BAB III METEDOLOGI PENELITIAN 3.1 Prosedur Penelitian Pada penelitian ini, perencanaan struktur gedung bangunan bertingkat dilakukan setelah mendapat data dari perencanaan arsitek. Analisa dan perhitungan, dilakukan komputerisasi model secara 3D menggunakan software ETABS 9.7.3 dengan memasukkan data material properties dan parameter properties. Acuan peraturan yang digunakan untuk komputerisasi model adalah : 1. SNI 03-1726-2012 untuk perhitungan gempa 2. SNI 03-1726-2013 untuk perencanaan pembebanan 3. SNI 03-2847-2013 untuk persyaratan beton Analisa beban gempa yang dipilih adalah Analisis Respons Spektrum untuk perencanaan gedung dengan ketidakberaturan. Berdasarkan peraturan SNI 03-1726-2012 untuk Analisis Respon Spektrum menyatakan bahwa : Analisis harus dilakukan untuk menentukan ragam getar alami untuk struktur. Analisis harus menyertakan jumlah ragam yang cukup untuk mendapatkan partisipasi massa ragam terkombinasi sebesar paling sedikit 90 persen dari massa aktual dalam masing-masing arah horisontal ortogonal dari respons yang ditinjau oleh model. Dari hasil output dari modeling ETABS, didapatkan perilaku bangunan dari partisipasi massa ragam terkombinasi. Dalam pemodelan bangunan, perilaku gerak bangunan akibat beban gempa dapat berupa translasi dan rotasi. Perilaku translasi, bangunan akan bergerak kearah sumbu x atau sumbu y. Perilaku ini dapat diijinkan dalam pemodelan bangunan. Perilaku rotasi, bangunan akan III - 1
bergerak kearah 3 dimensi yang melibatkan sumbu z. Perilaku ini tidak dapat diijinkan dalam pemodelan struktur bangunan karena perilaku rotasi artinya bangunan gedung tidak dapat menahan beban gempa. Perilaku bangunan dapat ditinjau minimal 2 mode, yaitu mode ke-1 dan ke-2 setelah pemodelan struktur gedung sudah diberi beban gravitasi dan parameter gempa. Adapun tahapan penelitian untuk lebih spesifik adalah seperti prosedurprosedur berikut : 1) Studi literatur dan observasi gambar arsitek, sebagai orang sipil kita harus mendesain denah-denah strukturnya. Dalam penelitian ini, penulis membuat denah-denah struktur yang sudah disetujui pembimbing dan penguji. 2) Tahap perencanaan struktur. Pada tahapan ini meliputi kajian bentuk struktur, data material struktur dan geometri struktur. 3) Tahap prarencana elemen struktur. Tahap ini meliputi desain prarencana struktur atau perhitungan dimensi pelat, balok, kolom pada model gedung tersebut. Perhitungan prarencana struktur mengikuti peraturan SNI 03-2847- 2013 tentang Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung. 4) Tahap pembebanan yaitu perhitungan analisis beban mati dan beban hidup yang bekerja pada gedung sesuai dengan peraturan pembebanan minimum pada SNI 03-1727-2013 tentang Beban Minimum Untuk Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur Lain. 5) Tahap prelimineari pemilihan sistem struktur, sesuai dengan point nomer 3 sistem struktur awal yang digunakan adalah Sistem Pemikul Rangka Momen (Momen Resisting Frame System). III - 2
6) Permodelan struktur menggunakan software ETABS 9.7.4 setelah mendapatkan dimensi elemen struktur. 7) Penentuan pembebanan struktur untuk beban gempa sesuai dengan kondisi wilayah gedung tersebut. Penentuan beban gempa berdasarkan peraturan SNI 03-1726-2012 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. 8) Evaluasi terhadap ketidakberaturan torsi dan kemudian dilanjutkan evaluasi terhadap prosedur analisis. 9) Evaluasi terhadap ketentuan prosedur analisis berdasarkan SNI 03-1726- 2012, prosedur analisis struktur terhadap beban gempa terdiri dari analisis statik dan analisis dinamik (Analisis Respons Spektrum Ragam dan Analisis Time History). Dalam penelitian ini menggunakan Analisis Respons Spektrum Ragam. 10) Evaluasi terhadap perilaku bangunan (mode shape), mode 1 dan mode 2 harus dominan translasi. 11) Evaluasi terhadap partisipasi massa ragam terkombinasi, jumlah massa ragam terkombinasi harus tercapai minimal 90%. 12) Analisa hasil dari point 10 dan point 11, jika terjadi puntir pada point 10 atau jumlah ragam < 90% pada point 11, maka sistem struktur harus diubah. Dalam penelitian ini memodifikasi sistem struktur menjadi Sistem Ganda atau menambah dinding geser (shearwall). Kerangka berpikir prosedur-prosedur diatas dibuat diagram alir pada gambar 3.1. III - 3
Adapun tahapan modifikasi sistem struktur adalah seperti prosedur-prosedur berikut : 1) Sistem struktur yang akan digunakan adalah Sistem Ganda. 2) Tahap layout shearwall dilakukan dengan menambahkan shearwall pada denah struktur dan menempatkannya pada posisi yang sesuai (tidak menganggu desain arsitek dan desain struktur). 3) Kemudian dilakukan pemodelan ulang dengan penambahan elemen shearwall. 4) Setelah itu dilakukan analisa beban gempa dengan sistem struktur baru, dalam analisis respon spektrum ragam perlu diubah nilai CD, R dan Ω0. 5) Evaluasi terhadap perilaku bangunan (mode shape), mode 1 dan mode 2 harus dominan translasi. 6) Evaluasi terhadap partisipasi massa ragam terkombinasi, jumlah massa ragam terkombinasi harus tercapai minimal 90%. 7) Analisa hasil dari point 5 dan point 6, apakah point 5 mode shape bangunan bergerak secara translasi dan point 6 sudah tercapai massa partisipasi ragam 90%. 8) Apabila tercapai translasi pada point ke 5 dan tercapai massa partisipasi ragam 90% pada point ke 6 maka dilakukan analisa perbandingan antara modifikasi 1 dan 2 dengan prelimineari 1. 3.2 Diagram Alir Adapun prosedur-prosedur diatas adalah penjabaran dari diagram alir. Diagram alir laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : III - 4
Gambar 3.1 Diagram Alir A (umum) III - 5
Gambar 3.2 Diagram Alir B (pemodelan struktur modifikasi) 3.3 Data-data yang Dipersiapkan sebelum Penelitian 3.3.1 Denah Lantai Desain struktur pada umumnya dilakukan setelah desain arsitektur selesai. Berikut adalah perencanaan denah-denah struktur untuk tugas akhir ini: III - 6
Gambar 3.3 Denah Lantai 1 Gambar 3.4 Denah Lantai 2 - Lantai 5 Gambar 3.5 Denah Lantai 6 III - 7
Gambar 3.6 Denah Lantai 7 Lantai 39 Gambar 3.6 Denah Lantai Atap 3.3.2 Data Bangunan Jenis Struktur Jenis Bangunan Jumlah Lantai Tinggi Lantai Ketinggian Gedung Bentang Portal : Struktur Beton Bertulang : Hunian (Apartemen) : 40 Lantai : Tingkat pertama = 6 meter, tipikal = 4 meter : 158 meter : 8 meter III - 8
Jenis Pondasi Koordinat Kota Kelas situs : Asumsi tumpuan jepit : Jakarta : Tanah Lunak (E) 3.3.3 Mutu Bahan (Material Properties) Berdasarkan SNI-2875-2013 pasal 10.2 tentang Persyaratan beton struktural untuk bangunan gedung. Ketentuan tersebut berlaku untuk desain komponen struktur terhadap beban lentur atau aksial atau kombinasi dari beban lentur dan aksial. Adapun untuk penelitian ini digunakan asumsi sebagai berikut: 1) Distribusi regangan diasumsikan linier. 2) Regangan maksimum pada serat tekan beton terluar sama dengan 0.003 3) Tegangan tulangan yang lebih kecil dari fy diambil sebesar Es dikalikan dengan regangan baja sedangkan tegangan tulangan yang lebih besar dari fy diambil sama dengan fy 4) Kuat tarik beton diabaikan 5) Hubungan antara distribusi tegangan tekan beton dan regangan beton diasumsikan berbentuk persegi. Sehingga didapatkan mutu bahan yang digunakan dalam penelitian gedung adalah sebagai berikut : a) Beton Bertulang : 1 2 Tabel 3.1 Mutu Beton No Tipe Lantai BALOK PELAT Mutu Beton f'c 30 Mpa f'c 30 Mpa III - 9
3 KOLOM Lantai 1 s/d Lantai 6 Lantai 7 s/d Lantai 10 Lantai 11 s/d Lantai 20 Lantai 21 s/d Lantai 30 Lantai 31 s/d Lantai 40 f'c 50 Mpa f'c 45 Mpa f'c 45 Mpa f'c 40 Mpa f'c 35 Mpa b) Baja Tulangan : Tulangan Longitudinal (Besi D10, D13, D16, D19, D25) Tulangan Transversal (Besi Ø10 dan Ø8) : f y 400 MPa : f y 240 MPa c) Baja profil (separator beam) : Spesifikasi Baja : BJ-37 Fu Fy : 370 MPa : 240 MPa 3.3.4 Pembebanan Pada Lantai Gedung Beban diambil dari berat sendiri struktur, dan material-material konstruksi yang ada, material lain seperti finishing dan beban-beban M/E dijadikan beban Super Impose Dead Load. a) Beban Mati - Selfweight (SW) - Beton = 2400 kgf/m3 - Baja = 7860 kgf/m3 b) Beban Super impose Dead Load (SIDL) Area Loads Pasir (tebal 1 cm) = 1600 kgf/m3 x 0.01 = 16 kgf/m 2 Spesi (tebal 3 cm) = 2200 kgf/m3 x 0.03 = 66 kgf/m 2 Keramik (tebal 1 cm) = 2200 kgf/m3 x 0.03 = 22 kgf/m 2 III - 10
Plafond + Rangka = = 20 kgf/m 2 Instalasi ME = = 25 kgf/m 2 TOTAL = = 149 kgf/m 2 c) Live Load (SNI 03-1727-2013 Bab 4 hal 25) Parking Lot = 400 kgf/m 2 (Tabel 4-1 min 1,92 KN/m 2 ) Apartemen = 250 kgf/m 2 (Tabel 4-1 min 2,4 KN/m 2 ) d) Beban mesin Mesin Genset = 2000 kgf/m 2 Gondola = 500 kgf/m 2 3.3.5 Pembebanan Pada Balok a) Super Impose Dead Load (SIDL) Line Load - Dinding ½ Bata (tebal dinding 15 cm) = 250 kgf/m 2 - Dinding 1 bata (tebal dinding 30 cm) = 500 kgf/m 2 Tinggi Efektif (floor to floor) 4 m : 4 m x 250 kgf/m 2 = 1000 kgf/m 1 Tinggi Efektif (floor to floor) 6 m : 6 m x 250 kgf/m 2 = 1500 kgf/m 1 3.3.6 Kombinasi Pembebanan Berdasarkan peraturan SNI 03-1726-2012 pasal 7.7.2 dan pembahasan teori BAB II subbab. 2.8, hasil untuk kombinasi pembebanan adalah sebagai berikut : Nilai S DS = 0,607 III - 11
Nilai S D1 = 0,560 Tabel 3.2 Kombinasi Pembebanan No. Load combination SNI 03-1726-2012 Load combination to ETABS 1 1,4 DL 1,4 DL 2 1,2 DL + 1,6 LL 1,2 DL + 1,6 LL 3 1,32 DL + LL + 1,3 Ex + 0,39 Ey 4 1,2 DL + 1 LL ± 0,3 (ρ Q E + 0,2 S DS 1,32 DL + LL + 1,3 Ex - 0,39 Ey 5 DL) ± 1 (ρ Q E + 0,2 S DS DL) 1,32 DL + LL - 1,3 Ex + 0,39 Ey 6 1,32 DL + LL - 1,3 Ex - 0,39 Ey 7 1,32 DL + LL + 0,9 Ex + 1,3 Ey 8 1,2 DL + 1 LL ± 1 (ρ Q E + 0,2 S DS DL) 1,32 DL + LL - 0,9 Ex + 1,3 Ey 9 ± 0,3 (ρ Q E + 0,2 S DS DL) 1,32 DL + LL + 0,9 Ex - 1,3 Ey 10 1,32 DL + LL - 0,9 Ex - 1,3 Ey 11 0,78 + 1,3 Ex + 0,39 Ey 12 0,9 DL ± 0,3 (ρ Q E - 0,2 S DS DL) ± 1 0,78 + 1,3 Ex - 0,39 Ey 13 (ρ Q E - 0,2 S DS DL) 0,78-1,3 Ex + 0,39 Ey 14 0,78-1,3 Ex - 0,39 Ey 15 0,78 + 0,39 Ex + 1,3 Ey 16 0,9 DL ± 1 (ρ Q E - 0,2 S DS DL) ± 0,3 0,78-0,39 Ex + 1,3 Ey 17 (ρ Q E - 0,2 S DS DL) 0,78 + 0,39 Ex - 1,3 Ey 18 0,78 0,39 Ex - 1,3 Ey 3.4 Evaluasi dan Analisa hasil struktur 3.4.1 Evaluasi terhadap Partisipasi Massa Ragam Terkombinasi Berdasarkan SNI 03-1726-2012 pasal 7.9.1 dan pembahasan teori BAB II subbab. 2.4.2, jumlah ragam yang cukup untuk mendapatkan partisipasi massa ragam terkombinasi sebesar paling sedikit 90 % dari massa aktual dalam masingmasing arah horisontal ortogonal dari respons yang ditinjau oleh model. III - 12
3.4.2 Evaluasi terhadap Mode Shape Berdasarkan SNI-03-1726-2002 pasal 7.1.1 dan pembahasan teori BAB II subbab. 2.4.2, partisipasi massa ragam ditinjau minimal 2 mode atau gerak ragam, bahwa untuk struktur ini gerak ragam pertama adalah dominan dalam translasi arah x atau y, gerak ragam kedua adalah dominan dalam translasi arah y atau x, maka karakteristik dinamik struktur ini baik dan memenuhi persyaratan. Bangunan dikatakan bergerak secara translasi apabila nilai UX pada arah x atau UY pada arah y lebih besar dari pada nilai RZ-nya (melibatkan sumbu z). Jika tidak memenuhi persyaratan pada mode1 atau mode 2 maka bangunan tersebut berperilaku rotasi. 3.4.3 Analisa hasil struktur Apabila kedua persyaratan pada subbab 3.10.1 dan subbab 3.10.2 maka struktur dianggap gagal dalam desain untuk menahan gaya gempa sesuai SNI 03-1726-2012. Alternatifnya adalah dengan merubah sistem struktur apabila sistem struktur Pemikul Rangka Momen (Moment Resisting Frame) tidak dapat digunakan maka dapat diantisipasikan dengan memodifikasi sistem struktur menjadi Sistem Ganda (Dual System). Untuk perhitungan-perhitungan prosedur desain akan dilanjutkan pada bab. IV. III - 13