DESAIN TAHAN GEMPA GEDUNG STRUKTUR BETON
BERTULANG PENAHAN MOMEN KHUSUS BERDASARKAN
“TATA CARA PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA
UNTUK BANGUNAN GEDUNG SNI 03-1726-2002” DAN
“TATA CARA PERENCANAAN STRUKTUR BETON UNTUK
BANGUNAN GEDUNG SNI 03-2847-2002”
Serly Mariani NRP : 0021110
Pembimbing : Djoni Simanta, Ir., MT FAKULTAS TEKNIK JURUSAN SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
ABSTRAK
Indonesia termasuk daerah dengan tingkat resiko gempa yang cukup tinggi.
Karena itu diperlukan desain bangunan dengan struktur yang tahan gempa. Untuk
dapat mendesain bangunan struktur beton bertulang yang tahan gempa, diperlukan
peraturan-peraturan, yang mana sekarang ini mengacu pada peraturan-peraturan
baru yaitu “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI
03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan
gedung SNI 03-2847-2002”. Dalam peraturan-peraturan tersebut, ada 3 jenis
sistem rangka yang dapat digunakan sesuai dengan tingkat resiko gempa untuk
masing-masing daerah. Di dalam tugas akhir ini, akan dibahas mengenai analisis
dan desain tahan gempa untuk daerah dengan resiko gempa yang tinggi, sehingga
harus menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus. Desain terhadap
struktur tersebut menggunakan dua cara yaitu menggunakan ETABS dan cara
manual (langkah demi langkah) dengan bantuan program-program lainnya seperti Mathcad, PCACOL, GRASP dan Auto CAD.
Selain memperoleh hasil analisis dan desain, kelebihan dan kekurangan
program ETABS sebagai program utama serta kecocokan hasil ETABS dengan
cara manual juga dapat dilihat.
DAFTAR ISI
Halaman
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ...i
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ...ii
ABSTRAK ...iii
PRAKATA ...iv
DAFTAR ISI ...vi
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ...ix
DAFTAR GAMBAR ...xx
DAFTAR TABEL ...xxii
DAFTAR LAMPIRAN ...xxiii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Tujuan Penulisan ...3
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan ...3
1.4 Sistematika Penulisan ... 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ketentuan Desain Tahan Gempa Berdasarkan “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002” ...6
2.1.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung ...7
2.1.2 Struktur Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan ...9
2.1.3 Wilayah Gempa dan Spektrum Respons Gempa Rencana
...11
2.1.4 Daktilitas Struktur Bangunan dan Pembebanan Gempa Nominal ...17
2.1.5 Perencanaan Kapasitas ...22
2.1.6 Analisis Dinamik Ragam Spektrum Respons ...23
2.1.7 Kinerja Struktur Gedung ...24
2.2 Kriteria Desain Struktur Beton Bertulang dengan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) Berdasarkan “Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002” ...28
2.2.1 Ketentuan-ketentuan Komponen Struktur Lentur pada SRPMK ...29
2.2.2 Ketentuan-ketentuan Komponen Struktur yang Menerima Kombinasi Lentur dan Beban Aksial pada SRPMK ...39
2.2.3 Ketentuan-ketentuan Hubungan Balok-Kolom pada SRPMK ...57
BAB 3 STUDI KASUS 3.1 Data Umum Gedung ...69
3.2 Prosedur Pemodelan Struktur Gedung (SRPMK) untuk Kontrol Simpangan Antar Tingkat Menggunakan Program ETABS v8.1.5 dan Perhitungannya ...73
3.3 Prosedur Pemodelan Struktur Gedung (SRPMK) untuk Keperluan
Desain dengan Menggunakan Program ETABS v8.1.5 dan
Perhitungannya ...96
BAB 4 DESAIN ELEMEN STRUKTUR 4.1 Desain Terhadap Komponen Struktur Lentur (Balok) ...108
4.2 Desain Terhadap Komponen Struktur yang Menerima Kombinasi Lentur dan Beban Aksial (Kolom) ...204
4.3 Desain Terhadap Hubungan Balok-Kolom (Join) ...392
4.4 Kesimpulan dari Pembahasan ...420
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...424
5.1.1 Program ETABS ...424
5.1.2 Desain Manual ...426
5.2 Saran ...426
5.2.1 Program ETABS ...426
5.2.2 Desain Manual ...427
DAFTAR PUSTAKA ...428
LAMPIRAN ...429
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Cara menentukan rasio kapasitas kolom dengan bantuan
diagram interaksi dari PCACOL……… 429
Lampiran 2 Cara menentukan momen kapasitas kolom dengan bantuan
diagram interaksi dari PCACOL……… 430
Kegembiraan tidak datang seketika,
tetapi harus diraih melalui proses
(Samuel Johnson)
Kupersembahkan untuk mami, papi,
Lampiran 2 429
Cara menentukan rasio kapasitas kolom dengan bantuan diagram interaksi dari
PCACOL
OC OL kolom kapasitas
Lampiran 2 430
Cara menentukan momen kapasitas kolom dengan bantuan diagram interaksi dari
PCACOL
misal : Pu = 1826385.88 N = 1826.38588 kN
Nilai Pu diplot pada sumbu ordinat, kemudian tarik garis secara horizontal hingga
menyentuh diagram interaksi. Setelah itu ditarik vertikal ke bawah hingga mendapat
satu titik pada sumbu absis. Titik tersebut adalah nilai momen kapasitas kolom.
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia termasuk daerah dengan tingkat resiko gempa yang cukup tinggi.
Hal ini disebabkan karena wilayah Indonesia berada di antara empat sistem
tektonik yang aktif yaitu tapal batas lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia,
lempeng Filipina, dan lempeng Pasifik.
Mengingat resiko gempa yang cukup tinggi tersebut, maka diperlukan
desain bangunan dengan struktur yang tahan gempa (terutama bangunan
bertingkat banyak). Di dalam desain ini, tidak hanya memperhitungkan
2
sangat bervariasi dari satu wilayah ke wilayah yang lain, tergantung dari kondisi
geografis dan geologi setempat. Di wilayah Indonesia terdapat beberapa daerah
dengan perbedaan tingkat resiko yang cukup berarti, sehingga berbeda juga di
dalam menentukan besar beban gempanya.
Untuk dapat mendesain bangunan bertingkat tahan gempa (dalam hal ini
struktur beton bertulang), diperlukan peraturan-peraturan, yang mana sekarang ini
mengacu pada peraturan-peraturan baru yaitu “Tata cara perencanaan ketahanan
gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan
struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002”.
Dalam peraturan-peraturan baru tersebut, ada ketentuan-ketentuan untuk
perencanaan struktur tahan gempa, antara lain :
1. Untuk daerah dengan resiko gempa yang rendah, dapat digunakan sistem
rangka pemikul momen biasa,
2. Untuk daerah dengan resiko gempa yang sedang atau menengah, harus
digunakan sistem rangka pemikul momen menengah atau khusus,
3. Dan untuk daerah dengan resiko gempa yang tinggi, harus digunakan sistem
rangka pemikul momen khusus.
Di dalam tugas akhir ini, akan dibahas mengenai desain tahan gempa untuk
daerah dengan resiko gempa yang tinggi, sehingga harus menggunakan sistem
rangka pemikul momen khusus. Dalam sistem ini, struktur akan didesain terhadap
beban gempa rencana yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan beban gempa
maksimumnya, hal ini dimaksudkan agar struktur dapat didesain secara lebih
3
Dan sebagai alat bantu di dalam menganalisis dan mendesain bangunan
tersebut, diperlukan program-program seperti ETABS, Mathcad, PCACOL,
GRASP dan Auto CAD.
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan ini adalah :
1. Memperlihatkan desain manual yang sesuai dengan peraturan-peraturan
baru seperti “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan
gedung SNI 03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan struktur beton
untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002”, yang mana hasil desain
tersebut akan dibandingkan dengan hasil desain program ETABS
2. Memakai program ETABS, Mathcad, PCACOL, GRASP dan Auto CAD
sebagai alat bantu di dalam analisis dan desain.
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan
Ruang lingkup dari pembahasan ini adalah :
1. Suatu bangunan gedung struktur beton bertulang, dengan 6 lantai akan
dianalisis dan didesain terhadap beban gravitasi dan beban gempa
2. Bangunan tersebut direncanakan berdasarkan kriteria desain Sistem
Rangka Pemikul Momen Khusus (SNI 03-2847-2002 pasal 23.3-23.5)
3. Sebagai alat bantu yaitu program ETABS v8.1.5, Mathcad 2001i
Professional, PCACOL, GRASP dan Auto CAD 2000
4
5. Analisis dinamik yang digunakan adalah analisis dinamik ragam
spektrum respons.
1.4 Sistematika Penulisan
Dalam tugas akhir ini, dibagi menjadi 5 bab antara lain :
Bab 1 Pendahuluan, bab ini menguraikan mengenai latar belakang, tujuan
penulisan, ruang lingkup pembahasan, dan sistematika penulisan
Bab 2 Tinjauan Pustaka , pada bab ini menjelaskan tentang ketentuan desain
struktur beton bertulang tahan gempa dengan sistem rangka pemikul momen
khusus berdasarkan “Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk
bangunan gedung SNI 03-1726-2002” dan “Tata cara perencanaan strukur
beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002”
Bab 3 Studi Kasus, pada bab ini akan dibahas mengenai analisis dan desain
gedung struktur beton bertulang tahan gempa dengan sistem rangka pemikul
momen khusus dengan bantuan program ETABS
Bab 4 Desain Elemen Struktur, pada bab ini akan dibahas mengenai desain
manual dengan bantuan program Mathcad, GRASP dan PCACOL, yang
kemudian juga akan digambar detail penulangannya berdasarkan hasil
5
Bab 5 Kesimpulan dan Saran, pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil
analisis dan desain serta kesimpulan tentang program yang digunakan yaitu,
ETABS, Mathcad, GRASP dan juga PCACOL, dan saran-saran untuk
desain tahan gempa struktur beton bertulang tahan gempa dengan sistem
424
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.1.1 Program ETABS
Secara umum, ETABS sangat membantu di dalam analisis struktur 3D,
baik secara statik maupun dinamik. ETABS dikatakan sangat membantu
karena mampu mengeluarkan atau menghasilkan output gaya dalam (gaya
425
pada sub bab kesimpulan dari pembahasan, dapat dilihat hasil desain ETABS
“mendekati” dengan hasil desain secara manual. Sehingga dapat dikatakan
ETABS melakukan analisis dan desain secara akurat dan tepat. Meskipun
demikian ETABS mempunyai kelemahan yaitu hasil desainnya belum
memberikan hasil yang final atau hasilnya belum siap untuk dipakai, misalnya
saja :
a.desain tulangan balok
- untuk tulangan memanjang, ETABS tidak menentukan jumlah serta
diameter tulangan pakai, tetapi hanya luas tulangan perlunya saja
- untuk tulangan geser, ETABS tidak menentukan diameter tulangan
sengkang dan juga jarak antara sengkang, tetapi hanya luas tulangan
gesernya saja selain itu juga tidak menentukan batas (Av/s)
minimum.
b.desain tulangan kolom
- untuk tulangan geser, sama seperti pada balok, yaitu ETABS hanya
menentukan luas tulangan gesernya saja dan tidak menentukan batas
(Av/s) minimum
- untuk tulangan pengekang kolom, ETABS juga tidak menentukan.
c.desain join
- ETABS hanya menentukan rasio kontrol tegangan horizontal saja,
426
5.1.2 Desain Manual
Penggunaan program-program lainnya seperti Mathcad, PCACOL,
GRASP, dan AutoCAD sangat membantu dalam desain manual ini terutama
dalam mengatasi kelemahan-kelemahan ETABS yang belum memberikan
hasil yang siap pakai atau final. Meskipun demikian, tetap saja ada kesulitan
seperti pada desain tulangan kolom, sulit di dalam menentukan tulangan
memanjang kolom, karena tidak hanya berdasarkan beban-beban yang bekerja
pada kolom saja, tetapi juga berdasarkan momen-momen nominal balok yang
bekerja pada join yang bersangkutan, hal ini dimaksudkan agar dapat
dipastikan juga bahwa kolom harus lebih kuat daripada balok (strong column
weak beam).
5.2 Saran
5.2.1 Program ETABS
Adapun saran-saran yang diberikan adalah :
- karena ETABS merupakan program dari luar (bukan dari
Indonesia), maka perlu diperhatikan di dalam memasukan
faktor-faktor dari peraturan-peraturan Indonesia
- di dalam menggunakan satuan sebaiknya harus konsisten jangan
sering berubah-ubah, karena kesalahan pada satuan dapat berakibat
427
5.2.2 Desain Manual
Adapun saran-saran yang diberikan adalah :
- di dalam menentukan tulangan memanjang kolom yang berdasarkan
momen-momen nominal balok yang bekerja pada join, digunakan
pendekatan yaitu dengan perbandingan tinggi kolom pada join yang
bersangkutan tersebut
- setelah menentukan tulangan memanjang balok dan kolom,
sebaiknya diperiksa terlebih dahulu kuat lentur minimum kolom, dan
juga kontrol tegangan joinnya (agar dapat dipastikan bahwa kolom
lebih kuat daripada balok), baru kemudian mendesain tulangan geser
DAFTAR PUSTAKA
1. American Concrete Institute (1999), Building Code Requirements For Structural Concrete ACI 318-99, Portland Cement Association, U.S.A.
2. Departemen Pekerjaan Umum (1987), Tata cara perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung SNI 03-1727-1989-F, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.
3. Departemen Pekerjaan Umum (2002), Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.
4. Departemen Pekerjaan Umum (2002), Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta.
5. Fanelia, David A. (2000), SI Units Conversion by Djoni Simanta, Seismic Detailing of Concrete Buildings, Portland Cement Association, U.S.A.
6. Kusuma, GH dan Andriono T. (1994), Desain Struktur Rangka Beton Bertulang di Daerah Rawan Gempa, Erlangga, Jakarta.
7. MacGregor, James G. (1997), Reinforced Concrete Mechanics and Design, Third Edition, PRENTICE HALL, U.S.A.
8. Uniform Building Code (1997), Structural Engineering Design Provisions, Volume 2, ICBO, U.S.A.
