perc.STRUK TAHAN GEMPA.pdf

7/28/2019 perc.STRUK TAHAN GEMPA.pdf

1/9

Pusat Pengembangan Bahan Ajar - UMB Ria Catur Yulianti ST.MTREKAYASA GEMPA

XI-1

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 baikbila 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 ).


2/9


XI-2

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.


3/9


XI-3

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 hargastruktur 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,


4/9


XI-4

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, hargaperencanaan 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 RangkaPemikul Momen Menengah (SRPMM).

Tabel XI.1. Trade-off Perencanaan Struktur Tahan Gempa

No JenisPerencanaanBesar Beban

Gempa (E)Besar

DaktilitasDetail

Struktur

I Daktail Penuh E 4.0-5.3

Daktail beratpada sendiplastis dan

kolom

II Daktail Terbatas 2E 2.0

Detail ringanpada sendiplastis dan

kolom*E : Gaya Gempa Ringan


5/9


XI-5

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 diperhitungkan6. Pengaruh overstrength pada tulangan longitudinal diperhitungkan.

7. Tidak ada batas maksimum desain geser


6/9


XI-6

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


7/9


XI-7

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 yangbesarnya 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.


8/9


XI-8

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.


9/9


XI-9

Gambar XI.7. Dinding Geser

perc.STRUK TAHAN GEMPA.pdf

Documents

Transcript of perc.STRUK TAHAN GEMPA.pdf