EFEK SOFT STOREY PADA RESPON DINAMIK STRUKTUR GEDUNG BETON BERTULANG TINGKAT TINGGI (199S)

Transkripsi

1 EFEK SOFT STOREY PADA RESPON DINAMIK STRUKTUR GEDUNG BETON BERTULANG TINGKAT TINGGI (199S) Antonus 1 dan Aref Wdhanto 2 1 Jurusan Teknk Spl Unverstas Islam Sultan Agung - Jl. Raya Kalgawe Km.4, Semarang Emal : anton67a@yahoo.com 2 Mahasswa Magster Teknk Spl, Unverstas Dponegoro dan Assten Jurusan Teknk Spl Unverstas Islam Sultan Agung - Jl. Raya Kalgawe Km.4, Semarang Emal: aref_wdh@yahoo.co.d ABSTRAK D dalam desan struktur gedung tahan gempa, kolom soft storey danjurkan agar dhndar karena pada dasarnya akan menmbulkan tekukan yang besar dan perubahan kekakuan yang cukup drasts. Paper n membahas pengaruh soft storey pada bangunan tngkat tngg, dengan membandngkan struktur gedung yang ddesan dengan soft storey dan struktur gedung tanpa soft storey. Kedua struktur gedung yang dtnjau mempunya ketnggan total 6 meter, dmana dalam arah memanjang adalah 45 meter dan lebar 12,5 meter dan jumlah lanta gedung adalah 2. Materal yang dgunakan untuk struktur atas adalah beton bertulang dengan menggunakan standar utama dalam perencanaan yatu SNI dan standar perencanaan terhadap gempa adalah kombnas antara SNI dan SNI Struktur gedung terletak d zona gempa 3 dan prnsp desan adalah menggunakan Sstem Rangka Pemkul Momen Khusus (SRPMK) yang juga dpasang dndng geser d beberapa bagan, sehngga dalam desan struktur adalah tngkat daktltas penuh dengan beberapa pendetalan pada elemen struktur. Analss dnamk dlakukan berdasarkan ragam respon spektrum, dmana dgunakan metoda Modal Analss untuk menentukan respon struktur antar tngkat. Hasl analss menunjukkan bahwa efek soft storey sangat berpengaruh pada perlaku deformas struktur dan kekakuan. Hasl analss push-over yang dlakukan juga menunjukkan bahwa send plasts pada struktur gedung dengan soft storey terjad pada beban yang lebh rendah dbandngkan dengan gedung tanpa soft storey. Kata-kata kunc: soft storey, gaya gempa, mode shape (modus getar), send plasts 1. PENDAHULUAN Kejadan gempa yang terjad dalam beberapa tahun terakhr yang melanda beberapa daerah d Indonesa, telah menyebabkan kerusakan sarana dan prasarana dan korban jwa yang tdak sedkt pada daerah yang dlanda gempa tersebut. Beberapa kerusakan pada bangunan sederhana maupun kompleks d daerah yang terkena gempa tersebut pada umumnya dsebabkan oleh belum dterapkannya kadah-kadah perencanaan maupun pelaksanaan struktur bangunan tahan gempa (Imran dkk. 26). Demkan pula kejadan gempa d luar neger, sepert msal gempa d Nepal pada tahun 211, kerusakan maupun keruntuhan bangunan akbat gempa lebh banyak dsebabkan oleh pemlhan sstem struktur yang sedemkan rupa sehngga tdak mampu mendspas energ getaran akbat gempa dengan bak (Shakya dkk. 213). Imran dan Hendrk (21) secara umum menjelaskan prosedur perencanaan berdasarkan SNI Gempa, bahwa struktur bangunan tahan gempa pada prnspnya boleh drencanakan terhadap beban gempa yang dreduks dengan suatu faktor modfkas respon struktur (faktor R), yang merupakan representas tngkat daktltas yang dmlk struktur. Dengan penerapan konsep n, pada saat gempa kuat terjad, elemen-elemen struktur bangunan tertentu yang dplh dperbolehkan mengalam plastfkas (kerusakan) sebaga sarana untuk pendspasan energ gempa yang dterma struktur. D dalam desan, elemen-elemen struktur bangunan yang dharapkan mengalam plastfkas harus dber detalng penulangan yang memada agar perlakunya tetap stabl walaupun telah mengalam deformas nelasts yang besar. Ketentuan detalng tersebut telah datur dalam SNI Beton (SNI ). D dalam standar perencanaan struktur gedung tahan gempa Indonesa, SNI maupun SNI , salah satu defns struktur gedung tak beraturan adalah terdapat sstem strukur tngkatan lunak (soft storey) dalam arah vertkal. Dalam arah tersebut, sstem struktur menurut kedua standar tersebut d atas, soft storey ddefnskan sebaga suatu tngkat dmana kekakuan lateralnya kurang dar 7 persen kekakuan lateral tngkat d atasnya atau kurang dar 8 persen kekakuan rata-rata tga tngkat d atasnya. Unverstas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 213 S - 237

2 Pemlhan sstem struktur dengan soft storey pada dasarnya adalah konsekuens dar sstem tata ruang ataupun dar perancangan arstektur. Ilustras dar struktur gedung yang mempunya sstm soft storey dtunjukkan pada Gambar 1. Pada dasarnya kolom yang mengalam soft storey dapat dkategorkan sebaga kolom yang menerma beban relatf kuat dar struktur d atasnya (Gambar 1a). Kategor lannya adalah kolom yang tdak menerus (dscontnue) dar lanta yang berurutan d atasnya (Gambar 1b). Struktur dengan soft storey akan memperbesar deformas lateral dan gaya geser pada kolom (Amn & Islam 211, Seta & Sharma 212). Keruntuhan bangunan akbat gempa salah satunya juga dapat dakbatkan oleh pemlhan struktur soft storey (Arlekar et al. 1997, Dogan et al. 22). Salah satu cara untuk memnmalsaskan efek penggunaan sstem struktur soft storey terhadap beban gempa adalah dengan memperkaku bagan soft storey tersebut yatu dengan menambah pasangan dndng agar struktur tetap stabl (Guney & Aydn 212). Paper n bertujuan untuk mengetahu efek dar sstem struktur dengan soft storey d dalam desan bangunan tngkat tngg. Stud perbandngan dlakukan dengan melakukan 2 desan struktur gedung dengan tngg, berat dan dmens yang relatf sama, yatu sstem struktur dengan soft storey dan sstem non-soft storey. (a) (b) Gambar 1. Struktur gedung dengan soft storey 2. PEMODELAN STRUKTUR DAN DESAIN Struktur yang dtnjau adalah 2 buah gedung yang mempunya ketnggan total 6 meter, dmana panjang gedung dalam arah z (arah kuat) adalah 45 meter dan lebarnya dalam arah y (arah lemah) adalah 12,5 meter. Ilustras gedung yang dtnjau terlhat pada Gambar 2. Jumlah lanta gedung adalah 2. Gedung yang pertama adalah gedung yang mempunya soft storey pada lanta ke 6 dan 7, dmana pada lanta tersebut dfungskan sebaga kolam renang. Sebaga pembandng, drancang gedung kedua, dmana kolam renang dpndah pada lanta palng atas sehngga tdak terjad loncatan lanta yang berurutan dan berat total struktur relatf tdak berubah, yang selanjutnya dsebut sebaga struktur gedung non-soft storey. Soft storey Arah z Arah y Isometrs (a) Struktur gedung dengan soft storey Arah z Arah y Isometrs (b) Struktur gedung non-soft storey Gambar 2. Tnjauan struktur gedung dengan soft storey dan non-soft storey S Unverstas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 213

3 2.1. Materal dan pembebanan Materal yang dgunakan untuk struktur atas adalah beton bertulang, dengan mutu beton K-35 (f c ~3 MPa) dan baja tulangan utama adalah deform mutu BJTD4. Standar utama dalam perencanaan untuk beton bertulang adalah SNI dan standar perencanaan terhadap gempa adalah SNI , namun menggunakan Peta Gempa SNI Kombnas pembebanan mengacu kedua standar d atas. Beban layan yang bekerja terdr dar beban mat yatu berat sendr balok, kolom, plat dan dndng geser (shear wall), dan beban mat tambahan (supermposed) yang terdr dar plesteran dengan berat jens mortar adukan sebesar 2 kg/m 2, plafon (w=1 kg/m 2 ) dan mekankal & elektrkal adalah 2 kg/m 2. Beban hdup total pada plat lanta dtetapkan sebesar 2,5 kn/m 2. Dmens yang dgunakan untuk kolom semakn ke atas semakn kecl, dmana kolom lanta 1 sampa 7 adalah 4/1, lanta 8 sampa 15 adalah 4/8, dan kolom lanta d atasnya adalah 4/6. Hampr pada semua tngkat, balok nduk yang dgunakan adalah 35/75 dan balok anak 2/6. Kecual pada basement, semua plat lanta tpkal dengan tebal 12 mm yang danggap sebaga dafragma kaku pada sstm struktur rangka. Dndng geser pada basement dan sem-basement menggunakan tebal 4 mm, dan d atasnya menggunakan tebal 3 mm yang menerus sampa lanta palng atas Parameter untuk desan terhadap gempa C. I V R W t Dmana C adalah nla Faktor Respons Gempa yang ddapat dar Spektrum Respon Gempa Rencana. W t adalah berat total struktur. Selanjutnya gaya geser dasar persamaan (1) ddstrbuskan d sepanjang tngg struktur yang bekerja pada pusat massa lanta ke-, yatu: F W z V n W z 1 (2) Struktur gedung terletak d kota Semarang yang termasuk zona gempa 3 berdasarkan peta gempa SNI dan ddesan sebaga Sstem Rangka Pemkul Momen Khusus (SRPMK) yang juga drangka dengan dndng geser maupun spandrel d beberapa bagan. Faktor reduks gempa (R) adalah 8,5 (Tabel 3. Pasal SNI ), sehngga struktur ddesan dengan tngkat daktltas penuh. Analss dnamk dlakukan berdasarkan ragam respon spektrum, dmana dgunakan metoda Modal Analss untuk menentukan respon struktur antar tngkat. Respon struktur dhtung dengan metode SRSS (Square Roots of the Sum of the Square of the Mode Contrbutons) yatu: Y n 2 φj j g j, maks j 1 (3) Dmana: φ = modal matrks = partspas tap mode Konds tanah d lokas gedung termasuk ke dalam kategor tanah lunak. Menurut SNI , untuk tanah lunak, percepatan puncak d batuan dasar adalah sebesar,2 g, percepatan puncak d permukaan tanah atau A o =,34g, T c = 1 detk (untuk tanah lunak), A m = 2,5 A o =,9, A r = A m x T c =,9 (Tabel 6. Pasal 4.7.6). Fungs gedung termasuk gedung umum, maka faktor keutamaan struktur I = 1,. Perbandngan panjang terhadap lebar denah bangunan dalam arah pembebanan gempa adalah 45/12,5=3,6 > 3. Karena nla perbandngan tersebut lebh besar dar 3, maka dtambahkan beban horzontal terpusat sebesar,1v d lanta tngkat palng atas. D dalam paper n analss maupun pembahasan yang durakan adalah hasl analss pada arah y (arah lemah), karena respon struktur akbat beban gempa domnan dalam arah tersebut. Unverstas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 213 S - 239

4 3. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN 3.1. Gaya geser dasar Hasl analss gaya geser dasar (base shear) yang ddstrbuskan ke antar tngkat yang dterapkan pada struktur gedung arah y memperlhatkan bahwa terjad loncatan gaya geser yang sgnfkan pada lanta 6 dan 7 yatu d daerah lanta soft storey, dmana gaya geser lebh rendah dbandngkan gaya geser d daerah yang sama untuk struktur nonsoft storey (Gambar 2). Pembesaran gaya gempa pada lanta 2 (top floor) yang terjad pada kedua struktur gedung yang dtnjau dsebabkan oleh perbandngan panjang terhadap lebar struktur gedung yang lebh dar 3, dmana konsekuens yang terjad adalah terjad penambahan gaya geser dasar sebesar 1% yang dtambahkan pada lanta palng atas. Lanta Modus getar Respon dnamk struktur pada kedua gedung yang dtnjau dperlhatkan melalu perlaku modus getar sepert dtunjukkan pada Gambar 4. Modus getar yang terjad pada struktur gedung dengan soft storey pada Gambar 4a mengndkaskan perlaku struktur menjad tdak beraturan dmana respon bolak balk terjad secara ekstrm pada setap perpndahan modus getar. Hampr semua modus getar yang terjad pada lanta 18 menunjukkan loncatan perubahan perlaku yang sgnfkan dar lanta tepat d bawahnya, namun gaya gempa tersebut kembal membesar pada lanta 19. Konds tersebut salah satunya dsebabkan oleh tdak dapat bekerjanya dndng geser yang dpasang untuk meredam deformas lateral struktur secara berlebhan akbat beban gempa. Perlaku tersebut juga berpotens untuk memcu terjadnya tors bangunan secara ekstrm. D lan phak, modus getar pada struktur gedung non-soft storey pada Gambar 4b memperlhatkan perlaku yang lebh stabl dbandngkan dengan struktur gedung dengan soft storey. Meskpun struktur non-soft storey yang dtnjau adalah termasuk jens struktur gedung yang tdak beraturan, namun perpndahan atau transs antar modus getar relatf tdak terlalu ekstrm. Perlaku n menunjukkan adanya dstrbus gaya gempa yang dterma pada setap struktur kolom juga lebh seragam. Demkan pula perlaku modus getar pada lanta 18 ke atas juga terlhat relatf smooth dbandngkan perlaku gedung dengan soft storey pada lanta yang sama. Non softstorey Gaya gempa antar lanta (kg) Gambar 3. Dstrbus gaya gempa antar tngkat Lanta Lanta (a) Struktur gedung dengan soft storey (b) Struktur gedung non-soft storey Gambar 4. Modus getar struktur gedung S - 24 Unverstas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 213

5 3.3. Analss Push Over Selanjutnya dlakukan analss push over pada kedua gedung yang dtnjau, dmana dalam analss pengaruh gempa rencana terhadap struktur gedung danggap sebaga beban-beban statk yang menangkap pada pusat massa masngmasng lanta, yang nlanya dtngkatkan secara berangsur-angsur sampa melampau pembebanan yang menyebabkan terjadnya send plasts pertama d dalam struktur gedung. Kemudan dengan penngkatan beban lebh lanjut struktur mengalam perubahan bentuk menjad elasto-plasts yang besar sampa mencapa konds d ambang keruntuhan. Hasl analss push over terlhat pada Tabel 1. Berdasarkan Tabel tersebut, sstem struktur gedung dengan soft storey hanya memerlukan 6 step penngkatan beban hngga mencapa ambang keruntuhan. Berbeda dengan gedung dengan soft storey tersebut, pada struktur gedung non-soft storey, sfat elasto-plastk maksmum baru dcapa setelah dcapa 8 step pembebanan. Hampr d setap step pembebanan pada kedua gedung yang dtnjau, gaya geser dasar (base force) pada gedung non-soft storey mempunya nla yang lebh besar, sehngga dapat dartkan bahwa struktur gedung non-soft storey mempunya kapastas terhadap beban gempa yang lebh tngg. Selan hal tersebut, perbandngan perlaku kedua gedung berdasarkan analss push over menunjukkan bahwa sstem struktur dengan soft storey lebh cepat mengalam keruntuhan dbandngkan dengan struktur non-soft storey apabla dber nkrementas beban gempa yang sama. Step Tabel 1. Hasl analss push-over a. Struktur gedung dengan soft storey b. Struktur gedung non-soft storey Dsplacement m Base Force Kgf A to B Step Dsplacement m Base Force Kgf A to B Lebh lanjut analss push over juga menghaslkan terjadnya send plasts d beberapa lokas sepert dperlhatkan pada Gambar 5, dmana akan djelaskan hasl analss untuk pembebanan pada step 1, 3 dan 6. Hasl analss push over step 1 menunjukkan bahwa send plasts lebh cepat dan lebh banyak terjad pada struktur dengan soft storey (Gambar 5a). Pada step 3 dan step 6, send plasts yang terjad pada struktur dengan soft storey tdak mengalam penambahan atau telah mencapa konds maksmum, dmana hal n dtanda dengan jumlah send plasts yang jauh lebh banyak dbandngkan dengan struktur non-soft storey (lhat Tabel 1). Gambar 5b dan 5c memperlhatkan penambahan jumlah send plasts pada step 3 dan step 6 yang terjad pada struktur gedung non-soft storey, namun dengan gaya geser dasar yang lebh besar. Hal n menunjukkan bahwa pada struktur gedung non-soft storey memerlukan beban yang lebh tngg untuk mencapa pelelehan pada elemen struktur secara sgnfkan. Soft storey Non-Soft storey Soft storey Non-Soft storey Soft storey Non-Soft storey (a) Push over Step 1 (b) Push over Step 3 (c) Push over Step 6 Gambar 5. Lokas send plasts Unverstas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 213 S - 241

6 Hasl analss push over lannya adalah hubungan antara gaya geser dasar terhadap perpndahan pada lanta atas (top floor) yang dtunjukkan pada Gambar 6. Perlaku struktur gedung dengan soft storey menunjukkan bahwa terjad penurunan gaya geser dasar secara tba-tba pada gaya sebesar 7 ton, dan hal tersebut mengndkaskan degradas kekakuan meskpun struktur belum mengalam keruntuhan. Namun demkan, kemampuan deformas struktur maksmum dhtung pada beban 7 ton tersebut. Sebalknya perlaku gedung non-soft storey memperlhatkan kestablan kurva hngga struktur mencapa keruntuhan d sektar 9 ton, dan deformas maksmum dapat dtentukan berdasarkan gaya geser dasar pada beban tersebut. Gaya geser dasar x1^3 (kg) Selanjutnya berdasarkan Gambar 6 dan Tabel 1, dlakukan kalkulas besarnya daktltas yang terjad pada kedua strukur gedung yang dtnjau. D dalam paper n, daktltas ddefnskan sebaga raso antara smpangan maksmum struktur gedung pada saat mencapa konds d ambang keruntuhan gedung pada saat terjadnya pelelehan pertama pada struktur gedung. Nla daktltas maksmum untuk SRPMK beton bertulang dengan dndng geser berdasarkan SNI adalah 5.3, dan berdasarkan SNI adalah 5.5. Tabel 2 berkut adalah hasl kalkulas nla daktltas pada kedua struktur gedung yang dtnjau. Nla daktltas pada struktur gedung dengan soft storey (µ=2.9) adalah jauh d bawah ketentuan nla daktltas maksmum berdasarkan kedua SNI Gempa tersebut. Nla daktltas struktur gedung non-soft storey adalah 4.9, dmana nla tersebut mendekat nla maksmum yang dtentukan d dalam SNI Gempa. Untuk mencapa nla daktltas maksmum sepert ketentuan SNI Gempa tersebut, pada struktur gedung non-soft storey, salah satunya adalah memperkecl dmens kolom d beberapa lokas elemen struktur. Struktur gedung Non softstorey Dsplacement top floor (m) Gambar 6. Hubungan gaya geser dasar vs dsplacement gedung dengan soft storey dan non-soft storey Tabel 2. Kalkulas daktltas struktur gedung Smpangan pada leleh Smpangan pertama maksmum (m) (m) Daktltas (µ) Soft storey Non-soft storey KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesmpulan Berdasarkan uraan hasl analss yang telah dlakukan d atas, maka dsmpulkan beberapa hal sebaga berkut: 1. Sstm struktur dengan soft storey cenderung menmbulkan perubahan gaya geser secara tba-tba pada kolom soft storey, dan hal tersebut memcu lebh cepatnya deformas struktur secara keseluruhan. 2. Modus getar sstm struktur dengan soft storey mempunya tngkat ketdakteraturan yang cukup tngg dan perubahan modus getar antar lanta yang ekstrm dbandngkan dengan struktur non-soft storey. Perlaku n dapat menmbulkan tors yang berlebhan dan mempercepat penurunan kekakuan pada struktur dengan soft storey. 3. Send plasts yang yang tmbul pada sstm struktur dengan soft storey lebh cepat terjad dbandngkan dengan struktur gedung non-soft storey pada step pertama. Namun demkan relatf tdak terjad penambahan send plasts pada step selanjutnya, dan kapastas gaya geser dasar juga lebh rendah dbandngkan struktur non-soft storey. S Unverstas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 213

7 4. Daktltas sstm struktur dengan soft storey jauh d bawah struktur non-soft storey dan nla daktltas maksmum berdasarkan SNI Gempa. Nla tersebut menunjukkan bahwa sstem struktur dan dmens yang dgunakan kurang efektf untuk menghaslkan perlaku struktur yang optmal berdasarkan SNI Gempa. Saran 1. Perlu evaluas dan desan secara lebh telt dan cermat dalam desan struktur gedung dengan soft storey yang berada d zona gempa sedang atau bahkan yang berada d zona gempa kuat, mengngat respon dnamk struktur tersebut yang cenderung menurunkan kekakuan dan daktltas dbandngkan dengan struktur non-soft storey. Selan tu juga harus dperhatkan smpangan antar tngkat dan modus getar agar tdak menmbulkan tors bangunan yang berlebhan. 2. peneltan n dapat dlanjutkan dengan melakukan analss struktur gedung dengan soft storey yang dperkuat, msalnya dengan menambah peredam sehngga dapat menambah daktltas secara sgnfkan. DAFTAR PUSTAKA Arlekar, JN; Jan, SK and Murty, CVR (1997). Sesmc response of rc frame buldngs wth soft frst storeys, Proceedngs of the CBRI Golden Jublee Conf. On Natural Hazards n Urban Habtat, New Delh. Badan Stardardsas Nasonal (212). Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non-gedung, SNI Badan Stardardsas Nasonal (22). Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk gedung, SNI Badan Stardardsas Nasonal (22). Tata cara perhtungan struktur beton untuk gedung, SNI Dogan, M; Krac, N and Gonen, H. (22). Soft storey behavour n an earthquake and samples of Izmt-Duzce, ECAS 22, Ankara, Turkey, Guney, D and Aydn, E (212). The nonlnear effect of nfll walls stffness to prevent soft storey collapse of rc structures, The Open Constructon and Buldng Technology Journal, 6 (Suppl 1-M5), Imran I, Suarjana M, Hoedajanto D, Soemard B, and Abduh M. (26). Beberapa pelajaran dar gempa Yogyakarta: stud knerja gedung, Jurnal HAKI, Vol. 7, Imran, I. dan Hendrk, F. (21). Perencanaan struktur gedung beton bertulang tahan gempa. Penerbt ITB. Seta, S and Sharma, V (212). Sesmc response of rc buldngs wth soft storey, Internatonal Journal of Appled Eng. Research, Vo.7(11). Shakya, K., Pant, D.R., Maharjan, M., Bhagat, S., Wjeyewckrema, A.C. and Maskey, P.N. (213), Lessons learned from performance of buldngs durng the September 18, 211 earthquake n Nepal, Asan Journal of Cvl Engneerng, Vol. 14(5), Unverstas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, Oktober 213 S - 243