2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA. 4) Faktor ekonomi dan kemudahan pelaksanaan. 5) Faktor kemampuan struktur mengakomodasi sistem layan gedung

Transkripsi

1 2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Konsep Dasar Perencanaan Pada perencanaan struktur, perlu dlakukan stud lteratur untuk mengetahu hubungan antara fungsonal gedung dengan sstem struktural yang akan dgunakan, dsampng juga untuk mengetahu dasar-dasar teornya. Konsep perencanaan struktur merupakan dasar teor perencanaan struktur yang melput Konsep dasar pemlhan struktur dan konsep dasar desan perencanaan struktur yang melput konsep desan terhadap beban lateral dan konsep desan terhadap beban gravtas Konsep Dasar Pemlhan Jens Struktur Pemlhan jens struktur atas (upper structure) mempunya hubungan yang erat dengan sstem fungsonal gedung. Dalam proses desan struktur perlu dcar kedekatan antara jens struktur dengan masalah-masalah sepert arstektural, efsens, servce ablty, kemudahan pelaksanaan dan juga baya yang dperlukan. Adapun faktor yang menentukan dalam pemlhan jens struktur sebaga berkut: 1) Aspek arstektural 2) Aspek fungsonal 3) Kekuatan dan kestablan struktur 4) Faktor ekonom dan kemudahan pelaksanaan 5) Faktor kemampuan struktur mengakomodas sstem layan gedung 6) Aspek lngkungan Sedangkan pemlhan jens pondas (sub structure) yang dgunakan menurut Suyono (1984) ddasarkan kepada beberapa pertmbangan, yatu: 1) Keadaan tanah pondas Jens tanah, daya dukung tanah, kedalaman tanah keras, dan beberapa hal yang menyangkut keadaan tanah erat katannya dengan jens pondas yang dplh. II-1

2 2) Batasan-batasan akbat konstruks datasnya Keadaan struktur atas sangat mempengaruh pemlhan jens pondas. hal n melput konds beban (besar beban, arah beban dan penyebaran beban) dan sfat dnams bangunan datasnya (stats tertentu atau tak tertentu, kekakuan dan sebaganya). 3) Batasan-batasan dlngkungan sekellngnya Hal n menyangkut lokas proyek, pekerjaan pondas tdak boleh mengganggu atau membahayakan bangunan dan lngkungan yang telah ada dsektarnya. 4) Waktu dan baya pelaksanaan pekerjaan Suatu proyek pembangunan akan sangat memperhatkan aspek waktu dan baya pelaksanaan pekerjaan, karena hal n sangat erat hubungannya dengan tujuan pencapaan konds ekonoms dalam pembangunan Konsep Dasar Desan Perencanaan Struktur Dalam perencanaan struktur konstruks suatu bangunan, perlu dperhatkan konsep desan untuk pemlhan elemen bak secara structural maupun fungsonal. Dalam perencanaan kal n d tnjau perencanaan konsep desan berdasarkan beban lateral, beban gravtas dan juga terhadap beban gempa Konsep Desan Terhadap Beban Lateral Hal pentng pada struktur bangunan tngg adalah stabltas dan kemampuannya untuk menahan gaya lateral, bak yang dsebabkan oleh angn atau gempa bum (Juwana,2005). Beban angn lebh terkat pada dmens ketnggan bangunan, sedangkan beban gempa lebh terkat pada masa bangunan. Kolom pada bangunan tngg perlu dperkokoh dengan sstem pangaku untuk dapat menahan gaya lateral, agar deformas yang terjad akbat gaya horzontal tdak melampau ketentuan yang dsyaratkan. Pengaku gaya lateral yang lazm dgunakan adalah portal penahan momen, dndng geser atau rangka pengaku. Perencanaan struktur n menggunakan pengaku gaya lateral berupa dndng geser (shear wall). II-2

3 Dndng Geser (Shear Wall) Dndng geser (shear wall) ddefnskan sebaga komponen struktur vertkal yang relatf sangat kaku. Dndng geser pada umumnya hanya boleh mempunya bukaan sektar 5% agar tdak mengurang kekakuannya. Fungs dndng geser berubah menjad dndng penahan beban (bearng wall), jka dndng geser menerma beban tegak lurus dndng geser. Bangunan beton bertulang yang tngg serng ddesan dengan dndng geser untuk menahan gempa. Selama terjadnya gempa, dndng geser yang ddesan dengan bak dapat dpastkan akan memnmalkan kerusakan bagan non struktural bangunan sepert jendela, pntu, langt-langt dan seterusnya (McCormac, 2003). Dndng geser bsa dgunakan untuk menahan gaya lateral saja maupun sebaga dndng pendukung. Penempatan dndng geser dapat dlakukan pada ss luar bangunan atau pada pusat bangunan. Dndng geser yang dtempatkan pada bagan dalam bangunan basanya dsebut dengan nt struktural (structural core/corewall) yang basa dgunakan untuk ruang lft dan tangga, sepert yang dperlhatkan pada Gambar 2.1. Penempatan dndng geser lanya pada arah melntang yang dperlhatkan pada Gambar 2.2. Gambar 2.1. Dndng Geser Mengellng Lft Atau Tangga (McCormac,2003) II-3

4 Gambar 2.2. Dndng Geser Melntang Bangunan (McCormac,2003) Gambar 2.3 memperlhatkan dndng geser yang menerma gaya lateral Vu. Dndng tersebut sebenarnya adalah balok kantlever dengan lebar h dan tngg keseluruhan lw. Pada gambar bagan (a) dndng tertekuk dar kr ke kanan akbat Vn dan akbatnya tulangan yang dperlukan sebelah kr atau pada ss tark. Jka Vn dterapkan dar ss kanan sepert dperlhatkan pada gambar bagan (b), tulangan tark akan dperlukan pada ss kanan kanan dndng. Maka dapa kta lhat bahwa dndng geser memerlukan tulangan tark pada kedua ssnya karena Vu bsa datang dar kedua arah tersebut. Untuk perhtungan lentur, tngg balok yang dperlukan dar ss tekan dndng ke ttk berat tulangan tark adalah sektar 0,8 dar panjang dndng lw. Dndng geser bekerja sebaga sebuah balok kantlever vertkal dan dalam menyedakan tahanan lateral, dndng geser menerma gaya tekuk maupun geser. Untuk dndng sepert tu, geser maksmum Vu dan momen maksmum Mu terjad pada dasar dndng. Jka tegangan lentur dperhtungkan, besar tegangan lentur tersebut akan dpengaruh oleh beban aksal desan Nu dan selanjutnya pengaruh tegangan lentur tersebut harus dmasukkan dalam analts. II-4

5 Gambar 2.3. Dndng Geser Menerma Gaya Lateral Vu (Mosley dan Bungey,1989) Geser lebh terpengaruh pada dndng yang mempunya perbandngan tngg dan panjang yang kecl. Momen lebh berpengaruh pada dndng yang lebh tngg, terutama pada dndng dengan tulangan yang terdstrbus secara merata. Tulangan dtempatkan mengellng semua bukaan, bak dperlukan atau tdak oleh analsa struktur. Praktek sepert n pentng untuk mencegah retak tark dagonal yang cenderung berkembang menyebar dar pojok bukaan. Umumnya dndng geser berupa dndng beton yang mengellng tangga dan atau lorong lft. Bentuk dan penempatan dndng geser dapat dsesuakan dengan bentuk denah bangunan. Pada denah bangunan tertentu, dndng geser dapat drangka dan dletakkan d nt bangunan. Sstem penempatan dndng geser sepert n serng juga dsebut dndng nt (core wall). Perhtungan dndng nt merupakan masalah yang cukup sult dalam analsa struktur. Terdapat perbedaan dalam deformas struktur pada struktur basa yang tersusun dar portal terbuka, dan struktur yang menggunakan dndng nt. Deformas pada dndng geser menyerupa deformas balok kantlever yang tegak lurus tanah dan selan deformas lentur, dndng mengalam deformas geser dan rotas secara bersamaan. Deformas pada dndng geser sangat kecl d lanta dasar dan sangat besar dlanta atas bangunan. II-5

6 Konsep Desan Terhadap Beban Gravtas Beban gravtas merupakan beban yang berasal dar beban mat struktur dan beban hdup yang besarnya dsesuakan dengan fungs bangunan (Juwana,2005). Struktur lanta merupakan bagan terbesar dar struktur bangunan, sehngga pemlhannya perlu dpertmbangkan secara seksama, dantaranya: 1) Pertmbangan terhadap berat sendr lanta, makn rngan beban lanta makn berkurang dmens kolom dan pondasnya serta makn dmungknkan menggunakan bentang yang lebh besar. 2) Kapastas lanta untuk memkul beban pada saat pekerjaan konstruks. 3) Dapat menyedakan tempat/ruang bag seluruh utltas yang dperlukan. 4) Memenuh persyaratan bag ketahanan terhadap ap. 5) Memungknkan bag kesnambungan pekerja konstruks, jka pelaksanan pembangunannya membutuhkan waktu yang panjang. 6) Dapat mengurang penggunaan alat bantu pekerjaan dalam pembuatan pelat lanta ( perancah steger ). Elemen-elemen penahan gaya gravtas terdr atas elemen struktur horzontal dan vertkal. Pada bangunan tngg, elemen struktur horzontal tdak dpengaruh oleh banyaknya lanta atau ketnggan bangunan. Dmens elemen struktur n hanya dpengaruh oleh panjang bentang dan beban yang bekerja padanya. Struktur yang menggunakan bahan beton bertulang harus mengacu pada SNI tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. Elemen struktur vertkal lebh domnan memkul gaya aksal dan oleh karenanya dbedakan antara struktur yang menggunakan bahan beton dengan yang menggunakan bahan baja. Perkraan dmens struktur yang menggunakan bahan beton (beton bertulang) dapat dgunakan dua pendekatan, yatu seluruh gaya aksal dpkul oleh beton dan gaya aksal dpkul oleh beton dan tulangan saja. Beban yang dterma oleh elemen struktur vertkal (kolom dan dndng geser) merupakan akumulas dar beban-beban lanta datasnya. Semakn kebawah gaya aksalnya makn II-6

7 besar. Oleh sebab tu, dmensnya pun semakn kebawah semakn besar. Selan portal yang merupakan elemen struktur vertkal yang menahan beban aksal, dalam struktur n juga dgunakan flat slab concrete. Flat Slab Concrete Flate Plate (pelat datar) adalah pelat beton pejal dengan tebal merata yang mentransfer beban secara langsung ke kolom pendukung tanpa bantuan balok (McCormac, 2003). Pelat n memerlukan tngg lanta terkecl untuk memberkan persyaratan tngg ruangan dan memberkan fleksbltas terbak untuk susunan kolom dan parts. Pelat n juga memberkan sedkt penghalang untuk pencahayaan dan ketahanan ap yang tngg karena hanya ada sedkt sudut tajam dmana pengelupasan beton dapat terjad. Pelat datar mungkn merupakan sstem pelat yang palng umum dpaka saat n untuk konstruks hotel beton bertulang bertngkat banyak. Pelat datar kemungknan memunculkan masalah dalam transfer geser dsekellng kolom. D daerah n dapat terjad keruntuhan pons karena besarnya tegangan geser yang terjad. Seluruh gaya reaks pada kolom, msalnya harus ddstrbuskan dalam bentuk gaya geser ke daerah pelat d sektar pertemuan pelat dan kolom. Daerah pada pelat yang menahan gaya geser eksternal dapat dperoleh dengan mennjau gars keruntuhan geser potensal. Suatu pelat beton bertulang msalnya cenderung untuk gagal dengan cara sepert terlhat pada Gambar 2.4. Pola retak yang terjad dsebabkan oleh tark dagonal yang dasosaskan dengan tegangan geser yang terjad. Dengan demkan, daerah pada pelat yang dapat memberkan tahanan terhadap keruntuhan pons adalah permukaan retak. Permukaan n sangat tergantung pada tebal pelat dan kellng kolom. Keruntuhan geser pons merupakan hal yang sangat pentng untuk dperhatkan, terutama pada pelat tps, juga pelat yang dtumpu datas kolom kecl. Besar pendekatan tegangan geser pons dapat dtuls sebaga f v = V / A p dmana A p adalah luas pelat yang mengalam geser (Schodek, 1999). II-7

8 Gambar 2.4. Ragam Kegagalan Geser (Schodek,1999) Memperbesar luar geser pelat dapat dengan mudah dlakukan dengan cara mempertebal pelat. Hal n mungkn saja menyebabkan pelat tdak ekonoms, apabla penebalan tdak dbutuhkan dar tnjauan momen. Cara lan adalah dengan menggunakan drop panel yatu member penebalan pelat d sekellng kolom. Alternatf lan, luas geser pelat dperbesar dengan memperbesar ukuran pelat. Hal n juga dapat dlakukan secara lokal dengan menggunakan kepala kolom (column captals). Semakn besar kepala kolom, akan semakn besar pula luas geser pelat. Kepala kolom dapat mempunya bentuk. Akan tetap, karena keruntuhan geser dagonal dapat menyebabkan materal dbawah gars 45 tdak aktf, maka kepala kolom serng kal dbuat berbentuk mrng Konsep Desan Terhadap Beban Gempa Perencanaan gempa pada struktur bangunan gedung yang perlu dperhatkan adalah penentuan dar gempa rencana dan perhtungan gempa nomnal, faktor keutamaan, daktltas struktur, dan jens tanah dasar serta pembatasan waktu getar. Perencanaan gempa mengacu pada SNI , Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung (2002). Pada perencanaan struktur n dgunakan analsa ragam spektrum respons dnamk yatu, suatu cara analss untuk menentukan respons dnamk analsa struktur gedung tga dmens yang berperlaku elastk penuh terhadap pengaruh suatu gempa. Pada analss n respons dnamk total struktur gedung tersebut ddapat sebaga superposs dar respons dnamk maksmum masng-masng ragamnya yang ddapat melalu spektrum respons. II-8

9 1) Gempa Rencana dan Gempa Nomnal Gempa rencana adalah gempa yang peluang atau rsko terjadnya dalam perode umur rencana bangunan 50 tahun adalah 10% (R N = 10%), atau gempa yang perode ulangnya adalah 500 tahun (T R = 500 tahun). Besarnya beban gempa nomnal yang dgunakan untuk perencanaan struktur dtentukan oleh tga hal, yatu oleh besarnya gempa rencana, oleh tngkat daktltas yang dmlk struktur, dan oleh nla faktor tahanan lebh yang terkandung d dalam struktur. Besarnya beban gempa horzontal (V) yang bekerja pada struktur bangunan, dtentukan menurut persamaan: V = C x I xw t R (2.1) Dengan I adalah faktor keutamaan struktur, C adalah nla faktor respon gempa yang ddapat dar respon spektrum gempa rencana untuk waktu getar alam fundamental T dan W t dtetapkan sebaga jumlah dar beban mat dan hdup yang dreduks. Harga dar faktor respon gempa C dapat dtentukan dar dagram spektrum respon gempa rencana dalam SNI , pasal 4.7 Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung (2002). 2) Faktor Keutamaan (I) Faktor Keutamaan adalah suatu koefsen yang dadakan untuk memperpanjang waktu ulang dar kerusakan struktur gedung yang relatf lebh utama, untuk menanamkan modal yang relatf besar pada gedung tu. Gedung tersebut dharapkan dapat berdr jauh lebh lama dar gedung-gedung pada umumnya. Waktu ulang dar kerusakan struktur gedung akbat gempa akan dperpanjang dengan pemakaan suatu faktor keutamaan. Nla faktor keutamaan (I) dtentukan dalam SNI , pasal Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung (2002). 3) Daktltas Struktur Faktor reduks gempa dtentukan berdasarkan perencanaan knerja suatu gedung yatu apakah gedung drencanakan berperlaku elastk penuh, II-9

10 daktltas terbatas atau daktltas penuh. Nla faktor daktltas struktur gedung µ d dalam perencanaan struktur gedung dapat dplh menurut kebutuhan, tetap tdak boleh dambl lebh besar dar nla faktor daktltas maksmum µ m yang dapat dkerahkan oleh masng-masng sstem atau sub sstem struktur gedung. Dalam SNI , pasal 4.3 Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung (2002). dtetapkan nla µ m yang dapat dkerahkan oleh beberapa jens sstem dan sub sstem struktur gedung, berkut faktor reduks maksmum R m yang bersangkutan. 4) Jens Tanah Dasar Untuk menentukan harga C harus dketahu terlebh dahulu jens tanah lokas struktur bangunan tu berdr. Jens tanah dtetapkan sebaga tanah keras, tanah sedang dan tanah lunak apabla untuk lapsan setebal maksmum 30 meter palng atas dpenuh syarat-syarat yang tercantum dalam SNI , pasal 4.6. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung (2002). Jens tanah dtentukan berdasarkan nla kuat geser nla rata-rata. Perhtungan kuat geser nla rata-rata drumuskan: S u 1 m 1 m t t / S u (2.2) 5) Pembatasan Waktu Getar T adalah waktu getar dar struktur bangunan pada arah-x (T x ) dan arah-y (T y ). Untuk perencanaan awal, waktu atau perode getar dar bangunan gedung dhtung dengan menggunakan rumus emprs: T x = T y = 0,06 x H 0,75 (dalam detk) Beban geser dasar nomnal V harus dbagkan sepanjang tngg struktur bangunan gedung menjad beban-beban gempa nomnal statk ekvalen F yang menangkap pada pusat massa lanta tngkat ke- menurut persamaan: II-10

11 F n 1 W xz (W xz ) xv (2.3) Apabla raso antara tngg struktur bangunan gedung dan ukuran denahnya dalam arah pembebanan gempa sama dengan atau melebh 3, maka 0,1 V harus danggap beban horzontal terpusat yang bekerja pada pusat massa lanta tngkat palng atas, sedangkan 0,9 V ssanya harus dbagkan sepanjang tngkat struktur bangunan gedung menjad beban-beban gempa nomnal statk ekvalen. Waktu getar alam fundamental struktur bangunan gedung beraturan dalam arah masng-masng sumbu utama dapat dtentukan dengan rumus Raylegh sebaga berkut: T 6,3x 1 n 1 n g 1 W xd 2 Fxd (2.4) Apabla waktu getar alam fundamental T 1 struktur bangunan gedung untuk penentuan faktor respon gempa C 1 dtentukan dengan rumusrumus emprs atau ddapat dar analss vbras bebas tga dmens, nlanya tdak boleh menympang lebh dar 20% dar nla yang dhtung menurut persamaan d atas. 6) Sstem Rangka Pemkul Momen Menengah (SRPMM ) Ketentuan-ketentuan untuk Sstem Rangka Pemkul Momen Menengah (SRPMM) dar SNI , pasal yatu: a) Ketentuan pada pasal n berlaku untuk sstem rangka pemkul momen menengah. b) Detal penulangan komponen SRPMM harus memenuh ketentuanketentuan 23.10(4), bla beban aksal tekan terfaktor pada komponen struktur tdak melebh ( 10 'c Ag f ). Blabeban aksal tekan terfaktor pada komponen struktur melebh ( 10 'c Ag f ), maka 23.10(5)harus dpenuh kecual bla dpasang tulangan spral sesua persamaan 27. Bla konstrukspelat dua arah tanpa balok dgunakan sebaga bagan II-11

12 dar sstem rangka pemkul bebanlateral, maka detal penulangannya harus memenuh 23.10(6). c) Kuat geser rencana balok, kolom, dan konstruks pelat dua arah yang memkul beban gempa tdak boleh kurang darpada: 1. Jumlah gaya lntang yang tmbul akbat termoblsasnya kuat lentur nomnal komponen struktur pada setap ujung bentang bershnya dan gaya lntang akbat beban gravtas terfaktor (lhat Gambar 47), atau 2. Gaya lntang maksmum yang dperoleh dar kombnas beban rencana termasuk pengaruh beban gempa, E, dmana nla E dambl sebesar dua kal nla yang dtentukan dalam peraturan perencanaan tahap gempa. d) Balok 1. Kuat lentur postf komponen struktur lentur pada muka kolom tdak boleh lebh kecl dar sepertga kuat lentur negatfnya pada muka tersebut. Bak kuat lentur negatf maupun kuat lentur postf pada setap rsan penampang d sepanjang bentang tdak boleh kurang dar seperlma kuat lentur yang terbesar yang dsedakan pada kedua muka-muka kolom d kedua ujung komponen struktur tersebut. 2. Pada kedua ujung komponen struktur lentur tersebut harus dpasang sengkangsepanjang jarak dua kal tngg komponen struktur dukur dar muka perletakan ke arahtengah bentang. Sengkang pertama harus dpasang pada jarak tdak lebh darpada 50 mm dar muka perletakan. Spas maksmum sengkang tdak boleh melebh: a. d/4, b. Delapan kal dameter tulangan longtudnal terkecl, c. 24 kal dameter sengkang, dan d. 300 mm. 3. Sengkang harus dpasang d sepanjang bentang balok dengan spas tdak melebh d/2. II-12

13 e) Kolom 1. Spas maksmum sengkang kat yang dpasang pada rentang l 0 dar muka hubungan balok-kolom adalah s0. Spas s0 tersebut tdak boleh melebh: a. Delapan kal dameter tulangan longtudnal terkecl, b. 24 kal dameter sengkang kat, c. Setengah dmens penampang terkecl komponen struktur, dan d. 300 mm. Panjang l 0 tdak boleh kurang darpada nla terbesar berkut n: a. Seperenam tngg bersh kolom, b. Dmens terbesar penampang kolom, dan c. 500 mm. 2. Sengkang kat pertama harus dpasang pada jarak tdak lebh darpada 0,5 s0 dar muka hubungan balok-kolom. 3. Tulangan hubungan balok-kolom harus memenuh 13.11(2). 4. Spas sengkang kat pada sebarang penampang kolom tdak boleh melebh 2 s0. f) Pelat dua arah tanpa balok 1. Momen pelat terfaktor pada tumpuan akbat beban gempa harus dtentukan untuk kombnas beban yang ddefnskan pada persamaan 6 dan 7. Semua tulangan yang dsedakan untuk memkul Ms, yatu bagan dar momen pelat yang dmbang oleh momen tumpuan, harus dpasang d dalam lajur kolom yang ddefnskan dalam 15.2(1). 2. Bagan dar momen Ms yang dtentukan oleh persamaan 89 harus dpkul oleh tulangan yang dpasang pada daerah lebar efektf yang dtentukan dalam 15.5(3(2)). 3. Setdak-tdaknya setengah jumlah tulangan lajur kolom d tumpuan dletakkan d dalam daerah lebar efektf pelat sesua 15.5(3(2)). 4. Palng sedkt seperempat dar seluruh jumlah tulangan atas lajur kolom d daerah tumpuan harus dpasang menerus d keseluruhan panjang bentang. II-13

14 5. Jumlah tulangan bawah yang menerus pada lajur kolom tdak boleh kurang darpada sepertga jumlah tulangan atas lajur kolom d daerah tumpuan. 6. Setdak-tdaknya setengah dar seluruh tulangan bawah d tengah bentang harus dteruskan dan dangkur hngga mampu mengembangkan kuat lelehnya pada muka tumpuan sesua 15.6(2(5)). 7. Pada tep pelat yang tdak menerus, semua tulangan atas dan bawah pada daerah tumpuan harus dpasang sedemkan hngga mampu mengembangkan kuat lelehnya pada muka tumpuan sesuan 15.6(2(5)). II-14