II - 1 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Langkah Langkah Perancangan
Suatu struktur jika telah dianalisis maka kita dapat menghitung penulangannya (Balok, Plat, Kolom). Dibandingkan dengan beton, tulangan merupakan material kekuatan tinggi. Kedua material itu dapat digunakan dengan sebaik-baiknya dalam suatu kombinasi dimana beton berfungsi untuk memikul tegangan, sedangkan baja berfungsi untuk memikul tarik.
2.1 Tabel Selimut Beton 2.1.1 Persyaratan Kekakuan
Terhadap kombinasi beban dan gaya terfaktor SNI 03-2847-2002 halaman 141 memberi pernyataan bahwa struktur dan komponen struktur harus dirancangkan hingga semua penampang mempunyai kuat rencana minimum sama dengan kuat perlu dan dapat dituliskan sebagai berikut.
1. Kuat perlu
Kekuatan suatu komponen atau penampang yang diperlukan untuk menahan beban terfaktor atu momen dan gaya dalam yang berkaitan dengan beban tersebut dalam suatu kombinasi seperti yang ditetapkan dalam SNI 03-2847-2002.
2. Kuat rencana
Kuat rencana suatu komponen struktur harus diambil sebagai kekuatan nominal yang dihitung berdasarkan dengan mengalihkan faktor faktor reduksi kekuatan ∅. Adapun faktor kekakuan dalam dilihat seperti tabel dibawah ini.
Tabel 2.2 faktor reduksi kekuatan ∅
II - 3 2.2 Analisa Pembebanan
Menurut peraturan pembebanan Indonesia untuk gedung 1983, beban dibagi menjadi, beban mati (M), Beban hidup (H), Beban angin (A), Beban gempa (G) dan Beban khusus (K).
Pembebanan pada portal yang ditinjau dalam tugas akhir ini adalah beban mati (M), beban hidup (H) dan beban gempa (G) tanpa meninjau beban angin dan beban khusus.
Secara umum dimensi balok dapat diperkirakan :
H = sampai dengan
Dengan L = Bentang terpanjang plat
B = sampai dengan
Dengan H = Tinggi balok
Untuk memeriksa kekakuan balok terhadap lendutan ( ), Lendutan maksimum yang terjadi pada tengah bentang balok dianggap sendi dan rol pada ujung ujung (Timonshenko dkk, 1998) adalah :
=5
384 Diamana :
= Beban yang dipikul balok = Panjang bentang balok
= Modulus elastisitas balpk = Momen inersia balok
2.2.1 Ketentuan Beban Mati
Beban mati merupakan berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat permanen, termasuk dinding, kolom, lantai, atap, finising serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari struktur. Berat sendiri dari bahan banggunan penting dan dari beberapa komponen gedung yang harus ditinjau didalam menentukan beban mati dari suatu gedung.
2.2.2 Ketentuan Beban Hidup
Beban hidup adalah beban yang terjadi akibat penghunian dan penggunaan suatu gedung, dan didalamnya termasuk beban-beban pada lantai yang berasal
dari barang-barang yang dapat pindah, mesin-mesin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tak terpisah dari suatu gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu. Sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembebanan laintai dan atap. Sedangkan untuk beban hidup terpusat pada atap berasal dari seorang pekerja atau pemadam kebakaran dengan peralatan sebesar 100 Kg.
Bahwa pada perencanaan balok-balok induk dan portal-portal dari sistem struktur pemikul beban dari satu gedung, maka untuk memperhitungkan peluang terjadinya nilai-nilai beban hidup yang berubah-ubah, nilai beban hidup dapat dikalikan dengan koefisien reduksi yang nilainya tergantung pada penggunaan gedung yang akan di rancang.
2.2.3 Ketentuan Beban Gempa
Beban gempa tidak sama dengan beban angin. Kerusakan gedung oleh getaran permukaan tanah saat terlanda gempa bukan oleh gaya (seperti pada angin) melainkan oleh gaya dalam,karena titik tangkap beban gempa berimit dengan titik berat berat massa gedung. Gaya gempa itu timbul karena adanya gerakan massa itu sendiri.
Massa gedung, ukuran maupun bentuknya, secara sendiri-sendiri memperngaruhi sifat beban gempa dan sifat ketahanan strukturnya. Gaya inersia merupakan hasil dari perkalian antara massa dan percepatan (F = m . a). Percepatan ialah perubahan kecepatan pada suatu waktu, dan sangat dipengaruhi oleh pergerakan gempa. Besar massamerupakan suatu besaran yang tergantung pada massa gedung itu sendiri. Gempa menggoncang gedung pada tiga arah dimensi, yaitu arah horizontal dan satu arah vertikal, walaupun demikian biasanya gaya vertikal tidak diperhitungkan.
Dalam tugas akhir ini analisa yang dipakai adalah spektrum respons dimana pada suatu model dari struktur diberlakukan suatu spektrum respon gempa rencana, respons rencana tersebut melalui respons masing-masing ragamnya.
Spektrum respons adalah pemetaan yang menunjukan variasi dari harga maksimum suatu respons parameter tertentu, misalkan perpindahan, kecepatan,
II - 5
percepatan, tegangan dan lain-lain sebagai waktu suatu sistem kalau terkena suatu fungsi gaya tertentu.
Sebagai spektrum percepatan respons gempa rencana harus dipakai diagram koefisien gempa C untuk wilayah gempa. Menurut pedoman ini Indonesia ditetapkan terbagi 6 wilayah gempa, dimana wilayah 1 adalah wilayah dengan intensitas gempa terendah dan wilayah 6 dengan intensitas gempa tertinggi, untuk masing masing wilayah gempa ditetapkan spektrun respons nominal C-T, ada dua jenis tanah yang harus dibedakan dalam memilih nilai C, yaitu tanah keras dan tanah lunak, seperti yang ditunjukan dibawah ini
II - 7 2.2.4 Faktor Keutamaan Gedung
Dalam perencanaan gedung, pengaruh gempa rencana harus dikalikan suatu faktor keutamaan (I).
Faktor keutamaan gedung yang nilainya ditentukan sesuai dengan klasifikasi yang ada dalam standar perencanaan. Klasifikasi gedung yang digunakan adalah berdasarkan dari fungsi gedung tersebut seperti yang terlihat pada Tabel 2.4.
Untuk berbagai kategori gedung, bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan struktur gedung selama umur gedung dan umur gedung tersebut yang diharapkan, pengaruh Gempa Rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu Faktor Keutamaan I menurut persamaan :
I = I1.I2
(sumber : SNI 03 -1726 – 2002 ) Dimana:
I1 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung I2 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian umur gedung tersebut.
2.2.5 Sistem Struktur
Sistem strukur direncanakan sebagai Sistem Ganda Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK), dimana dalam perencanaan rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah dan mampu memikul sekurang kurangnya 25% dari seluruh beban lateral. Nilai faktor reduksi respon gempa (R) ditentukan sebesar 8,5.
Berdasarkan SNI 03-1726-2002, besarnya gaya gempa desain yang diberikan pada struktur diperhitungkan berdasarkan parameter gaya geser dasar yang diformulasikan sebagai:
Rumus gaya geser dasar
= . .
dimana:
C = Koefisien gempa dasar
I = Faktor keutamaan gedung
R = Faktor reduksi respon gempa berdasarkan tingkat daktilitas
struktur = 8.5
WT = Berat struktur yang diperhitungkan = DL + SDL + αLL; dengan
α = 0.3
dimana :
DL = Beban Mati
SDL = Beban Mati Tambahan
LL = Beban Hidup
II - 9
Rumus gaya geser dasar pada (base shear) untuk beban gempa statik ekuvalen arah (X, Y)
= ∑ ∙
∙ Dimana :
= Berat lantai tingkat
= Ketinggian lantai
Pada rumus diatas setelah itu kita bisa membuat tabel (Nilai statik ekuvalen arah X, Y) pengaruh pembebanan pada suatu arah sumbu struktur dengan daktalitas 100%, harus dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh pembebanan gempa arah tegak lurus sumbu tersebut dengan efektivitas 30 %.
2.3 Perencanaan Balok
Perencanaan balok beton bertulang bertujuan untuk menghitung tulangan dan membuat detail-detail konstruksi untuk menahan momen-momen lentur ultimate, gaya-gaya lintang, dan momen punting lengan cukup kuat. Kekakuan suatu balok lebih banyak dipengaruhi oleh tinggi dari pada lebarnya, lebar yang susuai dapat sepertiga sampai setengah dari tinggi. Dimensi balok jangan trlalu sempit karena akan timbul kerusakan dalam menyediakan selimut beton bertulang yang memadai.
Secara umum dimensi balok diperkirakan dengan :
1. H = 1 10 . sampai dengan 1 12 . dengan L : bentang terpanjang. 2. B = 1 2 . sampai dengan 2 3 . dengan H : Tinggi balok.
Untuk memeriksa kekakuan balok terhadap lendutan ( ), lendutan maksimum untuk terjadinya pada tengah bentang bila balok dianggap
sendirol pada ujungnya (timos henko dkk, 1998) adalah = . .
.
Dimana :
L = Panjang bentang balok Wu = Beban yang dipikul balok
E = modulus elastisitas balok I = Momen inersia balok
2.3.1 Perencanaan Dinding Struktur Beton Daktail
Tujuan utama penggunaan struktur beton daerah gempa adalah memberikan kekakuan dan kemanan yang cukup pada struktur, sehingga lendutan horizontal antara tingkat jadi mengecil, yang sama juga dapat diminimumkan kerusakan non-struktur yang sering sekali membutuhkan biaya yang relatif besar dalam perbaikannya.
Perencanaan dinding struktur yang baik tidak terlepas dari pemiihan bentuk dinding, lokasi penempatanya pada daerah struktur serta bentuk ragam keruntuh, maka ragam keruntuhannya yang bersifat getas akibat lentur, geser, dan lain lain.
Dengan adanya dinding struktur bangunan menjadi lebih kaku sehingga deformasi lateral menjadi lebih kecil. Resiko terjadinya pada elemen dapat dikurangi.
Syarat untuk menentukan dimensi kolom (Kusuma dan adriono, 1996) yaitu :
≤ 0,2 ′ Atau ≥
, ′
Dimana :
Nu = Wu = Beban ultimete yang dipikul kolom (Kg)
= Luas kolom yang dibutuhkan
= Mutu beton (mpa)
2.3.2 Sistem Dinding Geser (Shear wall)
Dinding geser adalah elemen srtuktur berupa dinding yang relatif tipis yang ditempatkan secara vertikal, sehingga seolah-olah menyerupai balok kantilever yang berdiri vertikal.
II - 11
1. Susunan Dinding geser
Sistem dinding gesr pada dasarnya dapat dibagi menjadi : a. Sistem terbuka
Sistem terbuka terdiri dari unsur linier tunggal atau gabungan unsur yang tidak lengkap yang meliputi ruang geometris. Bentuk bentuk ini adalah L, X, V, Y, T dan H
b. Sistem tertutup
Sistem tertutup meliputi ruang geometris. Bentuk bentuk yang sering dijumpai adalah bujur sangkar, segitiga, persegi panjang, dan bulat
Bentuk dan penempatan dinding geser mempunyai akibat yang besar terhadap perilaku struktur apabila dibebani secara lateral. Inti yang diletakan asimetri terhadap bentuk bangunan memikul trosi selain lentur dan geser langsung. Akan tetapi perlawanan yang optimal terhadap torsi yang diperoleh pada penampang inti tertutup.
2. Perilaku dinding geser yang terbebani
Lantai yang berlaku sebagai diafragma horizontal menerus beban lateral secara merata ke dinding geser. Penyebaranya gaya lateral tersebut adalah fungsi dari susunan geometris sistem dinding geser.Apabila susunan dinding geser itu asimertis, maka resultan gaya lateral tidak melalui titik berat kekakuan bangunan yang terjadi adalah rotasi dari dinding geser ditambah dengan transilasi. Penyebab tegangan bergantung pada bentuk sistem dinding geser.
2.3.3 Sistem Frames dan Shear wall
Secara struktural, jika dinding geser dikenakan beban lateral, maka dinding geser tersebut akan berperilaku seperti kantilever bebas. Sedangkan portal jika dibebani beban lateral tedak berperilaku kantilever bebas. Ketika terkena beban lateral, maka sistem porlal-dinding geser (dal system) ini bereaksi secara berbeda dengan periode getar alami yang berbeda, sehingga sistem perkakuan dinding geser ini tidak selalu mendukung dual sistem ini
dalam menyerap energi lateral. Hal ini diperhatikan pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Kompatibilitas Open Frame dan Dinding Geser (Dual Sistem)
Hal ini telah dibuktikan oleh percobaan yang dilakukan oleh paulay dan priestly (1991), yang menunjukan bahwa hanya efektif dalam menahan gaya lateral yang terjadi pada bagian bawah gedung saja, sedangkan pada paruh penuh bagian atas gedung tersebut dinding geser ini malah menambah beban gaya lateral yang terjadi. Seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.6.
Dari gambar diatas, maka dapat dikatakan bahwa dinding gesekan akan efektif menyerap gaya geser apabila:
1. Diagram presentase bagian bawah lebih luas, sehingga gaya geser yang terserap dinding geser lebih besar, maka akan semakin kaku
II - 13
2. Pertemuan titik singgung dengan garis netral semakin keatas semakin baik, karena titiktersebut merupakan tingkat terakhir dinding geser melawan gaya lateral
3. Semakin kecil bagian atas dari diagram presentase, semakin kecil dinding geser ikut memberikan tambahan gaya gesr pada bangunan, maka akan semakin efektif.
• Sistem framed tube
Bila didandingkan dengan sistem shear walls dan Frames sistem struktur ini sangat efisien dalam melawan beban lateral.Praktis seluruh perlawanan terhadap beban lateral ditumpukan pada sistem primeter frames yang searah dengan beban lateral yang ditinjau yang seolah berfungsi sebagai shear walls. Untuk itu sistem primeter frames ini mempunyai balok (spandrel beams) yang relatif kaku dengan jarak kolom yang relatif rapat. Gambar 2.5 b menunjukan bentuk sistem framed tube dan perilaku ketika diberi gaya lateral.
Untuk struktur yang lebih tinggi, sistem ini dikembangkan menjadi sistem tube atau dikombinasikan dengan sistem outrigger dan belt tresses, gambar 2.5 b . secara fisik sistem outrigger dan belt trusses ini seolah memperkenalkan, pada level tersebut sebuah balok dengan kekakuan yang jauh lebih kaku bila dibandingkan dengan kekakuan sistem yang ada dibawahnya. Dengan demikian secara otomatis akan menghasilkan suatu hambatan terhadap deformasi lateral total yang bisa terjadi.
Gambar 2.7.
(a) Perlawanan dari sistem Framed tube terhadap beban latera
Sistem outrigger dan trusess ini bisa juga digantikan dengan suatu sistem balok beton dengan ketinggian ± 1 lantai. Pada gedung yang sangat tinggi, sistem outrigger dan trusses ini bisa dipasang pada beberapa level sehingga solah tiap level merupakan suatu unit tersendiri. Pengaruh dari adanya sistem outrgger dan belt trusses ini juga terlihat pada besarnya momen yang terjadi Sepanjang komponen vertikal yang ada pada gambar 2.8b
Gambar 2.8
(a) Deformasi kantilever dari sistem core (b) Respon dari gedung tinggi terhadap beban lateral
2.3.4 Sistem Trussed Tube
Kelemahan dari sistem framed tube terlelak pada fleksibilitas spandrel beams.Masalah ini diatasi dengan menambah komponen diagonal yang geser yang bekerja akibat beban lateral dipikuloleh komponen diagonal tersebut.Komponen diagonal melawan gaya geser tadi terutama dengan gaya aksial sehingga dapat mengurangi pengaruh dari shear lag dan struktur memberikan respon hampir sebagai kantilever murni ditunjukan pada gambar dibawah m ini.
Gambar 2.9
II - 15
Dalam sistem colum diagonal trussed tube, disamping menahan mayoritas dari beban lateral, sistem diagonal juga sekaligus berfungsi sebagai kilom miring yang menahan beban gravitasi. Sistem ini memungkinkan trjadinya pendistribusian beban gravitasi terpusat secara efisien dan merata kepada seluruh komponen struktur, gambar diatas simtem tersebut sangat efektif untuk gedung sangat tinggi (hingga 100 lantai untuk gedung dengan struktur baja), Dalam hal ini balok sprandel menahan beban gravitasi dan juga sebagai pengikat terhadap pergerakan lantai. Hal ini meningkatkan efektifitas dari sistem diagonal yang berfungsi sebagai sistem pembagi beban utama dari struktur gedung.
2.4 Konfigurasi Gedung Pada Respon Gempa
Konfigurasi struktur, simetris pada penyebaran beban dan bentuk bangunan yang vertikal beraturan adalah aspek utama yang harus diperhatikan, Bentuk bangunan yang tidak beraturan akan menambah kerumitan dalam menganalisa perilaku bangunan tersebut. Apabila tidak diantisipasi, maka akan mengakibatkan bahaya yang tidak terduga bahkan bisa terjadi keruntuhan. Adapun aspek yang membuat bangunan menjadi tidak beraturan, antara lain perubahan drastis dari segi giometri, terhentinya penyebaran beban, ganguan akibat gaya bukan pada bagian yang penting, perbandingan ukuran yang tidak biasa.
Guna mengantisipasi pengaruh yang kurang baik akibat gaya gempa, beberapa prinsip dasar berikut perlu dipertimbangkan dalam penentuan bentunk konfigurasi struktur yang lebih baik dalam merespon gaya gempa.
1. Bentuk sederhana denah beraturan. Bangunan dengan konfigurasi berbentuk T dan L agar dihindarkan atau dibagi lagi menjadi bentuk yang sederhana.
2. Bentuk simetris lebih dianjurkan bila dimungkinkan jika tidak simetris maka akan timbul trosi yang akan sulit untuk diprediksi.
3. Sistem fundasi langsung menerima beban dari elemen vertikal struktur. Fundasi agar terletak pada permukan tanah yang seragam (Jangan sampai tertukar pada penempatan tanah lunak atau tanah keras).
4. Penempatan sistem penehan gempa diatur sedemikian rupa sehingga untuk setiap tingkat kekakuan lateral struktur simetris. Dengan demikian akan meminimilkan efek trosi
5. Perlu keberaturan dalam arah vertikal, baik dari segi bentuk maupun dari segi kekakuan.
A B
Gambar 2.10
(a) Bentuk denah yang kurang baik dan yang dianjurkan (b) Konfigurasi yang kurang baik dan dianjurkan
2.5 Penyebaran Gaya Gaya
Struktur bangunan terdiri dari bidang bidang vertical seperti dinding dan rangka disertai bedang bidang horizontal berupa struktur lantai. Gaya gravitasi dan beban lateral disebar melalui struktur lantai kebidang bidang vertical bangunan ada 2 arah dan jenis aksi dari aliran gaya bergantung pada bentuk bidang bidang vericak dan juga pada susunannya didalam volume bangunan.
2.6 Kombinasi Pembebanan
Kombinasi terfaktor dari pembebanan yang dilakukan dalam analisis dan desain struktur gedung kantor ini adalah sebagai berikut:
COMB1 1.4 D
COMB 2 1.2 D + 1.6 L
II - 17 COMB 4 1.2 D + 1.0 L + 1.0 EQx - 0.3 Eqy
COMB 5 1.2 D + 1.0 L – 1.0 EQx + 0.3 Eqy COMB 6 1.2 D + 1.0 L – 1.0 EQx - 0.3 Eqy COMB 7 1.2 D + 1.0 L + 1.0 EQy + 0.3 Eqx COMB 8 1.2 D + 1.0 L + 1.0 EQy - 0.3 Eqx COMB 9 1.2 D + 1.0 L – 1.0 EQy + 0.3 Eqx COMB 10 1.2 D + 1.0 L – 1.0 EQy - 0.3 Eqx COMB 11 0.9 D + 1.0 EQx + 0.3 Eqy COMB 12 0.9 D + 1.0 EQx - 0.3 Eqy COMB 13 0.9 D – 1.0 EQx + 0.3 Eqy COMB 14 0.9 D – 1.0 EQx - 0.3 Eqy COMB 15 0.9 D +1.0 EQy + 0.3 Eqx COMB 16 0.9 D + 1.0 EQy - 0.3 Eqx COMB 17 0.9 D – 1.0 EQy + 0.3 Eqx COMB 18 0.9 D – 1.0 EQy - 0.3 Eqx
Dimana :
• D = Beban mati • L = Beban hidup
• EQx/EQy = Beban gempa arah x dan y
2.7 Pemilihan Asistem Struktur
Semakin tinggi suatu banguan maka pentingnya aksi gaya lateral akan menjadi sangat berarti. Pada ketinggian tertentu ayunan lateral bangunan menjadi demikian besar sehingga pertimbangan kekakuan akan menentuka proses perencanaan. Derajat kekakuan trrutama bergantung pada sistem struktur yang dipilih.
Seperti telah diketahui, tujuan utam dari penggunaan struktur pada banggunan adalah untuk memikul beban gravitasi dan bebn lateral. Suatu sistem penahan gaya lateral umumnya dipandang efisien baik jika dengan adanya bagian penahan gaya lateral, tidak menambah ukuran kolom atau tidak melampaui ukuran yang diperlukan untuk memikul beban gravitasi. Untuk dapat memahami sistem struktur secara keseluruhan maka diperlu dipahami fungsi dan karakteristik tiap komponen sistem penahan beban lateral.
2.7.1 Sistem Rangka Kaku (Rigid frame)
Biasanya merupakan struktur beton, dimana hubungan antara balok dengan kolom bersifat kaku. Pada sistem ini kolom berfungsi sebagai elemen utama struktur untuk memikul beban lateral. Rangka ini bisa satu bidang dengan dinding interior atau sebidang dengan fasade bangunan. Kekakuan lateral bagian yang bercabang pada rangka kaku tergantung dari kekakuan kolom, girder dan penghubung lainya pada daerah bercabang tersebut.
