Evaluasi Kinerja Inelastik Struktur Rangka Beton Bertulang Terhadap Gempa Dua Arah

EVALUASI KINERJA INELASTIK STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG TERHADAP GEMPA DUA ARAH

TUGAS AKHIR

PESSY JUWITA 050404004

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009

ABSTRAK

Analisis statik non linier pushover merupakan analisis non-linier yang cukup sederhana, namun diharapkan dapat meramalkan perilaku seismik struktur secara akurat. Studi ini mempelajari tingkat keakuratan analisis pushover dalam meramalkan perilaku seismik struktur rang beton bertulang simetris secara 3 dimensi bila terjadi gempa dua arah, karena pada kenyataannya sebagian besar gempa yang terjadi memiliki dua komponen arah yang saling tegak lurus dan tidak dapat diramalkan arah terjadinya.

Makalah ini memberikan gambaran pemeriksaan kinerja struktur bangunan 6 dan 10 tingkat, yang dianalisa dengan analisis pushover dan analisis riwayat waktu sebagai pembandingnya. Beban gempa yang dikapai dalam analisis riwayat waktu adalah gempa El Centro 18 Mei 1940 komponen North-South dan komponen East-West yang dimodifikasi sesuai dengan konsep ke-5 SNI 1726-2002. perbandingan besar kedua gempa modifikasi yang saling tegak lurus tersebut adalah sama dengan perbandingan besar peak ground acceleration dari kedua gempa asli tersebut,. Data output yang digunakan dalam membandingkan kedua analisis diatas adalah kurva kapasitas, posisi sendi plastis, simpangan antar tingkat dan evaluasi tingkat kinerja struktur.

Hasilnya menunjukkan bahwa analisis pushover masih bisa diandalkan untuk meramalkan perilaku inelistik struktur rangka beton bertulang yang simetris akibat pembebanan gempa dua arah yang ditinjau secara tiga dimensi.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR LAMPIRAN ... iv

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR NOTASI ... viii

1. PENDAHULUAN ... 1

1.1. LATAR BELAKANG MASALAH ... 1

1.2. PERUMUSAN MASALAH ... 2

1.3. TUJUAN PENELITIAN ... 2

1.4. MANFAAT PENELITIAN ... 2

1.5. RUANG LINGKUP PEMBAHASAN ... 3

1.6. METODOLOGI PENELITIAN ... 6

2. DASAR TEORI ... 7

2.1.UMUM ... 7

2.2.STRENGTH BASED DESIGN ... 7

2.3.PERFORMANCE BASED DESIGN ... 8

2.3.1. Asian Concrete Model Code ... 9

2.3.2. Analisis Pushoveer ... 13

2.3.3. Performance Point ... 14

3. PERSYRATAN GEMPA RENCANA MENURUT KONSEP KE-5 SNI 1726-2002 ... 19

3.1.UMUM ... 19

3.2.GEMPA RENCANA DAN KATEGORI GEDUNG ... 19

3.3.PEMBEBANAN GEMPA NOMINAL DAN DAKTILITAS STRUKTUR GEDUNG ... 20

3.4.PERCEPATAN TANAH MAKSIMUM... 21

3.5.SPEKTRUM RESPOS ELASTIK ... 22

3.6.BEBAN GEMPA DASAR NOMINAL ... 26

3.7.KEKAKUAN STRUKTUR EFEKTIF ... 27

3.8.PEMBATASAN WAKTU GETAR ALAMI FUNDAMENTAL ... 27

3.9.ANALISIS BEBAN GEMPAT STTIK EKUIVALEN ... 28

4. KONSEP DESAIN STRUKTUR BETON BERDASARKAN DENGAN SNI 03-2847-02 ... 29

4.1. UMUM ... 29

4.2. PERENCANAAN STRUKTUR DENGAN TINGKAT DAKTILITAS PENUH ... 29

4.2.1.Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Lentur ... 29

4.2.2.Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Geser ... 31

4.2.3.Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Lentur-Aksial ... 33

4.2.4.Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Geser 36 4.3. PERSYARATAN PERENCANAAN SEISMIK ... 42

4.3.1. Komponen Struktur Rangka yang Menahan Beban Lentur (Balok) ... 42

4.3.2. Komponen Struktur Rangkat Yang Menahan Beban Lentur Dan Aksial (Kolom) ... 43

5. INFORMASI PERENCANAAN DAN ANALISIS STRUKTUR ... 45

5.1.UMUM ... 45

5.2.INFORMASI PERENCANAAN ... 45

5.3.ANALISIS BEBAN STATIK EKUIVALEN ... 48

5.3.1. Bangunan 6 Tingkat ... 48

5.3.2. Bangunan 10 Tingkat ... 50

5.4.ANALISIS STRUKTUR DENGAN ETABS VERSI 7.2. ... 50

5.4.1. Hasil perencanaan Struktur Bangunan 6 Tingkat ... 55

5.4.2. Hasil perencanaan Struktur Bangunan 10 Tingkat ... 55

5.5.CONTOH PERHITUNGAN TULANGAN BALOK ... 56

5.5.2. Perhitungan Momen Kapasitas Balok ... 58

5.5.3. Perhitungan Tulangan Kapasitas Balok ... 60

5.6.CONTOH PERHITUNGAN TULANGAN KOL64OM ... 64

5.6.1. Perhitungan Tulangan Lentur Kolom ... 64

5.6.2. Perhitungan Tulangan Geser Kolom ... 73

6. PEMERIKSAAN KINERJA STRUKTUR AKIBAT BEBAN GEMPA ... 76

6.1. UMUM ... 76

6.2. ANALISIS STATIK NON-LINIER PUSHOVER ... 76

6.2.1.Idealisasi Struktur ... 76

6.2.2.Inpur Program ... 78

6.3. ANALISIS DINAMIK NON-LINIER RIWAYAT WAKTU DENGAN PROGRAM SAP ... 81

6.3.1. Idealisasi Struktur ... 81

6.3.2. Input Program ... 81

6.3.3. Beban Gempa yang Digunakan ... 84

6.4. FAKTOR PEAK GROUND ACCELERATION YANG DIGUNAKAN . 7. HASIL PEMERIKSAAN KINERJA STRUKTUR ... 88

7.1.UMUM ... 88

7.2.KURVA KAPASITAS ... 88

7.3.POLA KERUSAKAN STRUKTUR BANGUNAN ... 91

7.4.EVALUASI TINGKAT KINERJA STRUKTUR DARI BANGUNAN YANG DITINJAU ... 91

8. DISKUSI KESIMPULAN DAN SARAN ... 93

8.1.DISKUSI... 93

8.1.1. Perbandingan Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover dengan Hasil Analisis Riwayat Waktu ... 93

8.1.2. Perbandingan Pola Kerusakan Struktur Bangunan Hasil Analisis Pushover dengan Hasil Analisis Riwayat Waktu ... 114

8.2.KESIMPULAN ... 115

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN

1. Tabel Penulangan Elemen Struktur Bangunan 6 Tingkat 2. Tabel Penulangan Elemen Struktur Bangunan 10 Tingkat

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR HALAMAN

1.1. Penampang dari Model Komputer Bangunan yang Ditinjau ... 3

1.2. Posisi Sumbu Lokal dan Balok Struktur ... 5

1.3. Posisi Sumbu Lokal dari Kolom Struktur ... 6

2.1. Contoh Tingkat dan Sasaran Kinerja yang Digunakan dalam Perencanaan .. 12

2.2. Kurva Kapasitas dari Hasil Analisis Pushover (ATC 40, 1997) ... 14

2.3. Modifikasi Kurva Kapasitas Menjadi Spektrum Kapasitas ... 16

2.4. Perubahan Format Respons Percepatan ... 16

2.5. Penentuan Performance Point ... 18

3.1. Spektrum Respons Elastik Gempa Rencana untuk Jenis Tanah Lunak dan Terletak pada Wilayah Tiga ... 24

3.2. Wilayah Gempa Indonesia dengan Percepatan Puncak Batuan Dasar dengan Periode Ulang 500 Tahun ... 4.1. Perencanaan Geser untuk Balok dan Kolom (SNI 03) ... 31

4.2. Sendi Plsatis pada Kedua Ujung Balok Portal ... 33

4.3. Pertemuan Balok dan Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya Sendi- Sendi Plastis pada Kedua Ujung Balok ... 35

4.4. Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya Sendi-sendi Plastis pada Kedua Ujung Balok yang Bertemu dengan Kolom tersebut ... 37 4.5. Diagram Alir Perencanaan Struktur Pemikul Momen Khusus

(Diaktilitas Penuh) ... 38

5.1. Denah Model Struktur Bangunan 6 Tingkat yang Ditinjau ... 46

5.2. Denah Model Struktur Bangunan 10 Tingkat yang Ditinjau ... 47

5.3. End Offset dari Element Portal ... 55

6.1. Idealisasi Struktur dari Struktur Rangka Beton Bertulang Tiga Dimens Simetri 6 Tingkat pada Program ETABS versi 9.0.7. ... 77

6.2. Idealisasi Struktur dan Struktur Rangka Beton Bertulang Tiga Dimensi Simetri 6 Tingkat pada Program ETABS versi 9.0.7 ... 77

6.3. Posisi Sumbu Lokal dari Balok Struktur pada ETABS versi 9.0.7 ... 78

6.4. Posisi Sumbu Lokal dari Kolom Struktur pada ETABS versi 9.0.7 ... 79

6.5. Faktor Peak Ground Acceleration yang Digunakan (Susila, I.G.M, 2000) ... 85

7.1. Penampang Bangunan yang Ditinjau Baik 6 Maupun 10 Tingkat Dilihat dari Bidang X Global – Y Global ... 88

8.2. Kurva Kapasitas Analisis Pushover untuk Struktur 6 Tingkat ... 90

8.3. Kurva Kapasitas Analisis Pushover untuk Struktur 10 Tingkat ... 90

8.4. Kurva base shear 6 tingkat arah X………..94

8.5. Kurva Displacement 6 tingkat pada arah gempa X ... 94

8.6. Kurva base shear 6 tingkat arah Y………..95

8.7. Kurva Displacement 6 tingkat pada arah gempa X ... 95

8.8. Kurva base shear 5 tingkat arah X………..96

8.10. Kurva base shear 5 tingkat arah Y………..97

8.11. Kurva Displacement 5 tingkat pada arah gempa Y... ………. . 97

8.12. Kurva base shear 4 tingkat arah X……… 99

8.13. Kurva Displacement 4 tingkat pada arah gempa X... 99

8.14. Kurva base shear 4 tingkat arah Y……….100

8.15. Kurva Displacement 4 tingkat pada arah gempa X... … 100

8.16. Kurva base shear 3 tingkat arah X……… .101

8.17. Kurva Displacement 3 tingkat pada arah gempa X………101

8.18. Kurva base shear 3 tingkat arah Y……….102

8.19. Kurva Displacement 3 tingkat pada arah gempa X... 102

8.17. Kurva base shear 10 tingkat arah X……… .103

8.18. Kurva Displacement 10 tingkat pada arah gempa X ... 104

8.19. Kurva base shear 10 tingkat arah Y……… ……105

8.20. Kurva Displacement 10 tingkat pada arah gempa Y ... 105

8.21. Kurva base shear 19 tingkat arah X……… .106

8.22. Kurva Displacement 9 tingkat pada arah gempa X... 107

8.23. Kurva base shear 9 tingkat arah Y……… ……108

8.24. Kurva Displacement 9 tingkat pada arah gempa Y... 108

8.25. Kurva base shear 8 tingkat arah X……… .109

8.26. Kurva Displacement 8 tingkat pada arah gempa X 110

8.27. Kurva base shear 8 tingkat arah Y……… ……111

8.29. Kurva base shear 7 tingkat arah X……… .112

8.30. Kurva Displacement 7 tingkat pada arah gempa X... 113

8.31. Kurva base shear 7 tingkat arah Y……… ……114

DAFTAR TABEL

TABEL HALAMAN

1.1. Dimensi Elemen Struktur dan Bangunan yang Dtinjau ... 3 3.1. Faktor Keutamaan 1 untuk Berbagai Kategori Gedung ... 20 3.2. Parameter Daktilitas Struktur Gedung ... 21 3.3. Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah Untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia ... 21 3.4. Nilai Waktu Getar Alami Sudut (Tc) untuk Berbagai Jenis Tanah ... 22 3.5. Koefisien yang Membatasi Waktu Getar Alami Fundamental

Struktur Gedung ... 27 5.1. Dimensi Element Struktur 6 Tingkat yang Ditinjau ... 46 5.2. Dimensi Element Struktur 10 Tingkat yang Ditinjau ... 46 5.3. Distribusi Gaya Lateral dengan Analisis Beban Statik Ekivalen untuk

Bangunan 6 Tingkat ... 51 5.4. Distribusi Gaya Lateral dengan Analisis Beban Statik Ekivalen untuk

Bangunan 10 Tingkat ... 51 6.1. Batasan Tipe Bangunan pada Analisis Pushover ... 78 6.2. Hubungan Antar Faktor PGA yang Dipakai dengan Periode Ulang

DAFTAR NOTASI

C1 = Faktor respons gempa rencana yang didapat dari spektrum respons gempa rencana

Fe’ = Kuat Tekanan Beton (Mpa)

Fi = Gaya geser yang bekerja pada masing-masing lantai Fy = Tegangan lelah tulangan

G = Percepatan gravitasi

l = Faktor keutamaan bangunan

I1 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan

dengan penyesuaian proabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung I2 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan

dengan penyesuaian umur gedung

ioff = Panjang Enda Offset di joint i pada suatu frame joff = Panjang Enda Offset di joint j pada suatu frame K = Faktor jenis struktur

L = Panjang total frame

P1p = Performance Index Possesed, Nilai yang menunjukkan kapasitas seismik yang dimiliki oleh struktur

P1R = Performance Index Required, Nilai yang menunjukkan kepasitas seismik

P1R = Performance Index Required, Nilai yang menunjukkan kepasitas seismik

yang dimiliki oleh struktur

R = Faktor reduksi untuk percepatan tanah maksimum yang tergantung dari tingkat daktilitas struktur.

Sa = Spectral Acceleration pada Format ADRS Sa (T) = Spectral respons elastik gempa rencana Sd = Spectral displacement pada format ADRS T = Waktu getar alami gedung

V = Beban geser dasar nominal yang bekerja pada tingkat dasr struktur WDL = Berat total beban mati

WLL = Berat total beban hidup

WT = Berat total gedung, termasuk beban hidup

Ф = Amplitudo of mode Δ = Simpangan antar gedung

ABSTRAK

Analisis statik non linier pushover merupakan analisis non-linier yang cukup sederhana, namun diharapkan dapat meramalkan perilaku seismik struktur secara akurat. Studi ini mempelajari tingkat keakuratan analisis pushover dalam meramalkan perilaku seismik struktur rang beton bertulang simetris secara 3 dimensi bila terjadi gempa dua arah, karena pada kenyataannya sebagian besar gempa yang terjadi memiliki dua komponen arah yang saling tegak lurus dan tidak dapat diramalkan arah terjadinya.

Makalah ini memberikan gambaran pemeriksaan kinerja struktur bangunan 6 dan 10 tingkat, yang dianalisa dengan analisis pushover dan analisis riwayat waktu sebagai pembandingnya. Beban gempa yang dikapai dalam analisis riwayat waktu adalah gempa El Centro 18 Mei 1940 komponen North-South dan komponen East-West yang dimodifikasi sesuai dengan konsep ke-5 SNI 1726-2002. perbandingan besar kedua gempa modifikasi yang saling tegak lurus tersebut adalah sama dengan perbandingan besar peak ground acceleration dari kedua gempa asli tersebut,. Data output yang digunakan dalam membandingkan kedua analisis diatas adalah kurva kapasitas, posisi sendi plastis, simpangan antar tingkat dan evaluasi tingkat kinerja struktur.

Hasilnya menunjukkan bahwa analisis pushover masih bisa diandalkan untuk meramalkan perilaku inelistik struktur rangka beton bertulang yang simetris akibat pembebanan gempa dua arah yang ditinjau secara tiga dimensi.

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah

Kebutuhan akan analisis non-linier yang sederhana namun dapat meramalkan perilaku seismik suatu struktur secara tepat semakin meningkat. Analisis dinamis non-linier riwayat waktu yang merupakan analisis yang paling tepat mencerminkan perilaku seismik dari suatu struktur , merupakan analisis yang rumit dan harganya berupa program komputer yang menyediakan fasilitas ini dengan keterbatasan–keterbatasannya. Analisis statis non- linier pushover (ATC 40, 1997) yang merupakan analisis non-linier yang cukup sederhana, diharapkan mampu menjawab kebutuhan tersebut.

Dasar dari analisis pushover ini sederhana , yaitu dengan memberi suatu pola beban statis tertentu dalam arah lateral pada pusat massa tiap lantai dari suatu bangunan. Penambahan beban dilakukan secara incremental sampai keruntuhan elemen struktur tercapai atau mencapai target displacement tertentu.

Penelitian ini merupakan pengembangan dari penelitian-penelitian sebelumnya, tetapi dengan pembeban gempa dua arah yang saling tegak lurus, pembebeban gempa dua arah ini dilakukan karena pada kenyataannya gempa yang terjadi mempunyai dua komponen arah yang saling tegak lurus dan tidak dapat diramalkan arah datangnya. Analisis dilakukan secara tiga dimensi dengan program ETABS versi 9.0.7 untuk analisis statik non-linier pushover dan pogram SAP versi 10. untuk analisis dinamik non –linier riwayat waktu. Data output

yang digunakan membandingkan kedua analisis tersebut adalah kurva kapasitas, posisi sendi plastis atau pola kerusakan struktur, simpang antar tingkat, dan tingkat kinerja seismik struktur.

I.2 Perumusan Masalah

Apakah analisis statik non linier pushover dapat secara rasional dan cukup tepat meramalkan perilaku inelastik suatu struktur yang simetris akibat pembebanan gempa dua arah yang ditinjau secara tiga dimensi bila dibandingkan dengan analisis dinamis non linier riwayat waktu ?

I.3 Tujuan Penelitian

Mengetahui kekurangan hasil analisis statik non-linier pushover terhadap analisis dinamis dan non-linier riwayat waktu di dalam menggambarkan perilaku seismik struktur yang simetris secara tiga dimensi ketika mengalami pembebanan gempa dua arah.

I.4 Manfaat Penelitian

Dengan adanya penelitian ini , diharapkan dapat diketahui keakuratan hasil analisis statik non-linier pushover terhadap analisis dinamis non-linier riwayat waktu ketika mengalami pembebanan gempa dua arah. Bila hasil dari analisis pushover ini masih cukup tepat di dalam menggambarkan perilaku inelastik

struktur yang simetris ketika mengalami pembebanan gempa dua arah, maka analisis ini dapat dipergunakan sebagai salah satu alternatif yang baik untuk mengetahui perilaku inelastik struktur yang simetris. Hal memberikan keuntungan karena penggunaan analisis pushover ini lebih sederhana dan lebih praktis , bila dibandingkan dengan analisis dinamis non-linier riwayat waktu.

I.5 Ruang Lingkup Pembahasan

Dalam penelitian ini ditinjau 2 bangunan yaitu bangunan struktur rangka beton bertulang simetris 6 dan 10 tingkat, direncanakan dengan metode Daktilitas penuh. Denah bangunan ditunjukan dalam Gambar 1.1. sedangkan dimensi elemen struktur ditabulasikan pada tabel 1.1.

Gambar 1.1 Penampang dari Model Komputer Bangunan yang Ditinjau

KETERANGAN 6 TINGKAT 10 TINGKAT

Luas Bangunan 24 x 24 m2 24 x 24 m2

Tinggi Bangunan 6 Tingkat, 12 m 10 Tingkat, 35 m

Tinggi antar Tingkat 3,5 m 3,5 m

Balok Induk 0,4 x 0.6 m2 0,4 x 0.6 m2

Kolom 0,5 x 0,5 m 2 0,7 x 0,7 m 2

Plat lantai Tebal =0,12 m Tebal =0,12 m

Mutu Beton (fc’) 30 MPa 30 MPa

Tulangan Longitudinai (fy) 400 MPa 400 MPa

Sengkang (fy) 240 MPa 240 MPa

Peraturan-peraturan yang Digunakan :

• Asian Concrete Model code

• Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Gedung, Konsep Ke-5 SNI 1726-2002

• Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk bangunan Gedung, SKSNI T-15. 1991-03. disesuaikan dengan SNI 03.

Beban - beban yang Bekerja dalam Desain Struktur :  Beban Mati : Berat sendiri struktur

 Beban Hidup : Beban hidup lantai

 Beban Gempa statik ekuivalen disesuaikan dengan standar perencanaan ketahanan Gempa untuk Struktur Gedung, konsep ke -5 SNI 1726-2002.

Analisis yang dipakai dalam Meramalkan Perilaku Seismik Struktur :

 Analisis dinamis non-linier riwayat waktu, dengan program SAP versi 10.

Dilakukan pembebanan gempa dua arah pada analisis dinamis non-linier riwayat waktu.

o Gempa dua arah yang dipakai adalah gempa El Centro 18 Mei 1940 komponen North-South dan komponen East-West. Kedua komponen gempa tersebut ke -5 SNI 1726-2002, dengan periode ulang 27,67,135,260,500dan 1050 tahun

o Pembebanan gempa modifikasi dua arah yang selalu saling tegak lurus ini dilakukan sejajar dengan permukaan tanah (gempa horizontal).

o Perbandingan besar kedua gempa modifikasi tersebut sama dengan perbandingan peak ground acceleration dari gempa aslinya, yakni 0.615.

o Pembebanan gempa modifikasi dilakukan dalam arah sudut pembebanan 00. 22.50 dan 450, berlawanan arah jarum jam terhadap sumbu global bangunan. Hal ini dilakukan mengingat bahwa arah terjadinya gempa tidak dapat diramalkan.

 Analisis statik non-linier pushover, dengan program ETABS versi 9.0.7, dengan langkah-langkah yang akan dijelaskan pada Bab 2.

- Dilakukan pembebanan lateral satu arah dengan pola beban statik ekuivalen. Arah pembebanan adalah searah sumbu utama bangunan

- Letak sendi plastis di asumsikan pada tepi muka kolom maupun tepi muka balok

- Untuk balok, jenis hinge properties yang dipakai ialah Momen M, yang berarti sendi plastis hanya terjadi karena momen searah sumbu lokal 3 (lihat gambar -1.2)

- Untuk kolom, jenis hinge properties yang dipakai ialah P-M2-M3 yang berarti sendi plastis terjadi karena interaksi aksial dengan momen searah sumbu lokal 2 dan momen sumbu lokal 2 (lihat gambar 1.3)

Gambar 1.3 Posisi Sumbu Lokal dari Kolom Struktur

I.6 Metodologi Penelitian

Langkah-langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Perumusan masalah, penetuan tujuan dan ruang lingkup penelitian 2. Peninjauan Pustaka

3. Pembuatan model komputer bangunan, dengan rincian sebagai berikut : a. Pembuatan struktur rangka beton bertulang simetris 6 dan 10 tingkat b. Perencanaan Struktur

c. Analisis perilaku seismik terhadap bangunan tersebut.

d. Pembandingan hasil dari kedua analisisi diatas berdasarkan kurva kapasitas, posisi sendi plastis atau pola kerusakan struktur, struktur, simpangan antar tingkat, dan tingkat kinerja seismik struktur.

BAB II DASAR TEORI

II.1 Umum

Pada bab ini akan dibahas sekilas tentang konsep Strength Based Design dan uraian konsep Performance Based Design, yang selanjutnya akan lebih terfokus pada perencanaan struktur dan analisis kinerja struktur pada konsep ini.

II.2 Strength Based Design

Selama ini perencanaan struktur terhadap gempa memakai konsep strength based design dimana setiap struktur harus direncanakan mampu menahan suatu beban geser dasar akibat gempa. Konsep ini diterjemahkan dalam suatu metode desain kapasitas dimana pengendalian pola keruntuhan struktur dilakukan melalui pemanfaatan sifat daktail dari struktur secara maksimal.

Dua macam batasan kinerja struktur dalam konsep strength based design (Paulay, 1992) adalah sebagai berikut :

a) Servicability Limit State

Titik berat dari kriteria ini adalah pengontrolan dan pembatasan displacement yang terjadi selama gempa berlangsung. Kekuatan tambahan harus dapat dipastikan tersedia pada semua komponen struktur untuk menahan gempa, sementara komponen tersebut tetap berperilaku elastis. Diijinkan terjadi kerusakan-kerusakan minor pada elemen non struktur, namun tidak

diperkenankan terjadi kelelehan tulangan elemen struktur. Dalam kriteria ini, intensitas gempa sangat berhubungan erat dengan faktor penggunaan bangunan. Misalnya, seorang perencana struktur cukup memakai batasan gempa dengan periode ulang 50 tahun untuk bangunan perkantoran, namun ia dituntut untuk menggunakan batasan gempa dengan periode ulang yang lebih tinggi untuk bangunan yang memiliki taraf fungsional lebih tinggi dari perkantoran, seperti : rumah sakit, pusat telekomunikasi, dan lain-lain.

b) Survival Limit State

Prinsip utama dari kriteria ini adalah sedapat mungkin mencegah kehilangan nyawa manusia ketika terjadi gempa yang paling kuat. Ketika suatu struktur mengalami pemindahan lateral yang besar. Kehilangan kekuatan untuk menahan sedikit mungkin dan kemampuan struktur untuk menahan beban gravitasi harus tetap dapat dipertahankan.

Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa konsep strength based design juga memperhatikan tingkat kinerja struktur, walaupun terbatas pada kondisi elastis dan runtuh .

Kelemahan dari konsep ini adalah tidak dapat diketahuinya tingkat kinerja struktur secara eksplisit pada kondisi inelastic karena analisis yang digunakan adalah analisis elastis.

Tingkat kinerja struktur pada kondisi inelastic ini mulai diperhatikan pada suatu pendekatan terbaru dari konsep perencanaan bangunan tahan gempa yang

II.3 Performance Based Design

Performance Based Design adalah suatu konsep dalam perencanaan dan analisi seismic struktur bangunan, menetapkan berbagai tingkat kinerja struktur (multiple performance objective levels). Tingkat kinerja ini adalah tingkat kinerja bangunan yang diharapkan terjadi pada saat struktur dilanda gempa dengan tingkat intensitas tertentu. Tingkat kinerja (performance) ini merupakan suatu pilihan yang harus ditentukan oleh perencanaan struktur pada tahap awal, dimana tingkat kinerja ini dapat dievaluasi dari beberapa kondisi batas. Kondisi batas ini bersifat fleksibel, karena merupakan kesepakatan dari pihak perencana strutur dengan pihak yang memiliki bangunan (owner).

Perencanaan berdasarkan konsep performance based design dapat dilakukan dengan displacement based design. Hal terpenting yang perlu diperhatikan pada konsep performance based design adalah pemeriksaan kinerja benar-benar dilakukan secara eksplisit. Hal ini berbeda dengan perencanaan yang pada umumnya dilakukan berdasarkan standar yang berlaku, misalnya standar Indonesia, dimana pemeriksaan tingkat kinerja secara eksplisit .Hal ini membuat pihak pemilik dan pihak perencana dapat memiliki kebebasan dalam menentukan tingkat kinerja struktur bangunan yang akan dibangun.

Elemen utama dari performance based design adalah demand dan capacity. Demand adalah tuntutan yang harus dipenuhi oleh struktur, dapat digambarkan sebagai beban gempa. Pada setiap elemen struktur besarnya demand secara kuantitatif

adalah kombinasi pembebanan maksimum yang terjadi pada elemen tersebut. Sedangkan capacity adalah kapasitas yang dimiliki oleh struktur. Salah satu analisis yang dapat menggambarkan kapasitas struktur secara keseluruhan adalah analisis pushover. Suatu performance point yang dihasilkan dari analisis pushover berupa titik perpotongan antara kurva demand dan kurva capacity. Performance point adalah suatu estimasi untuk keadaan dimana demand sama dengan capacity. Tingkat kerusakan dari struktur berupa simpangan antar tingkat yang dibaca dari performance point ini dibandingkan dengan sasaran performance yang lebih direncanakan sebelumnya (ATC 40, 1997). Untuk lebih jelasnya, konsep performance point dapat dilihat di bab II butir 2.3.3.

II.3.1 Asian Concrete Model Code

Asian Concrete Model Code (ACMC) adalah suatu standar yang diharapkan dapat memberikan standarisasi terhadap berbagai macam standar negara-negara di wilayah Asia. Pendekatan yang digunakan adalah dengan menggunakan konsep performance based design.

Sesuai dengan tujuan performance based design, yaitu penetapan tingkat kinerja struktur dari berbagai tingkat intensitas gempa dan beberapa kondisi batas rencana. ACMC menetapkan tiga tingkat intensitas gempa dengan rentang periode ulang gempa yang dapat disesuaikan, tergantung kepada fungsi dan umur efektif bangunan, yaitu :

a. Gempa kecil atau sedang (Minor), yaitu gempa yang dapat terjadi beberapa kali selama umur efektif bangunan.

b. Gempa kuat (Moderate), yaitu gempa yang dapat terjadi sekali selama umur efektif bangunan.

c. Gempa sangat kuat (Ultimate/Servere), yaitu gempa terkuat yang mungkin terjadi pada sekitar lokasi bangunan rencana atau pada suatu kawasan rawan gempa yang lebih luas.

Sampai saat ini, belum ditetapkan batasan-batasan periode ulang gempa yang sesuai untuk beberapa wilayah di Indonesia. Beberapa faktor yang dapat digunakan untuk menentukan periode ulang gempa, antara lain : umur bangunan, peluang terjadinya gempa dalam umur efektif bangunan, wilayah, jenis bangunan, dan keadaan ekonomi negara yang bersangkutan.

Selain itu, ACMC menetapkan tiga kondisi batas yang dapat disesuaikan oleh perencana struktur sebagai dasar untuk memeriksa dan mengevaluasi kinerja seismik struktur bangunan. Masing-masing kondisi batas harus memiliki beberapa kriteria penilaian, seperti tingkat kerusakan, batasan simpangan antara tingkat dan sebagainya. Tiga kondisi batas pada ACMC adalah sebagai berikut :

a. Serviceability Limit State

Pada batasan ini, fungsi bangunan dapat dipertahankan, dalam arti kegiatan operasional tetap berfungsi. Pada batasan ini, kerusakan hanya terjadi pada elemen non-struktural. Selain itu tidak terjadi sendi plastis pada elemen struktur yang pada mulanya memang direncanakan untuk mengalami sendi plastis, walaupun elemen struktur tersebut sudah mengalami retak.

Pada batasan ini kerusakan yang terjadi pada daerah sendi plastis berada dalam kondisi yang dapat diperbaiki. Untuk daerah yang berada diluar sendi plastis tidak mengalami kelelehan. Pada elemen-elemen struktur yang ada tidak mengalami kegagalan geser.

c. Safety Limit State

Pada batasan ini, kehilangan ketahanan struktur secara drastis di dalam memikul beban lateral tidak terjadi dan integritas struktur untuk memikul beban gravitasi masih efektif, tetapi struktur sudah tidak dapat dipakai lagi.

Hal yang penting adalah memberikan berbagai gambaran dan deskripsi yang jelas terhadap semua kriteria penilaian. Gambaran ini misalnya dengan mendeskripsikan kerusakan apa yang akan terjadi pada suatu kriteria tingkat kerusakan (damage index) atau suatu kriteria simpangan antar tingkat tertentu. Dengan adanya gambaran ini, maka pihak perencana dan pihak yang memiliki bangunan (owner), dapat memilih kriteria yang paling tepat. Dalam studi ini pada kondisi batas serviceability, digunakan kriteria tingkat kerusakan sebesar 0.1 – 0.25 dan simpangan antar tingkat maksimum sebesar 0.5%. Pada kondisi batas Damage Control, digunakan kriteria tingkat kerusakan sebesar 0.25 – 0.40 dan simpangan antar tingkat maksimum sebesar 1%. Sedangkan pada konsisi batas safety, digunakan kriteria tingkat kerusakan sebesar 0.4 – 1.0 dan simpangan antar tingkat maksimum sebesar 2%.

Gambar 2.1. Contoh Tingkat dan Sasaran Kinerja yang digunakan dalam suatu perencanaan.

Pada tahapan perencanaan, ACMC memberikan acuan bahwa secara kuantitatif, tingkat kinerja seismik suatu struktur dapat dilakukan dengan melakukan perhitungan tingkat kinerja (performance index), yang terdiri dari :

• Performance Index Possessed (PIp), yaitu suatu nilai yang menunjukkan kapasitas seismik yang dimiliki oleh struktur. PIp dapat dinyatakan dalam batas

perpindahan lateral nominal bagi struktur tersebut untuk setiap kondisi batas dan untuk setiap kekuatan elemen struktur.

• Performance Index Required (PIR), yaitu suatu nilai yang menunjukkan kapasitas seismik yang dibutuhkan oleh struktur. PIR dapat dinyatakan sebagai perpindahan

Untuk setiap kondisi batas, besarnya perpindahan dan gaya maksimum akibat gempa dapat diperoleh dari hasil analisis struktur dengan berbagai metode analisis linier maupun non linier. Kinerja seismik struktur harus diperiksa untuk setiap kondisi batas dengan ketentuan agar PIP > PIR.

II.3.2 Analisis Pushover

Analisis statik non linier pushover (ATC 40, 1997) merupakan salah satu komponen performance based design yang menjadi sarana dalam mencari kapasitas dari suatu struktur. Dasar dari analisis pushover sebenarnya sangat sederhana yaitu memberikan pola beban statik tertentu dalam arah lateral yang ditingkatkan secara bertahap pada suatu struktur sampai struktur tersebut mencapai target displacement tertentu atau mencapai pola keruntuhan tertentu. Dari hasil analisis tersebut dapat diketahui nilai-nilai gaya geser dasar untuk perpindahan lantai atap tertentu. Nilai-nilai yang didapatkan tersebut kemudian dipetakan menjadi kurva kapasitas dari struktur. Selain itu, analisis pushover juga dapat memperlihatkan secara visual perilaku struktur pada saat kondisi elastis, plastis dan sampai terjadinya keruntuhan pada elemen-elemen strukturnya.

Meskipun dasar dari analisis ini sangat sederhana, tetapi informasi yang dihasilkan akan menjadi berguna karena mampu menggambarkan respons inelastis bangunan ketika mengalami gempa. Analisis ini memang bukan cara yang terbaik untuk mendapatkan jawaban terhadap masalah-masalah analisis maupun desain, tetapi merupakan suatu langkah maju dengan memperhitungkan karakteristik respons

non-linier yang dapat dipakai sebagai ukuran performance suatu bangunan pada waktu digoncang gempa kuat. Prosedur perhitungan dengan analisis pushover (ATC 40, 1997) adalah sebagai berikut :

• Pembuatan model komputer struktur yang akan dianalisis secara dua atau tiga dimensi

• Dimensi suatu kriteria performance, seperti batas ijin simpangan pada lantai atap pada titik sendi tertentu, dan lain-lain

• Pembebanan struktur dengan gaya gravitasi sesuai dengan rencana

• Pembebanan dengan pola beban statik tertentu yang didapatkan dari standar yang berlaku di masing-masing negara

• Penentuan Titik Kendali tertentu untuk memantau perpindahan, biasanya titik pada lantai atap

• Struktur didorong (push) dengan pola pembebanan yang ditentukan sebelumnya secara bertahap hingga mencapai batas ijin simpangan atau mencapai keruntuhan yang direncanakan

• Penggambaran kurva kapasitas, yaitu kurva hubungan antara Gaya Geser Dasar dengan Perpindahan pada Titik Kendali.

Gambar 2.2 Kurva Kapsitas dari Hasil Analisis Pushover (ATC 40, 1997)

II.3.3 Performance Point

Seperti yang telah dijelaskan diatas, performance point adalah titik dimana capacity sama dengan demand. Salah satu analisis yang dapat digunakan untuk mendapatkan performance point, seperti diisyaratkan pada ACMC dan konsep ke-5 SNI 1726-2002 (Departemen Pekerjaan Umum, 2002), adalah analisis statik non-linier pushover. Hasil dari analisis pushover adalah kurva kapasitas (capacity curve). Agar kurva kapasitas dan kurva kebutuhan ini dapat dibandingkan secara langsung, maka kurva kapasitas struktur harus digambarkan menjadi satu dengan kurva kebutuhan dalam format Acceleration (Sa) and Displacement (Sd) Respons Spectrum

(ADRS). Kurva kapasitas hasil analisis pushover diubah menjadi spektrum kapasitas (lihat gambar 2.3) melalui persamaan (2.1) sampai (2.4).

W V S_a

.

1

α

rooof roof d PF S 1 1φ ∆

= ………ATC 40, 1997 (2.2)

            − =

∑

∑

∑

= = = N i i i N i i N i i i g Q W g W g Q W 1 1 2 1 1 1 .

α ………ATC 40, 1997 (2.3)

∑

∑

= = = _N t i i N i i g w g wi PF 1 2 1 . . 1 φ φ

………ATC 40, 1997 (2.4)

Dimana :

Sa = Spectral acceleration

Sd = Spectral displacement

α1 = Modal mass coefficient untuk mode pertama

PF1 = Modal participation factor untuk mode pertama

V = Base shear

W = Berat mati bangunan ditambah berat hidup tereduksi

∆roof = Roof displacement

φ1i = Amplitudo of first mode pada level i

g wi

Gambar 2.3 Modifikasi Kurva Kapasitas Menjadi Spektrum Kapasitas

Sedangkan pada kurva kebutuhan (demand) diperoleh dengan mengubah kurva respons spektrum ke dalam format Acceleration Displacement Response Spectrum (ADRS) (lihat Gambar 2.4) melalui persamaan (2.5)

………ATC 40, 1997 (2.5) Dimana T adalah waktu getar alami dari struktur bangunan.

Gambar 2.4 Perubahan Format Respons Percepatan menjadi ADRS

Pada gambar 2.4 terlihat bahwa hasil grafik respons spectrum dalam format standar harus diubah terlebih dulu menjadi grafik respons spectrum dalam format ADRS. Kemudian dalam mendapatkan kurva kebutuhan (demand spectrum), respons spectrum dalam format ADRS ini direduksi dengan suatu konstanta. Untuk respons spektrum dengan percepatan yang konstan (lihat gambar 2.4b), direduksi dengan SRa,

sedangkan untuk respons spektrum dengan kecepatan yang konstan (lihat gambar 2.4b), direduksi dengan SRY, dimana :

12 . 2 5 ) ( 7 . 63 68 . 0 21 . 3         + − −

= pi pi

pi y y y A d a a d d a K In

SR ……ATC 40, 1997

(2.6) 65 . 1 5 ) ( 7 . 63 41 . 0 31 . 2         + − −

= pi pi

pi y y y Y d a a d d a K In

SR ……ATC 40, 1997

(2.7)

Atau dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana :

12 . 2 68 . 0 21 . 3 _eff A In

SR = − β ……….. ATC 40, 1997

65 . 1

41 . 0 31 .

2 _eff

Y

In

SR = − β ………. ATC 40, 1997

(2.9) Dimana :

ay, dy = titik koordinat dari titik leleh efektif dari kurva kapasitas

api dpi = titik trial performance point

K = faktor modifikasi damping

βeff = effective damping ratio akibat perubahan kekakuan struktur setelah

terjadi sendi plastis (dalam %)

Selanjutnya hasil dari kurva sederhana dan kurva kapasitas dalam format ADRS ini diplotkan ke dalam satu grafik, dan perpotongan antara dua kurva tersebut adalah performance point yang menggambarkan perpindahan struktur maksimum yang diharapkan terhadap demand spectrum dari setiap periode ulang gempa rencana. Untuk memperoleh gambaran lebih jelas, dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Penentuan Performance Point

Setelah performance point diperoleh, dapat diketahui nilai simpangan antar tingkat pada posisi sendi plastis untuk berbagai periode ulang gempa. Selain itu, dapat ditentukan tingkat kinerja struktur dari simpangan antar tingkat untuk berbagai periode ulang gempa.

BAB III

PERSYARATAN GEMPA RENCANA MENURUT KONSEP KE-5 SNI 1726-2002

III.1 Umum

Pada bab ini akan dibahas mengenai peraturan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung yang digunakan pada penelitian ini, yaitu konsep ke-5 SNI 1726-2002. Pembahasan dalam bab ini akan dibatasi pada faktor keutamaan bangunan, faktor daktilitas struktur, percepatan muka tanah, spektrum respons elastik, besar gempa dasar nominal, kekakuan struktur efektif, pembatasan waktu getar alami fundamental dan analisis beban statik ekuivalen.

III.2 Gempa Rencana dan Kategori Gedung

Standar ini menentukan pengaruh Gempa Rencana yang harus ditinjau dalam perencanaan struktur gedung serta berbagai bagian dan peralatannya secara umum. Akibat pengaruh Gempa Rencana, struktur gedung secara keseluruhan harus masih berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan. Gempa rencana ditetapkan mempunyai periode ulang 500 tahun.

Bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan struktur gedung selama umur gedung tersebut yang diharapkan, pengaruh Gempa Rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu Faktor Keutamaan I menurut persamaan:

Dimana I1 adalah Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa

berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung, sedangkan I2 adalah Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa

berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut. Faktor-faktor Keutamaan I1, I2

dan I ditetapkan menurut Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Faktor Keutamaan 1 untuk Berbagai Kategori Gedung

Kategori Gedung Faktor Keutamaan

I1 I2 I

Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran

1,0 1,0 1,0

Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6

Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, puast penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi

1,4 1,0 1,4

Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam bahan beracun.

1,6 1,0 1,6

Cerobong, tangki diatas menara 1,5 1,0 1,5

Catatan :

Untuk semua struktur bangunan gedung yang ijin penggunaannya diterbitkan sebelum berlakunya standar ini maka Faktor Keutamaan, I, dapat dikalikan 80%.

III.3 Pembebanan Gempa Nominal dan Daktilitas Struktur Gedung

Pembebanan gempa nominal yang harus ditinjau akibat beban gempa rencana harus disesuaikan dengan daktilitas struktur yang akan digunakan. Masing-masing tingkat daktilitas struktur mempunyai faktor reduksi gempa yang digunakan untuk mereduksi beban gempa rencana menjadi beban gempa nominal yang secara singkat dapat dilihat pada tabel 3.2

Tabel 3.2. Parameter Daktilitas Struktur Gedung

Taraf kinerja struktur gedung µ R = 1.6 µ

Elastis penuh 1,0 1,6

Daktail parsial

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0

Daktail penuh 5,3 8,5

III.4 Percepatan Tanah Maksimum

Jika tidak dilakukan analisis khusus, percepatan tanah maksimum dapat ditentukan dari tabel 3.3.

Muka Tanah untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia

Wilayah Gempa

Percepatan puncak batuan dasar

PBA (‘g’)

Percepatan puncak muka tanah Ao

PGA (‘g’) Tanah

Keras

Tanah Sedang

Tanah Lunak

Tanah Khusus 1

2 3 4 5 6

0,04 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

0,04 0,12 0,18 0,24 0,28 0,33

0,05 0,15 0,23 0,28 0,32 0,36

0,08 0,20 0,30 0,34 0,36 0,38

Diperlukan evaluasi khusus di

setiap lokasi

Dari tabel diatas tampak bahwa wilayah gempa di Indonesia terbagi dalam 6 wilayah gempa, dimana wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan tingkat kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini didasarkan atas percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh Gempa Rencana dengan periode ulang 500 tahun. Percepatan puncak muka tanah adalah percepatan minimum yang harus diperhitungkan dalam perencanaan struktur gedung. Percepatan respons maksimum dari masing-masing wilayah gempa adalah sebesar 2.5 kali dari percepatan puncak muka tanah.

Spektrum Respons Elastik Gempa Rencana menurut konsep ini adalah spektrum percepatan Sa(T), dimana T adalah waktu getar alami (detik). Spektrum

Respons Elastik gempa rencana ini berbeda antara satu dengan lainnya, yaitu berdasarkan zone gempa dan jenis tanah. Spektrum Respons Elastik Gempa ini diperuntukkan bagi struktur dalam kondisi elastik (R = 1.6, µ = 1) (Tabel 3.2). Spektrum Respons Elastik Gempa Rencana Sa(T) ini terdiri dari tiga bagian, yaitu:

Untuk 0 < T ≤ 0.2 :

Sa(T) = T

A A A

A m

0 0 0

−

+ ………SNI-1726 (3.2)

Untuk 0.2 < T ≤ Tc detik :

Sa(T) = Am ……… _{SNI-1726 (3.3)}

Untuk T > Tc detik :

Sa(T) = Am / T ……… SNI-1726 (3.4)

Dimana :

T = Waktu getar alami bangunan (detik) Tc = Waktu getar alami sudut, dari tabel 3.4 (detik) Sa(T) = Spektrum percepatan, sebagai fungsi dari T (x g)

Ao = Percepatan puncak muka tanah (PGA) (x g)

Am = Percepatan respons maksimum = 2.5 Ao (x g)

Tabel 3.4 Nilai Waktu Getar Alami Sudut (Tc) Untuk Berbagai Jenis Tanah

Jenis Tanah Tc (detik)

Tanah keras Tanah sedang

Tanah lunak

0.50 0.60 1.00

Gambar 3.2 Wilayah Gempa Indonesia dengan Percepatan Puncak Batuan Dasar dengan Periode Ulang 500 tahun

Menurut peta gempa Indonesia dalam Konsep ke-5 SNI 1726-2002, Untuk gempa dengan wilayah 5 dan kondisi tanah lunak, maka Spektrum Respons Elastik Gempa Rencana Sa(T) menjadi :

Untuk 0 < T ≤ 0.2 detik :

Sa(T) = T 0.2 3.6T

2 . 0

2 . 0 0 . 1 2 .

0 + − = + ……… SNI-1726

(3.5)

Untuk 0.2 < T ≤ 1.0 detik : ……… SNI-1726

(3.6)

Sa(T) = Am = 0.90

Untuk T > 1.0 detik ……… SNI-1726

(3.7)

Sa(T) = Am / T = 0.90 / T

III.6 Beban Gempa Dasar Nominal

Besarnya Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekivalen (V) yang bekerja pada tingkat dasar (pada taraf penjepitan lateral) pada struktur rumah dan gedung, dapat dihitung dari Spektrum Respons Elastik menurut persamaan (3.8) :

1 1 1

W R C

V = ……… SNI-1726

Dimana :

C1 = Nilai respons elastik gempa rencana, yang didapat dari gambar 3.1

untuk waktu getar alami fundamental dari bangunan 1 = Faktor keutamaan gedung, yang didapat dari Tabel 3.1 R = Faktor daktilitas struktur, yang didapat dari tabel 3.2 W1 = Berat total gedung, termasuk beban hidup tereduksi

III.7 Kekakuan Struktur Efektif

Dalam perencanaan struktur gedung terhadap pengaruh Gempa Rencana, pengaruh keretakan beton pada unsur-unsur struktur dari beton bertulang, beton pratekan dan baja komposit harus diperhitungkan terhadap kekakuannya. Untuk itu, momen inersia penampang unsur struktur dapat ditentukan sebesar momen inersia penampang utuh dikalikan dengan suatu prosentase efektifitas penampang sebagai berikut :

- untuk kolom dan balok rangka beton bertulang terbuka : 75%

Untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu getar alami fundamental T1 dari struktur gedung harus dibatasi, bergantung

pada koefisien ζ untuk wilayah gempa tempat struktu gedung berada dan jumla tingkat bangunan (n) menurut persamaan (3.9) :

T1< ζ n ……… SNI-1726

(3.9) dimana koefisien ζ ditetapkan menurut Tabel 3.5

Tabel 3.5 Koefisien ζ yang Membatasi Waktu Getar Alami Fundamental Struktur Gedung

Wilayah Gempa ζ

1 2 3 4 5 6

0,20 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15

III.9 Analisa Beban Gempa Statik Ekuivalen

Beban Geser Dasar Nominal (V) harus dibagi sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang bertitik

∑

₌

= n i

i i

i i i

z W

z W F

1

……….. SNI-1726

(3.10)

dimana Wi adalah berat lantai tingkat ke-i termasuk beban hidup tereduksi zi adalah

ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral, sedangkan n adalah nomor lantai tingkat paling atas.

Apabila rasio antara tinggi struktur gedung dan lebar bentang dalam arah pembebanan gempa sama dengan atau melebihi 3, maka 0,1 V harus dianggap sebagai beban horisontal terpusat yang bertitik tangkap pada pusat massa lantai tingkat paling atas, sedangkan 0,9 V sisanya harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen.

BAB IV

KONSEP DESAIN STRUKTUR BETON BERDASARKAN DENGAN SNI 03-2847-2002

IV.1 Umum

Sebagai tahapan awal dalam setiap perencanaan struktur, perlu dilakukan pengumpulan informasi selengkapnya. Beberapa informasi umum seperti kegunaan bangunan, sistem struktur bangunan, wilayah gempa, dan sebagainya perlu diperhatikan dengan baik.

Pada bab ini akan dibicarakan mengenai langkah-langkah dan persyaratan dalam mendesain struktur rangka beton bertulang untuk bangunan 6 tingkat dan bangunan 10 tingkat. Standar perencanaan yang disesuaikan dengan SNI 03-2847-2002. SNI ini merupakan standar perencanaan yang paling baru di dalam menghitung struktur beton untuk bangunan gedung.

I.2 Perencanaan Struktur Dengan Tingkat Daktilitas Penuh

IV.2.1 Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Lentur Berdasarkan SNI 03-2847- 2002

Kuat lentur perlu balok portal (Mu,b) harus ditentukan dengan kombinasi

pembebanan kuat perlu sebagai berikut :

Mu,b = 1.2 MD + 1.6 ML ……… SNI-2847

Mu,b = 1.2 MD + 0.5 ML ± 1.1 ME ……… _SNI-2847

(4.2)

Mu,b = 0.9 MD ± 1.1 ME ……….… SNI-2847

(4.3)

dimana :

MD = momen lentur balok akibat beban mati tak berfaktor

ML = momen lentur balok akibat beban hidup tak berfaktor

ME = momen lentur balok akibat beban gempa tak berfaktor

Agar sesuai dengan perencanaan dengan konsep desain kapasitas, maka perlu dicari besarnya nilai momen kapasitas balok, yaitu :

Mpr = φ0 Mn ……… SNI-2847

(4.4)

dimana :

Mpr = Kuat momen lentur mungkin dari suatu komponen struktur, dengan

atau tanpa beban aksial, yang ditentukan menggunakan sifat-sifat komponen struktur pada muka join dengan menganggap kuat tarik pada tulangan longitudinal sebesar minimum 1.25 fy dan faktor reduksi kekuatan φ.

Mn = Momen nominal penampang

atau secara umum dikenal sebagai :

Mkap = φo Mnak.b ……… SNI-2847

(4.5) dimana :

Mkap = kapasitas lentur aktual balok yang pada pusat pertemuan balok kolom,

memperhitungkan luas tulangan terpasang sebenarnya, dengan menganggap kuat tarik minimum tulangan 1.25 dan faktor reduksi kekuatan φ.

Mnak = kapasitas lentur aktual balok yang pada pusat pertemuan balok kolom,

memperhitungkan luas tulangan terpasang sebenarnya, dengan memperhitungkan faktor reduksi kekuatan φ.

φo = faktor penambahan kekuatan, yang ditetapkan sebesar

1.25 untuk fy < 400 MPa 1.4 untuk fy ≥ 400 Mpa

Kuat geser rencana balok harus dihitung sesuai dengan desain kapasitas, yaitu dengan memperhitungkan terjadinya sendi-sendi plastis di ujung-ujung balok. Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 4.1. dan dapat dipergunakan perumusanya sebagai berikut :

2

2

1 W

L M M

Ve= pr + pr + ……… SNI-2847

(4.6)

Untuk kolom :

H M M

Ve= pr1 + pr2

Gambar 4.1 Perencanaan Geser untuk Balok dan Kolom (SNI-03-2847-2002) dimana :

Mpr2 = Mpr diujung sebelah kanan

L = bentang balok W = beban gravitasi H = tinggi kolom

atau secara umum dikenal sebagai :

L D

kap kap

V V

M M

Vub 1.2 0.5

ln

) (

7 . 0

+ +

+ ×

=

− +

… SNI-2847

(4.7)

Kuat geser balok portal yang dibebani oleh beban gravitasi sepanjang bentangnya harus dihitung dalam kondisi terjadi sendi-sendi plastis pada kedua ujung balok portal tersebut, dengan arah tanda yang berlawanan seperti yang terlihat pada gambar 4.2. Tetapi kuat geser balok rencana ini tidak perlu lebih besar dari yang ditentukan yaitu sebesar :

E L

D V

K V V

Vub_max =1.2 +0.5 +5.3 … SNI-2847

(4.8) dimana :

Mkap =kapasitas lentur aktual balok yang pada pusat pertemuan balok kolom,

memperhitungkan luas tulangan terpasang sebenarnya, dengan menganggap kuat tarik minimum tulangan 1.25 dan faktor reduksi kekuatan φ.

ln = bentang bersih balok

VD = gaya geser balok akibat beban mati tak berfaktor

VL = gaya geser balok akibat beban hidup tak berfaktor

VE = gaya geser balok akibat beban gempa tak berfaktor

K = faktor jenis struktur yang berlaku untuk struktur yang ditinjau

Gambar 4.2 Sendi plastis pada kedua ujung balok portal

IV.2.3 Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Lentur-Aksial

Untuk mensimulasikan pengaruh gempa rencana yang arah terjadinya tidak beraturan, kombinasi pembebanan antara beban gravitasi dengan beban gempa, harus diperhitungkan dalam 2 arah yang saling tegak lurus. Struktur harus mampu memikul 100% gaya gempa yang terjadi, yang terjadinya bersamaan dengan 30% dalam arah tegak lurusnya.

Kuat lentur kolom portal pada pusat hubungan balok kolom harus direncanakan sesuai dengan kemungkinan terjadinya kapasitas sendi plastis di kedua ujung balok tersebut (lihat Gambar 4.3), atau secara singkat adalah sebagai berikut :

∑

Me≥ Mg

5 6

……… SNI-2847

(4.9) dimana :

Me = momen pada muka join, yang berhubungan dengan kuat lentur nominal kolom yang merangka pada join tersebut, yang dihitung untuk beban aksial terfaktor, konsisten dengan arah gaya lateral yang ditinjau, yang menghasilkan kuat lentur terendah. N-mm

Mg = momen pada muka join, yang berhubungan dengan kuat lentur nominal balok (termasuk plat yang berada dalam kondisi tarik) yang merangka pada join tersebut. N-mm

Atau secara umum dikenal sebagai (SKSNI T15-1991-03) :

) 3

. 0 (

ln 1 7 .

0

∑

. +

∑

.

= a Mkapbx Mkapby

hn h

Muk ω … SNI-2847

(4.10) dan tidak perlu lebih besar dari :

) 3 . 0 (

3 . 5 5

. 0 2

. 1

.bx Dk Lk Ek Ey

kap

u M M

K M

M

M = + + + … SNI-2847

(4.11) dimana :

h = panjang bentang balok hn = panjang bersih bentang balok

ωd = faktor pembesar dinamis yang memperhitungkan terjadinya sendi plastis

secara keseluruhan, diambil sebesar

5 6

α = faktor distribusi momen pada pertemuan hubungan balok-kolom. Faktor

α terdiri dari 4 macam, yakni :

αax = faktor distribusi momen arah sumbu x yang mewakili distribusi

momen bagian atas kolom lantai ke-i dan bagian bawah kolom lantai ke-i+1

αbx = faktor distribusi momen arah sumbu x yang mewakili distribusi

momen bagian bawah kolom lantai ke-i dan bagian atas kolom lantai ke-i-1

αay = faktor distribusi momen arah sumbu y yang mewakili distribusi

momen bagian atas kolom lantai ke-i dan bagian bawah kolom lantai ke-i+1

αby = faktor distribusi momen arah sumbu y yang mewakili distribusi

momen bagian bawah kolom lantai ke-i dan bagian atas kolom lantai ke-i-1

Mkap.bx = momen kapasitas lentur balok kiri dan kanan pada portal arah x

MD.k = momen pada kolom akibat beban mati tak berfaktor

ML.k = momen pada kolom akibat beban hidup tak berfaktor

ME.k = momen pada kolom akibat beban gempa tak berfaktor

Gambar 4.3 Pertemuan balok dan Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya Sendi-sendi Plastis pada Kedua Ujung Balok

Sedangkan untuk beban aksial rencana (Nu.k) yang bekerja pada kolom portal,

direncanakan dengan rumusan sebagai berikut :

] ) ( 3 . 0 ) [( 7 . 0 5 . 0 2 . 1 . y kapka kapki x kapka kapki V L D k u M M M M L R N N N

∑

−

∑

∑

∑

+ − + + = .. SNI-2847(4.12)

dalam segala hal tidak perlu lebih besar dari :

) 3 . 0 ( 3 . 5 5 . 0 2 . 1

.kmak D L Ex Ey

u N N

K N N

N = + + + ..SNI-2847

dimana :

RV = faktor reduksi yang ditentukan sebesar

1.0 untuk 1< n < 4 1.1 – 0.025 n untuk 4 < n < 20 0.6 untuk n > 20

n adalah jumlah lantai diatas kolom yang ditinjau L = adalah bentang balok yang bersesuaian

ND = gaya aksial kolom akibat beban mati tak berfaktor

NL = gaya aksial kolom akibat beban hidup tak berfaktor

NE = gaya aksial kolom akibat beban gempa tak berfaktor

IV.2.4 Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Geser

Kuat geser perlu pada kolom harus diperhitungkan dengan kemungkinan terjadinya sendi plastis pada kedua ujung balok (lihat gambar 4.4). Besarnya kuat geser ini adalah sebagai berikut :

H M M

V_e = pr1 + pr2 ……… SNI-2847

(4.14) dimana :

atau secara umum lebih dikenal sebagai :

Hn M M

V_u.k = u.katas + u.kbawah ……… SNI-2847

(4.15) Untuk kolom tingkat pertama

Hn M M

V_u.k = u.katas + kap.kbawah ………SNI-2847

(4.16)

Untuk kolom tingkat teratas

Hn M M

V_u.k = kap.katas + kap.kbawah ……… SNI-2847

(4.17)

Dalam segala hal, besarnya nilai diatas tidak perlu lebih besar dari

E L

D mak

k

u V

K V V

V . =1.2 +0.5 +5.3 ……… SNI-2847

(4.18) dimana :

Mu.k = momen rencana kolom pada ujung kolom

Mkap = momen kapasitas kolom pada ujung kolom

Hn = adalah tinggi bersih kolom

VL = gaya geser kolom akibat beban hidup tak berfaktor

VE = gaya geser kolom akibat beban gempa tak berfaktor

Gambar 4.4 Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya Sendi-sendi Plastis pada Kedua Ujung Balok yang Bertemu dengan Kolom tersebut

Urutan langkah perencanaan selengkapnya di dalam mendesain bangunan 6 tingkat dan bangunan 10 tingkat dapat dilihat pada gambar 4.5

DIAGRAM ALIR PERENCANAAN BANGUNAN 6 TINGKAT DAN BANGUNAN 10 TINGKAT

Mulai

Informasi perencanaan Umum 1

Persyaratan Tata Letak Struktur 2 1

Gambar 4.5 Diagram Alir perencanaan Struktur pemikul MomenKhusus(Daktilitas penuh) benar telah yang F V T V z W z W F W R I C V Cn asalkan T Sembarang Trial n n 1 1 1 1 1 1 1 , , * * * *

∑

₌ = = <=

Interstory Drift 5

T > 0,7 : 1.2 (d1-d1)/h1<0,02

T < 0,7 : 1.2 (d1-d1)/h1>0,025

Program komputer Analisis Struktur 6

Momen Rencana Balok portal(PIR.M) 7

Mu, b = 1,2 M1 + 1,6 M1

Mu, b = 1,2 M1 + 0,5 M1± 1,1 ME

Mu, b = 0,9 M1 ± 1,1 ME

Penulangan Lentur Tumpuan 8 dan Lapangan Balok Portal (PIR.M)

) ( max , , 2 lentur M P M P Mu b Mn d x b x p As bd b Mu IR IP > > = φ 1

Geser Rencana Balok Portal (Desain Kapasitas) RIR.V9 0 2 1 ) ( ) 2 ( ' ) ' ( ) ( 5 , 0 2 , 1 ) ( 7 , 0 3 , 5 5 , 0 2 , 1 5 , 0 2 , 1 ) ( 7 , 0 , * 4 , 1 , * * , max ' ' _ _ 2 = > + − − = + − − = − − + = + + = + + + = == + + Vc maka Vub Vub Jika Vub Vub Vub x Ln n Ln Vub Vub Vub Vub x Ln d Ln Vub V V Ln M M x Vub V K V V Vub V V Ln M M x Vub b Mnak b Mkap d b Rn b Mnak dalam Luar dalam dalam E D kap kap E E D E D kap kap 1

Penulangan geser Balok (P IP,V )10

) ( . ) ( . . 6 , 0 ' 6 / 1 0 Geser V Pi V Pi Vu Vc Vs Vs d fy Av S Vc Vub Vs d bw fc Vc platis Sendi Luar Di Vc is SendiPlast Pada g g maks plentra > > + Φ = − = = =

Momen rencana Kolom11

))) ( 3 , 0 ) (( ln ( 7 , 0 ))) ( 3 , 0 ) (( ln ( 7 , 0 ))) ( 3 , 0 ) (( ln ( 7 , 0 ) 1 ( ) 1 ( kapbykx kapbykx kapbxkx kapbxkr atas ky u kapbykx kapbykx kapbxkx kapbxkr bawah kx u kapbykx kapbykx kapbxkx kapbxkr atas kx u E E E E E E E E M M M M I hn h M M M M M I hn h M M M M M I hn h M i lantai atas M i lantai bawah M i lantai atas M i lantai atas M i lantai bawah M i lantai atas M + + + = + + + = + + + = − + = − + = α ω α ω α ω α α ϑ ϑ ϑ

Gambar 4.5 (Lanjutan)

Momen Maksimum Kolom 12 2 ) 3 , 0 ( 3 , 5 5 , 0 2 , 1 ) 3 , 0 ( 3 , 5 5 , 0 2 , 1 max max Ex Ey Ly Eh kx u Ey Ex Lx Eh kx u M M K M M M M M K M M M + + + + + + = =

Momen Desain Kolom(P IR.M )13

MX Design = minimum (Maksimum Mu.kx rencana : Mu.kx maksimum)

My Design = minimum (Maksimum Mu.ky rencana : Mu.ky maksimum )

Gaya aksila rencana kolom14

[

]

[

]

[

]

[

kaps kaps y kapks kapks x

]

u L D ky u x kapks kapks y kaps kaps u L D ky u y kapks kapks x kaps kaps u L D kx u y kapks kapks x kaps kaps u L D kx u M M M M L R N N M M M M L R N N M M M M L R N N M M M M L R N N ) ( 3 , 0 ) ( 7 , 0 5 , 0 2 , 1 . ) ( 3 , 0 ) ( 7 , 0 5 , 0 2 , 1 . ) ( 3 , 0 ) ( 7 , 0 5 , 0 2 , 1 . ) ( 3 , 0 ) ( 7 , 0 5 , 0 2 , 1 . min max min max

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

− + − + + = − + − + + = − + − + + = − + − + + =

Gaya Aksial Maksimum Kolom15

) 3 , 0 ( . 3 , 5 5 , 0 2 , 1 ) 3 , 0 ( . 3 , 5 5 , 0 2 , 1 ) 3 , 0 ( . 3 , 5 5 , 0 2 , 1 ) 3 , 0 ( . 3 , 5 5 , 0 2 , 1 min max min max EX EY L D uky EX EY L D uky EY EX L D ukx EY EX L D ukx N N K N N N N N K N N N N N K N N N N N K N N N + + = + + = + + = + + =

Gaya Aksial Desain Kolor

Ndesign.maks = minimum (Nu.kx maks rencana : Nu.kx maks maksimum)

Gambar 4,5 (lanjutan)

Penulangan kolom akibat MU.k dan Nu.k desain 17

) ( . ) ( , . . . aksial N Pi V Pi N Nn Lentur M Pi M Pi M M gx RX k u R k u n > > Φ > > Φ 2 3 Momen Kapasitas Kolom 18 Mkap = 1,4’ Mnak : fy = 400 Mpa

Gaya Geser Rencana Kolom19

hn M M

V_x.k = xkxatas + xkxbawah

Gaya Geser maksimum kolom 20

E E D k u V K V V

V _min =1,2 +0,5 +5,3

Gaya Geser Desain Kolom (Pir.y) 21

Vu.kx Desain = minimum Vu.kx (rencana maksimum)

Vu.ky Desain = minimum Vu.ky (rencana maksimum)

Penulangan geser kolom (Pir.y)22

6

,

0

.

6

'

14

1

V

desain

A

Vu

Vs

d

x

bw

x

fc

Ag

x

Nu

Vc

−

−

=



























 +

=

IV.3 Persyaratan Perencanaan Seismik

IV.3.1 Komponen Struktur Rangka yang Menahan Beban Lentur (Balok)

1. Gaya tekan aksial terfaktor yang bekerja pada komponen struktur tersebut tidak boleh melebihi 0.1 Agfc’.

2. Bentang bersih komponen struktur tidak boleh kurang dari empat kali tinggi efektifnya

3. Perbandingan lebar terhadap tinggi tidak boleh kurang 0.3

4. Lebarnya tidak boleh (a) kurang dari 250 mm, dan (b) lebih dari lebar komponen struktur pendukung (diukur pada bidang tegak lurus terhadap sumbu longitudinal komponen struktur lentur) ditambah jarak pada tiap sisi komponen struktur pendukung yang tidak melebihi tiga perempat tinggi komponen struktur lentur

5. Pada setiap irisan penampang komponen struktur lentur, jumlah tulangan atas dan bawah tidak boleh kurang dari 1.4bwd/fy, dan rasio tulangan p

tidak boleh melebihi 0.025. Sekurang-kurangnya harus ada dua batang tulangan atas dan dua batang tulangan bawah yang dipasang secara menerus.

6. Kuat lentur positif komponen struktur lentur pada muka kolom tidak boleh lebih kecil dari setengah kuat lentur negatifnya pada muka tersebut. Baik kuat lentur negatif maupun kuat lentur positif pada setiap penampang di

sepanjang bentang tidak boleh kurang dari seperempat kuat lentur terbesar yang disediakan pada kedua muka kolom tersebut.

7. Sambungan lewatan pada tulangan lentur hanya diijinkan jika ada tulangan spiral atau sengkang tertutup yang mengikat bagian sambungan lewatan tersebut. Spasi sengkang yang mengikat daerah sambungan lewatan tersebut tidak melebihi d/4 atau 100 mm. Sambungan lewatan tidak boleh digunakan (a) pada daerah hubungan balok-kolom, (b) pada daerah hingga jarak dua kali tinggi balok dari muka kolom, dan (c) pada tempat-tempat yang berdasarkan analisis, memperlihatkan kemungkinan terjadinya leleh lentur akibat perpindahan lateral inelastis struktur rangka. 8. Sambungan mekanis dan sambungan las harus sesuai dengan SNI 03 pasal

23.3(6) dan 23.3(1).

9. Sengkang tertutup harus dipasang pada komponen struktur pada daerah-daerah dibawah ini :

a. Pada daerah hingga dua kali tinggi balok diukur dari muka tumpuan ke arah tengah bentang, di kedua ujung komponen struktur lentur

b. Di sepanjang daerah dua kali tinggi balok pada kedua sisi dari suatu penampang dimana lebih lentur diharapkan dapat terjadi sehubungan dengan terjadinya deformasi inelastik struktur rangka

10.Sengkang tertutup pertama harus dipasang tidak lebih dari 50 mm dari muka tumpuan. Jarak maksimum antara sengkang tertutup tidak boleh

melebihi (a) d/4, (b) delapan kali diameter terkecil tulangan memanjang, (c) 24 kali diameter batang tulangan sengkang tertutup, dan (d) 300 mm. 11.Pada daerah yang memerlukan sengkang tertutup, tulangan memanjang

pada perimeter harus mempunyai pendukung lateral sesuai SNI 03.

12.Pada daerah yang tidak memerlukan sengkang tertutup, sengkang dengan kait gempa pada kedua ujungnya harus dipasang dengan spasi tidak lebih dari d/2 di sepanjang bentang bentang komponen struktur tersebut.

IV.3.2 Komponen Struktur Rangka yang menahan Beban Lentur dan Aksial (Kolom) :

1. Ukuran penampang terkecil, diukur pada garis lurus yang melalui titik pusat geometris penampang, tidak kurang dari 300 mm.

2. Perbandingan antara ukuran terkecil penampang terhadap ukuran dalam arah tegak lurusnya tidak kurang dari 0.4

3. Rasio penulangan ρg tidak boleh kurang dari 0.01 dan tidak boleh lebih

dari 0.06

4. Tulangan transversal harus berupa sengkang tunggal atau ganda. Tulangan pengikat silang dengan diameter dan spasi yang sama dengan diameter dan spasi sengkang tertutup boleh dipergunakan. Tiap ujung tulangan pengikat silang harus terkait pada tulangan longitudinal terluar. Pengikat silang yang berurutan harus ditempatkan secara berselang-seling berdasarkan bentuk kait ujungnya.

5. Bila tebal selimut beton di luar tulangan transversal pengekang melebihi 100 mm, tulangan transversal tambahan perlu dipasang dengan spasi tidak melebihi 300 mm. Tebal selimut di luar tulangan transversal tambahan tidak boleh melebihi 100 mm.

6. Tulangan transversal harus diletakkan dengan spasi tidak lebih daripada (a) satu per empat dari dimensi terkecil komponen struktur, (b) enam kali diameter tulangan longitudinal, dan (c) tidak perlu lebih besar daripada 150 mm.

7. Tulangan pengikat silang tidak boleh dipasang dengan spasi lebih daripada 350 mm dari sumbu ke sumbu dalam arah tegak lurus sumbu komponen struktur.

8. Tulangan transversal sesuai dengan SNI 03 pasal 23.4(4(1)) sampai 23.4(4(3)) harus dipasang sepanjang 1o dari setiap muka hubungan balok

kolom dan juga sepanjang 1o pada kedua sisi dari setiap penampang yang

berpotensi membentuk leher lentur akibat deformasi lateral inelastis struktur rangka. Panjang 1o ditentukan tidak kurang daripada

a. Tinggi penampang komponen struktur pada muka hubungan balok-kolom atau ada segmen yang berpotensi membentuk leher lentur b. Seperenam bentang bersih komponen struktur

BAB V

INFORMASI PERENCANAAN DAN ANALISIS STRUKTUR

V.1 Umum

Pada bagian ini akan diuraikan mengenai informasi perencanaan awal dan analisis statik struktur dari model komputer bangunan yang akan ditinjau. Informasi perencanaan awal ini mencakup dimensi, mutu bahan terpakai, lokasi dan idealisasi struktur dari bangunan yang ditinjau. Untuk analisis struktur, akan dijelaskan mengenai hasil perhitungan analisis beban statik ekuivalen dan hal-hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan analisis suatu program. Pada bagian ini pula, akan diperlihatkan contoh perhitungan penulangan salah satu balok dan kolom dari bangunan 6 tingkat.

V.2 Informasi Perencanaan

Model struktur yang digunakan di dalam penelitian ini adalah dua buah bangunan perkantoran yang berada pada wilayah 5 Peta Gempa Indonesia dengan kondisi tanah lunak sesuai dengan konsep ke-5 SNI 1726-2002 (Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, 2002).

Model bangunan simetris yang nantinya dianalisis secara tiga dimensi menggunakan sistem struktur rangka beton bertulang dengan tingkat Daktilitas Penuh. Perletakan dari kolom-kolom dasar bangunan didealisasikan terjepit. Tinggi

bangunan 6 tingkat dan tinggi bangunan 10 tingkat dan tinggi masing-masing tingkat adalah 3.5 meter.

Untuk keseluruhan bangunan menggunakan mutu beton (fc’) 30 MPa. Untuk tulangan longitudinal digunakan mutu baja fy = 400 MPa dan untuk tulangan sengkang digunakan mutu baja fy = 240 MPa.

Dimensi elemen struktur untuk bangunan 6 tingkat dapat dilihat pada Tabel 5.1 dan Gambar 5.1. Sedangkan untuk bangunan 10 tingkat dapat dilihat pada Tabel 5.2 dan Gambar 5.2

Tabel 5.1 Dimensi Elemen Struktur 6 Tingkat yang Ditinjau

Elemen Keterangan

Luas Bangunan 24 x 24 m2 Tinggi Bangunan 6 tingkat, 21 m Tinggi antar Tingkat 3.5 m

Balok Induk 0.4 x 0.6 m2

Kolom 0.5 x 0.5 m2

Plat Lantai Tebal = 0.12 m Mutu Beton (fc’) 30 MPa Tulangan Longitudinal (fy) 400 MPa

Gambar 5.1 Denah Model Struktur Bangunan 6 Tingkat yang Ditinjau

Tabel 5.2 Dimensi Elemen Struktur 10 Tingkat yang Ditinjau

Elemen Keterangan

Luas Bangunan 24 x 24 m2 Tinggi Bangunan 10 tingkat, 35 m Tinggi antar Tingkat 3.5 m

Balok Induk 0.4 x 0.6 m2

Kolom 0.7 x 0.7 m2

Plat Lantai Tebal = 0.12 m Mutu Beton (fc’) 30 MPa Tulangan Longitudinal (fy) 400 MPa

Sengkang (fy) 240 MPa

Gambar 5.2 Denah Model Struktur Bangunan 10 Tingkat yang Ditinjau

Peraturan-peraturan yang digunakan dalam melakukan analisis struktur adalah :

1. Konsep standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Rumah dan Gedung, Konsep ke-5 SNI 1726-2002 (Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah, 2002).

2. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SKSNI T-15-1991-03 (Departemen Pekerjaan Umum, 1991).

3. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SNI 03-2847-2002 (Badan Standarisasi Nasional, 27 September 03-2847-2002).

4. Asian Concrete Model Code, Level 1 & 2 Document, Second Draft (International Committee on Concrete Model Code : Japan, March 1999)

V.3 Analisis Beban Statik Ekuivalen

V.3.1 Bangunan 6 Tingkat

Data-data yang diperlukan di dalam mencari Gaya Geser Dalam (V) :

• Spektrum respon yang digunakan adalah gempa wilayah 3 pada Peta Gempa Indonesia jenis tanah lunak. Waktu getar alami bangunan diperoleh dari output program ETABS versi 7, yakni 0,98 detik

• Untuk Faktor Keutamaan Bangunan (1) diambil menurut kategori gedung perkantoran. (I1 = 1.0, I2 = 1.0, sehingga I = 1.0)

Langkah-langkah yang dilakukan di dalam mencari besarnya Gaya Geser Dalam dan cara distribusinya terhadap masing-masing lantai yaitu : 1. Menghitung berat total dari bangunan (WT) :

a. Lantai Atap

 Beban Mati (DL) :

 Pelat = 0.12 x 24 x 24 x 2400 = 165,888 kg

 Balok = 0.4 x 0.48 x 6 x 40 x 2400 = 110,592 kg

 Dinding = 250 x 3.5/2 x 96 = 42,000 kg WDL = 344,730 kg

 Beban Hidup (LL)

qh = 400 kg/m2 (dengan koefisien reduksi = 0.3)

WLL = 400 x 24 x 24 x 0.3 = 69,120 kg

 Beban Total (T) :

WT = WDL + WLL = 344,730 + 69,120 = 413,850 kg

b. Lantai 2 s/d 6

 Beban Mati (DL) :

 Pelat = 0.12 x 24 x 24 x 2400 = 165,888 kg

 Balok = 0.4 x 0.48 x 6 x 40 x 2400 = 110,592 kg

 Kolom = 0.5 x 0.5 x 3.5 x 25 x 2400 = 52,500 kg

 Dinding = 250 x 3.5 x 96 = 84,000 kg WDL = 412,980 kg

 Beban Hidup (LL)

qh = 250 kg/m2 (dengan koefisien reduksi = 0.3)

WLL = 250 x 24 x 24 x 0.3 = 43,200 kg

 Beban Total (T) :

WT = WDL + WLL = 412,980 + 43,200 = 456,180 kg

 Gaya Geser Dasar (V) :

T = 0.88 detik (dari hasil analisis program ETABS v. 7.2) C1 = 0.5; R = 8.5; I = 1.0

WT (2-6) = 456,180 x 5 = 2,280,900 kg

WT (atap) = 413,850 kg

WT (seluruh bangunan) = 2694750 kg

= 26435,4975 kN

0293 , 555 . 1 4975 , 26435 5 , 8 5 , 0

1 × × = × × =

= I W I

R C

V _T kN

 Distribusi gaya lateral pada masing-masing lantai dicari melalui

persamaan (5.1) : V

z W z W F _n i i i i i

i = ×

∑

₌₁

Hasil distribusi gaya lateral dengan analisis beban statik ekuivalen untuk bangunan 6 tingkat dapat dilihat di Tabel 5.3.

Tabel 5.3. Distribusi Gaya Lateral dengan Analisis Beban Statik Ekivalen untuk Bangunan 6 tingkat

Tingkat hi (m) (m)

Wi

(kN)

Wi hi

(kN.m) Fi (kN) 6 5 4 3 2 21.0 17.5 14.0 10.5 7.0 4059.8685 4475.1258 4475.1258 4475.1258 4475.1258 85257.239 78314.702 62651.761 46988.821 31325.881 414.0442 380.3284 304.2627 228.1970 152.1313

1 3.5 4475.1258 15662.94 76.0657 Total = 320201.34 1555.0293

Selanjutnya hasil dari Fi (kN) ini akan dimasukkan ke dalam program ETABS

versi 9.0.7 sebagai beban gempa.

V.3.2 Bangunan 10 Tingkat

Data-data yang diperlukan di dalam mencari Gaya Geser Dasar (V) dapat dicari dengan cara yang sama dengan bangunan 6 tingkat.

Hasil distribusi Gaya Lateral dengan Analisis Beban Statik Ekuivalen untuk Bangunan 10 Tingkat dapat dilihat pada Tabel 5.4

Tabel 5.4 Distribusi Gaya Lateral dengan Analisis Beban Statik Ekivalen untuk Bangunan 10 Tingkat

Tingkat

hi (m)

(m)

Wi

(kN)

Wi hi

(kN.m)

Fi x,y

(kN)

10 9

35.0 31.5

4307.0805 4969.5498

150747.82 156540.82

373.8358 388.2017

8 7 6 5 4 3 2 1

28.0 24.5 21.0 17.5 14.0 10.5 7.0 3.5

4969.5498 4969.5498 4969.5498 4969.5498 4969.5498 4969.5498 4969.5498 4969.5498

139147.39 121753.97 104360.55 86967.122 69573.697 52180.273 34786.849 17393.424

345.0682 301.9346 258.8011 215.6676 172.5341 129.4006 86.2670 43.1335 Total = 933451.91 2314.8441

Selanjutnya hasil dari Fi (kN) ini akan dimasukkan ke dalam program ETABS

versi 7 sebagai beban gempa.

V.4 Analisis Struktur dengan ETABS Versi 9.0.7 dan Perencanaan Struktur

Dalam melakukan analisis struktur dengan program ETABS versi 9.0.7, beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu :

• Sistem Koordinat Global dan Sistem Koordinat Lokal

Sistem koordinat global adalah suatu sistem koordinat tiga dimensi yang saling tegak lurus dan perjanjian tanda yang digunakan memenuhi kaidah aturan tangan kanan. Sistem koordinat ini memiliki tiga sumbu yang saling

tegak lurus, yaitu sumbu X, Y, dan Z. Arah koordinat dalam sumbu ini diindikasikan dengan menggunakan nilai ±X, ±Y, ±Z. Semua sistem koordinat dalam model struktur yang digunakan selalu didefenisikan dengan koordinat global baik secara langsung maupun secara tidak langsung.

ETABS versi 9.0.7 mengasumsikan bahwa sumbu global Z selalu merupakan sumbu vertikal, dimana sumbu global +Z merupakan vertikal axis yang memiliki arah ke atas. Bidang X-Y merupakan suatu bidang horizontal.

Komponen-komponen struktur seperti joint, element dan constrain memiliki sumbu lokal tersendiri untuk mendefinisikan properties, beban dan respons dari bagian struktur tersebut. Sumbu dari sistem koordinat lokal ini dinyatakan dengan sumbu 1, 2, dan 3. Secara umum, sistem koordinat lokal dapat bervariasi untuk setiap joint, element, dan constrain.

Dalam analisis ini, sistem koordinat lokal yang digunakan untuk joint, constrain, dan NL-Link sama dengan sistem koordinat global X, Y, Z.

Sistem koordinat lokal elemen yang dipakai pada penelitian ini dinyatakan dengan sumbu 1, sumbu 2, sumbu 3, dimana :

o Sumbu lokal 1 arahnya aksial.

o Sumbu lokal 2 searah sumbu global +Z untuk balok dan searah sumbu global +X untuk kolom.

o Sumbu lokal 3 mengikuti kaidah aturan tangan kanan, dimana sumbu 3 tegak lurus dengan sumbu 1 dan sumbu 2.

• Elemen-elemen Portal

Tahapan awal yang dilakukan adalah mendefinisikan semua jenis dan ukuran penampang elemen portal yang akan digunakan. Setelah tahapan ini selesai, masing-masing elemen portal harus disesuaikan dengan jenis dan ukuran penampang yang dibuat.

• Center of Mass dan Center of Inersia

Dalam hal ini struktur yang ditinjau adalah struktur tiga dimensi yang simetris, maka letak daripada Center of Mass dan Center of Inersia saling berimpit, dalam arti menuju ke suatu titik yang sama. Penentuan Center of Mass dilakukan secara otomatis oleh program ETABS versi 9.07. Kegunaan dari titik ini adalah sebagai tempat untuk memberikan gaya statik lateral pada analisis beban statik ekuivalen.

• Diaphragm Constraint

Tahapan ini dilakukan secara otomatis oleh ETABS versi 9.0.7. Constraint ini menyebabkan semua joint pada satu lantai yang diberikan batasan constraint, bergerak secara bersamaan sebagai sebuah diafragma planar yang bersifat rigid terhadap semua deformasi yang mungkin terjadi. Asumsi diaphragam constraint sangat tepat untuk fenomena terbentuknya rigid floor di mana lantai struktur bergerak bersama ketika suatu struktur mengalami gempa. Constraint jenis juga menghilangkan masalah asuransi numerikal ketika suatu lantai struktur diasumsikan sebagai elemen membran.

0 18633.67 8037592

-8025648 -1.1E+07

0 18633.67 8039357

-8032848 -1.1E+07

0 124052.7 5188142

-5258443 -1.5E+07

0 124052.7 5189153

-5295636 -1.5E+07

0 -96102.2 5174589

-5104287 -1.5E+07

0 -96102.2 5174531

-5076200 -1.4E+07

-9173.11 -96102.1 5258443

-5188142 -1.5E+07

-9173.11 -96102.1 5291560

-5193229 -1.5E+07

9173.11 124052.6 5104287

-5174589 -1.5E+07

9173.11 124052.6 5072124

-5178607 -1.5E+07

0 128711.1 7268109

-7334678 0 128711.1 7269631

-7373741 0 -91443.7 7254556

-7180522 0 -91443.7 7255010

-7154305 -9173.11 -91443.7 7338410

-7264377 -9173.11 -91443.7 7372039

-7271334 9173.11 128711 7184255

-7250823 9173.11 128711 7152603

-7256713 0 28468.08 6947914

-6952443 0 28468.08 6948443

-6961275

0 0 832051.2 -824586

0 0 832757.2 -825292

0 113010.4 7982.97 -134042 -9417.53 -113010 100595 -7497.61 -9417.53 -113010 134041.7 -7982.97

0 0 3408.004 -3408

0 0 3628.623 -3628.62 0.05 2964.444 0.521 2356.741 0.05 2964.444 0.666 3213.319

0 34161.7 9668778

-9662269 0 34161.7 9670543

-9673998 0 149932.7 6261370

-6367853 0 149932.7 6262380

-6412594 0 -98690.2 6244875

-6146544 0 -98690.2 6244818

-6117702 -10359.3 -98690.1 6363777

-6265446 -10359.3 -98690.1 6401045

-6273929 10359.28 149932.7 6142468

-6248951 10359.28 149932.7 6106153

-6256367 0 158473.1 8761769

-8865879 0 158473.1 8763292

-8913622 0 -90149.7 8745275

-8644570 0 -90149.7 8745729

-8618731 -10359.3 -90149.7 8864176

-8763472 -10359.3 -90149.7 8901956

-8774958 10359.28 158473.1 8642867

-8746977 10359.28 158473.1 8607064

-8757395

0 38820.12 8138755

-8151587 0 38820.12 8139284

-8163439

0 0 958411.9 -950947

0 0 959117.9 -951653

0 123362.4 8834.575 -134893 0 123362.4 9319.937 -171359 -10280.2 -123362 134893.3 -8834.58 -10280.2 -123362 171359.4 -9319.94 0 0 4015.716 -4015.72 0 0 4236.335 -4236.34 0.05 3266.68 0.666 3213.319 0.05 3266.68 0.8 4153.246 0 46584.14 11299964 -1.1E+07 0 46584.14 11301729 -1.1E+07 0 170636.8 7334597

-7484811 0 170636.8 7335608

-7535590 0 -100761 7315161

-7188045 0 -100761 7315104

-7158599 -11308.2 -100761 7473262

-7346146 -11308.2 -100761 7513851

-7357347 11308.22 170636.7 7176496

-7326710 11308.22 170636.7 7136860

-7336843 0 182282.8 10255429 -1E+07 0 182282.8 10256952 -1E+07 0 -89114.5 10235993 -1E+07 0 -89114.5 10236448 -1E+07 -11308.2 -89114.5 10394094 -1E+07 -11308.2 -89114.5 10435195 -1E+07 11308.22 182282.8 10097329 -1E+07 11308.22 182282.8 10058204 -1E+07

-9353750 0 46584.12 9330125

-9367867

0 0 1084773

-1077308

0 0 1085479

-1078014 0 131126.4 10171.54 -172211 0 131126.4 10656.9 -210942 -10927.2 -131126 172211 -10171.5 -10927.2 -131126 210941.6 -10656.9 0 0 4623.428 -4623.43 0 0 4844.047 -4844.05 0.06 3495.757 0.8 4153.246 0.06 3495.757 0.936 5156.634 0 55900.94 12931151 -1.3E+07 0 55900.94 12932916 -1.3E+07 0 186164.8 8407825

-8607807 0 186164.8 8408835

-8663116 0 -102313 8385447

-8228943 0 -102313 8385390

-8199044 -12019.9 -102313 8586068

-8429564 -12019.9 -102313 8629148

-8442803 12019.92 186164.8 8207204

-8407186 12019.92 186164.8 8165077

-8419357 0 200140 11749089 -1.2E+07 0 200140 11750612 -1.2E+07 0 -88338.1 11726712 -1.2E+07 0 -88338.1 11727167 -1.2E+07 -12019.9 -88338.1 11927333 -1.2E+07 -12019.9 -88338.1 11970925 -1.2E+07 12019.92 200140 11548469 -1.2E+07 12019.92 200140 11506853 -1.2E+07

0 51760.14 10520436 -1.1E+07 0 51760.14 10520966 -1.1E+07

0 0 1211133

-1203668

0 0 1211839

-1204374 0 136302.5 11508.51 -211793 0 136302.5 11993.87 -252034 -11358.5 -136302 211793.2 -11508.5 -11358.5 -136302 252033.4 -11993.9

0 0 5231.14 -5231.14

0 0 5451.759 -5451.76 0.07 3639.761 0.936 5156.634 0.07 3639.761 1.09 6201.611 0 62112.17 14562337 -1.5E+07 0 62112.17 14564102 -1.5E+07 0 196516.8 9481052

-9735333 0 196516.8 9482062

-9793661 0 -103349 9455733

-9269388 0 -103349 9455676

-9239187 -12494.4 -103349 9701365

-9515020 -12494.4 -103349 9746106

-9529617 12494.39 196516.8 9235420

-9489701 12494.39 196516.8 9191632

-9503231 0 212044.9 13242750 -1.4E+07 0 212044.9 13244272 -1.4E+07 0 -87820.5 13217431 -1.3E+07 0 -87820.5 13217885 -1.3E+07 -12494.4 -87820.5 13463063 -1.3E+07 -12494.4 -87820.5 13508315 -1.3E+07 12494.39 212044.9 12997118 -1.3E+07 12494.39 212044.9 12953842 -1.3E+07 0 54348.12 11711277 -1.2E+07

0 54348.12 11711807 -1.2E+07

0 0 1337494

-1330029

0 0 1338200

-1330735 0 138890.4 12845.48 -252885 0 138890.4 13330.84 -293880 -11574.2 -138890 252885 -12845.5 -11574.2 -138890 293880.1 -13330.8 0 0 5838.852 -5838.85 0 0 6059.471 -6059.47 0.07 3695.868 1.09 6201.611 0.07 3695.868 1.269 7265.639 0 65217.74 16193523 -1.6E+07 0 65217.74 16195288 -1.6E+07 0 201692.8 10554280 -1.1E+07 0 201692.8 10555290 -1.1E+07 0 -103866 10526019 -1E+07 0 -103866 10525962 -1E+07 -12731.6 -103866 10818323 -1.1E+07 -12731.6 -103866 10863894 -1.1E+07 12731.62 201692.8 10261976 -1.1E+07 12731.62 201692.8 10217358 -1.1E+07 0 217997.2 14736410 -1.5E+07 0 217997.2 14737932 -1.5E+07 0 -87561.7 14708150 -1.5E+07 0 -87561.7 14708604 -1.4E+07 -12731.6 -87561.7 15000453 -1.5E+07 -12731.6 -87561.7 15046536 -1.5E+07 12731.62 217997.2 14444106 -1.5E+07 12731.62 217997.2 14400000 -1.5E+07