ANALISIS STRUKTUR ATAS GEDUNG
STUDENT CENTER
IPB
TERHADAP BEBAN GEMPA DENGAN METODE
STATIK EKUIVALEN BERDASARKAN PETA GEMPA
INDONESIA 2010
ARIF ALFARISI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKIRPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Struktur Atas Gedung Student Center IPB Terhadap Beban Gempa dengan Metode Statik Ekuivalen Berdasarkan Peta Gempa Indonesia 2010 adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
ARIF ALFARISI. Analisis Struktur Atas Gedung Student Center IPB Terhadap Beban Gempa Dengan Metode Statik Ekuivalen Berdasarkan Peta Gempa Indonesia 2010. Dibimbing oleh ASEP SAPEI dan MUHAMMAD FAUZAN. Indonesia merupakan negara yang sangat rawan terhadap terjadinya gempa karena letaknya di antara empat lempeng bumi yang masih aktif. Gedung yang tidak memiliki ketahanan yang kuat terhadap beban gempa dapat bergoyang bahkan sampai roboh atau runtuh dan membahayakan nyawa para penggunanya. Gedung Student Center IPB merupakan gedung pusat kegiatan mahasiswa. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui ketahanan struktur atas gedung Student Center IPB dan membandingkan hasil evaluasi dengan kondisi lapangan (kondisi eksisting). Metode analisis gempa yang dilakukan dalam penelitian ini adalah metode statik ekuivalen. Hasil dari pemodelan struktur pada program ETABS menunjukkan bahwa semua komponen struktur yang terpasang, baik struktur kolom dan struktur balok pada kondisi eksisting telah memenuhi kebutuhan jumlah tulangan hasil evaluasi. Sehingga, dapat dikatakan bahwa Gedung Student Center IPB aman terhadap beban gempa berdasarkan Peta Gempa Indonesia 2010.
Kata kunci: Beban gempa, peta gempa 2010, statik ekuivalen, struktur atas.
ABSTRACT
ARIF ALFARISI. Analysis The Upper Stucture Of Student Center Building Against Earthquake Loads Using Static Aquivalen Method Based On Indonesia Earthquake Map 2010. Supervised by ASEP SAPEI and MUHAMMAD FAUZAN.
Indonesia is one of a highly vulnerable countries against earthquakes due to
it’s located among four active earth plates. Buildings that do not have a strong resilience to earthquake loads can sway even collapse and endanger the lives of its users. Student Center IPB is a building where most of student activities are conducted there, every days. The purpose of this research is to find out the durability of the upper structure of Student Center building and to compare the evaluation results with existing conditions. The method used in this study are static equivalent method. The results of modeling structures in ETABS indicates that all installed structures components, both the structure of columns and beams on existing condition has been meeting the needs of the number of reinforcement evaluation results. So, it can be said that Student Center IPB building is safe against earthquake load based on Indonesia Earthquake Map 2010.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
ANALISIS STRUKTUR ATAS GEDUNG
STUDENT CENTER
IPB
TERHADAP BEBAN GEMPA DENGAN METODE STATIK
EKUIVALEN BERDASARKAN PETA GEMPA INDONESIA 2010
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur diucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya dengan karunia dan rahmat-Nya karya ilmiah yang berjudul “Analisis Struktur Atas Gedung Student Center IPB Terhadap Beban Gempa Dengan Metode Statik Ekuivalen Berdasarkan Peta Gempa Indonesia 2010” ini dapat diselesaikan. Penelitian dilaksanakan sejak bulan Maret hingga Juni 2015. Karya ilmiah ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebanyak-banyak nya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, M.S selaku pembimbing akademik pertama yang telah memberikan arahan, dan bimbingan dalam penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini.
2. Bapak Muhammad Fauzan, ST, MT. Selaku pembimbing akademik kedua yang telah memberikan arahan, dan bimbingan dalam penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini.
3. Kedua orang tua, Bapak Salaman Idris, Ibu Hasnidar dan Kakak, Yesi Erisanti, A.Md. Weni pertiwi, S.Pd. dan Yori Rahma Putri S.Pd. serta
keluarga besar yang selalu memberikan do’a dan dukungan untuk
kelancaran penulisan karya ilmiah ini.
4. Teman-teman SIL 48 atas kekompakkan, semangat, dukungan, dan keceriaan selama tiga tahun menjalani kuliah. Teman-teman “Brother
Forever” (Yoppy, Rahmat, Idet), Group Line “Kerjain Draft nya” (Cindo,
Fauzan, Damar, Haris, Rheza, Ridwan), AIESEC (Angga, Fiona, Dhira, dll), dan teman-teman SMA yang telah memberikan dukungan dan semangat.
Karya ilmiah ini jauh dari sempurna, tetapi diharapkan karya ilmiah ini tetap bermanfaat bagi akademisi dan bagi pembaca.
.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN vii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 3
Pembebanan Struktur 3
Wilayah Gempa 5
Kombinasi Pembebanan 5
Gaya Geser Dasar Seismik 6
Periode Alami Struktur 7
METODE 8
Waktu dan Tempat Penelitian 8
Bahan dan Peralatan 8
Prosedur Pelaksanaan Penelitian 9
HASIL DAN PEMBAHASAN 11
Spektrum Gempa 11
Pemodelan Struktur 13
Analisis Struktur 16
Evaluasi Struktur Kolom 17
Evaluasi Struktur Balok 18
SIMPULAN DAN SARAN 20
Simpulan 20
Saran 20
DAFTAR PUSTAKA 20
LAMPIRAN 22
DAFTAR TABEL
1 Beban mati pada struktur 3
2 Beban hidup pada struktur 4
3 Faktor keutamaan gempa, Ie 6
4 Nilai parameter periode pendekatan Ct dan x 7 5 Koefisien untuk batas atas pada periode yang dihitung 7
6 Koefisien situs, Fa 10
7 Koefisien situs, Fv 10
8 Beban mati pada struktur pelat lantai 15
9 Beban mati pada struktur balok 15
10 Beban hidup pada struktur pelat lantai 15
11 Nilai periode getar fundamental 16
12 Perhitungan nilai distribusi vertikal perlantai gedung 17 13 Perbandingan jumlah dan diameter tulangan lentur
dan geser pada kolom 18
14 Perbandingan jumlah dan diameter tulangan lentur
dan geser pada balok 19
DAFTAR GAMBAR
1 Peta lokasi Gedung Student Center IPB 8
2 Diagram alir penelitian 9
3 Peta gempa wilayah Bogor untuk T=1.0 detik 12 4 Peta gempa wilayah Bogor untuk T=0.2 detik 12
5 Grafik desain spektrum gempa 13
6 Gedung Student Center IPB tampak depan 13
7 Gedung Student Center IPB tampak belakang 13 8 Gedung Student Center IPB tampak samping 14 9 Hasil pemodelan 3D gedung pada software ETABS 14 10 Pemodelan Struktur atap baja pada program SAP 2000 15 11 Penempatan beban atap rangka baja pada program ETABS 16
DAFTAR LAMPIRAN
1 Peta respons sektra percepatan perioda 0.2 detik dalam 50 tahun 22 2 Peta respons sektra percepatan perioda 1.0 detik dalam 50 tahun 23 3 Denah kolom Gedung Student Center IPB lantai 1 24 4 Denah kolom Gedung Student Center IPB lantai 2 25 5 Denah balok Gedung Student Center IPB pada elevasi +3.95 m 26 6 Denah balok Gedung Student Center IPB pada elevasi +7.40 m 27
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Secara historiografi Indonesia merupakan negara yang sangat rawan terhadap terjadinya gempa bumi. Beberapa wilayah di Indonesia mengalami gempa bumi yang cukup besar dalam kurun waktu 10 tahun terakhir ini, beberapa diantaranya adalah gempa dengan kekuatan 8,5 SR yang terjadi di seluruh Pulau Sumatra pada tanggal 11 April 2012, gempa dengan kekuatan 7,7 SR di Sumatra Barat pada tanggal 25 Oktober 2010, dan gempa dengan kekuatan 6,7 SR di Pulau Sumbawa pada tanggal 9 November 2009. Indonesia yang mempunyai 127 gunung api aktif dan terletak di antara pertemuan empat lempeng bumi, yaitu Lempeng Pasifik, Lempeng Indo-Australia, Lempeng Eurasia, dan Lempeng Filipina menjadi penyebab utama sering terjadinya gempa bumi. Gempa-gempa tersebut telah menyebabkan ribuan korban jiwa, kerusakan struktur dan infrastruktur, serta dana trilyunan rupiah untuk rehabilitasi dan rekonstruksi bangunan yang telah rusak. Hal ini disebabkan karena banyak bangunan-bangunan yang tidak dapat mempertahankan strukturnya ketika gempa terjadi.
Terjadinya gempa menghasilkan energi yang kuat yang menjalar di permukaan bumi dengan gelombang vertikal dan horizontal. Energi gempa kuat tersebut dapat merobohkan bangunan struktural seperti gedung. Gedung yang tidak memiliki ketahanan yang kuat terhadap beban gempa dapat bergoyang bahkan sampai runtuh dan membahayakan nyawa para penggunanya. Peristiwa bencana gempa bumi tidak dapat diprediksi, namun dapat dideteksi melalui alat seismograf. Alat seismograf menghasilkan data nilai percepatan gerak tanah yang diambil sebagai parameter untuk membuat peta riwayat potensi wilayah gempa.
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung di Indonesia mengacu pada peraturan SNI 03-1726-2012 tentang “Tata Perencanaan Ketahanan
Gempa untuk Bangunan Gedung dan Non Gedung” sebagai salah satu penerapan
dari adanya Peta Gempa Indonesia 2010. SNI 03-1726-2012 merupakan revisi dari SNI 03-1726-2002. Menurut jenis analisis yang dapat dilakukan dalam melakukan perhitungan beban gempa, terdapat dua jenis analisis, yaitu statik dan dinamis. Analisis statik sering dikenal dengan analisis statik ekuivalen. Analisis dinamik terdiri dari analisis respon spektrum (respon spectrum), dan riwayat waktu (time history) (Budiono dan Supriatna, 2011). Analisis dari ketiga metode ini telah dilakukan sebelumnya oleh Septiana Wulandari di dalam skripsinya yang berjudul
“Analisis dan Evaluasi Struktur Atas Tower C Grand Center Point Apartement
Terhadap Beban Gempa Berdasarkan Peta Gempa Indonesia 2010”. Menurut Budiono dan Supriatna (2011) analisis statik ekuivalen lebih cocok digunakan pada gedung yang beraturan, sedangkan untuk metode analisis dinamik lebih cocok digunakan pada gedung tidak beraturan.
2
terbaru ditahun 2010. Gedung Student Center IPB yang terdiri dari 2 lantai, memiliki bentuk yang beraturan, sehingga analisis gempa yang cocok untuk dilakukan yaitu analisis dengan metode statik ekuivalen.
Ketahanan struktur suatu gedung dapat dianalisis dengan menggunakan program ETABS. Program ETABS digunakan secara spesialis untuk analisis struktur high rise building seperti bangunan perkantoran, bangunan apartemen, dan rumah sakit. Program ETABS versi secara khusus difungsikan untuk menganalisis lima perencanaan struktur, yaitu: analisis struktur baja, analisis struktur beton, analisis balok komposit, analisis baja rangka batang (cremona), dan analisis dinding geser. Penggunaan program ini untuk menganalisis struktur, terutama untuk bangunan. Program ini sangat tepat bagi perencana struktur karena ketepatan dari output yang dihasilkan dan efektifitas waktu untuk menganalisisnya (Pamungkas, 2009).
Perumusan Masalah
Bertitik tolak dari latar belakang masalah di atas, penelitian mengenai analisis dan evaluasi Gedung Student center IPB terhadap gempa ini dilakukan berdasarkan permasalahan yang dibahas, yang meliputi:
1. Perbandingan jumlah tulangan hasil analisis dengan metode statik ekuivalen berdasarkan peta hazard gempa 2010, dengan tulangan pada kondisi eksisting. 2. Evaluasi ketahanan struktur gedung Student center IPB terhadap beban gempa
berdasarkan peta gempa 2010.
Tujuan Penelitian
Tujuan diadakan penelitian ini adalah untuk mengetahui ketahan struktur atas Gedung Student center IPB terhadap beban gempa berdasarkan Peta Gempa Indonesia 2010 dan peraturan-peraturan terbaru menggunakan metode statik ekuivalen.
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dengan adanya penelitian ini adalah dapat diketahui ketahan Gedung Student center IPBterhadap beban gempa yang mengacu pada Peta Gempa Indonesia 2010, SNI 03-1726-2012, SNI 03-1727-1989, dan SNI 03-1727-2013. Selain itu, dapat diketahui peraturan-peraturan tentang beban gempa menggunakan metode statik ekuivalen.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian dilakukan dengan ruang lingkup sebagai berikut:
1. Struktur gedung yang dianalisis hanya bangunan utamanya saja yang merupakan struktur atas.
2. Analisis dan perhitungan struktur dilakukan dengan menggunakan variasi beban sebagai berikut:
3 c. Beban gempa
3. Gaya dalam dianalisis dengan menggunakan bantuan program komputer yaitu ETABS.
4. Analisa beban gempa dilakukan dengan menggunakan analisa gempa statik. 5. Perencanaan beban gempa memakai Peta Gempa Indonesia 2010 dengan
berpedoman pada perencanaan gempa pada SNI 03-1726-2012, SNI 03-1727-1989, dan SNI 03-1727-2013.
6. Dimensi struktur dan jenis penulangan disesuaikan dengan desain perencana. 7. Desain penulangan lebih terfokus pada struktur balok, dan kolom. Jumlah
tulangan hasil desain yang dibandingkan dengan tulangan yang dipakai di lapangan.
TINJAUAN PUSTAKA
Pembebanan Struktur
Dalam melakukan analisis desain struktur bangunan, perlu adanya gambaran yang jelas mengenai besar beban yang bekerja pada struktur. Hal penting yang mendasar adalah pemisahan antara beban-beban yang bersifat statis dan dinamis.
1. Beban statis
Beban statis adalah beban yang memiliki perubahan intensitas beban terhadap waktu berjalan lambat atau konstan. Jenis-jenis beban statis menurut Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung tahun 1983 adalah sebagai berikut:
Beban Mati (Dead Load / DL)
Beban mati adalah semua beban yang berasal dari berat bangunan, termasuk segala unsur tambahan tetap yang merupakan satu kesatuan dengannya.
Tabel 1 Beban mati pada struktur
Langit-langit + penggantung 18 kg/m2 Lantai ubin dari semen Portland 24 kg/m2
Spesi per cm tebal 21 kg/m2
Kolam renang 1000 kg/m2
4
Beban Hidup (Live Load / LL)
Beban hidup adalah semua beban tidak tetap, kecuali beban angin, beban gempa dan pengaruh-pengaruh khusus yang diakibatkan oleh selisih suhu, pemasangan (Erection), penurunan fondasi, susut, dan pengaruh pengaruh khusus lainnya. Meskipun dapat berpindah-pindah, beban hidup masih dapat dikatakan bekerja perlahan-lahan pada struktur. Beban hidup diperhitungkan berdasarkan perhitungan matematis dan menurut kebiasaan yang berlaku pada pelaksanaan konstruksi di Indonesia. Untuk menentukan secara pasti beban hidup yang bekerja pada suatu lantai bangunan sangatlah sulit, dikarenakan fluktuasi beban hidup bervariasi, tergantung dari banyak faktor. Oleh karena itu faktor pengali pada beban hidup lebih besar jika dibandingkan dengan faktor pengali pada beban mati.
Tabel 2 Beban hisup pada struktur
Beban Hidup Pada Lantai Bangunan Besar Beban
Lantai Apartemen 200 kg/m2
Tangga dan Bordes 300 kg/m2
Plat Atap 100 kg/m2
Lantai Ruang rapat 400 kg/m2
Beban Pekerja 100 kg/m2
Sumber: SNI 03-1727-2013. (2013).
2. Beban dinamik
Beban dinamik adalah beban dengan variasi perubahan intensitas beban terhadap waktu yang cepat. Beban dinamis ini terdiri dari beban gempa dan beban angin.
Beban Gempa
Gempa bumi adalah fenomena getaran yang dikaitkan dengan kejutan pada kerak bumi. Beban kejut ini dapat disebabkan oleh banyak hal tetapi sah satu faktor utamanya adalah benturan/gesekan kerak bumi yang mempengaruhi permukaan bumi. Lokasi gesekan ini disebut fault zone. Kejutan tersebut akan menjalar dalam bentuk gelombang. Gelombang ini menyebabkan permukaan bumi dan bangunan di atasnya bergetar. Pada saat bangunan bergetar timbul gaya-gaya pada struktur bangunan karena adanya kecenderungan dari massa bangunan untuk mempertahankan dirinya dari gerakan. Gaya yang timbul disebut gaya inersia, besar gaya tersebut bergantung pada banyak faktor yaitu:
1. Massa bangunan
2. Pendistribusian massa bangunan 3. Kekakuan struktur
4. Jenis tanah
5. Mekanisme redaman dari struktur
6. Perilaku dan besar alami getaran itu sendiri 7. Wilayah kegempaan
5 Analisis statik ekuivalen merupakan salah satu metode menganalisis struktur gedung terhadap pembebanan gempa dengan menggunakan beban gempa nominal statik ekiuvalen. Menurut Tata Cara Perencaan Ketahan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung Dan Non Gedung (SNI 03-1726-2012), analisis statik ekiuvalen cukup dapat dilakukan pada gedung yang memiliki bentuk beraturan. Ketentuan-ketentuan tentang gedung beraturan juga dijelaskan dalam peraturan tersebut. Apabila gedung memiliki struktur tidak beraturan maka selain dilakukan analisis statik ekuivalen juga diperlukan analisis lebih lanjut (Djoko Setiyarto, 2004)
Dalam perencanaan struktur bangunan tahan gempa, diperlukan standar dan peraturan perencanaan bangunan untuk menjamin keselamatan penghuni terhadap gempa besar yang mungkin terjadi serta menghindari dan meminimalisasi kerusakan struktur bangunan dan korban jiwa terhadap gempa bumi yang sering terjadi. Oleh karena itu struktur bangunan tahan gempa harus memiliki kekuatan, kekakuan, dan stabilitas yang cukup untuk mencegah terjadinya keruntuhan bangunan. Naeim (1989) menyatakan bahwa terdapat tiga karakteristik gempa bumi yang diperlukan untuk mendesain struktur tahan gempa antara lain:
1. Nilai maksimum gerakan gempa yaitu nilai maksimum percepatan gempa/peak ground acceleration, nilai maksimum kecepatan gempa/ peak ground velocity dan nilai maksimum perpindahan tanah/peak ground displacement.
2. Lama waktu terjadinya gempa atau durasi. 3. Rentang frekuensi gempa.
Tujuan desain bangunan tahan gempa adalah untuk mencegah terjadinya kegagalan struktur dan kehilangan korban jiwa pada saat dilanda gempa dan memastikan kerusakan yang terjadi berada pada batas yang masih dapat diperbaiki kembali.
Wilayah Gempa
Berdasarkan SNI 03-1726-2012 wilayah gempa ditetapkan berdasarkan parameter Ss (percepatan batuan dasar pada perioda pendek 0,2 detik) dan S1 (percepatan batuan dasar pada periode 1,0 detik). Hal ini dapat dilihat pada Gambar Peta Gempa Indonesia pada lampiran 1 dan 2.
Kombinasi Pembebanan
6
Berdasarkan SNI 03-1726-2012 pasal 7.4.2, pada kombinasi yang terdapat variabel beban gempa (E) harus didefinisikan sebagai E = Eh + Ev dan E = Eh - Ev. Pengaruh beban gempa seismik Eh dan Ev harus ditentukan dengan rumus berikut, Eh = �. Q . E (1) Keterangan:
Q = Pengaruh gaya seismik horizontal dari V atau Fp.
Ρ = Faktor redudansi, untuk desain seismik D sampai F nilainya 1,3. Pengaruh beban seismik Ev harus ditentukan dengan rumus berikut ini,
Ev = 0,2 . SDS. DL (2) Keterangan:
Eh = Pengaruh beban seismik horizontal.
Ev = Pengaruh beban seismik vertikal. Q = Pengaruh gaya seismik horizontal dari V atau Fp.
Ρ = Faktor redudansi, untuk desain seismik D sampai F nilainya 1,3. SDS = Parameter percepatan s spektral pada perioda pendek, redaman 5. DL = Beban mati.
LL = Beban hidup, dimana Lr = Beban hidup khusus pada atap RL = Beban hidup air hujan
WL = Beban angin
Gaya Geser Dasar Seismik
Besarnya gaya geser dasar seismik (V), dalam arah yang ditetapkan harus ditentukan sesuai SNI-1726-2012 dengan persamaan berikut:
= � (3)
Keterangan:
Cs = koefisien respons seismik W = berat seismik efektif
Koefisien respons seismik, Cs, harus ditentukan sesuai SNI-1726-2012 dengan persamaan:
R = faktor modifikasi respons Ie = faktor keutamaan gempa
Tabel 3 Faktor keutamaan gempa, Ie Kategori Risiko Faktor Keutamaan Gempa, Ie
7 Periode Alami Struktur
Berdasarkan SNI 03-1726-2012 terdapat dua nilai terbatas untuk periode bangunan, yaitu nilai minimum periode bangunan (Ta min) dan nilai maksimum periode bangunan (Ta maks). Nilai minimum periode bangunan (Ta min) ditentukan oleh rumus:
� � = � ℎ (6)
Dimana:
Ta min = nilai batas bawah periode bangunan
hn = ketinggian struktur, dalam (m), di atas dasar sampai tingkat tertinggi struktur
Ct = ditentukan dari Tabel 4 X = ditentukan dari Tabel 4
Tabel 4 Nilai parameter periode pendekatan Ct dan x
Tipe Struktur Ct X
Sistem rangka pemikul momen di mana rangka memikul 100 persen gaya gempa yang disyaratkan dan 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: SNI 1726-2012. (2012).
Nilai maksimum periode bangunan (Tamaks) ditentukan oleh rumus
� �� = � � � (7)
Tabel 5 Koefisien untuk batas atas pada periode yang dihitung
Parameter percepatan respons spektral desain Koefisien Cu
≥ 0,4 1,4
Beban geser dasar horizontal harus dibagikan sepanjang tinggi struktur bangunan gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekivalen (Fi) yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i, berdasarkan SNI-1726-2012 menggunakan persamaan berikut:
�� = ���
�
∑��=1 ���� (8)
Dimana:
Fi = beban gempa nominal statik ekivalen
8
zi = ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral n = nomor lantai tingkat paling atas
k = faktor mode tinggi
V = gaya geser dasar horizontal akibat gempa dalam KN
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan selama 3 bulan, dimulai dari bulan Maret – Juni 2015. Pengambilan data penelitian dilakukan di gedung perkantoran Student center IPB, yang belokasi di Jalan Lingkar Kampus, Kampus IPB Dramaga, Bogor. Peta lokasi gedung Student Center IPB dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini.
Gambar 1 Peta lokasi Gedung Student Center IPB Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya yaitu data sekunder berupa as built drawing gedung Student center IPB, Peta Gempa Indonesia 2010, dan SNI 03-1726-2012 tentang “Tata Cara Perencanaan Ketahanan
Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung”, serta peraturan
tentang kekuatan bangunan gedung yaitu SNI 03-2847-2013 “Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung”, dan Peraturan Pembebaanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung 1983.
9 Prosedur Pelaksanaan Penelitian
Secara umum tahapan yang dilakukan pada penelitian ini yaitu pengumpulan data, pemodelan struktur, analisa pembebanan, analisa struktur, evaluasi struktur, dan penyusunan laporan akhir. Diagram alir tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Diagram alir penelitian 1. Pengumpulan data
Pengumpulan data terdiri atas dua sumber utama yaitu data dari perencanaan yang meliputi gambar as built drawing, detail dimensi kolom, balok, dan pelat dan data dari peraturan yang meliputi SK SNI 03-2847-2013, SK SNI 03-1726-2012, RSNI 03-1726-201X, dan Peta Gempa Indonesia 2010.
2. Pemodelan struktur
Pemodelan struktur dibuat dengan menggunakan program ETABS dengan data utama yang digunakan yaitu as built drawing. Hasil pemodelan yang didapatkan yaitu bentuk model struktur secara tiga dimensi (3D). Pemodelan struktur dikondisikan dengan keadaan struktur sebenarnya. 3. Pembuatan spektrum gempa
10
Parameter-parameter tersebut antara lain:
a. Parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan untuk perioda pendek 0,2 detik (Ss) dan parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan untuk perioda 1,0 detik (S1). Parameter Ss dan S1 untuk wilayah Bogor dapat dilihat dari Peta Gempa Indonesia 2010.
b. Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran perioda pendek (Fa) dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik (Fv). Kedua parameter tersebut diperoleh dari tabel dibawah ini:
Tabel 6 Koefisien situs, Fa
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 = 1,0 Ss≥ 1,25
Parameter respons spektral percepatan gempa (MCER) terpetakan pada perioda pendek, T=1 detik, S1
S1 ≤ 0,25 S1 = 0,5 S1 = 0,75 S1 = 1,0 S1 ≥ 1,25 sedang; SE = tanah lunak; SF = tanah khusus
c. Parameter spektrum respons percepatan pada perioda pendek (SMS). Parameter spektrum respons percepatan pada perioda 1 detik (SM1). Kedua parameter tersebut dengan perumusan berikut ini:
� = �� (9) � = � (10)
d. Parameter percepatan spektral desain untuk perioda pendek (SDS) dan pada perida 1 detik (SD1), harus ditentukan melalui perumusan berikut ini:
� = � (11)
11 4. Analisa pembebanan
Analisa pembebanan dilakukan dengan memberikan beban berupa gaya-gaya yang bekerja pada struktur. Gaya-gaya yang dijadikan beban bagi struktur tersebut diantaranya beban mati, beban hidup, beban angin, dan beban gempa. Jika analisis dilakukan secara manual beban angin dihitung dengan rumus dari persamaan (1), untuk beban gempa akan dilakukan analisa statik ekuivalen sesuai dengan SNI 03-1726-2012 dengan menggunakan rumus dari persamaan (2) sampai dengan persamaan (7), dan untuk kombinasi pembebanan dihitung dengan rumus persamaan (8) sampai dengan persamaan (15). Namun analisis pembebanan tidak dihitung secara manual akan tetapi dihitung menggunakan program ETABS yang mengacu pada model 3D yang telah di desain sebelumnya.
5. Analisis struktur
Analisa struktur ini juga dilakukan dengan menggunakan program ETABS dan Microsoft Excel. Hasil running dari pemodelan struktur program ETABS yang berupa gaya-gaya dalam dapat dianalisis secara otomatis untuk merencanakan tulangan struktur pada balok, kolom dan pelat lantai. Sedangkan untuk Microsoft Excel, analisa struktur dihitung secara manual dengan mengikuti acuan dari SNI 03-2847-2013, SNI-03-1726-2012, dan RSNI 03-1726-201X.
6. Perencanaan struktur
Hasil dari program ETABS selanjutnya digunakan untuk menghitung kebutuhan jumlah tulangan pada balok, kolom, dan pelat lantai.
7. Ketahanan struktur atas
Ketahan struktur atas gedung Student Center terhadap beban gempa diketahui setalah dilakukan analisa pembebanan, apakah struktur atas gedung mampu untuk menahan beban gempa atau tidak? Hasil dari semua analisa yang telah dilakukan juga digunakan untuk evaluasi struktur dengan cara membandingkan kesesuaian hasil analisis dengan kondisi eksisting.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Spektrum Gempa
12
Gambar 3 Peta gempa wilayah Bogor untuk T=1,0 detik
Gambar 4 Peta gempa wilayah Bogor untuk T=0,2 detik
Penentuan nilai SS dan S1 dapat pula diperoleh dengan cara mengakses website Pusat Penelitian dan Pengembangan Pemukiman (PUSKIM), Kementrian Pekerjaan Umum. Hasil analisa dari website PUSKIM pada wilayah objek penelitian di Bogor, untuk kelas situs tanah sedang (D), nilai percepatan batuan dasar 1 detik (S1) diperoleh sebesar 0,356, dan nilai percepatan batuan dasar 0,2 detik (SS) diperoleh sebesar 0,882. Nilai S1 dan SS dijadikan acuan dalam menentukan nilai faktor amplifikasi terkait spektra percepatan berdasarkan jenis tanah, semakin lunak jenis tanah, semakin tinggi nilai faktor amplifikasi terkait spektra percepatan. Pada jenis tanah yang sama, semakin tinggi nilai S1 dan Ss, nilai faktor amplifikasi terkait spektra percepatan semakin kecil (Sari 2013). Nilai S1 dijadikan acuan dalam menentukan nilai faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik (Fv) dan nilai Ss dijadikan acuan untuk menentukan nilai faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran perioda pendek 0,2 detik (Fa).
Selain nilai Fv dan Fa, dalam pembuatan grafik spektrum gempa juga dibutuhkan nilai parameter-parameter lainnya yang dihitung berdasarkan SNI 03-1726-2012, yaitu spektrum respons percepatan pada perioda pendek (SMS), spektrum respons percepatan pada perioda 1 detik (SM1), percepatan spektral desain untuk perioda pendek (SDS) dan pada perida 1 detik (SD1), percepatan respon spektra (Sa) dan periode (T). Berikut nilai hasil perhitungan parameter-parameter tersebut:
Kondisi tanah sedang (D)
S1 = 0,356 SDS = 0,6746 Kondisi T < T0
SS = 0,882 SD1 = 0,4006 Sa = SDS (0,4 + 0,6 T/T0)
Fa = 1,1472 T0 = 0,12 Sa = 0,269
FV = 1,688 TS = 0,59 Kondisi T0 < T < Ts SMS = 1,012 Kondisi Ts < T < TL Sa = SDS
13 Hasil dari pembuatan grafik spektrum gempa pada lokasi Gedung Student Center IPB dengan kelas situs tanah sedang (D) dapat dilihat pada gambar 5 dibawah ini.
Gambar 5 Grafik desain spektrum gempa Pemodelan Struktur
Komponen utama struktur atas sebuah gedung terdiri balok, kolom, dan pelat lantai. Ketiga komponen tersebut dimodelkan pada program ETABS 9.7.2 sesuai dengan as built drawing yang telah ada.
Gambar 6 Gedung Student Center IPB tampak depan
Gambar 7 Gedung Student Center IPB tampak belakang
14
Gambar 8 Gedung Student Center IPB tampak samping
Pemodelan diawali dengan menggambarkan elemen struktur pada grid-grid arah tiga dimensi, sumbu x y, dan z. Pemodelan dilanjutkan dengan menginput material struktur. Material yang diinput kedalam program ETABs adalah beton dengan mutu K-225 untuk komponen struktur balok dan pelat lantai, dan beton dengan mutu K-175 untuk komponen struktur kolom. Mutu baja yang digunakan untuk tulangan beton adalah 240 MPa untuk baja berdiameter lebih kecil dari 12 mm dan 390 MPa untuk baja berdiamater lebih besar dari 12 mm. Struktur pondasi dimodelkan sebagai tumpuan jepit. Hasil pemodelan gedung berupa tiga dimensi dapat dilihat pada gambar 9 dibawah ini.
Gambar 9 Hasil pemodelan 3D gedung pada software ETABS
15 Tabel 8 Beban mati pada struktur pelat lantai
Jenis Bahan Uraian Berat (kN/m2)
Spesi/screed, Tebal = 20 mm 0.02 m x 22 kN/m3 0,44
keramik, tebal = 10 mm 0.01 m x 22 kN/m3 0,22
Instalasi ME 0,25
Sanitasi 0,5
Plafond dan penggantung 0,2
Total 1,61
Tabel 9 Beban mati pada struktur balok
Jenis Bahan Uraian Berat (kN/m2)
Batako, tinggi 4 m 4 m x 2 kN/m3 8
Tripleks 4 m x 2 x 0,034 kN/m3 0,27
Tabel 10 Beban hidup pada struktur pelat lantai
Jenis Beban Hidup Berat (kN/m2)
Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor dan asrama 2,5
Struktur gedung secara umum menggunakan material struktur beton, namun untuk struktur atap dibangun menggunakan sistem atap rangka baja ringan, sehingga bentuk pemodelan lebih mudah dilakukan menggunakan program SAP 2000. Pemodelan dibuat secara terpisah untuk mendekati karakteristik bangunan model sebenarnya. Hasil analisis struktur atap menggunakan program SAP 2000 diperoleh bahwa besarnya nilai beban rangka atap baja ringan adalah sebesar 10,19 kN/m. Nilai tersebut kemudian diinput berupa beban titik pada ujung ruas-ruas balok lantai paling atas dalam progam ETABS. Hasil pemodelan struktur atap rangka baja pada program SAP 2000 dan penempataan beban atap rangka baja ringan pada program ETABS dapat dilihat pada gambar 10 dan gambar 11 dibawah ini.
16
Gambar 11 Penempatan beban atap rangka baja ringan pada program ETABS Analsisis Struktur
Menurut jenis analisis yang dapat dilakukan dalam melakukan perhitungan beban gempa, terdapat dua jenis analisis, yaitu statik dan dinamis. Analisis statik sering dikenal dengan nama analisis statik ekuivalen. Analisis ini dapat digunakan pada gedung yang beraturan. Statik ekivalen adalah suatu representasi dari beban gempa setelah disederhanakan dan dimodifikasi, yang mana gaya inersia yang bekerja pada suatu massa akibat gempa disederhanakan menjadi gaya horizontal (Budiono dan Supriatna 2011).
Nilai periode getar fundamental (Ta) ditentukan dengan menggunakan metode statik ekuivalen berdasarkan pada SNI 03-1726-2012 pasal 7.8.2. Nilai periode getar fundamental yang diperoleh dari hasil analisis software ETABS 9.7.2 dipengaruhi oleh ketinggian jenis rangka bahan pada struktur bangunan. Nilai ini dibatasi oleh nilai maksimum dan nilai minimum yang ditinjau dari dua arah yaitu mode 2 (arah X) dan mode 1 (arah Y). Berdasarkan SNI 03-1726-2012 pasal. 7.8.2.1, diperoleh nilai Ct = 0,0466, x = 0,9, Cu = 1,4 dan ketinggian gedung (Hn) = 7,9 m, sehinga diperoleh nilai Ta untuk arah X (Tx) dan Ta untuk arah Y (Ty) ditunjukkan pada tabel dibawah ini.
Tabel 11 Nilai periode getar fundamental
Arah X (detik) Arah Y (detik)
17 Gaya geser dasar horizontal akibat gempa (V) dapat dihitung dengan ketentuan: nilai parameter respon spektra percepatan desain pada periode pendek (SDS) sebesar 0,6746. Struktur Gedung Student Center IPB termasuk kedalam kategori resiko IV (I = 1,5), dengan nilai R = 5, dan total berat (Wt) = 38610 Kg. Nilai Cs yang diperoleh dengan menggunakan rumus adalah sebesar 1,4056 untuk arah x dan 1,4549 untuk arah y. Sehingga besarnya gaya geser dasar horizontall akibat gempa (V) untuk arah X (Vx) dan arah Y (Vy) adalah sama yaitu sebesar 7814,67 kg. Adapun besarnya nilai distribusi vertikal gaya gempa pada tinjauan arah X (Fx), dan arah Y (Fy) juga memiliki nilai yang sama. Nilai ini disebar tiap lantai seperti terlihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 12 Perhitungan nilai distribusi vertikal perlantai gedung
Tingkat
Selanjutnya nilai distribusi vertikal gaya gempa tersebut dimasukkan kedalam program ETABS sebagai pembebanan gempa statik ekuivalen. Hasil dari program tersebut berupa gaya dalam dari masing-masing struktur kolom dan balok, dan juga dapat diketahui jumlah tulangan kolom dan balok yang dibutuhkan agar struktur kuat terhadap beban gempa.
Evaluasi Struktur Kolom
Kolom merupakan elemen struktur yang berfungsi menopang struktur secara vertikal dan menerima gaya-gaya berupa beban lateral dan gaya dari elemen balok, kemudian gaya tersebut didistribusikan kepada pondasi untuk diteruskan kepada lapisan tanah keras. Kolom yang digunakan pada struktur gedung Student Center berbentuk persegi. Hasil analisis program ETABS dapat diketahui bahwa semua frame kolom hasil evaluasi pada struktur gedung ini adalah aman, ditandai dengan tidak terdapatnya kolom yang berwarna merah (overstress). Semua kolom berwarna biru muda yang artinya kolom tersebut aman.
18
Tabel 13 Perbandingan jumlah dan diameter tulangan lentur dan geser pada kolom
Kolom Dimensi Kondisi Tulangan Lentur
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. Balok harus didesain dengan memperhatikan kondisi gaya-gaya yang terjadi akibat pembebanan. Balok dimodelkan sebagai frame yang memiliki joint yang kaku sehingga momen-momen maksimum terjadi di ujung balok. Kombinasi elemen struktur balok didesain dengan kemampuan menahan tegangan tarik dan tekan. Beton mempunyai sifat kuat tekan tinggi dan tulangan besi mempunyai sifat kuat tarik tinggi. Kombinasi kekuatan yang diberikan beton dan tulangan besi, diharapkan dapat memperkuat elemen struktur balok.
Penulangan balok dilakukan dari perhitungan gaya-gaya dalam yang bekerja pada balok. Penulangan yang dianalisis meliputi penulangan lentur dan penulangan geser. Menurut Surya (2012), semakin besar momen yang menimpa struktur maka kebutuhan tulangan lentur semakin besar. Tulangan lentur didesain dengan dua kondisi, yaitu kondisi lapangan dan kondisi tumpuan. Hasil analisis program ETABS menunjukkan bahwa terdapat tipe balok yang dapat dikatakan tidak aman atau mengalami overstress yang ditandai dengan warna merah pada frame balok. Balok yang mengalami overstress adalah balok dengan tipe B5, B8, dan B11 yang terletak pada story 1. Overstress ini disebabkan oleh gaya geser dan torsi yang melebihi nilai maksimum yang diizinkan. Namun, setelah dilakukan perhitungan secara manual terhadap desain tulangan geser kondisi eksisting didapatkan hasil bahwa jumlah dan diameter tulangan geser balok-balok tersebut masih aman.
19 ke sisi retak lainnya (Wulandari, 2013). Perbandingan tulangan lentur dan tulangan geser hasil evaluasi menggunakan program ETABS dengan kondisi eksisting dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 14 Perbandingan jumlah dan diameter tulangan lentur dan geser pada balok
20
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Hasil analisis ketahanan struktur atas Gedung Student Center terhadap beban gempa pada program ETABS, dengan menggunakan metode statik ekuivalen menunjukkan bahwa semua komponen struktur yang terpasang, baik struktur kolom dan struktur balok pada kondisi eksisting telah memenuhi kebutuhan jumlah tulangan hasil evaluasi. Tulangan lentur balok pada kondisi eksisting lebih besar dari tulangan lentur hasil evaluasi, yang artinya balok yang dipakai pada kondisi eksisting dapat dikatakan bersifat boros, namun aman terhadap beban gempa. Adapun untuk penulangan kolom, jumlah dan diameter tulangan kolom pada kondisi eksisting sama dengan hasil evaluasi. Sehingga, dapat dikatakan bahwa secara keseluruhan Gedung Student Center IPB aman terhadap beban gempa.
Saran
Saran yang dapat diajukan antara lain, perlunya dilakukan penelitian lebih lanjut tentang evaluasi struktur atas Gedung Student Center IPB terhadap beban gempa dengan parameter yang dibandingkan selain dari jumlah dan diameter tulangan balok dan kolom. Evaluasi dapat juga dilakukan dengan berbagai metode yang berbeda berdasarkan peraturan-peraturan terbaru untuk mendapatkan perbandingan nilai kinerja struktur gedung terhadap beban gempa.
DAFTAR PUSTAKA
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2012. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung dan Non Gedung SNI 03-1726-2012. Jakarta(ID).BSN.
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2013. Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung. SNI 03-2847-2013. Jakarta (ID): BSN.
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2013. Panduang Perencanaan Pembebanan untuk Gedung dan Rumah SNI 03-1727-2013. Jakarta (ID): BSN.
Budiono B, Supriatna L. 2011. Studi Komparasi Desain Bangunan Tahan Gempa dengan Menggunakan SNI 03-1726-2002 dan RSNI 03-1726-201X. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung.
Naeim F. 1989. The Seismic Design Handbook [Internet]. New York (USA): Van Nostrand Reinhold. hlm 34; [diunduh 10 Juni 2015]. Tersedia pada: https://www.google.com/?gws_rd=ssl#q=the+seismic+design+handbook+p df&tbm=bks.
Pamungkas, Anugrah. 2009. Gedung Beton Bertulang Tahan Gempa. Surabaya (ID): ITSPress.
21 Setiawan, Ikhsan. 2014. Analisis Dan Evaluasi Struktur Atas Gedung Pusat Informasi Kehutanan IPB Terhadap Ketahanan Gempa Berdasarkan Peta Gempa 2010 [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor
Setiyarto, Djoko. 2004. Aplikasi Teknik Sipil dengan SAP 2000, Bandung (ID): Universitas Komputer Indonesia
Surya, Martinus. 2012. Analisis dan Evaluasi Struktur Wing Fahutan IPB,Bogor Terhadap Ketahanan Gempa Berdasarkan Peta Gempa 2010 [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor
Lampiran 1 Peta respons spektra percepatan perioda 0.2 detik dalam 50 tahun
Lampiran 2 Peta respons spektra percepatan perioda 1.0 detik dalam 50 tahun
Lampiran 3 Denah kolom Gedung Student Center IPB lantai 1
Lampiran 4 Denah kolom Gedung Student Center IP B lantai 2
Lampiran 5 Denah balok Gedung Student Center IPB pada elevasi +3.95 m
Lampiran 6 Denah balok Gedung Student Center IPB pada elevasi +7.40 m
29
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 01 November 1992 di Nagari Sumanik, Kecamatan Salimpaung, Kabupaten Tanah Datar, Provinsi Sumatera Barat. Penulis merupakan anak keempat dari empat bersaudara dari pasangan Ayahanda Salman Idris dan Ibunda Hasnidar. Penulis mulai masuk jenjangan pendidikan formal pada tahun 1999 di SD N 07 Sumanik, kemudian tahun 2005 melanjutkan sekolah ke SMP N 3 Salimpaung. Penulis lulus sekolah menengah pertama pada tahun 2008, kemudian diterima di SMA N 1 Batusangkar. Penulis diterima sebagai mahasiswa di Institut Pertanian Bogor pada tahun 2011 melalui jalur SNMPTN Undangan di program studi Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
