30
Gambar 2.11 langkah sambungan through diaphragm Sumber : Nippon Steel Sumikin Metal
2.4 PembebananPada Struktur
Beban dalam menganalisa suatu struktur dibagi menjadi 2 yaitu : 2.4.1 Beban statis
Beban statis adalah beban yang bekerja secara perlahan-lahan pada struktur. Deformasi yang terjadi pada struktur akibat adanya gaya ini juga
terjadi secara perlahan-lahan. Deformasi maksimum akan terjadi apabila gaya statis maksimum terjadi dalam struktur. Beban-beban yang termasuk
dalam beban statis adalah : a.
Beban mati dead load Beban mati dead load adalah beban yang bekerja vertikal kebawah,
memiliki besar yang konstan dan terletak pada suatu posisi tertentu, contohnya beban akibat berat sendiri dari dinding, lantai, portal,
tangga, dan lain-lain. b.
Beban hidup live load Beban hidup live load adalah beban yang bisa ada dan bisa tidak
pada struktur untuk suatu waktu yang diberikan.Beban ini dapat berpindah-pindah letaknya. Beban yang termasuk dalam beban statis
adalah occupancy load manusia, perabot, dll. Beban impact dan gempa juga merupakan beban hidup namun ditinjau sebagai beban
dinamis.Berdasarkan PPIURG 1987 beban hidup untuk berbagai jenis fungsi diuraikan dalam tabel 2.5.
31
Tabel 2.5 BEBAN HIDUP PADA LANTAI GEDUNG
a. Lantai dan tangga rumah tinggal, kecuali yang disebut
200 kgm2 dalam b
b. Lantai dan tangga rumah tinggal sederhana dan gudang -
125 kgm2 gudang tidak penting yang bukan untuk toko, pabrik,
atau bengkel c.
Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor, toko, toserba, restoran, 250 kgm2
hotel, asrama dan rumah sakit d.
Lantai ruang olah raga 400 kgm2
e. Lantai ruang dansa
500 kgm2 f.
Lantai dan balkon dalam dari ruang-ruang untuk pertemuan 400 kgm2
yang lain dari pada yang disebutkan dalam a sd e, seperti masjid, gereja, ruang pagelaran, ruang rapat, bioskop dan
panggung penonton dengan tempat duduk tetap g.
Panggung penonton dengan tempat duduk tidak tetap atau 500 kgm2
untuk penonton yang berdiri h.
Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam c 300 kgm2
i. Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam d,
e, 500 kgm2
f dan g j.
Lantai ruang pelengkap dari yang disebut dalam c, d, e, f dan g
250 kgm2 k.
Lantai untuk pabrik, bengkel, gudang, perpustakaan, 400 kgm2
ruang arsip, toko buku, toko besi, ruang alat-alat dan ruang mesin, harus direncanakan terhadap beban hidup yang
ditentukan tersendiri, dengan minimum l.
Lantai gedung parkir bertingkat : - untuk lantai bawah
800 kgm2 - untuk lantai tingkat lainnya
400 kgm2 m.
Balkon-balkon yang menjorok bebas keluar harus 300 kgm2
direncanakan terhadap beban hidup dari lantai ruang yang berbatasan dengan minimum
c. Beban lingkungan
Beban lingkungan adalah beban yang disebabkan lingkungan tempat struktur berada, terdiri dari :
• Beban salju
• Beban hujan
32
2.4.2 Beban dinamis Beban dinamis adalah gaya yang bekerja secara tiba-tiba pada
struktur. Deformasi pada struktur akibat gaya ini berubah secara cepat. Gaya dinamis dapat menimbulkan osilasi pada struktur yang dapat
membuat struktur mengalami deformasi puncak yang tidak bersamaan dengan terjadinya gaya terbesar. Beban yang termasuk dalam beban
dinamis adalah : a.
Beban menerus berisolasi merata atau tak teratur seperti gerakan tanah akibat gempa, dan gaya angin.
b. Beban impact, yang disebabkan getaran dari beban yang bergerak,
contohnya truk yang diberhentikan di atas jembatan. 2.4.3 Kombinasi pembebanan
Berdasarkan SNI 03 - 1729 - 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung, struktur baja harus mampu
memikul kombinasi beban sebagai berikut : 1.
1,4D 2.
1,2D + 1,6 L + 0,5 La atau H 3.
1,2D + 1,6 La atau H + γ L L atau 0,8W 6.2-3
4. 1,2D + 1,3 W +
γ L L + 0,5 La atau H 6.2-4 5.
1,2D ± 1,0E + γ L L 6.2-5
6. 0,9D ± 1,3W atau 1,0E
Keterangan: •
D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap,
tangga, dan peralatan layan tetap •
L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti
angin, hujan, dan lain-lain •
La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan
biasa oleh orang dan benda bergerak
33
• H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan
air •
W adalah beban angin •
E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726– 1989, atau penggantinya
2.5 Analisa gedung terhadap gaya gempa Selain harus dapat memikul beban statis akibat beban mati dan beban
hidup, bangunan bertingkat banyak harus dapat memikul beban gempa sebesar yang ditentukan oleh Peraturan Perancangan Bangunan Tahan Gempa.Momen
tumbang yang terjadi harus dapat ditahan oleh momen penahan tumbang yang merupakan kontribusi dari beban mati akibat berat sendiri gedung Counteracting
Moment.Gerakan tanah akibat gempa bumi umumnya sangat randomdan karena sifat ini efek beban gempa terhadap respon struktur tidak diketahui dengan
mudah.Oleh karena itu diperlukan usaha-usaha penyederhanaan agar modeh analisis pengaruh gempa terhadap respon struktur dapat diperhitungkan. Dalam
menganalisa beban gempa ini dapat dilakukan dengan analisa statis dan dinamis, analisa statis yang dikenal dengan Metode Statik Ekivalen, sementara analisa
dinamis umumnya menggunakan metode Respon Skpektrum dan Analisis Riwayat Waktu Time History Analysis, THA.
2.5.1 Metode Statik Ekivalen Bila gempa bumi terjadi tanah akan bergetar dan bangunan akan
bergoyang. Massa bangunan kemudian dianalogikan sebagai akibat dari adanya beban horisontal dinamik yang bekerja pada massa bangunan yang bersangkutan.
Efek beban dinamik terhadap bangunan disederhanakan yaitu menjadi beban statik ekivalen yang bekerja pada massa bangunan yang bersangkutan.
Bergetarnya bangunan akibat gempa kemudian disederhanakan seolah-olah terdapat gaya horisontal yang bekerja pada massa bangunan.
Apabila bangunan mempunyai banyak massa maka terdapat banyak gaya horisontal yang masing-masing bekerja pada massa-massa tersebut. Sesuai dengan
34
prinsip keseimbangan maka dapat dianalogikan seperti adanya gaya horisontal yang bekerja pada dasar bangunan yang disebut dengan gaya geser. Walaupun
gaya geser dasar bersifat statik bukan berarti diperoleh murni dari prinsip statik, karena sudah memperhitungkan prinsip-prinsip dinamik. Prinsip dinamik yang
dimaksud adalah massa, kekakuan dan redaman. Untuk analisa statik ekivalen karakteristik dinamik yang diperhitungkan hanya massa. Langkah perhitungan
gaya gempa berdasarkan metode statik ekivaen adalah :
1. Faktor keutamaan dan kategori resiko struktur
Untuk berbagai kategori risiko struktur bangunan gedung dan non gedung sesuai tabel , pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan
suatu faktor keutamaan Ie menurut tabel 2.6. Tabel 2.6 Kategori resiko gedung
Gedung dan non gedung yang memiliki resiko rendah terhadap jiwa manusia I
pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk, antara lain : -
Fasilitas pertanian, perkebunan, peternakan, dan perikanan -
Fasilitas sementara -
Gudang penyimpanan -
Rumah jaga dan struktur kecil lainnya Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam kategori I,III,IV,
termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk : -
Perumahan -
Rumah toko dan rumah kantor -
Pasar -
Gedung perkantoran -
Gedung apartemenrumah susun -
Pusat perbelanjaan mall -
Bangunan industri -
Fasilitas manufaktur -
Pabrik Gedung dan nongedung yang memiliki risiko tinggi terhadap jiwa manusia daat
III terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi
untuk : -
Bioskop -
Gedung pertemuan -
Stadion -
Fasilitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit gawat darurat
35 -
Fasiltas penitipan anak -
Penjara -
Bangunan untuk orang jompo Gedung dan nongedung, tidak termasuk kedalam kategori risiko IV yang
memiliki potensi untuk menyebabkan dampak ekonomi yang besar danatau gangguan
massal terhadap kehidupan masyarakat sehari-hari bila terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk :
- Pusat pembangkit listrik bisasa
- Fasiltas penanganan air
- Fasilitas penanganan limbah
- Pusat telekomunikasi
Gedung dan nongedung yang tidak termasuk dalam kategori resiko IV, termasuk,
tetapi tidak dibatasi untuk faslitas manufaktur, proses, penanganan, penyimpanan,
penggunaan atau tempat pembuangan bahan bakar berbahaya, bahan kimia berbahaya, limbah bahaya, atau bahan yang mudah meledak yang mengandung
bahan beracun atau peledak dimana jumlah kandungan bahannya melebihi nilai batas yang disyaratkan oleh instansi yang berwenang dan cukup menimbulkan
bahaya bagi masyarakat jika terjadi kebocoran. Gedung dan nongedung yang ditunjukkan sebagai fasiltas yang penting
termasuk,
IV tetapi tidak dibatasi untuk :
- Bangunan-bangunan monumental
- Gedung sekolah dan fasilitas pendidikan
- Rumah sakit dan fasilitas kesehatan lainnya yang memiliki fasilitas bedah
dan unit gawat darurat -
Tempat perlindungan terhadap gempa bumi, angin, badai, dan tempat perlindungan darurat lainnya
- Fasilitas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi, dan fasilitas lainnya
untuk tanggap darurat -
Pusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang dibutuhkan pada
saat keadaan darurat -
Struktur tambahan termasuk menara telekomunikasi, tangki penyimpanan
bahan bakar, menara pendingin, struktur stasiun listrik, tangki air pemadam
kebakaran atau struktur rumah atau pendukung air atau material atau peralatan pemadan kebakaran yang disyaratkan untuk beroperasi pada
saat keadaan darurat. Gedung dan nongedung yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi struktur
bangunan lain yang masuk ke dalam kategori IV
36
2. Parameter percepatan terpetakan
Parameter Ss percepatan batuan dasar pada periode pendek dan S
1
percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik harus ditetapkan masing- masing dari respon spektral percepatan 0,2 detik dan 1 detik dalam peta
gerak tanah seismik dengan kemungkina 2 persen terlampaui dalam 50 tahun, dan dinyatakan dalam bilangan desimal terhadap percepatan
gravitasi.
3. Kelas situs
Berdasarkan sifat-sifat tanah pada situs, maka situs harus diklasifikasikan sebagai kelas situs SA, SB, SC, SD, SE, atau SF. Yang penentuannya
mengikuti pasal 5.3 SNI 03-1726-2012. Bila sifat-sifat tanah tidak teridentifikasi secara jelas sehingga tidak bisa ditentukan kelas situsnya,
maka kelas situs SE dapat digunakan.
4. Koefisien-koefisien situs dan parameter-parameter respon spektral
percepatan gempa maksimum yagn dipertimbangkan risiko-tertarget MCE
R
Untuk penentuan respon spketral percepatan gempa MCE
R
di permukaan tanah, diperlukan suatu faktor amplifikasi seismik pada perioda
0,2 detik dan perioda 1 detik. Faktor amplifikasi melliputi faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran perioda pendek Fa
dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik Fv. Parameter spektrum respons percepatan pada perioda pendek
S
MS
dan perioda 1 detik S
M1
yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs, harus ditentukan dengan perumusan berikut :
�
��
= �
�
�
�
�
�1
= �
�
�
1
Keterangan : �
�
= parameter respon spektral percepatan gempa MCE
R
terpetakan untuk perioda pendek
37
�
1
= parameter respon spektral percepatan gempa MCE
R
terpetakan untuk perioda 1,0 detik
Koefisien situs Fa dan Fv mengikuti tabel 2.7 dan tabel 2.8
Tabel 2.7 Koefisien kelas situs Fa
Tabel 2.8 Koefisien kelas situs Fv
Sumber : SNI 1726-2012
5. Parameter percepatan spektral desain
Parameter spektral desain untuk perioda pendek S
DS
dan perioda 1 detik S
D1
, harus ditentukan melalui perumusan berikut : �
��
= 2
3 �
��
�
�1
= 2
3 �
�1
6. Penentuan kategori desain seismik
Struktur dengan kategori resiko I,II,atau III yang berlokasi dimana parameter respons spektral percepatan terpetakan pada perioda 1 detik, S
1
lebih besar dari atau sama dengan 0,75 harus ditetapkan sebagai struktur
38
dengan kategori desain seismik E. struktur yang berkategori resiko IV yang berlokasi dimana parameter respon spektral percepatan terpetakan
pada perioda 1 detik S
1
lebih besar atau sama dengan 0,75 harus ditetapkan sebagai struktur dengan kategori desain seismik F. semua struktur lain
harus ditetapkan kategori desain seismiknya berdasarkan kategori risiko dan parameter respons spektral percepatan desainnya, S
DS
dan S
D1
sesuai tabel berikut dimana struktur ditetapkan berdasarkan kategori desain yang
lebih parah.
Tabel 2.9 KDS berdasarkan parameter respon percepatan perioda pendek
Tabel 2.10 KDS berdasarkan parameter respon percepatan pada perioda 1s
7. Menentukan periode fundamental struktur
Setelah bangunan ditentukan ukuran dan bahan serta sistem strukturnya, maka dilakukan perhitungan periode fundamental struktur.Berdasarkan
SNI 03-1726-2012 penentuan perioda fundamental struktur, T, dalam arah yang ditinjau harus diperoleh menggunakan properti struktur dan
karakteristik deformasi elemen penahan dalam analisis yang teruji.Perioda fundamental, T, tidak boleh melebihi hasil koefisien untuk batasan atas
pada perioda yang dihitung Cu dari tabel dan perioda fundamental pendekatan, Ta.
39
Ta = �
�
ℎ
� �
Keterangan : h
n
adalah ketinggian struktur, dalam m, diatas dasar sampaai tingkat tertinggi struktur, dan koefisien Ct dan x diberikan pada tabel 2.11
Tabel 2.11 Koefisien Cu
Parameter percepatan respon spektral desain Koefisien C
u
pada 1 detik, S
D1
≥ 0,4 1,4
0,3 1,4
0,2 1,5
0,15 1,6
≤ 0,1 1,7
Tabel 2.12 Koeficien Ct dan x
Tipe struktur Ct
x Sistem rangka pemikul momen dimana rangka memikul
100 gaya gempa yang disyaratkan dan tidak dilingkupi atau
dihubungkan dengan komponen yang lebih kaku dan akan mencegah rangka dari defleksi jika dikenai gaya gempa
Rangka baja pemikul momen 0,0724
0,8 Rangka beton pemikul momen
0,0466 0,9
Rangka baja dengan bresing eksentris 0,0731
0,75 Rangka baja dengan bresing terkekang terhadap tekuk
0,0731 0,75
Semua sistem struktur lainnya 0,0488
0,75
Setelah periode fundamental gedung didapat maka dapat ditentukan koefisien dasar seismik untuk mencari gaya geser dasar struktur.
8. Geser dasar seismik
Geser dasar seismik, V , dalam arah yang ditetapkan harus ditentukan sesuai dengan persamaan :
� = �� � Keterangan :
Cs = koefisien respon seismik
W = berat seismik efektif
40
Nilai �
�
ditentukan dengan : �
�
=
�
��
�
� ��
�
, tidak perlu melebihi dari
�
�
=
�
�1
��
� ��
�
dan tidak kurang dari �
�
= 0,44 �
��
�
�
≥ 0,01 Untuk struktur yang berlokasi dimana S
1
sama dengana atau lebih besar dari 0,6g maka Cs harus tidak kurang dari :
�� = 0,5
�
1 �
�
�
Keterangan: S
DS
= parameter percepatan spektrum respon desain dalam rentang perioda pendek
S
D1
= parameter percepatan spektrum respon desain pada perioda sebesar 1 detik
T = perioda fundamental struktur detik
S
1
= parameter percepatan spektrum respon maksimum yang dipetakan
R = faktor modifikasi respon
Ie = faktor keutamaan gempa
9. Distribusi vertikal beban gempa
Gaya gempa lateral Fx kN yang timbul di semua tingkat harus ditentukan dari persamaan berikut :
�
�
= �
��
� dengan
�
��
=
�
�
ℎ
� �
∑ �
�
ℎ
� �
� �=1
Keterangan : C
VX
= faktor distribusi vertikal V
= gaya lateral total atau geser didasar struktur kN �
�
dan �
�
= bagian berat seismik efektif total stuktur yang ditempatkan atau dikenakan pada tingkat i atau x
41
ℎ
�
dan ℎ
�
= tinggi dari dasar sampai tingkat i atau x, m
k = eksponen yang terkait perioda struktur yaitu :
jika T ≤ 0,5 detik ,
k = 1
T ≥ 2,5 detik ,
k =2
0,5 ≤ T ≤ 2,5 ,
k = 2 atau ditentukan dengan interpolasi linier antara 1 dan 2.
10. Distribusi horizontal beban gempa
Geser tingkat desain gempa di semua tingkat Vx kN harus ditentukan dari persamaan berikut :
�
�
= � ��
� �=�
Keterangan : Fi
= bagian dari geser dasar seismik V yang timbul di tingkat i, kN Geser tingkat desain gempa Vx harus didistribusikan pada berbagai
elemen vertikal sistem penahan gaya gempa di tingkat yang ditinjau berdasarkan pada kekakuan lateral relatif elemen penahan vertikal dan
diafragma.
2.5.2 Metode respons spektrum Spektrum respon adalah suatu spektrum yang disajikan dalam bentuk
grafikplot antara periode getar struktur T, lawan respon-respon maksimum berdasarkan rasio redaman dan gempa tertentu.Respon-respon maksimum dapat
berupa simpangan maksimum, kecepatan maksimum, dan percepatan maksimum.Nilai spektrum respon dipengaruhi oleh periode getar, rasio redaman,
tingkat daktilitas dan jenis tanah.
Spektrum respon akan berfungsi sebagai alat untuk mengestimasi dalam menentukan strength demand. Estimasi kebutuhan kekuatan struktur strength
demand akibat beban gempa pada prinsipnya adalah menentukan seberapa besar beban horizontal yang akan bekerja pada tiap-tiap massa. Spektrum respon dapat
42
dipakai untuk menentukan gaya horizontal maupun simpangan struktur dimana total respon didapat melalui superposisi dari respon masing-masing ragam getar.
2.5.3 Desain respons spektrum Kurva respons spektrum harus dikembangkan dengan mengacu pada ketentuan
berikut : •
Untuk perioda yang lebih kecil dari T
0,
spektrum respons percepatan desain, Sa harus diambil melalui persamaan :
�
�
= �
��
�0,4 + 0,6 �
� �
• Untuk perioda lebih besar dari atau sama dengan T
dan lebih kecil atau sama dengan Ts, spektrum respons percepatan desain Sa sama
dengan S
DS.
• Untuk perioda lebis besar dari Ts, spektrum respons percepatan
desain Sa diambil berdasarkan persamaan :
�
�
= �
�1
�
�� = 0,2 �
�1
�
��
�� = �
�1
�
��
Gambar 2.12 Spektrum respons desain
43
2.6.3 Prinsip shear building Apabila suatu struktur bangunan bertingkat banyak bergoyang ke arah
horizontal, maka umumnya terdapat 3 macam pola goyangan yang terjadi. Kombinasi antara kelangsingan struktur, jenis struktur utama penahan beban dan
jenis bahan yang dipakai akan berpengaruh terhadap pola goyangan yang dimaksud.
Pola goyangan pertama adalah bangunan yang bergoyang dengan dominasi geser shear mode atau pola goyangan geser. Pola goyangan seperti ini
akan terjadi pada bangunan bertingkat banyak dengan portal terbuka sebagai struktur utamanya. Secara keseluruhan bangunan seperti ini akan relatif fleksibel,
sementara plat-plat lantai relatif kaku terhadap arah horisontal. Pola goyangan ini tampak seperti gambar
Gambar 2.13 pola goyangan pada gedung Pola goyangan kedua adalah pola goyangan bangunan yang didominasi
oleh lentur flexural mode seperti tampak pada gambar b. bangunan yang mempunyai pola goyangan seperti ini adalah bangunan yang mempunyai struktur
dinding kaku yang baik pada frame-walls ataau cantilever wall yang kedua- duanya dijepit secara kaku pada pondasinya.struktur dinding yang kaku dan
anggapan jepit pada pondasi akan membuat struktur dinding berprilaku seperti struktur dinding kantilever. Sebagaimana kantilever, maka struktur seperti ini
akan berdeformasi menurut prinsip lentur.
Pola goyangan yang ketiga adalah kombinasi antara dua pola goyangan diatas. Struktur portal terbuka yang dikombinasikan dengan struktur dinding yang
44
tidak terlalu kaku kemungkinan akan memiliki pola goyangan kombinasi seperti ini. Pada analisis dinamika struktur pola goyangan pertamalah yang sering
digunakan, artinya struktur dianggap cukup fleksibel dengan lantai-lantai tingkat yang relatif kaku. Untuk sampai pada anggapaan hanya terdapat satu derajat
kebebasan pada setiap tingkat, maka terdapat beberapa penyederhanaan atau anggapan-anggapan seperti berikut :
1. Massa struktur dianggap terkonsentrasi pada tiap lantai tingkat. Masa yang
dimaksud adalah masa struktur akibat berat sendiri, beban mati, beban hidup. Kemudian massa ini dianggap terkonsentrasi pada satu titik
lumped mass pada elevasi tingkat yang bersangkutan. Hal ini bertujuan agar struktur yang terdiri atas tak terhingga derajat kebebasan berkurang
menjadi satu derajat kebebasan saja. 2.
Lantai-lantai tingkat dianggap sangat kaku dibanding dengan kolom- kolom karena balok-balok portal disatukan secara monolit oleh pelat antai.
Hal ini berarti beam-column joint dianggap tidak berotasisehingga lantai tingkat tetap horisontal sebelum dan sesudah terjadi goyangan pada
struktur. Implikasi nya pada anggapan ini adalah bahwa sinpangan massa hanya ke arah horisontal saja tanpa adanya puntir massa momen inersia
dianggap tidak ada. 3.
Simpangan massa dianggap tidak dipengaruhi oleh beban aksial kolom atau deformasi aksial kolom diabaikan. Disamping itu pengaruh P-delta
terhadap momen kolom juga diabaikan. Oleh karena itu dengan anggapan ini dan anggapan sebelumnya lantai tingkat tetap pada elevasinya dan tetap
horisontal baik sebelum maupun sesudah terjadi penggoyangan.
Bangunan dengan anggapan-anggapan atau perilaku seperti diatas dinamakan shear buldingdengan perilaku shear building, maka pada setiap tingkat
hanya akan mempunyai satu derajat kebebasan. Portal dengan N-tingkat berarti akan mempunyai N-derajat kebebasan.
45
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Kategori