Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana

Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana
dengan menggunakan Software ETABS
Ronald Simatupang
Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Bandung
Abstract
Indonesia is a country prone to earthquakes, which Indonesia is also known as the Ring of
Fire area. Itensitas with frequent earthquakes in Indonesia will require the design of earthquakeresistant buildings. One component that is able to resist earthquake loads (lateral force) is the
shearwall. Shearwall is one of the structural component that design to take lateral force from
earthquake. Using shearwall in the building can reduce the coloumn dimension comparing into
building without shearwall. Shearwal can be placed around the pit elevator or stairs, which shaped
wall network (core), core-shaped structure is very efficient in withstanding the lateral forces. From
the analysis can be conclude that the building is safe from lateral force. Sherwall also safe from shear
force form earthquake .
Keywords: shearwall, earthquake, story shear
1. Pendahuluan
Indonesia merupakan negara yang rawan terhadap gempa, dimana Indonesia juga disebut sebagai
daerah cincin api. Dengan seringnya terjadi itensitas gempa di Indonesia maka diperlukan desain
bangunan yang tahan gempa. Salah satu komponen yang mampu menahan beban gempa (gaya lateral)
yaitu dinding geser. Dinding geser saat ini telah banyak digunankan dalam gedung-gedung pencakar
langit di Indonesia. Dengan penggunaan dinding geser pada suatu bangunan bisa membuat desain
kolom lebih kecil dibanding pada bangunan yang tidak menggunakan dinding geser. Penggunaan
teknologi dewasa ini saat diperlukan dalam mendesain struktur bangunan khusus nya mendesain
dinding geser. Penguasaan teknologi saat ini mutlak diperlukan dalam dunia teknik sipil karena hal ini
dapat mempermudah serta mempercaepat dalam perhitungan suatu struktur bangunan. Salah satu
software yang umum digunakan dalam mendesain suatu dinding geser yaitu dengan menggunakan
bantuan software ETABS. Softaware ETABS yang digunakan dalam desain ini yaitu dengan
menggunakan ETABS V.9 dengan lisensi Universitas Kristen Maranatha.
2. TEORI
a. DINDING GESER
Kekakuan suatu struktur terutama pada bangunan tinggi harus cukup untuk menahan gaya-gaya
lateral yang disebabkan oleh gempa. Dinding geser adalah dinding beton bertulang dengan kekakuan
bidang datar yang sangat besar yang ditempatkan pada lokasi tertentu untuk menyediakan tahanan
beban horisontal yang diperlukan. Dinding geser biasanya digunakan untuk bangunan dengan pelat
lantai datar. Kombinasi pelat dan dinding ini banyak digunakan pada bangunan apartemen yang tinggi
dan bangunan residensial lainnya. Pemakaian dinding geser akan sangat efisien dalam menahan beban
vertikal maupun beban lateral
18
Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana
dengan menggunakan Software ETABS
(Ronald Simatupang)
Dinding geser dipasang membentang pada keseluruhan jarak vertikal antar lantai. Pada arah
horisontal, dinding geser penuh dapat digunakan dan dipasang memanjang pada keseluruhan panjang
panel dan bagian utama struktur lainnya. Jika gaya yang terjadi lebih kecil, dinding geser hanya perlu
dipasang pada sebagian panjang bagian utama struktur saja.
Dinding geser dapat digunakan untuk menahan gaya lateral saja atau sebagai dinding pendukung.
Selain itu dinding geser juga dapat digunakan untuk ruang lift, tangga, dan mungkin juga toilet,
struktur tipe kotak seperti ini sangat baik dalam menahan gaya horisontal. Dalam beberapa kondisi
khusus, dinding geser tidak mungkin digunakan tanpa adanya bukaan didalamnya, seperti bukaan
untuk jendela, pintu, dan saluran-saluran mekanikal dan elektrikal. Pada perencanaannya, penempatan
bukaan-bukaan pada dinding geser harus direncanakan dengan teliti agar bukaan ditempatkan pada
bagian-bagian dimana bukaan-bukaan tersebut tidak akan berpengaruh banyak pada kekuatan atau
tegangan pada dinding.
Elemen struktur yang relatif kaku akan menarik gaya gempa yang jauh lebih besar daripada elemen
struktur yang fleksibel. Dinding geser beton bertulang adalah elemen yang cukup kaku dan dapat
menyerap gaya gempa yang besar. Jika dinding geser runtuh maka sisa struktur yang lain tidak akan
mampu menahan getaran gempa yang terjadi. Keruntuhan dinding geser dapat diantisipasi dengan
cara perhitungan perencanaan dengan teliti dan juga detail penulangan yang efektif, sehingga dinding
memiliki tingkat daktilitas yang baik. Hal ini bertujuan agar dinding geser mampu menahan gaya
gempa dengan efektif (Paulay.T,1992).
Bangunan beton bertulang tingkat tinggi biasanya direncanakan dengan menggunakan dinding
geser sebagai elemen penahan gaya gempa. Bangunan seperti ini telah terbukti bekerja cukup baik
pada saat gempa terjadi. Dinding geser juga meminimalkan kerusakan bagian non structural bangunan
seperti jendela, pintu, dan lain-lain (MacCormac, 2004).
b. PEMBEBANAN GEMPA
Pembebanan gempa yang digunakan dalam desain yaitu sesuai dengan standar SNI 03-1726-2002..
Ketentuan dasar untuk bangunan tahan gempa antara lain ialah kuat tekan beton struktural yang
digunakan minimum = 20 MPa, dan untuk tulangan yang digunakan sebagai tulangan utama ialah baja
tulangan ulir SNI 03-1726-2003.
Standar ini menentukan pengaruh gempa rencana yang harus ditinjau dalam perencanaan struktur
gedung serta berbagai bagian dan peralatannya secara umum. Akibat pengaruh gempa rencana,
struktur gedung secara keseluruhan harus masih berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di
ambang keruntuhan. Gempa rencana ditetapkan mempunyai perioda ulang 500 tahun, agar
probabilitas terjadinya terbatas pada 10% selama umur gedung 50 tahun. Untuk berbagai kategori
gedung, bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan struktur gedung selama umur gedung dan
umur gedung tersebut yang diharapkan, pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan
suatu faktor keutamaan I menurut persamaan :
I = I1. I2
di mana I1 adalah faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan
penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung, sedangkan I2 adalah faktor
keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian umur gedung
tersebut. Faktor-faktor keutamaan I1, I2 dan I ditetapkan menurut Tabel 1
19
Zenit
Volume 2 Nomor 1 April 2013
Tabel 1 Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan
(Kategori gedung
Faktor keutamaan
I1
I2
I
1
1
1
Monumen dan bangunan monumental
1
1,6
1,6
Gedung penting pasca gempa seperti
1,4
1
1,4
1,6
1
1,6
1,5
1
1,5
Gedung umum seperti untuk
penghunian,perniagaan dan perkantoran
rumah sakit, instalasi air bersih,
pembangkit tenaga listrik, pusat
penyelamatan dalam keadaan darurat,
fasilitas radio dan televise.
Gedung untuk menyimpan bahan
nernahaya seperti gas, produk minyak
bumi, asam, bahan beracun
Cerobong, tangki di atas menara
(sumber SNI 03-1726-2002)
Apabila dalam arah pembebanan gempa akibat pengaruh gempa rencana sistem struktur gedung
terdiri dari beberapa jenis subsistem struktur gedung yang berbeda, faktor reduksi gempa representatif
dari struktur gedung itu untuk arah pembebanan gempa tersebut, dapat dihitung sebagai nilai rata-rata
berbobot dengan gaya geser dasar yang dipikul oleh masing-masing jenis subsistem sebagai besaran
pembobotnya menurut persamaan :
di mana Rs adalah nilai faktor reduksi gempa masing-masing jenis subsistem struktur gedung dan Vs
adalah gaya geser dasar yang dipikul oleh masing-masing jenis subsistem struktur gedung tersebut,
dengan penjumlahan meliputi seluruh jenis subsistem struktur gedung yang ada. Metoda ini hanya
boleh dipakai, apabila rasio antara nilai-nilai faktor reduksi gempa dari jenis-jenis subsistem struktur
gedung yang ada tidak lebih dari 1,5.
20
Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana
dengan menggunakan Software ETABS
(Ronald Simatupang)
Tabel 2 Faktor daktilitas maksimum, faktor reduksi maksimum, faktor tahanan lebih struktur
dan faktor tahanan lebih total beberapa jenis system dan subsistem struktur
(sumber SNI 03-1726-2002)
Tabel 2 digunakan untuk menentukan nilai R untuk berbagai macam system struktur yang digunakan.
Pada perencanaan struktur gedung terhadap pengaruh gempa rencana, pengaruh peretakan beton pada
unsur-unsur struktur harus diperhitungkan terhadap kekakuannya. Untuk itu, momen inersia
21
Zenit
Volume 2 Nomor 1 April 2013
penampang unsur struktur dapat ditentukan sebesar momen inersia penampang utuh dikalikan dengan
suatu persentase efektifitas penampang sebagai berikut :
- untuk kolom dan balok rangka beton bertulang terbuka : 75%
- untuk dinding geser beton bertulang kantilever : 60%
- untuk dinding geser beton bertulang berangkai
* komponen dinding yang mengalami tarikan aksial : 50%
* komponen dinding yang mengalami tekanan aksial : 80%
* komponen balok perangkai dengan tulangan diagonal : 40%
* komponen balok perangkai dengan tulangan memanjang : 20%
Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 wilayah gempa seperti ditunjukkan dalam Gambar 1, di mana
wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 dengan
kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan atas percepatan puncak batuan
dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan perioda ulang 500 tahun, yang nilai rata-ratanya untuk
setiap wilayah gempa ditetapkan dalam Gambar 1.
(sumber SNI 03-1726-2002)
Gambar 1 Peta Gempa Indonesia
Beban yang akan digunakan dalam desain yaitu beban mati (DL), beban mati tambahan (SDL),
beban hidup (LL), dan beban gempa (E).
3. PROPERTIES GEDUNG
Properties gedung yang digunakan dalam desain yaitu:
Jumlah lantai
: 7 lantai
Lokasi
: Jakarta
Tinggi gedung
: 25 m
Selimut beton
: 40 mm
Tebal pelat
: 120 mm
Tebal dinding geser
: 200 mm
Beton
: fc’= 25 MPa
Mutu Tulangan
: fy = 400 MPa
22
Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana
dengan menggunakan Software ETABS
(Ronald Simatupang)
: fys = 400 MPa
Permodelan Dengan Program ETABS
Program komputer ETABS dapat melakukan permodelan dalam bentuk 2D dan 3D secara menyeluruh
dan terintegerasi. Dalam program ini memungkinkan untuk memodelkan struktur sesuai kondisi nyata di
lapangan. Dengan menggunakan program ETABS banyak hal yang haru di definisikan seperti bentuk bangunan,
material yang digunakan, dimensi pelat, dimensi balok, dimensi kolom, dimensi pelat, dan dimensi dinding geser
yang digunakan. Contoh input yang digunakan dalam program ETABS dapat dilihat pada gambar 2 dan 3 yaitu
input daata material dan input tebal dari dinding geser.
Gambar 2 Input material
Gambar 3 Input Dimensi Shearwall
23
Zenit
Volume 2 Nomor 1 April 2013
3.5 m
3.5 m
3.5 m
3.5 m
3.5 m
3.5 m
4m
4.2 m
4.2 m
4.2 m
4.2 m
4.2 m
Gambar 4 Tampak samping gedung
4.2 m
4.2 m
4.2 m
4.2 m
4.2 m
6.3 m
2m
6.3 m
Gambar 5 Tampak Atas Gedung
24
Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana
dengan menggunakan Software ETABS
(Ronald Simatupang)
4. ANALISIS
A. Waktu getar struktur
Berdasarkan hasil analisis dengan menggunaan software ETABS didapatkan waktu getar struktur
yaitu sebesar 0.81 detik dimana sayarat waktu getar yang disyaratkan pada SNI SNI 03-1726-2002
yaitu sebesar 1.26 detik. Nilai partisipasi massa yang didapatkan dengan menggunakan ETABS yaitu
pada mode 1 dan mode 2 dominan translasi.
B. Total ragam partisipasi massa
Berdasarkan SNI 03-1726-2002, jumlah ragam vibrasi yang ditinjau dalam penjumlahan respon
ragam menurut metode ini harus sedemikian rupa, sehingga partisipasi massa dalam menghasilkan
respon total harus mencapai sekurang-kurangnya 90%. Dari hasil anlisis dengan ETABS menunjukan
bahwa partisipasi massa pada struktur mencapai 100% pada mode ke 12, pada SNI disyaratkan bahwa
persentase partisipasi massa harus memenuhi sekurang-kurangnya 90%. Hal ini menunjukan struktur
sudah sesuai dengan SNI SNI 03-1726-2002.
C. Gaya gempa
Gaya geser dasar yang dapat dari hasil perhitungan dengan menggunakan statik ekivalen yaitu Vsx
= 412344,37 kg dan Vsy = 336473,01 kg. Dengan nilai gaya gempa dasar yang didapat maka gaya
gempa yang bekerja pada tiap lantai gedung seperti pada Tabel 3. Gaya gempa tiap lantai yang didapat
dari hasil perhitungan di input dalam software ETABS untuk mendapatkan gaya dalam yang bekerja
pada gedung.
Tabel 3 Gaya Gempa Pada Tiap Lantai
Lantai
fx(kg)
7
6409.41
6
18868.72
5
29386.53
4
37847.61
3
44125.18
2
48131.08
1
49854.27
D. Batas Layan dan batas ultimit
Berdasarkan hasil analisa dengan menggunakan software ETABS didapatkan bahwa perpindahan
antar lantai maksimum pada lantai 7 sebesar 6.04 mm masih memenuhi syarat yang SNI SNI 031726-2002 yaitu sebesar 16.4 mm. Batas layan ultimit dari gedung yaitu sebesar 7.75 mm masih
memenuhi syarat yang SNI SNI 03-1726-2002 yaitu sebesar 60 mm.
E. Desain tulangan dinding geser
Berikut ini merupakan salah satu hasil output dari ETABS untuk salah satu dinding geser pada
bangunan yang ditinjau yaitu:
Vu = 603396,54 N
= 0,85
25
Zenit
Volume 2 Nomor 1 April 2013
hw = 25 m
Acv = h x Lw = 600000 mm2
h = 200 mm
Lw = 3 m
Gaya geser
Vu <
2
.
3
. Acv
Vu = 603396,54 N < 0,85
2
.
3
. 600000 = 1700000 N → jadi penampang cukup kuat
Vu >
Vu >
Vu = 603396,54 N > 500000 N → dapat dipakai 2 lapis tulangan
hw
= 8,33
αc =1/6 = 0,167 untuk (hw /lw ) ≥ 2,0
Lw
(V  Acv .c.t ) (603396,54  600000.0,167.200)
=
n = u
 0,08  0
Acv . f y
600000.400
 n = 0 < 0,0012

Jadi diambil n = 0,0012
Spasi tulangan vertikal
Alv  0,25. .d bv  0,25.3,14.16 2  200,96mm2
Tulangan yang digunakan dbh = dbv = 16 mm
Sv 
n. Alv
2.200,96

 1674,67mm
h. n 200.0,0012
Sv > 450 mm → diambil Sv = 450 mm
Spasi tulangan horisontal
Sh 
n. Alh
2.200,96

 1674,67mm
h. n 200.0,0012
Sh > 450 mm → diambil Sh = 450 mm
Vn = Acv [αc
+  n .fy] = 600000 [ 0,167 .
+ 0,0012.400 ] = 789000 N
Vn = 789000 N > Vu = 603396,54 N
Karena Vn lebih besar dari Vu maka dinding geser cukup kuat.
Tulangan geser yang akan digunakan ialah D10, Av = 157 mm2, dan dari ETABS didapat nilai Av/s =
6,95 cm2/m.
Av
 6,95(cm 2 / m)
s
157mm 2
 0,695mm
s
157
s
 226mm
0,695
Jadi untuk tulangan geser diambil D10-200 mm
26
Desain Dinding Geser pada Gedung Sederhana
dengan menggunakan Software ETABS
(Ronald Simatupang)
5. SIMPULAN
A. Penggunaan software ETABS sangat membantu dalam desain dinding geser pada suatu
bangunan. Dengan menggunakan ETABS juga dapat mempersingkat perhitungan
dibandingkan jika melakukan perhitungan secara manual.
B. Semua persyaratan bangunan tahan gempa yang disyaratkan dalam SNI 03-1726-2002 semua
terpenuhi sehingga dapat disimpulkan bahwa bangunan aman terhadap gempa.
C. Dinding geser yang digunakan kuat dalam menahan gaya geser yang terjadi akibat beban
gempa.
6. PUSTAKA
Departemen Pekerjaan Umum, Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung, SKBI1.3.53.1987
McCormac, Jack C., (2004), Desain Beton Bertulang, edisi kelima, Terjemahan Sumargo,Ph.D, Penerbit
Erlangga, Jakarta.
Paulay.T, Priestley M.J.N . 1992. Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Building. Canada.
John Wiley & Sons, Inc.
Standar Nasional Indonesia (2003), Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung,
Jakarta.
SNI–1726–2002. (2002), Standar Perencanaan Ketahanan gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung,
Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah.
27