ANALISIS SISTEM STRUKTUR GANDA (DUAL SYSTEM) ANALYSIS OF DUAL STRUCTURE SYSTEM (DUAL SYSTEM)
1
Andra Yudhaswara Mulyono 10315704
2
Relly Andayani
1,2
Program Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Gunadarma,
1
[email protected],
2[email protected]
ABSTRAK
Sistem struktural pada desain bangunan tinggi harus mempertimbangkan persyaratan kekuatan, kekakuan, dan stabilitas. Pemilihan sistem struktur harus memperhatikan beberapa faktor, seperti resiko gempa dan spesifikasi bangunan. Salah satu sistem struktur yang sangat dikenal adalah dual system.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis suatu gedung rencana menggunakan sistem struktur ganda (dual system) yang memenuhi persyaratan SNI 03-1726-2012. Parameter yang dianalisis yaitu gaya gempa statik dan dinamik, partisipasi massa ragam serta interaksi dual system. Analisis ini dilakukan dengan bantuan program ETABS 2016. Hasil analisis menunjukkan bahwa partisipasi massa ragam untuk analisis statik dan dinamik telah memenuhi persyaratan minimum 90% dalam arah x dan arah y.
Nilai modal participating mass ratios pada mode 1 dan mode 2 dominan kondisi translasi serta mode 3 dominan kondisi rotasi. Interaksi dual system menghasilkan gaya geser yang diterima oleh shear wall minimum 75% untuk arah x dan arah y, serta gaya geser yang diterima oleh kolom minimum 25% untuk arah x dan arah y.
Kata kunci: Dual system, sistem struktur, dinding geser, kolom
ABSTRACT
Structural system of high-rise building designs must consider strength, stiffness and stability requirements. The choice of structural system must consider several factors, such as risk of earthquake and building specifications. One of the most well-known structural systems is the dual system. This research aims to analyze a building plan using a system structure of dual system that meets the requirements of SNI 03-1726-2012. The parameters that analyzed were static and dynamic earthquake forces, various mass participation and dual system interactions. This analysis was carried out with the help of the ETABS 2016 application. The results of the analysis show that the mass participation of variance for static and dynamic analysis has met the minimum requirements of 90% in the x and y directions. The modal participating mass ratios value in mode 1 and mode 2 is dominant in translation conditions and mode 3 is dominant in rotation conditions. The dual system interaction produces a minimum shear force of 75% for shear walls in the x and y directions, and a minimum of 25% for columns in the x and y directions.
Keywords: Dual system, structure system, shear wall, column
1. PENDAHULUAN
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pembangunan gedung bertingkat tinggi, salah satunya adalah gempa. Perencanaan struktur bangunan gedung tahan gempa sangat penting di Indonesia, mengingat sebagian besar wilayahnya terletak di dalam wilayah gempa dengan intensitas moderat hingga tinggi.
Kepulauan Indonesia merupakan daerah rawan bencana gempa karena merupakan daerah tektonik aktif tempat berinteraksinya lempeng
Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng pasifik dan lempeng Laut Filipina, dengan sendirinya kepulauan Indonesia merupakan daerah rawan terjadinya gempa (Kementerian Riset dan Teknologi).
Berdasarkan hal tersebut, setiap bangunan
yang akan dibuat baik yang berhubungan
langsung dengan tanah maupun yang tidak, harus
memasukkan resiko gempa di dalam
perencanaannya. Resiko gempa bergantung pada
lokasi perencanaan bangunan yang nantinya akan
dibagi menjadi beberapa kategori berdasarkan SNI 1726-2012.
Sistem struktural pada desain bangunan tinggi harus mempertimbangkan persyaratan kekuatan, kekakuan, dan stabilitas. Persyaratan kekuatan adalah faktor dominan dalam desain struktur bangunan rendah, sedangkan untuk bangunan tinggi, persyaratan kekakuan dan stabilitas menjadi lebih penting dan lebih dominan dalam desain bangunan tinggi (Taranath, 1998). Berdasarkan SNI 1726-2012, terdapat beberapa sistem struktur yang dapat digunakan untuk menahan beban gempa yang dapat digunakan, yaitu sistem rangka pemikul momen, sistem ganda (dual system) dan sistem dinding geser kantilever. Pemilihan sistem struktur yang dipakai harus memperhatikan beberapa faktor, seperti resiko gempa dan spesifikasi bangunan.
Salah satu sistem struktur yang banyak diterapkan adalah sistem ganda (dual system).
Perencanaan gedung dengan sistem struktur ganda/ dual system harus mengacu pada SNI 1726-2012, di mana semua persyaratan yang ada harus dipenuhi. Uraian tersebut menjadi latar belakang dilakukannya analisis sistem struktur ganda/ dual system pada suatu gedung dengan tujuan untuk mengetahui persyaratan apa saja yang harus dipenuhi dalam perencanaan gedung dual system.
1.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis suatu gedung rencana menggunakan sistem struktur ganda (dual system) yang memenuhi persyaratan SNI 03- 1726-2012.
1.2 Ruang Lingkup
Ruang lingkup pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Struktur gedung rencana ini memiliki 23 lantai dan 1 lantai atap.
2. Analisis beban gempa menggunakan analisis statik ekivalen dan analisis dinamis, yaitu metode analisis ragam respons spektrum.
3. Pemodelan dan analisis struktur dengan menggunakan bantuan aplikasi ETABS 2016.
4. Standar yang digunakan dalam proses analisis antara lain SNI 03-2847-2013, SNI 03-1727- 2013, SNI 03-1726-2012 dan PPPURG 1987.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Struktur
Perkembangan sistem struktur pada saat ini sudah sangat maju, sehingga bangunan gedung dapat mencapai lebih dari 100 tingkat.
Perbandingan berbagai sistem struktur terhadap ketinggian bangunan dapat dilihat pada Gambar 1. SNI 03-1726-2012 menyebutkan bahwa jenis struktur dibedakan menjadi beberapa sistem struktur dan subsistem pada struktur beton bertulang, yaitu: portal (frame), dinding geser/
dinding struktur (shearwall), sistem ganda (dual system), lantai diafragma, outrigger, core wall, sistem tabung dan sistem majemuk.
Gbr 1 – Perbandingan Umum antara Sistem Struktur dengan Jumlah Tingkat
2.2 Sistem Struktur Portal
Portal beton bertulang adalah gabungan dari
elemen kolom dan balok beton bertulang dengan
hubungan yang kaku atau monolit membentuk
suatu kerangka. Peraturan Gempa SNI 03-1726-
2012, portal disebut sebagai rangka pemikul
momen. Portal merupakan sistem yang baik
untuk menahan beban gravitasi dan gempa
dengan mentransmisikan semua beban gravitasi
dan gempa melalui kapasitas geser, aksial dan
bending dari elemen struktur balok dan kolom
struktur serta hubungan keduanya (joint balok- kolom).
Tipe struktur jenis portal merupakan struktur yang paling fleksibel dalam menahan beban gempa. Hal tersebut disebabkan oleh kemampuan portal untuk berdeformasi dan tingkat daktilitasnya, sehingga portal dapat menyerap energi melalui proses deformasi tersebut. Deformasi yang terjadi pada portal adalah jenis deformasi mode geser. Portal beton bertulang yang terdiri dari beton yang pada dasarnya bersifat getas, maka tulangan baja yang bersifat daktail sangat menentukan daktilitas struktur ataupun elemennya. Jenis, jumlah dan penempatan tulangan tersebut akan mempengaruhi perilaku struktur ataupun elemen struktur.
Gbr 2 – Sistem Struktur Portal (Balok & Kolom)
2.3 Sistem Dinding Geser
Berdasarkan SNI 03-1726-2012 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung, dinding geser beton bertulang kantilever merupakan suatu subsistem struktur yang berfungsi untuk memikul beban geser akibat pengaruh gempa rencana (dengan periode ulang 500 tahun, probabilitas 10% pada umur gedung 50 tahun), yang runtuhnya disebabkan oleh momen lentur (bukan oleh gaya geser) dengan terjadinya sendi plastis pada kakinya, dimana nilai momen lelehnya dapat mengalami peningkatan terbatas akibat pengerasan tegangan.
Dinding geser dipasang untuk menyerap gaya geser yang besar seiring dengan semakin tingginya struktur tersebut dan menambah kekakuan struktur sehingga dapat dihindari adanya efek cambuk pada struktur. Efek cambuk dapat terjadi apabila struktur tersebut bersifat
fleksibel sehingga pengaruh ragam getar kedua pada struktur besar. Penentuan posisi dinding geser yang paling optimal pada struktur dilakukan dengan melakukan analisis getaran bebas struktur 3 dimensi. Berdasarkan analisis getaran bebas ini dapat diketahui mode-mode getar yang dimiliki struktur. Struktur yang baik mempunyai mode-mode getar awal berupa translasi pada sumbu-sumbu utamanya dan mempunyai mode getar rotasi pada mode-mode tinggi.
Gbr 3 – Pemasangan Dinding Geser
Gbr (a) : mempunyai ketahanan yang baik terhadap puntir, karena dinding geser terletak jauh dari pusat massa yaitu pada keliling gedung.
Gbr (b) : ketahanan terhadap puntir (torsi) jelek, karena dinding geser terpusat di daerah inti.
Gbr (c) : ketahanan terhadap torsi jelek, karena dinding geser eksentris, sehingga pengaruh torsi membahayakan.
2.4 Dual System
Gabungan sistem antara Portal dan dinding geser disebut sebagai sistem ganda/ dual system di dalam Standar Perencanaan Gempa untuk Struktur Gedung SNI 03-1726-2012. Tinggi bangunan dengan Dual system dapat mencapai sampai 50 tingkat untuk struktur beton, sedangkan bila digunakan struktur baja dapat mencapai sampai 40 tingkat. Kemampuan yang tinggi dalam memikul gaya geser pada sistem gabungan antara portal dengan dinding geser disebabkan adanya interaksi antara keduanya.
Interaksi tersebut terjadi karena kedua sistem
tersebut mempunyai perilaku defleksi yang
berbeda (lihat Gambar 4).
Akibat beban lateral, dinding geser akan berperilaku flexural/ bending mode, sedangkan frame akan berdeformasi dalam shear mode, dengan demikian, gaya geser dipikul oleh frame pada bagian atas dan dinding geser memikul gaya geser pada bagian bawah.
Gbr 4 – Struktur Sistem Ganda (Dual System)
Menurut Standar Perencanaan Gempa untuk Struktur Gedung SNI 03-1726 2012, rangka pemikul momen harus sesuai dengan ketentuan dalam Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung SNI 03-2847-2013 dan harus mampu memikul sekurang-kurangnya 25%
dari keseluruhan beban lateral.
Gbr 5 – Struktur Gabungan Dual System
Berdasarkan SNI 1726-2012 Pasal 7.2.2, adapun untuk nilai-nilai koefisien modifikasi respons (R), faktor kuat lebih sistem (Ω
a) dan faktor pembesaran defleksi (C
d) untuk sistem ganda dgn rangka pemikul momen khusus yg mampu menahan paling sedikit 25% gaya gempa yg ditetapkan dengan beton bertulang khusus:
R = 7
Ω
a= 2½ C
d= 5½
Persyaratan sistem struktur ganda (dual system) yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut.
1. Rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi.
2. Dinding geser atau rangka bresing bersama rangka pemikul momen sebagai pemikul beban lateral.
3. Kedua sistem harus direncanakan mampu memikul secara bersama-sama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi sistem ganda suatu sistem struktur yang gaya- gaya lateralnya dipikul oleh rangka ruang pemikul momen daktail, yang bekerja sejajar dengan dinding geser atau rangka berdasarkan kekakuan relatifnya.
3. METODE PENELITIAN
Mulai
Studi Literatur
Pengumpulan Data:
Data Umum Gedung dan Data Tanah
Pemodelan Struktur
Kontrol Desain
Selesai Tidak
Analisis Pembebanan
Ya Analisis Dual System
Gbr 6 – Flowchart Analisis
Langkah-langkah dalam analisis sistem
struktur ganda (dual system) diawali dengan studi
literatur kemudian mengumpulkan data-data
yang diperlukan untuk analisis. Data-data yang
dimaksud adalah data gedung yang akan
dianalisis serta data tanah lokasi gedung tersebut
berada. Pemodelan 3D komponen struktur
(balok, kolom, pelat, tangga dan dinding geser)
dilakukan dengan bantuan software ETABS
2016. Tahap selanjutnya analisis pembebanan,
baik itu beban gravitasi akibat beban mati dan
hidup sesuai fungsi gedung serta beban lateral akibat gaya gempa (analisis statik lateral ekivalen dan analisis dinamik respons spektrum) dengan bantuan software. Tahap terakhir yaitu analisis dual system berdasarkan peraturan SNI 03-1726- 2012 kemudian melakukan kontrol desain.
Apabila desain gedung belum memenuhi kriteria, maka perlu adanya perubahan pada dimensi elemen struktur ataupun konfigurasi gedung tersebut.
4. DATA PENELITIAN Sistem gedung : Dual system Lokasi : Kota Semarang Fungsi bangunan : Apartemen Tinggi gedung (H) : 70,85 m
Jumlah lantai : 23 lantai dan 1 atap Luas bangunan : Base – lt. 2 = 7446 m
2Lt. 3 – lt. 5 = 3572 m
2Lt. 6 – lt. atap = 2072 m
2Kelas situs tanah : SD
Gbr 7 – Denah Gedung pada Lantai Base sampai Lantai 2 Zona 1
Gbr 8 – Denah Gedung pada Lantai Base sampai Lantai 2 Zona 2
Gbr 9 – Tampak 3D (kirin) dan Denah Struktur (kanan) pada Pemodelan Etabs 2016
5. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Gaya Gempa Statik Lateral Ekivalen
Variabel analisis gempa diperoleh berdasarkan jenis dan fungsi struktur serta nilai N-SPT tanah lokasi bangunan.
Tabel 1 – Rekapitulasi Variabel Analisis Gempa
Variabel Nilai
Kategori resiko II
Faktor keutamaan gempa (I
e) 1 Kategori desain seismik (KDS) D Koefisien modifikasi respon (R) 7 Faktor kuat lebih sistem (Ω
d) 2,5 Faktor pembesaran defleksi (C
0) 5,5
5.2
Gaya Gempa Dinamik Respons Spektrum
Parameter gempa rencana diperoleh dari url puskim.pu.go.id serta mengacu pada SNI 1726- 2012 sehingga diperoleh kurva respon desain spektra.
Gbr 10 – Kurva Respons Desain Spektra
5.3
Partisipasi Massa Ragam
Ragam getar alami untuk struktur harus dianalisis dengan menyertakan jumlah ragam yang cukup. Partisipasi massa ragam terkombinasi diatur dalam Pasal 7.9.1 yaitu minimum 90% dari massa aktual dalam masing-
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Percepatan Respons Spektra ,Sa(g)
Periode, T (detik)
masing arah horizontal ortogonal dari respons yang ditinjau oleh model.
Tabel 2 – Modal Load Participation Ratios
Case Item Type Item Static Dynamic(%) (%)
Modal Acceleration UX
100 99,06
Modal Acceleration UY100 99,19
Modal Acceleration UZ0 0
Tabel 3 – Modal Participating Mass Ratios
Case Mode Periode
UX UY RZ (sec)
Modal
1 1,526 0,582 0,041 0,001
Modal2 1,495 0,042 0,561 0,010
Modal3 1,352 0,000 0,021 0,581
Modal4 0,469 0,146 0,003 0,000
Modal5 0,454 0,003 0,150 0,002
Modal6 0,407 0,000 0,000 0,135
Berdasarkan Tabel 2, dapat disimpulkan bahwa untuk analisis statik partisipasi massa ragam telah mencapai 100% di kedua arah orthogonal dan untuk analisis dinamik partisipasi massa ragam telah memenuhi persyaratan dalam arah x maupun arah y. Berdasarkan Tabel 3, dapat disimpulkan bahwa pada mode 1 dominan kondisi translasi UX dengan nilai 58,2%, mode 2 dominan kondisi translasi UY dengan nilai 56,1%
dan mode 3 dominan kondisi rotasi RZ dengan nilai 58,1%. Hal ini menunjukkan bahwa persyaratan gerak ragam telah terpenuhi di mana pada mode 1 dan mode 2 harus dominan kondisi translasi lebih dari 50% dan mode 3 harus dominan kondisi rotasi lebih dari 50%.
5.4
Analisis Dual System
SNI 03-1726-2012 Pasal 7.2.5.1 menyebutkan bahwa rangka pemikul momen harus mampu menahan paling sedikit 25% gaya gempa desain. Analisis dilakukan dengan bantuan program ETABS 2016 dengan melihat joint reactions yang dihasilkan pada kedua model, yaitu model 1 dengan dual system dan model 2 dengan pemodelan boundary element.
Pemodelan boundary element dilakukan dengan cara mengganti elemen shear wall dengan kolom, namun beban-beban pada struktur adalah sama.
Interaksi sistem ganda dan pengecekan dengan pemodelan boundary element dapat dilihat pada Tabel 4 dan 5.
Tabel 4 – Interaksi Sistem Ganda (Model 1)
Uraian Vshear wall Vkolom
(%) (%) Gaya geser yang ditahan
akibat gempa arah x 75,44 24,56 Gaya geser yang ditahan
akibat gempa arah y 77,71 22,29
Tabel 5 – Pemodelan dengan Boundary Element (Model 2)
Uraian Vboundary Vkolom
(%) (%) Gaya geser yang ditahan
akibat gempa arah x 74,16 25,84 Gaya geser yang ditahan
akibat gempa arah y 74,72 25,28
