ANALISA DIMENSI DAN LUAS TULANGAN KOLOM

Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
ANALISA DIMENSI DAN LUAS TULANGAN KOLOM GEDUNG YANG
MENGALAMI BEBAN GEMPA EL-CENTRO DAN UBC94S2
Sutrisno *)
Abstrak
Gempa merupakan salah satu fenomena alam yang belakangan ini sering terjadi dan
memberikan dampak yang besar terhadap struktur bangunan gedung. Gedung yang semula
kokoh tiba-tiba runtuh. Keruntuhan struktur bangunan gedung umumnya disebabkan oleh
hancurnya komponen utama yang terdapat didalam struktur tersebut yaitu kolom. Respon
gempa El-Centro dan UBC 94S2 adalah merupakan respon gempa yang saat ini digunakan
sebagai acuan perancangan bangunan gedung tahan gempa. Melalui tulisan ini akan
diperlihatkan sejauh mana perbedaan dimensi dan luas tulangan pada kolom akibat kedua
respon tersebut. Setelah dianalisa dan dihitung dengan alat bantu software 2000 diperoleh
bahwa analisa dengan respon gempa UBC 94S2 memberikan luas tulangan lebih besar
dibandingkan dengan analisa respon gempa El-Centro.
Kata kunci : kolom, El-Centro, UBC 94S2
Pendahuluan
Gempa merupakan fenomena alam yang terjadi dan tidak dapat dielakan dari kehidupan
manusia. Gempa bumi adalah getaran atau gegaran pergerakan permukaan bumi. Permukaan
bumi senantiasa bergerak dalam pergerakan tektonik, dan gempa bumi terjadi disebabkan
tekanan melebihi kemampuan bumi meredamnya. Salah satu kaitan gempa bumi didalam
teknik sipil adalah dampak dari getaran gempa tersebut terhadap bangunan di permukaan
bumi. Sesuai dengan getaran yang dihasilkan gempa dan mutu serta kualitas mendesain
sebuah bangunan akan berdampak terhadap bangunan itu sendiri. Di dalam perencanaan
struktur beton bertulang khususnya gedung, analisa beban yang diberikan selain beban sendiri
bangunan, beban hidup, serta beban angin, beban gempa juga harus diperhitungkan, berkaitan
dengan wilayah Indonesia yang terletak pada jalur wilayah gempa. Perencanaan yang
melibatkan beban gempa adalah bertujuan agar bangunan yang didesain tahan terhadap
gempa.
Gempa El-Centro yang terjadi di California Amerika Serikat pada tahun 1979
merupakan salah satu gempa terdahsyat yang pernah terjadi di bumi ini dimana sekitar 80 %
bangunan yang ada dikota California bagian utara di jalan Imperial mengalami kerusakan
yang sangat parah. Disepanjang jalan Brawley sebagai pusat bisnis kota, seluruh struktur
bangunan mengalami kerusakan yang parah. Dampak getaran yang terjadi dirasakan sampai
sekitar 40 mil disepanjang jalan Imperial. Kerugian yang diperkirakan pada saat itu adalah
sekitar $US 6 juta. Gempa El Centro menjadi pedoman pertama dalam perancangan bangunan
tahan gempa. Nilai magnitude gempa El Centro adalah 7.1.
UBC ( Uniform Building Code ) adalah salah satu pedoman perancangan bangunan
gedung tahan gempa dimana pedoman ini dibuat berdasarkan observasi kelakuan struktur
terhadap gempa Northridge di California pada tahun 1994 dan gempa Hyogoken-Nanbu di
Kobe, Jepang pada tahun 1995. Kedua gempa ini memberikan efek yang sangat signifikan
terhadap perancangan dan pendetailan sebuah struktur, terutama perancangan struktur di
daerah beresiko gempa yang tinggi. Peraturan UBC telah dibuat pada tahun 1994, dan direvisi
ulang pada tahun 1997 setelah gempa dahsyat terjadi di kota Kobe, Jepang. Peraturan UBC
juga merupakan peraturan yang dibuat berdasarkan peraturan ACI 318-95. Perancangan gaya
geser dasar minimum pada daerah Zone 4 menurut UBC juga dibuat berdasarkan hasil
penelitian dan observasi gerakan tanah pada daerah sekitar pada saat terjadi gempa Northridge
pada tahun 1994.
Peraturan UBC 94S2 merupakan peraturan yang selalu dipakai di dalam perencanaan
sebuah struktur tahan gempa dengan menggunakan respon spektrum yang telah di observasi
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
dan diakui secara luas. Sementara gempa El-Centro yang memberikan respon spektrum efek
yang sangat signifikan uga sangat berpengaruh besar terhadap struktur, sehingga didalam
perencanaan sebuah struktur dengan metode analisa dinamis kita dapat mengetahui sebuah
struktur yang di disain dengan memperhitungkan analisa respon spektrum peraturan UBC
94S2 dapat dinyatakan aman atau tidak apabila didisain dengan menggunakan respon
spektrum dari gempa El-Centro dan berapa besar perbedaan dari keduanya.
Landasan Teori
Kolom adalah elemen struktur yang menahan kombinasi beban gaya aksial tekan dan momen
lentur. Untuk struktur beton bertulang, desain kolom dirancang sedemikian rupa sehingga
pengaruh tekuk tidak dominan, sehingga keruntuhan yang terjadi akibat beban luar saja bukan
karena tekuk (buckling). Jadi dimensi kolom harus “gemuk” (Stocky) tidak langsing (Slender).
a. Beban yang bekerja hanya gaya aksial tekan
eC = 0,003
A
A
0,85fc'
As' fy
As'
Cc=0,85 fc'
As
Gaya luar = Gaya dalam
Po
= 0,85 fc’ (Ag – Ast) + Ast fy
Pn
= 80% Po (kekuatan max. Tekan
dibatasi 80% saja)
Pn
= 0,8 [0,85 fc’ (Ag – Astot) +
Astot fy]
As fy
e
Stress &
Gaya Dalam
A- A
b. Beban Aksial Tekan + Lentur :
Pn
Mn
eC = 0,003
d'
As'
y
Mn
Pn
Plastic
Centroid
es'
c
0,85fc'
a
Cs
Cc
(bekerja pd pusat
plastik-plastik centroid)
Plastik Centroid
As
Ts
es
A-A
a

Mn = Pn e = Cc  y   + Cs ( y - d’) + Ts (d - y ), momen terhadap plastic centroid)
2

Dimana :
Cc
= 0,85 fc’ ab εs’ > εy  fs’ = fy
Cs = As’ fs’
εs’ < εy → fs’ = εs’ Es
Ts = As fy atau As fs dengan kondisi s.d.a
ΣH = 0
Pn = Cc +Cs - Ts
= 0,85 fc’ab + As’ab + As’fs’ _ Asfy
a
1

= Pne = 0,85fc’ab  y   + As’ fs’ ( y - d’) + As fs (d - y ) ; y = h
Mn
2
2

▫ Type Keruntuhan :
1. Keruntuhan tark ( fs = fy )
2. Keruntuhan tekan
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
Berhubung ada 2 tipe keruntuhan yang bergantung pada kombinasi Pn & Mn maka interaksi
antara Pn & Mn menghasilkan diagram interaksi keruntuhan sebagai berikut :
Pn
(Mn, Pn )
Compression failure
tan  
(Mnb, Pnb)
Pn
Mu
e
Pn
Balanced failure
a
eb
e > eb ;Compression failure
failure surface
Gambar 7.3. Diagram Interaksi
Tension failure
(at surface)
Mn
▫
Mn
Balanced Failure
eC = 0,003
Cb
d
es'
Cb
0,003
=
d
0,003  fy
Es
Es = 200.000 MPa
600
Cb = d
600  fy
ab = β1 Cb = β1 d
600
600  fy
fy/Es
▫
Pnb = 0,85 fc’b ab + As’ fs’ – As fy
a 

Mnb = Pnb eb = 0,85 fc’ bab  y  b  + As’ fs’ ( y - d’) + Asfy (d- y )
2

C d'
< fy
dimana fs’ = 0,003 Es b
d
Kriteria Keruntuhan
Pn < Pnb atau e > eb → tension failure
Pn = Pnb → balanced failure
Pn > Pnb atau e < eb → compression failure
Untuk desain kolom : selama kombinasi Pn & Mu mempunyai koordinat didalam ”failure
surface” desain dapat diterima.
Gempa El-Centro
Gempa El Centro terjadi di Imperial Valley, California pada tanggal 15 Oktober 1979.
Gempa El Centro dapat dirasakan sekitar lebih dari 128.000 km luasan area. Dampak terburuk
yang dirasakan di bagian Utara California dan bagian Selatan Negara Imperial dimana sebelas
perusahaan dan dua rumah hancur. Empat ratus perusahaan dan 1565 rumah rusak berat.
Walaupun tidak ada korban jiwa, sembilan puluh satu orang dilaporkan terluka akibat benda –
benda tajam yang melayang dan tertimpa akibat reruntuhan benda. Salah satu struktur terbaik
yang ada runtuh akibat getaran gempa El Centro. Untuk bangunan yang bukan tergolong
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
struktur juga dalam keadaan rusak berat termasuk dampak terhadap abutmen jembatan yang
terjadi retak-retak dan badan jalan yang mengalami pergeseran akibat merosot dan hancur.
Gempa El Centro juga memberikan dampak yang cukup besar di bidang pertanian,
dimana saluran –saluran dan bangunan-bangunan Irigasi mengalami kerusakan yang cukup
fatal. Goncangan akaibat gempa El Centro menyebabkan keruntuhan bendungan di sepanjang
13 km Timur Kanal Calexico.
Setiap akselerogram mengandung ketidakpastian untuk dipakai disuatu lokasi. Karena
itu harus ditinjau sedikitnya 4 buah akselerogram gempa yang berbeda. Gempa El Centro
dianggap sebagai standar, karena akselerogramnya mengandung frekuensi yang lebar, tercatat
pada jarak sedang dari pusat gempa dengan magnitude yang sedang pula. Sebagai alternatif
maka diperbolehkan mempergunakan percepatan tanah yang disimulasikan sebagai gerakan
gempa masukan dalam analisis respons dinamik riwayat waktu.
Gambar 1. Riwayat waktu gempa El Centro di California
Gambar 2. Kerusakan pada sendi plastis kolom akibat gempa El-Centro
Gempa El Centro menjadi pedoman pertama dalam perancangan bangunan tahan gempa
setelah peristiwa gempa pada tahun 1933. Nilai magnitude gempa El Centro adalah 7,1.
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
Peraturan UBC94S2
UBC ( Uniform Building Code ) adalah salah satu pedoman perancangan bangunan
gedung tahan gempa dimana pedoman ini dibuat berdasarkan observasi kelakuan struktur
terhadap gempa Northridge di California pada tahun 1994 dan gempa Hyogoken-Nanbu di
Kobe, Jepang pada tahun 1995. Peraturan UBC telah dibuat pada tahun 1994, dan direvisi
ulang pada tahun 1997 setelah gempa dahsyat terjadi di kota Kobe, Jepang. Peraturan UBC
juga merupakan peraturan yang dibuat berdasarkan peraturan ACI 318-95.
Gempa Kobe terjadi sekitar pukul 5 : 46 a.m, haris Selasa pada tanggal 17 Januari 1995.
Gempa Kobe juga disebut sebagai gempa South Hyogo, Hyogo – Ken Nanbu. Gempa Kobe
menelan korban sebanyak 140.000 jiwa dan 5100 jiwa khususnya di kota Kobe. Gempa Kobe
tercatat dengan nilai magnitude 7,2 dengan durasi waktu kejadian sekitar 20 detik. Pusat
terjadinya ledakan gempa adalah sekitar 20 Km di bawah pulau Awaji-Shima, salah satu
pulau yang terletak di Jepang. Pulau ini letaknya dekat dengan kota Kobe, dimana kota Kobe
adalah kota pelabuhan.
Gambar 3. Riwayat waktu gempa Kobe Jepang
Gambar 4. Keruntuhan akibat gempa Kobe dan Northridge
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
4. Hasil Penelitian danPembahasan
Untuk mendapatkan apa yang dimaksudkan
pada pendahuluan dan latar belakang, yaitu
mengetahui seberapa besar perbedaan dimensi dan
luas tulangan pada kolom jika dianalisa dengan
respon gempa UBC 94S2 dibandingkan dengan
analisa respon gempa El-Centro, maka pada
pembahasan ini diambil satu asumsi gedung dengan
data sebagai berikut :
 Sistem Struktur : Building frame dengan
beton bertulang
 Penggunaan Struktur
: Sebagai hotel
Beban atap : 426 kg/m2 x 5 m = 2130 kg/m
Beban lantai : 510 kg / m2 x 5 m = 2550 kg/m





Ketinggian Struktur
: 12 tingkat
dengan tinggi masing-masing tingkat
empat meter.
Lebar Struktur
: 24 meter
Standart
: Uniform Building Code
( UBC )
Mutu Material
: Mutu beto
(f’c) = 40 MPa, Baja U-60 dengan fy =
600 MPa
Asumsi Tebal Pelat
: Untuk Atap, h
= 14 cm dan Untuk Lantai, h = 16 cm
Beban
Lantai
Total berat (kg)
Atap
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
124656
163776
172032
187584
187584
192624
203184
208704
211104
219552
229632
244080
Beban atap : 170 kg/m2 x 5 m = 850 kg/m
Beban lantai : 250 kg/m2 x 5 m = 1250 kg/m
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
Educational Building
Beban atap : 170 kg/m2 x 5 m = 850 kg/m
Beban lantai : 250 kg/m2 x 5 m = 1250 kg/m
Volume 1 No. 1: .... – .....
Beban atap : 170 kg/m2 x 5 m = 850 kg/m
Beban lantai : 250 kg/m2 x 5 m = 1250 kg/m
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
FRAMES LABEL
JOINTS LABEL
Selanjutnya perhitungan dilakukan dengan menggunakan bantuan software Sap 2000.
Hasil yang diperoleh sebagai berikut :
PERBANDINGAN LUAS TULANGAN LONGITUDINAL
PADA KOLOM DAERAH LAPANGAN
LuasanTulanganyangDiperlukan
35000
Berdas arkan Peraturan
UBC 94S2
30000
Berdas arkan Res pon
Gem pa El-Centro
25000
20000
15000
10000
5000
0
1
4
7
10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58
Nomor Elemen Kolom
PERBANDINGAN LUAS TULANGAN LONGITUDINAL
PADA KOLOM DAERAH TUMPUAN ATAS
50000
Berdas arkan Peraturan
UBC 94S2
L
uasanTulan
ganyan
gD
ip
erlukan
45000
Berdas arkan Res pon
gem pa El-Centro
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
Nomor Elemen Kolom
43
46
49
52
55
58
Educational Building
Volume 1 No. 1: .... – .....
PERBANDINGAN LUAS TULANGAN LONGITUDINAL
PADA KOLOM DAERAH TUNMPUAN BAWAH
30000
LuasanTulanganyangdiperlukan
Berdas arkan
Peraturan UBC 94S2
Berdas arkan Res pon
Gem pa El-Centro
25000
20000
15000
10000
5000
0
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
Nomor Elemen Kolom
Kesimpulan
1. Analisa dengan menggunakan peraturan UBC 94S2 menghasilkan tulangan
longitudinal yang lebih besar nilainya daripada analisa yang menggunakan respon
gempa El-Centro.
2. Persentase selisih hasil tulangan yang paling maksimum adalah terletak pada elemen
kolom nomor 11 daerah tumpuan yaitu mencapai 80 %.
3. Pada beberapa elemen kolom di bagian lapangan terdapat hasil luas persentasi
tulangan yang sama didalam mendisain menggunakan respon gempa El-Centro dan
peraturan UBC 94S2 diantaranya yaitu pada elemen kolom nomor 12, 11, 10, 9, dan 8.
Saran
Kasus yang dikaji pada penelitian ini adalah gedung berlantai duabelas dan juga
geometri dari gedung adalah simetris, untuk ini perlu penelitian lanjutan untuk kasus gedung
berlantai lebih dari duabelas atau bangunan gedung yang memiliki geometris tak simetris.
Daftar Pustaka
1. Badan Standarisasi Nasional, 2002. “ Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk
Bangunan Gedung “. Jakarta. Standar Nasional Indonesia.
2. Chu-Kia-Wang & Charles G. Salmon, 1994, “ Disain Beton Bertulang “. Jilid 1. Jakarta.
Erlangga.
3. David A.Fanella & Javeed A. Munshi, “Design of Concrete Buildings For Earthquake
and Wind Forces “. According to the 1997 Uniform Building Code. USA. Portland
Cement Association.
4. Gideon Kusuma & Takim Andriono, 1994, “ Desain Struktur Rangka Beton Bertulang di
Daerah Rawan Gempa “. Berdasarkan SKSNI T-15-1991-03. Jilid 3. Jakarta. Erlangga.
5. Pusat Pelatihan MBT, “ Struktur Beton Untuk Gedung Di daerah Gempa ”.
6. SAP-2000, “ A Series of Computer Programs for the Finite Element Analysis of
Structures ”, Computers and Structures, Inc., Berkeley, CA, 1992.
7. T. Paulay & M.J.N. Priestley, 1992. “ Seismic Design Of Reinforced Concrete And
Masonry Buildings “. A Wiley Interscience Publication.
8. W.C. Vis & Gideon Kusuma, 1994. “ Dasar-dasar Perencanaan Beton Bertulang “. Jilid
1. Jakarta. Erlangga.