BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kriteria Desain Di dalam merencanakan dan mendesain suatu struktur beton bertulang, harus diperhatikan kriteria-kriteria yang dapat digunakan sebagai acuan untuk menentukan apakah struktur tersebut dapat diterima untuk penggunaan yang diinginkan atau untuk maksud desain tertentu. Kriteria desain untuk struktur bangunan tahan gempa yang mensyaratkan bahwa bangunan harus didesain agar mampu menahan beban gempa 500 tahunan atau gempa rencana ditetapkan sebagai gempa dengan kemungkinan terlewati besaranya selama umur struktur bangunan 50 Th adalah sebesar 2%, pasal 4.1.1.Ketentuan pendetailan menurut SNI 1726-2012 menggunakan pasal 7 yang disyaratkan untuk nilai koefisien modifikasi respons tertinggi R dari sistem rangka yang terhubung. Kriteria-kriteria yang harus diperhatikan dalam merencanakan dan mendesain struktur diantaranya yaitu: 2.1.1 Kemampuan layan Struktur harus direncanakan mampu memikul beban rancang serta aman tanpa kelebihan tegangan pada material dan mempunyai deformasi yang masih dalam daerah yang diizinkan. Dengan memilih ukuran serta bentuk elemen struktur dan bahan yang digunakan, taraf tegangan pada struktur dapat ditentukan pada taraf yang dipandang masih dapat diterima dan aman, hal ini merupakan kriteria kekuatan dan merupakan dasar yang sangat penting. Defleksi atau deformasi besar dapat diasosiasikan dengan struktur yang tidak aman, tetapi hal ini tidak selalu demikian. Deformasi dikontrol oleh kekakuan struktur dan kekakuan sangat bergantung pada jenis, berat dan distribusi bahan pada struktur. II-1
2.1.2 Efisiensi Kriteria ini mencakup tujuan desain struktur yang relatif lebih ekonomis. Ukuran yang sering digunakan adalah banyak material yang diperlukan untuk memikul beban yang diberikan dalam ruang pada kondisi dan kendala yang ditentukan. 2.1.3 Konstruksi Tinjauan konstruksi sering juga mempengaruhi pilihan struktural dimana perakitan elemen-elemen struktural akan efisien apabila materialnya mudah dibuat dan dirakit. Suatu gedung yang berdiri tegak pasti memiliki sistem struktur tertentu, baik itu sistem rangka (frame), sistem corewall/shearwall, atau sistem ganda. Sistem tersebut dibuat dengan tujuan mampu memikul beban-beban yang akan diterima bangunan, baik itu beban mati, beban hidup atau beban lateral (gempa) untuk menentukan apakah gedung itu aman. 2.2 Syarat Desain Ada beberapa syarat desain yang harus dipenuhi konstruksi suatu gedung, syarat-syarat dalam mendesain suatu struktur diantaranya yaitu: 2.2.1 Kekuatan Struktur harus kuat terhadap gaya-gaya dan beban-beban yang bekerja padanya seperti beban mati, beban hidup, beban angin dan beban gempa. Syarat kekuatan ini mencakup seluruh elemen struktur, baik pelat,kolom, balok dan shearwall. Cara mengeceknya sesuai dengan perilaku elemen-elemen tersebut. Sebagai contoh kolom, mencari terlebih dahulu diagram interaksi dan menetukan dimana titik Pu, Mu maksimum pada diagram interaksi tersebut, jika titik tersebut berada diluar dan di bawah keadaan balance maka terjadi kegagalan tarik. Jika berada di luar sebelah atas keadaan balance maka terjadi kegagalan tekan. Sedangkan pada balok dan pelat, di cek dengan mengukur kemampuan balok dengan ukuran dan tulangan terpasang kemudian dibandingkan II-2
dengan momen yang terjadi. Bila momen kapasitas balok diatas momen yang terjadi di lapangan, baik itu tekan maupun tarik, maka balok dan pelat tersebut aman. 2.2.2 Kekakuan Dalam perencanaan suatu gedung perlu diperhitungkan kekakuannya agar didapat struktur yang kaku dan tidak mudah rusak saat terjadi gempa serta aman dari faktor tekuk. Suatu struktur harus memiliki kekakuan yang cukup sehingga pergerakanya dapat dibatasi. Kekakuan struktur dapat diukur dari besarnya simpangan antar lantai (drift) bangunan, semakin kecil simpangan struktur maka bangunan tersebut akan semakin kaku. Kekakuan bahan dipengaruhi oleh modulus elastisitas bahan dan ukuran eleman tersebut. Dan modulus elastisitas berbanding lurus dengan kekuatan bahan, maka semakin kuat bahan maka bahan tersebut juga semakin kaku. Pada SNI 1726-2012 menetapkan kinerja batas ultimit suatu gedung dengan tujuan untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur yang akan membawa korban jiwa manusia. 2.2.3 Stabilitas Dalam mendesain struktur perlu juga diperhatikan kestabilannya terhadap momen-momen yang bekerja padanya seperti momen guling, momen geser dan gaya uplift. Konsep dari kestabilan adalah jika benda itu bergerak dan dapat kembali lagi seperti semula. Elemen kolom harus stabil karena kolom merupakan struktur utama penopang gedung. Kolom dapat mengalami tekuk atau buckling, keadaanyapun berbeda-beda, namun jika kolom itu dapat kembali pada keadaan semula maka kolom tersebut dikataan stabil. II-3
2.2.4 Daktilitas Daktilitas, daktail atau liat adalah kemampuan struktur gedung untuk mengalami simpangan pasca elastic yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat beban gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur gedung masih dapat berdiri walaupun sudah diambang keruntuhan. Deformasi elastic adalah deformasi yang apabila bebanya dihilangkan, maka deformasi tersebut akan hilang, dan struktur akan kembali kepada bentuknya yang semula. Deformasi plastis (inelastic) adalah deformasi yang apabila bebanya dihilangkan maka deformasi tersebut tidak akan hilang. Pada kondisi yang plastis ini struktur akan mengalami deformasi yang bersifat permanen atau struktur tidak dapat kembali kepada bentuknya yang semula. Pada struktur yang daktail meskipun terjadi deformasi yang permanen tetapi struktur tidak mengalami keruntuhan. Gambar 2.1 Deformasi Elastis pada Struktur II-4
Gambar 2.2 Deformasi Plastis (inelastic) 2.3 Tinjauan Sistem Struktur Sistem struktur dasar penahan beban lateral secara umum dibedakan atas : 2.3.1 Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) SRPM adalah singkatan dari Sistem Rangka Pemikul Momen atau dalam istilah internasional adalah Moment Resisting Frame. SRPM adalah suatu sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap,sistem rangka ruang dimana komponen-komponen struktur balok, kolom dan joinjoinya menahan gaya-gaya yang bekerja melalui aksi lentur, geser dan aksial. Istilah SRPM sering terdapat pada pembahasan mengenai struktur gedung tahan gempa. Istilah ini juga digunakan pada peraturan-peraturan SNI yang membahas tata cara perencanaan bangunan gedung baik bangunan dengan struktur beton, baja maupun bangunan tahan gempa lainnya. SRPM merupakan salah satu pilihan pada saat melakukan perencanaan sebuah bangunan tahan gempa. Adapun karakteristik dari Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) antara lain : II-5
Beban lateral khususnya gempa, ditransfer melalui mekanisme lentur antara balok dan kolom. Sehingga peranan balok, kolom, dan sambungan balok kolom memiliki peranan penting. Tidak menggunakan dinding geser, walaupun terdapat dinding, dinding tersebut tidak direncanakan untuk menahan beban lateral. Tidak menggunakan bresing (bracing)/ pengaku. Untuk struktur baja, penggunaan bresing kadang sangat diperlukan terutama pada arah sumbu lemah kolom. Dalam hal ini, bangunan tersebut dapat dianalisis sebagai SRPM pada arah sumbu kuat kolom, dan sistem bresing pada arah lainnya. Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) memiliki tiga tingkatan Dibedakan atas: a. Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa/SRPMB, (Ordinary Moment Resisting Frame, OMRF) b. Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah/SRPMM, (Intermediate Moment Resisting Frame, IMRF) c. Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus/SRPMK, (Special Moment Resisting Frame, SMRF) 2.3.2 Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) biasa digunakan di daerah dengan resiko gempa tinggi. Pada sistem struktur SRPMK, kualitas pendetailan pada daerah sendi-sendi plastis perlu didetail secara khusus. Berikut perbedaan SRPMK dengan Sistem Rangka pemikul Momen lainnya : II-6
Pada SRPMK sendi plastis terbentuk pada seluruh balok pemikul gempa sebelum terjadi keruntuhan dan terdapat detailing khusus pada balok, kolom, dan joint balok-kolom. Pada SRPMM sendi plastis harus terbentuk, akan tetapi bangunan sudah runtuh sebelum semua balok mengalami sendi plastis dan detailing pada balok dan kolom tidak spesifik / khusus seperti pada SRPMK. Pada SRPMB tidak terjadi sendi plastis pada balok dan tidak terdapat detailing khusus seperti pada SRPM lainnya. SRPMK memperhitungkan kapasitas geser pada kolom dan balok untuk menghindari tekuk inelastic premature pada balok dan menjamin terjadinya sendi plastis pada balok, sedangkan di daerah luar sendi plastis tidak perlu didetail secara khusus. Adapun syarat terjadinya sendi plastis setidaknya ada 3 yaitu: Balok tidak boleh mengalami kegagalan geser di daerah tumpuan karena selain momen lentur yang besar, gaya geser di daerah tumpuan balok pun sangat besar. HBK (Hubungan Balok Kolom) tidak boleh gagal pada saat mentransfer gaya-gaya yang cukup besar dari balok ke kolom. Kolom harus lebih kuat dari pada balok. Sehingga pada SRPMK muncul istilah Strong Column & Weak Beam. Dapat digambarkan sebagai berikut mengenai kronologis sendi plastis pada Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus. Jika beban V bertambah, momen lentur juga bertambah, simpangan lantai atap pun bertambah. Ketika terjadi sendi plastis yang pertama, pada saat itu mulai terjadi perubahan perilaku struktur. Salah satu yang bisa diamati adalah simpangan lantai atap, yaitu Delta (D). Delta sudah tidak linear lagi terhadap V. II-7
Begitu pula ketika V semakin besar, terbentuk lagi sendi plastis kedua, ketiga, dan seterusnya. Hingga akhirnya semua ujung-ujung balok mengalami sendi plastis. Besarnya Delta pun semakin bertambah. Jika semua ujung balok telah mengalami sendi plastis dan ternyata momen terbesar terdapat di ujung bawah kolom. Berarti selanjutnya kolom yang akan mengalami sendi plastis. Jika kolom telah menjadi sendi maka keruntuhan pun terjadi. II-8
2.3.3 Sistem Dinding Struktural (SDS) Adalah dinding yang diproporsikan untuk menahan kombinasi gaya geser, momen dan gaya aksial yang ditimbulkan gempa. Dibedakan atas: a. Dinding Struktural Beton Biasa (SDSB) b. Dinding Struktural Beton Khusus (SDSK) 2.3.4 Tinjaun Sistem Struktur dengan SNI 03-1726-2012 Dasar sistem struktur utama yang tercantum dalam SNI 1726:2012 tabel 9, sistem penahan gaya gempa lateral dan vertical dasar harus memenuhi salah satu tipe yang ditunjukan dalam table tersebut. jenis struktur dibedakan menjadi 8 sistem dan subsistem, yaitu: a. Sistem Dinding Penumpu (Bearing Wall System ) Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul oleh dinding geser atau rangka bresing. b. Sistem Rangka Gedung (Building Frame System ) Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing. II-9
c. Sistem Rangka Pemikul Momen (Moment Resisting Frame System )Sistem rangka struktur yang pada dasarnya memiliki rangka pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur. d. Sistem Ganda dengan rangka pemikul momen khusus yang mampu menahan paling sedikit 25 persen gaya gempa yang ditetapkan. e. Sistem ganda dengan rangka pemikul momen menengah mampu menahan paling sedikit 25 persen gaya gempa yang ditetapkan. f. Sistem interaktif dinding geser-rangka dengan rangka pemikul momen beton bertulang biasa dan dinding geser beton bertulang biasa. g. Sistem kolom kantilever didetail h. Sistem baja tidak didetail secara khusus untuk ketahan seismiks, tidak termasuk system kolom kantilever. 2.3.5 Sistem Ganda (Duall System) Sistem ganda (dual system) disebut juga dengan struktur hibrida merupakan kontribusi gabungan dari frame dan dinding struktural, sistem dual dapat menggabungkan kelebihan dari unsur penyusunnya. Frame berinteraksi dengan dinding, frame memberikan signifikan disipasi energi di bawah dan deformasi inelastis di tingkat atas bila diperlukan, dinding struktural mengeksekusi kekakuan yang luar biasa di tingkat bawah bangunan. (Paulay dan Priestley, 1992) Konsep sistem dual diyakini telah tumbuh dari pengamatan bangunan yang selamat dari gempa bumi San Fransisco 1906. Seorang Insinyur struktur San Fransisco dan Anggota Seismologi Henry Degenkolb, memilih struktur tahan gempa dengan sistem utama untuk kekakuan dan sistem cadangan untuk ketangguhan II-10
adalah penduk awal dari apa yang akan menjadi sistem dual modern, sejak saat itu banyak bangunan bertingkat dipelajari setelah itu (Degenkolb 1994). Sistem ganda pertama kali dimodifikasi pada tahun 1959 dalam Buku Biru (Tabel 23-C) dan 1961 UBC (Tabel 23-F) yang berisi sebagai berikut: Bangunan dengan sistem bresing horizontal lengkap mampu menahan semua gaya lateral dimana space frame yang bila diasumsikan bertindak independen adalah mampu menahan minimal 25% dari total lateral yang diperlukan Sistem ganda merupakan gabungan dari sistem pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan sistem rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah yang mampu memikul sekurangkurangnya 25% dari seluruh beban lateral bekerja dan sisanya dipikul oleh dinding geser. Dalam sistem ganda, untuk masuk dalam kualifikasi sebagai sistem ganda pada tingkat lantai menurut ASCE 7 (2002) frame saat konstituen harus mampu menolak minimal 25% dari gaya gempa desain (Misalnya total geser lantai seismik), gaya horizontal didistribusikan berdasarkan kontribusi kekakuan semua dinding geser dan frame yang merupakan bagian dari sistem tenaga menolak-seismik. Dinding geser harus jauh lebih kaku dibanding frame saat dilantai terendah, mereka cenderung untuk mengumpulkan lebih dari 75% kekuatan gempa desaign. Dalam kasus tersebut, dengan aturan asce 7, dinding geser harus semata-mata bertanggung jawab untuk menolak 100% dari kekuatan gempa di masing-masing lantai terendah sebagai bagian dari suatu bangunan sistem portal. Nilai R yang direkomendasikan untuk sistem ganda dengan rangka SRPMK, adalah 8,5. Bangunan dengan sistem ikatan ganda yang terdiri dari momen-menolak space frame dan dinding geser atau bingkai bersiap menggunakan kriteria desain berikut: II-11
a. Rangka ruang lengkap berupa SRPM ( Sistem Rangka Pemikul Momen ) yang penting berfungsi memikul beban gravitasi b. Pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah dan mampu memikul sekurangkurangnya 25% dari seluruh beban lateral dan sisanya dipikul oleh dinding geser. c. Kedua sistem harus direkomendasikan untuk memikul beban secara bersama-sama dengan memperhitungkan interaksi sistem ganda. 2.4 Pembebanan Dalam suatu perancangan struktur bangunan perlu adanya gambaran gayagaya dan aksi yang bekerja pada struktur,sehingga struktur dapat mencapai titik aman. Beban-beban yang bekerja pada suatu kontruksi bangunan bertingkat adalah sebagai berikut: 2.4.1 Beban mati (Dead Load/DL) Beban mati merupakan beban yang bekerja pada struktur bangunan yang terdiri dari keseluruhan beban bangunan itu sendiri dan beban-beban yang ditambahkan pada bangunan sebagai fungsi yang akan dicapai dari perencanaan bangunan tersebut oleh pemilik. Di dalam tugas akhir ini, studi kasus beban mati yang diberikan pada struktur meliputi : a. Berat sendiri (pelat, balok, kolom, dan dinding ) b. Berat penutup lantai (keramik & screed/ adukan) c. Langit-langit (plafon gypsum dan rangkanya) d. Perlengkapan gedung yang bersifat tetap (installasi mekanikal elektrikal) II-12
2.4.2 Beban hidup LL (Live Load) Beban hidup merupakan beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu gedung, termasuk beban dari barang-barang yang dapat dipindah, mesin dan peralatan yang berpindah-pindah. Nilai beban yang diberikan pada struktur untuk perencanaan berbeda-beda sesuai fungsi yang akan diambil dari bangunan itu sendiri, misalnya untuk tempat tinggal, perkantoran, pertokoan, ataupun tempat ibadah. Di dalam studi kasus tugas akhir ini, berdasarkan SNI 1726-2012, penulis menetapkan nilai beban hidup adalah 250kg/m2 sebagai fungsi bangunan untuk perkantoran. Berdasarkan PPIUG 1983 2.4.3 Beban Gempa (Earthquake Load) Beban dinamik adalah beban dengan variasi perubahan intensitas beban terhadap waktu yang cepat. Beban gempa adalah beban yang timbul akibat pecepatan getaran tanah pada saat gempa terjadi. Analisis yang digunakan dalam perencanaan gempa ini adalah metode analisis respons spektrum. Respon spektrum adalah suatu spektrum yang disajikan dalam bentuk grafik/plot antara periode getar struktur T, lawan respon-respon maksimum berdasarkan rasio redaman dan gempa teretentu. Respon respon maksimum dapat berupa simpangan maksimum (spectral displacement, SD) kecepatan maksimum (spectral velocity, SV) atau percepatan maksimum (spectral acceleration, SA) massa struktur single degree of freedom (SDOF), ( Widodo, 2001). Spektrum perecepatan akan berhubungan dengan gaya geser maksimum yang bekerja pada dasar struktur. Terdapat dua macam respons spektrum yang ada yaitu respons spektrum elastic dan respon spektrum inelastik. Spektrum elastik adalah suatu spektrum yang didasarkan atas respon elastik suatu struktur, sedangkan spektrum inelastik (juga di sebut desain respons spektrum) adalah respon spektrum II-13
yang discaledown dari respons spectrum elastic dengan nilaidaktilitas tertentu. Gambar 2.3 - Spektrum respons desain Sumber: Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung SNI 1726:2012. Dalam tugas akhir ini factor-faktor yang berpengaruh dalam menentukan respon spectrum adalah sebagai berikut: a. Faktor kategori resiko bangunan gedung adalah kategori II (SNI 1726_2012) b. Faktor keutamaan gempa (Ie) untuk kategori resiko II nilai factor gempa adalah 1.0 c. Percepatan tanah Ss,S1 Ss adalah parameter respons spectral percepatan gaya gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCEr), periode pendek. Dari peta zonasi gempa Indonesia kementerian pekerjaan umum wilayah Tangerang Selatan nilai Ss adalah 0.735 g II-14
Gambar. 2.4 Peta untuk Ss Sumber: Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung SNI 1726 2012 Sedangkan S1 adalah parameter respons spectral percepatan gaya gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko-tertarget (MCEr) periode 1 detik. Untuk nilai S1 di wilayah Tangerang Selatan adalah 0.318 g Gambar. 2.5 Peta untuk S1 II-15
Sumber: Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung SNI 1726 2012. Nilai S1 adalah 0.29g dengan T=1.0 detik, kelas situs SE. d. Faktor koefisien respons (R), parameter kuat lebih system (Ωo), factor pembesaran defleksi (Cd). Dalam tugas akhir ini rencana system struktur yang digunakan adalah system struktur ganda, dimana beban gravitasi yang bekerja dipikul sepenuhnya oleh rangka (space frame) sedangkan beban lateral (gempa) dipikul bersama oleh rangka dan dinding geser (shear wall) 2.5 Kombinasi beban untuk metode ultimit Struktur, komponen-komponen struktur dan elemen-elemen pondasi harus dirancang sedemikian rupa sehingga kuat rencananya sama atau melebihi pengaruh beban-beban terfaktor dengan kombinasi sebagai berikut: a 1.4D b 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr atau R) c 1.2D + 1.6L (Lr atau R) + (L atau 0.5W) d 1.2D + 1.0W + L + 0.5(Lr atau R) e 1.2D + 1.0E + L f 0.9D + 1.0W g 0.9D + 1.0E Dimana: D = Beban mati (dead load). L = Beban hidup (live load) Lr = Beban hidup pada atap (roof live load) R = Beban air hujan (rain load) W = Beban angin (wind load) E = Beban gempa : beban ekivalen yang bekerja pada struktur akibat pergerakan tanah pada peristiwa gempa. II-16
Pengecualian, faktor beban untuk L pada kombinasi c,d dan e boleh diambil sama dengan 0.5 kecuali untuk ruangan garasi, ruangan pertemuan dan semua ruangan yang nilai beban hidupnya lebih besar daripada 500 kg/m2. II-17