BAB II Tinjauan Pustaka

Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Konsep Dasar Mekanisme Gempa
Kerak bumi terdiri dari beberapa lapisan tektonik keras yang disebut litosfir (lithosphere)
yang mengapung di atas medium fluida yang lebih lunak yang disebut mantel, sehingga kerak
bumi ini dapat bergerak. Teori yang dipakai untuk menerangkan terjadinya pergerakanpergerakan kerak bumi tersebut adalah Teori Perekahan Dasar Laut (Sea Floor Spreading
Theory) yang dikembangkan oleh F. V. Vine dan D. H. Mathews pada tahun 1963 (Irsyam,
2005).
Tectonic plate
Spreading ridge
boundary
Convection
Subduction
zone
boundary
Outer
core
Inner
core
HOT
COLD
Subduction
plate
Mantle
(solid)
6350 km
Gambar 2.1 Mekanisme pergerakan pelat tektonik
Bersatunya massa batu atau pelat satu sama lain dicegah oleh gaya-gaya friksional, apabila
tahanan ultimit friksional tercapai karena adanya gerakan kontinyu dari fluida di bawahnya
dua pelat yang akan bertumbukan satu sama lain akan menimbulkan gerakan tiba-tiba yang
bersifat transient yang menyebar dari satu titik ke segala arah yang disebut gempa bumi (M. T.
Zein). Gempa bumi yang menimbulkan kerusakan yang paling luas adalah gempa tektonik.
Gempa bumi tektonik disebabkan oleh terjadinya pergeseran kulit bumi (litosphere) yang
umumnya terjadi di daerah patahan kulit bumi.
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 1
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Gerakan batuan dasar yang diakibatkan oleh getaran gempa bumi meliputi percepatan,
kecepatan, dan perpindahan. Ketiganya pada umumnya teramplifikasi ke permukaan tanah
sehingga menimbulkan gaya dan perpindahan yang dapat melebihi kapasitas struktur yang
berada di atasnya. Nilai maksimum besarnya gerakan tanah, yaitu kecepatan tanah puncak,
percepatan tanah puncak, dan perpindahan tanah puncak menjadi parameter-parameter utama
dalam desain struktur tahan gempa.
Seismic source
a(max) bedrock
M
R
Gambar 2.2 Mekanisme penjalaran gempa ke bangunan (Irsyam, 2005)
2.2
Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa
Struktur suatu bangunan bertingkat tinggi harus dapat memikul beban-beban yang bekerja
pada struktur tersebut, di antaranya beban gravitasi dan beban lateral. Beban gravitasi adalah
beban mati struktur dan beban hidup, sedangkan yang termasuk beban lateral adalah beban
angin dan beban gempa.
Jika terjadi suatu gempa, maka struktur di atasnya akan mengalami pergerakan secara vertikal
maupun secara lateral. Pergerakan vertikal relatif kecil dan pada umumnya struktur cukup
kuat terhadapnya, sehingga tidak perlu perhatian khusus dalam proses desain, sedangkan
pergerakan lateral akan memberikan beban lateral kepada struktur yang dapat menyebabkan
struktur runtuh.
Berdasarkan UBC 1997, tujuan desain bangunan tahan gempa adalah untuk mencegah
terjadinya kegagalan struktur dan kehilangan korban jiwa, dengan tiga kriteria standar sebagai
berikut:
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 2
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
•
Tidak terjadi kerusakan sama sekali pada gempa kecil
•
Ketika terjadi gempa sedang, diperbolehkan terjadi kerusakan arsitektural tetapi
bukan merupakan kerusakan struktural
•
Diperbolehkan terjadinya kerusakan struktural dan non-struktural pada gempa kuat,
namun kerusakan yang terjadi tidak sampai menyebabkan bangunan runtuh.
Maka perencanaan bangunan struktur tahan gempa harus dapat memperhitungkan dampak
dari gaya lateral yang bersifat siklis (bolak-balik) yang dialami oleh struktur selama
terjadinya gempa bumi. Untuk memikul gaya lateral yang dialami oleh bangunan, struktur
harus dapat memiliki daktilitas yang memadai di daerah joint atau elemen struktur tahan
gempa seperti shearwall.
Berdasarkan hal di atas, perencanaan struktur dapat direncanakan dengan mengetahui
skenario keruntuhan dari struktur tersebut dalam menahan beban maksimum yang bekerja.
Pelaksanaan konsep desain kapasitas struktur adalah memperkirakan urutan kejadian dari
kegagalan suatu struktur berdasarkan beban maksimum yang di alami struktur. Sehingga kita
merencanakan bangunan dengan elemen-elemen struktur tidak dibuat sama kuat terhadap
gaya yang direncanakan, tetapi ada elemen-elemen struktur atau titik pada struktur yang
dibuat lebih lemah dibandingkan dengan yang lain dengan harapan di elemen atau titik itulah
kegagalan struktur terjadi pada saat beban maksimum bekerja.
Dalam hal ini kita merancang supaya sendi-sendi plastis yang terjadi pada daerah-daerah yang
dapat menunjang tujuan desain bangunan tahan gempa. Konsep desain kapasitas ini dikenal
dengan konsep “strong column weak beam”, yaitu merancang supaya sendi-sendi plastis
terjadi pada balok-balok dan kaki kolom bawah.
Dengan konsep mekanisme keruntuhan ini, sendi plastis akan terjadi pada balok terlebih
dahulu baru pada tahap-tahap akhir plastis terjadi pada ujung-ujung bawah kolom. Hal ini
dilakukan supaya sejumlah besar sendi plastis terbentuk pada struktur secara daktail yang
dapat memencarkan energi melalui proses pelelehan struktur dan diharapkan dapat menyerap
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 3
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
beban gempa. Secara matematis konsep “strong column weak beam”dapat dituliskan dalam
bentuk persamaan sebagai berikut1:
∑M
n kolom
>
6
∑ M n balok
5
(2- 1)
Bangunan tahan gempa didesain berdasarkan zona gempa, karakter lokasi, jenis tanah,
okupansi bangunan, faktor kegunaan bangunan, periode natural struktur, dan lain- lain. UBC
1997 mensyaratkan seluruh elemen struktur didesain dengan tahanan yang sesuai untuk
menahan perpindahan lateral yang terjadi akibat ground motion dengan memperhatikan
respon inelastis struktur, faktor redundan, kuat lebih, dan daktilitas struktur.
2.3
Rekayasa Kegempaan Secara Umum
Pada umumnya struktur didesain berperilaku plastis pada saat gempa kuat terjadi dengan
tingkat daktilitas tertentu. Desain struktur tahan gempa yang berperilaku elastis pada saat
gempa kuat terjadi sangatlah tidak ekonomis. Hal ini karena gempa kuat jarang terjadi. Untuk
memperoleh hasil desain yang lebih efisien dan ekonomis, sistem struktur dapat didesain
dalam kondisi tidak elastik penuh, sehingga tingkat tahanan dapat direduksi (R) pada rentang
1,6 hingga 8,5 pada batas daktail penuh2.
Terkait dengan risiko kegempaan, peraturan kegempaan dapat dibagi menjadi 3 golongan
besar yaitu struktur rangka pemikul momen biasa (SRPMB) untuk wilayah dengan zona
gempa 1 atau 2, struktur rangka pemikul momen menengah (SRPMM) untuk wilayah dengan
zona gempa 3 dan 4, serta struktur rangka pemikul momen khusus (SRPMK) untuk wilayah
dengan zona gempa 5 dan 6.
Tabel 2.1 Klasifikasi peraturan gempa berdasarkan resiko kegempaan
Resiko Gempa
Rendah
1
2
Jenis Struktur
Faktor Modifikasi Respons
yang Dapat Digunakan
(R)
Sistem Rangka Pemikul Momen
-
SRPMB (Bab 3-20)
3 – 3,5
-
SRPMM (Pasal 23.10)
5 – 5,5
-
SRPMK (Pasal 23.3 – 23.5)
8 – 8,5
SNI 03-2847-2002, Pasal 23.4.2.2
Pasal 9.11, Tabel 9 SNI -1726-2002
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 4
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Sistem Dinding Struktural
Menengah
-
SDSB (Bab 3-20)
4-4,5
-
SDSK (Pasal 23.6)
5,5-6,5
Sistem Rangka Pemikul Momen
-
SRPMM
5-5,5
-
SRPMK
8-8,5
Sistem Rangka Pemikul Momen
Tinggi
-
SDSB
4-4,5
-
SDSK
5,5-6,5
Sistem Rangka Pemikul Momen
-
SRPMK
8-8,5
Sistem Rangka Pemikul Momen
-
SDSK
5,5-6,5
2.3.1 Seismic Respon Spektra
Dalam respon spektra, efek dari ukuran dan tipe gelombang getar yang terjadi saat gempa
disimplifikasi dari garis–garis yang bergelombang menjadi suatu garis tertentu. Respon
spektra yang digunakan dalam perencanaan adalah respon percepatan (Sa,g) dengan
periode (T).
Respon spektra adalah plot dari respons maksimum struktur yang diperoleh dari analisa
riwayat waktu suatu gempa. Respon maksimum yang dimaksud adalah nilai-nilai
percepatan, kecepatan dan perpindahan maksimum. Nilai-nilai tersebut dicari untuk
berbagai
macam
periode
alami
struktur,
sehingga
diperoleh
spektra
yang
merepresentasikan respon maksimum terhadap periode struktur, sehingga dapat diperoleh
respon spektra untuk percepatan, kecepatan dan perpindahan.
Ground Acceleration - Time
T = 0.02 sec, ξ = 2%
2
2
m
/detik
G
roundAcceleration,
4
0
0
60
-2
-4
Time, detik
Gambar 2.3 Ground acceleration
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 5
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Pseudo Velocity, mm/detik
Pseudo Acceleration, (g)
1.4
Displacement, mm
1200
1.2
500
1000
400
1
800
300
0.8
600
0.6
200
400
0.4
100
200
0.2
0
0
0
2
4
6
8
10
0
0
2
4
6
8
10
0
2
4
Period, detik
Period, detik
6
8
10
Period, detik
Gambar 2.4 Pseudo acceleration, velocity, dan displacement
Ketiga respon spektra tersebut (percepatan, kecepatan dan perpindahan) dapat secara
simultan diplot kedalam sebuah grafik skala log dengan 3 sumbu yang disebut tripartite
(dikembangkan oleh Newmark). Dimana sumbu horizontal dapat berupa periode atau
frekuensi, sumbu vertikal berupa respons kecepatan dan dua buah sumbu diagonal yang
merupakan respon percepatan dan perpindahan. Contoh tripartite dapat dilihat pada
gambar berikut:
Gambar 2.5 Respon spektra pada skala tripartite
Respon spektra yang sering digunakan untuk perencanaan dan terdapat di peraturanperaturan bangunan adalah respon spektra percepatan terhadap periode. Respon spektra ini
lebih mudah digunakan untuk perencanaan karena beban atau gaya gempa berbanding
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 6
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
lurus dengan percepatan sehingga nilainya dapat langsung dicari dengan mengalikan nilai
spetra percepatan maksimum dengan berat bangunan. Salah satu contoh respons spektra
yang digunakan dalam peraturan Uniform Building Code 1995 (UBC 1995) dapat dilihat
pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.6 Respons spektra desain pada peraturan
Peraturan di Indonesia, menyarankan untuk menggunakan respon spektra menurut SNI 031726-2003 yang telah diklasifikasikan terhadap zona atau wilayah gempa Indonesia.
Respon spectra menurut SNI 03-1726-2003 untuk 6 wilayah gempa di Indonesia dapat
dilihat pada Gambar 2.7.
Untuk analisis non linear, dimana dibutuhkan pemahaman mengenai gaya gempa dan
perpindahan sekaligus, dibutuhkan sebuah respons spektra yang menggambarkan
perceparan versus perpindahan. Respon spektra tersebut dinamakan accelerationdisplacement response spektra (ADRS), dimana sumbu x merupakan respon perpindahan,
sumbu y merupakan respon percepatan dan periode bangunan direpresentasikan sebagai
garis-garis radial dari titik pusat grafik. Bentuk umum ADRS dapat dilihat pada Gambar
2.8.
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 7
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Gambar 2.7 Respon spektra SNI 03-1726-2003
Sa- Acceleration
T1
T2
Sd- Displacement
Gambar 2.8 Kurva ADRS
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 8
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
2.3.2 Gaya Geser Desain
Nilai dari gaya geser desain ditentukan oleh respon spektra desain dari struktur tersebut
berdasarkan peraturan yang digunakan, keutamaan bangunan (I), periode bangunan dan
berat bangunan (W). Untuk beban gempa statik ekivalen, menurut SNI 1726-2003, gaya
geser dasar dapat dihitung dengan persamaan:
Vb =
Cl I
Wt
R
(2- 2)
dimana :
C1
= faktor respon gempa yang dapat ditentukan dari response spektra gempa rencana
dan jenis tanah dibawah bangunan untuk waktu getar alami fundamental T.
I
= faktor keutamaan bangunan yang nilainya bervariasi tergantung dari jenis
bangunan, dapat dilihat pada Tabel 2.2
W
= berat bangunan efektif saat terjadi gempa, nilai W dapat ditentukan sebagai
jumlah dari beban-beban berikut : beban mati total dari struktur bangunan
gedung dan beban hidup efektif yang mungkin ada saat terjadi gempa, dapat
diambil sebesar 30% dari beban hidup.
R
= faktor reduksi beban gempa yang bergantung dari sistem struktur yang
digunakan, dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.2 Faktor keutamaan bangunan
Total gaya geser dasar yang yang diperoleh, kemudian didistribusikan berdasarkan
ketinggian dari struktur yang memenuhi persamaan di bawah ini:
(2- 3)
Dimana Ft merupakan konsentrasi gaya gempa di puncak dan ditentukan oleh persamaan
di bawah ini:
(2- 4)
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 9
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Nilai T yang digunakan adalah nilai periode yang digunakan untuk menghitung gaya geser
dasar. Nilai Ft tidak boleh melebihi 0.25 V dan dianggap nol jika nilai T kurang dari 0.7
detik.
Sisa gaya geser dasar setelah dikurangi Ft didistribusikan sebagai beban gempa nominal
statik ekivalen Fi pada tiap lantai dengan menggunakan persamaan berikut:
Fi =
Wi z i
n
∑W z
i =1
(Vb − Ft )
(2- 5)
i i
Perlu diperhatikan bahwa nilai gaya geser dasar dan gaya gempa yang dihitung pada
persamaan di atas hanya valid bila ragam getar (mode) 1 bangunan dominan. Apabila
persyaratan tersebut tidak terpenuhi, maka perlu dilakukan perhitungan dengan metode
dinamis untuk menentukan nilai Vb dan Fi.
2.3.3 Penentuan Daktilitas Bangunan dan Faktor Reduksi Beban Gempa
Gambar berikut ini menjelaskan hubungan antara beberapa parameter yang menjadi acuan
untuk menentukan besarnya beban gempa nominal pada suatu struktur.
Gambar 2.9 Diagram beban-perpindahan pada struktur
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 10
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Keterangan:
Vn
= gaya geser nominal (desain)
Vy
= gaya geser pada leleh pertama
Vm = gaya geser maksimum
Ve
= gaya geser elastic
δn
= perpindahan pada V = Vn
δy
= perpindahan pada leleh pertama
δm
= perpindahan maksimum
f1
= kuat lebih desain
f2
= kuat cabang bahan
f
= kuat cabang struktur
R
= faktor reduksi beban gempa
µ
= faktor daktilitas struktur gedung
Menurut UBC 1997, daktilitas adalah kemampuan suatu struktur untuk mengalami
simpangan dalam kondisi pasca elastik hingga terjadinya keruntuhan. Perilaku ini sangat
penting, karena selama proses pelelehan elemen struktur tersebut terjadi proses disipasi
energi gempa.
Selama terjadi gempa, daktilitas akan mempertahankan kekuatan dan
kekakuan yang cukup, sehingga struktur gedung tersebut tetap berdiri walaupun sudah
berada dalam kondisi di ambang keruntuhan.
Struktur dengan tingkat daktilitas tertentu akan memungkinkan terjadinya sendi plastis
secara bertahap pada elemen-elemen struktur yang telah ditentukan. Dengan terbentuknya
sendi plastis pada elemen struktur, maka struktur akan mampu menahan beban gempa
maksimum tanpa memberikan kekuatan yang berlebihan pada elemen struktur karena
energi kinetik akibat gerakan tanah dasar yang diterima akan dipencarkan pada sendi
plastis tersebut. Semakin banyak terbentuk sendi plastis pada elemen struktur, semakin
besar pula energi gempa yang dipencarkan. Setelah terjadi sendi plastis pada suatu elemen,
defleksi struktur serta rotasi plastis masih terus bertambah.
Daktilitas stuktur direncanakan dengan terdapat faktor modifikasi respon mewakili faktor
kuat lebih dan kapasitas komponen struktur secara keseluruhan dalam kondisi daktail, dan
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 11
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
selanjutnya dikenal dengan lambang µ . Daktilitas bangunan yang didesain dengan faktor
modifikasi respon juga harus dibatasi berdasarkan kriteria perencanaan berikut:
•
Kekuatan dan kekakuan struktur yang direncanakan untuk memenuhi kondisi di
atas direncanakan juga supaya cukup untuk memberikan kemampuan kepada
struktur bangunan untuk melakukan deformasi (simpangan) yang bersifat
elastoplastik tanpa runtuh, bila mengalami gempa rencana maksimum.
•
Agar struktur gedung tinggi memiliki daktilitas yang tinggi, harus diupayakan
supaya sendi-sendi plastis yang terjadi akibat beban gempa maksimum ada di
dalam balok-balok dan tidak terjadi dalam kolom-kolom, kecuali pada kaki kolom
yang paling bawah dan pada bagian atas kolom penyangga atap. Hal ini dapat
tercapai bila kapasitas (momen leleh) kolom lebih tinggi daripada kapasitas
(momen leleh) balok yang bertemu pada kolom tersebut (konsep strong column
weak beam).
•
Besarnya
displacement yang terjadi harus dibatasi untuk menjaga integritas
bangunan dan menghindari jatuhnya korban jiwa.
Daktilitas didefinisikan sebagai perbandingan antara deformasi maksimum yang terjadi
dengan deformasi pada saat terjadi leleh pertama.
(2- 6)
dimana faktor daktilitas maksimum yang digunakan untuk bangunan beton bertulang
adalah 5,3.
Karena kekuatan bahan yang terpasang
pada pelaksanaan umumnya berlebih, maka
kekuatan material aktual lebih besar dari kekuatan material yang direncanakan. Faktor
tersebut disebut faktor kuat lebih bahan atau beban.
(2- 7)
Akibat adanya kehiperstatikan struktur gedung, terjadi redistribusi gaya-gaya oleh proses
pembentukan sendi plastis yang tidak bersamaan (dimana mekanisme jumlah sendi plastis
yang direncanakan pada bangunan lebih besar dari satu), maka akan ada kenaikan base
shear sebesar Vm. Kuat lebih struktur didefinisikan sebagai berikut:
(2- 8)
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 12
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Faktor amplifikasi gaya gempa menyatakan faktor kuat lebih total yang selanjutnya disebut
sebagai overstrength factor dengan lambing f3).Perkalian antara faktor kuat lebih beban
atau bahan dengan faktor kuat lebih struktur akan menghasilkan faktor kuat lebih total:
(2- 9)
Sedangkan ratio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh gempa rencana pada
struktur elastic penuh dan beban gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana pada
struktur daktail disebut faktor reduksi gempa.
(2- 10)
2.3.4 Penentuan Periode Struktur
Periode struktur merupakan representasi dari fleksibilitas struktur yang merupakan fungsi
dari kekakuan dan massa. Periode struktur pada kondisi elastik dihitung berdasarkan ASCE
7-05, nilai periode alami struktur (portal beton) dapat didekati dengan berikut:
(2- 11)
dimana h adalah tinggi total struktur dalam satuan meter.
2.3.5 Efek Peredam (damping) terhadap Struktur
Damping pada struktur menyebabkan terjadinya kehilangan energi pada saat struktur
dibebani. Energi yang hilang berubah bentuk menjadi retak, friksi, leleh pada tulangan, dan
lain lain. Nilai damping pada struktur berpengaruh terhadap respon spektra, dimana
semakin besar nilai damping struktur, maka akselerasi spektral dari respon spektra yang
bersangkutan akan semakin kecil.
Besar damping dinyatakan dalam critical damping. Sebelum terjadi gempa, struktur beton
bertulang pada umumnya memiliki 1 atau 2 persen critical damping, pada saat gempa
terjadi, nilai damping bertambah menjadi sekitar 5 persen. Semakin besar beban gempa
yang bekerja pada struktur, semakin banyak bagian struktur yang retak atau leleh, maka
nilai damping akan semakin besar.
3
Pada UBC 1997 dilambangkan dengan notasi Ω
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 13
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
2.3.6 Kinerja Batas Layan
Kinerja
batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar-tingkat akibat
pengaruh gempa rencana, hal ini untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan
beton yang berlebihan, selain itu untuk
mencegah kerusakan non-struktur dan
ketidaknyamanan penghuni. Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur
gedung, simpangan antar-tingkat struktur gedung tidak boleh melampaui 0,03 / R kali
tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm, bergantung yang mana yang nilainya
terkecil.
2.3.7 Kinerja Batas Ultimit
Kinerja batas ultimit struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan antartingkat maksimum struktur 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. Simpangan dan simpangan antar-tingkat ini harus
dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan
dengan suatu faktor pengali ξ sebagai berikut :
- untuk struktur gedung beraturan :
ξ = 0,7 R
(2-12)
- untuk struktur gedung tidak beraturan :
ξ = 0,7 R / Faktor Skala
(2-13)
di mana R adalah faktor reduksi gempa struktur gedung tersebut .
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit struktur gedung, dalam segala hal
simpangan antar-tingkat yang dihitung dari persamaan di atas tidak boleh melampaui 0,02
kali tinggi tingkat yang bersangkutan.
2.4
Sistem Struktur
Sistem struktur untuk high-rise building biasanya disesuaikan dengan ketinggian gedung
(Gambar 2.10). Secara umum, semakin tinggi bangunan maka ada titik limit dimana
kekakuannya kurang untuk menahan beban-beban lateral, sehingga diperlukan sistem struktur
yang sesuai dengan ketinggiannya.
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 14
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Gambar 2.10 Berbagai sistem struktur untuk jumlah lantai yang berbeda-beda4
Sistem struktur yang dibahas pada tugas akhir ini adalah sistem struktur dinding geser
(shearwall) dan sistem struktur tube (framed tube).
2.4.1 Dual System (Shearwall)
Dual system (sistem kombinasi shearwall dan rangka terbuka) merupakan sistem yang
efektif digunakan pada bangunan tahan gempa. Shearwall merupakan elemen struktur
berupa dinding yang sangat efektif sebagai penahan gaya lateral
untuk menambah
kekakuan struktur karena kekakuan lateralnya sangat tinggi. Berikut ini adalah
karakteristik umum dual system:
• dual system dimana shearwall sangat efektif menyerap gaya gempa
• rangka merupakan disipator energi yang efektif
• transfer gaya gempa lewat kombinasi lentur dan geser
• displacement kecil
• shearwall kurang daktail dibandingkan portal terbuka
4
“Evolution of Concrete Skyscrapers: from Ingalls to Jin mao”, Ali, Mir M. (Professor and Chairman, Structures Division
School of Architecture, University of Illinois, USA)
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 15
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Gambar 2.11 Mekanisme transfer beban lateral pada dual system (shearwall)
Terdapat dua tipe dinding geser yaitu dinding geser biasa (wall pier), atau dinding geser
dengan menggunakan komponen batas
(wall pier with boundary elements).
Dalam
pengerjaan tugas akhir ini, model dinding geser yang digunakan dalam model struktur
adalah dinding geser dengan menggunakan komponen batas.
Berbeda dengan dinding geser biasa yang memikul beban vertikal dan gaya geser pada
panel dinding, maka pada dinding geser dengan komponen batas, semua beban vertikal
dipikul oleh komponen batas (boundary element), sedangkan gaya gesernya dipikul oleh
bagian dindingnya. Berikut merupakan perbandingan dari gaya-gaya dalam yang diserap
oleh elemen dinding geser biasa (wall pier) dengan dinding geser dengan menggunakan
komponen batas (wall pier with boundary elements).
Mekanisme keruntuhan yang direncanakan adalah terbentuknya sendi plastis di bagian
bawah kaki-kaki dinding geser. Hal ini akibat dari momen lentur, dan bukan oleh gaya
geser. Hal yang sama juga berlaku untuk dinding geser menggunakan komponen batas, di
mana momen lentur yang terjadi pada dinding geser ditransformasi menjadi gaya aksial
tekan dan tarik pada komponen-komponen batasnya.
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 16
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Bila komponen batas khusus digunakan, harus memenuhi persyaratan dimana komponen
batas harus menerus secara horizontal dari sisi serat tekan terluar sejarak tidak kurang
daripada5:
c − 0,1l w , dan
(2-14)
c
2
(2-15)
dimana:
lw = lebar shearwall
c
=
lw
δ 
600  u 
 hw 
,dengan nilai
δu
hw
= 0,007
Gambar 2.12 Mekanisme sendi plastis yang terjadi pada dinding geser dengan boundary element
Dalam pembuatan tugas akhir ini, shearwall dimodelkan sebagai elemen wall dengan tipe
shell sehingga memiliki kekakuan membran pada kedua arah tegak lurus bidang dan outof-plane bending stiffness. Untuk memperhitungkan pengaruh peretakan beton ketika
terjadinya gempa, momen inersia penampang dinding geser direduksi sehingga momen
inersia efektif yang digunakan hanya 60% dari momen inersia awal.
5
SNI 03-2847-2002, Pasal 23.6.6.4
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 17
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
2.4.2 Sistem Struktur Tube
Konsep sistem tube berdasarkan pemikiran bahwa suatu bangunan dapat didesain untuk
menahan gaya-gaya lateral dengan mendesainnya sebagai suatu kantilever berongga
(hollow cantilever) yang menjulang tegak lurus dengan tanah. Bentuk tube diaplikasikan
sebagai kolom-kolom eksterior yang saling berdekatan (spaced columns) yang diikat oleh
balok-balok sehingga menjadi satu kesatuan rangka kaku dengan kekakuan terpusat di
eksterior bangunan.
Gambar 2.13 Denah umum sistem tube
Rangka (kolom dan balok) luar ini didesain cukup kuat untuk menahan seluruh beban
lateral yang bekerja pada bangunan, dengan demikian, bisa membuat rangka interior
gedung hanya menahan beban gravitasi saja. Kolom interior yang berfungsi untuk
menahan beban gravitasi saja membuatnya bisa didesain lebih ramping, sehingga ruang
lantai yang ada lebih luas. Adapun karakteristik umum sistem tube antara lain:
• transfer gaya gempa melalui mekanisme lentur sehingga diperlukan banyak kolom di
daerah perimeter (sehingga menyerupai shearwall di keliling bangunan)
• lebih daktail dibandingkan shearwall
• banyak terbentuk sendi plastis
• displacement lebih besar dibandingkan dual system (shearwall)
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 18
Tugas Akhir / SI-40Z1
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube
dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Gambar 2.14 Mekanisme transfer beban lateral pada struktur sistem tube
Kalihputro Fachriansyah (15004057)
I Made Ranadipta (15004091)
II - 19