Studi Perbandingan Perilaku Bangunan menggunakan SRPM, SRBK dan SRBK menggunakan Outrigger terhadap variasi Tinggi Gedung

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: Studi Perbandingan Perilaku Bangunan menggunakan SRPM, SRBK dan SRBK menggunakan Outrigger terhadap variasi Tinggi Gedung Mohamad Gazali dan Data Iranata Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 111 Indonesia data@ce.its.ac.id Abstrak Struktur yang direncanakan harus mampu menghasilkan suatu struktur yang stabil, cukup kuat, mampu-layan, awet, dan memenuhi ketahanan berat gedung, gaya gempa dasar dan perpindahan. Dengan permasalahan yang ada maka perlu adanya suatu sistem yang di gunakan pada suatu gedung. Terdapat beberapa sistem yang dapat digunakan untuk menganalisa masalah tersebut., Sebagai bahan studi akan dilakukan perhitungan terhadap variasi tinggi gedung yakni gedung lantai,,, 3 dan 2 lantai dengan tinggi tiap lantai 4 m, lebar bangunan 22 meter, dan menggunakan tiga sistem yakni sistem rangka pemikul momen khusus,sistem rangka konsentrik khusus dan sistem rangka konsntrik khusus menggunakan outrigger. Hasil yang di peroleh dari analisa ini, bangunan menggunakan sistem rangka konsentrik khusus memakai outrigger lebih kuat terhadap gaya gempa dan perpindahan yang bekerja deibandingkan dua sistem yang lain, meski dimensi yang dipakai pada SRBKK memakai outrigger lebih kecil dari pada SRBKK dan SRPMK. Hal ini dikarenakan fungsi outrigger untuk mereduksi simpangan lateral dan menahan momen guling. Kata kunci: sistem rangka pemikul momen, sistem rangka konsentrik, outrigger BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam suatu struktur bangunan ada beberapa macam struktur rangka yang digunakan,dan dalam struktur-struktur bangunan yang ada, masih sedikit bangunan gedung yang didesain menggunakan struktur rangka baja,sedangkan Struktur rangka baja sendiri kini sudah berkembang dengan pesat. Terdapat banyak sekali keunggulan yang dimiliki struktur baja, antara lain : 1. Perbandingan antara berat dan kekuatan yang relatif tinggi sehingga elemen struktur lebih langsing dengan kekuatan yang mencukupi. 2. Material baja dibuat melalui proses fabrikasi diluar proyek sehingga dalam pelaksanaannya lebih cepat karena hanya memerlukan penyambungan 3. Bangunan menggunakan struktur baja mampu mencapai regangan yang besar, melampaui batas titik leleh tanpa mengalami reduksi kekuatan yang berarti. 4. Baja merupakan material isotropis dan homogen sehingga toleransi dimensi kecil. Pada perencanan struktur baja terdapat berbagai macam sistem yang dapat digunakan,namun penulis akan membahas beberapa sistem yang digunakan pada pembangunan sebuah gedung yakni Sistem rangka pemikul momen (Momen Resisting Frame),Sistem rangka konsentrik (Concentrically Braced Frame) dan Sistem rangka konsentrik menggunakan outrigger. 1.2 Perumusan Masalah Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini yakni : a). Seberapa besar sistem rangka pemikul momen, sistem rangka konsentrik dan sistem rangka konsentrik menggunakan outrigger mampu menahan gaya gempa dasar (base shear)? b). Mengetahui perpindahan (discplacement) pada bangunan jika menggunakan ketiga sistem? c). Mengetahui dimensi dan berat pada bangunan yang dituju yang sesuai dengan sistem yang digunakan! 1.3 Maksud dan Tujuan Maksud dan tujian dari penulisan tugas akhir ini adalah agar dapat mengetahui kekuatan bangunan terhadap gaya gempa dasar (base shear), perpindahan (discplacement),dimensi serta berat bangunan jika menggunakan sistem pemikul momen,sistem rangka konsentrik dan sistem rangka konsentrik menggunakan outrigger. 1.4 Batasan Masalah Untuk mencapai tujuan pembahasan, maka perlu adanya penentuan pokok bahasan masalah, identifikasi permasalahan akan diperjelas dengan batasan batasan sebagai berikut : 1. Perencanaan atau desain elemen struktur dengan menggunakan standar nasional Indonesia (SNI) Pembebana gempa menggunakan SNI Struktur gedung yang dibahas dihitung per 1 lantai. 4. Jumlah lantai pada bangunan yang akan dibahas yakni 2,3,, dan lantai.. Tidak memperhitungkan pondasi.. Struktur bangunan berada di zona gempa. 7. Tidak membahas metode pelaksanaan, bahan dan juga biaya. BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ketentuan Umum Pada awal perencanaan gedung, yang harus diperhatikan adalah letak proyek yang akan dikerjakan secara geologis. Faktor daya tahan terhadap gempa yang mengharuskan suatu bangunan gedung memiliki sistem struktur yang sesuai.dan pada dasarnya setiap sistem struktur pada suatu bangunan merupakan penggabungan berbagai elemen struktur secara tiga dimensi yang cukup rumit. Fungsi utama dari sistem struktur terutama untuk memikul secara aman dan efektif beban yang bekerja pada bangunan, serta menyalurkannya ke tanah melalui fondasi. Beban yang bekerja pada bangunan terdiri dari beban vertikal, horizontal, getaran, dan sebagainya. Sistem struktur dalam proses perancangannya selalu dihadapi oleh beberapa kendala, diantaranya, persyaratan arsitektural, sistem mekanikal dan elektrikal, metode konstruksi dan aspek ekonomi.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) Sistem rangka pemikul momen khusus (SRPMK) adalah syistem struktur yang terdiri dari rangka balok kolom untuk menahan beban dari gempa, di mana dinding pengisi tak diperhitungkan memikul beban gempa.rangka pemikul momen mempunyai kemampuan menyerap energi yang baik, tetapi memerlukan terjadinya simpangan antar lantai yang cukup besar supaya timbul sendi-sendi plastis pada balok yang akan berfungsi untuk menyerap energi gempa. Simpangan yang terjadi begitu besar akan menyebabkan struktur tidak kaku sehingga mengakibatkan kerusakan non-struktural yang besar disamping akan menambah pengaruh efek P- terutama pada bangunan tinggi. ( Isdarmanu,dkk.2) 2.3 Sistem Rangka Bresing Konsentrik (Concentrically Braced Frames) Sistem Rangka Bresing Konsentrik merupakan pengembangan dari sistem portal tak berpengaku atau lebih dikenal dengan Sistem Rangka Pemikul Momen. Sistem Rangka Bresing Konsentrik dikembangkan sebagai sistem penahan gaya lateral dan memiliki tingkat kekakuan yang cukup baik. Hal ini bertolak belakang dengan sistem sistem rangka pemikul momen yang hanya bisa digunakan sebagai penahan momen. Kekakuan sistem ini terjadi akibat adanya elemen pengaku yang berfungsi sebagai penahan gaya lateral yang terjadi pada struktur. Sistem ini penyerapan energinya dilakukan melalui pelelehan yang dirancang terjadi pada pelat buhul. (Salmon CG and John E. Johnson.1992). 2.4 Sistem Rangka Bresing Konsentrik menggunakan outrigger Sistem ini sama seperti sistem rangka konsentrik namun di tambahkan outrigger dan beltruss. Dimana fungsi outrigger yakni mereduksi simpangan lateral dan menahan momen guling. Beltruss yang disebut juga sebagai sistem virtual outrigger menjadi solusi mengatasi kelemahan yang dimiliki outrigger. Beltrus adalah struktur rangka batang yang ditempatkan pada kolom-kolom eksterior dan mengelilingi gedung bagian luar. (Bungale S Taranath.1997). w L x area kolom konstan outrigger beltruss area kolom konstan Gambar 2.1 virtual penampang outrogger pada banguan tinggi METODOLOGI 3.1 Bagan Alir Penyelesaian Tugas Akhir Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus Not OK Mulai Studi Literatur Preliminari Desain Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus Analisa Struktur Kontrol Desain Perbandingan Hasil ketiga Sistem Selesai 3.3 Data Perencanaan Direncanakan Data bangunan meliputi: Nama Gedung : - Fungsi : Perkantoran Zona Gempa : Jumlah Lantai : 2,3,, dan Lantai Ok Sistem Rangka Bresing Konsentrik menggunakan Outrigger Tinggi Gedung : m, 12 m, 1 m, 2 m, 2 m. Struktur Utama : Baja Sistem digunakan :SRPMK,SRBKK,SRBKK menggunajan outrigger Data Bahan a. BJ fy = 41 Mpa fu = Mpa Data Tanah Data tanah yang digunakan di asumsikan bangunan berada pada tanah keras zona gempa. 3.4 Studi Literatur Melakukan studi referensi berupa : peraturan, buku pustaka, penelitian terdahulu yang berkaitan dengan perencanaan struktur komposit baja beton. 1) Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) ) SNI tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung 3) SNI tentang Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung. BAB IV DESAIN BANGUNAN Desain struktur pada bangunan ini direncanakan memiliki panjang 24 m dan lebar 12 m. Desain ini berlaku pada setiap tinggi bangunan yakni bangunan 2 lantai,3 lantai, lantai, lantai dan juga lantai serta berlaku pada tiap Sistem yang dipakai yakni Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus,Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus dan Sistem Rangka Bresing Konsentrik khusus menggunkan Outrigger, dimana jika dilihat dari sisi panjang maka terdapat 4 kolom yang berjarak 8m x m x8m dan jika dilihat dari sisi lebar maka terdapat tiga kolom yang berjarak m x m.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: m m 8 m m 8 m Gambar 4.1 Denah Bangunan pada tiap tinggi bangunan dan Sistem yang dipakai. L = m 8 m m 8 m 4 m L = m 8 m m 8 m (a) 4 m sistem rangka konsentrik sistem rangka pemikul momen L = m x = m 4 m posisi outrigger 8 m m 8 m (b) (c) Gambar 4.2 (a) Sistem Rangka Pemikul Momen Khusu,(b) Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusu, dan (c) Sisitem Rangka Bresing Konsentrik khusu menggunakan outriger pada bangunan 2 lantai. (b) (a) (c) Gambar 4.3 hasil runing SAP 2 (a) Sistem Rangka Pemikul Momen Khusu,(b) Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusu, dan (c) Sisitem Rangka Bresing Konsentrik khusus menggunakan outriger pada bangunan 2 lantai BAB V ANALISA PERMODELAN STRUKTUR PRIMER.1 Data Perencanaan Bangunan ini direncanakan menggunakan tiga sistem yaitu Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus, Sistem Rangka Bresing konsentrik Khusus dan Sistem Rangka Bresing Khusus menggunakan Outrigger, dengan data-data bangunan sebagai berikut : b. Lebar bangunan : 12 m c. Panjang bangunan : 22 m d. Jarak antar kolom sisi lebar : m e. Jarak antar kolom sisi panjang : m dan 8 m f. Tinggi kolom lantai 1 & 2 : 4 m g. Letak bangunan : Dekat pantai h. Mutu baja yang digunakan : BJ fy = 41 Mpa fu = Mpa Berikut data profil baja yang digunakan pada kolom dan balok pada Sistem Rangka Pemikul Momen, Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus dan Sistem Rangka Bresing Konsentrik khusus menggunakan Outrigger yang di pasang pada tiap tinggi bangunan yakni bangunan 2 lantai,3,, dan lantai. Pembagiannya sebagai berikut :.2 Penentuan Beban-Beban 1.Bebang Gravitasi 1.Bebang Gravitasi A.Beban Mati (PPIUG 1983 Bab 2 ) - Berat sendiri beton bertulang : 2 Kg/m 3 - Adukan finishing lantai/1 cm : 21 Kg/m 2 - Tegel : 24 Kg/m 2 - Plafond : 7 Kg/m 2. - Penggantung : 11 Kg/m 2. - Plumbing : 1 Kg/m 2. - Sanitasi : 2 Kg/m 2 B.Beban Hidup - Lantai atap : 1 Kg/m 2 - Lantai Perkantoran : 2 Kg/m 2 2. Beban Angin Jauh dari pantai : 2 Kg/m 2 3. Beban Gempa Perencanaan dan perhitungan struktur terhadap gempa dilakukan berdasarkan Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Gedung (SNI ) untuk zone gempa.2.1 Beban Mati - Berat sendiri pelat ( t = 12 cm ),12 x 2 x 3 = 84 kg/m - Adukan finishing lantai/1 cm 21 x 3 = 3 kg/m - Tegel 24 x 3 = 72 kg/m - Plafond 7 x 3 = 21 kg/m - Penggantun 11 x 3 = 33 kg/m - Plumbin 1 x 3 = 3 kg/m - Sanitasi 2 x 3 = kg/m qd =1143 kg/m.2.2 Bebang Hidup - Beban hidup lantai 2 x 3 = 7 kg/m -Beban hidup atap 1 x 3 = 3 kg/m.2.3 Beban Angin Beban angin yang bekerja pada bangunan yaitu angin tekan dan angin hisap dimana nilai beban yang dihasilkan yakni : angin tekan 2 x ½ (8) x,9 = 9 kg/m angin hisap 2 x ½ (8) x,4 = kg/m

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: Perhitungan massa bangunan Beban gravitasi berupa beban mati dan beban hidup, dimana sesuai PPIUG 1983 Tabel 3.3 koefisien reduksi beban hidup untuk peninjauan gempa diambil sebesar.3. Berikut disajikan perhitungan massa bangunan untuk tiap lantai. Untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus Banguinan Lantai a. Lantai 1-2 Untuk perhitungan massa lantai 1-2 dari gedung ini adalah sebagai berikut: Beban Mati Profil : kolom = 4 m x 419,8 kg/m x 4 x2 = kg Balok Induk = 22 m x 13 kg/m x 19 =434 kg Berat profil 1 % profil =28, kg Adukan finishing lantai = 3 k/mx 22 m =138 kg Pelat beton = 84 k/m x 22 m =198 kg Keramik = 72 kg/m x 22 m =184 kg Spesi = 3 kg/m x 22 m = 138 kg Penggantung = 33kg/m x 22 m = 72 kg Plafond = 21 kg/m x 22 m = 42 kg Perpipaan = 3 kg/m x 22 m = 99 kg Sanitasi = kg/m x 22 m = 132 kg+ Total = 238, kg Beban Hidup.3 x 2 kg/m 2 x 22m x = 49 kg Menurut PPIUG Ps.3. bahwa beban hidup dapat direduksi untuk komponen struktur yang menumpu beberapa lantai tingkat, maka beban hidup diatas dapat direduksi dikalikan dengan koefisien reduksi untuk beban hidup sebesar, untuk gedung yang berfungsi sebagai perkantoran menurut PPIUG Ps.3. Tabel 3.3. Sehingga setelah dikalikan faktor reduksi tersebut, maka total beban hidup menjadi, W = 49 x, = 297 kg Jadi Wt= , = 23383, kg Berikut ini adalah penabelah hasil massa bangunan menggunakan sistem rangka pemikul momen khusus pada tiap bangunan : gedung 3 lantai sistemrangka pemikul momen khusus kolom berat beban mati balok keramik dll beban hidup berat total , ,8 atap , , atap 297, , atap 1433, , gedung gedung lantai atap 1433, , atap 1433, , kolom Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus berat beban mati balok kerami k dll beban hidup berat total , ,8 atap 287, , , , , atap , , atap , , lantai atap , , atap , , Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus menggunakan Outrigger kolom balok berat beban mati outr igge r kerami k dll beban hidup , atap , , atap , atap 9, , berat total ,8 2912, , , , atap 9, , atap 9, , , , 1 Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar tingkat akibat pengaruh gempa rencana. Dimaksudkan untuk menjaga kenyamanan penghuni, mencegah

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: kerusakan non struktur, membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan. Untuk memenuhi persyaratan s, simpangan antar tingkat tidak boleh lebih besar dari: atau 3 Dimana hi adalah tinggi tingkat yang ditinjau, maka: Untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus = 14,12 Untuk Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus dan Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus mrnggunakan Outrigger : = 18,7 Berikut salah hasil eprbandingan bangunan lantai : Sambungan K K L..8 Baut 24 L Baut 2 Baut T..3. T..3. Baut 24 7 DETAIL SAMBUNGAN B. INDUK DENGAN KOLOM 1 : 1 Kinerja batas ultimate m ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana dalam kondisi struktur gedung diambang keruntuhan. Dimaksudkan untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa dan benturan antar gedung. Sesuai SNI Ps.8.2 simpangan dan simpangan antar tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan dengan suatu faktor pengali : Δm = ζ x Δs Dimana : ζ =,7. R untuk gedung beraturan Untuk Sistem Rangka Pemikul Moemen Khusus Untuk arah x : ζ =,7 x 8, =,9 Untuk memenuhi persyaratan, kinerja batas ultimit tidak boleh lebih besar dari :.2 x hi =,2 x = Untuk Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus Untuk arah x : ζ =,7 x,4 = 4,48 Untuk memenuhi persyaratan, kinerja batas ultimit tidak boleh lebih besar dari :.2 x hi =,2 x = Untuk Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus menggunakan Outrigger Untuk arah x : ζ =,7 x,4 = 4,48 Untuk memenuhi persyaratan, kinerja batas ultimit tidak boleh lebih besar dari :.2 x hi =,2 x = Berikut hasil perbandingan bangunan lantai A Baut 3 Baut 3 A Pelat t = 1 DETAIL SAMBUNGAN KOLOM DENGAN KOLOM 1 : 1 7 K Pelat t = 1

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (212) ISSN: T K L Baut 2 T..3. pelat t = DETAIL SAMBUNGAN BRESING UNTUK BATANG 1 : 1 Balok Induk yang lebih kecil, bangunan bangunan tersebut mampu menahan gaya geser dasar yang terjadi. Perpindahan ( displacement ) yang dihasilkan pada tiap gedung dan tiap sistem yang digunakan berbeda beda. untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus, simpangan antar tingkat pada pada bangunan lantai tidak memenuhi syarat atau lebih dari batas layan ( s) yang ditentukan, Sedangkan pada bangunan,, 3 dan 2 memenuhi syarat atau lebih kecil dari batas layan yang ditentukan. untuk analisa batas ultimate ( m) pada sistem ini didapatkan hasil yakni bangunan dan tidak memenuhi syarat maksimum simpangan yang ditentuka, sedangkan pada bangunan 3 dan 2 memenuhi syarat. Sistem Rangka Bresing konsntrik khusus dan sistem rangka Bresing konsentrik menggunakan outrigger simpangan antar tingkat pada semua gedung laih kecil dari batas layan dan batas ultimate, hal ini berarti bangunan bangunan tersebut dengan mengan menggunakan kedua sistem ini lebih kecil kemungkinan terjadi displacement yang dapat mengakibatkan keruthuan. Dari analisah yang didapat, sistem rangka konsntrik khusus menggunakan outrigger mampu menahan gaya- gaya yang ada dibandingkan dengan sistem rangka besing konsntrik khusus dan sistem rangka pemikul momen khusus meski dimensi profil yang digunakan lebih kecil dari kedua sistem yang lain. pelat t = 13 WF DETAIL SAMBUNGAN B. INDUK DENGAN BRESING 1 : 1 Balok Induk pelat t = 13 double C 1x x 2 UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini kupanjatkan puji dan syukur kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan kesehatan,keselamatan riszki serta hidayah-nya yang tak terhingga kepadaku, sehingga tugas akhir ini dapat terselaikan.tak lupa rasa terima kasih sebesar besarnya juga penulis sampaikan kepada mereka yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini doaku kepada-nya agar mereka pun selalu diberi berkah yang berlimpah 1. Keluarga penulis yang penulis cintai: Alm.Papa (Alm. Ahmad Rentua) dan Mama tercinta (Mahani Rentua), terima kasih atas kesabaran, kasih sayang, dan motivasi yang diberikan pada penulis.nenek, Kakak-kakaku tersayang. 2. Pak Data Iranata.Terima kasih atas bimbingannya selama penulis kesulitan mengerjakan Tugas Akhir ini terima kasih juga atas ilmu yang telah diberikan pada penulis. 3. Alm.Pak Sofyan Rasyid & Pak Edi Yang merupakan dosen wali penulis, dosen serta karyawan jurusan teknik sipil ITS yang sudah mebantu penulis selama masa perkuliahan penulis. DAFTAR PUSTAKA Sambungan Bracing SRBKK BAB VI KESIMPULAN Dari hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan pada struktur gedung, menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus, Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus dan Sistem Rangka Bresing Konsntrik Khusus menggunakan Outrigger dengan dengan variasi tinggi gedung yaitu lantai, lantai, lantai, 3 lantai dan 2 lantai dengan dimensi dengan dimensi yang telah ditentukan memperoleh hasil sebagai berikut : Kontrol gaya geser dasar ( base shear ) Untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus pada zona gempa tinggi dengan profil king cross dan profil WF yang gunakan ditiap gedung, mampu menahan gaya geser dasar ( base shear ) yang terjadi, begitu juga pada Sistem Ranga Bresing Konentrik Khusus dan Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus menggunakan outrigger,meski dengan dimensi profil [1] Badan Standarisasi Nasional. SNI Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. [2] Badan Standarisasi Nasional. SNI Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung. [3] Isdarmanu, dkk. 2.Struktur Baja I. Surabaya : Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil Perencanaan ITS. [4] Salmon CG and John E. Johnson Struktur Baja Desain Dan Perilaku Edisi 1. Jakarta : PT.Gramedia Pustaka Umum. [] Bungale S Taranath.1997.Steel,Concrete,And Composite Design Of Tall Building. New York : MC Grow Hill.