4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Angin Angin adalah udara yang

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Angin
Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan
juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari
tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Apabila dipanaskan,
udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik.
Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya berkurang. Udara
dingin di sekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi. Udara
menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Di atas tanah udara menjadi
panas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara
dingin ini dinamanakan konveksi.
2.1.1 Proses Terjadinya Angin
Angin terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara atau perbedaan suhu
udara pada suatu daerah atau wilayah. Hal ini berkaitan dengan besarnya energi
panas matahari yang di terima oleh permukaan bumi. Pada suatu wilayah, daerah
yang menerima energi panas matahari lebih besar akan mempunyai suhu udara
yang lebih panas dan tekanan udara yang cenderung lebih rendah. Sehingga akan
terjadi perbedaan suhu dan tekanan udara antara daerah yang menerima energi
panas lebih besar dengan daerah lain yang lebih sedikit menerima energi panas,
akibatnya akan terjadi aliran udara pada wilayah tersebut.
2.1.2 Kecepatan Angin
Kecepatan angin ditentukan oleh perbedaan tekanan udara antara tempat
asal dan tujuan angin dan resistensi medan yang dilaluinya.
2.2
Beban Angin Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI 1727:2013)
Bangunan dan struktur lainnya, termasuk semua komponen, harus
dirancang dan dibangun untuk menahan beban angin. Parameter ketentuanketentuan untuk menetapkan angin dasar ini digunanakan dalam ketentuanketentuan lain yang terkandung dalam standar ini.
Beban angin desain untuk struktur bangunan dan lainnya, termasuk
SPBAU dan komponen, harus ditentukan dengan menggunakan salah satu
4
prosedur sebagai spesifik di bagian ini. Sebuah garis besar proses keseluruhan
untuk penentuan beban angin, termasuk bagian referensi.

Sistem Penahan Beban Angin Utama (SPBAU)
Beban angin untuk SPBAU ditetapkan menggunakan salah satu
dari prosedur berikut :
(1) Prosedur Pengarah untuk semua bangunan;
(2) Prosedur Amplop untuk bangunan bertinkat;
(3) Prosedur Pengarah untuk bangunan perlengkapannya (struktur atap
dan perlengkapan atap) dan struktur lainnya (seperti dinding berdiri
bebas padat dan solid, cerobong asap, dan menara terikat);
(4) Prosedur Terowongan Angin untuk semua banguna dan semua
struktur lain.

Komponen dan Klading
Beban angin pada komponen dan klading pada semua bangunan
dan struktur lainnya harus dirancang dengan menggunakan salah satu
prosedur berikut:
(1) Prosedur Analitis;
(2) Prosedur Terowongan Angin.
2.2.1 Kecepatan Angin Dasar
Kecepatan angin dasar (V), yang digunakan dalam menentukan beban
angin desain di bangunan gedung dan struktur lain harus ditentukan dari Instansi
yang berwenang, sesuai dengan kategori risiko bangunan gedung dan struktur.
Angin harus diasumsikan datang dari segala arah horizontal.Kecepatan angin
dasar harus diperbesar jika catatan atau pengalaman menunjukkan bahwa
kecepatan angin lebih tinggi daripada yang ditentukan.
2.2.2 Perkiraan Kecepatan Angin Dasar dari Data Iklim Daerah
Di daerah rawan badai, data iklim daerahhanya dapat digunakan sebagai
pengganti dari kecepatan angin dasar yang diberikan bila
(1) prosedur analisis statistik nilai ekstrem teruji digunakan dalam
mengurangi data
5
(2) panjang rekaman, kesalahan pengambilan contoh,waktu rata-rata,
tinggi anemometer, kualitas data, dan eksposur dataran dari anemometer
telah diperhitungkan.
Diperbolehkan mereduksi kecepatan angin dasar apabila diperlukan.
Dalam wilayah rawan-badai, kecepatan angin yang berasal dari teknik simulasi
hanya dapat digunakan sebagai pengganti dari kecepatan angin dasar bila prosedur
analisis statistik nilai ekstrem dan prosedur simulasi teruji digunakan.
Di luar daerah wilayah rawan-badai, bila kecepatan angin dasar diperkirakan dari
data iklim regional, kecepatan angin dasar tidak boleh kurang dari kecepatan
angin yang terkait dengan interval ulang rata-rata yang disyaratkan, dan estimasi
harus disesuaikan untuk kesetaraan dengan kecepatan tiupan angin 3-detik pada
33ft (10 m) di atas tanah padaEksposur C.Analisis data harus dilakukan dalam
kasus ini.
2.2.3 Arah Angin
Faktor Arah Angin (Kd), didapatkan dari Tabel 2.1. Faktor ini hanya akan
dimasukkan dalam menentukan beban angin ketika kombinasi beban yang
ditentukan digunakan untuk desain. Pengaruh arah angin dalam menentukan
beban angin harus didasarkan pada analisis untuk kecepatan angin.
Tabel 2.1 Faktor Arah Angin (Kd)
(Sumber : SNI 1727:2013)
6
2.2.4 Eksposur
Untuk setiap arah angin yang diperhitungkan, eksposur lawan angin
didasarkan pada kekasaran permukaan tanah yang ditentukan dari topografi alam,
vegetasi, dan fasilitas dibangun.

Arah dan Sektor Angin
Untuk setiap arah angin yang dipilih di mana beban angin akan ditentukan,
eksposur dari bangunan gedung atau struktur harus ditentukan untuk dua sektor
lawan angin yang diperluas 45º setiap sisi arah angin yang dipilih. Eksposur
dalam dua sektor ini harus, dan eksposur yang penggunaannya akan menghasilkan
beban angin tertinggi harus digunakan untuk mewakili angin dari arah tersebut.

Kategori Kekasaran Permukaan
Kekasaran permukaan tanah dalam setiap sektor 45° harus ditentukan
untuk suatu jarak lawan angin dari situs sebagaimana ditentukan dari kategori
yang didefinisikan dalam teks berikut, untuk tujuan menetapkan suatu kategori.
Kekasaran Permukaan B : Daerah perkotaan dan pinggiran kota, daerah berhutan,
atau daerah lain dengan penghalang berjarak dekat yang banyak memiliki ukuran
dari tempat tinggal keluarga – tunggal atau lebih besar.
Kekasaran Permukaan C : Dataran terbuka dengan penghalang tersebar yang
memiliki tinggi umumnya kurang dari30 ft (9,1m). Kategori ini mencakup daerah
terbuka datar dan padang rumput.
Kekasaran Permukaan D : Area datar, area tidak terhalang dan permukaan air.
Kategori ini berisi lumpur halus, padang garam, dan es tak terputus.
 Kategori Eksposur
Eksposur B : Untuk bangunan gedung dengan tinggi atap rata-rata kurang
dari atau sama dengan 30 ft (9,1 m), Eksposur B berlaku bilamana kekasaran
permukaan tanah, sebagaimana ditentukan oleh Kekasaran Permukaan B, berlaku
diarah lawan angin untuk jarak yang lebih besar dari 1.500 ft (457 m). Untuk
bangunan dengan tinggi atap rata-rata lebih besar dari 30 ft(9,1 m), Eksposur B
berlaku bilamana Kekasaran Permukaan B berada dalam arah lawan angin untuk
jarak lebih besar dari 2.600 ft (792 m) atau 20 kali tinggi bangunan, pilih yang
terbesar.
7
Eksposur C : Eksposur C berlaku untuk semua kasus di mana Eksposur B
atau D tidak berlaku.
Eksposur D : Eksposur D berlaku bilamana kekasaran permukaan tanah,
sebagaimana ditentukan oleh Kekasaran Permukaan D,berlaku diarah lawan angin
untuk jarak yang lebih besar dari 5.000 ft (1.524 m) atau 20 kali tinggi bangunan,
pilih yang terbesar. Eksposur D juga berlaku bilamana kekasaran permukaan
tanah segera lawan angin dari situs B atau C, dan situs yang berada dalam jarak
600 ft (183 m) atau 20 kali tinggi bangunan, mana yang terbesar, dari kondisi
Eksposur D sebagaimana ditentukan dalam kalimat sebelumnya.
Untuk situs yang terletak di zona transisi antara katagori eksposure, harus
menggunakan hasil katagori di gaya angin terbesar.
Pengecualian: Eksposur menengah antara kategori sebelumnya diperbolehkan di
zona transisi asalkan itu ditentukan oleh metode analisis rasional yang dijelaskan
dalam literatur dikenal.
 Persyaratan Eksposur
Untuk setiap arah angin yang diperhitungkan, beban angin untuk desain
SPBAU bangunan tertutup dan bangunan tertutup sebagian dengan menggunakan
Prosedur Pengarah harus didasarkan pada eksposur sebagaimana dijelaskan diatas.
Beban angin untuk desain bangunan terbuka dengan atap bebas miring sepihak,
pelana, atau cekung harus berdasarkan pada eksposur, sebagaimana dijelaskan
diatas, menghasilkan beban angin tertinggi untuk setiap arah angin di lokasi.
2.2.5 Faktor Topografi
Kecepatan angin efek di perbukitan yang terisolasi, pegunungan, dan
tebing curam merupakan perubahan mendadak dalam topografi umum, yang
terletak di setiap kategori paparan, harus dimasukkan dalam desain saat bangunan
dan kondisi lokasi lain dan lokasi dari struktur memenuhi semua kondisi berikut:
1. Bukit diisolasi dan melawan angin oleh fitur topografi lain yang tinggi
sebanding untuk 100 kali tinggi fitur topografi (100 H) atau 2 mil (3,22
km), mana yang kurang. Jarak ini harus diukur secara horizontal dari
titik di mana H ketinggian bukit, punggungan, atau lereng adalah
ditentukan.
8
2. Bukit menjorok di atas ketinggian fitur medan melawan angin dalam 2
mil (3,22 km) radius pada kuadran manapun dengan faktor dua atau
lebih.
3. Struktur ini terletak di atas satu setengah dari bukit atau punggung bukit
atau dekat puncak sebuah lereng.
4. H/Lh ≥ 0,2.
Kecepatan angin efek harus dimasukkan dalam perhitungan beban angin
desain dengan menggunakan faktor KZT:
KZT = (1 + K1K2K3)2
(2.1)
di mana K1, K2, dan K3 diberikan pada Tabel 2.1. Jika kondisi tempat dan
lokasi struktur lakukan tidak memenuhi semua kondisi maka KZT = 1,0.
Tabel 2.2 Faktor Topografi KZT
(Sumber : SNI 1727:2013)
Catatan :
1. Untuk nilai - nilai
H/
Lh,
x/
Lh
dan
z/
Lh
selain dari yang diperlihatkan,
diperkenankan interpolasi linier.
2. Untuk H/Lh>0,5, asumsikan H/Lh = 0,5 untuk menghitung K1dan gantikan Lh
dengan 2 H untuk menghitung K2 dan K3.
3. Pengali didasarkan pada asumsi bahwa angin menuju bukit atau tebing
sepanjang arah kelandaian maksimum.
9
4. Notasi:
H : Tinggi bukit atau tebing relatif terhadap elevasi kawasan di sisi
angin datang (upwind), dalam feet (meter).
Lh : jarak horizontal pada sisi angin datang (upwind), dari puncak bukit
atau tebing sampai setengah tinggi bukit
atau tebing, dalam feet (meter)
K1 : faktor untuk memperhitungkan bentuk fitur topografis dan
pengaruh peningkatan kecepatan maksimum.
K2: faktor untuk memperhitungkan reduksi dalam peningkatan
kecepatan sehubungan dengan jarak ke sisi angin datang
atau ke sisi angin pergi dari puncak.
K3: faktor untuk memperhitungkan reduksi dalam peningkatan
kecepatan sehubungan dengan ketinggian di atas elevasi
kawasan setempat.
x : jarak (di sisi angin datang atau sisi angin pergi) dari puncak ke
lokasi gedung, dalam feet (meter).
z : ketinggian di atas elevasi tanah setempat, dalam feet (meter).
 : faktor atenuasi horizontal.
ɣ : faktor atenuasi ketinggian.
dimana :
KZT = (1 + K1K2K3)2
(2.2)
K1 didapatkan dari tabel dibawah
K2 = (1 −
K3 = 𝑒
𝑥
)
𝐿h
−ɣ𝑧
⁄𝐿h
10
Tabel 2.3 Parameter untuk kecepatan diatas bukit dan tebing curam
(Sumber : SNI 1727:2013)
Jika kondisi situs dan lokasi gedung dan struktur bangunan lain tidak
memenuhi semua kondisi yang disyaratkan diatas, maka KZT = 1,0
 Faktor efek hembusan (Kd) untuk bangunan kaku atau struktur lain
diizinkan untuk menjadi diambil sebagai 0,85.
 Penentuan frekuensi untuk menentukan apakah suatu bangunan atau
struktur adalah kaku atau fleksibel, yang frekuensi alami fundamental (n1)
harus ditetapkan menggunakan sifat struktural dan deformasi karakteristik
elemen menolak dalam benar analisis dibuktikan. Bangunan Rendah
diizinkan untuk dianggap kaku.
 Batasan untuk perkiraan frekuensi natural sebagai alternatif untuk
melakukan analisis untuk menentukan n1, perkiraan alami bangunan
frekuensi (na) harus dihitung untuk baja struktural, beton, atau batu
bangunan memenuhi berikut
persyaratan:
1. Ketinggian bangunan kurang dari atau sama dengan 300 ft (91 m), dan
2. Ketinggian bangunan adalah kurang dari 4 kali yang efektif panjang
(Leff).
Panjang efektif (Leff) ke arah bawah pertimbangan harus ditentukan dari
berikut persamaan:
𝐿eff =
Ʃℎ𝑖𝐿𝑖
Ʃℎ𝑖
(2.3)
11
dimana
hi = tinggi di atas kelas tingkat i
Li = panjang bangunan di tingkat i sejajar dengan arah angin
 Frekuensi Natural Perkiraan
Perkiraan frekuensi alami rendah terikat (na), di Hertz, beton atau
bangunan baja struktural memenuhi syarat yang diijinkan untuk ditentukan
dari salah satu dari berikut
persamaan:
Untuk struktur baja saat menolak frame bangunan:
na = 22,2⁄ℎ0,8
(2.4)
Untuk beton kerangka bangunan saat-menolak:
na = 43.5⁄ℎ0.9
(2.5)
Untuk baja struktural dan bangunan beton dengan lainnya lateral forcemenolak sistem:
na = 75⁄ℎ
(2.6)
Untuk beton atau dinding geser batu bangunan, juga diijinkan untuk
menggunakan
na =
385(Cw)0,5⁄
ℎ
(2.7)
dimana
𝐶𝑤 =
100
𝐴𝐵
ℎ
∑𝑛𝑖=1( )2
ℎ𝑖
𝐴𝑖
ℎ𝑖
𝐷𝑖
[1+0,83( ) 2 ]
(2.8)
dimana
h = atap tinggi (ft)
n = jumlah dinding geser di gedung efektif dalam melawan gaya lateral
dalam arah yang dipertimbangkan
AB = basis area struktur (ft2)
Ai = horisontal luas penampang dinding geser "i" (ft2)
Di = panjang dinding geser "i" (ft)
hi = tinggi dinding geser "i" (ft)
12
 Bangunan Kaku atau Struktur Lain
Untuk bangunan kaku atau struktur lain faktor efek hembusan harus
diambil sebagai 0,85 atau dihitung dengan rumus:
𝐺 = 0,925 (
1+1,7𝑔𝑄𝐼𝑧̅ 𝑄
1+1,7𝑔𝑣𝐼𝑧̅
)
33 1⁄
6
atau,
10 1⁄
6
untuk Standar Internasional
𝐼𝑧̅ = 𝑐( 𝑧̅ )
𝐼𝑧̅ = 𝑐( 𝑧̅ )
(2.9)
Dimana :
Iz = intensitas turbulensi pada ketinggian z
z = ketinggian setara dengan struktur didefinisikan sebagai 0.6h, tetapi
tidak kurang dari zmin untuk semua ketinggian bangunan h
Q didapat dari :
1
𝑄= √
𝐵+ℎ 0,63
1+0,63(
)
(2.10)
𝐿𝑧̅
Dimana :
𝑧̅
𝐿𝑧̅ = 𝑙(10)𝑒̅
(2.11)
Tabel 2.4 Faktor Daerah Eksposur
(Sumber : SNI 1727:2013)
Zmin = tinggi minimum yang dapat menjamin tinggi ekuivalez 𝑧̅ yang lebih
besar dari 0,6 h atau Zmin. Untuk bangunan dengan gedung dengan h ≤ Zmin, 𝑧̅
harus diambil sebesar Zmin
 Koefisien Tekanan Internal
13
Koefisien tekanan internal, (G x CPI), harus ditentukan dari Tabel 2.5
berdasarkan klasifikasi bangunan.
 Faktor Reduksi Untuk Bangunan Volume Besar (Ri)
Untuk bangunan sebagian tertutup berisi, volume tunggal besar, tekanan
koefisien internal (GCPI), harus dikalikan dengan faktor reduksi berikut,
Ri = 1,0 atau
1
𝑅𝑖 = 0,5 [1 +
√1+
] < 1,0
𝑉𝑖
22800𝐴𝑜𝑔
(2.12)
dimana
AOG = total luas bukaan di bangunan (dinding dan atap, di ft2)
Vi = Volume internal yang tidak dipartisi, di ft3
Tabel 2.5 Keofisien Tekanan Internal (G.Cpi)
(Sumber : SNI 1727:2013)
Catatan:
1. Tanda plus dan minus menandakan tekanan bertindak ke arah dan
menjauh dari permukaan internal, masing-masing.
2. Nilai dari (GCpi) harus digunakan dengan qz atau qh sebagaimana
ditentukan.
3. Dua kasus dianggap untuk menentukan beban kritis persyaratan untuk
kondisi yang sesuai:
(i) nilai positif (GCpi) diterapkan untuk semua permukaan internal.
(ii) nilai negatif (GCpi) diterapkan untuk semua permukaan internal.
14
2.3
Metode Perhitungan Beban Angin Menurut Standar Nasional
Indonesia (SNI 1727:2013)
Sebuah bangunan yang desain beban angin ditentukan sesuai dengan pasal
ini harus memenuhi dengan semua kondisi berikut:
1. Bangunan adalah bangunan biasa berbentuk atau struktur
2. Bangunan ini tidak memiliki karakteristik respon sehingga tunduk dibeban angin, vortex shedding, ketidakstabilan karena berderap atau
tidak memiliki lokasi situs atau hentakan setelah melawan angin
penghalang menjamin pertimbangan khusus.
Ketentuan - ketentuan dalam bab ini mempertimbangkan efek kation
beban magnifi disebabkan oleh hembusan resonansi dengan getaran bersamaangin fleksibel bangunan. Bangunan tidak memenuhi persyaratan diatas atau
memiliki bentuk yang tidak biasa atau respon karakteristik harus dirancang
menggunakan literatur yang diakui mendokumentasikan efek beban angin tersebut
atau akan menggunakan prosedur terowongan angin.
Tidak akan ada penurunan tekanan kecepatan karena perisai jelas
diberikan oleh bangunan dan struktur lain atau fitur medan.
a. Menentukan Beban Angin
Langkah 1: Tentukan kategori risiko bangunan atau struktur lainnya.
Langkah 2: Tentukan kecepatan angin dasar, V, untuk kategori risiko yang
berlaku.
Langkah 3: Tentukan parameter beban angin:
a. Faktor arah angin (Kd)
b. Kategori eksposure
c. Faktor topografi (KZT)
d. Faktor efek hembusan (G)
e. Koefisien tekanan internal (G.CPI)
Langkah 4: Tentukan kecepatan koefisien paparan tekanan, Kz atau Kh.
Langkah 5: Tentukan kecepatan tekanan qz atau qh.
Langkah 6: Tentukan koefisien tekanan eksternal, Cp atau CN
Langkah 7: Hitung tekanan angin (p) pada setiap permukaan bangunan
b. Tekanan Percepatan
15
Tekanan percepatan (qz) dievaluasi pada ketinggian z dihitung dengan
persamaan berikut:
qz = 0,00256 Kz x KZT x Kd x V2 (Ib/ft2)
(2.13)
Dalam SI: qz = 0.613 Kz Kzt Kd V2 (N/m2); V dalam m/s
dimana
Kd = Faktor arah angin,
Kz = Koefisien kecepatan tekanan eksposur
KZT = faktor topografi
V
= kecepatan angin dasar
qz = kecepatan tekanan
qh = tekanan kecepatan dihitung
Koefisien 0,00256 (0.613 dalam SI) harus digunakan kecuali data iklim
yang cukup tersedia untuk membenarkan pemilihan nilai yang berbeda
koefisien ini untuk aplikasi desain.
Tabel 2.6 Koefisien Kecepatan Tekanan Eksposur (Kz atau Kh)
(Sumber : SNI 1727:2013)
Catatan :
16
1. Koefisien eksposur tekanan velositas Kz dapat ditentukan dari formula
berikut :

Untuk 15 ft ≤ z ≤ zg
2
Kz = 2,01 (𝑧⁄𝑧𝑔) ⁄𝛼
(2.14)

Untuk z < 15 ft
2
Kz = 2,01 (15⁄𝑧𝑔) ⁄𝛼
(2.15)
2. α dan zg ditabulasi dalam Tabel 2.4.
3. interpolasi linier untuk nilai menengah tinggi z yang sesuai.
4. Kategori eksposur ditetapkan diatas.
c. Bangunan Tertutup dan Bangunan Sebagian Tertutup.
Tekanan desain angin untuk SPBAU bangunan dari semua ketinggian
ditentukan oleh persamaan berikut:
P = q x G x Cp - q (G x CPI) (Ib/ft2) (N/m2)
(2.16)
dimana
q
= qz untuk dinding di sisi angin datang yang diukur pada
ketinggian z di atas permukaan tanah
q
= qh untuk dinding bawah angin, dinding samping, dan atap,
dievaluasi pada ketinggian h
qi
= qh untuk dinding angin, dinding samping, dinding bawah
angin, dan atap bangunan tertutup dan untuk evaluasi tekanan
internal yang negatif pada bangunan sebagian tertutup
qi
= qz untuk evaluasi tekanan internal yang positif dalam
bangunan
sebagian
tertutup
di
mana
ketinggian
z
didefinisikan sebagai tingkat pembukaan tertinggi di gedung
yang dapat mempengaruhi tekanan internal yang positif.
Untuk bangunan berlokasi angin ditanggung puing daerah,
kaca yang tidak tahan dampak atau dilindungi dengan
penutup tahan dampak. Untuk evaluasi tekanan internal yang
positif, qi mungkin konservatif dievaluasi pada ketinggian h
(qi = qh)
G
= Faktor efek hembusan
Cp
= koefisien tekanan eksternal
(G x CPI) = koefisien tekanan internal
17
q dan qi harus dievaluasi menggunakan eksposur yang ditetapkan.
Tekanan harus diterapkan secara bersamaan pada dinding atas angin dan
bawah angin dan pada permukaan atap.
Tabel 2.7 Koefisien Tekanan Pada Tembok (Cp)
(Sumber : SNI 1727:2013)
2.4 Gempa
Gempa adalah getaran atau guncangan yang terjadi akibat pelepasan energi
dari dalam secara tiba-tiba yang menciptakan gelombang seismik. Gempa biasa
disebabkan oleh pergerakan lempeng Bumi. Frekuensi suatu wilayah, mengacu
pada jenis dan ukuran gempa yang di alami selama periode waktu. Gempa diukur
dengan menggunakan alat Seismometer. Moment magnitudo adalah skala yang
paling umum di mana gempa terjadi untuk seluruh dunia. Skala Rickter adalah
skala yang di laporkan oleh observatorium seismologi nasional yang di ukur pada
skala besarnya lokal 5 magnitude. kedua skala yang sama selama rentang angka
mereka valid. gempa 3 magnitude atau lebih sebagian besar hampir tidak terlihat
dan besar nya 7 lebih berpotensi menyebabkan kerusakan serius di daerah yang
luas, tergantung pada kedalaman gempa. Gempa terbesar bersejarah besarnya
telah lebih dari 9,0 meskipun tidak ada batasan besarnya. Intensitas getaran diukur
pada modifikasi Skala Mercalli.
2.4.1
Penyebab Terjadinya Gempa Bumi
Kebanyakan gempa Bumi disebabkan dari pelepasan energi yang
dihasilkan oleh tekanan yang disebabkan oleh lempengan yang bergerak. Semakin
lama tekanan itu kian membesar dan akhirnya mencapai pada keadaan dimana
tekanan tersebut tidak dapat ditahan lagi oleh pinggiran lempengan. Pada saat
itulah gempa Bumi akan terjadi.
Gempa Bumi biasanya terjadi di perbatasan lempengan-lempengan
tersebut. Gempa Bumi yang paling parah biasanya terjadi di perbatasan
18
lempengan
kompresional
dan
translasional. Gempa
Bumi
fokus
dalam kemungkinan besar terjadi karena materi lapisan litosfer yang terjepit
kedalam mengalami transisi fase pada kedalaman lebih dari 600 km.
2.5
Pembebanan Gempa Berdasarkan SNI 1726-2012
Gempa Rencana ditetapkan mempunyai periode ulang 2500 tahun, agar
probabilitas terjadinya terbatas pada 2% selama umur gedung 50 tahun. Terdapat
2 buah peta Wilayah Gempa, yaitu untuk gempa dengan periode sangat singkat
(T=0,2 detik), dan gempa dengan periode 1 detik (T=1 detik), seperti yang
terdapat pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2.
Gambar 2.1 Peta spektra 0,2 detik untuk periode ulang gempa 2500 tahun
Sumber : SNI 1726-2012
Gambar 2.2 Peta spektra 1 detik untuk periode ulang gempa 2500 tahun
Sumber : SNI 1726-2012
Grafik respons spektrum tidak disediakan, melainkan harus dirancang
sendiri menggunakan parameter-parameter percepatan yang dapat dihitung
19
berdasarkan wilayah gempa dan struktur gedung yang akan di bangun. Berikut ini
adalah langkah-langkah membuat respons spektrum desain :
a.
Menentukan SS (di dapat dari peta gempa dengan periode ulang 2500 tahun
dan T = 0,2 detik) dan S1 (di dapat dari peta gempa dengan periode ulang
2500 tahun dan T = 1 detik).
b.
Menentukan Jenis Tanah dan Koefisien Situs
Setelah jenis tanah ditentukan, dengan nilai SS dan S1 yang diperoleh di
langkah 1, dan dengan tabel 2.8 dan 2.9 pada SNI 1726-2012, maka di dapat
Fa dan Fv.
Tabel 2.8 Koefisien Situs Fa
Kelas
Parameter respons spectral percepatan gempa 𝑴𝑪𝑬𝑹
situs
terpetakan pada periode pendek, T = 0,2 detik, 𝑺𝑺
𝑆𝑆 ≤ 0,25
𝑆𝑆 ≤ 0,5
𝑆𝑆 ≤ 0,75
𝑆𝑆 ≤ 1,0
𝑆𝑆 ≤ 1,25
SA
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
SB
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
SC
1,2
1,2
1,1
1,0
1,0
SD
1,6
1,4
1,2
1,1
1,0
SE
2,5
1,7
1,2
0,9
0,9
𝑆𝑆 𝑏
SF
(Sumber : SNI 1726-2012)
Tabel 2.9 Koefisien Situs Fv
Kelas
Parameter respons spectral percepatan gempa 𝑴𝑪𝑬𝑹
situs
terpetakan pada periode 1 detik, 𝑺𝟏
𝑆𝑆 ≤ 1
𝑆𝑆 ≤ 0,2
𝑆𝑆 ≤ 0,3
𝑆𝑆 ≤ 0,4
𝑆𝑆 ≤ 0,5
SA
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
SB
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
SC
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
SD
2,4
2
1,8
1,6
1,5
SE
3,5
3,2
2,8
2,4
2,4
SF
𝑆𝑆 𝑏
(Sumber : SNI 1726-2012)
20
c.
Menghitung SMS dan SM1.
SMS dan SM1 (parameter spektrum respons percepatan pada periode pendek
dan periode 1 detik) yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs,
harus ditentukan dengan perumusan berikut ini:
d.
SMS = Fa.SS
(2.17)
SM1 = Fv.S1
(2.18)
Menghitung Parameter Percepatan Spektral Desain.
Parameter percepatan spektral desain untuk periode pendek, SDS dan periode
1 detik, SD1, harus ditentukan melalui perumusan berikut ini:
e.
SDS = 2/3 SMS
(2.19)
SD1 = 2/3 SM1
(2.20)
Spektrum Respons Desain.
i.
Untuk periode yang lebih kecil dari T0, spektrum respons percepatan
desain, Sa, harus diambil dari persamaan:
Sa = 𝑆𝐷𝑆 (0,4 + 0,6
ii.
𝑇
𝑇0
)
(2.21)
Untuk periode lebih besar dari atau sama dengan T0 dan lebih kecil
atau sama dengan TS, spektrum respons percepatan desain, Sa, sama
dengan SDS.
iii.
Untuk periode lebih besar dari TS, spektrum respons percepatan
desain,
Sa, diambil berdasarkan persamaan:
𝑇0 = 0,2
𝑆𝐷1
𝑆𝐷𝑆
𝑆
𝑇𝑠 = 𝑆𝐷1
𝐷𝑆
𝑇𝑎 =
𝑆𝐷1
𝑇
(2.22)
(2.23)
(2.24)
Keterangan:
SDS adalah parameter respons spektral percepatan desain pada periode
pendek. SD1 adalah parameter respons spektral percepatan desain pada
periode 1 detik. T adalah periode getar fundamental struktur.
21
Jenis tanah dikelompokkan menjadi 6 bagian, dengan pembagiannya
berdasarkan besaran kecepatan rambat gelombang geser rata-rata (Vs), nilai hasil
test penetrasi standar rata-rata (N), dan kuat geser niralir rata-rata.
Tabel 2.10 Klasifikasi Situs
Kelas situs
̅ 𝒔 (𝒎⁄
𝑽
𝒅𝒆𝒕𝒊𝒌)
̅ 𝒂𝒕𝒂𝒖 𝑵
̅ 𝒄𝒉
𝑵
̅
𝑺𝒖 (𝒌𝑷𝒂)
>1500
N/A
N/A
750 sampai
N/A
N/A
350 sampai 750
>50
≥100
175 sampai 350
15 sampai 50
50 sampai 100
<175
<15
<50
SA (batuan keras)
SB (batuan)
1500
SC
(tanah
sangat
keras,
padat
dan
batuan lunak)
SD (tanah sedang)
SE (tanah lunak)
Atau setiap profil tanah yang mengandung lebih dari 3
m tanah dengan karateristik sebagai berikut :
1. Indeks plastisitas, PI> 20,
2. Kadar air, w ≥ 40 %,
3. Kuat geser niralir 𝑆𝑢̅ < 25 kPa
SF (tanah khusus, Setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah satu atau
yang membutuhkan lebih dari karakteristik berikut :
investigasi geoteknik - Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat beban
spesifik dan analisis
gempa seperti mudah likuifaksi, lempung sangat
respons
sensitive, tanah tersementasi lemah
spesifik-
situs yang mengikuti - lempung sangat organik dan/atau gambut (ketebalan H
6.10.1)
> 3 m)
- Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H >
7,5m dengan Indeks Plasitisitas PI>75)
Lapisan
lempung
lunak/setengah
teguh
dengan
ketebalan H > 35m dengan 𝑆𝑢̅ < 50 kPa
(Sumber : SNI 1726-2012)
22
Pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu faktor
keutamaan. Khusus untuk struktur bangunan dengan kategori risiko IV, bila
dibutuhkan pintu masuk untuk operasional dari struktur bangunan yang
bersebelahan, maka struktur bangunan yang bersebelahan tersebut harus didesain
sesuai dengan kategori risiko IV.
Tabel 2.11 Kategori Risiko Bangunan Gedung & Non Gedung Untuk Beban
Gempa
Jenis Pemanfaatan
Kategori risiko
Gedung dengan risiko rendah terhadap jiwa manusia
I
Semua gedung lain
II
Gedung dengan risiko tinggi terhadap jiwa manusia
III
Gedung yang ditujukan untuk fasilitas penting
IV
(Sumber : SNI 1726-2012)
Tabel 2.12 Faktor Keutamaan Gempa
Kategori risiko
Faktor keutamaan gempa, 𝑰𝐞
I atau II
1,0
III
1,25
IV
1,50
(Sumber : SNI 1726-2012)
2.6.1 Kategori Desain Seismik Gempa
Struktur harus memiliki suatu kategori desain seismik yang mengikuti pasal
ini. Perhitungan perancangan besarnya gaya gempa rencana untuk desain dan
analisis perhitungan dinyatakan oleh besarnya gaya geser dasar, ketentuan
mengenai syarat kekuatan dan pendetailan tulangan serta fleksibilitas ketidak
beraturan bentuk hubungan dan limitasi tinggi tidak lagi ditentukan oleh peta
zoning gempa sebagaimana halnya yang telah ditetapkan dalam SNI 1726-2012.
Pada SNI 1726-2012, ketentuan mengenai hal tersebut di atas telah tergantikan
oleh criteria perancangan baru yang disebut Kategori Desain Gempa (Seismic
Design Category) dan dikaitkan dengan Kategori Hunian.
23
Tabel 2.13 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Respons Percepatan
Pada Periode Pendek
Nilai 𝑺𝑫𝑺
Kategori risiko
I atau II atau III
IV
𝑆𝐷𝑆 < 0,067
A
A
0,067 ≤ 𝑆𝐷𝑆 < 0,33
B
C
0,33 ≤ 𝑆𝐷𝑆 < 0,50
C
D
0,50 ≤ 𝑆𝐷𝑆
D
D
(Sumber : SNI 1726-2012)
Tabel 2.14 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Respons Percepatan
Pada Periode 1 Detik
Nilai 𝑺𝑫𝟏
Kategori risiko
I atau II atau III
IV
𝑆𝐷1 < 0,067
A
A
0,067 ≤ 𝑆𝐷1 < 0,133
B
C
0,133 ≤ 𝑆𝐷1 < 0,20
C
D
0,20 ≤ 𝑆𝐷1
D
D
(Sumber : SNI 1726-2012)
2.6.2 Struktur Bangunan Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan
Struktur gedung dikatakan tidak beraturan apabila terdapat salah satu dari
ketidak beraturan berikut ini:
i.
Ketidak beraturan horisontal (ketidak beraturan torsi, ketidak
beraturan torsi berlebihan, ketidak beraturan sudut dalam, ketidak
beraturan diskontinuitas diafragma, ketidak beraturan pergeseran
melintang terhadap bidang), ketidak beraturan sistem nonparalel.
ii.
Ketidak beraturan vertikal (ketidak beraturan kekakuan tingkat lunak,
ketidak beraturan kekakuan tingkat lunak berlebihan, ketidak
beraturan berat, ketidak beraturan geometri vertikal, diskontinuitas
24
arah bidang dalam ketidak beraturan elemen penahan gaya lateral
vertikal, diskontinuitas dalam ketidak beraturan kuat lateral tingkat,
diskontinuitas dalam ketidak beraturan kuat lateral tingkat yang
berlebihan).
2.6.3 Gaya Geser Dasar Gempa dan Beban Lateral Gempa
Gaya dasar seismik, V, dalam arah yang ditetapkan harus ditentukan sesuai
dengan persamaan berikut:
V = Cs.W
(2.25)
Keterangan :
Cs : koefisien respons seismik
W : berat seismik efektif
Koefisien respons seismik, Cs, harus ditentukan sesuai persamaan berikut:
𝐶𝑆 =
𝑆𝐷𝑆
(2.26)
𝑅
𝐼𝑒
( )
Nilai Cs yang dihitung di atas tidak boleh melebihi berikut ini:
𝐶𝑆 =
𝑆𝐷1
(2.27)
𝑅
𝐼𝑒
( )
Cs harus tidak kurang dari:
Cs = 0,044 SDS Ie ≥ 0,01
Untuk struktur yang berlokasi di S1 sama dengan atau lebih besar dari 0,6g,
maka Cs harus tidak kurang dari:
𝐶𝑆 =
0,5 𝑆1
(2.28)
𝑅
𝐼𝑒
( )
Keterangan :
SDS
: parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang
periode pendek
SD1
: parameter percepatan spektrum respons desain pada periode 1
detik.
S1
: parameter percepatan spektrum respons maksimum yang
dipetakan
T
: periode struktur dasar (detik)
R
: faktor modifikasi respons
25
Ie
: faktor keutamaan hunian
Gaya gempa lateral yang timbul di semua tingkat harus ditentukan dari
persamaan berikut:
𝐹𝑥 = 𝐶𝑉𝑥 𝑉
(2.29)
dan
𝐶𝑣𝑥 =
𝑤𝑥 ℎ𝑥𝑘
𝑘
∑𝑛
𝑖=𝑙 𝑤𝑖 ℎ𝑖
(2.30)
Keterangan :
Cvx
: faktor distribusi vertikal
V
: gaya lateral desain total
wi dan wx
: bagian berat seismik efektif total struktur yang ditempatkan atau
dikenakan pada tingkat I atau x
hi dan hx
: tinggi dari dasar sampai tingkat I atau x
k
: eksponen yang terkait dengan periode struktur
Gaya tingkat desain gempa di semua tingkat harus ditentukan dari
persamaan berikut:
𝑉𝑥 = ∑𝑁
𝑖=𝑥 𝐹𝑖
(2.31)
Keterangan :
Fi adalah bagian dari gaya geser dasar seismik yang timbul di tingkat i
26