ANALISA STRUKTUR BANGUNAN TINGKAT TINGGI BINUS SQUARE DENGAN METODE PEMBEBANAN LANGSUNG DAN PEMBEBANAN BERTAHAP DENGAN MEMPERHITUNGKAN PENAMPANG RETAK BETON DAN PENGARUH RANGKAK Ivan Julianto Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia, vanjh88@yahoo.com Agustinus Agus Setiawan Binus University, Jakarta, DKI Jakarta, Indonesia ABSTRAK Pada bangunan tingkat rendah, analisa struktur umumnya dilakukan berdasarkan model struktur yang telah selesai dan pembebanan diberikan seakan-akan berat bangunan sendiri dan beban-beban lainnya tidak bekerja pada saat pembangunan. Padahal dalam kenyataannya beban gravitasi akibat berat struktur bangunan sendiri mulai bekerja pada saat perancah dilepas. Penelitian ini membandingkan metode pembebanan langsung dengan metode sequential loading dengan memasukkan pengaruh rangkak dan retak beton. Metode creep and crack sequential loading dilakukan dengan memasukkan pengaruh rangkak dan retak beton dalam setiap tahap sequential dengan cara mengganti modulus elastisitas kolom dengan modulus elastisitas rangkak serta mengubah koefisien kekakuan elemen struktur dinding. Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode pembebanan langsung menghasilkan gaya-gaya dalam yang lebih besar dari metode sequential loading. Metode sequential loading menghasilkan gaya-gaya dalam yang lebih kecil dari metode creep and crack sequential loading. Rangkak dan retak beton memberikan tambahan gaya dalam pada struktur bangunan. Kata kunci: pembebanan, langsung, sequential, creep and crack, gaya dalam ABSTRACT Structural analysis of low level buildings is generally designed by the structure model that has been completed and the assumption is the loading is not worked when the construction time. In reality, the structure load due to gravity force is began working when scaffolding is removed. This study compared the direct loading method with sequential loading method by incorporating the influence of creep concrete and concrete cracking. Creep and crack sequential loading method is done by inserting influences creep and cracking of concrete in each sequential stage by replacing the column modulus of elasticity with modulus of elasticity of creep, and change wall structure element stiffness coefficient. The results showed that the direct loading method s internal force is larger than sequential loading method s internal force. Sequential loading method produces internal forces is smaller than the creep and crack sequential loading method. Cracked and creep in concrete provide additional internal force in the building structure. Keywords: loading, direct, sequential, creep and crack, internal force
PENDAHULUAN Secara umum pada bangunan-bangunan tingkat rendah, analisa struktur dilakukan berdasarkan permodelan struktur yang telah selesai. Pembebanan diberikan seolah-olah berat sendiri dan berat beban lainnya mulai bekerja saat bangunan tersebut sudah selesai dibangun. Metode pembebanan ini dikenal dengan pembebanan langsung. Metode pembebanan langsung dapat digunakan hanya untuk menganalisa pembebanan akibat angin dan pembebanan akibat gempa, karena kemungkinan terjadinya penambahan beban gempa maupun angin yang diperhitungkan pada saat pembangunan kecil sekali. Selain itu untuk perhitungan akibat beban hidup, beban angin maupun beban gempa memang terjadi pada saat bangunan telah selesai, sehingga harus ditinjau pembebanan struktur secara keseluruhan. Berbeda halnya dengan beban mati akibat gaya gravitasi yang terjadi mulai pada saat bangunan belum seluruhnya selesai yakni pada saat perancah mulai dilepas dari struktur bangunan. Oleh karena itu, metode pembebanan langsung tidak cocok digunakan untuk analisa struktur beton bangunan tingkat tinggi. Faktor yang mempengaruhi besarnya gaya dalam pada suatu lantai adalah beban berat sendiri, rangkak pada beton dan penampang retak beton. Rangkak dan retak menyebabkan terjadinya perubahan bentuk pada beton sehingga menimbulkan terjadinya pertambahan perpendekan kolom yang lebih besar. Jadi, secara keseluruhan perpendekan kolom disebabkan oleh pembebanan, pengaruh rangkak dan penampang retak beton. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan hasil analisa struktur bangunan tingkat tinggi akibat pembebanan langsung dengan sequential loading dan mengetahui pengaruh rangkak dan retak beton pada gaya dalam dan displacement pada struktur beton. STUDI LAPANGAN Dalam penelitian ini, bangunan yang akan ditinjau ialah bangunan tingkat tinggi Binus Square. Bangunan Binus Square diambil sebagai bahan tinjauan karena bangunan ini menggunakan sistem beton bertulang dengan dinding geser. Jumlah lantai Binus Square sebanyak 18 lantai. Jumlah shear wall yang dipakai pada struktur gedung Binus Square sebanyak lima shear wall utama dan beberapa shear wall kecil dengan tebal 25 cm. Mutu beton yang digunakan dari lantai 1 sampai lantai 6 sebesar f c 35 MPa. Untuk lantai 7 sampai lantai 14 menggunakan mutu beton sebesar f c 30 MPa dan lantai 15 sampai lantai teratas menggunakan mutu beton sebesar f c 25 MPa dikarenakan beban bangunan di lantai-lantai atas mulai berkurang. Gambar 1 Denah Bangunan Binus Square
TEORI RANGKAK American Concrete Institute (ACI) 209 memberikan suatu rumusan untuk menghitung besarnya modulus elastisitas rangkak yang terjadi pada beton: E cr = E i / [{( / (10 + )C cu K ch K ca K cs }+1]......pers.(1) di mana: E i = Modulus elastisitas awal beton (MPa) Modulus elastisitas beton menurut SNI 03-2847-2002 untuk beton normal Ec dapat diambil sebesar : E c = (4700)... pers.(2) t = Waktu sejak pembebanan diberikan (hari) C cu = Ultimate creep coefficient yang nilainya antara 1.30 sampai 4.15 Untuk keadaaan dimana tidak diperoleh data creep yang spesifik, nilai C cu diambil sebesar 2.35. K ch = Relative humidity correction factor for creep K ca = Age at loading correction factor = Shape and size correction factor for creep K cs TEORI RETAK BETON Retak pada beton biasanya terjadi karena desain dan praktek konstruksi yang tidak benar seperti: Persiapan tanah dasar yang kurang tepat. Penggunaan beton dengan nilai slump yang tinggi atau penambahan air yang berlebihan pada pekerjaan pengadukan campuran beton. Pekerjaan finishing beton cor yang kurang teliti. Pekerjaan perawatan beton cor kurang memadai. Kekakuan elemen struktur berdasarkan SNI 03-2847-2002 adalah : Balok : 0.35 I g Kolom : 0.70 I g Dinding : - Tidak retak : 0.70 I g - Retak : 0.35 I g Pelat datar dan lantai datar : 0.25 I g Luas : 1.00 A g METODE PENELITIAN Metode penelitian yang dilakukan dengan menggunakan program ETABS (Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems) Nonlinear versi 9.5.0. ETABS merupakan sebuah program dalam bidang struktur. ETABS menyediakan semua pilihan bantuan yang diperlukan untuk membuat, mengubah, menganalisis, mengdesain, dan mengoptimalkan model bangunan. Untuk bahan input dalam program ETABS seperti modulus elastisitas rangkak kolom harus dihitung secara manual terlebig dahulu. Diberikan suatu contoh perhitungan modulus elastisitas rangkak untuk kolom 68A(600 mm x 800 mm) pada hari pembebanan 7 hari: Diketahui: b = 0.6 m h = 0.8 m t = 7 hari H = 75% E i = 2780557498 kg/m 2 C cu = 2.35 V = b h = 0.6 m 0.8 m = 0.48 m² S = 2b + 2h = (2 0.6) + (2 0.8) = 2.8 m V/S = 0.48 m² / 2.8 m = 0.1714 m
Untuk nilai koefisien rangkak adalah sebagai berikut: K ca = 1.25 = 1.25 = 0.993547064 K ch = 1.27-0.0067H = 1.27-0.0067(0.75) = 1.264975 K cs = 1.14-0.0035(V/S) = 1.14-0.0035(0.1714) = 1.1394 Sehingga besarnya modulus elastisitas rangkak pada kolom 68A pada hari pembebanan 7 hari adalah: E cr = E i / [{( / (10 + )C cu K ch K ca K cs }+1] 2780557498 [ 1] E cr = 0.6 {( 7) 0.6 /( 10+ ( 7) ) 2.35 1.264975 0.993547064 1.1394} + E cr = 1529011862 kg/m 2 Tabel 1 Modulus Elastisitas Rangkak Kolom 68A (0.6 m 0.8 m) t C cu K ch K ca K cs E i (kg/m²) E cr (kg/m²) 0 2.35 1.264975 0 1.1394 2780557498 2780557498 7 2.35 1.264975 0.99354706 1.1394 2780557498 1529011862 14 2.35 1.264975 0.91551804 1.1394 2780557498 1379378211 21 2.35 1.264975 0.87274654 1.1394 2780557498 1303684309 28 2.35 1.264975 0.84361708 1.1394 2780557498 1256061855 35 2.35 1.264975 0.82169375 1.1394 2780557498 1222758259 42 2.35 1.264975 0.80420468 1.1394 2780557498 1197938089 49 2.35 1.264975 0.78970861 1.1394 2780557498 1178631570 56 2.35 1.264975 0.77736293 1.1394 2780557498 1163143319 63 2.35 1.264975 0.76663356 1.1394 2780557498 1150424878 70 2.35 1.264975 0.75716136 1.1394 2780557498 1139788318 77 2.35 1.264975 0.74869358 1.1394 2780557498 1130761146 84 2.35 1.264975 0.74104581 1.1394 2780557498 1123006799 91 2.35 1.264975 0.73407956 1.1394 2780557498 1116278294 98 2.35 1.264975 0.72768821 1.1394 2780557498 1110389835 105 2.35 1.264975 0.72178803 1.1394 2780557498 1105198697 112 2.35 1.264975 0.7163121 1.1394 2780557498 1100593246 119 2.35 1.264975 0.7112061 1.1394 2780557498 1096484794 126 2.35 1.264975 0.70642537 1.1394 2780557498 1092801914 Sedangkan untuk bagian pengaruh retak pada beton dilakukan dengan mengubah koefisien kekakuan dinding pada program ETABS. Angka kekakuan diubah menjadi 0.35 pada bagian analysis stiffness modification factors option.
Gambar 2 Nilai Kekakuan Lentur Elemen Struktur Dinding HASIL DAN BAHASAN Berdasarkan hasil perhitungan berupa grafik gaya aksial, gaya geser dan momen dapat dilihat bahwa untuk bangunan bertingkat tinggi Binus Square terdapat perbedaan antara metode pembebanan langsung, metode pembebanan bertahap (sequential loading), dan metode pembebanan rangkak disertai retak beton (creep and crack sequential loading). Gambar 3 Perbandingan Momen Pada Kolom Antara Ketiga Metode Pembebanan Gambar 4 Perbandingan Gaya Geser Pada Kolom Antara Ketiga Metode Pembebanan
Secara garis besar, momen yang dihasilkan oleh metode pembebanan langsung cenderung lebih besar dari momen yang dihasilkan oleh metode sequential loading dan metode creep and crack sequential loading. Momen yang dihasilkan oleh metode sequential loading cenderung lebih kecil dari momen yang dihasilkan oleh metode creep and crack sequential loading. Hal ini dikarenakan oleh pengaruh rangkak dan retak beton yang terjadi pada pembebanan bertahap. Sama halnya dengan momen, gaya geser yang dihasilkan oleh metode pembebanan langsung juga cenderung lebih besar dari gaya geser yang dihasilkan oleh metode sequential loading dan metode creep and crack sequential loading. Sehingga dapat dirumuskan bahwa metode pembebanan langsung menghasilkan gaya dalam paling besar diantara kedua metode lainnya. Gambar 5 Perbandingan Gaya Aksial Pada Kolom Antara Ketiga Metode Pembebanan Gaya aksial yang dihasilkan oleh metode sequential loading lebih besar dari metode pembebanan langsung karena pada metode sequential loading terjadi akumulasi gaya aksial dari lantai atas untuk lantai dibawahnya. Lantai bawah menerima tambahan gaya aksial yang diterima oleh lantai atasnya. Sedangkan pada pembebanan langsung, setiap lantai hanya menerima gaya aksial yang diterima dari lantai itu sendiri dan tidak mengakumulasi gaya aksial lantai diatasnya. Untuk perbandingan displacement pada ketiga metode pembebanan yaitu metode pembebanan langsung, metode sequential loading dan metode creep and crack sequential loading ditinjau dari point displacement Z karena beban mati akibat gaya gravitasi yang bekerja pada struktur bangunan terjadi pada arah Z yaitu arah vertikal. Displacement adalah besarnya simpangan suatu lantai diukur dari dasar lantai terbawah. Simpangan itu sendiri dipengaruhi oleh modulus elastisitas bahan dan ukuran elemen tersebut (Smith dan Coull, 1991). Menurut SNI 1726 pasal 8.1.2 mensyaratkan simpangan antar tingkat yang terjadi tidak boleh melampaui 0.03/R kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm, bergantung mana yang lebih kecil, untuk memenuhi kinerja batas layan struktur gedung. Dari hasil yang ditampilkan pada tabel 2, nilai simpangan antar tingkat semua metode pembebanan kurang dari 30 mm sehingga aman. Gambar 6 Perbandingan Displacement Pada Kolom
Tabel 2 Perbedaan Displacement Pada Kolom Lantai Langsung (m) Sequential (m) Creep ad Crack (m) ATAP -0.02-0.0021-0.0352 Lt 18-0.0199-0.004-0.0351 Lt 17-0.0197-0.0058-0.0349 Lt 16-0.0194-0.0073-0.0344 Lt 15-0.019-0.0085-0.0337 Lt 14-0.0185-0.0096-0.0329 Lt 12-0.0179-0.0104-0.0319 Lt 11-0.0172-0.0111-0.0308 Lt 10-0.0164-0.0115-0.0295 Lt 9-0.0155-0.0117-0.028 Lt 8-0.0145-0.0117-0.0264 Lt 7-0.0134-0.0115-0.0245 Lt 6-0.0122-0.011-0.0224 Lt 5-0.0109-0.0104-0.0201 Lt 4-0.0091-0.0091-0.0169 Lt 3-0.0072-0.0074-0.0135 Lt 2-0.0046-0.005-0.0087 Lt 1-0.0018-0.002-0.0035 BASE 0 0 0 SIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan perbandingan hasil perhitungan dan analisa untuk metode pembebanan langsung, metode sequential loading, dan metode creep and crack sequential loading pada model struktur bangunan Binus Square, dapat disimpulkan: 1. Untuk perbandingan gaya geser dan momen, metode pembebanan langsung menghasilkan gaya geser dan momen yang lebih besar dari metode sequential loading dan metode creep and crack sequential loading. Sequential Loading < Creep and Crack Sequential Loading < Pembebanan Langsung 2. Untuk perbandingan gaya aksial, gaya aksial yang dihasilkan oleh metode sequential loading lebih besar dari metode pembebanan langsung karena pada metode sequential loading terjadi akumulasi gaya aksial dari lantai atas untuk lantai dibawahnya. Lantai bawah menerima tambahan gaya aksial yang diterima oleh lantai atasnya. Sedangkan pada pembebanan langsung, setiap lantai hanya menerima gaya aksial dari beban yang bekerja pada lantai itu sendiri dan tidak mengakumulasi gaya aksial dari beban pada lantai diatasnya. 3. Dengan memasukkan pengaruh rangkak dan retak beton pada perhitungan analisa struktur bangunan tingkat tinggi akan membuat hasil perhitungan dan analisa menjadi lebih teliti. Hal ini dapat dilihat pada perbandingan antara ketiga metode pembebanan, dimana rangkak dan retak beton mempengaruhi besarnya momen dan gaya geser pada struktur bangunan. Momen dan gaya geser pada metode creep and crack sequential loading lebih besar dari momen dan gaya geser yang dihasilkan oleh metode sequential loading. 4. Metode pembebanan langsung kurang cocok digunakan pada analisa struktur bangunan tingkat tinggi karena menghasilkan gaya geser dan momen yang lebih besar dari metode sequential loading dan metode creep and crack sequential loading. Gaya geser dan momen yang besar ini mungkin akan berakibat pada masalah overdesign sehingga akan membuat perhitungan dan analisa struktur bangunan
tingkat tinggi tidak sesuai dengan perencanaan. Masalah overdesign akan berakibat pada naiknya biaya konstruksi. 5. Metode creep and crack sequential loading lebih tepat digunakan dalam analisa struktur bangunan tingkat tinggi. Beberapa saran yang dapat dikembangkan dari penelitian ini adalah: 1. Pada penelitian ini, tahapan rangkak beton diperhitungkan ketika bangunan telah selesai semuanya (lantai atap selesai dibangun), karena peneliti hanya melihat pengaruhnya ketika bangunan telah selesai dibangun. Hal ini dikarenakan perbandingan antara ketiga metode dilakukan ketika bangunan tersebut selesai dibangun. 2. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini dapat dilanjutkan dengan mencoba pada bangunan dengan denah, bentuk dan jenis struktur yang lebih bervariasi, serta dengan jumlah lantai yang lebih banyak. 3. Hasil perhitungan analisa struktur dari metode creep and crack sequential loading dapat dibandingkan dengan metode lain dengan memasukkan pengaruh susut beton maupun pengaruh relaksasi tulangan. REFERENSI ACI Committee 318. (2004). Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-05) and Commentary (ACI 318R-05). Amerika. ACI Committee 435. (2003). Control of Deflection in Concrete Structures. Amerika. ETABS. (2000). Three Dimensional Analysis and Design of Building Systems. Computers and Structures, Inc., Amerika. Hassoun, N., & Al-Manaseer, A. (2008). Structural Concrete Theory and Design. John Wiley & Sons Inc, New Jersey. Kusuma, B., & Tavio. (2009). Desain Sistem Rangka Pemikul Momen dan Dinding Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa. ITSPress, Surabaya. Lumantarna, B. (2003). Pengaruh Rangkak Pada Bangunan Tinggi. Universitas Kristen Petra, Surabaya. Nur, A., & Yustanto. (2000). Analisa Struktur Bangunan Bertingkat Tinggi Menggunakan Metode Sequential Loading. Universitas Kristen Petra, Surabaya. SNI 03-1726-2002. (2002). Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung. Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, Bandung. SNI 03-2847-2002. (2002). Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung. Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah, Bandung. Soetomo. HM, Ir. (1981). Perhitungan Portal Bertingkat Dengan Cara Takabeya. Soetomo HM, Jakarta. Thiopeles, G., & Gowinda, Y. (1998). Metode Modified Sequential Untuk Analisis Struktur Akibat Beban Gravitasi Pada Bangunan Tinggi. Universitas Kristen Petra, Surabaya. Tumkur, M. (2004). Design of Concrete Structures. Canadian Standards Association, Kanada. RIWAYAT PENULIS Ivan Julianto lahir di kota Belinyu, Bangka pada tanggal 5 Agustus 1990. Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara dalam bidang Teknik Sipil pada tahun 2012.