EVALUASI KAPASITAS KOMPONEN STRUKTUR RA (1)

I. PENDAHULUAN

JUDUL : “EVALUASI KAPASITAS KOMPONEN STRUKTUR RANGKA PEMIKUL MOMEN GEDUNG BALAI KOTA AMBON”

A. LATAR BELAKANG

Proses pembangunan yang terjadi di daerah – daerah berkembang di Indonesia seiring moderenisasi dunia dalam ilmu pengetahuan dan teknologi, maka sangat diperlukan sumber daya manusia yang handal dan profesional dalam berbagai bidang. Selain itu, hal ini perlu di dukung oleh tersedianya sarana dan prasarana yang memadai untuk kelancaran pembangunan. Salah satu sarana dan prasarana tersebut adalah gedung Balai Kota Ambon. Balai Kota Ambon merupakan struktur gedung yang dibangun pada tahun 2004 dan difungsikan sebagai sarana perkantoran, yang terletak di Jl Sultan Hairun no 1, Ambon.

bangunan yang telah selesai dibangun juga dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan pembebanan gedung itu sendiri, apabila struktur bangunan tersebut menerima beban sesuai dengan kapasitas atau kuat dukung beban yang direncanakan, seharusnya struktur beton tersebut akan baik-baik saja. Tetapi kadang kala, struktur akan menerima beban di luar kemampuannya, dan biasanya pembebanan yang melebihi kapasitas yang telah direncanakan itulah yang menyebabkan keretakan pada struktur bangunan tersebut.

Berdasarkan hasil pengamatan, kondisi struktur Gedung Balai Kota Ambon saat ini mengalami keretakan pada elemen – elemen struktur (Gambar 1.1), sehingga perlu dilakukan evaluasi kembali kapasitas elemen struktur atas gedung tersebut apakah struktur gedung tersebut masih mampu untuk menahan beban yang ada atau tidak.

Berkaitan dengan hal tersebut, maka pada penulisan tugas akhir ini, penulis merasa perlu untuk melakukan evaluasi terhadap kapasitas penampang komponen elemen struktur atas gedung Balai Kota Ambon.

Berdasarkan uraian diatas maka judul “EVALUASI KAPASITAS KOMPONEN STRUKTUR RANGKA PEMIKUL MOMEN GEDUNG BALAI KOTA AMBON”

Gambar 1.1 : Keretakan pada elemen-elemen struktur bangunan.

 Apakah simpangan yang terjadi pada masing-masing taraf lantai masih memenuhi persyaratan terhadap masa layan.

C. RUANG LINGKUP

Agar lebih terarah penulisan ini maka beberapa hal yang menyangkut permasalahan yang perlu dibatasi, antara lain:

 Analisa struktur menggunakan program bantu SAP 2000 versi 11

 Tinjauan kapasitas penampang struktur rangka pemikul momen dan simpangan antar lantai berdasarkan Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002 dan tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk rumah dan gedung SNI 03-1726-2002.

 Analisis kapasitas penampang balok menggunakan program bantu Respon 2000.

 Perhitungan analisa struktur dan kapasitas penampang struktur rangka pemikul momen berdasarkan data asbuild drawing.

D. TUJUAN PENULISAN

Adapun tujuan penulisan ini adalah sebagai berikut:

 Untuk mengetahui apakah komponen struktur rangka pemikul momen gedung tersebut masih mampu memikul beban yang ada.

 Untuk mengevaluasi kapasitas penampang elemen struktur gedung tersebut.  Untuk mengetahui apakah simpangan yang terjadi pada masing-masing taraf

lantai masih memenuhi persyaratan terhadap masa layan. E. METODE PENULISAN

Pengumpulan data dari referensi-referensi yang berhubungan dengan penelitian.

F. SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini terbagi dalam beberapa bab dengan perincian sebagai berikut:

 BAB I. PENDAHULUAN

Bagian ini diuraikan tentang latar belakang, rumusan masalah, ruang lingkup, tujuan penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.  BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Bagian ini diuraikan tentang teori-teori yang berhubungan dengan penelitian seperti perhitungan beban, evaluasi penampang elemen struktur, dan simpangan yang terjadi.

 Mudah dibentuk (terkait dengan fungsi arsitektur).  Ketahanan terhadap api yang tinggi.

 Mempunyai kekakuan yang tinggi.

 Membutuhkan bekisting atau cetakan serta penumpu sementara selama konstruksi.

 Rasio kekuatan terhadap berat yang rendah.  Stabilitas volumenya relative rendah. 2. Prinsip dasar struktur beton bertulang

Beton merupakan material yang kuat dalam menahan tekan, namun lemah dalam menahan tarik. Oleh karena itu, beton dapat mengalami retak jika beban yang dipikulnya menimbulkan tegangan tarik yang melebihi kuat tarik materialnya. Pada struktur balok beton tanpa tulangan yang tergambar dibawah ini, momen yang timbul akibat beban luar pada dasarnya ditahan oleh kopel gaya-gaya dalam tarik dan tekan. Balok tersebut dapat runtuh secara tiba-tiba dan total jika retak terbentuk pada zona tarik penampang (Gambar 2.1).

Jadi dapat dikatakan di sini bahwa untuk mengatasi kelemahan beton dalam menahan gaya tarik maka ditambahkan tulangan baja pada bagian penampang balok yang berpotensi mengalami tarik saat balok menahan beban.

Periode adalah besarnya waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suatu

Ct = ditentukan dari tabel 2.1

H = ketinggian struktur diatas dasar sampai tingkat tertinggi struktur

x = ditentukan dari tabel 2.1

Tabel 2.1. Nilai parameter periode Ct dan x berdasarkan RSNI 03-1726-201x

Tipe struktur Ct X

System rangka pemikul momen dimana rangka pemikul 100% seismic yang diisyaratkan dan tidak dilingkupi atau tidak dihubungkan dengan komponen yang lebih kaku dan akan mencegah rangka dari defleksi jika 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 tertekan terhadap tekuk 0.0731 0.75

Semua system struktur lainnya 0.0488 0.75

(Sumber : Budiono & Sipriatna, 2011)

tidak menyimpang (ke atas atau ke bawah) lebih dari 20% dari nilai yang dihitung

Wi = adalah massa lantai tingkat ke-i

Fi = adalah distribusi vertikal gaya gempa sesuai di = adalah simpangan horizontal lantai tingkat ke-i

g = adalah percepatan gravitasi yang ditetapkan sebesar 9810 mm/

2. Pembatasan waktu getar alami fundamental

Untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu getar alami fundamental T1 dari struktur gedung harus dibatasi, bergantung

pada koefisien ζuntuk Wilayah Gempa tempat struktur gedung berada dan jumlah tingkatnya n menurut persamaan:

T1 < ζ n (2.4)

di mana koefisien ζ ditetapkan menurut Tabel 2.2

Tabel 2.2. Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami Fundamental struktur gedung

Wilayah Gempa ζ keperluan perencanaan bangunan. Berdasarkan SNI 03-1726-2002 pasal 4.7.4, respons spectra ditentukan berdasarkan parameter:

- Faktor jenis tanah, yaitu terdapat tanah lunak, tanah sedang, dan tanah keras.

Respons spectra berdasarkan SNI 03-1726-2002 pasal 4.7.4 dapat dilihat pada gambar 2.4. Selain itu faktor keutamaan gedung berdasarkan SNI 03-1726-2002 pasal 4.1.2, dapat dilihat pada tabel 2.3.

Gambar 2.3. Enam zona wilayah gempa di Indonesia (Sumber: SNI 03-1726-2002)

(Sumber: SNI 03-1726-2002)

r 2.4. Respons spectra gempa rencana 2002 (Sumber: SNI 03-1726-2002)

Faktor Respons Gempa C ditentukan oleh persamaan-persamaan sebagai berikut :

- untuk T < Tc : C = Am (2.5)

- untuk T > Tc : C = TAr (2.6)

dengan

Ar = Am Tc (2.7)

Dalam Tabel 2.4, nilai-nilai Am dan Ar dicantumkan untuk masing-masing

Wilayah Gempa dan masing-masing jenis tanah.

Tabel 2.4. Spectrum respons gempa rencana

Tabel 2.5. Klasifikasi situs

(Sumber: SNI 03-1726-2002)

4. Struktur penahan gaya seismik

System penahan gaya seismik lateral dan vertikal dasar harus memenuhi salah satu tipe yang telah ditetapkan pada SNI 03-1726-2002 pasal 4.3.6. setiap tipe dibagi-bagi berdasarkan tipe elemen vertikal yang digunakan untuk menahan gaya seismik lateral. Di dalam SNI 03-1726-2002 pasal 4.3.6, system struktur penahan gaya seismic ditentukan oleh parameter-parameter berikut ini:

- Faktor daktilitas maksimum ( μm¿ - Faktor reduksi gempa maksimum ( R_m¿

- Faktor tahan lebih total yang terkandung di dalam struktur gedung secara keseluruhan (f)

Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.6.

(Sumber: SNI 03-1726-2002)

5. Analisis Statik Ekivalen

V=C1I R Wt (2.8)

Di mana :

V = Beban geser dasar nominal statik ekivalen

I = Faktor keutamaan gedung

R = Faktor reduksi gempa

C1 = Faktor respons gempa yang didapat dari spectrum respons gempa rencana untuk waktu getar alami fundamental T1

W1 = berat total gedung termasuk beban hidup yang sesuai

C. LENTUR PADA BALOK PERSEGI

1. Teori dasar

Hampir semua elemen struktur bangunan seperti balok, kolom, dan pelat mengalami aksi lentur akibat beban luar yang bekerja padanya.

tersebut dinamakan elemen balok-kolom. Secara garis besar, perilaku balok beton bertulang dalam menahan lentur dapat dijelaskan seperti gambar 2.5.

Gambar 2.6 memperlihatkan hubungan momen-kelengkungan pada penampang balok yang dibebani lentur. Pada saat awal, dimana retak belum terbentuk, nilai regangan yang terjadi akibat momen yang bekerja sangat kecil, sehingga distribusi tegangan normal yang diperoleh pada dasarnya masih linier (gambar 2.7a). pada kondisi ini hubungan momen dan kelengkungan pada penampang juga bersifat linier (lihat segmen O-B pada gambar 2.6).

Gambar 2.5. Freebody diagram momen kopel tarik-tekan pada balok (Sumber: Imran & Zulkifli, 2014)

2. Analisis versus desain

Ada dua jenis perhitungan yang biasa dilakukan dalam evaluasi penampang beton bertulang, yaitu:

 Analisis

Pada perhitungan analitis, resistance/tahanan atau kapasitas penampang ditentukan berdasarkan data penampang, kuat tekan beton, tegangan leleh baja, ukuran dan jumlah tulangan, serta lokasi tulangan.

 Desain / Perencanaan

Pada perhitungan desain, dilakukan pemilihan penampang yang cocok (termasuk di sini pemilihan dimensi, fc’, fy tulangan, dll) untuk menahan pengaruh beban terfaktor (seperti Mu).

3. Kuat perlu dan kuat rencana

Pada perencanaan lentur, harus selalu dipenuhi:

ØMn ≥ Mu (2.9)

Dimana:

ØMn = kuat lentur rencana

Mu = momen ultimit atau kuat lentur perlu Mn = kuat lentur nominal

Ø = faktor reduksi kuat lentur

Berdasarkan SNI beton, faktor reduksi kuat lentur bervariasi sesuai dengan kondisi batas yang terjadi pada penampang.

4. Jenis-jenis keruntuhan lentur

Tergantung pada sifat-sifat penampang balok, bentuk-bentuk keruntuhan lentur yang dapat terjadi adalah sebagai berikut:

 Keruntuhan tarik, bersifat ductile (penampang terkontrol tarik).

penampang dengan rasio tulangan yang kecil. Balok yang mengalami keruntuhan ini disebut under-reinforced (gambar 2.9b).

 Keruntuhan tekan, bersifat brittle/getas (penampang terkontrol tekan). Di sini, beton hancur sebelum tulangan leleh. Keruntuhan seperti ini, terjadi pada penampang dengan rasio tulangan yang besar. Balok yang mengalami keruntuhan ini disebut “over-reinforced” (gambar 2.9c).  Keruntuhan seimbang (balance), bersifat brittle.

Pada keruntuhan jenis ini, kondisi beton hancur dan tulangan leleh terjadi secara bersamaan. Balok seperti ini mempunyai tulangan yang balance (seimbang) (gambar 2.9d).

Pada gambar 2.9, gaya tekan, C, pada beton:

Gaya tarik T pada baja tulangan:

T=A_sf_s (2.12)

Jika baja tulangan diasumsikan leleh, maka

T=A_sf_y (2.13)

T=C_c+C_s (2.14)

Keseimbangan gaya horizontal pada penampang mensyaratkan: C=T Persamaan di atas dalam bentuk lain dapat ditulis:

Gambar 2.10. Distribusi tegangan persegi ekivalen (Sumber: Imran & Zulkifli, 2014)

Pemeriksaan apakah fs = fy

Pada penurunan persamaan Mn yang disampaikan sebelumnya, diasumsikan bahwa tulangan tarik telah mengalami leleh (fs=fy) saat beton mengalami regangan

tekan batas ε_cu . Asumsi ini harus dicek kebenarannya. Untuk pemeriksaan ini, perlu dihitung tinggi tekan (= c) pada kondisi balanced. Berdasarkan perbandingan segitiga sebangun (gambar 2.10):

C_b

d = ε_cu εcu+εy

= 0,003

ab

d ) harus dibandingkan dengan (a/d), sebagai berikut: bergantung pada rasio tulangan yang dimiliki penampang. Oleh karena itu, ada rasio tulangan dimana keruntuhan yang akan terjadi bersifat balanced (seimbang). Pada kondisi balanced:

Karena a_b=β₁C_b , maka:

Jika nilai ini disubstitusikan pada persamaan c_b /d sebelumnya, maka:

ρb=

0,85β1fc' f_y

(

600

600+f_y

)

(2.34)

Berdasarkan persamaan ini, dapat juga ditentukan apakah f_s=f_y :

 Jika ρ<ρ_b→ kondisi under−reinforced

(

f_s¿fy). (2.35)  Jika ρ>ρ_b→ kondisi

−reinforced

(

fs¿fy

)

. (2.36)

Untuk menghindari terjadinya keruntuhan brittle (getas) pada elemen lentur, SNI

beton lampiran B.10.3 membatasi rasio tulangan ρ ≤0,75ρ_b . Namun berdasarkan

pengalaman lebih baik untuk membatasi rasio tulangan ρ_max sebesar

0,4−0,5ρ_b .

Dengan membatasi ρ_max diantara 0,5−0,75ρ_b maka rasio a/d penampang juga dibatasi berkisar antara 0,5a_b /d - 0,75a_b /d.

E. SIMPANGAN ANTARLANTAI (STORY DRIFT)

harus dihitung dari simpangan struktur gedung tersebut akibat pengaruh gempa nominal yang telah dibagi faktor skala. Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan, berdasarkan SNI 03-1726-2002, struktur gedung dalam segala hal simpangan antartingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak boleh

melampaui 0,03

R kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm, bergantung pada yang nilainya lebih kecil.

∆ i<0,03 R hi (2.37)

Atau ∆ i<30mm (2.38)

Dari kedua nilai di atas diambil nilai yang terkecil.

2. Kinerja batas ultimit.

 Untuk struktur gedung beraturan:

ζ=0,7R (2.39)

 Untuk struktur gedung tidak beraturan: ζ= 0,7R

Faktor skala (2.40)

di mana :

R = faktor reduksi gempa struktur gedung

Faktor skala = 0,8v1

vt ≥1 (2.41)

F. KOMBINASI PEMBEBANAN

Kombinasi beban untuk metode ultimit struktur, komponen-komponen struktur, dan elemen-elemen fondasi harus dirancang sedemikian hingga kuat rencanannya sama atau melebihi pengeruh beban-beban terfaktor.

Berdasrkan SNI 03-1726-2002, faktor-faktor dan kombinasi beban untuk beban mati nominal, beban hidup nominal, dan beban gempa nominal adalah:

Untuk keperluan pemodelan struktur dan analisis struktur, mengingat struktur yang ditinjau adalah struktur yang kompleks, maka dalam penelitian ini digunakan bantuan program SAP 2000 v.11 (CSI, 1998). Program yang dikembangkan oleh Prof. Edward L. Wilson dari University of California di Berkeley, USA, telah cukup popular di kalangan praktisi dan akademisi dalam melakukan analisis dan perancangan struktur bangunan gedung. Program SAP 2000 telah mampu melakukan analisis static dan dinamik baik linier maupun nonlinier, seperti analisis beban dorong static atau analisis pushover. Selain itu, dalam program ini telah tersedia (built-in) analisis dengan menggunakan metode Spektrum Kapasitas menurut ATC-40 (1996).

Selain menggunakan program SAP 2000, penelitian ini juga menggunakan Program Response-2000 untuk perhitungan kapasitas elemen-elemen struktur dan analisis moment-curvature. Program ini dikembangkan oleh Evan Bentz dibawah supervise dari Prof. M. P. Collins dari University of Toronto di Toronto, Kanada.

Berdasarkan pada judul penulisan tugas akhir di atas, maka penelitian berlokasi di Jl. Sultan Hairun no.1, kecamatan Sirimau, kota Ambon, dengan objek penulisan yaitu gedung Balai Kota Ambon.

B. JENIS DATA

Adapun data yang diperoleh berupa data primer yang diambil langsung di lapangan dan data sekunder diperoleh dari konsultan supervisi PT. Bina Karya cabang Ambon.

D. METODE PENGAMBILAN DATA

Adapun metode pengambilan data yang digunakan dalam penulisan ini yaitu:  Metode observasi

Penulis melakukan survey langsung ke lapangan untuk memperoleh data pendukung sebagai parameter untuk proses evaluasi.

 Metode kepustakaan

Penulis menggunakan buku referensi untuk memperoleh informasi-informasi secara teoritis.

E. METODE PERHITUNGAN DENGAN PROGRAM KOMPUTER 1. Analisa Struktur pada SAP 2000

Gambar 3.1. Langkah-langkah perhitungan analisa struktur pada SAP 2000 v.11

2. Pemodelan Elemen Struktur pada Response-2000

Gambar 3.2. Data property material beton pada Response-2000

Tahap berikutnya adalah pendefenisian ukuran penampang melalui menu Define-Concrete Section, kemudian dipilih bentuk penampang (basic shapes) yang sesuai dan menentukan ukuran penampangnya. Selanjutnya dilakukan pengaturan kembali diameter tulangan dan jumlah tulangan yang terpasang serta posisinya pada penampang balok. Hal ini dapat dilakukan melalui menu Longitudinal Reinforcement untuk tulangan longitudinal dan menu Define-Transverse Reinforcement untuk tulangan geser.

3. Pendefenisian Properti Sendi Plastis

tidak disertakan disini, tetapi disertakan dalam proses pendefenisian senndi plastis unutk setiap elemen struktur.

PENGUMPULAN DATA

PERHITUNGAN PEMBEBANAN

DATA SEKUNDER DATA PRIMER

Gambar 3.4. Diagram Alir Penelitian

LAMPIRAN

A. Dokumentasi

BERDASARKAN SNI 03-2847-2002

RESPONSE-2000

DAFTAR PUSTAKA

Badan Standarisasi Nasional. 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung. SNI-03-1726-2002. Jakarta.

Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. SNI-03-2847-2002. Jakarta.

Bambang Budiono & Lucky Sipriatna. 2011. Studi Komparasi Desain Bangunan Tahan Gempa Dengan menggunakan SNI 03-1726-2002 dan RSNI 03-1726-201x. Penerbit: ITB, Bandung

Imam Satyarno, Purbolaras Nawangalam, & R. Indra Pratomo. P., 2011. Belajar SAP 2000 (Cepat – Tepat – Mahir) Seri 1. Penerbit Zamil Publishing, Yogyakarta

Iswandi Imran & Ediansjah Zulkifli, 2014. Perencanaan Dasar Struktur Beton Bertulang. Penerbit ITB, Bandung