BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Sejak sekitar tahun 1970-an, dimana stabilitas politik mulai terbentuk dan
perekonomian Indonesia bertambah pesat, pembangunan gedung – gedung tinggi mulai bermunculan di Indonesia, khususnya di daerah Jawa. Perkembangan konstuksi di Indonesia sendiri terbilang sangat pesat, permintaan akan hunian tempat tinggal (baik perumahan maupun apartemen) dan perkantoran terbilang mengalami kenaikan yang sangat tinggi. Dewasa ini bangunan baja semakin banyak diminati sehingga baja merupakan salah satu material yang banyak digunakan oleh konstruksi bangunan, khususnya konstruksi bangunan tinggi. Karakteristik bangunan baja yang lebih ringan dibandingkan beton, memiliki kekerasan (hardness) dan kekuatan tarik (tensile strength) yang tinggi, sangat sesuai dalam dunia konstruksi. Daktilitas yang
dimilikinya
juga
sangat
memadai
dalam
perencanaan
yang
memperhitungkan beban gempa sehingga menambah alasan untuk digunakan. Di Eropa, hampir seluruh bangunan yang ada merupakan bangunan baja. Di Indonesia sendiri tampaknya pamor dari bangunan baja mulai menggeser pamor dari bangunan beton. Sistem struktur yang umum digunakan untuk gedung – gedung tinggi di Indonesia berkembang sesuai dengan perkembangan pengetahuan para konsultan perancang, bertambah tingginya jumlah lantai gedung, ketersediaan material struktur serta kesiapan para kontraktor lokal dengan metode kerja dan teknik pelaksanaannya. Dengan makin tingginya gedung – gedung yang dibangun maka peranan kekakuan gedung semakin penting. Gedung yang terlampau lentur akan menyebabkan kerusakan lebih besar saat terjadi gempa dan saat terkena angin kencang, pergeseran lateral gedung tersebut dapat terasa dan membuat penghuni merasa kurang nyaman. Sistem struktur bangunan tinggi terus mengalami perkembangan dan kemajuan. Sistem struktur diagrid merupakan sistem struktur yang paling inovatif 1
dan banyak diterapkan pada mayoritas bangunan tinggi di dunia abad ini. Gedung pencakar langit yang terkenal di dunia juga menggunakan sistem diagrid, seperti: Gedung Swiss Re di London, Gedung Hearst Tower di New York, Gedung CCTV Headquarters di Beijing, Gedung Mode Gakuen Spiral Tower di Aichi, Gedung West Tower di Guangzhou, Gedung Lotte Super Tower di Seoul, Gedung Capital Gate di Abu Dhabi, dan Gedung Bow Project di Calgary (Gambar 1.1).
www.pinstake.com
www.at0086.com
(a)
www.obayashi.co.jp
(b)
www.panoramio.com
(d)
(c)
www.flickr.com
(e)
Gambar 1.1 (a) Swiss Re (b) CCTV Headquarters (c) Mode Gakuen Spiral Tower (d) Capital Gate (e) Bow Project Sejak penerapan sistem struktur diagrid pada gedung 30 St Mary Axe di London dan gedung Hearst Headquarters di New York (Gambar 1.2), yang keduanya didesain oleh Norman Foster setelah itu diagrid banyak digunakan pada 2
bangunan tinggi di seluruh dunia. Gedung Guangzhou International Financial Center (437 meter) yang dirancang oleh Wilkinson Eyre, dan Gedung Lotte Super Tower (555 meter) yang dirancang oleh Skidmore dkk mempergunakan sistem diagrid. Pada bangunan yang sangat tinggi, desain struktural umumnya diatur oleh kekakuan lateral (Moon, 2009).
Gambar 1.2 Hearst Headquarters, New York (Moon, 2009) Diagrid merupakan evolusi dari sistem struktur braced-tube. Peranan menahan momen dan menjaga kekakuan bangunan berada pada konfigurasi elemen struktur pada tepi bangunan. Perbedaan dengan sistem struktur sebelumnya adalah, hampir semua kolom vertikal pada sistem diagrid dieliminasi sehingga ruang dalam gedung bisa menjadi lebih luas dan dimanfaatkan secara arsitektural dengan lebih optimal, baik dari segi cahaya maupun udara. Dari segi pengunaan material struktur, akan lebih hemat sekitar 20% dibandingkan dengan sistem braced-frame (Charnish dan McDonnel, 2008). Konfigurasi triangulasi yang berulang pada sistem diagrid membuat distribusi beban pada elemen struktur menjadi lebih baik dan efisien. Dengan konfigurasi yang unik ini, saat suatu elemen akan mengalami kegagalan maka beban akan tersalur ke elemen yang lain (Kim dkk, 2010; dan Toreno, 2012). Gambar 1.3 menunjukkan sambungan antara elemen – elemen pada struktur 3
diagrid. Gedung dengan sistem diagrid memiliki kekakuan dan ketahanan terhadap momen guling dan deformasi geser yang lebih efektif dibandingkan dengan sistem struktur yang lain (Soo dkk, 2008).
www.toptwentybikes.com
Ficeto, 2006
www.constructioncanada.net
Gambar 1.3 Koneksi pada elemen diagrid Secara arsitektural, diagrid merupakan sistem struktur yang jauh lebih estetik, menarik, dan dapat mengakomodasi desain arsitek dengan lebih terbuka. Dengan sistem ini, arsitek dapat memiliki desain layout dan facade yang unik. Gedung Central Chinese Television CCTV di Beijing menentang konsepsi populer dari struktur gedung pencakar langit secara umum, tetapi dengan pola diagrid, desain unik tersebut dapat terwujud. Sistem struktur diagrid yang hanya terdiri dari bracing diagonal (yang juga berlaku sebagai kolom), balok, dan pelat lantai ini masih terus mengalami optimasi dari segi geometri dan sambungan. Pengaruh geometri, sudut, dan 4
bentuk penampang dari bracing akan sangat mempengaruhi kekuatan dan kekakuan sistem bangunan tersebut. Oleh karena itu penelitian mengenai bracing dalam sistem diagrid masih harus banyak dikembangkan, termasuk bracing lengkung yang akan bisa memberikan inovasi baru dalam segi struktural maupun arsitektural. Penelitian analisis dari Kim, dkk (2010) serta Jani, dkk (2013) akan menjadi dasar bentuk dan dimensi gedung diagrid pada penelitian ini, sedangkan untuk jumlah lantai akan berbeda. Pada penelitian Kim dan Jani menggunakan gedung 36 lantai, sedangkan penelitian ini akan menggunakan gedung 42 lantai, untuk mempertahankan modul diagrid 6 lantai.
1.2
Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas maka sistem
struktur diagrid yang masih mengalami banyak perkembangan dapat dijadikan acuan struktur sistem bangunan tingkat tinggi yang baik dan dapat menahan beban yang disyaratkan, namun kekuatan dan kekakuan diagrid sangat tergantung pada geometri, sudut, dan bentuk penampang dari bracing. Bentuk bracing lengkung pada sistem diagrid belum pernah dilakukan penelitian sebelumnya. Oleh karena itu, perlu ada penelitian mengenai perbandingan perilaku bracing lengkung dan lurus pada sistem struktur diagrid saat menerima beban gempa.
1.3
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. mengetahui perbandingan kekuatan bracing lurus dan lengkung pada gedung 42 lantai dengan sistem struktur diagrid saat menerima beban gempa; 2. mengetahui sudut dan dimensi optimal bracing lurus dan lengkung pada gedung 42 lantai dengan sistem struktur diagrid saat menerima beban gempa; 3. mengetahui perpindahan (displacement) top story, frekuensi, periode, simpangan antar lantai (interstory drift), dan base reaction dari gedung
5
diagrid 42 lantai dengan bracing lurus dan lengkung saat menerima beban gempa; dan 4. mengetahui tegangan dan perilaku yang terjadi pada batang bracing lurus saat gedung 42 lantai dengan sistem diagrid menerima beban gempa.
1.4
Batasan Masalah Agar penulisan tesis dapat terarah pada tujuan utama, maka perlu dibuat
suatu batasan-batasan masalah. Adapun batasan masalah tersebut adalah sebagai berikut: 1. struktur yang akan dianalisis adalah bangunan 42 lantai, tanpa basement. Tinggi antar lantai 3,6 meter (tinggi total 151,2 meter). Luas bangunan adalah 36 x 36 meter. Dengan pembagian grid yang tipikal, jarak antar grid 6 meter; 2. elemen struktur akan didesain sebagai rangka baja menggunakan bracing konsentrik khusus dengan bentuk lurus dan lengkung; 3. bagian elemen – elemen struktur yang menjadi obyek perancangan yaitu konfigurasi bracing lurus dan lengkung; 4. analisis struktur akan dilakukan menggunakan bantuan software SAP2000 version 11.0.0 dan ADINA-AUI version 8.7.3; 5. pembebanan gempa pada SAP2000 dilakukan dengan analisis Time History dengan rekaman gempa El Centro 1940 komponen utaraselatan versi Peknold dan rekaman gempa Kobe 1995 komponen utaraselatan. Lihat Lampiran 1 dan 2; 6. Proses desain struktur diagrid dan analisis hasil tidak melibatkan peraturan perencanaan konstruksi yang berlaku; dan 7. Desain struktur diagrid tidak memperhitungkan detail koneksi elemen – elemen struktur diagrid.
6
1.5
Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah mengembangkan informasi dan pengetahuan
mengenai geometri bracing pada struktur diagrid yang sudah pernah dilakukan, terlebih pada penelitian ini dapat membuat komparasi kekuatan dan efektivitas antara bracing lurus dan bracing lengkung, serta memahami pengaruh beban gempa terhadap kedua tipe geometri bracing tersebut. Selanjutnya, hasil dari penelitian ini dapat dikembangkan atau dijadikan landasan untuk penulisan yang lebih kompleks dan dapat dijadikan acuan untuk merancang struktur diagrid dengan bracing lurus atau bracing lengkung.
1.6
Keaslian Penelitian Penelitian mengenai sistem struktur diagrid masih sangat jarang dilakukan
di Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknik UGM Yogyakarta, namun di dalam jurnal internasional penelitian sudah beberapa kali dilakukan, penelitian tersebut diantaranya Jani dan Patel (2013) melakukan penelitian yang berjudul Design of Diagrid Structural System for High Rise Steel Buildings as per Indian Standards. Penelitian ini membahas mengenai evaluasi sudut kemiringan bracing pada sistem struktur diagrid saat menerima beban gempa dan beban dinamik angin sesuai dengan Indian Standards. Kim dan Lee (2010) melakukan penelitian yang berjudul Seismic Performance Evaluation of Diagrid System Buildings. Penelitian ini membahas mengenai evaluasi beberapa sudut kemiringan bracing pada sistem struktur diagrid saat menerima respon gempa dengan cara nonlinear static dan analisis dinamik. Kim, dkk (2010) melakukan penelitian yang berjudul Cyclic Behavior of Diagrid Nodes with H-Section Braces. Penelitian ini membahas mengenai uji siklik pada sambungan elemen penyusun sistem struktur diagrid. Moon
(2009)
melakukan
penelitian
yang
berjudul
Design
and
Construction of Steel Diagrid Structures. Penelitian ini membahas mengenai metodologi untuk menentukan konfigurasi geometri bracing yang paling optimal pada sistem struktur diagrid. Moon, dkk (2007) melakukan penelitian yang berjudul Diagrid Structural Systems for Tall Building: Characteristics and 7
Methodology for Preliminary Design. Penelitian ini membahas mengenai metodologi untuk menentukan konfigurasi geometri bracing yang paling optimal pada sistem struktur diagrid. Dengan dasar berbagai penelitian tersebut, penelitian yang dilakukan penulis mengenai perbedaan perilaku bracing lurus dan bracing lengkung pada sistem struktur diagrid saat menerima beban gempa merupakan laporan ilmiah yang sama sekali baru, yang akan melengkapi berbagai penelitian yang ada, dan merupakan penelitian asli yang akan dilakukan oleh penulis.
8
