BAB I

PENDAHULUAN

I.I LATAR BELAKANG

Pembangunan gedung-gedung tinggi menjadi solusi kebutuhan lahan yang terus meningkat pada saat ini diiringi dengan jumlah populasi penduduk yang terus meningkat pula. Mengingat semakin banyaknya pembangunan namun terbatasnya lahan kosong yang ada maka pembangunan gedung tinggi menjadi salah satu alternatif untuk mengatasi keterbatasan lahan sehingga pemenuhan akan kebutuhan tempat tinggal, sekolah ataupun kantor dapat terpenuhi. Bangunan tinggi dapat menimbulkan dampak yang besar apabila mengalami kerusakan jika terjadi gempa bumi. Selain itu peristiwa gempa bumi tidak dapat dicegah tetapi dapat diantisipasi dengan berupaya membangun bangunan yang tahan terhadap gempa bumi. Seperti halnya kota Jakarta yang semakin banyaknya pembangunan bangunan tingkat tinggi sehingga mulailah dipikirkan kembali apakah kota Jakarta memiliki zona gempa 3 masih membutuhkan struktur yang tahan gempa mengingat getaran gempa yang termasuk tipe sedang.

Perencanaan struktur bangunan tahan gempa sangat penting di Indonesia, mengingat sebagian besar wilayahnya terletak dalam wilayah gempa. Saat ini penggunaan dinding geser ( shear wall ) banyak digunakan pada bangunan – bangunan tingkat tinggi. Hal ini dikarenakan dinding geser ( shear wall ) dapat menahan gaya geser yang diakibatkan gempa bumi. Dinding geser ( shear wall ) sendiri merupakan sistem elemen struktur berupa dinding yang sangat efektif digunakan sebagai penahan gaya lateral untuk menambah kekakuan struktur karena kekakuan struktur sangat tinggi. Sesuai dengan perkembangan teknologi, para ahli mendesain bangunan tinggi tahan terhadap gempa dengan berbagai metode, misalnya dengan menggunakan dinding geser ( shear wall ), bracing dan tube. Oleh karena itu, analisa ini dilakukan untuk melihat perilaku struktur bangunan tingkat tinggi yang menggunakan dinding geser ( shear wall ) dan corewall.

I.2 PERUMUSAN PERMASALAHAN

Penulisan laporan tugas akhir ini membahas tentang bagaimana perilaku struktur bangunan gedung beton bertulang dengan menggunakan corewall dan shear wall pada bangunan bertingkat tinggi dengan analisis struktur menggunakan bantuan program SAP 2000.

I.3 TUJUAN PENULISAN

Tujuan penulisan tugas akhir adalah :

1. Menganalisa perilaku struktur pada bangunan tinggi yang menggunakan corewall dan shear wall.

2. Menganalisis perilaku ( momen kapasitas dan deformasi ) pada struktur – struktur yang ditinjau.

I.4 METODELOGI PENELITIAN dan TEKNIS ANALISIS

Dalam penulisan skripsi ini, suatu pembahasan mengenai perencanaan struktur yang menggunakan sistem corewall dan shear wall. Oleh karena itu dipelajari teratur yang berhubungan dengan perencanaan bangunan tahan gempa yang menggunakan dinding geser ( shear wall ) dan corewall. Sedangkan analisis struktur menggunakan bantuan program SAP 2000 versi 14.

I.5 RUANG LINGKUP PERMASALAHAN

Dalam tugas akhir ini akan menganalisis 2 jenis struktur yaitu struktur beraturan menggunakan dua sistem yaitu corewall dan shear wall pada bangunan tingkat tinggi yang menggunakan program SAP 2000. Ruang lingkup permasalahan tugas akhir ini adalah :

1. Permodelan berupa struktur gedung beton bertulang :a. Struktur yang dikaji bangunan tingkat tinggi ( 18 lantai )b. Sistem rangka pemikul momen

2. Mutu bahan sebagai berikut:a. f’c = 33,2 Mpab. fy = 400 Mpa

3. Bangunan berfungsi sebagai tempat tinggal4. Bangunan dalam wilayah gempa zona 3 dan jenis tanah sedang5. Standar peraturan yang dipakai

a. Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung. ( SNI 03-2847-2002)

b. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung. ( RSNI 03-1726-2010)

c. Tata cara penghitungan pembebanan untuk bangunan rumah dan gedung. (SNI 03-1727-1989)

I.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Secara garis besar sistematika penulisan laporan tugas akhir ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan penulisan, ruang lingkup pembahasan dan sistematika penulisan yang akan digunakan dalam laporan tugas akhir.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi informasi bersifat umum, tentang dasar teori yang berkaitan dengan perencanaan struktur, pembebanan dan analisa perhitungan struktur yang di tinjau.

BAB III METODOLOGI

Bab ini menjelaskan rumus – rumus yang digunakan atau metode yang digunakan dalam perhitungan.

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi analisa perhitungan dan hasil yang didapat.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang disampaikan berdasarkan hasil pembahasan dan hasil perhitungan dengan program.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Struktur Bangunan Tinggi Tahan Gempa

Pada dasarnya setiap sistem struktur pada suatu bangunan merupakan penggabungan berbagai elemen struktur secara tiga dimensi. Fungsi utama sistem struktur adalah untuk memikul secara aman dan efektif beban yang bekerja pada bangunan serta menyalurkannya ke tanah melalui pondasi. ( Juwana S,Jimmy,2005 )

Struktur suatu bangunan bertingkat tinggi harus dapat memikul beban-beban yang bekerja pada struktur tersebut, diantaranya beban gravitasi dan beban lateral. Beban gravitasi adalah beban mati struktur dan beban hidup sedangkan yang termasuk beban lateral adalah beban angin dan gempa.

Menurut Jimmy S Juwana,(2005), dalam berbagai sistem struktur, baik yang menggunakan bahan beton bertulang, baja maupun komposit selalu ada komponen (subsystem) yang dapat dikelompokkan dalam sistem yang digunakanuntuk menahan gaya gravitasi dan sistem untuk menahan gaya lateral seperti gambar di bawah ini :

Gambar 2.1 Sistem struktur bangunan tinggi

Jika terjadi bencana alam seperti gempa yang merupakan salah satu beban lateral, maka struktur di atasnya akan mengalami pergerakan secara vertikal maupun secara lateral. Pergerakan vertikal relatif kecil dan pada umumnya struktur cukup kuat menahannya. Sehingga tidak perlu perhatian khusus dalam proses desain, sedangkan pergerakan lateral akan memberikan beban lateral kepada struktur yang dapat menyebabkan struktur runtuh.

Untuk sistem bangunan tinggi biasanya disesuaikan dengan dengan tinggi bangunannya. Secara umum, semakin tinggi bangunan maka ada titik limit dimana kekakuannya kurang untuk menahan beban-beban lateral, sehingga diperlukan sistem struktur yang sesuai dengan ketinggiannya. Sistem struktur tinggi yang dapat memikul gaya lateral yang dialami oleh bangunan adalah struktur yang dapat memiliki daktilitas yang memadai di daerah yang joint atau elemen struktur tahan gempa seperti shear wall. Shear wall biasa digunakan bangunan tinggi tahan gempa yang memiliki lantai di bawah 40 lantai. (Juwana S,Jimmy,2005)

Gambar 2.2 Sistem struktur penahan gaya lateral

2.2 Elemen Struktur Dinding Geser (shear wall)

2.2.1 Definisi Dinding Geser (shear wall)

Gaya-gaya horizontal yang bekerja pada bangunan seperti misalnya gaya-gaya yang disebabkan oleh beban gempa, dapat diatasi dengan berbagai cara, salah satunya adalah bangunan tahan gempa struktur beton dengan dinding geser.

Struktur bangunan dengan dinding geser merupakan salah satu konsep solusi dalam masalah gempa di bidang teknik sipil yaitu sebagai substruktur yang menahan gaya geser akibat gempa.

Dinding geser (shear wall) merupakan sistem elemen struktur berupa dinding yang sangat efektif digunakan penahan gaya lateralnya sangat tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa dinding mempunyai pondasi yang memadai, yang dapat menyalurkan aksi deformasi dari struktur ke tanah tanpa bergerak secara signifikan.

2.2.2 Macam-macam Dinding Geser

Menurut Fachriansyah, Kalihputro,2008 secara umum dinding geser mempunyai dua tipe yaitu :

1. Dinding geser biasa (wall pier)

Tipe ini memikul beban vertikal dan gaya geser pada panel dinding.

2. Dinding geser dengan menggunakan komponen batas (wall pier with boundary element)Untuk tipe ini semua beban vertikal dipikul oleh komponen batas (boundary element), sedangkan gaya gesernya dipikul oleh bagian dindingnya.

Untuk penggunaan dinding geser menggunakan komponen batas (wall pier with boundary element) . Jika menggunakan komponen batas khusus, harus memenuhi persyaratan dimana komponen batas harus menerus secara horizontal dari sisa serat tekan luar.

Gambar 2.3 Mekanisme Sendi Plastis yang terjadi pada dinding geser dengan boundary element

Sumber Fachriansyah,Kalihputro,2008

Dalam penggunaan Boundary element pada dinding geser mempunyai ketentuan-ketentuan sebagai berikut :

a. Boundary element harus memikul semua beban vertikal

b. Boundary element harus dikekang seperti kolomc. Boundary element harus menerus secara horizontal dari sisi serat tekan terluard. Tulangan transversal dinding geser harus diteruskan sampai dengan ke Boundary

element.

Coupled shearwall dimana momen yang terjadi pada dasar dinding dikonversikan menjadi gaya tarik tekan yang bekerja pada coupled beam-nya.

Bentuk-bentuk dinding geser yang biasa digunakan adalah :

1. Bentuk C2. Bentuk L3. Bentuk rectangular

Sistem dinding geser pada dasarnya dapat dibagi menjadi dua sistem, antara lain:

a. Sistem terbuka, yang merupakan terdiri dari unsur linear tunggal atau gabungan unsur yang tidak lengkap melingkupi ruang geometris. Bentuk-bentuk ini adalah L, X, Y, V, T dan H.

b. Sistem tertutup yang melingkupi ruang geometris. Bentuk-bentuk yang sering dijumpai adalah bujursangkar, segitiga, persegi panjang dan bulat.

Sistem dinding geser, baik di dalam maupun di luar bangunan, dapat disusun secara simetris atau asimetris. Bentuk dan penempatan dinding geser pada suatu bangunan mempunyai akibat yang besar terhadap perilaku struktural apabila dibebani secara lateral. Apabila susunan dinding geser simetris, maka resultan gaya lateral akan melalui titik berat dari kekakuan relatif bangunan. Selain itu dinding geser sangat efisien dalam menahan beban vertikal maupun lateral dan tidak mengganggu persyaratan arsitektur jika posisi dinding geser simetris. Sedangkan untuk susunan dinding geser yang tidak simetris atau asimetris, maka resultan gaya lateral tidak melalui titik berat kekakuan bangunan.

2.2.3 Fungsi Dinding Geser (shearwall)

Dalam perencanaan struktur tahan gempa dengan dinding geser (shearwall), tiap elemen struktur didesain dengan berbagai ketentuan, sehingga diharapkan dinding geser tidak runtuh akibat gaya geser.

Berdasarkan SNI 03-1762-2002 tentang gempa, pengertian dinding geser beton bertulang kantilever adalah subsistem struktur gedung yang fungsi utamanya adalah untuk memikul beban geser akibat pengaruh gempa rencana, yang runtuhnya disebabkan oleh momen lentur (bukan oleh gaya geser) dengan terjadinya sendi plastis pada kakinya, dimana nilai momen lelehnya dapat mengalami peningkatan terbatas akibat pergeseran regangan.

Jadi fungsi utama dari dinding geser adalah sebagai penahan gaya geser yang besar akibat gempa, sehingga apabila dinding geser runtuh akibat gaya geser itu sendiri maka otomatis keseluruhan struktur akan runtuh karena sudah tidak ada lagi yang menahan gaya geser tersebut. Dinding geser hanya boleh runtuh akibat adanya momen plastis yang menyebabkan timbulnya sendi plastis pada bagian dasar dinding. Dinding geser dianggap dapat menjaga kestabilan gaya lateral pada suatu bangunan. Selain itu dinding geser dapat digunakan untuk ruang lift, tangga dan mungkin toilet.

2.3 Pembebanan Pada Bangunan

Perencanaan pembebanan dimaksudkan untuk memberikan pedoman dalam menentukan beban-beban yang bekerja pada bangunan. Secara umum beban direncanakan sesuai dengan pedoman perencanaan untuk rumah dan gedung sebagai berikut :

2.3.1 Beban Mati

Beban mati merupakan gaya statis yang disebabkan oleh berat setiap unsur di dalam struktur. Gaya-gaya yang menghasilkan beban mati terdiri dari berat unsur pendukung beban dari bangunan, lantai, penyelesaian langit-langit, dinding partisi tetap, balok, kolom, dan seterusnya. Beban mati dapat dinyatakan sebagai gaya statis yang disebabkan oleh berat setiap unsur di dalam struktur.

2.3.2 Beban Hidup

Beban hidup merupakan semua beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu gedung dan juga termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah, misalnya mesin-mesin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut.

2.3.3 Beban Gempa

Dalam hal pengaruh gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa dinamik, maka yang diartikan dengan beban gempa disini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa.

2.3.4 Kombinasi Pembebanan

Faktor-faktor keamanan untuk mendesain suatu bangunan struktur yang kokoh sangatlah penting, maka perlu kombinasi pembebanan untuk mendapatkan keadaan batas ultimate dari suatu bangunan terhadap beban mati (D), beban hidup (L), beban angin (w), dan

beban gempa (E). Adapun kombinasi pembebanan yang akan dapat diinput dalam program SAP 2000 berdasarkan peraturan RSNI 03-1727-1989 dan RSNI 03-1726-2010 yaitu:

1. U = 1,4 D2. U = 1,2 D + 1,6 L3. U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E4. U = 0,9 D ± 1,0 E

2.4 Desain Elemen Struktur

Secara umum struktur bangunan gedung tersusun atas komponen plat lantai, anak balok, induk balok, dan kolom yang umumnya dapat menjadi suatu kesatuan monolit, karena kinerja dari ketiga elemen tersebut saling berkaitan satu sama lain maka sangatlah penting untuk mengitung pendesainan struktur agar didapat suatu konstruksi yang kokoh dan layak huni. Adapun penjelasan tahapan dalam perencanaan perhitungan ketiga elemen tersebut diatas sebagai berikut :

2.4.1 Pelat Lantai

Pelat adalah struktur planar kaku yang secara khas terbuat dari material monolit yang tingginya kecil dibandingkan dimensi-dimensi lainnya. Pelat merupakan struktur bidang (permukaan) yang lurus (datar atau tidak melengkung) yang tebalnya jauh lebih kecil dibandingkan dengan dimensinya yang lain. (Winter George,dkk,1993)

Pelat ada tiga tipe yaitu shell, membrane, dan plate. Pelat yang digunakan adalah membrane sehingga beban yang bekerja akan didistribusikan ke balok pada kedua arah bidang tegak lurus pelat.

2.4.2 Kolom

Definisi kolom adalah komponen struktur bangunan yang tugas utamanya menyangga beban aksial tekan vertikal dengan bagian tinggi tidak ditopang paling tidak tiga dimensi lateral terkecil, tugas utama kolom adalah menyalurkan gaya-gaya tekan sepanjang suatu garis lurus, melalui kapital sampai ke dasar. Bila kolom lurus, beban diatasnya akan tersebar merata sehingga terjadi penyusutan panjang keseluruhan, tetapi tidak menekuk. Apabila gaya bekerja diluar pusatnya, atau tegak lurus sepanjang kolom, maka tegangan lentur bekerja dan menimbulkan tekuk. Lenturan pada kolom menunjukkan tegangan lentur.

Kolom dasar harus mampu berfungsi sebagai sendi plastis pada saat gempa berlangsung. Struktur akan bersifat getas jika kolom dasar tidak dapat menjadi sendi plastis. Konsekuensi dari perencanaan struktur daktail penuh ini mengakibatkan kolom dasar harus dikekang penuh dan tidak boleh runtuh akibat gaya geser. Pembatasan jumlah tulangan dan persyaratan sambungan kolom dasar ditengah kolom (bukan diatas pondasi) adalah untuk memenuhi persyaratan plastisitis pada kolom dasar. Diatas kolom dasar, semua kolom harus di desain lebih kuat dari pada sendi plastis balok di muka kolom, termasuk persyaratan kekangan di seluruh kolom.

2.4.3 Balok

Dalam perencanaannya, suatu balok dapat mempunyai bermacam-macam ukuran atau dimensi sesuai dengan jenis dan besar beban yang akan dipikul oleh balok itu sendiri. Namun dimensi tersebut harus memiliki efisiensi tinggi agar dapat memenuhi persyaratan yang telah ditetapkan sebagai standar perhitungan struktur beton di Indonesia.

Menurut Istimawan Dipohusodo (1996), balok adalah batang horizontal dari rangka struktural yang memikul beban tegak lurus sepanjang batang tersebut (biasanya berasal dari dinding, pelat, atau atap bangunan) dan menyalurkannya pada tumpuan atau struktur dibawahnya. Balok juga berfungsi sebagai pengekang dari struktur kolom dan juga menahan kondisi pembebanan yang rumit seperti lentur.

2.5 Perencanaan Struktur Tahan Gempa

Perecanaan struktur tahan gempa dilakukan dengan memodelkan struktur dengan meninjau beban gempa sebagai salah satu kombinasi bebannya. Metode yang digunakan untuk perhitungan beban gempa diantaranya adalah analisis dinamik respon spektrum. Dalam respon spektra, efek dari ukuran dan tipe gelombang getar yang terjadi saat gempa disimplifikasi dari garis-garis yang bergelombang menjadi suatu garis tertentu. Spektra yang digunakan dalam perencanaan adalah respon percepatan dengan periode (T) . Respon spektra adalah plot dari respons maksimum struktur yang diperoleh dari riwayat waktu suatu gempa. Respon maksimum yang dimaksud adalah nilai-nilai percepatan, kecepatan dan perpindahan maksimum. Nilai-nilai tersebut dicari untuk berbagai macam periode alami struktur, sehingga diperoleh spektra merepresentasikan respon maksimum terhadap periode struktur, sehingga dapat diperoleh respon spektra untuk percepatan, kecepatan dan perpindahan.

Ketiga respon spektra tersebut (percepatan, kecepatan dan perpindahan) dapat secara simultan diplot ke dalam sebuah grafik skala log dengan 3 sumbu yang disebut tripartite (dikembangkan oleh Newmark). Dimana sumbu horizontal dapat berupa periode frekuensi, sumbu vertikal berupa respon kecepatan dan dua buah sumbu diagonal yang merupakan respon percepatandan perpindahan.

Langkah-langkah perhitungan untuk mendapatkan gaya geser dasar horizontal akibat gempa adalah sebagai berikut:

1. Menghitung Berat Total (Wt)Berat bangunan ditotal secara menyeluruh (berat total bangunan) yang merupakan jumlah beban mati dan beban hidup total setiap lantai. Dimana beban-beban tersebut meliputi: berat plat, plafond, dinding, balok induk, balok anak dan kolom. Demikian juga pada perhitungan beban hidup.

2. Menghitung waktu getar Bangunan (T)

Untuk keperluan analisis struktur dan perencanaan portal terlebih dahulu menghitung waktu getar alami gedung (T) dalam detik dengan rumus empiris sebagai berikut :

Ta = 0,10 N (dimana N = Jumlah tingkat)

Untuk struktur dengan ketinggian tidak melebihi 12 tingkat dimana sistem penahan gaya seismik terdiri dari rangka penahan momen beton atau baja secara keseluruhan dan tinggi tingkat paling sedikit 3 m.

Ta = Ct hnx dimana hn adalah ketinggian struktur dalam m dan koefisien Ct

Tmax = Cu Ta dan x ditentukan dari tabel.

Untuk struktur dengan ketinggian lebih dari 12 tingkat perioda fundamental pendekatan (Ta) dalam detik.

3. Koefisien dasar gempa (C)Nilai C diperoleh dari gambar 2.4 dimana nilainya diambil berdasarkan wilayah gempa, jenis tanah dan waktu getar bangunan.

Gambar 2.4 Respon Spektrum

Sumber: Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung(SNI 03-1726-2002)

Wilayah Indonesia dibagi dalam 6 zona gempa yang setiap zona memiliki intensitas kuat gempa yang berbeda. Gempa paling kuat terjadi pada zona 6 (wilayah dengan warna merah) dan zona 1 adalah zona yang gempanya paling kecil.

Gambar 2.5 Peta Wilayah Gempa Indonesia

Sumber: Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)

4. Faktor Utama (I)Untuk berbagai kategori gedung, bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan struktur gedung selama umur tersebut yang diharapkan. Pengaruh gempa rencana terhadap gedung harus dikalikan dengan suatu faktor keutamaan I menurut :

I = I1 , I2

Dimana I1 : faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan dengan

penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung.I2 : faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan dengan

penyesuaian umur gedung tersebut.

Tabel 2.2 Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan tingkat tinggi.

Kategori gedung Faktor keutamaan

I1 I2 I3

Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran

1,0 1,0 1

Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi.

1,4 1,0 1,4

Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, bahan beracun

1,6 1,0 1,6

Cerobong, tangki di atas menara 1,5 1,0 1,5

Sumber : Tata cara perencanaan ketahan gempa untuk bangunan gedung (SNI 03-1726-2002)

5. Faktor Reduksi Gempa (R)Faktor reduksi gempa representatif untuk Struktur gedung yang bersangkutan untuk bangunan dengan shearwall nilai faktor reduksi gempanya 6,5.