BAB IV PERHITUNGAN STRUKTUR
4.2. Perhitungan Portal
4.2.2. Perhitungan Beban Gempa
1. Lokasi Bangunan
Berdasarkan peta pada google maps, gedung kantor polda jawa tengah terletak pada lintang -6.9802186 dan bujur 110.4105230.
Gambar 4.15. Koordinat Lokasi Gedung Kantor Polda Jawa Tengah (sumber : Google Maps, 2017)
2. Menentukan Kategori Resiko Struktur Bangunan
Berdasarkan kategori resiko bangunna pada SNI 03-1726-2012. Gedung lima lantai kantor polda jateng termasuk dalam kategori I dan II.
Tabel 4.6. Kategori Resiko Gedung Lima Lantai Kantor Polda Jateng
Pemanfaatan
Kategori Resiko Gedung dan non gedung yang memiliki risiko rendah terhadap
jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk, antara lain :
- Fasilitas pertanian, perkebunan, pertemuan, 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,II,II,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 non gedung yang dimiliki risiko ini 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 non gedung, yang tidak termasuk kedalam kategori IV, yang memiliki potensi untuk menyebabkan dampak eonomi 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 non gedung 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 non gedung yang ditunjukan 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 fassilitas 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
- Fasiltas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi dan fasilitas lainnya untuk tanggap darurat
- Pusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang dibutuhkan 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 mineral atau peralatan pemadam kebakaran) yang disyaratkan untuk beroperasi pada saat keadaan darurat
Gedung dan non gedung yang dibutuhkan untuk
mempertahankan fungsi struktur bangunan lain yang masuk ke dalam kategori risiko IV.
IV
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
3. Menentukan Faktor Keutamaan Gempa (Ie)
Berdasarkan hasil dari kategori resiko struktur bangunan, diperoleh faktor keutamaan gempa (Ie) sebesar 1,0
Tabel 4.7. Faktor Keutamaan Gempa (Ie)
Kategori resiko Faktor keutamaan gempa, Ie
I atau II 1,0
III 1,25
IV 1,5
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
4. Menentukan Kelas Situs (SA-SF)
Untuk menentukan klasifikasi kelas situs tanah local, maka dapat dilakukan dengan menguji nilai penetrasi standar rata-rata. N profil tanah yang mengandung beberapa lapisan tanah dan/atau batuan yang nyata
berbeda, harus dibagi menjadi lapisan β lapisan yang diberi nomor ke 1 sampai ke βn dari atas ke bawah, sehingga ada total N lapisan tanah yang berbeda pada lapisan 40 m paling atas tersebut. Nilai N untuk lapisan tanah 40 m paling atas ditentukan sesuai dengan perumusan berikut :
N = tni i
ti
Ni
n i=1
ti = tebal setiap lapisan antara kedalaman 0 sampai 40 meter;
Ni = tahanan penetrasi standar 60 persen energi (N60) yang terukur langsung di lapangan tanpa koreksi.
Tabel 4.8. Nilai Tes Penetrasi Standar Rata β Rata (N) Log No. BH.1 No. ti (m) Ni t/N 1 0,00 - 2,00 = -2,00 8 0,250 2 2,00 - 4,00 = -2,00 9 0,222 3 4,00 - 6,00 = -2,00 17 0,118 4 6,00 - 8,00 = -2,00 3 0,667 5 8,00 - 10,00 = -2,00 2 1,000 6 10,00 - 12,00 = -2,00 3 0,667 7 12,00 - 14,00 = -2,00 3 0,667 8 14,00 - 16,00 = -2,00 7 0,286 9 16,00 - 18,00 = -2,00 20 0,100 10 18,00 - 20,00 = -2,00 18 0,111 11 20,00 - 22,00 = -2,00 22 0,091 12 22,00 - 24,00 = -2,00 24 0,083 13 24,00 - 26,00 = -2,00 44 0,045 14 26,00 - 28,00 = -2,00 59 0,024 15 28,00 - 30,00 = -2,00 56 0,036 16 30,00 - 32,00 = -2,00 60 0,033 17 32,00 - 34,00 = -2,00 60 0,033 18 34,00 - 36,00 = -2,00 60 0,033 19 36,00 - 38,00 = -2,00 56 0,036 20 38,00 - 40,00 = -2,00 60 0,033 Ξ£ -40,00 4,545
N =ππ, πππ 4,545 = 8,80
Tabel 4.9. Nilai Tes Penetrasi Standar Rata β Rata (N) Log No. BH.2 No. ti (m) Ni t/N 1 0,00 - 2,00 = -2,00 10 0,200 2 2,00 - 4,00 = -2,00 8 0,250 3 4,00 - 6,00 = -2,00 18 0,111 4 6,00 - 8,00 = -2,00 2 1,000 5 8,00 - 10,00 = -2,00 2 1,000 6 10,00 - 12,00 = -2,00 3 0,667 7 12,00 - 14,00 = -2,00 2 1,000 8 14,00 - 16,00 = -2,00 22 0,091 9 16,00 - 18,00 = -2,00 24 0,083 10 18,00 - 20,00 = -2,00 21 0,095 11 20,00 - 22,00 = -2,00 18 0,111 12 22,00 - 24,00 = -2,00 28 0,071 13 24,00 - 26,00 = -2,00 55 0,036 14 26,00 - 28,00 = -2,00 60 0,033 15 28,00 - 30,00 = -2,00 60 0,033 16 30,00 - 32,00 = -2,00 57 0,035 17 32,00 - 34,00 = -2,00 60 0,033 18 34,00 - 36,00 = -2,00 60 0,033 19 36,00 - 38,00 = -2,00 60 0,033 20 38,00 - 40,00 = -2,00 60 0,033 Ξ£ -40,00 4,951 N =ππ, πππ 4,951 = 8,079
Tabel 4.10. Klasifikasi Situs Gedung Kantor Polda Jawa Tengah
Kelas situs vs (m/detik) N Atau Nch su (kPa)
SA (Batuan Keras) >1500 N/A N/A
SB (Batuan) 750 β 1500 N/A N/A
SC (Tanah keras, sangat padat dan batuan lunak)
350 β 750 >50 >100
SD (Tanah sedang) 175 β 350 15 β 50 50 - 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 su < 25 kPa SF (Tanah khusus, yang
membutuhkan
investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons spesifik situs)
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 Plasitisitas PI > 75) Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan ketebalan H > 35 m dengan su < kPa
Berdasarkan klafisikasi situs diatas, untuk kedalaman 40 meter dengan nilai test penetrasi standar rata β rata log no. BH.1 ( N ) = 8,80 dan log no. BH.2 ( N ) = 8,079 berada pada nilai N = < 15, maka tanah dilokasi tersebut termasuk kelas situs SE (Tanah Lunak).
5. Menentukan Parameter percepatan Gempa (SS Dan S1)
Berdasarkan kelas situs dan lokasi wilayah gedung kantor Polda Jawa Tengah didapat nilai parameter Ss dan S1 dimana parameter SS (prcepatan batuan dasar pada periode pendek) dan parameter S1 (Percepatan batuan dasar pada periode 1 detik) Ss= 0,998 g dan S1 = 0,334 g
Gambar 4.16. Respon spectra percepatan pendek 0,2 Detik (Sumber: http://www.puskim.pu.go.id/desain_spektra_indonesia_2011)
Gambar 4.17. Respon spectra percepatan pendek 1 detik (Sumber: http://www.puskim.pu.go.id/desain_spektra_indonesia_2011)
6. Menentukan Koefisien Situs
Untuk penentuan 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 (01) dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik (02):
SMS = Fa SS
SM1 = Fv S1
Kemudian dengan didapat nilai SMS, SM1 langkah selanjutnya adalah mencari harga SDS , SD1menggunakan rumus empiris sebagai berikut: SDS = 2/3 SMS
SD1 = 2/3 SM1
Tabel 4.11. Koefisien Situs, Fa
Kelas Situs
Ss (Percepatan Respons Spektra Periode pendek, T = 0,2 detik) 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 1 1 1 1 SC 1,2 1,2 1,1 1 1 SD 1,6 1,4 1,2 1,1 1 SE 2,5 1,7 1,2 0,9 0,9 SF SS
Tabel 4.12. Koefisien Situs, Fv
Kelas Situs
Ss (Percepatan Respons Spektra Periode pendek, T = 1 detik) 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 1 1 1 1 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 2,6 2,4 2,4 SF SS
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
Maka untuk SS = 0,998 g dan S1 = 0,334 g, diperoleh nilai Fa dan Fv (interpolasi):
Fa = 0.902 Fv = 2.532
Sehingga dapat dicari SMS dan SM1: SMS = Fa SS
= 0.902 x 0,998 = 0.900 g SM1 = Fv S1
= 2.532 x 0.334 = 0.846 g
Maka, selanjutnya menghitung SDS dan SD1: SDS = 2/3 SMS
= 2/3 x 0.900 = 0.600 g SD1 = 2/3 SM1
= 2/3 x 0.846 = 0.564 g
7. Menentukan Spektrum Respon Desain (Sa)
Bila sprektrum respons desain diperlukan oleh tata cara ini dan prosedur gerak tanah dari spesifik situs tidak digunakan, maka kurva sprektrum respons desain harus dikembangkan dengan mengacu pada gambar sprektrum respon gempa desain dan ketentuan dibawah ini:
T0 = 0,2 SD1 SDS Ts = SD1 SDS = 0,2 0,564 0,600 = 0,564 0,600 = 0,188 detik = 0,939 detik
Dalam menentukan periode fundamental struktur T dapat diperoleh dari hasil analisis struktur yang akan ditinjau. Namun SNI Gempa 2012 memberi persyaratan bahwa periode fundamental yang akan dipakai sebagai perhitungan tidak boleh melebihi dari batas atas periode fundamental pendekatan yang mana nilainya adalah perkalian dari koefisien periode batas atas (Cu) dengan periode pendekatan (Ta). Untuk memudahkan pelaksanaan, periode alami fundamental T ini boleh langsung digunakan periode pendekatan Ta.
Periode pendekatan ditentukan berdasarkan Persamaan berikut ini: Ta = Ct . hnx
Tabel 4.13. Koefisien Batas Atas Periode Kantor Polda Jawa tengah
SD1 Koefisien Cu > 0.4 1.4 0.3 1.4 0.2 1.5 0.15 1.6 < 0.1 1.7
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
Tabel 4.14. Nilai Parameter Periode Pendekatan Ct Dan x Kantor Polda Jawa Tengah
Tipe Struktur Ct x
Sistem rangka pemikul momen di mana rangka memikul 100 persen gaya gempa yang disyaratkan dan tidak dilingkupi atau dihubungkan dengan komponen yang lebih kaku dan akan mencegah rangka dari defleksi jika
dikenai gaya gempa:
Rangka baja pemikul momen 0.0724 0.8
Rangka beton pemikul momen 0.0466 0.9
Rangka baja dengan bresing eksentris 0.0731 0.75
Rangka baja dengan bresing terkekang
terhadap tekuk 0.0731 0.75
Semua sistem struktur lainnya 0.0488 0.75
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
Ta = Ct . hnx
= 0,0466 x 18.000.9 = 0.628 detik
Dengan nilai SD1 = 0.561 g, maka didapat koefisien Cu = 1,4 T maks = Cu . Ta
= 1,4 x 0.628 = 0,8792 detik
Gambar 4.18. Spektrum Respon Desain
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
a. Untuk perioda yang lebih kecil dari T0, spektrum respons percepatan desain, Sa harus diambil dari persamaan:
Sa = SDS (0,4 + 0,6 ππ π )
b. Untuk perioda lebih besar dari atau sama dengan T0; dan lebih kecil dari atau sama dengan Ts, spektrum respons percepatan desain, Sa, sama dengan SDS
c. Untuk perioda lebih besar dari Ts. Maka, spektrum respons percepatan desain, Sa , diambil berdasarkan persamaan:
Sa = πππ·1
Tabel 4.15. Spektrum Respon Desain Kantor Polda Jawa Tengah
T T Sa T T Sa
(Detik) (Detik) (g) (Detik) (Detik) (g) 0 0 0.240 TS + 1.5 2.439 0.231157 T0 0.188 0.600 TS + 1.6 2.539 0.222053 Ts 0.939 0.600 TS + 1.7 2.639 0.213638 TS + 0.1 1.039 0.543 TS + 1.8 2.739 0.205839 TS + 0.2 1.139 0.495 TS + 1.9 2.839 0.198588 TS + 0.3 1.239 0.455 TS + 2.0 2.939 0.191831 TS + 0.4 1.339 0.421 TS + 2.1 3.039 0.185519 TS + 0.5 1.439 0.392 TS + 2.2 3.139 0.179609 TS + 0.6 1.539 0.366 TS + 2.3 3.239 0.174064 TS + 0.7 1.639 0.344 TS + 2.4 3.339 0.168851 TS + 0.8 1.739 0.324 TS + 2.5 3.439 0.163941 TS + 0.9 1.839 0.307 TS + 2.6 3.539 0.159308 TS + 1.0 1.939 0.291 TS + 2.7 3.639 0.15493 TS + 1.1 2.039 0.277 TS + 2.8 3.739 0.150787 TS + 1.2 2.139 0.264 TS + 2.9 3.839 0.146859 TS + 1.3 2.239 0.252 3 3.939 0.143131 TS + 1.4 2.339 0.241 4 4 0.140948
Gambar 4.19. Spektrum Respon Desain Gedung Polda Jawa tengah (Sumber: http://www.puskim.pu.go.id/desain_spektra_indonesia_2011)
8. Menentukan Kategori Desain Seismik (A-D)
Struktur harus ditetapkan memiliki suatu Kategori Desain Seismik (KDS) yang mengikuti ketentuan seperti berikut:
1. Struktur dengan kategori resiko I, II, atau III dengan nilai S1 > 0,75 harus ditetapkan sebagi struktur dengan Kategori Desain Seismik E. 2. Struktur dengan kategori resiko IV dengan nilai S1 > 0,75 harus
ditetapkan sebagi struktur dengan Kategori Desain Seismik F.
Struktur yang memiliki ketentuan diluar ketentuan tersebut, jenis Kategori Desain Seismiknya ditetapkan berdasarkan hubungan nilai SDS dan SD1 terhadap Kategori Resiko Gedung.
Tabel 4.16. Kategori Desain Seismik berdasarkan Parameter Respons Percepatan pada Periode Pendek, Kantor Polda Jawa
Tengah Nilai SDS Kategori Resiko I II III IV SDS < 0,167 A A A A 0,167< SDS < 0,33 B B B C 0,33 < SDS < 0,5 C C C D SDS > 0,5 D D D D
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
Tabel 4.17. Kategori Desain Seismik berdasarkan Parameter Respons Percepatan pada Periode 1 Detik Kantor
Polda Jawa Tengah
Nilai SD1 Kategori Resiko I II III IV SD1 < 0,067 A A A A 0,067< SD1 < 0,133 B B B C 0,133 < SD1 < 0,2 C C C D SD1 > 0,2 D D D D
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
SDS = 0.600 (SDS > 0,5) = Kategori Desain Seismik D (KDS D) SD1 = 0.564 (SD1 > 0,2) = Kategori Desain Seismik D (KDS D)
9. Pemilihan Sistem struktur dan parameter sistem (R, Cd, ο0)
Sistem penahan gaya gempa adalah Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK), dari parameter dan pemilihan sistem gedung didapat: - R = 8
- Ξ©0 = 3 - Cd = 5,5
Tabel 4.18. Faktor R, Ξ©0, Dan Cd untuk Sistem Penahan Gaya Gedung Kantor Polda Jawa Tengah
Sistem struktur beton bertulang penahan
gaya gempa
R Ξ©0 Cd
Batasan sistem struktur dan batasan tinggi
struktur (m)
B C D E F
A Sistem dinding penumpu 1 Dinding geser beton
bertulang khusus 5 2.5 5 TB TB 48 48 30
2 Dinding geser beton
bertulang biasa 4 2.5 4 TB TB TI TI TI
3 Dinding geser beton
polos didetail 2 2.5 2 TB TI TI TI TI
4 Dinding geser beton
5 Dinding geser
pracetak menengah 4 2.5 4 TB TB 12 12 12
6 Dinding geser
pracetak biasa 3 2.5 3 TB TI TI TI TI
B Sistem Rangka 1 Dinding geser beton
bertulang khusus 6 2.5 5 TB TB 48 48 30
2 Dinding geser beton
bertulang biasa 5 2.5 4.5 TB TB TI TI TI
3 Dinding geser beton
polos detail 2 2.5 2 TB TI TI TI TI
4 Dinding geser beton
polos biasa 1.5 2.5 1.5 TB TI TI TI TI
5 Dinding geser
pracetak menengah 5 2.5 4.5 TB TB 12 12 12
6 Dinding geser
pracetak biasa 4 2.5 4 TB TI TI TI TI
C Sistem rangka pemikul momen 1 Rangka beton bertulang pemikul momen khusus 8 3 5.5 TB TB TB TB TB 2 Rangka beton bertulang pemikul momen menengah 5 3 4.5 TB TB TI TI TI 3 Rangka beton bertulang pemikul momen biasa 3 3 2.5 TB TI TI TI TI
D Sistem ganda dengan rangka pemikul momen khusus 1 Dinding geser beton
bertulang khusus 7 2.5 5.5 TB TB TB TB TB
2 Dinding geser beton
bertulang biasa 6 2.5 5 TB TB TI TI TI
E Sistem ganda dengan rangka pemikul momen menengah 1 Dinding geser beton
bertulang khusus 6.5 2.5 5 TB TB 48 30 30
2 Dinding geser beton
bertulang biasa 5.5 2.5 4.5 TB TB TI TI TI
F Sistem interaktif dinding geser rangka dengan rangka pemikul
momen beton bertulang biasa dan dinding geser beton bertulang biasa
4.5 2.5 4 TB TI TI TI TI
G Sistem kolom kantilever didetail untuk memenuhi persyaratan : 1 Rangka beton bertulang pemikul momen khusus 2.5 1.25 1.5 10 10 10 10 10 2 Rangka beton bertulang pemikul momen menengah 1.5 1.25 1.5 10 10 TI TI TI 3 Rangka beton 1 1.25 1 10 TI TI TI TI
bertulang pemikul momen biasa
(Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2012)
10. Output Repon Spektum Base Shear
Gaya geser dasar (Base Shear) dinamik yang diisyaratkan SI 1726 β 2012 yaitu sebesar 85% dari gaya geser static.
Gambar 4.20. Tabel Output Base Reaction Beban Mati dan Beban Hidup Pada Kolom GlobalFZ menunjukan nilai :
W Beban Mati Total = 33843184,41 Kg W beban Hidup Total = 584372,32 Kg W Total = W mati total + 30% W hidup Total
= 33843184,41 + 0,3 x 584372,32 = 34018496,11 Kg
Periksa gaya geser dasar static ekuivalen, dihitung dengan rumus : V = Cs x W
Dengan :
Cs = ππ·ππ π₯ πΌπ
SDS = 0,600 g
I = 1 (Faktor Keutamaan)
R = 8,0 (Faktor Reduksi Gemmpa)
Maka didapat
V = ππ·ππ π₯ πΌπ x W
= 0,600 π₯ 18,0 x 34018496,11 = 2551387,208 Kg
Gambar 4.21. Tabel Output Bas Shear Respone Spektrum Arah X
V Dinamik (Gempa X) = 4084738,92 Kg
85% V Statik = 0,85 x 2551387,208 = 2168679,127 Kg