Perancangan Modifikasi Struktur Gedung Hotel Nawasaka Surabaya dengan Sistem Ganda Clivia Maria Federika Wulandari, Prof. Tavio, ST. MT. PhD, Prof. Dr. Ir. I Gusti Putu Raka, DEA Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: tavio_w@yahoo.com Abstrak Wilayah Indonesia terletak di daerah yang memiliki potensi rawan gempa, maka pembangunan gedung di Indonesia harus memperhatikan syarat-syarat bangunan tahan gempa dan tentu saja pembangunan tersebut harus memnuhi syarat yang ada karena hal itu berkaitan dengan aspek keamanan dan jaminan investasi. Gedung Hotel Nawasaka Surabaya ini pada perhitungan strukturnya akan dimodifikasi dan dirancang kembali untuk diaplikasikan di daerah yang memiliki resiko gempa tinggi dengan menggunakan sistem ganda (Dual System). Dual System adalah salah satu sistem struktur yang beban gravitasinya dipikul sepenuhnya oleh space frame, sedangkan beban lateralnya dipikul bersama oleh space frame dan shearwall. Space frame sekurang-kurangnya memikul 25% dari beban lateral dan sisanya dipikul oleh shearwall. Karena shearwall dan space frame dalam Dual System merupakan merupakan satu kesatuan struktur maka diharapkan keduanya dapat mengalami defleksi lateral yang sama atau setidaknya space frame mampu mengikuti defleksi lateral yang terjadi. Shearwall sendiri artinya adalah dinding geser yang terbuat dari beton bertulang dimana tulangan-tulangan tersebut yang akan menerima gaya lateral akibat beban gempa sebesar beban yang telah direncanakan. Untuk perhitungan tulangan akan menggunakan baja mutu tinggi dengan konsep HSLA (High Strength Low Allow). Perancangan gedung ini berdasarkan Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung (SNI 2847:2013) dan Tata Cara Perancangan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Hasil perancangan struktur gedung ini yaitu balok dan kolom dengan diameter tulangan 25 mm, tulangan geser balok 13 mm, tulangan geser kolom 16 mm. Dinding geser struktural utama diameter 19 mm. Pondasi menggunakan tiang pancang beton pracetak dengan diameter 50 cm. Kata kunci : Bangunan Tahan Gempa, Modifikasi, Sistem Ganda, HSLA P I. PENDAHULUAN embangunan gedung bertingkat saat ini bukanlah sesuatu yang baru. Saat ini sudah banyak bangunan megastruktur yang memiliki bentuk dengan perhitungan struktur yang sangat fantastis, yang dimaksud bangunan megastruktur adalah bangunan yang besar dan juga tinggi. Struktur dari gedung tersebut harus direncanakan dengan memenuhi berbagai persyaratan. Untuk membangun gedung megastruktur tersebut membutuhkan tulangan yang sangat besar dan pastinya juga membutuhkan biaya yang sangat besar pula karena tulangan yang ada di pasaran saat ini masih tinggi harganya. Penggunaan tulangan dapat diminimalisir dengan menggunakan tulangan mutu tinggi. Dengan menngunakan baja mutu tinggi tersebut, maka mutu baja menjadi lebih besar, sehingga jumlah kebutuhan tulangan dapat dikurangi. Dari penggunaan tulangan yang lebih sedikit ini maka dimensi dari komponen bangunan pun bisa dibuat lebih kecil lagi dan dapat membuat keindahan arsitektur karena dapat meminimalisir adanya tonjolan berupa balok ataupun kolom akibat dari dimensi yang sangat besar tersebut. Selain syarat terhadap komponen bangunan, syarat kekuatan terhadap gempa juga sangat diperlukan karena Indonesia memiliki potensi yang sangat besar akan terjadinya gempa. Seluruh wilayah Indonesia memiliki potensi gempa. Hal itu dapat dilihat pada peta zona gempa, berupa sebaran potensi gempa yang terjadi di wilayah Indonesia. Maka dari itu, sudah seharusnya gedung-gedung yang ada direncanakan dengan sangat baik agar bisa menahan terjadinya beban gempa yang terjadi, sehingga bangunan tersebut tidak roboh (collapse) sebelum gempa benar-benar berhenti. Karena akan sangat berbahaya apabila hal itu terjadi, dapat dibayangkan berpa banyak korban jiwa dan juga kerugian yang ditimbulkan akibat gempa tersbut. Salah satu sistem perhitungan struktur tahan gempa untuk daerah resiko gempa kuat adalah menggunakan Sistem Ganda (Dual System). Sistem Ganda (Dual System) adalah perhitungan yang menggunakan 3 ciri dasar. Pertama, rangka ruang lengkap berupa SRPM yang penting berfungsi memikul beban gravitasi. Kedua, pemikul beban lateral dilakukan oleh dinding struktural dan SRPM. Ketiga, dinding struktural dan SRPM direncanakan untuk menahan V (beban dasar geser nominal) secara proporsional berdasarkan kekakuan relatif (R. Purwono, 2006) Penggunaan shearwall bermanfaat untuk menahan beban gempa. Dengan adanya shearwall, mekanisme sendi plastis yang biasanya terjadi ketika struktur mengalami beban gempa akan dialirkan menuju kaki shearwall sehingga perancangan struktur bangunan menggunakan prinsip strong coloumn weak beam dapat direncanakan dengan tepat. Gedung Hotel Nawasaka Surabaya merupakan salah satu gedung di Surabaya yang terdiri dari 15 lantai dengan ketinggian ± 57.90 meter. Dalam perhitungannya akan dimodifikasi berada di zone gempa tinggi yaitu di kota Yogyakarta.
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Umum Tinjauan pustaka ini akan menjelaskan beberapa referensi pustaka yang berhubungan dengan tugas akhir ini. Referensi pustaka tersebut terdiri dari pengertian baja mutu tinggi dan sistem ganda. B. Baja Mutu Tinggi Tersedianya perangkat lunak seperti ETABS telah memepermudah pekerjaan para ahli struktur untuk melakukan rekayasa bangunan dengan cepat dan efisien. Hubungan antara grafik tegangan dan regangan pada penggunaan elemen baja. Nilai tegangan semakin besar maka kemungkinan nilai regangan akan semakin kecil, hal itu dihindari agar pada saat terjadi gempa agar tulangan tidak runtuh sebelum waktunya. Tulangan dengan konsep High Strength High Carbon (HSHC) akan cepat putus karena banyak campuran karbon dalam pembuatannya. Tulangan menjadi retak dan putus akibat tidak kuat menerima beban gempa. Nilai regangan harus diperbesar agar tulangan dapat bersifat ductile sesuai pada saat terjadi gempa. Beban gempa tidak dapat diperkirakan terjadi kapan dan berapa lama. Untuk mengantisipasi hal tersebut, tulangan harus dibuat kuat dan elastis agar siap menerima beban gempa yang terjadi. Maka penggunaan tulangan menggunakan konsep High Strength Low Alloy (HSLA) sangat dibutuhkan karena bersifat getas dan juga penggunaan karbon sedikit pada tulangan ini. C. Sistem Ganda Salah satu jenis struktur gedung yang baik dalam mengatasi beban gempa adalah struktur dengan Sistem Ganda (dual system structure). Sistem Ganda digunakan untuk perancangan gedung bertingkat tinggi di daerah atau zone gempa menengah hingga kuat, sehingga dengan sistem ini dimensi rangka utama dapat diperkecil. Pada Sistem Ganda, beban lateral gempa bumi (V) dipikul bersama oleh dinding struktur dan Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) secara proporsional berdasarkan kekakuan relatif masing-masing tetapi juga memperhitungkan interaksi kedua sistem di semua tingkat. Kecuali itu, untuk pengamanan terhadap keruntuhan, kerangka penahan momen harus didesain secara tersendiri mampu menahan sedikitnya 25% dari V. (Rachmat Purwono, 2005). Pada sistem ganda, sistem rangka akan menerima sedikitnya 25% dari gaya lateral yang bekerja dan shearwall akan menerima paling banyak 75% dari gaya lateral yang bekerja, untuk dapat membuhi syarat tersebut maka kita harus mendesain agar perilaku struktur dapat sesuai dengan syarat yang ditentukan. Gaya akan terbagi sesuai dengan kekakuan masing-masing elemen, setelah itu kita dapat mendesain perilaku dari struktur dengan mendesain kekakuannya agar dapat menerima gaya yang diharapkan. Perbandingan kekakuan antara sistem rangka dan shearwall tidak boleh lebih kecil dari 1:3. Adapun cara mengontrol struktur untuk membuktikan bahwa struktur tersebut termasuk dual system adalah dengan membandingkan prosentase base share yang dihasilkan oleh SRPM dan shearwall dari masing-masing kombinasi pembebanan. Jika perbandingan SRPM : Shearwall = 20% : 80% Maka: Kekakuan shearwall dikurangi, mengurangi inersia atau menambah kekakuan frame. Jika perbandingan SRPM : Shearwall = 30% : 70% Maka : Perbandingan kekakuan frame dan shearwall sudah memenuhi persyaratan sistem ganda A III. METODOLOGI Mulai Pengumpulan data dan studi literatur Modifikasi dan penentuan kriteria design Preliminary design Perhitungan struktur sekunder Penentuan pemodelan struktur Analisa struktur dengan ETABS Output Gaya Dalam akibat Gravitasi dan Gempa Perhitungan penulangan struktur utama dan struktur bawah meliputi : 1. Balok 2. Kolom 3. Dinding Geser 4. Pondasi B
A B 5.2 Perancangan Balok Anak Dimensi : 40/50 cm Tebal decking : 40 cm Diameter tul. : 19 mm Diameter sengkang : 10 mm Detail Penulangan Balok Anak Tidak Cek Syarat terpenuhi Ya Gambar detail penulangan struktur untuk balok, kolom dan hubungan balok kolom sesuai dengan kaidah menggambar teknik Selesai Data-data umum mengenai gedung: Nama Proyek : Hotel Nawasaka Surabaya Lokasi Proyek : Jl. Raya Jemursari 110,112 Jl. Raya Kedungsari 69,70 Surabaya Fungsi Bangunan : Hotel Jumlah Lantai : 15 lantai Tinggi Bangunan : +57.90 m Lokasi : Jauh dari pantai Struktur Pondasi : Pondasi Tiang Pancang Mutu Beton (f c) : 30 MPa Mutu Baja (fy) : 420 MPa 700 MPa IV. PRELIMINARY DESIGN Perhitungan Preliminary Design terdiri dari perhitungan Balok Induk, Balok Anak, Sloof, Kolom dan Shearwall. Untuk Shearwall didapatkan tebal sebesar 30 cm 5.3 Perancangan Balok Lift Type Lift : Machine Room Less Elevators Merk : Hyundai Kapasitas : 11 orang Kecepatan : 1,5m/sec Lebar pintu : 800 mm Dimensi : 30/40 Detail Penulangan Balok Lift 5.4 Perancangan Tangga - Tangga menggunakan tulangan D19-200 - Bordes menggunakan tulangan D19-200 V. PERHITUNGAN STRUKTUR SEKUNDER 5.1 Penulangan Struktur Pelat Peraturan yang digunakan sebagai acuan dalam menentukan besar beban yang bekerja pada struktur pelat adalah Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung 1983 (PPIUG 1983). Perletakan pada pelat diasumsikan sebagai perletakan jepit penuh. Pelat lantai : - Tebal Pelat : 150 mm - Tulangan arah x : 13-200 - Tulangan arah y : 13-200 - Tul. Susut dan suhu : 8-150
VI. ANALISA PEMBEBANAN Pemodelan Struktur Gedung VII. PERHITUNGAN STRUKTUR PRIMER 7.1 Perancangan Balok Induk - f c : 30 MPa - fy : 420 MPa (tul. utama) : 430 MPa (tul. sengkang) - Dia. Tul. utama : D 25 mm - Dia Tul. sengkang : 13 mm - Decking : 40 mm - d = h decking - sengkang ½ D lentur = 600 40 13 (0,5. 25) = 534,5 mm - d = decking + sengkang + ½ D lentur = 40 + 13 + (0,5. 25) = 65,5 mm Detail Penulangan Balok Induk Tumpuan Lapangan Kontrol Hasil Analisa Struktur - Kontrol Frame Building System Tabel Cek Prosentase Base Shear SRPMM dan Dinding Geser Prosentase RSPX (Arah X) RSPY (Arah Y) Penahan Dinding Dinding Frame Frame Gempa Geser Geser % 26 74 28 72 - Kontrol Partisipasi Massa Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY 1 1,495953 64,0252 0,1099 0 64,0252 0,1099 2 1,414713 0,1073 60,1354 0 64,1325 60,2452 3 1,178732 1,0062 0,0001 0 65,1387 60,2453 4 0,471224 14,0639 0,0082 0 79,2026 60,2535 5 0,371899 0,0225 18,1398 0 79,2251 78,3933 6 0,323943 0,0282 0,5712 0 79,2533 78,9645 7 0,252978 5,745 0,0031 0 84,9984 78,9676 8 0,183084 0,0244 5,7631 0 85,0227 84,7307 9 0,167492 3,069 0,1259 0 88,0917 84,8567 10 0,156882 0,0775 1,3975 0 88,1692 86,2542 11 0,124811 1,8677 0,0039 0 90,0369 86,2581 12 0,118334 0,0119 1,9304 0 90,0488 88,1885 13 0,1062 0,0678 0,9749 0 90,1166 89,1634 14 0,102392 1,0824 0,3057 0 91,199 89,4691 15 0,097713 0,093 0,8589 0 91,292 90,328 7.2 Perancangan Kolom dan Hubungan Balok Kolom Kolom - Tinggi kolom yang ditinjau : 3,8 m - Dimensi Kolom : 1000 x 1000 mm - Mutu beton fc : 30 Mpa - Mutu baja fy : 420 Mpa - Ø tul memanjang : D 25 mm (ulir) - Ø tul sengkang : D 16 mm (ulir) Balok - Dia. Tul. utama : D 25 mm - Dia Tul. sengkang : 13 mm - Decking : 40 mm - As atas (7D25) : 3436,12 mm 2 - As bawah (4D25) : 1963,5 mm 2 - Tebal pelat lantai : 150 mm - Tul. pelat lantai : 13-200 Detail Penulangan Kolom
7.2 Perancangan Shearwall Pada perhitungan shearwall akan ditinjau pada shearwall SW3. Dimensi : 450x260 cm Tebal shearwall : 30 cm Tinggi : 500 cm Tebal decking (d ) : 40 cm Diameter tulangan (D) : 25 mm Diameter sengkang ( ) : 10 mm Mutu tulangan (fy) : 420 MPa Mutu sengkang (fy) : 400 MPa Mutu beton (fc ) : 30 MPa Panel shearwall SW3 8.2 Perancangan Pondasi Shearwall - Dimensi poer : 6 m x 7,5 m - Jumlah tiang pancang : 20 buah - Diameter tulangan utama : 25 mm - Selimut beton (p) : 75 mm - Tebal poer : 1200 mm Gambar Penulangan Pondasi Shearwall Detail Penulangan Shearwall SW3 VIII. STRUKTUR BANGUNAN BAWAH 8.1 Perancangan Pondasi Kolom - Dimensi poer : 3 m x 1,5 m - Jumlah tiang pancang : 2 buah - Diameter tulangan utama : 25 mm - Selimut beton (p) : 75 mm - Tebal poer : 900 mm - dx = 900 75 (1/2 x 25) : 812,5 mm - dy = 900 75 25 - (1/2 x 25) = 787,5 mm 8.3 Perancangan Sloof Pada perhitungan sloof ini, diambil contoh perhitungan pada sloof 40/60. - Dimensi sloof = 60/40 - Bentang sloof = 6,5 m - Mutu beton (fc )= 30 MPa - Tulangan lentur (fy) = 420 MPa - Tulangan geser (fy) = 420 MPa - Diameter tul. utama = D 25 - Diameter tul. geser = Ø 13 - Selimut beton = 50 mm - Tinggi efektif balok: d = h decking Ø sengkang ½ Ø tul. lentur = 600 50 13 25/2 = 524,5 mm d = decking + Ø sengkang + ½ Ø tul. lentur = 50 + 13 + 25/2 = 75,5 mm
Gambar Penulangan Sloof [5] Nawy, E.G, Tavio ; dan Kusuma, B., 2010. Beton Bertulang Sebuah Pendekatan Mendasar. Edisi kelima, Jilid 1. [6] Nawy, E.G, Tavio ; dan Kusuma, B., 2010. Beton Bertulang Sebuah Pendekatan Mendasar. Edisi kelima, Jilid 2. [7] Purwono, R. 2005. Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa. ITS Press, Surabaya. [8] Tavio; Kusuma, B. 2009. Desain Sistem rangka Pemikul Momen dan Dinding Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa. Edisi Pertama. IX. KESIMPULAN/RINGKASAN Dari hasil perencanaan dan analisa pada bab-bab sebelumnya, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Perancangan preliminary design dinding geser untuk masing-masing tipe adalah 30 cm. 2. Dari hasil perancangan struktur gedung Hotel Nawasaka Surabaya dengan menggunakan Sistem Ganda didapatkan data-data sebagai berikut : - Mutu beton : 30 MPa - Mutu baja : 420 MPa - Tebal pelat atap : 10 cm - Tebal pelat lantai : 15 cm - Tinggi total gedung : 57.90 m - Dimensi Balok Induk : 40 x 60 cm (tul. Utama D25mm dan sengkang 13mm) - Dimensi Balok Anak : 40 x 50 cm (tul.utama D19mm dan sengkang 10 mm) - Dimensi Balok penggantung lift : 30 x 40 cm (tul. Utama D19mm dan sengkang 10 mm) - Dimensi kolom : 100x100 cm (Tul. Utama D25mm dan sengkang 16 mm) - Dimensi shearwall 450x250 (tul. Utama D16mm) 3. Struktur bangunan terdiri dari 2 jenis poer yaitu poer pondasi kolom dan poer pondasi shearwall. Keduanya menggunakan tiang pancang pracetak dengan diameter 50 cm. DAFTAR PUSTAKA [1] Badan Standarisasi Nasional,. 1983. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung, Bandung. [2] Badan Standarisasi Nasional. SNI 2847:2013. Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung. Bandung. [3] Badan Standarisasi Nasional. SNI 03-1726-2012. Tata Cara Perancangan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung.Bandung. [4] Brockenbrough, Roger L. Properties Of Structural Steels And Effects Of Steelmaking And Fabrication. Chapter 1. Pittsburgh, Pennsylvania.