Konferensi Nasional Teknik Sipil I (KoNTekS I) Universitas Atma Jaya Yogyakarta Yogyakarta, 11 12 Mei 2007 KINERJA SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN KHUSUS SESUAI SNI 03-2847-2002 DITINJAU DARI KETENTUAN SENGKANG MINIMUM KOLOM Pamuda Pudjisuryadi 1, Benjamin Lumantarna 2 1 Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Petra, Jl.Siwalankerto 121-131 Surabaya pamuda@ petra.ac.id 2 Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Petra, Jl.Siwalankerto 121-131 Surabaya bluman@petra.ac.id ABSTRAK Struktur yang didisain dengan baik, harus mampu menunjukkan kinerja sesuai yang kita harapkan. Untuk struktur beton bertulang tahan gempa, struktur harus menunjukkan kekakuan yang cukup untuk membatasi defleksi yang terjadi dan daktilitas yang baik untuk menjamin stabilitasnya saat gempa besar terjadi. Pada konsep disain kapasitas, kestabilan struktur pasca gempa dijamin dengan mendisain kolom lebih kuat dari balok yang merangka padanya, sehingga mekanisme kerusakan yang diharapkan adalah side sway mechanism. Pada mekanisme ini sendi plastis direncanakan hanya terjadi pada balok dan kolom dasar saja. Ketentuan sengkang minimum kolom yang diatur SNI 03-2847-2002 untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dirasakan terlalu ketat karena tidak diharapkan terjadi sendi plastis pada kolom, kecuali kolom lantai dasar. Studi ini bertujuan membandingkan kinerja struktur yang didisain dengan dua metode, pertama menggunakan SNI 03-2847-2002, dan yang kedua menggunakan standar yang sama tetapi mengabaikan ketentuan persyaratan sengkang minimum kolom. Wilayah gempa yang diambil adalah 4 dan 6 sesuai SNI 03-1729-2002, sedangkan gedung yang ditinjau adalah gedung sepuluh lantai. Analisa kinerja berupa indeks kerusakan (damage index) dilakukan dengan analisa dinamis riwayat waktu dengan gempa sintetis yang disesuaikan dengan respons spektrum gempa desain. Hasil kinerja yang diperoleh menunjukkan tidak ada perbedaan di antara kedua metode disain. Kata kunci: kinerja SRPMK, sengkang mimimun kolom 1. PENDAHULUAN Ketentuan pembebanan gempa dan perencanaan struktur beton bertulang tahan gempa di Indonesia, berturut-turut diatur dalam SNI 03-1726-2002 dan SNI 03-2847-2002. Agar sebuah disain struktur di daerah gempa menjadi ekonomis, sifat daktail yang dimiliki struktur dapat dimanfaatkan untuk menerima energi gempa pasca kondisi elastisnya. Dengan adanya daktilitas ini, respons spektrum gempa rencana elastis dapat direduksi menjadi gempa nominal dengan konsekuensi persyaratan desain yang cukup ketat. Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) adalah sistem struktur tahan gempa yang memanfaatkan daktilitas yang dimiliki ini secara penuh. 2. LANDASAN TEORI Ketentuan SRPMK pada SNI 03-2847-2002 memberikan pedoman mengenai perencanaan elemen balok maupun kolom. Dibandingan dengan ketentuan sebelumnya, beberapa persyaratan pada SNI 03-2847-2002 menjadi lebih ketat, ISBN 979.9243.80.7 349
Pamuda Pudjisuryadi, Benjamin Lumantarna khususnya persyaratan sengkang minimum pada kolom. Pada studi ini, akan ditinjau ketentuan luas minimum sengkang tertutup persegi untuk kolom (Persamaan 1). A = sh f f... (1) ' sh 0,09(. c. c / yh) dimana A sh = luas sengkang tertutup minimum (mm 2 ) s = jarak pasang sengkang (mm) h c =dimensi penampang inti kolom (mm) f c =kuat tekan beton (MPa) f yh =kuat leleh tulangan sengkang (MPa) SNI 03-2847-2002 pasal 23.4(4(4))menyebutkan bahwa syarat sengkang minimum kolom tersebut harus dipasang sepanjang lo pada setiap muka hubungan balok-kolom dan juga sepanjang lo pada kedua sisi dari setiap penampang yang berpotensi membentuk leleh lentur [1]. Kalimat ini menimbulkan keragu-raguan karena dapat ditafsirkan syarat sengkang minimum (1) berlaku untuk setiap muka hubungan balok kolom tetapi dapat juga ditafsirkan (2) hanya disyaratkan untuk penampang yang berpotensi membentuk leleh lentur. Dalam konsep disain kapasitas, kolom didisain lebih kuat dari balok sehingga sendi plastis pada ujung kolom (kecuali lantai dasar) tidak akan terjadi, sehingga bila penafsiran ke dua yang dipakai, maka syarat sengkang minimum ini hanya berlaku untuk kolom pada lantai dasar. Studi ini bertujuan meneliti kinerja struktur yang setiap muka hubungan balok-kolom didisain dengan memperhatikan syarat sengkang minimum tersebut, dibandingkan dengan kinerja struktur yang sama yang hanya memperhatikan persyaratan sengkang minimum tersebut pada kolom lantai dasar. 3. RUANG LINGKUP DAN METODOLOGI Struktur yang ditinjau adalah gedung beton bertulang 10 tingkat pada wilayah 4 dan 6 peta gempa Indonesia dengan denah struktur seperti pada Gambar 1. Struktur didisain sebagai SRPMK dengan daktilitas maksimum yang diijinkan dimana faktor reduksi gempa R, diambil sebesar 8,5 [2]. Dimensi dari struktur serta data teknis yang lain dapat dilihap pada Tabel 1. Gambar 1. Denah Struktur. 350 ISBN 979.9243.80.7
Kinerja Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus Sesuai SNI 03-2847-2002 Ditinjau dari Ketentuan Sengkang Minimum Kolom Kinerja struktur meliputi drift dan damage index, diperoleh dengan analisa dinamis riwayat waktu non-linier dengan bantuan program RUAUMOKO3D [3]. Percepatan tanah yang digunakan adalah percepatan tanah sintetis yang didapatkan dari gempa El Centro 18 Mei 1940 komponen Utara-Selatan yang dimodifikasi menggunakan program RESMAT [4] agar menghasilkan respons spektrum yang sesuai dengan SNI 03-1726-2002 dengan percepatan tanah puncak 0.2 g. Rekaman percepatan gempa asli dan gempa sintetis yang sesuai dengan SNI 03-1726-2002 pada wilayah 2 dengan tanah lunak dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3 berikut ini. Gambar 4 menunjukkan respons spektrum dari gempa asli maupun sintetis yang dibandingkan dengan respons spektrum pada wilayah 2 dengan tanah lunak. Percepatan tanah sintetis untuk wilayah 4 dan 6 dapat diperoleh dari Gambar 3 yang diskalakan secara linier sesuai perbandingan percepatan tanah puncak pada respons spektrum SNI 03-1726-2002. Tabel 1: Data Teknis Struktur DATA JENIS BANGUNAN Jumlah Lantai 10 Lt. Zona 4 10 Lt. Zona 6 Luas Bangunan 40 x 40 m 2 Tinggi Bangunan 10 tingkat, 35 m Tinggi Antar Tingkat 3.5 m Balok Induk 400x700 mm 2 400x750 mm 2 Kolom Lt.1-2 700x700 mm 2 750x750 mm 2 Tebal Pelat Lantai Mutu Beton (f c ) Tulangan Longitudinal Tulangan Transversal Lt.3-4 650x650 mm 2 700x700 mm 2 Lt.5-6 600x600 mm 2 650x650 mm 2 Lt.7-8 550x550 mm 2 600x600 mm 2 Lt.9-10 500x500 mm 2 550x550 mm 2 120 mm 30 MPa 400 MPa 240 MPa Original Ground Acceleration of El Centro 18th May 1940 (N-S) 0.40 0.30 0.20 0.10 a ( g) 0.00-0.10-0.20-0.30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 t (second) Gambar 2. Percepatan tanah gempa asli El Centro 18 Mei 1940 Komponen Utara-Selatan ISBN 979.9243.80.7 351
Pamuda Pudjisuryadi, Benjamin Lumantarna Modified Ground Acceleration of El Centro 18th May 1940 (N-S) 0.30 0.25 a (g) 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 t (second) Gambar 3. Percepatan tanah gempa modifikasi sesuai wilayah 2 tanah lunak SNI 03-1726-2002 Respons Spectrum of El Centro 18th May 1940 (N-S) 1 0.9 a (g) 0.8 0.7 0.6 Original Respons Spectrum Modified Respons Spectrum SNI-Respons Spectrum (500-years) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Tn (s) Gambar 4. Respons Spektrum Gempa Asli dan Gempa Modifikasi 4. HASIL PENELITIAN DAN DISKUSI Disain tulangan balok maupun kolom untuk struktur yang ditinjau dibedakan menjadi beberapa tipe untuk setiap lantainya, seperti yang terlihat pada Gambar 5. Kolom Pojok Kolom Tepi Balok Eksterior Tepi Balok Interior Tepi Balok Interior Kolom Tengah Balok Eksterior Gambar 5. Tipe Balok Dan Kolom. 352 ISBN 979.9243.80.7
Kinerja Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus Sesuai SNI 03-2847-2002 Ditinjau dari Ketentuan Sengkang Minimum Kolom Perbedaan hasil penulangan geser kolom untuk ke-2 metode yang ditinjau dapat dilihat pada Tabel 2. Pada makalah ini sebagai contoh hanya disajikan untuk Zona 4. Tabel 2: Hasil Penulangan Geser Kolom untuk Wilayah 4 Gempa Indonesia Lantai Kolom Pojok Kolom Tepi Kolom Tengah SNI SNI - Ash SNI SNI - Ash SNI SNI - Ash 10 4φ12-70 4φ12-70 4φ12-60 4φ12-60 4φ12-50 4φ12-50 9 4φ12-90 4φ12-70 4φ12-110 4φ12-70 4φ12-65 4φ12-65 8 4φ12-140 4φ12-70 4φ12-125 4φ12-70 4φ12-70 4φ12-70 7 4φ12-135 4φ12-70 4φ12-110 4φ12-70 4φ12-70 4φ12-70 6 4φ12-130 4φ12-70 4φ12-120 4φ12-70 4φ12-80 4φ12-70 5 4φ12-130 4φ12-70 4φ12-105 4φ12-70 4φ12-70 4φ12-70 4 4φ12-125 4φ12-70 4φ12-115 4φ12-70 4φ12-70 4φ12-70 3 4φ12-125 4φ12-70 4φ12-115 4φ12-70 4φ12-75 4φ12-70 2 4φ12-65 4φ12-65 4φ12-115 4φ12-65 4φ12-80 4φ12-65 1 4φ12-65 4φ12-65 4φ12-65 4φ12-65 4φ12-65 4φ12-65 Keterangan : SNI-Ash berarti metode disain dengan menggunakan persyaratan sengkang minimum. Hasil pengujian kinerja berupa posisi sendi plastis dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7 untuk wilayah 4 gempa Indonesia. Gambar 6. Sendi Plastis Portal Interior Wilayah 4 Gempa Indonesia Gambar 7. Sendi Plastis Portal Eksterior Wilayah 4 Gempa Indonesia ISBN 979.9243.80.7 353
Pamuda Pudjisuryadi, Benjamin Lumantarna Pada Gambar 6 dan 7, sendi plastis menunjukkan pola letak yang sama pada ke-2 metode disain. Hal penting yang perlu dicatat adalah sudah munculnya sendi plastis pada kolom. Hal yang sama terlihat juga untuk wilayah 6 gempa Indonesia (Gambar 8 dan 9). Gambar 8. Sendi Plastis Portal Interior Wilayah 6 Gempa Indonesia Gambar 9. Sendi Plastis Portal Eksterior Wilayah 6 Gempa Indonesia Bila diteliti lebih lanjut, ternyata selain posisi sendi plastis, kerusakan dari elemenelemen strukturnya (damage index) pun menunjukkan tingkat yang sama. Dalam makalah ini disajikan damage index untuk bagian dari portal eksterior struktur yang didisain pada wilayah 6 gempa Indonesia (lihat Gambar 9 dan 10). 354 ISBN 979.9243.80.7
Kinerja Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus Sesuai SNI 03-2847-2002 Ditinjau dari Ketentuan Sengkang Minimum Kolom Gambar 10. Damage Index Kolom Portal Eksterior Wilayah 6 Gempa Indonesia Damage index yang dimaksud pada Gambar 10 adalah ratio antara µ m terhadap µ u, DI=µ m /µ u, dimana µ m dan µ u berturut-turut adalah ductility demand maksimum selama analisa dinamis riwayat waktu dan ultimit ductiliy dari penampang yang tersedia. Beda kedua angka damage index ini sesungguhnya dipengaruhi dua hal, yang pertama adalah ductility demand maksimum yang terjadi, dan ultimate ductility yang tersedia. Penyelidikan lebih lanjut, menunjukkan bahwa ductility demand maksimum yang terjadi relatif sama (dapat terlihat pada damage index pada balok yang persis sama). Perbedaan damage index kolom pada Gambar 10 yang terlihat cukup besar, hanyalah dikarenakan perbedaan ultimate ductility yang tersedia akibat efek pengekangan sengkang. 5. KESIMPULAN Setelah melihat hasil penelitian pada bagian 4, maka bisa diambil kesimpulan bahwa persyaratan sengkang minimum kolom pada setiap lantai (termasuk yang tidak direncanakan untuk terjadi sendi plastis), tidak memberikan kontribusi yang signifikan pada kinerja struktur akibat beban gempa. Hal lain yang perlu mendapatkan perhatian untuk penelitian lebih lanjut adalah besar persyaratan rasio kekuatan nominal kolom terhadap kekuatan nominal balok yang merangka pada sebuah join untuk menjamin tidak terjadinya sendi plastis pada kolom (persamaan 121 pada SNI 03-2847-2002). Dalam makalah ini, persyaratan tersebut tidak terlihat menjamin pencegahan sendi plastis pada kolom (lihat Gambar 10). 6. DAFTAR PUSTAKA 1. Badan Standarisasi Nasional (2002), Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung, SNI 03-2847-2002. 2. Badan Standarisasi Nasional (2002), Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung, SNI 03-1726-2002. 3. Carr, Athol J. (2001), RUAUMOKO, Inelastic Dynamic Analysis, 3-Dimensional Version, University of Canterbury, New Zealand. ISBN 979.9243.80.7 355
Pamuda Pudjisuryadi, Benjamin Lumantarna 4. Chandra J., Budiman W.A. (2007), Kinerja Bangunan Tahan Gempa Yang Didesain Menurut SNI 03-2847-1992 dan SNI 03-2847-2002 di Wilayah 6 Peta Gempa Indonesia, Tugas Akhir, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Sipil, Universitas Kristen Petra, Surabaya. 5. Lukito, Martin Angelo (1995), Program untuk Membuat Accelegram Gempa yang Disesuaikan dengan Respons Spektrum Tertentu, Tugas Akhir, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Sipil, Universitas Kristen Petra, Surabaya. 6. Setiawan Y., Christanto Y. (2007), Kinerja Bangunan Tahan Gempa Yang Didesain Menurut SNI 03-2847-1992 dan SNI 03-2847-2002 di Wilayah 4 Peta Gempa Indonesia, Tugas Akhir, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Sipil, Universitas Kristen Petra, Surabaya. 356 ISBN 979.9243.80.7