Bab XI Perencanaan Struktur Tahan Gempa XI.1. Pendahuluan Struktur bangunan normal (gedung perkatoran, bangunan sekolah, toko, dsb), pada umumnya tidak perlu di desain untuk menahan gaya gempa kuat dengan respon elastik tanpa mengalami kerusakan. Bila struktur berespon elastik maka diperlukan dimensi dan kekuatan struktur yang besar dan berniali tidak ekonomis. Dikatakan tidak ekonomis, sebab gempa kuat yang terjadi sangatlah jarang, hanya beresiko 10% dalam kurun waktu 500 tahun. Oleh sebab itu, pada saat gempa kuat terjadi, resiko kerusakan tetapi tanpa keruntuhan struktur pada tingkat desain tertentu, harus dapat diterima. Dengan konsep di atas, maka kerusakan struktur pada saat gempa kuat berlangsung harus di desain pada tempat-tempat tertentu sehingga mudah diperbaiki setelah gempa kuat selesai. Mekanisme keruntuhan dengan desain kerusakan harus direncanakan sehingga struktur dapat rusak pada level desain tanpa keruntuhan. Lokasi kerusakan di desain pada balok dan kolom dasar yang disebut dengan sendi plastis. Sendi plastis ini harus mampu berdeformasi secara in-elastik dengan cara memindahkan energi gempa secara baik melalui proses pembentukan sendi plastis. Proses pembentukan ini dapat terjadi dengan baik bila plastisitas plastisitas di desain melalui kelelehan tulangan lentur atau tulangan longitudinal. Plastisitas pada tulangan lentur merupakan perlemahan struktur, oleh sebab itu, komponen struktur Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MT REKAYASA GEMPA XI-1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Bab XI
Perencanaan Struktur Tahan Gempa
XI.1. Pendahuluan
Struktur bangunan normal (gedung perkatoran, bangunan sekolah, toko, dsb),
pada umumnya tidak perlu di desain untuk menahan gaya gempa kuat dengan
respon elastik tanpa mengalami kerusakan. Bila struktur berespon elastik maka
diperlukan dimensi dan kekuatan struktur yang besar dan berniali tidak
ekonomis. Dikatakan tidak ekonomis, sebab gempa kuat yang terjadi sangatlah
jarang, hanya beresiko 10% dalam kurun waktu 500 tahun. Oleh sebab itu, pada
saat gempa kuat terjadi, resiko kerusakan tetapi tanpa keruntuhan struktur pada
tingkat desain tertentu, harus dapat diterima.
Dengan konsep di atas, maka kerusakan struktur pada saat gempa kuat
berlangsung harus di desain pada tempat-tempat tertentu sehingga mudah
diperbaiki setelah gempa kuat selesai. Mekanisme keruntuhan dengan desain
kerusakan harus direncanakan sehingga struktur dapat rusak pada level desain
tanpa keruntuhan. Lokasi kerusakan di desain pada balok dan kolom dasar yang
disebut dengan sendi plastis. Sendi plastis ini harus mampu berdeformasi secara
in-elastik dengan cara memindahkan energi gempa secara baik melalui proses
pembentukan sendi plastis. Proses pembentukan ini dapat terjadi dengan baik
bila plastisitas plastisitas di desain melalui kelelehan tulangan lentur atau
tulangan longitudinal. Plastisitas pada tulangan lentur merupakan perlemahan
struktur, oleh sebab itu, komponen struktur lainnya harus didesain lebih kuat dari
tulangan lentur pada sendi plastis. Karena sendi plastis potensial dapat terbentuk
dalam jumlah yang besar maka, diharapkan mekanisme keruntuhan yang daktail
(tidak getas) dapat terbentuk dengan suatu kinerja struktur yang baik.
Mekanisme ini dikenal dengan istilah “beam-sway mechanisms” dengan konsep
balok lemah kolom kuat (strong column weak beam) seperti yang terlihat pada
Gambar XI.1.(a). Mekanisme “column sway” seperti pada gambar XI.1.(b) harus
dihindarkan karena keruntuhan struktur akan bersifat getas (brittle).
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-1
Gambar XI.1.(a). Beam Sway Mechanism; (b). Column Sway Mechanism
Agar kerusakan elemen struktur dapat diperbaiki maka deformasi lateral in-
elastis struktur harus dibatasi. Faktor ini dikenal dengan istilah daktilitas struktur
dan perencanaan struktur sisebut dengan “damage control” atau “limit state
design”. Perencanaan struktur dengan “limit state design” akan mengatur
kemampuan struktur untuk bertahan pada saat gempa kuat terjadi, meskipun
mengalami kerusakan pada sendi plastis. Pada lokasi sendi plastis perlu
direncanakan dengan detail khusus. Dengan demikian pada saat kerusakan
struktur terjadi pada sendi plastis, struktur tidak runtuh sehingga jumlah korban
dapat ditekan seminimal mungkin. Perencanaan struktur pada level ini disebut
dengan istilah “survivalability”. Pengaturan besar nilai deformasi sebagai fungsi
daktilitas dapat dilihat pada Gambar XI.2 yang berkaitan dengan respon struktur.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-2
Gambar XI.2. Respon Struktur Berdasarkan Nilai Daktilitas
Gempa ringan adalah gempa yang sering terjadi pada struktur (frequent
earthquake). Desain struktur tahan gempa pada kondisi “damage control”
diperhitungkan dengan percepatan gempa ringan. Dengan demikian harga
struktur dapat bernilai ekonomis. Gempa ringan ini dapat ditentukan dengan
angka resiko gempa lebih besar, yaitu sekitar 60%. Menurut SNI 03-1726-2002,
nilai gempa ringan ditentukan dari gempa gempa kuat dibagi dengan faktor
reduksi gempa R. Di bawah gempa ringan, struktur harus dapat berespon elastis
tanpa mengalami kerusakan. Untuk mengatasi masalah ini, deformasi lateral
harus dibatasi sehingga respon elastis dapat memberikan kenyamanan bagi
pengguna gedung. Faktor utama pengaturan deformasi ini adalah kekakuan
struktur atau stiffness yang merupakan fungsi geometri dan dimensi struktur.
Sistem perencanaan pada kondisi ini disebut dengan “serviceability limit state”.
XI.2. Proses Desain
Desain struktur beton bertulang menjadi ekonomis bila direncanakan mampu
menahan beban gempa ringan tanpa kerusakan. Pada saat gempa kuat terjadi,
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-3
struktur boleh rusak tetapi terkontrol tanpa keruntuhan. Mekanisme struktur diatur
dengan cara memindahkan energi gempa melalui deformasi inelastis (plastis).
Beberapa struktur beton bertulang misalnya balok tinggi (deep beam) dan beton
prategang tidak dapat sepenuhnya bersifat daktail penuh (full ductile) pada saat
gempa kuat berlangsung. Untuk tipe struktur ini diperbolehkan untuk
berdeformasi secara inelastik terbatas atau daktilitas terbatas (limited ductility).
Hal ini dapat dilakukan dengan meningkatkan beban gempa ringan sebesar dua
kali sebagai kompensasi (trade-off). Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam
“trade off” untuk perencanaan struktur tahan gempa dapat dilihat pada Tabel XI.
Akibat “detailing” pada sendi plastis, perencanaan daktail penuh tidak selalu lebih
ekonomis dari daktail terbatas, terutama untuk lokasi dengan besar gempa yang
relatif kecil seperti Kalimantan Timur. Pada daerah dengan gempa kecil, harga
perencanaan detail (detailing) untuk menjamin terbentuknya sendi plastis dapat
menjadi lebih mahal dibandingkan dengan perencanaan dengan cara
meningkatkan beban gempa sebesar 2E dimana nilai E relatif kecil. Perencanaan
daktail penuh hanya bernilai ekonomis bila nilai gempa kuat dominan
dibandingkan pengaruh gaya vertikal.
SNI 03-2847-2002 memberikan istilah struktur daktail penuh dengan sebutan
komponen struktur lentur pada Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus
(SRPMK). Struktur daktail terbatas disebut dengan istilah Sistem Rangka
Pemikul Momen Menengah (SRPMM).
Tabel XI.1. “Trade-off” Perencanaan Struktur Tahan Gempa
NoJenis
PerencanaanBesar Beban
Gempa (E)Besar
DaktilitasDetail
Struktur
I Daktail Penuh E 4.0-5.3
Daktail berat pada sendi plastis dan
kolom
II Daktail Terbatas 2E 2.0
Detail ringan pada sendi plastis dan
kolom*E : Gaya Gempa Ringan
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-4
XI.2.1. Desain Geser dan Lentur Balok
Desain momen lentur balok harus menjamin bahwa daerah balok yang potensial
menjamin sendi plastis harus didetail khusus supaya dapat mendisipasi energi
gempa kuat secara optimal seperti yang terlihat pada Gambar XI.3 yang
merupakan persyaratan detail khusus balok sesuai dengan SNI 03-2847-2002
untuk SPRMK.
Gambar XI.3. Confiment pada Sendi Plastis
Syarat desain balok pada saat terjadi plastisitas sesuai dengan SNI 03-2847-
2002 anatara lain sebagai berikut :
1. Tidak boleh keruntuhan geser
2. Untuk menjamin persayaratan (1) maka apabila gaya geser akibat gempa
melebihi 0.5 kali gaya geser total akibat gempa dan beban vertikal, maka
kontribusi kekuatan beton terhadap gaya geser diabaikan.
3. Daerah sendi plastis harus cukup dikekang dengan sengkang (hoops) atau
persyaratan confinement harus dipenuhi
4. Pengaruh Tekuk pada tulangan longitudinal tidak diperhitungkan
5. Sliding shear tidak diperhitungkan
6. Pengaruh overstrength pada tulangan longitudinal diperhitungkan.
7. Tidak ada batas maksimum desain geser
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-5
Hal khusus yang belum diakomodasikan oleh kedua peraturan SNI 03-2847-
2002 adalah kemungkinan terjadinya empat sendi plastis pada balok. Hal ini
dapat terjadi bila bentang bersih balok relatif besar (L ≥ 8m) dimana gaya
gravitasi (beban vertikal) lebih mendominasi respon struktur dibandingkan
dengan gaya gempa. Penambahan jumlah sendi plastis akan menambah putaran
sudut plastis balok yang menyebabkan bentang balok memanjang. Penambahan
panjang bentang balok akan menambah “in-stability” struktur akibat efek
sekunder dari bentuk geometri struktur seperti terlihat pada Gambar XI.4. Desain
harus direkayasa sehingga maksimum dua sendi plastis yang terbentuk pada
satu bentang balok, masing-masing terbentuk di muka kolom kiri dan kolom
kanan balok. Rekayasa dilakukan dengan cara memperkuat lokasi sendi plastis
di tengah bentang sehingga sendi plastis tersebut tidak terjadi.
Gambar XI.4. Mekanisme 2 dan 4 Sendi Plastis pada Balok
XI.2.2. Desain Kolom
Desain kolom terbagi dua kategori, yaitu :
1. Kolom dasar yang harus didesain plastis
2. Kolom di atas kolom dasar yang didesain lebih kuat dari balok
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-6
Kolom dasar harus mampu berfungsi sebagai sendi plastis pada saat gempa
kuat berlangsung. Struktur akan bersifat getas bila 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 “Pile Cap” pondasi) adalah untuk memenuhi
persyaratan plastisitas pada kolom dasar. Di atas kolom dasar, semua kolom
harus di desain lebih kuat daripada sendi plastis balok di muka kolom, termasuk
persyaratan kekangan di seluruh kolom.
Gambar XI.5. Strong Column Weak Beam
XI.2.3. Desain Join (Pertemuan Balok dan Kolom)
Pada saat terjadi sendi plastis pada balok, join mengalami transfer gaya geser
yang besar. Gaya geser ini ditransfer melalui mekanisme gaya strat diagonal
pada join. SNI 03-2847-2002 mempunyai pendekatan yang berbeda untuk
respon pada join. Apabila tidak terjadi “crushing” beton pada join maka tulangan
horisontal dan vertikal pada join tidak dibutuhkan. Pengaruh gaya aksial tekan
diabaikan. Syarat tulangan pada join cukup diberikan oleh pengekangan yang
besarnya sama dengan pengekangan kolom. Batas “crushing” pada beton dapat
meningkat bila terdapat tiga atau lebih balok yang menyatu dengan kolom
melalui join. Hal ini dapat menambah kekuatan kekangan join yang mengurangi
besarnya tulangan kekangan (hoops) pada join.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-7
Gambar XI.6. Join (Hubungan Balok dan Kolom)
XI.2.4. Dinding Geser
Untuk memperkuat dan memperkaku struktur tahan gempa pada umumnya
digunakan dinding geser, terutama pada bangunan tinggi. Dinding geser adalah
energi disipator yang efektif dimana disipasi energi gempa kuat dilakukan melalui
sendi plastis yang terbentuk pada dasar dinding geser. Selama gempa kuat
terjadi panel dinding geser tidak boleh runtuh akibat gaya geser. Untuk desain
kuat geser panel, SK SNI 1991 mengakomodasikan peningkatan gaya geser
akibat momen plastis (overstrength) pada dinding geser. Peningkatan gaya geser
ini pada SNI 2002 diakomodasikan dalam nilai yang lebih kecil (=0.55).
Meskipun demikian tulangan geser horisontal dan vertikal panel dinding geser
baik SK SNI 1991 maupun SNI 2002 pada umunya dapat diakomodasikan
melalui tulangan minimum. Dengan demikian kuat geser panel dinding geser
untuk kedua peraturan memberikan nilai yang hampir sama.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA
XI-8
Gambar XI.7. Dinding Geser
Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA