ABSTRAK STUDI ANALISIS KINERJA BANGUNAN 2 LANTAI DAN 4 LANTAI DARI KAYU GLULAM BANGKIRAI TERHADAP BEBAN SEISMIC DENGAN ANALISIS STATIC NON LINEAR (STATIC PUSHOVER ANALYSIS) DAN ANALISIS PERKUATAN KAYU GLULAM BANGKIRAI DENGAN PELAT BAJA Oleh Arif Rachman Appandi NIM :15009035 (Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil) Penggunaan material kayu sebagai bahan konstruksi bangunan di Indonesia masih jarang. Hal ini disebabkan karena adanya terbatasnya dimensi kayu dipasaran. Hambatan ini dapat diatasi dengan adanya teknologi kayu glulam. Kayu glulam dibuat dengan merekatkan 2 atau lebih lapisan kayu dalam arah sejajar serat sampai didapatkan dimensi yang diinginkan. Dalam tugas akhir ini dilakukan pendesaian Bangunan 2 lantai dan 4 lantai dari kayu glulam Bangkirai (Kelas I) yang kemudian dicoba dilakukan evaluasi kinerja Bangunan dengan analisis pushover untuk melihat kinerja bangunan Struktur kayu saat terjadi gempa. Evaluasi Kinerja Bangunan Saat Gempa ini penting untuk dilakukan mengingat Indonesia merupakan salah satu negara yang rawan gempa. Selain itu dalam tugas akhir ini juga dilakukan analisis perkuatan kayu untuk melihat seberapa besar peningkatan kapasitas penampang. Dengan meningkatnya kapasitas penampang maka beban yang dipikul bisa diperbesar atau bisa juga dimensi kayu yang digunakan diperkecil. Material yang digunakan sebagai bahan perkuatan adalah pelat baja. Peningkatan kapasitas penampang yang diberi perkuatan tersebut nantinya akan kapasitas penampang sebelum diperkuat.
Pendahuluan Kayu merupakan salah satu material konstruksi yang sudah lama dikenal, sebelum digunakan material baja dan beton. Hanya saja untuk struktur bangunan saat ini, kayu jarang digunakan karena dimensi kayu yang tersedia terbatas bila dibandingkan dengan baja dan beton. Untuk mengatasi masalah dimensi kayu yang terbatas, saat ini mulai dikembangkan suatu tekhnologi di bidang material konstruksi berupa teknologi kayu glulam. Kayu glulam adalah kayu yang terdiri dari beberapa lapisan kayu yang direkatkan dengan bantuan lem untuk mendapatkan dimensi ukuran yang lebih besar dari pada kayu yang tersedia di pasaran. Manfaat yang dihasilkan dengan adanya teknologi kayu glulam antara lain adalah dimensi kayu dapat direkayasa menjadi lebih besar, biaya yang lebih ekonomis karena dapat mengunakan beberapa mutu kayu yang berbeda, dan dapat mengatur posisi cacat kayu. Dalam proses mendesain dimensi penampang atau kapasitas penampang, terdapat beberapa perbedaan antara proses mendesain struktur kayu dan struktur beton atau struktur baja. Perbedaan tersebut antara lain adalah adanya faktor koreksi pada kayu, dan sifat kayu yang tidak homogen yang harus memperhatikan arah serat kayu. Faktor koreksi yang perlu diperhatikan antara lain adalah faktor koreksi suhu, kelembaban, ukuran, beban yang bekerja dan lain lain. Elemen kayu, seperti halnya beton, dapat diberikan perkuatan (reinforcement) berupa kayu yang lebih tinggi kekuatannya atau material lain seperti baja. Pemberian perkuatan ini dapat meningkatkan kekuatan penampang maupun kekakuan penampang. Untuk kayu kelas 1, biasanya perkuatan berupa baja. Sedangkan untuk kelas 2 atau kelas 3, perkuatan dapat berupa kayu kelas yang lebih tinggi atau baja. Tujuan - Merencanakan dimensi elemen struktur bangunan kayu untuk 2 lantai dan 4 lantai dengan menggunakan pengaku balok kayu. - Mengevaluasi kinerja bangunan terhadap beban seismik dengan analisis non-linear beban dorong statik (statik pushover analysis) - Mempelajari pengaruh perkuatan terhadap kapasitas penampang.
Ruang Lingkup Ruang lingkup pembahasan pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : - Struktur bangunan yang diamati adalah struktur gedung kantor yang terbuat dari kayu dengan bentang rafter 16 meter dan bentang balok induk sebesar 8 meter. - Kayu yang digunakan adalah kayu bangkirai. - Untuk balok induk, kolom dan rafter, digunakan tipe kayu glulam, dan untuk balok anak dan komponen atap lainnya, digunakan tipe kayu solid. - Sambungan antar elemen diasumsikan sambungan jepit. - Pengaku yang digunakan adalah balok kayu. - Material yang digunakan sebagai perkuatan kayu adalah baja BJ 37. - Software yang digunakan adalah SAP2000 versi 14.0, Mathlab R2010a, dan Microsoft Office 2010. - Metode analasis yang digunakan adalah Load Resistance Factor Design (LRFD). Peraturan yang digunakan dalam perencanaan bangunan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut : - Pembebanan gravitasi berdasarkan Pedoman Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung Tahun 1987. - Pembebanan gempa berdasarkan SNI 1726-2012 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. - Perencanaan elemen struktur kayu berdasarkan RSNI-PKKI-NI-5 Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia. Metodologi Pengerjaan tugas akhir dibagi menjadi tahap secara umum, yaitu sebagai berikut : - Preliminary design - Perencanaan elemen struktur - Perencanaan elemen struktur dengan perkuatan baja. Pemodelan Struktur Bangunan yang dirancang adalah bangunan perkantoran ( struktur bangunan kayu ) dua lantai dan empat lantai yang tahan gempa. Bangunan ini direncanakan dibangun di Kota Bandung. Denah bangunan dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 1 Denah Bangunan Gambar 2 Tampak depan bangunan 2 lantai dan 4 lantai Gambar 4 Model 3 dimensi bangunan 2 lantai dan 4 lantai Gambar 3Tampak samping bangunan 2 lantai dan 4 lantai Material yang digunakan adalah kayu glulam kelas I (Bangkirai) dengan data kuat acuan kayu glulam bangkirai untuk desain didapat dari konversi kuat acuan kayu solid ke kayu glulam berdasarkan Eurocode 5 Design of timber structure. Nilai kuat acuan hasil konversi dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Adapun hasil dari konversi tersebut adalah sebagai berikut : Tabel 1 Hasil Konversi Kayu Solid Bangkirai ke Kayu Glulam Bangkirai Kayu Bangkirai Glulam Kuat Lentur (MPa) 71,84 Kuat Tarik Sejajar Serat 50,11 (MPa) Kuat Tarik Tegak Lurus 1,05 Serat (MPa) Kuat Tekan Sejajar Serat 44,19 (MPa) Kuat Tekan Tegak Lurus 5,26 Serat (MPa) Kuat Geser (MPa) 8,06 Modulus Elastisitas Rata 24353,07 - Rata (MPa) Modulus Elastisitas 5% 19714,39 (MPa) Modulus Elastisitas 811,77 Tegak Lurus (MPa) Modulus Geser (MPa) 1507,57 Berat Jenis (kg/m3) 990,00 Untuk menentukan dimensi elemen struktur digunakan metode LRFD kayu dengan rumus umum sebagai berikut : dimana : : gaya akibat beban terfaktor : faktor waktu : faktor reduksi :kuat terkoreksi untuk komponen struktur, elemen atau sambungan : kuat acuan : faktor-faktor koreksi Berikut dimensi hasil desain dengan menggunakan metode LRFD kayu : Tabel 2 Dimensi Elemen struktur Bangunan 2 Lantai Profil Bangunan 2 lantai Lebar Tinggi Balok Induk X 200 120 Balok Induk Y 200 480 Kolom 1A 200 300 Kolom 1B 200 200 Kolom 2 200 260 Rafter 200 260 Balok Anak 120 160 Bresing 60 80 Tabel 3 Dimensi Elemen struktur Bangunan 4 Lantai Profil Bangunan 4 lantai Lebar Tinggi Balok Induk X 1 200 260 Balok Induk X 2 200 200 Balok Induk X 3 200 160 Balok Induk X 4 200 120 Balok Induk Y 200 480 Kolom 1A 200 480 Kolom 2A 200 400 Kolom 3A 200 320 Kolom 4A 200 260 Kolom 1B 200 360 Kolom 2B 200 280
Profil Bangunan 4 lantai Lebar Tinggi Kolom 3B 200 200 Rafter 200 260 Balok Anak 120 160 Bresing 60 80 ANALISIS KINERJA STRUKTUR Analisis Pushover merupakan analisis static Nonlinear dimana beban gempa ditingkatkan secara berangsur-angsur hingga tercapai satu target perpindahan lateral dari satu titik acuan atau dapat dilakukan pula menambahkan beban horizontal secara bertahap hingga struktur mengalami collapse atau keruntuhan. Dengan statik nonlinier pushover atau metode spektrum kapasitas dapat diperoleh perilaku struktur secara keseluruhan, dari elastis, leleh dan akhirnya runtuh, dengan cara menaikkan besarnya gaya geser statik secara monotonic yang mengikuti pola distribusi tinggi struktur sampai target displacement tercapai. Tingkat kerusakan bangunan dikategorikan sebagai tingkat kinerja bangunan. Setiap tingkat kinerja bangunan mengandung tingkat kinerja struktur, yang mendefinisikan kerusakan yang diijinkan untuk sistem struktur, dan tingkat kinerja non-struktural, yang mendefinisikan kerusakan yang diijinkan untuk komponen non-struktural bangunan. Macam Tingkatan kinerja struktur saat menerima beban gempa dijelaskan sebagai berikut : 1. Immediate Occupancy Level Kinerja struktur ini berarti kerusakan setelah gempa terjadi sanganlah kecil. Risiko terjadinya cidera yang mengancam keselamatan akibat dari kerusakan struktural sangat rendah dan agar bangunan dapat kembali dihuni, perbaikan struktural umumnya tidak dibutuhkan. 2. Life Safety Level Kinerja struktur ini berarti keadaan struktur mengalami kerusakan cukup berarti. Beberapa elemen struktural dan komponen mengalami rusak parah, namun hal ini belum menimbulkan reruntuhan besar jatuh, baik di dalam bangunna ataupun di luar bangunan. Cidera mungkin terjadi selama gempa bumi, namun risiko cidera yang mengancam keselamatan sebagai akibat dari kerusakan struktural adalah rendah. Perbaikan struktru mungkin dilakukan, namun karena alasan ekonomis hal ini tidak disarankan untuk dilakukan. Untuk dapat dihuni kembali, bangunan perlu diperbaiki secara struktural.
3. Collapse Prevention Level Kinerja struktur ini berarti bangunan berada pada ambang mengalami keruntuhal total atau sebagian. Kerusakan yang besar pada struktur telah terjadi, dan berpotensi mengalami penurunan yang berarti dalam hal kekakuan dan kekuatan. Risiko cidera yang mengancam keselamatan karena jatuhnya reruntuhan ada, Struktur tidak mungkin diperbaiki dan tidak aman untuk dihuni kembali. Aktivitas gempa susulan dapat menyebabkan keruntuhan. Gambar 5 Perbandingan Base shear perpindahan hasil pushover bangunan 2 lantai Gambar 6 Perbandingan Base shear perpindahan hasil pushover bangunan 4lantai PERKUATAN KAYU Dalam tugas akhir ini dilakukan perkuatan kayu glulam kelas I (Bangkirai) dengan pelat baja. Perkuatan diberikn di bagian tarik karena umumnya kayu mengalami kegagalan didaerah tarik. Dengan menambah perkuatan tersebut maka kapasitas tarik meningkat sehingga diharapkan kegagalan pindah ke daerah tekan. Perkuatan ini dilakukan untuk melihat sebesar pengaruh perkuatan dan berapa besar perkuatan agar perkuatan optimum (kapasitas penampang maksimum).
HASIL ANALISIS DAN KESIMPULAN 1. Perencanaan struktur bangunan kayu harus mempertimbangkan faktor koreksi tambahan. 2. Pada pendesain kayu glulam diperlukan konversi kuat acuan kayu solid ke kuat acuan kayu glulam. 3. Penentuan dimensi pada struktur kayu glulam 2 lantai dan 4 lantai lebih ditentukan oleh aspek kekakuan struktur daripada aspek kekuatan penampang. 4. Titik kinerja struktur bangunan kayu glulam 2 lantai dan 4 lantai cenderung berada di daerah Immediate Occupancy. 5. Daktilitas pada saat titik kinerja dari struktur bangunan kayu glulam 2 lantai dan 4 lantai bernilai 1, yang berarti struktur bangunan masih sifat elastis. 6. Perkuatan kayu dari baja pada sisi tarik kayu optimal sampai 7,29 % dari luas total penampang balok.