Desain Tahan Gempa Gedung Struktur Beton Bertulang Penahan Momen Khusus Berdasarkan "Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002" dan "Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung SNI 03-2847-2002".

DESAIN TAHAN GEMPA GEDUNG STRUKTUR BETON

BERTULANG PENAHAN MOMEN KHUSUS BERDASARKAN

“TATA CARA PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA

UNTUK BANGUNAN GEDUNG SNI 03-1726-2002” DAN

“TATA CARA PERENCANAAN STRUKTUR BETON UNTUK

BANGUNAN GEDUNG SNI 03-2847-2002”

Serly Mariani

NRP : 0021110

Pembimbing : Djoni Simanta, Ir., MT FAKULTAS TEKNIK JURUSAN SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

ABSTRAK

Indonesia termasuk daerah dengan tingkat resiko gempa yang cukup tinggi. Karena itu diperlukan desain bangunan dengan struktur yang tahan gempa. Untuk dapat mendesain bangunan struktur beton bertulang yang tahan gempa, diperlukan peraturan-peraturan, yang mana sekarang ini mengacu pada peraturan-peraturan baru yaitu “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002”. Dalam peraturan-peraturan tersebut, ada 3 jenis sistem rangka yang dapat digunakan sesuai dengan tingkat resiko gempa untuk masing-masing daerah. Di dalam tugas akhir ini, akan dibahas mengenai analisis dan desain tahan gempa untuk daerah dengan resiko gempa yang tinggi, sehingga harus menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus. Desain terhadap struktur tersebut menggunakan dua cara yaitu menggunakan ETABS dan cara manual (langkah demi langkah) dengan bantuan program-program lainnya seperti Mathcad, PCACOL, GRASP dan Auto CAD.

Selain memperoleh hasil analisis dan desain, kelebihan dan kekurangan program ETABS sebagai program utama serta kecocokan hasil ETABS dengan cara manual juga dapat dilihat.

DAFTAR ISI

Halaman

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ...i

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ...ii

ABSTRAK ...iii

PRAKATA ...iv

DAFTAR ISI ...vi

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ...ix

DAFTAR GAMBAR ...xx

DAFTAR TABEL ...xxii

DAFTAR LAMPIRAN ...xxiii

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Tujuan Penulisan ...3

1.3 Ruang Lingkup Pembahasan ...3

1.4 Sistematika Penulisan ... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ketentuan Desain Tahan Gempa Berdasarkan “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002” ...6

2.1.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung ...7

2.1.2 Struktur Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan ...9

2.1.3 Wilayah Gempa dan Spektrum Respons Gempa Rencana

...11

2.1.4 Daktilitas Struktur Bangunan dan Pembebanan Gempa Nominal ...17

2.1.5 Perencanaan Kapasitas ...22

2.1.6 Analisis Dinamik Ragam Spektrum Respons ...23

2.1.7 Kinerja Struktur Gedung ...24

2.2 Kriteria Desain Struktur Beton Bertulang dengan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) Berdasarkan “Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002” ...28

2.2.1 Ketentuan-ketentuan Komponen Struktur Lentur pada SRPMK ...29

2.2.2 Ketentuan-ketentuan Komponen Struktur yang Menerima Kombinasi Lentur dan Beban Aksial pada SRPMK ...39

2.2.3 Ketentuan-ketentuan Hubungan Balok-Kolom pada SRPMK ...57

BAB 3 STUDI KASUS 3.1 Data Umum Gedung ...69

3.2 Prosedur Pemodelan Struktur Gedung (SRPMK) untuk Kontrol Simpangan Antar Tingkat Menggunakan Program ETABS v8.1.5 dan Perhitungannya ...73

3.3 Prosedur Pemodelan Struktur Gedung (SRPMK) untuk Keperluan Desain dengan Menggunakan Program ETABS v8.1.5 dan

Perhitungannya ...96

BAB 4 DESAIN ELEMEN STRUKTUR 4.1 Desain Terhadap Komponen Struktur Lentur (Balok) ...108

4.2 Desain Terhadap Komponen Struktur yang Menerima Kombinasi Lentur dan Beban Aksial (Kolom) ...204

4.3 Desain Terhadap Hubungan Balok-Kolom (Join) ...392

4.4 Kesimpulan dari Pembahasan ...420

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...424

5.1.1 Program ETABS ...424

5.1.2 Desain Manual ...426

5.2 Saran ...426

5.2.1 Program ETABS ...426

5.2.2 Desain Manual ...427

DAFTAR PUSTAKA ...428

LAMPIRAN ...429

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Cara menentukan rasio kapasitas kolom dengan bantuan

diagram interaksi dari PCACOL……… 429 Lampiran 2 Cara menentukan momen kapasitas kolom dengan bantuan

diagram interaksi dari PCACOL……… 430

Kegembiraan tidak datang seketika,

tetapi harus diraih melalui proses

(Samuel Johnson)

Kupersembahkan untuk mami, papi, dan semua orang yang kukasihi

Lampiran 2 429

Cara menentukan rasio kapasitas kolom dengan bantuan diagram interaksi dari PCACOL

OC OL kolom kapasitas

Lampiran 2 430

Cara menentukan momen kapasitas kolom dengan bantuan diagram interaksi dari PCACOL

misal : Pu = 1826385.88 N = 1826.38588 kN

Nilai Pu diplot pada sumbu ordinat, kemudian tarik garis secara horizontal hingga menyentuh diagram interaksi. Setelah itu ditarik vertikal ke bawah hingga mendapat satu titik pada sumbu absis. Titik tersebut adalah nilai momen kapasitas kolom. Jadi momen kapasitas kolomnya adalah 671.43 kNm

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia termasuk daerah dengan tingkat resiko gempa yang cukup tinggi. Hal ini disebabkan karena wilayah Indonesia berada di antara empat sistem tektonik yang aktif yaitu tapal batas lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng Filipina, dan lempeng Pasifik.

Mengingat resiko gempa yang cukup tinggi tersebut, maka diperlukan desain bangunan dengan struktur yang tahan gempa (terutama bangunan bertingkat banyak). Di dalam desain ini, tidak hanya memperhitungkan beban-beban gravitasi saja tetapi juga beban-beban gempa, yang mana besarnya pembeban-bebanan

2

sangat bervariasi dari satu wilayah ke wilayah yang lain, tergantung dari kondisi geografis dan geologi setempat. Di wilayah Indonesia terdapat beberapa daerah dengan perbedaan tingkat resiko yang cukup berarti, sehingga berbeda juga di dalam menentukan besar beban gempanya.

Untuk dapat mendesain bangunan bertingkat tahan gempa (dalam hal ini struktur beton bertulang), diperlukan peraturan-peraturan, yang mana sekarang ini mengacu pada peraturan-peraturan baru yaitu “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002”.

Dalam peraturan-peraturan baru tersebut, ada ketentuan-ketentuan untuk perencanaan struktur tahan gempa, antara lain :

1. Untuk daerah dengan resiko gempa yang rendah, dapat digunakan sistem rangka pemikul momen biasa,

2. Untuk daerah dengan resiko gempa yang sedang atau menengah, harus digunakan sistem rangka pemikul momen menengah atau khusus,

3. Dan untuk daerah dengan resiko gempa yang tinggi, harus digunakan sistem rangka pemikul momen khusus.

Di dalam tugas akhir ini, akan dibahas mengenai desain tahan gempa untuk daerah dengan resiko gempa yang tinggi, sehingga harus menggunakan sistem rangka pemikul momen khusus. Dalam sistem ini, struktur akan didesain terhadap beban gempa rencana yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan beban gempa maksimumnya, hal ini dimaksudkan agar struktur dapat didesain secara lebih ekonomis, akan tetapi harus dengan syarat pendetailan yang khusus dan ketat.

3

Dan sebagai alat bantu di dalam menganalisis dan mendesain bangunan tersebut, diperlukan program-program seperti ETABS, Mathcad, PCACOL, GRASP dan Auto CAD.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan ini adalah :

1. Memperlihatkan desain manual yang sesuai dengan peraturan-peraturan baru seperti “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002”, yang mana hasil desain tersebut akan dibandingkan dengan hasil desain program ETABS

2. Memakai program ETABS, Mathcad, PCACOL, GRASP dan Auto CAD sebagai alat bantu di dalam analisis dan desain.

1.3 Ruang Lingkup Pembahasan

Ruang lingkup dari pembahasan ini adalah :

1. Suatu bangunan gedung struktur beton bertulang, dengan 6 lantai akan dianalisis dan didesain terhadap beban gravitasi dan beban gempa

2. Bangunan tersebut direncanakan berdasarkan kriteria desain Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SNI 03-2847-2002 pasal 23.3-23.5) 3. Sebagai alat bantu yaitu program ETABS v8.1.5, Mathcad 2001i

Professional, PCACOL, GRASP dan Auto CAD 2000

4

5. Analisis dinamik yang digunakan adalah analisis dinamik ragam spektrum respons.

1.4 Sistematika Penulisan

Dalam tugas akhir ini, dibagi menjadi 5 bab antara lain :

Bab 1 Pendahuluan, bab ini menguraikan mengenai latar belakang, tujuan penulisan, ruang lingkup pembahasan, dan sistematika penulisan

Bab 2 Tinjauan Pustaka , pada bab ini menjelaskan tentang ketentuan desain struktur beton bertulang tahan gempa dengan sistem rangka pemikul momen khusus berdasarkan “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan strukur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002”

Bab 3 Studi Kasus, pada bab ini akan dibahas mengenai analisis dan desain gedung struktur beton bertulang tahan gempa dengan sistem rangka pemikul momen khusus dengan bantuan program ETABS

Bab 4 Desain Elemen Struktur, pada bab ini akan dibahas mengenai desain manual dengan bantuan program Mathcad, GRASP dan PCACOL, yang kemudian juga akan digambar detail penulangannya berdasarkan hasil desain tersebut, dalam hal ini menggunakan bantuan program Auto CAD

5

Bab 5 Kesimpulan dan Saran, pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil analisis dan desain serta kesimpulan tentang program yang digunakan yaitu, ETABS, Mathcad, GRASP dan juga PCACOL, dan saran-saran untuk desain tahan gempa struktur beton bertulang tahan gempa dengan sistem rangka pemikul momen khusus

424

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

5.1.1 Program ETABS

Secara umum, ETABS sangat membantu di dalam analisis struktur 3D, baik secara statik maupun dinamik. ETABS dikatakan sangat membantu karena mampu mengeluarkan atau menghasilkan output gaya dalam (gaya geser, momen dan aksial) dan output-output lainnya secara lengkap. Selain itu

425

pada sub bab kesimpulan dari pembahasan, dapat dilihat hasil desain ETABS “mendekati” dengan hasil desain secara manual. Sehingga dapat dikatakan ETABS melakukan analisis dan desain secara akurat dan tepat. Meskipun demikian ETABS mempunyai kelemahan yaitu hasil desainnya belum memberikan hasil yang final atau hasilnya belum siap untuk dipakai, misalnya saja :

a.desain tulangan balok

- untuk tulangan memanjang, ETABS tidak menentukan jumlah serta diameter tulangan pakai, tetapi hanya luas tulangan perlunya saja - untuk tulangan geser, ETABS tidak menentukan diameter tulangan

sengkang dan juga jarak antara sengkang, tetapi hanya luas tulangan gesernya saja selain itu juga tidak menentukan batas (Av/s) minimum.

b.desain tulangan kolom

- untuk tulangan geser, sama seperti pada balok, yaitu ETABS hanya menentukan luas tulangan gesernya saja dan tidak menentukan batas (Av/s) minimum

- untuk tulangan pengekang kolom, ETABS juga tidak menentukan. c.desain join

- ETABS hanya menentukan rasio kontrol tegangan horizontal saja, tetapi tidak menentukan tulangan geser horizontal pada join

426

5.1.2 Desain Manual

Penggunaan program-program lainnya seperti Mathcad, PCACOL, GRASP, dan AutoCAD sangat membantu dalam desain manual ini terutama dalam mengatasi kelemahan-kelemahan ETABS yang belum memberikan hasil yang siap pakai atau final. Meskipun demikian, tetap saja ada kesulitan seperti pada desain tulangan kolom, sulit di dalam menentukan tulangan memanjang kolom, karena tidak hanya berdasarkan beban-beban yang bekerja pada kolom saja, tetapi juga berdasarkan momen-momen nominal balok yang bekerja pada join yang bersangkutan, hal ini dimaksudkan agar dapat dipastikan juga bahwa kolom harus lebih kuat daripada balok (strong column weak beam).

5.2 Saran

5.2.1 Program ETABS

Adapun saran-saran yang diberikan adalah :

- karena ETABS merupakan program dari luar (bukan dari Indonesia), maka perlu diperhatikan di dalam memasukan faktor-faktor dari peraturan-peraturan Indonesia

- di dalam menggunakan satuan sebaiknya harus konsisten jangan sering berubah-ubah, karena kesalahan pada satuan dapat berakibat fatal pada hasil analisis dan desain.

427

5.2.2 Desain Manual

Adapun saran-saran yang diberikan adalah :

- di dalam menentukan tulangan memanjang kolom yang berdasarkan momen-momen nominal balok yang bekerja pada join, digunakan pendekatan yaitu dengan perbandingan tinggi kolom pada join yang bersangkutan tersebut

- setelah menentukan tulangan memanjang balok dan kolom, sebaiknya diperiksa terlebih dahulu kuat lentur minimum kolom, dan juga kontrol tegangan joinnya (agar dapat dipastikan bahwa kolom lebih kuat daripada balok), baru kemudian mendesain tulangan geser atau sengkang

DAFTAR PUSTAKA

1. American Concrete Institute (1999), Building Code Requirements For Structural Concrete ACI 318-99, Portland Cement Association, U.S.A. 2. Departemen Pekerjaan Umum (1987), Tata cara perencanaan

pembebanan untuk rumah dan gedung SNI 03-1727-1989-F, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.

3. Departemen Pekerjaan Umum (2002), Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.

4. Departemen Pekerjaan Umum (2002), Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.

5. Fanelia, David A. (2000), SI Units Conversion by Djoni Simanta, Seismic Detailing of Concrete Buildings, Portland Cement Association, U.S.A. 6. Kusuma, GH dan Andriono T. (1994), Desain Struktur Rangka Beton

Bertulang di Daerah Rawan Gempa, Erlangga, Jakarta.

7. MacGregor, James G. (1997), Reinforced Concrete Mechanics and Design, Third Edition, PRENTICE HALL, U.S.A.

8. Uniform Building Code (1997), Structural Engineering Design Provisions, Volume 2, ICBO, U.S.A.

analisis dan desain serta kesimpulan tentang program yang digunakan yaitu, ETABS, Mathcad, GRASP dan juga PCACOL, dan saran-saran untuk desain tahan gempa struktur beton bertulang tahan gempa dengan sistem rangka pemikul momen khusus

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

5.1.1 Program ETABS

Secara umum, ETABS sangat membantu di dalam analisis struktur 3D, baik secara statik maupun dinamik. ETABS dikatakan sangat membantu karena mampu mengeluarkan atau menghasilkan output gaya dalam (gaya geser, momen dan aksial) dan output-output lainnya secara lengkap. Selain itu

“mendekati” dengan hasil desain secara manual. Sehingga dapat dikatakan ETABS melakukan analisis dan desain secara akurat dan tepat. Meskipun demikian ETABS mempunyai kelemahan yaitu hasil desainnya belum memberikan hasil yang final atau hasilnya belum siap untuk dipakai, misalnya saja :

a. desain tulangan balok

- untuk tulangan memanjang, ETABS tidak menentukan jumlah serta diameter tulangan pakai, tetapi hanya luas tulangan perlunya saja - untuk tulangan geser, ETABS tidak menentukan diameter tulangan

sengkang dan juga jarak antara sengkang, tetapi hanya luas tulangan gesernya saja selain itu juga tidak menentukan batas (Av/s) minimum.

b.desain tulangan kolom

- untuk tulangan geser, sama seperti pada balok, yaitu ETABS hanya menentukan luas tulangan gesernya saja dan tidak menentukan batas (Av/s) minimum

- untuk tulangan pengekang kolom, ETABS juga tidak menentukan. c. desain join

- ETABS hanya menentukan rasio kontrol tegangan horizontal saja, tetapi tidak menentukan tulangan geser horizontal pada join

5.1.2 Desain Manual

Penggunaan program-program lainnya seperti Mathcad, PCACOL, GRASP, dan AutoCAD sangat membantu dalam desain manual ini terutama dalam mengatasi kelemahan-kelemahan ETABS yang belum memberikan hasil yang siap pakai atau final. Meskipun demikian, tetap saja ada kesulitan seperti pada desain tulangan kolom, sulit di dalam menentukan tulangan memanjang kolom, karena tidak hanya berdasarkan beban-beban yang bekerja pada kolom saja, tetapi juga berdasarkan momen-momen nominal balok yang bekerja pada join yang bersangkutan, hal ini dimaksudkan agar dapat dipastikan juga bahwa kolom harus lebih kuat daripada balok (strong column weak beam).

5.2 Saran

5.2.1 Program ETABS

Adapun saran-saran yang diberikan adalah :

- karena ETABS merupakan program dari luar (bukan dari Indonesia), maka perlu diperhatikan di dalam memasukan faktor-faktor dari peraturan-peraturan Indonesia

- di dalam menggunakan satuan sebaiknya harus konsisten jangan sering berubah-ubah, karena kesalahan pada satuan dapat berakibat fatal pada hasil analisis dan desain.

Adapun saran-saran yang diberikan adalah :

- di dalam menentukan tulangan memanjang kolom yang berdasarkan momen-momen nominal balok yang bekerja pada join, digunakan pendekatan yaitu dengan perbandingan tinggi kolom pada join yang bersangkutan tersebut

- setelah menentukan tulangan memanjang balok dan kolom, sebaiknya diperiksa terlebih dahulu kuat lentur minimum kolom, dan juga kontrol tegangan joinnya (agar dapat dipastikan bahwa kolom lebih kuat daripada balok), baru kemudian mendesain tulangan geser atau sengkang

1. American Concrete Institute (1999), Building Code Requirements For Structural Concrete ACI 318-99, Portland Cement Association, U.S.A. 2. Departemen Pekerjaan Umum (1987), Tata cara perencanaan

pembebanan untuk rumah dan gedung SNI 03-1727-1989-F, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.

3. Departemen Pekerjaan Umum (2002), Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.

4. Departemen Pekerjaan Umum (2002), Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.

5. Fanelia, David A. (2000), SI Units Conversion by Djoni Simanta, Seismic Detailing of Concrete Buildings, Portland Cement Association, U.S.A. 6. Kusuma, GH dan Andriono T. (1994), Desain Struktur Rangka Beton

Bertulang di Daerah Rawan Gempa, Erlangga, Jakarta.

7. MacGregor, James G. (1997), Reinforced Concrete Mechanics and Design, Third Edition, PRENTICE HALL, U.S.A.

8. Uniform Building Code (1997), Structural Engineering Design Provisions, Volume 2, ICBO, U.S.A.