EVALUASI DESAIN STRUKTUR GEDUNG UNIVERSITAS INTERNASIONAL BATAM TERHADAP GEMPA Teddy Tambunan Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Internsaional Batam Email:
[email protected] Saiful Mustofa Staff Teknik PT. Adhi Karya (Persero) Tbk. Proyek Pembangunan Gedung Universitas Internasional Batam Email:
[email protected]
ABSTRAK Makalah ini membahas perencanaan ketahanan struktur gedung Universitas Internasioanl Batam terhadap gempa. Banyak yang mungkin tidak menyadari penggunaan standar baru SNI-03-1726-2002 khususnya kota Batam, untuk struktur gedung yang berperilaku daktail penuh dan perencanaan detail konstruksinya dilakukan sesuai prosedur Desain Kapasitas. Sesuai dengan peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia untuk gedung, yang tertuang dalam SNI-03-1726-2002 ada terdapat peta wilayah gempa Indonesia. Berdasarkan hal tersebut kota Batam termasuk dalam wilayah I, yang merupakan wilayah dengan intensitas gempa kecil. Evaluasi ini membandingkan kombinasi pembebanan yaitu beban mati, hidup, dan gempa. Dari beberapa kombinasi akan diketahui berapa besar pengaruh beban gempa yang bekerja pada struktur. Dari hasil analisis struktur gaya yang bekerja pada balok, kombinasi beban mati dan beban hidup lebih besar dari pada kombinasi beban mati, hidup dan gempa. Sedangkan pada kolom kombinasi beban mati dan beban gempa paling berpengaruh terhadap struktur. Untuk perencanaan tulangan mengakibatkan peningkatan jumlah tulangan rata – rata sebesar 6.146% dengan adanya beban gempa. Rencana Anggaran Biaya mengalami peningkatan 2.08%. Sangat diharapkan bahwa makalah ini dapat memberikan gambaran yang lengkap, bagaimana perencanaan gedung yang di laksanakan di wilayah gempa kecil khususnya kota Batam yang seharusnya dilakukan. Kata kunci: Desain Kapasitas, Gempa kecil, Analisis Struktur
1. PENDAHULUAN
Universitas Internasional Batam terhadap Gempa.
Gedung Universitas Internasioanl Batam terletak di jalan Gajah Mada, Baloi, Batam. Gedung tersebut di rencanakan terdiri dari 6 lantai yaitu 5 lantai ruang kelas dan 1 lantai atap dengan luas total 12000 m2. Gedung Universitas Internasional Batam ini direncanakan dengan sistem struktur rangka beton bertulang. Pada awal perencanaan struktur gedung ini direncanakan tanpa memperhitungkan adanya beban horizontal yaitu beban gempa. Padahal berdasarkan peraturan gempa Indonesia yaitu SNI-031726-2002 daerah Batam adalah termasuk wilayah I Peta Gempa Indonesia. Berdasarkan hal tersebut maka kami melakukan evaluasi struktur gedung
ISBN No. 978-979-18342-0-9
Diharapkan dari analisis struktur ini diketahui seberapa besar pengaruh beban gempa yang bekerja pada struktur tersebut, dimana strukur gedung tersebut berada di wilayah gempa I pada Peta Gempa Indonesia yang merupakan wilayah dengan intensitas gempa kecil. Selain itu dari evaluasi struktur ini dapat diketahui apakah gedung Universitas Internasional Batam layak dan aman untuk kekuatan, kekakuan dan daktilitas strukturnya. Pemilik Gedung ini adalah Yayasan Marga Tionghoa Batam. Perencana Struktur, Arsitektur, Mekanikal dan Elektrikal adalah PT. Enpeha dan kontraktor pelaksana adalah
B-43
Teddy Tambunan & Saiful Mustofa
PT. Adhi Karya (Persero) Konstruksi III (DK III).
Tbk.
Divisi
massa dipusatkan pada satu titik nodal untuk tiap lantainya. Jumlah lantai gedung ini adalah 6 lantai sehingga menurut pasal 5.7 untuk gedung yang tingginya kurang dari 10 tingkat atau 40 m dari penjepitan lateral tidak memperhitungkan pengaruh P Delta. Untuk Perencanaan kekuatan struktur berdasarkan prinsip –prinsip perencanaan beban dan kuat terfaktor (load dan resistance factor design) pasal 4.4 . Selain itu unsur – unsur struktur harus direncanakan juga untuk menahan beban gempa dalam 2 arah tegak lurus secara bersamaan yaitu 100 % gempa dalam satu arah dan 30% gempa dalam arah tegak lurusnya, untuk mensimulasikan arah gempa yang sembarang ( pasal 5.8.2) Sesuai dengan pasal 8 maka kinerja sruktur yang diperiksa adalah kinerja batas layan dan kinerja batas ultimit. Kinerja batas layan ditentukan oleh simpangan antar tingkat akibat pengaruh gempa rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya pelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, disamping untuk mencegah kerusakan non struktural (pasal 8.1.1). Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, maka kinerja batas layan tidak boleh lebih dari 0.03/R kali tingggi tingkat gedung. Kinerja Batas Ultimit gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar tingkat maksimum stuktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana dalam kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa manusia dan untuk mencegah benturan berbahaya antar gedung atau antar bagian struktur gedung yang di pisah dengan sela pemisah. Sesuai dengan pasal 8.2.1 maka kinerja Batas Ultimit gedung untuk struktur gedung yang beraturan ditentukan dengan persamaan Berikut :
2. DATA TANAH DAN KEGEMPAAN Berdasarkan Peta Gempa Indonesia maka wilayah Batam termasuk wilayah I Peta Gempa Indonesia menurut pasal 4.7.1. Berdasarkan data kalendering saat pemancangan jenis tanah adalah tanah sedang. Berdasarkan pasal 4.7.2 percepatan puncak muka tanah (untuk tanah sedang) dengan peride masing- masing 500 tahun adalah Ab =0.03g dan Ao= 0.05g. Spektrum Respon Gempa Rencana berdasarkan gb.2 pasal 4.7.4 adalah sebagai berikut :
C=
C
0.20 (Tanah lunak) T
C=
0.08 (T anah sedang) T
0.20
C= 0.13 0.10 0.08 0.05 0.04 0 0.2
0.5 0.6
1.0
0.05 (Tanah keras) T
2.0
3.0
T Gambar 1 Spektrum Respon Gempa wilayah I
3. PEMODELAN, ANALISIS DAN DESAIN Pemodelan, analisis dan desain memakai program Etabs V.9.1.4. Sehubungan dengan pasal 5.1.3 Gedung Universitas Internasional Batam merupakan gedung tanpa besmen, maka taraf penjepitan lateral struktur atas dapat dianggap terjadi pada bidang telapak fondasi langsung, bidang atas (pur) pondasi tiang. Sistem struktur gedung ini adalah sistem struktur beton bertulang yang terdiri dari portal – portal terbuka dan merupakan system struktur yang simetris dan beraturan, sesuai dengan pasal 6.3 maka pengaruh gempa ditinjau sebagai pengaruh beban gempa statik ekuivalen, sehingga analisisnya dilakukan dengan metode analisis statik 3 dimensi biasa yang dalam hal ini di sebut analisis statik ekuivalen 3 Dimensi. Sesuai pasal 5.4.2 maka lantai tingkat bekerja diasumsikan sebagai diafragma. Karena gedung termasuk beraturan maka digunakan model rigid diaphfragm yaitu
ISBN No. 978-979-18342-0-9
ξ = 0.7 R .......................................1) Sedangkan untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit gedung, dalam segala hal simpangan antar tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung menurut pasal 8.2.1 tidak boleh lebih dari 0.02 kali tinggi tingkat gedung. Perhitungan Kinerja
B-44
Evaluasi Desain Struktur Gedung Universitas Internasional Batam Terhadap Gempa
Batas Struktur gedung dapat dilihat dalam tabel di bawah ini: TABEL 1 KINERJA BATAS STRUKTUR
No
Tinggi atap (m)
Kinerja Batas Layan (m)
Kinerja Batas Ultimit (m)
1
28 m
0.0847
0.48
Analisis struktur dilakukan dengan beberapa kombinasi pembebanan sesuai dengan Peraturan Beton Indonesia yaitu SNI. sehingga akan didapatkan gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur tersebut. Kombinasi pembebanan untuk desain yaitu: a. Komb. 1 = 1.4 DL b. Komb. 2 = 1.2 DL + 1.6 LL c. Komb. 3 = 1.2 DL + LL ± E d. Komb. 4 = 0.9 DL ± E
8.5 ( Pasal 4.3.3 tabel 2) sedangakan Wt adalah berat total gedung. Beban gaya geser dasar nominal V ( pers. 1) harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban – beban gempa statik ekuivalen Fi yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan ( pasal 6.1.3): W i .H i ∑ W i .H
=
Fi
.V
………………………3)
i
Sehingga beban gempa statik ekuivalen nominal untuk arah x dan y adalah : TABEL 2 BEBAN GEMPA ARAH X DAN Y
Tingkat atap 6 5 4 3 2
Arah X ( Kg) 1,217 4,752 4,438 3,558 2,673 1,782
Arah Y (Kg) 885 3,456 3,228 2,587 1,944 1,296
4. HASIL ANALISA STRUKTUR Gaya- gaya dalam maksimum yang bekerja pada struktur balok berdasarkan perbedaan kombinasi pembebanan dapat dilihat pada grafik dibawah ini: Grafik Gaya Momen 60000 50000
Gambar 2. Model 3D struktur Momen
40000
4. ANALISA STATIK EKUIVALEN Sehubungan dengan pasal 6.1.2 tentang perencanaan struktur gedung beraturan maka beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar dapat di hitung menurut persamaan : V
=
C 1 .I .W R
t
………………………………..2)
Nilai C1 adalah nilai faktor respon gempa yang didapat dari Spektrum Respon Gempa Rencana menurut gb.2 untuk waktu getar alami T1 maka nilai C1 = 0.110 I adalah faktor keutamaan gedung sesuai dengan pasal 4.1.2 table 1 maka I=1 (gedung umum). Faktor reduksi gempa R diambil R= ISBN No. 978-979-18342-0-9
Kom 1 Kom 2
30000
Kom 3 Kom 4
20000 10000 0 2
3
4
5
6
atap
Lantai
Gambar 3. Gafik gaya dalam maksimum pada balok
Berdasarkan dari hasil analisa struktur, dari grafik di atas menunjukkan kombinasi pembebanan 2 yaitu kombinasi beban mati dan beban hidup gaya momen maksimum paling berpengaruh terhadap struktur lantai 2 sampai dengan atap. Sedangkan pada kombinasi 3 dan kombinasi 4 yang merupakan kombinsai beban mati, beban hidup dan beban gempa lebih kecil nilainya, B-45
Teddy Tambunan & Saiful Mustofa
sehingga pada perencanaan tulangan balok beban akibat gempa pengaruhnya tidak terlalu besar. Tetapi untuk balok – balok tertentu kombinasi 4 yang merupakan kombinasi beban mati dan beban gempa nilainya paling besar. Sebagai contoh adalah hasil analisa struktur terhadap balok lantai 2 ditunjukkan dalam grafik di bawah ini, sedangkan untuk gaya momen balok lantai 3 sampai dengan lantai atap tidak ditunjukkan dalam makalah ini.
kolom, kombinasi 4 paling berpengaruh terhadap struktur kolom yang merupakan kombinasi beban mati dan beban gempa. Untuk gaya momen kombinasi 4 juga paling besar bekerja pada struktur kolom lantai 1 sampai dengan lantai 5, sedangkan pada lantai atap kombinasi 2 paling besar yang bekerja pada struktur. Dengan adanya peningkatan gaya – gaya dalam yang bekerja pada struktur akibat adanya beban gempa, maka perencanaan tulangan akan berpengaruh juga. Tabel berikut memperlihatkan perbandingan Jumlah tulangan antara kombinasi pembebanan yang memperhitungkan beban gempa dengan tanpa memperhitungkan beban gempa.
Gaya Momen Balok Lt.2 50000
Momen
40000
Komb. 1
30000
Komb. 2
20000
Komb. 3 Komb. 4
10000
TABEL 4. JUMLAH TULANGAN BALOK TANPA MEMPERHITUNGAKAN BEBAN GEMPA
B327
B280
B255
B239
B227
B212
B192
B173
B164
B149
B133
B99
B84
B116
B69
B49
B1
B37
B19
0
Balok
Gambar 4. Gaya momen balok lt.2 Lt
Gaya-gaya maksimum yang bekerja pada kolom adalah seperti terlihat dalam grafik di bawah ini.
Dia cm
Lapangan
Tumpuan
Dia cm
Bawah
Jarak Tul. Geser (cm) Luar Sendi sendi plastis plastis
Atas
Bawah
Atas
2
5.0
9.0
5.0
5.0
1.0
8.0
17.0
3
5.0
9.0
6.0
5.0
1.0
8.0
17.0
4
5.0
10.0
7.0
5.0
1.0
8.0
17.0
5
5.0
10.0
6.0
5.0
1.0
8.0
17.0
6
5.0
10.0
6.0
4.0
1.0
8.0
17.0
atap
4.0
7.0
4.0
4.0
1.0
8.0
17.0
Grafik Gaya Aksial 200,000.00
Aksial
150,000.00
Komb.1 Kom.2
100,000.00
Kom.3 Kom.4
50,000.00 0.00 1
2
3
4
5
6
TABEL 3 JUMLAH TULANGAN BALOK DENGAN MEMPERHITUNGAKAN BEBAN GEMPA
Lantai
Grafik Gaya Geser
Lapangan
25,000.00
Lt
20,000.00 Aksial
Komb.1 15,000.00
Kom.2
10,000.00
Kom.3 Kom.4
5,000.00 0.00 1
2
3
4
5
6
Lantai
Grafik Gaya Momen 5,000.00 4,000.00 Aksial
Komb.1 3,000.00
Kom.2
2,000.00
Kom.3 Kom.4
1,000.00 0.00 1
2
3
4
5
6
Lantai
Gambar 5. Grafik gaya dalam maksimum kolom
Pada grafik diatas gaya aksial pada kolom yang paling besar adalah kombinasi pembebanan 2. Sedangkan gaya geser pada
ISBN No. 978-979-18342-0-9
B-46
Dia cm
Tumpuan
Atas
Bawah
Atas
Bawah
Dia cm
Jarak Tul. Geser (cm) Luar Sendi sendi plastis plastis
2
1.6
5.0
9.0
6.0
6.0
1.0
8.0
15.0
3
1.6
5.0
9.0
7.0
6.0
1.0
8.0
15.0
4
1.6
5.0
10.0
7.0
5.0
1.0
8.0
15.0
5
1.6
5.0
10.0
6.0
5.0
1.0
8.0
15.0
6
1.6
5.0
10.0
6.0
4.0
1.0
8.0
15.0
atap
1.6
4.0
7.0
4.0
4.0
1.0
8.0
15.0
Evaluasi Desain Struktur Gedung Universitas Internasional Batam Terhadap Gempa
TABEL 5 PERSENTASE PENINGKATAN JUMLAH TULANGAN DENGAN ADANYA BEBAN GEMPA Tulangan Lapangan Lantai
Tulangan Tumpuan
Atas (%)
Bawah (%)
Atas (%)
Bawah (%)
2
0
0
20.00
20.00
3
0
0
16.67
20.00
4
0
0
0.00
0.00
5
0
0
0.00
0.00
6
0
0
0.00
0.00
atap
0
0
0.00
0.00
Tabel 5 menunjukkan jumlah tulangan tumpuan mengalami peningkatan.sedangkan Tulangan lapangan tidak mengalami peningkatan berkaitan dengan adanya beban gempa. Tabel berikut adalah perbandingan jumlah tulangan kolom berkaitan dengan evaluasi struktur tersebut TABEL 6 PERBANDINGAN LUAS TULANGAN KOLOM
Lantai
Dia
1 2 3 4 5 6
1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9
Tulangan (Tanpa beban gempa) 16.0 15.0 10.0 9.0 9.0 8.0
Pokok (Dengan beban gempa 19.0 16.0 11.0 9.0 9.0 8.0
Persentase
18.8 6.7 10.0 0.0 0.0 0.0
Dari hasil perencanaan tulangan kolom menunjukkan bahwa jumlah tulangan mengalami peningkatan sebesar 18.8% untuk tulangan kolom lantai 1. Sedangkan pada kolom lantai 2 luas tulangan naik 6.7% dan pada lantai 3 luas tulangan naik 10%. Perencanaan pelat menggunakan metode Koefisien Momen sehingga nilai yang didapatkan sama untuk kedua analisa tersebut. Persentase peningkatan luas tulanga rata- rata seluruh struktur adalah 6.146%. Dari hasil analisa struktur, perbedaan terjadi hanya dari segi jumlah tulangan, sedangkan dari segi dimensi struktur tidak ada perbedaan. Sehingga Dengan adanya peningkatan jumlah tulangan, maka Rencana
ISBN No. 978-979-18342-0-9
Anggaran Biaya struktur juga akan mengalami peningkatan sebesar 2.08%. Perhitungan Perbandingan Rencana Anggaran Biaya struktur tidak kami tampilkan dalam makalah ini. 5. KESIMPULAN Dari hasil analisa menujukkan adanya peningkatan gaya- gaya dalam yang bekerja pada struktur, yang menyebabkan juga peningkatan terhadap jumlah tulangan dimana letak bangunan tersebut di wilayah I yang merupakan wilayah dengan gempa kecil. Evaluasi biaya menunjukkan bahwa perbedaan biaya antara struktur yang didesain tahan gempa dengan yang tanpa tahan gempa untuk gedung yang dibangun di wilayah gempa I tidak berbeda jauh yaitu 2.08%. Hal mengindikasikan dari segi ekonomis tidak tidak terlalu signifikan mengingat struktur yang didesain tahan gempa tentunya akan lebih layak dan aman.
6. DAFTAR PUSTAKA 1. SNI- 03-1726- 2002 : ”Tata cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung” , Badan Standarisasi Nasional 2002. 2. SNI-03-2847-2002,: ”Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung”, Badan Standarisasi Nasional 2002. 3. Computer and Structures, Inc. (2001) ”ETABS Manual : Integreted Building Design Software”, California, Bekerley. 4. Wangsadinata, W. (2004): ” Sudirman Place Perencanaanya Terhadap Gempa” Konferensi Nasional Rekayasa Kegempaan II, PSIT-UGM, Yogyakarta. 5. PT. Adhi Karya (Persero) Tbk., ”Shop Drawing”, Proyek Pembangunan Gedung Universitas Internasional Batam.
B-47
