Dampak Persyaratan Geser Dasar Seismik Minimum pada RSNI 03-1726-201X terhadap Gedung Tinggi Terbangun Suradjin Sutjipto 1. Pendahuluan Begitu suatu peraturan gempa yang baru muncul dan diberlakukan, pertanyaan pertama dari para pelaku industri konstruksi adalah seberapa banyak perubahan persyaratannya dan seberapa besar peningkatan level bebannya. RSNI 03-1726-201X - Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung disusun dengan mengacu pada ASCE 7-10, berdasarkan perioda ulang gempa 2475 tahun (probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun). Sekilas nampak jauh meningkat dibandingkan dengan peraturan-peraturan gempa Indonesia yang sebelumnya, yaitu SNI 03-1726-2002, dengan perioda ulang gempa 475 tahun, dan SNI 1726-1989-F, dengan perioda ulang gempa 200 tahun. Namun kenyataannya tidak seperti diduga, peningkatan nilai spektrum respons desainnya meningkat relatif tidak besar dan bahkan untuk profil tanah lunak malah menurun. Hal baru dalam RSNI 03-1726-201X yang justru akan berdampak besar pada perancangan struktur gedung tinggi dengan perioda yang panjang adalah adanya persyaratan geser dasar seismik minimum (minimum seismic base shear), yang tidak dinyatakan secara eksplisit dalam SNI 03-1726-2002. Sehingga yang menjadi pertanyaan, amankah gedung-gedung tinggi yang sudah terbangun yang dirancang berdasarkan SNI 03-1726-2002? Seberapa jauh ketidak-memenuhinya terhadap persyaratan RSNI 03-1726-201X? Mencoba menjawab pertanyaan tersebut, makalah ini memberikan ilustrasi perbandingan spektrum respons dari RSNI 03-1726-201X dengan pendahulupendahulunya, yaitu SNI 03-1726-2002 dan SNI 1726-1989-F, dalam kaitannya dengan persyaratan geser dasar seismik minimum. Disamping itu, akan disajikan prosedur penetapan geser dasar seismik desain dari suatu gedung apartemen 40 lantai sebagai suatu studi kasus. 1
Pembahasan dalam makalah ini dibatasi untuk kota Jakarta, yang merupakan barometer industri konstruksi dan pelopor pembangunan gedung tinggi di Indonesia; untuk profil tanah lunak (SE) dan sedang (SD), menimbang profil tanah keras (SB) jarang dijumpai di Jakarta; dan untuk sistem struktur ganda (kombinasi portal dan dinding geser daktail) yang umum digunakan sebagai sistem struktur penahan gaya lateral gedung-gedung tinggi di Jakarta. 2. Koefisien Respons Seismik Desain Mengingat geser dasar seismik berbanding lurus dengan koefisien respons seismik (V = C s W), maka perbandingan dari koefisien respons seismik akan mewakili perbandingan geser dasar seismik. Dengan demikian, pembahasan selanjutnya akan menggunakan koefisien respons seismik sebagai acuan. Berikut ini akan disajikan perbandingan koefisien respons seismik desain untuk kota Jakarta. Agar diperoleh perbandingan yang setara, dilakukan normalisasi dengan kriteria sistem struktur ganda dan untuk gedung komersial. Dengan demikian, untuk :! RSNI 03-1726-201X : R = 7 I e = 1.0! SNI 03-1726-2002 : R m = 8.5 I = 1.0! SNI 1726-1989-F : K = 1.2 I = 1.0 Parameter-parameter untuk membentuk kurva-kurva koefisien respons seismik untuk Jakarta diberikan dalam Tabel 1. Tabel 1 Spektrum Respons Desain untuk Jakarta. Profil Tanah Kelas Situs SNI 1726-1989-F SNI 03-1726-2002 RSNI 03-1726-201X 1 Lunak SE T 1.0 det. C = 0.50 T 2.0 det. C = 0.25 A 0 = 0.30 A r = 0.75 S DS = 0.586 S D1 = 0.544 Sedang SD - A 0 = 0.22 A r = 0.33 S DS = 0.543 S D1 = 0.343 1 Diperoleh dengan bantuan software yang dikembangkan oleh Kelompok Keahlian Geoteknik - Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan dan Pusat Mitigasi Bencana ITB. 2
Seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1, untuk Jakarta dengan kondisi tanah berkategori lunak (SE), koefisien respons seismik desain RSNI 03-1726-201X (kurva merah) 5% lebih rendah dari SNI 03-1726-2002 (kurva biru), dan 40% lebih tinggi dari SNI 1726-1989-F (kurva hijau). Gambar 1 Perbandingan Koefisien Respons Seismik Desain untuk Jakarta - Tanah Lunak (SE). Gambar 2 Perbandingan Koefisien Respons Seismik Desain untuk Jakarta - Tanah Sedang (SD). 3
Sedangkan untuk kondisi tanah berkategori sedang, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2, koefisien respons seismik desain RSNI 03-1726-201X (kurva merah) 20% lebih tinggi dari SNI 03-1726-2002 (kurva biru). 3. Geser Dasar Seismik Minimum Dalam berbagai peraturan gempa modern, untuk struktur dengan perioda yang panjang (gedung tinggi), dipersyaratkan suatu nilai geser dasar seismik minimum yang dinyatakan sebagai respons minimum yang berupa garis lurus dengan nilai konstan, menggantikan kurva hiperbolik dari respons yang asimtotis. Lihat garis horisontal warna magenta dan kuning dalam Gambar 1 dan Gambar 2. Beberapa sumber mengindikasikan bahwa persyaratan geser dasar seismik minimum ini didasarkan atas pertimbangan bahwa respons dari struktur-struktur gedung tinggi terhadap gempa menjadi begitu rumit akibat berperan-sertanya ragam-ragam getar yang lebih tinggi (higher modes), dan kemungkinan kebutuhan daktilitas akan terpusat di beberapa tingkat. Disamping itu pula, atas pertimbangan akan bahaya efek P-Δ yang meningkatkan gaya-gaya pada elemen-elemen struktur, terutama elemen-elemen struktur vertikal, saat struktur mencapai kondisi elasto-plastis selama gempa besar berlangsung. UBC 1997 menetapkan geser dasar desain minimum sebesar 0.11 C a I W. SNI 1726-1989-F membatasi koefisien gempa dasarnya dengan nilai konstan, yang besarnya tidak kurang dari setengah nilai respons perioda pendek, untuk T 2 detik. ASCE 7-10 dan RSNI 03-1726-201X mensyaratkan besarnya koefisien respons seismik minimum dari nilai yang terbesar antara 0.044 S DS I e dan 1%. Sedangkan SNI 03-1726-2002 tidak menetapkan suatu nilai geser dasar seismik minimum, namun perioda sistem struktur penahan gaya lateral gedung dibatasi dengan T ζ n, di mana n adalah jumlah lapis dan nilai ζ bervariasi antara 0.15-0.20 tergantung pada wilayah gempa. Mengamati kembali Gambar 1, Jakarta - Tanah Lunak (SE), garis horisontal 0.044 S DS I e (magenta) memotong kurva S D1 /T (merah) di T = 3.01 detik. Bila diasumsikan periode gedung di Jakarta 0.18 n, maka gedung 17 lapis ke atas harus dirancang berdasarkan geser dasar seismik minimum V = 0.044 S DS I e W. 4
Garis horisontal 0.044 S DS I e (magenta) tersebut memotong kurva A r /T dari SNI 03-1726- 2002 di T = 3.42 detik. Dengan demikian, gedung dengan perioda di atas 3.42 detik (19 lapis ke atas) yang telah terbangun dan yang dirancang berdasarkan SNI 03-1726-2002, tidak memenuhi persyaratan RSNI 03-1726-201X. Untuk itu, seharusnya dikaji ulang dan bila perlu harus diperkuat. Garis horizontal untuk perioda panjang SNI 1726-1989-F (hijau) berada di atas garis horisontal 0.044 S DS I e (magenta), dan memotong kurva S D1 /T (merah) di T = 2.59 detik. Hal ini mengindikasikan gedung-gedung tinggi lama 14 lapis ke atas atau yang berperioda di atas 2.59 detik, yang dirancang dengan SNI 1726-1989-F, masih memenuhi persyaratan RSNI 03-1726-201X. Dari Gambar 2, Jakarta - Tanah Sedang (SD), garis horisontal 0.044 S DS I e (magenta) memotong kurva S D1 /T (merah) di T = 2.05 detik. Maka V = 0.044 S DS I e W akan merupakan geser dasar seismik untuk perancangan gedung 11 lapis ke atas, atau yang berperioda di atas 2.05 detik. Kurva A r /T dari SNI 03-1726-2002 terpotong oleh garis horisontal 0.044 S DS I e (magenta) di T = 1.62 detik. Dengan demikian, gedung dengan perioda di atas 1.62 detik (9 lapis ke atas) yang telah terbangun dan dirancang menurut SNI 03-1726-2002, seharusnya dikaji ulang dan kemungkinan harus diperkuat untuk dapat memenuhi ketentuan RSNI 03-1726-201X. 4. Penetapan Geser Dasar Seismik Desain Berikut adalah contoh prosedur penetapan geser dasar seismik desain dari sebuah gedung tinggi berupa apartemen 40 lapis berlokasi di Jakarta. Tinggi Struktur : h n = 131.4 m Faktor Keutamaan : I e = 1.0 Faktor Modifikasi Respons : R = 7 Sistem Ganda - Rangka Pemikul Momen Khusus dan Dinding Geser Beton Bertulang Khusus. 5
Data seismik dan situs :! Lokasi : Jakarta (Longitude:106.84 Latitude: -6.21)! Kelas Situs : SD (Tanah Sedang)! Spektrum Desain 2 : S DS = 0.543 g S D1 = 0.343 g SD1 0.343! T s 0.632 detik S 0.543 DS Dari analisis struktur diperoleh :! T Utuh = 5.31 detik! T Retak = 7.04 detik - berdasarkan ketentuan SNI 03-2847-2002 Pasal 12.11.1! Gedung memenuhi syarat ditinjau dari ketentuan SNI 03-1726-2002, di mana T 0.18 N = 0.18 40 = 7.20 detik Ketentuan Pasal 7.8.2 : x n 0.75! T C h 0.0488 131.4 1.894 detik a t! C u = 1.413 (hasil interpolasi dari Tabel 14 - RSNI 03-1726-201X)! C u T a = 1.413 1.894 = 2.676 detik Koefisien Respons Seismik Desain : SD 1 0.343! Kondisi Retak : C s 0.0070 R 7 T 7.04 I 1.0 e SD1 0.343! Kondisi Utuh : Cs 0.0092 R 7 T 5.31 I 1.0 e 2 Diperoleh dengan bantuan software yang dikembangkan oleh Kelompok Keahlian Geoteknik - Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan dan Pusat Mitigasi Bencana ITB. 6
SD1 0.343! Ketentuan 7.8.2 : Cs 0.0183 R 7 T 2.674 I 1.0 e! Minimum : C 0.044 S I 0.044 0.543 1.0 0.0239 s DS e C s 0.01 Jadi yang menentukan adalah C s = 0.0239. Geser dasar seismik desain : V = 0.0239 W. Tabel 2 memperlihatkan matriks perbandingan besarnya geser dasar seismik desain V untuk berbagai kondisi dengan variasi acuan. Tabel 2 Perbandingan Geser Dasar Seismik Desain dari Gedung Studi Kasus. Kondisi V / W Ratio V Retak 0.0070 1.00 0.76 0.38 0.29 0.70 Utuh 0.0092 1.31 1.00 0.50 0.38 0.92 Ketentuan 7.8.2 0.0183 2.61 1.99 1.00 0.77 1.83 Minimum 0.0239 3.41 2.60 1.31 1.00 2.39 Minimum 0.0100 1.43 1.09 0.55 0.42 1.00 5. Kesimpulan 1. Untuk Jakarta, persyaratan geser dasar seismik minimum menurut RSNI 03-1726- 201X akan menentukan bagi perancangan gedung di atas tanah lunak berperiode di atas 3.01 detik (17 lapis ke atas), dan gedung di atas tanah sedang berperiode di atas 2.05 detik (11 lapis ke atas). 2. Gedung-gedung tinggi di Jakarta yang dirancang berdasarkan SNI 03-1726-2002, yang berdiri di atas tanah lunak dan berperioda di atas 3.42 detik (19 lapis ke atas), 7
dan yang berdiri di atas tanah sedang dan berperioda di atas 1.62 detik (9 lapis ke atas), seharusnya dikaji ulang dan kemungkinan harus diperkuat untuk memenuhi persyaratan geser dasar seismik minimum menurut RSNI 03-1726-201X. 3. Metodologi yang sama dapat dikembangkan untuk mengkaji ulang gedung-gedung tinggi terbangun dengan parameter dan faktor keutamaan yang berbeda. 6. Daftar Pustaka 1. ASCE/SEI (7-05, 7-10). Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, American Society of Civil Engineers, Reston, VA. 2. Beca Carter Hollings & Ferner Ltd. and The Indonesian Counterpart Team. Indonesian Earthquake Study, Vols. 1-7, Bandung, Indonesia, 1978. 3. Fanella, D.A. Structural Load Determination under 2009 IBC and ASCE/SEI 7-05, 2 nd Ed. International Code Council, Country Club Hills, IL, 2009. 4. Gosh, S.K., Dowty, S., Dasgupta, P. Analysis of Revisions to the 2006 IBC Structural Provisions, International Code Council, Falls Church, VA, 2006. 5. IBC (2003, 2006, 2009). International Building Code, International Code Council, Falls Church, VA. 6. SEAOC. 2006 IBC Structural/Seismic Design Manual, Vol. 1 and Vol. 3, 2 nd Edition. Structural Engineers Association of California, Sacramento, CA, 2009. 7. RSNI 03-1726-201X. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. 8. SNI 03-1726-2002. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. 9. SNI 1726-1989-F. Pedoman Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung, Departemen Pekerjaan Umum, Bandung. 10. SNI 03-2847-2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta. 11. Sutjipto, Suradjin. "Chapter 20 - Indonesian Seismic Design Code for Building Design SNI 1726-1989-F" in International Handbook of Earthquake Engineering - Code, Programs and Examples. Editor : Mario Paz, Chapman & Hall, New York, 1994. 12. UBC 1997. Uniform Building Code, International Conference of Building Officials, Whittier, CA. 8