Berdasarkan SNI 03-1726-2012 pasal 7.3.4.2, untuk struktur yang dirancang pada kategori desain seismik D, E atau F, maka ρ harus sama dengan 1.3 artinya apabila ditemukan pada lantai tertentu tidak memenuhi nilai 35% dari Vt, maka nilai gaya geser lantai tiap lantai harus dikalikan dengan ρ = 1.3. Jika tiap lantai memenuhi 35% dari Vt, maka diizinkan nilai ρ = 1.
Kondisi Tanah
Menurut BSN (2012) dalam SNI 03-1726-2012 menjelaskan bahwa jenis kelas situs tanah dapat diketahui melalui parameter antara lain: nilai Vs (Kecepatan
14
rata-rata gelombang geser), N (Tahanan penetrasi standar lapangan rata-rata), Nch (Tahanan penetrasi standar rata-rata untuk lapisan tanah non-kohesif),dan Su (Kuat geser niralir rata-rata) (Tabel 7).
Tabel 7 Klasifikasi situs berdasarkan SNI 03-1726-2012
Kelas Situs Vs (m/s) N atau Nch Su
SA (Batuan keras) >1500 N/A N/A
SB (Batuan) 750 sampai 1500 N/A N/A
SC (Tanah keras, Sangat padat dan batuan lunak)
350 sampai 750 > 50 > 100
SD (Tanah sedang) 175 sampai 350 15 sampai 50 50 sampai 100
SE (Tanah lunak) < 175 < 15 < 50
atau setiap profil tanah yang mengandung lebih dari 3 m tanah dengan karakteristik sebagai berikut :
1. Indeks Plastisitas, PI > 20 2. Kadar air, w > 40 % dan
Kuat geser niralir, Su < 25 Kpa SF (Tanah khusus, yang
membutuhkan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons spesifik-situs yang mengikuti pasal 6.9.1)
Setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah satu atau lebih dari karakteristik berikut:
Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat beban gempa seperti mudah likuifaksi, lempung sangat sensitif, tanah tersementasi lemah.
Lempung sangat organik dan atau gambut (ketebalan H > 3 m).
Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H > 7.5 m dengan Indeks Plastisitas PI > 75
Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan ketebalan H > 35 m dengan Su < 50 Kpa.
Catatan: N/A tidak dapat dipakai
Grafik Respons Spektra
Respons spektrum merupakan grafik hubungan nilai puncak respons struktur percepatan akibat gempa sebagai fungsi dari periode natural sistem struktur. Spektrum gempa dibuat berdasarkan peta gempa Indonesia 2010. Pembuatan spektrum gempa disesuaikan dengan letak geografis dan kategori kelas jenis situs tanah bangunan. Pembuatan grafik respons spektra dipengaruhi oleh data nilai parameter percepatan respons spektral desain dan nilai periode getar fundamental. Nilai parameter percepatan respons spektral desain dipengaruhi oleh jenis kelas situs tanah. Jika kelas situs tanah telah diketahui, maka selanjutnya dapat ditentukan parameter- parameter percepatan gempa untuk pembuatan grafik respons spektrum, antara lain:
1. Parameter percepatan terpetakan
Parameter percepatan batuan dasar pada perioda pendek (Ss) dan percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik (S1) harus ditetapkan masing-masing dari respons spektral percepatan 0.2 detik dan 1 detik dalam peta gerak tanah seismik SNI 03-1726-2012. Nilai Ss dan S1 dapat juga diperoleh melalui hasil analisa website
15 aplikasi desain spektra Pusat Penelitian dan Pengembangan Pemukiman (PUSKIM), Kementrian Pekerjaan Umum.
2. Paramater respons spektral percepatan gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko-tertarget (MCER)
Penentuan parameter respons spektral percepatan gempa MCER di permukaan tanah, diperlukan suatu faktor amplifikasi seismik pada perioda 0.2 detik dan perioda 1 detik. Faktor amplifikasi meliputi faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran perioda pendek (Fa) dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik (Fv). Parameter percepatan respons spektral MCER pada perioda pendek (SMS) dan perioda 1 detik (SM1) yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs, harus ditentukan dengan persamaan (14) dan (15).
SMS = Fa.Ss (14)
SM1 = Fv.S1 (15)
Penentuan koefisien situs Fa (Koefisien situs untuk perioda pendek pada perioda 0.2 detik) ditentukan berdasarkan nilai Ss (Tabel 8). Penentuan koefisien situs Fv (Koefisien situs untuk perioda panjang pada perioda 1 detik) ditentukan berdasarkan nilai S1 (Tabel 9).
Tabel 8 Koefisien situs, Fa berdasarkan SNI 03-1726-2012 Kelas
Situs
Parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan pada perioda pendek, T = 0.2 detik, Ss Ss < 0.25 Ss = 0.5 Ss= 0.75 Ss = 1 Ss > 1.25 SA 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 SB 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 SC 1.2 1.2 1.1 1.0 1.0 SD 1.6 1.4 1.2 1.1 1.0 SE 2.5 1.7 1.2 0.9 0.9 SF SSb
Tabel 9 Koefisien situs, Fv berdasarkan SNI 03-1726-2012 Kelas
Situs
Parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan pada perioda 1 detik, S1
S1 < 0.1 S1 = 0.2 S1 = 0.3 S1 = 0.4 S1 > 0.5 SA 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 SB 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 SC 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 SD 2.4 2.0 1.8 1.6 1.5 SE 3.5 3.2 1.8 2.4 2.4 SF SSb
Untuk nilai - nilai antara pada Ss ditabel 2 dan pada S1 ditabel 3, dapat dilakukan interpolasi linier. Nilai SSb merupakan parameter nilai yang memerlukan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons situs-spesifik, lihat pasal 6.10.1 pada SNI 03-1726-2012.
16
3. Parameter percepatan respons spektral desain
Parameter percepatan spektral desain untuk perioda pendek (SDS) dan pada perioda 1 detik (SD1), harus ditentukan melalui persamaan (16) dan (17).
SDS = .SMS (16)
SD1 = . SM1 (17) Nilai spektrum respons desain (Sa) ditentukan melalui fungsi dari nilai periode (Gambar 7).
Gambar 7 Spektrum respons desain
Jika nilai periode lebih kecil dari To, maka spektrum respons percepatan (Sa) harus diambil dari persamaan (18).
Sa = SDS . + . (18)
Nilai To harus memenuhi persamaan (19) dan Nilai Ts harus memenuhi persamaan (20).
To = 0.2Ts (19)
Dimana: Ts = D
Ds (20)
Jika nilai periode yang lebih besar dari atau sama dengan To dan lebih kecil dari atau sama dengan Ts, spektrum respons desain (Sa) sama dengan SDS. Kemudian, apabila nilai periode lebih besar dari TS maka spektrum respons percepatan desain (Sa) diambil berdasarkan persamaan (21).
Sa = D (21)
Berdasarkan peta gempa pada SNI 03-1726-2012, nilai percepatan batuan dasar 1 detik (S1) untuk wilayah DKI Jakarta berkisar 0.25-0.3 g dan nilai percepatan batuan dasar 0.2 detik (Ss) untuk daerah Jakarta berkisar 0.6-0.7 g.
Story Drift dari Kinerja Batas Ultimit
Kinerja batas ultimit ditentukan oleh simpangan antar tingkat maksimum struktur akibat pengaruh gempa rencana dalam kondisi strutur gedung diambang keruntuhan, dimaksudkan untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan
17 struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa dan benturan antar gedung. Hasil dari analisis struktur akan menghasilkan gaya-gaya dalam, antara lain: gaya momen, geser, torsi dan axial. Program ETABS juga dapat mengeluarkan data output berupa base shear dan displacement atau total drift. Nilai total drift disebut juga dengan nilai perpindahan elastis di lantai tingkat x (δexΨ. Nilai perpindahan elastis antar lantai diperoleh dari hasil selisih nilai δex lantai tingkat atas dikurangi δex lantai tingkat bawah. Menurut BSN (2012Ψ dalam SNI 03-1726-2012 menjelaskan bahwa nilai perpindahan elastis antar lantai (story drift) harus dihitung dengan faktor perbesaran atau amplifikasi defleksi dan faktor keutamaan gempa. Nilai perpindahan atau simpangan antar lantai tingkat (story drift) yang diperbesar, ditentukan melalui persamaan (22).
δ
x=
C .δ x
I (22)
Keterangan:
Cd = Faktor amplifikasi defleksi sesuai Tabel 9 pada SNI 03-1726-2012 pasal 7.2.2 δex = Defleksi antar tingkat
Ie = Faktor keutamaan gempa sesuai SNI 03-1726-2012 pasal 4.1.2
Penentuan batas nilai story drift/simpangan antar lantai tingkat desain (Δx) ditentukan berdasarkan tipe dari sistem struktur penahan gaya seismik (Tabel 10).
Tabel 10 Simpangan antar lantai ijin berdasarkan SNI 03-1726-2012
Struktur Kategori risiko
I atau II III IV
Struktur, selain dari struktur dinding geser batu bata, 4 tingkat atau kurang dengan dinding interior, partisi, langit-langit dan sistem dinding eksterior yang telah didesain untuk mengakomodasi simpangan antar lantai tingkat.
0.025 hsx 0.020 hsx 0.015 hsx
Struktur dinding geser kantilever batu bata. 0.010 hsx 0.010 hsx 0.010 hsx Struktur dinding geser batu bata lainnya. 0.007 hsx 0.007 hsx 0.007 hsx Semua struktur lainnya. 0.020 hsx 0.015 hsx 0.010 hsx
Keterangan: hsx adalah tinggi tingkat di bawah tingkat x Struktur Balok
Balok merupakan elemen struktur melintang secara horizontal yang berfungsi menerima gaya-gaya berupa beban lateral, beban searah sumbu gravitasi dan beban dari elemen pelat, kemudian gaya tersebut didistribusikan kepada elemen kolom.
Kekuatan lentur nominal pada penampang balok (Mn) dapat dihitung dengan analisis kesesetimbangan gaya-gaya yang terjadi pada balok yang digambarkan dalam diagram regangan dan tegangan (Gambar 8).
18
Gambar 8 Diagram kesetimbangan regangan tegangan pada balok tulangan rangkap Diagram kesetimbangan regangan tegangan pada balok tulangan rangkap dirumuskan dalam persamaan (23).
Cc + Cs = Ts (23)
Nilai Cc merupakan resultan gaya tekan diatas garis netral yang disumbangkan oleh material beton, ditentukan melalui persamaan (24). Nilai Cs merupakan resultan gaya tekan yang disumbangkan oleh tulangan negatif, ditentukan melalui persamaan (25). Nilai Ts merupakan resultan gaya tarik yang disumbangkan oleh tulangan positif, ditentukan melalui persamaan (26).
Cc = 0.85.f’c.a.b (24)
Cs = As’. fy (25)
Ts = As.fy (26)
Keterangan:
As’ = luas tulangan tekan, mm2 As = luas tulangan tarik, mm2 fy = kuat leleh tulangan, Mpa
a = tinggi blok tegangan persegi ekivalen, mm b = lebar balok, mm
c = jarak dari serat tekan terjauh kesumbu netral, mm f’c = kuat tekan beton, Mpa
Jika persamaan (23) diuraikan, maka nilai a dapat ditentukan dengan persamaan (27).
a = A . −A ′.
. . ′ . (27)
Nilai kekuatan lentur nominal dapat ditinjau dari nilai Ts yang dinyatakan dalam persamaan (28).
Mn = Cc (d-a/2) + Cs (d-ds’Ψ (28) Keterangan:
d = tinggi balok efektif, mm ds’ = tebal selimut beton, mm
Struktur balok dikatakan aman terhadap beban lentur, apabila nilai kekuatan lentur nominal yang telah direduksi lebih besar dari gaya momen terfaktor, sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan (29). Menurut BSN (2013) dalam SNI 03-2847-2013 menjelaskan bahwa nilai faktor reduksi untuk lentur tulangan tarik sebesar 0.9; faktor reduksi untuk lentur tulangan tekan spiral sebesar 0.75 dan tulangan tekan jenis lainnya sebesar 0.65.
ϕMn ≥ Mu (29)
Struktur balok juga harus mampu menahan gaya geser terfaktor akibat pembebanan gravitasi maupun beban gempa. Menurut BSN (2013) dalam SNI
03-19 2847-2013 menjelaskan bahwa elemen balok harus direncanakan untuk memenuhi kebutuhan tulangan geser akibat gaya geser terfaktor. Analisis perhitungan gaya geser yang dianalisis harus memperhitungkan faktor reduksi ϕ = 0.75. Kombinasi nilai gaya geser yang ditahan tulangan geser (Vs) dan gaya geser yang ditahan beton (Vc) disebut Vn. Nilai Vc harus memenuhi persamaan (30). Nilai Vs harus memenuhi persamaan (31). Nilai Vn yang telah dikalikan dengan faktor reduksi kekuatan harus direncanakan dapat mampu memikul gaya geser terfaktor (Vu). Kemampuan tulangan besi dan beton dalam menahan geser (Vn) harus memenuhi persamaan (32). Vc = 0.17.λ.(f’cΨ1/2.bw.d
(30) Vs = A . .
(31) Vu < ϕVn (32) Keterangan:
Av = luas tulangan, mm
f’c = mutu beton, MPa
λ =1 (beton normal) fy = tegangan leleh, mm s = jarak spasi, mm
d = tinggi efektif balok, mm bw = lebar balok, mm
Struktur Kolom
Kolom pada struktur gedung merupakan elemen yang berfungsi sebagai pilar-pilar yang mendukung berdirinya rangka struktur serta berperan untuk mendistribusikan beban-beban dari elemen pelat lantai dan balok yang kemudian diteruskan ke tanah dasar melalui pondasi. Beban dari elemen pelat lantai dan balok ini berupa beban aksial serta momen lentur. Struktur gedung tinggi harus didesain dengan prinsip strong colomn weak beam artinya kolom harus didesain lebih kuat dibandingkan struktur balok (Gambar 9).
(a) (b)
Gambar 9 Mekanisme terbentuknya sendi-sendi plastis untuk a) Strong Column–Weak Beam, b) Strong Beam–Weak Column
Prinsip desain kolom kuat-balok lemah diharapkan, dapat mencegah terjadinya sendi-sendi plastis pada kolom. Jika pada suatu saat terjadi goncangan
20
yang besar akibat gempa, kolom bangunan didesain akan tetap bertahan, sehingga orang-orang yang berada dalam gedung masih mempunyai waktu untuk menyelamatkan diri sebelum gedung tersebut roboh seketika. Mekanisme leleh atau terbentuknya sendi-sendi plastis pada struktur gedung terbagi dua, antara lain: 1) Mekanisme kelelehan pada balok (Beam Sidesway Mechanism), yaitu keadaan
posisi sendi-sendi plastis terbentuk pada balok-balok dari struktur bangunan, akibat penggunaan kolom-kolom yang kuat (Strong Column–Weak Beam). 2) Mekanisme kelelehan pada kolom (Column Sidesway Mechanism), yaitu
keadaan posisi sendi-sendi plastis terbentuk pada kolom-kolom dari struktur bangunan pada suatu tingkat, akibat penggunaan balok-balok yang kaku dan kuat (Strong Beam– Weak Column).
Menurut BSN (2013) dalam SNI 03-2847-2013 menjelaskan bahwa dalam perencanaan struktur kolom harus memperhitungkan nilai pembesaran momen pada ujung kolom. Persamaan yang digunakan untuk menghitung pembesaran momen dilihat dari sisi, kolom tersebut bergoyang atau tidak bergoyang. Suatu kolom dianggap tidak bergoyang bila memenuhi persamaan (33).
Q =ΣP .∆
V s.l < 0.05 (33)
Keterangan:
Pu = Jumlah beban vertikal terfaktor total pada tingkat yang ditinjau. Vus = Gaya geser terfaktor total pada tingkat yang ditinjau.
o = Simpangan relatif antar tingkat pada orde-pertama akibat Vu.
lc = Panjang komponen kolom pada sistem rangka yang diukur dari pusat ke pusat nodal analisis.
Apabila struktur kolom dianggap tidak bergoyang maka pembesaran momen dihitung dengan persamaan (34).
Mc = δns.M2
(34) Dimana: δns = Cm − . 5PP > 1 (35) Pc = π EI l
(36)
Apabila struktur kolom dianggap bergoyang maka pembesaran momen dihitung dengan persamaan (37) dan (38).
M1 = M1ns + δs.M1s (37)
M2 = M2ns + δs.M2s (38)
Keterangan:
Mc = Momen terfaktor yang diperbesar untuk pengaruh kurvatur komponen struktur yang digunakan untuk desain komponen struktur tekan, N.mm Cm = Faktor yang menghubungkan diagram momen aktual ke diagram momen
seragam ekivalen.
Pu = Gaya aksial terfaktor, diambil sebagai positif untuk tekan dan negatif untuk tarik, N.
Pc = Beban tekuk kritis, N.
M1 = Momen ujung terfaktor yang lebih kecil pada komponen struktur tekan, diambil sebagai positif jika komponen struktur dibengkokkan dan kurvatur tunggal dan negatif jika dibengkokkan dalam kurvatur ganda, N.mm.
21 M1ns = Momen ujung terfaktor pada komponen struktur tekan pada ujung dimana M1 bekerja, akibat beban yang mengakibatkan goyangan samping tidak besar yang dihitung menggunakan analisis rangka elastisitas orde pertama, N.mm.
M2 = Momen ujung terfaktor yang lebih besar pada komponen struktur tekan, jika pembebanan transversal terjadi diantra tumpuan, M2 diambil sebagai momen terbesar yang terjadi dalam komponen struktur. Nilai M2 selalu positif, N.mm.
M2ns = Momen ujung terfaktor pada komponen struktur tekan pada ujung dimana M2 bekerja, akibat beban yang mengakibatkan goyangan samping tidak besar yang dihitung menggunakan analisis rangka elastisitas orde pertama, N.mm.
Menurut Asroni (2010), beban yang bekerja pada kolom, biasanya berupa kombinasi antara beban aksial dan momen lentur. Besarnya beban aksial dan momen lentur yang mampu ditahan oleh kolom bergantung pada ukuran atau dimensi kolom, jumlah serta tata letak baja tulangan yang terpasang pada kolom tersebut. Hubungan antara beban aksial dan momen lentur digambarkan dalam suatu diagram yang disebut diagram interaksi kolom M-N.
Menurut Zaidir et al. (2012), analisis struktur pada kolom akibat pembebanan akan menghasilkan gaya dalam yang digunakan untuk melihat kemampuan penampang beton bertulang dalam menahan kombinasi gaya aksial dan momen lentur yang digambarkan dalam suatu bentuk kurva interaksi antara kedua gaya tersebut, disebut diagram interaksi P – M kolom. Diagram interaksi ini dapat dibagi menjadi dua daerah, yaitu daerah yang ditentukan oleh keruntuhan tarik dan daerah yang ditentukan oleh keruntuhan tekan, dengan pembatasnya adalah titik seimbang (balanced). Berdasarkan output gaya - gaya dalam kolom yang diperoleh dari hasil analisis struktur, kemudian di-plot dalam diagram Interaksi Aksial - Momen (P-M). Setiap kombinasi beban P-M kolom yang diperoleh dari hasil analisis struktur diplotkan pada diagram interaksi kolom.
Menurut BSN (2013), SNI 03-2847-2013 menjelaskan bahwa elemen strutur kolom merupakan bagian komponen dari rangka portal struktur yang dikenai gaya tekan aksial. Beton memiliki kemampuan dalam menahan geser, akan tetapi jika beton tidak mampu menahan gaya tersebut, maka perlu direncanakan penambahan tulangan besi yang berkontribusi sebagai penahan gaya geser. Kemampuan struktur beton pada elemen kolom dalam menahan geser (Vc) dirumuskan dalam persamaan (39).
Vc = . [ + N A ]λ √f′c.bw.d (39) Keterangan:
Nu = gaya aksial, kN bw = lebar kolom, mm
d = tinggi efektif balok, mm
Kontribusi kemampuan besi tulangan dalam menahan gaya geser (Vs) atau yang biasa disebut dengan tulangan sengkang/begel dirumuskan dalam persamaan (40).
Vs =Av.Fy.d
s
(40)
Menurut BSN (2013) dalam SNI 03-2847-2013 menjelaskan bahwa apabila nilai Vs melebihi 0.33√�′ .bw.d, maka spasi maksimum sengkang harus dikurangi
22
setengahnya. Kekuatan nominal geser pada penampang kolom (Vn) harus diberikan faktor reduksi yaitu 0.75. Nilai gaya geser yang ditahan tulangan geser (Vs) dan gaya geser yang ditahan kolom beton (Vc) harus direncanakan dapat mampu memikul gaya geser terfaktor (Vu). Kemampuan tulangan besi dan beton dalam menahan geser (Vn) harus memenuhi persyaratan ϕVn > Vu. Kemampuan kolom dalam menahan pengaruh gempa tidak boleh kurang dari yang lebih kecil dari (a) dan (b):
(a) Geser yang terkait dengan pengembangan kekuatan momen nominal kolom pada setiap ujung terkekang dari panjang yang tak tertumpu akibat lentur kurvatur terbalik. Kekuatan lentur kolom harus dihitung untuk gaya aksial terfaktor, konsisten dengan arah gaya lateral yang ditinjau yang menghasilkan kekuatan lentur tertinggi.
(b) Geser maksimum yang diperoleh dari kombinasi beban desain yang melibatkan E dengan E ditingkatkan oleh o.
3 METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2014 sampai Desember 2015. Gedung yang menjadi objek penelitian adalah gedung yang dibangun sebelum tahun 2010. Gedung tersebut merupakan gedung perkantoran di Jakarta Timur yang didapatkan melalui manajemen pengelola gedung.
Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan antara lain:
1) Gambar teknik as built drawing dan Gambar arsitektur Tahun 2003-2007. 2) Data hasil penyelidikan tanah Boring/N-SPT.
3) Komputer laptop windows 8, Processor AMD A8. 4) MS.Office 2012.
5) Program software analisis pemodelan struktur ETABS version 9.7.2.. 6) Program software analisis pemodelan struktur SAP 2000 version 11. 7) Autocad 2007.
Prosedur Penelitian
Tahapan prosedur penelitian antara lain: studi literatur, pengumpulan data melalui observasi lapang, uji hammer test, pemodelan struktur, analisa struktur, evaluasi struktur, rekomendasi perkuatan struktur, kekuatan struktur dan penyusunan laporan akhir.