DAMPAK PEMBATASAN WAKTU GETAR ALAMI FUNDAMENTAL PADA BANGUNAN GEDUNG TINGKAT RENDAH Josia Irwan Rastandi 1
ABSTRAK Salah satu hal yang baru dalam SNI 03-1726-2002 yang tidak ada dalam peraturan sebelumnya atau mungkin juga merupakan satu-satunya di dunia adalah tentang pembatasan waktu getar alami fundamental dari struktur. Dalam peraturan ini waktu getar alami, T1, dibatasi oleh suatu nilai yang merupakan perkalian antara koefisien ξ dan jumlah tingkat n. Dalam makalah ini akan disimulasikan tentang penerapan peraturan ini pada bangunan gedung tingkat rendah dari 3 hingga 8 lantai, dengan mengambil denah yang simetris dan beraturan, sehingga memungkinkan pula untuk dilakukan analisa beban gempa secara statik ekivalen. Dari hasil simulasi dapat dilihat bahwa dengan penerapan aturan pembatasan periode alami fundamental ini untuk bangunan tingkat rendah akan didapat suatu struktur yang sangat kaku dan tidak efisien. Kata kunci : waktu getar alami fundamental, bangunan tingkat rendah
ABSTRACT One of the new regulations in the latest Indonesian Seismic Code, SNI 03-1726-2002, is the restriction of the first natural period of the structure. This regulation may be the only one in the world. In this regulation the first natural period is restricted by the value of the multiplication from coefficient, ξ and the total stories, n. In this paper, the application of this restriction rule are simulated for the low rise building structures from 3 to 8 stories with symmetrical plan, so that for the seismic load, they also can be analyzed with static equivalent method. From the simulation, it can be seen that the application of this restriction regulation for low-rise building create a very rigid and high cost structure. Keywords : first natural period, low rise building
1
Staf pengajar tetap pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Indonesia
1. PENDAHULUAN Dalam SNI 03 – 1726 – 2002 setidaknya ada 2 hal yang yang berhubungan dengan pembatasan kekakuan lateral suatu struktur. Pertama ialah dengan adanya pembatasan simpangan antar tingkat, dimana pada pasal 8.1.2 disebutkan bahwa untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tersebut akibat pengaruh Gempa Nominal yang telah dibagi Faktor Skala, tidak boleh melampaui
0,03 kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm, R
bergantung yang mana yang nilainya terkecil. Hal yang kedua ialah yang berkaitan dengan pembatasan waktu getar alami fundamental, dimana pada pasal 5.6 menyebutkan bahwa untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu getar alami
fundamental T1 dari suatu struktur gedung harus dibatasi, bergantung pada koefisien ζ untuk wilayah gempa tempat struktur gedung berada dan jumlah tingkatnya n menurut persamaan T1 < ζ n . Pembatasan waktu getar alami fundamental ini mungkin sampai saat ini merupakan yang pertama dan satusatunya di dunia. Dalam Lampiran Penjelasan SNI 03-1726-2002 ini disebutkan bahwa alasan untuk membatasi waktu getar fundamental suatu struktur gedung adalah : 1. untukmencegah pengaruh P-Delta yang berlebihan 2. untuk mencegah simpangan antar tingkat yang berlebihan pada taraf pembebanan gempa yang menyebabkan pelelehan pertama, yaitu untuk menjamin kenyamanan penghunian dan membatasi kemungkinan terjadinya kerusakan struktur akibat pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, maupun kerusakan non struktur. 3. untuk mencegah simpangan antar tingkat yang berlebihan pada taraf pembebanan gempa maksimum, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur yang menelan korban jiwa manusia. 4. untuk mencegah kekuatan (kapasitas) struktur terpasang yang terlalu rendah, mengingat struktur gedung dengan waktu getar fundamental yang panjang menyerap beban gempa yang rendah (terlihat dari spectrum respons C-T), sehingga gaya internal yang terjadi di dalam unsure-unsur struktur menghasilkan kekuatan terpasang yang rendah. Alasan ke-dua dan ke-tiga sebenarnya sudah tercover pada pasal 8.1.2 tentang pembatasan simpangan antar tingkat. Sedangkan jika dilihat dari alasan pertama dan ke empat, tampaknya pembatasan periode fundamental ini lebih ditekankan kepada bangunan tingkat tinggi, karena pengaruh P-Delta menurut pasal 5.7 peraturan ini, hanya perlu diperhitungkan jika ketinggian gedung lebih dari 40m atau 10 tingkat ke atas, sedangkan gedung yang mempunyai waktu getar yang panjang adalah gedung bertingkat relatif tinggi. Akan tetapi dalam SNI ini tidak ada pasal yang menyebutkan kapan kita harus menerapkan aturan pembatasan periode alami fundamental ini , sehingga sebagai konsekuensinya pasal 5.6 ini harus diterapkan kepada seluruh struktur bangunan, baik tingkat rendah, menengah maupun bangunan tingkat tinggi. Dalam prakteknya, jika pembatasan periode getar utama ini diterapkan kepada bangunan tingkat rendah, maka akan didapat suatu struktur bangunan yang super kaku, sehingga rasanya perlu dilakukan peninjauan ulang tentang penerapan pasal 5.6 ini. Dalam makalah ini akan disimulasikan tentang penerapan peraturan ini pada bangunan gedung tingkat rendah dari 3 hingga 8 lantai, dengan mengambil denah yang simetris dan beraturan, sehingga memungkinkan pula untuk dilakukan analisa beban gempa secara statik ekivalen.
2. SIMULASI MODEL STRUKTUR 2.1. Geometri Struktur Pemodelen geometri struktur dalam simulasi ini seperti pada gambar 1 sampai 3 mengikuti ketentuan sebagai berikut : • Denah lantai dibuat tipikal dan simetris terhadap sumbu-x dan sumbu-y • Perbedaan elevasi tiap lantai 3,5 meter • Variasi rasio lebar terhadap panjang bangunan dibuat 1 : 1 , 1 : 2 dan 1 : 3 dengan mempertahankan sisi pendek selebar 24,00 m • Jumlah lantai bangunan diambil dari 3 hingga 8 lantai • Jarak antar kolom dibuat 3 variasi : 4.80 m, 6.00 m, dan 8.00 m • Dimensi balok dan kolom seperti pada gambar 4 dan 5 • Tebal pelat lantai diambil sama baik untuk lantai tipikal maupun lantai atap, yaitu setebal 120 mm
B B B B Lebar (L)
B
Gambar 1. Variasi Denah
Gambar 2. Variasi Tampak Samping
Gambar 3. Variasi Tampak Depan
Notasi B N 1:n
Keterangan Jarak Bentang Jumlah Lantai Rasio lebar dengan panjang bangunan
Bentang 4,8 m
Bentang 6,0 m
3 Lantai
4 Lantai
5 Lantai
6 Lantai Gambar 4. Dimensi balok dan kolom
Bentang 8,0 m
Bentang 4,8 m
Bentang 6,0 m
Bentang 8,0 m
7 Lantai
8 Lantai Gambar 5. Dimensi balok dan kolom (lanjutan)
2.2. Material Spesifikasi material yang digunakan adalah : • Beton mutu K-300 dengan fc’ = 24.,9 Mpa dan Modulus Elastisitas Beton, Ec = 23452,95 Mpa • Mutu Baja tulangan BJTD 40 dengan Modulus Elastisitas Baja, Es = 2,1 . 106 kg/cm2 2.3. Pembebanan 1. Beban mati (DL) - Langit-langit dan dinding (tanpa pengaku atau penggantung) - Penggantung langit-langit - Adukan dari semen, 2 cm - Penutup lantai dari ubin semen portland, teraso dan beton - Partisi 2. Beban hidup total (qLL) 3. Beban gempa
= = =
= 11 kg/m2 = 7 kg/m2 = 42 kg/m2 = 24 kg/m2 = 100 kg/m2 + = 184 kg/m2
DL total 250 kg/m2 (lantai tipikal) 100 kg/m2 (lantai atap) Wilayah Gempa 3, tanah lunak dengan I=1,0 dan R=8,5
3. HASIL ANALISA DAN DISKUSI Hasil analisa periode alami fundamental struktur ditampilkan dalam gambar 9 sampai 14 berikut :
Gambar 6. Periode struktur dengan bentang 4,8 m dengan rasio L:P=1:1
Gambar 7. Periode struktur dengan bentang 4,8 m dengan rasio L:P=1:2
Gambar 8. Periode struktur dengan bentang 4,8 m dengan rasio L:P=1:3
Gambar 9. Periode struktur dengan bentang 6,0 m dan rasio L:P=1:1
Gambar 10. Periode struktur dengan bentang 6,0 m dan rasio L:P=1:2
Gambar 11. Periode struktur dengan bentang 6,0 m dan rasio L:P=1:3
Gambar 12. Periode struktur dengan bentang 8,0 m dan rasio L:P=1:1
Gambar 13. Periode struktur dengan bentang 8,0 m dan rasio L:P=1:2
Gambar 14. Periode struktur dengan bentang 8,0 m dan rasio L:P=1:3
Dari hasil analisa seperti yang ditampilkan pada gambar 6 sampai 14 diatas tampak bahwa untuk perbadingan rasio L : P, 1 : 2 dan 1 : 3 , pada semua bentang antar kolom, periode getar alami hasil perhitungan model 3-D, berada dalam rentang 0,8 TRayleigh dan 1,2 TRayleigh. Sedangkan untuk perbandingan rasio L : P, 1 : 1 pada bentang antar kolom 4,8 m, hasil perhitungan periode alami dengan untuk struktur bangunan 8 lantai, lebih besar daripada hasil perhitungan periode dengan rumus Rayleigh, begitu juga pada bentang antar kolom 6 m, hasil perhitungan periode alami dengan pemodelan 3-D untuk struktur bangunan 3 lantai, 4 lantai, 5 lantai dan 8 lantai, lebih besar daripada hasil perhitungan periode dengan rumus Rayleigh, dan pada bentang antar kolom 8 m, hasil perhitungan periode alami dengan pemodelan 3-D untuk struktur bangunan 3 lantai, 4 lantai, 5 lantai, 6 lantai dan 8 lantai, lebih besar daripada hasil perhitungan periode dengan rumus Rayleigh. Akan menjadi suatu pertanyaan, jika suatu struktur telah dianalisa secara 3 dimensi, apakah masih perlu untuk dibandingkan dengan periode Rayleigh ? Karena sudah dapat dipastikan bahwa pastilah hasil analisa pemodelan 3-D adalah yang lebih benar. Berdasarkan SNI 03-1726-2002 pasal 5.6 mengenai pembatasan waktu getar alami fundamental, dimana T1 < ζ .n , dari analisa di atas untuk wilayah gempa 3 dimana ζ = 0,18 dapat dilihat bahwa untuk semua bentuk variasi denah dan banyaknya tingkat pada model-model tersebut tidak memenuhi persyaratan atau melewati batas 0,18n. Dengan kata lain struktur dianggap terlalu fleksibel sehingga perlu diperkaku dengan memperbesar kolom atau menambah elemen vertikal penahan gaya lateral lain seperti bracing atau shearwall. Padahal jika kita melihat hasil perhitungan drift maksimum ijin seperti yang disyaratkan pada SNI 03-1726-2002 pasal 8.1.2, dan ditampilkan pada gambar 15 sampai 17, semua drift masih berada dibawah batas maksimum (
0, 03 kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm) . R
Gambar 15. Simpangan Antar Lantai Bentang 4,8 m
Gambar 16. Simpangan Antar Lantai Bentang 6 m
Gambar 17. Simpangan Antar Lantai Bentang 8 m
Untuk struktur 8 lantai, mungkin masih logis untuk menambah shearwall, tetapi jika kita lihat misalnya saja untuk struktur 3 lantai dengan bentang antar kolom 4,8m dan denah tipikal 24m x 24m harus dipergunakan kolom yang menerus dari lantai dasar sampai atap dengan dimensi 75cm x 75 cm ( T1 = 0,5381 detik ), untuk bentang 6,0 harus menggunakan dimensi 80cm x 80cm (T1 = 0,5265 detik ) dan untuk bentangan 8,0m minimal digunakan dimensi kolok 85cm x 85cm (T1 = 0,5357 detik ). Melihat dimensi-dimensi kolom tersebut di atas (bangunan tipikal 3 lantai), pastilah kita semua sepakat bahwa secara intuisi kita dapat mengatakan bahwa dimensi tersebut adalah terlalu besar dan akan merupakan suatu pemborosan jika kita membangun secara demikian. 4. KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil simulasi struktur bangunan 3-8 lantai diatas dapat dilihat bahwa penerapan pembatasan waktu getar alami fundamental struktur untuk bangunan tingkat rendah (SNI 03-1726-2002 pasal 5.6), akan menghasilkan bangunan yang sangat kaku, dan melihat kondisi perekonomian bangsa kita saat ini, rasanya perlu dikaji ulang untuk penerapannya. 5. DAFTAR PUSTAKA
1. Arafani Kautsari , “Perbandingan Hasil Analisa Gempa Bersarkan PMI 1970 dan SNI 03-1726-2002”, Skripsi Sarjana Teknik, Departemen Teknik Sipil FTUI, Depok, 2006
2. Rinaldi, “Evaluasi Ketahanan Gempa Bangunan Eksisting Tingkat Rendah (SNI 03-1726-1989) dengan SNI -03-1726-2002”, Skripsi Sarjana Teknik, Departemen Teknik Sipil FTUI, Depok, 2006
3. SNI 03-1726-2002, “Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung” 4. SNI 03-2847-2002, “Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung” 5. SKBI-1.3.53.1987, “Pedoman perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung”
