Analisis Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris terhadap Beban Gempa Kuat
ANALISIS STRUKTUR PORTAL 3D SIMETRIS DAN TIDAK
SIMETRIS TERHADAP BEBAN GEMPA KUAT
INDAH PUSPITA SARI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN L GK G
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INST T T PERTANIAN BOGO
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Struktur Portal
3D Simetris dan Tidak Simetris terhadap Beban Gempa Kuat adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Mei 2013
Indah Puspita Sari
NIM F44090053
ABSTRAK
INDAH PUSPITA SARI. Analisis Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
terhadap Beban Gempa Kuat. Dibimbing oleh SUTOYO dan MUHAMMAD
FAUZAN.
Perencanaan struktur rumah yang aman dan nyaman dari segala bahaya,
termasuk bencana alam, seperti gempa sangat diperlukan untuk meminimalisir
dampak buruk yang terjadi. Penelitian bertujuan merancang struktur portal 3D
simetris dan tidak simetris serta membandingkan kekuatannya terhadap beban
gempa kuat berdasarkan SNI 03-2847-2002 dan SNI 03-1726-2003. Metode
penelitian dilakukan dengan beberapa tahapan, yaitu studi pustaka, pemodelan
struktur portal 3D simetris dan tidak simetris menggunakan program SAP 2000
versi 14, pembuatan spektrum gempa berdasarkan peta hazard gempa Indonesia
2010, dan pengujian struktur terhadap beban gempa kuat menggunakan program
SAP 2000 versi 14. Hasil penelitian adalah struktur portal 3D simetris dan tidak
simetris 2 lantai, lebar 8 m, panjang 10.5 m, dimensi kolom 0.5 m x 0.5 m,
dimensi balok 0.45 m x 0.3 m, untuk semua kombinasi pembebanan nilai
pergeseran struktur, reaksi perletakan, dan jumlah tulangan struktur portal 3D
tidak simetris lebih besar dari struktur portal 3D simetris.
Kata kunci: gempa bumi, SNI 03-1726-2003, SNI 03-2847-2002, struktur portal
3D simetris dan tidak simetris
ABSTRACT
INDAH PUSPITA SARI. Analysis Of The Frame Structure 3D Symmetrical and
Not Symmetrical of Strong Earthquake Loads. Supervised by SUTOYO and
MUHAMMAD FAUZAN.
Safe and convenient house design from all hazards is indispensable,
nonetheless including the earthquake disaster to minimize its impact. The purpose
of this research is to design the frame structure 3D symmetrical and not
symmetrical and compare his strength with respect to the burden of strong
earthquake based on SNI 03-2847-2002 and SNI 03-1726-2003. Research
methods to be performed consists of several stages, namely a study library,
creation of the frame structure 3D symmetrical and not symmetrical using SAP
2000 program version 14, making the spektrum of earthquake based on seismic
hazard map of Indonesia 2010, and testing the structure against strong earthquake
loads using SAP 2000 program version 2. Research results is the frame structure
3D symmetrical and not symmetrical 2 floor, wide 8 m, long 10.5 m, the
dimensions of a column of 0.5 m x 0.5 m, the dimensions of a beam 0.45 m x 0.3
m, for all loads combination, the value of shear structure, reaction force, and
concrete reinforcement of the frame structure 3D not symmetrical is greater than
the frame structure 3D symmetrical.
Keywords: earthquake, SNI 03-1726-2003, SNI 03-2847-2002, the frame
structure 3D symmetrical and not symmetrical
ANALISIS STRUKTUR PORTAL 3D SIMETRIS DAN TIDAK
SIMETRIS TERHADAP BEBAN GEMPA KUAT
INDAH PUSPITA SARI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungn
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN L GK G
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INST T T PERTANIAN BOGO
2013
Judul Skripsi : Analisis Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris terhadap
Beban Gempa Kuat
Nama
: Indah Puspita Sari
NIM
: F44090053
Disetujui oleh
Sutoyo, S.TP., M. Si
Pembimbing I
M. Fauzan, S.T., M.T
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Yudi Chadirin, S.TP., M.Agr
Plh. Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini adalah
struktur dan infrastruktur, dengan judul Analisis Struktur Portal 3D Simetris dan
Tidak Simetris terhadap Beban Gempa Kuat.
Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Sutoyo, S.TP., M.Si dan
bapak Muhammad Fauzan, S.T., M.T selaku dosen pembimbing akademik yang
telah memberikan bimbingan, arahan, masukan, solusi, dan motivasi. Ucapan
terima kasih juga disampaikan kepada ibu, kakak, seluruh keluarga, dan semua
teman-teman atas segala doa, motivasi, dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Mei 2013
Indah Puspita Sari
DAFTAR ISI
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Struktur Bangunan
2
Pembebanan
7
Perencanaan Struktur terhadap Gempa
8
METODE
12
Tempat dan Waktu
12
Bahan
12
Alat
13
Prosedur Penelitian
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
15
Perencanaan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
15
Pemodelan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
18
Pembuatan Spektrum Gempa
19
Pembebanan Struktur
21
Analisis Struktur
24
SIMPULAN DAN SARAN
29
Simpulan
29
Saran
29
DAFTAR PUSTAKA
29
DAFTAR TABEL
Table 1 Rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton
3
Table 2 Tebal minimum pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung
3
Tabel 3 Koefisien periode pendek,
11
Tabel 4 Koefisien periode 1.0 detik,
11
Tabel 5 Reaksi perletakan kuda-kuda
18
Tabel 6 Berat struktur portal 3D simetris
21
Tabel 7 Berat struktur portal 3D tidak simetris
22
Tabel 8 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen simetris
22
Tabel 9 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen tidak simetris
22
Tabel 10 Gaya-gaya dalam maksimum dan penulangan balok
27
Tabel 11 Gaya-gaya dalam maksimum dan penulangan kolom
28
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Tegangan-regangan teoritis lentur penampang persegi empat
4
Gambar 2 Diagram regangan, tegangan, dan gaya dalam penampang kolom
6
Gambar 3 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 1,0 dtk)
9
Gambar 4 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 0,2 dtk)
10
Gambar 5 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah
12
Gambar 6 Diagram alir pelaksanaan penelitian
14
Gambar 7 Sketsa denah struktur simetris lantai dasar
15
Gambar 8 Sketsa denah struktur simetris lantai 1
16
Gambar 9 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai dasar
16
Gambar 10 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai 1
17
Gambar 11 Pemodelan struktur portal 3D simetris
19
Gambar 12 Pemodelan struktur portal 3D tidak simetris
19
Gambar 13 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 1.0 dtk)
20
Gambar 14 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 0.2 dtk)
20
Gambar 15 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah untuk
wilayah Provinsi Bengkulu
21
Gambar 16 Nilai spektrum gempa pada SAP 2000 versi 14
23
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1a Pemodelan struktur kuda-kuda dan panjang setiap batang kudakuda
31
Lampiran 1b Panjang setiap batang kuda-kuda
31
Lampiran 2a Perhitungan pembebanan struktur atap
32
Lampiran 2b Perhitungan dimensi gording
32
Lampiran 3a Nilai gaya batang pada struktur kuda-kuda
35
Lampiran 3b Pemodelan struktur kuda-kuda perletakan 1 dan perletakan 3
35
Lampiran 3c Pemodelan struktur kuda-kuda perletakan 2
36
Lampiran 3d Perhitungan dimensi kuda
36
Lampiran 4 Desain spektrum gempa
41
Lampiran 5a Perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan beban gempa
nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D simetris
42
Lampiran 5b Perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan beban gempa
nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D tidak
simetris
42
Lampiran 6 Titik-titik join lantai 1 dan lantai atap untuk struktur simetris
43
Lampiran 7a Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 1
44
Lampiran 7b Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 2
44
Lampiran 7c Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 3
45
Lampiran 7d Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 4
45
Lampiran 7e Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 5
46
Lampiran 7f Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 6
46
Lampiran 7g Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 7
47
Lampiran 7h Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 8
47
Lampiran 7i Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 9
48
Lampiran 7j Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 10
48
Lampiran 7k Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 11
49
Lampiran 7l Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 12
Lampiran 8
Titik-titik join lantai 1 dan lantai atap untuk struktur tidak
simetris
49
50
Lampiran 9a Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 1
51
Lampiran 9b Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 2
51
Lampiran 9c Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 3
52
Lampiran 9d Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 4
52
Lampiran 9e Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 5
53
Lampiran 9f Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 6
53
Lampiran 9g Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 7
54
Lampiran 9h Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 8
54
Lampiran 9i Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 9
55
Lampiran 9j Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 10
55
Lampiran 9k Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 11
56
Lampiran 9l Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 12
56
Lampiran 10 Titik-titik join lantai dasar struktur simetris
57
Lampiran 11a Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 1
58
Lampiran 11b Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 2
58
Lampiran 11c Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 3
58
Lampiran 11d Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 4
59
Lampiran 11e Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 5
59
Lampiran 11f Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 6
59
Lampiran 11g Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 7
60
Lampiran 11h Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 8
60
Lampiran 11i Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 9
60
Lampiran 11j Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 10
61
Lampiran 11k Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 11
61
Lampiran 11l Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 12
61
Lampiran 12 Titik-titik join lantai dasar struktur tidak simetris
62
Lampiran 13a Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 1
63
Lampiran 13b Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 2
63
Lampiran 13c Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 3
63
Lampiran 13d Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 4
64
Lampiran 13e Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 5
64
Lampiran 13f Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 6
64
Lampiran 13g Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 7
65
Lampiran 13h Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 8
65
Lampiran 13i Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 9
65
Lampiran 13j Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 10
66
Lampiran 13k Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 11
66
Lampiran 13l Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 12
66
Lampiran 14a Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
struktur simetris
67
Lampiran 14b Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
67
Lampiran 14c Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur simetris
67
Lampiran 15a Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
struktur simetris
68
Lampiran 15b Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
68
Lampiran 15c Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan respon spektrum struktur simetris
69
Lampiran 16a Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
70
Lampiran 16b Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur tidak simetris
70
Lampiran 16c Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur tidak simetris
70
Lampiran 17a Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
71
Lampiran 17b Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
71
Lampiran 17c Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan respon spektrum struktur tidak simetris
72
Lampiran 18a Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
struktur simetris
73
Lampiran 18b
Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan
graviti dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
73
Lampiran 18c Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur simetris
73
Lampiran 19a Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
struktur simetris
74
Lampiran 19b Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
74
Lampiran 19c Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur simetris
75
Lampiran 20a Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
76
Lampiran 20b
Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan
graviti dan gempa statik ekuivalen struktur tidak simetris
76
Lampiran 20c Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur tidak simetris
76
Lampiran 21a Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
77
Lampiran 20b Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur tidak simetris
77
Lampiran 20c Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur tidak simetris
78
Lampiran 22 Balok lantai 1 dan lantai atap pada struktur simetris
79
Lampiran 23a Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 1
80
Lampiran 23b Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 2
81
Lampiran 23c Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 3
82
Lampiran 23d Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 4
83
Lampiran 23e Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 5
84
Lampiran 23f Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 6
85
Lampiran 23g Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 7
86
Lampiran 23h Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 8
87
Lampiran 23i Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 9
88
Lampiran 23j Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 10
89
Lampiran 23k Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 11
90
Lampiran 23l Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 12
91
Lampiran 24 Balok lantai 1 dan lantai atap pada struktur tidak simetris
92
Lampiran 25a Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 1
93
Lampiran 25b Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 2
94
Lampiran 25c Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 3
95
Lampiran 25d Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 4
96
Lampiran 25e Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 5
97
Lampiran 25f Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 6
98
Lampiran 25g Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 7
99
Lampiran 25h Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 8
100
Lampiran 25i Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 9
101
Lampiran 25j Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 10
102
Lampiran 25k Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 11
103
Lampiran 25l Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 12
104
Lampiran 26 Penampang kolom dari sebelah kanan pada struktur simetris
105
Lampiran 27a Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 1
106
Lampiran 27b Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 2
107
Lampiran 27c Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 3
108
Lampiran 27d Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 4
109
Lampiran 27e Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 5
110
Lampiran 27f Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 6
111
Lampiran 27g Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 7
112
Lampiran 27h Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 8
113
Lampiran 27i Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 9
114
Lampiran 27j Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 10
115
Lampiran 27k Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 11
116
Lampiran 27l Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 12
117
Lampiran 28
Penampang kolom dari sebelah kanan pada struktur tidak
simetris
118
Lampiran 29a Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 1
119
Lampiran 29b Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 2
120
Lampiran 29c Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 3
121
Lampiran 29d Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 4
122
Lampiran 29e Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 5
123
Lampiran 29f Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 6
124
Lampiran 29g Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 7
125
Lampiran 29h Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 8
126
Lampiran 29i Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 9
127
Lampiran 29j Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 10
128
Lampiran 29k Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 11
129
Lampiran 29l Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 12
130
DAFTAR NOTASI
D
E
Ex
Ey
Esx
Esy
H
L
May
Mhy
MD
ML
Ms
Msx
Msy
Mt
Mtx
Mty
Mu
Qa
QD
: Luas tulangan yang dipakai
: Luas bruto penampang balok, mm2
: Luas tulangan tarik non-prategang yang dibutuhkan, mm2
: Luas tulangan tarik non-prategang maksimum yang dibutuhkan pada
kolom, mm2
: Luas tulangan tarik non-prategang minimum yang dibutuhkan pada
kolom, mm2
: Luas tulangan geser, mm2
: Luas tulangan geser minimum, mm2
: Nilai faktor respon gempa yang didapat dari spektrum respons gempa
rencana untuk waktu getar alami fudamental
: Beban mati
: Beban gempa
: Beban gempa statik ekuivalen searah sumbu x
: Beban gempa statik ekuivalen searah sumbu y
: Beban gempa respon spektrum searah sumbu x
: Beban gempa respon spektrum searah sumbu y
: Beban gempa nominal static ekuivalen yang menangkap pada pusat
massa lantai ke-i
: Koefisien perioda pendek
: Koefisien perioda 1.0 detik
: Tinggi bangunan, m
: Keutamaan struktur bangunan
: Inersia searah sumbu x
: Inersia searah sumbu y
: Beban hidup
: Momen beban angin pada atap searah sumbu y
: Momen beban air hujan pada atap searah sumbu y
: Momen beban mati pada atap
: Momen beban hidup pada atap
: Kuat momen nominal suatu penampang, N-mm
: Momen akibat beban sementara
: Momen akibat beban sementara searah sumbu x
: Momen akibat beban sementara searah sumbu y
: Momen akibat beban tetap
: Momen akibat beban tetap searah sumbu x
: Momen akibat beban tetap searah sumbu y
: Momen terfaktor pada penampang, N-mm
: Beban pekerja
: Beban vertikal total
: Daya dukung Tanah
: Beban angin pada atap
: Beban mati pada atap
Qh
T1
U
W
n
ℓu
: Beban air hujan pada atap
: Faktor reduksi gempa
: Koefisien ketahanan
: Respon spektra percepatan
: Respon spektra percepatan desain untuk perioda pendek
: Respon spektra percepatan desain untuk perioda 1.0 detik
: Parameter respon spektra percepatan desain untuk perioda pendek
: Parameter respon spektra percepatan desain untuk perioda 1.0 detik
: Nilai spektra percepatan untuk periode pendek 0.2 detik
: Nilai spektra percepatan untuk periode 1.0 detik
: Waktu getar alami fundamental
: Kuat perlu
: Beban geser dasar nominal statik ekuivalen yang terjadi di tingkat
dasar
: Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton
: Kuat geser nominal
: Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser
: Gaya geser terfaktor pada penampang yang ditinjau
: Beban angin
: Berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai
: Berat total struktur bangunan
: Ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral
: Tinggi blok tegangan
: Lebar badan penampang
: Jarak tekan terluar ke garis netral
: Jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik longitudinal
: Tinggi badan penampang balok kayu
: Kuat tekan beton yang disyaratkan, MPa
: Kuat leleh yang disyaratkan untuk tulangan non-prategang
: faktor panjang efektif
: Radius girasi suatu penempang komponen struktur tekan
: Spasi tulangan geser
: Faktor tekuk
: Jumlah tulangan
: Konstantayang merupakan fungsi dari kelas kuat beton
: Panjang efektif kolom
: Faktor reduksi kekuatan
: Rasio tulangan tarik non prategang
: Rasio tulangan tarik maksimum non prategang
: Rasio tulangan tarik minimum non prategang
: Konstanta yang tergantung pada peraturan perencanaan bangunan
yang digunakan, misalnya untuk IBC-2009 dan ASCE 7-10 dengan
gempa 2500 tahun menggunakan nilai µ sebesar 2/3 tahun
: Lendutan pada kayu
: Simpangan relatif antar tingkat orde-pertama pada tingkat yang
ditinjau akibat
: angka kelangsingan balok kayu
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pertumbuhan populasi manusia yang sangat cepat, menuntut pemenuhan
kebutuhan di semua sektor. Papan adalah salah satu sektor mutlak yang harus
dipenuhi manusia untuk kesejahteraan hidupnya. Pemenuhan kebutuhan papan ini
tidak hanya dari segi kuantitas, tetapi tuntutan kualitas yang meliputi kenyamanan
dan keamanan saat berada di dalam rumah juga harus diperhatikan. Kenyamanan
dan keamanan ini tidak hanya dari segi arsitektur tetapi juga keamanan terhadap
bencana alam yang mungkin akan terjadi, salah satunya adalah gempa bumi.
Gempa bumi (earthquake) adalah fenomena getaran yang dikaitkan
dengan hentakan pada kerak bumi (Agus, 2002). Ada beberapa hal yang
menyebabkan terjadinya gempa bumi, diantaranya akibat letusan gunung merapi
(gempa vulkanik) dan akibat kegiatan tektonik. Gempa bumi yang disebabkan
oleh kegiatan tektonik, seperti proses pembentukan gunung-gunung, gerakangerakan patahan lempeng bumi, dan tarikan atau tekanan bagian-bagian benua
yang besar. Indonesia merupakan Negara Kepulauan yang memiliki tingkat resiko
gempa yang cukup tinggi. Gempa bumi yang sering terjadi di Indonesia
disebabkan oleh kegiatan tektonik, yaitu gerakan-gerakan patahan lempeng bumi.
Gempa bumi tektonik yang sering terjadi di Indonesia ini dikarenakan wilayah
Indonesia berada diantara empat sistem tektonik yang aktif, yakni daerah batas
lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng Filipina, dan lempeng Pasifik.
Rumah tinggal yang aman dan nyaman tentulah sangat diinginkan calon
penghuni rumah. Selain rumah yang aman dari bahaya akibat ulah manusia,
desain rumah yang aman terhadap bencana alam, seperti gempa juga sangat
diperlukan. Perencanaan dan perancangan bangunan yang tahan gempa sangat
diperlukan untuk meminimalisir dampak yang ditimbulkan dari bencana gempa
bumi. Hasil pengamatan yang dilakukan Pusat Litbang terhadap rumah-rumah
yang mengalami kerusakan setelah digoncang oleh gempa bumi, kerusakan
bangunan yang terjadi pada umumnya akibat lemahnya sistem sambungan atau
pendetailannya. Pedoman pembangunan bangunan tahan gempa sudah disusun
oleh Pusat Penelitian dan Pengembangan Permukiman, Departemen Pekerjaan
Umum. Pedoman pembangunan bangunan tahan gempa lebih mengedepankan
untuk rumah-rumah yang simetris, sederhana, dan beraturan. Namun konstruksi
rumah tinggal sederhana di Indonesia masih banyak yang belum simetris dalam
penempatan posisi kolom dan balok. Skala gempa yang mampu ditahan konstruksi
rumah tinggal dalam petunjuk teknis ini belum diketahui. Untuk itu diperlukan
penelitian terhadap struktur rumah tinggal terhadap beban gempa kuat dengan
penempatan balok dan kolom simetris dan tidak simetris. Kelayakan struktur
rumah tinggal terhadap beban gempa kuat dinilai dari kemampuan konstruksi
bangunan menahan gaya gempa yang diberikan dalam radius gempa tertentu.
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Merancang struktur portal 3D simetris dan tidak simetris berdasarkan
peraturan pembangunan rumah tahan gempa, Tata Cara Perhitungan Struktur
Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), dan Standar
Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI
03– 1726 – 2002).
2. Membandingkan kekuatan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris
terhadap beban gempa kuat.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk mengetahui kekuatan struktur portal 3D simetris
dan tidak simetris terhadap beban gempa kuat.
TINJAUAN PUSTAKA
Struktur Bangunan
Struktur bangunan yang direncanakan adalah struktur portal 3D simetris dan
tidak simetris. Struktur simetris adalah struktur yang penempatan kolom dan balok
simetris terhadap sumbu-sumbu sketsa denah bangunan. Struktur tidak simetris
adalah struktur yang penempatan kolom dan balok tidak simetris terhadap sumbusumbu denah bangunan. Bangunan simetris dan tidak simetris pada penelitian ini
direncanakan dengan volume beton dan dimensi kolom serta balok yang sama,
tetapi penempatan balok dan kolom yang berbeda. Perencanaan struktur yang
dilakukan meliputi perencanaan plat, perencanaan balok, dan perencanaan kolom.
Perencanaan Plat
Perencanaan pelat berdasarkan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton
untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), yaitu:
a. Sistem pelat satu arah
1. Pada pelat struktural dimana tulangan lenturnya terpasang dalam satu arah
saja, harus disediakan tulangan susut dan suhu yang arahnya tegak lurus
terhadap tulangan lentur tersebut.
2. Tulangan ulir yang digunakan sebagai tulangan susut dan suhu harus
memenuhi ketentuan:
1) Tulangan susut dan suhu harus paling sedikit memiliki rasio luas
tulangan terhadap luas bruto penampang beton seperti Tabel 1,
tetapi tidak kurang dari 0,0014.
2) Tulangan susut dan suhu harus dipasang dengan jarak tidak lebih
dari lima kali tebal pelat, atau 450 mm.
3
Table 1 Rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton
Jenis pelat
Pelat yang menggunakan batang tulangan ulir
mutu 300
Pelat yang menggunakan batang tulangan ulir
atau jaring kawat las (polos atau ulir) mutu 400
Pelat yang menggunakan tulangan dengan
tegangan leleh melebihi 400 MPa yang diukur
pada regangan leleh sebesar 0,35%
Rasio
0,0020
0,0018
0,0018 x 400/ y f
Sumber: SNI-03-2847-2002
3. Tebal minimum pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung dapat dilihat
pada Tabel 2.
Table 2 Tebal minimum pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung
Tebal minimum, h
Komponen
struktur
Pelat masif
satu arah
Balok atau
pelat rusuk
satu arah
Dua
Satu ujung
Kedua ujung
Kantilever
tumpuan
menerus
menerus
sederhana
Komponen yang tidak menahan atau tidak disatukan dengan
partisi atau konstruksi lain yang mungkin akan rusak oleh
lendutan yang besar
⁄
⁄
Sumber: SNI-03-2847-2002
⁄
⁄
⁄
⁄
⁄
⁄
b. Sistem pelat dua arah
1. Tebal minimum pelat tanpa penebalan adalah 120 mm
2. Rasio tulangan untuk menahan lentur dapat dihitung dengan persamaan:
(1)
(2)
3. Luas tulangan yang diperlukan dapat dihitung dengan persamaan:
(3)
4. Nilai momen nominal dapat dihitung dengan persamaan:
(4)
4
Perencanaan Balok
Perencanaan balok meliputi perhitungan tulangan lentur, perhitungan
tulangan geser, dan perhitungan tulangan puntir.
1. Perhitungan penulangan lentur
Gambar 1 Tegangan-regangan teoritis lentur penampang persegi empat
Sumber: Amrinsyah Nasution 2009
Ketentuan tegangan-regangan pada balok seperti pada Gambar 1,
dimana:
(5)
(6)
(7)
Besarnya momen nominal penampang menggunakan balok tegangan
ekuivalen adalah =
Faktor
harus diambil sebesar 0,85 untuk beton dengan nilai kuat
tekan
lebih kecil daripada atau sama dengan 30 MPa. Beton dengan nilai
kuat tekan di atas 30 MPa,
harus direduksi sebesar 0,05 untuk setiap
kelebihan 7 MPa di atas 30 MPa, tetapi
tidak boleh diambil kurang dari
0,65.
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
5
(
)
(13)
(14)
(15)
2. Perhitungan penulangan geser
Berdasarkan SNI-03-2847-2002, perencanaan penampang terhadap
geser harus didasarkan pada persamaan:
(16)
(17)
√
(18)
(19)
Spasi tulangan geser yang dipasang tegak lurus terhadap sumbu aksial
komponen struktur tidak boleh melebihi d/2 untuk komponen struktur nonprategang dan (3/4)h untuk komponen struktur prategang, atau 600 mm.
Luas tulangan geser minimum untuk komponen struktur prategang dan
komponen struktur non-prategang diperoleh dari persamaan:
(20)
Perencanaan Kolom
Perencanaan kolom dilakukan dengan asumsi-asumsi, yaitu:
1. Regangan berbanding langsung dengan jarak dari sumbu netral.
2. Regangan tekan maksimum yang digunakan sebesar 0.003.
3. Tegangan dalam tulangan dibawah kuat leleh yang ditentukan.
4. Distribusi tegangan tekan dianggap suatu distribusi tegangan ekuivalen.
Diagram regangan, tegangan, dan gaya dalam penampang kolom dapat
dilihat pada Gambar 2.
6
Gambar 2 Diagram regangan, tegangan, dan gaya dalam penampang kolom
Sumber: Amrinsyah Nasution 2009
Perencanaan balok berdasarkan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton
untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), yaitu:
1. Perencanaan kolom portal
Kolom struktur harus dikelompokkan sebagai rangka bergoyang atau
tidak bergoyang. Kolom suatu struktur dianggap tidak bergoyang bila
perbesaran momen-momen ujung akibat pengaruh orde-dua tidak melebihi 5%
dari momen-momen ujung orde-satu dan suatu tingkat pada struktur boleh
7
⁄
∑
tidak lebih besar dari
dianggap tidak bergoyang bila nilai
0,05.
2. Pengaruh kelangsingan kolom
Pengaruh kelangsingan pada komponen struktur tekan boleh diabaikan
jika memenuhi ketentuan sebagai berikut:
-
Portal tak bergoyang:
(21)
-
Portal bergoyang:
(22)
3. Tulangan minimum dan maksimum yang diizinkan dapat dihitung dengan
persamaan:
(23)
(24)
Pembebanan
Tahap perencanaan pembebanan untuk struktur bangunan tahan gempa
adalah perencanaan beban mati, beban hidup, dan beban gempa. Berdasarkan Tata
Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002)
struktur bangunan tahan gempa harus mampu menahan pembebanan/kuat perlu
dibawah ini:
U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E
(25)
Beban Mati
Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu bangunan yang
bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesinmesin, dan peralatan tetap yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari
gedung itu (SKBI-1.3.53.1987). Menurut Pedoman Perencanaan Pembebanan
untuk Rumah dan Gedung tahun 1987 beban mati pada struktur terbagi menjadi 2,
yaitu beban mati akibat material konstruksi dan beban mati akibat komponen
gedung. Beban mati akibat material konstruksi yang digunakan adalah beton
bertulang dengan berat material 2400 kg/ m3 sedangkan beban mati akibat
komponen gedung yang digunakan meliputi dinding pasangan bata merah
setengah batu dengan berat 250 kg/m2, berat langit-langit penggantung seesar
18 kg/m2, berat keramik sebesar 24 kg/m2, dan berat spesi 2 cm sebesar 42 kg/m2.
Beban Hidup
Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau
penggunaan suatu gedung dan kedalamnya termasuk beban-beban pada lantai
yang berasal dari barang–barang yang dapat berpindah, mesin-mesin, serta
peralatan yang tidak merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung dan
dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan
8
perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut (SKBI-1.3.53.1987). Beban
hidup yang digunakan pada struktur bangunan adalah beban beban lantai dan
tangga rumah tinggal sederhana sebesar 150 kg/m2 dan beban pekerja sebasar
100 kg/m2.
Beban Gempa
Beban gempa adalah suatu beban statik ekuivalen yang bekerja pada gedung
atau bagian gedung yang meniru pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu
(SKBI-1.3.53.1987). Besarnya beban gempa yang diterima struktur bangunan,
dipengaruhi oleh wilayah gempa, spektrum respon, jenis tanah, faktor keutamaan
gedung, daktilitas struktur gedung, arah pembebanan gempa, dan pembatas waktu
getar.
Perencanaan Struktur terhadap Gempa
Perencanaan struktur terhadap gempa berdasarkan Perencanaan Gempa
untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-1989) dengan metode analisis
beban gempa nominal statik ekuivalen dan analisis respons dinamik.
Metode Analisis Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen
Perencanaan struktur terhadap gempa berdasarkan Perencanaan Gempa
untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-1989) dengan metode analisis
beban gempa nominal statik ekuivalen dilakukan dengan tahapan:
- Menghitung Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekuivalen V yang Terjadi di
Tingkat Dasar
- Beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar
dapat dihitung menurut persamaan :
(26)
-
Beban geser dasar nominal (V) harus dibagikan sepanjang tinggi struktur
gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang
menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan :
∑
(27)
Metode Analisis Respons Dinamik
Metode analisis respon spektrum diawali dengan penentuan respon spektra
di permukaan tanah. Respon spektra adalah nilai yang menggambarkan respon
maksimum dari sistem berderajat-kebebasan-tunggal (SDOF) pada berbagai
frekuensi alami (periode alami) teredam akibat suatu goyangan tanah. Untuk
kebutuhan praktis, maka respon spektra percepatan dibuat dalam bentuk respon
spektra yang sudah disederhanakan (Peta Hazard Gempa Indonesia 2010).
9
Gambar 3 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 1,0 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
10
Gambar 4 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 0,2 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
11
Penentuan parameter respon spektra percepatan di permukaan tanah,
diperlukan faktor amplifikasi terkait spektra percepatan untuk periode pendek ( )
dan periode 1.0 detik ( ). Parameter respon spektra percepatan diperoleh dari
peta gempa Indonesia 2010 berdasarkan persamaan berikut:
(28)
(29)
Tabel 3 Koefisien periode pendek,
Klasifikasi Site
Batuan Keras (SA)
Batuan (SB)
Batuan Lunak (SC)
Tanah Sedang (SD)
Tanah Lunak (SE)
Tanah Khusus (SF)
0.8
1.0
1.2
1.6
2.5
SS
0.8
1.0
1.2
1.4
1.7
SS
0.8
1.0
1.1
1.2
1.2
SS
0.8
1.0
1.0
1.1
0.9
SS
0.8
1.0
1.0
1.0
0.9
SS
0.8
1.0
1.6
2.0
3.2
SS
0.8
1.0
1.5
1.8
2.8
SS
0.8
1.0
1.4
1.6
2.4
SS
0.8
1.0
1.3
1.5
2.4
SS
Sumber: Peta hazard gempa Indonesia 2010
Tabel 4 Koefisien periode 1.0 detik,
Klasifikasi Site
Batuan Keras (SA)
Batuan (SB)
Batuan Lunak (SC)
Tanah Sedang (SD)
Tanah Lunak (SE)
Tanah Khusus (SF)
0.8
1.0
1.7
2.4
3.5
SS
SS adalah lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis respon site spesifik.
Sumber: Peta hazard gempa Indonesia 2010
Parameter respon spektra desain, spektra percepatan desain untuk perioda
pendek dan perioda 1.0 detik dapat diperoleh melalui perumusan berikut ini:
(30)
(31)
Respon spektra desain di permukaan tanah dapat ditetapkan sesuai dengan
Gambar 5.
12
Gambar 5 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah
Sumber: Peta hazard gempa Indonesia 2010
Dimana:
1. Untuk periode lebih kecil dari
dari persamaan berikut:
, respon spektra percepatan,
didapatkan
(32)
2. Untuk periode lebih besar atau sama dengan , dan lebih kecil atau sama
dengan , respon spektra percepatan,
adalah sama dengan
.
3. Untuk periode lebih besar dari , respon spektra percepatan,
didapatkan
dari persamaan berikut:
(33)
Dengan
dan
METODE
Tempat dan Waktu
Penelitian dilakukan di lingkar kampus dan Departemen Teknik Sipil dan
Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilakukan pada bulan Februari
hingga bulan April 2013.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:
1. Denah bangunan struktur simetris.
2. Denah bangunan struktur tidak simetris.
3. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung
(SNI 03-1726-2002).
13
4. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung ( SNI 032847-2002).
5. Peta hazard Gempa Indonesia 2010.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:
1. Komputer/laptop
2. Software SAP 2000 versi 14
3. Software Autocad 2013
Prosedur Penelitian
Penelitian yang telah dilakukan terdiri dari beberapa tahapan, yaitu:
1. Pengumpulan data
Pengumpulan data dari peraturan SNI 03-1726-2002, SNI 03-2847-2002,
SKBI-1.3.53.1987, dan peta hazard gempa Indonesia 2010.
2. Pembuatan rancangan struktur
Pembuatan rancangan struktur yaitu pembuatan denah bangunan struktur
simetris dan tidak simetris. Perencanaan struktur portal 3D simetris dan tidak
simetris dilakukan berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk
Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002) dan Tata Cara Perhitungan
Struktur Beton untuk Bangunan Gedung ( SNI 03-2847-2002). Rancangan
struktur atap dibuat sama.
3. Pemodelan struktur
Pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris adalah perletakan
kolom dan balok serta sekat dinding dibuat berbeda. Pemodelan dilakukan
menggunakan Software SAP 2000 versi 14.
4. Pembuatan spektrum gempa
Pembuatan spektrum gempa menggunakan peta hazard gempa Indonesia 2010
dengan percepatan spektra periode 1.0 detik dan 0.2 detik.
5. Analisa pembebanan
Analisa pembebanan dilakukan dengan software SAP 2000 untuk
mendapatkan gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur. Beban yang
dianalisa meliputi beban mati, beban hidup, dan beban gempa.
6. Analisis struktur
Analisis struktur dilakukan setelah gaya-gaya dalam didapatkan untuk
menentukan jumlah tulangan kolom dan balok menggunakan sofeware SAP
2000.
7. Penyusunan laporal akhir
Penyusunan laporal akhir berisi seluruh hasil penelitian, gambar dan desaindesain struktur yang telah dilakukan.
Tahap-tahap perencanaan dan analisis perhitungan struktur pada tugas akhir ini
dapat dilihat pada Gambar 6.
14
MULAI
Pengumpulan
data
Peta gempa
2010
SNI 03-1726-2002
SNI 03-2847-2002
SKBI-1.3.53.1987
Pembuatan
spektrum gempa
Pembuatan rancangan struktur portal
3D simetris dan tidak simetris
Pemodelan struktur
Analisa
Pembebanan
Beban hidup
Beban mati
Beban gempa
-
- Beban kuda-kuda
- Beban mati tambahan
- Beban dinding
Statik ekuivalen
Respon spektrum
Analisis Struktur portal 3D simetris
dan tidak simetris dengan SAP 2000
Penyusunan
Laporan Akhir
SELESAI
Gambar 6 Diagram alir pelaksanaan penelitian
15
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perencanaan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
Perencanaan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris diawali dengan
pembuatan denah bangunan. Struktur portal 3D simetris dan tidak simetris
direncanakan 2 lantai dengan ukuran lebar 8 m dan panjang 10.5 m. kemudian
dilakukan perencanaan atap yang merupakan beban mati pada pemodelan struktur.
Pembuatan Denah Bangunan
Denah bangunan dibuat untuk menentukan fungsi bangunan dan posisi
balok dan kolom yang diperlukan dalam perencanaan. Denah bangunan ini
dijadikan pedoman dalam pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak
simetris. Sketsa denah bangunan struktur portal 3D simetris terlihat pada Gambar
7 dan Gambar 8, sedangkan sketsa denah bangunan struktur portal 3D tidak
simetris terlihat pada Gambar 9 dan Gambar 10.
Gambar 7 Sketsa denah struktur simetris lantai dasar
Gambar 7 merupakan sketsa denah lantai dasar struktur portal 3D simetris.
Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai dasar
terdiri dari 2 kamar tidur, ruang tamu, ruang makan, ruang keluarga, 2 kamar
mandi, dapur, dan gudang.
16
Gambar 8 Sketsa denah struktur simetris lantai 1
Gambar 8 merupakan sketsa denah lantai 1 struktur portal 3D simetris.
Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai 1 terdiri
dari 2 kamar tidur, ruang keluarga, 2 kamar mandi, perpustakaan, dan ruang teater.
Gambar 9 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai dasar
17
Gambar 9 merupakan sketsa denah lantai dasar struktur portal 3D tidak
simetris. Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai
dasar terdiri dari 2 kamar tidur, ruang tamu, ruang makan, ruang keluarga, 2
kamar mandi, dapur, dan ruang cuci dan jemur.
Gambar 10 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai 1
Gambar 10 merupakan sketsa denah lantai 1 struktur portal 3D tidak
simetris. Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai 1
terdiri dari 2 kamar tidur, ruang keluarga, kamar mandi, perpustakaan, ruang
kerja, gudang, dan ruang teater.
Perencanaan atap
Struktur atap direncanakan sama, menggunakan kuda-kuda dan gording dari
bahan kayu, dengan atap genteng. Kuda-kuda kayu mempunyai bentang 8 m, jarak
antar kuda-kuda 3.5 m, α 300, dan kayu kelas kuat II. Beban yang diperhitungkan
adalah beban mati, beban hidup, beban angin, dan beban air hujan. Pemodelan
struktur kuda-kuda dan panjang setiap batang kuda-kuda dapat dilihat pada
Lampiran 1.
Kuda-kuda direncanakan 3 perletakan berdasarkan pembebanan dan joint
restraints. Kuda-kuda perletakan 1 dan perletakan 2 direncanakan dengan
pembebanan yang sama tetapi perletakan 1 mempunyai 3 joint restraints dan
perletakan 2 mempunyai 2 join restraints. Perletakan 3 direncanakan dengan
pembebanan yang berbeda dengan 3 joint restraints. Dimensi gording yang
dipakai adalah 10/15 cm sesuai dengan SNI-03-2445-1991 yang diperoleh dari
18
analisa beban yang tersaji pada Lampiran 2a dan perhitungan dimensi gording
yang tersaji pada Lampiran 2b.
Perencanaan kuda-kuda direncanakan dengan kombinasi pembebanan
sebagai berikut:
1. Komb 1 = 1.4 D
2. Komb 2 = 1.2 D + 1.6 L
3. Komb 3 = 1.2 DL + 0.5 L ± 1.3 W
Hasil dari kombinasi pembebanan diperoleh reaksi perletakan pada ketiga
perletakan kuda-kuda. Reaksi perletakan kuda-kuda dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Reaksi perletakan kuda-kuda
perletakan
kuda-kuda
1
2
3
Perletakan
1
2
3
1
2
1
2
3
komb 1 komb 2 komb 3
8.75
33.8
8.75
25.65
25.65
7.91
21.09
7.91
10.36
37.65
10.36
29.19
29.19
10.31
25.42
10.31
9.13
30.97
7.21
24.61
22.7
8.29
19.99
7.11
Nilai yang paling tinggi dari kombinasi pembebanan dijadikan acuan untuk
memperoleh nilai gaya batang yang bekerja pada struktur kuda-kuda. Reaksi
perletakan terbesar adalah komb 2 pada perletakan kuda-kuda 2, sehingga
perhitungan gaya batang didasarkan pada komb 2 pada perletakan kuda-kuda 2.
Nilai gaya batang pada struktur kuda-kuda dapat dilihat pada Lampiran 3a.
Gaya batang terbesar digunakan untuk menghitung dimensi kuda-kuda.
Batang 23 memiliki gaya batang terbesar yaitu -14.93 KN. Gaya yang bekerja
pada batang 23 adalah gaya tekan, sehingga perencanaan didasarkan pada
perhitungan gaya tekan. Dari hasil analisis terhadap pembebanan yang bekerja
pada struktur kuda-kuda, dimensi kuda-kuda 8/10 cm (Abdurachman, 2006).
Perhitungan dimensi kuda dapat dilihat pada lampiran 3b.
Pemodelan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
Pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris menggunakan
beton bertulang dengan mutu beton K300 dengan dimensi kolom 0.5 m x 0.5 m
dan dimensi balok 0.45 m x 0.3 m. Bangunan terdiri dari 2 lantai dengan jarak
antar lantai 3.5 m, tebal ubin 1 cm, tebal spesi 2 cm, tebal pelat 12 cm. Bangunan
ini direncanakan pada daerah dengan beban gempa kuat dan jenis tanah lunak.
Pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris dilakukan
menggunakan SAP 2000 versi 14. Pendimensian kolom dan balok dilakukan
dengan mengacu pada syarat pendimensian kolom dan balok persegi.
19
Gambar 11 Pemodelan struktur portal 3D simetris
Gambar 11 merupakan pemodelan struktur portal 3D simetris. Sebelah kiri
merupakan bentuk 2D pemodelan struktur, dimana garis-garis pada gambar adalah
balok dan titik-titik pada gambar adalah kolom. Sebelah kanan merupakan bentuk
3D pemodelan struktur simetris.
Gambar 12 Pemodelan struktur portal 3D tidak simetris
Gambar 12 merupakan pemodelan struktur portal 3D tidak simetris. Sebelah
kiri merupakan bentuk 2D pemodelan struktur, dimana garis-garis pada gambar
adalah balok dan titik-titik pada gambar adalah kolom. Sebelah kanan merupakan
bentuk 3D pemodelan struktur simetris.
Pembuatan Spektrum Gempa
Pembuatan spektrum gempa struktur portal 3D simetris dan tidak simetris
berdasarkan peta hazard gempa Indonesia 2010. Pembuatan spektrum gempa pada
wilayah dengan beban gempa kuat dan jenis tanah lunak, salah satunya Provinsi
20
Bengkulu. Pembuatan spektrum gempa mengacu pada peta respon spektra
percepatan 1.0 detik (S1) dan 0.2 detik (Ss). Peta respon spektra percepatan 1.0
detik untuk wilayah Provinsi Bengkulu terlihat pada Gambar 13 dan peta respon
spektra percepatan 0.2 detik terlihat pada Gambar 14. Data yang diperoleh dari
peta gempa adalah nilai S1 dan nilai Ss. Nilai S1 dan Ss dijadikan acuan dalam
menentukan nilai faktor amplifikasi terkait spektra percepatan berdasarkan jenis
tanah, semakin lunak jenis tanah, semakin tinggi nilai faktor amplifikasi terkait
spektra percepatan. Pada jenis tanah yang sama, semakin tinggi nilai S1 dan Ss,
nilai faktor amplifikasi terkait spektra percepatan semakin kecil. Nilai S1 dijadikan
acuan dalam menentukan faktor amplifikasi terkait spektra percepatan untuk
periode 1.0 detik (Fv) dan nilai Ss dijadikan acuan untuk menentukan nilai periode
pendek (Fa). Nilai-nilai tersebut dijadikan penentuan parameter respon spektra
percepatan di permukaan tanah.
Gambar 13 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 1.0 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
Gambar 14 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 0.2 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
Desain spektrum gempa dapat dilihat pada Lampiran 4. Hasil desain
spektrum gempa adalah bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah
untuk wilayah Provinsi Bengkulu seperti tersaji pada Gambar 15.
21
1.800
1.600
1.400
Sa (g)
1.200
1.000
0.800
spectrum gempa
0.600
0.400
0.200
0.000
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
T (detik)
Gambar 15 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah untuk
wilayah Provinsi Bengkulu
Pembebanan Struktur
Pembebanan struktur meliputi pembebanan graviti dan pembebanan gempa.
Pembebanan gempa terdiri dari gempa statik ekuivalen dan gempa respon
spektrum.
Pembebanan Graviti
Pembebanan graviti struktur portal 3D simetris dan tidak simetris meliputi
beban atap, beban mati, beban hidup, beban dinding, dan mati tambahan pada
pelat lantai. Beban atap diambil dari reaksi perletakan pada struktur kuda-kuda.
Struktur simetris menggunakan kuda-kuda perletakan 1 dan perletakan 3,
sedangkan struktur tidak simetris menggunakan kuda-kuda perletakan 1,
perletakan 2, dan perletakan 3. Beban mati adalah beban sendiri struktur bangunan.
Nilai beban graviti struktur portal 3D simetris dan tidak simetris diperoleh
dari analisa pembebanan pada software SAP 2000 versi 14. Berat struktur portal
3D simetris dan tidak simetris dapat dilihat pada tabel 6 dan Tabel 7.
Tabel 6 Berat struktur portal 3D simetris
Lantai
2
Atap
Tinggi (m)
3.5
7
Berat lantai (KN)
1475.295
876.889
2352.184
22
Tabel 7 Berat struktur portal 3D tidak simetris
Lantai
2
Atap
Tinggi (m)
3.5
7
Berat lantai (KN)
1475.295
876.899
2352.194
Pembebanan Gempa
Pembebanan gempa dilakukan dengan metode analisis beban gempa statik
ekuivalen dan analisis respon dinamik.
1. Analisis beban gempa statik ekuivalen
Analisis beban gempa statik ekuivalen diawali dengan menghitung nilai
periode natural yang diizinkan berdasarkan peraturan SNI 03-1726-2003.
Analisis periode natural yang diizinkan untuk bangunan rumah tinggal 2 lantai
dengan struktur beton bertulang dan beban gempa kuat pada penelitian ini
adalah:
⁄
Nilai periode natural ini dijadikan acuan untuk menentukan kekakuan
suatu struktur bangunan. Nilai periode natural untuk struktur portal 3D
simetris sebesar 0.26530 detik dan nilai periode natural untuk struktur portal
3D tidak simetris sebesar 0.26522 detik.
Tabel 8 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen simetris
Lantai
2
Atap (a)
Tinggi (m)
3.5
7
(KN)
204.818
243.480
Tabel 8 merupakan nilai beban gempa nominal statik ekuivalen simetris
yang diperoleh dari perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan beban
gempa nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D simetris yang
tersaji pada Lampiran 5a.
Tabel 9 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen tidak simetris
Lantai
2
Atap (a)
Tinggi (m)
3.5
7
(KN)
204.818
243.483
Tabel 9 merupakan nilai beban gempa nominal statik ekuivalen tidak
simetris yang diperoleh dari perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan
beban gempa nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D tidak
simetris yang tersaji pada Lampiran 5b.
23
Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen struktur portal 3D simetris
dan tidak simetris diinput ke dalam program SAP 2000 versi 14, sehingga
didapatkan gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur.
2. Analisis respon dinamik
Analisis respon dinamik dilakukan dengan menginput nilai spektrum
gempa yang telah dibuat ke program SAP 2000 versi 14 seperti pada Gambar
16. Nilai spektrum gempa akan dianalisis pada program SAP 2000 versi 14
dan didapat nilai gaya-gaya dalam yang bekerja.
Gambar 16 Nilai spektrum gempa pada SAP 2000 versi 14
Kombinasi Pembebanan
Kombinasi pembebanan struktur pada penelitian ini meliputi kombinasi
pembebanan graviti, kombinasi pembebanan graviti dan gempa statik ekuivalen,
dan kombinasi pembebanan graviti dan respon spektra. Kombin
SIMETRIS TERHADAP BEBAN GEMPA KUAT
INDAH PUSPITA SARI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN L GK G
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INST T T PERTANIAN BOGO
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Struktur Portal
3D Simetris dan Tidak Simetris terhadap Beban Gempa Kuat adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Mei 2013
Indah Puspita Sari
NIM F44090053
ABSTRAK
INDAH PUSPITA SARI. Analisis Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
terhadap Beban Gempa Kuat. Dibimbing oleh SUTOYO dan MUHAMMAD
FAUZAN.
Perencanaan struktur rumah yang aman dan nyaman dari segala bahaya,
termasuk bencana alam, seperti gempa sangat diperlukan untuk meminimalisir
dampak buruk yang terjadi. Penelitian bertujuan merancang struktur portal 3D
simetris dan tidak simetris serta membandingkan kekuatannya terhadap beban
gempa kuat berdasarkan SNI 03-2847-2002 dan SNI 03-1726-2003. Metode
penelitian dilakukan dengan beberapa tahapan, yaitu studi pustaka, pemodelan
struktur portal 3D simetris dan tidak simetris menggunakan program SAP 2000
versi 14, pembuatan spektrum gempa berdasarkan peta hazard gempa Indonesia
2010, dan pengujian struktur terhadap beban gempa kuat menggunakan program
SAP 2000 versi 14. Hasil penelitian adalah struktur portal 3D simetris dan tidak
simetris 2 lantai, lebar 8 m, panjang 10.5 m, dimensi kolom 0.5 m x 0.5 m,
dimensi balok 0.45 m x 0.3 m, untuk semua kombinasi pembebanan nilai
pergeseran struktur, reaksi perletakan, dan jumlah tulangan struktur portal 3D
tidak simetris lebih besar dari struktur portal 3D simetris.
Kata kunci: gempa bumi, SNI 03-1726-2003, SNI 03-2847-2002, struktur portal
3D simetris dan tidak simetris
ABSTRACT
INDAH PUSPITA SARI. Analysis Of The Frame Structure 3D Symmetrical and
Not Symmetrical of Strong Earthquake Loads. Supervised by SUTOYO and
MUHAMMAD FAUZAN.
Safe and convenient house design from all hazards is indispensable,
nonetheless including the earthquake disaster to minimize its impact. The purpose
of this research is to design the frame structure 3D symmetrical and not
symmetrical and compare his strength with respect to the burden of strong
earthquake based on SNI 03-2847-2002 and SNI 03-1726-2003. Research
methods to be performed consists of several stages, namely a study library,
creation of the frame structure 3D symmetrical and not symmetrical using SAP
2000 program version 14, making the spektrum of earthquake based on seismic
hazard map of Indonesia 2010, and testing the structure against strong earthquake
loads using SAP 2000 program version 2. Research results is the frame structure
3D symmetrical and not symmetrical 2 floor, wide 8 m, long 10.5 m, the
dimensions of a column of 0.5 m x 0.5 m, the dimensions of a beam 0.45 m x 0.3
m, for all loads combination, the value of shear structure, reaction force, and
concrete reinforcement of the frame structure 3D not symmetrical is greater than
the frame structure 3D symmetrical.
Keywords: earthquake, SNI 03-1726-2003, SNI 03-2847-2002, the frame
structure 3D symmetrical and not symmetrical
ANALISIS STRUKTUR PORTAL 3D SIMETRIS DAN TIDAK
SIMETRIS TERHADAP BEBAN GEMPA KUAT
INDAH PUSPITA SARI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungn
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN L GK G
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INST T T PERTANIAN BOGO
2013
Judul Skripsi : Analisis Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris terhadap
Beban Gempa Kuat
Nama
: Indah Puspita Sari
NIM
: F44090053
Disetujui oleh
Sutoyo, S.TP., M. Si
Pembimbing I
M. Fauzan, S.T., M.T
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Yudi Chadirin, S.TP., M.Agr
Plh. Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini adalah
struktur dan infrastruktur, dengan judul Analisis Struktur Portal 3D Simetris dan
Tidak Simetris terhadap Beban Gempa Kuat.
Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Sutoyo, S.TP., M.Si dan
bapak Muhammad Fauzan, S.T., M.T selaku dosen pembimbing akademik yang
telah memberikan bimbingan, arahan, masukan, solusi, dan motivasi. Ucapan
terima kasih juga disampaikan kepada ibu, kakak, seluruh keluarga, dan semua
teman-teman atas segala doa, motivasi, dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Mei 2013
Indah Puspita Sari
DAFTAR ISI
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Struktur Bangunan
2
Pembebanan
7
Perencanaan Struktur terhadap Gempa
8
METODE
12
Tempat dan Waktu
12
Bahan
12
Alat
13
Prosedur Penelitian
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
15
Perencanaan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
15
Pemodelan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
18
Pembuatan Spektrum Gempa
19
Pembebanan Struktur
21
Analisis Struktur
24
SIMPULAN DAN SARAN
29
Simpulan
29
Saran
29
DAFTAR PUSTAKA
29
DAFTAR TABEL
Table 1 Rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton
3
Table 2 Tebal minimum pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung
3
Tabel 3 Koefisien periode pendek,
11
Tabel 4 Koefisien periode 1.0 detik,
11
Tabel 5 Reaksi perletakan kuda-kuda
18
Tabel 6 Berat struktur portal 3D simetris
21
Tabel 7 Berat struktur portal 3D tidak simetris
22
Tabel 8 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen simetris
22
Tabel 9 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen tidak simetris
22
Tabel 10 Gaya-gaya dalam maksimum dan penulangan balok
27
Tabel 11 Gaya-gaya dalam maksimum dan penulangan kolom
28
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Tegangan-regangan teoritis lentur penampang persegi empat
4
Gambar 2 Diagram regangan, tegangan, dan gaya dalam penampang kolom
6
Gambar 3 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 1,0 dtk)
9
Gambar 4 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 0,2 dtk)
10
Gambar 5 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah
12
Gambar 6 Diagram alir pelaksanaan penelitian
14
Gambar 7 Sketsa denah struktur simetris lantai dasar
15
Gambar 8 Sketsa denah struktur simetris lantai 1
16
Gambar 9 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai dasar
16
Gambar 10 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai 1
17
Gambar 11 Pemodelan struktur portal 3D simetris
19
Gambar 12 Pemodelan struktur portal 3D tidak simetris
19
Gambar 13 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 1.0 dtk)
20
Gambar 14 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 0.2 dtk)
20
Gambar 15 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah untuk
wilayah Provinsi Bengkulu
21
Gambar 16 Nilai spektrum gempa pada SAP 2000 versi 14
23
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1a Pemodelan struktur kuda-kuda dan panjang setiap batang kudakuda
31
Lampiran 1b Panjang setiap batang kuda-kuda
31
Lampiran 2a Perhitungan pembebanan struktur atap
32
Lampiran 2b Perhitungan dimensi gording
32
Lampiran 3a Nilai gaya batang pada struktur kuda-kuda
35
Lampiran 3b Pemodelan struktur kuda-kuda perletakan 1 dan perletakan 3
35
Lampiran 3c Pemodelan struktur kuda-kuda perletakan 2
36
Lampiran 3d Perhitungan dimensi kuda
36
Lampiran 4 Desain spektrum gempa
41
Lampiran 5a Perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan beban gempa
nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D simetris
42
Lampiran 5b Perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan beban gempa
nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D tidak
simetris
42
Lampiran 6 Titik-titik join lantai 1 dan lantai atap untuk struktur simetris
43
Lampiran 7a Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 1
44
Lampiran 7b Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 2
44
Lampiran 7c Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 3
45
Lampiran 7d Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 4
45
Lampiran 7e Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 5
46
Lampiran 7f Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 6
46
Lampiran 7g Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 7
47
Lampiran 7h Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 8
47
Lampiran 7i Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 9
48
Lampiran 7j Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 10
48
Lampiran 7k Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 11
49
Lampiran 7l Nilai pergeseran struktur simetris pada komb 12
Lampiran 8
Titik-titik join lantai 1 dan lantai atap untuk struktur tidak
simetris
49
50
Lampiran 9a Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 1
51
Lampiran 9b Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 2
51
Lampiran 9c Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 3
52
Lampiran 9d Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 4
52
Lampiran 9e Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 5
53
Lampiran 9f Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 6
53
Lampiran 9g Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 7
54
Lampiran 9h Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 8
54
Lampiran 9i Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 9
55
Lampiran 9j Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 10
55
Lampiran 9k Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 11
56
Lampiran 9l Nilai pergeseran struktur tidak simetris pada komb 12
56
Lampiran 10 Titik-titik join lantai dasar struktur simetris
57
Lampiran 11a Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 1
58
Lampiran 11b Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 2
58
Lampiran 11c Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 3
58
Lampiran 11d Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 4
59
Lampiran 11e Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 5
59
Lampiran 11f Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 6
59
Lampiran 11g Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 7
60
Lampiran 11h Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 8
60
Lampiran 11i Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 9
60
Lampiran 11j Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 10
61
Lampiran 11k Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 11
61
Lampiran 11l Nilai reaksi perletakan struktur simetris pada komb 12
61
Lampiran 12 Titik-titik join lantai dasar struktur tidak simetris
62
Lampiran 13a Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 1
63
Lampiran 13b Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 2
63
Lampiran 13c Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 3
63
Lampiran 13d Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 4
64
Lampiran 13e Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 5
64
Lampiran 13f Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 6
64
Lampiran 13g Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 7
65
Lampiran 13h Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 8
65
Lampiran 13i Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 9
65
Lampiran 13j Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 10
66
Lampiran 13k Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 11
66
Lampiran 13l Nilai reaksi perletakan struktur tidak simetris pada komb 12
66
Lampiran 14a Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
struktur simetris
67
Lampiran 14b Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
67
Lampiran 14c Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur simetris
67
Lampiran 15a Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
struktur simetris
68
Lampiran 15b Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
68
Lampiran 15c Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan respon spektrum struktur simetris
69
Lampiran 16a Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
70
Lampiran 16b Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur tidak simetris
70
Lampiran 16c Perhitungan penulangan lentur balok pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur tidak simetris
70
Lampiran 17a Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
71
Lampiran 17b Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
71
Lampiran 17c Perhitungan penulangan geser balok pada pembebanan graviti
dan respon spektrum struktur tidak simetris
72
Lampiran 18a Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
struktur simetris
73
Lampiran 18b
Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan
graviti dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
73
Lampiran 18c Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur simetris
73
Lampiran 19a Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
struktur simetris
74
Lampiran 19b Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur simetris
74
Lampiran 19c Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur simetris
75
Lampiran 20a Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
76
Lampiran 20b
Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan
graviti dan gempa statik ekuivalen struktur tidak simetris
76
Lampiran 20c Perhitungan penulangan lentur kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur tidak simetris
76
Lampiran 21a Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
struktur tidak simetris
77
Lampiran 20b Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa statik ekuivalen struktur tidak simetris
77
Lampiran 20c Perhitungan penulangan geser kolom pada pembebanan graviti
dan gempa respon spektrum struktur tidak simetris
78
Lampiran 22 Balok lantai 1 dan lantai atap pada struktur simetris
79
Lampiran 23a Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 1
80
Lampiran 23b Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 2
81
Lampiran 23c Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 3
82
Lampiran 23d Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 4
83
Lampiran 23e Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 5
84
Lampiran 23f Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 6
85
Lampiran 23g Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 7
86
Lampiran 23h Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 8
87
Lampiran 23i Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 9
88
Lampiran 23j Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 10
89
Lampiran 23k Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 11
90
Lampiran 23l Gaya dalam penampang balok struktur simetris pada komb 12
91
Lampiran 24 Balok lantai 1 dan lantai atap pada struktur tidak simetris
92
Lampiran 25a Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 1
93
Lampiran 25b Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 2
94
Lampiran 25c Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 3
95
Lampiran 25d Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 4
96
Lampiran 25e Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 5
97
Lampiran 25f Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 6
98
Lampiran 25g Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 7
99
Lampiran 25h Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 8
100
Lampiran 25i Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 9
101
Lampiran 25j Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 10
102
Lampiran 25k Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 11
103
Lampiran 25l Gaya dalam penampang balok struktur tidak simetris pada
komb 12
104
Lampiran 26 Penampang kolom dari sebelah kanan pada struktur simetris
105
Lampiran 27a Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 1
106
Lampiran 27b Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 2
107
Lampiran 27c Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 3
108
Lampiran 27d Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 4
109
Lampiran 27e Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 5
110
Lampiran 27f Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 6
111
Lampiran 27g Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 7
112
Lampiran 27h Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 8
113
Lampiran 27i Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 9
114
Lampiran 27j Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 10
115
Lampiran 27k Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 11
116
Lampiran 27l Gaya dalam penampang kolom struktur simetris pada komb 12
117
Lampiran 28
Penampang kolom dari sebelah kanan pada struktur tidak
simetris
118
Lampiran 29a Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 1
119
Lampiran 29b Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 2
120
Lampiran 29c Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 3
121
Lampiran 29d Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 4
122
Lampiran 29e Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 5
123
Lampiran 29f Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 6
124
Lampiran 29g Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 7
125
Lampiran 29h Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 8
126
Lampiran 29i Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 9
127
Lampiran 29j Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 10
128
Lampiran 29k Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 11
129
Lampiran 29l Gaya dalam penampang kolom struktur tidak simetris pada
komb 12
130
DAFTAR NOTASI
D
E
Ex
Ey
Esx
Esy
H
L
May
Mhy
MD
ML
Ms
Msx
Msy
Mt
Mtx
Mty
Mu
Qa
QD
: Luas tulangan yang dipakai
: Luas bruto penampang balok, mm2
: Luas tulangan tarik non-prategang yang dibutuhkan, mm2
: Luas tulangan tarik non-prategang maksimum yang dibutuhkan pada
kolom, mm2
: Luas tulangan tarik non-prategang minimum yang dibutuhkan pada
kolom, mm2
: Luas tulangan geser, mm2
: Luas tulangan geser minimum, mm2
: Nilai faktor respon gempa yang didapat dari spektrum respons gempa
rencana untuk waktu getar alami fudamental
: Beban mati
: Beban gempa
: Beban gempa statik ekuivalen searah sumbu x
: Beban gempa statik ekuivalen searah sumbu y
: Beban gempa respon spektrum searah sumbu x
: Beban gempa respon spektrum searah sumbu y
: Beban gempa nominal static ekuivalen yang menangkap pada pusat
massa lantai ke-i
: Koefisien perioda pendek
: Koefisien perioda 1.0 detik
: Tinggi bangunan, m
: Keutamaan struktur bangunan
: Inersia searah sumbu x
: Inersia searah sumbu y
: Beban hidup
: Momen beban angin pada atap searah sumbu y
: Momen beban air hujan pada atap searah sumbu y
: Momen beban mati pada atap
: Momen beban hidup pada atap
: Kuat momen nominal suatu penampang, N-mm
: Momen akibat beban sementara
: Momen akibat beban sementara searah sumbu x
: Momen akibat beban sementara searah sumbu y
: Momen akibat beban tetap
: Momen akibat beban tetap searah sumbu x
: Momen akibat beban tetap searah sumbu y
: Momen terfaktor pada penampang, N-mm
: Beban pekerja
: Beban vertikal total
: Daya dukung Tanah
: Beban angin pada atap
: Beban mati pada atap
Qh
T1
U
W
n
ℓu
: Beban air hujan pada atap
: Faktor reduksi gempa
: Koefisien ketahanan
: Respon spektra percepatan
: Respon spektra percepatan desain untuk perioda pendek
: Respon spektra percepatan desain untuk perioda 1.0 detik
: Parameter respon spektra percepatan desain untuk perioda pendek
: Parameter respon spektra percepatan desain untuk perioda 1.0 detik
: Nilai spektra percepatan untuk periode pendek 0.2 detik
: Nilai spektra percepatan untuk periode 1.0 detik
: Waktu getar alami fundamental
: Kuat perlu
: Beban geser dasar nominal statik ekuivalen yang terjadi di tingkat
dasar
: Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh beton
: Kuat geser nominal
: Kuat geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser
: Gaya geser terfaktor pada penampang yang ditinjau
: Beban angin
: Berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai
: Berat total struktur bangunan
: Ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral
: Tinggi blok tegangan
: Lebar badan penampang
: Jarak tekan terluar ke garis netral
: Jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik longitudinal
: Tinggi badan penampang balok kayu
: Kuat tekan beton yang disyaratkan, MPa
: Kuat leleh yang disyaratkan untuk tulangan non-prategang
: faktor panjang efektif
: Radius girasi suatu penempang komponen struktur tekan
: Spasi tulangan geser
: Faktor tekuk
: Jumlah tulangan
: Konstantayang merupakan fungsi dari kelas kuat beton
: Panjang efektif kolom
: Faktor reduksi kekuatan
: Rasio tulangan tarik non prategang
: Rasio tulangan tarik maksimum non prategang
: Rasio tulangan tarik minimum non prategang
: Konstanta yang tergantung pada peraturan perencanaan bangunan
yang digunakan, misalnya untuk IBC-2009 dan ASCE 7-10 dengan
gempa 2500 tahun menggunakan nilai µ sebesar 2/3 tahun
: Lendutan pada kayu
: Simpangan relatif antar tingkat orde-pertama pada tingkat yang
ditinjau akibat
: angka kelangsingan balok kayu
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pertumbuhan populasi manusia yang sangat cepat, menuntut pemenuhan
kebutuhan di semua sektor. Papan adalah salah satu sektor mutlak yang harus
dipenuhi manusia untuk kesejahteraan hidupnya. Pemenuhan kebutuhan papan ini
tidak hanya dari segi kuantitas, tetapi tuntutan kualitas yang meliputi kenyamanan
dan keamanan saat berada di dalam rumah juga harus diperhatikan. Kenyamanan
dan keamanan ini tidak hanya dari segi arsitektur tetapi juga keamanan terhadap
bencana alam yang mungkin akan terjadi, salah satunya adalah gempa bumi.
Gempa bumi (earthquake) adalah fenomena getaran yang dikaitkan
dengan hentakan pada kerak bumi (Agus, 2002). Ada beberapa hal yang
menyebabkan terjadinya gempa bumi, diantaranya akibat letusan gunung merapi
(gempa vulkanik) dan akibat kegiatan tektonik. Gempa bumi yang disebabkan
oleh kegiatan tektonik, seperti proses pembentukan gunung-gunung, gerakangerakan patahan lempeng bumi, dan tarikan atau tekanan bagian-bagian benua
yang besar. Indonesia merupakan Negara Kepulauan yang memiliki tingkat resiko
gempa yang cukup tinggi. Gempa bumi yang sering terjadi di Indonesia
disebabkan oleh kegiatan tektonik, yaitu gerakan-gerakan patahan lempeng bumi.
Gempa bumi tektonik yang sering terjadi di Indonesia ini dikarenakan wilayah
Indonesia berada diantara empat sistem tektonik yang aktif, yakni daerah batas
lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng Filipina, dan lempeng Pasifik.
Rumah tinggal yang aman dan nyaman tentulah sangat diinginkan calon
penghuni rumah. Selain rumah yang aman dari bahaya akibat ulah manusia,
desain rumah yang aman terhadap bencana alam, seperti gempa juga sangat
diperlukan. Perencanaan dan perancangan bangunan yang tahan gempa sangat
diperlukan untuk meminimalisir dampak yang ditimbulkan dari bencana gempa
bumi. Hasil pengamatan yang dilakukan Pusat Litbang terhadap rumah-rumah
yang mengalami kerusakan setelah digoncang oleh gempa bumi, kerusakan
bangunan yang terjadi pada umumnya akibat lemahnya sistem sambungan atau
pendetailannya. Pedoman pembangunan bangunan tahan gempa sudah disusun
oleh Pusat Penelitian dan Pengembangan Permukiman, Departemen Pekerjaan
Umum. Pedoman pembangunan bangunan tahan gempa lebih mengedepankan
untuk rumah-rumah yang simetris, sederhana, dan beraturan. Namun konstruksi
rumah tinggal sederhana di Indonesia masih banyak yang belum simetris dalam
penempatan posisi kolom dan balok. Skala gempa yang mampu ditahan konstruksi
rumah tinggal dalam petunjuk teknis ini belum diketahui. Untuk itu diperlukan
penelitian terhadap struktur rumah tinggal terhadap beban gempa kuat dengan
penempatan balok dan kolom simetris dan tidak simetris. Kelayakan struktur
rumah tinggal terhadap beban gempa kuat dinilai dari kemampuan konstruksi
bangunan menahan gaya gempa yang diberikan dalam radius gempa tertentu.
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Merancang struktur portal 3D simetris dan tidak simetris berdasarkan
peraturan pembangunan rumah tahan gempa, Tata Cara Perhitungan Struktur
Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), dan Standar
Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI
03– 1726 – 2002).
2. Membandingkan kekuatan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris
terhadap beban gempa kuat.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk mengetahui kekuatan struktur portal 3D simetris
dan tidak simetris terhadap beban gempa kuat.
TINJAUAN PUSTAKA
Struktur Bangunan
Struktur bangunan yang direncanakan adalah struktur portal 3D simetris dan
tidak simetris. Struktur simetris adalah struktur yang penempatan kolom dan balok
simetris terhadap sumbu-sumbu sketsa denah bangunan. Struktur tidak simetris
adalah struktur yang penempatan kolom dan balok tidak simetris terhadap sumbusumbu denah bangunan. Bangunan simetris dan tidak simetris pada penelitian ini
direncanakan dengan volume beton dan dimensi kolom serta balok yang sama,
tetapi penempatan balok dan kolom yang berbeda. Perencanaan struktur yang
dilakukan meliputi perencanaan plat, perencanaan balok, dan perencanaan kolom.
Perencanaan Plat
Perencanaan pelat berdasarkan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton
untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), yaitu:
a. Sistem pelat satu arah
1. Pada pelat struktural dimana tulangan lenturnya terpasang dalam satu arah
saja, harus disediakan tulangan susut dan suhu yang arahnya tegak lurus
terhadap tulangan lentur tersebut.
2. Tulangan ulir yang digunakan sebagai tulangan susut dan suhu harus
memenuhi ketentuan:
1) Tulangan susut dan suhu harus paling sedikit memiliki rasio luas
tulangan terhadap luas bruto penampang beton seperti Tabel 1,
tetapi tidak kurang dari 0,0014.
2) Tulangan susut dan suhu harus dipasang dengan jarak tidak lebih
dari lima kali tebal pelat, atau 450 mm.
3
Table 1 Rasio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton
Jenis pelat
Pelat yang menggunakan batang tulangan ulir
mutu 300
Pelat yang menggunakan batang tulangan ulir
atau jaring kawat las (polos atau ulir) mutu 400
Pelat yang menggunakan tulangan dengan
tegangan leleh melebihi 400 MPa yang diukur
pada regangan leleh sebesar 0,35%
Rasio
0,0020
0,0018
0,0018 x 400/ y f
Sumber: SNI-03-2847-2002
3. Tebal minimum pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung dapat dilihat
pada Tabel 2.
Table 2 Tebal minimum pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung
Tebal minimum, h
Komponen
struktur
Pelat masif
satu arah
Balok atau
pelat rusuk
satu arah
Dua
Satu ujung
Kedua ujung
Kantilever
tumpuan
menerus
menerus
sederhana
Komponen yang tidak menahan atau tidak disatukan dengan
partisi atau konstruksi lain yang mungkin akan rusak oleh
lendutan yang besar
⁄
⁄
Sumber: SNI-03-2847-2002
⁄
⁄
⁄
⁄
⁄
⁄
b. Sistem pelat dua arah
1. Tebal minimum pelat tanpa penebalan adalah 120 mm
2. Rasio tulangan untuk menahan lentur dapat dihitung dengan persamaan:
(1)
(2)
3. Luas tulangan yang diperlukan dapat dihitung dengan persamaan:
(3)
4. Nilai momen nominal dapat dihitung dengan persamaan:
(4)
4
Perencanaan Balok
Perencanaan balok meliputi perhitungan tulangan lentur, perhitungan
tulangan geser, dan perhitungan tulangan puntir.
1. Perhitungan penulangan lentur
Gambar 1 Tegangan-regangan teoritis lentur penampang persegi empat
Sumber: Amrinsyah Nasution 2009
Ketentuan tegangan-regangan pada balok seperti pada Gambar 1,
dimana:
(5)
(6)
(7)
Besarnya momen nominal penampang menggunakan balok tegangan
ekuivalen adalah =
Faktor
harus diambil sebesar 0,85 untuk beton dengan nilai kuat
tekan
lebih kecil daripada atau sama dengan 30 MPa. Beton dengan nilai
kuat tekan di atas 30 MPa,
harus direduksi sebesar 0,05 untuk setiap
kelebihan 7 MPa di atas 30 MPa, tetapi
tidak boleh diambil kurang dari
0,65.
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
5
(
)
(13)
(14)
(15)
2. Perhitungan penulangan geser
Berdasarkan SNI-03-2847-2002, perencanaan penampang terhadap
geser harus didasarkan pada persamaan:
(16)
(17)
√
(18)
(19)
Spasi tulangan geser yang dipasang tegak lurus terhadap sumbu aksial
komponen struktur tidak boleh melebihi d/2 untuk komponen struktur nonprategang dan (3/4)h untuk komponen struktur prategang, atau 600 mm.
Luas tulangan geser minimum untuk komponen struktur prategang dan
komponen struktur non-prategang diperoleh dari persamaan:
(20)
Perencanaan Kolom
Perencanaan kolom dilakukan dengan asumsi-asumsi, yaitu:
1. Regangan berbanding langsung dengan jarak dari sumbu netral.
2. Regangan tekan maksimum yang digunakan sebesar 0.003.
3. Tegangan dalam tulangan dibawah kuat leleh yang ditentukan.
4. Distribusi tegangan tekan dianggap suatu distribusi tegangan ekuivalen.
Diagram regangan, tegangan, dan gaya dalam penampang kolom dapat
dilihat pada Gambar 2.
6
Gambar 2 Diagram regangan, tegangan, dan gaya dalam penampang kolom
Sumber: Amrinsyah Nasution 2009
Perencanaan balok berdasarkan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton
untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), yaitu:
1. Perencanaan kolom portal
Kolom struktur harus dikelompokkan sebagai rangka bergoyang atau
tidak bergoyang. Kolom suatu struktur dianggap tidak bergoyang bila
perbesaran momen-momen ujung akibat pengaruh orde-dua tidak melebihi 5%
dari momen-momen ujung orde-satu dan suatu tingkat pada struktur boleh
7
⁄
∑
tidak lebih besar dari
dianggap tidak bergoyang bila nilai
0,05.
2. Pengaruh kelangsingan kolom
Pengaruh kelangsingan pada komponen struktur tekan boleh diabaikan
jika memenuhi ketentuan sebagai berikut:
-
Portal tak bergoyang:
(21)
-
Portal bergoyang:
(22)
3. Tulangan minimum dan maksimum yang diizinkan dapat dihitung dengan
persamaan:
(23)
(24)
Pembebanan
Tahap perencanaan pembebanan untuk struktur bangunan tahan gempa
adalah perencanaan beban mati, beban hidup, dan beban gempa. Berdasarkan Tata
Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002)
struktur bangunan tahan gempa harus mampu menahan pembebanan/kuat perlu
dibawah ini:
U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E
(25)
Beban Mati
Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu bangunan yang
bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesinmesin, dan peralatan tetap yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari
gedung itu (SKBI-1.3.53.1987). Menurut Pedoman Perencanaan Pembebanan
untuk Rumah dan Gedung tahun 1987 beban mati pada struktur terbagi menjadi 2,
yaitu beban mati akibat material konstruksi dan beban mati akibat komponen
gedung. Beban mati akibat material konstruksi yang digunakan adalah beton
bertulang dengan berat material 2400 kg/ m3 sedangkan beban mati akibat
komponen gedung yang digunakan meliputi dinding pasangan bata merah
setengah batu dengan berat 250 kg/m2, berat langit-langit penggantung seesar
18 kg/m2, berat keramik sebesar 24 kg/m2, dan berat spesi 2 cm sebesar 42 kg/m2.
Beban Hidup
Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau
penggunaan suatu gedung dan kedalamnya termasuk beban-beban pada lantai
yang berasal dari barang–barang yang dapat berpindah, mesin-mesin, serta
peralatan yang tidak merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung dan
dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan
8
perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut (SKBI-1.3.53.1987). Beban
hidup yang digunakan pada struktur bangunan adalah beban beban lantai dan
tangga rumah tinggal sederhana sebesar 150 kg/m2 dan beban pekerja sebasar
100 kg/m2.
Beban Gempa
Beban gempa adalah suatu beban statik ekuivalen yang bekerja pada gedung
atau bagian gedung yang meniru pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu
(SKBI-1.3.53.1987). Besarnya beban gempa yang diterima struktur bangunan,
dipengaruhi oleh wilayah gempa, spektrum respon, jenis tanah, faktor keutamaan
gedung, daktilitas struktur gedung, arah pembebanan gempa, dan pembatas waktu
getar.
Perencanaan Struktur terhadap Gempa
Perencanaan struktur terhadap gempa berdasarkan Perencanaan Gempa
untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-1989) dengan metode analisis
beban gempa nominal statik ekuivalen dan analisis respons dinamik.
Metode Analisis Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen
Perencanaan struktur terhadap gempa berdasarkan Perencanaan Gempa
untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-1989) dengan metode analisis
beban gempa nominal statik ekuivalen dilakukan dengan tahapan:
- Menghitung Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekuivalen V yang Terjadi di
Tingkat Dasar
- Beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar
dapat dihitung menurut persamaan :
(26)
-
Beban geser dasar nominal (V) harus dibagikan sepanjang tinggi struktur
gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang
menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan :
∑
(27)
Metode Analisis Respons Dinamik
Metode analisis respon spektrum diawali dengan penentuan respon spektra
di permukaan tanah. Respon spektra adalah nilai yang menggambarkan respon
maksimum dari sistem berderajat-kebebasan-tunggal (SDOF) pada berbagai
frekuensi alami (periode alami) teredam akibat suatu goyangan tanah. Untuk
kebutuhan praktis, maka respon spektra percepatan dibuat dalam bentuk respon
spektra yang sudah disederhanakan (Peta Hazard Gempa Indonesia 2010).
9
Gambar 3 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 1,0 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
10
Gambar 4 Peta wilayah gempa Indonesia (T = 0,2 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
11
Penentuan parameter respon spektra percepatan di permukaan tanah,
diperlukan faktor amplifikasi terkait spektra percepatan untuk periode pendek ( )
dan periode 1.0 detik ( ). Parameter respon spektra percepatan diperoleh dari
peta gempa Indonesia 2010 berdasarkan persamaan berikut:
(28)
(29)
Tabel 3 Koefisien periode pendek,
Klasifikasi Site
Batuan Keras (SA)
Batuan (SB)
Batuan Lunak (SC)
Tanah Sedang (SD)
Tanah Lunak (SE)
Tanah Khusus (SF)
0.8
1.0
1.2
1.6
2.5
SS
0.8
1.0
1.2
1.4
1.7
SS
0.8
1.0
1.1
1.2
1.2
SS
0.8
1.0
1.0
1.1
0.9
SS
0.8
1.0
1.0
1.0
0.9
SS
0.8
1.0
1.6
2.0
3.2
SS
0.8
1.0
1.5
1.8
2.8
SS
0.8
1.0
1.4
1.6
2.4
SS
0.8
1.0
1.3
1.5
2.4
SS
Sumber: Peta hazard gempa Indonesia 2010
Tabel 4 Koefisien periode 1.0 detik,
Klasifikasi Site
Batuan Keras (SA)
Batuan (SB)
Batuan Lunak (SC)
Tanah Sedang (SD)
Tanah Lunak (SE)
Tanah Khusus (SF)
0.8
1.0
1.7
2.4
3.5
SS
SS adalah lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis respon site spesifik.
Sumber: Peta hazard gempa Indonesia 2010
Parameter respon spektra desain, spektra percepatan desain untuk perioda
pendek dan perioda 1.0 detik dapat diperoleh melalui perumusan berikut ini:
(30)
(31)
Respon spektra desain di permukaan tanah dapat ditetapkan sesuai dengan
Gambar 5.
12
Gambar 5 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah
Sumber: Peta hazard gempa Indonesia 2010
Dimana:
1. Untuk periode lebih kecil dari
dari persamaan berikut:
, respon spektra percepatan,
didapatkan
(32)
2. Untuk periode lebih besar atau sama dengan , dan lebih kecil atau sama
dengan , respon spektra percepatan,
adalah sama dengan
.
3. Untuk periode lebih besar dari , respon spektra percepatan,
didapatkan
dari persamaan berikut:
(33)
Dengan
dan
METODE
Tempat dan Waktu
Penelitian dilakukan di lingkar kampus dan Departemen Teknik Sipil dan
Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilakukan pada bulan Februari
hingga bulan April 2013.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:
1. Denah bangunan struktur simetris.
2. Denah bangunan struktur tidak simetris.
3. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung
(SNI 03-1726-2002).
13
4. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung ( SNI 032847-2002).
5. Peta hazard Gempa Indonesia 2010.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:
1. Komputer/laptop
2. Software SAP 2000 versi 14
3. Software Autocad 2013
Prosedur Penelitian
Penelitian yang telah dilakukan terdiri dari beberapa tahapan, yaitu:
1. Pengumpulan data
Pengumpulan data dari peraturan SNI 03-1726-2002, SNI 03-2847-2002,
SKBI-1.3.53.1987, dan peta hazard gempa Indonesia 2010.
2. Pembuatan rancangan struktur
Pembuatan rancangan struktur yaitu pembuatan denah bangunan struktur
simetris dan tidak simetris. Perencanaan struktur portal 3D simetris dan tidak
simetris dilakukan berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk
Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002) dan Tata Cara Perhitungan
Struktur Beton untuk Bangunan Gedung ( SNI 03-2847-2002). Rancangan
struktur atap dibuat sama.
3. Pemodelan struktur
Pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris adalah perletakan
kolom dan balok serta sekat dinding dibuat berbeda. Pemodelan dilakukan
menggunakan Software SAP 2000 versi 14.
4. Pembuatan spektrum gempa
Pembuatan spektrum gempa menggunakan peta hazard gempa Indonesia 2010
dengan percepatan spektra periode 1.0 detik dan 0.2 detik.
5. Analisa pembebanan
Analisa pembebanan dilakukan dengan software SAP 2000 untuk
mendapatkan gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur. Beban yang
dianalisa meliputi beban mati, beban hidup, dan beban gempa.
6. Analisis struktur
Analisis struktur dilakukan setelah gaya-gaya dalam didapatkan untuk
menentukan jumlah tulangan kolom dan balok menggunakan sofeware SAP
2000.
7. Penyusunan laporal akhir
Penyusunan laporal akhir berisi seluruh hasil penelitian, gambar dan desaindesain struktur yang telah dilakukan.
Tahap-tahap perencanaan dan analisis perhitungan struktur pada tugas akhir ini
dapat dilihat pada Gambar 6.
14
MULAI
Pengumpulan
data
Peta gempa
2010
SNI 03-1726-2002
SNI 03-2847-2002
SKBI-1.3.53.1987
Pembuatan
spektrum gempa
Pembuatan rancangan struktur portal
3D simetris dan tidak simetris
Pemodelan struktur
Analisa
Pembebanan
Beban hidup
Beban mati
Beban gempa
-
- Beban kuda-kuda
- Beban mati tambahan
- Beban dinding
Statik ekuivalen
Respon spektrum
Analisis Struktur portal 3D simetris
dan tidak simetris dengan SAP 2000
Penyusunan
Laporan Akhir
SELESAI
Gambar 6 Diagram alir pelaksanaan penelitian
15
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perencanaan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
Perencanaan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris diawali dengan
pembuatan denah bangunan. Struktur portal 3D simetris dan tidak simetris
direncanakan 2 lantai dengan ukuran lebar 8 m dan panjang 10.5 m. kemudian
dilakukan perencanaan atap yang merupakan beban mati pada pemodelan struktur.
Pembuatan Denah Bangunan
Denah bangunan dibuat untuk menentukan fungsi bangunan dan posisi
balok dan kolom yang diperlukan dalam perencanaan. Denah bangunan ini
dijadikan pedoman dalam pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak
simetris. Sketsa denah bangunan struktur portal 3D simetris terlihat pada Gambar
7 dan Gambar 8, sedangkan sketsa denah bangunan struktur portal 3D tidak
simetris terlihat pada Gambar 9 dan Gambar 10.
Gambar 7 Sketsa denah struktur simetris lantai dasar
Gambar 7 merupakan sketsa denah lantai dasar struktur portal 3D simetris.
Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai dasar
terdiri dari 2 kamar tidur, ruang tamu, ruang makan, ruang keluarga, 2 kamar
mandi, dapur, dan gudang.
16
Gambar 8 Sketsa denah struktur simetris lantai 1
Gambar 8 merupakan sketsa denah lantai 1 struktur portal 3D simetris.
Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai 1 terdiri
dari 2 kamar tidur, ruang keluarga, 2 kamar mandi, perpustakaan, dan ruang teater.
Gambar 9 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai dasar
17
Gambar 9 merupakan sketsa denah lantai dasar struktur portal 3D tidak
simetris. Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai
dasar terdiri dari 2 kamar tidur, ruang tamu, ruang makan, ruang keluarga, 2
kamar mandi, dapur, dan ruang cuci dan jemur.
Gambar 10 Sketsa denah struktur tidak simetris lantai 1
Gambar 10 merupakan sketsa denah lantai 1 struktur portal 3D tidak
simetris. Dimensi bangunan direncanakan panjang 10.5 m dan lebar 8 m. Lantai 1
terdiri dari 2 kamar tidur, ruang keluarga, kamar mandi, perpustakaan, ruang
kerja, gudang, dan ruang teater.
Perencanaan atap
Struktur atap direncanakan sama, menggunakan kuda-kuda dan gording dari
bahan kayu, dengan atap genteng. Kuda-kuda kayu mempunyai bentang 8 m, jarak
antar kuda-kuda 3.5 m, α 300, dan kayu kelas kuat II. Beban yang diperhitungkan
adalah beban mati, beban hidup, beban angin, dan beban air hujan. Pemodelan
struktur kuda-kuda dan panjang setiap batang kuda-kuda dapat dilihat pada
Lampiran 1.
Kuda-kuda direncanakan 3 perletakan berdasarkan pembebanan dan joint
restraints. Kuda-kuda perletakan 1 dan perletakan 2 direncanakan dengan
pembebanan yang sama tetapi perletakan 1 mempunyai 3 joint restraints dan
perletakan 2 mempunyai 2 join restraints. Perletakan 3 direncanakan dengan
pembebanan yang berbeda dengan 3 joint restraints. Dimensi gording yang
dipakai adalah 10/15 cm sesuai dengan SNI-03-2445-1991 yang diperoleh dari
18
analisa beban yang tersaji pada Lampiran 2a dan perhitungan dimensi gording
yang tersaji pada Lampiran 2b.
Perencanaan kuda-kuda direncanakan dengan kombinasi pembebanan
sebagai berikut:
1. Komb 1 = 1.4 D
2. Komb 2 = 1.2 D + 1.6 L
3. Komb 3 = 1.2 DL + 0.5 L ± 1.3 W
Hasil dari kombinasi pembebanan diperoleh reaksi perletakan pada ketiga
perletakan kuda-kuda. Reaksi perletakan kuda-kuda dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Reaksi perletakan kuda-kuda
perletakan
kuda-kuda
1
2
3
Perletakan
1
2
3
1
2
1
2
3
komb 1 komb 2 komb 3
8.75
33.8
8.75
25.65
25.65
7.91
21.09
7.91
10.36
37.65
10.36
29.19
29.19
10.31
25.42
10.31
9.13
30.97
7.21
24.61
22.7
8.29
19.99
7.11
Nilai yang paling tinggi dari kombinasi pembebanan dijadikan acuan untuk
memperoleh nilai gaya batang yang bekerja pada struktur kuda-kuda. Reaksi
perletakan terbesar adalah komb 2 pada perletakan kuda-kuda 2, sehingga
perhitungan gaya batang didasarkan pada komb 2 pada perletakan kuda-kuda 2.
Nilai gaya batang pada struktur kuda-kuda dapat dilihat pada Lampiran 3a.
Gaya batang terbesar digunakan untuk menghitung dimensi kuda-kuda.
Batang 23 memiliki gaya batang terbesar yaitu -14.93 KN. Gaya yang bekerja
pada batang 23 adalah gaya tekan, sehingga perencanaan didasarkan pada
perhitungan gaya tekan. Dari hasil analisis terhadap pembebanan yang bekerja
pada struktur kuda-kuda, dimensi kuda-kuda 8/10 cm (Abdurachman, 2006).
Perhitungan dimensi kuda dapat dilihat pada lampiran 3b.
Pemodelan Struktur Portal 3D Simetris dan Tidak Simetris
Pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris menggunakan
beton bertulang dengan mutu beton K300 dengan dimensi kolom 0.5 m x 0.5 m
dan dimensi balok 0.45 m x 0.3 m. Bangunan terdiri dari 2 lantai dengan jarak
antar lantai 3.5 m, tebal ubin 1 cm, tebal spesi 2 cm, tebal pelat 12 cm. Bangunan
ini direncanakan pada daerah dengan beban gempa kuat dan jenis tanah lunak.
Pemodelan struktur portal 3D simetris dan tidak simetris dilakukan
menggunakan SAP 2000 versi 14. Pendimensian kolom dan balok dilakukan
dengan mengacu pada syarat pendimensian kolom dan balok persegi.
19
Gambar 11 Pemodelan struktur portal 3D simetris
Gambar 11 merupakan pemodelan struktur portal 3D simetris. Sebelah kiri
merupakan bentuk 2D pemodelan struktur, dimana garis-garis pada gambar adalah
balok dan titik-titik pada gambar adalah kolom. Sebelah kanan merupakan bentuk
3D pemodelan struktur simetris.
Gambar 12 Pemodelan struktur portal 3D tidak simetris
Gambar 12 merupakan pemodelan struktur portal 3D tidak simetris. Sebelah
kiri merupakan bentuk 2D pemodelan struktur, dimana garis-garis pada gambar
adalah balok dan titik-titik pada gambar adalah kolom. Sebelah kanan merupakan
bentuk 3D pemodelan struktur simetris.
Pembuatan Spektrum Gempa
Pembuatan spektrum gempa struktur portal 3D simetris dan tidak simetris
berdasarkan peta hazard gempa Indonesia 2010. Pembuatan spektrum gempa pada
wilayah dengan beban gempa kuat dan jenis tanah lunak, salah satunya Provinsi
20
Bengkulu. Pembuatan spektrum gempa mengacu pada peta respon spektra
percepatan 1.0 detik (S1) dan 0.2 detik (Ss). Peta respon spektra percepatan 1.0
detik untuk wilayah Provinsi Bengkulu terlihat pada Gambar 13 dan peta respon
spektra percepatan 0.2 detik terlihat pada Gambar 14. Data yang diperoleh dari
peta gempa adalah nilai S1 dan nilai Ss. Nilai S1 dan Ss dijadikan acuan dalam
menentukan nilai faktor amplifikasi terkait spektra percepatan berdasarkan jenis
tanah, semakin lunak jenis tanah, semakin tinggi nilai faktor amplifikasi terkait
spektra percepatan. Pada jenis tanah yang sama, semakin tinggi nilai S1 dan Ss,
nilai faktor amplifikasi terkait spektra percepatan semakin kecil. Nilai S1 dijadikan
acuan dalam menentukan faktor amplifikasi terkait spektra percepatan untuk
periode 1.0 detik (Fv) dan nilai Ss dijadikan acuan untuk menentukan nilai periode
pendek (Fa). Nilai-nilai tersebut dijadikan penentuan parameter respon spektra
percepatan di permukaan tanah.
Gambar 13 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 1.0 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
Gambar 14 Peta wilayah gempa Bengkulu (T = 0.2 dtk)
Sumber: Peta hazard gempa, Departemen Pekerjaan Umum 2010
Desain spektrum gempa dapat dilihat pada Lampiran 4. Hasil desain
spektrum gempa adalah bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah
untuk wilayah Provinsi Bengkulu seperti tersaji pada Gambar 15.
21
1.800
1.600
1.400
Sa (g)
1.200
1.000
0.800
spectrum gempa
0.600
0.400
0.200
0.000
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
T (detik)
Gambar 15 Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah untuk
wilayah Provinsi Bengkulu
Pembebanan Struktur
Pembebanan struktur meliputi pembebanan graviti dan pembebanan gempa.
Pembebanan gempa terdiri dari gempa statik ekuivalen dan gempa respon
spektrum.
Pembebanan Graviti
Pembebanan graviti struktur portal 3D simetris dan tidak simetris meliputi
beban atap, beban mati, beban hidup, beban dinding, dan mati tambahan pada
pelat lantai. Beban atap diambil dari reaksi perletakan pada struktur kuda-kuda.
Struktur simetris menggunakan kuda-kuda perletakan 1 dan perletakan 3,
sedangkan struktur tidak simetris menggunakan kuda-kuda perletakan 1,
perletakan 2, dan perletakan 3. Beban mati adalah beban sendiri struktur bangunan.
Nilai beban graviti struktur portal 3D simetris dan tidak simetris diperoleh
dari analisa pembebanan pada software SAP 2000 versi 14. Berat struktur portal
3D simetris dan tidak simetris dapat dilihat pada tabel 6 dan Tabel 7.
Tabel 6 Berat struktur portal 3D simetris
Lantai
2
Atap
Tinggi (m)
3.5
7
Berat lantai (KN)
1475.295
876.889
2352.184
22
Tabel 7 Berat struktur portal 3D tidak simetris
Lantai
2
Atap
Tinggi (m)
3.5
7
Berat lantai (KN)
1475.295
876.899
2352.194
Pembebanan Gempa
Pembebanan gempa dilakukan dengan metode analisis beban gempa statik
ekuivalen dan analisis respon dinamik.
1. Analisis beban gempa statik ekuivalen
Analisis beban gempa statik ekuivalen diawali dengan menghitung nilai
periode natural yang diizinkan berdasarkan peraturan SNI 03-1726-2003.
Analisis periode natural yang diizinkan untuk bangunan rumah tinggal 2 lantai
dengan struktur beton bertulang dan beban gempa kuat pada penelitian ini
adalah:
⁄
Nilai periode natural ini dijadikan acuan untuk menentukan kekakuan
suatu struktur bangunan. Nilai periode natural untuk struktur portal 3D
simetris sebesar 0.26530 detik dan nilai periode natural untuk struktur portal
3D tidak simetris sebesar 0.26522 detik.
Tabel 8 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen simetris
Lantai
2
Atap (a)
Tinggi (m)
3.5
7
(KN)
204.818
243.480
Tabel 8 merupakan nilai beban gempa nominal statik ekuivalen simetris
yang diperoleh dari perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan beban
gempa nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D simetris yang
tersaji pada Lampiran 5a.
Tabel 9 Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen tidak simetris
Lantai
2
Atap (a)
Tinggi (m)
3.5
7
(KN)
204.818
243.483
Tabel 9 merupakan nilai beban gempa nominal statik ekuivalen tidak
simetris yang diperoleh dari perhitungan beban geser dasar nominal (V) dan
beban gempa nominal statik ekuivalen (Fi) untuk struktur portal 3D tidak
simetris yang tersaji pada Lampiran 5b.
23
Nilai beban gempa nominal statik ekuivalen struktur portal 3D simetris
dan tidak simetris diinput ke dalam program SAP 2000 versi 14, sehingga
didapatkan gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur.
2. Analisis respon dinamik
Analisis respon dinamik dilakukan dengan menginput nilai spektrum
gempa yang telah dibuat ke program SAP 2000 versi 14 seperti pada Gambar
16. Nilai spektrum gempa akan dianalisis pada program SAP 2000 versi 14
dan didapat nilai gaya-gaya dalam yang bekerja.
Gambar 16 Nilai spektrum gempa pada SAP 2000 versi 14
Kombinasi Pembebanan
Kombinasi pembebanan struktur pada penelitian ini meliputi kombinasi
pembebanan graviti, kombinasi pembebanan graviti dan gempa statik ekuivalen,
dan kombinasi pembebanan graviti dan respon spektra. Kombin