PENGARUH BEBAN DINAMIK GEMPA VERTIKAL PADA KEKUATAN KUDA-KUDA BAJA RINGAN STARTRUSS BENTANG 6 METER TIPE-C INTISARI
Dewasa ini kuda-kuda baja ringan menjadi alternatif penggunaan kuda-kuda kayu pada rangka atap rumah tinggal. Sebagai struktur rangka atap pengganti, kudakuda baja ringan perlu diuji kelayakannya. Salah satu karakteristik yang perlu diuji adalah kemampuan dalam menahan beban gempa vertikal, karena kuda-kuda sangat dominan menerima beban arah vertikal. Penelitian ini bertujuan mengetahui karakteristik kuda-kuda baja ringan merk startruss dengan bentang 6 m terhadap beban gempa vertikal. Metode pengujian dilakukan dengan mengamati lendutan, regangan, dan frekuensi alami kuda-kuda baja ringan terhadap pengujian statik dan pengujian dinamik. Beban yang diberikan berupa beban titik yang merupakan ekivalen beban mati atap multiroof dan atap genteng untuk jarak antar kuda-kuda 1,2 m. Hasil pengujian statik pada beban 80 kg per join atas kuda-kuda menunjukkan regangan statik 116 dan lendutan 3,87 mm, aman terhadap kontrol lendutan L/240. Dari pengujian dinamik didapatkan periode alami kuda-kuda lebih rendah dibanding periode gempa Yogyakarta 2006 dengan rasio redaman sekitar 2%. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa kuda-kuda aman terhadap gempa vertikal karena memiliki frekuensi alami yang lebih besar dari frekuensi resonanso. Kata kunci : rangka atap, baja ringan, beban gempa vertikal
xxi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Mengingat pertumbuhan penduduk di Indonesia semakin pesat, salah satu dampaknya adalah permintaan rumah tinggal semakin meningkat. Menurut Aditiasri (2014) total kebutuhan rumah hingga 2030 diperkirakan mencapai 29,6 juta unit. Jika asumsi pasokan perumahan rata-rata sebanyak 400 ribu unit per tahun, maka diperkirakan pada 2030 pasokan rumah baru sebanyak 8 juta unit atau hanya 27% dari kebutuhan. Dengan pasokan terbatas maka pada 2030 diperkirakan masih akan terjadi kekurangan pasokan perumahan (backlog) yang mencapai 21,6 juta unit, dari posisi saat ini sekitar 15 juta unit. Dari realita tersebut, maka perlu adanya peningkatan pasokan perumahan per tahun, yang tentunya berbanding lurus dengan peningkatan kebutuhan material bangunan. Dalam pengembangan perumahan membutuhan material seperti semen, pasir, besi tulangan, air, kayu, dll. Ironisnya semua material ini tidak selalu tersedia dalam jumlah banyak dan harga yang semakin meningkat tajam. Contohnya adalah kayu, material ini digunakan dalam pembuatan kusen, konstruksi atap dan pekerjaan-pekerjaan lainnya. Kayu-kayu ini berasal dari hutan, jika hutan selalu dieksploitasi atau diambil terus menerus akan mengakibatkan suatu dampak buruk yang luar biasa untuk keberlangsungan hidup. Karena semakin menipisnya persediaan kayu, dan semakin mahal maka perlu dicari jenis material lain yang dapat menggantikan peran material kayu ini dalam pembuatan rumah. Struktur rangka atap pada perumahan adalah bagian yang banyak menggunakan kayu. Dewasa ini salah satu alternatif struktur rangka atap pengganti kayu yang mulai banyak digunakan adalah struktur rangka atap baja ringan, yaitu suatu struktur rangka baja yang berat strukurnya lebih ringan dari struktur baja konvensional. Struktur rangka atap baja ringan ini dibentuk oleh batang–batang yang terbuat dari material baja cold formed atau dikenal juga dengan baja canai dingin. 1
Baja cold formed adalah komponen struktur baja dari lembaran atau pelat baja dengan proses pengerjaan dingin. Baja cold formed semakin popular digunakan sebagai alternatif pengganti kayu dan secara intensif dipakai pada bangunan rendah tidak bertingkat (low-rise building). Rangka atap baja ringan menawarkan alternatif konstruksi atap rumah dengan menggunakan bahan baku baja lapis Zincalume/Galvalume (55% Alumunium, 43.5% Zinc dan 1.5% Silikon) atau baja Galvanis yang telah dibentuk menjadi profil-profil batangan dengan ketebalan dan panjang yang dapat dipesan sesuai kebutuhan. Dibanding kayu, baja memiliki lebih banyak keunggulan, diantaranya tingkat durabilitas yang tinggi (bisa bertahan 50-80 tahun), tidak menjalarkan api, stabil (strukturnya tidak mudah berubah), dan mudah dirawat (tidak lapuk atau tahan rayap). Sifat-sifat tersebut tidak kita temukan pada kayu. Dari segi harga, baja juga tergolong lebih murah. Proses pemasangannya pun lebih cepat dan praktis. Sifat material kayu yang elastik menyebabkan kayu memiliki performa yang baik terhadap beban gempa. sedangkan untuk struktur atap baja ringan, masih perlu untuk diuji kelayakannya sebagai pengganti struktur atap kayu, terutama karakteristiknya dalam menerima beban gempa. Struktur rangka atap umumnya berbentuk segitiga dengan sudut atap lebih kecil atau sama dengan 45o sehingga memiliki rasio bentangan yang jauh lebih besar dibanding tinggi strukturnya dan menyebabkan rangka atap cenderung lebih rentan terhadap gaya vertikal. Struktur rangka atap juga menerima beban vertikal yang berasal dari beban atap yang jauh lebih dominan dibanding beban-beban arah lateralnya. Gaya yang ditimbulkan oleh gempa berupa gaya lateral dan vertikal, tetapi terkadang gaya gempa vertikal kurang diperhatikan dalam perencanaan. Mengingat bahwa bentuk struktur rangka atap lebih dominan dibebani vertikal maka pengaruh gaya gempa vertikal terhadap struktur rangka atap baja ringan menjadi suatu masalah yang menjadi fokus penelitian ini.
2
1.2 Perumusan Masalah Pada saat terjadinya gempa, gaya gempa bisa menjadi berlipat ganda akibat terjadinya resonansi antara getaran gempa dan frekuensi alami struktur. Mengingat rentannya suatu struktur kuda-kuda terhadap gaya vertikal dan sifat kuda-kuda baja ringan yang kekuatannya sangat tergantung dari kerjasama antar komponennya maka perlu dilakukan penelitian tentang pengaruh beban gempa vertikal pada kuda-kuda baja ringan. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui
perilaku dan
karakteristik kuda-kuda baja ringan terhadap beban statik dan beban dinamik gempa vertikal. Selama pengujian dilakukan pengamatan terhadap perilaku benda uji terutama terhadap bentuk deformasi, terjadinya leleh, peristiwa tekuk, dan keruntuhan untuk mengetahui kemampuan benda uji dalam menahan beban. Melalui instrumentasi diamati bagaimana karakteristik dinamik rangka atap baja ringan seperti frekuensi alami, rasio redaman dan faktor pembesaran dinamik yang terjadi pada saat gempa terjadi. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang bisa diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut ini: a.
Manfaat teoritis, untuk mengembangkan pengetahuan tentang baja ringan yang digunakan pada rangka atap rumah maupun gedung.
b.
Untuk mengetahui karakteristik kuda-kuda baja ringan terhadap beban statik dan dinamik gempa vertikal.
1.5 Batasan Masalah Mengingat
luasnya
permasalahan
yang
mungkin
terjadi
pada
penggunaan baja ringan ini, maka perlu ditetapkan batasan masalah sebagai berikut: a.
Benda uji terdiri dari 2 buah, yaitu kuda-kuda baja ringan dengan bentang 6 meter konfigurasi Double-W.
b.
Komponen material kuda-kuda yang digunakan seluruhnya dari baja
3
ringan tipe-C dengan nama ”STARTRUSS” yang merupakan bagian dari produk PT. BlueScope Steel Indonesia yang disalurkan oleh CV. Cipta Struktura. c.
Sambungan menggunakan alat sambung self-drilling screw.
d.
Skala model pada benda uji adalah skala penuh (full scale) terdiri dari sebuah kuda-kuda tunggal.
e.
Beban atap yang bekerja adalah untuk jarak antar kuda-kuda 1,2 m yang dimodelkan sebagai beban titik pada join atas kuda-kuda dan tidak memodelkan beban plafond.
f.
Pengujian dan analisis numerik bersifat dua dimensi (2D), dimana kudakuda dijaga terhadap pengaruh lateral karena berfokus pada pengaruh dinamik vertikal kuda-kuda dan mengabaikan pengaruh lateral.
g.
Frekuensi alami yang diamati adalah frekuensi dari pola normal vertikal.
h.
Tumpuan pada kuda-kuda adalah sendi rol.
i.
Pembebanan statik dilakukan secara bertahap. Beban yang diberikan merupakan beban mati bersifat statis dan beban dinamik dengan tidak mencapai beban ultimit, tetapi hanya memodelkan beban atap.
1.6 Keaslian Penelitian Penelitian tentang Stabilitas Kuda-Kuda Baja Ringan Star Tnruss Tipe-C (studi kasus: pengujian kuda-kuda baja ringan bentang 6 meter) telah dilakukan oleh Basukito (2010). Penelitian ini adalah kelanjutan dari penelitian tersebut yang sama-sama disponsori oleh CV. Cipta Struktura. Penelitian ini menggunakan kuda-kuda dengan profil yang sama dengan yang telah diuji oleh Basukito (2010) yaitu kuda-kuda baja ringan bentang 6 m tipe-C tetapi dalam pembebanannya meninjau pengaruh dinamik gempa vertikal. Sepanjang pengetahuan penulis dan berdasarkan studi literatur yang telah dilakukan, penelitian tentang pengaruh dinamik gempa vertikal pada kuda-kuda baja ringan bentang 6 m tipe-C belum pernah dilakukan sebelumnya.
4
