Dampak Persyaratan Geser Dasar Seismik Minimum pada RSNI X terhadap Gedung Tinggi Terbangun

Transkripsi

1 Dampak Persyaratan Geser Dasar Seismik Minimum pada RSNI X terhadap Gedung Tinggi Terbangun Suradjin Sutjipto 1. Pendahuluan Begitu suatu peraturan gempa yang baru muncul dan diberlakukan, pertanyaan pertama dari para pelaku industri konstruksi adalah seberapa banyak perubahan persyaratannya dan seberapa besar peningkatan level bebannya. RSNI X - Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung disusun dengan mengacu pada ASCE 7-10, berdasarkan perioda ulang gempa 2475 tahun (probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun). Sekilas nampak jauh meningkat dibandingkan dengan peraturan-peraturan gempa Indonesia yang sebelumnya, yaitu SNI , dengan perioda ulang gempa 475 tahun, dan SNI F, dengan perioda ulang gempa 200 tahun. Namun kenyataannya tidak seperti diduga, peningkatan nilai spektrum respons desainnya meningkat relatif tidak besar dan bahkan untuk profil tanah lunak malah menurun. Hal baru dalam RSNI X yang justru akan berdampak besar pada perancangan struktur gedung tinggi dengan perioda yang panjang adalah adanya persyaratan geser dasar seismik minimum (minimum seismic base shear), yang tidak dinyatakan secara eksplisit dalam SNI Sehingga yang menjadi pertanyaan, amankah gedung-gedung tinggi yang sudah terbangun yang dirancang berdasarkan SNI ? Seberapa jauh ketidak-memenuhinya terhadap persyaratan RSNI X? Mencoba menjawab pertanyaan tersebut, makalah ini memberikan ilustrasi perbandingan spektrum respons dari RSNI X dengan pendahulupendahulunya, yaitu SNI dan SNI F, dalam kaitannya dengan persyaratan geser dasar seismik minimum. Disamping itu, akan disajikan prosedur penetapan geser dasar seismik desain dari suatu gedung apartemen 40 lantai sebagai suatu studi kasus. 1

2 Pembahasan dalam makalah ini dibatasi untuk kota Jakarta, yang merupakan barometer industri konstruksi dan pelopor pembangunan gedung tinggi di Indonesia; untuk profil tanah lunak (SE) dan sedang (SD), menimbang profil tanah keras (SB) jarang dijumpai di Jakarta; dan untuk sistem struktur ganda (kombinasi portal dan dinding geser daktail) yang umum digunakan sebagai sistem struktur penahan gaya lateral gedung-gedung tinggi di Jakarta. 2. Koefisien Respons Seismik Desain Mengingat geser dasar seismik berbanding lurus dengan koefisien respons seismik (V = C s W), maka perbandingan dari koefisien respons seismik akan mewakili perbandingan geser dasar seismik. Dengan demikian, pembahasan selanjutnya akan menggunakan koefisien respons seismik sebagai acuan. Berikut ini akan disajikan perbandingan koefisien respons seismik desain untuk kota Jakarta. Agar diperoleh perbandingan yang setara, dilakukan normalisasi dengan kriteria sistem struktur ganda dan untuk gedung komersial. Dengan demikian, untuk :! RSNI X : R = 7 I e = 1.0! SNI : R m = 8.5 I = 1.0! SNI F : K = 1.2 I = 1.0 Parameter-parameter untuk membentuk kurva-kurva koefisien respons seismik untuk Jakarta diberikan dalam Tabel 1. Tabel 1 Spektrum Respons Desain untuk Jakarta. Profil Tanah Kelas Situs SNI F SNI RSNI X 1 Lunak SE T 1.0 det. C = 0.50 T 2.0 det. C = 0.25 A 0 = 0.30 A r = 0.75 S DS = S D1 = Sedang SD - A 0 = 0.22 A r = 0.33 S DS = S D1 = Diperoleh dengan bantuan software yang dikembangkan oleh Kelompok Keahlian Geoteknik - Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan dan Pusat Mitigasi Bencana ITB. 2

3 Seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1, untuk Jakarta dengan kondisi tanah berkategori lunak (SE), koefisien respons seismik desain RSNI X (kurva merah) 5% lebih rendah dari SNI (kurva biru), dan 40% lebih tinggi dari SNI F (kurva hijau). Gambar 1 Perbandingan Koefisien Respons Seismik Desain untuk Jakarta - Tanah Lunak (SE). Gambar 2 Perbandingan Koefisien Respons Seismik Desain untuk Jakarta - Tanah Sedang (SD). 3

4 Sedangkan untuk kondisi tanah berkategori sedang, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2, koefisien respons seismik desain RSNI X (kurva merah) 20% lebih tinggi dari SNI (kurva biru). 3. Geser Dasar Seismik Minimum Dalam berbagai peraturan gempa modern, untuk struktur dengan perioda yang panjang (gedung tinggi), dipersyaratkan suatu nilai geser dasar seismik minimum yang dinyatakan sebagai respons minimum yang berupa garis lurus dengan nilai konstan, menggantikan kurva hiperbolik dari respons yang asimtotis. Lihat garis horisontal warna magenta dan kuning dalam Gambar 1 dan Gambar 2. Beberapa sumber mengindikasikan bahwa persyaratan geser dasar seismik minimum ini didasarkan atas pertimbangan bahwa respons dari struktur-struktur gedung tinggi terhadap gempa menjadi begitu rumit akibat berperan-sertanya ragam-ragam getar yang lebih tinggi (higher modes), dan kemungkinan kebutuhan daktilitas akan terpusat di beberapa tingkat. Disamping itu pula, atas pertimbangan akan bahaya efek P-Δ yang meningkatkan gaya-gaya pada elemen-elemen struktur, terutama elemen-elemen struktur vertikal, saat struktur mencapai kondisi elasto-plastis selama gempa besar berlangsung. UBC 1997 menetapkan geser dasar desain minimum sebesar 0.11 C a I W. SNI F membatasi koefisien gempa dasarnya dengan nilai konstan, yang besarnya tidak kurang dari setengah nilai respons perioda pendek, untuk T 2 detik. ASCE 7-10 dan RSNI X mensyaratkan besarnya koefisien respons seismik minimum dari nilai yang terbesar antara S DS I e dan 1%. Sedangkan SNI tidak menetapkan suatu nilai geser dasar seismik minimum, namun perioda sistem struktur penahan gaya lateral gedung dibatasi dengan T ζ n, di mana n adalah jumlah lapis dan nilai ζ bervariasi antara tergantung pada wilayah gempa. Mengamati kembali Gambar 1, Jakarta - Tanah Lunak (SE), garis horisontal S DS I e (magenta) memotong kurva S D1 /T (merah) di T = 3.01 detik. Bila diasumsikan periode gedung di Jakarta 0.18 n, maka gedung 17 lapis ke atas harus dirancang berdasarkan geser dasar seismik minimum V = S DS I e W. 4

5 Garis horisontal S DS I e (magenta) tersebut memotong kurva A r /T dari SNI di T = 3.42 detik. Dengan demikian, gedung dengan perioda di atas 3.42 detik (19 lapis ke atas) yang telah terbangun dan yang dirancang berdasarkan SNI , tidak memenuhi persyaratan RSNI X. Untuk itu, seharusnya dikaji ulang dan bila perlu harus diperkuat. Garis horizontal untuk perioda panjang SNI F (hijau) berada di atas garis horisontal S DS I e (magenta), dan memotong kurva S D1 /T (merah) di T = 2.59 detik. Hal ini mengindikasikan gedung-gedung tinggi lama 14 lapis ke atas atau yang berperioda di atas 2.59 detik, yang dirancang dengan SNI F, masih memenuhi persyaratan RSNI X. Dari Gambar 2, Jakarta - Tanah Sedang (SD), garis horisontal S DS I e (magenta) memotong kurva S D1 /T (merah) di T = 2.05 detik. Maka V = S DS I e W akan merupakan geser dasar seismik untuk perancangan gedung 11 lapis ke atas, atau yang berperioda di atas 2.05 detik. Kurva A r /T dari SNI terpotong oleh garis horisontal S DS I e (magenta) di T = 1.62 detik. Dengan demikian, gedung dengan perioda di atas 1.62 detik (9 lapis ke atas) yang telah terbangun dan dirancang menurut SNI , seharusnya dikaji ulang dan kemungkinan harus diperkuat untuk dapat memenuhi ketentuan RSNI X. 4. Penetapan Geser Dasar Seismik Desain Berikut adalah contoh prosedur penetapan geser dasar seismik desain dari sebuah gedung tinggi berupa apartemen 40 lapis berlokasi di Jakarta. Tinggi Struktur : h n = m Faktor Keutamaan : I e = 1.0 Faktor Modifikasi Respons : R = 7 Sistem Ganda - Rangka Pemikul Momen Khusus dan Dinding Geser Beton Bertulang Khusus. 5

6 Data seismik dan situs :! Lokasi : Jakarta (Longitude: Latitude: -6.21)! Kelas Situs : SD (Tanah Sedang)! Spektrum Desain 2 : S DS = g S D1 = g SD ! T s detik S DS Dari analisis struktur diperoleh :! T Utuh = 5.31 detik! T Retak = 7.04 detik - berdasarkan ketentuan SNI Pasal ! Gedung memenuhi syarat ditinjau dari ketentuan SNI , di mana T 0.18 N = = 7.20 detik Ketentuan Pasal : x n 0.75! T C h detik a t! C u = (hasil interpolasi dari Tabel 14 - RSNI X)! C u T a = = detik Koefisien Respons Seismik Desain : SD ! Kondisi Retak : C s R 7 T 7.04 I 1.0 e SD ! Kondisi Utuh : Cs R 7 T 5.31 I 1.0 e 2 Diperoleh dengan bantuan software yang dikembangkan oleh Kelompok Keahlian Geoteknik - Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan dan Pusat Mitigasi Bencana ITB. 6

7 SD ! Ketentuan : Cs R 7 T I 1.0 e! Minimum : C S I s DS e C s 0.01 Jadi yang menentukan adalah C s = Geser dasar seismik desain : V = W. Tabel 2 memperlihatkan matriks perbandingan besarnya geser dasar seismik desain V untuk berbagai kondisi dengan variasi acuan. Tabel 2 Perbandingan Geser Dasar Seismik Desain dari Gedung Studi Kasus. Kondisi V / W Ratio V Retak Utuh Ketentuan Minimum Minimum Kesimpulan 1. Untuk Jakarta, persyaratan geser dasar seismik minimum menurut RSNI X akan menentukan bagi perancangan gedung di atas tanah lunak berperiode di atas 3.01 detik (17 lapis ke atas), dan gedung di atas tanah sedang berperiode di atas 2.05 detik (11 lapis ke atas). 2. Gedung-gedung tinggi di Jakarta yang dirancang berdasarkan SNI , yang berdiri di atas tanah lunak dan berperioda di atas 3.42 detik (19 lapis ke atas), 7

8 dan yang berdiri di atas tanah sedang dan berperioda di atas 1.62 detik (9 lapis ke atas), seharusnya dikaji ulang dan kemungkinan harus diperkuat untuk memenuhi persyaratan geser dasar seismik minimum menurut RSNI X. 3. Metodologi yang sama dapat dikembangkan untuk mengkaji ulang gedung-gedung tinggi terbangun dengan parameter dan faktor keutamaan yang berbeda. 6. Daftar Pustaka 1. ASCE/SEI (7-05, 7-10). Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, American Society of Civil Engineers, Reston, VA. 2. Beca Carter Hollings & Ferner Ltd. and The Indonesian Counterpart Team. Indonesian Earthquake Study, Vols. 1-7, Bandung, Indonesia, Fanella, D.A. Structural Load Determination under 2009 IBC and ASCE/SEI 7-05, 2 nd Ed. International Code Council, Country Club Hills, IL, Gosh, S.K., Dowty, S., Dasgupta, P. Analysis of Revisions to the 2006 IBC Structural Provisions, International Code Council, Falls Church, VA, IBC (2003, 2006, 2009). International Building Code, International Code Council, Falls Church, VA. 6. SEAOC IBC Structural/Seismic Design Manual, Vol. 1 and Vol. 3, 2 nd Edition. Structural Engineers Association of California, Sacramento, CA, RSNI X. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. 8. SNI Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. 9. SNI F. Pedoman Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung, Departemen Pekerjaan Umum, Bandung. 10. SNI Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. 11. Sutjipto, Suradjin. "Chapter 20 - Indonesian Seismic Design Code for Building Design SNI F" in International Handbook of Earthquake Engineering - Code, Programs and Examples. Editor : Mario Paz, Chapman & Hall, New York, UBC Uniform Building Code, International Conference of Building Officials, Whittier, CA. 8