Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pembebanan Struktur
Beban-beban pada hakekatnya adalah seetiap faktor yang menimbulkan
resultan dalam bentuk tegangan dan regangan di dalam struktur. Gaya beban dapat
berupa aksi terpusat, merata, momen, terbagi merata, tidak merata, simetri, anti-
simetri dan sebagainya. Sementara itu penggolongan beban yang didasarkan pada
sifat-sifat alamiahnya dapat dirinci sebagai berikut: (1) beban mati; (2) beban hidup;
(3) beban angin; (4) Beban Gempa
2.1.1 Beban Mati (D)
Beban mati (Dead Load) adalah beban gravitasi yang berasal dari berat semua
elemen struktur/bangunan yang bersifat permanen selama masa layan struktur
tersebut. Untuk mendesain sebuah struktur harus memperkirakan berat atau beban
mati dari berbagai elemen struktur yang akan digunakan dalam analisis. Unsur
tambahan pada beban mati meliputi sistem perpipaan, jaringan listrik, penutup
lantai, serta plafon..Perkiraan berat struktur harus relevan dan dapat diperoleh dari
rumus dan tabel yang terdapat di dalam referensi buku dan Standar Nasional
Indonesia (SNI).
Tabel 2.1 Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung
Bahan Bangunan Berat
Baja 7850 kg/m3
Beton 2200 kg/m3
Beton Bertulang 2400 kg/m3
Kayu (kelas I) 1000 kg/m3
Pasir (kering udara) 1600 kg/m3
Komponen Gedung Berat
Spesi dari semen, per cm tebal 21 kg/m2
Dinding bata merah 1/2 batu 250 kg/m2
atap genting 50 kg/m2
Penutup lantai ubin per tebal 24 kg/m2
5
2.1.2 Beban Hidup (L)
Beban Hidup (Live Load) adala beban gravitasi yang timbul akibat
penggunaan suatu gedung selama masa layan gedung tersebut. beban hidup yang
digunakan dalam perancangan bangunan gedung dan struktur lain harus beban
maksimum yang diharapkan terjadi akbiat penghunian dan penggunaan bangunan
gedung, akan tetapi tidak boleh kurang dari beban merata minimum yang di
tetapkan dalam SNI 1727:2013.
Tabel 2.2 Beban Hidup pada Lantai Gedung Sekolah
Hunian atau Penggunaan Merata
(kn/m2)
Terpusat
(kN)
Sekolah
Ruang kelas 1,92 4,5
Koridor di atas lantai pertama 3,83 4,5
Koridor lantai pertama 4,79 4,5
Bak-Bak/scuttles, rusuk untuk atap kaca dan langit-langit yang dapat diakses - 0,89
Pinggir jalan untuk pejalan kaki, jalan lintas kendaraan, dan lahan/jalan
untuk truk-truk 11,97 35,6
Tangga dan jalan keluar 4,79 -
Rumah tinggal untuk satu dan dua keluarga saja 1,92 -
Sumber : SNI 1727 2013
2.1.3 Beban Gempa (E)
Beban gempa adalah beban dalam arah horizontal yang bekerja pada suatu
struktur akibat dari pergerakan tanah yang disebabkan karena adanya gempa bumi
(gempa tektonik atau vulkanik) yang mempengaruhi struktur tersebut.
Peraturan perencanaan beban gempa pada gedung-gedung di indonesia yang
berlaku saat ini diatur dalam SNI 1726:2019. Pada peraturan ini dijelaskan tentang
faktor-faktor yang berhubungan dengan perhitungan untuk analisis beban gempa
sebagai berikut:
a) Geografis
Perencanaan beban gempa pada sebuah gedung tergantung dari lokasi gedung
tersebut dibangun. Hal ini disebabkan karena wilayah yang berbeda memilki
percepatan batuan dasar yang berbeda pula.
6
b) Faktor Keutamaan Gempa
Faktor ini ditentukan berdasarkan jenis pemanfaatan gedung. Gedung dengan
kategori resiko I dan II memiliki faktor keutamaan gedung 1, untuk kategori
resiko III memiliki faktor 1,25, dan kategori resiko IV memilki faktor1.5
dapat dilihat pada tabel
c) Kategori Desain Seismik
Pembagian kategori desain seismik dari rendah ke tinggi yaitu A,B,C,D,E,F.
Penentuan kategori ini dapat dilihat pada tabel
d) Sistem Penahan gaya Seismik
Struktur dengan sistem penahangaya seismik memiliki faktor reduksi gempa
atau koefisien modifikasi respon (R), faktor kuat lebih sistem (), dan faktor
pembesaran defleki (Cd) yang berbeda-beda sesuai dengan tabel.
2.1.4 Beban Kombinasi
Struktur serta komponen elemen struktur harus dirancang sedemikian hingga
kuat rencananya sama atau melebihi pengaruh beban terfaktor dengan kombinasi
pembebanan sesuai SNI 1726:2019 sebagai berikut:
(a) 1,4D
(b) 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr atau R)
(c) 1,2D + 1,6L (Lr atau R) + (L atau 0,5W)
(d) 1,2D +1,0W + L + 0,5(Lr atau R)
(e) 1,2D + 1,0E + L
(f) 0,9D + 1,0W
(g) 0,9D + 1,0E
Catatan tambahan untuk kombinasi beban:
Nilai faktor L pada (c), (d), (e) dapat direduksi menjadi 0,5L, jika nilai L tidak
lebih besar daripada 4,8 kN/m2, dengan pengecualian daerah garasi atau
luasan yang ditempati merupakan tempat pertemuan umum.
Untuk struktur yang memikul beban fluida, maka unsur beban fluida tersebut
dapat dimasukkan pada (a), (e), (g) dengan faktor beban yang sama dengan
faktor beban untuk beban mati.
7
Jika ada pengaruh tekanan tanah lateral, H, maka ada tiga kemungkinan
berikut:
Apabila H bekerja sendiri, atau menambah efek dari beban-beban lainnya,
maka H harus dimasukkan dalam kombinasi pembebanan dengan faktor
beban sebesar 1,6.
Apabila H permanen dan bersifat melawan pengaruh dari beban-beban
lainnya. Maka H dapat dimasukkan dalam kombinasi pembebanan dengan
faktor beban sebesar 0,9
Jika H bersifat tidak permanen, namun pada saat H bekerja mempunyai
sifat melawan beban-beban lainnya. Maka beban H boleh tidak
dimasukkan ke dalam kombinasi pembebanan.
Apabila beban angin, W, belum direduksi oleh faktor arah, maka faktor beban
untuk beban angin ada (d) harus diganti menjadi 1,6 dan pada (c) diganti
menjadi 0,8.
2.1.5 Analisa Beban Gempa (Respon Spektrum)
Pada analisa beban gempa digunakan analisa statik ekivalen berdasarkan SNI
1726:2019. Dalam SNI 1726:2019 telah di jabarkan secara detail tahapan analisa
gempa untuk bangunan gedung. Tahapan ilmiah inilah yang akan menentukan aman
atau tidaknya struktur tersebut ketika menerima beban gempa ditinjau dari
simpangan horizontal yang dihasilkan, dibandingkan dengan simpangan horizontal
yang diijinkan. Analisa gempa pada bangunan gedung juga berfungsi untuk
mengetahui apakah sistem struktur yangdigunakan pada gedung tersebut mampu
menahan gaya lateral akibat gempa. Langkah-langkah analisa gaya gempa metode
statik ekivalen adalah sebagai berikut:
2.1.5.1 Kategori Resiko Gempa
Kategori resiko gempa dikelompokkan menjadi empat kategori yang ditinjau
dari jenis pemanfaatan gedung, yang ditabelkan sebgaia berikut:
8
Tabel 2.3 Kategori Resiko gempa
Jenis Pemanfaatan Kategori
Risiko
Gedung dan non gedung yang memiliki nsiko rendah terhadap jiwa manusia pada
saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk, antara lain:
Fasilitas pertanian, perkebunan, pertemakan, dan perikanan
Fasilitas sernentara
Gudang penyimpanan
Rumah jaga dan struktur kecil lainnya
I
Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam kategon nsiko
I,II,III,dan IV termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
Perumahan
Rumah toko dan rumah kantor
Pasar
Gedung perkantoran
Gedung apartemen/ rumah susun
Pusat perbelanjaan mall
Bangunan industn
Fasilitas manufaktur
Pabrik
II
Gedung dan non gedung yang memiliki nsiko tinggi terhadap jiwa manusia pada
saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
Bioskop
Gedung pertemuan
Stadion
Fasiiitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit gawat darurat
Fasilitas penitipan anak
Penjara
Bangunan untuk orang jompo
Gedung dan non gedung, tidak termasuk kedalam kategori resiko IV, yang memiliki
potensi untuk menyebabkan dampak ekonomi yang besar dan/atau gangguan massal
terhadap kehidupan masyarakat sehari-hari bila terjadi kegagalan, termasuk, tapi
tidak dibatasi untuk:
Pusat pembangkit listrik biasa
Fasiiitas penanganan air
Fasilitas penanganan Iimbah
Pusat telekomunikasi
Gedung dan non gedung yang tidak termasuk dalam kategori risiko IV, (termasuk,
tetapi tidak dibatasi untuk fasilitas manufaktur, proses, penanganan, penyimpanan,
penggunaan atau tempat pembuangan bahan bakar berbahaya, bahan kimia
berbahaya, Iimbah berbahaya, atau bahan yang mudah meledak) yang mengandung
bahan beracun atau peiedak di mana jumiah kandungan bahannya melebihi nilai
batas yang disyaratkan oleh instansi yang berwenang dan cukup menimbulkan
bahaya bagi masyarakatjika terjadi kebocoran
III
9
Gedung dan non gedung yang ditunjukkan sebagai fasilitas yang penting, termasuk,
tetapi tidak dibatasi untuk:
Bangunan-bangunan monumental
Gedung sekolah dan fasilitas pendidikan
Rumah sakit dan fasilitas kesehatan lainnya yang memiliki fasilitas bedah
dan unit gawat darurat
Fasilitas pemadam kebakaran, ambulans, dan kantor polisi, serta garasi
kendaraan darurat
Tempat perlindungan terhadap gempa bumi, angin badai, dan tempat
perlindungan darurat lainnya
Fasilitas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi dan fasilitas lainnya
untuk tanggap darurat
Pusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang dibutuhkan pada
saat keadaan darurat
Gedung dan non gedung yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi struktur
bangunan lain yang masuk ke dalam kategon risikoIV.
IV
Sumber : SNI 1726 2019
2.1.5.2 Faktor Keutamaan Gempa dan Kelas Situs
Setelah mengetahui kategori resiko gempa dilakukan penentuan faktor
keutamaan gempa yang ditabelkan sebagai berikut:
Tabel 2.4 Faktor Keutamaan Gempa
Katagori Risiko Faktor Keutamaan Gempa, Ie
I atau II 1,0
III 1,25
IV 1,50
Sumber : SNI 1726 2019
10
Tabel 2.5 Definisi Kelas Situs
Kelas Situs Vs (m/detik) N atau N ch uS (kPa)
SA (batuan keras) > 1500 N/A N/A
SB (batuan) 750 sampai 1500 N/A N/A
SC (tanah keras,sangat
padat dan batuan lunak) 350 sampai 750 >50 > 100
SD (tanah sedang) 175 sampai 350 15 sampai 50
50 sampai 100
SE (tanah lunak)
< 175 <15 < 50
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 %, dan
3. Kuat geser niralir uS <25 kPa
SF (tanah khusus,yang
Membutuhkan investigasi
geoteknik spesifik dan
analisis respons
spesifiksitus
Setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah satu atau lebih
dari karakteristik berikut:
- Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat beban gempa
seperti mudah likuifaksi, lempung sangat sensitif, tanah
tersementasi lemah,
- Lempung sangat organik dan/atau gambut (ketebalan H > 3 m),
- Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H > 7,5 m
dengan
Indeks Plasitisitas, PI > 75),
- Lapisan lempung lunak/medium kaku dengan ketebalan H > 35
m
dengan uS < 50 kPa.
Sumber : SNI 1726 2019
11
2.1.5.3 Parameter Respon Spektral Desain
Setelah menentukan kelas situs dilakukan penentuan nilai parameter
percepatan spektral desain. S1 untuk parameter respons percepatan spektral dari peta
periode 1 detik dan Ss untuk parameter respons percepatan spectral dari peta periode
pendek 0,2 detik. Nilai S1 dan Ss dapat dicari menggunakan aplikasi yang
dikeluarkan oleh Pusat Litbang Perumahan dan Permukian (Puskim). Peta gempa
yang dipertimbangkan memiliki dua variable yaitu S1 dan S2 seperti dibawah ini:
Gambar 2.1 SS Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER)
Sumber : SNI 1726 2019
Gambar 2.2 S1 Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER)
Sumber : SNI 1726 2019
12
Setelah mendapatkan nilai dari S1 dan S2 maka tahap selanjutnya adalah
menentukan nilai dari koefisien situs berdasarkan tabel berikut:
Tabel 2.6 Koefisien Situs Fa
Kelas
Situs
Parameter respons spektral percepatan gempa MCER
Terpetakan pada perioda pendek, T=0,2 detik, Ss
Ss โค 0,25 Ss = 0,5 Ss = 0,75 Ss = 1,0 Ss โฅ 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
SF SSb
Sumber : SNI 1726 2019
Tabel 2.7 Koefisien Situs Fv
Kelas
Situs
Parameter respons spektral percepatan gempa MCER
terpetakan pada perioda 1 detik, Ss
S1โค 0,1 S1=0,2 S1= 0,3 S1=0,4 S1โค 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 SSb
Sumber : SNI 1726 2019
Sehingga dapat ditentukan nilai dari parameter respons percepatan spektral
MCE dengan rumus sebagai berikut:
S1 untuk parameter percepatanrespons spektral MCE pada periode tinggi 1
detik
๐๐1 = ๐1 ร ๐น๐ ..................................................................................... (2-1)
SS untuk parameter percepatan respon spektral MCE pada periode pendek 0,2
detik
๐๐๐ = ๐๐ ร ๐น๐ ..................................................................................... (2-2)
13
Nilai parameter percepatan respon spektral dicari untuk menentukan kategori
desain seismik bangunan dan didapatkan dari rumus:
S1 untuk parameter percepatanrespons spektral MCE pada periode tinggi 1
detik
๐๐ท1 =2
3๐๐1 ........................................................................................ (2-3)
SS untuk parameter percepatan respon spektral MCE pada periode pendek 0,2
detik
๐๐ท๐ =2
3๐๐๐ ........................................................................................ (2-4)
2.1.5.4 Kategori Desain Seismik
Berdasarkan pada SNI 1726 tahun 2012, untuk menentukan kategori desain
seismik ditentukan berdasarkan parameter respon spektral yang disajikan pada tabel
di bawah ini:
Tabel 2.8 Kategori Resiko SDS
Nilai SDS Kategori Risiko
I atau II atau III IV
SDS < 0,167 A A
0,167 โค SDS < 0,33 B C
0,33 โค SDS < 0,50 C D
0,50 โค SDS D D
Sumber : SNI 1726 2019
Tabel 2.9 Kategori Resiko SD1
Nilai SD1 Kategori Risiko
I atau II atau III IV
SD1 < 0,167 A A
0,167 โค SD1 < 0,133 B C
0,133 โค SD1 < 0,20 C D
0,20 โค SD1 D D
Sumber : SNI 1726 2019
14
2.1.5.5 Spektrum Respons Desain
Pada SNI 1726-2012, dalam menentukan kurva spektrum respons harus
mengikuti ketentuan sebagai berikut:
a) Untuk perioda yang lebih kecil dati T0, spektrum respon percepatan
desain, Sa, harus diambil dari persamaan;
๐๐ = ๐๐ท๐ (0,4 + 0,6๐
๐0)
b) Untuk perioda lebih besar dari atau sama dengan T0 dan lebih kecil dari
atau sama dengan Ts, spektrum respons percepatan desain, Sa, sama
dengan SDS
c) Untuk perioda lebih besar dari Ts, spektrum respons percepatan desain,
Sa, diambil berdasarkan pada persamaan;
๐๐ =๐๐ท1
๐
Keterangan:
๐๐ท๐ = parameter respons spektral percepatan desain pada perioda pendek;
๐๐ท1 = parameter respons spektral percepatan desain pada perioda 1 detik;
๐ = periode getar fundamental struktur
๐0 = 0,2 ร๐๐ท1
๐๐ท๐
๐๐ = ๐๐ท1
๐๐ท๐
Gambar 2.3 Spektrum Respons Desain
15
2.1.5.6 Faktor Koefisien Modifikasi Respons, Kuat Lebih Sistem, Pembesaran
Defleksi
Nilai-nilai dari koefisien modifikasi respon (R), kuat lebih sistem (ฮฉ0),
pembesaran defleksi (Cd) dan dapat ditentukan setelah mengetahui kategori desain
seismic. Karena ada perencanaan ulang ini menggunkan Sistem Rangka Pemikul
Momen Khusus (SRPMK), maka nilai-nilai koefisienya adalah sebagai berikut:
Tabel 2.10 Faktor R, ฮฉ0, Cd untuk Penahan Gempa
Sistem Penahan Gaya Seismik
Koefisien
Modifikasi
Respons,Ra
Faktor
Kuat
Lebih
Sistem,
Faktor
Pembesaran
Defleksi,
Cdb
Batasan Sistem Struktur
dan Batasan Tinggi
Struktur, hn (m)c
Kategori Desain Seismik
B C Dd Ed Dd
D. Sistem Ganda Dengan Rangka
Pemikul Momen Khusus yang
mampu menahan paling sedikit
25persen gaya gempa yang
ditetapkan
1 Rangka baja dengan bresing
eksentris 8 4 TB TB TB TB TB
2 rangka baja dengan bresing
konsentris khusus 7 TB TB TB TB TB
3 Dinding geser beton bertulang
khusus 7 TB TB TB TB TB
4 Dinding geser beton bertulang biasa 6 TB TB TI TI TI
5 rangka baja dan beton komposit
dengan bresing eksentris 8 TB TB TB TB TB
6 Rangka baja dan beton komposit
dengan bresing kosentris khusus 6 5 TB TB TB TB TB
7 Dinding geser pelat baja dan beton
komposit 6 TB TB TB TB TB
8 Dinding geser baja dan beton
komposit khusus 7 6 TB TB TB TB TB
9 Dinding geser baja dan beton
bertulang biasa 6 5 TB TB TI TI TI
10 Dinding geser batu bata bertulang
khusus 3 5 TB TB TB TB TB
11 Dindin geser batu bata bertulang
menengah 4 TB TB TI TI TI
12 Rangka baja dengan bresing
terkekang terhadap tekuk 8 5 TB TB TB TB TB
13 Dinding geser pelat baja khusus 8 TB TB TB TB TB
Sumber : SNI 1726 2019
16
Keterangan:
TB = Tidak Dibatasi
TI = Tidak Diijinkan
R = Faktor Modifikasi Respom
Cd = Faktor Pembesaran Defleksi
ฮฉ0 = Faktor Kuat-lebih Sistem
Diijinkan untuk direduksi dengan mengurangi setengah untuk struktur
dengan diafragma fleksibel, tetapi tidak boleh diambil kurang dari 2,0 untuk segala
struktur, kecuali untuk sistem kolom kantilever.
Dari tabel ini diketahui bahwa sistem rangka pemikul momen khusus mampu
menahan gaya gempa paling sedikit 25 persen.
2.1.5.7 Periode Fundamental Pendekatan
Periode fundamenta pendekatan (Ta) menurut SNI 1726:2019 pasal 7.8.2.1
bahwa untuk struktur dinding geser batu bata atau beton diijinkan untuk ditentukan
dari persamaan berikut ini:
๐๐ = ๐ถ๐กโ๐๐ฅ ............................................................................................... (2-5)
Dimana:
hn = Ketinggian struktur (m)
Ct dan x = dapat ditentukan dengan melihat tabel 15 pada SNI 1726:2019
Gambar 2.4 Tabel 15 SNI 1726:2019
(Sumber : SNI 1726 2019)
Agar suatu bangunan tidak terlalu fleksibel periode waktu getar dibatasi.
Berdasarkan SNI 1726:2019 pasal 7.8.2.1 batasan periode ditentukan dengan
persamaan berikut ini
17
๐๐ ๐๐๐ฅ = ๐๐ ๐๐๐๐ถ๐ข
Dimana Cu didapat dari tabel 14 pada SNI 1726:2019 seperti pada gambar
dibawah ini:
Gambar 2.5 tabel 14 pada SNI 1726:2019
(Sumber : SNI 1726 2019)
2.1.5.8 Koefisien Respons Seismik (Cs) dan Gaya Dasar Seismik (v)
Koefisien respons Seismik (Cs)
Untuk menentukan nilai Cs ditentukan dari rumus berikut:
๐ถ๐ ๐๐๐๐ ๐๐๐ข๐ =๐๐ท1
๐(๐
๐ผ๐)
โ๐ ................................................................... (2-6)
๐ถ๐ ๐๐๐๐๐๐ข๐ = 0,044 ร ๐๐ท1 ร ๐ผ๐ โฅ 0,01 .......................................... (2-7)
Nilai CS Hitung harus berada diantara CS minimum dan CS maksimum.
CS minimum < CS Hitung < CS maksimum
Keterangan:
SDS = Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang periode 0,2
detik
SD1 = Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang periode 1
detik
R = Faktor modifikasi repons
Ie = Faktor keutamaan gempa yang ditentukan
T = Periode fundamental pendekatan
Gaya Dasar Seismik (v)
Setelah mendapatkan nilai CS, gaya dasar seismik dapat dicari dengan
persamaan berikut:
๐ = ๐ถ๐ ร ๐ค ......................................................................................... (2-8)
Keterangan:
Ie = Koefisien respons seismik yang ditentukan
18
w = berat bobot bangunan (kN)
2.1.5.9 Distribusi Beban Gempa pada Struktur Bangunan
Gaya gempa lateral, Fx (kN) yang timbul disemua tingkat harus ditentukan
dari persamaan berikut:
๐น๐ = ๐ถ๐๐ ร ๐ ...................................................................................... (2-9)
Dimana:
๐ถ๐๐ =๐๐รโ๐ฅ
๐
โ ๐๐รโ๐๐๐
๐=1
................................................................................. (2-10)
Keterangan:
CVX = Faktor distribusi vertikal
V = Gaya lateral desain total atau geser di dasar struktur (kN)
wi dan wx = bagian dari berat seismik efektif total struktur (W)
yang di tempatkan atau dikenakan pada tingkat i atau x
k = Eksponen yang terkait dengan perioda struktur sebagai berikut:
k = 1, untuk struktur yang mempunyai periode 0,5 detik atau
kurang
k = 2, untuk struktur yang mempunyai periode 2,5 detik atau
lebih
k harus diinterpolasi linear apabila mempunyai periode diantar
0,5 dan 2,5 detik.
2.1.5.10 Metode Respon Spektrum
Dalam analisa perhitungan struktur digunakan metode respon spektrum
menggunakan SNI 1726 tahun 2012 Pasal 7.9 dimana dijelaskan seperti berikut ini:
a) Jumlah Ragam
Analisa harus dilakukan untuk menentuan ragam getar alami untuk struktur.
Analisis harus mendapatkan partisipasi massa ragam terkombinasi sebisar
paling sedikit 90% dari massa aktual dalam masing-masing arah.
b) Parameter Respons Ragam
Nilai untuk setiap parameter desain yang berkaitan dengan gaya yang di
tinjau, termasuk simpangan antar laintai tingkat, gaya dukung, dan gaya
elemen struktur individu untuk setiap ragam respons harus dihitung
19
menggunakan properti masing-masing ragam dan spektrum respons dibagi
dengan kuantitas (R/Ie). Nilai untuk perpindahan dan kuantitas simpangan
antar lantai harus dikalikan dengan kuantitas (Cd/Ie).
c) Parameter Respons Terkombinasi
Nilai untuk masing-asing parameter yang ditinjau, yang dihitung untuk
berbagai ragam, harus dikombinasikan menggunakan metode akar kuadrat
jumlah kuadrat (SRSS) atau metode kombinasi kudrat lengkap (CQC), sesuai
dengan SNI 1726. Metode CQC harus digunakan untuk setiap nilai ragam
dimana ragam berjarak dekat mempunyai korelasi silang yang signifikan di
antara respons translasi dan torsi.
d) Skala Nilai Desain Untuk Respons Terkombinasi
Geser dasar (V) harus dihitung dalam masing-masing dua arah horisontal
menggunakan periode fundamental struktur yang dihitung T dalam masing-
masing arah dan prosedur gaya lateral ekivalen.
Jika periode fundamentral yang dihitung melebihi CuTa, maka CuTa harus
digunakan sebagai pengganti dari T dalam arah itu, kombinasi respons untuk
geser dasar ragam (Vt) < 85 persen dari gaya geser dasar yang dihitung (V),
maka gaya harus dikalikan dengan 0,85.(V/ Vt).
2.2 Konstruksi Beton Bertulang
2.2.1 Beton
Beton adalah campuran semen antara semen portland atau semen hidrolis
lainnya, agregat halus, agregat kasar dan air, dengan atau tanpa bahan tambahan
(admixture). (SNI-03-2847-2013)
Proses awal terjadinya beton adalah pasta semen yaitu proses hidrasi antara
air dan semen, selanjutnya jika ditambahkan dengan agregat halus dan agregat kasar
maka akan menjadi beton. Penambahan material lain akan membedakan jenis
beton, misalnya yang ditambahkan adalah tulangan baja akan terbentuk beton
bertulan. (Mulyono, 2004)
Nilai Kuat tekan beton dengan kuat tariknya tidak berbanding lurus, setiap
usaha perbaikan mutu kekuatan tekan hanya disertai oleh peningkatan yang kecil
dari kuat tariknya. Menurut perkiraan kasar nilai kuat tarik beton berkisar antara
20
9% - 15% kuat tekannya. Kecilnya kuat tarik ini merupakan salah satu kelemahan
daro beton biasa. Untuk mengatasinya, beton dikombinasikan dengan tulangan
dimana baha biasa digunakan sebagai tulangannya. (Mulyono, 2004)
2.2.2 Beton Bertulang
Beton Bertulang adalah suatu kombinasi antara beton dan tulangan baja,
dimana tulangan baja berfungsi sebagai penambah kuat tarik yang dimiliki beton.
Tulangan baja juga dapat menahan gaya tekan sehingga digunakan pada kolom dan
pada berbagai kondisi lain.
2.2.3 Kelebihan dan Kelemahan Beton Bertulang
Beton bertulang sebagai bahan konstruksi yang universal memilik kelebihan
antara lain:
a) Beton memiliki kuat tekan yang tinggi dibandingkan dengan kebanyakan
bahan lain.
b) Beton bertulang mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap api dan air,
bahkan merupakan bahan struktur terbaik untuk bangunan yang banyak
tersentuh air.
c) Beton bertulang tidak memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi.
d) Beton dapat dicetak menjadi bentuk yang sangat beragam seperti plat,
balok, kolom dan kubah maupun cangkang besar.
e) Struktur beton bertulang sangat kokoh.
Adapun kelemahan dari beton bertulang sebagai bahan konstruksi yang
universal antara lain:
a) Beton memiliki kuat tarik yang sangat rendah, sehingga memerlukan
penggunaan tulangan tarik.
b) Beton bertulang sangatlah berat, sehingga sangat berpengaruh pada
struktur bentang panjang dimana berat sendiri beton bertulang yang besar
akan sangat mempengaruhi momen lentur.
c) Dapat terjadinya susut (Shrinkage) dan rangkak (Creep).
21
2.3 Elemen Stuktur
Struktur adalah sarana untuk menyalurkan beban yang diakibatkan
penggunaan dan atau kehadiran bangunan di atas tanah, struktur sendiri hanya
merupakan hasil dari penambahan elemen-elemen yang lebih sederhana.
2.3.1 Pelat Beton Bertulang
Pelat beton bertulang yaitu struktur tipis yang dibuat dari beton bertulang
dengan bidang yang arahnya horizontal dan beban yang bekerja tegak lurus pada
suatu struktur. Ketebalan bidang pelat ini relatif sangat kecil apabila dibandingkan
dengan bentang panjang atau lebar bidangnya. Pelat ini sangat kaku dan arahnya
horizontal, sehingga pada bangunan gedung pelat ini berfungsi sebagai diafragma
atau unsur pengaku horizontal yang sangat bermanfaat untuk mendukung ketegaran
balok portal.
Jenis-Jenis Pelat
Berdasarkan pada sistem penulangannya jenis-jenis plat dibagi menjadi 2
kelompok:
a) Sistem Pelat Satu Arah
Gambar 2.6 Pelat Satu Arah
Sistem pelat yang hanya ditumpu di kedua sisinya, maka pelat tersebut
akan melentur mengalami lendutan dalam arah tegak lurus dari sisi tumpuan.
Beban akan didistribusikan oleh pelat dalam satu arah saya yaitu kearah
tumpuan. Apabila rasio bentang panjang terhadap bentang pendek lebih besar
atua sama dengan 2, maka hampir 95% beban akan dilimpahkan dalam arah
bentang pendek, Pelat akan menjadi pelat satu arah.
22
Gambar 2.7 Koefisien Momen Pelat Satu Arah
Tabel 2.11 Momen Pelat Satu arah
Koefisien Momen Panel Luar Koefisien Momen Panel Dalam
Mu = ๐๐ข๐ฟ2
24 (Tumpuan)
Mu = ๐๐ข๐ฟ2
14 (Lapangan)
Mu = ๐๐ข๐ฟ2
10 (Tumpuan)
Mu = ๐๐ข๐ฟ2
11 (Tumpuan)
Mu = ๐๐ข๐ฟ2
16 (Lapangan)
Mu = ๐๐ข๐ฟ2
11 (Tumpuan)
b) Sistem Pelat Dua Arah
Gambar 2.8 Pelat Dua Arah
Struktur Pelat beton yang ditopang di keempat sisinya. Rasio antara
bentang panjang terhadap bentang pendeknya kurang dari 2, maka pelat
tersebut adalah sistem pelat dua arah. Dalam hal ini analisis boleh
diasumsikan bahwa pelat merupakan balok lebar atau pendek, yang bersama-
sama dengan kolom di atas dan bawahnya membentuk portal kaku.
Peraturan SNI memberikan beberapa metode pendekatan dalam
melakukan analisis dan desain suatu sistem struktur pelat dua arah salah
satunya yaitu:
Metode Perencanaan Langsung (Direct Design Method, DDM)
Metode ini merupakan rangkuman dari pendekatan ACI untuk
mengevaluasi dan mendistribusikan momen total pada panel slab dua arah.
23
Berikut ini adalah batasan penggunaan metode desain langsung:
1. Pada masing-masing arah minimum ada tiga bentang menerus.
2. Perbandingan antara bentang yang panjang dengan bentang yang pendek
pada satu panel tidak boleh melebihi 2,0.
3. Panjang bentang yang bersebelahan dalam masing-masing arah tidak
boleh berbeda dari sepertiga bentang yang panjang.
4. Kolom dapat mempunyai offset maksimum 10% dari bentang dalam arah
offset dari kedua sumbu antar garis pusat kolom yang bersebelahan.
5. Semua beban yang hanya akibat beban gravitasi dan terbagi merata
seluruh panel. Beban hidup tidak boleh melebihi tiga kali beban mati.
6. Apabila panel tersebut ditumpu oleh balok pada semua sisinya, maka
kekakuan balok dalam dua arah yang saling tegak lurus tidak boleh
kurang dari 0,2 dan tidak boleh lebih besar dari 5,0.
Momen statis terfaktor total (Mo) untuk suatu bentang harus ditentukan
pada suatu lajur yang dibatasi secara lateral oleh garis pusat panel pada setiap
sisi garis pusat tumpuan. Jumlah mutlak momen positif dan negatif rata-rata
dalam setiap arah tidak boleh kurang dari:
Mo = ๐๐ข๐ฟ2๐ฟ๐
2
8 .................................................................................. (2-1)
Keterangan:
Mo = Momen total statik (Nm)
L2 = Rencana lebar pelat per meter (m)
Ln = Jarak bentang bersih pelat (m)
Tabel 2.12 Distribus Momen Total Terfaktor pada Pelat Dua Arah
Tepi
Eksterior
tak-
terkekang
Slab
dengan
balok di
antara
semua
tempuan
Slab tana balok di antara tumpuan
interior Tepi
eksterior
terkekang
penuh Tanpa Balok Tepi Dengan Balok Tepi
Momen terfaktor
negatif interior 0,75 0,70 0,70 0,70 0,65
Momen terfaktor
positif 0,63 0,57 0,52 0,50 0,35
24
Momen terfaktor
negatif eksterior 0 0,16 0,26 0,30 0,65
Sumber : SNI 1726 2019
Gambar 2.9 Disribusi Momen Total Terfaktor pada Pelat Dua Arah Dengan Balok Di
Antara Semua Tumpuan
Tabel 2.13 Momen pada Pelat Dua Arah
Koefisien Momen Panel Luar Koefisien Momen Panel Dalam
Mu = 0,16๐๐ (Tumpuan)
Mu = 0,57๐๐ (Lapangan)
Mu = 0,70๐๐ (Tumpuan)
Mu = 0,65๐๐ (Tumpuan)
Mu = 0,35๐๐ (Lapangan)
Mu = 0,65๐๐ (Tumpuan)
(a)
(b)
Gambar 2.10 (a) pelat dan tumpuan (b) diagram tegangan yang terjadi di serat pelat
25
Dari diagram regangan pada gambar, maka dengan menggunakan
perbandingan segitiga akan diperoleh hubungan berikut:
๐
๐ =
0,003
0,003+๐๐ฆ ๐ธ๐ โ .................................................................................... (2-2)
Atau jika nilai E, diambil sebesar 200000 Mpa, maka
๐ = (600
600+๐๐ฆ) ๐ ..................................................................................... (2-3)
Dari gambar 2.7 (b) diatas dengan menggunakan persamaan
kesetimbangan gaya, maka dapat dituliskan:
C = T
0,85.๐โฒ๐. ๐.b = ๐ด๐ . ๐๐ฆ ........................................................................ (2-4)
๐ = ๐ด๐ ร๐๐ฆ
0,85.๐โฒ๐.b ........................................................................................ (2-5)
Rasio penulangan atau rasio baja, adalah perbandingan antara jumlah
luas tulangan baja tarik (๐ด๐ ) terhadap luas efektif penampang (lebar b x tinggi
efektif d)
๐ = ๐ด๐
bรd ............................................................................................... (2-6)
Persamaa diatas disubstitusikan pada persamaan (2-4):
0,85.๐โฒ๐. ๐.b =๐. ๐. ๐ . ๐๐ฆ
Atau
๐๐ = 0,85.๐โฒ๐
dรfy๐ =
0,85.๐โฒ๐.b
dรfy๐ฝ1๐ .............................................................. (2-7)
Selanjutnya substitusikan nilai ๐ dari persamaan (2-3), untuk
mendapatkan persamaan umum rasio tulangan seimbang, ๐๐:
๐๐ =0,85.๐โฒ๐.
fy๐ฝ1 (
600
600+๐๐ฆ) ..................................................................... (2-8)
Momen nominal untuk tulangan baja
๐๐ = ๐ด๐ ๐๐ฆ (๐ โ๐
2) ............................................................................ (2-9)
Langkah-Langkah Perencanaan Penulangan Pelat:
Catatan: untuk penulangan pelat direncanakan tiap 1m lebar pelat
๐= ๐๐ข
โ .๐.๐2
dimana k adalah faktor tahanan
26
ฯ = 0,85 โ โ0,72 โ 1,7๐
๐๐โฒ
Pemeriksaan Rasio Tulangan Tarik
ฯ = ฯ.๐๐ โฒ
๐๐ฆ
ฯb = 0,85.๐๐ โฒ.๐ฝ1
๐๐ฆ.
600
(600+๐๐ฆ)
๐๐๐๐ฅ = 0,75 ฯb
๐๐๐๐ = 1,4
๐๐ฆ
Luas Tulangan Pokok
๐ด๐ = ฯ. b. d
Luas Tulangan Susut
๐ด๐ = 0,002 ร b ร h
Pemeriksaan d pakai
๐๐๐๐๐๐ = h โ ๐ ๐๐๐๐๐ข๐ก ๐๐๐ก๐๐ โ1
2โ tulangan pokok
Kontrol
๐ = ๐ด๐ ร๐๐ฆ
0,85ร๐๐โฒร๐
๐๐ = ๐ด๐ ๐๐ฆ (๐ โ๐
2)
๐๐ > ๐๐๐
2.3.2 Balok Beton Bertulang
Balok adalah elemen struktur yang dominan memikul gaya dalam berupa
momen lentur dan juga geser. Ketika momen lentur cukup besar untuk
menyebabkan tegangan tarik pada serat beton terluar lebih besar daripada modulus
keruntuhan, seluruh beton pada sisi tarik balok diasumsikan mengalami retak
sehingga harus diabaikan dalam perhitungan lentur.
27
2.3.2.1 Keruntuhan Pada Balok
A. Keruntuhan Seimbang
Pada kondisi ini beton akan hancur dan besi tulangan leleh terjadi secara
bersamaan.
Gambar 2.11 Penampang persegi pada keruntuhan seimbang
Dari diagram regangan pada gambar, maka dengan menggunakan
perbandingan segitiga akan diperoleh hubungan berikut:
๐๐
๐ =
0,003
0,003+๐๐ฆ ๐ธ๐ โ ............................................................................................. (2-10)
Atau jika nilai E, diambil sebesar 200000 Mpa, maka
๐๐ = (600
600+๐๐ฆ) ๐ ............................................................................................. (2-11)
Selanjutnya dengan menggunakan persamaan kesetimbangan gaya, maka dapat
dituliskan:
C = T
0,85.๐โฒ๐. ๐๐ .b = ๐ด๐ ๐ . ๐๐ฆ ............................................................................. (2-12)
๐b = ๐ด๐ ร๐๐ฆ
0,85.๐โฒ๐.b ............................................................................................ (2-13)
Presentasi tulangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan kondisi seimbang
disebut sebagai rasio tulangan seimbang,
๐๐ = ๐ด๐ ๐
bรd .................................................................................................... (2-14)
Dengan:
b = Lebar penampang yang tertekan
d = Jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan baja tari
28
Persamaa diatas disubstitusikan pada persamaan (2-12):
0,85.๐โฒ๐. a๐ .b = ๐๐ . ๐. ๐ . ๐๐ฆ
Atau
๐๐ = 0,85.๐โฒ๐
dรfya๐ =
0,85.๐โฒ๐.b
dรfy๐ฝ1๐๐ .................................................................. (2-15)
Selanjutnya substitusikan nilai ๐๐ dari persamaan (2-11), untuk mendapatkan
persamaan umum rasio tulangan seimbang, ๐๐:
๐๐ =0,85.๐โฒ๐.
fy๐ฝ1 (
600
600+๐๐ฆ) ............................................................................. (2-16)
Secara umum, momen nominal dari suatu balok persegi bertulang tunggal
dihitung dengan mengalikan nilai C atau T.
Mn = 0,85.๐โฒ๐. ๐.b. (๐ โa
2) = ๐ด๐ . ๐๐ฆ. (๐ โ
a
2) ......................................... (2-17)
Untuk mendapatkan besarnya kuat rencana, โ Mn, maka kuat momen
nominal, Mn, harus direduksi dengan cara dikalikan dengan faktor reduksi โ :
โ Mn = โ . ๐ด๐ . ๐๐ฆ. (๐ โa
2) = โ .๐ด๐ . ๐๐ฆ. (๐ โ
๐ด๐ ร๐๐ฆ
1,7f'cรb) .................................. (2-18)
Syarat ini berlaku untuk balok beton non-prategang serta komponen struktur
yang memikul beban aksial kurang dari 0,1f'c๐ด๐.
Regangan penampang pada kondisi seimbang diperoleh:
๐๐ =ab
๐ฝ1=
๐ด๐ ๐ร๐๐ฆ
0,85ร๐โฒ๐ร๐ฝ1ร๐=
๐๐ร๐๐ฆร๐
0,85ร๐โฒ๐ร๐ฝ1 .......................................................... (2-19)
Maka diperoleh pula:
๐ =๐ร๐๐ฆร๐
0,85ร๐โฒ๐ร๐ฝ1 .............................................................................................. (2-20)
29
B. Keruntuhan Tarik
Keruntuhan tarik adalah keruntuhan dimana tulangan baja mengalami leleh
sebelum beton hancur atau mencapai regangan batas tekannya. Keruntuhan ini
terjadi pada penampang dengan rasio tulangan yang kecil.
Gambar 2.12 Penampang Keruntuhan Seimbang dan Penampang Keruntuhan Tarik
Dari kedua persamaan tersebut dapat dinyatakan perbandingan c dan ๐๐:
๐
๐๐=
๐
๐๐ ........................................................................................................... (2-21)
Apabila kedua ruas dibagi dengan d, maka diperoleh:
๐
๐=
๐.๐๐
๐๐.๐ .......................................................................................................... (2-22)
Dari perbandingan segitiga, didapatkan persamaan:
๐
๐=
0,003
0,003+ ๐ก .................................................................................................... (2-23)
๐๐
๐=
0,003
0,003+๐๐ฆ ๐ โ .............................................................................................. (2-24)
Selanjutnya dari persamaan (2-22) dan (2-24):
๐
๐=
๐.๐๐
๐๐.๐=
๐
๐๐(
0,003
0,003+๐๐ฆ ๐ โ) ............................................................................ (2-25)
Substitusikan persamaan (2-25) ke dalam persamaan (2-23)
๐
๐๐=
0,003+๐๐ฆ ๐ โ
0,003+ ๐ก .............................................................................................. (2-26)
Dalam hal desain balok atau komponen struktur lentur lainnya, batas
maksimum rasio tulangan dapat diambil dengan menggunakan nilai ํ๐ก = 0,005,
sehingga dari persamaan (2-26) dapat dirumuskan:
๐๐๐๐๐ = (0,003+๐๐ฆ ๐ โ
0,008) ๐๐ ............................................................................... (2-27)
30
Dengan menggunakan batasan tersebut, maka penampang akan dikategorikan
sebagai penampang terkendali tarik, dan nilai faktor reduksi โ dapat diambil
sebesar 0,9. Sedangkan balok atau komponen struktur dengan ๐ > ๐๐๐๐๐ , maka
akan menghasilkan ํ๐ก yang kurang dari 0,005. Pasal 10.3 SNI 2847:2019
mensyaratkan nilai ํ๐ก tidak boleh kurang dari 0,004, maka persamaan (2-26) akan
menjadi:
๐
๐๐=
0,003+๐๐ฆ ๐ โ
0,007 .............................................................................................. (2-28)
namun faktor โ , tidak dapat diambil sebesar 0,9, karena penampang berada
pada daerah transisi, untuk penampang dengan tulangan nonspiral, maka nilai โ
pada daerah transisi adalah sebesar:
โ ๐ก = 0,65(ํ๐ก โ 0,002)(250 3โ ) = 0,65 + (0,004 โ 0,002)(250 3โ ) = 0,817
C. Keruntuhan Tekan
Keruntuhan tekan adalah keruntuhan dimana beton akan mengalami hancur
sebelum tulangan baja leleh. Keruntuhan terjadi akibat dari penampang rasio
tulangan yang besar. Berlebihannya tulangan baja tarik mengakibatkan garis netral
bergeser ke bawah, hal tersebut akan menyebabkan beton mendahului mencapai
regangan maksimum 0,003 sebelum tulangan baja tariknya luluh.
Gambar 2.13 Penampang keruntuhan Seimband dan Penampang Keruntuhan Tekan
Dari kedua persamaan tersebut dapat dinyatakan perbandingan c dan ๐๐:
๐
๐๐=
๐
๐๐ ........................................................................................................... (2-29)
Apabila kedua ruas dibagi dengan d, maka diperoleh:
๐
๐=
๐.๐๐
๐๐.๐ .......................................................................................................... (2-30)
31
Dari perbandingan segitiga, didapatkan persamaan:
๐
๐=
0,003
0,003+ ๐ก .................................................................................................... (2-31)
๐๐
๐=
0,003
0,003+๐๐ฆ ๐ โ .............................................................................................. (2-32)
Selanjutnya dari persamaan (2-30) dan (2-32):
๐
๐=
๐.๐๐
๐๐.๐=
๐
๐๐(
0,003
0,003+๐๐ฆ ๐ โ) ............................................................................ (2-33)
Substitusikan persamaan (2-31) ke dalam persamaan (2-33)
๐
๐๐=
0,003+๐๐ฆ ๐ โ
0,003+ ๐ก .............................................................................................. (2-34)
Dalam hal desain balok atau komponen struktur lentur lainnya, batas
maksimum rasio tulangan dapat diambil dengan menggunakan nilai ํ๐ก โค ๐๐ฆ ํ๐ โ ,
sehingga dari persamaan (2-34) dapat dirumuskan:
๐๐๐๐๐ = (0,003+๐๐ฆ ๐ โ
0,003+๐๐ฆ ๐ โ) ๐๐ ............................................................................... (2-35)
๐๐๐๐๐ = ๐๐
2.3.2.2 Balok Persegi Bertulang Tunggal
Balok persegi bertulang tunggal bertujuan untuk menahan lentur akibat beban
luar yang bekerja pada suatu balok tersebut. Dasar perencanaan adalah
kesetimbangan antara momen tahanan MR dan momen luar Mn , dimana momen
tahanan berasal dari momen kopel antara beton tekan dan baja tarik, sedangkan
momen luar berasal dari beban luar yang bekerja pada balok.
Dengan memanfaatkan hubungan internal yang sudah dikenal pada waktu
membahas keruntuhan seimbang balok sebelumnya, kemudian dilakukan
modifikasi-modifikasi tertentu agar proses perencanaan dapat lebih di
sederhanakan, yaitu :
๐๐ = โ C z= โ 0,85.๐โฒ๐. ๐.b (๐ โ๐
2) .......................................................... (2-36)
Dimana : ๐ด๐ ๐ = ๐ b d; ๐ = ๐ด๐ ร๐๐ฆ
0,85.๐โฒ๐.b
Dengan menggunakan rumus-rumus tersebut dapat dilakukan peyederhanaan
sedemikian rupa sehingga,
๐ = ๐ด๐ ร๐๐ฆ
0,85.๐โฒ๐.b=
๐ b dร๐๐ฆ
0,85.๐โฒ๐.b=
๐ dร๐๐ฆ
0,85.๐โฒ๐
32
Kemudian ditetapkan nilai ๐ = ๐๐๐ฆ
๐โฒ๐
Maka, ๐ = ๐๐
0,85
Masukkan dalam persamaan (2-28)
๐๐ = โ 0,85.๐โฒ๐. (๐๐
0,85) .b (๐ โ ๐
d
2.0,85)
๐๐ = โ b ๐2๐๐โฒ๐(1 โ 0,59๐) ........................................................................ (2-37)
Dari persamaan tersebut didapat bilangan k, sebagai berikut:
๐= ๐๐โฒ๐(1 โ 0,59๐)
Bilangan k disebut sebagai koefisien tahanan yang nilainya tergantung pada
๐, ๐๐โฒ dan ๐๐ฆ.
Dengan demikian persamaan (2-37) menjadi
๐๐ = โ b ๐2๐
Langkah-Langkah Perencanaan:
k = ๐๐ข
โ .๐.๐2
ฯ = 0,85 โ โ0,72 โ 1,7๐พ
๐๐โฒ
Pemeriksaan Rasio Tulangan Tarik
ฯ = ฯ.๐๐ โฒ
๐๐ฆ
ฯb = 0,85.๐๐โฒ.๐ฝ1
๐๐ฆ(
600
(600+๐๐ฆ))
๐๐๐๐ฅ = 0,625 ฯb (untuk ๐๐ฆ = 400 ๐๐๐); ๐๐๐๐ = 1,4
๐๐ฆ
Pemeriksaan Rasio Tulangan
๐๐๐๐ >๐<๐๐๐๐ฅ (Keruntuhan Seimbang)
๐ > ๐๐๐๐ (Keruntuhan Tarik)
๐ < ๐๐๐๐ฅ (Keruntuhan Tekan)
Luas Tulangan Pokok
๐ด๐ = ฯ. b. d๐๐๐๐๐๐๐
Pemeriksaan b pakai
๐๐๐๐๐๐ = 2 ร selimut beton + 2 ร โ ๐ ๐๐๐๐๐๐๐ + ๐ โ tulangan + (๐ โ
1) ๐๐๐๐๐ ๐ก๐ข๐๐๐๐๐๐
33
Jika b pakai < b rencana maka digunakan tulangan satu lapis
Jika b pakai > b rencana maka digunakan tulangan dua lapis
Pemeriksaan d pakai
๐๐๐๐๐๐ = h โ ๐ ๐๐๐๐๐ข๐ก ๐๐๐ก๐๐ โ โ ๐ ๐๐๐๐๐๐๐ โ1
2โ tulangan pokok
๐๐๐๐๐๐ > ๐๐๐๐๐๐๐๐ (OK)
Pemeriksaan Tulangan Penampang
a = ๐ด๐ ร๐๐ฆ
0,85ร๐๐โฒร๐
Momen Nominal Penampang
๐๐ = ๐ด๐ ๐๐ฆ (๐ โ๐
2)
Momen Tahanan Penampang
๐๐ = ๐๐๐ ํ๐
Kontrol
๐๐ > ๐๐ข (OK)
2.3.2.3 Balok Persegi Bertulang Rangkap
Balok bertulang rangkap merupakan penampang balok yang didesain
memiliki tulangan tarik dan tulangan tekan. Penggunaan tulangan tekan sering
dijumpai pada daerah momen negatif dari suatu balok menerus atau di tengah
bentang dari suatu balok yang cukup panjang dan memikul beban yang berat serta
persyaratan kontrol lendutan cukup ketat.
Keuntungan yang diperoleh dengan menambahkan tulangan tekan pada
penampang beton bertulang, yaitu:
a) Mengurangi lendutan jangka panjang
Fungsi utamayang paling penting dari penambahan tulangan tekan adalah
mengurangi lendutan jangka panjang akibat beban yang secara kontinu
bekerja pada balok.
b) Meningkatkan daktilitas
Penambahan tulangan tekan dapat mengurangi tinggi blok tegangan tekan
ekuivalen beton, a. Dengan berkurangnya a, maka regangan pada tulangan
tarik akan naik, dan menghasilkan perilaku balok yang lebih daktail.
c) Menghasilkan keruntuhan tarik pada struktur
34
Ketika ๐>๐๐, maka balok akan mengalami keruntuhan yang bersifat getas,
ketika daerah tekan beton hancur sebelum tulangan baja mengalami luluh.
Apabilapada balok tersebut diberikan tulangan tekan yang mencukupi,
maka kehancuran beton dapat dicegah hinngga tulangan baja tarik dapat
mengalami lu;uh terlebih dahulu. Pada kasus ini balok akan mengalami
keruntuhan yang daktail.
2.3.2.4 Tulangan Tekan Sudah Luluh
Momen internal balok bertulang rangkap dapat dibedakan menjadi dua
macam, yaitu Mu1 adalah momen internal yang dihasilkan dari gaya tekan pada
beton dan gaya tarik ekuivalen pada tulangan baja, As1. Sedangkan Mu2 merupakan
momen internal tambahan yang diperoleh dari gaya tekan pada tulangan tekan Aโs
dan gaya tarik pada tulangan tarik tambahasan As2.
Momen Mu1 merupakan momen yang diperoleh dari balok tulangan tunggal
sebagai berikut:
๐1 = ๐ถ1 .......................................................................................................... (2-38)
๐ด๐ 1.๐๐ฆ = 0,85. ๐โฒ๐. ๐. ๐ .................................................................................. (2-39)
๐ = ๐ด๐ 1ร๐๐ฆ
0,85ร๐โฒ๐ร๐ ............................................................................................. (2-40)
๐๐ข1 = โ ๐ด๐ 1 ๐๐ฆ (๐ โ๐
2) ................................................................................ (2-41)
Gambar 2.14 Penampang Persegi dengan Tulangan rangkap dan Diagram Regangan
Syarat batasan tulangan untuk As1, adalah bahwa harus dipenuhi (๐1 =
๐ด๐ 1 ๐๐โ ) < ๐๐๐๐๐ untuk penampang terkendali tarik dari balok bertulang tunggal,
seperti dalam persamaan (2-27). Selanjutnya Mu2 dapat dihitung dengan
mengasumsikan tulangan tekan, Asโ sudah luluh:
35
๐๐ข2 = โ ๐ด๐ 2๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ) = โ ๐ด๐ โฒ ๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ) .................................................... (2-42)
Dalam hal ini ๐ด๐ 2 = ๐ด๐ โฒ, menghasilkan gaya yang sama besar namun
berlawanan arah seperti ditunjukkan pada gambar 2.12. dan akhirnya momen
nominal total dari suatu balok bertulang rangkap diperoleh dengan menjumlahkan
Mu1 dan Mu2:
โ ๐๐ = ๐๐ข1 + ๐๐ข2 = โ [๐ด๐ 1๐๐ฆ (๐ โ๐
2) + ๐ด๐
โฒ ๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ)] .......................... (2-43)
Luas total tulangan baja tarik yang digunakan adalah jumlah dari As1 dan As2,
sehingga:
๐ด๐ = ๐ด๐ 1 + ๐ด๐ 2 = ๐ด๐ 1 + ๐ดโฒ๐ ........................................................................ (2-44)
Atau
๐ด๐ 1 = ๐ด๐ โ ๐ดโฒ๐ .............................................................................................. (2-45)
Selanjutnya persamaan (2-30) dan (2-33) dapa dituliskan pula dalam bentuk:
๐ = (๐ด๐ 1โ๐ด๐
โฒ )ร๐๐ฆ
0,85ร๐๐โฒร๐ ............................................................................................. (2-46)
โ ๐๐ = ๐๐ข1 + ๐๐ข2 = โ [(๐ด๐ โ ๐ดโฒ๐ )๐๐ฆ (๐ โ๐
2) + โ ๐ด๐
โฒ ๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ)] ............. (2-47)
Serta diperoleh pula syarat batas maksimum rasio tulangan:
(๐ โ ๐โฒ) < ๐๐๐๐๐ = ๐๐ (0,003+๐๐ฆ ๐ โ
0,008) ............................................................ (2-48)
Gambar 2.15 Balok dengan Tekan: (1) sudah luluh; (2) belum luluh
Dalam analisis yang sudah dilakukan, digunakan asumsi bahwa tulangan
tekan sudah luluh dari gambar 2.12, apabila tulangan tekan sudah luluh maka
dipenuhi:
ํ๐ โฒ โฅ ํ๐ฆ =
๐๐ฆ
๐ธ๐ .................................................................................................. (2-49)
36
Dari kesamaan segitiga di atas sumbu netral, serta dengan menggunakan ๐ธ๐ =
200.000 ๐๐๐, maka:
๐
๐โฒ=
0,003
0,003โ๐๐ฆ
๐ธ๐
=600
600โ๐๐ฆ
Atau
๐ = (600
600โ๐๐ฆ) ๐โฒ .............................................................................................. (2-50)
Mengingat bahwa: ๐ด๐ 1๐๐ฆ = 0,85 ร ๐๐โฒ๐๐
Serta ๐ด๐ 1 = ๐ด๐ โ ๐ดโฒ๐ dan ๐1 = (๐ โ ๐โฒ)
Maka dapat diperoleh hubungan sebagai berikut:
(๐ โ ๐โฒ)๐๐๐๐ฆ = 0,85๐โฒ๐๐๐
Atau
(๐ โ ๐โฒ) = 0,85 (๐โฒ๐
๐๐ฆ) (
๐
๐) ............................................................................. (2-51)
Dengan mengingat pula hubungan ๐ = ๐ฝ1๐, serta persamaan (2-50), maka
diperoleh:
๐ = ๐ฝ1๐ = ๐ฝ1 (600
600โ๐๐ฆ) ๐โฒ .............................................................................. (2-52)
Maka persamaan (2-51) dapat dituliskan kembali menjadi:
(๐ โ ๐โฒ) = 0,85๐ฝ1 (๐๐
โฒ
๐๐ฆ) (
๐โฒ
๐) (
600
600โ๐๐ฆ) ........................................................... (2-53)
Selain itu, dari persamaan (2-53) dapat diturunkan suatu syarat pemeriksaan
apakah tulangan tekan sudah luluh atau belum, yaitu:
(๐ โ ๐โฒ) โฅ 0,85๐ฝ1 (๐โฒ๐
๐๐ฆ) (
๐โฒ
๐) (
600
600โ๐๐ฆ) .......................................................... (2-54)
2.3.2.5 Tulangan Tekan Belum Luluh
Apabila:
(๐ โ ๐โฒ) < 0,85๐ฝ1 (๐โฒ๐
๐๐ฆ) (
๐โฒ
๐) (
600
600โ๐๐ฆ) = ๐พ
Maka tulangan baja belum luluh atau dapat dikatakan pula bahwa jika
(๐ โ ๐โฒ) < ๐พ, tulangan baja tarik akan luluh sebelum beton mencapai regangan
maksimumnya sebesar 0,003, dan regangan pada tulangan tekan, ํโฒ๐ , belum
37
mencapai ํ๐ฆ pada saat terjadi keruntuhan. Luluhnya tulangan tekan juga
dipengaruhi oleh letaknya terhadap serat terluar, ๐โฒ. Semakin tinggi rasio ๐โฒ ๐โ
berarti tulangan tekan semakin dekat dengan sumber netral, maka semakin kecil
kemungkinan tulangan tekan mencapai kuat luluhnya. ํ๐ = 0,003
Dari gambar 2.10, dengan menggunakan perbandingan segitiga, diperoleh:
ํโฒ๐ = 0,003 (๐โ๐โฒ
๐)
๐๐ โฒ = ๐ธํโฒ๐ = 200.000 (0,003) (
๐โ๐โฒ
๐) = 600 (
๐โ๐โฒ
๐)
dengan memperhitungkan luas beton yang ditempati oleh tulangan baja, maka
dapat dituliskan rumusan untuk besarnya gaya tekan pada tulangan, ๐ถ๐ , dan gaya
tekan pada beton, ๐ถ๐, sebagai berikut
๐ถ๐ = ๐ดโฒ๐ (๐โฒ๐ โ 0,85๐โฒ๐) = ๐ดโฒ๐ [600 (๐โ๐โฒ
๐) โ 0,85๐โฒ๐]
๐ถ๐ = 0,85๐โฒ๐๐ฝ1๐๐
Karena ๐ = ๐ด๐ ๐๐ฆ = ๐ถ๐ +๐ถ๐, maka:
๐ด๐ ๐๐ฆ = 0,85๐โฒ๐๐ฝ1๐๐ + ๐ดโฒ๐ [600 (๐โ๐โฒ
๐) โ 0,85๐โฒ๐]
Apabila diatur kembali, maka persamaan diatas dapat dituliskan dalam bentuk
(0,85๐โฒ๐๐ฝ1๐)๐2 + [(600๐ดโฒ๐ ) โ (0,85๐โฒ๐๐ดโฒ๐ ) โ ๐ด๐ ๐๐ฆ]๐ โ 600๐ดโฒ๐ ๐โฒ = 0 ... (2-55)
Persamaan diatas identik dengan persamaan berikut:
๐พ1๐2 + ๐พ2๐ + ๐พ3 = 0 ................................................................................... (2-56)
Dengan :
๐พ1 = 0,85๐โฒ๐๐ฝ1๐
๐พ2 = ๐ดโฒ๐ (600 โ 0,85๐โฒ๐) โ ๐ด๐ ๐๐ฆ
๐พ3 = โ600๐ดโฒ๐ ๐โฒ
Nilai c dalam persamaan (2-56) dapat dihitung dengan rumus ABC
sederhana, yaitu:
๐ =โ๐พ2ยฑโ๐พ2
2โ4๐พ1๐พ3
2๐พ1 ........................................................................................ (2-57)
Dengan deketahuinya c, fโs, a, ๐ถ๐, dan ๐ถ๐ , dapat dihitung demikian pula
dengan kuat momen rencana penampang:
38
โ ๐๐ = โ [๐ถ๐ (๐ โ๐
2) + ๐ถ๐ (๐ โ ๐โฒ)] ............................................................ (2-58)
Bila tulangan tekan belum luluh, ๐โฒ๐ < ๐๐ฆ, maka luas total tulangan tarik yang
dibutuhkan untuk suatu penampang persegi adalah:
๐๐๐๐ ๐ด๐ = ๐๐๐๐๐ + ๐ดโฒ๐
๐โฒ๐
๐๐ฆ= ๐๐ (๐๐๐๐๐ +
๐๐โฒ๐
๐๐ฆ) ...................................... (2-59)
Atau jika dinyatakan dalam rasio tulangan, maka persamaan (2-59) dapat dibagi
dengan bd.
(๐ โ ๐โฒ๐๐โฒ๐
๐๐ฆ) < ๐๐๐๐๐ .................................................................................... (2-60)
Dengan ๐๐๐๐๐ adalah rasio tulangan maksimum untuk penampang yang
bertulang tunggal (persamaan 2-28).
Berdasarkan SNI 2847:2019 Pasal 10.2.7.3, untuk ๐โฒ๐ antara 17 dan 28 Mpa.
๐ฝ1 harus diambil sebesar 0,85. Untuk ๐โฒ๐ di atas 28 Mpa, ๐ฝ1 harus direduksi sebesar
0,05 untuk setiap kelebihan kekuatan sebesar 7 Mpa di atas 28 Mpa, tetapi ๐ฝ1 tidak
boleh diambil kurang dari 0,65.
Langkah-Langkah Perencanaan:
k = ๐๐ข
โ .๐.๐
dimana k adalah faktor tahanan
ฯ = 0,85 โ โ0,72 โ 1,7๐พ
๐๐โฒ
Pemeriksaan Rasio Tulangan Tarik
ฯ = ฯ.๐๐ โฒ
๐๐ฆ
๐๐ = 0,85.๐๐ โฒ.๐ฝ1
๐๐ฆ(
600
(600+๐๐ฆ))
๐๐๐๐ฅ = 0,625 ฯb (untuk ๐๐ฆ = 400 ๐๐๐)
๐๐๐๐ = 1,4
๐๐ฆ
Pemeriksaan Rasio Tulangan
๐๐๐๐ >๐<๐๐๐๐ฅ (Keruntuhan Seimbang)
๐ > ๐๐๐๐ (Keruntuhan Tarik)
๐ < ๐๐๐๐ฅ (Keruntuhan Tekan)
39
Luas Tulangan Pokok
๐ด๐ = ฯ. b. d๐๐๐๐๐๐๐
Pemeriksaan b pakai
๐๐๐๐๐๐ = 2 ร selimut beton + 2 ร โ ๐ ๐๐๐๐๐๐๐ + ๐ โ tulangan + (๐ โ
1) ๐๐๐๐๐ ๐ก๐ข๐๐๐๐๐๐
Jika b pakai < b rencana maka digunakan tulangan satu lapis
Jika b pakai > b rencana maka digunakan tulangan dua lapis
Pemeriksaan d pakai
๐๐๐๐๐๐ = h โ ๐ ๐๐๐๐๐ข๐ก ๐๐๐ก๐๐ โ โ ๐ ๐๐๐๐๐๐๐ โ1
2โ tulangan pokok
๐๐๐๐๐๐ > ๐๐๐๐๐๐๐๐ (OK)
Pemeriksaan Tulangan Penampang
๐ = ๐ด๐ ร๐๐ฆ
0,85ร๐๐โฒร๐
Momen Nominal Penampang
๐๐ = ๐ด๐ ๐๐ฆ (๐ โ๐
2)
Momen Tahanan Penampang
๐๐ = ๐๐๐
Kontrol
๐๐ > ๐๐ข (OK)
2.3.3 Kolom Beton Bertulang
Kolom adalah komponen struktur vertikal yang berfungsi untuk memikul
beban aksial tekan (dengan atau tanpa adanya momen lentur). Kolom harus
dirancang untuk menahan gaya aksial serta kondisi pembebanan yang
menghasilkan momen maksimum dari beban terfaktor pada semua lantai atau atap.
Dalam menghitung momen beban gravitasi pada kolom diizinkan untuk
mengasumsikan ujung kolom yang dibangun menyatu dengan struktur sebagai
terjepit.
40
2.3.3.1 Kolom Pendek Eksentrisitas Kecil
Menurut Nawi (1990), apabila kolom runtuh dengan kegagalan materialnya
yaitu lelehnya tulangan baja dan hancurnya beton, maka kolom digolongkan
sebagai kolom pendek. Apabila kolom beton bertulang pendek hanya dibebani gaya
aksial secara konsentrik, maka kolom akan memberikan reaksi/perlawanan (kolom
mempunyai kekuatan) dalam 2 komponen, yaitu:
Gambar 2.16 Gaya Aksial Konsentrik pada Kolom
a) Sumbangan Beton : ๐ถ๐ = 0,85๐โฒ๐(๐ด๐ โ ๐ด๐ ๐ก)
Dimana: ๐ด๐ = Luas penampang kolom total (termasuk luas penampang
tulangan)
๐ด๐ ๐ก = Luas total penampang tulangan
Penggunaan nilai 0,85 pada kekuatan kolom dari sumbangan beton didasari
atas adanya perbedaan kuat tekan beton pada elemen struktur aktual terhadap
kuat tekan beton silinder ๐โฒ๐.
b) Sumbangan Baja : ๐๐ = ๐๐ฆ. ๐ด๐ ๐ก
Sehingga kekuatan nominal total kolom pendek yang dibebani secara aksial
adalah:
๐๐ = ๐0 = ๐ถ๐ + ๐๐ = 0,85๐โฒ๐(๐ด๐ โ ๐ด๐ ๐ก) + ๐๐ฆ. ๐ด๐ ๐ก ................................. (2-61)
Pada kondisi di lapangan cukup sulit dipastikan bahwa gaya aksial yang
bekerja pada kolom dalam keadaan konsentrik, sehingga pada perencanaan perlu
diperhitungkan eksentrisitas minimum.
41
Eksentrisitas minimum tersebut harus diambil minimal:
โข 0,1 lebar kolom untuk kolom dengan tulangan pengikat sengkang
โข 0,05 lebar kolom untuk kolom dengan tulangan pengikat spiral
Gambar 2.17 Keadaan Seimbang Diagram Tegangan Regangan Kolom Persegi
Perhitungan eksentris minimum dapat dihindari (boleh tidak dilakukan) bila
kekuatan penampang ๐0 direduksi sebesar 15% untuk kolom dengan pengikat
spiral dan 20% untuk kolom dengan pengikat sengkang. Sehingga kekuatan
nominal penampang kolom setelah direduksi untuk antisipasi eksentrisitas
minimum menjadi (SNI 2847:2019 Pasal 10.3.6.2):
Kuat aksial sengkang persegi:
โ ๐๐ = โ 0,80[0,85๐โฒ๐๐ด๐ + ๐ด๐ ๐ก(๐๐ฆ โ 0,85๐โฒ๐)] ....................................... (2-62)
Kuat aksial sengkang persegi:
โ ๐๐ = โ 0,85[0,85๐โฒ๐๐ด๐ + ๐ด๐ ๐ก(๐๐ฆ โ 0,85๐โฒ๐)] ....................................... (2-63)
Dengan:
โ = 0,65 untuk sengkang persegi
โ = 0,75 untuk sengkang spiral
๐ด๐ = Luas total penampang kolom
๐ด๐ ๐ก = Tulangan baja
Pada kondisi di lapangan dapat digunakan rasio tulangan memanjang, ๐๐,
sebesar 1% hingga maksimum 8% terhadap luas penampang kolom beton.
42
2.3.3.2 Kolom pendek Eksentrisitas Besar
Pada saat kolom diberi beban tekan eksentris dengan eksentrisitas yang besar,
maka akan terjadi keruntuhan tarik. Keruntuhan tarik pada kolom diakibatkan oleh
luluhnya tulangan baja dan hancurnya beton pada saat regangan tulangan baja
melampaui ํ๐ฆ = ๐๐ฆ ๐ธ๐ โ . Dalam kasus ini kuat tekan nominal penampang, ๐๐ akan
lebih kecil dari ๐๐, atau eksentrisitas, ๐ = ๐๐ ๐๐โ lebih besar dari eksentrisitas pada
kondisi seimbang, ๐๐.
Gambar 2.18 Ilustrasi Kolom Bereksentris
Kesetimbangan gaya-gaya, โ ๐ป = 0, pada penampang kolom pendek dengan
beban aksial eksentrisitas besar adalah sebagai berikut:
๐๐ = ๐๐ท1 + ๐๐ท2 โ ๐๐ ................................................................................... (2-64)
๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ + ๐ดโฒ๐ ๐โฒ๐
โ ๐ด๐ ๐๐ ................................................................... (2-65)
Apabila tulangan tekan dan tarik eksentris, ๐ด๐ = ๐ดโฒ๐ , maka:
๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ ............................................................................................. (2-66)
Nilai kesetimbangan momen terhadap titik berat geometris dimana jarak e
ditentukan, menghasilkan persamaan berikut:
๐๐ = ๐๐๐
๐๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ (โ
2โ
๐
2) + ๐ดโฒ๐ ๐โฒ
๐ฆ(
โ
2โ ๐โฒ) + ๐ด๐ ๐๐ฆ (๐ โ
โ
2)
๐๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ (โ
2โ
๐
2) + ๐ด๐ ๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ) ................................................... (2-67)
Dengan melakukan substitusi nilai ๐๐๐ didapatkan persamaan:
๐๐๐ = ๐๐ (โ
2โ
๐๐
1,70๐โฒ๐๐) + ๐ด๐ ๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ) ....................................................... (2-68)
(๐๐)2
1,70๐โฒ๐๐โ ๐๐ (
โ
2โ ๐) โ ๐ด๐ ๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ) = 0 .................................................... (2-69)
43
Dari persamaan (2-58) dan (2-59) didapat persamaan untuk ๐๐ sebagai
berikut:
๐๐ = 0,85๐โฒ๐๐ [(โ
2โ ๐) + โ(
โ
2โ ๐)
2
+2๐ด๐ ๐๐ฆ(๐โ๐โฒ)
0,85๐โฒ๐๐] .................................... (2-70)
Jika nilai ๐ =๐๐ฆ
0,85๐โฒ๐๐ dan ๐ = ๐โฒ =
๐ด๐
๐๐, maka nilai ๐๐ dapat disusun ulang,
dan diperoleh nilai sebagai berikut:
๐๐ = 0,85๐โฒ๐๐๐ [(โโ2๐
2๐) + โ(
โโ2๐
2๐)
2
+ 2๐๐ (1 โ๐โฒ
๐) ] ............................. (2-71)
Gambar 2.19 Regangan Kolom Eksentrisitas Besar
Proses perhitungan akan lebih mudah jika keseimbangan momen
diperhitungkan terhadap titik berat tulangan tarik. Maka eksentrisitas
diperhitungkan sebagai berikut:
๐โฒ = [๐ + (๐ โโ
2)] ......................................................................................... (2-72)
(โโ2๐
2๐) = 1 โ
๐โฒ
๐ .............................................................................................. (2-73)
๐๐ = 0,85๐โฒ๐๐๐ [(1 โ๐โฒ
๐) + โ(1 โ
๐โฒ
๐)
2
+ 2๐๐ (1 โ๐โฒ
๐) ] .......................... (2-74)
2.3.3.3 Asumsi Desain dan Faktor Reduksi Kekuatan
Dalam perencanaan elemen kolom, ada beberpaa asumsi desain yang
diisyaratkan dalam SNI 2847:2019 Pasal 10.2, diantaranya adalah:
a) Regangan pada beton dan baja dianggap proposrsional terhadap jarak ke
sumbu netral.
b) Kesetimbangan gaya dan kompatibilitas regangan harus dipenuhi.
c) Regangan tekan maksimum pada beton dibatasi sebesar 0,003.
d) Kekuatan beton di daerah tarik dapat diabaikan.
44
e) Tegangan pada tulangan baja adalah ๐๐ = ํ๐ธ๐ < ๐๐ฆ
f) Blok tegangan beton dianggap berbentuk persegi sebesar 0,85๐โฒ๐ yang
terdistribusi merata dari serat tekan terluar hingga setinggi ๐ = ๐ฝ1๐,
dengan c adalah jarak dari serat tekan terluar ke sumbu netral penampang.
Nilai ๐ฝ1 adalah 0,85, jika ๐โฒ๐ < 30 ๐๐๐. Nilai ๐ฝ1 akan berkurang 0,05
setiap kenaikan 7 Mpa, namun tidak boleh diambil kurang dari 0,65.
Faktor reduksi kekuatan โ , dapat bervariasi tergantung beberapa kondisi:
โข Apabila ๐๐ข = โ ๐๐ โฅ 0,1๐โฒ๐๐ด๐, maka โ = 0,65 untuk kolom dengan
sengkang persegi, dan โ = 0,75 untuk kolom dengan sengkang spiral.
Kondisi ini terjadi apabila keruntuhan yang direncanakan adalah
keruntuhan tekan.
โข Penampang dengan regangan tarik tulangan baja terluar, ํ๐ก, berada antara
0,002 dan 0,005 (daerah transisi). Nilai โ akan bervariasi antara 0,90 dan
0,65 atau 0,75.
โ = 0,75 + (ํ๐ก โ 0,002)(50) (untuk tulangan spiral)
โ = 0,65 + (ํ๐ก โ 0,002) (250
3) (untuk tulangan non-spiral)
Sebagai alternatif, nilai โ pada daerah transisi dapat ditentukan sebagai
rasio c/d1 untuk ๐๐ฆ = 400 ๐๐๐ sebagai berikut:
โ = 0,75 + 0,15 [1
๐/๐1โ
5
3] (untuk tulangan spiral)
โ = 0,65 + 0,25 [1
๐/๐1โ
5
3] (untuk tulangan non-spiral)
Gambar 2.20 Variasi Nilai โ Terhadap Nilai Regangan Tarik Tulangan Baja
Sumber : SNI 1727 2013
45
Dengan:
๐ = tinggi sumbu netral pada kuat nominal
๐1 = jarak dari serat tekan beton terluar ke tulangan tarik terluar
โข Jika ๐๐ข = 0 atau kasus lentur murni, maka โ = 0,90 untuk penampang
terkendali tarik, dan bervariasi antara 0,90 dan 0,65 atau 0,75 untuk
penampang pada daerah transisi.
2.3.3.4 Jenis-Jenis Keruntuhan pada Kolom
A. Kolom dengan Keruntuhan Seimbang
Gambar 2.21 Diagram Regangan dan Tegangan Kolom dengan Keruntuhan Seimbang
Pada saat bersamaa tulangan baja tarik mengalami regangan leleh ํ๐ = ํ๐ฆ dan
beton mengalami regangan batasnya ํ๐๐ข = 0,003. (๐ท๐ = ๐ท๐๐)
Garis netral pada kondisi seimbang
๐๐
๐=
0,003
0,003+๐๐ฆ
๐ธ๐
............................................................................................... (2-75)
Atau jika nile E, diambil sebesar 200.000 Mpa, maka:
๐๐ = (600
600+๐๐ฆ) ๐ .......................................................................................... (2-76)
๐๐ = ๐ฝ1๐๐ = (600
600+๐๐ฆ) ๐ฝ1๐ ......................................................................... (2-77)
Tegangan pada tulangan tekan:
๐โฒ๐ = ๐ธ๐ ํโฒ๐ = 600 (๐โ๐โฒ
๐) โค ๐๐ฆ .................................................................. (2-78)
Kapasitas penampang:
๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐๐ + ๐ดโฒ๐ ๐โฒ๐ฆ
โ ๐ด๐ ๐๐ฆ .......................................................... (2-79)
๐๐๐ = ๐๐๐๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐๐ (๐ฆ โ๐๐
2) + ๐ดโฒ๐ ๐โฒ
๐ฆ(๐ฆ โ ๐) + ๐ด๐ ๐๐ฆ(๐ โ ๐ฆ) . (2-80)
46
Eksentrisitas pada kondisi seimbang:
๐๐ =๐๐๐
๐๐๐ ..................................................................................................... (2-81)
B. Kolom dengan Keruntuhan Tarik
Gambar 2.22 Diagram Regangan Tegangan Kolom dengan Keruntuhan Seimbang
Lelehnya tulangan tarik baja dan hancurnya beton pada saat tulangan baja
melampaui ํ๐ฆ = ๐๐ฆ ๐ธ๐ โ . Eksentrisitas yang terjadi adalah: ๐ > ๐๐ atau (๐ท๐ < ๐ท๐๐).
Apabila Tegangan pada tulangan tekan, ๐ดโฒ๐ belum leleh:
๐โฒ๐ = ๐ธ๐ ํโฒ๐ = 600 (๐โ๐โฒ
๐) โค ๐๐ฆ
Apabila Tegangan pada tulangan tekan sudah leleh, ๐ดโฒ๐ = ๐ด๐ :
๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ + (๐ดโฒ๐ ๐โฒ๐ฆ
โ ๐ด๐ ๐๐ฆ)
๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐
๐๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ (๐ฆ โ๐
2) + ๐ดโฒ๐ ๐โฒ
๐ฆ(๐ฆ โ ๐โฒ) โ ๐ด๐ ๐๐ฆ(๐ โ ๐ฆ)
๐๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ (๐ฆ โ๐
2) + ๐ด๐ ๐๐ฆ(๐ โ ๐โฒ) .............................................. (2-82)
Jika, ๐ =๐๐ฆ
0,85๐โฒ๐ dan ๐ =
๐ด๐
๐๐; maka:
๐๐ = 0,85๐โฒ๐๐๐ [(โโ2๐
2๐) + โ(
โโ2๐
2๐)
2
+ 2๐๐ (1 โ๐โฒ
๐) ] .......................... (2-83)
47
C. 2.3.3.4.3 Kolom dengan Keruntuhan Tekan
Gambar 2.23 Diagram Regangan dan Tegangan Kolom dengan Keruntuhan Seimbang
Beton akan mengalami hancur sedangkan tulangan tarik baja belum leleh.
Eksentrisitas yang terjadi adalah: ๐ > ๐๐ atau (๐ท๐ > ๐ท๐๐).
Langkah-langkah rumus hamper sama dengan keruntuhan seimbang maupun
keruntuhan tarik, hanya saja yang membedakan dari rumus kapasitas
penampangnya.
Persamaan Whitney:
๐๐ =๐ด๐ ๐๐ฆ
[๐
๐โ๐โฒ]
+๐.โ.๐โฒ๐
(3โ.๐
๐2 )+1,18 ............................................................................... (2-84)
2.3.3.5 Kolom Tulangan Samping dengan Lentur Dua Arah (Biaxial Bending)
Kolom dengan lentur dua arah dapat terjadi apabila ๐๐ bekerja pada sumbu y
dengan eksentrisitas sebesar ๐๐ฆ akan menghasilkan momen terhadap sumbu x
yang besarnya ๐๐๐ฆ = ๐๐๐๐ฆ, ๐๐ Atau dapat juga bekerja pada sumbu x dengan
eksentrisitas sebesar ๐๐ฅ akan menghasilkan ๐๐๐ฅ = ๐๐๐๐ฅ.
Gambar 2.24 Gambar Kolom Lentur Dua Arah
48
Gambar 2.25 Gambar Diagram dan Regangan Kolom dengan Tulangan Samping
(Keruntuhan Simbang)
Langkah-langkah perhitungan kolom biaksial:
๐ =๐๐ข
๐๐ข
๐ธ๐ = 4700 ร โ๐๐โฒ
๐ผ๐ =1
12ร ๐ ร โ3
๐ผ๐ =1
12ร ๐ ร โ3
๐ = 0,3 ร โ3โ
๐ธ.๐ผ๐
๐ฟ๐
๐ธ.๐ผ๐
๐ฟ๐
๐๐ด = 0
๐๐ต =โ
๐ธ.๐ผ๐
๐ฟ๐
โ๐ธ.๐ผ๐
๐ฟ๐
๐ ๐๐ข
๐< 34 โ 12
๐1
๐2
Perhitungan Kolom Pendek Ekivalen
๐ = ๐ด๐ 1ร๐๐ฆ
0,85ร๐๐โฒร๐
๐๐ = ๐ด๐ ๐๐ฆ (๐ โ๐
2)
๐๐ = ๐๐๐
๐๐ > ๐๐ข (OK)
Pemeriksaan ๐ท๐ terhadap beban pada keadaan seimbang โ ๐ท๐๐
๐๐ = (600
600+๐๐ฆ) ๐
49
๐๐ = ๐ฝ1๐๐
๐๐ โฒ = 600 (๐๐โ๐โฒ
๐๐)
๐๐๐๐ = 0,65(0,85๐๐๐๐๐ + ๐ดโฒ๐ ๐โฒ๐
โ ๐ด๐ ๐๐ฆ)
Pemeriksaan kekuatan penampang
๐ =๐๐ฆ
0,85๐โฒ๐
๐ =๐ด๐
๐๐
๐๐ = 0,85๐๐โฒ๐๐ [(โโ2๐
2๐) + โ(
โโ2๐
2๐)
2
+ 2๐๐ (1 โ๐โฒ
๐) ] 10โ3
๐๐๐ = 0,65 ร ๐๐
๐๐๐ > ๐๐ข (OK)
2.3.3.6 Batasan rasio Kelangsingan
Batasan antara kolom pendek dan kolom panjang sangat ditentukan oleh rasio
kelangsingannya. Batasan tersebut diberikan dalam SNI 2847:2019 Pasal 10.10.1
menyatakan bahwa kelangsingan boleh diabaikan dalam kasus berikut:
โข Untuk komponen struktur tekan yang tidak dibresing terhadap goyangan
menyamping (Elemen struktur tekan bergoyang).
๐ ๐๐ข
๐< 22 ........................................................................................ (2-85)
โข Untuk komponen struktur tekan yang dibresing terhadap goyangan
menyamping (Elemen struktur tekan tak bergoyang).
๐ ๐๐ข
๐< 34 โ 12 [
๐1
๐2] โค 40 ............................................................. (2-86)
Dimana:
K = Faktor panjang efektif kolom
๐๐ข = Panjang kolom yang ditopang
R =jari-jari potongan lintang kolom = โ๐ผ
๐ด
Dimana ๐1 dan ๐2 adalah momen ujung terfaktor pada kolom, dengan
๐2 > ๐1. Rasio ๐1
๐2 bernilai positif apabila terjadi kelengkungan tunggal,
dan bernilai negatif apabila terjadi kelengkungan ganda.
50
2.3.3.7 Panjang Efektif Kolom
Panjang efektif kolom merupakan fungsi dari dua buah faktor utama, yaitu :
a) Panjang tak terkekang, ๐ผ๐ข, merupakan tinggi tak terkekang kolom antara dua
lantai tingkst. Nilai ini diukur dari jarak bersih antar pelat lantai, balok, ataupun
elemen struktur lain yang memberikan kekangan lateral pada kolom.
b) Faktor panjang efektif, ๐, adalah rasio antara jarak dua titik dengan momen nol
terhada panjang tak terkekang dari elemen kolom tersebut. Kolom dengan
tumpuan kedua ujung berupa sendi, dengan panjang tak terkekang sebesar ๐ผ๐ข,
dan jarak antara dua titik yang memiliki momen sama dengan nol adalah ๐ผ๐ข,
memiliki faktor panjang efetif , ๐ = ๐๐ข ๐๐ขโ = 1,0. Jika kedua tumpuan ujung
adalah jepit, momen nol terjadi pada jarak ๐๐ข 4โ dari kedua tumpuan, sehingga
๐ = 0,5 ๐๐ข ๐๐ขโ = 0,5. Nilai ๐ dapat ditentukan pula dengan menggunakan
nomogram dengan terlebih dahulu menghitung faktor tahanan ujung ๐๐ด dan ๐๐ต
pada sisi atas dan bawah dari kolom.
๐๐ต =โ๐ธ๐ผ ๐ผ๐โ ๐๐๐๐๐
โ๐ธ๐ผ ๐ผ๐โ ๐๐๐๐๐
๐ ๐๐ข
๐ .............................................................................. (2-87)
Dalam perhitungan nilai ๐ tersebut, dibutuhkan besara jari-jari girasi
penampang yang nilainya sangat ditentukan oleh modulus elasitisitas dan
momen inersia penampang. Untuk modulus elastisitas beton bertulang dapat
diambil menggunakan persamaan empiris:
๐ธ๐ = 0,043. ๐ค1,5โ๐๐โฒ ............................................................................. (2-88)
๐ธ๐ = 4700 ร โ๐๐โฒ .................................................................................. (2-89)
Nilai momen inersia penampang dapat direduksi seperti dicantumkan dalam
peraturan SNI 2847:2019 Pasal 10.10.4.1, sebagai berikut:
Elemen Struktur Tekan:
Kolom ๐ผ = 0,70๐ผ๐
Dinding Geser (tidak retak) ๐ผ = 0,70๐ผ๐
Dinding Geser (retak) ๐ผ = 0,35๐ผ๐
51
Elemen Struktur Lentur:
Balok ๐ผ = 0,35๐ผ๐
Pelat datar dan slab datar ๐ผ = 0,25๐ผ๐
Dengan ๐ผ๐ adalah momen inersia bruto dari penampang. Cara alternatif,
momen inersia untuk elemen struktur tekan dan lentur dapat dihitung dengan
persamaan berikut:
Untuk elemen struktur tekan:
๐ผ = (0,80 + 25๐ด๐ ๐ก
๐ด๐) (1 โ
๐๐ข
๐๐ขโโ 0,5
๐๐ข
๐๐) ๐ผ๐ โค 0,875๐ผ๐ .......................... (2-90)
Dengan ๐๐ข dan ๐๐ข diperoleh dari kombinasi beban yang ditinjau, atau dari
kombinasi ๐๐ข dan ๐๐ข yang menghasilkan nilai terkecil untuk ๐ผ. Nilai ๐ผ sendiri
tidak perlu diambil lebih kecil dari 0,35๐ผ๐.
Untuk elemen struktur lentur:
๐ผ = (0,10 + 25๐) (1,2 โ 0,2๐๐ค๐ข
๐๐) ๐ผ๐ โค 0,5๐ผ๐ ...................................... (2-91)
2.4 Sistem Penahan Gempa
2.4.1 Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM)
Di Indonesia, sistem struktur gedung yang umum digunakan adalah Sistem
Rangka Pemikul Momen. Struktur rangka pemikul momen adalah suatu sistem
struktur berupa portal atau rangka yang terdiri dari komponen horizontal berupa
balok dan komponen vertikal berupa kolom yang dihubungkan secara kaku dan
bekerja secara bersamaan untuk menahan beban-beban yang terjadi pada bangunan
melalui komunisme lentur.
Berdasarkan SNI:1726-2012 sistem rangka pemikul momen merupakan
system struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang yang berfungsi untuk
memikul beban gravitasi secara lengkap. Sedangkan beban lateral dipikul rangka
pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur. SRPM ini dibagi menjadi tiga
jenis, yaitu :
a) Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa (SRPMB)
Sistem ini pada dasarnya memiliki tingkat daktilitas terbatas dan hanya
cocok digunakan di daerah dengan resiko gempa yang rendah.
52
b) Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM)
Sistem ini memiliki tingkat daktilitas sedang dan digunakan di daerah
dengan resiko gempa sedang.
c) Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK)
Sistem ini memiliki tingkat daktilitas yang tinggi atau daktilitas penuh,
sistem ini harus digunakan pada daerah dengan tingkat resiko gempa yang
tinggi.
Masing-masing jenis SRPM dibedakan berdasarkan wilah gempa. Pada saat
gempa terjadi, rangka pemikul momen harus daktil supuya integritasnya tetap
terjaga sehingga bangunan terhindar dari kemungkinan terjadinya keruntuhan pada
struktur secara tiba-tiba. Perilaku daktil ini hanya dapat dicapai apabila pada saat
terbentuknya sendi-sendi plastis pada pelat balok-kolon mampu mentransfer efek
beban lateral gempa tanpa kehilangan kekuatan dan kekakuannya.
2.4.1.1 Komponen Struktur Lentur Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus
(SRPMK)
A. Ruang Lingkup
Gambar 2.26 Penempatan Tulangan pada Slab
(Sumber : SNI 1727 201)3
53
Komponen struktur lentur pada SRPMK harus memenuhi syarat dibawah ini:
(SNI 2847:2019)
1) Gaya tekan aksial terfaktor pada komponen struktur (Pu), tidak boleh
melebihi 0,1๐โฒ๐๐ด๐.
2) Bentang bersih untuk komponen struktur ๐๐, tidak boleh kurang dari empat
kali tinggi efektifnya.
3) Lebar komponen, ๐๐, tidak boleh kurang dari yang lebih kecil dari 0,3โ
dan 250 mm.
4) Lebar komponen struktur ๐๐ค, tidak boleh melebihi lebar komponen
struktur penumpu, ๐2, ditambah suatu jarak pada masing-masing sisi
komponen struktur penumpu yang sama dengan yang lebih kecil dari (a)
dan (b):
(a) Lebar komponen struktur penumpu, ๐2 dan
(b) 0,75 kali dimensi keseluruhan komponen struktur penumpu, ๐1.
B. Tulangan Longitudinal
1) Pada seberang penampang komponen struktur lentur:
โข jumlah tulangan tidak boleh kurang dari:
โข tidak boleh kurang dari
โข rasio tulangan
โข paling sedikit dua batang tulangan harus disediakan menerus pada
kedua sisi atas dan bawah
2) Kekuatan momen positif pada muka joint harus tidak kurang dari setengah
kekuatan momen negatif yang disediakan pada muka joint tersebut. baik
kekuatan momen negatif atau positif pada sembarang penampang
sepanjang panjang komponen struktur tidak boleh kurang dari seperempat
kekuatan momen maksimum yang disediakan pada muka salah satu dari
joint tersebut.
3) Sambungan lewatan tulangan lentur diijinkan hanya jika tulangan
sengkang atau spiral disediakan sepanjang panjang sambungan, spasi
tulangan transversal yang melingkupi batang tulangan yang disambung
54
lewatkan tidak boleh melebihi yang lebih kecil dari d/4 dan 100 mm.
Sambungan lewatan tidak boleh digunakan:
(a) Dalam joint
(b) Dalam jarak dua kali tinggi komponen struktur dari muka joint
(c) Bila analisis menunjukkan pelelehan lentur diakibatkan oleh
perpindahan lateral inelastis rangka.
C. Tulangan Transversal
1) Sengkang harus dipasang pada daerah komponen struktur rangka berikut:
Gambar 2.27 Contoh Sengkang Tertutup Saling Tumpuk dan Ilustrasi Batasan pada Spasi
Horizontal Maximum Batang Tulangan Longitudinal yang ditumpu
(Sumber : SNI 1727 2013)
โข Sepanjang suatu panjang yang sama dengan dua kali tinggi komponen
struktur yang diukir dari muka komponen struktur penumpu ke arah
tengah bentang, di kedua ujung komponen struktur lentur.
โข Sepanjang panjang-panjang yang sama dengan dua kali tinggi
komponen struktur pada kedua sisi suatu penampang dimana pelelehan
lentur sepertinya terjadi dalam hubungan dengan perpindahan lateral
inelastik rangka.
55
2) Sengkang tertutup pertama harus disempatkan tidal lebih dari 50 mm dari
muka komponen struktur penumpu. Spasi sengkang tertutup tidak boleh
melebihi yang terkecil dari (a), (b), (c):
(a) d/4
(b) enam kali diameter terkceil batang tulangan lentur utama tidak
termasuk tulangan kulit longitudinal yang diisyaratkan
(c) 150 mm
3) Bila sengkang tertutup diperlukan, batang tulangan lentur utama yang
terdekat ke muka tarik dan tekan harus mempunyai tumpuan lateral yang
memenuhi syarat. Spasi batang tulangan lentur yang tertumpu secara
transversal tidak boleh melebihi 350 mm. Tulangan kulit yang disyaratkan
tidak perlu tertumpu secara lateral
4) Lewatan Bila sengkang tertutup tidak diperlukan, sengkang dengan kait
gempa pada kedua ujung harus dispasikan dengan jarak tidak lebih dari
d/2 sepanjang panjang komponen struktur.
5) Sengkang atau pengikat yang diperlukan untuk menahan geser harus
berupa sengkang sepanjang panjang komponen struktur
6) Sengkang pada komponen struktur lentur diijinkan terbentuk dari dua
potong tulangan, sebuah sengkang yang mempunyai kait gempa pada
kedua ujungnya dan ditutup oleh pengikat silang. Pengikat silang
berurutan yang mengikat batang tulangan memanjang yang sama harus
mempunyai kait 90 derajat pada sisi komponen struktur lentur yang
berlawanan. Jika batang tulangan memanjang yang diamankan oleh
pengikat silang dikekang oleh slab hanya pada satu sisi komponen struktur
rangka lentur, kait pengikat silang 90 derajat harus ditempatkan pada sisi
tersebut.
D. Persyaratan Tulangan Geser
1) Gaya Desain
Gaya dasar desain, Ve, harus ditentukan dari peninjauan gaya statis pada
bagian komponen struktur antar muka-muka joint. Harus diasumsikan
bahwa momen-momen dengan tanda berlawanan yang berhubungan
56
dengan kekuatan momen lentur yang mungking, Mpr, bekerja pada muka-
muka joint dan bahwa komponen struktur dibebani dengan beban gravitasi
tributary terfaktor sepanjang bentangnya.
2) Tulangan Transversal
Tulangan transversal sepanjang panjang yang diidentifikasi harus
diproporsikan untuk menahan geser dengan mengasumsikan ๐๐ = 0
bilamana keduanya (a) dan (b):
(a) Gaya geser yang ditimbulkan gempa yang dihitung mewakili
setengah atau lebih dari kekuatan geser perlu maksimum dalam
panjang tersebut.
(b) Gaya tekan aksial terfaktor, ๐๐ข termasuk pengaruh gempa kurang
dari 0,2๐โฒ๐๐ด๐
E. Perencanaan Balok SRPMK
Daerah pengekangan pada balok SRPMK terletak pada daerah sendi plastis,
dimana daerah sendi plastis pada balok adalah sepanjang dua kali tinggi balok.
Untuk pengekang pertama harus dipasang pada jarak 50 mm dari muka kolom
terdekat dan selebihnya jarak spasi (pengekang) tidak boleh melebihi yang terkecil
dari:
โข d/4
โข 6db
โข 150 mm
Luas tulangan pengekang senditi tidak boleh kurang dari yang diisyaratkan
dari persamaan di bawah ini:
โข ๐ด๐ โ = 0,3๐ .๐๐.๐๐๐
๐๐ฆ[(
๐ด๐
๐ด๐โ) โ 1]
โข ๐ด๐ โ = 0,09๐ .๐๐.๐๐๐
๐๐ฆ
57
F. Perencanaan Kolom SRPMK
Gambar 2.28 Contoh Tulangan Transversal pada Kolom
Sumber : SNI 1727 2013
Pengekangan pada kolom dipasang disetiap ujung-ujung kolom sepanjang โ๐,
menurut SNI 2847:2019 Pasal 21.6.4.1 panjang โ๐ tidak boleh lebih dari yang
terbesar antara:
โข H kolom
โข 1/6 Ln
โข 450 mm
Seusai SNI 2847:2019 Pasal 21.6.4.3 spasi tulangan pengekang sepanjang
daerah kekangan โ๐ tidak boleh melebihi yang terkecil dari:
โข 14โ ร 600
โข 6 ร diameter tulangan
Untuk menentukan luas tulangan, pengekangan pada kolom dapat
menggunakan persamaan di bawah ini:
โข ๐ด๐ โ = 0,3๐ .๐๐.๐๐๐
๐๐ฆ[(
๐ด๐
๐ด๐โ) โ 1]
โข ๐ด๐ โ = 0,09๐ .๐๐.๐๐๐
๐๐ฆ
58
2.4.2 Dinding Geser
2.4.2.1 Pengertian Dinding Geser (Shear Wall)
Dinding geser adalah struktur dinding vertikal yang digunakan untuk
menahan gaya geser, gaya lateral akibat gempa bumi. Dengan adanya Shear Wall
yang kaku pada bangunan, sebagian besar beban gempa akan terserap oleh dinding
geser tersebut. dinding geser biasanya ditempatkan di luar, di dalam ataupun berupa
inti yang memuat ruang lift atau tangga, perencanaan dinding geser yang baik tidak
terlepas dari pemilihan bentuk dinding, lokasi penempatannya pada denah serta
bentuk ragam keruntuhannya.
2.4.2.2 Klasifikasi Dinding Geser
Berdasarkan letak dan fungsinya, Shear Wall / dinding geser dapat
diklasifikasikan dalam 3 jenis, yaitu:
1) Bearing Wall adalah dinding geser yang juga mendukung sebagian besar
beban gravitasi. Tembok-tembok ini juga menggunakan dinding partisi
antara partemen yang berdekatan.
2) Frame Wall adalah dinding geser yang menahan beban lateral, dimana
beban gravitasi berasal dari frame beton bertulang. Tembok-tembok ini
dibangun di antara baris kolom bagian dalam.
3) Core Wall adalah dinding geser yang terletak di dalam wilayah inti pusat
dalam gedung, yang biasanya di tangga atau poros lift. Dinding yang
terletak di kawasan inti pusat memiliki fungsi ganda dan dianggap menjadi
pilihan ekonomis.
Berdasarkan geometrisnya dinding geser dikategorikan sebagai berikut:
1) Flecural Wall (dinding langsing), yaitu dinding geser yang memiliki rasio
๐๐/๐๐ โฅ ๐, dimana desain dikontrol terhadap prilaku lentur.
2) Squat Wall (dinding pendek), yaitu dindiing geser yang memilki rasio
๐๐/๐๐ โค ๐, dimana desain dikontrol terhadap perilaku lentur.
3) Coupled Shear Wall (dinding berangkai), dimana momen guling yang
terjadi akibat beban gempa ditahan oleh sepasang dinding geser yang
59
dihubungkan dengan balok-balok penghubung sebagai gaya tarik dan
tekan yang bekerja pada masing-masing dasar dinding tersebut.
2.4.2.3 Tulangan Minimum
1) Rasio minimum luas tulangan vertikal terhadap luas bruto beton, ๐โ,
harus:
(a) 0,0012 untuk batang tulangan ulir yang tidak lebih besar dari D-16
dengan fy tidak kurang dari 420 Mpa, atau
(b) 0,0015 untuk batang tulangan ulir lainnya; atau
(c) 0,0012 untuk tulangan kawat las yang tidak lebih besari dari โ -16 atau
D-16
2) Rasio minimum luas tulangan horizontal terhadap luas beton ๐๐ก, harus:
(a) 0,0020 untuk batang tulangan ulir yang tidak lebih besar dari D-16
dengan fy tidak kurang dari 420 Mpa, atau
(b) 0,0025 untuk batang tulangan ulir lainnya; atau
(c) 0,0020 untuk tulangan kawat las yang tidak lebih besari dari โ -16 atau
D-16
2.4.2.4 Batasan Ketinggian Bangunan yang Ditingkatkan untuk Dinding Geser
Beton Bertulang
Batasan ketinggian diijinkan untuk ditingkatkan dari 48 m sampai 72 m untuk
struktur yang dirancang dengan kategori desain seismik D atau E. Apabila struktur
mempunyai sistem penahan gaya gempa berupa dinding geser beton bertulang
cetak-setempat khusus, struktur harus memenuhi persyaratan berikut:
(a) Struktur tidak boleh mempunyai ketidak beraturan torsi yang berlebihan
seperti didefinisikan dalam tabel 2.16 (ketidak beraturan struktur tipe 1b)
(b) Dinding geser beton bertulang cetak-setempat khusus, pada semua
bidang harus menahan tidak lebih dari 60 persen gaya gempa total dalam
setiap arah, dengan mengabaikan pengaruh torsi tak terduga.
60
Tabel 2.14 Ketidakberaturan Horisontal pada Struktur
Tipe dan Penjelasan Ketidakberaturan Pasal
Referensi
Penerapan
Kategori Desain
Seismik
1a. Ketidakberaturan torsi didefinisikan ada jika simpangan
antar lantai tingkat maksimum, torsi yang dihitiung
termasuk tak terduga, di sebuah ujung struktur melintang
terhadap sumbu lebih dari 1,2 kali simpangan antar lantai
tingkat rata-rata di kedua ujung struktur. Persyaratan
ketidakberaturan torsi dalam pasal-pasal referensi berlaku
hanya untuk struktur di mana diafragmanya kaku atau
setengah kaku.
7.3.3.4 D, E, dan F
7.7.3 B, C, D, E, dan F
7.8.4.3 C, D, E, dan F
7.12.1 C, D, E, dan F
Tabel 13 D, E, dan F
12.2.2 B, C, D, E, dan F
1b. Ketidakberaturan torsi berlebihan didefinisikan ada
jika simpangan antar lantai tingkat maksimum, torsi yang
dihitung termasuk tak terduga, di sebuah ujung struktur
melintang terhadap sumbu lebih dari 1,4 kali simpangan
antar lantai tingkat rata-rata di kedua ujung struktur.
Persyaratan ketidakberaturan torsi berlebihan dalam pasal-
pasal referensi berlaku hanya untuk struktur di mana
diafragmanya kaku atau setengah kaku.
7.3.3.1 E dan F
7.3.3.4 D
7.7.3 B, C, dan D
7.8.4.3 C dan D
7.12.1 C dan D
Tabel 13 D
12.2.2 B, C, dan D
2 Ketidakberaturan sudut dalam didefinisikan ada jika
kedua proyeksi denah struktur dari sudut dalam lebih besar
dari 15 persen dimensi denah struktur dalam arah yang di
tentukan.
7.3.3.4 D, E, dan F
Tabel 13 D, E, dan F
3 Ketidakberaturan diskontinuitas diafragma didefinisikan ada jika terdapat diafragma dengan
diskontinuitas atau variasi kekakuan mendadak, termasuk
yang mempunyai daerah terpotong atau terbuka lebih besar
dari 50 persen daerah diafragma bruto yang
melingkupinya, atau perubahan kekakuan diafragma
efektif lebih dari 50 persen dari suatu tingkat ke tingkat
selanjutnya.
7.3.3.4 D, E, dan F
Tabel 13 D, E, dan F
4 Ketidakberaturan pergeseran melintang terhadap
bidang didefinisikan ada jika terdapat diskontinuitas
dalam lintasan tahanan gaya lateral, seperti pergeseran
melintang terhadap bidang elemen vertikal.
7.3.3.3 B, C, D, E, dan F
7.3.3.4 D, E, dan F
7.7.3 B, C, D, E, dan F
Tabel 13 D, E, dan F
12.2.2 B, C, D, E, dan F
5 Ketidakberaturan sistem nonparalel didefinisikan ada
jika elemen penahan gaya lateral vertikal tidak paralel atau
simetris terhadap sumbu-sumbu ortogonal utama sistem
penahan gaya gempa.
7.5.3 C, D, E, dan F
7.7.3 B, C, D, E, dan F
Tabel 13 D, E, dan F
12.2.2 B, C, D, E, dan F
Sumber : SNI 1726 2019
61
2.4.2.5 Pengangkuran Dinding Struktural
Dinding struktural yang berfungsi sebagai penumpu beban vertikal atau
penahan geser lateral untuk bagian struktur harus diangkurkan ke pelat atap dan
seluruh pelat lantai serta elemen-elemen struktur yang memberikan tahanan lateral
untuk dinding atau yang ditumpu oleh dinding. Angkur harus memberikan
sambungan langsung antara dindin-dinding dan konstruksi pelat atap atau
konstruksi pelat lantai. Angkur harus mampu menahan gaya horizontal terfaktor
yang tegak lurus bidang dinding sebesar minimum 0,2 kali berat daerah tributari
dinding pada sambungan, tapi tidak kurang dari 0,24
2.4.2.6 Gaya Pengangkuran Dinding
Pengangkuran dinding struktural pada konstruksi pendukung harus dapat
menyediakan suatu sambungan langsung yang mampu menahan gaya rencana
berikut:
๐น๐ = 0,4๐๐ท๐๐๐๐ผ๐๐๐
๐น๐ tidak boleh diambil kurang dari 0,2๐๐๐ผ๐๐๐
๐๐ = 1,0๐ฟ๐
30
๐๐ tidak perlu diambil sebesar 2,0
Keterangan:
๐น๐ = gaya desain pada angkur-angkur individu
๐๐ท๐ = parameter percepatan respons spectral desain pada perioda pendek
(๐๐ท๐ =2
3๐๐๐)
๐ผ๐ = faktor keutamaan gempa (Tabel 2.4)
๐๐ = faktor amplifikasi untuk fleksibilitas diafragma
๐ฟ๐ = bentang diafragma fleksibel (dalam m) yang memberikan tumpuan lateral
pada dinding; bentang tersebut diukur antara elemen-elemen vertikal yang
menyediakan tumpuan lateral terhadap diafragma tersebut pada araha yang
ditinjau. Nilai ๐ฟ๐ adala 0 untuk diafragma kaku
๐๐ = berat dinding sesuai luasan tributari angkur
62
Bila angkur tidak terletak di atap dan seluruh diafragma tidak fleksibel, maka
nilai yang diperoleh dari ๐น๐ = 0,4๐๐ท๐๐๐๐ผ๐๐๐ diijinkan untuk dikalikan dengan
faktor (1+2๐ง/โ)
3, dimana z adalah tinggi angkur di atas dasar struktur dan h adalah
tinggi atap di atas dasar.
Dinding struktural harus didesain untuk menahan lentur antara angkur-angkur
bila spasi angkur melebihi 1200 mm.
2.4.2.7 Perencanaan Dinding Geser
Pengekangan pada dinding geser terjadi pada daerah elemen pembatas
(boundary element). Elemen pembatas ini ditentukan dengan persamaan:
๐ >๐๐ค
600 ร (๐ฟ๐ขโ๐ค
);
๐ฟ๐ข
โ๐ค> 0,007
Keterangan:
c = panjang dari serat terluar beton ke garis normal. Untuk nilai ๐ฟ๐ข didapat dari
drift hasil analisa menggunakan software
Hw = tinggi dinding geser
Jika nilai ๐ฟ๐ข
โ๐ค< 0,007, maka nilai yang digunakan adalah 0,007.
Jika ๐ <๐๐ค
600ร(๐ฟ๐ข
โ๐ค), maka dinding geser tidak memerlukan tulangan pengekang.
Tulangan pengekang harus dipasang sepanjang elemen pembatas (boundary
element). Untuk panjang elemen pembatas harus dipasang secara horizontal tidak
kurang dari:
โข ๐ โ 0,1๐๐ค
โข ๐2โ
Menentukan luas tulangan pengekangan pada dinding geser juga
menggunakan rumus di bawah ini:
โข ๐ด๐ โ = 0,3๐ .๐๐.๐๐๐
๐๐ฆ[(
๐ด๐
๐ด๐โ) โ 1]
โข ๐ด๐ โ = 0,09๐ .๐๐.๐๐๐
๐๐ฆ
63
2.4.3 Sistem Ganda (Dual System)
pada struktur bangunan tinggi sering digunakan gabungan antara portal
penahan momen dengan dinding geser yang disebut sebagai sistem ganda (dual
system). Sistem ganda (dual system) digunakan terutama pada bangunan tinggi yang
dibangun di daerah yang terkena pengaruh gempa bumi. Struktur sistem ganda
(dual system) memiliki kemampuan yang tinggi dalam memikul gaya geser.
Berdasarkan SNI 03-1726-2012 sistem ganda terdiri dari :
a) Rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi,
b) Pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka
pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah
mampu memikul sekurang-kurangnya 25% dari seluruh beban lateral,
c) Kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersama-sama seluruh
beban lateral dengan memperhatikan interaksi/sistem ganda.
Gambar 2.29 Interaksi Rangka dan Dinding dalam Sistem Ganda
Sumber : SNI 1727 2013
Penggabungan antara portal penahan momen dan dinding geser dapat
memberikan hasil yang baik untuk memperoleh kekenyalan./daktilitas (ductility)
dan kekakuan sistem struktur. Dalam gedung tinggi seringkali terjadi eksentrisitas
yang berlebihan terutama untuk gedung tinggi yang bentuknya tidak beraturan. Hal
ini terjadi karena tidak berimpitnya pusat massa dan pusat kekakuan gedung,
sehingga bisa menyebabkan rotasi pada gedung. Dengan adanya interaksi antara
portal dan dinding geser, dinding geser akan berprilaku flexural/bending mode,
sedangkan frame akan berdeformasi dalam shear mode, gaya geser dipikul oleh
frame pada bagian atas dinding geser (shearwall) memikul gaya geser pada bagian
bawah, sehingga eksentrisitas yang terjadi tidak terlalu besar.
64
2.5 Stabilitas Bangunan Tinggi
Gambar 2.30 Penentuan Simpangan Antar Lantai
Sumber : SNI 1727 2013
Dalam SNI 1726:2019 dijelaskan bahwa stabilitas suatu gedung dapat
diketahui dari nilai simpangan antar lantai yang nantinya akan dikontrol dengan
nilai drift, dan nilai drift didapatkan dari hasil analisa menggunakan software. Dari
gambar di atas dapat diketahui bahwa nilai ฮ harus lebih kecil dari ฮ๐. Nilai ฮ๐
didapatkan dari tabel berikut:
Tabel 2.15 Simpangan Antar Lantai Ijin, ฮ๐
Struktur Kategori Resiko
I atau II III IV
Struktur, selain dari struktur dinding geser batu bata, 4 tingkat
atau kurang dengan dinding interior, partisi, langit-langit dan
sistem dinding eksterior yang telah didesain untuk
mengakomodasi simpangan antar lantai tingkat.
0,025h๐ ๐ฅ๐
0,020h๐ ๐ฅ 0,015h๐ ๐ฅ
Struktur dinding geser kantilever batu bataa 0,010h๐ ๐ฅ 0,010h๐ ๐ฅ 0,010h๐ ๐ฅ
struktur dinding geser batu bata lainnya 0,007h๐ ๐ฅ 0,007h๐ ๐ฅ 0,007h๐ ๐ฅ
semua struktur lainnya 0,020h๐ ๐ฅ 0,020h๐ ๐ฅ 0,020h๐ ๐ฅ
Sumber : SNI 1727 2013
Keterangan:
โ๐ ๐ฅ = tinggi tingkat perlantai
Dalam menentukan kestabilan struktur bisa ditinjau dari rasio drift yang
didapat dari hasil perhitungan drift maksimum dibagi dengan tinggi bangunan
seperti persamaan berikut:
๐ท๐๐๐๐ก ๐ ๐๐ก๐๐ =๐ท๐๐๐๐ก ๐๐๐๐
โ๐< 0,0025 (OK)
Nilai rasio drift harus kurang dari 0,0025.