tanah; kemudian dapat diposisikan pada tingkat tertinggi yang ada dari kerangka baja itu sendiri. Pekerja terampil memasang baut atau mengelas ujung balok ke tempatnya (paku keling tidak digunakan sejak 1950-an). Balok tersebut kemudian dibungkus dengan jaket isolasi agar tidak terlalu panas dan melemah jika terjadi kebakaran. Sebagai tindakan perlindungan panas alternatif di beberapa bangunan, balok baja terdiri dari tabung berongga; ketika suprastruktur selesai, tabung diisi dengan air, yang disirkulasikan terus menerus sepanjang umur bangunan.
• 6 Beton sering digunakan untuk membangun inti bangunan, dan juga dapat digunakan untuk membangun kolom penyangga. Teknik yang disebut "slip forming" biasanya digunakan. Bentuk kayu dari bentuk yang diinginkan dilekatkan pada rangka baja, yang dihubungkan ke dongkrak panjat yang mencengkeram batang vertikal. Pekerja menyiapkan bagian baja tulangan yang lebih tinggi dari bentuk kayu. Kemudian mereka mulai menuangkan beton ke dalam cetakan. Saat beton dituangkan, dongkrak panjat perlahan dan terus menerus menaikkan bekisting. Komposisi campuran beton dan kecepatan panjat dikoordinasikan sehingga beton pada rentang bawah bekisting telah mengeras sebelum bekisting naik di atasnya. Saat proses berlanjut, pekerja memperpanjang kisi baja tulangan yang memanjang di atas bekisting dan menambahkan ekstensi ke batang vertikal yang dipegang oleh dongkrak panjat. Dengan cara ini, seluruh kolom beton dibangun sebagai elemen vertikal kontinu tanpa sambungan.
• 7 Pada bangunan kerangka baja, lantai dibangun di atas lapisan penyangga horizontal. Pada desain bangunan lain, lantai ditopang oleh balok baja horizontal yang dipasang pada inti bangunan dan/atau kolom penyangga. Penghiasan baja (panel tipis, baja bergelombang) diletakkan di atas balok dan dilas di tempatnya. Lapisan beton, setebal 2-4 inci (5-10 cm), dituangkan di atas penghiasan untuk melengkapi lantai.

Gedung Empire State.

Empire State Building dimaksudkan untuk mengakhiri kompetisi gedung tertinggi. Itu untuk menara 102 cerita, 1.250 kaki (381 m) di atas jalan-jalan Manhattan. Pengembangnya, John J. Raskob dan Pierre Samuel Du Pont, bersama dengan mantan Gubernur New York Alfred E. Smith, mengumumkan pada Agustus 1929 niat mereka untuk membangun gedung tertinggi di dunia. Mereka memilih firma konstruksi Starrett Brothers and Eken, dan firma arsitektur Shreve, Lamb, dan Harmon untuk proyek tersebut dengan William F. Lamb sebagai kepala perancang. Jika diatur kembali dari jalan di atas lantai lima dan kemudian membumbung tanpa gangguan selama lebih dari 1.000 kaki (305 m) ke lantai 86. Eksteriornya adalah batu kapur dan granit dan kolom paduan baja krom-nikel-baja vertikal memanjang dari lantai enam ke atas. Bangunan itu berisi 67 lift dan 6.500 jendela kaca, dengan tiang tambatan setinggi 200 kaki (61 m) untuk balon.

Empire State Building selesai dibangun pada 11 April 1931, 12 hari lebih cepat dari jadwal dan secara resmi dibuka pada 1 Mei 1931. Bangunan ini mengambil tempat dalam sejarah sebagai gedung tertinggi yang pernah dibangun, memegang gelar ini selama lebih dari 40 tahun. Baru pada tahun 1972, ketika menara kembar World Trade Center setinggi 1.348 kaki (411 m-) selesai dibangun, Empire State Building melampaui tingginya. World Trade Center pada gilirannya dilampaui pada tahun 1974 oleh Menara Sears di Chicago, yang pada ketinggian 1.453 kaki (443 mj menjadi gedung tertinggi di dunia.

Eksterior

• 8 Pada kebanyakan gedung tinggi, berat struktur dan isinya dipikul oleh kolom penyangga dan inti gedung. Dinding luarnya sendiri hanya menutupi strukturnya. Mereka dibangun dengan menempelkan panel dari bahan seperti kaca, logam, dan batu ke kerangka bangunan. Teknik yang umum adalah dengan memasang baut pada braket sudut yang diamankan ke pelat lantai atau kolom penyangga.

Menyelesaikan

• 9 Ketika sebuah lantai bangunan telah ditutup oleh dinding luar, maka bangunan tersebut siap untuk finishing interior. Ini termasuk pemasangan elemen-elemen seperti kabel listrik, kabel telepon, pipa ledeng, dinding interior, panel langit-langit, perlengkapan kamar mandi, perlengkapan penerangan, dan sistem penyiram untuk pengendalian kebakaran. Ini juga mencakup pemasangan komponen mekanis seperti elevator dan sistem untuk sirkulasi udara, pendinginan, dan pemanasan.
• 10 Setelah seluruh superstruktur selesai, bagian atas bangunan diselesaikan dengan memasang atap. Ini dapat dibangun seperti lantai, dan kemudian kedap air dengan lapisan karet atau plastik sebelum ditutup dengan lapisan ubin atau logam yang menarik dan tahan cuaca.

Kontrol Kualitas

Berbagai faktor dipertimbangkan ketika memastikan kontrol kualitas. Karena skala besar gedung pencakar langit, kesalahan posisi kecil di pangkalan akan diperbesar ketika diperluas ke atap. Selain instrumen survei normal, perangkat yang tidak biasa seperti sensor sistem penentuan posisi global (GPS) dan penglihatan bom pesawat dapat digunakan untuk memverifikasi penempatan dan penyelarasan anggota struktural.

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

Produk Sampingan/Limbah

Penggalian lubang pondasi dan tingkat basement membutuhkan pembuangan kotoran dalam jumlah besar. Ketika menara World Trade Center 110 lantai dibangun di New York pada awal 1970-an, lebih dari 1 juta yard kubik (765.000 meter kubik) tanah dan batu dibuang dan dibuang di Sungai Hudson untuk menciptakan 23,5 acre (95.100 meter persegi). ) tanah baru, di mana gedung pencakar langit lain kemudian dibangun.

Masa Depan

Rencana telah dikembangkan untuk beberapa gedung pencakar langit baru yang akan memecahkan rekor ketinggian yang ada. Misalnya, sebuah bangunan 108 lantai di 7 South Dearborn Street di Chicago, diharapkan selesai pada tahun 2004, akan memiliki tinggi 1.550 kaki (473 m). Ini akan menyediakan 43 acre (174.000 meter persegi) ruang tertutup di banyak hanya 200 kaki (61 m) persegi.

Pada tahun 1956, arsitek Amerika Frank Lloyd Wright mengumumkan rencana untuk gedung pencakar langit setinggi satu mil (1,6 km) di mana 100.000 orang dapat bekerja. Pada tahun 1991, arsitek Amerika lainnya, Dr. Eugene Tsui, merancang gedung setinggi 2 mil (3.220 m) yang akan menyediakan ruang untuk hidup, bekerja, dan rekreasi bagi 1.000.000 orang. Meskipun bangunan tersebut mungkin secara teoritis dapat dibangun, mereka saat ini tidak praktis. Misalnya, tingkat kenyamanan manusia membatasi kecepatan elevator tidak lebih dari 3.000 kaki/mnt (915 m/mnt). Untuk menampung 100.000 orang yang bekerja di struktur yang diusulkan Wright, jumlah poros elevator akan memakan sebagian besar area bangunan.

Perbaikan dalam teknologi elevator akan menjadi penting untuk desain gedung pencakar langit di masa depan. Mobil lift tanpa kabel yang bergerak sendiri yang bergerak secara horizontal, serta vertikal, telah diusulkan, tetapi masih dalam pengembangan. Sistem pengiriman mobil terkomputerisasi menggunakan logika fuzzy dapat disempurnakan untuk mengangkut orang secara lebih efisien dengan mengelompokkan penumpang yang tujuannya berdekatan satu sama lain.