PERENCANAAN PENULANGAN DINDING GESER (SHEAR WALL) BERDASARKAN TATA CARA SNI 03-2847-2002 Febry Ananda MS1, Johannes Tarigan2 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 Email:
[email protected]
ABSTRAK Struktur bangunan bertingkat rawan terhadap gaya lateral, terutama akibat gaya yang ditimbulkan gempa. Indonesia juga termasuk ke dalam wilayah yang memiliki instensitas terjadi gempa yang tinggi. Dalam menghitung struktur bangunan bertingkat ada 2 cara, yakni dengan Open Frame dan kombinasi Open Frame dengan shear wall. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah memunculkan salah satu solusi untuk meningkatkan kinerja struktur bangunan tingkat tinggi yaitu dengan pemasangan dinding geser (shear wall) untuk menambah kekakuan struktur dan menyerap gaya geser seiring dengan semakin tingginya struktur. Dinding geser (shear wall) adalah dinding yang berfungsi sebagai pengaku yang menerus sampai ke pondasi dan juga merupakan dinding inti untuk memperkaku seluruh bangunan yang dirancang untuk menahan gaya geser, gaya lateral akibat gempa bumi. Dinding geser pada umumnya bersifat kaku, sehingga deformasi (lendutan) horizontal menjadi kecil. Untuk mengetahui kuat geser dari dinding geser dilakukan sebuah desain bangunan dengan struktur kombinasi open frame dan dinding geser (shear wall). Direncanakan bangunan dengan komponen-komponen strukturnya yaitu balok (40x50)cm, kolom (40x40)cm, shear wall dengan tebal dinding 30 cm dan tebal pelat 12 cm. Dari hasil perhitungan menggunakan program SAP2000 didapat Vmax yang terjadi pada shear wall adalah 2875,46 kN, dan direncanakan tulangan shear wall secara konvensional menggunakan dua layer ∅ 16-300 mm. Kuat geser dinding geser (shear wall) Vn = 5015,179 kN > Vmax = 2875,46 kN, maka dinding geser cukup kuat menahan gaya geser yang terjadi pada struktur. Struktur kombinasi open frame dan shear wall dibandingkan dengan struktur open frame. Struktur open frame menggunakan balok (45x55)cm, kolom (50x50)cm untuk lantai 1,2,3,4 dan 5, untuk atap menggunakan balok (40x50)cm, kolom (50x50) cm serta menggunakan dinding bata sebagai struktur pendukung dan tebal pelat 12cm. Dari hasil perhitungan didapat volume pekerjaan struktur open frame dengan shear wall = 792,32 m3, tulangan yang dibutuhkan = 53098,807 kg dan volume pekerjaan struktur open frame = 803,13 m3, tulangan yang dibutuhkan = 61192,794 kg. Kata kunci : open frame, shear wall, tulangan, kuat geser.
1
ABSTRACT High-rise buildings prone to lateral forces, mainly due to the force created earthquake. Indonesian is also included in the territory that has a high intensity earthquake. In calculating the structure of the buildings there are 2 ways, namely by Open Frame and the combination of Open Frame with shear wall. Developments in science and technology have given rise to one of the solutions to improve the performance of the high-level structure with shear wall to increase stiffness of the structure and absorb shear forces along with high of the structural. Shear wall is a wall that serves as a continuous stiffener up to the foundation and also the core wall to rigidify the entire building designed to hold the shear force, lateral force due to earthquake. Generally shear walls are rigid, so that horizontal deformation be small. To determine the shear strength of shear wall was a structural design with combinations open frame and shear wall. Planned a building with structural components of the beam (40x50) cm, column (40x40) cm, shear wall with a wall thickness of 30 cm and plate thickness of 12 cm. From the results of calculations using the program SAP2000 be obtained Vmax that occurs in shear wall is 2875.46 kN and planned a shear wall reinforcement using two layers ∅16-300 mm. Shear strength of shear wall Vn = 5015.179 kN > Vmax = 2875.46 kN, the shear walls are strong to hold shear forces that occur in the structure. A combination structures of open-frame and shear wall compared with open frame structure. Open frame structure using beam (45x55) cm, column (50x50) cm for lantai 1, 2,3,4 and 5, for roof beam (40x50) cm, column (50x50) cm and use a brick wall as a support structure and thickness plate of 12 cm. From the results of calculations be obtained the work of volume open frame structure with shear wall = 792.32 m3, reinforcing required = 53098.807 kg and the work of volume open frame structure = 803.13 m3, reinforcing required = 61192.794 kg. Keywords: open frame, shear wall, reinforcement, shear strength
1.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Dalam menghitung struktur bangunan bertingkat ada 2 cara, yakni dengan Open Frame atau dengan kombinasi Open Frame dengan shear wall. Struktur bangunan dengan kombinasi open frame dengan shear wall, dinding (shear wall) ikut memikul beban yang terjadi pada struktur. Sedangkan pada sistem open frame dinding tidak ikut memikul beban yang terjadi pada struktur, dengan kata lain dinding hanya berfungsi sebagai bangunan pendukung. Dinding geser (shear wall) adalah dinding yang berfungsi sebagai pengaku yang menerus sampai ke pondasi dan juga merupakan dinding inti untuk memperkaku seluruh bangunan yang dirancang untuk menahan gaya geser, gaya lateral akibat gempa bumi. Dinding geser pada umumnya bersifat kaku, sehingga deformasi (lendutan) horizontal menjadi kecil (Agus, 2002). Pada aplikasi di lapangan shear wall sering di tempatkan di bagian ujung dalam fungsi suatu ruangan, ataupun di tempatkan memanjang di tengah searah tinggi bangunan berfungsi untuk menahan beban angin ataupun beban gempa yang ditransfer melalui struktur portal ataupun struktur lantai. Dengan adanya dinding geser yang kaku pada bangunan, sebagian besar beban gempa akan terserap oleh dinding geser tersebut. Perencanaan dinding geser sebagai elemen struktur penahan beban gempa pada gedung bertingkat dilakukan dengan konsep gaya dalam (yaitu dengan hanya meninjau gaya-gaya dalam yang terjadi akibat kombinasi beban gempa), kemudian setelah itu direncanakan penulangan dinding geser (Imran et al., 2008). 1.2 Maksud dan Tujuan Maksud dan tujuan penulisan tugas akhir ini adalah menentukan besar gaya pada dinding geser pada suatu konstruksi portal 6 lantai dimana letak shearwallnya simetris dan beraturan, dimana shearwall nya dengan dan tanpa tulangan, merencanakan penulangan dari dinding geser sesuai dengan gaya-gaya yang terjadi akibat kombinasi beban gempa (konsep gaya dalam) serta membandingkan antara dinding geser yang menggunakan tulangan dengan dinding geser tanpa tulangan.
2
1.3 Pembatasan Masalah Pembatasan masalah yang ada dalam tugas akhir ini adalah menggunakan peraturan pembebanan antara lain berat sendiri, beban hidup, dan beban gempa yang dipakai bedasarkan SNI 03-2847-2002 (anonim 1, 2002), peraturan yang dipakai untuk perhitungan gempa yaitu SNI 03-1726-2002 (anonim 2, 2002), beban gempanya adalah beban statis, perhitungan dinding geser diambil dari Steffie Tumilar,ACI 318-08, dan pondasinya tidak dihitung.
1.4 Metodologi Penulisan Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah mengumpulkan data dari kajian literatur dan jurnal-jurnal yang berkaitan dengan metode analitis dengan menghitung persamaan serta masukan-masukan dari dosen pembimbing. Penganalisaan struktur dilakukan dengan program komputer.
2.
TINJAUAN PUSTAKA
Sebuah dinding geser atau shear wall merupakan dinding yang dirancang untuk menahan geser, gaya lateral akibat gempa bumi. Banyak bangunan yang menggunakan dinding geser untuk membuat rumah yang lebih aman dan lebih stabil. Ketika dinding geser dibangun, itu dibangun dalam bentuk garis berat menguatkan dan diperkuat panel. Dinding idealnya menghubungkan dua dinding eksterior, dan juga penahan dinding geser lainnya dalam struktur.Dinding geser yang efektif adalah baik kaku dan kuat. Dalam struktur bertingkat, dinding geser sangat penting, karena selain untuk mencegah kegagalan dinding eksterior, mereka juga mendukung beberapa lantai gedung, memastikan bahwa mereka tidak runtuh akibat gerakan lateral dalam gempa bumi. Dinding geser (shearwall) adalah unsur pengaku vertikal yang dirancang untuk menahan gaya lateral atau gampa yang bekerja pada bangunan. Dinding geser dengan lebar yang besar akan menghasilkan daya tahan lentur dan geser yang sangat tinggi dan merupakan sistem struktur yang paling rasional dengan memanfaatkan sifat-sifat beton bertulang. Dinding geser adalah dinding beton bertulang dengan kekakuan bidang datar yang
sangat besar, yang ditempatkan pada lokasi tertentu (ruang lift atau tangga) untuk menyediakan tahanan gaya/beban horizontal (Pranata dan Yunizar, 2011). Pada konstruksi pelat beton bertulang, lantai dapat dianggap tidak mengalami distorsi karena ketegaran lantai sangat besar. Jadi gaya geser yang ditahan oleh sistem struktur disetiap tingkat bisa dihitung berdasarkan rasio ketegaran dengan memakai prinsip statis tak tertentu. Deformasi pada dinding kantilever menyerupai deformasi balok kantilever yang tegak lurus tanah dan selain deformasi lentur, dinding mengalami deformasi geser dan rotasi secara keseluruhan akibat deformasi tanah. Sebagai perbandingan deformasi portal terbuka besarnya cenderung sama pada tingkat atas dan bawah, sedangkan deformasi pada dinding geser sangat kecil didasar dan besar dipuncak. Gedung yang sesungguhnya tidak memiliki dinding geser yang berdiri sendiri karena dinding berhubungan dalam segala arah dengan balok atau batang lain ke kolom-kolom disekitarnya. Sehingga deformasi dinding akan dibatasi dan keadaan ini sebagai pengaruh pembatasan (boundary effect). Agar daya tahan dinding dapat berfungsi sebagaimana mestinya, maka syarat-syarat dibawah ini harus diperhatikan dalam tujuan perancangan dinding geser.
3. ANALISA 3.1 Umum Dinding geser (shear wall) didefinisikan sebagai komponen struktur vertikal yang relatif sangat kaku. Dinding geser pada umumnya hanya boleh mempunyai bukaan sekitar 5% agar tidak mengurangi kekakuannya. Bangunan beton bertulang yang tinggi sering didesain dengan dinding geser untuk menahan gempa. Selama terjadinya gempa, dinding geser yang didesain dengan baik dapat dipastikan akan meminimalkan kerusakan bagian non struktural bangunan seperti jendela, pintu, langit-langit dan seterusnya. Dinding geser bisa digunakan untuk menahan gaya lateral saja maupun sebagai dinding pendukung.
3
3.2 Analisa Dinding Geser Dalam perencanaan sebuah dinding geser proses desain dilakukan dalam beberapa tahap yaitu permodelan dinding geser (shear wall), perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada struktur serta menggunakan kombinasi pembebanan untuk desain, dan analisa struktur untuk mendesain tulangan dinding geser (shear wall). Untuk struktur kombinasi open frame dan shear wall direncanakan struktur 6 lantai dengan tinggi 24 m yang menggunakan dinding geser (shear wall) dengan panjang 600 cm, lebar 600 cm dan tebal 30 cm. Komponen struktur yaitu balok 40x50 cm, kolom 40x40 cm, dan tebal pelat lantai 12 cm. Digunakan mutu beton fc’ = 35 Mpa dengan Modulus elastisitas Ec = 27805,6 MPa dan mutu baja fy = 400 Mpa dengan modulus elastisitas Es = 210000 Mpa. Berat jenis beton (γ ) = 24 kN/m , Berat jenis keramik (γ ) = 21 kN/m . Struktur kombinasi open frame dan shear wall dibandingkan dengan struktur open frame. Komponen struktur open frame yaitu balok 45x55 cm, kolom 50x50 cm untuk lantai 1,2,3,4 dan 5,untuk atap (lantai 6) yaitu balok 40x50 cm, kolom 50x50 cm, tebal pelat 12 cm dan tebal dinding bata 15 cm.
1
2
3
4
A
B
C
D
4
Perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada struktur meliputi berat sendiri / beban mati ( W ), beban hidup (W ), dan Beban Gempa. Berat sendiri terdiri dari berat sendiri pelat ( Wp ), berat sendiri balok ( Wb ), berat sendiri kolom ( Wk ), berat sendiri dinding geser ( Wd ). Bangunan dirancang untuk perkantoran dengan beban hidup yang digunakan sebesar q = 2,5 kN ( 30 % yang bekerja ). Sedangkan untuk perhitungan beban gempa ( analisa statik ekivalen ) ada beberapa hal yang perlu yaitu : Beban geser dasar gempa. Untuk analisis beban statik ekivalen dalam arah horizontal digunakan rumus pada persamaan sebagai berikut : V=
. Wt
Beban geser akibat gempa ( V ) yang dibagikan sepanjang tinggi gedung menjadi bahan-bahan horizontal terpusat yang bekerja pada tiap lantai gedung. Pembagian gaya geser tersebut menggunakan rumus pada persamaan sebagai berikut : =
.
.
∑
Waktu getar alami struktur gedung setelah direncanakan dengan pasti, direncanakan menggunakan rumus pada persamaan sebagai berikut : T = 6,3
. .
∑ ∑
. .
Faktor keutamaan ( I ).
5
Kombinasi pembebanan untuk perancangan struktur beton akibat gempa berdasarkan SNI 03-28472002 yang digunakan untuk perencanaan dinding geser adalah sebagai berikut : 1. U = 1,4 D 2. U = 1,2 D + 1,6 L 3. U = 1,2 D + 1,0 L + 1,6 W 4. U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E 5. U = 0,9 D ± 1,0 E Langkah-langkah perhitungan tulangan pada dinding geser : a. Tentukan baja tulangan horizontal dan tranversal minimum yang diperlukan. Periksa apakah dibutuhkan dua layer tulangan. Jika gaya geser terfaktor ( V ) melebihi kuat dinding geser beton yang ada ( V ada) maka harus digunakan dua layer. V > V ada = A ′ Rasio distribusi tulangan minimum ρ = 0.0025 dan spasi maksimum 45 cm. b. Tentukan baja tulangan yang diperlukan untuk menahan geser Kuat geser dinding geser ( shear wall ) yang direncanakan dihitung dengan menggunakan rumus: V A (α +ρ .f ) Dimana : A
= Luas penampang total dinding struktural
α
= ¼ untuk h / l 1,5 = 1 6 untuk h / l ≥ 2
ρ c.
= rasio penulangan arah horizontal (tranversal)
Tentukan tulangan transversal yang diperlukan di special boundary element Confinement kolom pada boundary element Spasi maksimum hoops ditentukan oleh yang terkecil diantara : - 1 4 panjang sisi terpendek - 6 x diameter tulangan longitudinal - Spasi hoops , s ≤ 100 +
Confinement untuk shear wall Spasi maksimum hoops ditentukan oleh yang terkecil diantara : - 1 4 panjang sisi terpendek - 6 x diameter tulangan longitudinal - Spasi hoops , s ≤ 100 +
6
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan hasil perhitungan pada Tugas Akhir Perencanaan Penulangan Dinding Geser (Shear Wall) Berdasarkan Tata Cara SNI 03-2847-2002 (Ananda, 2013) diperoleh hasil sebagai berikut: No. 1.
Struktur Dinding Geser tanpa Tulangan (open frame) Gaya gempa (F) = 2763,32 kN
Struktur Dinding Geser (open frame + shear wall) Gaya gempa (F) = 2763,32 kN
2.
Ukuran kolom (50x50 cm)
Ukuran kolom (40x40 cm) + shear wall (600x30 cm)
3.
Ukuran balok (40x50)
5.
Ukuran balok (45x55 cm) dan balok atap (40x50cm) Normal pada kolom paling bawah = 15684,304 kN Gaya lintang pada kolom = 1688,788 kN
6.
Momen pada kolom bawah = 539,297 kN
Gaya lintang pada kolom = 976,06 kN Gaya lintang pada shear wall = 2875,46 kN Momen pada kolom bawah = 99,322 kN
7.
Momen tumpuan balok = 1252,231 kN
Momen tumpuan balok = 773,791 kN
8.
Momen lapangan balok = 549,674 kN
Momen lapangan balok = 451,76 kN
9.
displacement maksimum arah horizontal = 65,686 mm Tulangan pada kolom bawah = 5891,776 kg
4.
11.
Tulangan balok per lantai= 4307,023 kg
displacement maksimum arah horizontal = 20,031 mm Tulangan pada kolom bawah = 4686,796 kg Tulangan shear wall = 1472,371 kg Tulangan balok per lantai = 2690,634 kg
12.
Volume pekerjaan = 803,12 m3
Volume pekerjaan = 792,32 m3
10.
5.
Normal pada kolom paling bawah = 14189,268 kN
KESIMPULAN 1. Dinding geser (shear wall) yang direncanakan menggunakan dimensi panjang /lebar dinding geser 6 m dan tebal 30 cm dengan tinggi gedung 24 m. 2. Gaya geser maksimum yang terjadi pada dinding geser (Vu ) adalah 2875,46 kN. 3. Dinding geser (shear wall) yang direncanakan menggunakan dua layer baja tulangan D16-300. 4. Berdasarkan perhitungan analisa struktur pada perencanaan struktur dinding geser diperoleh kuat geser (V ) sebesar 5015,179 kN (V > Vu ). Dengan demikian, dinding geser (shear wall) cukup kuat menahan gaya geser yang terjadi pada struktur. 5. Dari data perbandingan struktur open frame dengan dinding geser (shear wall) dan struktur open frame didapat : - Struktur Open Frame dengan Dinding Geser (shear wall) Tulangan yang dibutuhkan adalah 53098,807 kg Volume pekerjaan adalah 792,32 m3 - Struktur Open Frame Tulangan yang dibutuhkan adalah 61192,794 kg Volume pekerjaan adalah 803,12 m3 Maka dapat disimpulkan, bahwa struktur open frame dengan dinding geser (shear wall) lebih ekonomis dari struktur open frame.
7
DAFTAR PUSTAKA Agus, (2002). Rekayasa Gempa untuk Teknik Sipil, Padang : Institut Teknologi Padang. Ananda MS, Febry, (2013). Perencanaan Penulangan Dinding Geser Berdasarkan Tata Cara SNI 03-28472002. Tugas Akhir Departemen Teknik Sipil FT USU, Medan : Universitas Sumatera Utara. Anonim 1, (2002). Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung .SNI 03-2847-2002, Bandung : Badan Standarisasi Nasional. Anonim 2, (2002). Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. SNI 03-17262002 : Badan Standarisasi Nasional. Imran, Iswandi. Yuliari, Ester. Suhelda, & Kristianto, A., Aplicability Metoda Desain Kapasitas pada Perancangan Struktur Dinding Geser Beton Bertulang, Seminar dan Pameran HAKI, “Pengaruh Gempa dan Angin terhadap Struktur” : 1-10. Liono, Sugito, (2011). Pendetailan Tulangan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa sesuai dengan SNI 03-2847-2002, Jurnal Teknik Sipil Vol.7 : 15-41. Paulay, T., Priestlay, M.J.N., (1991). Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, Canada : John Wiley & Sons, Inc. Pranata, Yosafat Aji, (2011). Pemodelan Dinding Geser Bidang sebagai Elemen Kolom Ekivalen pada Gedung Beton Bertulang Bertingkat Rendah, Jurnal Teknik Sipil Vol.7 : 85-96. Tumilar, Steffie, (2008). Petunjuk Penggunaan Ketentuan Seismik dan Angin Berdasarkan ASCE 7-05 dan IBC 2006, Jakarta : HAKI. Tumilar, Steffie, (2009). Petunjuk Perancangan Struktur Berdasarkan Ketentuan ASCE 7-05, IBC-2009, dan ACI 318-08, Jakarta : HAKI.
8
