Indonesia merupakan wilayah yang rawan akan gempa, maka dalam pembangunan infrastruktur memenuhi syarat tahan gempa.Untuk itu diperlukan perancangan dan pengawasan khusus untuk menekan resiko yang terjadi akibat gempa. Salah satu sistem struktur yang dapat digunakan untuk bangunan tahan gempa kuat adalah sistem ganda.
Sistem ganda ( dual system ) adalah salah satu sistem struktur yang beban grafitasinya dipikul sepenuhnya oleh space frame ( Rangka ), sedangkan beban lateralnya dipikul bersama oleh space frame dan shear wall ( Dinding Geser / Dinding Struktur ). Menurut SNI 03-1726-2002 Pasal 5.2.3 space frame sekurang-kurangnya memikul 25% dari beban lateral dan sisanya dipikul oleh shear wall. Karena shear wall dan space frame dalam dual system merupakan satu kesatuan struktur maka diharapkan keduanya dapat mengalami defleksi lateral yang sama, atau setidaknya space frame mampu mengikuti defleksi lateral yang terjadi. Shear wall adalah dinding geser yang terbuat dari beton bertulang dimana tulangan tersebut akan menerima gaya lateral terhadap gempa sebesar beban yang telah direncanakan.
Dengan sistem ini, dimensi rangka utama dapat diperkecil dengan menggunakan shear wall. Penggunaan sistem ganda ini dirasa lebih hemat dibandingkan dengan Sistem Rangka Pemikul Momen , karena dalam Sistem Rangka Pemikul Momen, semakin tinggi struktur gedung, maka semakin besar dimensi yang digunakan sehingga kemampuan struktur lebih banyak tebuang untuk menahan berat sendiri yang besar. Begitu pula dengan building frame system dimana semakin tinggi gedung tersebut dan berada pada wilayah gempa kuat, maka semakin tebal pula shearwall yang dibutuhkan, sehingga berat shearwall juga semakin besar.
Dalam pengajuan tugas akhir ini, penulis akan memodifikasi Gedung Wisma Sehati Surabaya. Bangunan gedung tersebut direncanakan ulang dengan menggunakan Sistem Ganda yang terdiri dari 10 lantai dengan 1 lantai basement, dan dirancang sebagai gedung perkantoran di wilayah gempa kuat.
Kata Kunci—Shear wall, Sistem Ganda, SRPM, Space Frame
I. PENDAHULUAN
Gedung Wisma Sehati ialah salah satu gedung yang dirancang berada pada wilayah gempa rendah yaitu di Surabaya. Gedung ini terdiri dari 8 lantai dan 1 lantai basement, serta mempunyai panjang 38 m dan lebar 21,75 m.
Gedung Wisma Sehati berfungsi sebagai showroom keramik dan Sanitary.
Karena Indonesia merupakan wilayah yang rawan akan gempa, maka pembangunan infrastruktur harus memenuhi syarat tahan gempa. Untuk itu diperlukan perancangan dan pengawasan khusus untuk menekan resiko yang terjadi akibat gempa. Maka dari itu, dalam pengajuan tugas akhir ini, penulis akan memodifikasi Gedung Wisma Sehati. Bangunan gedung tersebut akan dibangun di Manokwari dan direncanakan ulang dengan menggunakan Sistem Ganda yang terdiri dari 10 lantai dengan lantai basement, dan dirancang sebagai gedung perkantoran di wilayah gempa kuat.
Sistem ganda ( dual system ) adalah salah satu sistem struktur yang beban grafitasinya dipikul sepenuhnya oleh space frame ( Rangka ), sedangkan beban lateralnya dipikul bersama oleh space frame dan shear wall ( Dinding Geser / Dinding Struktur ). Menurut SNI 03-1726-2002 Pasal 5.2.3 space frame sekurang-kurangnya memikul 25% dari beban lateral dan sisanya dipikul oleh shear wall. Karena shear wall dan space frame dalam dual system merupakan satu kesatuan struktur maka diharapkan keduanya dapat mengalami defleksi lateral yang sama, atau setidaknya space frame mampu mengikuti defleksi lateral yang terjadi. Shear wall adalah dinding geser yang terbuat dari beton bertulang dimana tulangan tersebut akan menerima gaya lateral terhadap gempa sebesar beban yang telah direncanakan.
Dual system biasa digunakan untuk perencanaan gedung tingkat tinggi di wilayah gempa kuat. Dengan sistem ini, dimensi rangka utama dapat diperkecil dengan menggunakan shear wall. Penggunaan sistem ganda ini dirasa lebih hemat dibandingkan dengan Sistem Rangka Pemikul Momen, karena dalam Sistem Rangka Pemikul Momen, semakin tinggi struktur gedung, maka semakin besar dimensi yang digunakan sehingga kemampuan struktur lebih banyak terbuang untuk menahan berat sendiri yang besar. Begitu pula dengan building frame system dimana semakin tinggi gedung tersebut dan berada pada wilayah gempa kuat, maka semakin tebal pula shearwall yang dibutuhkan, sehingga berat shearwall juga semakin besar. ( Sukmanto,2008 )
II. METODOLOGI PENGERJAAN
Adapun metodologi pengerjaan yang akan digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :
Modifikasi Struktur Gedung Wisma Sehati Manokwari Menggunakan Sistem Ganda
Elvan Giriwana, Tavio dan Iman Wimbadi.
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected]
A. Pengumpulan data
Data-data perencanaan secara keseluruhan mencakup data umum bangunan dan data tanah.
B. Studi literatur
Mempelajari literatur yang berkaitan dengan perencanaan, antara lain :
• Badan Standarisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002).
• Rancangan Standar Nasional Indonesia. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Gedung dan Non Gedung (SNI 03-1726-2010).
• Badan Standarisasi Nasional. Tata Cara Perhitungan struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002).
• Wang,CK, dan Charles G. Salmon, 1990.
Desain Beton Bertulang,
• Purwono, Rahmat. 2005. Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa.
• Departemen Pekerjaan Umum. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983.
• Bowles, C Joseph. Analisis dan Desain Pondasi.
C. Persyaratan tata letak bangunan Nama gedung : Wisma Sehati Tipe bangunan : Perkantoran Jumlah lantai : 10 lantai
Tinggi bangunan : Lantai 1-10 = 4m
: Lantai basement 5 m Struktur bangunan : Beton bertulang
Mutu beton ( f’c ) : 35 Mpa Mutu baja ( f
y) : 400 Mpa Data Tanah : Sondir dan Boring (menggunakan data tanah di daerah Padang) D. Perencanaan dimensi elemen struktur E. Pembebanan dan analisa beban dinamis
F. Analisa struktur dengan menggunakan ETABS v9.7.1 G. Perencanaan dan perhitungan struktur sekunder H. Perencanaan struktur primer
I. Perencanaan basement J. Perencanaan struktur pondasi K. Gambar detail struktur L. Kesimpulan
III.
PLELIMINARY DESAIN3.1 Perencanaan Dimensi Balok
• Dimensi balok induk memanjang dengan bentang l = 8 m
h = 16
800 = 50 cm ~60 cm
b =
3
2 x 50= 33,33 cm ~40 cm
Jadi dimensi balok induk memanjang adalah 40/60 cm
2.
• Dimensi balok induk melintang dengan bentang l= 8 m
h = 16
800 = 50 cm ~60 cm
b = 3
2 x 50 = 33,33 cm ~40 cm
Jadi dimensi balok induk melintang adalah 40/60 cm
2.
• Balok Anak Memanjang, λ = 800 cm h =
21
λ
=
21
800
= 38,1 cm ≈ 50 cmb =
× h 3
2
=38 , 1
3 2 ×
= 25,4 cm ≈ 30 cm Direncanakan dimensi balok anak memanjang 30/503.2 Perencanaan Dimensi Pelat
Digunakan pelat tebal 20 cm 3.3 Perencanaan Dimensi kolom
Digunakan kolom 100 x 100 cm
23.4 Perencanaan Dimensi Dinding geser
Digunakan dinding geser dengan tebal 40 cm
IV.
STRUKTUR SEKUNDER4.1 Perancangan Pelat
• Pelat pada lapangan dipasang tulangan Ø 12-180 mm
• Pelat pada tumpuan dipasang tulangan Ø 12-180 mm
4.2 Perancangan Tangga
a. Mutu beton(f’c) : 35 Mpa b. Mutu Baja (fy) : 400 Mpa c. Panjang bordes : 110 cm d. Tinggi Lantai ke Bordes : 200 cm e. Tinggi Injakan : 20 cm f. Lebar Injakan : 25 cm g. Tebal Plat dasar Tangga : 15 cm h. Tebal Plat Bordes : 15 cm i. Jumlah tanjakan (n) : (
20
200 ) = 10
j. Kemiringan Tangga (α) : arc tan
25 20
= 38,66°
k. Tebal plat rata-rata Tebal rata-rata =
2
i x sin α (injakan dan tanjakan)
=
2
25 x sin 38,66°
= 7,8 cm
Tebal rata-rata pelat tangga = 15 + 7,8 = 22,8 cm =
0,228 m
- Cek syarat :
1. 60 ≤ (2t + i) ≤ 65 ⇒ 2t + i = (2 x 20) + 25 = 65
60 ≤ 65 ≤ 65 ...OK
2. 25
o≤ α ≤ 40
o=> α = 38,66° OK
Hasil Perhitungan Penulangan pelat tangga
Mmax: 2761,8 kg.m = 2761,8 x10
4Nmm Nu : -1774,36 kg
Vu : 2217,93 kg
Maka dipasang tulangan utama Ø 16- 250 mm Penulangan pelat bordes
Mu : 4136,05 kg.m =
2136,05 x 104Nmm Vu tumpuan : 2651,3 kg
Vu lapangan : 5302,6 kg Nu : 0 Kg
Maka dipasang tulangan utama Ø 16- 250 mm Penulangan balok bordes
Dipakai dimensi 20/40
Digunakan tulangan lentur 2D 16 4.3 Perancangan Lift
• Tipe lift : Passenger
• Merk : Hyunday
• Kapasitas : 13 orang (900 kg)
• Kecepatan : 60 m/min
• Lebar pintu : 900 mm
• Dimensi sangkar (car size)
− Outside: 1660 x 1555 mm
2− Inside : 1600 x 1400 mm
2• Dimensi ruang luncur : 2050 x 2050 mm
2• Dimensi ruang mesin: 2300 x 3300 mm
2• Beban reaksi ruang mesin R
1= 5100 kg
R
2=3750 kg
Gambar Ruang Mesin Lift
Gambar Denah Sangkar Lift
• Balok sangkar (20/25) M
tump= 1/10 × 1957 × 2,05
2= 822,4 kg.m
• M
lap= 1/10 × 1957 × 2,05
2= 822,4 kg.m
• V
u= 1/2 × 1957× 2,05 = 2005,9 kg Digunakan tulangan 4D12/2 D12
• Balok penumpu depan (30/40)
M
tump= 1/3 × Mo = 1/3 × 16689,82 kg.m = 5563,3 kg.m
M
lap= 4/5 × Mo = 4/5 × 16689,82 kg.m = 13351,86 kg.m
V
u= 14680,51 kg
Digunakan tulangan 4D12/2 D12 Tulangan geser 2 Ø10 jarak 170 mm
• Balok penumpu belakang (30/40) M
tump= 6964,05 kg.m
M
lap= 16713,7 kg.m V
u= 12682,7 kg
Digunakan tulangan 4D12/2 D12 Tulangan geser 2 Ø10 jarak 170 mm
V.
STRUKTUR PRIMERa. Balok Induk
Interior
Memanjang = tul tarik 4 D 22, tekan 2 D 22 , lapangan, 2 D 22
38,66
o200
275 125
t = 20 cm
i = 25 cm
tr tp
30/4
30/4
400
200
6D22
4D22
Melintang = tul tarik 6 D 22, tekan 4 D 22 , lapangan, 3 D 22
Eksterior
Memanjang = tul tarik 4 D 22, tekan 2 D 22 , lapangan, 2 D 22
Melintang = tul tarik 4 D 22, tekan 2 D 22 , lapangan, 2 D 22
b. Kolom
Berdasarkan kombinasi beban dari diagram interaksi, ternyata untuk semua lantai kolom memerlukan tulangan memanjang yang sama sebanyak 1,02 % atau 20D25.
Prosentase kolom ini sesuai syarat SNI 03-2847-2002 pasal 23.4.3.1 yaitu antara 1 % - 6 % telah dipenuhi.
Persyaratan strong column weak beam
Persyaratan Strong Column Weak Beam dipenuhi dengan persamaan 121 SNI 03-2847-2002, yaitu :
∑M
e>
Nilai diperoleh dengan bantuan diagram interaksi kolom (PCACOL), yaitu mencari momen yang dihasilkan dari kombinasi beban aksial terkecil dari kolom atas dan kolom bawah. Pemodelan pada program PCACOL adalah sebagai berikut :
Gambar 7.1 Diagram Interaksi Aksial vs Momen Kolom Lt Basement
Gambar 7.2 Diagram Interaksi Aksial vs Momen Kolom Lt Satu
Diperoleh : Me = Me1 + Me2
= 2721,8 kNm + 2629,6 kNm = 5351,4 kNm
Nilai sendiri adalah jumlah dari Mg
+dan Mg
-dari balok yang menyatu dengan kolom, yang dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : Mg = A
sx fy x x 0,8
a =
Karena balok yang menyatu pada kolom terdapat pelat lantai yang menyatu juga, maka perhitungan Mg
-, mengikutsertakan luas tulangan pelat selebar b efektif.
Gambar 7.5 Balok dengan Tulangan Pelat Selebar be A
satas = 2279,64 + 2 x 4 x ¼ π 12
2= 3184,42 mm
2Titik berat tul. Atas terhadap sisi atas
d atas= 600 – = 600 – 83 mm = 517 mm d bawah = (600 – 40 – 10 - 22/2) = 539 mm Besarnya M
g-adalah:
x mm x
a x 107 , 1
400 35 85 , 0
400 42 ,
3184 =
=
M
g-= 0,80 x 3184,42 x 400 (539 – 17,1/2) = 472262223,7Nmm
= 472,262 kNm Besarnya M
g+adalah:
x mm x
a x 51 , 08
400 35 85 , 0
400 76 ,
1519 =
=
M
g+= 0,80 x 1519,76 x 400 (539 – 51,08/2)
= 249706448 Nmm = 249,706 kNm
ΣM
g= 472,262 + 249,706 = 721,968kN m
Nilai Σ M
ediperoleh dengan bantuan diagram interaksi kolom (PCACOL), yaitu mencari momen yang dihasilkan dari kombinasi beban aksial terkecil kolom atas dan kolom bawah.
ΣM
e>(6/5)ΣM
g 5351,4 > (6/5) x 721,968 = 866,36kN m
Persyaratan “strong column weak beam” dipenuhi
5 . 6 Σ Mg Σ Me
Σ Mg
− 2 d a
cxb xf Asxfy
' 85 , 0
y
( )
mm x
x x
x x x x
x x x
y 83
22 14 , 4 3 6 1
55 10 40 22 14 , 4 3 3 1 2 10 22 40 22 14 , 4 3 3 1
2 2 2
= + +
+
+ +
=
c. Shearwall
Tabel 7.1 Tabel Pembebanan Dinding Geser Tipe I Panel 1
Tabel 7.2 Tabel Pembebanan Dinding Geser Tipe I Panel 2 dan 3
Beban Axial Geser Momen
kN kN (kNm)
1,4D 7210,73 17,92 1090,93
1,2D + 1,6L 6617,85 15,38 1446,424 1,2D + 1,0L +
1,0E 6993,91 141,34 1509,556 1,2D + 1,0L -
1,0E 6816,93 117,87 2264,296 0,9D + 1,0E 5175,49 137,49 978,168 0,9D - 1,0E 4998,52 113,4 1732,908 Kontrol Ketebalan Minimum Dinding Geser
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 16.5.3, ketebalan dinding tidak boleh kurang dari :
1. × λ
c25
1 =
25 1 × 8000 = 320 mm< 400 mm OK!
2. 100 mm < 400 mm OK!
Jadi ketebalan Shearwall 400 mm memenuhi syarat Batas Kuat Geser Dinding Geser
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 23.6.4.4 Batas Kuat Geser Penampang Shearwall pada permodelan sectional adalah :
φ = ( 8000 400 ) 35
3 55 2 ,
0 × x ×
= 6941,534 kN
* Nilai φ = 0,55 karena kuat geser nominal lebih kecil dari kuat geser yang timbul dari kuat lentur nominal (SNI 03-2847- 2002 Pasal 11.3.2.4a)
Perhitungan Kuat Geser Dinding Geser
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 23.6.2.2 : bahwa sedikitnya harus dipasang dua lapis tulangan pada dinding apabila gaya geser terfaktor melebihi
c
cv
f
A × ′
6 × 1 .Maka dari persamaan di atas diperoleh :
Pada Panel 1
( )
kNm 445 , 3352 kNm
89 , 134
35 6000 6 400
1
<
×
×
×
<
V
Pada Panel 2
( )
kNm 445 , 3352 kNm
08 , 143
35 6000 6 400
1
<
×
×
×
<
V
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 16.3.4 : bahwa pada dinding yang mempunyai ketebalan lebih besar dari 250 mm, kecuali dinding ruang bawah tanah harus dipasang dua lapis tulangan. Karena ketebalan Shearwall = 400 mm dipasang dua baris
Kuat Geser Nominal Dinding Geser
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 23.6.4.1: Kuat Geser Nominal Shearwall tidak boleh lebih besar dari V
n: Dengan
w
h
w
=
445
= 11,25 > 2, didapat α
c= 6
1 . Maka
dengan memakai tulangan 2D19 (A
s = 566,77 mm2) dan s
= 100 mm diperoleh :
Diperoleh nilai 0 , 014
100 400
77 ,
566 =
= ×
ρ
n.
[ ]
( ) ( )
kNm 24 , 3155
400 014 , 0 6 35
8000 1 400
'
=
+ ×
×
×
×
=
+
=
cv c c n yn
A f f
V α ρ
.
Bila dipakai 2 lapis tulangan φ 19 (A
s= 566,77 mm
2) dan
s = 200 mm. Maka 0 , 014
200 400
77 , 566
2 =
×
= ×
ρ
v> 0,0025 OK
Jadi dipakai dua lapis tulangan φ 19 vertikal dengan s =100 mm
Kontrol rasio tulangan Vertikal dan Horisontal Dinding Geser
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 23.6.4.1 : Spasi tulangan vertikal ( ρ
v) dan rasio tulangan horisontal ( ρ
n) tidak boleh lebih dari 450 mm.
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 23.6.4.1 : Rasio tulangan Vertikal ( ρ
v) dan rasio tulangan horisontal ( ρ
n) tidak boleh kurang dari 0,0025.
• Bila < 2,0 maka ratio tulangan vertikal (ρ
v) harus tidak boleh lebih kecil dari ρ
n(lihat pasal 23.6(4(3).
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 16.3.6: Rasio tulangan Vertikal ( ρ
v) dan rasio tidak boleh lebih dari 0,01.
Dengan memakai tulangan horizontal 2φ19(As= 566,77 mm
2)
3 ' 2
f c A cv
l w h w Beban Axial Geser Momen
kN kN (kNm)
1,4D 7471,2 9,52 32,474
1,2D + 1,6L 6967,18 8,13 27,75 1,2D + 1,0L +
1,0E 7287,42 117,86 705,821
1,2D + 1,0L -
1,0E 6915,38 109,32 1324,897
0,9D + 1,0E 5334,38 132,12 728,47
0,9D - 1,0E 4962,35 109,29 1324,77
3.50 13.70
0.90 1.70 0.90 0.90
1.70
1.70
1.70
1.70
1.70
1.70
1.70
0.90
A. Rasio tulangan horizontal :
× 200 = 400
77 ,
566 0,007> 0,0025 OK!
maka untuk tulangan horizontal digunakan 2φ19 dengan s = 100 mm
B. Rasio tulangan vertikal :
×100 = 400
77 ,
566 = 0,014 > 0,0025 OK!
maka untuk tulangan vertikal digunakan 2φ19 dengan s
= 100 mm
Kontrol spasi tulangan Vertikal dan Horisontal Dinding Geser
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 23.6.4.1 : Spasi tulangan vertikal ( ρ
v) dan rasio tulangan horisontal ( ρ
n) tidak boleh lebih dari 450 mm.
a. Spasi tulangan horisontal = 200 mm < 450 mm OK!
b. Spasi tulangan vertikal = 100 mm < 450 mm OK!
• Menurut SNI 03-2847-2002 Pasal 9.6.3 : Spasi tulangan vertikal ( ρ
v) tidak boleh kurang dari 40 mm atau 1,5d
b(18 mm). Sehingga Spasi minimum adalah 40 mm.
Spasi tulangan vertikal = 100 mm > 40 mm OK!
VI.
PERENCANAAN PONDASI1. Pondasi tiang kelompok
Tabel 8.1 Hasil analisa data sondir
Tiang pancang yang digunakan Diameter = 60 mm
P
bahan= 252,7 ton (Class-A1, produksi PT.WIKA ) P
ijin= 281469,6 kg
Kedalaman = 9 m
90
90 150 150 90
150 90
Dimensi poer : 480 cm x 330 cm x 125 cm
2. Pondasi shearwall
Jarak tepi pondasi 90 cm
Jarak antar tiang pancang 170 cm
3. Balok sloof Dimensi 40/60
Dipasang sengkang ∅10 – 250 mm
VII.
KESIMPULANVI.1 Kesimpulan
Berdasarkan keseluruhan hasil analisa yang telah dilakukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Dalam perencanaan struktur yang terletak pada zona gempa kuat, perlu dipertimbangkan adanya gaya lateral yang bekerja terhadap struktur. Hal ini disebabkan beban gempa ini sangat mempengaruhi dalam perencananaan struktur.
2. Setelah dianalisa, kontrol kinerja struktur akibat gempa static ekivalen arah sumbu x dan arah sumbu y sudah sesuai dengan RSNI 1726-2010
3. Kemampuan shearwall dan rangka gedung dalam menerima beban gempa, dapat dilihat pada tabel
Kombinasi
Prosentase Penahan Gempa (%)
Arah X Arah Y
Frame
Dinding
Geser Frame
Dinding Geser RSPX 0,259 0,741 0,255 0,745 RSPY 0,259 0,741 0,253 0,747