Model Struktur Portal Pelana untuk Rumah Tinggal Satu Lantai sebagai Mitigasi Bangunan di Daerah Rawan Gempa Gable Frame Structure Model for Single-Storey Dwelling as Building Mitigation in Earthquake Prone Areas

(1)

Tema: Paradigma Baru dalam Risk Communication menuju SDGs

Model Struktur Portal Pelana untuk Rumah Tinggal Satu

Lantai sebagai Mitigasi Bangunan di Daerah Rawan Gempa

Gable Frame Structure Model for Single-Storey Dwelling as

Building Mitigation in Earthquake Prone Areas

Pinta Astuti

1

dan Restu Faizah

2

1,2_{Program Studi Teknik Sipil Fakutas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, email;}

pinta.astuti@hotmail.com, restufaizah06@gmail.com

Abstrak

Gempabumi di berbagai belahan bumi telah menimbulkan korban jiwa, hilangnya harta benda dan rusaknya bangunan serta infrastruktur yang ada. Salah satu gempabumi yang menimbulkan kerusakan parah adalah gempabumi di Bantul, Yogyakarta pada 27 Mei 2006. Departemen Pekerjaan Umum mencatat sebanyak 570.490 rumah rusak akibat gempa ini, terdiri dari rumah rusak berat, rusak sedang, dan rusak ringan. Salah satu usaha pengurangan risiko kerusakan rumah tinggal akibat gempabumi yaitu penggunaan bahan bangunan yang ringan, karena gaya geser dasar bangunan akan semakin meningkat dengan bertambahnya berat struktur (Faizah, 2013). Laminated Veneer Lumber (LVL) Sengon merupakan bahan bangunan yang berasal dari kearifan lokal dan mudah didapatkan di Yogyakarta. Sifat dari LVL Sengon yang ringan dimungkinkan dapat meminimalisasi kerusakan akibat gempabumi, jika digunakan sebagai rangka rumah tinggal, sehingga model rumah tinggal dalam penelitian ini menggunakan produk LVL. Penelitian ini difokuskan pada pemanfaatan struktur portal pelana yang memiliki penampang non prismatis sebesar 400x200 mm2 dan 200x200 mm2 pada ujung lainnya dengan material Laminated Veneer Lumber (LVL) Sengon bentang 8 m dan tinggi 5 m untuk rangka bangunan rumah tinggal sederhana 1 lantai dengan luas 8x8 m2. Sambungan balok dan kolom pada struktur tersebut terdiri dari 4 baut berdiameter 9.45 mm dan pelat baja tebal 3.8 mm. Struktur portal pelana ini dipilih karena kemudahan pelaksanaan dan sambungan konstruksi kayu dapat menyerap energi lebih banyak apabila terjadi beban gempa. Pemodelan struktur bangunan dilakukan dengan perangkat lunak SAP2000 v.11. Beban yang diaplikasikan berupa beban mati, beban hidup, beban angin, dan beban gempa wilayah Bantul, Yogyakarta. Hasil pemodelan struktur didapatkan periode getar alami struktur 0.1964 detik dan gaya geser dasar arah X sebesar 8.854 kN dan gaya geser dasar arah Y sebesar 5.184 kN.

(2)

Extended Abstract

Earthquakes as one of the disasters in the world have caused loss of lifes, loss of properties, and damage to buildings and infrastructures. The example of this earthquake happened on May 27, 2006 in Bantul, Yogyakarta. Department of Public Works recorded as many as 570.490 buildings damaged by this earthquake, consisting of heavy, medium, and minor damage. One of the risk reduction efforts on seismic loads is using a lightweight materials as building materials due to the shear force base of the building will be increasing with increasing weight of the structure (Faizah, 2013). Laminated Veneer Lumber (LVL) Sengon is a local wisdom building material and very easy to get in the Yogyakarta area. LVL Sengon have possibility to minimize the damage caused by the earthquake as its light of weight when it used as a frame dwelling, so the structure dwelling model in this resesarch using LVL products. This study focused on the utilization of the gable frame structure which has a non-prismatic cross-section with 400 mm by 200 mm in one end and the other end is 200 mm by 200 mm. The material of this structure is Laminated Veneer Lumber (LVL) Sengon having a span length of 8 m and a height of 5 m. This model is special designed for single-storey dwelling with length of 8 m and width of 8 m. The connection is composed of eight bolts of 9.45 mm in diameter and a couple gusset-plates of 3.8 mm in thick. The gable frame structure is choosen in this research because it is easily assembled and the joint constructions are absorbed more energy when the seismic loads applied. The structure modelling was carried out using SAP 2000 v.11. The loads was applied to the structure are dead loads, live loads, wind loads and seismic load of Bantul, Yogyakarta. The results obtained from structural modeling which is up to 0.1964 seconds of natural vibrating period and 8.854 kN of X direction base shear force, and the Y direction base shear is 5.184 kN.

Keywords: earthquake, LVL Sengon, non prismatic gable frame structure, natural ting period, base shear force

1

. Pendahuluan

Indonesia merupakan daerah yang rawan gempabumi, dikarenakan letaknya yang berada pada pertemuan tiga lempeng aktif dunia, yaitu lempeng Indo-australia, lempeng

Eurasia dan lempeng Pasific. Daerah perbatasan lempeng-lempeng tektonik merupakan tempat-tempat yang memiliki kondisi tektonik yang aktif, yang menyebabkan gempabumi, gunung berapi dan pembentukan dataran tinggi. Akibat gempabumi dapat menimbulkan kerusakan pada alam, kerusakan pada struktur bangunan, likuifaksi, tanah longsor, tsunami, dan kebakaran (bmkg.go.id).

Banyaknya korban bencana gempabumi sebenarnya bukan disebabkan oleh gempanya sendiri, melainkan karena rusaknya bangunan, oleh karena itu mitigasi struktural merupakan langkah yang sangat efektif dalam usaha Pengurangan Risiko Bencana (PRB) Gempabumi. Hal itu sesuai dengan amanat Undang-undang No. 24 Tahun 2007 bahwa kegiatan PRB lebih dititikberatkan pada kegiatan masa prabencana, yaitu prevention, mitigation, preparedness dan

Early Warning System.

Salah satu bentuk mitigasi struktur Bangunan Tahan Gempa adalah dengan pemakaian bahan struktur yang ringan, karena struktur yang ringan lebih menguntungkan bagi bangunan tahan gempa atau menimbulkan getaran yang relatif kecil (Faizah, 2015). Selain ringan, Bangunan Tahan Gempa juga harus dirancang berdasarkan syarat keamanan, fungsional, dan ekonomi.

(3)

States Geological survey (2006) mengestimasi gempa tersebut sebesar 6.3 skala Richter.

Consultative Group Indonesia (2006) melaporkan lebih dari 6.000 orang meninggal, 50.000 orang terluka, dan lebih dari 127.000 rumah tinggal yang rusak. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa diperlukan model rumah tinggal yang dapat memberikan akses keselamatan bagi penghuninya dan dapat memberikan peringatan dini pada saat terjadi gempabumi. Secara aspek struktural, sistem struktur yang memiliki sistem peringatan dini dengan terjadinya deformasi pada sambungan rangka bangunan adalah sistem struktur dengan rangka kayu.

Struktur kayu dalam konstruksi rumah tinggal menjadi salah satu alternatif konstruksi tahan gempa sedangkan kayu glondongan yang ada di Indonesia semakin menurun baik jumlah, kualitas, dan ukuran. Di Indonesia, saat ini telah berkembang produk teknologi kayu salah satunya adalah Laminated Veneer Lumber (LVL) yang merupakan salah satu bahan yang diproduksi dengan cara merekatkan venir-venir kayu pada arah serat yang sama menggunakan suatu bahan perekat dengan penekanan tertentu (Baker, 2002, Kusumah, 2010, dan Astuti, 2015). LVL bersifat ringan, ukuran dapat disesuaikan dengan permintaan, dan kekuatan yang homogen karena diproduksi dengan standar pabrik. Astuti (2015) telah melakukan penelitian pemanfaatan produk LVL yang berbentuk balok dengan penampang tidak seragam (non prismatis) dengan dimensi pangkal 400x200 mm dan 200x200 mm pada ujungnya konstruksi portal pelana (gable frame) tiga sendi. Dalam penelitian tersebut dilakukan simulasi numerik menggunakan analisis elemen hingga (finite element analysis) untuk mendapatkan respon momen-rotasi pada sistem sambungan baut pada konstruksi struktur portal pelana. Simulasi numeris tersebut kemudian dilakukan validasi dengan pengujian laboratorium pada model ukuran sebenarnya dengan model pengujian sama seperti mekanisme numerik dan didapatkan hasil yang sesuai antara analisis numerik dan pengujian di laboratorium. Model struktur portal pelana tiga sendi yang telah diteliti oleh Astuti (2015) tersebut digunakan sebagai portal pada konstruksi rumah tinggal satu lantai yang dapat diaplikasikan di daerah rawan bencana gempa. Untuk keperluan analisis dalam penelitian ini, model struktur portal pelana tiga sendi berlokasi di Yogyakarta, dengan kondisi tanah adalah tanah keras.

2. Metodologi Penelitian

Penelitian ini dilakukan secara numerik dengan mensimulasikan model bangunan rumah tinggal pada perangkat lunak SAP2000 versi 11. Karakteristik material dan sistem struktur yang digunakan dalam penelitian ini mengacu pada penelitian yang telah dilakukan oleh Astuti (2015). Karakteristik material LVL ditampilkan dalam Tabel 1 dan geometri struktur portal pelana yang digunakan dalam penelitian ini ditampilkan dalam Gambar 1.

(4)

Gambar 2 Geometri struktur portal pelana (Astuti, 2015)

Simulasi numerik dengan program SAP2000 versi 11 dilakukan untuk mencari periode getar alami dan gaya geser dasar pada sistem bangunan rumah tinggal dengan portal pelala ini. Adapun beban yang diaplikasikan pada simulasi ini berupa beban mati, beban hidup, beban angin, dan beban gempa untuk wilayah Yogyakarta yang digunakan spektrum percepatan untuk daerah Yogyakarta dengan spesifikasi tanah sedang seperti ditampilkan pada Gambar 2. Model bangunan rumah tinggal yang disimulasikan dalam perangkat lunak SAP2000 memiliki geometri seperti yang ditampilkan pada Gambar 3.

Gambar 2. Spektrum percepatan gempa Yogyakarta dengan tanah keras (puskim.pu.go.id)

(5)

Gambar 2. Geometri model rumah tinggal dengan struktur portal pelana

3. Hasil dan Pembahasan

Setelah dilakukan analisis terhadap model portal pelana tiga sendi menggunakan software SAP2000 versi 11, diperoleh periode getar alami struktur adalah 0.1964 detik dan gaya geser dasar arah X sebesar 8.854 kN serta gaya geser dasar arah Y sebesar 5.184 kN.

a. Periode Getar Alami Struktur (T)

Periode getar alami struktur adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu putaran lengkap dari suatu getaran ketika terganggu dari posisi keseimbangan statis dan kembali ke posisi aslinya. Disebut alami, karena merupakan properti alami dari struktur yang bergantung pada massa dan kekakuan yang bergetar secara bebas tanpa adanya gaya luar. SNI 1726:2012 menyebutkan bahwa periode fundamental struktur (T) dalam perancangan digunakan T pendekatan (Ta) yang besarnya dipengaruhi oleh tipe dan ketinggian struktur. Ta yang dihitung mengikuti SNI 1726:2012 untuk bangunan dengan ketinggian sama dengan model dalam penelitian ini (5 meter), untuk beberapa tipe struktur ditunjukkan dalam Tabel 2.

Tabel 2. Periode Pendekatan (Ta) Struktur dengan ketinggian 5 meter (SNI 1726:2012)

Tipe Struktur Ta (detik)

Rangka baja pemikul momen 0,2627 Rangka beton pemikul momen 0,1984

(6)

detik, maupun rangka beton pemikul momen sebesar 0,1984 detik. Periode fundamental yang lebih kecil dinilai lebih aman, karena mampu menahan gaya geser dasar bangunan yang lebih tinggi, sebagaimana disebutkan dalam Ghosh & Fanella (2003) bahwa periode getar struktur yang kecil akan menghasilkan gaya geser dasar (base shear) yang lebih besar. Dengan demikian, ditinjau dari periode getar fundamental struktur model portal pelana tiga sendi lebih menguntungkan bagi bangunan tahan gempa dibandingkan struktur dari baja maupun dari beton.

b. Gaya Geser Dasar Bangunan (V)

Dalam SNI 1726:2012 disebutkan bahwa gaya geser dasar bangunan dipengaruhi oleh koefisien respon seismik (Cs) dan berat struktur (W), mengikuti persamaan 1.

V = Cs . W (1)

Dari persamaan 1 dapat diketahui bahwa semakin besar nilai W, maka gaya geser dasar bangunan (V) akan semakin besar. Struktur dengan bahan Laminated Veneer Lumber

(LVL) yang memiliki sifat ringan, memberikan berat struktur yang ringan, sehingga getaran yang terjadi pada dasar bangunan menjadi kecil. Hasil pemodelan struktur portal pelana tiga sendi menghasilkan gaya geser dasar arah X sebesar 8.854 kN serta gaya geser dasar arah Y sebesar 5.184 kN.

4. Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan dari penelitian ini adalah:

a. Model rumah tinggal dengan bentuk persegi yang memiliki panjang sisi 8 m, berupa tiga buah struktur portal pelana dengan jarak 4 m antar portal dapat digunakan sebagai alternatif mitigasi Bangunan Tahan Gempa.

b. Periode getar alami model struktur adalah 0.1964 detik

c. Gaya geser dasar pada model bangunan rumah tinggal arah X sebesar 8.854 kN dan gaya geser dasar arah Y sebesar 5.184 kN.

Ucapan Terimakasih

Penelitian ini didukung oleh Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Yogyakarta dan Pusat Studi Lingkungan dan Bencana Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Daftar Pustaka

Astuti, P., 2015, Tesis:Studi Pemanfaatan LVL Sengon (Paraserianthes falcataria) untuk Struktur Gable Frame Tiga Sendi, Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Baker, W.A. et.al. 2002. Structural Composit Lumber, In APA Engineered Wood Handbook, T.G. Williamson, pp.6.1-6.2, McGraw-Hill, USA.

Badan Meteorologi dan Geofisika, BMKG., Apa itu Gempabumi? Diakses melalui

(7)

Consultative Group on Indonesia, 2006, Preliminary damage and loss assessment, Yogyakarta and central Java natural disaster: A joint report of BAPPENAS, the provincial and local governments of D.I. Yogyakarta, the provincial and local governments of central Java, and international partners, in The 15th Meeting of the Consultative Group on Indonesia(CGI) Jakarta, June 14, 2006, 140 pp., Jakarta.

Faizah, R. 2015, Pengaruh Frekuensi Gempa terhadap Respons Bangunan Bertingkat”.,

Seminar Nasional Teknik Sipil V Tahun 2015, Universitas Muhammadiyah Solo, S-59.

Ghosh, S.K and Fanella, D.A. 2003. Seismic & Wind Design of Concrete Buildings. International Code Council, Inc. Illinois

Kusumah, S.S. et.al., 2010. Performance of Laminated Veneer Lumber from Three Species of Small Diameter Logs., The 2nd International Symposium on IWoRS, Bali, Indonesia, pp. 50-58.

SNI 1726:2012, Tata cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Badan Standardisasi Nasional.

USGS Preliminary Earthquake Report, 2006, The website of United States Geological Survey, Earthquake Hazards Program, http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews