BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Kolom
2.1.1
Definisi Kolom Kolom merupakan suatu struktur tekan yang memegang peranan penting
dari suatu bangunan, sehingga keruntuhan pada suatu kolom merupakan lokasi kritis yang dapat menyebabkan runtuhnya (collapse) lantai yang bersangkutan dan juga runtuh total (total collapse) seluruh struktur. (Sudarmoko, 1996) SK SNI T-15-1991-03 mendefinisikan kolom adalah komponen struktur bangunan yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi yang tidak ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral terkecil. Kolom merupakan bagian vertikal dari suatu struktur rangka yang menerima beban tekan dan lentur. Kolom meneruskan beban-beban dari elevasi atas ke elevasi yang lebih bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi. (Nawy,1998) 2.1.2
Jenis Kolom Dalam buku struktur beton bertulang (Dipohusodo, 1994), ada tiga jenis
kolom beton bertulang yaitu : a. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom beton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang ke arah lateral. Tulangan ini berfungsi untuk memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh pada tempatnya. b. Kolom menggunakan pengikat spiral. Bentuknya sama dengan yang pertama hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok memanjang adalah tulangan spiral yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus di sepanjang kolom. Fungsi dari tulangan spiral adalah memberi kemampuan kolom untuk menyerap deformasi cukup besar sebelum runtuh, sehingga mampu mencegah terjadinya kehancuran seluruh struktur sebelum proses redistribusi momen dan tegangan terwujud. 4
c. Struktur kolom komposit, merupakan komponen struktur tekan yang diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar baja profil atau pipa, dengan atau tanpa diberi batang tulangan pokok memanjang.
Gambar 2.1 Jenis-jenis kolom 2.1.3
Perencanaan Kolom Dalam perencanaan kolom yang dibebani beban aksial dan lentur harus
memenuhi peraturan pada SNI 03-2847-2013,hal 74-75, yaitu sebagai berikut : 1. Perencanaan penampang yang dibebani lentur atau aksial atau kombinasi beban lentur dan aksial harus didasarkan atas kompatibilitas regangan dan tegangan dengan menggunakan asumsi dalam 10.2 SNI 03-2847-2013. 2. Kondisi regangan seimbang terjadi pada penampang ketika tulangan tarik tepat mencapai regangan yang berhubungan dengan tegangan leleh fy pada saat yang bersamaan dengan tercapainya regangan batas 0.003 pada bagian beton yang tertekan. 3. Penampang adalah terkendali tekan jika regangan tarik neto dalam baja tarik terjauh, ξt, sama dengan atau kurang dari batas regangan terkontrol tarik bila beton tekan mencapai batas regangan asumsi sebesar 0,003. Batas regangan terkendali tekan adalah regangan tarik neto dalam tulangan pada kondisi regangan seimbang. Untuk tulangan Mutu 420 MPa,dan untuk semua tulangan 5
prategang, diizinkan untuk menetapkan batas regangan. terkendali tekan sama dengan 0,002. 4. Penampang adalah terkendali tarik jika regangan tarik neton dalam baja tarik terjauh, ξt, sama dengan atau lebih besar dari 0,005 bila beton tekan mencapai batas regangan asumsi sebesar 0,003. Penampang dengan ξt antara batas regangan terkendali tekan dan 0,005 membentuk daerah transisi antara penampang terkendali tekan dan terkendali tarik. 5. Untuk komponen struktur lentur non-prategang dan komponen struktur nonprategang dengan beban tekan aksial terfaktor kurang dari 0.10 fc’Ag, ξt pada kekuatan nominal tidak boleh kurang dari 0,004. Pemakaian tulangan tekan diizinkan terkait dengan tulangan tarik tambahan untuk meningkatkan kekuatan komponen struktur lentur. 6. Desain beban aksial ØPn dari komponen struktur tekan tidak boleh lebih besar dari ØPn,max, yang dihitung dengan Persamaan sebagai berikut :
Untuk komponen struktur non-prategang dengan tulangan spiral yang memenuhi 7.10.4 atau komponen struktur komposit yang memenuhi 10.13: ØPn(max) = 0.85 (0.85 fc’(Ag –Ast) +fy Ast)
Untuk komponen struktur non-prategang dengan tulangan pengikat yang memenuhi 7.10.5: ØPn(max) = 0.80 (0.85 fc’(Ag –Ast) +fy Ast)
Untuk komponen struktur prategang, kekuatan aksial desain, ØPn , tidak boleh diambil lebih besar dari 0,85 (untuk komponen struktur dengan tulangan spiral) atau 0,80 (untuk komponen struktur dengan tulangan pengikat) dari kekuatan aksial desain pada eksentrisitas nol ØPo.
7. Komponen struktur yang dibebani aksial tekan harus didesain terhadap momen maksimum yang mungkin menyertai beban aksial. Beban aksial terfaktor Pu dengan eksentrisitas yang ada tidak boleh melampaui nilai yang diberikan dalam 10.3.6. Momen terfaktor maksimum Mu harus diperbesar untuk memperhitungkan pengaruh kelangsingansesuai dengan 10.10.
6
2.1.4
Kapasitas Kolom Kapasitas suatu kolom yang mengalami beban aksial murni (Axial Load
only) terjadi apabila kolom hanya menahan beban sentris pada penampangnya (tanpa eksentrisitas). Pada kondisi ini gaya luar akan ditahan oleh penampang kolom yang secara matematis dirumuskan dalam persamaan: Po = { 0,85. fc’. (Ag– Ast) + Ast.fy } dimana: fc’ = Kuat tekan beton yang disyaratkan (MPa), Ag = Luas penampang kolom, Ast = Luas tulangan total fy = Kuat tarik tulangan baja yang diijinkan (MPa). Namun kekuatan yang dihitung dengan rumus diatas jarang sekali bisa diperoleh pada suatu kolom karena normalnya selalu ada momen pada kolom yang akan mereduksi kapasitas aksial kolom. Momen tersebut bisa saja terjadi akibat: a. Tidak konsentrisnya as kolom dari satu lantai terhadap lantai berikutnya. b. Mengimbangi momen pada balok. c. Penulangan yang tidak sentries yang mengakibatkan tidak berhimpitnya titik berat geometrinya dengan titik berat penampang. Untuk memperhitungkan efek dari momen yang tidak diharapkan tersebut, maka kapasitas aksial kolom harus dikalikan dengan 0,85 untuk kolom dengan spiral dan 0,8 untuk kolom dengan sengkang, sehingga: Pn = 0,85 * Po ( kolom dengan spiral) Pn = 0,80 * Po ( kolom dengan sengkang) Secara umum, kolom akan menerima beban seperti yang disajikan dalam gambar berikut:
7
My
(a)
(b)
Gambar 2.2 (a) Kolom konsentris, (b) kolom eksentris
Apabila beban P bergeser dari sumbu kolom, maka timbul eksentrisitas beban pada penampang kolom, sehingga kolom harus memikul kombinasi pembebanan aksial dan momen.
2.1.5
Diagram Interaksi Kolom Kapasitas penampang beton bertulang untuk menahan kombinasi gaya
aksial dan momen lentur dapat digambarkan dalam bentuk suatu kurva interaksi antara kedua gaya dalam tersebut. Gambar 2.3 memperlihatkan contoh diagram tersebut. Setiap titik dalam kurva ini menunjukkan kombinasi kekuatan gaya nominal Pn dan kekuatan momen nominal Mn yang sesuai dengan lokasi sumbu netralnya. Diagram interaksi tersebut dapat dibagi menjadi dua daerah, yaitu daerah yang ditentukan oleh keruntuhan tarik dan dearah yang ditentukan oleh keruntuhan tekan, dengan pembatasnya adalah titik balanced (titik B). contoh berikut ini mengilustrasikan pembuatan diagram P-M untuk penampang segiempat tipikal. (Nawy,1998)
8
Gambar 2.3 Diagram interaksi P-M kolom Analisis kolom dengan diagram P-M diperhitungkan pada tiga kondisi yaitu : a. Pada Kondisi Eksentrisitas Kecil Prinsip-prinsip pada kondisi ini dimana kuat tekan rencana memiliki nilai sebesar kuat rencana maksimum. ϕPn = ϕPn max = 0,80 ϕ (Ag – Ast) 0.85 f’c + Ast fy b. Pada Kondisi Momen Murni Momen murni tercapai apabila tulangan tarik belum luluh sedangkan tulangan tekan telah luluh dimana fs adalah tegangan tulangan tekan pada kondisi luluh. Pada kondisi momen murni keruntuhan terjadi saat hancurnya beton (Pn = Pu = 0). Keseimbangan pada kondisi momen murni yaitu : ND1 + ND2 = NT Dimana : ND1 = 0,85 f’c b a ND2 = f’s A’s NT = fy As
9
Selisih akibat perhitungan sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Persamaan yang diperoleh dari segitiga sebangun dengan tinggi sumbu netral pada c yaitu : 𝑓′𝑠 = 𝐸𝑠 𝜀′𝑠 = 𝐸𝑠
0,003(𝑐−𝑑′) 𝑐
Dengan mensubtitusikan persamaan-persamaan di atas akan dihasilkan persamaan pangkat dua dengan perubah tinggi sumbu netral c. Momen rencana dapat dihitung sebagai berikut : Mr = ϕMn Mn = Mn1 + Mn2 = ND1 Z1 + ND2 Z2 c. Pada Kondisi Balance Kondisi keruntuhan balance tercapai apabila tulangan tarik luluh dan beton mengalami batas regangan dan mulai hancur. Persamaan yang diperoleh dari segitiga yang sebangun dengan persamaan sumbu netral pada kondisi balance (Cb) yaitu : 𝐶𝑏 𝑑
=
0,003 0,003+
𝑓𝑦 𝐸𝑠
atau dengan Es = 200000, maka : 𝐶𝑏 =
600 𝑑 600+ 𝑓𝑦
Persamaan kesetimbangan pada kondisi balance : Pb = ND1 + ND2 – NT Sehingga eksentrisitas balance (eb) dapat ditulis sebagai berikut : Pb (eb + d/2) = Mnb Mrb = ϕPb eb
2.2
Pembebanan Struktur Pada perencanaan pembebanan digunakan beberapa acuan sebagai berikut:
1. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 03-1726-2012). 2. Pedoman Perancanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (PPPURG, 1987). 10
2.2.1
Beban Mati Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat
tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung tersebut (PPPURG, 1987). Adapun beban mati yang digunakan adalah sebagai berikut: Berat jenis beton
= 2400 Kg/m3
Dinding pasangan setengah bata merah = 250 Kg/m2 Spesi lantai keramik
= 2100 Kg/m3
Penutup lantai keramik
= 2400 Kg/m3
Plafond + penggantung
= 18 Kg/m2
2.2.2
Beban Hidup Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau
penggunaan suatu gedung, termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah dan termasuk beban akibat air hujan pada atap (PPPURG, 1987). Adapun beban mati yang digunakan adalah sebagai berikut: Beban hidup lantai
= 250 Kg/m2
Beban hidup atap
= 100 Kg/m2
Beban hujan
= 40 Kg/m2
2.2.3
Beban Gempa Beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang bekerja pada
gedung atau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa tersebut (PPPURG, 1987). 2.2.3.1 Penentuan Faktor Keutamaan Gedung Berdasarkan SNI-1726-2012 dalam menentukan kategori risiko bangunan dan faktor keutamaan bangunan bergantung dari jenis pemanfaatan bangunan tersebut. Kategori resiko struktur untuk bangunan gedung dan non gedung diatur sesuai dengan Tabel 2.1. Pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan 11
dengan suatu faktor keutamaan Ie menurut Tabel 2.2. Khusus untuk struktur bangunan dengan kategori risiko IV, bila dibutuhkan pintu masuk untuk operasional dari struktur bangunan yang bersebelahan, maka struktur bangunan yang bersebelahan tersebut harus didesain sesuai dengan kategori risiko IV. Tabel 2.1 Kategori risiko bangunan gedung dan non gedung untuk beban gempa Jenis Pemanfaatan Gedung dan non gedung yang memiliki risiko rendah terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk, antara lain: Fasilitas pertanian, perkebunan, perternakan, dan perikanan Fasilitas sementara Gudang penyimpanan Rumah jaga dan struktur kecil lainnya Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam kategori risiko I,III,IV, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk: Perumahan Rumah toko dan rumah kantor Pasar Gedung perkantoran Gedung apartemen/ rumah susun Pusat perbelanjaan/ mall Bangunan industry Fasilitas manufaktur Pabrik Gedung dan non gedung yang memiliki risiko tinggi terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk: Bioskop Gedung pertemuan Stadion Fasilitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit gawat darurat Fasilitas penitipan anak Penjara Bangunan untuk orang jompo Gedung dan non gedung, tidak termasuk kedalam kategori risiko IV, yang memiliki potensi untuk menyebabkan dampak ekonomi yang besar dan/atau gangguan massal terhadap kehidupan masyarakat sehari-hari bila terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk: Pusat pembangkit listrik biasa Fasilitas penanganan air Fasilitas penanganan limbah Pusat telekomunikasi Gedung dan non gedung yang tidak termasuk dalam kategori risiko IV, (termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk fasilitas manufaktur, proses, penanganan, penyimpanan, penggunaan atau tempat pembuangan bahan bakar berbahaya, bahan kimia berbahaya, limbah berbahaya, atau bahan yang mudah meledak) yang mengandung bahan beracun atau peledak di mana jumlah kandungan bahannya melebihi nilai batas yang disyaratkan oleh instansi yang berwenang dan cukup menimbulkan bahaya bagi masyarakat jika terjadi kebocoran.
Kategori Risiko
I
II
III
12
Tabel 2.1 (Lanjutan) Jenis Pemanfaatan
Kategori Risiko
Gedung dan non gedung yang ditunjukkan sebagai fasilitas yang penting, termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk: Bangunan-bangunan monumental Gedung sekolah dan fasilitas pendidikan Rumah sakit dan fasilitas kesehatan lainnya yang memiliki fasilitas bedah dan unit gawat darurat Fasilitas pemadam kebakaran, ambulans, dan kantor polisi, serta garasi kendaraan darurat Tempat perlindungan terhadap gempa bumi, angin badai, dan tempat perlindungan darurat lainnya Fasilitas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi dan fasilitas lainnya untuk tanggap daruratPusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang dibutuhkan pada saat keadaan daruratStruktur tambahan (termasuk menara telekomunikasi, tangki penyimpanan bahan bakar, menara pendingin, struktur stasiun listrik, tangki air pemadam kebakaran atau struktur rumah atau struktur pendukung air atau material atau peralatan pemadam kebakaran ) yang disyaratkan untuk beroperasi pada saat keadaan darurat. Gedung dan non gedung yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi struktur bangunan lain yang masuk ke dalam kategori risiko IV.
IV
Sumber : SNI 1726 : 2012
Tabel 2.2 Faktor keutamaan gempa Kategori Risiko I atau II III IV
Faktor keutamaan gempa, Ie 1,00 1,25 1,50
Sumber : SNI 1726 : 2012
2.2.3.2 Penentuan Wilayah Gempa Parameter Ss adalah percepatan batuan dasar pada periode pendek sedangkan parameter S1 adalah percepatan batuan dasar pada periode 1 detik. Parameter Ss dan S1 tergantung dari letak dan lokasi bangunan. Parameterparameter tersebut ditetapkan masing-masing dari respons spectral percepatan 0,2 detik dan 1 detik dalam peta gerak tanah seismik pada pasal 14 SNI-1726-2012 dengan kemungkinan 2 persen terlampaui dalam 50 tahun (𝑀𝐶𝐸𝑅 , 2 persen dalam 50 tahun), dan dinyatakan dalam bilangan desimal terhadap percepatan gravitasi. Gambar 2.4 menunjukkan peta gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (𝑀𝐶𝐸𝑅 ) parameter-parameter gerak tanah Ss, kelas situs SB dan Gambar 2.5 menunjukkan peta gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (𝑀𝐶𝐸𝑅 ) parameter-parameter gerak tanah S1 , kelas situs SB. 13
Gambar 2.4 Ss, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER), kelas situs SB Sumber : SNI 1726-2012
Gambar 2.5 S1, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER), kelas situs SB Sumber : SNI 1726-2012
14
2.2.3.3 Penentuan Kelas Situs Berdasarkan sifat-sifat tanah pada situs, maka situs harus diklasifikasikan sebagai kelas situs SA (batuan keras) , SB (batuan) , SC (tanah keras, sangat padat dan batuan lunak) , SD (tanah sedang) , SE (tanah lunak) dan SF (tanah khusus, yang membutuhkan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons spesifiksitus yang mengikuti Pasal 6.10.1 SNI-1726-2012. Bila sifat-sifat tanah tidak teridentifikasi secara jelas sehingga tidak bias ditentukan kelas situsnya, maka kelas situs SE dapat digunakan kecuali jika pemerintah/dinas yang berwenang memiliki data geoteknik yang dapat menentukan kelas situs SF. Dalam menentukan Koefesien Situs Fa dan Fv sangat bergantung dari jenis tanah pada lokasi bangunan dan percepatan batuan dasar pada periode pendek (Ss) serta percepatan batuan dasar pada periode 1 detik (S1). Koefesien Situs Fa dan Fv ditentukan dari Tabel 2.3 dan Tabel 2.4 sebagai berikut. Tabel 2.3 Koefisien Situs, Fa Parameter respons spectral
Kelas Situs
percepatan gempa (MCER) terpetakan
SA SB SC SD SE
Ss≤0,25
Ss=0,5
0,8 1,0 1,2 1,6 2,5 SF
0,8 1,0 1,2 1,4 1,7
pada periode pendek, S Ss=0,75 Ss=1,0 T=0,2 Sdetik, s≥1,25s 0,8 1,0 1,1 1,2 1,2
0,8 1,0 1,0 1,1 0,9 SSb
0,8 1,0 1,0 1,0 0,9
Sumber : SNI 1726 : 2012
CATATAN:
Untuk nilai-nilai antara Ss dapat dilakukan interpolasi linier
Ss=SItus yang memerlukan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons situs-spesifik lihT 6.10.1
15
Tabel 2.4 Koefisien situs, Fv Parameter respons spectral percepatan gempa (MCER) Kelas Situs terpetakan pada periode 1 detik S1 S1≤0,1
S1=0,2
S1=0,3
S1=0,4
S1≥0,5
0,8 1,0 1,7 2,4 3,5
0,8 1,0 1,6 2 3,2
0,8 1,0 1,5 1,8 2,8
0,8 1,0 1,4 1,6 2,4
0,8 1,0 1,3 1,5 2,4
SA SB SC SD SE SF
SSb
Sumber : SNI 1726 : 2012
CATATAN:
Untuk nilai-nilai antara S1 dapat dilakukan interpolasi linier
Ss=SItus yang memerlukan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons situs-spesifik lihat 6.10.1 Nilai spektral respons percepatan (spectral response acceleration) SDS dan
SD1 yaitu : SMS
= Fa × Ss
SM1
= Fv × S1
SDS
= 2/3 × SMS
SD1
= 2/3 × SM1
2.2.3.4 Penentuan Kategori Desain Seismik Struktur harus ditetapkan memiliki suatu kategori desain seismik yang mengikuti pasal ini. Struktur dengan kategori risiko I, II, atau III yang berlokasi di mana parameter respons spektral percepatan terpetakan pada perioda 1 detik, 1 S , lebih besar dari atau sama dengan 0,75 harus ditetapkan sebagai struktur dengan kategori desain seismik E. Struktur yang berkategori risiko IV yang berlokasi di mana parameter respons spektral percepatan terpetakan pada perioda 1 detik, 1 S , lebih besar dari atau sama dengan 0,75, harus ditetapkan sebagai struktur dengan kategori desain seismik F. Semua struktur lainnya harus ditetapkan kategori desain seismik-nya berdasarkan kategori risikonya dan parameter respons spektral percepatan desainnya, SDS dan SD1. 16
Tabel 2.5 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda 1 detik Kategori Resiko Nilai SDS I atau II atau III IV SDS < 0,167 A A 0,167 ≤ SDS < 0,33 B C 0,33 ≤ SDS < 0,50 C D 0,50 ≤ SDS D D Sumber : SNI 1726 : 2012
Tabel 2.6 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda pendek Kategori Resiko Nilai SD1 I atau II atau III IV SD1 < 0,167 A A 0,167 ≤ SD1 < 0,33 B C 0,33 ≤ SD1 < 0,50 C D 0,50 ≤ SD1 D D Sumber : SNI 1726 : 2012
2.2.3.5 Pemilihan Sistem Struktur Sistem penahan-gaya gempa yang berbeda diijinkan untuk digunakan, untuk menahan gaya gempa di masing-masing arah kedua sumbu ortogonal struktur. Bila sistem yang berbeda digunakan, masing-masing nilai faktor R, Cd, dan Ω0 harus dikenakan pada setiap sistem, termasuk batasan sistem struktur yang termuat dalam Tabel 2.7 Tabel 2.7 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk sistem penahan gaya gempa Batasan Sistem Struktur Faktor Koefisien Faktor dan Batasan Tinggi Sistem Kuat Modifikai Pembesaran struktur (m) Penahan Gaya Lebih Respon, Defleksi Kategori Desain Seismik Seismik Sistem, R (Cd) (Ω0) B C D E F Sistem rangka pemikul momen 1. Rangka baja pemikul 8 3 5½ TB TB TB TB TB momen khusus
17
Tabel 2.7 (Lanjutan) Sistem Penahan Gaya Seismik 2. Rangka batang baja pemikul momen khusus 3. Rangka baja pemikul momen menengah 4. Rangka baja pemikul momen biasa 5. Rangka beton bertulang pemikul momen khusus 6. Rangka beton bertulang pemikul momen menengah 7. Rangka beton bertulang pemikul momen biasa 8. Rangka baja dan beton komposit pemikul momen khusus 9. Rangka baja dan beton komposit pemikul momen menengah
Faktor Koefisien Faktor Kuat Modifikai Pembesaran Lebih Respon, Defleksi Sistem, R (Cd) (Ω0)
Batasan Sistem Struktur dan Batasan Tinggi struktur (m) Kategori Desain Seismik B C D E F
7
3
5½
TB TB
48
30
TI
4½
3
4
TB TB
10
TI
TI
3½
3
3
TB TB
TI
TI
TI
8
3
5½
TB TB TB TB TB
5
3
4½
TB TB
TI
TI
TI
3
3
2½
TB
TI
TI
TI
8
3
5½
TB TB TB TB TB
5
3
4½
TB TB
TI
TI
TI
TI
18
Tabel 2.7 (Lanjutan) Sistem Penahan Gaya Seismik
Faktor Koefisien Faktor Kuat Modifikai Pembesaran Lebih Respon, Defleksi Sistem, R (Cd) (Ω0)
10. Rangka baja dan beton komposit terkekang parsial pemikul momen 11. Rangka baja dan beton komposit pemikul momen biasa 12. Rangka baja canai dingin pemikul momen khusus dengan pembautan
Batasan Sistem Struktur dan Batasan Tinggi struktur (m) Kategori Desain Seismik B C D E F
6
3
5½
48
48
30
TI
TI
3
3
2½
TB
TI
TI
TI
TI
3½
3
3½
TB
10
10
10
10
Sumber : SNI 1726 : 2012
2.2.3.6 Gaya Geser Dasar Seismik Pada saat menentukan waktu getar alami fundamental (T) Digunakan perioda fundamental pendekatan (Ta) untuk struktur yang tidak melebihi 12 tingkat, dimana sistem penahan gaya seismik terdiri dari rangka penahan momen beton atau baja secara keseluruhan dan tingkat paling sedikit 3 m sehingga didapat Ta = 0.10 × N
,dimana N = jumlah tingkat
Menurut SNI 1726-2012 persamaan 21, 22 halaman 54, Gaya geser (V) V = Cs × W Cs =
SDS R Ie
19
Cs di atas tidak perlu melebihi Cs =
SD1 R T (I ) e
Cs di atas harus tidak kurang dari Csmin
= 0,044 × SDS × Ie ≥ 0,01
Cs = Koefisien respons seismik W = berat seismik efektif R = faktor modifikasi respons Ie = faktor keutamaan gempa 2.2.3.7 Kontrol Beban Gempa Beban gempa dapat dianalisis dengan menggunakan metode statik (statik ekivalen dan autoload) dan metode dinamis (respon spektrum dan time history). Berdasarkan SNI 03-1726-2012 pasal 7.9.4.1, kombinasi respons untuk geser dasar ragam (Vt) lebih kecil 85 persen dari geser dasar yang dihitung (V) menggunakan prosedur gaya lateral ekivalen, maka gaya harus dikalikan dengan 0,85
𝑉 𝑉𝑡
.
Berdasarkan ketentuan tersebut maka analisis gaya gempa dengan menggunakan metode dinamis bisa digunakan jika gaya geser dasar dengan metode dinamis lebih dari 85 % gaya geser dasar dasar dengan metode statik.
2.3
Kombinasi Pembebanan Berdasarkan SNI 03 – 2847 – 2013 kekuatan perlu U harus paling tidak
sama dengan pengaruh beban terfaktor dalam persamaan di bawah ini. Pengaruh salah satu atau lebih beban yang tidak bekerja secara serentak harus diperiksa (beban S (salju) dalam persamaan-persamaan di bawah dihapus karena tidak relevan, lihat Daftar Deviasi). U = 1,4D U = 1,2D + 1,6L + 0,5 (Lr atau R) 20
U = 1,2D + 1,6 (Lr atau R) + (1,0L atau 0,5W) U = 1,2D + 1,0W + 1,0L + 1,6 (Lr atau R) U = 1,2D + 1,0Ex + 0,3Ey + 1,0L U = 1,2D + 1,0Ey + 0,3Ex + 1,0L U = 0,9D + 1,0W U = 0,9D + 1,0Ex + 0,3Ey U = 0,9D + 1,0Ey + 0,3Ex kecuali sebagai berikut: a. Faktor beban pada beban hidup L dalam persamaan di atas diizinkan direduksi sampai 0,5 kecuali untuk garasi, luasan yang ditempati sebagai tempat perkumpulan publik, dan semua luasan dimana L lebih besar dari 4,8 kN/m2. b. Bila W didasarkan pada beban angin tingkat layan, 1,6W harus digunakan sebagai pengganti dari 1,0W dalam persamaan di atas dan 0,8W harus digunakan sebagai pengganti dari 0,5W dalam persamaan di atas. c. Dihilangkan karena tidak relevan, lihat Daftar Deviasi.
2.4
Persyaratan Desain Struktur SRPMK
2.4.1
Balok Berdasarkan SNI 03-2847-2013, persyaratan ini berlaku untuk komponen
struktur rangka momen khusus yang membentuk bagian sistem penahan gaya gempa dan diproporsikan terutama untuk menahan lentur. Komponen struktur rangka ini juga harus memenuhi kondisi-kondisi sebagai berikut. Gaya tekan aksial terfaktor pada komponen struktur, Pu, tidak boleh melebihi Agf’c/10. Bentang bersih untuk komponen struktur, ln, tidak boleh kurang dari empat kali tinggi efektifnya. Lebar komponen, bw, tidak boleh kurang dari yang lebih kecil dari 0,3h dan 250 mm. 21
Lebar komponen struktur, bw, tidak boleh melebihi lebar komponen struktur penumpu, c2, ditambah suatu jarak pada masing-masing sisi komponen struktur penumpu yang sama dengan yang lebih kecil dari (a) dan (b): (a) Lebar komponen struktur penumpu, c2, dan (b) 0,75 kali dimensi keseluruhan komponen struktur penumpu, c1.
2.4.2
Kolom Komponen struktur yang menerima kombinasi lentur dan beban aksial
beton bertulang sesuai SNI 03-2847-2013, pasal 21.6 pada Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus adalah sebagai berikut : 1. Persyaratan dari sub pasal ini berlaku untuk komponen struktur rangka momen khusus yang membentuk bagian sistem penahan gaya gempa dan yang menahan gaya tekan aksial terfaktor Pu akibat sebarang kombinasi beban yang melebihi Agf’c/10 . 2. Dimensi penampang terpendek, diukur pada garis lurus yang melalui pusat geometri, tidak boleh kurang dari 300 mm. 3. Rasio dimensi penampang terpendek terhadap dimensi tegak lurus tidak boleh kurang dari 0,4. 4. Luas tulangan memanjang, Ast, tidak boleh kurang dari 0,01Ag atau lebih dari 0,06Ag. 5. Pada kolom dengan sengkang bulat, jumlah tulangan longitudinal minimum harus 6. 6. Spasi tulangan transversal sepanjang lo tidak lebih daripada: a. Seperempat dimensi terkecil komponen struktur 0.25C2 b. Enam kali diameter tulangan longitudinal,. c. So yang dihitung dengan: So = 100 +
350-hx 3
d. Nilai so dari persamaan di atas tidak boleh lebih besar dari 150 mm dan tidak perlu lebih kecil dari 100 mm.
22
2.5
Simpangan Ijin Berdasarkan SNI 03-1726-2012 pasal 7.12.1, simpangan antar lantai
tingkat desain (Δ) tidak boleh melebihi simpangan antar lantai ijin (Δa). Simpangan antar lantai ijin (Δa) dapat dilihat pada tabel berikut ini. Hsx pada tabel menunjukkan tinggi tingkat dibawah tingkat x. Tabel 2.8 Simpangan antar lantai ijin (Δa) Srtuktur
I atau II
Kategori risiko III
IV
Struktur, selain dari struktur dinding geser batu bata, 4 tingkat atau kurang dengan dinding interior, partisi, langit-langit dan sistem dinding 0,025hsx eksterior yang telah didesain untuk mengakomodasi simpangan antar lantai tingkat.
0,020hsx
0,015hsx
Struktur dinding geser kantilever batu bata
0,010hsx
0,010hsx
0,010hsx
Struktur dinding geser batu bata lainnya
0,007hsx
0,007hsx
0,007hsx
Semua struktur lainnya
0,020hsx
0,015hsx
0,010hsx
Sumber : SNI 1726:2012
2.6
Pemodelan Struktur SAP 2000 v15 Program SAP2000 dapat melakukan perhitungan analisis struktur statik/
dinamik, saat melakukan desain penampang beton bertulang maupun struktur baja, SAP2000 juga menyediakan metode interface (antarmuka) yang secara grafis mudah digunakan dalam proses penyelesaian analisis struktur. Langkah-langkah pemodelan kedua struktur yang telah disebutkan diatas adalah sebagai berikut. 1. Membuat Grid Pilih menu file lalu new models kemudian pilih grid only untuk membuat ukuran portal yang akan dibuat. Setelah muncul kotak dialog grid only masukkan data jarak antar portal dan tinggi portal sesuai dengan yang direncanakan. 2. Mendefinisikan Material Pilih menu define lalu materials kemudian pilih add new materials. Setelah muncul kotak dialog materials property data masukkan data material yang digunakan meliputi kuat tekan beton (f’c)/kuat tarik baja (fy), berat jenis bahan, modulus elastisitas dan sebagainya. 23
3. Mendefinisikan Frame Sections Pilih menu define lalu section property kemudian frame section. Pilih add new materials kemudian pilih jenis material yang akan digunakan dan selanjutnya sesuaikan data dimensi, material, dan reinforcement data yang gunakan. Untuk menyesuaikan tulangan agar program SAP2000 mengecek tulangan yang kita gunakan pilih reinforcement to be checked seperti pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Kotak dialog reinforcement data 4. Mendefinisikan Area Sections Pilih menu define lalu section property kemudian area sections. Pilih add new property kemudian sesuaikan data material dan ketebalan area sections. 5. Mendefinisikan Load Pattern Pilih menu define lalu load pattern kemudian definisikan beban-beban yang akan digunakan dalam analisis. Pada self wight multiplier masukkan nilai 1 (satu) jika dimaksudkan beban didefinisikan sendiri oleh program dan masukkan nila 0 (nol)) jika dimaksudkan beban tidak didefinisikan sendiri oleh program. 24
Ketika self wight multiplier didefinisikan 0 (nol) maka beban harus diinput manual pada program SAP2000. 6. Mendefinisikan Load Combinations Pilih menu define lalu load combinations kemudian definisikan kombinasi pembebanan yang akan digunakan. 7. Draw Frame dan Area Pilih menu draw lalu draw frame/cable/tendon untuk balok dan kolom, draw reactangular area untuk pelat. Gambarkan balok, kolom, dan pelat pada grid yang telah dibuat sebelumnya. 8. Beban Merata Pelat Pilih menu assign lalu area loads kemdian uniform (shell). Masukkan data beban yang direncanakan. 9. Pembebanan pada Balok Pilih menu assign lalu frame loads kemdian distributed. Masukkan data beban yang direncanakan. 10. Pembebanan Gempa Beban gempa yang digunakan adalah beban gempa autoload untuk gempa statik dan respon spektrum untuk gempa dinamis. Pada pengaplikasiannya, beban gempa yang digunakan pada SAP2000 adalah salah satu beban gempa bergantung pada pengontolan beban gempa statik dan dinamis sesuai pada sub-bab 2.2.3.7. a. Motode Autoload Pilih menu define lalu load pattern kemudian definisikan beban gempa x dan beban gempa y. Pada self wight multiplier masukkan nilai 1 (satu) karena beban gempa akan dihitung oleh program. Pada auto load pattern, pilih salah satu beban gempa yang akan digunakan kemudian add new load pattern selanjutnya modify lateral load pattern sesuai pada Gambar 2.7. Setelah muncul kotak dialog seismic load pattern definisikan data gempa sesuai dengan yang direncanakan sesuai Gambar 2.8.
25
Gambar 2.7 Kotak dialog load pattern
Gambar 2.8 Kotak dialog autoload IBC2009 b. Pembebanan Gempa Respon Spektrum Langkah-langkah aplikasi metode respon spektrum pada SAP2000 adalah sebagai berikut: Pengambilan data gempa Data-data gempa didapatkan dari Desain Spektra Indonesia (http://puskim.pu.go.id).
Untuk
memudahkan
penginputan
respon
spektrum, data periode dan percepatan tersebut dapat diunduh dalam bentuk tabel. Dari tabel tersebut, dimasukan data berupa angka untuk fungsi periode (T). Data respon spektrum diunggah ke SAP2000 pada struktur 26
beraturan dan tidak beraturan dengan cara mendefinisikan fungsi respon spektrum. Mendefinisikan fungsi respon spektrum Pilih menu define lalu functions untuk mendefinisikan fungsi. Untuk respon spektrum, pilih fungsi respon spektrum. Akan muncul window seperti Gambar 2.9. Pilih tipe fungsi from file yang berarti fungsi didapatkan dari data yang diunggah oleh pengguna. Lalu klik add new function. Setelah klik add new function, akan muncul window baru (Gambar 2.10). Ganti nama fungsi (function name) menjadi “RS” yang berarti respon spektrum. Untuk menggunggah fungsi respon spektrum, klik browse lalu pilih data respon spektrum yang telah disimpan dalam bentuk .txt. Karena data respon spektrum yang didapat merupakan fungsi periode dan nilai percepatan, maka pilih period vs value. Untuk memastikan grafik respon spektrum telah diunggah dengan benar, klik display graph untuk melihat bentuk grafik respon spektrum. Setelah selesai mengunggah grafik respon spektrum, klik tombol OK pada kedua window yang sudah terbuka.
Gambar 2.9 Pendefinisian fungsi respon spektrum
27
Gambar 2.10 Pengunggahan grafik respon spektrum ke SAP2000 Mendefinisikan load case Klik menu define lalu pilih load case, keluarlah window pendefinisian load case. Lalu klik add new load case (Gambar 2.12). Ganti nama load case (load case name) dengan “gempa x” untuk arah-x dan “gempa y” untuk arah-y dan pilih fungsi Response Spectrum pada tipe load case (load case type). Kombinasi modal yang akan digunakan untuk analisis adalah Complete Quadratic Combination (CQC) dan untuk kombinasi arah menggunakan metode Square Root of the Sum of Squares (SRSS). Pada bagian beban yang bekerja (loads applied), untuk arah-x, pilih load name U1, fungsi yang digunakan adalah “RS” yaitu nama fungsi respon spektrum yang telah didefinisikan. Skala faktor diinput nilai sesuai persamaan (Ie/R) dikalikan dengan gaya gravitasi bumi (9,81 m/detik2). Gaya gravitasi bumi dikonversikan sesuai dengan satuan yang digunakan. Dengan nilai Ie = 1,0 ; R = 8, dan gaya gravitasi bumi = 9810 mm/detik2, maka skala faktor untuk arah-x adalah 1226,25. Ulangi langkah yang sama untuk mendefinisikan beban gempa arah-y.
28
Gambar 2.11 Data load case respon spektrum Constraint joint Klik semua joint pada hubungan antara balok dan kolom kemudian pilih menu assign lalu joint kemudian constraint. Pada choose constraint type to add pilih diaphragm kemudian pilih add new constraint kemudian klik ok. 11. Mendefinisikan sumber massa Pilih menu define lalu mass source. Setelah muncul kotak dialog mass source pilih from element and additional masses and loads kemudian definisikan dead load dengan self weigth multiplier satu dan live load dengan self weigth multiplier nol. 12. Run Analysis Setelah semua pendefinisian struktur dan pembebanan struktur telah selesai selanjutnya klik run analysis.
29
13. Design Check Pada tahap ini akan dilakukan pengecekan dari frame section baik itu balok maupun kolom. Pengecekan ini bertujuan untuk mengetahui apakah frame section yang digunakan sudah memenuhi persyaratan,baik itu dari segi stress ratio dan yang lainnya. Langkah pertama adalah pilih Design lalu Concerate Frame Design kemudian View/Revise Preferences. Pilih Design Code dan Framing Type yang akan digunakan, kemudian Start Design/Check of Structur. 14. Menampilkan data hasil analisis Pilih menu display lalu show tables. Setelah muncul kotak dialog show tables pilih data yang dibutuhkan dan kemudian klik ok kemudian akan muncul kotak dialog data yang dibutuhkan. Pilih file lalu export current table kemudian to excel.
30
