BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Sistem Rangka Pemikul Momen

Portal merupakan struktur rangka utama dari gedung yang terdiri atas

komponen balok dan kolom yang saling bertemu pada titik simpul (Joint) yang

berfungsi sebagai penahan beban dari gedung. Jadi portal merupakan suatu sistem

rangka pemikul momen (SRPM) sebagai penahan beban yang bekerja pada

gedung yang berupa beban horizontal dan vertilal. Sistem ini terbagi menjadi 3

jenis, yaitu SRPMB (Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa), SRPMM (Sistem

Rangka Pemikul Momen Menengah), dan SRPMK (Sistem Rangka Pemikul

Momen Khusus), Sebagaimana dijelaskan pada Pasal 3.53 SNI 1726:2012.

Sistem rangka pemikul momen khusus yaitu sistem rangka portal yang

direncanakan bersifat daktail penuh dengan pendetailan secara khusus. Portal

yang didesain sebagai SRPMK diberi sendi plastis pada kedua ujung balok dan

kedua ujung kolom, portal SRPMK juga harus dapat menjamin bahwa kekuatan

kolom lebih tinggi dibandingkan balok. Secara detail penjelasan tentang desain

portal SRPMK terdapat pada Pasal 21.5 dan Pasal 21.6 pada SNI 2847:2013

(Persyaratan beton struktural untuk bangunan gedung).

Pada penelitian Oktariansyah (2009) tentang Sistem Rangka Pemikul Momen,

mendapatkan hasil bahwa sulit terpenuhinya perilaku daktail pada struktur rangka

akibat kolom yang dibuat tidak menerus pada setiap lantai. Pemutusan atau

peniadaan kolom menyebabkan gedung memiliki tingkat lunak, waktu getar alami

6

7

struktur menjadi lebih besar, beban lateral yang mampu dipikul lebih kecil.

Tingkat pelayanan/kinerja strukturnya menjadi kurang baik karena pada titik

kinerja (performance point) beberapa elemen mengalami penurunan kekuatan

yang besar bahkan mengalami kegagalan. Jadi kesimpulannya bahwa sistem

rangka pemikul momen khusus sulit diterapkan pada sistem gedung dengan

portal yang memiliki struktur kolom yang tidak menerus.

Pada peneilitian Ridho dan Annisa (2018), komparasi detailing komponen

lentur struktur beton bertulang SRPMK dan SRPMM mendapatkan hasil bahwa

terdapat perbedaan jumlah tulangan longitudinal untuk memikul momen positif

dan negatif di sepanjang bentang balok, serta jarak tulangan transversal dan jarak

pemutusan tulangan.

Penelitian yang dilakukan oleh Ahmad Ridho Siagian dkk (2017), tentang

Sistem rangka pemikul momen khusus (SRPMK) dengan kombinasi pondasi

terjepit penuh dan penggunaan Base Isolator. Penelitian ini bertujuan untuk

mengetahui besarnya perbandingan respon gempa struktur fixed base SRPMK dan

struktur SRPMK base isolator pada bangunan tingkat 10. Berdasarkan hasil yang

diperoleh bahwa struktur memenuhi peraturan SNI 03-1726-2012 untuk

penggunaan isolasi. Penggunaan base isolator dapat mereduksi gaya geser arah x

mencapai 40% dan arah y mencapai 39%, kemudian dapat memperpanjang waktu

getar alami struktur bangunan dua kali. Hal ini menyebabkan gaya gempa yang

bekerja semakin kecil dan dimensi kolom dapat diperkecil.

8

2.2 Struktur Balok Lebar

Balok lebar pada struktur beton bertulang sudah sering dipakai untuk

bangunan. Balok lebar adalah balok yang memiliki dimensi lebar balok lebih

besar dari dimensi tinggi balok (Puskas, 2012). Jadi perbandingan lebar balok

dengan tinggi balok lebih besar dari 1 (b/h > 1). Balok lebar juga difungsikan

sebagai struktur utama untuk menopang beban lantai, dinding dan kolom yang

ada diatasnya.

Menurut Gentry (1992), balok lebar bisa didefinisikan bahwa lebar balok

lebih besar dari lebar kolom yang menumpunya. Sambungan balok lebar dengan

kolom akan bekerja dengan baik jika parameter desain dikontrol dengan baik dan

hati-hati. Parameter yang dimaksud adalah ratio lebar balok dengan lebar kolom

dan sambungan angkur tulangan utama balok memanjang (tulangan longitudinal)

dengan balok transversal. Jika angkur tualangan tersebut sudah baik dilakukan,

gaya torsi yang terjadi pada balok transversal bisa dikontrol dengan baik.

Kekakuan lateral struktur dengan balok lebar lebih lemah daripada struktur

dengan balok normal. Balok lebar menurunkan kekakuan lateral dan menaikkan

periode fundamental bangunan.

Penelitian yang dilakukan oleh LaFave (1997), semua benda uji yang

memakai balok lebar mampu mencapai drift 2%, dan belum mengalami

pengurangan kekuatan lateral sampai mencapai drift 5%. Perbedaan kekakuan

lateral antara balok normal dengan balok lebar tidak besar dan lebih rendah dari

yang sudah diperkirakan. Hal tersebut juga karena partisipasi kekakuan dari pelat

lantai. Pada benda uji balok lebar menghasilkan sedikit retak geser pada join dan

balok. Mekanisme keruntuhan dan gaya geser dasar pada semua model tidak

banyak perbedaan dan relatif sama.

Sistem balok lebar ini sangat rentan terhadap gempa yang besar, kapasitas

penyerapan energi sangat rendah dan penyaluran momen lentur dari balok ke

kolom sangat rendah. Selain itu, permasalahan utamanya terjadi pada sambungan

balok kolom eksterior. Kerugian yang lain adalah lendutan yang besar sehingga

tidak efektif dipakai untuk bentang yang panjang dan luasan tulangan yang

diperlukan jauh lebih besar dari balok normal.

9

Keuntungan balok lebar adalah mengurangi jumlah total ketinggian bangunan

dengan memperpendek jarak antar lantai bangunan. Dengan demikian akan

mempermudah dalam pelaksanaan konstruksi dan mengurangi biaya. Perilaku

balok lebar pada join balok kolom eksterior terhadap beban horisontal sangat

dipengaruhi oleh ratio dari lebar balok dengan lebar kolom (Leon, et al, 1984).

Pada beberapa peraturan struktur beton bertulang tidak terdapat desain untuk

sambungan join balok lebar dengan mempertimbangkan layout tulangan dan

adanya link geser pada area joint. Kelemahan yang lain dari balok lebar adalah

kecilnya nilai EI jika dibandingkan dengan balok normal. Hal tersebut akan

berpengaruh terhadap lendutan balok dan jumlah tulangan yang akan diperlukan.

Dalam Penelitian Climent dkk (2008), menyajikan hasil eksperimen awal dari

proyek penelitian besar yang bertujuan untuk mengevaluasi kerentanan system

rangka pemikul momen beton bertulang dengan koneksi balok lebar dan kolom

yang dibangun di Spanyol pada tahun 1970-an, 1980-an dan 1990-an, dan untuk

mengembangkan strategi peningkatan seismik inovatif berdasarkan penggunaan

energi histeresis dissipators. Hasil yang didapat adalah tidak ada kegagalan geser

ditemukan dan pengujian menunjukkan hubungan kolom kuat dan balok lemah.

Leleh yang terjadi pada tulangan memanjang adalah dari as kolom sampai ke

tulangan kolom terluar. Artinya kapasitas sambungan terbatas tergantung pada

leleh lentur pada tulangan memanjang balok yang diangkur pada sambungan

tersebut. Leleh pertama pada balok lebar terjadi pada saat drift mencapai 2,2%

dari tinggi bangunan, dan drift ratio ultimit adalah 4,5%. Kegagalan sambungan

terjadi dari perkembangan retak akibat torsi pada bagian spandrell beams.

2.3 Struktur Kolom Pipih

Kolom berpenampang pipih adalah suatu kolom beton bertulang yang

merupakan perkembangan dari penampang persegi panjang atau segiempat,

dimana dalam prakteknya desain dari kolom berpenampang pipih setebal tembok

dengan perbandingan lebar tinggi bisa mencapai kurang dari 0,3 atau dapat

10

dikatakan tinggi penampang lebih dari 3 kali lebar penampang kolom tersebut

(Purnawan, 2011).

Dalam persyaratan disain struktur tahan gempa, penampang kolom harus

memiliki lebar penampang minimum 300mm (SNI 2847:2013). Hal ini

dimaksudkan untuk menghindari terjadinya kesulitan dalam pemasangan tulangan

agar kolom memiliki daerah inti beton yang cukup. Inti penampang kolom

merupakan bagian yang berperan penting dalam menyumbangkan daktilitas

kolom bila dilakukan pengekangan dengan baik. Menurut Sudarsana (2010), salah

satu faktor yang mempengaruhi kekuatan dan daktilitas kolom adalah pengaturan

tulangan longitudinal dan transversal. Konsep strong coloumn weak beam harus

dipergunakan, dimana konsep ini menuntut bahwa kolom hendaknya lebih kuat

dibandingkan dengan balok karena keruntuhan kolom dapat menjadi faktor utama

keruntuhan total suatu struktur.

Dalam penelitian yang dilakukan oleh Sudarsana dan Ery (2014) yang

meninjau bagaimana perilaku struktur dengan kolom berpenampang pipih dengan

arah kolom yang bervariasi sehingga didapat perilaku struktur yang stabil

terhadap pengaruh beban horizontal seperti gempa. Dari hasil analisis Linier Time

History dan Static Nonlinear Pushover untuk mengetahui perilaku dinamis

struktur beton bertulang dengan berbagai konfigurasi orientasi penampang kolom

pipih dapat disimpulkan bahwa semakin meningkatnya rasio kekakuan Kx/Ky

suatu struktur, maka periode alami struktur, gaya geser dasar dan drift rasio

semakin menurun dalam Arah X, namun sebaliknya terjadi dalam Arah Y. Faktor

daktilitas struktur meningkat dengan meningkatnya rasio kekakuan Kx/Ky dalam

suatu arah yang ditinjau. Perilaku struktur yang proporsional dalam kedua arah

diperoleh apabila rasio kekakuan Kx/Ky mendekati satu.

2.4 Perencanaan Pelat

Pada struktur bangunan gedung pada umumnya tersusun atas beberapa

komponen pelat atap, pelat lantai, balok dan kolom yang pada umumnya

merupakan suatu kesatuan monolit pada sistem cetak ditempat atau terangkai

11

seperti sistem pracetak. Pelat juga di gunakan sebagai atap, dinding, tangga,

jembatan, atau dermaga di pelabuhan.

Pelat adalah struktur planar kaku yang terbuat dari material monolit dengan

tinggi yang kecil dibandingkan dengan dimensi-dimensi lainnya. Untuk

merencanakan pelat beton bertulang perlu mempertimbangkan faktor pembebanan

dan ukuran serta syarat-syarat dari peraturan yang ada. Pada perencanaan ini

digunakan tumpuan jepit penuh untuk mencegah pelat berotasi dan relatif sangat

kaku terhadap momen puntir dan juga di dalam pelaksanaan, pelat akan di cor

bersamaan dengan balok.

Pelat merupakan panel-panel beton bertulang yang mungkin bertulangan dua

atau satu arah saja tergantung sistem strukturnya. Apabila pada struktur pelat

perbandingan bentang panjang terhadap lebar kurang dari 3, maka akan

mengalami lendutan pada kedua arah sumbu. Beban pelat dipikul pada kedua arah

oleh balok pendukung sekeliling panel pelat, dengan demikian pelat akan

melentur pada kedua arah. Dengan sendirinya pula penulangan untuk pelat

tersebut harus menyesuaikan. Apabila panjang pelat sama dengan lebarnya,

perilaku keempat balok keliling dalam menopang pelat akan sama. Sedangkan bila

panjang tidak sama dengan lebar, balok yang lebih panjang akan memikul beban

lebih besar dari balok yang pendek (penulangan satu arah).

Syarat batas tumpuan tepi akan menentukan jenis perletakan dan jenis ikatan

di tempat tumpuan. Adapun jenis plat yang paling sederhana adalah pelat satu

arah yaitu plat yang didukung pada dua sisi yang berhadapan sehingga lenturan

timbul hanya dalam satu arah saja, yaitu tegak lurus pada arah sisi dukungan tepi,

sedangkan pelat dua arah adalah pelat yang didukung pada keempat sisinya yang

lenturannya akan timbul dalam dua arah yang saling tegak lurus.

2.4.1 Tumpuan Pelat

Untuk merencanakan pelat beton bertulang yang perlu dipertimbangkan

tidak hanya pembebanan saja, tetapi juga jenis perletakan dan jenis penghubung di

tempat tumpuan. Kekakuan hubungan antara pelat dan tumpuan akan menentukan

besar momen lentur yang terjadi pada pelat.

12

Pada bangunan gedung, umumnya pelat tersebut ditumpu oleh balok-balok

secara monolit, yaitu pelat dan balok dicor bersama-sama sehingga menjadi satu-

kesatuan. seperti di sajikan pada Gambar 2.1 dibawah ini:

Gambar 2.1 Tumpuan Pelat

2.4.2 Jenis Perletakan Pelat Pada Balok

Kekakuan hubungan antara pelat dan kontruksi pendukungnya (balok)

menjadi salah satu bagian dari perencanaan pelat. Ada 3 jenis perletakan pelat

pada balok, yaitu sebagai berikut:

1) Terletak Bebas

Keadaan ini terjadi jika pelat diletakan begitu saja di atas balok, atau

antara pelat dan balok tidak dicor bersama-sama, sehingga pelat dapat

berotasi bebas pada tumpuan tersebut (lihat Gambar 2.2(a)). pelat yang

ditumpu oleh tembok juga termasuk dalam katagori terletak bebas.

2) Terjepit Elastis

Keadaan ini terjadi jika pelat dan balok dicor bersama-sama secara

monolit, tetapi ukuran balok cukup kecil, sehingga balok tidak cukup kuat

untuk mencegah terjadinya rotasi pelat (lihat Gambar 2.2(b)).

3) Terjepit Penuh

Keadaan ini terjadi jika pelat dan balok dicor bersama-sama secara

monolit, dan ukuran balok cukup besar, sehingga mampu untuk mencegah

terjadinya rotasi pelat (lihat Gambar 2.2(c)).

13

Gambar 2.2 Jenis Perletakan Pelat Pada Balok

2.4.3 Sistem Penulangan Pelat

Sistem perencanaan tulangan pelat pada dasarnya dibagi menjadi 2 macam

yaitu:

• Pelat satu arah/one-way slab (Sistem perencanaan pelat dengan tulangan

pokok satu arah)

• Pelat dua arah/two-way slab (sistem perencanaan pelat dengan tulangan

pokok dua arah)

2.4.3.1 Sistem Penulangan Pelat Satu Arah

Kontruksi pelat satu arah adalah pelat dengan tulangan pokok satu arah,

biasanya akan bisa dijumpai jika pelat beton lebih dominan menahan yang berupa

momen lentur pada bentang satu arah saja. Contoh pelat satu arah adalah pelat

kantilever atau disebut juga pelat luifel dan pelat yang di tumpu oleh tumpuan

sejajar. Karena momen lenturnya hanya bekerja pada satu arah saja yaitu searah

bentang λ, maka tulangan pokok juga dipasang 1 arah yang searah bentang λ

tersebut, untuk menjaga agar kedudukan tulangan pokok tidak berubah pada saat

pengecoran beton, maka dipasang pula tulangan tambahan yang arah tegak lurus

tulangan pokok

14

2.4.3.2 Sistem Penulangan Pelat Dua Arah

Kontruksi pelat dua arah pelat dengan tulangan pokok dua arah, biasanya

akan bisa dijumpai jika pelat beton menahan beban yang berupa momen lentur

pada bentang dua arah. Contoh pelat dua arah adalah pelat yang ditumpu oleh 4

(empat) sisi yang saling sejajar. Karena momen lentur bekerja pada 2 arah, yaitu

searah dengan bentang lx dan bentang ly, maka tulangan pokok juga dipasang pada

2 arah yang saling tegak lurus (bersilangan), sehingga untuk daerah tumpuan ini

tetap dipasang tulangan pokok dan tulangan bagi. Bentang ly selalu dipilih ≥ lx,

tetapi momennya My selalu ≤ Mx , sehingga tulangan lx memiliki momen yang

besar dipasang di dekat tepi luar (urut ke-1)

2.5 Perencanaan Struktur Tahan Gempa

Sesuai dengan SNI 1726 :2012, perencanaan tahan gempa bertujuan agar

struktur gedung yang ketahanan gempanya direncanakan dapat berfungsi:

a) Menghindari terjadinya korban jiwa manusia oleh runtuhnya gedung

akibat gempa yang kuat;

b) Membatasi kerusakan gedung akibat gempa ringan sampai sedang,

sehingga masih dapat diperbaiki;

c) Membatasi ketidaknyamanan penghunian bagi penghuni gedung ketika

terjadi gempa ringan sampai sedang;

d) Mempertahankan setiap saat layanan vital dari fungsi gedung.

2.5.1 Analisis Ragam Response Spectrum

Beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang bekerja pada gedung

atau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa

tersebut (PPPURG, 1987). Proses terjadinya gempa sangat tidak pasti, karena

dapat muncul sewaktu–waktu akibat pengaruh dari alam. Jika terjadi gempa,

maka struktur di atasnya akan mengalami pergerakan secara vertikal maupun

lateral, pergerakan vertikal relatif kecil dan pada umumnya struktur cukup kuat

menahannya, sehingga tidak perlu perhatian khusus dalam proses disain,

15

sedangkan pergerakan lateral akan memberikan beban lateral terhadap struktur

yang dapat menyebabkan struktur runtuh.

Dalam penelitian ini, untuk beban gempa dilakukan dengan menggunakan

peraturan terbaru perencanaan ketahanan gempa untuk gedung, yaitu

SNI1726:2012 menggunakan analisis ragam respons spectrum. Adapun

parameter tambahan untuk analisis ragam response spectrum adalah:

1. Skala gaya

Bila perioda fundamental yang dihitung melebihi (Cu) (Ta), maka (Cu) (Ta)

harus digunakan sebagai pengganti T dalam arah itu. Kombinasi respons

untuk geser dasar ragam (Vt) lebih kecil 85 persen dari geser dasar yang

dihitung (V) menggunakan prosedur gaya lateral ekivalen, maka gaya

harus dikalikan dengan:

tVV85,0 (2.1)

dengan,

V = geser dasar prosedur gaya lateral ekivalen

Vt = geser dasar dari kombinasi ragam yang disyaratkan

2. Simpangan antar lantai

Penentuan simpangan antar lantai tingkat disain ( ∆ ) harus dihitung

sebagai perbedaan defleksi pada pusat massa ditingkat teratas dan

terbawah yang ditinjau. Defleksi pusat massa ditingkat x ( xδ ) dalam mm

harus ditentukan sesuai dengan persamaan berikut:

e

xedx I

C δδ = (2.2)

dengan,

Cd = faktor pembesaran defleksi

xeδ = defleksi pada lokasi yang diisyaratkan yang ditentukan dengan

analisis elastik

Ie = faktor keutamaan

16

3. Skala simpangan antar lantai

Jika respons terkombinasi untuk geser dasar ragam (Vt) kurang dari 85

persen dari CsW, maka nilai simpangan antar lantai harus dikalikan:

⋅

t

S

VWC

85,0 (2.3)

4. Pengaruh P-Delta

Pengaruh P-delta pada geser dan momen tingkat, gaya dan momen elemen

struktur yang dihasilkan, dan simpangan antar lantai tingkat yang timbul

oleh pengaruh ini tidak disyaratkan untuk diperhitungkan bila koefisien

stabilitas (θ ) seperti ditentukan oleh persamaan berikut sama dengan atau

kurang dari 0,10:

dsxx

ex

ChVIP ∆

=θ (2.4)

Koefisien stabilitas (θ ) harus tidak melebihi maxθ

25,05,0max ≤=

dCβθ (2.5)

dengan,

Px = beban disain vertikal total pada dan diatas tingkat x (kN), bila

menghitung Px faktor beban individu tidak perlu melebihi 1,0

∆ = simpangan antar lantai tingkat disain terjadi secara serentak

denganVx(mm)

Ie = faktor keutamaan

Vx = gaya geser seismik yang bekerja pada tingkat ke x dan x-1 (kN)

hsx = tinggi tingkat dibawah tingkat ke x (mm)

Cd = faktor pembesaran defleksi

β = rasio kebutuhan geser terhadap kapasitas geser untuk tingkat antara

tingkat x dan x – 1. Rasio ini diizinkan secara konservatif diambil

sebesar 1,0.

17

Persyaratan Umum Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Gedung Berdasarkan

SNI 1726 :2012

a. Gempa Rencana

Pengaruh gempa rencana harus ditinjau dalam perencanaan dan

evaluasi struktur bangunan gedung dan non gedung, serta berbagai

bagian dan peralatannya secara umum. Sesuai SNI1726 :2012, gempa

rencana ditetapkan sebagai gempa dengan kemungkinan terlewati

besarannya selama umur struktur bangunan 50 tahun adalah sebesar

2%.

b. Faktor Keutamaan dan Kategori Resiko Struktur Bangunan

Untuk berbagai kategori resiko struktur bangunan gedung dan non

gedung dapat dilihat pada SNI 1726: 2012 Tabel 1-Kategori risiko

bangunan gedung dan non gedung untuk beban gempa. Pengaruh

gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu faktor

keutamaan yang terdapat pada Tabel 2-Faktor keutamaan gempa di

SNI 1726 : 2012

c. Kombinasi dan Pengaruh Beban Gempa

Struktur, komponen-elemen struktur dan elemen-elemen fondasi

harusdirancang sedemikian hingga kuat rencananya sama atau

melebihi pengaruh beban-beban terfaktor dengan kombinasi yang

sudah ditentukan pada SNI 1726: 2012

d. Kategori Desain Seismik

Semua struktur lainnya harus ditetapkan kategori desain seismiknya

berdasasarkan kategori resikonya dan parameter respons spektral

percepatan desainnya, SDS dan SD1. Masing-masing bangunan dan

struktur harus ditetapkan ke dalam kategori desain seismik yang lebih

tinggi dengan mengacu Tabel 6 dan Tabel 7 Pada SNI 1726: 2012.

e. Arah Pembebanan Seismik

Arah penerapan beban gempa yang digunakan dalam disain harus

merupakan arah yang akan menghasilkan pengaruh beban paling kritis

18

f. Spektrum Respon Desain

Respons spektrum adalah suatu spektrum yang disajikan dalam bentuk

grafik/plot antara periode getar struktur T, lawan respon-respon

maksimum berdasarkan rasio redaman dan gempa tertentu.

g. Periode Fundamental Struktur T

Perioda fundamental struktur, T, dalam arah yang ditinjau harus

diperoleh menggunakan properti struktur dan karateristik deformasi

elemen penahan dalam analisis yang teruji. Perioda fundamental

struktur, T, tidak boleh melebihi hasil koefisien untuk batasan atas

pada perioda (Cu) dan perioda fundamental pendekatan, Ta,

h. Penentuan dan Batasan Simpangan Antar Lantai

Penentuan simpangan antar lantai tingkat desain (Δ) harus dihitung

sebagai perbedaan defleksi pada pusat massa di tingkat teratas dan

terbawah. Simpangan antar lantai tingkat desain (Δ) tidak boleh

melebihi simpangan antar lantai tingkat ijin (Δa).

2.5.2 Daktilitas Bangunan dan Faktor Reduksi Gempa

Daktilitas adalah kemampuan suatu struktur gedung untuk mengalami

simpangan pasca-elastik yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat

beban gempa diatas beban gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan

pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga

struktur gedung tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di

ambang keruntuhan. Daktilitas didefinisikan sebagai perbandingan deformasi

maksimum yang terjadi dengan deformasi pada saat terjadi leleh pertama.

Daktail penuh adalah suatu tingkat daktilitas struktur gedung, di mana

strukturnya mampu mengalami simpangan pasca-elastik pada saat mencapai

kondisi di ambang keruntuhan yang paling besar, yaitu dengan mencapai nilai

faktor daktilitas sebesar 5,3. Daktail parsial adalah suatu tingkat daktilitas

struktur gedung dengan nilai faktor daktilitas di antara untuk struktur gedung

yang elastik penuh sebesar 1,0 dan untuk struktur gedung yang daktail penuh

sebesar 5,3.

19

2.6 Perencanaan Tahan Gempa Berbasis Kinerja (Performance Base Desain)

Analisis riwayat waktu pada saat ini dianggap terlalu kompleks serta tidak

praktis untuk diterapkan dalam desain struktur bangunan gedung. Kemudian

muncul metode analisis nonlinear yang disederhanakan yaitu analisis beban

dorong. Bangunan yang dibangun pada daerah rawan gempa harus direncanakan

mampu bertahan terhadap gempa. Perencanaan yang terkini yaitu performance

based seismic design, yang memanfaatkan teknik analisis non-linier berbasis

komputer untuk mengetahui perilaku inelastis struktur dari berbagai macam

intensitas gerakan tanah (gempa), sehingga dapat diketahui kinerjanya pada

kondisi kritis. Selanjutnya dapat dilakukan tindakan bilamana tidak memenuhi

persyaratan yang diperlukan. Metode tersebut mulai populer sejak diterbitkannya

dokumen Vision 2000 (SEAOC 1995) dan NEHRP (BSSC 1995), yang

didefinisikan sebagai strategi dalam perencanaan, pelaksanaan dan

perawatan/perkuatan sedemikian agar suatu bangunan mampu berkinerja pada

suatu kondisi gempa yang ditetapkan, yang diukur dari besarnya kerusakan dan

dampak perbaikan yang diperlukan.

Saat ini, sebagian besar bangunan tahan gempa sudah direncanakan dengan

prosedur yang ditulis dalam peraturan perencanaan bangunan (building codes).

Peraturan dibuat untuk menjamin keselamatan penghuni terhadap gempa besar

yang mungkin terjadi, dan untuk menghindari atau mengurangi kerusakan atau

kerugian harta benda terhadap gempa sedang yang sering terjadi. Meskipun

demikian, prosedur yang digunakan dalam peraturan tersebut tidak dapat secara

langsung menunjukkan kinerja bangunan terhadap suatu gempa yang sebenarnya,

kinerja tadi tentu terkait dengan risiko yang dihadapi pemilik bangunan dan

investasi yang dibelanjakan terkait dengan risiko diambil.

Perencanaan tahan gempa berbasis kinerja (performance-based seismic

design) merupakan proses yang dapat digunakan untuk perencanaan bangunan

baru maupun perkuatan (upgrade) bangunan yang sudah ada, dengan pemahaman

yang realistik terhadap resiko keselamatan (life), kesiapan pakai (occupancy) dan

kerugian harta benda (economic loss) yang mungkin terjadi akibat gempa yang

akan datang.

20

Proses perencanaan tahan gempa berbasis kinerja dimulai dengan membuat

model rencana bangunan kemudian melakukan simulasi kinerjanya terhadap

berbagai kejadian gempa. Setiapsimulasi memberikan informasi tingkat

kerusakan (level of damage), ketahanan struktur, sehingga dapat memperkirakan

berapa besar keselamatan, kesiapan pakai dan kerugian harta benda yang akan

terjadi. Perencana selanjutnya dapat mengatur ulang resiko kerusakan yang dapat

diterima sesuai dengan resiko biaya yang dikeluarkan.

Hal penting dari perencanaan berbasis kinerja adalah sasaran kinerja bangunan

terhadap gempa dinyatakan secara jelas, sehingga pemilik, penyewa, asuransi,

pemerintahan atau penyandang dana mempunyai kesempatan untuk menetapkan

kondisi apa yang dipilih, selanjutnya ketetapan tersebut digunakan perencana

sebagai pedomannya.

Sasaran kinerja terdiri dari kejadian gempa rencana yang ditentukan

(earthquake hazard), dan taraf kerusakan yang diijinkan atau level kinerja

(performance level) dari bangunan terhadap kejadian gempa tersebut. Mengacu

pada FEMA-273 (1997) yang menjadi acuan bagi perencanaan berbasis kinerja

maka kategori level kinerja struktur, adalah: 1) Segera dapat dipakai (IO =

Immediate Occupancy), 2) Keselamatan penghuni terjamin (LS = Life-Safety), 3)

Terhindar dari keruntuhan total (CP = Collapse Prevention).

Gambar 2.3 Ilustrasi Rekayasa Gempa Berbasis Kinerja (ATC -58)

21

Gambar 2.3 menjelaskan secara kualitatif level kinerja (performance levels)

FEMA 273 yang digambarkan bersama dengan suatu kurva hubungan gaya

perpindahan yang menunjukkan perilaku struktur secara menyeluruh (global)

terhadap pembebanan lateral. Kurva tersebut dihasilkan dari analisis statik non-

linier khusus yang dikenal sebagai analisa pushover, sehingga disebut juga

sebagai kurva pushover. Sedangkan titik kinerja (performance point) merupakan

besarnya perpindahan titik pada atap pada saat mengalami gempa rencana.

Selanjutnya diatas kurva pushover dapat digambarkan secara kualitatif kondisi

kerusakan yang terjadi pada level kinerja yang ditetapkan agar mempunyai

bayangan seberapa besar kerusakan itu terjadi. Selain itu dapat juga dikorelasikan

dibawahnya berapa prosentase biaya dan waktu yang diperlukan untuk perbaikan.

Informasi itu tentunya sekedar gambaran perkiraan, meskipun demikian sudah

mencukupi untuk mengambil keputusan apa yang sebaiknya harus dilakukan

terhadap hasil analisis bangunan tersebut.

2.7 Analisis Statik Nonlinier (Pushover)

Analisa statik nonlinier pushover (ATC-40, 1997) merupakan salah satu

komponen performance base design yang menjadi sarana dalam mencari

kapasitas dari suatu struktur. Dasar dari analisis pushover sebenarnya sangat

sederhana yaitu memberikan pola beban statik tertentu dalam arah lateral yang

ditingkatkan secara bertahap pada suatu struktur sampai struktur tersebut

mencapai target displacement tertentu atau mencapai pola keruntuhan tertentu.

Dari hasil analisis tersebut dapat diketahui nilai-nilai gaya geser dasar untuk

perpindahan lantai atap tertentu. Nilai-nilai yang didapat tersebut kemudian

dipetakan menjadi suatu kurva kapasitas dari struktur. Selain itu, analisis

pushover juga dapat memperlihatkan secara visual perilaku struktur pada saat

kondisi elastis, plastis, dan sampai terjadinya keruntuhan pada elemen-elemen

strukturnya.

Meskipun dasar dari analis ini sangat sederhana, tetapi informasi yang

dihasilkan akan menjadi berguna karena mampu menggambarkan respons

inelastic bangunan ketika mengalami gempa. Analisis ini memang bukan cara

22

terbaik untuk mendapatkan jawaban terhadap masalah-masalah analisis maupun

disain, tetapi merupakan suatu langkah maju dengan memperhitungkan

karakteristik respons non-linier yang dapat dipakai sebagai ukuran performance

suatu bangunan pada waktu digoncang gempa kuat.

Hasil dari analisis pushover berupa kurva kapasitas yang menggambarkan

hubungan antara gaya geser dasar (force) terhadap perpindahan titik acuan pada

atap (deformation) ditunjukkan pada Gambar 2.4. Kurva berbentuk nonlinear

menunjukkan peningkatan beban pascaelastik sampai kondisi plastik. Kurva

pushover tidak selalu mencapai kondisi plastik bergantung pada target

perpindahan yang ingin dicapai. Analisis pushover relevan dilakukan pada

model stuktur dengan klasifikasi beraturan, karena beban statik diaplikasikan

pada pusat massa tiap lantai.

Gambar 2.4 Kurva Kapasitas Analisis Pushover

Dokumen ATC 40 dan FEMA 273 telah membuat prosedur dan kriteria yang

bisa diterima untuk analisis pushover. Dokumen ini mendefinisikan kriteria

deformasi yang digunakan dalam analisis pushover, seperti yang diperlihatkan

pada Gambar 2.4. Lima titik yang diberi nama A, B, C, D dan E digunakan untuk

mendefinisikan perilaku deformasi pada sendi plastis. Antara titik A dan B,

struktur berdeformasi elastis selama pembebanan. Pada titik B, sendi plastis

pertama mulai terbentuk begitu pula pada titik C dan D. Antara titik B dan C,

struktur melewati batas elastis dan mulai berdeformasi inelastis. Selama

deformasi inelastis ini, ATC 40 dan FEMA 273 mendefinisikan 3 kondisi struktur

yakni IO = Immediate Occupancy (segera dapat dipakai), LS = Life Safety

(keselamatan penghuni terjamin), dan CP = Collapse Prevention (terhindar dari

keruntuhan total). Setelah berdeformasi inelastis, struktur akan memasuki kondisi

plastis (D-E) hingga mencapai keruntuhan.

23

Selain kurva pushover, analisis nonlinear statik pushover juga menampilkan

kurva spektrum kapasitas. Kurva spektrum kapasitas digunakan untuk

mengetahui perilaku stuktur yang ditinjau terhadap intensitas gempa yang

diberikan, dimana spektrum kapasitas dibandingkan dengan tuntutan (demand)

kinerja yang berupa respon spektrum dengan intensitas tertentu (wilayah gempa).

2.6.1 Tahapan Utama dalam Analisa Pushover

Tahapan utama dalam analisa pushover adalah :

1) Menentukan titik kontrol untuk memonitor besarnya perpindahan struktur.

Rekaman besarnya perpindahan titik kontrol dan gaya geser dasar digunakan

untuk menyusun kurva pushover.

2) Membuat kurva pushover berdasarkan berbagai macam pola distribusi gaya

lateral terutama yang ekivalen dengan distribusi dari gaya inersia , sehingga

diharapkan deformasi yang terjadi hampir sama atau mendekati deformasi

yang terjadi akibat gempa. Oleh karena sifat gempa adalah tidak pasti, maka

perlu dibuat beberapa pola pembebanan lateral yang berbeda untuk

mendapatkan kondisi yang paling menentukan.

3) Estimasi besarnya perpindahan lateral saat gempa rencana (target

perpindahan). Titik kontrol didorong sampai taraf perpindahan tersebut, yang

mencerminkan perpindahan maksimum yang diakibatkan oleh intensitas

gempa rencana yang ditentukan.

4) Mengevaluasi level kinerja struktur ketika titik kontrol tepat berada pada

target perpindahan merupakan hal utama dari perencanaan berbasis kinerja.

Komponen struktur dan aksi perilakunya dapat dianggap memuaskan jika

memenuhi kriteria yang dari awal sudah ditetapkan, baik terhadap

persyaratan deformasi maupun kekuatan. Karena yang dievaluasi adalah

komponen maka jumlahnya relatif sangat banyak, oleh karena itu proses ini

sepenuhnya harus dikerjakan oleh komputer (fasilitas pushover dan evaluasi

kinerja yang terdapat secarabuilt-in pada program SAP2000, mengacu pada

FEMA - 356). Oleh karena itulah mengapapembahasan perencanaan berbasis

kinerja banyak mengacu pada dokumen FEMA.

24

2.6.2 Kurva Pushover

Analisis pushover menghasilkan kurva pushover yang menggambarkan

hubungan antara gaya geser dasar (V) versus perpindahan titik pada atap (D).

Kurva pushover menggambarkan kekuatan struktur yang besarnya sangat

tergantung dari kemampuan momen–deformasi dari masing–masing komponen

struktur.

Gambar 2.5 Kurva Kapasitas

Kurva kapasitas yang telah diperoleh harus diubah menjadi spektra kapasitas

yang merupakan hubungan antara spektra perpindahan dan spektra percepatan.

Spektra kapasitas ini disebut juga acceleration–displacementresponse spectrum

(ADRS). Dari spektra ini, dapat dihitung demand yang harus dipenuhi dan dapat

dicari performance point dari struktur.

2.6.3 Spektrum Demand

Spektrum demand didapatkan dari spektrum respons elastis yang pada

umumnya dinyatakan dalam satuan percepatan, Sa (m/detik2) dan periode

struktur, T (detik). Sama halnya dengan kurva kapasitas, spektrum respons ini

juga perlu diubah dalam format ADRS menjadi spektrum demand. Gambar 2.6

menunjukkan spektrum yang sama yang ditampilkan dalam format tradisional

(Sa dan T) dan format ADRS (Sadan Sd). Pada format ADRS, periode struktur

yang sama merupakan garis lurus radial dari titik nol. Hubungan antara Sa, Sd,

dan T, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

25

ad

a

d

STS

SST

2

2

2

=

=

π

π

Gambar 2.6 Spektrum Respon yang Ditampilkan dalam Format

Tradisional dan ADRS

Gempa besar menyebabkan telah terjadi plastifikasi di banyak tempat, maka

perlu dibuat spektrum demand dengan memperhatikan redaman (damping) yang

terjadi karena plastifikasi tersebut. Gambar 2.7 memberikan penjelasan mengapa

terjadi reduksi pada respon inelastis. Titik 1 menunjukkan demand elastis. Jika

terjadi reduksi kekuatan struktur akibat perilaku inelastis, periode efektif struktur

menjadi semakin besar seperti pada titik 2. Pada kondisi ini, perpindahan

bertambah sebesar ”a” dan percepatan berkurang sebesar ”b”. Jika struktur

berperilaku inelastis (nonlinier), pada periode yang sama dengan titik 2, demand

berkurang menjadi spektrum respon inelastis pada titik 3. Jadi, kembali terjadi

pengurangan percepatan sebesar ”c” dan pengurangan perpindahan sebesar ”d”.

Total pengurangan percepatan sebesar ”b+c” dan perpindahan perlu dimodifikasi

sebesar ”a-d”. Jika besarnya ”a” diperkirakan sama dengan ”d”, maka

perpindahan inelastis sama dengan perpindahan elastis (Gambar 2.7a). Jika ”a”

lebih besar daripada ”d” maka perpindahan inelastismenjadi lebih kecil daripada

perpindahan elastis (Gambar 2.7b).

(2.6)

(2.7)

26

Gambar 2.7 Reduksi Respon Spektrum

2.6.4 Titik Kinerja Struktur ( Performance Point )

Titik kinerja struktur harus berada pada lokasi yang disyaratkan sebagai

berikut :

• Harus berada pada spektra kapasitas untuk merepresentasikan pada

displacement tertentu.

• Harus berada pada spektra demand yang telah direduksi yang

merepresentasikan demand pada displacement yang sama dengan

displacement struktur.

Untuk penentuan titik kinerja struktur dilakukan dengan cara trial dan error.

Percobaan pertama biasanya dilakukan dengan menentukan titik spektra kapasitas

yang memenuhi kondisi equal displacement. Kemudian dibuat spektra demand

yang sesuai, apabila tidak berpotongan, maka dicoba lagi titik baru dan seterusnya

sampai diperoleh titik performance point yang berpotongan. Kriteria kinerja yang

ditetapkan Vision 2000 dan NEHRP adalah sebagai berikut:

27

Tabel 2.1 Kriteria Kinerja Level Kinerja Penjelasan

NEHRP Vision 2000

Operational Fully Functional

Tak ada kerusakan berarti pada struktur dan non-struktur, bangunan tetap berfungsi.

Immediate Occupancy

Operational Tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan.

Life Safety Life Safe Terjadi kerusakan komponen struktur, kekakuan berkurang, tetapi masih mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-struktur masih ada tetapi tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan perbaikan.

Collapse Prevention

Near Collapse

Kerusakan yang terjadi pada komponen struktur dan non-struktur. Kekuatan struktur dan kekakuannya berkurang banyak, hampir runtuh. Kecelakaan akibat kejatuhan material bangunan yang rusak sangat mungkin terjadi.

Sumber: Vision 2000 (SEAOC,1995),FEMA-273 (1997)

Sejak itu, aktivitas riset menjadi sangat intensif di dunia khususnya di USA

dan Eropa. Di USA, badan Federal Emergency Management Agency (FEMA)

bekerja sama dengan Applied Technology Council (ATC), Earthquake

Engineering Research Center (EERC) Universitas California, Berkeley, Building

Seismic Safety Council (BSSC), dan SAC Joint Venture banyak menghasilkan

publikasi yang terkait dengan perencanaan berbasis kinerja. Sehingga akhirnya

metoda tersebut dapat diterima secara luas oleh komunitas rekayasa sebagai

prosedur canggih untuk berbagai aplikasi. Meskipun saat ini perencanaan

berbasis kinerja difokuskan pada perencanaan bangunan tahan gempa, tetapi cara

yang sama dapat juga digunakan untuk perencanaan bangunan terhadap bahaya

angin topan (tornado), ledakan dan kebakaran dengan baik.

Berikut ini adalah gambaran secara umum mengenai level kinerja

strukturberdasarkan FEMA 440.

28

Gambar 2.8 Gambaran Level Kinerja Struktur ( FEMA 440 )

Tingkat kinerja struktur dapat ditentukan pada batasan deformasi. Batasan

deformasiyang ditentukan oleh FEMA 440 tertera pada Tabel 2.2 :

Tabel 2.2 Batasan Deformasi ( FEMA 440 )

Performance Level Interstory Drift Limit

Immediate Occupancy

Damage Control

Life Safety

Structural Stability

Max. Total Drift (Xmax/H)

0,01 elastic

0,01-0,02 0,02

Max. Inelastic Drift

0,005

0,005-0,015

No

limit

No limit

Catatan: Xmax yang dimaksudkan di atas adalah besarnya perpindahan maksimum yang terjadai pada atap.

2.7 Mekanisme Keruntuhan

Ketika terjadi deformasi tak terbatas pada bagian struktur tanpa diiringi

peningkatan beban yang bekerja pada struktur tersebut, maka dapat dikatakan

struktur dalam keadaan runtuh. Secara garis besar, keruntuhan struktur dibagi

menjadi dua yaitu:

29

1. Keruntuhan lokal, adalah keruntuhan yang diakibatkan oleh kegagalan

pada elemen struktur yang mengalami sendi plastis. Kegagalan ini terjadi

karena kapasitas penampang dari suatu elemen telah terlampaui. Parameter

yang digunakan untuk mengidentifikasi keruntuhan lokal adalah

kelengkungan dan sudut rotasi plastis.

2. Keruntuhan global, umumnya diasosiasikan dengan simpangan antar

tingkat (interstory drift) pada saat terjadi deformasi inelastis yang dibatasi

pada nilai tertentu tergantung periode struktur. Keruntuhan ini terjadi jika

deformasi lateral suatu struktur telah melebihi batas maksimum yang telah

ditentukan oleh peraturan yang berlaku. Interstory drift adalah selisih

deformasi lateral suatu lantai dengan lantai yang terletak dibawahnya.

Rumus yang digunakan adalah: 𝛥𝛥𝑋𝑋𝑖𝑖ℎ𝑖𝑖

= (𝑋𝑋𝑖𝑖−𝑋𝑋𝑖𝑖−1)ℎ𝑖𝑖

Dimana (𝑋𝑋𝑖𝑖 − 𝑋𝑋𝑖𝑖−1) = deformasi lateral lantai yang ditinjau

ℎ𝑖𝑖 = tinggi lantai yang ditinjau

Ada dua tipe mekanisme keruntuhan yang biasa terjadi pada analisis statik

inelastik sebagai batas analisis, yaitu beam sway mechanism dan column sway

mechanism. Beam sway mechanism yaitu keruntuhan yang disebabkan

pembentukan sendi plastis pada ujung-ujung balok, sedangkan column sway

mechanism disebabkan pembentukan sendi plastis pada kedua ujung atas maupun

bawah dari elemen struktur vertikal. Dalam perencanaan, mekanisme keruntuhan

yang diharapkan adalah beam sway mechanism, hal ini disebabkan beberapa

alasan antara lain:

• Pada beam sway mechanism, jumlah sendi plastis terbentuk dalam banyak

elemen sehingga energi yang dipancarkan akan semakin banyak.

• Pada column sway mechanism, sendi plastis hanya akan terbentuk pada

ujung-ujung kolom pada suatu lantai saja, sehingga pemencaran energi

hanya terjadi pada sejumlah kecil elemen.

(2.8)

30

• Daktilitas kurvatur yang harus dipenuhi oleh balok pada umumnya jauh

lebih mudah dipenuhi daripada kolom yang seringkali memiliki daktilitas

yang terbatas akibat besarnya gaya aksial tekan yang bekerja.

Pada beam sway mechanism, sendi plastis akan terjadi pada balok-balok

terlebih dahulu, baru pada tahap-tahap akhir sendi plastis terjadi pada ujung-ujung

bawah kolom. Hal ini dilakukan agar sejumlah besar sendi plastis terbentuk pada

struktur secara daktail yang dapat memencarkan energi melalui proses pelelehan

struktur dan diharapkan dapat menyerap beban gempa.

Mekanisme keruntuhan beam sway mechanism dan column sway mechanism

dapat dilihat pada kedua ilustrasi dibawah ini.

(a) Beam Sway Mechanism (b) Column Sway Mechanism

Gambar 2.9 Mekanisme Keruntuhan pada Struktur (Park and Paulay, 1974).