2.4 Sistem Struktur Bangunan Tahan Gempa
2.4.2 Sistem Rangka Pemikul Momen ( SRPMB, SRPMM, SRPMK )
Sistem struktur rangka pemikul momen adalah suatu sistem rangka ruang dalam dimana komponen-komponen struktural dan join – join nya menahan gaya - gaya yang bekerja melalui aksi lentur, geser dan aksial. Sistem struktur rangka pemikul momen dapat dikelompokkan sebagai berikut :
1. Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa.
Bangunan yang menggunakan sistem ini harus memenuhi ketentuan-ketentuan dalam SNI 03-2847-2002 Pasal 3 hingga Pasal 20.
2. Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah.
Bangunan yang menggunakan sistem ini harus memenuhi ketentuan-ketentuan untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa dan juga SNI 03-2847-2002 Pasal 23.2 dan 23.10
3. Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus.
Bangunan yang menggunakan sistem ini harus memenuhi ketentuan-ketentuan untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa dan juga SNI 03-2847-2002 Pasal 23.2 sampai 23.5
Ruang lingkup pembahasan Tugas Akhir kali ini struktur di wilayah gempa zona 5, maka, menurut peraturan yang berlaku, sistem struktur yang dapat digunakan adalah Sistem Dinding Struktural (Beton) Khusus dan juga Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus. Akan tetapi, dalam hal ini akan dibahas lebih lanjut mengenai Sistem Struktur Pemikul Momen Khusus untuk perencanaan kolom, sedangkan untuk perencanaan pelat cenderung kepada Sistem Struktur Pemikul Momen Menengah. Berikut ini adalah uraian mengenai ketentuan-ketentuan dalam mendesain komponen struktural Sistem Rangka Pemikul Momen tersebut :
2.4.2.1 Pelat ( Dua Arah Tanpa Balok )
Khusus mengenai pelat 2 arah, untuk SRPMK belum ada peraturan SNI yang memberikan ketentuan – ketentuan khusus untuk desain terhadap pelat tersebut. Sehingga, pada kesempatan ini akan dilakukan dengan persyaratan SRPMM yang ada dalam SNI 03-2847-2002. Ada juga beberapa persyaratan balok yang ditinjau karena memang pemodelan dalam kasus ini adalah pelat dimodelkan sebagai balok.
Perencanaan Geser
Untuk pelat tanpa balok interior ( flat plate ), ada 2 tipe keruntuhan geser yang perlu di cek dalam desain pelat, yakni geser 1 arah dan geser 2 arah. Pada Geser 1 arah : Penampang kritis untuk 1 arah berada pada jarak d dari muka perletakan atau dari muka drop panel atau dari muka setiap perubahan ketebalan. Sedangkan untuk Geser 2 arah ( punching shear ) : diasumsikan mengalami kritis pada penampang vertical berjarak d/2 dari sekililing muka kolom.
Gambar 2.16 : Jarak Kritis dan Tributari Area Geser 1 Arah dan 2 Arah
Selanjutnya dilakukan Desain terhadap geser 2 arah :
• Desain geser 2 arah untuk kondisi tanpa transfer momen adalah sebagai berikut : V < Ф V
V dihitung sesuai dengan luas tributari area yang ditinjau. V = V + V
Pada desain pelat, V umumnya = 0. Sedangkan V diambil nilai terkecil dari : V =
β f′ b d
V = α f′ b d
V = f′ b d, dan ;
Tetapi untuk menghitung nilai VS dapat digunakan rumus di bawah ini : VS = A
Dimana :
βc = Rasio sisi terpanjang dan sisi terpendek kolom
α = 40 untuk kolom interior ; 30 untuk kolom tepi ; 20 untuk kolom sudut. b = Panjang penampang kritis
A = Luas Tulangan f = Kuat Leleh Baja
d = Ketebalan Pelat
s = Spasi Tulangan • Tulangan geser
Jika Ф V < V , kapasitas geser dapat ditingkatkan melalui :Mempertebal pelat lantai secara keseluruhan, Mempertebal pelat lantai di sekitar kolom dengan menggunakan drop panel, Mempertebal b dengan memperbesar ukuran kolom atau menambah capital / cendanan di sekitar kolom, Memberi tulangan geser. • SK – SNI menbatasi Vn sebesar f′ b d pada muka kolom.
• Kombinasi geser dan transfer momen pada pelat 2 arah
SK – SNI menggunakan pendekatan empiris untuk mendesain kombinasi geser dan transfer momen pada pelat 2 arah. Asumsi yang digunakan adalah tegangan geser total yang bekerja pada penampang kritis berjarak d/2 dari muka kolom adalah penjumlahan dari tegangan geser akibat V dan tegangan geser akibat momen tak imbang ( M , M ). Dari pelat lantai ke kolom sebagian dari momen tak imbang ( unbalanced ) yaitu γ ( M - M ) ditransfer melalui tegangan lentur ( T , T , C , C ) pada pelat. SK – SNI pasal 3.6.3.3 ayat 2 mensyaratkan momen tersebut ditransfer dengan menyediakan tulangan yang secukupnya pada jarak sejauh 1,5 kali tebal pelat ( 1,5 h ) dari masing – masing sisi kolom. Sisa momen tersebut γ ( M - M ) ditransfer melaui geser. Superposisi dari kedua tegangan tersebut menghasilkan :
= V + γ M CJ M = momen unbalanced
C = jarak sumbu pusat keliling geser di titik dimana tegangan geser dihitung J = momen inersia polar keliling geser terhadap sumbu Z – Z
Kombinasi Geser dan Trensfer MomenUntuk kolom Interior dan Eksterior
Gambar 2.17 : Mekanisme Geser antara Pelat dan Kolom Transfer Unbalanced Momen Pada Kolom Tegangan Geser Akibat Vu Tegangan Geser Akibat Unblanced Momen Total Tegangan Geser Transfer Unbalanced Momen Pada Kolom Tegangan Geser Akibat Vu Tegangan Geser Akibat Unblanced Momen Total Tegangan Geser
Nilai di atas harus memenuhi :
< Ф
Dimana :
Ф = Ф V ; untuk pelat tanpa tulangan geser Atau :
Ф = Ф V V ; untuk pelat dengan tulangan geser
• SK – SNI mendefinisikan γ sebagai γ = dan γ = 1 - γ
Dimana :
b = lebar total penampang kritis yang diukur ┴ terhadap sumbu momen b = lebar total // sumbu momen
Perhitungan :
Untuk kolom Interior
Gambar 2.18 : Perimeter Geser Kritis pada Kolom Interior
= + 2 = + 2
J = + + 2 J untuk muka – muka DA dan BC
Untuk kolom Tepi
Gambar 2.19 : Perimeter Geser Kritis pada Kolom Tepi
Momen // Z-Z = / J = + + 2 + Momen ┴ Z-Z = J = 2
Untuk kolom Sudut
Gambar 2.20: Perimeter Geser Kritis pada Kolom Sudut
Lokasi sumbu centroid Z-Z = /
Perencanaan Lentur
• Untuk menghitung luas tulangan perlu yang digunakan baik dalam lajur kolom dan lajur pelat adalah :
As perlu = . . M
• Tulangan dalam pelat akan terbagi dua yang mana tulangan akibat kombinasi beban gravitasi, dan juga tulangan transfer momen akibat adanya pengaruh beban lateral. Seperti yang telah dijelaskan di atas, dari pelat lantai ke kolom sebagian dari momen tak imbang ( unbalanced ) yaitu γ ( M - M ) ditransfer melalui tegangan lentur pada pelat.
• Untuk transfer sebagai lentur tersebut, ada beberapa persyaratan SRPMM yang harus dipenuh.
• Pada SRPMM ada beberapa persyaratan tulangan akibat momen lentur yang harus dipenuhi oleh, pelat dua arah tanpa balok, yakni :
9 Jadi disediakan tulangan yang secukupnya pada jarak sejauh 1,5 kali tebal pelat ( 1,5 h ) dari masing – masing sisi kolom.
Gambar 2.21: Lebar Efektif Penyaluran Momen ke Kolom
9 Paling sedikit seperempat dari seluruh jumlah tulangan atas jalur kolom di daerah tumpuan harus dipasang menerus di keseluruhan panjang bentang. 9 Jumlah tulangan bawah yang menerus pada lajur kolom tidak boleh kurang
dari sepertiga jumlah tulangan atas lajur kolom daerah tumpuan.
9 Setidaknya setengah dari seluruh tulangan bawah di tengah bentang harus diteruskan dan diangkur hingga mampu mengembangkan kuat lelehnya
• Karena pelat yang dimodel sebagai balok maka dipakai juga pembatasan tulangan pada pelat tersebut yang berperilaku sebagai balok.
9 Luas tulangan atas dan bawah masing – masing tidak boleh kurang dari ,
. . dan , . . serta Rasio tulangan ρ tidak melebihi 0,025
2.4.2.2 Kolom
Dalam hal ini untuk merencanakan kolom, akan dipergunakan persyaratan-persyaratan yang ada dalam SRPMK, yakni sebagai berikut :
Pembatasan Ukuran
• Beban aksial terfaktor yang dipikul oleh kolom harus lebih besar dari A
• Ukuran penampang terkecil, diukur pada garis lurus yang melalui titik pusat geometris penampang tidak kurang dari 300 mm
• Perbandingan antara ukuran terkecil penampang terhadap ukuran dalam arah tegak lurusnya tidak kurang dari 0,4
Kapasitas yang dibutuhkan
Kolom harus didesain mengikuti prinsip strong column – weak beam yang mana jumlah momen nominal kolom di atas dan di bawah join harus lebih besar daripada jumlah momen nominal balok di kiri dan di kanan join. Perbandingan momen nominal kolom dan balok dapat dinyatakan dalam persamaan :
∑ M > ∑M Dimana :
M = tahanan momen nominal kolom M = tahanan momen nominal balok
Apabila persyaratan strong column – weak beam tidak terpenuhi maka dibutuhkan tulangan transversal pengekang di sepanjang kolom.