PERENCANAAN ULANG GEDUNG VIHARA MAITREYA LIMA LANTAI MENGGUNAKAN GABUNGAN PORTAL BETON BERTULANG DAN PORTAL BAJA Ayu Rezita1 dan Besman Surbakti2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl.Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Email:
[email protected] 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan
ABSTRAK Tempat ibadah pada umumnya dapat menampung banyak orang harus direncanakan dengan ketentuan-ketentuan yang ditetapkan agar tercipta kenyamanan saat beribadah. Pada tugas akhir ini, dilakukan perencanaan ulang sebuah bangunan Vihara Maitreya yang terdiri dari 5 lantai, dimana terdapat struktur yang bervariasi dalam bangunan ini, yaitu pada lantai 1 sampai lantai 3 menggunakan portal beton bertulang, dan pada lantai 4 sampai atap menggunakan portal baja. Tujuan perencanaan ulang bangunan ini adalah untuk mengkontrol bangunan tersebut dengan ketentuan yang berlaku. Dari perencanaan ulang bangunan ini diperoleh perbedaan pada tulangan yang terdapat pada struktur beton bertulang, yaitu pada tulangan longitudinal dan tulangan geser. Sambungan yang terjadi pada kolom baja dan kolom beton bertulang memiliki tegangan akibat momen yang kecil karena sambungan merupakan sambungan semirigid yang momennya telah direduksi sebesar 50%. Periode bangunan yang ditinjau secara dinamik relatif besar, karena periode berhubungan dengan massa dan kekakuan maka struktur bangunan dapat dikatakan langsing. Kata Kunci: Vihara Maitreya, portal beton bertulang, portal baja, tulangan, sambungan semirigid.
ABSTRACT Generally house of worship can hold many people, it must be designed with the rules which prevails to get comfortable while being worship. This paper is about redesign a Vihara Maitreya which has 5 floors. The stucture has variation, the 1st up to 3th floor are reinforced concrete frames and 4th up to roof are steel frames. The destination of redesign is to control the building with the rules. From this redesign, the longitudinal and shear bars in reinforced concrete are different with real. At connection of steel column and reinforced concrete column has small moment stress, because there is semirigid connection which moment has reduced to 50%. Period of structure from dynamic is big, because of period is related by mass and stiffness, structure is said to be slim. Key word: Vihara Maitreya, reinforced concrete frame, steel frame, bars, semirigid connection.
1. PENDAHULUAN Seluruh umat beragama membutuhkan tempat beribadah yang nyaman, agar dapat berlangsungnya kegiatan ibadah tersebut. Tempat ibadah yang pada umumnya menampung banyak orang harus direncanakan dengan ketentuanketentuan yang ditetapkan agar tercipta kenyamanan saat beribadah. Vihara Maitreya adalah salah satu tempat ibadah bagi Agama Budha yang terletak di Jl. Gandhi Medan. Vihara ini dibangun dengan struktur bangunan 5 lantai dimana strukturnya merupakan gabungan antara portal beton bertulang dan portal baja. Struktur beton bertulang adalah struktur gabungan antara beton dan baja tulangan dimana saling bekerjasama untuk memikul beban. Pada beton bertulang gaya tekan cenderung dipikul oleh beton dan gaya tarik dipikul oleh baja tulangan. Beton bertulang memiliki kelemahan diantaranya adalah proses pengerjaan dilapangan yang cenderung rumit dan lama, beban yang ditimbulkan besar termasuk berat sendiri dan memerlukan waktu agar mendapatkan kekuatan maksimal untuk memikul beban. Struktur baja adalah struktur yang memiliki keseragaman bahan dengan kekuatan yang tinggi. Kuat tarik maupun kuat tekan baja sama kuat, oleh karena itu baja adalah elemen struktur yang memiliki batasan sempurna yang akan menahan beban jenis tarik aksial, tekan aksial, dan lentur dengan fasilitas yang hampir sama. Baja memiliki kelebihan dibanding beton yaitu lebih mudah dan praktis dalam pengerjaannya, beban akibat berat sendiri lebih kecil dibanding beton bertulang, dan lebih ekonomis.
Seperti yang kita ketahui baja dan beton bertulang adalah suatu bahan yang tidak homogen. Pada bangunan Vihara Maitreya ini direncanakan portal beton bertulang pada lantai bawah dan portal baja pada lantai atas disambung sedemikian rupa sehingga dapat memikul dan menyalurkan beban bersama baik beban tekan maupun beban lentur yang terdapat pada bangunan.
2. TUJUAN Mendapatkan perencanaan struktur yang sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Indonesia (SNI). Dari perencanaan ini akan dibandingkan dengan perencanaan sebelumnya yang telah ada sehingga dapat mengkontrol bangunan tersebut.
3. METODE Perencanaan struktur beton bertulang mengacu pada peraturan beton SK SNI 03–2847–2002, dan untuk perencanaan struktur baja menggunakan metode Load and Resistance Factor Design (LRFD) yang mengacu pada peraturan baja SK SNI 03-1729-2002. Perencanaan struktur baja dan beton bertulang yang dilakukan tidak terlepas dari perencanaan bangunan tahan gempa dengan pedoman peraturan gempa SK SNI 03-1726-2002. Perhitungan analisa struktur dibantu dengan program komputer yaitu SAP 2000 untuk mempercepat proses perhitungan. Masalah yang dibahas sebagai berikut: Perencanaan yang dilakukan hanya pada struktur atas, yaitu: struktur utama, meliputi balok dan kolom, serta struktur sekunder, meliputi atap dan pelat lantai. Perhitungan sambungan hanya pada sambungan kolom baja-kolom beton. Hal-hal yang akan dikontrol hanya pada bagian-bagian tertentu struktur, meliputi dimensi balok dan kolom baja, penulangan pada balok, kolom dan plat beton, sambungan pada kolom baja-kolom beton, periode bangunan, drift antar tingkat, dan gaya geser dasar bangunan. Data-data diperoleh dari perencanaan yang telah dilakukan. Tidak diadakan penelitian daya dukung tanah untuk lokasi gedung yang direncanakan, sehingga data teknis keadaan tanah diambil dari data perencanaan yang telah tersedia.
Data Bangunan C K2
K2
K2
K2
K2
K2
K1
K1
K1
K1
K2
K2
B
B K2
K1
K1
K2
A
K2
K1
K1
K2
K2
K1
K1
K1
K1
C
Gambar 1. Denah lantai 1
K2
A
+ 18.90 WF 300.150.6,5.9
+ 15.40 WF 250.125.6.9
+ 10.90
Balok 25 45
+ 7.30 Balok 35 80
Balok 20 30
+ 3.70
+ 0.30 + 0.00
Gambar 2. Potongan A-A
+ 18.90 WF 300.150.6,5.9
+ 15.40 WF 250.125.6.9
Balok 25 45
+ 10.90
+ 7.30 Balok 35 80
+ 3.70 Balok 20 30
+ 0.30 + 0.00
Gambar 3. Potongan B-B
+ 18.90 WF 300.150.6,5.9
+ 15.40
450
WF 250.125.6.9
+ 10.90
Balok 25 45
Balok 20 30
+ 7.30
+ 3.70
Balok 35 80
+ 0.30 + 0.00
Gambar 4. Potongan C-C
Tabel 1. Data Struktur Data Struktur Jumlah Lantai Tinggi Bangunan Lantai 1 Lantai 2 Lantai 3 Lantai 4 Lantai 5 Atap Tebal Pelat Lantai 1 s/d 4 Tebal Pelat Lantai 5 Tebal Pelat Atap Atap Track Stang Gording Span Balok
Kolom
Keterangan 5 Lantai 23.18 m Beton fc’ 25 Mpa Elevasi ± 0,3 m Beton fc’ 25 Mpa Elevasi ± 3,7 m Beton fc’ 25 Mpa Elevasi ± 7,3 m Baja fy 240 Mpa Elevasi ± 10,9 m Baja fy 240 Mpa Elevasi ± 15,4 m Baja fy 240 Mpa Elevasi ± 18,9 m 12 cm Beton 12 cm Dak Beton 12 cm Dak Beton t = 0.35 mm Seng Galvalume ∅ 8 mm CNP 125x50x20x2.3 mm WF 300x150x6.5x9 mm (20/30)cm ; (25/45)cm ; Lantai 1 s/d Lantai 3 dan (35/80)cm Lantai 4 WF 250x125x6x9 mm Lantai 5 WF 300x150x6.5x9 mm Lantai 1 s/d Lantai 3
K2(40x40) dan K1(55x55) cm
Lantai 4 s/d Lantai 5
K3(WF 300x150x6.5x9) mm
Sambungan Kolom Baja dan Beton Bertulang Sambungan dalam struktur baja biasa dikategorikan sambungan penahan momen (moment resisting) atau fully rigid dan sambungan sendi (pinned). Pada kenyataannya ini tidaklah mudah mengkategorikan dan mengimplementasikannya pada analisa struktur dan desain maupun dalam pelaksanaan. Desain struktur baja dengan peninjauan kekakuan sambungan menjadikannya tidak dapat digunakannya nomogram panjang kolom efektif dan faktor tekuk, sehingga perlu meninjau kenonlinearitas geometri dan material. Dalam penerapan kekakuan sambungan juga tidak mudah dikarenakan kekakuan tersebut merupakan hubungan momen dengan rotasi joint yang terjadi.
Gambar 5. Rotasi sudut pada tipe sambungan Ada beberapa penyederhanaan dalam permodelan diantaranya adalah faktor kekangan (fixity factor) yg diajukan oleh Romstad, et al, 1970 dalam persamaan sederhana : Sc = n/(1-n)*4EI/L
(1)
Dimana: Sc : Faktor kekangan (kg.cm/rad) n : Faktor kekangan yang besar nilainya adalah 0 (nol) untuk sambungan tipe sendi dan 1(satu) untuk sambungan tipe jepit / nilai kekakuan tak terhingga. E : Modulus elastisitas (Mpa) I : Inersia momen (cm4) L : Panjang bentang (m) Pada perencanaan ini sambungan kolom yang terdiri antara baja dan beton bertulang diasumsikan merupakan sambungan semirigid. Sambungan akan direlease dengan kekakuan yang diinginkan dimana faktor kekangan (fixity factor) berada diantara 20% (batasan pinned) dan 90% (batasan fixed) yaitu diambil 50%. Tabel 2. Data release Kolom
Dimensi
Lantai 4
WF 300x150x6,5x9
L cm 450
E Kg/cm2 2000000
I cm4 7210
n 0,5
Sc Kg.cm/rad 128177777,8
Waktu Getar Alami Menurut SNI-03-1726-2002, untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu getar alami T1 dari struktur gedung harus dibatasi, bergantung pada koefisien ζ untuk wilayah gempa tempat struktur berada dan jumlah tingkatnya n menurut persamaan : T1 < ζ n Dimana: n ζ
: Jumlah lantai : Koefisien yang telah ditetapkan pada tabel SNI-03-1726-2002
T=ζn = 0,17 . 5 = 0,85
(2)
T1 = Ct . Hn3/4
(3)
Dimana: Ct
: Koefisien yang ditetapkan UBC, yaitu: 0,0853 untuk baja 0,0731 untuk beton : Tinggi bangunan.
Hn
T1c = Ct . Hn3/4 = 0,0731 . (23,18)3/4 = 0,77 detik T1s = Ct . Hn3/4 = 0,0853 . (23,18)3/4 = 0,9 detik T1 =
T1c + T1s 2
=
0,77+0,9 2
= 0,835 detik
Sehingga T1 < ζ n OK Berdasarkan Output program SAP 2000 v.14.2.2 waktu getar maksimum yang terjadi adalah: Tdy= 1,92961 detik Maka waktu getar atau periode bangunan secara dinamik lebih besar dari periode bangunan berdasarkan statik.
Gaya Geser Bangunan Vxst =
Cx I R
wt
Dimana: Berat total bangunan, Wt = 747836,68 kg Untuk periode bangunan, T1 = 0,835 , maka faktor respon gempa C = 0,85 Arah x Vxst =
Cx I R
wt=
0,85 x 1 5
Arah y Vyst =
Cy R
Wt =
. 747836,68 = 127132,2 kg
0,85 x 1 5
. 747836,68 = 127132,2 kg
Selanjutnya bandingkan dengan gaya geser dynamik yang didapat dari output software analisa struktur, yaitu : Vxdy = 101623 kg Vydy = 101624,34 kg Kontrol Gaya Geser Arah x : Vxdy . FSx ≥ 0,8 Vxst
101623 ≥ 0,8 127132 ,2
0,8 ≥ 0,8 OK Arah y :
Vydy Vyst
. FSy ≥ 0,8
101624 ,34 ≥ 0,8 127132 ,2
0,8 ≥ 0,8 OK
(4)
Simpangan Struktur Simpangan struktur yang terjadi terjadi pada bangunan harus dikontrol menurut SNI 03-1726-2002 yaitu simpangan antar tingkat yang dikontrol terhadap Kinerja Batas Layan (Δs) dan Kinerja Batas Ultimit (Δm). Kinerja batas layan struktur gedung (Δs) ditentukan oleh simpangan antar-tingkat oleh pengaruh gempa rencana, yang tujuannya adalah untuk mencegah kerusakan non-struktur serta untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan. Simpangan antar tingkat ini harus dihitung dari struktur bangunan tersebut akibat gempa nominal yang telah dikalikan dengan faktor skala. Simpangan antar-tingkat yang terjadi tidak boleh melebihi 0,03/R dikali tinggi tingkat atau 30 mm, bergantung dengan nilai yang terkecil. Tabel 3. Analisa Δs akibat arah gempa x pada bangunan Syarat drift Drift ∆𝑠 Drift ∆𝑠 Elevasi tiap tingkat antar tingkat ∆𝑠 Kontrol (m) (mm) (mm) (mm) 18,9 3,563 0,833 21 OK 15,4 2,73 2,05 27 OK 10,90 0,68 0,18 21,6 OK 7,30 0,5 0,303 21,6 OK 3,70 0,197 0,197 20,4 OK Tabel 4. Analisa Δs akibat arah gempa y pada bangunan Syarat drift Drift ∆𝑠 Drift ∆𝑠 Elevasi tiap tingkat antar tingkat ∆𝑠 Kontrol (m) (mm) (mm) (mm) 18,9 7,576 2,863 21 OK 15,4 4,713 3,958 27 OK 10,90 0,755 0,249 21,6 OK 7,30 0,506 0,286 21,6 OK 3,70 0,22 0,22 20,4 OK Kinerja batas ultimit stuktur gedung (Δm) dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal (Δs), dikalikan dengan suatu faktor pengali untuk gedung beraturan yaitu: ξ = 0,7R
(5)
Dimana: R
: Faktor Reduksi Gempa
Kinerja batas ultimit gedung (Δm) tidak boleh melebihi 0,02 x tinggi gedung yang bersangutan. Kinerja batas ultimit (Δm) ditentukan untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur bangunan gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa dan untuk mencegah benturan berbahaya antar gedung atau antar struktur banguan gedung yang dipisah dengan sela pemisah (sela dilatasi). Tabel 5. Analisa Δm akibat arah gempa x pada bangunan Syarat drift Drift ∆𝑠 Drift ∆𝑚 Elevasi antar tingkat antar tingkat ∆𝑚 Kontrol (m) (mm) (mm) (mm) 18,9 0,833 2,915 70 OK 15,4 2,05 7,175 90 OK 10,90 0,18 0,63 72 OK 7,30 0,303 1,06 72 OK 3,70 0,197 0,69 68 OK Tabel 6. Analisa Δm akibat arah gempa y pada bangunan Syarat drift Drift ∆𝑠 antar Drift ∆𝑚 Elevasi tingkat antar tingkat ∆𝑚 Kontrol (m) (mm) (mm) (mm) 18,9 2,863 10,02 70 OK
15,4 10,90 7,30 3,70
3,958 0,249 0,286 0,22
13,853 0,87 1 0,77
90 72 72 68
OK OK OK OK
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari perhitungan perencanaan struktur, didapat beberapa hal yang perlu diperhatikan, diantaranya adalah yang akan dibahas di bawah ini. Perencanaan struktur sekunder yang didapat sama dengan yang digunakan di lapangan. Hasil yang didapat yaitu: - Gording : CNP 125x50x20x2,3 - Trackstang : Ø8 mm - Rafter (atap) : IWF 300x150x6,5x9 - Kolom pendek : IWF 300x150x6,5x9 - Pelat Lantai : Dak beton dan pelat beton (tebal = 12 cm) Penulangan pelat lantai beton yang didapat dari perencanaan berbeda dengan data dilapangan, dimana dari data lapangan penulangan pelat adalah Ø10-125 baik arah x maupun arah y, sedangkan dari hasil perencanaan didapat penulangan pelat adalah Ø10-100 untuk arah x dan Ø10-125 untuk arah y. Perencanaan balok dan kolom baja yang di dapat sama dengan yang digunakan dilapangan, yaitu IWF 300x150x6,5x9. Penulangan balok dan kolom beton terdapat perbedaan dengan data lapangan, perbedaan penulangan balok dan kolom ditampilkan dalam tabel berikut: Tabel 7. Data penulangan balok di lapangan Dimensi Balok 20x30 25x45 35x80
Posisi
Tul. Atas
Tumpuan
3
Lapangan
3
Tumpuan
6
Lapangan
3
Tumpuan
8
Lapangan
4
Tul. Bawah
D
16
3
D
16
3
D
16
3
D
16
6
D
16
4
D
16
8
Sengkang
D
16
Ø
8
-
150
D
16
Ø
8
-
150
D
16
Ø
10
-
100
D
16
Ø
10
-
100
D
16
Ø
8
-
125
D
16
Ø
8
-
150
Tabel 8. Hasil perencanaan tulangan balok menggunakan program SAP 2000 Sengkang Dimensi Posisi Tul. Atas Tul. Bawah Balok Baja polos Baja ulir Tumpuan 3 D 16 2 D 16 Ø 8 - 50 D 8 – 125 20x30 Lapangan 2 D 16 2 D 16 Ø 8 - 50 D 8 – 250 Tumpuan 6 D 16 3 D 16 Ø 10 - 50 D 8 – 50 25x45 Lapangan 3 D 16 4 D 16 Ø 10 - 50 D 8 – 50 Tumpuan 7 D 16 6 D 16 Ø 8 - 50 D 8 – 125 35x80 Lapangan 3 D 16 6 D 16 Ø 8 - 50 D 8 - 150 Tabel 9. Data penulangan kolom di lapangan Dimensi Balok Tulangan Posisi Sengkang 40x40
10
D
16
Tumpuan
Ø
8
-
150
Lapangan
Ø
8
-
150
55x55
16
D
16
Tumpuan
Ø
8
-
150
Lapangan
Ø
8
-
150
Tabel 10. Hasil perencanaan tulangan kolom menggunakan program SAP 2000 Sengkang Dimensi Balok Tulangan Posisi Baja polos Baja ulir 40x40 55x55
8 16
D D
16 16
Tumpuan
Ø 8 - 150
D 8 – 250
Lapangan
Ø 8 - 150
D 8 – 250
Tumpuan
Ø 8 - 50
D 8 – 200
Lapangan
Ø 8 - 50
D 8 - 200
Pada sambungan kolom antara kolom baja dan beton menghasilkan sambungan yang sangat aman, dimana tegangan yang terjadi pada sambungan jauh lebih kecil dari tegangan ijin. Hal ini terjadi dikarenakan momen pada sambungan tersebut di release hingga 50%, dimaksudkan untuk mereduksi momen pada sambungan dimana sambungan tersebut bukan jepit sempurna, sehingga momen yang dihasilkan akan lebih kecil dari momen yang dihasilkan pada sambungan jepit sempurna. Dapat dikatakan sambungan pada kolom baja dan beton ini adalah sambungan semirigid. Diagram distribusi momen untuk jenis-jenis sambungan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 6. Diagram distribusi momen pada sambungan Periode getar bangunan secara dynamic yang didapat dari analisa dengan bantuan program SAP 2000 relatif besar, sehingga melebihi peraturan periode getar secara statik. Hal ini berkaitan dengan massa dan kekakuan struktur, dapat dikatakan bangunan memiliki struktur yang langsing sehingga periode yang didapat besar.
5. KESIMPULAN Dari hasil perencanaan dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut: a. Hasil perencanaan dengan data dilapangan terdapat persamaan dan perbedaan, diantaranya: - Pada perencanaan portal baja yang meliputi balok, kolom dan atap baja sama dengan data di lapangan. - Pada perencanaan penulangan pelat lantai beton terdapat perbedaan untuk arah x. - Pada perencanaan tulangan balok dan kolom beton bertulang terdapat perbedaan dengan data lapangan. b. Tegangan yang ditimbulkan akibat momen pada sambungan kolom baja dan beton kecil, sehingga sangat aman. c. Periode getar bangunan secara dinamik lebih besar, sehingga bangunan dapat dikatakan memiliki struktur yang langsing.
6. DAFTAR PUSTAKA Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-17262002). Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002). Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002). Chopra, Anil K. 1995. Dynamics of Structures: Theory and Applications to Erthquake Engineering. Inc: PrenticeHall. United State of America. Departemen Pekerjaan Umum. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983. Dipohusodo, Istimawan. 1994. Struktur Beton Bertulang. PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. Irsyam, Prof. Dr. Masyhur, dkk. 2010. Peta Hazard Gempa Indonesia. Kementerian Pekerjaan Umum. Jakarta. Makhrus, Muhammad. 2010. Analisa Sambungan Struktur Beton dan Baja Dimana Sambungan Beton ke Baja Tidak Rigid Sempurna. Program Strata-1. Universitas Sumatera Utara. McCormac, Jack C. 1981. Structural Steel Design, Third Edition. Inc: New york. United State of America. Program Spektra Indo v.1.0, 2011. Tim Revisi Peta Hazard, Institut Teknologi Bandung. Purwono, Prof. Ir. Rachmat, M.Sc. 2005. Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa. Itspress. Jakarta. Salmon, Charles G. & E.Johnson, John.1980. Steel Structure Design And Behavior, 2nd Edition. Inc: New York. United State of America. Setiawan, Agus. 2008. Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD. Erlangga. Jakarta. Spiegel, Leonard. & George F. Limbrunner. 1998. Desain Baja Struktural Terapan, Diterjemahkan oleh: Ir. Bambang Suryatmono, M.Sc. PT Refika Aditama. Bandung.
