PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG RUMAH SAKIT UMUM DAERAH KELAS B DI KOTA PADANG MENGGUNAKAN SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN (SRPM)

Transkripsi

1 PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG RUMAH SAKIT UMUM DAERAH KELAS B DI KOTA PADANG MENGGUNAKAN SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN (SRPM) Eki Aryanto, Wardi, Khadavi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta Padang weckychobar@gmail.com, wardi_ubh@yahoo.co.id, qhad_17@yahoo.com Abstrak Rumah Sakit Umum Daerah yang direncanakan ini terletak di kota Padang dengan struktur beton bertulang 8 lantai dan tinggi 28,2 m. Pedoman perencanaan berdasarkn SNI 1726:2012 untuk perencanaan beban gempa dan perencanaan struktur gedung beton bertulang berdasarkan pada SNI 2847:2013. Gedung ini direncanakan dengan pemodelan struktur 3D, sistem struktur sistem rangka pemikul momen khusus (SRPM-K), katagori resiko IV, percepatan respons spektral perioda pendek Ss sebesar 1,348g dan spektral percepatan perioda panjang S 1 sebesar 0,599g, dan sampai pada penentuan prosedur gaya lateral statik ekivalen dengan gaya geser dasar seismik arah-x (Vx) sebesar 44440,04 KN dan arah-y (Vy) sebesar 44440,04 KN. Ketentuan-ketentuan bangunan aman gempa pada perencanaan ini sudah terpenuhi diantaranya, mutu beton besar dari fc 20 MPa, baja ulir fy 400 MPa. Konsep strong column weak beam (ΣMnc > 1,2 ΣMnb) juga terpenuhi dengan besaran ΣMnc sebesar 2572,77 KN-m dan ΣMnb sebesar 1114,74 KN-m. Untuk struktur bawah direncanakan dengan pondasi tiang pancang kelompok sedalam 22 m dengan daya dukung vertikal tiang sebesar 406,46 ton. Kata Kunci : perencanaan, SNI 1726:2012, SNI 2847:2013.

2 BUILDING STRUCTURE DESIGN OF GENERAL HOSPITAL IN PADANG WITH B CLASSIFICATION USING BEARERS MOMENT FRAME SYSTEM (SRPM) Eki Aryanto, Wardi, Khadavi Civil Engineering Department, Faculty of Civil Enginering and Planning, Univesity of Bung Hatta Padang weckychobar@gmail.com, wardi_ubh@yahoo.co.id, qhad_17@yahoo.com Abstract General Hospital is located in the city of Padang with 8 floors of reinforced concrete structures and the high 28,2 m. Planning guidelines based on code SNI 1726:2012 for the earthquake load and SNI 2847:2013 for design of reinforced concrete. This building is planned with 3D structural modeling, system structure bearing a special moment frame system (SRPM-K), the risk category IV, the short period spectral response acceleration Ss at 1,348g and spectral acceleration S1 long period of 0,599g, and to the determination of the force procedure lateral equivalent static seismic base shear force direction-x (Vx) of 44440,04 KN and direction-y (Vy) of 44440,04 KN. The terms of earthquake-safe building on this plan have been fulfilled including, the strength concrete over fc' 20 MPa, and fy 400 MPa. The concept of strong column weak beam (ΣMnc > 1,2 ΣMnb) also fulfilled with the amount of ΣMnc 2572,77 KN-m and ΣMnb 1114,74 KN-m. For the bottom structure planned, pile group foundation deep of 22 m with vertically load capacity of 406,46 tons. Keyword : planning, SNI 1726:2012, SNI 2847:2013.

3 1. PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara yang terletak pada daerah pertemuan tiga lempeng tektonik utama, yaitu Eurasia, Indo-Australia, dan Pasifik. Oleh karena itu Indonesia memiliki ancaman gempa bumi yang cukup tinggi. Khususnya di Provinsi Sumatera Barat adalah daerah yang rawan terjadi gempa bumi yang disebabkan oleh letak geografisnya yang berada di barat Sumatera yang secara tektonik berada berdekatan dengan zona subduksi (subduction zone), yaitu zona pertemuan/perbatasan antara 2 lempeng tektonik yaitu lempeng Eurasia dan lempeng Indo-Australia dan juga terdapat patahan Semangko. Di dekat pertemuan lempeng terdapat patahan Mentawai. Ketiganya merupakan daerah seismik dan vulkanik aktif. Menurut catatan ahli gempa wilayah Sumatera Barat memiliki siklus 200 tahunan gempa besar yang pada awal abad ke-21 telah memasuki masa berulangnya siklus. Gambar 1.1 Peta Lempeng Tektonik di Indonesia Dikarenakan adanya faktor daerah rawan gempa tersebut, maka bangunanbangunan di Indonesia dan khususnya di Provinsi Sumatera Barat terutama bangunan infrastruktur, bangunan rumah sakit dan bangunan penting lainnya dituntut memiliki perencanaan yang sesuai dengan syaratsyarat bangunan tahan gempa berdasarkan Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 1726:2012). Adapun Tujuan direncanakannya struktur gedung yang tahan gempa adalah sebagai berikut : Menghindari terjadinya korban jiwa manusia oleh runtuhnya gedung akibat gempa yang kuat.

4 Membatasi kerusakan gedung akibat gempa ringan sampai sedang, ambang keruntuhan dan juga menghindari terjadinya korban jiwa manusia oleh sehingga masih dapat diperbaiki. runtuhnya gedung akibat gempa. Membatasi ketidaknyamanan penghuni gedung ketika terjadi gempa ringan sampai sedang. Mempertahankan setiap saat layanan vital dari fungsi gedung. Perencanaan gedung bertingkat perlu memperhatikan beberapa kriteria, yaitu kriteria kekuatan, kekakuan dan perilaku struktur yang terjadi pada taraf gempa rencana serta aspek ekonomis. Untuk daerah gempa tinggi dalam merencanakan suatu bangunan gedung bertingkat banyak, selain memperhitungkan kekuatan struktur yang matang juga memerlukan suatu perencanaan konstruksi gedung yang tahan gempa. Ini dikarenakan fungsi dari metode tahan gempa tersebut sangatlah vital bagi suatu gedung yang bertingkat banyak, salah satu manfaatnya adalah apabila terjadi suatu gempa struktur gedung tersebut akan tetap berdiri walaupun sudah berada dalam kondisi Sistem rangka pemikul momen adalah sistem rangka ruang dalam dimana komponen komponen struktur dan joint jointnya menahan gaya gaya dalam yang bekerja melalui aksi lentur, geser dan aksial. Perhitungan struktur dengan sistem rangka pemikul momen dirancang dengan menggunakan konsep strong column weak beam yang mana kolom dirancang sedemikian rupa agar bangunan dapat merespon beban gempa dengan mengembangkan mekanisme sendi plastis pada balok baloknya dan dasar kolom. Metode ini efektif digunakan pada perencanaan gedung bertingkat tinggi dengan jumlah lantai di atas 10 lantai (> 40 m) dan untuk daerah di wilayah gempa kuat. 2. METODOLOGI Untuk menyelesaikan penulisan studi ini diperlukan bebarapa tahapan yaitu:

5 a. Studi Literatur Studi literatur seperti mempelajari teoriteori yang menunjang tentang perencanaan struktur gedung tahan gempa dan standarstandar yang digunakan seperti Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 1726:2012), Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung (SNI 2847:2013) dan lain-lain. b. Pengumpulan Data Data-data yang dibutuhkan adalah data tanah kota Padang, gambar perencanaan dan spesifikasi teknis struktur seperti, mutu 3. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Perencanaan Struktur Model studi berupa gedung Rumah Sakit Daerah Kelas B di Kota Padang 8 lantai, dengan elevasi lantai tipikal 4,2 m, dan tinggi lantai berikutnya 3,0 m. Mutu bahan/material yang digunakan fc 25 Mpa untuk balok dan pelat, fc 30 Mpa untuk kolom, dan fy 400 Mpa. a. Desain Awal Struktur Pada perencanaan awal struktur didapatkan beberapa dimensi struktur, yaitu: Dimensi balok beton (fc ) dan mutu baja tulangan (fy). c. Analisa dan perhitungan Perhitungan dimensi struktur. Balok induk Balok anak = 40 x 65 cm = 48 x 80 cm = 30 x 50 cm Analisa dan perhitungan bebanbeban yang bekerja, seperti beban gravitasi dan beban gempa. Analisa dan perhitungan struktur menggunakan program komputer, seperti gaya-gaya dalam dan kapasitas layan gedung. Dimensi pelat Pelat lantai = 150 mm Pelat atap = 100 mm Dimensi kolom = 65 x 65 cm b. Beban-Beban yang Bekerja Beban Gravitasi Beban Mati Berat beton bertulang= 2400 kg/m 3

6 Berat air hujan = 1000 kg/m 3 Berat plafond = 11 kg/m 2 Berat penggantung = 7 kg/m 2 Berat spesi per-cm = 21 kg/m 2 Berat keramik = 24 kg/m 2 sistem dan parameter struktur, serta analisa gempa yang digunakan. Adapun tahapannya ditunjukkan di bawah ini : Katagori resiko bangunan gedung = Katagori resiko IV. Berat kozen = 10 kg/m 2 Faktor Keutamaan Bangunan Terhadap Berat sparing instalasi = 20 kg/m 2 Gempa (Ie) = 1,50 Beban hidup Respons Spektral Percepatan Beban lantai hidup rumah sakit = 250 kg/m 2 Tingkat Lantai Tabel 3.1 Hasil hitungan berat bangunan Beban Mati Tambahan (kn) Beban Hidup Tambahan (kn) Berat Sendiri (kn) Beban Total (kn) Atap R. Mesin 567,00 23,41 964, ,00 Atap 3511, , , ,70 Gambar 3.1 Respon Spektral Percepatan Kota Padang Lantai , , , ,18 Lantai , , , ,18 Lantai , , , ,18 S s S 1 = 1,348 g = 0,599 g Lantai , , , ,18 Lantai , , , ,03 Beban total = ,4 Beban Gempa Sebelum dilakukan analisa dan perhitungan beban gempa terlebih dahulu ditentukan parameter gempa rencana, Klasifikasi Situs (jenis tanah) = Tanah lunak (analisa didasarkan pada hasil N SPT boring log) Koefisien Situs Fa dan Fv Fa = 0,9 Fv = 2,4 Percepatan Spektral Desain Parameter spectrum respons percepatan:

7 S MS = 1,213 S M1 = 1,438 Parameter percepatan spectral desain : S DS = 0,809 S D1 = 0,959 Katagori Desain Seismik- KDS = Katagori Desain Seismik D (KDS-D) Sistem dan Parameter Struktur = Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPM-K) R = 8 Ω 0 = 3 C d = 5 1 / 2 h n = Tidak dibatasi (TB) Fleksibelitas Diafragma = diafragma kaku Evaluasi Sistem Struktur Terkait Gambar 3.2 Pemodelan Struktur Kombinasi Beban Tabel 3.2 Kombinasi Pembebanan, ρ=1,3 dan S DS = 0,809 Nama Pembebanan Kombinasi 1 Kombinasi 2 Kombinasi 3 Kombinasi 4 Kombinasi 5 Kombinasi 6 Kombinasi 7 Kombinasi 8 Kombinasi 9 1,4 D + 1,4 SW Kombinasi Pembebanan 1,2 D + 1,2 SW + 1,6 L + 0,5 Lr 1,2 D + 1,2 SW + 1,6 Lr + 1,0 L 1,2 D + 1,2 SW + 1,0 L + 0,5 Lr 1,36 D + 1,36 SW + 1,3Q Ex+ 0,39Q Ey+ 1,0 L 1,36 D + 1,36 SW + 1,3Q Ey+ 0,39Q Ex + 1,0 L 0,9 D + 0,9 SW 0,74 D + 0,74 SW + 1,3 Q Ex + 0,39 Q Ey 0,74 D + 0,74 SW + 1,3 Q Ey + 0,39 Q Ex dengan Ketidakberaturan Konfigurasi = Struktur digolongkan pada struktur beraturan. Faktor Redudansi (ρ) = 1,3 Prosedur Analisis Gaya Lateral = Analisis Gaya Lateral Ekivalen (Statik Ekivalen) Pemodelan Struktur = 3 Dimensi Analisa Struktur Akibat Beban Gempa Lateral Ekivalen Geser Dasar Seismik - Geser dasar seismik arah X (Vx) = 31366,37 KN - Geser dasar seismik arah Y (Vy) = 28964,44 KN Penentuan Perioda

8 - Perioda dari hasil program komputer Untuk T = 0,879 k = 1,19 Tabel 3.3 Perhitungan distribusi gaya gempa arah-x Lantai X hx hx k Wx Wx hx k Cvx Fx Vx Fix (m) (m) (kn) (kn-m) (kn) (kn) (kn) Atap R. Mesin 28,20 48, , ,38 0, ,53 715,53 238,51 Atap 25,20 42, , ,12 0, , , ,05 Lantai 6 21,00 34, , ,33 0, , , ,27 Gambar 3.3 Waktu getar struktur Mode 2 (arah-x) dengan T 1 = 0,811 detik Lantai 5 16,80 26, , ,02 0, , , ,04 Lantai 4 12,60 18, , ,05 0, , , ,23 Lantai 3 8,40 11, , ,10 0, , , ,23 Lantai 2 4,20 5, , ,83 0, , , ,80 Jumlah , ,83 1, , , ,13 Tabel 3.4 Perhitungan distribusi gaya gempa arah-y Lantai X hx hx k Wx Wx hx k Cvx Fy Vy Fiy (m) (m) (kn) (kn-m) (kn) (kn) (kn) Gambar 3.4 Waktu getar struktur Mode 1 (arah-y) dengan T 2 = 0,879 detik - Perioda fundamental pendekatan = 0,70 Atap R. Mesin 28,20 53, , ,17 0, ,74 670,74 67,07 Atap 25,20 46, , ,76 0, , ,36 559,22 Lantai 6 21,00 37, , ,71 0, , , ,95 Lantai 5 16,80 28, , ,72 0, , , ,94 detik Perioda yang digunakan adalah Lantai 4 12,60 20, , ,78 0, , , ,51 Lantai 3 8,40 12, , ,04 0, , , ,43 Lantai 2 4,20 5, , ,76 0, , , ,96 perioda hasil program komputer. Menghitung distribusi vertikal gaya gempa (Fx) Fx = Cvx V Cvx = w x h x k n i=1 w i h i k Untuk T = 0,811 k = 1,16 Jumlah , ,93 1, , , ,08 Analisa dan Desain Struktur Setelah dilakukan analisis desain struktur seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5 dan 3.6 di bawah ini didapatkan hasil bahwa pada perencanaan ini struktur tidak dapat menahan beban yang bekerja, maka

9 solusinya adalah dilakukan desain ulang perencanaan dengan cara menaikkan mutu material dan merubah dimensi agar dapat menahan beban yang bekerja. menjadi fc 30 Mpa untuk balok dan pelat, fc 35 Mpa untuk kolom dan fy 400 Mpa. Dengan cara trial and error maka didapatkan dimensi struktur yang mampu menahan beban-beban yang bekerja, ditunjukkan di bawah ini : A Gambar 3.5 Struktur yang kelebihan beban (O/S) Lantai Atap Ruang Mesin - Tebal Pelat = 10 cm - Balok Induk Arah-XY = 35 x 60 cm - Balok Anak Arah-XY = 25 x 35 cm - Kolom = 60 x 60 cm Lantai Mesin - Tebal Pelat = 15 cm - Balok Induk Arah-XY = 30 x 60 cm - Balok Anak Arah-XY = 25 x 35 cm Gambar 3.6 Detail A pada Gambar 3.3; O/S adalah overt stress B. Perencanaan Ulang Struktur a. Dimensi Struktur Model studi berupa gedung Rumah Sakit Daerah Kelas B di Kota Padang 8 lantai, dengan elevasi lantai tipikal 4,2 m, dan tinggi lantai berikutnya 3,0 m. Mutu bahan/material yang digunakan di perbesar - Kolom = 60 x 60 cm = 45 x 45 cm Lantai 5 - Atap - Tebal Pelat = 15 cm - Balok Induk Arah-XY = 50 x 75 cm = 40 x 65 cm - Balok Anak Arah-XY = 40 x 65 cm - Kolom = 75 x 75 cm = 65 x 65 cm

10 Lantai Tebal Pelat = 15 cm - Balok Induk Arah-X = 60 x 75 cm = 60 x 80 cm = 40 x 65 cm - Balok Induk Arah-Y = 50 x 75 cm = 60 x 75 cm = 40 x 65 cm Gambar 3.7 Waktu getar struktur Mode 2 (arah-x) dengan T 1 = 0,631 detik - Balok Anak Arah-XY = 40 x 65 cm - Kolom = 85 x 85 cm = 75 x 75 cm = 65 x 65 cm b. Analisa Struktur Akibat Beban Gempa Lateral Ekivalen Geser Dasar Seismik - Geser dasar seismik arah X (Vx) = 44440,04 KN Gambar 3.8 Waktu getar struktur Mode 1 (arah-y) dengan T 2 = 0,678 detik - Perioda fundamental pendekatan = 0,70 detik - Geser dasar seismik arah Y (Vy) = Perioda yang digunakan adalah 44440,04 KN Penentuan Perioda - Perioda dari hasil program komputer perioda hasil fundamental pendekatan. Menghitung distribusi vertikal gaya gempa (Fx) Fx = Cvx V Cvx = w x h x k n i=1 w i h i k Untuk T = 0,70 k = 1,10

11 Lantai X Tabel 3.5 Perhitungan distribusi gaya gempa arah-x hx hx k Wx Wx hx k Cvx Fx Vx Fix (m) (m) (kn) (kn-m) (kn) (kn) (kn) struktur, hasil gaya-gaya dalam ditunjukkan dengan diagram pada gambar di bawah ini : Atap R. Mesin 28,20 39, , ,15 0, , ,33 344,44 Atap 25,20 34, , ,37 0, , , ,33 Lantai 6 21,00 28, , ,91 0, , , ,06 Lantai 5 16,80 22, , ,99 0, , , ,82 Lantai 4 12,60 16, , ,21 0, , ,05 807,88 Lantai 3 8,40 10, , ,36 0, , ,52 517,18 Gambar 3.9 Diagram momen Lantai 2 4,20 4, , ,80 0, , ,04 271,57 Jumlah , ,80 1, , , ,28 Lantai X Tabel 3.6 Perhitungan distribusi gaya gempa arah-y hx hx k Wx Wx hx k Cvx Fy Vy Fiy (m) (m) (kn) (kn-m) (kn) (kn) (kn) Gambar 3.10 Diagram geser Atap R. Mesin 28,20 39, , ,15 0, , ,33 103,33 Atap 25,20 34, , ,37 0, , ,95 704,16 Lantai 6 21,00 28, , ,91 0, , ,45 679,53 Lantai 5 16,80 22, , ,99 0, , ,04 530,91 Lantai 4 12,60 16, , ,21 0, , ,05 403,94 Gambar 3.11 Diagram aksial Lantai 3 8,40 10, , ,36 0, , ,52 258,59 Lantai 2 4,20 4, , ,80 0, , ,04 135,78 Jumlah , ,80 1, , , ,25 c. Analisa dan Desain Struktur Analisa dan desain struktur Gambar 3.12 Diagram torsi dilakukan menggunakan program komputer sehingga didapatkan berupa gaya-gaya dalam yang bekerja, hasil dari gaya-gaya dalam digunakan untuk melakukan desain kebutuhan tulangan Gambar 3.13 Diagram momen pelat

12 Detail Penulangan Pelat Jumlah Tiang Pancang Detail Penulangan Balok Induk Detail Penulangan Pile Cap Detail Penulangan Tie Beam Detail Penulangan balok Anak Deatail Penulanagan Kolom 4. KESIMPULAN Dari hasil perencanaan struktur gedung Rumah Sakit Daerah ini dapat disimpulkan bahwa struktur yang direncanakan dengan sistem struktur rangka pemikul momen khusus (SRPM-K), analisa beban gempa statik ekivalen dengan gaya geser dasar seismik arah-x (Vx) sebesar 44440,04 KN dah arah-y (Vy) sebesar 44440,04 KN,

13 konsep strong column weak beam (ΣMnc > 1,2 ΣMnb) dengan besaran ΣMnc sebesar 2572,77 KN-m dan ΣMnb sebesar 1114,74 KN-m maka beberapa ketentuan-ketentuan dari perencanaan bangunan aman gempa ini sudah terpenuhi. 5. DAFTAR PUSTAKA Badan Standardisasi Nasional, Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung, SNI 2847:2013, Bandung, Badan Standardisasi Nasional, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Kusuma, G. Dan Andriono. T Desain Struktur Rangka Beton Bertulang di Daerah Rawan Gempa, Erlangga, Jakarta. L. Schodek Daniel, Struktur, Bandung, Eresco. M. Ferguson Phil, Sutanto Budianto dan Setianto Kris, Dasar-Dasar Beton Bertulang Edisi Keempat Versi SI, Jakarta, Erlangga. Miftakur Riza Muhammad, 2014, Aplikasi Perencanaan Struktur Gedung Dengan ETABS, Yogyakarta, ARS Group. Struktur Bangunan Gedung dan Non Pamungkas Anugrah dan Harianti Erny, Gedung, Bandung, Budiono Bambang, Konsep SNI Gempa X, Seminar HAKI 2011, Bandung. Bowles Joseph E,1993. Analisis dan desain Pondasi Jilid 2 Edisi Keempat, Jakarta, Erlangga. E. Sutarman, Konsep dan Aplikasi Pengantar Teknik Sipil, Bandung, ANDI Yogyakarta Desain Pondasi Tahan Gempa Sesuai SNI dan SNI , Yogyakarta, ANDI Yogyakarta. Schueller Wolfgang, Struktur Bangunan Bertingkat Tinggi, Refika Aditama, Bandung. Sugono kh, Buku Teknik Sipil, Bandung, NOVA. Sosrodarsono Suyono dan Nakazawa Kazuto, Mekanika Tanah dan

14 Teknik Pondasi, Jakarta, Pradnya Paramita. Tumilar Steffie, Prosedur Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Gedung Berdasarkan SNI X, Seminar HAKI, Padang. W.C. Vis dan Gideon Kusuma, Dasar-Dasar Perencanaan Beton Bertulang Berdasarkan SK SNI T Seri Beton 1, Jakarta, Erlangga. W.C. Vis dan Gideon Kusuma, Grafik dan Tabel Perhitungan Beton Bertulang Berdasarkan SK SNI T Seri Beton 4, Jakarta, Erlangga. Wang Chu-Kia, G. Salmon Charles dan Hariandja Binsar, Desain Beton Bertulang Edisi Keempat Jilid 1, Jakarta, Erlangga.