THE UNIQUE HIGH-RISE STRUCTURE OF THE MNC TOWER 2 BUILDING IN JAKARTA

STRUKTUR UNIK GEDUNGMNC MEDIA TOWER BERTINGKAT 56 DI JAKARTAOleh :

Prof. DR. Ir. WIRATMAN WANGSADINATADirektur Utama PT WiratmanGuru Besar Emeritus Universitas TarumanagaraKonferensi Nasional Teknik Sipil ke-7 (KoNTekS 7)Universitas Sebelas Maret Solo (UNS-Solo)

24 Oktober 2013

Gambar Perspektif

Informasi Proyek

LokasiJalan Kebonsirih No.17-19, JakartaBesaran GedungStruktur Atas 56 tingkat, tinggi 252 m. Besmen 5 lapis, dalam 22 m- 27 tingkat pertama untuk kantor Pusat MNC (MNC Media Tower)- Di atas lantai 27 untuk hotel & fasilitasnya yang akan dioperasikan oleh Grand Hyatt- Besmen 5 lapis untuk ruang parkir.Peraturan yang dipakaiSNI 03-1726-2002: Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedungSNI 03-2847-2002: Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung

Pemilik ProyekPT. MNC LAND, Tbk.ArsitekAEDAS Pte. Ltd, Singapore & PT. TETRA DESAIN INDONESIAKonsultan Struktur dan GeoteknikPT WIRATMANKonsultan Mekanikal dan ElektrikalARUP Singapore Pte. Ltd. & PT. SKEMANUSAPenyelidik GeoteknikPT. TESTANA INDOTEKNIKAKonsultan Uji Terowongan AnginBMT FLUID MECHANICS Ltd, United KingdomQuantity SurveyorWT PartnershipInformasi Proyek

1.00 mfill materials : concrete, sand & qravel2.50 mclayey silt, trace of sand, soft to medium5308.50 msilty clay, trace of sand, medium84510.00 msilty clay, very soft to soft21412.00 mclayey silt, trace of sand, medium106016.00 mclayey silt, trace of sand, very stiff2313518.00 msand, silty sand, very dense408220.00 mclayey silt, trace of sand, very stiff3015021.50 msilty sand, very dense3517524.00 msilty clay, trace of organic materials, medium116528.00 msilty clay, clayey silt, stiff1710030.00 mclayey silt, very stiff2213037.00 mcemented sand, cemented silt, very hard> 5015540.00 mclayey silt, trace of sand, very stiff2917542.00 mgravelly sand, silty sand, cemented silty sand.> 5020544.00 mclayey silt, sandy silt, trace of sand, hard3720046.00 msand, sandy silt, dense-very dense3520048.00 mcemented sand,cemented silt, sandy silt, very hard> 5024050.00 mclayey silt, sandy silt, trace of sand, hard3720080.00 mclayey silt, very stiff25155DEPTHDESCRIPTIONNSPTSu (kPa)Profil Tanah RepresentatifNilai rata-rata berbobot parameter tanahsampai kedalaman 30 m :N = 10Su = 40 kPaVs = 223 m/detKategory Tanah : Tanah Lunak

Kondisi KegempaanKarena Jakarta terletak di Wilayah 3 pada peta wilayah gempa Indonesia, untuk kondisi Tanah Lunak, spektrum respons gempa rencana dengan perioda ulang 500 tahunan adalah sebagai berikut :Faktor Keutamaan struktur gedung ini ditetapkan I = 1,00.75C0.300.01.02.03.04.05.06.0T (det) 0.75C = T

STRUKTURATAS

Sistem StrukturBagian bawah (tingkat 1 s/d 27) :Core wall dengan sistem Outrigger

Bagian atas (tingkat 28 s/d 56) :Mega frame dengan mega beam dan mega bracing, tanpa core wall.Sistem ini adalah solusi yang paling sesuai untuk memenuhi tuntutan desain arsitektur dan sepengetahuan kami belum pernah diterapkan sebelumnya di tempat lain.Berhubung desain arsitektur tidak menghendaki adanya core wall di atas lantai 27, karena untuk bagian atas dipakai sistem lift transparan (panoramik), maka dipilih sistem struktur sebagai berikut :

Sistem StrukturMengingat perannya yang vital dalam menyangga struktur bagian atas (bertingkat 29), maka struktur bagian bawah (bertingkat 27) yang berupa core wall dengan sistem outrigger, didesain untuk tetap berperilaku elastik terhadap gempa kuat.

Hal ini adalah untuk mencegah agar struktur bagian bawah tidak gagal lebih awal dibandingkan dengan struktur bagian atas.Untuk sistem struktur secara keseluruhan, telah ditetapkan Faktor Reduksi Gempa R = 4,50, yang diverifikasi dengan hasil Analisis Dorong Statik Non-linier (Static Non-linear Push-over Analysis).Untuk analisis, struktur atas dimodelkan terjepit pada taraf lantai dasar.

Definisi Beban Gempa RencanaBila Ve adalah gaya geser dasar respons dinamik elastik, gaya geser dasar pada pelelehan pertama adalah :Vy = Ve / di mana adalah faktor daktilitas.Beban gempa rencana (nominal) adalah :Vd = Vy / f1

di mana f1 = 1,6 adalah faktor kuat lebih beban dan bahan.Beban gempa rencana (nominal) dapat juga dinyatakan sebagai :Vd = Ve / Rdi mana R adalah faktor reduksi gempa, sehingga :R = . f1 = 1,6

Beban gempa kuat adalah :Vm = Vy . f2 = Vd . f1 . F2 = Vd . fdi mana f adalah faktor kuat lebih total dan f2 adalah faktor kuat lebih struktur, menurut rumus : f2 = 0,83 + 0,17 = 0,83 + 0,17 R/f1Gaya geser dasar nominal statik ekuivalen untuk gedung beraturan adalah :V1 = C1 I Wt / Rdi mana Wt adalah berat total gedung, berikut sebagian beban hidup.Definisi Beban Gempa RencanaBesaran 0,8 V1 adalah batas minimum gaya geser dasar untuk desain

Karakteristik DinamikHasil analisis vibrasi bebas :translasi - xtranslasi - yrotasi - zT1 = 5,467 detT2 = 4,249 detT3 = 2,700 det

Persyaratan menurut Peraturan :- Waktu getar alami pertama tidak boleh melampaui : 0,18 n = 0,18 x 56 = 10,08 det > 5,467 det (o.k.)- Ragam vibrasi pertama dan kedua harus dominan dalam translasi (o.k.).Nomor ragamWaktu getar alami T(det)Modal participating mass ratio (%) Komponen gerak dominanUxUyRz15,4670,01066,904 0,059translasi-y24,24958,8100,041 0,020translasi-x32,7000,1010,03761,573rotasi-zKarakteristik DinamikRangkuman :

Respons Dinamik StrukturDan Beban Gempa Rencana0 50000 100000 150000 200000 2500006050403020100Gaya geser tingkat (kN)tingkat0.8V1 = 22.540 kNVdx = 52.220 kNVex = 235.000 kNR = 4,5 (design)R = 1 (elastic)Gaya geser tingkat respons dinamik dalam arah-xGaya geser tingkat respons dinamik dalam arah-yR = 4,5 (design)R = 1 (elastic)0.8V1 = 22.540 kNVdx = 53.333 kNVex = 240.000 kN0 50000 100000 150000 200000 2500006050403020100Gaya geser tingkat (kN)tingkatKarena untuk arah-x maupun arah-y Vd > 0,8 V1, beban gempa rencana didasarkan pada Vd, tidak perlu penyesuaian terhadap 0,8 V1.

Respons Dinamik StrukturDan Beban Gempa RencanaBeban gempa rencana statik ekuivalen dalam arah-y

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70006050403020100tingkatBeban Statik (kN)Beban gempa rencana statik ekuivalen dalam arah-x 0 1000 2000 3000 4000 5000 60006050403020100tingkatBeban Statik(kN)Beban gempa rencana statik ekuivalen pada masing-masing taraf lantai, adalah selisih gaya geser tingkat dari dua tingkat berturut-turut.Lonjakan beban gempa pada taraf lantai 53 disebabkan oleh massa air kolam renang, sedangkan pada taraf lantai 26 dan 3, disebabkan oleh massa ruang mekanikal dan tangki air, sehingga menimbulkan gaya inersia setempat yang besar.

Kinerja struktur akibat gempaAda 2 kriteria kinerja struktur yang harus dipenuhi :

1. Kinerja batas layan, yaitu simpangan antar-tingkat akibat beban gempa rencana, tidak boleh melampaui 0,03/R atau 30 mm. Hal ini adalah untuk mencegah terjadinya kerusakan non-struktur dan ke-tidak-nyamanan penghuni akibat gempa sedang.

2. Kinerja batas ultimit, yaitu simpangan antar-tingkat akibat beban gempa ultimit sebesar 0,7 R kali beban gempa rencana, tidak boleh melampaui 0,02 h (h = tinggi tingkat). Hal ini adalah untuk mencegah keruntuhan struktur secara dini akibat gempa kuat, sehingga menyebabkan jatuhnya korban.

simpangan (mm)60504030201000 500 1000 1500 2000tingkatService(Design)UltimateSimpangan struktur akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-xKinerja struktur akibat gempa

Service(Design)589 mm1854 mmSimpangan struktur akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-yUltimatesimpangan (mm)60504030201000 500 1000 1500 2000tingkat456 mm1436 mmSimpangan lantai puncak tidak melampaui batas maksimum 4% tinggi gedung = 10,08 m.

Baik akibat beban gempa rencana, maupun gempa kuat, persyaratan kinerja batas layan maupun kinerja batas ultimit dipenuhi (o.k.)Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa kuat, di beberapa ketinggian gedung sudah hampir mencapai batasnya. Hal ini berarti, bahwa nilai R yang ditetapkan sudah cukup tepat dan tidak dapat dinaikkan lagi.Kinerja struktur akibat gempa

ServicelimitUltimate limitServicedriftUltimatedriftSimpangan antar-tingkat akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-y60504030201000 50 100 150tingkatSimpangan antar tingkat (mm)

Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-x60504030201000 50 100 150tingkatSimpangan antar tingkat (mm)Service limitUltimate limitUltimate driftService drift

Analisis Dorong Statik Non-linierAnalisis ini adalah untuk memeriksa kelayakan pemilihan nilai R yang ditetapkan untuk desain ( R = 4,5 ? ).Pemeriksaan nilai R melalui Analisis Dorong Statik Non-linier dapat dibenarkan, karena respons ragam pertama dan ke dua adalah dominan dalam translasi.Struktur didorong ke samping dengan mengerjakan beban-beban lateral pada struktur dengan intensitas yang ditingkatkan secara berangsur-angsur. Distribusi beban sepanjang tinggi gedung diambil sama seperti pada desain, sedangkan beban gravitasi dianggap bernilai tetap. Setelah terjadi sejumlah besar sendi plastis, tercapailah kondisi struktur di ambang keruntuhan.Tujuan utama adalah untuk mendapatkan diagram -V, di mana adalah simpangan lantai puncak dan V adalah gaya geser dasar yang bersangkutan.

Analisis Dorong Statik Non-linierDari diagram -V didapatlah gaya geser dasar yang menyebabkan pelelehan pertama Vy dan simpangan lantai puncak y yang bersangkutan.Jika m adalah simpangan maksimum lantai puncak pada kondisi struktur di ambang keruntuhan, maka berdasarkan dalil kesamaan simpangan maksimum, didapat :

R = 1,6

2500002000001500001000005000000 0,50 1,00 1,50 2,00Simpangan lantai puncak (m)Gaya geser dasar (kN)Analisis Dorong Statik Non-linier untuk arah -x

V = 67.233 kNy = 0,5938m = 2,076Ve = 235.000 kNAnalisis Dorong Statik Non-linierx = 3,49; Rx = 5,58

Analisis Dorong Statik Non-linier untuk arah -yAnalisis Dorong Statik Non-linier

Vy = 65.753 kNyy = 0,7825y = 3,63; Ry = 5,81Vey = 240.000 kNmy = 2,8411Gaya geser dasar (kN)Simpangan lantai puncak (m)2500002000001500001000005000000 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,002500002000001500001000005000000.00 0.50 1.00 1.50 2.00Top floor displacement (m)Base shear (kN)

Analisis Dorong Statik Non-linier

Untuk arah-x :

Vex = 235.000 kNVyx = 67.233 kNyx = 0,5938 m

Rx = 1,6 x = 5,58 > 4,5

Untuk arah-y :

Vey = 240.000 kNVyy = 65.753 kNyy = 0,7825 m

Ry = 1,6 y = 5,81 > 4,5

Rangkuman :Dari hasil Analisis Dorong Statik Non-linier didapat R > 4,5. Walaupun demikian, tidak dapat dipakai nilai R yang lebih tinggi, karena kinerja batas ultimit akan dilampaui, sehingga nilai R yang ditetapkan sebesar R = 4,5 sudah cukup tepat.

Kinerja Struktur Akibat AnginSuatu pengujian dalam terowongan angin lapisan batas (boundary layer) telah dilakukan terhadap model struktur skala 1:400 dengan 5% redaman kritis, oleh BMT FLUID MECHANICS Ltd, United Kingdom.Distribusi beban angin sepanjang tinggi gedung untuk desain kekuatan struktur, telah didapat dari model berdasarkan kecepatan angin dengan periode ulang 50 tahun sebesar 32,3 m/det, yaitu suatu sentakan angin (gust wind) 3 det pada ketinggian 10 m di atas permukaan laut pada lapangan terbuka.

Percepatan struktur yang dipicu oleh angin diukur pada model, untuk memeriksa kinerja layan dari gedung, berdasarkan kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun dan 10 tahun, sebesar berturut-turut 20,6 m/det dan 28,2 m/det.Untuk memenuhi pedoman kenyamanan bagi penghuni untuk gedung hunian dan gedung perkantoran, batas-batas percepatan tersebut adalah :- untuk kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun: 8 mlli-g- untuk kecepatan angin dengan perioda ulang 10 tahun: 10 20 milli-gKinerja Struktur Akibat Angin

Percepatan puncak [milli-g]35302520151050Periode ulang [tahun]0,55,0MNC Tower, Level 51, 5,0% DampingNBCC (residental)ISO10137 (residental)1,010,0

Dari pengukuran percepatan pada model didapat, bahwa percepatan puncak terjadi pada lantai ke-51 dan ke-53, yaitu :- akibat kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun : 0,9 milli-g < 8 milli-g (o.k.)- akibat kecepatan angin dengan perioda ulang 10 tahun : 2,8 milli-g < 10 milli-g (o.k)Kinerja Struktur Akibat Angin

Jadi, struktur gedung ini menunjukkan kinerja akibat angin yang memuaskan

Ternyata, kombinasi pembebanan oleh beban gravitasi dan beban angin, tidak menentukan untuk desain kekuatan struktur gedung ini.Kinerja Struktur Akibat Angin

60504030201000 1000 2000 3000 4000 5000 6000tingkat(kN)Beban Statik Angin vs Gempa arah - xGempa-xAngin-x60504030201000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000tingkat(kN)Beban Statik Angin vs Gempa arah - yGempa-yAngin-yLRFD :LRFD :U = 1,2 D + 1,0 L + 1,6 W + 0,5 AU = 1,2 D + 1,0 L 1,0 E

U = 0,9 D + 1,6 W U = 0,9 D 1,0 E

STRUKTURBAWAH

Struktur BesmenStruktur Besmen dimodelkan sebagai struktur di bawah tanah yang terjepit pada taraf fondasi, dibebani oleh reaksi-reaksi tumpuan Struktur Atas pada taraf lantai dasar dan beban-beban lain yang disyaratkan bekerja pada struktur di bawah tanah.Agar Struktur Besmen akibat gempa kuat tidak gagal lebih awal dari Struktur Atas, Struktur Besmen didesain untuk tetap berperilaku elastik akibat gempa kuat tersebut.

Fondasi Rakit di atas Tiang BorSeluruh struktur Besmen duduk di atas sebuah rakit sebesar 45 m x 55 m dengan tebal 3 m, didukung oleh 210 tiang bor dengan diameter 1.200 mm.Beban izin pada masing-masing tiang bor untuk beban gravitasi adalah 8.350 kN, termasuk efek kelompok, yang dapat dikalikan 2 bila pengaruh gempa kuat diperhitungkan.Penurunan gedung jangka panjang diantisipasi akan mencapai sekitar 180 mm.( The Piled Raft Foundation )

ApresiasiKami menyampaikan apresiasi yang setinggi-tingginya atas kerja keras tim desain PT. Wiratman, khususnya :Wina ArizonaDypiter ArifinYudit Kuntardisehingga perencanaan struktur Gedung MNC Media Tower ini, dapat diselesaikan dengan memuaskan.

TERIMAKASIH