Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana. dengan menggunakan Software ETABS

Transkripsi

1 Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana Ronald Simatupang Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Bandung Abstract Indonesia is a country prone to earthquakes, which Indonesia is also known as the Ring of Fire area. Itensitas with frequent earthquakes in Indonesia will require the design of earthquakeresistant buildings. One component that is able to resist earthquake loads (lateral force) is the shearwall. Shearwall is one of the structural component that design to take lateral force from earthquake. Using shearwall in the building can reduce the coloumn dimension comparing into building without shearwall. Shearwal can be placed around the pit elevator or stairs, which shaped wall network (core), core-shaped structure is very efficient in withstanding the lateral forces. From the analysis can be conclude that the building is safe from lateral force. Sherwall also safe from shear force form earthquake. Keywords: shearwall, earthquake, story shear 1. Pendahuluan Indonesia merupakan negara yang rawan terhadap gempa, dimana Indonesia juga disebut sebagai daerah cincin api. Dengan seringnya terjadi itensitas gempa di Indonesia maka diperlukan desain bangunan yang tahan gempa. Salah satu komponen yang mampu menahan beban gempa (gaya lateral) yaitu dinding geser. Dinding geser saat ini telah banyak digunankan dalam gedung-gedung pencakar langit di Indonesia. Dengan penggunaan dinding geser pada suatu bangunan bisa membuat desain kolom lebih kecil dibanding pada bangunan yang tidak menggunakan dinding geser. Penggunaan teknologi dewasa ini saat diperlukan dalam mendesain struktur bangunan khusus nya mendesain dinding geser. Penguasaan teknologi saat ini mutlak diperlukan dalam dunia teknik sipil karena hal ini dapat mempermudah serta mempercaepat dalam perhitungan suatu struktur bangunan. Salah satu software yang umum digunakan dalam mendesain suatu dinding geser yaitu dengan menggunakan bantuan software ETABS. Softaware ETABS yang digunakan dalam desain ini yaitu dengan menggunakan ETABS V.9 dengan lisensi Universitas Kristen Maranatha. 2. TEORI a. DINDING GESER Kekakuan suatu struktur terutama pada bangunan tinggi harus cukup untuk menahan gaya-gaya lateral yang disebabkan oleh gempa. Dinding geser adalah dinding beton bertulang dengan kekakuan bidang datar yang sangat besar yang ditempatkan pada lokasi tertentu untuk menyediakan tahanan beban horisontal yang diperlukan. Dinding geser biasanya digunakan untuk bangunan dengan pelat lantai datar. Kombinasi pelat dan dinding ini banyak digunakan pada bangunan apartemen yang tinggi dan bangunan residensial lainnya. Pemakaian dinding geser akan sangat efisien dalam menahan beban vertikal maupun beban lateral 18

2 Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana (Ronald Simatupang) Dinding geser dipasang membentang pada keseluruhan jarak vertikal antar lantai. Pada arah horisontal, dinding geser penuh dapat digunakan dan dipasang memanjang pada keseluruhan panjang panel dan bagian utama struktur lainnya. Jika gaya yang terjadi lebih kecil, dinding geser hanya perlu dipasang pada sebagian panjang bagian utama struktur saja. Dinding geser dapat digunakan untuk menahan gaya lateral saja atau sebagai dinding pendukung. Selain itu dinding geser juga dapat digunakan untuk ruang lift, tangga, dan mungkin juga toilet, struktur tipe kotak seperti ini sangat baik dalam menahan gaya horisontal. Dalam beberapa kondisi khusus, dinding geser tidak mungkin digunakan tanpa adanya bukaan didalamnya, seperti bukaan untuk jendela, pintu, dan saluran-saluran mekanikal dan elektrikal. Pada perencanaannya, penempatan bukaan-bukaan pada dinding geser harus direncanakan dengan teliti agar bukaan ditempatkan pada bagian-bagian dimana bukaan-bukaan tersebut tidak akan berpengaruh banyak pada kekuatan atau tegangan pada dinding. Elemen struktur yang relatif kaku akan menarik gaya gempa yang jauh lebih besar daripada elemen struktur yang fleksibel. Dinding geser beton bertulang adalah elemen yang cukup kaku dan dapat menyerap gaya gempa yang besar. Jika dinding geser runtuh maka sisa struktur yang lain tidak akan mampu menahan getaran gempa yang terjadi. Keruntuhan dinding geser dapat diantisipasi dengan cara perhitungan perencanaan dengan teliti dan juga detail penulangan yang efektif, sehingga dinding memiliki tingkat daktilitas yang baik. Hal ini bertujuan agar dinding geser mampu menahan gaya gempa dengan efektif (Paulay.T,1992). Bangunan beton bertulang tingkat tinggi biasanya direncanakan dengan menggunakan dinding geser sebagai elemen penahan gaya gempa. Bangunan seperti ini telah terbukti bekerja cukup baik pada saat gempa terjadi. Dinding geser juga meminimalkan kerusakan bagian non structural bangunan seperti jendela, pintu, dan lain-lain (MacCormac, 2004). b. PEMBEBANAN GEMPA Pembebanan gempa yang digunakan dalam desain yaitu sesuai dengan standar SNI Ketentuan dasar untuk bangunan tahan gempa antara lain ialah kuat tekan beton struktural yang digunakan minimum = 20 MPa, dan untuk tulangan yang digunakan sebagai tulangan utama ialah baja tulangan ulir SNI Standar ini menentukan pengaruh gempa rencana yang harus ditinjau dalam perencanaan struktur gedung serta berbagai bagian dan peralatannya secara umum. Akibat pengaruh gempa rencana, struktur gedung secara keseluruhan harus masih berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan. Gempa rencana ditetapkan mempunyai perioda ulang 500 tahun, agar probabilitas terjadinya terbatas pada 10% selama umur gedung 50 tahun. Untuk berbagai kategori gedung, bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan struktur gedung selama umur gedung dan umur gedung tersebut yang diharapkan, pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu faktor keutamaan I menurut persamaan : I = I 1. I 2 di mana I 1 adalah faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung, sedangkan I 2 adalah faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut. Faktor-faktor keutamaan I 1, I 2 dan I ditetapkan menurut Tabel 1 19

3 Zenit Volume 2 Nomor 1 April 2013 Tabel 1 Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan (Kategori gedung Gedung umum seperti untuk penghunian,perniagaan dan perkantoran Faktor keutamaan I 1 I 2 I Monumen dan bangunan monumental 1 1,6 1,6 Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televise. Gedung untuk menyimpan bahan nernahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, bahan beracun 1,4 1 1,4 1,6 1 1,6 Cerobong, tangki di atas menara 1,5 1 1,5 (sumber SNI ) Apabila dalam arah pembebanan gempa akibat pengaruh gempa rencana sistem struktur gedung terdiri dari beberapa jenis subsistem struktur gedung yang berbeda, faktor reduksi gempa representatif dari struktur gedung itu untuk arah pembebanan gempa tersebut, dapat dihitung sebagai nilai rata-rata berbobot dengan gaya geser dasar yang dipikul oleh masing-masing jenis subsistem sebagai besaran pembobotnya menurut persamaan : di mana Rs adalah nilai faktor reduksi gempa masing-masing jenis subsistem struktur gedung dan Vs adalah gaya geser dasar yang dipikul oleh masing-masing jenis subsistem struktur gedung tersebut, dengan penjumlahan meliputi seluruh jenis subsistem struktur gedung yang ada. Metoda ini hanya boleh dipakai, apabila rasio antara nilai-nilai faktor reduksi gempa dari jenis-jenis subsistem struktur gedung yang ada tidak lebih dari 1,5. 20

4 Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana (Ronald Simatupang) Tabel 2 Faktor daktilitas maksimum, faktor reduksi maksimum, faktor tahanan lebih struktur dan faktor tahanan lebih total beberapa jenis system dan subsistem struktur (sumber SNI ) Tabel 2 digunakan untuk menentukan nilai R untuk berbagai macam system struktur yang digunakan. Pada perencanaan struktur gedung terhadap pengaruh gempa rencana, pengaruh peretakan beton pada unsur-unsur struktur harus diperhitungkan terhadap kekakuannya. Untuk itu, momen inersia 21

5 Zenit Volume 2 Nomor 1 April 2013 penampang unsur struktur dapat ditentukan sebesar momen inersia penampang utuh dikalikan dengan suatu persentase efektifitas penampang sebagai berikut : - untuk kolom dan balok rangka beton bertulang terbuka : 75% - untuk dinding geser beton bertulang kantilever : 60% - untuk dinding geser beton bertulang berangkai * komponen dinding yang mengalami tarikan aksial : 50% * komponen dinding yang mengalami tekanan aksial : 80% * komponen balok perangkai dengan tulangan diagonal : 40% * komponen balok perangkai dengan tulangan memanjang : 20% Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 wilayah gempa seperti ditunjukkan dalam Gambar 1, di mana wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan atas percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan perioda ulang 500 tahun, yang nilai rata-ratanya untuk setiap wilayah gempa ditetapkan dalam Gambar 1. (sumber SNI ) Gambar 1 Peta Gempa Indonesia Beban yang akan digunakan dalam desain yaitu beban mati (DL), beban mati tambahan (SDL), beban hidup (LL), dan beban gempa (E). 3. PROPERTIES GEDUNG Properties gedung yang digunakan dalam desain yaitu: Jumlah lantai : 7 lantai Lokasi : Jakarta Tinggi gedung : 25 m Selimut beton : 40 mm Tebal pelat : 120 mm Tebal dinding geser : 200 mm Beton : f c = 25 MPa Mutu Tulangan : f y = 400 MPa 22

6 : f ys = 400 MPa Permodelan Dengan Program ETABS Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana (Ronald Simatupang) Program komputer ETABS dapat melakukan permodelan dalam bentuk 2D dan 3D secara menyeluruh dan terintegerasi. Dalam program ini memungkinkan untuk memodelkan struktur sesuai kondisi nyata di lapangan. Dengan menggunakan program ETABS banyak hal yang haru di definisikan seperti bentuk bangunan, material yang digunakan, dimensi pelat, dimensi balok, dimensi kolom, dimensi pelat, dan dimensi dinding geser yang digunakan. Contoh input yang digunakan dalam program ETABS dapat dilihat pada gambar 2 dan 3 yaitu input daata material dan input tebal dari dinding geser. Gambar 2 Input material Gambar 3 Input Dimensi Shearwall 23

7 Zenit Volume 2 Nomor 1 April m 4.2 m 4.2 m 4.2 m 4.2 m 4.2 m Gambar 4 Tampak samping gedung 4.2 m 4.2 m 4.2 m 4.2 m 4.2 m 6.3 m 2 m 6.3 m Gambar 5 Tampak Atas Gedung 24

8 4. ANALISIS A. Waktu getar struktur Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana (Ronald Simatupang) Berdasarkan hasil analisis dengan menggunaan software ETABS didapatkan waktu getar struktur yaitu sebesar 0.81 detik dimana sayarat waktu getar yang disyaratkan pada SNI SNI yaitu sebesar 1.26 detik. Nilai partisipasi massa yang didapatkan dengan menggunakan ETABS yaitu pada mode 1 dan mode 2 dominan translasi. B. Total ragam partisipasi massa Berdasarkan SNI , jumlah ragam vibrasi yang ditinjau dalam penjumlahan respon ragam menurut metode ini harus sedemikian rupa, sehingga partisipasi massa dalam menghasilkan respon total harus mencapai sekurang-kurangnya 90%. Dari hasil anlisis dengan ETABS menunjukan bahwa partisipasi massa pada struktur mencapai 100% pada mode ke 12, pada SNI disyaratkan bahwa persentase partisipasi massa harus memenuhi sekurang-kurangnya 90%. Hal ini menunjukan struktur sudah sesuai dengan SNI SNI C. Gaya gempa Gaya geser dasar yang dapat dari hasil perhitungan dengan menggunakan statik ekivalen yaitu V sx = ,37 kg dan V sy = ,01 kg. Dengan nilai gaya gempa dasar yang didapat maka gaya gempa yang bekerja pada tiap lantai gedung seperti pada Tabel 3. Gaya gempa tiap lantai yang didapat dari hasil perhitungan di input dalam software ETABS untuk mendapatkan gaya dalam yang bekerja pada gedung. Tabel 3 Gaya Gempa Pada Tiap Lantai Lantai fx(kg) D. Batas Layan dan batas ultimit Berdasarkan hasil analisa dengan menggunakan software ETABS didapatkan bahwa perpindahan antar lantai maksimum pada lantai 7 sebesar 6.04 mm masih memenuhi syarat yang SNI SNI yaitu sebesar 16.4 mm. Batas layan ultimit dari gedung yaitu sebesar 7.75 mm masih memenuhi syarat yang SNI SNI yaitu sebesar 60 mm. E. Desain tulangan dinding geser Berikut ini merupakan salah satu hasil output dari ETABS untuk salah satu dinding geser pada bangunan yang ditinjau yaitu: V u = ,54 N = 0,85 25

9 Zenit Volume 2 Nomor 1 April 2013 h = 200 mm h w = 25 m L w = 3 m A cv = h x L w = mm 2 Gaya geser V u < 2.. Acv 3 V u = ,54 N < 0, = N jadi penampang cukup kuat V u > V u > V u = ,54 N > N dapat dipakai 2 lapis tulangan hw = 8,33 αc =1/6 = 0,167 untuk (h w /l w ) 2,0 L w n = ( Vu Acv. c. t) (603396, , ) = 0,08 0 A. f cv n = 0 < 0,0012 Jadi diambil n = 0,0012 Spasi tulangan vertikal y Tulangan yang digunakan d bh = d bv = 16 mm 2 A 0,25.. d 0,25.3, ,96mm lv bv n. Alv 2.200,96 Sv 1674, 67mm h. n 200.0,0012 S v > 450 mm diambil S v = 450 mm 2 Spasi tulangan horisontal n. Alh 2.200,96 Sh 1674, 67mm h. n 200.0,0012 S h > 450 mm diambil S h = 450 mm V n = A cv [αc + n.f y ] = [ 0, , ] = N V n = N > V u = ,54 N Karena V n lebih besar dari V u maka dinding geser cukup kuat. Tulangan geser yang akan digunakan ialah D10, A v = 157 mm 2, dan dari ETABS didapat nilai A v /s = 6,95 cm 2 /m. A v 2 6,95( cm / m) s 2 157mm 0,695mm s 157 s 226mm 0,695 Jadi untuk tulangan geser diambil D mm 26

10 Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana (Ronald Simatupang) 5. SIMPULAN A. Penggunaan software ETABS sangat membantu dalam desain dinding geser pada suatu bangunan. Dengan menggunakan ETABS juga dapat mempersingkat perhitungan dibandingkan jika melakukan perhitungan secara manual. B. Semua persyaratan bangunan tahan gempa yang disyaratkan dalam SNI semua terpenuhi sehingga dapat disimpulkan bahwa bangunan aman terhadap gempa. C. Dinding geser yang digunakan kuat dalam menahan gaya geser yang terjadi akibat beban gempa. 6. PUSTAKA Departemen Pekerjaan Umum, Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung, SKBI McCormac, Jack C., (2004), Desain Beton Bertulang, edisi kelima, Terjemahan Sumargo,Ph.D, Penerbit Erlangga, Jakarta. Paulay.T, Priestley M.J.N Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Building. Canada. John Wiley & Sons, Inc. Standar Nasional Indonesia (2003), Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung, Jakarta. SNI (2002), Standar Perencanaan Ketahanan gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung, Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah. 27