commit to user
4
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Berdasarkan International Building Code (IBC) 2009, dalam perencanaan sistem bangunan tahan gempa untuk mencegah terjadinya kegagalan struktur dan kehilangan korban jiwa, mengikuti ketentuan sebagai berikut:
a. Tidak terjadi kerusakan sama sekali pada gempa kecil.
b. Ketika terjadi gempa sedang, diperbolehkan terjadi kerusakan arsitektural tetapi bukan merupakan kerusakan struktural.
c. Diperbolehkan terjadinya kerusakan struktural dan non-struktural pada gempa kuat, namun kerusakan yang terjadi tidak sampai menyebabkan bangunan runtuh.
d. Sistem sprinkler untuk proteksi kebakaran dan tangga keluar tetap utuh.
Ketika gempa menyerang konstruksi bangunan yang berada di atas permukaan tanah, maka di antara elemen konstruksi pembentuk bangunan gedung yang pertama kali dikenai aksi beban gempa adalah kolom bangunan pada level lantai dasar, sebelum energi gempa merambat ke kolom dan balok lantai di atasnya. Jika gempa berarah horizontal, maka aksi dari beban gempa ini akan diterima oleh kolom bangunan sebagai gaya geser. Jika gempa ini berarah vertikal, maka aksi dari beban gempa akan diterima oleh kolom sebagai gaya aksial. Gaya aksial maupun gaya geser ini akan merambat keatas bangunan, dengan kecepatan rambat tertentu sesuai dengan modulus geser G atau modulus elastisitas E dari material konstruksi pembentuk struktur kolom (Darmawan, Strauspalia, dan Nisa, 2010).
Hal yang perlu diperhatikan adalah kekuatan bangunan yang memadai untuk memberikan kenyamanan bagi penghuninya terutama lantai atas. Semakin tinggi bangunan, defleksi lateral yang terjadi juga semakin besar pada lantai atas.
(Mc.Cormac, 1995)
commit to user
Hal penting dari evaluasi berbasis kinerja adalah sasaran kinerja bangunan terhadap gempa dinyatakan secara jelas. Sasaran kinerja tersebut terdiri dari kejadian gempa rencana yang ditentukan (earthquake hazard), dan taraf kerusakan yang diijinkan atau level kinerja (performance level) dari bangunan terhadap kejadian gempa tersebut. (Dewabroto, 2007)
Menurut Applied Tecnology Council (ATC)-40, kriteria-kriteria struktur tahan gempa adalah sebagai berikut :
a. Immediate Occupancy (IO)
Bila gempa terjadi, struktur mampu menahan gempa tersebut, struktur tidak mengalami kerusakan struktural dan tidak mengalami kerusakan non struktural. Sehingga dapat langsung dipakai.
b. Life Safety (LS)
Struktur gedung harus mampu menahan gempa sedang tanpa kerusakan struktur, walaupun ada kerusakan pada elemen non-struktur.
c. Collapse Prevention (CP)
Struktur harus mampu menahan gempa besar tanpa terjadi keruntuhan struktural walaupun struktur telah mengalami rusak berat, artinya kerusakan struktur boleh terjadi tetapi harus dihindari adanya korban jiwa manusia.
Daniel L. Schodek (1999) menyatakan bahwa pada struktur stabil apabila dikenakan beban, struktur tersebut akan mengalami perubahan bentuk (deformasi) yang lebih kecil dibandingkan struktur yang tidak stabil. Hal ini disebabkan karena pada struktur yang stabil memiliki kekuatan dan kestabilan dalam menahan beban.
Stabilitas merupakan hal yang sulit di dalam perencanaan struktur yang merupakan gabungan dari elemen-elemen. Untuk memperjelas mengenai stabilitas struktur akan diilustrasikan dalam Gambar 2.1.
commit to user
(a) Susunan kolom dan balok. (b) Ketidakstabilan terhadap beban horisontal.
(c) Tiga metode dasar untuk menjamin kestabilan struktur sederhana meliputi : penopang diagonal, bidang geser dan titik hubung kaku.
(d) Setiap metode yang dipakai untuk menjamin kestabilan pada struktur harus dipasang secara simetris. Apabila tidak, dapat terjadi efek torsional pada struktur.
Gambar 2.1. Kestabilan Struktur Portal.
Sumber : Daniel L. Schodek (1999) Δ
commit to user
Pada Gambar 2.1(a). struktur stabil karena struktur belum mendapatkan gaya dari luar, apabila suatu struktur dikenakan gaya horisontal maka akan terjadi deformasi seperti yang terlihat pada Gambar 2.1(b). Hal ini disebabkan karena struktur tidak mempunyai kapasitas yang cukup untuk menahan gaya horisontal dan struktur tidak mempunyai kemampuan untuk mengembalikan bentuk struktur ke bentuk semula apabila beban horisontal dihilangkan sehingga akan terjadi simpangan horisontal yang berlebihan yang dapat menyebabkan keruntuhan.
Menurut Daniel L. Schodek (1999), terdapat beberapa cara untuk menjamin kestabilan struktur seperti pada Gambar 2.1(c). Cara pertama dengan menambahkan elemen struktur diagonal pada struktur, sehingga struktur tidak mengalami deformasi menjadi jajaran genjang seperti pada Gambar 2.1(b). Hal ini disebabkan karena dengan menambahkan elemen struktur diagonal gaya-gaya yang dikenakan pada struktur akan disebarkan keseluruh bagian termasuk ke elemen diagonal, gaya-gaya yang diterima masing-masing struktur akan berkurang sehingga simpangan yang dihasilkan lebih kecil. Cara kedua adalah dengan menggunakan dinding geser. Elemennya merupakan elemen permukaan bidang kaku, yang tentunya dapat menahan deformasi akibat beban horisontal dan simpangan horisontal yang akan dihasilkan akan lebih kecil. Cara ketiga adalah dengan mengubah hubungan antara elemen struktur sedemikian rupa sehingga perubahan sudut untuk suatu kondisi pembebanan tertentu. Hal ini dengan membuat titik hubung kaku diantara elemen struktur sebagai contoh meja adalah struktur stabil karena adanya titik hubung kaku di antara setiap kaki meja dengan permukaan meja yang menjamin hubungan sudut konstan di antara elemen tersebut, sehingga struktur menjadi lebih kaku. Dalam menentukan letak bresing maupun dinding geser hendaknya simetris. Hal ini untuk menghindari efek torsional.
commit to user
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Analisis Dinamik
Secara umum analisis struktur terhadap beban gempa terdiri dari 2 macam, yaitu : 1. Analisis beban statik ekuivalen adalah suatu cara analisis struktur dimana
pengaruh gempa pada struktur dianggap sebagai beban statik horisontal yang diperoleh dengan hanya memperhitungkan respon ragam getar yang pertama, dan biasanya distribusi gaya ini di sederhanakan sebagai segitiga terbalik.
2. Analisis dinamik adalah analisis struktur dimana pembagian gaya geser gempa diseluruh tingkat diperoleh dengan memperhitungkan pengaruh dinamis gerakan tanah terhadap struktur. Analisis dinamik dibagi menjadi 2 macam, yaitu :
a. Analisis ragam respon spektrum dimana total respon didapat melalui superposisi dari respon masing-masing ragam getar.
b. Analisis riwayat waktu adalah analisis dinamis dimana pada model struktur diberikan suatu catatan rekaman gempa dan respon struktur dihitung langkah demi langkah pada interval tertentu.
Analisis dinamik untuk perancangan struktur tahan gempa dilakukan jika diperlukan evaluasi yang lebih akurat terhadap gaya-gaya gempa yang bekerja pada struktur, serta untuk mengetahui perilaku dari struktur akibat pengaruh gempa. Analisis dinamik dilakukan pada perancangan struktur bangunan tingkat tinggi atau struktur dengan bentuk atau konfigurasi yang tidak teratur. Analisis dinamik dapat dilakukan dengan cara elastis maupun inelastis. Pada cara elastis dibedakan menjadi Analisis Ragam Riwayat Waktu (Time History Modal Analysis), dimana pada cara ini diperlukan rekaman percepatan gempa dan Analisis Ragam Spektrum Respon (Respons Spectrum Modal Analysis), dimana pada cara ini respon maksimum dari tiap ragam getar yang terjadi didapat dari Spektrum Respon Rencana (Design Spectra). Analisis dinamik elastis digunakan untuk mendapatkan respon struktur akibat pengaruh gempa yang sangat kuat dengan cara integrasi langsung (Direct Integration Method). Analisis dinamik elastis ini lebih sering digunakan karena lebih sederhana.
commit to user
Analisis dinamik bertujuan untuk menentukan pembagian gaya geser tingkat akibat gerakan tanah oleh gempa dan dapat dilakukan dengan cara analisis ragam spektum respon. Pembagian gaya geser tingkat tersebut adalah untuk menggantikan pembagian beban geser dasar akibat gempa sepanjang tinggi gedung pada analisis beban statik ekuivalen. Pada analisis ragam spektum respon, sebagai spektrum percepatan respon gempa rencana harus dipakai diagram koefisien gempa dasar (C) untuk wilayah masing-masing gempa. Nilai C tersebut tidak berdimensi sehingga respon masing-masing ragam merupakan respon relatif.
Menurut Widodo (2000), terdapat perbedaan antara beban statik dan beban dinamik. Dalam ilmu statika keseimbangan gaya-gaya didasarkan atas kondisi statik, artinya gaya-gaya tersebut tetap intesitasnya, tetap tempatnya dan tetap arah/garis kerjanya. Gaya-gaya tersebut dikategorikan sebagai beban statik.
Kondisi seperti ini akan berbeda dengan beban dinamik dengan pokok-pokok perbedaan sebagai berikut :
a. Beban dinamik adalah beban yang berubah-ubah menurut waktu (time varying) sehingga beban dinamik merupakan fungsi dari waktu.
b. Beban dinamik umumnya hanya bekerja pada rentang waktu tertentu. Untuk gempa bumi maka rentang waktu tersebut kadang-kadang hanya beberapa detik saja. Walaupun hanya beberapa detik saja namun beban angin dan beban gempa misalnya dapat merusakkan struktur dengan kerugian yang sangat besar.
c. Beban dinamik dapat menyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat massa yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan.
d. Beban dinamik lebih kompleks dibanding dengan beban statik, baik dari bentuk, fungsi, bebannya maupun akibat yang ditimbulkan. Asumsi-asumsi kadang perlu diambil untuk mengatasi ketidakpastian yang mungkin ada pada beban dinamik.
e. Karena beban dinamik berubah-ubah intensitasnya menurut waktu, maka pengaruhnya terhadap struktur juga berubah-ubah menurut waktu. Oleh karena itu penyelesaian problem dinamik harus dilakukan secara berulang-ulang bersifat penyelesaian tunggal ( single solution ), maka penyelesaian problem dinamik bersifat penyelesaian berulang-ulang (multiple solution).
commit to user
f. Sebagai akibat penyelesaian yang berulang-ulang maka penyelesaian struktur dengan beban dinamik akan lebih mahal dan lebih lama.
Berbagai macam beban (P) seperti beban statik, beban impak, getaran mesin dan getaran gempa serta hubungannya terhadap waktu (t) dapat digambarkan menjadi suatu diagram seperti yang terlihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Diagram Beban (P) - Waktu (t)
Sumber : www.mafiosodeciviliano.com (Mei,2011)
Beban dinamik menimbulkan respon yang berubah-ubah menurut waktu, maka struktur yang bersangkutan akan ikut bergetar atau ada gerakan. Dalam hal ini bahan akan melakukan resistensi terhadap gerakan dan pada umumnya dikatakan bahan yang bersangkutan mempunyai kemampuan untuk meredam getaran.
Dengan demikian pada pembebanan dinamik, akan terdapat peristiwa redaman yang hal ini tidak ada pada pembebanan statik.
2.2.2. Ketidakberaturan Struktur Bangunan
Keteraturan (beraturan atau tidak) atau konfigurasi gedung akan sangat mempengaruhi kinerja gedung sewaktu terkena gempa rencana, karena itu struktur gedung dibedakan atas 2 golongan yaitu yang beraturan dan yang tidak beraturan berdasarkan analisis statik ekuivalen, sedangkan yang tidak beraturan, pengaruh gempa rencana harus ditinjau sebagai pengaruh pembebanan dinamik, sehingga analisisnya dilakukan berdasarkan analisis respon dinamik (Purwono, 2005).
Beban Statik Beban Impak Getaran Mesin Getaran Gempa
commit to user
Struktur bangunan gedung harus diklasifikasikan sebagai beraturan atau tidak beraturan. Klasifikasi tersebut harus didasarkan pada konfigurasi horisontal dan vertikal dari struktur bangunan gedung. Ketidakberaturan horisontal dan ketidakberaturan vertikal pada struktur bangunan gedung, mempunyai tipe dan penerapan kategori desain seismik masing-masing, seperti yang dijelaskan pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2.
Tabel 2.1. Ketidakberaturan Horisontal
Tipe dan penjelasan ketidakberaturan Pasal referensi
Penerapan kategori desain
seismik 1a. Ketidakberaturan Torsi didefinisikan ada
jika simpangan antar lantai tingkat maksimum, torsi yang dihitung termasuk tak terduga, disebuah ujung struktur melintang terhadap sumbu lebih dari 1,2 kali simpangan antar lantai tingkat rata-rata dikedua ujung struktur. Persyaratan ketidakberaturan torsi dalam pasal-pasal referensi berlaku hanya untuk struktur dimana diafragmanya kaku atau setengah kaku.
7.3.3.4 7.7.3 7.8.4.3 7.12.1 Tabel 13 12.2.2
D, E, dan F B, C, D, E, dan F C, D, E, dan F C, D, E, dan F D, E, dan F B, C, D, E, dan F
1b. Ketidakberaturan Torsi Berlebihan didefinisikan ada jika simpangan antar lantai tingkat maksimum, torsi yang dihitung termasuk tak terduga, disebuah ujung struktur melintang terhadap sumbu lebih dari 1,4 kali simpangan antar lantai tingkat rata-rata dikedua ujung struktur. Persyaratan ketidakberaturan torsi dalam pasal-pasal referensi berlaku hanya untuk struktur dimana diafragmanya kaku atau setengah kaku.
7.3.3.1 7.3.3.4 7.7.3 7.8.4.3 7.12.1 Tabel 13 12.2.2
E dan F D
B, C, dan D C, dan D C, dan D D
B, C, dan D
Dilanjutkan
commit to user 2. Ketidakberaturan Sudut Dalam
didefinisikan ada jika kedua proyeksi denah struktur dari sudut dalam lebih besar dari 15 persen dimensi denah struktur dalam arah yang ditentukan
7.3.3.4 Tabel 13
D, E, dan F D, E, dan F
3. Ketidakberaturan Diskontinuitas Diafragma didefinisikan ada jika terdapat diafragma dengan diskontinuitas atau variasi kekakuan mendadak, termasuk yang mempunyai daerah terpotong atau terbuka lebih besar dari 50 persen daerah diafragma bruto yang melingkupinya, atau perubahan kekakuan diafragma efektif lebih dari 50 persen dari suatu tingkat ke tingkat selanjutnya.
7.3.3.4 Tabel 13
D, E, dan F D, E, dan F
4. Ketidakberaturan Pergeseran Melintang Terhadap Bidang didefinisikan ada jika terdapat diskontinuitas dalam lintasan tahanan gaya lateral, seperti pergeseran melintang terhadap bidang elemen vertikal.
7.3.3.3 7.3.3.4 7.7.3 Tabel 13 12.2.2
B, C, D, E dan F D, E, dan F B, C, D, E dan F D, E, dan F B, C, D, E dan F 5. Ketidakberaturan Sistem Nonparalel
didefinisikan ada jika elemen penahan gaya lateral vertical tidak paralel atau simetris terhadap sumbu-sumbu ortogonal utama sistem penahan gaya gempa.
7.5.3 7.7.3 Tabel 13 12.2.2
C, D, E dan F B, C, D, E dan F D, E dan F B, C, D, E dan F
Sumber : Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 03-1726-2012, hal. 45)
Lanjutan
commit to user Tabel 2.2 Ketidakberaturan Vertikal
Tipe dan penjelasan ketidakberaturan Pasal referensi
Penerapan kategori desain
seismik 1a. Ketidakberaturan Kekakuan Tingkat Lunak
didefinisikan ada jika terdapat suatu tingkat dimana kekakuan lateralnya kurang dari 70 persen kekakuan lateral tingkat di atasnya atau kurang dari 80 persen kekakuan rata-rata tiga tingkat di atasnya.
Tabel 13 D, E, dan F
1b. Ketidakberaturan Kekakuan Tingkat Lunak Berlebihan didefinisikan ada jika terdapat suatu tingkat dimana kekakuan lateralnya kurang dari 60 persen kekakuan lateral tingkat di atasnya atau kurang dari 70 persen kekakuan rata-rata tiga tingkat di atasnya.
7.3.3.1 7.3.3.1 Tabel 13
E dan F E dan F D, E dan F
2. Ketidakberaturan Berat (Massa) didefinisikan ada jika massa efektif semua tingkat lebih dari 150 persen massa efektif tingkat di dekatnya. Atap yang lebih ringan dari lantai dibawahnya tidak perlu ditinjau.
Tabel 13 D, E, dan F
3. Ketidakberaturan Geometri Vertikal didefinisikan ada jika dimensi horisontal sistem penahan gaya gempa disemua tingkat lebih dari 130 persen dimensi horisontal sistem penahan gaya gempa tingkat didekatnya.
Tabel 13 D, E, dan F
4. Diskontinuitas Arah Bidang dalam Ketidakberaturan Elemen Penahan Gaya Lateral Vertikal didefinisikan ada jika pergeseran arah bidang elemen penahan gaya lateral lebih besar dari panjang elemen itu atau terdapat reduksi kekakuan elemen penahan ditingkat dibawahnya.
7.3.3.3 7.3.3.4 Tabel 13
B, C, D, E dan F D, E, dan F D, E, dan F
Dilanjutkan
commit to user 5a. Diskontinuitas dalam Ketidakberaturan
Kuat Lateral Tingkat didefinisikan ada jika kuat lateral tingkat kurang dari 80 persen kuat lateral tingkat diatasnya. Kuat lateral tingkat adalah kuat lateral total semua elemen penahan seismik yang berbagi geser tingkat untuk arah yang ditinjau.
7.3.3.1 Tabel 13
E dan F D, E dan F
5b. Diskontinuitas dalam Ketidakberaturan Kuat Lateral Tingkat yang Berlebihan didefinisikan ada jika kuat lateral tingkat kurang dari 65 persen kuat lateral tingkat diatasnya. Kuat lateral tingkat adalah kuat lateral total semua elemen penahan seismik yang berbagi geser tingkat untuk arah yang ditinjau.
7.3.3.1 7.3.3.2 Tabel 13
D, E dan F B dan C D, E dan F
Sumber : Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 03-1726-2012, hal. 46)
2.2.3. Sistem Struktur dengan Banyak Derajat Kebebasan (MDOF)
Pada kenyataannya sulit mendapatkan struktur yang hanya memiliki satu derajat kebebasan (Single Degree of Freedom = SDOF) atau pendekatan yang diberikan oleh sistem SDOF mempunyai keandalan yang kurang memenuhi untuk beberapa struktur pada umumnya, sehingga pendekatan pada sistem Multi Degree of freedom (MDOF) akan lebih baik (Paz, 1996).
Untuk struktur bangunan dengan derajat kebebasan SDOF dan MDOF dapat dimodelkan seperti pada Gambar 2.3. dan Gambar 2.4.
Gambar 2.3. Model Matematik Sistem Derajat Kebebasan Tunggal (SDOF) Lanjutan
commit to user
Gambar 2.4. Model Matematik Sistem dengan Banyak Derajat Kebebasan (MDOF)
Pada model sistem derajat kebebasan tunggal (SDOF), setiap massa, kekakuan, redaman dan gaya luar bertumpu pada elemen fisik tunggal. Bangunan satu tingkat merupakan salah satu contoh bangunan dengan derajat kebebasan tunggal.
Sedangkan pada struktur gedung bertingkat tinggi, umumnya digunakan sistem dengan banyak derajat kebebasan (MDOF) dimana keseimbangan dinamik yang menyangkut massa di setiap lantai tingkatnya dipengaruhi oleh kekakuan, redaman dan simpangan massa sebelum dan sesudahnya.
Pada sistem MDOF, setiap titik nodal mempunyai 3 (tiga) derajat kebebasan yang menyatakan :
a. Perpindahan lateral ( ) b. Perpindahan longitudinal ( ) c. Perpindahan rotasi ( )
Selanjutnya pada tiap titik nodal tersebut, terdapat 4 (empat) tipe gaya yang bekerja yaitu :
a. Gaya luar pi (t) b. Gaya pegas f Si c. Gaya redaman f Di d. Gaya inersia f Ii
Gaya inersia, gaya redaman dan gaya pegas adalah gaya-gaya yang disebabkan adanya gerakan (motion). Pada titik nodal (i) akan selalu berlaku persamaan kesetimbangan, seperti pada Persamaan (2.1) dibawah ini :
f Si + f Di + f Ii = pi (t) (2.1)
atau dalam bentuk matriks dapat ditulis :
[ f Si ] + [ f Di ] + [ f Ii ] = { pi (t) } (2.2)
commit to user
Untuk masing-masing suku dari Persamaan (2.1) dapat diuraikan seperti pada Persamaan (2.3) sampai Persamaan (2.5) sebagai berikut :
a. [ f Si ] = koefisien pengaruh kekakuan f Si = ki1.u1 + ki2.u2 + ki3.u3 + … + kin.un
atau dalam bentuk matriks dapat ditulis :
[ f S ] = [ k ].{u} (2.3)
dimana [ k ] : matriks kekakuan b. [ f Di ] = koefisien pengaruh redaman
f Di = ci1.u1 + ci2.u2 + ci3.u3 + … + cin.un atau dalam bentuk matriks dapat ditulis :
[ f D ] = [ c ].{u} (2.4)
dimana [ c ] : matriks redaman c. [ f Ii ] = koefisien massa
f Ii = mii.üi
atau dalam bentuk matriks dapat ditulis :
[ f I ] = [ m ].{ü} (2.5)
dimana [ m ] : matriks massa, yang berupa matriks diagonal
Dengan demikian keseimbangan dari total uraian persamaan diatas merupakan persamaan sistem MDOF, seperti pada Persamaan (2.6) sebagai berikut :
[ m ].{ü} + [ c ].{u} + [ k ].{u} = { p (t) } (2.6)
2.2.4. Konsep Perencanaan Gedung Tahan Gempa
Struktur tahan gempa adalah struktur yang tahan (tidak rusak dan tidak runtuh) apabila terlanda gempa, bukan struktur yang semata-mata (dalam perencanaan) sudah diperhitungkan dengan beban gempa (Tjokrodimulyo, 2007).
Dalam perencanaan bangunan tahan gempa struktur yang didesain harus memenuhi kriteria sebagai berikut :
a. Di bawah gempa ringan (gempa dengan periode ulang 50 tahun dengan probabilitas 60% dalam kurun waktu umur gedung) struktur harus dapat
commit to user
berespon elastik tanpa mengalami kerusakan baik pada elemen structural (balok, kolom, pelat dan pondasi struktur) dan elemen non struktural (dinding bata, plafond dan lain-lain).
b. Di bawah gempa sedang (gempa dengan periode ulang 50-100 tahun dengan probabilitas 50% dalam kurun waktu umur gedung) struktur bangunan boleh mengalami kerusakan ringan pada ujung-ujung balok di muka kolom, yang diistilahkan sendi plastis, struktur pada tahap ini disebut tahap First Yield yang merupakan parameter penting karena merupakan batas antara kondisi elastik (tidak rusak) dan kondisi plastik (rusak) tetapi tidak roboh atau disingkat sebagai kondisi batas antara beban gempa ringan dan gempa kuat.
c. Di bawah gempa kuat (gempa dengan periode ulang 200-500 tahun dengan probabilitas 10% dalam kurun waktu umur gedung) resiko kerusakan harus dapat diterima tapi tanpa keruntuhan struktur. Jadi, kerusakan struktur pada saat gempa kuat terjadi harus didesain pada tempat-tempat tertentu sehingga mudah diperbaiki setelah gempa kuat terjadi.
2.2.5. Prinsip dan Kaidah Perancangan
2.2.5.1. Prinsip Dasar Perencanaan, Perancangan dan Pelaksanaan
Prinsip-prinsip dasar perlu diperhatikan dalam perencanaan, perancangan dan pelaksanaan struktur bangunan beton bertulang tahan gempa yaitu :
1. Sistem struktur yang digunakan haruslah sesuai dengan tingkat kerawanan daerah dimana struktur bangunan tersebut berada terthadap gempa.
2. Aspek kontinuitas dan integritas struktur bangunan perlu diperhatikan. Dalam pendetailan penulangan dan sambungan-sambungan, unsur-unsur struktur bangunan harus terikat secara efektif menjadi satu kesatuan untuk meningkatkan struktur secara menyeluruh.
3. Konsistensi sistem struktur yang diasumsikan dalam desain dengan sistem struktur yang dilaksanakan harus terjaga.
4. Materi beton yang digunakan haruslah memiliki daya tahan yang tinggi di lingkungannya.
commit to user
5. Unsur-unsur arsitektural yang memiliki masa yang besar harus terikat dengan kuat pada sistem portal utama dan harus diperhitungkan pengaruhnya terhadap sistem struktur.
6. Metode pelaksanaan, sistem quality control dan quality assurance dalam tahapan konstruksi harus dilaksanakan denagn baik dan harus sesuai dengan kaidah yang berlaku.
Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa besarnya gaya gempa yang diterima struktur bangunan pada dasarnya dipengaruhi oleh karakteristik gempa yang tejadi, karakteristik tanah dimana bangunan berada dan karakteristik struktur bangunan. Karakteristik struktur bangunan yang berpengaruh diantaranya bentuk bangunan, massa bangunan, beban gravitasi yang bekerja, kekakuan dan lain-lain.
2.2.5.2. Sistem Struktur
Menurut SNI 03-1726-2012 pasal 7.2.2, ada 8 jenis sistem struktur dasar yang ditetapkan dalam peraturan perencanaan gempa Indonesia, yaitu:
1. Sistem dinding penumpu, yaitu sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding geser atau dinding rangka bresing.
2. Sistem rangka bangunan, yaitu sistem struktur yang pada dasarnya memililki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing.
2. Sistem rangka pemikul momen, yaitu sistem struktur yang pada dasarnya memililki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur.
3. Sistem ganda dengan rangka pemikul momen khusus yang mampu menahan paling sedikit 25 persen gaya gempa yang ditetapkan.
4. Sistem ganda dengan rangka pemikul momen menengah mampu menahan paling sedikit 25 persen gaya gempa yang ditetapkan.
commit to user
5. Sistem interaktif dinding geser-rangka dengan rangka pemikul momen beton bertulang biasa dan dinding geser beton bertulang biasa.
6. Sistem kolom kantilever, yaitu sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul beban lateral.
7. Sistem baja tidak didetail secara khusus untuk ketahanan seismik, tidak termasuk sistem kolom kantilever.
2.2.5.3. Pembebanan Struktur
Beban yang biasa digunakan dalam struktur bangunan gedung meliputi beban gravitasi (beban mati dan beban hidup) dan beban lateral (beban gempa dan beban angin). Pembebanan struktur tersebut mengacu pada Peraturan Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung (PPPURG 1987).
2.2.5.4. Kombinasi Pembebanan
Faktor-faktor untuk beban yang bekerja nilainya telah ditetapkan dalam dtandar pembebanan struktur gedung atau standar beton yang berlaku. Faktor-faktor ini kemudian dikombinasikan untuk memperoleh beban yang paling ekstrem. Dari kombinasi-kombinasi pembebanan menurut SNI 03-1726-2012 Pasal 4.2.2, maka kombinasi pembebanan yang dipakai dalam penelitian ini antara lain :
a. U = 1,4 D
b. U = 1,2 D + 1,6 L
c. U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E Dimana:
U = Kuat Perlu D = Beban Mati L = Beban Hidup E = Beban Gempa
commit to user 2.2.5.5. Defleksi Lateral
Besarnya simpangan horisontal (drift) harus dipertimbangkan sesuai dengan peraturan yang berlaku, yaitu kinerja batas layan struktur dan kinerja batas ultimit.
Menurut Mc.Cormac (1995), simpangan struktur dapat dinyatakan dalam bentuk Drift Indeks seperti pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Defleksi Lateral
Sumber : Mc. Cormac (1995)
Drift Indeks dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7) berikut ini : Drift Indeks =
h
(2.7)
Dimana :
= besar defleksi maksimum yang terjadi (m) h = ketinggian struktur portal (m)
Besarnya drift Indeks tergantung pada besarnya beban-beban yang dikenakan pada struktur. Berdasarkan AISC 2005, besarnya drift indeks berkisar antara 0,01 sampai dengan 0,0016. Kebanyakan, besar nilai drift indeks yang digunakan antara 0,0025 sampai 0,002.
L L
H H
F
commit to user
2.2.6. Ketentuan Umum Bangunan Gedung Terhadap Pengaruh Beban Gempa
2.2.6.1. Gempa Rencana
Pengaruh gempa rencana harus ditinjau dalam perencanaan dan evaluasi struktur bangunan gedung dan non gedung serta berbagai bagian dan peralatannya secara umum. Gempa rencana ditetapkan sebagai gempa dengan kemungkinan terlewati besarannya selama umur struktur bangunan 50 tahun adalah sebesar 2 persen.
2.2.6.2. Faktor Keutamaan dan Kategori Resiko Struktur Bangunan
Untuk berbagai jenis kategori resiko struktur bangunan gedung dan non gedung dan faktor keutamaan terhadap gempa ditetapkan sesuai SNI 03-1726-2012 Pasal 4.1.2. .Pengaruh dari gempa rencana terhadap struktur gedung harus dikalikan dengan faktor keutamaan gempa (Ie).
2.2.6.3. Koefisien Modifikasi Respon
Koefisien modifikasi respon, yaitu rasio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh gempa rencana pada struktur gedung elastik penuh dengan beban gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana pada struktur gedung daktail, bergantung pada faktor daktilitas struktur gedung tersebut dan faktor reduksi gempa representatif dari struktur gedung. Sistem penahan gaya gempa yang berbeda diijinkan digunakan untuk menahan gaya gempa di kedua arah sumbu ortogonal struktur, masing-masing nilai R, Cd, dan Ω0 harus dikenakan pada setiap sistem struktur yang dipilih. Nilai R, Cd, dan Ω0 ditetapkan sesuai sistem penahan gaya seismik sesuai SNI 03-1726-2012 Pasal 7.2.2.
commit to user 2.2.6.4. Wilayah Gempa Indonesia
Menurut peta hazard gempa Indonesia 2010, peta gempa Indonesia meliputi peta percepatan puncak (PGA) dan respon spektra percepatan di batuan dasar (SB) untuk periode pendek (SS) dan untuk periode 1.0 detik (S1) dengan redaman 5%
mewakili tiga level hazard gempa yaitu 500, 1000 dan 2500 tahun atau memiliki kemungkinan terlampaui 10% dalam 50 tahun, 10% dalam 100 tahun, dan 2%
dalam 50 tahun.
Definisi batuan dasar SB adalah lapisan batuan di bawah permukaan tanah yang memiliki memiliki kecepatan rambat gelombang geser (Vs) mencapai 750 m/detik dan tidak ada lapisan batuan lain di bawahnya yang memiliki nilai kecepatan rambat gelombang geser yang kurang dari itu.
Pada analisis kinerja struktur gedung Citra Dream Hotel Semarang ini digunakan peta hazard gempa Indonesia yaitu peta gempa dengan respon spektra percepatan 0,2 detik (SS) dan peta gempa dengan respon spektra percepatan 1 detik (S1) dengan redaman 5% yang mewakili level hazard gempa 2500 tahun atau memiliki probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun.
2.2.6.5. Klasifikasi Situs
Perambatan gelombang Percepatan Puncak Efektif Batuan Dasar (PPEBD) melalui lapisan tanah di bawah bangunan diketahui dapat memperbesar gempa rencana di muka tanah tergantung pada jenis lapisan tanah. Pengaruh gempa rencana di muka tanah harus ditentukan dari hasil analisis perambatan gelombang gempa dari kedalaman batuan dasar ke muka tanah dengan menggunakan gerakan gempa masukan dengan percepatan puncak untuk batuan dasar.
Menurut SNI 03-1726-2012 Pasal 5.3, wilayah Indonesia diklasifikasikan menjadi 6 kategori kelas situs, yaitu batuan keras (SA), batuan (SB), tanah keras (SC), tanah sedang (SD), tanah lunak (SE), dan tanah khusus yang membutuhkan investigasi geoteknik dan analisis respon spesifik situs (SF).
commit to user 2.2.6.6. Koefisien Situs
Utuk menentukan respon spektral percepatan gempa MCER dipermukaan tanah, diperlukan suatu faktor amplifikasi seismik pada periode 0,2 detik dan periode 1 detik. Faktor amplifikasi meliputi faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode pendek (Fa) dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran periode 1 detik (Fv). Nilai koefisien situs Fa dan Fv ditetapkan sesuai SNI 03-1726-2012 Pasal 6.2.
Parameter spektrum respon percepatan pada periode pendek (SMS) dan periode 1 detik (SM1) yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs, harus ditentukan dengan Persamaan (2.8) dan (2.9) berikut ini :
SMS = Fa.SS (2.8)
SM1 = Fv.S1 (2.9)
Dimana :
SS = parameter respon spektral percepatan gempa untuk periode 0,2 detik S1 = parameter respon spektral percepatan gempa untuk periode 1 detik
2.2.6.7. Parameter Percepatan Spektral Desain
Parameter percepatan spektral desain untuk periode pendek SDS dan pada periode 1 detik SD1 harus ditentukan melalui Persamaan (2.10) dan (2.11) berikut ini :
SDS = 3
2.SMS (2.10)
SD1 = 3
2.SM1 (2.11)
commit to user 2.2.6.8. Spektrum Respon Desain
Bila spektrum respon desain diperlukan dan prosedur gerak tanah dari spesifik situs tidak digunakan, maka kurva spektrum respon desain harus dikembangkan dengan mengacu pada Gambar 2.4 dan mengikuti ketentuan sebagai berikut : 1. Untuk periode yang lebih kecil dari T0, spektrum respon percepatan desain Sa
harus diambil dari Persamaan (2.12) berikut ini :
Sa = SDS
0
6 , 0 4 ,
0 T
T (2.12)
2. Untuk periode yang lebih besar dari atau sama dengan T0 dan lebih kecil dari atau sama dengan Ts ,spektrum respon percepatan desain Sa sama dengan SDS.
3. Untuk periode lebih besar dari Ts ,spektrum respon percepatan desain Sa diambil berdasarkan Persamaan (2.13) berikut ini :
Sa = T SD1
(2.13)
Dimana :
SDS = parameter respon spektral percepatan desain pada periode pendek SD1 = parameter respon spektral percepatan desain pada periode 1 detik T = periode getar fundamental struktur
T0 = 0,2
DS D
S S 1
Ts =
DS D
S S 1
commit to user
Gambar 2.6. Desain Respon Spektra
Sumber : Peta hazard gempa Indonesia 2010
2.2.6.9. Kategori Desain Seismik
Struktur dharus ditetapkan memiliki suatu kategori desain seismik.
Pengklasifikasian ini ditetapkan pada suatu struktur berdasar Kategori Resiko Bangunan (KRB) dan tingkat kekuatan gerakan tanah akibat gempa yang diantisipasi pada lokasi struktur bangunan tersebut berdiri.
Kategori desain seismik dievaluasi berdasarkan parameter respon percepatan periode pendek dan berdasarkan parameter respon percepatan periode 1,0 detik sesuai SNI 03-1726-2012 Pasal 6.5. Semakin besar tingkat resiko kegempaan suatu bangunan, maka semakin ketat pula persyaratan dalam pemilihan sistem struktur yang digunakan pada bangunan tersebut.
2.2.6.10. Arah Pembebanan Gempa
Arah penerapan beban gempa yang dipakai dalam desain harus merupakan arah yang menghasilkan pengaruh beban paling kritis Untuk mensimulasikan arah pengaruh gempa rencana yang sembarang terhadap struktur gedung, pengaruh pembebanan gempa dalam arah utama yang ditentukan harus dianggap efektif
Ts
commit to user
100% dan harus dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh pembebanan gempa dalam arah tegak lurus pada arah utama pembebanan tadi, tetapi dengan efektifitas hanya 30%.
2.2.7. Kinerja Struktur
2.2.7.1. Kinerja Batas Layan
Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar-tingkat akibat pengaruh gempa rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah kerusakan nonstruktur dan ketidaknyamanan penghuni. Simpangan antar-tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur gedung tersebut akibat pengaruh gempa nominal yang telah dibagi faktor skala.
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak boleh melampaui
R 03 ,
0 kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm, bergantung yang mana yang nilainya terkecil.
2.2.7.2. Kinerja Batas Ultimit
Kinerja batas ultimit struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar-tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana dalam kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa manusia dan untuk mencegah benturan berbahaya antar gedung atau antar bagian struktur gedung yang dipisah dengan sela pemisah (sela delatasi).
Simpangan dan simpangan antar tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan dengan suatu faktor pengali ξ. Faktor pengali dari simpangan struktur gedung beraturan dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.14) berikut ini :
commit to user a. Untuk struktur gedung beraturan :
ξ = 0,7 R (2.14)
Faktor pengali dari simpangan struktur gedung tidak beraturan dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.15) berikut ini :
b. Untuk struktur gedung tidak beraturan : ξ =
Skala Faktor
7 ,
0 R (2.15)
Dimana:
R = faktor reduksi gempa struktur gedung tersebut.
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak boleh melampaui 0,02 kali tinggi tingkat yang bersangkutan.
