ISBN 978-979-99327-7-8. I - 33
PEMAKAIAN SISTEM STAGGERED TRUSS FRAMING (STF) SEBAGAI PENAHAN BEBAN GEMPA PADA
RUMAH SUSUN
Endah Wahyuni1, Isdarmanu JITU2, dan Djoko Irawan3
1Dosen Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp 031-5927540, email: endah@ce.its.ac.id
2Dosen Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp 031-5927540, email: isdarmanu@ce.its.ac.id
3Dosen Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp 031-5927540, email:djoko.irawan@gmail.com
ABSTRAK
Artikel ini membahas tentang kajian penggunaan sistem Staggered Truss Framing (STF) pada perancangan rumah susun di Indonesia akibat beban gempa. Sistem STF merupakan sistem dengan memanfaatkan rangka (truss) baja, pelat pracetak dan kolom sebagai struktur utama, dimana pada konstruksi baja konvensional biasanya menggunakan balok, kolom dan lantai komposite sebagai struktur utamanya. Pada struktur yang mempunyai penggunaan ruang yang tipical, penggunaan sistem STF akan sangat menguntungkan karena akan mempunyai mempunyai nilai ekonomis yang tinggi yaitu dengan diubahnya baja profil menjadi rangka baja yang otomatis ukuran-ukuran yang dibutuhkan menjadi kecil dan adanya sistem fabrikasi membuat pembangunan menjadi lebih cepat dibangun dan mempunyai mutu yang sama. Urutan pengerjaan penelitian ini yang pertama adalah akan dilakukan studi kelakuan penggunaan sistem STF dalam suatu gedung akibat beban gempa yang banyak terjadi di Indonesia.
Pemodelan 2D dengan berbagai macam bentuk brasing dilakukan untuk melihat kelakuan dinamis dari sistem struktur tersebut. Penggunaan perbedaan bentuk bracing mempengaruhi kelakuan struktur, dimana diketahui bahwa bentuk bracing V terbalik memberikan nilai frekuensi terbesar, yang berarti mempunyai kekakuan yang lebih besar. Dengan mengacu peraturan pembebanan dan perancangan struktur beton dan struktur baja maka sistem STF diaplikasikan ke salah satu contoh gedung rumah susun yang ada di Surabaya yaitu Rusunawa Gunung Sari. Setelah dilakukan analisa dapat diketahui bahwa sistem ini bisa digunakan dan memberi nilai ekonomis yang lebih bagus, dengan total berat struktur lebih ringan dan dengan sistem lantai pracetak membuat lebih cepat bangun.
Kata kunci: Staggered Truss Framing, bracing, baja, rangka, pelat pracetak.
1. PENDAHULUAN
Dalam perancangan gempa, ada dua syarat berbeda yang harus dipenuhi oleh sistem struktur. Pertama, akibat keadaan normal, missal beban angin dan gempa moderat, struktur harus kaku dengan tujuan untuk meminimumkan kerusakan structural dan non structural. Kedua akibat beban gempa kuat struktur harus aman terhadap kehancuran.
Sistem pemikul beban lateral yang biasa digunakan adalah Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) dan Sistem Rangka Pengaku Konsentrik (SRBK) dimana kedua sistem ini mempunyai keuntungan dan kerugian masing-masing. SRPM biasanya daktail tetapi terlalu fleksibel untuk memenuhi secara ekonomis persyaratan ‘drift’. Dipihak lain SRBK biasanya kaku tetapi mempunyai kemampuan pemancaran energy yang terbatas.
Dengan adanya sistem rangka baja secara berselang seling (staggered) diharapkan kelemahan dari SRBK dapat diatasi. Untuk itu perlu dilakukan kajian mendalam tentang sistem ini dalam perancangan struktur baja.
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 34
Pemakaian sistem bracing pada struktur gedung merupakan hal yang menguntungkan, terutama untuk gedung dimana pengaruh beban gempa mempengaruhi struktur tersebut.
Telah dilakukan studi mengenai sistem rangka baja dengan bracing mulai dilakukan oleh Isdarmanu (2007), sampai dilakukan penelitian mengenai efisiensi pemakaian baja pada portal baja (Wahyuni dan Isdarmanu, 2011). Sebagai kelanjutannya, akan dilakukan penelitian mengenai struktur baja dengan bracing yang disebut sistem Staggered Truss Framing (STF). Sistem ini merupakan sistem struktur baja yang menggunakan rangka baja (steel truss) dan kolom sebagai struktur utama.
Sistem ini memiliki banyak kelebihan daripada sistem struktur rangka baja konvensional antara lain:
1. Menjadikan ruang interior yang besar terutama di lantai dasar karena kolom berlokasi hanya di bagian luar gedung. Sehingga menambah fleksibilitas desain terutama untuk ballroom ataupun atrium.
2. Merupakan sistem yang efisien dan menjadikan sistem struktur baja yang bisa menahan beban lateral gempa.
3. Karena berat strukturnya yang lebih ringan, sistem ini secara signifikan menurunkan biaya konstruksi.
4. Pemasangan bajanya yang lebih cepat karena rangkanya bisa dilakukan dengan menggunakan fabrikasi. Pelat pracetak sebagai lantai struktur juga dilakukan secara fabrikasi, sehingga dengan sistem ini, pengerjaan konstruksi menjadi lebih cepat.
Tujuan studi yang dilakukan adalah membuat inovasi dalam struktur bangunan baja dengan sistem Staggered Truss Framing untuk perancangan rumah susun di Indonesia akibat pengaruh beban gempa.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sistem STF
Sistem Staggered Truss Framing menjadi efektif apabila digunakan untuk bangunan dengan tinggi menengah yaitu antara 5 sampai 25 lantai, contohnya apartemen, hotel, motel, rumah sakit, serta struktur lain yang menggunakan tinggi antar lantai yang rendah. Pemasangan rangkanya yang dipasang selang-seling secara vertikal pada garis kolom menjadikan area tanpa kolom yang besar untuk ruangan seperti pada Gambar 1.
Gambar 1 Perencanaan Staggered-truss system. (Wexler dan Lin, 2003)
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 35
Sistem Staggered Truss Framing didesain dengan menggunakan struktur baja dan lantai beton pracetak. Sistem lantai yang umumnya digunakan yaitu precast concrete hollow- core plank. Dengan menggunakan lantai pracetak, maka pemasangan dan mutu lantai menjadi cepat dan seragam, sehingga secara ekonomis dapat tercapai. Beton pracetak berlubang dengan tebal 20 cm umumnya dapat digunakan untuk luasan sampai 9 meter.
Spesifik kemampuan beton pracetak-nya harus diverifikasi sesuai standar perencanaan yang ada.
Bila perencanaannya tepat, sistem ini bisa memberikan fungsi ekonomis serta fleksibilitas yang maksimum dari segi arsitektural. Pemasangan struktur pada lapangan tidak dipengaruhi oleh keadaan cuaca yang buruk sekalipun. Pemasangan rangka termasuk spandrel beams dan lantai precast rata-rata memerlukan waktu 5 hari tiap lantai. Begitu 2 lantai pertama telah dikerjakan, pengerjaan instalasi jendela dan lain- lainnya bisa dimulai seiring dengan pengerjaan lantai-lantai berikutnya. Tidak ada waktu yang hilang seperti kondisi penundaan pekerjaan karena syarat-syarat pengerjaan tertentu seperti cuaca yang buruk semisal hujan. Syarat kondisi cuaca bisa dihilangkan, kecuali pada pengerjaan pondasi yang membutuhkan perhatian khusus.
Pondasi menjadi lebih murah disebabkan komponen-komponen struktur jauh lebih sedikit dan efisien. Pengurangan jumlah kolom juga berakibat pada pengerjaan pondasi yang lebih sedikit serta waktu pengerjaan konstruksi yang lebih sedikit. Ketika digunakan, lantai pracetak lebih ringan daripada beton yang dicor di tempat, tegangan gempanya menjadi lebih kecil, dan pondasi pun menjadi lebih kecil (Wexler and Lin, 2003).
2.2. Respon inelastik
Isdarmanu (2007) telah melakukan penelitian tentang pemakaian sistem STF, telah pula dilakukan studi respon rangka baja berpengaku eksentrik dengan menggunakan bracing tipe D, V dan V terbalik. Dilakukan analisa kinerja batas layan dari ketiga tipe sistem bracing tersebut, dan juga dibandingkan dengan sistem rangka pemikul momen, kemudian juga dilakukan implementasi dan evaluasi dari ketiga tipe tersebut dan dicari mana yang lebih ekonomis. Beberapa kesimpulan yang diambil dari penelitian ini adalah:
1. Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada contoh gedung diperoleh bahwa sistem rangka berpengaku eksentrik tipe D, V dan V terbalik jauh lebih ekonomis dibandingkan dengan SRPM. Hal ini ditunjukkan dengan perbandingan berat rangka yang dibutuhkan dari tiap-tiap sistem. Dengan hasil kesimpulan ini maka pada penelitian sistem struktur dengan STF sudah diketahui gambaran bahwa SRBK lebih ekonomis disbanding SRPM.
2. Dalam penelitian ini dilakukan analisa push over dan diperoleh pula bahwa sistem rangka berpengaku eksentrik lebih daktail dibandingkan dengan SRPM, hal ini ditunjukkan dengan jarak antara leleh dan runtuh lebih besar sehingga lebih aman terhadap keruntuhan.
3. Pada analisa Non-Linear time history, diperoleh bahwa Drift Ratio dan simpangan atap SRBE tipe D, V dan V terbalik lebih kecil disbanding dengan SRPM. Artinya SRBE membutuhkan profil yang lebih kecil untuk memenuhi criteria drift ratio, dalam hal ini bracing sangat efektif mengurangi drift ratio.
4. Dalam hal menunjukkan pengaruh base shear, diperoleh hasil bahwa base shear pada SRBE tipe D, V dan V terbalik lebih kecil dibandingkan SRPM. Hal ini
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 36
mengakibatkan profil yang dibutuhkan untuk struktur SRBE lebih kecil dari profil SRPM.
3. MODEL SISTEM STF
3.1. Pemodelan 2D
LUSAS FE [5] software is used to investigate the efficiency of bracing system on steel frame. A 2D open-ended model is the type of model to be considered in this study. The models consist of the frames at 6 m intervals. The frames are connected by horizontal members at each connection. The level of the stand is covered by the total thickness of the slab of 250 mm.
Empat (4) model dibuat sebagai contoh analisa jenis menentukan model bracing. Model bracing yang dibuat adalah sebagai berikut:
1. Bracing tipe diagonal 2. Bracing tipe V
3. Bracing tipe X (cross) 4. Bracing tipe V terbalik
Ke-empat model STF dengan bracing yang berbeda tersebut dapat dilihat pada gambar- gambar berikut:
Gambar 2. Model 1, bracing diagonal
Gambar 3. Model 2, bracing V
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 37
Gambar 4. Model 3, bracing cross (X)
Gambar 5. Model 4, bracing V terbalik
Mutu baja yang digunakan adalah baja mutu fy = 320 Profil baja yang digunakan adalah :
o Balok Memanjang menggunakan profil WF 200x200x8x12 o Balok Melintang menggunakan profil WF 200x200x8x12 o Kolom menggunakan profil WF 300x200x9x14
o Bracing menggunakan profil CHS 267.4 (t.9)
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 38
3.2. Analisa Statis dan Dynamis
3.2.1 Deformasi dan berat total struktur
Akibat kombinasi antara beban mati, hidup dan gempa, maka deformasi yang terjadi pada struktur dan berat total struktur dapat dilihat pada table berikut:
Tabel 1. Deformasi yang terjadi pada tiap lantai
Tabel 2. Berat total struktur
Dari tabel di atas dapat diketahui bahwa nilai deformasi paling kecil adalah pada Model 4, dibanding dengan ketiga model lainnya. Sedangkan untuk berat total struktur, model 4 lebih ringan dibanding yang lain. Ini menunjukkan bahwa model 4 lebih ekonomis dibanding yang lain.
1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L 1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L
∆1kr 0.695 2.13 ∆1kr 0.368 2.07
∆2kr -8,8*10^-2 1.48 ∆2kr -0.327 1.456
∆3kr 0.363 0.59 ∆3kr 6,9x10^-2 0.49
∆4kr 0.23 0.363 ∆4kr 8,3x10^-2 0.302
∆1kn -0.22 14 ∆1kn -0.369 1.45
∆2kn 0.49 18.9 ∆2kn 0.327 1.939
∆3kn -6,17x10^-2 0.296 ∆3kn -6,95*10^-2 0.353
∆4kn -7,17x10^-2 0.124 ∆4kn -8,29x10^-2 0.155
MODEL 1 MODEL 2
1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L 1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L
∆1kr 0.45 1.99 ∆1kr 0.317 1.87
∆2kr -0.422 1.19 ∆2kr -0.323 1.305
∆3kr 0.114 0.578 ∆3kr 0.272 0.913
∆4kr 7,11x10^6 0.308 ∆4kr -0.308 0.357
∆1kn -0.0045 1.22 ∆1kn -0.317 1.331
∆2kn 0.00422 1.843 ∆2kn 0.323 1.788
∆3kn -0.00114 0.399 ∆3kn -0.272 0.503
∆4kn -7,118x10^-2 0.183 ∆4kn 0.308 0.783
MODEL 3 MODEL 4
BERAT KG
MODEL 1 20968
MODEL 2 17579
MODEL 3 28536
MODEL 4 17600
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 39
3.2.2 Frekuensi alami
Tabel 3. Frekuensi alami struktur ke-empat model
Dari Tabel 3 tersebut dapat dilihat bahwa nilai frekuensi alami model 4 adalah yang terbesar. Hal tersebut berarti Model 4 mempunyai kekakuan terbesar disbanding tiga model yang lain, karena nilai frekuensi sebanding dengan nilai kekakuan.
4. APLIKASI PADA RUMAH SUSUN
Pada penulisan ini dilakukan aplikasi penggunaan system STF dalam perencanaan rumah susun Gunung Sari, Surabaya. Beban-beban yang ada pada struktur ini direncanakan sesuai dengan aturan pembebanan Indonesia.
4.1. Pemodelan 3D
Gambar 6 menunjukkan gambar 3D model gedung rusunawa dengan menggunakan sistem STF.
Gambar 6. 3D model gedung rusunawa Gunung Sari
Period Frequensi Period Frequensi
Detik Hz Detik Hz
1 Mode 1 4.64381 0.21534 1 Mode 1 4.3627 0.2292
2 Mode 2 1.59795 0.6258 2 Mode 2 1.78585 0.55996
3 Mode 3 1.38684 0.72107 3 Mode 3 1.62076 0.617
Period Frequensi Period Frequensi
Detik Hz Detik Hz
1 Mode 1 4.87792 0.20501 1 Mode 1 3.82008 0.26177
2 Mode 2 2.20635 0.45324 2 Mode 2 1.93483 0.51684
3 Mode 3 1.6419 0.60905 3 Mode 3 1.64219 0.60894
No Mode
Model 1 Model 2
No Mode
No Mode
No Mode
Model 3 Model 4
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 40
Pada analisa ini digunakan:
o Mutu baja yang digunakan adalah baja mutu fy = 320 o Profil baja yang digunakan adalah :
Balok Memanjang menggunakan profil WF 600x200x12x20
Balok Melintang menggunakan profil WF 700x300x13x20
Balok Anak menggunakan profil WF 450x200x9x14
Kolom menggunakan profil WF 400x400x45x70
Bracing Cross menggunakan profil CHS 114.3 (t=5.6)
Bracing Vertikal menggunakan profil CHS 267.4 (t=9)
Bracing Diagonal lt. 2 ke atas menggunakan profil CHS 267.4 (t=9)
Bracing Diagonal lt 1 menggunakan profil CHS 355.6 (t=12.07) o Perletakan digunakan asumsi jepit pada ujung-ujung kolom di bawah.
o Pada elemen bracing dilakukan realease pada titik awal dan titik akhir, sehingga elemen tersebut hanya menerima beban aksial.
4.2. Analisa Struktur
Dari hasil running program SAP2000, maka gambar momen struktur akibat beban mati hidup dan gempa ditunjukkan dalam Gambar 7 berikut. Dibandingkan dengan model struktur konvensional, maka mome yang terjadi di balok menjadi mengecil, karena adanya bantuan bracing, sedangkan momen negatif akan timbul hanya di pertemuan balok dengan kolom.
Gambar 7. Diagram moment akibat beban 1.2 D + 0.5 L + 1 Ex
4.3. Cek Disain
Dari gambar hasil cek desain struktur baja di atas dapat diperhatikan bahwa kekuatan profil baja di tunjukkan dengan warna yang mewakili interval nilai tertentu dari 0 s.d. 1.Nilai antara 0 s.d. 1 merupakan nilai perbandingan antara beban ultimate dari beban luar yang terjadi dengan beban nominal yang mampu dipikul oleh profil baja dari hasil perhitungan kekuatan profil baja dengan SAP 2000.
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 41
Gambar 8. Cek desain struktur gedung
5. KESIMPULAN
Berdasarkan analisa yang sudah dilakukan untuk membuat inovasi dalam struktur bangunan baja dengan sistem Staggered Truss Framing (STF) untuk perancangan rumah susun di Indonesia akibat pengaruh beban gempa, maka dapat disimpulkan:
1. Setelah dikaji sistem STF secara 2D dengan bracing yang berbeda beda yaitu brasing diagonal, bentuk V, bentuk silang dan V terbalik, maka dapat disimpulkan bahwa perubahan bracing mempengaruhi nilai kekakuan struktur, tetapi kelakuan struktur dengan brasing yang berbeda tersebut akibat beban mati, hidup dan gempa adalah sama. Dari empat model yang dianalisis, maka dapat disimpulkan bawa model V terbalik memiliki nilai kekakuan terbesar dan deformasi terkecil dibandingkan dengan ke-tiga model laninnya.
2. Pembebanan sesuai dengan aturan SNI yaitu SNI gempa (SNI 03-1726-2002) dan SNI pembebanan (SNI 1727 1989). Dapat dilihat bahwa pada perilaku struktur STF 2D diberi beban sesuai SNI, diperoleh hasil yang memuaskan dimana dapat dilihat bahwa sistem ini lebih ekonomis dibanding dengan sistem konvensional, ditinjau dari kekakuan dan berat total struktur.
3. Dari analisa sederhana 2D dapat dilihat bahwa sistim STF ini sangat ekonomis dibanding dengan system konvensional. Sistem STF ini diaplikasikan pada struktur rumah susun Gunung Sari. Dari kajian yang didapatkan maka system ini terbukti lebih ekonomis, karena menggunakan profil-profil yang berukuran kecil dibanding dengan menggunakan sistem konvensional. Dengan menggunakan sistem fabrikasi dalam pembuatan struktur rangka batangnya dan pelat, maka struktur ini akan lebih cepat bangun karena hanya perlu waktu pemasangan saja.
ISBN 978-979-99327-7-8. I - 42
DAFTAR PUSTAKA:
1. Badan Standarisasi Nasional 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Bandung : BSN.
2. Badan Standarisasi Nasional. 2000. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2000). Bandung : BSN.
3. Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983. Jakarta : DPU.
4. Isdarmanu. 2007. Studi perbandingan respon inelastik sistem rangka baja berpengaku eksentrik tipe D, V dan V terbalik, Proceeding of the Research and Studies IV, Research Grant II, Teknik Sipil ITS.
5. Setiawan, Agus. 2008. Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD (Berdasarkan SNI 03 – 1729 – 2002). Jakarta : Erlangga.
6. Precast/Prestressed Concrete Institute. 1998. PCI Manual for the Design of Hollow Core Slabs, 2nd Edition.
7. Wahyuni, E., Isdarmanu, 2011, Efficiency of bracing system on steel frame structures, Proceeding Seminar Nasional Pasca Sarjana Teknik Sipil VII, 2 Pebruari.
8. Wexler dan Lin 2003. Steel Design Guide Series : Staggered Truss Framing Systems.
USA : American Institute of Steel Construction, inc.
