BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
II.4. Perencanaan Struktur
Tujuan perencanaan struktur adalah untuk menghasilkan suatu struktur yang stabil, cukup kuat, mampu-layan, awet, dan memenuhi tujuan-tujuan lainnya seperti ekonomi dan kemudahan pelaksanaan. Suatu struktur disebut stabil bila ia tidak mudah terguling, miring, atau tergeser, selama umur bangunan yang direncanakan. Suatu struktur disebut cukup kuat dan mampu-layan bila kemungkinan terjadinya kegagalan-struktur dan kehilangan kemampuan layan selama masa hidup yang direncanakan adalah kecil dan dalam batas yang dapat diterima. Suatu struktur disebut awet bila struktur tersebut dapat menerima keausan dan kerusakan yang diharapkan terjadi selama umur bangunan yang direncanakan tanpa pemeliharaan yang berlebihan.
II.4.2. Ketentuan Perencanaan Pembebanan
Pedoman pembebanan untuk kedua metode menggunakan beberapa acuan standar sebagai berikut :
1. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung ( SNI 03- 1729-2002)
2. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03- 1726-2012)
II.4.3. Pembebanan
Berdasarkan peraturan-peraturan diatas, struktur sebuah gedung harus direncanakan kekuatannya terhadap beban-beban berikut :
II.4.3.1. Beban Mati (Dead Load)
Beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung / bangunan yang bersifat tetap selama masa layan struktur, termasuk unsur-unsur tambahan, finishing, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian tak terpisahkan dari gedung/bangunan tersebut. Termasuk dalam beban ini adalah berat struktur, pipa - pipa , saluran listrik , AC, penutup lantai dan plafon. Beberapa contoh berat dari beberapa komponen bangunan penting yang digunakan untuk menentukan besarnya beban mati dari suatu gedung / bangunan diperlihatkan berikut ini :
Bahan Bangunan Berat
∑ Baja 7850 kg/m3
∑ Beton 2200 kg/m3
∑ Beton Bertulang 2400 kg/m3
∑ Kayu (kelas I) 1000 kg/m3
∑ Pasir (kering udara) 1600 kg/m3
Komponen Gedung Berat
∑ Spesi dari semem per cm tebal 21 kg/m3
∑ Dinding batu bata ½ batu 250 kg/m3
∑ Penutup atap genting 50 kg/m3
Beban mati yang diperhitungkan dalam struktur gedung bertingkat ini merupakan berat sendiri elemen struktur bangunan yang memiliki fungsi struktural menahan beban
II.4.3.2. Beban Hidup (Live Load)
Beban hidup yang diperhitungkan adalah beban hidup selama masa layan. Beban hidup selama masa konstruksi tidak diperhitungkan karena diperkirakan beban hidup masa layan lebih besar daripada beban hidup pada masa konstruksi.
Beberapa contoh beban hidup menurut kegunaan suatu bangunan :
Kegunaan Bangunan Berat
∑ Lantai dan tangga rumah sederhana 125 kg/m3 ∑ Lantai dan tangga kantor, hotel & Rumah sakit 250 kg/m3
∑ Lantai ruang olahraga 400 kg/m3
∑ Lantai pabrik, gudang, bengkel & perpustakaan 400 kg/m3 ∑ Lantai gedung parkir bertingkat 800 kg/m3
II.4.3.3. Beban Angin (Wind Load)
Beban angin adalah beban yang bekerja pada struktur akibat tekanan – tekanan dari gerakan angin, beban angin sangat tergantung dari lokasi dan ketinggian struktur. Besarnya tekanan tiup harus diambil minimum sebesar 25 kg/m2 , kecuali untuk bangunan – banguanan berikut :
∑ Tekanan tiup ditepi laut hingga 5 km dari pantai harus diambil minimum 40 kg/m2
∑ Untuk bangunan didaerah lain yang kemungkinan tekanan tiupnya lebih dari 40 kg/m2, harus diambil P = V2/16 (kg/m2), dengan V adalah kecepatan angin (m/s)
∑ Untuk cerobong, tekanan tiup dalam kg/m2 harus ditentukan dengan rumus (42,5 + 0,6 h ), dengan h adalah tinggi cerobong seluruhnya dalam meter. Nilai tekanan tiup yang diperoleh dari hitungan di atas harus dikalikan dengan suatu koefisien angin, untuk mendapatkan gaya resultan yang bekerja pada bidang kontak tersebut.
II.4.3.4. Beban Gempa
Dalam segala pembangunan gedung, semua ahli konstruksi harus harus memperhatikan aspek kegempaan yang ada di daerah tersebut untuk mengantisipasi kerusakan jika terjadi gempa dan disisi lain untuk menghindari korban jiwa akibat gempa. Aspek kegempaan tersebut dianalisis berdasarkan peraturan yang berlaku di Negara tersebut dan salah satunya adalah Indonesia. Indonesia adalah Negara yang rawan akan gempa sehingga Indonesia memiliki peraturan sendiri dan peta gempanya. Saat ini di Indonesia peraturan yang berlaku adalah Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002. Dalam peraturan ini Indonesia dibagi dalam 6 wilayah gempa. Saat ini, SNI 03-1726-2002 akan direvisi menjadi RSNI2 03-1726-2012. Dalam peraturan yang baru ini parameter wilayah gempa sudah tidak digunakan lagi dan diganti berdasarkan dari nilai ??( parameter respons spektral percepatan gempa pada periode pendek ) dan nilai ??(parameter respons spektral percepatan gempa pada periode 1 detik) pada setiap daerah yang ditinjau.
II.4.3.4.a Gempa Rencana dan Faktor Keutamaan
Untuk berbagai kategori gedung seperti terlihat pada tabel 2.2 bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan bangunan gedung selama umur gedung yang diharapkan. Pengaruh gempa rencana terhadap bangunan gedung harus dikalikan dengan suatu faktor keutamaan (I). Faktor keutamaan (I) bangunan tergantung kategori bangunan itu sendiri seperti terlihat pada tabel 2.3.
Jenis pemanfaatan Kategori risiko
Gedung dan struktur lainnya yang memiliki risiko rendah terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
- Fasilitas pertanian, perkebunan, perternakan, dan perikanan - Fasilitas sementara
- Gudang penyimpanan
- Rumah jaga dan struktur kecil lainnya
I
Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam kategori risiko I,III,IV, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk: - Perumahan
- Rumah toko dan rumah kantor - Pasar
- Gedung perkantoran
- Gedung apartemen/ Rumah susun - Pusat perbelanjaan/ Mall
- Bangunan industri - Fasilitas manufaktur - Pabrik
II
Gedung dan struktur lainnya yang memiliki risiko tinggi terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
- Bioskop
- Gedung pertemuan - Stadion
- Fasilitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit gawat darurat
- Fasilitas penitipan anak - Penjara
- Bangunan untuk orang jompo
Gedung dan struktur lainnya, tidak termasuk kedalam kategori risiko IV, yang memiliki potensi untuk menyebabkan dampak ekonomi yang besar dan/atau gangguan massal terhadap kehidupan masyarakat sehari-hari bila terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
- Pusat pembangkit listrik biasa - Fasilitas penanganan air - Fasilitas penanganan limbah - Pusat telekomunikasi
Gedung dan struktur lainnya yang tidak termasuk dalam kategori risiko IV, (termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk fasilitas manufaktur, proses, penanganan, penyimpanan, penggunaan atau tempat pembuangan bahan bakar berbahaya, bahan kimia berbahaya, limbah berbahaya, atau bahan yang mudah meledak) yang mengandung bahan beracun atau peledak di mana jumlah kandungan bahannya melebihi nilai batas yang disyaratkan oleh instansi yang berwenang dan cukup menimbulkan bahaya bagi masyarakat jika terjadi kebocoran.
Gedung dan struktur lainnya yang ditunjukkan sebagai fasilitas yang penting, termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk:
- Bangunan-bangunan monumental - Gedung sekolah dan fasilitas pendidikan
- Rumah sakit dan fasilitas kesehatan lainnya yang memiliki fasilitas bedah dan unit gawat darurat
- Fasilitas pemadam kebakaran, ambulans, dan kantor polisi, serta garasi kendaraan darurat
- Tempat perlindungan terhadap gempa bumi, angin badai, dan tempat perlindungan darurat lainnya
- Fasilitas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi dan fasilitas lainnya untuk tanggap darurat
- Pusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang dibutuhkan pada saat keadaan darurat
- Struktur tambahan (termasuk menara telekomunikasi, tangki penyimpanan bahan bakar, menara pendingin, struktur stasiun
listrik, tangki air pemadam kebakaran atau struktur rumah atau
struktur pendukung air atau material atau peralatan pemadam kebakaran ) yang disyaratkan untuk beroperasi pada saat keadaan darurat
Gedung dan struktur lainnya yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi struktur bangunan lain yang masuk ke dalam kategori risiko IV.
Tabel 2.2 Faktor Keutamaan I untuk Berbagai Kategori Gedung dan Bangunan
Kategori risiko Faktor keutamaan gempa,??
I atau II 1,0
III 1,25
IV 1,50
II.4.3.4.b Klasifikasi Situs
Prosedur untuk klasifikasi suatu situs untuk memberikan kriteria seimik adalah berupa faktor-faktor amplifikasi pada bangunan. Dalam perumusan criteria seismik suatu bangunan di permukaan tanah atau penentuan amplifikasi besaran percepatan gempa puncak dari batuan dasar ke permukaan tanah untuk suatu situs, maka situs tersebut harus diklasifikasikan terlebih dahulu. Profil tanah di situs harus diklasifikasikan berdasarkan profil tanah lapisan 30 m paling atas. Penetapan kelas situs harus melalui penyelidikan tanah di lapangan dan di laboratorium, yang dilakukan oleh otoritas yang berwenang atau ahli desain geoteknik bersertifikat.
Kelas sit us ??̅ (m/ det ik) ??at au ???? ??̅ (kPa)
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 karateristik sebagai berikut :
1. Indeks plastisitas, PI> 20
2. Kadar air, w≥ 40%
3. Kuat geser niralir, ??̅ < 25 ??? SF (tanah khusus, yang
membutuhkan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons spesifik- situs yang mengikuti Pasal 6.10.1)
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
Tabel 2.4 Klasifikasi Situs
II.4.3.4.c Faktor Respon Gempa
Parameter ?? (percepatan batuan dasar pada perioda pendek) dan ?? (percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik) harus ditetapkan masing-masing dari respons spektral percepatan 0,2 detik dan 1 detik dalam peta gerak tanah seismik pada Bab 14 dengan kemungkinan 2 persen terlampaui dalam 50 tahun (? ???, 2 persen dalam 50 tahun), dan dinyatakan dalam bilangan desimal terhadap percepatan gravitasi.Untuk penentuan respons spektral percepatan gempa ? ??? 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 (??) dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik (??) . Parameter spectrum respons percepatan pada perioda pendek (?? ?) dan perioda 1 detik (?? ?) yang 13 disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs, harus ditentukan dengan perumusan berikut ini:
- Lempung sangat organik dan/atau gambut (ketebalan H
> 3m)
- Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H > 7.5
m dengan Indeks Plasitisitas PI > 75) Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan ketebalan H > 35 m dengan ??̅ < 50 kPa
?? ?= ????→???=2?3*?? ? (2.5)
Keterangan:
??= parameter respons spektral percepatan gempa ? ??? terpetakan untuk perioda pendek;
?? = parameter respons spektral percepatan gempa ? ???terpetakan untuk perioda 1,0 detik.
Kelas Situs Parameter respons spektral percepatan gempa (? ???) terpetakan pada perioda pendek, T = 0,2 detik,??
??≤ 0.25 ?? ≤0.5 ??≤0.75 ??≤ 1.0 ??≤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 ???
Tabel 2.5 Koefisien Situs, Fa
Kelas Situs Parameter respons spektral percepatan gempa (? ???) terpetakan pada perioda 1 detik, ??
??≤0.1 ??≤0.2 ??≤0.3 ??≤ 0.4 ??≤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 1.8 1.6 1.5 SE 3.5 3.2 2.8 2.4 2.4 SF ???
Tabel 2.6 Koefisien Situs, Fv
Bila spektrum respons desain diperlukan oleh tata cara ini dan prosedur gerak tanah dari spesifik-situs tidak digunakan, maka kurva spektrum respons desain harus dikembangkan dengan mengacu Gambar 2.5 dan mengikuti ketentuan di bawah ini :
1. Untuk perioda yang lebih kecil dari ??, spektrum respons percepatan desain, ??, harus diambil dari persamaan;
(2.7)
2. Untuk perioda lebih besar dari atau sama dengan??dan lebih kecil dari atau sama dengan ??, spektrum respons percepatan desain, ?? , sama dengan ???; 3. Untuk perioda lebih besar dari ??, spektrum respons percepatan desain, ??,
diambil berdasarkan persamaan:
(2.8)
Keterangan:
???= parameter respons spektral percepatan desain pada perioda pendek; ???= parameter respons spektral percepatan desain pada perioda 1 detik;
T = perioda getar fundamental struktur.
Gambar 2.5 Spektrum Respons Desain
?? = ????0.4 + 0.6 ? ??? ?? = ??? ? ??= 0.2 ??? ??? ??= ??? ???
II.4.3.4.d Arah Pembebanan Gempa
Besarnya simpangan horizontal (drift) bergantung pada kemampuan bangunan dalam menahan gaya gempa yang terjadi. Apabila bangunan memiliki kekakuan yang besar untuk melawan gaya gempa maka bangunan akan mengalami simpangan horizontal yang lebih kecil dibandingkan dengan bangunan yang tidak memiliki kekakuan yang cukup besar. Berdasarkan SNI 03-1729-2002 pasal 15.11.2.3, untuk mensimulasikan arah pengaruh gempa rencana yang sembarang terhadap struktur bangunan baja, pengaruh pembebanan gempa dalam arah utama harus dianggap efektif 100% dan harus dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh gempa dalam arah tegak lurus pada arah utama tetapi efektifitasnya hanya sebesar minimal 30% tapi tidak lebih dari 70%.
II.4.3.5. Temperatur
Untuk komponen struktur bangunan baja disyaratkan mempunyai tingkat ketahanan api (TKA). Untuk komponen struktur dan sambungan yang dilindungi terhadap api, tebal bahan pelindung harus lebih besar atau sama dengan tebal yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu periode kelayakan struktural (PKS) yang sama dengan TKA yang diperlukan. Untuk komponen struktur dan sambungan yang tidak dilindungi terhadap api maka rasio luas permukaan ekspos berbanding massa (ksm) harus lebih kecil atau sama dengan rasio yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu
PKS yang sama dengan TKA yang diperlukan. Periode kelayakan struktural (PKS) harus dihitung menggunakan variasi-variasi perilaku mekanis baja terhadap temperatur.
untuk 2150C < T ≤ 9050C (2.10) Variasi sifat-sifat mekanis baja terhadap temperatur :
1. Variasi tegangan leleh terhadap temperatur
Pengaruh temperatur terhadap tegangan leleh baja ditentukan sebagai berikut: ??(?) ??(??)= 1,0 ??(?) ??(30) = 905−? 690 Keterangan :
fy (T) adalah tegangan leleh baja pada T oC fy (30) adalah tegangan leleh baja pada 30 oC T adalah temperatur baja dalamoC
Hubungan ini diperlihatkan oleh Kurva 1 pada gambar 2.6
2. Variasi modilis elastisitas terhadap temperatur
Pengaruh temperatur terhadap modulus elastisitas baja harus diambil sebagai berikut: ?(?) ?(??)= 1.0 + ? ? ???????? ? ?????? ? ?(?) ?(??)= ?????? ? ????? ????,? Dengan,
E(T) adalah modulus elastisitas baja pada T oC
E(30) adalah modulus elastisitas baja pada 30oC
Hubungan ini diperlihatkan oleh Kurva 2 pada gambar 2.6
untuk 00C < T ≤ 2150C (2.9)
untuk 00C < T ≤ 6000C (2.11)
Gambar 2.6 Variasi Sifat Mekanis Baja Terhadap Temperatur
Temperatur batas baja (T1) harus di hitung sebagai berikut :
T1 = 905 – 690 rf (2.13)
dengan rf adalah perbandingan antara gaya-dalam rencana yang bekerja pada
komponen struktur akibat beban rencana untuk suatu kebakaran yang ditetapkan menurut standar yang diakui terhadap kuat rencana komponen struktur pada temperatur ruang.
II.4.4. Kombinasi Pembebanan Metode LRFD
Kombinasi faktor beban yang digunakan dalam perencanaan dengan metode LRFD sesuai SNI 03-1729-2002 adalah :
1) 1,4D 3) 1,0 E1+ 0,3 E2+ 1,2 D
2) 0,9D ± 1,6W Keterangan :
D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap
W adalah beban angin
E1 adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726–2012
E2 adalah beban gempa arah tegak lurus
Jika ada pengaruh struktural akibat beban yang ditimbulkan oleh fluida (F), tanah (S), genangan air (P), dan/atau temperatur (T) harus ditinjau dalam kombinasi pembebanan di atas dengan menggunakan faktor beban: 1,3F, 1,6S, 1,2P, dan 1,2T, sehingga menghasilkan kombinasi pembebanan yang paling berbahaya.