Studi Perbandingan Analisis Gaya Gempa Terhadap Struktur Gedung Di Kota Madiun Berdasar SNI dan RSNI 201X

Transkripsi

1 Studi Perbandingan Analisis Gaya Gempa Terhadap Struktur Gedung Di Kota Madiun Berdasar SNI dan RSNI 201X 1) Rosyid Kholilur Rohman 1) Dosen Fakultas Teknik Universitas Merdeka Madiun Abstract Planning a building should refer to regulations on the procedures and rules that apply. It's been done socializing RSNI X which regulates Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung as substitution to SNI The implications of new standart for building need to be done for research. In this study, made building structure model 5 floors with a size 24 x 24 m2. The location of the building in Madiun city and its function as an office. The structure is analyzed with SNI and RSNI X so that known changes of earthquake load value, distribution of earthquake load on each level, internal force and displacement. Analysis of the structure used ETABS version 9. Results of the analysis shown that earthquake load according to SNI X bigger around 27.5% and the distribution of load more bigger on each floor. Internal forces more bigger around 27,67 % in column structure and more bigger 28,56 % on beam structure. Displacement of structure more bigger about 27,99 30,92 %. Keywords : earthquake load, analysis of structure, internal force, dispalcement PENDAHULUAN Sebagian besar wilayah Indonesia merupakan daerah rawan gempa karena terletak pada zona tektonik yang sangat aktif. Tiga lempeng besar dunia saling bertemu di wilayah Indonesia. Ketiga lempeng tersebut adalah lempeng Australia, lempeng Pasifik dan lempeng Eurasia. Interaksi antar lempeng-lempeng tersebut menyebabkan di Indonesia sering terjadi gempa. Beberapa tahun terakhir ini telah terjadi gempa besar yang terjadi di wilayah Indonesia. Beberapa peristiwa gempa yang terjadi diantaranya adalah gempa Aceh pada tahun 2004, gempa Yogya pada tahun 2006, gempa Padang dan Bengkulu pada tahun Peristiwa gempa tersebut menyebabkan terjadinya kerusakan struktur pada bangunan yang ada. Dari beberapa hasil studi diketahui bahwa gempa besar yang terjadi ternyata menyebabkan percepatan batuan dasar lebih besar dari pada percepatan batuan dasar yang telah ditetapkan dalam peta gempa SNI Berdasarkan hasil penelitian yang ada menyatakan peta gempa SNI dinilai sudah tidak sesuai lagi diaplikasikan sebagai pedoman perencanaan struktur tahan gempa. Berdasarkan fenomena tersebut dan adanya daya seismotektonik yang baru dan adanya perkembangan peraturan gempa terkini di dunia seperti ASCE 7-10 dan IBC 2009, dan adanya keinginan untuk mendorong kemajuan pedoman perencanaan ketahanan gempa di Indonesia, maka pedoman ketahanan gempa SNI direvisi menjadi RSNI x. Pada tahun 2010 telah disahkan revisi peta gempa Indonesia 2010 oleh Menteri Pekerjaan Unmum Republik Indonesia. Pembatasan masalah dalam penelitian ini antara lain : Model struktur dibuat dengan asumsi gedung beraturan 5 lantai Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 46

2 Sistem struktur adalah Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) Lokasi bangunan di kota Madiun Analisis struktur dengan program bantu ETABS versi 9.0 Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui perbedaan antara penggunaan RSNI X dan SNI dalam perhitungan beban gempa pada struktur gedung beraturan. TINJAUAN PUSTAKA Analisis perancangan struktur bangunan terhadap pengaruh beban gempa secara statik, pada prinsipnya adalah menggantikan gaya-gaya horisontal yang bekerja pada struktur bangunan akibat pengaruh pergerakan tanah yang diakibatkan gempa, dengan gaya-gaya statik yang ekuivalen. Pada standar gempa yang berlaku di Indonesia, metode analisis statik untuk memperhitungkan pengaruh beban gempa pada struktur bangunan hanya boleh digunakan untuk menganalisis struktur bangunan yang beraturan. Struktur bangunan gedung dapat dianggap beraturan jika memenuhi beberapa ketentuan antara lain, tinggi struktur bangunan tidak lebih dari 10 tingkat atau 40 meter, denah struktur bangunan berbentuk persegi panjang tanpa adanya tonjolan-tonjolan, sistem struktur bangunan gedung mempunyai bentuk yang sederhana dan beraturan, serta mempunyai massa dan kekakuan yang hampir seragam pada seluruh tingginya. Struktur gedung ditetapkan sebagai struktur gedung beraturan, apabila memenuhi ketentuan sebagai berikut : 1. Tinggi struktur gedung diukur dari taraf penjepitan lateral tidak lebih dari 10 tingkat atau 40 m. 2. Denah struktur gedung adalah persegi panjang tanpa tonjolan dan kalaupun mempunyai tonjolan, panjang tonjolan tersebut tidak lebih dari 25% dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah tonjolan tersebut. 3. Denah struktur gedung tidak menunjukkan coakan sudut dan kalaupun mempunyai coakan sudut, panjang sisi coakan tersebut tidak lebih dari 15% dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah sisi coakan tersebut. 4. Sistem struktur gedung terbentuk oleh subsistem-subsistem penahan beban lateral yang arahnya saling tegak lurus dan sejajar dengan sumbu-sumbu utama ortogonal denah struktur gedung secara keseluruhan. 5. Sistem struktur gedung tidak menunjukkan loncatan bidang muka dan kalaupun mempunyai loncatan bidang muka, ukuran dari denah struktur bagian gedung yang menjulang dalam masingmasing arah, tidak kurang dari 75% dari ukuran terbesar denah struktur bagian gedung sebelah bawahnya. Dalam hal ini, struktur rumah atap yang tingginya tidak lebih dari 2 tingkat tidak perlu dianggap menyebabkan adanya loncatan bidang muka. 6. Sistem struktur gedung memiliki kekakuan lateral yang beraturan, tanpa adanya tingkat lunak. Yang dimaksud dengan tingkat lunak adalah suatu tingkat, di mana kekakuan lateralnya adalah kurang dari 70% kekakuan lateral tingkat di atasnya atau kurang dari 80% kekakuan lateral rata-rata 3 tingkat di atasnya. Dalam hal ini, yang dimaksud dengan kekakuan lateral suatu tingkat adalah gaya geser yang bila bekerja di tingkat itu menyebabkan satu satuan simpangan antar-tingkat. 7. Sistem struktur gedung memiliki berat lantai tingkat yang beraturan, artinya setiap lantai tingkat memiliki berat yang tidak lebih dari 150% dari berat lantai tingkat di Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 47

3 atasnya atau di bawahnya. Berat atap atau rumah atap tidak perlu memenuhi ketentuan ini. 8. Sistem struktur gedung memiliki unsur-unsur vertikal dari sistem penahan beban lateral yang menerus, tanpa perpindahan titik beratnya, kecuali bila perpindahan tersebut tidak lebih dari setengah ukuran unsur dalam arah perpindahan tersebut. 9. Sistem struktur gedung memiliki lantai tingkat yang menerus, tanpa lubang atau bukaan yang luasnya lebih dari 50% luas seluruh lantai tingkat. Kalaupun ada lantai tingkat dengan lubang atau bukaan seperti itu, jumlahnya tidak boleh melebihi 20% dari jumlah lantai tingkat seluruhnya. Untuk struktur gedung beraturan, pengaruh Gempa Rencana dapat ditinjau sebagai pengaruh beban gempa statik ekuivalen, sehingga menurut Standar ini analisisnya dapat dilakukan berdasarkan analisis statik ekuivalen. Struktur gedung yang tidak memenuhi ketentuan di atas, ditetapkan sebagai struktur gedung tidak beraturan. Untuk struktur gedung tidak beraturan, pengaruh Gempa Rencana harus ditinjau sebagai pengaruh pembebanan gempa dinamik, sehingga analisisnya harus dilakukan berdasarkan analisis respons dinamik. Menurut SNI gaya geser gempa horisontal diperoleh dari rumus : V = C.I.Wt/R Dimana V = gaya gempa horisontal I = faktor keutamaan gedung Wt R = berat bangunan = daktilitas struktur gedung SNI mengacu pada UBC 1997 yang menggunakan gempa 500 tahun (10 % terlampaui dalam 50 tahun umur bangunan), sedangkan peraturan-peraturan gempa modern sudah menggunakan gempa 2500 tahun (2% terlampaui dalam 50 tahun umur bangunan) seperti pada NEHRP 1997 dst, ASCE 7-98 dst dan IBC 2000 dan seterusmya, sedangkan RSNI mengacu pada ASCE 7-10 (Imran, 2010). Berdasar RSNI X respons spectra desain harus ditentukan terlebih dahulu berdasarkan data Ss dan S1 dengan menggunakan peta gempa berikut : Gambar 1. Peta respon spektra percepatan 0,2 detik (Ss) terlampaui 2% dalam 50 tahun (Kementerian Pekerjaan Umum, 2010). Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 48

4 Gambar 2. Peta respon spektra percepatan 1,0 detik (S1) terlampaui 2% dalam 50 tahun (Kementerian Pekerjaan Umum, 2010) Selanjutnya diperoleh nilai SME dan SMI dengan menggunakan rumus : SME = Fa. SS SMI = Fv. S1 Nilai SDS dan SD1 diperoleh dengan menggunakan rumus berikut : SDS = 2/3. SME SD1 = 2/3. SMI Beban lateral rencana dihitung sesuai persamaan ASCE V = Cs. W (ASCE 7-10, ) dimana : : Cs SDS R I SDS Cs max R T I Cs min 1 = 0,044 SDS. I (ASCE 7-10, ) Cs min 2 = 0,01 (ASCE 7-10, ) Distribusi beban lateral gempa :dihitung dengan rumus Fx = Cvx. V (ASCE 7-10, ) dimana Cvx = faktor distribusi vertical V = base shear Cs = koefisien gempa W = berat struktur efektif Periode getar struktur untuk struktur beton dihitung dengan rumus : Ta = 0,0466. hn0,9 (ASCE 7-10, ) Maka sesuai ASCE 7-10, pasal , waktu getar struktur dibatasi dimana T = Ta. Cu Tc. Nilai Cs didapat dari rumus Metodologi Penelitian Setelah dilakukan kajian pustaka berdasar SNI dan SNI X maka dilakukan pengumpulan yang dibutuhkan. Data yang dibutuhkan antara lain : o Lokasi/ koordinat bangunan Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 49

5 o Lokasi bangunan di kota Madiun. Koordinat bangunan diasumsikan pada 7,6 LS, dan 111,5 BT. Data tanah Data tanah berupa nilai N SPT salah satu lokasi di kota Madiun. o Model struktur yang dianalisis Model struktur diasumsikan sebagai gedung beraturan 5 lantai dengan sistem struktur SRPMK. Dimensi struktur diasumsikan. Y 6 m 6 m 6 m 6 m X 6 m 6 m 6 m 6 m Gambar 3. Model Struktur Dimensi struktur diasumsikan sebagai berikut : Dimensi kolom : 50x50. Dimensi balok : 30x60 Balok anak : 25x50 Setelah semua data diperoleh, dilakukan perhitungan pembebanan berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Rumah dan Gedung (PPIUG 1983). Perhitungan beban gempa mengacu pada SNI dan dibandingkan dengan menggunakan peta gempa yang baru SNI X yang mengadopsi ASCE Selanjutnya dilakukan penggambaran geometrik struktur untuk mendapatkan model struktur secara 3D dengan menggunakan software ETABS V.9. Langkah berikutnya dilanjutkan dengan input data material, dimensi dan bebanbeban yang bekerja. Setelah penginputan beban selesai lalu dilakukan running analisis. Setelah dianalisis maka terdapat gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur. Hasil analisis meliputi gaya dalam berupa momen dan gaya lintang serta displacement yang terjadi. Selanjutnya hasil analisis struktur dengan beban gempa dengan SNI dan SNI X dibandingkan. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Beban Gempa sesuai SNI Peninjauan beban gempa ditinjau secara analisis 3 dimensi dengan metode statik ekivalen. Ekivalensi beban gempa terhadap model struktur gedung yang dianalisis dihitung sebagai berikut : Waktu Getar Empiris ( T ) Tinggi total bangunan hn = 20 m Untuk gedung berstruktur beton SRPMK Ct = (UBC 1997) Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 50

6 T = Ct.(hn)3/4 T = 0,691 detik Dari struktur yang dianalisis T struktur yang bangunan sebesar... Kontrol pembatasan T, ξ = 0.18 SNI Jumlah lantai n = 5 T = ξ n = 0,90 detik Selanjutnya nilai T yang dipakai adalah T struktur sebesar 0,836. Koefisien Gempa Dasar ( C ) Dalam studi ini kondisi tanah termasuk kategori tanah sedang. Berdasar data tanah yang ada di sekitar Madiun nilai N SPT rata-rata kurang dari 50 dan di atas 15. Berdasar grafik hubungan T dan C SNI , dengan nilai T sebesar 0,836 nilai C didapat sebesar 0,389. Faktor Keutamaan Struktur ( I ) Model struktur yang dianalisis adalah gedung beraturan termasuk gedung umum dengan faktor keutamaan I = 1. Faktor Tahanan Lebih ( R ) Dalam analisis model struktur ini diasumsikan sebagai Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus dengan nilai R = 8,5 Gaya Geser Horisontal V = C1.I Wt / R = 0, / 8,5 = kg Selanjutnya dilakukan perhitungan distribusi gaya gempa pada masingmasing lantai. Hasil perhitungan dapat dilihat pada table 1. Tabel 1. Distribusi Gaya Gempa Horisontal SNI Lantai hi Wi Wi.hi Fi (m) (kg) (kg) Sumber : Hasil Perhitungan Penyelesaian persamaanpersamaan statika pada model struktur dilakukan menggunakan metode elemen hingga (finite element method) yang terdapat pada program bantu analisis struktur ETABS versi 9.0. Permodelan struktur dapat dilihat pada gambar 4. Gambar 4. Permodelan struktur Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 51

7 Spectral Acceleration (Sa) Perhitungan Beban Gempa sesuai SNI X Dari peta gempa RSNI X gambar 2.2.dan gambar 2.3. diperoleh nilai : Ss = 0,80 g S1 = 0,33 g Dari gambar 2.4. didapat : Nilai Fa = 1,20 Nilai Fv = 1,80 Selanjutnya SME, SMI, SDS, SD1 diperoleh SME = Fa. SS = 0,96 SMI = Fv. S1 = 0,59 SDS = 2/3. SME = 0,64 SD1 = 2/3. SMI = 0,40 Berdasar perhitungan di atas dapat diperoleh respons spektrum rencana mana gambar 5. 0,700 Response Spectrum Graphs 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Period (T) Gambar 5. Respons Spektrum SNI x Rencana Madiun Beban lateral rencana dihitung sesuai persamaan ASCE V = Cs. W (ASCE 7-10, ) dimana : V = base shear Cs = koefisien gempa W = berat struktur efektif Periode getar struktur dihitung dengan : Ta = 0,0466. hn0,9= 0, ,9= 0,6907 detik (ASCE 7-10, ) Dari hasil analisis komputer, didapatkan periode getar struktur Tc = 0,836 detik. Sesuai ASCE 7-10, pasal , dimana T = Ta.Cu Tc. Berdasar tabel ASCE 7-10 karena SD1 = 0,6 g > 0,4, maka diperoleh nilai Cu= 1,4 sehingga Ta. Cu = 0, ,4 = 0,967 detik. Karena Tc = 0,863 detik Ta. Cu = 0,967 detik maka periode getar struktur yang digunakan, T = 0,863 detik. SDS = 0,64 g SD1 = 0,4 g R = 8 I = 1,0 T = 0,863 detik SDS Cs = 0,08 R I Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 52

8 SDS Cs max = 0,0592 R T I Cs min 1 = 0,044 SDS. I = 0,044. 0,64. 1 = 0,02816 (ASCE 7-10, ) Cs min 2 = 0,01 Maka digunakan Cs = 0, 0592 V = Cs. W = 0,0592. W = (5,592 % dari berat struktur). Base shear V tersebut akan didistribusikan pada setiap tingkat. Berat struktur sama dengan perhitungan sebelumnya, didapat W = kg V = Cs. W = 0, = ,49 kg. Distribusi beban lateral gempa: Fx = Cvx. V (ASCE 7-10, ) Cvx = Wi. hi n i1 k Wi. hi ) Keterangan : Cvx k (ASCE 7-10, = faktor distribusi vertikal V = base shear Wi dan Wx = berat struktur efektif pada tingkat i atau x hi dan hx = tinggi struktur dari dasarke tingkat i atau x k = 1,168 (untuk T = 0,836 detik) Maka didapat distribusi gaya gempa pada masing-masing lantai sebagaimana tabel 2 berikut. Tabel 2. Distribusi gaya gempa SNI X Lantai ke- W (kg) Tinggi (hx) W.h ^k Cvx Fx (kg) , , , , , Sumber : Hasil Perhitungan Dari hasil perhitungan base shear terhadap struktur yang ditinjau didapat hasil perhitungan dengan SNI sebesar kg. Hasil perhitungan base shear dengan SNI X sebesar kg. Hasil perhitungan base shear dengan SNI X lebih besar (ada peningkatan sebesar 27,50 %). Distribusi gaya gempa pada masing masing lantai juga terdapat peningkatan. Hasil perhitungan distribusi gempa masing masing lantai dapat dilihat pada gambar 6. Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 53

9 Lantai SNI SNI X Gaya Gempa (kg) Gambar 6. Distribusi gaya gempa pada masing masing lantai Dari hasil perhitungan distribusi gaya gempa masing masing lantai diketahui gaya gempa masing masing lantai dengan menggunakan SNI X lebih besar dari SNI Peningkatan pada masing masing tidak sama karena rumus distribusi gaya gempa antara SNI dan SNI X berbeda. Dari perhitungan diketahui pada lantai 1 terdapat peningkatan 4,07 %, pada lantai 2 terdapat peningkatan 16,93 %, pada lantai 3 terdapat peningkatan 25,17 %, pada lantai 2 terdapat peningkatan 31,37 %, pada lantai 2 terdapat peningkatan 36,39 %. Semakin tinggi lantai peningkatannya semakin besar. Selanjutnya dilakukan analisis struktur dengan distribusi gaya gempa hasil perhitungan SNI Hasil analisa struktur (output) yang diharapkan dari proses analisa struktur diatas adalah berupa gayagaya dalam (gaya aksial, gaya lintang, dan momen), dan displacement titik nodal. Setelah diperoleh hasil analisis, kemudian dilakukan analisis struktur dengan distribusi gaya gempa hasil perhitungan SNI X. Hasil output kedua perhitungan dibandingkan. Tabel 3. Momen dan Gaya Geser hasil perhitungan SNI dan 201X Kolom Balok Gaya X Kenaikan X Kenaikan Mx ,76% ,56% Vx ,57% ,55% Sumber : Hasil Perhitungan Dari hasil analisis struktur diperoleh dispalacement masing masing joint akibat beban gempa arah x. Nilai displacement hasil analisis struktur dengan memasukkan beban gempa dengan SNI X lebih besar dari hasil analisis dengan memasukkan beban gempa berdasar SNI Dari gambar 7 dapat dilihat perbandingan displacement Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 54

10 Lantai hasil analisis. Peningkatan displacement berkisar antara 27,99 % sampai 30,92 %. 5 2,487 3, ,968 7, ,046 11,731 SNI SNI X 2 11,320 14, ,633 16,539 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 Displacement (mm) Gambar 7. Displacement analisis dengan SNI dan SNI X KESIMPULAN Berdasar analisis yang telah dilakukan terhadap model struktur dengan beban gempa berdasar SNI dan RSNI X dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Base shear struktur dengan analisis menggunakan SNI X lebih besar 27,5 % dibandingan dengan SNI Momen hasil analisis menggunakan SNI X lebih besar 27,67 % (pada kolom) dan 28,56 % (pada balok) dibandingan dengan SNI Gaya geser menggunakan SNI X lebih besar 27,57 % (pada kolom) dan 28,55 % (pada kolom) dibandingan dengan SNI Displacement pada struktur menggunakan SNI X lebih besar antara 27,99 % sampai 30,92 % dibandingan dengan SNI KEPUSTAKAAN Anonim, Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung, SNI , BSN Bandung, Anonim, 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung, SNI , BSN Bandung, Agus, Novera, Yosfi, 2006,, Analysis of Eligibility of Building Structure Designed Based On SKBI 1987 Compared to SNI in Padang City, Earthquake Engineering and Infrastructure and Building Retrofitting, Yogyakarta Azmi 2013, Perbandingan Perilaku Struktur Terhadap Beban Gempa Berdasarkan SNI dan RSNI ,201X, Tugas Akhir, Universitas Almuslim Bireun Aceh Christiawan 2007, Evaluasi Kinerja dan Perkuatan Struktur Gedung Guna Alih Fungsi Bangunan, Master Thesis UGM Computer and Structure, Inc 2001, ETABS Manual, Integrated Building Design Manual, California Barkeley, 2 Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 55

11 Irsyam, M., 2012, Materi Sosialisasi Gempa Aceh, Puskim Litbang PU dan Himpunan Ahli Konstruksi Indonesia, Aceh Purwono, Rahmat 2005, Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa, ITS Press, Tarigan 2007, Kajian Struktur Bangunan Di Kota Medan Terhadap Gaya Gempa Di Masa Yang Akan Datang, library.usu.ac.id Tim Revisi Peta Gempa Indonesia 2010, Ringkasan Hasil Revisi Tim Revisi Peta Gempa Indonesia 2010 Website, _spektra_indonesia_2011/ Agri-tek Volume 15 Nomor 1 Maret 2014 STUDI PERBANDINGAN ANALISIS 56