STRUCTURAL SYSTEM OF

SHANGHAI WORLD FINANCIAL CENTER

1

I. Sekilas mengenai bangunan Shanghai World Finance Center

Nama Bangunan : Shanghai World Finance Center

Lokasi : No 100, Center Avenue, Pudong New District, Shanghai

Luas Area Proyek : 30.000 m2

Luas Area Bangunan : 14.400 m2

GFA : 381.600 m2

Banyak lantai : 101 lantai diatas tanah dan 3 lantai di bawah tanah

Tinggi Bangunan : 492 m

Struktur : Komposit antara struktur beton bertulang dengan struktur rangka baja

Pemilik Proyek : Shanghai World Finance Center Co., Ltd

Arsitek dan Insiyur Proyek : Mori Building Co., Ltd

Arsitek : Kohn Pederson Fox Associates P.C (KPF)

Irie Miyake Architects & Engineers

Konsultan Struktur : Leslie E. Robertson Associates R.L.L.P (LERA)

Kontraktor : China State Construction Engineering Corporation

Shanghai Construction Group

II. Sejarah Singkat

Awalnya bangunan ini direncanakan untuk dibangun mulai tahun 1997, tetapi prosesnya

terhenti sementara karena Krisis Finansial di Asia di menjelang akhir tahun dekade 1990 dan

kemudian desainnya diubah oleh developer. Pembangunan bangunan ini dibiayai oleh beberapa

firma multinational termasuk Bank China, Jepang dan Hong Kong juga oleh developer Jepang dan

Investor Amerika dan Eropa yang dirahasiakan. Bank Investasi Amerika Morgan Stanley mengatur

pembiayaan untuk Mori Building.

Pondasi mulai dikerjakan tanggal 27 Agustus 1997. Di akhir dekade 1990 the Pierre de Smet

Building Corporation mengalami kesulitan keuangan akibat krisis finansial di Asia di 1997 sampai

1998 yang mengakibatkan proyek tertunda ketika pondasi telah selesai. Tanggal 13 Februari 2003,

Mori Group meningkatkan tinggi bangunan menjadi 492m dan 101 tingkat dari rencana semula

yang hanya 460m dan memiliki 94 tingkat. Bangunan baru menggunakan pondasi semula dan

proyeknya dilanjutkan tanggal 16 November 2003.

Bangunan mencapai ketinggian total 492m pada tanggal 14 September 2007 setelah

pemasangan girder baja terakhir. Cladding Panels terakhir dipasang di pertengahan Juni 2008 dan

instalasi elevator selesai pada pertengahan Juli 2008. Pada tanggal 17 Juli 2008 Shanghai World

Financial Center selesai dan pada tanggal 28 Agustus 2008, SWFC memulai kegiatan bisnisnya

secara resmi dan pada tanggal 30 Agustus 2008, Lantai observatory terbuka untuk publik.

2

III. Pembagian Peruntukan Lantai pada Shanghai World Financial Center

Shanghai World Financial Center ini terdiri dari :

Parkir Basement 3 lantai

Pusat perbelanjaan dan Tempat Konferensi ( lantai 1 – 5 )

Perkantoran ( lantai 7 – 77 )

The Park Hyatt Hotel ( lantai 79 – 93 )

Observation Deck ( lantai 94 – 100 )

3

IV. Perencanaan Bangunan

Shanghai World Financial Center ini direncanakan dengan menggabungkan 2 bentuk

lengkungan dengan bentuk trapesium. Pada kebudayaan Cina kuno ini menggambarkan mengenai

bumi dan langit. Awalnya pada perencanaan awal hendak digunakan bentuk lingkaran pada

puncaknya, tetapi pemerintah Cina menolaknya karena dianggap menyerupai bendera Jepang.

Pada bangunan tinggi, gempa dan angin merupakan suatu yang sangat mempengaruhi

perencanaan strukturnya. Shanghai World Financial Center didesign untuk menahan typhoon

dengan periode ulang 200 tahun dan gempa dengan periode ulang 2000 tahun. Selain itu, Sistem

struktur lateral pada bangunan ini didesain untuk membatasi story drift di bawah 50 tahun umur

rencana beban angin dengan inter-story drift adalah h/200 di lantai 91 ke bawah.

Besarnya Gaya angin yang terjadi di tiap- tiap tempat dan ketinggian tertentu amat berbeda

satu sama lainnya. Oleh karena itu data yang akurat mengenai iklim dan cuaca di kota Shanghai

benar-benar amat diperlukan. Untuk mendapatkan beban angin yang akurat dalam mendesain

bangunan ini, dilakukan 4 tahap program tes terowongan angin (dilakukan oleh Alan G. Davenport

Wind Engineering Group). Tes-tes tersebut antara lain :

1. Force balance test for structural loads (structure strength) and dynamic response(human

comfort).

2. Pressure test for the development of steady-state and the dynamic pressures and suctions on the

façade (for the design of the façade).

3. Environmental test (for windiness in the streets and courtyards).

4. Aeroelastic test for structural loads

V. Struktur Shanghai World Financial Center

Shanghai World Financial Center secara umum merupakan struktur yang komposit karena

menggabungkan penggunaan beton maupun baja pada konstruksinya. Pada lantai Observatory

( lantai 94 sampai lantai 101) dibangun dengan sistem struktur rangka baja dengan lubang

berbentuk trapesium di antaranya.

4

Struktur utama ini dirancang seperti ini untuk mendukung kekuatan dan beban yang bekerja

pada bangunan yang berasal dari gaya dalam dan beban eksternal seperti gempa bumi, badai dan

angin. Bentuk menara ini dirancang berbentuk trapesium dengan panjang sisi yang sama 58 m

dipotong dengan dua busur yang bergerak dari atas ke bawah sampai kedua busur tersebut bertemu

kembali sehingga bangunan bersisi enam. Bentuk ini bertujuan untuk merespon tegangan dengan

cara terbaik dan mengoptimalkan bahan yang digunakan. Bentuk bangunan ini juga berubah seiring

dengan perubahan tingginya.

Selain itu pada bagian atas bangunan juga terdapat terowongan berbentuk trapesium terbalik

yang berfungsi mengurangi gaya angin yang diterima. Struktur ini direncanakan untuk menerima

gaya gempa sampai 7 skala Richter.

Pada bangunan tinggi seperti Shanghai World Financial Center, berat bangunan sangat

mempengaruhi pada struktur bangunan tersebut. Semakin ringan bangunan akan semakin baik

dalam menerima beban gempa. Untuk mengurangi berat pada bangunan ini dilakukan beberapa

langkah antara lain :

Mengecilkan tebal dari shear wall beton

Memperbesar stiffness dari sistem penahan beban lateral pada keliling bangunan

Menggunakan rangka baja pada bagian atas bangunan

Penggunaan outrigger truss yang cukup ringan untuk mentransfer gaya dari core

Ukuran bangunan mengecil seiring bertambah tingginya bangunan

Pada Shanghai World Financial Center ada tiga sistem struktur yang utama :

a. the mega-frame structure ( struktur mega portal ):

i. mega-diagonals

ii. mega-columns

iii. belt trusses

b. the reinforced concrete and braced steel services core (beton bertulang dan services core

dengan pengaku baja)

c. the outrigger trusses yang menghubungkan services core di tengah bangunan dengan mega-

structure columns; dikombinasikan untuk menahan beban vertikal dan lateral.

5

Gambar Sistem Struktur Shanghai World Financial Center

Detail Sistem Struktur Shanghai World Financial Center

A. Mega-Frame Structure

1. The Diagonals of the Mega-Structure

6

Diagonal dari megastruktur dibentuk dari Baja struktural. Ketika Box Baja ini akan dipasang,

Box ini diisi dengan beton. Hal ini dilakukan untuk :

Meningkatkan kekakuan diagonal itu sendiri

Structural damping pada bangunan tersebut

Dengan digunakannya mega-diagonal pada bangunan ini sebagai damping, maka beban

lateral yang diterima bisa segera diredam

Mencegah terjadinya buckling pada plat tipis baja yang membentuk box diagonal

Selain itu, untuk menjamin kelekatan / sinergi pada beton yang dicorkan pada bagian dalam

box baja, biasa digunakan stud shear connectors. Sehingga beton dan box baja bisa memberikan

perilaku bersama-sama dalam menahan beban yang terjadi pada bangunan ini.

2. The Columns of the Mega-Structure

Kolom dari megastruktur dibentuk dari gabungan antara struktur baja dan beton bertulang.

Struktur Komposit ini diharapkan untuk dapat menerima beban yang lebih besar lagi daripada beton

bertulang saja ataupun kolom baja saja. Karena seperti yang kita tahu bahwa kolom akan dominan

menerima tekan dan gaya aksial lebih ditentukan oleh luasan penampang kolomnya.

Pada sambungan mega-diagonals dan kolom, kolom baja harus dalam ukuran yang mampu

secara penuh mentransfer beban dari komponen vertikal pada diagonal menuju kolom komposit dan

meneruskannya pada pondasi.

Untuk usaha mengurangi berat sendiri dari strukturnya, di atas dan di bawah sambungan ini,

ukuran dari kolom baja berkurang. Pada sambungan ini harus dijamin agar dapat menyalurkan beban

7

dengan baik.

Jauh dari daerah dimana kolom baja mentransfer beban menuju beton, kolom baja hanya

membutuhkan kekuatan yang cukup untuk membawa beban konstruksi dari pekerjaan konstruksi di

atas.

Gambar Sambungan di Mega-Column

3. Belt Trusses

Belt truss adalah struktur rangka batang yang ditempatkan pada kolom-kolom eksterior dan

mengelilingi gedung di sebelah luar. Fungsi dari Belt Truss adalah mengkonversi gaya kopel

horisontal menjadi gaya kopel vertikal untuk diterukan ke kolom selain itu Belt Truss berfungsi untuk

mengurangi besar Drift yang terjadi pada struktur bangunan tinggi, meningkatkan stiffness aksial dan

meningkatkan efisiensi keseluruhan dari sistem.

Penggunaan Belt trusses ini dikarenakan biasanya kolom typical yang umum tidak bisa

menerima tambahan gaya lateral sehingga digunakan belt trusses untuk mendistribusikan ke kolom

lain. Sehingga gaya yang diterima suatu kolom tidak terlalu besar.

Mekanisme kerjanya : lantai diafragma yang mempunyai kekakuan yang besar pada bidangnya

(in-plane stiffness) mentransfer momen guling (overturning moment) yang dialami core akibat gaya

lateral menjadi gaya kopel horizontal dari dinding geser ke struktur rangka batang . Selanjutnya belt

truss akan mengkonversi gaya kopel horizontal pada diafragma lantai menjadi gaya kopel vertikal 8

pada kolom-kolom eksterior.

Pada Shanghai World Financial Tower, elemen belt-truss dan transfer truss terdiri atas

penampang box baja khusus tanpa terisi beton. Karena penggunaan belt-truss melayani hanya lantai

tertentu saja.

B. Service Cores

9

Bangunan ini menggunakan satu inti. Dinding inti pada bangunan ini dibentuk dengan

menggunakan bahan komposit. Luas area inti ini mencapai 750 m2. Dinding inti ini terletak di tengah

bangunan dan bentuk dari dinding inti ini berubah seiring dengan bentuk bangunan yang berubah

makin ke atas.

Kontinuitas dari service core dibagi menjadi tiga bagian yaitu bagian bawah, tengah dan atas.

Bagian bawah ( lantai 1 – lantai 59 ) dan bagian tengah ( lantai 60 – lantai 79 ) menggunakan

konstruksi shear wall. Pada interchange nya pada lantai 55 – 59 , diafragma diperkuat untuk

mentransfer gaya geser dengan baik. Sedangkan pada service core atas, core dibuat dari rangka baja.

Pemilihan ini dikarenakan pada lantai tersebut digunakan sebagai hotel. Selain itu, penggunaan

rangka baja mengurangi berat sendiri bangunan lebih banyak daripada penggunaan wall dari baja.

Pada lantai 79, diafragma lantainya juga diperkuat untuk menjamin transfer gaya geser berlangsung

dengan baik.

10

Jenis sistem struktural ini telah memungkinkan untuk mengurangi biaya dan mempercepat

konstruksi lebih dibandingkan dengan sistem tradisional. Karena salah satu tujuan struktural adalah

untuk mengoptimalkan struktur dan bahan-bahan, maka bangunan ini dirancang dengan ketebalan

dinding beton yang tidak terlalu tebal yang merupakan inti pusat. Hal ini dicapai dengan membatasi

kekuatan lateral yang dihasilkan oleh angin dan setiap gempa bumi, yang harus didukung oleh

dinding-dinding batas ini.

Keuntungan Letak Core di tengah bangunan antara lain :

Memudahkan pengguna dalam mencapai tempat dengan lebih cepat karena jarak ke semua

sisi relatif sama dari elevator yang tersedia

Memudahkan pemasangan ducting, elektrikal dapat mencapai seluruh bagian ruangan

Kekurangan Letak Core di tengah bangunan antara lain :

Menggunakan Luas lantai yang cukup banyak sehingga dapat mengurangi Net Rentable Area

sehingga mengurangi pendapatan

Kurang kuat dibandingkan core yang diletakkan pada keliling bangunan

C. Outrigger Truss

11

Outrigger Truss adalah sebuah sistem struktur yang berfungsi untuk mentransfer gaya lateral

yang terjadi pada bangunan tinggi antara portal di keliling bangunan nda elemen vertikal di dalam

bangunan. Elemen outrigger truss terdiri atas penampang box baja khusus berisi beton. (struktur

komposit).

Sistem outrigger truss terdiri dari 3 lapis 3-storey space frames untuk tingginya yang

didistribusikan untuk menghubungkan mega-frame structure dengan services core. Berkaitan dengan

batasan yang diberikan oleh arsitek, outrigger trusses tidak dapat dihubungkan secara langsung

dengan services core. Oleh karena itu, mereka dihubungkan oleh embedded core perimeter trusses

yang mengelilingi service core dan mega-columns pada kedua ujungnya.

D. Elemen Struktur Lain

1. Plat lantai

Sistem struktur plat lantai pada bangunan ini menggunakan sistem diapraghm. Difragma adalah

sebuah sistem struktur yang digunakan untuk mentransfer gaya lateral. Diafragma biasanya berfungsi

ganda sebagai sistem lantai ataupun sistem atap dalam suatu bangunan di mana juga menerima gaya

gravitasi pada bangunan tersebut.

Pada Bangunan Shanghai World Financial Center digunakan diafragma yang dibentuk dari plat

beton bertulang. Tampak pada gambar di bawah beberapa pekerja sedang membendrat tulangan plat

beton bertulang. Kebutuhan tulangan untuk tiap lantainya mencapai 492.000 feet.

12

Dari gambar di atas terlihat bahwa plat lantai bangunan ini mengalami perubahan ukuran dari

lantai bawah ke lantai yang lebih tinggi. Pada gambar tengah atas yang digunakan sebagai kantor

lebih luas daripada gambar kanan atas yang digunakan sebagai kamar hotel.

Menurut kami, penempatan peruntukan tiap lantai pada bangunan Shanghai World Financial

Center sudah tepat. Contoh, pada bangunan kantor diberikan space yang lebih luas sehingga luas

yang dijual lebih luas sehingga income yang didapat bisa lebih besar. Tetapi pada lantai dengan

peruntukan hotel, diberikan luas yang lebih kecil dan diberikan semacam partisi untuk bisa membagi

kamar-kamar sehingga akan semakin banyak kamar yang bisa disewakan. Juga untuk pengguna hotel

biasanya adalah turis sehingga penempatan hotel pada tingkat atas akan menjadi nilai tambah bagi

bangunan ini karena bisa sekaligus “menjual” pemandangan indah yang bisa dilihat dari ketinggian

yang cukup tinggi.

Dari data yang kami miliki, Shanghai World Financial Center juga cukup efisien dalam space

yang bisa dijual. Dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

13

Terlihat pada tabel, dibandingkan dengan bangunan pencakar langit lainnya Shanghai WFC cukup

efisien. Data menunjukkan bahwa space efficiency nya mencapai 70%. Semakin besar NFA maka

akan meingkatkan luas yang bisa dijual, sehingga income yang didapat bisa semakin besar pula.

2. Plat Girder

Balok pada struktur ini menggunakan balok baja mutu tinggi Histar® (ASTM A913 - Grade 50).

Beberapa ada yang sampai mencapai ukuran W14” x 16”. Keuntungan menggunakan baja Histar® :

Mengurangi berat sendiri struktur M

Mengurangi beban pondasi

Meningkatkan dari segi sustainability yaitu dengan berkurangnya berat baja yang dipakai

berarti bahan baku yang dipakai untuk baja juga berkurang (pengurangan dari 30%

hingga 70% dibandingkan dengan baja standar, tergantung pada bangunan)

Mengurangi biaya transportasi

Mempercepat waktu pelaksanaan konstruksi

14

Dapat kita lihat pada gambar bahwa ada pekerja yang sedang mengelas girder yang ada. Kita

juga dapat melihat bahwa pada web girder dilubangi. Hal itu dilakukan untuk mengurangi berat dari

girder itu sendiri karena pada dasarnya balok girder dominan menerima lentur, sedangkan gaya

lentur itu sendiri ditahan oleh bagian flange-nya.

3. Struktur Pondasi

Bangunan ini didukung lattice-shaped “foundation wall” yang terdiri dari dinding external dan

dinding inti pada dasar menara, plat penahan tekanannya (pressure-resistant plates) memiliki tebal

lebih dari 2 m. Serta didukung dengan tiang pancang sampai kedalaman 78 m di dalam tanah yang

dilengkapi dengan 2,200 pipa baja. Untuk pengecoran plat beton pondasi ini digunakan salah satu

admixturenya polycarboxilate.

Polycarboxilate atau polimer adalah admixture beton termasuk dalam kategori (UHRWR) Ultra

High Range Water Reducing . Bisa berbentuk cair maupun powder dan dapat mengurangi

penggunaan air yang cukup besar hingga 40% jika dibandingkan dengan beton standard , juga dapat

membuat beton mengalir dengan sendirinya tanpa menggunakan alat pemadat/vibrator. Karena

pengurangan airnya sangat tinggi dengan water cement ratio 0,25 maka dapat digunakan untuk

mendesain beton mutu tinggi bahkan untuk mutu 100 Mpa. Juga dapat digunakan untuk beton dalam

air ,under water concrete,anti-washout , untuk beton semprot /shotcrete. Hal ini bisa terjadi

dikarenakan adanya halangan steric juga berarti pemisahan partikel karena molekul polimer yang

panjang.

15

4. Tuned Mass Dampers ( TMD )

Seperti yang kita tahu High-Rise Building rawan dalam menerima beban angin maupun gempa.

Semakin tinggi bangunan, angin yang bertiup di atas semakin kencang, juga semakin tinggi bangunan

akan membuat semakin berat sehingga gaya gempa yang terjadi akan semakin besar. Salah satu

metode yang dikembangkan untuk menerima gempa adalah dengan menggunakan peredam atau

damper untuk mengontrol respon struktur yang menerima pembebanan gempa, dengan jalan dengan

mendisipasikan energi gempa melalui peredam yang dipasang pada struktur utama.

Salah satu sistem penyerap energi adalah Tuned Mass Damper. Tuned Mass Damper (TMD)

adalah sebuah alat yang terdiri dari massa, pegas, dan peredam (damper) yang diletakkan pada

sebuah struktur dengan tujuan untuk mengurangi respon dinamik dari struktur tersebut.

Frekuensi peredam diselaraskan dengan frekuensi struktur utama, sehingga saat sebuah

frekuensi terjadi peredam akan beresonansi terhadap pergerakan struktur. Gaya inersia peredam

tersebut akan mendisipasikan energi pada struktur tersebut. Massa dari peredam tersebut akan

mendistribusikan gaya inersia pada struktur tersebut dalam arah yang berbeda dengan pergerakan

struktur itu sendiri, dengan demikian akan mengurangi goyangan struktur tersebut .

Pada bangunan ini dipasang 2 peredam massa yang terdiri dari 150 ton counterweight pada

lantai ke-90 untuk meningkatkan kenyamanan pada kondisi angin yang kuat yaitu dengan

memperkecil pergoyangan yang terjadi.

Untuk lebih jelasnya dalam mekanisme cara kerjanya bisa dilihat pada situs

http://www.youtube.com/watch?v=BK-sAqBUwxk.

16