ANALISIS KINERJA STRUKTUR DENGAN DINDING BATA SEBAGAI PENGAKU

(1)

203

ANALISIS KINERJA STRUKTUR DENGAN DINDING BATA

SEBAGAI PENGAKU

Lili Leilany1_{, Jafril Tanjung}2 _{, Jati Sunaryati}3

1_{Mahasiswa Magister Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang. Email:}

[email protected]

2_{Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.} Email: [email protected]

3_{Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.} Email: [email protected]

ABSTRACT

This paper describes the performance analysis of structure with brick walls as stiffener on the multi-story reinforced concrete (RC) building. In Padang, most of the RC buildings use brick walls as non – structural partition walls. Since they are used as a non-structural member, during design stage, their contribution to overall building behavior is not well known. In this study, the contribution of nonstructural brick walls on the performance of the structure of RC Building was investigated. For this purpose, A nine-story RC building was chosen as an analytical model. The building located near the coastline of Padang City. This study aims to determine the safety of the building seen from the displacement, drift and shear base.

The model was analyzed for Pushover analysis by using computer software based on the nonlinear finite element method, called STructural Earthquake Response Analysis 3D (STERA 3D).The Result of the analytical studies has indicated a nonstructural brick wall has a significant improvement in the performance of the structure of the RC building. A Nonstructural brick wall can also reduce the damage of structural components.

Keywords : Performance of structure, Brick Wall, STERA 3D, RC Building

ABSTRAK

Makalah ini menjelaskan mengenai analisis kinerja struktur dengan dinding bata sebagai pengaku pada gedung beton bertulang berlantai banyak. Di kota Padang, sebagian besar gedung beton bertulang menggunakan dinding bata sebagai dinding non struktural. Semenjak dinding bata digunakan sebagai bagian dari non strukstural, selama tahap desain, kontribusi dinding bata terhadap perilaku bangunan secara keseluruhan tidak diketahui. Pada kajian ini, kontribusi dinding bata terhadap kinerja struktur gedung beton bertulang diselidiki. Untuk tujuan ini, sebuah gedung beton bertulang sembilan lantai dipilih sebagai model analisis. Bangunan ini berlokasi dekat garis pantai kota Padang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keamanan gedung dilihat dari displacement, drift, dan base shear. Model dianalisis terhadap Analisis Push Over dengan menggunakan perangkat lunak yang disebut STructural Earthquake Response Analysis 3D (STERA 3D). Hasil analisis menunjukkan bahwa dinding bata memiliki peningkatan yang signifikan terhadap kinerja struktur gedung beton bertulang. Dinding bata juga dapat mengurangi kerusakan pada komponen struktural.

(2)

204

1. PENDAHULUAN

Sumatera Barat merupakan provinsi yang dilalui jalur ring of fire karena berada diantara pertemuan dua lempeng benua besar, yaitu lempeng Eurasia dan lempeng Indo-Australia serta patahan (sesar) Semangko. Di dekat pertemuan lempeng terdapat juga patahan Mentawai. Ketiganya merupakan daerah seismik aktif (Peta Sumber dan Bahaya Gempa Indonesia Tahun, 2017). Pada Gambar.1 menunjukkan bahwa Sumatera Barat termasuk kedalam zonasi gempa dengan percepatan 0,4 - 0,6 g. Padang sebagai ibukota Provinsi Sumatera Barat telah mengalami beberapa kali gempa besar pada periode Tahun 2004 sampai dengan Tahun 2009. Gempa besar yang mengguncang kota Padang terakhir kali terjadi pada pukul 17:16:10 tanggal 30 September 2009 dengan kekuatan 7,6 Skala Richter (SR) yang berpusat di kota Padang – Pariaman. Lokasi pusat gempa ditunjukkan sebagai lingkaran merah pada Gambar.2. Gempa 30 September 2009 tersebut menimbulkan banyak kerusakan dan korban jiwa.

Gambar.1. Peta Zonasi Gempa Indonesia

Bangunan gedung struktur rangka beton bertulang dengan dinding bata banyak dipakai di Indonesia termasuk di daerah yang tingkat resiko gempa tinggi. Dalam perencanaan struktur gedung beton bertulang terhadap beban gempa, pengaruh dinding bata dalam struktur rangka selalu diabaikan dengan menganggapnya hanya sebagai komponen tanpa penahan beban (non-struktur). Hal ini mengakibatkan ketidakakuratan dalam memprediksi kekuatan lateral dan kekakuan struktur. Berdasarkan investigasi pasca gempa Sumatera September 2007, di dapatkan bahwa gedung struktur beton bertulang dengan dinding bata dapat bertahan dari keruntuhan selama gempa [7]. Dan berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan oleh peneliti telah membuktikan bahwa dinding bata dalam struktur rangka berpengaruh terhadap kekuatan lateral, kekakuan dan daktilitas struktur secara keseluruhan (Maidiawati, Yasushi Sanada,2011).

(3)

205

Berdasarkan latar belakang tersebut, dilakukan penelitian analisis kinerja struktur dengan dinding bata sebagai pengaku pada gedung beton bertulang berlantai banyak. Adanya dinding bata memberi kontribusi yang signifikan terhadap ketahanan struktur bangunan beton bertulang dalam menerima beban lateral seperti beban gempa, walaupun struktur bangunan tersebut tidak direncanakan dan didetilkan untuk dapat menerima beban gempa (Maidiawati,dkk, 2011; Catherin.J,dkk, 2013; J.Tanjung,dkk,2018). Walaupun konstruksi dinding menyatu dengan struktur beton bertulang, akan tetapi dalam prosedur perencanaan yang umum digunakan saat ini, dinding umumnya diperlakukan sebagai komponen nonstruktural (Badan Standarisasi Nasional. 2000).

Pada makalah ini, akan dibahas sebuah model analisis untuk menganalisis kinerja struktur pada sebuah gedung berlantai banyak yang telah ada. Lokasi gedung ini kurang lebih 1,5 km dari garis pantai Kota Padang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keamanan gedung dilihat dari displacement, drift, dan base shear. Model dianalisis menggunakan perangkat lunak yang disebut STructural Earthquake Response Analysis 3D (STERA 3D). Gedung dianalisis dengan analisis Pushover . Analisis Pushover dilakukan dengan distribusi beban UBC.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konsep Perencanaan struktur tahan gempa

Dalam merencanakan struktur bangunan beton yang harus diperhitungkan adalah kemampuan struktur bangunan tersebut untuk memikul beban-beban yang bekerja pada struktur tersebut, seperti beban gravitasi dan beban lateral. Beban gravitasi adalah beban mati struktur sendiri dan beban hidup, sedangkan yang termasuk beban lateral adalah beban angin dan beban gempa. Mengacu kepada kode perencanaan bangunan tahan gempa (Armstrong, 2006) perencanaan desain struktur bangunan tahan gempa adalah untuk mencegah terjadinya kegagalan pada setiap elemen struktur dan timbulnya korban jiwa (Titono, 2010).

Berdasarkan IBC 2006, tujuan desain bangunan tahan gempa adalah untuk mencegah terjadinya kegagalan struktur dan kehilangan korban jiwa, dengan kriteria 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.

Menurut SNI-1726-2012 dilakukannya perencanaan ketahanan gempa untuk struktur gedung bertujuan untuk :

a. Menghindari terjadinya korban jiwa manusia oleh runtuhnya gedung akibat gempa yang kuat.

b. Membatasi kerusakan gedung akibat gempa ringan sampai sedang, sehingga masih dapat diperbaiki.

c. Membatasi ketidaknyamanan penghunian bagi penghuni gedung ketika terjadi gempa ringan sampai sedang.

d. Mempertahankan setiap saat layanan vital dari fungsi gedung.

Menurut Applied Technology Council (ATC) – 40, kriteria-kriteria struktur tahan gempa adalah sebagai berikut :

(4)

206

a. Immediete 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 Pervention (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.

2.1 Pengaruh Dinding Bata terhadap Rangka Struktur

Dinding bata dalam struktur rangka umum digunakan pada bangunan beton bertulang di negara berkembang termasuk daerah rawan bencana gempa bumi seperti Indonesia. Dalam dua dekade terakhir ini gempa bumi yang terjadi di Indonesia telah mengakibatkan kerusakan beberapa gedung beton bertulang termasuk kerusakan pada dinding bata. Beberapa peneliti melakukan Investigasi kerusakan struktur gedung beton bertulang dan dinding bata pasca gempa bumi Sumatra September 2007 yang mengobservasi dua struktur bangunan beton bertulang identik, satu struktur bangunan memiliki jumlah dinding bata penuh yang lebih banyak dari satu bangunan lain, di kota Padang. Hasil observasi menunjukkan bahwa struktur bangunan yang menggunakan jumlah dinding bata lebih banyak dapat bertahan selama gempa bumi, dimana struktur bangunan hanya mengalami kerusakan sedang. Sementara struktur bangunan yang memiliki sedikit jumlah dinding bata mengalami keruntuhan total. Hasil ini mengindentifikasi bahwa dinding bata dalam struktur rangka ikut berperan memberikan tahanan gempa bangunan beton bertulang (Maidiawati dan Sanada, 2008). Peneliti sebelumnya juga telah melakukan pengujian beban statik siklik pada struktur rangka beton bertulang tanpa dan dengan dinding bata penuh, yang mendapatkan bahwa dinding bata penuh dapat meningkatkan secara siknifikan kekuatan lateral struktur rangka beton bertulang, namun dapat mengurangi daktilitas struktur (Maidiawati, dkk., 2011; Tanjung J. dan Maidiawati, 2016). Hal ini membuktikan bahwa dinding bata penuh dalam struktur rangka berkontribusi dalam menahan beban lateral seperti beban gempa bumi. Akan tetapi dalam prosedur perencanaan gedung beton bertulang yang digunakan saat ini, dinding bata diperlakukan sebagai komponen nonstruktural (Badan Standarisasi Nasional, 2002, 2002.a; Imran dan Hendrik, 2009).

Untuk analisis konstribusi dinding bata dalam struktur rangka, sebuah metoda telah dikembangkan oleh Maidiawati dan Sanada (2016) yang dapat diaplikasikan untuk mengevaluasi kekuatan lateral bangunan beton bertulang dengan pemperhitungkan pengaruh dinding bata penuh tetapi dengan mengabaikan pengaruh dinding bata dengan bukaan. Pada bangunan beton bertulang, struktur rangka tidak hanya diisi oleh dinding bata penuh tetapi juga dinding bata ada bukaan (lobang) yang berfungsi untuk jendela, pintu, ventilasi dan lain-lain. Dalam evaluasi kapasitas seismik gedung beton bertulang berdasarkan pada standar yang dikeluarkan oleh Building Research Institute, Japan (JBDPA, 2005), pengaruh dinding bata ada bukaan diabaikan dalam perhitungan (Maidiawati dkk, 2012, 2013, 2016), dengan asumsi dinding tersebut tidak memberikan kontribusi yang signifikan pada struktur rangka

(5)

207

yang mengekangnya (Choi H, 2005). Namun sejumlah peneliti (Goutam M. and Sudhir K.J., 2008, Surendran S. and Kaushik H.B., 2012) menyatakan bahwa dinding bata dengan bukaan memberikan pengaruh terhadap kekuatan lateral struktur rangka akan tetapi besarnya tergantung pada rasio luas bukaan terhadap luas dinding. Dinding bata dengan 2 (dua) bukaan seluas 25% berkontribusi meningkatkan kekuatan lateral struktur rangka beton bertulang sebesar 47%. Sedangkan, dinding bata dengan satu bukaan di tengah seluas 40% berkontribusi meningkatkan kekuatan lateral struktur rangka beton bertulang sebesar 25 %. Hal ini menunjukkan bahwa semakin luas bukaan pada dinding maka semakin kecil kontribusi dinding terhadap kekuatan lateral struktur beton bertulang (Maidiawati, dkk, 2017).

3. METODOLOGI

Pada penelitian ini, model bangunan adalah struktur gedung beton bertulang setinggi 9 (sembilan) lantai. Tinggi lantai 1 – 2 gedung ini adalah 4,2 meter sedangkan lantai 3 - 9 adalah 3,4 meter. Tulangan yang digunakan dengan mutu 400 Mpa, sedangkan mutu kuat tekan betonnya 25 Mpa. Gambar.3 merupakan tampak selatan dan tampak timur gedung.

Gambar.3. Tampak selatan dan timur gedung

Denah kolom dan balok gedung dapat dilihat pada Gambar.4. Karena terdapat 5 (lima) tipe tulangan utama pada kolom dan sedangkan 32 (tiga puluh dua) tipe balok, maka tulangan utama pada kolom dan balok harus dikonfersikan menjadi setipe, mengacu pada rasio tulangan utama agar bisa dimodelkan dengan perangkat lunak Structural Earthquake

(6)

208

Gambar.4. Denah Lantai 1-2 dan denah lantai 3-9

3.1 Analisis Pushover

Analisis Pushover dilakukan untuk mengetahui kinerja struktur gedung beton bertulang. Analisis statik nonlinear (Pushover Analysis) dilakukan pada masing-masing model struktur, yaitu struktur rangka beton bertulang dengan dinding bata dan tanpa dinding bata. Analisis

Pushover dilakukan dengan target perpindahan 1/50 dari tinggi bangunan berdasarkan syarat

dan ketentuan simpangan antar lantai ijin SNI-1726-2012. Untuk tahap pertama Analisis

Pushover dilakukan pada model struktur rangka beton bertulang tanpa dinding bata. Analisis

dilakukan pada kedua arah sumbu X dan sumbu Y untuk mendapatkan kinerja struktur dari model struktur tersebut. Untuk tahap kedua dari Analisis Pushover adalah kapasitas geser dasar dari model tersebut akan dibandingkan dengan kapasitas gaya geser dasar rangka struktur beton bertulang dengan dinding bata untuk mendapatkan dan mengetahui pengaruh dinding bata terhadap struktur rangka beton bertulang.

3.2 Pemodelan Struktur Bangunan

Struktur bangunan gedung dimodelkan berdasarkan deskripsi bangunan diatas. Pemodelan menggunakan perangkat lunak Structural Earthquake Response Analysis 3D (STERA 3D). Pemodelan dilakukan dengan 2 (dua) tipe, yaitu pemodelan rangka struktur beton bertulang dengan dinding bata dan tanpa dinding bata. Berikut adalah Gambar.5 Gedung yang dianalisis dengan model 3D menggunakan perangkat lunak STERA 3D. Adapun uraian analisis yang telah dilakukan oleh penulis dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Uraian Analisis

Uraian Analisis Kode

Analisis Pushover tanpa dinding

- PO arah X – 1/50 X - TD - PO arah Y – 1/50 Y - TD Analisis Pushover dengan dinding

(7)

209 - PO arah X – 1/50 X - DD - PO arah Y – 1/50 Y - DD

Gambar.5. Pemodelan Denah Lantai 1-2 menggunakan STERA 3D

(8)

210

Gambar 7. Model analisis 3D

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisis Pushover dilakukan dengan target perpindahan 1/50 dari tinggi bangunan berdasarkan syarat dan ketentuan simpangan antar lantai ijin SNI-1726-2012.

(9)

211 4.1 Pushover Analysis

a. Gaya Geser Vs Perpindahan Arah X dan Y Tanpa Dinding

Dari kurva diatas didapatkan kapasitas gaya geser maksimum untuk struktur rangka beton bertulang tanpa dinding bata arah X sebesar 11440 KN dan arah Y sebesar 17620 KN pada masing-masing Lantai 1, gambar diatas menunjukkan kapasitas gaya geser arah Y lebih besar dari arah X.

b. Gaya Geser Vs Perpindahan Arah X dan Y Dengan Dinding

Dari kurva diatas didapatkan kapasitas gaya geser maksimum untuk struktur rangka beton bertulang dengan dinding bata arah X sebesar 12880 KN dan arah Y sebesar 20790 KN, pada masing-masing lantai 1. Gambar diatas menunjukkan kapasitas gaya geser arah Y lebih besar dari arah X relatif sama dengan kurva Gaya geser Vs perpindahan arah X dan Y struktur rangka beton bertulang tanpa dinding. Namun struktur rangka dengan dinding bata memiliki kapasitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan struktur rangka tanpa dinding bata.

(10)

212 c. Akselerasi Vs Perpindahan

Dari kurva perbandingan akselerasi dapat dilihat bahwa dinding bata mampu meningkatkan akselerasi secara keseluruhan dari rangka struktur beton bertulang. Akselerasi meningkat dari 342,9 gals tanpa dinding bata menjadi 577,5 gals dengan dinding bata pada arah X. Sedangkan pada arah Y, akselerasi meningkat dari 478,7 gals tanpa dinding bata menjadi 702,9 gals dengan dinding bata.

d. Tingkat Kerusakan Struktur Bangunan

STERA 3D mengelompokkan tingkat kerusakan dengan dua tipe, yaitu :

 Daktilitas diantara satu sampai lima (1<U<5) adalah berwarna kuning, dimana pada kondisi tersebut komponen struktur didefinisikan mengalami kerusakan ringan/sedang.

 Daktilitas lebih dari lima (U>5) adalah berwarna merah, dimana pada kondisi tersebut komponen struktur didefinisikan mengalami kerusakan berat.

Analisa Push Over

 Arah X Tanpa Dinding

KOLOM BALOK AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % 207 18 8,6 - 441 61 13,8 106 24

 Arah Y Tanpa Dinding

KOLOM BALOK AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % 207 - - - - 441 149 34 113 25,6

(11)

213 KOLOM BALOK AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % 207 - - - - 441 294 66,6 24 5,4

 Arah Y Dengan Dinding

KOLOM BALOK AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % AWAL 1 < U < 5 % U < 5 % 207 - - - - 441 348 79 11 2,4

Seperti yang diperlihatkan pada tabel diatas, hal ini terjadi dikarenakan kontribusi dinding bata yang dapat mempengaruhi struktur rangka beton bertulang dengan signifikan dalam menerima beban gempa dan dengan kata lain dapat dikatakan bahwa, kapasitas lateral dari model struktur rangka beton bertulang dengan dinding bata mampu dan/atau dapat menerima beban lateral (beban gempa) .

5. KESIMPULAN

Studi analitis untuk menentukan kinerja struktur dengan dinding bata sebagai pengaku dalam rangka struktur beton bertulang terhadap kapasitas seismik akibat beban gempa telah dijelaskan dalam makalah ini. Gedung dianalisis menggunakan perangkat lunak yang disebut STructural Earthquake Response Analysis 3D (STERA 3D). Gedung dianalisis dengan analisis Pushover. Analisis Pushover dilakukan dengan distribusi beban UBC. Gedung dianalisis dan dibandingkan dengan dua model dalam penelitian ini, yaitu gedung beton bertulang dengan dinding bata dan tanpa dinding bata. Berdasarkan hasil analisis bahwa dengan jelas menunjukkan dengan adanya dinding bata dapat memberikan kontribusi yang signifikan terhadap ketahanan struktur bangunan beton bertulang dalam menerima beban lateral seperti beban gempa.

6. DAFTAR PUSTAKA

Peta Sumber dan Bahaya Gempa Indonesia Tahun 2017, ISBN :978-602-5489-01-3. https ://id.wikipedia.org/wiki/ Gempa_Bumi_Sumatera_Barat_September_2009.

Jafril Tanjung, Maidiawati, and Fajar Nugroho, Seismic Performance Evaluation of a

Multistory RC Building in Padang City, Andalas University, Padang Institute of

Technology (2018).

Jafril Tanjung, Maidiawati, and Aditya Alfajri, Effect of Brick Masonry Infills To

Seismic Capacity Of Indonesia Multi-Story RC Building, 4th Int.Conf. on

Science, Engineering and Environment (SEE), Nagoya, Japan, Nov.12-14, 2018, ISBN : 978-4-909106018C3051.

(12)

214

Catherin Jeselia M.,Jayalekshmi B.R., Katta Venkataramana, Modelling of Masonry

Infills – A review, American Journal of Engineering Research (AJER) 2013,

e-ISSN : 2320-0847 p-e-ISSN : 2320-0936, Volume -2 pp-59-63, www.ajer.org

Maidiawati and Yasushi Sanada, R/C Frame – Infill Interaction Model and Its

Application to Indonesian Building, Earthquake Engineering and Structural

Dynamics,2017; 46:221-241, DOI: 10.1002/eqe.2787.

Maidiawati, Yasushi Sanada, Daisuke Konishi, and Jafril Tanjung, Seismic

Performance of Nonstructural Brick Walls Used in Indonesian R/C Buildings,