KAJIAN KEANDALAN STRUKTUR TABUNG DALAM TABUNG TERHADAP GAYA GEMPA Oleh Mario Junitin Simorangkir NIM : 15009110 (Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil) Letak geografis Indonesia yang berada diantara 3 lempeng tektonik utama, yaitu Lempeng Eurasia, Indo-Australia, dan Pasifik, menyebabkan sebagian besar wilayah Indonesia memiliki tingkat kerawanan yang tinggi terhadap gempa. Sehingga dalam merancang bangunan tahan gempa ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, diantaranya percepatan gempa yang terjadi dimana gedung tersebut akan dibangun, pemenuhan kondisi strong column weak beam, perancangan kapasitas elemen-elemen struktural yang akan menahan gaya gempa, serta pengecekan simpangan yang terjadi pada setiap lantai atau story drift. Pada tugas akhir ini, bangunan yang dirancang merupakan struktur tabung dalam tabung enam puluh lantai dengan denah ukuran 30 m x 30 m. Prosedur perancangan bangunan terhadap gaya gempa dilakukan berdasarkan peraturan SNI 1726-2012 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. Analisis push over dan riwayat waktu akan digunakan sebagai tools dalam melakukan analisis performa struktur bangunan yang telah dirancang. Selain itu, keandalan struktur bangunan akan dapat diketahui melalui fragility curve yang didapat berdasarkan hasil evaluasi menggunakan analisis riwayat waktu. Kata kunci : tabung dalam tabung, analisis push over, analisis riwayat waktu, fragility curve, keandalan struktur. Pendahuluan Saat ini, keterbatasan lahan untuk perkantoran dan tempat tinggal telah menjadi salah satu masalah penting di wilayah DKI Jakarta. Keterbatasan ini membuat harga lahan menjadi sangat mahal dan tidak ekonomis. Untuk menjawab permasalahan ini, para rekayasawan teknik sipil mendesain bangunan tinggi sebagai salah satu jenis solusi infrastruktur yang ekonomis. Tetapi kemudian ada berbagai tantangan yang harus dihadapi, salah satunya adalah gempa. Sebagian besar wilayah di Indonesia, termasuk DKI Jakarta, memiliki tingkat kerawanan yang tinggi terhadap gempa. Hal ini dikarenakan letak geografis Indonesia berada pada pertemuan empat lempeng tektonik utama yaitu lempeng Eurasia, Indo Australia, Pasifik dan Filipina. Kondisi alam ini membuat pemenuhan kaidahkaidah perencanaan atau pelaksanaan sistem struktur tahan gempa menjadi sangat penting terutama untuk bangunan tingkat tinggi. Pemenuhan ini harus bisa dilaksanakan pada setiap struktur bangunan yang akan didirikan di wilayah Indonesia, terutama yang dibangun di wilayah dengan kerawanan gempa menengah hingga tinggi. Hal ini bertujuan agar pada saat terjadi gempa, struktur bangunan dapat bertahan dan melindungi penghuninya dari risiko bahaya gempa. Seiring berkembangnya teknologi, berkembanglah suatu sistem struktural yang tidak hanya menahan gaya gempa dengan dinding geser melainkan memanfaatkan kekakuan yang sangat
besar dari susunan konfigurasi kolom bangunan tersebut. Sistem struktur khusus dinamakan sistem tabung dalam tabung yang terdiri dari kolom perimeter dan dinding geser di tengah bangunan (core wall). Namun dalam prakteknya di dunia nyata, keandalan (reliabilitas) hasil desain struktur berdasarkan konsep ini belum tentu sesuai dengan yang direncanakan. Hal ini dikarenakan banyaknya ketidakpastian dalam perencanaan struktur tabung dalam tabung itu sendiri, antara lain ketidakpastian model error, fc, fy, dan besarnya gaya gempa yang dirancang pada saat perencanaan. Semua variabel tersebut bersifat acak, seperti gaya gempa yang didesain akan diambil berdasarkan suatu pendekatan. Mulai dari kapan gempa terjadi, di mana gempa terjadi, dan berapa besarnya gempa yang terjadi masih merupakan suatu asumsi dalam desain. Asumsi atau penyederhanaan ini tidak selalu mencerminkan kondisi aktual di lapangan yang akan menghasilkan model error atau rumusan yang merefleksikan ketidaksempurnaan, dalam hal ini adalah rumusan perhitungan desain sistem struktur tabung dalam tabung. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu perhitungan terhadap keandalan dari desain tabung dalam tabung ini. Konsep keandalan telah diterapkan dalam berbagai persoalan rekayasa dan telah diinterpretasikan dalam berbagai cara. Definisi yang paling umum menyatakan bahwa keandalan adalah probabilitas suatu sistem akan berfungsi sebagaimana mestinya pada kondisi layannya selama umur rencana sistem yang bersangkutan. Dalam hal sistem yang ditinjau berupa sistem struktural tabung dalam tabung, keandalan (reliabilitas) berarti probabilitas struktur tabung dalam tabung tidak akan runtuh akibat beban lateral yang direncanakan selama usia pakai bangunan. Untuk mendapatkan gambaran seberapa besar risiko yang akan terjadi setelah melakukan konstruksi tabung dalam tabung, maka diperlukan analisis terhadap sistem struktur tersebut serta terhadap faktor-faktor yang dapat mempengaruhi keandalan sistem tersebut. Tulisan tugas akhir ini akan membahas dan mengkaji keandalan perilaku dari model bangunan tinggi dengan desain tabung dalam tabung dengan memperhitungkan variabel acak yang terlibat. Pemodelan dan Metode Struktur studi kasus merupakan gedung perkantoran dengan importansi tinggi. Struktur gedung yang menjadi bahan analisis merupakan gedung bertingkat 60 lantai dengan sistem tabung dalam tabung yang terletak di kota Jakarta. Gedung dimodelkan menggunakan material beton bertulang. Struktur menggunakan asumsi perletakan jepit. Berikut tampak samping struktur tabung dalam tabung yang ditinjau: Gambar 1 Tampak Samping Struktur Tabung dalam Tabung
Properti untuk setiap material ditampilkan sebagai berikut: 1. Beton Bertulang untuk elemen struktur tipikal : Kuat Tekan (fc ) = 40 Mpa Modulus Elastisitas (E) = 23.500 MPa Berat jenis = 2.400 Kg/m 3 Kuat Leleh Tulangan (fy) = 400 MPa 2. Beton Bertulang untuk elemen struktur kolom dan balok dasar : Kuat Tekan (fc ) = 50 Mpa Modulus Elastisitas (E) = 23.500 MPa Berat jenis = 2.400 Kg/m 3 Kuat Leleh Tulangan (fy) = 400 MPa Untuk penulangan struktur beton bertulang, dimensi tulangan yang digunakan ditentukan dengan fitur Concrete Frame Design milik program ETABS v9.7.4. Dimensi elemen struktur yang digunakan pada pemodelan struktur ditampilkan pada tabel sebagai berikut: Tabel 1 Dimensi Elemen Struktur Lantai ke- Dimensi (mm) 41 s/d 60 (perimeter tengah) 600x600 41 s/d 60 (perimeter sudut) 650x650 21 s/d 40 (perimeter tengah) 700x700 21 s/d 40 (perimeter sudut) 750x750 2 s/d 20 (perimeter tengah) 900x900 2 s/d 20 (perimeter sudut) 950x950 1 (perimeter tengah) 1600x1600 1 (perimeter sudut) 1700x1700 balok induk 850x400 balok perimeter 900x400 balok transfer 2400x1400 Dalam tugas akhir ini, analisis yang dilakukan menggunakan metode analisis push over dan riwayat waktu. Analisis push over adalah analisis yang mengasumsikan sebuah gedung didorong oleh beban lateral secara siklik dan menerus sampai gedung tersebut mengalami kondisi kritis. Analisis ini digunakan untuk menemukan performa struktur gedung tabung dalam tabung. Berikut ini adalah beberapa parameter yang didapat yaitu displacement, base shear, dan performance point. Selanjutnya, analisis riwayat waktu dilakukan untuk mengevaluasi kinerja struktur tabung dalam tabung dalam menghadapi beban gempa. Dalam studi tugas akhir ini, analisis riwayat waktu dilakukan dengan menggunakan 7 catatan gempa dari catatan riwayat waktu kegempaan besar di dunia. Dengan menggunakan analisis riwayat waktu ini, struktur yang telah didesain akan dievaluasi ketahanannya terhadap gempa dan dicari nilai PGA yang dapat membuat struktur gagal dari beberapa catatan gempa tadi. Simpulan Berikut adalah hasil desain struktur tabung dalam tabung untuk studi tugas akhir ini. Kolom Perimeter a. Kolom Tengah (41-60): 600x600 b. Kolom Tengah (21-40): 700x700 c. Kolom Tengah ( 2-20 ): 900x900 d. Kolom Sudut (41-60): 650x650 e. Kolom Sudut (21-40): 750x750 f. Kolom Sudut ( 2-20 ): 950x950 Kolom Lantai Dasar g. Kolom Tengah : 1600x1600 h. Kolom Sudut : 1600x1600
Kolom Dinding Geser (Boundary Element) i. Kolom lt. 31-60 : 800x800 j. Kolom lt. 11-40 : 1000x1000 k. Kolom lt. 2-10 : 1400x1400 l. Kolom lantai dasar: 1500x1500 Pelat lantai beton, tebal : 150 mm Dinding Geser, tebal : 350 mm Gambar 2 Struktur Tabung dalam Tabung 3D 2. Berdasarkan grafik di bawah ini, dapat disimpulkan bahwa terjadi kenaikan distribusi gaya lateral Gempa Spektra Y didaerah kolom sudut. Hal ini mengakibatkan ukuran kolom sudut harus lebih besar dibandingkan kolom yang lain. Grafik 1 Distribusi Gaya pada Kolom Perimeter 3. Berdasarkan analisis push over didapat hasil sebagai berikut. Raktual = 4,29 Performa struktur yang dicapai adalah Immediate Occupancy (IO) Dari besar nilai Raktual yang kurang dari nilai Rrencana, dapat disimpulkan bahwa struktur tabung dalam tabung sangat kaku. Selain itu juga, tulangan minimum pada kolom, nilai story drift yang sangat kecil, dan nilai periode yang kecil juga dapat menjadi indikasi bahwa bangunan struktur tabung dalam tabung ini sangat kaku. 4. Berdasarkan hasil analisis riwayat waktu didapat hasil sebagai berikut. Parameter Arah X Arah Y µ 0.925266 0.925266 σ 0.560606 0.560606 Ω 0.605886 0.605886 β 0.559187 0.559187 λ -0.23402-0.23402 Dapat dilihat nilai β pada masing-masing arah tersebut lebih kecil dari nilai β yang digunakan dalam menyusun peraturan, yaitu β = 0,7. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa untuk sistem bangunan tabung dalam tabung yang telah dirancang dengan SNI 1726-2012 memiliki perilaku terhadap gempa yang lebih pasti dibandingkan dengan asumsi yang digunakan dalam menyusun peraturan. 5. Berdasarkan hasil analisis keandalan didapat hasil sebagai berikut. Struktur P[Collapse] Arah X 0.01329 Arah Y 0.01329 Berdasarkan hasil pada tabel di atas, probabilitas keruntuhan untuk struktur
bangunan tabung dalam tabung bernilai sedikit lebih besar dari target keandalan yang disyaratkan yaitu sebesar 1%. Hal ini berarti desain struktur tabung dalam tabung sudah optimum. Daftar Pustaka Irsyam, Masyur (2004) Catatan Kuliah Rekayasa Pondasi. Penerbit ITB, Bandung. Permadi (2003) Sistem Struktur Tube in Tube dan Penerapannya pada Bangunan Tinggi. Penerbit UMJ, Jakarta. SNI 1726-2012 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. Badan Standarisasi Nasional. Ang, A.H.S, and Tang, W.H., 2007, Probability Concepts in Engineering: Emphasis on Application in Civil & Environmental Engineering. 2 nd Edition, John Wiley & Sons. Fazlur Khan, Phd. (1974) Tubular Structure for Tall Building. Handbook of Concrete Engineering, Adited by Mark Finel. Van Nostrand Reinhold Company. Wolfgaang Schuler. (1976). High Rise Building. John Wiley and Sons ltd.