1 PENDAHULUAN DUMMY Gempa bumi merupakan fenomena alam yang sangat berbahaya bagi lingkungan alam dan lingkungan buatan manusia. Gempa bumi dapat mengakibatkan terjadinya fenomena alam lain seperti liquefaction, tsunami dan tanah longsor. Sedangkan terhadap lingkungan buatan, gempa bumi mengakibatkan banyak sekali bangunan yang runtuh termasuk bangunan gedung, sarana dan prasarana, seperti jalan, jembatan, pembangkit listrik, dan sebagainya. Getaran gempa bumi tidak mengakibatkan kematian pada manusia, tapi keruntuhan bangunan atau fenomena alam sampingannya yang banyak menewaskan manusia. Gempa bumi Lombok yang terjadi secara beruntun pada 29 Juli, 5 Agustus, 19 Agustus 2018 mengakibatkan terjadi liquefaction yang dampaknya sangat luar biasa, banyak rumah yang tenggelam ke dalam tanah. Sebanyak 564 orang meninggal dunia, 1.584 korban luka-luka, dan berbagai bangunan seperti rumah tinggal, infrastruktur, sekolah, fasilitas kesehatan, rumah ibadat dan fasilitas perekonomian mengalami kerusakan/keruntuhan full&view=ok). Tsunami yang terjadi di Aceh 26 Desember 2004 menyebabkan 167.000 jiwa meninggal maupun hilang, sekitar 500.000 orang kehilangan tempat tinggal 1
Tsunami yang terjadi pada 11 Maret 2011 di Jepang menghantam pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima Daiichi mengakibatkan banyak kerusakan, salah satu kerusakan yang sangat berbahaya adalah kebocoran bangunan penyimpan reaktor nuklir yang mengakibatkan pencemaran lingkungan dengan radio aktif, sehingga pembangkit tersebut harus dinonaktifkan. Kejadian-kejadian tersebut dan sangat banyak kejadian lain menunjukkan betapa berbahayanya gempa bumi bagi keselamatan jiwa manusia, serta sangat merugikan dari fakor sosial dan ekonomi. Untuk itulah manusia berusaha menemukan teknologi yang dapat mengamankan diri maupun propertinya terhadap gempa bumi, bahkan hal tersebut telah dilakukan di masa lalu oleh nenek moyang kita. Teknologi tersebut sekarang dikenal sebagai teknologi gempa. DUMMY Pada awalnya teknologi gempa dipandang hanya menangani bidang keteknikan saja. Teknologi gempa telah dikenalkan di Eropa sejak akhir abad ke-19. Pada saat itu peraturan dalam desain struktur hanya menetapkan sekian persen dari beban mati diperhitungkan sebagai beban lateral (Hu et al., 1996). Tahun 1914 di Jepang dikembangkan metode koefisien gempa untuk merancang struktur kayu, batu, beton dan baja terhadap gempa. Kemudian rentang pengetahuan teknologi gempa menjadi luas mencakup geofisik, geologi, seismologi, teori getaran, struktur material dinamik, rekayasa struktur dan teknologi konstruksi. Goal desain struktur adalah mendesain dan membangun struktur yang tahan gempa dan menghindari kehilangan nyawa (Okamoto, 1973). Menurut Housner (1983), aspek nonteknis dalam teknologi gempa sama penting dengan aspek teknis untuk mempertimbangkan efek berbahaya dari gempa bumi, termasuk isu keselamatan jiwa, konsekuensi terhadap aspek sosial, ekonomi dan konsekuensi lain. Menurut Clough (1992) teknologi gempa mencakup aktivitas yang sangat luas seperti sosial, ekonomi, politik, sain dan teknik dan semua aspek berkontribusi pada tujuan untuk pencegahan (prevent) kerusakan yang disebabkan oleh gempa bumi. Menurut Bertero (1992) teknologi Teknologi Gempa dalam Arsitektur 2
gempa adalah cabang dari ilmu rekayasa yang mempunyai semangat untuk mengurangi, dan idealnya meniadakan bahaya gempa bumi. Bertero (2004) meringkas cakupan teknologi gempa, yaitu meliputi usaha multidisiplin dari banyak cabang sain dan rekayasa dengan tujuan untuk mengontrol risiko gempa bumi terhadap aspek sosial dan ekonomi sampai taraf yang dapat diterima. Untuk mencapai hal tersebut dilakukan berbagai riset yang dikaitkan dengan pengembangan teknologi yang memungkinkan, dan penerapan pengetahuan ke dalam praktik. Lingkup desain arsitek/mahasiswa arsitektur mencakup tahap tanggap darurat dan preventif. Dalam tahap tanggap darurat, para arsitek/mahasiswa arsitektur dapat berperan untuk membuat desain hunian/bangunan sementara untuk korban gempa bumi, seperti yang telah dikerjakan oleh Shigeru Ban yang terkenal dengan hunian sementara dari tabung kertas untuk para korban gempa di Kobe, Turki dan negara lain. DUMMY Arsitek mentransformasikan konsep abstrak menjadi desain nyata, dan mengintegrasikan berbagai aspek yang bersifat multidisiplin. Dalam kaitan dengan bencana gempa bumi, arsitek perlu menyadari bahwa desain bangunan yang dibuatnya berada dalam lingkup "preventif" untuk meminimalkan korban jiwa dan kerusakan bangunan. Oleh karena itu, arsitek perlu berkolaborasi dengan beberapa expert di bidang-bidang yang terkait. Salah satu bidang yang menjadi fokus buku ini adalah bidang teknik sipil. Suatu kolaborasi dapat berhasil dengan baik apabila setiap pihak memahami dengan baik masalah yang akan diselesaikan. Buku ini ditulis untuk memberikan pemahaman kepada para arsitek/mahasiswa arsitektur tentang beberapa pemahaman teknis yang berhubungan dengan teknologi gempa dengan harapan agar arsitek/mahasiswa arsitektur dapat bekerja sama dengan perancang struktur secara optimal, selain itu agar mereka sadar bahwa teknologi gempa dapat memperkaya tampilan/ekspresi arsitektur bangunan. BAB 1 • Pendahuluan 3
Buku ini terdiri dari 7 bab, yaitu: Bab 1. Pendahuluan. Bab 2. Membahas tentang gempa bumi dan dampaknya, di dalamnya diuraikan luasnya dampak gempa bumi terhadap lingkungan alam dan lingkungan buatan/infrastruktur yang dapat berdampak pada segi sosial, ekonomi dan keselamatan jiwa, tentang dasar-dasar kegempaan dan respons bangunan terhadap gempa bumi. Dasar-dasar kegempaan diuraikan dalam bab ini untuk memberi pemahaman mengapa getaran gempa memberi dampak destruktif pada bangunan dan bagaimana respons bangunan terhadap getaran gempa bumi. Bab 3. Membahas tentang konfigurasi bangunan terhadap gempa bumi dan penyelesaiannya. Dalam bab ini diuraikan bahwa konfigurasi bangunan tidak hanya ditinjau dari bentuk bangunan saja, tapi juga mencakup penataan elemen-elemen struktural dan elemen-elemen nonstruktural. Ada dua tipe konfigurasi, yaitu beraturan dan tidak beraturan. Masing- masing tipe konfigurasi memberi respons yang berbeda terhadap getaran gempa bumi, konfigurasi tidak beraturan memberikan respons yang kompleks yang dampaknya menambah gaya-gaya dalam struktur bangunan. DUMMY Bab 4. Membahas tentang dasar-dasar perancangan struktur bangunan terhadap gempa bumi dan teknologinya, yaitu tentang desain struktur bangunan terhadap gempa bumi, yang sebenarnya murni bidangnya teknik sipil, namun pemahaman dasarnya diperlukan oleh arsitek/mahasiswa arsitektur untuk dapat memahami ide-ide sain dan teknologinya. Teknologi tersebut mencakup teknologi konvensional dan teknologi inovatif. Apabila dipahami secara baik, persyaratan- persyaratan konstruksi sambungan dalam teknologi konvensional dapat menjadi pemicu ide detail konstruksi yang struktural dan sekaligus arsitektural, sedangkan teknologi inovatif menampilkan komponen-komponen peredam yang juga dapat berdampak pada penggalian ide. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 4
Bab 5. Membahas tentang teknologi gempa tradisional, dengan tujuan untuk belajar dari nenek moyang, tentang bagaimana teknologi konstruksi bangunan yang mereka hasilkan ternyata dapat berdiri dengan kokoh sampai dengan saat ini setelah berkali-kali dilanda gempa bumi. Dapat dipelajari konstruksi yang mereka ciptakan ternyata konsepnya serupa dengan teknologi masa kini namun dipecahkan dengan sederhana dan kenyataannya efektif meredam getaran gempa. Bab 6. Membahas tentang retrofit seismik, bab ini berisi tentang perkuatan bangunan sebagai tindakan preventif terhadap gempa bumi. Bab 7. Membahas tentang teknologi gempa dalam arsitektur. Dalam bab ini dibahas bagaimana arsitek dapat berkreasi dengan beberapa batasan atau tuntutan penyelesaian berkaitan dengan teknologi gempa. Pembahasannya lebih banyak menyertakan contoh-contoh daripada teori. DUMMY BAB 1 • Pendahuluan 5
DUMMY
2 GEMPA BUMI DAN DAMPAKNYA DUMMY A. Terjadinya Gempa Bumi Gempa bumi adalah getaran yang terjadi di permukaan bumi akibat pelepasan energi dari dalam bumi secara tiba-tiba yang menciptakan gelombang seismik. Lapisan terluar bumi adalah litosfer (kulit bumi) yang terdiri dari sekitar tujuh lempeng, lempeng-lempeng tektonik (tectonic plates) dan banyak lempeng-lempeng yang lebih kecil (Gambar 1). Lempeng-lempeng litosfer ini mengapung di atas astenosfer yang terdiri dari material bersifat liat. Mereka bergerak relatif satu dengan yang lainnya dan di batas-batas lempeng terjadi perbedaan pergerakan, baik divergen (menjauh), konvergen (bertumbukan), ataupun transform (menyamping) (Gambar 2). Gempa bumi tektonik, aktivitas vulkanik, pembentukan gunung, dan pembentukan palung samudera umumnya terjadi di daerah sepanjang pertemuan antar lempeng. Pergerakan lateral lempeng umumnya berkecepatan sekitar 2-10 cm per tahun. 7
Gambar 1. Peta Lempeng Tektonik diunduh 11/07/2019 DUMMY Gambar 2. Gerak Relatif di Garis Patahan diunduh11/07/2019 Pertemuan antara lempeng-lempeng tektonik membentuk "garis" patahan pada kulit bumi, dan material (batuan) pada garis patahan tersebut lebih lunak dibandingkan batuan lempeng. Perbedaan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 8
pergerakan mengakibatkan terjadinya energi potensial pada daerah patahan, yang semakin lama semakin besar. Apabila akumulasi energi potensial tersebut sedemikian besarnya sehingga tidak mampu ditahan oleh material pada daerah patahan tersebut, material patahan akan runtuh dan energi potensial lepas menjadi getaran yang menyebar ke semua arah dan merambat ke permukaan bumi menghasilkan gempa bumi. Semakin kuat material patahan, semakin besar pula energi potensial yang terkekang dan mengakibatkan energi gempa juga semakin besar. Pusat pelepasan energi gempa adalah pusat gempa atau hiposenter (hypocentre). Bila dari hiposenter ditarik garis tegak lurus dengan permukaan tanah, titik pertemuan garis tersebut dengan permukaan tanah disebut episenter (epicentre). Apabila pusat sebuah gempa besar berada di laut dan dekat dengan pantai, gempa tersebut berpotensi mengakibatkan gelombang tsunami. DUMMY Besarnya energi gempa diukur dengan skala Richter yang merupakan skala magnitudo (M). Skala yang mengukur intensitas lokal atau kekuatan getaran di tempat yang ditinjau adalah skala Modified Mercalli Intensity (MMI). Skala MMI disusun dalam 12 tingkatan, yaitu: I hampir tidak terasa sampai dengan XII kerusakan total (lampiran 2). Untuk keperluan perancangan, dilakukan rekaman riwayat waktu (time history) dari goncangan tanah dengan menggunakan accelerogram untuk mengukur intensitas lokal. Yang dihasilkan oleh rekaman adalah: perpindahan (displacement) dalam waktu, kecepatan dalam waktu dan percepatan dalam waktu yang merupakan parameter perancangan yang terukur. Besarnya energi gempa bumi (M) diklasifikasikan berdasarkan waktu ulang kejadian gempa (return period), yaitu: gempa besar dengan waktu ulang sangat panjang, gempa sedang dengan waktu ulang menengah, dan gempa kecil dengan waktu ulang pendek. Semakin panjang waktu ulang gempa, semakin besar magnitudo gempa (M) yang terjadi. BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 9
B. Tipe-tipe Getaran Gempa Getaran gempa merambat pada material tanah dengan bentuk gelombang yang berbeda-beda. Ada empat tipe gelombang gempa, yaitu sebagai berikut. 1. Gelombang primer (P wave), bergerak paling cepat dan paling awal dengan kecepatan sekitar 8 km/detik. Gelombang ini bergerak secara longitudinal dengan menekan dan menarik material batuan searah dengan arah pergerakannya (Gambar 3a). 2. Gelombang sekunder (S wave), bergerak menggeser material batuan ke samping kiri dan kanan secara transversal dalam bentuk gelombang ke samping (Gambar 3b). DUMMY 3. Love wave, merupakan gelombang permukaan yang bergerak pada permukaan batuan menggeser material batuan ke samping kiri dan kanan secara transversal dalam bentuk patahan-patahan (Gambar 3c). 4. Rayleigh wave, juga merupakan gelombang permukaan yang bergerak dengan kecepatan paling rendah pada permukaan batuan, bagian atas gelombang menggulung material batuan sehingga terjadi gerakan naik-turun pada batuan yang dilewati (Gambar 3d). Gelombang Rayleigh ini merupakan gelombang yang paling merusak. Compressions Undisturbed medium Dilatations Gambar 3a. Gelombang Primer (P Wave) diunduh 11/07/2019 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 10
Gambar 3b. Gelombang Sekunder (S Wave) diunduh 11/07/2019 DUMMY Gambar 3c. Love Wave diunduh 11/ 07/ 2019 Gambar 3d. Rayleigh Wave diunduh 11/ 07/ 2019 BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 11
C. Pengukuran Pergerakan Tanah Besar kecilnya amplitudo, kecepatan, dan frekuensi getaran gempa dipengaruhi oleh jenis batuan atau tanah yang dilewati. Sebagai contoh, amplifikasi getaran yang melewati tanah endapan (alluvial) atau lumpur (mud) di San Francisco Bay, masing-masing sekitar 4 sampai 9 kali lebih besar dibanding ketika melewati batuan granit (Arnold, 1982). Gerakan tanah akibat gempa yang dominan adalah pergerakan horizontal, namun pergerakan vertikal tidak selalu diabaikan, ada fenomena gempa tertentu yang getaran vertikalnya juga signifikan, dan ada juga jenis sistem struktur tertentu yang rentan terhadap getaran vertikal. Alat untuk mengukur kekuatan gempa adalah seismograf (seismograph). Seismograf yang dipakai untuk mengukur pergerakan yang kuat adalah akselerometer (accelerometers) atau akselerograf (accelerograph) yang didesain untuk merekam getaran gempa di dekat sumber gempa, sedangkan hasil rekamannya disebut akselerogram (accelerogram). Hasil rekaman tersebut berbentuk garis coret-coret (Gambar 4), amplitudo (mm) setiap puncak garis coretan tersebut dibaca sebagai besarnya percepatan di titik yang ditinjau, cara membaca untuk grafik kecepatan atau perpindahan adalah sama. DUMMY Gambar 4a. Contoh Alat Seismograf diunduh Juli 2019 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 12
DUMMY Gambar 4b. Contoh Rekaman Percepatan Tanah (Akselerogram) Gempa Kachchh, Wilayah Gujarat 9 March 2008 diunduh Juli 2019 Satuan percepatan adalah gals (g) atau cm/det2. Besarnya percepatan tanah yang mulai dapat dirasakan oleh manusia adalah 0,001 g, percepatan di antara 0,1 sampai 0,2 menyebabkan beberapa orang sukar menapakkan kaki dan merasa mual. Percepatan tanah 0,1 g cukup dapat merusakkan konstruksi yang lemah, sedangkan percepatan sebesar 0,5 g termasuk yang sangat besar, dan percepatan 1 g dapat digambarkan sebagai bangunan yang menerima gaya gempa (lateral) sebesar berat seluruh bangunan tersebut, kurang lebih dapat diilustrasikan seperti bangunan yang diletakkan secara horizontal seperti kantilever (Arnold, 1982). BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 13
Besarnya kekuatan gempa salah satunya dinyatakan dengan skala Richter (SR). Skala Richter ditemukan oleh Profesor Charles Richter dari Califorina Institute of Technology pada tahun 1935. Cara menginterpretasikan grafik skala Richter (Gambar 5): Baca perbedaan waktu antara datangnya gelombang P dengan datangnya gelombang S. Pada contoh Gambar 4 tercatat perbedaan waktunya adalah 24 detik. Beri tanda 24 second pada skala selisih waktu S-P (titik E). Jarak seismometer terhadap episenter ada di titik yang sama dengan selisih waktu S-P, yaitu 210 km. Amplitudo maksimal adalah jarak terbesar yang tercatat dari garis dasar seismogram dari gempa. Pada contoh seismogram di bawah, tercatat amplitudo maksimalnya adalah 23 mm. Beri tanda 23 mm di skala amplitudo (titik F). DUMMY Perpotongan garis lurus EF dengan skala magnitudo di titik D adalah angka magnitudo maksimal, yaitu M 5. Skala Richter atau SR adalah skala logaritmik dengan basis 10 dari amplitudo maksimum. Kekuatan gempa dengan skala gempa 6 besarnya 10 kali kekuatan gempa skala gempa 5 dan seterusnya. Menurut para ahli gempa, skala Richter mempunyai keterbatasan karena hanya mengukur Magnitudo Lokal (ML) yang terbatas untuk mengukur kekuatan gempa yang berjarak kurang dari 600 km dan gempa-gempa kecil. Saat ini ada beberapa skala lain selain untuk mengukur kekuatan gempa atau magnitudo gempa, yaitu: Magnitudo Badan (Mb) yang pengukurannya memanfaatkan gelombang primer; Magnitudo Permukaan (Ms) menggunakan simpangan/amplitudo gelombang permukaan (gelombang Rayleigh); dan Magnitudo Momen (Mw) yang pertama kali diperkenalkan pada tahun 1979 oleh Hiroo Kanamori dan Tom Hanks dan paling banyak digunakan saat ini. Magnitudo Momen mengukur "seismic moment" atau momen seismik yang menunjukkan seberapa besar energi yang dilepaskan untuk menghasilkan gempa bumi berdasarkan luas rekahan, panjang slip dan sifat rigiditas (kekakuan) batuan lempeng tektonik. Saat ini, hampir semua stasiun pengamat gempa bumi yang ada di seluruh dunia Teknologi Gempa dalam Arsitektur 14
menggunakan skala ini magnitudo-gempa-bumi/, diunduh Juli 2020). DUMMY Keterangan: a = amplitudo maksimal hasil rekaman seismometer b = jarak seismometer terhadap episenter (atau selisih antara waktu datangnya gelombang P dan gelombang S) c = garis lurus D = baca hasil magnitudo di gambar skala yang di tengah Gambar 5. Grafik Hasil Pengukuran Skala Richter diunduh Februari 2020 D. Kerusakan Struktur Tanah Akibat Getaran Gempa Getaran gempa bisa merusak kestabilan tanah, salah satu yang berbahaya adalah liquefaction. Liquefaction adalah kondisi tanah yang ketika digetarkan berubah dari padat menjadi cair (liquid). Kondisi BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 15
tersebut terjadi pada tanah granular seperti pasir yang letaknya berbatasan dengan sungai, danau, dan sebagainya. Ketika terjadi getaran gempa, tanah/pasir yang bercampur dengan air terurai, kemudian air tanah naik dan keluar ke permukaan tanah sehingga tanah kehilangan daya dukungnya dan bangunan di atasnya melesak ke dalam tanah dan terguling/roboh. DUMMY Gambar 6a. Tiga Kondisi Tanah yang Berbeda diunduh 11/07/2019 Gambar 6b. Keruntuhan Karena Liquefaction Bangunan di Tanah Paling Tepi (*) diunduh 11/07/2019 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 16
Gambar 6a menunjukkan kondisi tanah yang berada di daerah perbatasan tanah dengan air (sungai/danau/dll.). Gambar 6b menunjukkan keruntuhan yang berbeda-beda antara keruntuhan disebabkan oleh kegagalan struktur bangunan dan keruntuhan yang disebabkan oleh liquefaction. Keruntuhan bangunan karena kegagalan struktur merusak komponen-komponen struktur maupun nonstruktural bisa sampai runtuh, sedangkan keruntuhan karena liquefaction (tanda * dalam Gambar 6b) mengakibatkan fondasi dan seluruh bangunan melesak ke dalam tanah dan "terguling" seluruhnya, dan kalau strukturnya cukup kuat dan kaku, bangunan bisa "terguling" tapi kondisinya relatif masih utuh dengan kerusakan terbatas seperti bangunan-bangunan di Prefektur Niigata dalam Gambar 7a yang "terguling" karena liquefaction pada saat gempa tahun 1964. Liquefaction yant terjadi di Palu dan Petobo tahun 2018 mengakibatkan bangunan- bangunan terbenam ke dalam tanah, ada yang terbenam sebagian ada yang terbenam sampai seluruh bangunan (Gambar 7b). DUMMY Gambar 7a. Bangunan-bangunan Runtuh Karena Fenomena Liquefaction di Niigata Prefecture Jepang diunduh 11/07/2019 BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 17
DUMMY Gambar 7b. Bangunan-bangunan Tenggelam Karena Fenomena Liquefaction Tahun 2018 di Palu, Indonesia diunduh Juli 2022 E. Tsunami Tsunami adalah gelombang pada laut atau danau yang luas, yang terjadi karena perpindahan sejumlah besar air yang bergerak dari dasar sampai permukaan air (seluruh kolom air) dengan kecepatan yang tinggi menuju ke segala arah. Ketinggian gelombang di tengah laut tidak terlalu tinggi hanya sekitar 1 meter, namun panjang gelombangnya sangat panjang bisa dalam bilangan km. Kecepatan gelombang tsunami sangat tinggi sekitar 600 sampai 1.000 km/jam, amat besar dibandingkan ombak biasa (sekitar 50 km/jam). Ketika mendekati pantai, kecepatan gelombang menurun hanya sekitar 35 hingga 50 km/ jam, namun tingginya gelombang akan semakin naik, bisa mencapai Teknologi Gempa dalam Arsitektur 18
20 meter. Dengan ketinggian sedemikian besar, gelombang tsunami dapat masuk dengan kecepatan tinggi ke daratan sampai jarak puluhan kilometer Naiknya ketinggian gelombang tsunami di pantai terjadi karena seluruh kolom air dari dasar sampai permukaan air bergerak maju, maka ketika kedalaman pantai semakin dangkal gelombang terhambat dan naik sangat tinggi ketika sampai di pantai (Gambar 8a, 8b). Ada beberapa pemicu terjadinya perpindahan air tersebut, yaitu gempa bumi bawah laut, tanah pantai longsor, ledakan gunung berapi dasar laut, ledakan nuklir bawah laut, meteorit jatuh ke laut, dan sebagainya. Sekitar 90% gempa bumi bawah laut merupakan penyebab terjadinya tsunami. Gempa bumi yang berpotensi mengakibatkan terjadinya tsunami yang adalah gempa bumi bawah laut yang pusatnya terletak di kedalaman 0 hingga 30 km di bawah permukaan laut. Semakin dangkal pusat gempa maka akan semakin besar peluang munculnya tsunami hal ini disebabkan oleh getaran yang dihasilkan akan semakin kuat. Selain itu gempa besar dengan kekuatan di atas 6.5 SR juga menjadi pemicu, karena dengan kekuatan sebesar itu sudah mampu memengaruhi gelombang laut bencana-alam/penyebab-tsunami). DUMMY Pusat gempa yang menyebabkan tsunami Samudra Hindia 26 Desember 2004 terletak 160 km di sebelah utara Pulau Simeulue, lepas pantai barat Sumatra Utara, pada kedalaman 30 km (19 mil) di bawah permukaan laut, dengan kekuatan Magnitudo Momen Mw 9,1-9,3. Gempa tersebut diikuti tsunami secara bersamaan mengguncang Bangladesh, India, Malaysia, Myanmar, Thailand, Singapura, dan Maladewa. BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 19
DUMMY Gambar 8a. Skema Terjadinya Tsunami diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 20
DUMMY Gambar 8b. Tsunami di Perairan Atlantik Menghantam Portugal, Spanyol, dan Maroko portugal.jpg, diunduh 11/07/2019 F. Dasar-dasar Kegempaan dan Respons Bangunan terhadap Gempa Bumi Gempa bumi membebani bangunan secara sangat berbeda dengan beban mati atau beban hidup. Beban mati berupa benda fisik yang membebani struktur bangunan, misalnya pelat lantai, balok lantai, generator set, dan lain-lain. Demikian juga beban hidup misalnya orang-orang/pengguna, dinding partisi, perabot, dan sebagainya. Beban-beban tersebut terjadi karena tarikan gravitasi menunju ke bumi. Beban gempa terhadap bangunan terjadi karena bangunan digetarkan fondasinya oleh getaran tanah. Getaran gempa bumi dimulai dari episenter merambat di permukaan tanah, dan ketika sampai pada sebuah bangunan, getaran tersebut menggetarkan fondasi bangunan, kemudian ditransmisikan ke atas ke seluruh elemen-elemen struktural, elemen-elemen nonstruktural bangunan dan segala isi bangunan, sehingga mengakibatkan seluruh elemen bangunan dan isinya bergetar. BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 21 Berat massa Respon dinamik Peredaman
tanah endapan Getaran tersebut bekerja sebagai beban dinamik pada bangunan, yang besarnya tergantung pada: (1) besarnya intensitas gempa di tempat kejadian; dan (2) tergantung dari respons bangunan terhadap getaran gempa tersebut (Gambar 9). Intensitas getaran setempat/karakteristik getaran tanah sangat berpengaruh terhadap respons bangunan, namun intensitas tersebut bukan satu-satunya kondisi yang berpengaruh terhadap respons bangunan, kondisi struktur bangunan sangat menentukan bagaimana bangunan merespons getaran gempa. Respons bangunan terhadap getaran gempa tergantung pada: 1. Intensitas getaran setempat/karakteristik getaran tanah. 2. Berat massa. DUMMY 3. Kekakuan struktur bangunan dan karakter peredaman struktur bangunan. 4. "Konfigurasi" bangunan. Berat massa • Berat massa Respon dinamik • Respons dinamik • Peredaman Peredaman IV. BANGUNAN III. INTENSITAS LOKAL endapan tanah
II. PERJALANAN GETARAN GEMPA KE T0 = waktu getar alami tanah PERMUKAAN TANAH: I. EPISENTER D = deformasi tanah V = kecepatan di tanah a = percepatan tanah Jenis tanah dan kedalaman beragam, waktu getar alami tanah berbeda-beda kulit bumi Kulit bumi (batuan) (batuan) I.A. PUSAT GEMPA (HIPOSENTER):
Pusat pemencaran energi gempa Skala Richter Magnitude (M) Gambar 9. Skema Perjalanan Gempa Bumi Sampai ke Lokasi Kejadian G. Intensitas Gempa Besarnya intensitas gempa yang bekerja di suatu lokasi tergantung dari besarnya energi gempa yang dilepaskan dari pusat gempa (hiposenter), jarak antara pusat gempa dengan permukaan tanah, Teknologi Gempa dalam Arsitektur 22
dan jarak dari episenter ke lokasi kejadian. Pelepasan energi gempa dari pusat gempa bumi terjadi ketika akumulasi energi potensial yang terkumpul di dalam batuan pada pertemuan dua lempeng tektonik yang masing-masing bergerak dengan arah yang berbeda melampaui kapasitas kekuatan batuan tersebut sehingga batuan tersebut runtuh dan melepaskan energi gempa. Besarnya energi gempa yang dilepaskan tergantung dari kapasitas dukung batuan yang ada pada pertemuan dua lempeng tektonik tersebut dan luas bidang temu yang berpotensi runtuh, bila kapasitas dukung batuan tersebut semakin besar dan luas bidang temunya semakin luas, maka energi potensial yang terkumpul di dalamnya semakin besar, dan ketika batuan tersebut runtuh, energi gempa yang dilepaskan juga besar. Besarnya energi gempa (magnitude, atau disingkat dengan M) di hiposenter diukur dengan menggunakan skala Richter (lampiran 1). Beberapa skala yang belakangan ini banyak digunakan untuk mengukur kekuatan atau magnitudo gempa adalah Magnitudo Badan (Mb), Magnitudo Permukaan (Ms), dan Magnitudo Momen (Mw), lihat Bab 2. Skala Magnitudo lebih banyak berkaitan dengan bidang seismologi. DUMMY Intensitas lokal atau kekuatan gempa yang bekerja di suatu lokasi kejadian, diukur dengan skala Modified Mercalli (Modified Mercalli Intensity atau disingkat MMI). Skala MMI mengukur besarnya gempa berdasarkan dampak getaran gempa yang terlihat atau terasa di tempat kejadian dan disusun dalam 12 tingkatan, yaitu: skala I menyatakan gempa hampir tidak terasa oleh manusia, sampai dengan skala XII menyatakan gempa mengakibatkan kerusakan total (lampiran 2). Untuk keperluan perancangan, dilakukan rekaman riwayat waktu (time history) dari getaran tanah dengan menggunakan akselerogram untuk mengukur intensitas lokal. Yang dihasilkan oleh rekaman tersebut adalah parameter perancangan yang terukur: perpindahan (displacement) dalam waktu, kecepatan dalam waktu dan percepatan dalam waktu. Di antara tiga parameter tersebut percepatan tanah adalah parameter yang umum digunakan dalam perancangan struktur, satuannya adalah gals (cm/det2). Skala ini berguna untuk para perancang struktur. BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 23
... Magnitude dapat dianalogikan dengan output power dari stasiun broadcasting, sedangkan intensitas lokal bisa dianalogikan dengan kualitas sinyal di tempat. Intensitas seperti kekuatan sinyal yang tergantung dari kekuatan sumber, jarak tempat dari sumber, kondisi setempat dan kondisi perjalanan dari sumber sampai ke lokasi ... (Richter). Setiap negara yang berada di wilayah rawan gempa memiliki peta gempa yang berisi pengelompokan wilayah gempa berdasarkan skala intensitanya. SNI 03-1726-2003 mengelompokkan Indonesia dalam 6 wilayah gempa, di mana wilayah 1 merupakan wilayah dengan kegempaan paling ringan, sedangkan wilayah 6 merupakan wilayah dengan kegempaan paling berat. Pengelompokan tersebut didasarkan pada percepatan puncak batuan di permukaan kulit bumi dengan waktu ulang gempa 500 tahun. Wilayah 1 berdasarkan percepatan puncak 0,03 g; sedangkan wilayah 6 berdasarkan percepatan puncak batuan 0,30 g (Gambar 10). Ketika sampai di permukaan tanah, percepatan tersebut akan berbeda-beda. DUMMY Gambar 10. Peta Gempa Indonesia SNI -1726-2002 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 24
H. Gaya Inersia Apabila sebuah massa pejal yang sangat kaku yang mempunyai berat massa tertentu digetarkan dengan suatu percepatan, maka pada massa tersebut bekerja gaya inersia yang berlawanan arah dengan arah getaran. titik berat massa F kgf m kg DUMMY a cm/det2 Newton memberikan rumusan: F = m x a, di mana: F adalah gaya inersia (N, kgf), m = massa (kg), dan a = percepatan (cm/det2). Satuan internasional (SI) gaya inersia adalah Newton (N), 1 N = 0.102 kgf (kilogram force). Satuan massa internasional (SI) adalah kg (kilogram). Satuan percepatan adalah g (gals) atau cm/det2. Bangunan tidak merupakan massa pejal namun memiliki kekakuan yang terbatas, dan bangunan terdiri dari elemen-elemen struktur serta elemen-elemen nonstruktur yang masing-masing mempunyai kekakuan tertentu. Oleh karena itu, rumus Newton tersebut tidak sesuai untuk menentukan besarnya gaya inersia pada bangunan. Ada beberapa kondisi bangunan yang memengaruhi besarnya gaya inersia tersebut, seperti kekakuan struktur bangunan, sifat peredaman struktur bangunan, dan "konfigurasi" bangunan. Hal yang pasti adalah bahwa apabila bangunan semakin berat, maka gaya inersianya semakin besar. BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 25
I. Periode Getar (T) Periode getar adalah waktu yang diperlukan sebuah benda untuk menempuh satu putaran lengkap dari suatu getaran ketika terganggu dari posisi keseimbangan statis dan kembali ke posisi aslinya (Gambar 11). Periode getar merupakan salah satu properti alami dari setiap benda, termasuk tanah dan struktur bangunan. Sebutan lengkapnya adalah periode getar alami atau natural fundamental period (Mulia, 2013). satu putaran DUMMY Gambar 11. Waktu Getar Periode getar alami tanah berbeda-beda untuk lokasi yang berbeda, tergantung dari jenis tanahnya. Tanah keras mempunyai periode getar alami yang pendek, sedangkan tanah lunak mempunyai periode getar alami yang panjang. Oleh karena itu, ketika getaran gempa bumi sampai ke lokasi yang berbeda dengan kondisi tanah yang berbeda, getaran tersebut akan menghasilkan intensitas (perpindahan, kecepatan, dan percepatan) yang berbeda juga. Jarak lokasi tapak terhadap pusat gempa juga berpengaruh terhadap periode getar alaminya. Periode getar alami lokasi yang dekat dengan pusat gempa cenderung pendek, sebaliknya periode getar alami lokasi yang berjauhan dengan pusat gempa cenderung panjang walaupun jenis tanahnya sama. Periode getar alami tanah berkisar antara 0,5 detik untuk tanah keras sampai 1 detik untuk tanah lunak (Arnold, 1982; SNI 03-1726-2003). Teknologi Gempa dalam Arsitektur 26
Struktur bangunan mempunyai periode getar alaminya masing- masing, periode getar tersebut merupakan fungsi dari massa dan kekakuan. Menurut Arnold (1982), besarnya periode getar alami struktur berkisar antara 0,5 detik untuk peralatan yang terjangkar dengan baik di dasarnya; 0,1 detik untuk bangunan 1 lantai dengan struktur rangka sederhana; 0,5 detik untuk struktur bangunan rendah sampai dengan sekitar 4 lantai, dan sekitar 1 detik sampai 2 detik untuk bangunan tinggi dari 10 lantai sampai 20 lantai, 4 detik untuk menara tandon air, sekitar 2,5 sampai 6 detik untuk rig lepas pantai, dan sekitar 6 detik untuk jembatan gantung bentang lebar. Selain itu nilai periode getar alami struktur bangunan juga tergantung dari material konstruksinya. Kondisi yang dihindari oleh perancang struktur adalah terjadinya kesamaan antara periode getar alami tanah dengan periode getar alami struktur bangunan, karena hal tersebut dapat mengakibatkan terjadinya resonansi, sehingga kekuatan getaran dalam struktur bangunan atau bagian dari struktur bangunan mengalami amplifikasi. Misalnya bangunan tinggi 10 sampai 20 lantai dengan periode getar alami antara 1 sampai 2 detik berada di tanah lunak yang mempunyai periode getar 1 detik berpeluang mengalami resonansi. Perancang struktur dapat melakukan "tunning" misalnya mengubah kekakuan struktur, dengan menambahkan shear wall atau shear core pada sistem rangka pemikul momen untuk memperpendek periode getar alami struktur. DUMMY Dalam analisis dinamik, periode getar diasosiasikan dengan ragam getar (mode shape). Ragam getar dengan frekuensi terendah (periode getar paling panjang) disebut ragam getar pertama (Mulia, 2013), yaitu pola goyangan bolak-balik ketika struktur bangunan paling awal menerima getaran gempa. Ketika periode getar struktur makin pendek, ragam getar berubah pola goyangannya menjadi ragam getar kedua, dan seterusnya (Gambar 12a, 12b, 12c), sampai getaran berhenti. Dalam analisis dinamik struktur, umumnya diambil ragam getar pertama, kedua dan ketiga untuk mengontrol ragam getar yang dominan terjadi pada struktur atau bagian dari struktur sehingga dapat dilakukan desain struktur yang tepat. BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 27
node node node Gambar 12a Gambar 2.11a Ragam Getar 1 Ragam Getar 1 Gambar 12b Gambar 2.11b Ragam Getar 2 Ragam Getar 2 (1 node) (1 node) Gambar 12c Gambar 2.11c Ragam Getar 3 Ragam Getar 3 (2 node) (2 node) J. Spektrum Respons DUMMY Spektrum respons adalah suatu spektrum yang disajikan dalam bentuk grafik antara periode getar struktur T, dan respons-respons maksimum (percepatan, kecepatan, perpindahan) pada bangunan berdasarkan rasio redaman dan gempa tertentu. Secara sederhana pengukuran besarnya respons dari beberapa struktur yang berbeda-beda dengan kondisi tanah tertentu dapat dijelaskan dengan analogi pendulum sebagai berikut. Andaikan 5 buah pendulum mempunyai dimensi dan material yang sama, namun panjangnya berbeda-beda, maka kekakuan masing-masing pendulum tersebut juga berbeda-beda menurut panjang batangnya. Batang pendek merupakan batang yang paling kaku mempunyai periode getar paling pendek sedangkan batang paling panjang paling fleksibel mempunyai periode getar paling panjang (Gambar 13a). Apabila landasan pendulum-pendulum tersebut digetarkan dengan gempa tertentu yang pernah direkaman, masing-masing pendulum cenderung beresonansi dengan amplitudo maksimal masing-masing. Apabila respons percepatan maksimal masing-masing pendulum tersebut diplot terhadap periode getar pendulum di dalam sebuah grafik, maka akan menghasilkan sebuah kurva atau spektrum respons (Gambar 13b). Teknologi Gempa dalam Arsitektur 28
3,0 a , n a t a p e c r e p n o p s e R 2,0 1,0 0 1 2 3 Getaran tanah Periode, T (detik) Gambar 2.12a. Prinsip Respons Spektrum Gambar 13a. Prinsip Spektrum Respons (Sumber: Arnold, 1982) (Sumber: Arnold, 1982) Gambar 2.12b. Grafik Respons Spektrum Gambar 13b. Grafik Spektrum Respons (Sumber: Arnold, 1982) (Sumber: Arnold, 1982) Dilihat pada Gambar 13a dan 13b, pendulum paling pendek yang mempunyai periode getar paling pendek mengalami respons percepatan paling besar, sedangkan pendulum paling panjang yang mempunyai periode getar paling panjang mengalami respons percepatan paling kecil. DUMMY Dengan mengetahui respons percepatan maksimal struktur di lokasi yang ditinjau, maka perancang struktur dapat merencanakan besarnya gempa rencana. SNI 03-1726-2003 menampilkan spektrum respons menurut wilayah gempanya masing-masing, untuk tanah keras, tanah sedang, dan tanah lunak. SNI 1726-2012 sangat rinci mengklasifikasikan situs berdasakan sifat tanah, mulai dari batuan sangat keras, batuan keras, tanah keras/sangat padat, tanah sedang, tanah lunak, dan tanah khusus yang memerlukan inspeksi geoteknik. Setelah klasifikasi situs ditentukan, SNI 1726-2012 memberi formula untuk menghitung parameter spektrum desain dan menggambarkan spektrum responsnya, sehingga spektrum respons tersebut spesifik untuk setiap lokasi. Grafik spektrum respons dari setiap standar perencanaan seperti SNI tersebut sudah menampilkan kurva spektrum respons dengan koefisien redam, karena setiap struktur selalu mempunyai sifat meredam. BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 29
K. Peredaman (Damping) Goyangan bangunan yang menerima beban gempa tidak bersifat konstan, goyangan tersebut beberapa saat setelah gempa berakhir akan berhenti dan kembali ke posisi asalnya. Hal tersebut terjadi karena bangunan punya sifat meredam getaran. Sifat peredaman bangunan tergantung dari material konstruksi, join-join, dan elemen-elemen nonstruktural. Nilai redaman dinyatakan dalam %, artinya sekian persen dari redaman kritis. Redaman kritis adalah redaman yang mencegah terjadinya goyangan. Apabila sebuah pendulum yang diletakkan vertikal di dalam cairan kental dan ujung atasnya diberi gaya horizontal sampai mengalami simpangan horizontal tertentu, kemudian gaya tersebut dihilangkan, pendulum tersebut langsung kembali ke posisi awal dan berhenti tanpa mengalami goyangan lagi, berarti pendulum tersebut mengalami redaman 100% atau mengalami redaman kritis. Kalau pendulum tersebut berdiri di udara, maka getarannya baru berhenti beberapa saat kemudian, redamannya adalah sekian persen terhadap getaran kritis. DUMMY Menentukan dengan pasti nilai redaman sruktur bangunan menurut para pakar adalah sangat sulit, maka untuk keperluan desain struktur, nilai redaman ditetapkan dalam standar yang berlaku berdasakan suatu asumsi yang konservatif. Menurut Arnold (1982) redaman kritis struktur bangunan berkisar antara 2 - 15% terhadap redaman kritis. L. Daktilitas Material Daktilitas adalah kemampuan struktur gedung untuk mengalami simpangan inelastik yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat beban gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan (yielding) pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur gedung tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi diambang keruntuhan. Faktor daktilitas adalah rasio antara simpangan maksimum struktur gedung pada saat mencapai Teknologi Gempa dalam Arsitektur 30
kondisi di ambang keruntuhan dan simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama (SNI 03-1726-2002). Struktur yang daktail ditentukan oleh material strukturalnya, pendetailan konstruksi, dan jenis sistem strukturnya. Untuk memahami material yang daktail, kita bandingkan perilaku kapur tulis dan kawat ketika dilengkungkan. Ketika kapur tulis kita lengkungkan dengan gaya tertentu, maka segera akan putus, sedangkan ketika kawat kita lengkungkan baru putus setelah kita lengkungkan bolak-balik secara berulang-ulang. Kapur tulis mewakili material yang bersifat getas, sedangkan kawat mewakili material yang bersifat daktail. Ketika kawat dilengkungkan dengan gaya tertentu sampai sudut kelengkungan tertentu kemudian gayanya dihilangkan dan kawat tersebut kembali lurus seperti keadaan semula maka kawat tersebut dalam keadaan elastik atau masih dalam kekuatan penuh. Ketika kawat dilengkungkan lagi dengan gaya lebih besar sehingga membentuk sudut kelengkungan yang besar dan gayanya dihilangkan dan kawat tersebut tidak dapat kembali ke kondisi semula (menyisakan kelengkungan/ deformasi), hal ini menunjukkan kekuatan elastik kawat telah dilampaui atau telah mengalami pelelehan, berarti kawat tersebut telah mengalami fase inelastik, simpangannya juga disebut simpangan inelastik. Kawat tersebut sebenarnya telah mengalami "kerusakan" terbatas dan masih dapat mempertahankan kekuatannya (terbentuk sendi pastis). Material yang mampu mengalami fase inelastik dengan rentang yang sangat panjang (seperti kawat dan baja) adalah material yang daktail. Material daktail untuk struktur bangunan yang umum digunakan adalah baja dan beton bertulang daktail (catatan: tidak semua beton bertulang adalah daktail). DUMMY Struktur bangunan dapat berperilaku daktail kalau material yang digunakan bersifat daktail dan pendetailan konstruksinya didesain dan dilaksanakan memenuhi persyaratan daktilitas, serta sistem struktur memiliki tingkat statis tak tentu yang tinggi (dibahas pada Bab 4). Dengan mengizinkan struktur mengalami fase inelastik, maka struktur yang daktail mampu menerima gaya yang lebih besar daripada kekuatan elastiknya tanpa mengalami keruntuhan walaupun mengalami BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 31
kerusakan. Struktur dengan daktilitas penuh dapat menerima gaya sampai 8 kali kekuatan elastiknya sambil mengalami deformasi inelastik, dan pada komponen struktur terbentuk sendi plastis (ada bagian yang "rusak"). Berarti apabila struktur menerima gaya gempa yang besar, pembentukan sendi plastis mengakibatkan sebagian energi gempa terlepas (struktur tersebut mengalami disipasi energi). Untuk memahami hal tersebut dapat dipelajari dari diagram tegangan regangan yang disederhanakan pada Gambar 14. Bila sebuah batang diberi gaya tarik sebesar P1, pada penampang melintang batang tersebut bekerja tegangan s1 dan regangannya sebesar e1, batang tersebut dalam kondisi elastis penuh dan apabila gaya dihilangkan batang kembali ke panjang asal. Ketika batang diberi gaya Py1, pada penampang melintang batang tersebut bekerja tegangan sy1 dan regangannya sebesar ey1, batang tersebut dalam kondisi batas maksimal kekuatan elastiknya, dan masih dapat kembali ke panjang asal apabila gaya dihilangkan. Kondisi batas di mana fase elastis akan beralih ke fase inelastis disebut titik leleh pertama (yield point 1). Ketika batang diberi gaya tarik lebih besar misalnya sebesar P2, tegangan yang terjadi pada penampang melintang batang tersebut tetap sebesar sy1, namun regangannya bertambah besar menjadi e2, hal ini terjadi karena kekuatan elastik telah dilampaui sehingga batang tersebut tidak bisa meningkatkan lagi perlawanannya dengan tegangan elastik. Dalam kondisi inelastik ini batang sudah tidak bisa kembali ke panjang asalnya lagi, selain itu penampang melintang batang mengecil. Apabila gaya diperbesar terus maka tegangan yang terjadi pada penampang melintang batang tersebut tetap sebesar sy1 dan regangannya bertambah besar terus, sampai ketika mencapai titik leleh ke-2 (kekuatan batas) batang sudah dalam keadaan akan runtuh, dan kalau gaya diperbesar lagi batang tersebut akan runtuh. Uraian ini berlaku juga untuk batang yang diberi momen lentur. Uraian ini sangat disederhanakan, diagram yang terjadi pada beton bertulang dan baja tidak sesederhana Gambar 14. DUMMY Teknologi Gempa dalam Arsitektur 32
n a g n a g e t y1 1
1 y1 2 y2 elastik pasca-elastik regangan Gambar 14. Diagram Tegangan-Regangan yang Disederhanakan DUMMY BAB 2 • Gempa Bumi dan Dampaknya 33
DUMMY
3 KONFIGURASI BANGUNAN TERHADAP GEMPA DAN PENYELESAIANNYA DUMMY Selain kondisi yang telah diuraikan di Bab 2, kondisi yang memengaruhi respons struktur bangunan terhadap gempa adalah "konfigurasi" bangunan. Konfigurasi bangunan terhadap gempa mencakup tiga hal, yaitu: (1) dimensi dan bentuk massa bangunan; (2) sifat, dimensi, dan tata letak elemen-elemen struktural; dan (3) sifat dan tata letak elemen-elemen nonstruktural bangunan (Arnold, 1982). Konfigurasi terhadap gempa dikelompokkan dalam dua kelompok, yaitu: (1) konfigurasi beraturan; dan (2) konfigurasi tidak beraturan. Bangunan yang memiliki konfigurasi beraturan akan merespons getaran gempa dengan perilaku yang relatif sederhana, sebaliknya bangunan yang memiliki konfigurasi tidak beraturan akan merespons getaran gempa dengan perilaku yang dinamis dan kompleks sesuai dengan tingkat ketidakteraturannya. Bangunan dengan perilaku kompleks menambah risiko terjadinya perbedaan antara perilaku "nyata" pada saat terjadi gempa dan perilaku yang "diprediksi" dalam perancangan struktur. Struktur bangunan beraturan cenderung bergerak translasi dan sederhana ketika terjadi gempa, yaitu gerak ragam pertamanya dominan translasi mengikuti salah satu sumbu sedangkan gerak ragam keduanya akan dominan dalam gerak translasi sumbu yang lain, sehingga praktis berperilaku sebagai struktur 2D. Sementara itu, struktur bangunan tidak beraturan benar-benar bekerja secara 3D, goyangannya selain 35
translasi juga ada gerakan rotasi horizontal (torsi). Apabila gerak rotasi tersebut dominan pada ragam pertama, hal tersebut menunjukkan perilaku yang buruk dan sangat tidak nyaman bagi penghuni ketika terjadi gempa (SNI 03-1727-2003). Oleh karena itu, dalam peraturan gempa yang berlaku, bangunan dengan konfigurasi yang tidak beraturan harus dianalisis dengan analisis dinamik, sedangkan bangunan beraturan bisa dianalisis dengan analisis beban gempa statik ekivalen. Struktur bangunan tidak beraturan mengakibatkan terjadinya beberapa mekanisme kegagalan struktur, yaitu: torsi, soft-storey, setback, short column, P-delta. Ketidakteraturan konfigurasi bangunan menyebabkan struktur bangunan tidak efisien. Ada beberapa pembatasan keteraturan bangunan, buku ini mengacu pada Pedoman Perencanaan untuk Struktur Rangka Beton Bertulang Biasa dan Struktur Tembok Bertulang untuk Gedung 1981. DUMMY A. Mekanisme Torsi Mekanisme torsi (rotasi) terjadi karena ada eksentrisitas pada denah bangunan, di mana titik pusat massa bangunan tidak berimpit dengan titik pusat gaya perlawanan lateral. Resultan gaya inersia gempa bekerja di pusat massa, sedangkan resultan gaya perlawanan lateral bekerja di pusat gaya perlawanan struktur penahan gaya lateral. Apabila titik pusat massa dan titik pusat perlawanan lateral tidak berimpit (ada eksentrisitas) akibatnya terjadi momen torsi pada denah bangunan (Gambar 15a dan 15b). Semakin besar eksentrisitasnya, momen torsi semakin besar. Eksentrisitas dapat terjadi karena hal-hal berikut. Kekakuan lateral elemen-elemen struktur penahan gaya lateral ditempatkan secara tidak simetri dalam denah. Distribusi beban pada denah tidak simetri. Hal ini terjadi pada bangunan yang di satu sisi denahnya berisi banyak elemen-elemen nonstruktural yang berat seperti dinding-dinding pasangan bata, sedangkan di sisi yang lain tidak ada atau sedikit. Teknologi Gempa dalam Arsitektur Bentuk denah dan potongannya tidak beraturan. 36
Dengan adanya jarak antara pusat massa dan pusat kekakuan (e), besarnya momen torsi pada denah bangunan ini adalah Mt = V x e. Dalam contoh Gambar 15c: A,B,C, momen torsi tersebut memberikan tambahan gaya geser lateral pada kolom-kolom dan pengurangan gaya geser pada dinding geser. gaya inersia gaya inersia pusat massa pusat pusat gaya perlawanan massa pusat gaya perlawanan resultan gaya perlawanan resultan gaya perlawanan DUMMY pusat gaya perlawanan pusat pusat massa massa pusat gaya perlawanan e e Gambar 15a. Torsi Karena Pusat Kekakuan Eksentris terhadap Pusat Massa Sumber: (Arnold, 1982) gaya inersia gaya inersia pusat massa pusat massa pusat gaya perlawanan pusat gaya perlawanan resultan gaya resultan gaya perlawanan perlawanan pusat gaya pusat massa pusat massa perlawanan pusat gaya perlawanan e e BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya Gambar 15b. Torsi Karena Distribusi Beban Tidak Simetri Sumber: (Arnold, 1982) 37
gaya inersia gaya perlawanan translasi momen torsi gaya perlawanan rotasi gaya perlawanan translasi A gaya perlawanan translasi gaya perlawanan rotasi B gaya perlawanan rotasi gaya perlawanan translasi + gaya perlawanan rotasi gaya inersia + momen torsi gaya perlawanan translasi - gaya perlawanan rotasi C gaya perlawanan translasi + gaya perlawanan rotasi DUMMY Gambar 15c. Prinsip Perlawanan terhadap Gaya Translasi dan Rotasi Sumber: (Arnold, 1982) B. Konfigurasi Bangunan yang Berhubungan dengan Torsi 1. Dimensi Bangunan Ekstrem Ukuran H dan/atau L, dan/atau D sangat besar Aspek ratio H/D besar Aspek ratio L/D besar Catatan: L > D Bangunan ini boleh dianggap beraturan apabila: H < 40 m H/D < 3 L/D < 5 Ukuran H dan/atau L, dan/atau D sangat besar Aspek ratio H/D besar Aspek ratio L/D besar Catatan: L > D Bangunan ini boleh dianggap beraturan apabila: H < 40 m H/D < 3 L/D < 5 H D L Gambar 16a. Batasan Dimensi Massa Bangunan Ekstrem
Problem struktural denah panjang dan pipih L panjang L/D besar L panjang L/D besar Teknologi Gempa dalam Arsitektur Gambar 16b. Problem Konfigurasi: Bentuk Denah Panjang dan Pipih 38
Denah yang terlalu panjang dan langsing berpotensi mengalami torsi karena hal-hal berikut. Ada kemungkinan terjadi perbedaan periode getar alami tanah di sisi yang satu terhadap sisi yang lain. Pada umumnya beban gravitasi dari elemen-elemen nonstruktural pada bangunan tidak tersebar secara merata/seragam dan sangat mungkin tidak simetri. Kondisi ini mengakibatkan torsi serupa dengan Gambar 15b, dan apabila bangunan sangat panjang hal tersebut dapat mengakibatkan torsi yang besar. Selain itu pembagian beban gravitasi tidak merata tersebut juga berpotensi mengakibatkan terjadinya perbedaan respons getaran di titik-titik pada denah lantai tiap tingkat, sehingga pada saat lantai bekerja sebagai diafragma horizontal yang panjang dan langsing, lantai tersebut mengalami perilaku dinamis yang kompleks. DUMMY Elemen-elemen nonstruktural seperti dinding pasangan bata dalam kenyataannya menambah kekakuan pada struktur rangka pemikul momen. Pada umumnya penepatan elemen-elemen tersebut tidak merata dan sering kali tidak simetri. Kondisi ini mengakibatkan torsi serupa dengan Gambar 15b, dan apabila bangunan sangat panjang hal tersebut dapat mengakibatkan torsi yang besar. Penyelesaian konfigurasi denah langsing dan panjang a. Memisahkan bangunan menjadi beberapa massa dengan siar gempa sehingga konfigurasi bangunan menjadi beraturan. siar gempa Gambar 17a. Penyelesaian Konfigurasi Denah Langsing dengan Siar Gempa Dalam contoh di atas siar gempa memisahkan struktur bangunan menjadi 3 massa sehingga tiap massa panjangnya tidak melampaui BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 39
50 m dan/atau 10 bentang. Jumlah siar gempa tergantung dari panjang massa keseluruhan. Dengan pemisahan struktur ini tiap massa bangunan bergetar sendiri-sendiri apabila digancang gempa bumi, diafragma menjadi pendek dan tidak langsing sehingga perilaku struktur menjadi sederhana. b. Memperpendek bentang horizontal diafragma dengan memasang dinding geser. DG D. Geser (DG) DG DG L1 L2 L L3 DUMMY Gambar 17b. Penyelesaian Konfigurasi Denah Langsing Diperkaku dengan Menambahkan Dinding Geser L Gambar 17c. Analogi Diafragma sebagai Balok Bidang dengan 2 Buah Tumpuan L1 L1 L2 L2 L3 L3 Gambar 17d. Analogi Diafragma sebagai Balok Bidang dengan 4 Buah Tumpuan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 40 L3 DG
50 m dan/atau 10 bentang. Jumlah siar gempa tergantung dari Bidang diafragma pada Gambar 17a dapat dianalogikan sebagai balok bidang yang ditumpu secara lateral oleh 4 buah dinding geser (DG). Pada Gambar 17b dan 17c, dinding geser dianalogikan sebagai tumpuan per. Bila dinding geser ditambahkan di antara 2 buah dinding geser yang ada, bidang diafragma menjadi lebih kaku. panjang massa keseluruhan. Dengan pemisahan struktur ini tiap massa bangunan bergetar sendiri-sendiri apabila digancang gempa bumi, diafragma menjadi pendek dan tidak langsing sehingga perilaku struktur menjadi sederhana. b. Memperpendek bentang horizontal diafragma dengan memasang 2. Bentuk Denah Berlengan dan Coakan dinding geser. D. Geser (DG) DG DG DG L3 L3 L1 L2 DG L DUMMY D Gambar 17b. Penyelesaian Konfigurasi Denah Langsing Diperkaku H C dengan Menambahkan Dinding Geser G A E B F Lengan: B > C/2 D > A/2 Coakan: E < ¼ F G < ¼ H Gambar 18a. Batasan Bentuk Denah Berlengan dan Coakan Problem struktural denah berlengan Gambar 17c. Analogi Diafragma sebagai Balok Bidang dengan 2 Buah Tumpuan momen torsi pada lengan momen torsi pada lengan terjadi pemusatan tegangan di sudut diafragma Gaya perlawanan terhadap gempa L1 L2 L3 L1 L2 L3 Gaya geser gempa Gambar 17d. Analogi Diafragma sebagai Balok Bidang dengan 4 Buah Tumpuan Gambar 18b. Perilaku Bangunan dengan Denah Berlengan BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 41
Sumbu resultan gaya perlawanan struktur B g n a t n e b 1 Sumbu resultan gaya gempa g n a t n e b 3 A Titik pusat massa e (eksentrisitas) DUMMY Gambar 18c. Eksentrisitas pada Bangunan dengan Denah Berlengan Lengan bangunan akan mengalami momen torsi apabila digoncang gempa seperti dalam Gambar 18b. Momen torsi tersebut terjadi karena ada perbedaan antara kekakuan lengan A yang sejajar dengan arah gaya gempa dan lengan B yang tegak lurus arah gaya gempa (Gambar 18c), di mana pada arah gaya tersebut lengan A lebih kaku daripada lengan B karena 2 buah rangka penahan gaya lateral pada lengan A terdiri dari 3 buah bentang dengan 8 kolom, sedangkan 2 buah rangka penahan gaya lateral pada lengan B terdiri dari 1 buah bentang dengan 4 buah kolom. Perbedaan kekakuan tersebut mengakibatkan posisi sumbu gaya perlawanan struktur terhadap gaya lateral lebih dekat/berada di lengan A, padahal gaya gempa bekerja di titik pusat massa yang posisinya relatif berada lebih di tengah denah massa keseluruhan. Kondisi tersebut, mengakibatkan terjadinya eksentrisitas antara gaya gempa dengan gaya perlawanan, dan eksentrisitas tersebut mengakibatkan terjadinya momen torsi pada lengan B. Putaran lengan B terhadap torsi, diteruskan oleh lantai yang berfungsi sebagai diafragma horizontal ke lengan A, maka portal yang ada di lengan A cenderung mempertahankan posisinya sehingga perilaku tersebut mengakibatkan terjadi pemusatan tegangan geser pada diafragma bagian pojok pertemuan lengan A dan lengan B. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 42
Kasus 1. Keruntuhan karena konfigurasi berlengan, West Anchorage High Shool DUMMY Gambar 19a. Birds Eye View Anchorage High Shool diunduh November 2017 Gambar 19b. Denah Lantai 1 West Anchorage High Shool diunduh November 2017 BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 43
DUMMY Gambar 19c. Denah Lantai 2 West Anchorage High Shool diunduh November 2017 Gambar 19d. Potongan West Anchorage High Shool diunduh November 2017 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 44
DUMMY Gambar 19e. Kegagalan Struktur West Anchorage High Shool diunduh November 2017 Gambar 19f. Kegagalan Struktur West Anchorage High Shool diunduh November 2017 BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 45
Bangunan West Anchorage High School di Anchorage Alaska, mengalami keruntuhan setelah digoncang gempa bumi kuat pada 27 Maret 1964. Getaran gempa kuat terjadi sekitar 1 sampai 1,5 menit dengan durasi sekitar 4 menit building/155). Bangunan berbentuk L terbuka dengan panjang lengan-lengan sekitar 71 meter, struktur bangunannya adalah kolom dengan pelat rata (Gambar 19a s/d 19d). Momen torsi pada lengan bangunan mengakibatkan diafragma (pelat atap dan lantai) mengalami kegagalan struktur (tanda panah pada Gambar 19e), akibatnya masing-masing lengan bangunan bekerja secara terpisah sehingga terjadi redistribusi beban gempa pada shear wall. Hal itu mengakibatkan shear wall (pada Gambar 18e dilingkari) tidak kuat menahan beban tersebut dan runtuh. Keruntuhan shear wall menyebabkan kolom-kolom tidak mampu menahan gaya geser gempa dan mengalami keruntuhan juga (Arnold, 1982). Keruntuhan kolom juga mengindikasikan bahwa balok perimeter lebih kuat daripada kolom. Kerusakan diafragma juga terjadi di sudut lengan dan komponen-komponen struktural lain pada bangunan berlengan tersebut. DUMMY Penyelesaian Konfigurasi Massa Berlengan Penyelesaian konfigurasi berlengan untuk struktur rangka pemikul momen dengan siar pemisah struktur masing-masing lengan merupakan alternatif yang umum digunakan (Gambar 20a). Ketika massa A terpisah secara struktural dengan massa B, maka respons terhadap getaran gempa masing-masing massa menjadi independen. Masing-masing massa A dan B bergoyang secara translasi dan tidak terjadi goyangan rotasi seperti ketika massa A dan B bergabung. Dengan pemisahan tersebut, problem pemusatan tegangan di sudut lengan bangunan tidak terjadi lagi. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 46
Sebelum memisahkan struktur berlengan, perlu dipilih kondisi yang paling menguntungkan, juga dipastikan bahwa setelah struktur dipisahkan dengan siar gempa malah menjadi tidak beraturan karena misalnya struktur independen malah mengalami torsi karena posisi shear wall yang sudah ada menjadi asimetri. Contoh yang sering tidak disadari oleh mahasiswa arsitektur adalah memisahkan struktur berlengan dengan siar gempa, namun di ujung salah satu atau kedua massa yang terpisah terdapat shear wall yang membuat massa independen mengalami torsi bila arah gaya gempa sejajar dengan sumbu y seperti pada Gambar 20c. Contoh pada Gambar 20b adalah contoh yang baik karena seluruh sistem menggunakan struktur Rangka Pemikul Momen, sedangkan contoh pada Gambar 20c merupakan contoh yang jelek karena pada massa B terdapat shear wall di salah satu sisinya sehingga ketika sudah terpisah kekakuan massa B menjadi asimetri. DUMMY pemisahan struktur (siar gempa) pemisahan struktur (siar) gempa) Gaya perlawanan Struktur Lengan B Gaya perlawanan Struktur Lengan A Gaya geser gempa Gambar 20a. Penyelesaian Konfigurasi Denah Berlengan untuk Struktur Rangka Pemikul Momen dengan Siar Pemisah Struktur BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 47
y y shear wall B B A A x x Gambar 20b. Contoh Pemisahan Struktur yang Baik DUMMY y y shear wall B B A A x x Gambar 20c. Contoh Pemisahan Struktur yang Tidak Baik Arnold (1982) mengemukakan pemecahan denah berlengan dengan memasang kolektor kaku di bagian pertemuan lengan-lengan (Gambar 21a dan 21b). Menurutnya kolektor dengan bidang/dinding lebih baik daripada balok/balok bidang. Untuk struktur rangka pemikul momen balok-kolom, kolektor tersebut adalah balok yang diperkaku. Diafragma bangunan West Anchorage High School adalah pelat rata tanpa balok, sehingga balok bidang kolektor akan sangat membantu memperkuat dan memperkaku diafragma. Dalam hal ini torsi dibiarkan terjadi, namun adanya kolektor dapat memperkuat dan memperkaku Teknologi Gempa dalam Arsitektur 48
a diafragma sehingga mampu menerima gaya geser terpusat di sudut lengan yang disebabkan oleh torsi. dinding kolektor balok/ balok-bidang kolektor DUMMY a balok/ balok-bidang balok/balok bidang kolektor kolektor dinding kolektor b Gambar 21a dan 21b. Pemecahan Konfigurasi Denah Berlengan untuk Struktur Rangka Pemikul Momen dengan Memperkuat/Memperkaku Diafragma di Posisi Sudut Pertemuan Lengan b Alternatif ke-3 (Gambar 21c merupakan pengembangan dari alternatif 2, yaitu mengurangi/mengeliminasi momen torsi yang terjadi di setiap lengan dengan cara menambahkan kekakuan bagian yang lemah. Penambahan kekakuan tersebut dilakukan dengan menambahkan shear wall atau braced frame sehingga terjadi keseimbangan kekakuan antara Rangka Pemikul Momen (RPM) di lengan A dengan kekakuan shear BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 49
wall di lengan B untuk arah sumbu y, dan hal yang sama dilakukan juga untuk arah sumbu x. Keseimbangan kekakuan tersebut dipengaruhi oleh dimensi RPM (dimensi balok-balok dan kolom-kolom) dan shear wall (tebal dan lebar) atau bracing (dimensi batang-batang vertikal, horizontal dan diagonal) tersebut, serta material masing-masing elemen struktur tersebut yang harus diperhitungkan oleh perancang struktur (Gambar 21c). balok/balok-bidang kolektor B A shear wall (atau braced frame) DUMMY shear wall (atau braced frame) y x Gambar 21c. Pemecahan Konfigurasi Denah Berlengan untuk Struktur Rangka Pemikul Momen dengan Menambahkan Shear Wall/Braced Frame di Bagian Ujung yang Lebih Lemah 3. Tata Letak Elemen Struktural yang Tidak Simetri/Tidak Seimbang Masalah konfigurasi bangunan terhadap gempa juga dipengaruhi oleh tata letak elemen-elemen struktural seperti Gambar 22 a s.d. f. Walaupun bentuk denah, proporsi denah, proporsi potongan, dimensi bangunan, semuanya beraturan, namun apabila tata letak elemen- elemen strukturalnya tidak beraturan, maka perilaku struktur bangunan tetap kompleks dan dinamis. Struktur bangunan pada Gambar 22 a s.d. f mengalami torsi karena kekakuan elemen-elemen struktur vertikal tidak seimbang atau tidak simetri antara sisi yang satu dengan sisi Teknologi Gempa dalam Arsitektur 50
yang lain. Dari gambar-gambar tersebut, struktur bangunan pada Gambar 22a dan f berperilaku lebih kompleks daripada yang lain karena selain torsi terjadi juga mekanisme soft storey yang akan dibahas pada pembahasan selanjutnya. e b i s k e l f h b e i l u k a k h b e i l e b i s k e l f h b e i l u k a k h b e i l l lebih kaku c DUMMY a b lebih kaku lebih fleksibel lebih fleksibel d lebih kaku e lebih fleksibel lebih kaku f lebih fleksibel Gambar 22. Beberapa Kemungkinan-kemungkinan Konfigurasi dengan Tata Letak Elemen Struktur yang Tidak Seimbang/Tidak Simetri BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 51
Pemecahan strukturnya pada prinsipnya sama dengan bangunan berlengan, yaitu membuat keseimbangan kekakuan antara sisi yang berbeda dengan menempatkan shear wall atau braced frame di sisi yang fleksibel. Sering dalam desain nyata, tuntutan arsitektural tidak menghendaki adanya shear wall atau braced frame pada posisi yang dibutuhkan. Dalam hal ini pilihannya adalah menerima torsi sebagai masukan dalam desain struktur dan tetap menggunakan struktur RPM. Apabila torsi cukup ekstrem, dampaknya adalah struktur bangunan tidak ekonomis. 4. Tata Letak Elemen Nonstruktural yang Tidak Simetri/Tidak Seimbang DUMMY dinding-dinding nonstruktural Gambar 23. Perilaku Torsi pada Konfigurasi dengan Tata Letak Elemen Nonstruktural yang Tidak Seimbang/Tidak Simetri Elemen nonstruktural seperti dinding pasangan bata penyekat ruang mempunyai kekakuan yang cukup berarti. Apabila dinding- dinding ditempatkan pada posisi yang eksentris, bagian yang dindingnya lebih banyak menjadi lebih kaku dan berat daripada yang kosong. Penempatan dinding nonstruktural seperti Gambar 23 menunjukkan ada mekanisme torsi pada struktur bangunannya, karena gaya inersia pada bagian yang banyak dindingnya menjadi lebih besar. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 52
Pembatasan Torsi pada Denah Bangunan yang Tidak Simetri Komponen Penahan Gaya Lateral (Gambar 24): y 1 h a r e a D pusat massa 2 h a r e a D 1/3 L 1/3 L L Gambar 24. Keseimbangan Tata Letak Komponen Penahan Gaya Lateral dalam Denah DUMMY Jumlah total momen inersia komponen-komponen struktur penahan gaya lateral (rangka kaku/shear wall/braced frame) pada arah y minimal 10% dari berada di daerah 1 dan 2. Pusat massa adalah titik berat semua beban gravitasi yang berada di lantai yang ditinjau. Persyaratan lain keseimbangan tata letak dinding-dinding nonstruktural (Gambar 25): X6 X2 X4 Untuk konfigurasi beraturan, dinding-dinding penyekat ruang-ruang diletakkan sesimetris mungkin, apabila tidak simetri maka harus dipenuhi persyaratan: pusat massa A1 4 A Y1 2 A A5 Y5 Y3 A3 6 A
(A1. y1) > 80% {(A3 . y3) + A5 . y5)} dan sebaliknya. (A2 . x2) > 80% (A4 . x4) + (A6 . x6) dan sebaliknya.
Catatan: Catatan: A1, A2 dst. = luas penampang horisontal dinding. A1, A2 dst. = luas penampang horizontal dinding. Jumlah dinding dalam Gambar 24 hanya contoh. Jumlah	dinding	dalam	Gambaar	25	hanya	contoh. Gambar 25. Keseimbangan Tata Letak Dinding-dinding Nonstruktural dalam Denah BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 53
85% dari panjang total dinding-dinding di setiap lantai dalam masing-masing arah utama harus menerus dalam garis sumbu yang sama sepanjang tinggi bangunan sampai pada fondasi. Untuk konfigurasi beraturan, dinding-dinding penyekat ruang- ruang diletakkan sesimetris mungkin, apabila tidak simetri maka harus dipenuhi persyaratan:
(A1. y1) ≥ 80% {(A3 . y3) + A5 . y5)} dan sebaliknya.
(A2 . x2) ≥ 80% (A4 . x4) + (A6 . x6) dan sebaliknya. C. Soft-Storey Struktur akan berperilaku sederhana apabila distribusi kekakuan lateral struktur untuk tiap tingkat bangunan (ditinjau dari potongan vertikal) cukup merata, tidak ada perbedaan kekakuan yang signifikan. Mekanisme soft-storey terjadi karena ada lantai tertentu yang mempunyai kekakuan lateral sangat kecil dibandingkan dengan lantai-lantai di atasnya. Kekakuan lantai-lantai bagian atas yang besar mengakibatkan simpangan horizontal (horizontal displacement) lantai di bawahnya menjadi besar. Simpangan yang besar tersebut mengakibatkan mekanisme P-delta. Bangunan-bangunan yang mempunyai tipologi tersebut antara lain hotel dan apartemen, yaitu bagian atasnya lantai- lantai tipikal, dan bagian bawah berupa podium yang berisi fasilitas publik yang lebih. DUMMY Konfigurasi yang mengakibatkan mekanisme soft-storey: Kolom-kolom di lantai dasar atau di lantai tertentu mempunyai ketinggian yang jauh lebih besar daripada kolom-kolom lantai- lantai di atasnya. Hal ini mengakibatkan kekakuan struktur di bagian bawah lebih kecil daripada kekakuan struktur di atasnya (Gambar 26a).
Jarak kolom-kolom di lantai dasar atau lantai tertentu lebih jauh daripada lantai-lantai di atasnya (Gambar 26b). Banyak struktur bangunan bertingkat di mana kolom-kolom lantai atas tidak Teknologi Gempa dalam Arsitektur 54
semuannya diteruskan ke fondasi sehingga diperlukan balok transfer untuk memikul kolom-kolom dari atas tersebut. Hal tersebut mengakibatkan kekakuan lateral struktur lantai bawah lebih kecil daripada kekakuan lateral stuktur di atasnya.
Shear	wall atau braced frame di lantai-lantai atas tidak menerus ke fondasi (Gambar 26 c). Penempatan elemen-elemen nonstruktural yang mempunyai kekakuan dan berat berarti (seperti pasangan bata dan sejenisnya) lebih banyak di lantai atas daripada lantai di bawahnya. Konfigurasi ini mengakibatkan dua hal: 1) menambah kekakuan lateral struktur bagian atas menjadi lebih besar daripada kekakuan lateral struktur bagian bawah; DUMMY 2) berat elemen-elemen nonstruktural tersebut mengakibatkan gaya inersia yang besar bekerja di lantai-lantai atas. Konfigurasi dalam empat poin di atas mengakibatkan simpangan horizontal kolom lantai di bawah menjadi besar, akibatnya pada kolom tersebut bekerja momen eksentris Me yang signifikan yang dihasilkan dari gaya gravitasi pada kolom (P) dikalikan eksentrisitasnya (∆) terhadap tumpuan di bawahnya. Me tersebut menambah besar momen kolom yang di dalamnya sudah bekerja momen akibat beban gravitasi pada kolom di salah satu sisi bangunan. Perilaku ini disebut dengan mekanisme P-Delta (P-∆) (Gambar 27). H2 H1 ½ L1 ½ L1 L1 H3 H3 Gambar 26a. Tinggi Kolom Gambar 3.25a. Tinggi kolom lantai dasar jauh lebih besar Lantai Dasar Jauh Lebih Besar daripada lantai di atasnya daripada Lantai di Atasnya Gambar 26b. Jarak Kolom Gambar 3.25b. Jarak kolom lantai dasar lebih besar Lantai Dasar Lebih Besar daripada lantai di atasnya daripada Lantai di Atasnya Gambar 26c. Banyak Gambar 3.25c. Banyak Dinding Nonstruktural di Dinding Nonstruktural bagian Atas di Bagian Atas BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 55
P (beban gravitasi)
Me = Px
V Gambar 3.26a. Mekanisme Sof- storey Gambar 27a. Mekanisme Soft-Storey Gambar 3.26b. Mekanisme P- Gambar 27b. Mekanisme P-∆ Kasus 2. Olive View Hospital yang Runtuh Karena Soft-Storey DUMMY Gambar 28a. Birds Eye View Olive View Hospital 9th-1971/ #jp-carousel-5313, diunduh Mei 2019 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 56 Gambar 28b. Potongan Melintang Olive View Hospital Sumber: (Arnold, 1982)
Gambar 28c. Potongan Memanjang Olive View Hospital Sumber: (Arnold, 1982) DUMMY Gambar 28d. Denah Tata Letak Struktur Lantai 3 Olive View Hospital Sumber: (Arnold, 1982) Olive View Hospital berada di San Francisco, mengalami keruntuhan setelah digoncang gempa San Fernando pada 2 September 1971. Ketinggian bangunan adalah 6 lantai dengan denah bangunannya terdiri dari 4 buah sayap yang mengelilingi court yard di tengah. Sayap-sayap bangunan tersebut menghasilkan konfigurasi bangunan berlengan (Gambar 28a dan 28d). Sistem strukturnya adalah kolom dengan pelat rata beton bertulang. Di lantai-lantai 3 ke atas terdapat BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 57
beberapa buah shear wall yang tidak menerus sampai ke lantai dasar (Gambar 28b s.d. 28d). Di setiap ujung sayap bangunan terdapat tower tangga, namun menurut Jankowski (2009) tower tersebut berdiri bebas (free standing) dan tidak memperkaku struktur sayap bangunan. DUMMY Gambar 29a. Olive View Hospital, San Fernando, California Tower Tangga Wing C Miring Karena Pounding 12-10-684x1024.jpg, diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 58
Gambar 29b. Olive View Hospital Pounding dng Core, San Fernando, California, Tower Tangga Wing A, B, D Runtuh Karena Pounding diunduh Mei 2019 DUMMY Kolom dan pelat lantai di lantai 1 dan 2 membentuk struktur rangka penahan momen yang sangat fleksibel dibandingkan dengan struktur di lantai 3 ke atas yang mempunyai beberapa buah shear wall. Diskontinuitas kekakuan vertikal tersebut mengakibatkan terjadinya mekanisme soft-storey pada lantai 1 dan lantai 2 dan mengakibatkan kerusakan parah kolom-kolom di lantai 1 dan 2 (Gambar 29a dan 29b). Kerusakan/keruntuhan tower-tower tangga yang berdiri bebas di ujung lengan setiap sayap terjadi karena pounding (benturan) antara bangunan sayap dengan tower tangga. Benturan terjadi karena pergerakan dinamik yang berbeda antara bangunan sayap dengan tower tangga, simpangan horizontal bangunan sayap sangat besar karena soft-storey dan lebar siar pemisah tidak cukup besar (Jankowski, 2009). BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 59
Penyelesaian Masalah Soft-Storey Penyelesaian masalah soft-storey adalah dengan memperkaku tingkat yang lunak. Menempatkan bracing/shear wall pada tingkat yang lunak dengan tata letak yang relatif beraturan. Menambah jumlah kolom sehingga jarak kolom lebih rapat dari tingkat yang lebih kaku, selama hal ini memungkinkan dari segi arsitektur. Menambahkan balok untuk memperpendek tinggi kolom pada tingkat yang "soft" sehingga tinggi kolom pada tingkat tersebut menjadi sama atau hampir sama dengan tingkat yang kaku, selama memungkinkan dari segi arsitektur. DUMMY Memperkaku (mempertebal) shear wall atau shear core di lantai yang lunak sehingga porsi rangka menahan gaya geser gempa pada lantai soft tersebut menjadi lebih kecil. Konfigurasinya tetap soft-storey tidak diubah, demensi dan detail- detail struktur dikontrol dalam analisis dan desain struktur dalam batas yang dapat diterima. Pemecahan ini menyebabkan struktur bangunan tidak ekonomis. Menambah bracing di lantai lunak dapat dilakukan dengan berbagai pola, misalnya seperti Gambar 30a dan 30d. Menambah kolom di lantai lunak seperti Gambar 30b, penambahan kolom kemungkinan tidak populer bagi arsitek. Menambahkan balok seperti Gambar 30c dapat dilakukan tanpa harus menambah lantai, dengan penambahan balok tersebut tinggi kolom di lantai lunak diperpendek sehingga menjadi lebih kaku. Kalau dalam desain arsitektur ada shear wall dan shear core (seluruh tinggi bangunan), shear shear wall atau shear core di lantai lunak dapat diperkaku dengan mempertebal dinding shear wall atau shear core tersebut. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 60
balok tambahan ½ H1 H1 ½ H1 29b 29a 30a 30b 30c 29c shear core DUMMY shear wall shear wall 29e 30e 30d 29d Gambar 29. Beberapa Alternatif Penyelesaian Konfigurasi Soft-Storey Pembatasan Konfigurasi Soft-Storey Pembatasan perbedaan kekakuan dinding nonstruktural antar tingkat: Panjang total tembok-tembok tinggi penuh di satu tingkat > 75% panjang total tembok-tembok tinggi penuh tingkat di atasnya (PPUSBBB&STBUG 81) Pembatasan kekakuan antartingkat. Tinggi kolom lebih kecil atau sama dengan 1,4 tinggi kolom lantai di atasnya (Gambar 31). Kekakuan lateral suatu tingkat ≥ 75% kekakuan lateral tingkat di atasnya. Kekakuan lateral suatu tingkat ≥ 80% kekakuan lateral rerata 3 tingkat di atasnya. BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 61
85% panjang total tembok pada masing-masing arah harus menerus ke fondasi dalam garis sumbu yang sama (SNI 03-1726- 2003). Setiap lantai tingkat memiliki berat tidak lebih dari 150% berat tingkat di atasnya maupun di bawahnya (Gambar 32). Berat atap maupun rumah atap tidak perlu memenuhi persyaratan ini. H1 < 1,4 H2 (PPUSBBB&STBUG 81) H2 H2 H1 Q7 Q Q6 Q Q5 Q Q4 Q Q3 Q Q2 H1 < 1,4 H2 (PPUSBBB&STBUG 81) H2 H2 DUMMY H1 Q1 Gambar 31. Pembatasan Perbedaan Tinggi Antartingkat Q2 < 1,5 Q1 Q1< 1,5 Q2 Q3 < 1,5 Q2 Q2 < 1,5 Q3 Dst. (SNI 03-1726-2003) Q7 Q Q6 Q Q5 Q Q4 Q Q3 Q Q2 H H H Q1 Gambar 32. Pembatasan Perbedaan Berat Antartingkat D. Setback Ada penonjolan yang ekstrem di bagian bawah pada potongan vertikal massa bangunan, antara podium dan tower. Akibat penonjolan podium yang besar, terjadi pemusatan gaya geser yang signifikan pada kolom atau diafragma di tempat pertemuan podium dan tower tersebut. Pemusatan gaya geser terjadi karena struktur podium lebih kaku dari Teknologi Gempa dalam Arsitektur 62 Q2 < 1,5 Q1 Q1< 1,5 Q2 Q3 < 1,5 Q2 Q2 < 1,5 Q3 Dst. (SNI 03-1726-2003) H H H
pada struktur tower, sehingga waktu getar struktur podium lebih pendek dibandingkan waktu getar struktur tower. Kolom dan diafragma di tempat pertemuan tersebut akan berusaha menyesuaikan getaran kolomnya dengan kedua waktu getar, akibatnya terjadi gaya geser horizontal terpusat yang besar. c A B DUMMY Gambar 33a. Setback Tampak Samping Bangunan c A c B Gambar 33b. Setback Tampak Depan Bangunan Gambar 33a dan 33b menunjukkan tampak samping dan tampak depan bangunan dengan struktur rangka yang mempunyai konfigurasi setback. Gambar 34a menunjukkan kecenderungan deformasi struktur rangka bagian A, Gambar 34b menunjukkan kecenderungan deformasi struktur rangka bagian B, masing-masing dilihat dari arah tampak depan. Struktur rangka bagian A lebih tinggi dan fleksibel dari bagian B dan mempunyai waktu getar yang panjang, sedangkan struktur rangka bagian B lebih pendek dan kaku mempunyai waktu getar yang BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 63
pendek. Deformasi di puncak bangunan bagian A lebih besar daripada deformasi di puncak bangunan bagian B. Pada pertemuan bagian A dan bagian B di titik c rangka bagian A dan B merupakan satu kesatuan, maka masing-masing bagian berusaha saling memaksakan deformasi sesuai dengan besarnya deformasi dan arah gerakan masing-masing, sehingga terjadi pemusatan gaya geser di titik c tersebut (Gambar 34c dan d). Hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: ketika pada awal pergerakan, masing-masing bagian bergerak ke kanan (Gambar 34c), namun di pertemuan c pergerakan tersebut tidak harmonis karena deformasi masing-masing bagian berbeda. Selanjutnya ketika bagian B yang waktu getarnya lebih pendek sudah bergerak ke kiri, bagian A masih berada di kanan (Gambar 34d). Hal tersebut yang mengakibatkan terjadinya pemusatan gaya geser dan terjadi bertubi-tubi sampai gerakan berhenti. Uraian yang sama juga berlaku untuk setback pada tampak samping, bagian A dan B ditinjau seperti Gambar 35. DUMMY a b c d Gambar 34. a. Deformasi Bangunan A; b. Deformasi Bangunan B; c. dan d. Gaya Geser Terpusat Karena Perbedaan Waktu Getar A c B Teknologi Gempa dalam Arsitektur Gambar 35. Bagian A dan B pada Tampak Samping Bangunan Setback 64
Penyelesaian setback dapat dilakukan dengan memberi siar pemisah struktur seperti penyelesaian bangunan berlengan (Gambar 36a). Penyelesaian pada Gambar 36b tetap menghasilkan konfigurasi yang tidak beraturan, namun peralihan lebar bentang lantai tidak terlalu mendadak sehingga besarnya gaya gaya geser terpusat berkurang. siar gempa Gambar 36a. Pemecahan Setback dengan Siar Gambar 36b. Pemecahan Setback dengan Loncatan Bidang Muka Bertahap DUMMY Pembatasan Konfigurasi Setback D3 D1 D5 D4 D2 D6 D3	≥	75%	D4 D3 > 75% D4 D4	≥	75%	D5 D4 > 75% D6 D5	≥	75%	D6 D5 > 75% D6 D1 > 75% D2 Gambar 37. Pembatasan Setback E. Invert Setback Invert setback adalah konfigurasi potongan bangunan yang merupakan kebalikan dari setback, yaitu bagian atas bangunan menonjol lebih lebar daripada bagian bawah. Problem struktural konfigurasi ini adalah berat massa besar berada di atas sehingga titik berat massa menjadi tinggi. Bila bekerja gaya geser gempa (V), maka resultan gaya inersia (F1 dan F2) bekerja di BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 65
titik berat massa yang jauh dari tumpuan (fondasi) sehingga menghasilkan momen (M) yang besar. Momen besar cenderung mengakibatkan deformasi (∆) menjadi besar dan eksentrisitas antara titik berat massa terhadap titik tumpuan juga besar. Beban massa bekerja di titik berat massa, maka karena ada eksentrisitas yang besar akan terjadi mekanisme P-∆. F1 H1 P DUMMY F2 H1 H1 H1 H2 Me H1
V H1 Gambar 38. Mekanisme P-∆ pada Konfigurasi Invert Setback Pembatasan Konfigurasi Invert Setback Dengan acuan pembatasan berat tiap lantai tidak lebih besar 150% dari lantai di atas maupun di bawahnya (SNI 03-1726-2003), dan dengan asumsi berat per m2 beban hidup maupun beban mati tiap lantai seragam, maka sebagai acuan awal yang kasar: luas tiap lantai tidak lebih besar 150% dari lantai di atas maupun di bawahnya. Acuan pembatasan ini hanya untuk perkiraan awal saja dan memang tidak tepat karena berat per m2 tiap lantai pada umumnya tidak seragam. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 66
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Gambar 39. Pembatasan Invert Setback Penyelesaian Invert Setback Untuk menara diselesaikan dengan mengontrol kekuatan dan DUMMY kekakuan struktur dalam perancangan struktur. Untuk bangunan gedung dilakukan dengan menambahkan shear wall/shear core ke masing-masing arah sumbu denah. F. Struktur Bangunan Langsing Proporsi Potongan Vertikal yang Pipih dan Bangunan Sangat Tinggi Struktur yang tinggi dan langsing mempunyai waktu getar yang panjang (dilihat dari diagram spektrum respons), bila menerima beban gempa akan mengalami deformasi lateral yang relatif besar sehingga dapat mengakibatkan efek P-Delta yang cukup berarti (SNI 03-1727-2003). Pada Gambar 40, reaksi tumpuan terhadap beban gravitasi adalah gaya tekan -RC1 (ke atas) pada kedua buah kolom, reaksi tumpuan terhadap beban lateral pada kolom di sisi beban adalah gaya tarik +RT2 (ke bawah) sedangkan reaksi tumpuan terhadap beban lateral pada kolom di seberangnya adalah gaya tekan -RC2 (ke atas). Apabila proporsi bangunan langsing dengan aspek ratio H/D besar, maka gaya tekan (-C2) dan gaya tarik (+T2) pada tumpuan akibat momen menjadi besar. Kemungkinan yang terjadi adalah (Gambar 40): 1. Apabila gaya tekan gravitasi (C1) pada tumpuan lebih besar daripada gaya tarik akibat momen (T2), maka jumlah akhirnya pada satu sisi gaya aksial tekan pada tumpuannya menjadi kecil BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 67
dan sisi yang lain gaya aksial tekan pada tumpuannya bertambah besar. 2. Apabila gaya tekan gravitasi C1 pada tumpuan lebih kecil dari gaya tarik akibat momen, maka jumlah akhirnya pada satu sisi gaya aksial tekan tumpuannya bertambah besar dan sisi lain gaya aksial tumpuannya menjadi tarik. Semakin besar aspek ratio H/D, gaya aksial tekan dan tarik akibat momen semakin besar. Dari dua kondisi a dan b, jumlah gaya tekan pada kolom di salah satu sisi selalu bertambah besar, hal ini menambah potensi terjadi tekuk pada kolom. Pada kondisi b, salah satu sisi tumpuan mengalami gaya tarik sehingga mengakibatkan tumpuan mendapat gaya angkat ke atas, hal ini tidak menguntungkan karena stabilitas struktur bangunan mengandalkan hanya pada sambungan antara kolom dengan fondasi dan pada kapasitas fondasi untuk melawan gaya angkat. DUMMY Selain uraian di atas, bangunan sangat langsing atau sangat tinggi mempunyai waktu getar panjang, maka respons percepatannya kecil (dari diagram spektrum respon) sehingga dalam perencanaan (bila menggunakan analisis beban statik ekivalen) besarnya gaya-gaya yang bekerja juga kecil. Namun bangunan sangat langsing cenderung berperilaku sangat dinamis, maka pada mode getar tertentu ada potensi bagian struktur bangunan tertentu di tingkat tertentu mengalami resonansi getaran dan terjadi amplifikasi gaya dalam yang sangat besar dan tidak diprediksi dalam perencanaan. Oleh karena itu, untuk struktur tidak beraturan analisis beban gempa statik ekivalen tidak diperkenankan dan harus dianalisis dengan analisis dinamis. Pembatasan ketinggian dan proporsi bangunan: Tinggi bangunan maksimal 40m atau 10 lantai. Proporsi H/D = 3 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 68
a) b) H + = atau C1 C1 RC1 (-) RC1 (-) D T 2 RT2 (+) C2 RC2 (-) RC1 (-) RC1 (-) RT2 (+) RC2 (-) + RC1 (-) RC1 (-) RT2 (+) RC2 (-) (+) + RC1 + RT2 (= tekan) -RC1 - RC2 (= tekan) RC1 + RT2 (= tarik) RC1 - RC2 (= tekan) DUMMY (Bila: RC1 > RT2) (Bila: RC1 < RT2) Gambar 40. Gaya Reaksi Tumpuan pada Bangunan Langsing Penyelesaian: Untuk menara diselesaikan dengan mengontrol kekuatan dan kekakuan struktur dalam perancangan struktur. Untuk bangunan: 1. Mengontrol kekuatan dan kekakuan struktur dalam perancangan struktur. 2. Menambahkan elemen pengaku: bracing, core atau shear wall, atau rangka momen yang kaku. G. Short Column (Kolom yang Diperpendek) Short column adalah mekanisme keruntuhan kolom yang terjadi karena pemusatan gaya geser yang besar pada kolom. Pemusatan gaya geser tersebut disebabkan oleh penempatan elemen nonstruktural atau balok struktural di dalam rangka pemikul momen (RPM) yang penempatannya mengakibatkan perubahan perilaku kolomnya. Short column bisa dikatakan sebagai "kolom yang diperpendek" yang sudah dirancang dengan tinggi tertentu, menjadi pendek karena pemasangan elemen nonstruktural atau balok di dalam RPM tersebut. BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 69
Penempatan dinding yang tidak penuh sampai ke balok di atasnya memperkaku kolom yang asalnya panjang menjadi pendek (Gambar 41). Hal itu mengakibatkan korelasi antara gaya geser dan momen kolom pada kolom RPM akibat gaya gempa berubah. Dengan momen yang sama, gaya geser pada kolom yang diperpendek menjadi lebih besar dibanding gaya geser pada panjang kolom yang asli. F F V1 V1 V2 V2 H2 M2 M2 H1 M1 M1 V1 V1 DUMMY V1 = (M1 + M2)/H1 H2 << H1 V2 >> V1
V2 = (M1 + M2)/H2 Gambar 41. Mekanisme Short Column Elemen nonstruktural lain yang dapat mengakibatkan short column adalah tangga. Balok bordes tangga yang terikat di kolom mengakibatkan panjang kolom terbagi menjadi dua, hal ini dapat mengakibatkan mekanisme short column (Gambar 42a). Bangunan seperti shoping mall pada umumnya gedung parkirnya bergabung dengan bangunan mall. Tinggi lantai ke lantai bangunan parkir lebih kecil daripada tinggi lantai ke lantai mall sehingga balok bangunan parkir tidak sama levelnya dengan balok mall dan memperpendek tinggi kolom (Gambar 42b). Bila bangunan tersebut tidak dipisah dengan siar maka pemendekan kolom tersebut berpotensi menyebabkan mekanisme short column. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 70
+ H/2 H + H/2 Gambar 42a. Tangga Memperpendek Kolom Short column DUMMY + H/2 H + H/2 Gambar 42b. Balok Tidak Selevel Memperpendek Kolom Penyelesaian masalah short column. Struktur RPM yang level baloknya berbeda, dipisahkan dengan siar gempa pada pertemuan rangka yang berbeda level baloknya. Dinding yang tidak penuh sampai ke balok dipisahkan dari kolom dengan siar, kemudian siar diisi dengan material lunak (Gambar 45). Agar dinding tersebut dapat menahan beban muka, di tepi kiri kanan dinding dipasang kolom praktis, dan di atas dinding dipasang balok praktis. Kolom praktis tersebut dihubungkan secara kaku (jepit) dengan balok yang memikulnya. Bordes tangga dipisahkan secara lateral terhadap kolom dengan menempatkan pelat bordes di atas balok penumpu bordes (Gambar 46a). Apabila pelat tangga dan bordesnya menyatu dengan struktur lantai bawah dan struktur lantai atas, akan membentuk truss yang dapat memperkaku struktur RPM di daerah tersebut. Untuk BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 71 Short column
mengatasi hal tersebut, bordes dipisah menjadi dua agar masing- masing bagian tangga dapat bergerak bebas tidak menghambat pergerakan lantai atas dan bawah (Gambar 46a). Balok penumpu bordes dapat memperkaku RPM, maka salah satu tumpuannya dibuat tumpuan rol (Gambar 46b). Menggunakan struktur rangka gravitasi-shear wall/bracing dan melimpahkan seluruh beban gempa lateral pada shear wall/ bracingnya. Contoh kerusakan bangunan karena mekanisme short column. DUMMY Gambar 44. Kegagalan Short Column static/data/4-illustration-of- damage/NZ005_Damage_1.jpg, diunduh Juli 2022 Gambar 43. Kegagalan Short Column effects.html, diunduh Juli 2022 siar balok praktis material lunak kolom praktis join kaku Teknologi Gempa dalam Arsitektur Gambar 45. Detail Siar pada Dinding Tinggi Tidak Penuh 72
siar perletakan bebas (rol) balok penumpu bordes kolom Gambar 46a. Detail Pemisahan Tangga BALOK PENUMPU BORDES (tampak memanjang) DUMMY A balok penumpu bordes siar kanal U (rel) baja hollow kotak ditanam dalam corbel corbel siar Potongan A-A A KOLOM Gambar 46b. Detail Tumpuan Balok Penumpu Bordes siar pergerakan balok penumpu bordes pergerakan tangga bordes ke atas tumpuan rol pergerakan tangga bordes ke bawah BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya Gambar 46c. Perspektif Detail Pemisahan Tangga 73
H. Kolom Lemah-Balok Kuat (Strong Beam-Weak Column) Struktur Rangka Pemikul Momen beton bertulang yang didesain di wilayah gempa memerlukan kekuatan dan daktilitas, dengan tujuan ketika mengalami gempa kecil kolom tetap kuat secara eklastik dan tidak mengalami kerusakan sama sekali, sedangkan terhadap gempa kuat mampu mengalami perilaku inelastik sebelum terjadi keruntuhan kolom. Kondisi yang diharapkan tersebut dinyatakan sebagai kolom kuat-balok lemah. Struktur daktail mampu mengalami fase inelasik yang panjang ketika menerima beban berlebih secara berulang, namun mengalami kerusakan/deformasi permanen (komponen tersebut tidak dapat kembali pada bentuk asalnya lagi), kerusakan tersebut dikenal sebagai sendi plastis. Pembentukan sendi plastis tersebut dimaksudkan agar struktur melepaskan energi (disipasi energi) dari beban yang berlebih. Hal yang harus dipastikan adalah bahwa sendi plastis harus terjadi di balok dan bukan di kolom agar kolom tidak runtuh. Keruntuhan kolom, apabila terjadi di lantai-lantai atas akan mengakibatkan lantai-lantai tersebut menimpa lantai-lantai di bawahnya secara berurutan dari atas ke bawah sehingga seluruh bangunan bisa mengalami keruntuhan (disebut efek "pancake"). DUMMY Kerusakan atau keruntuhan bangunan yang terjadi karena mekanisme kolom lemah-balok kuat (strong beam-weak column) berkaitan langsung dengan desain struktur (Gambar 47a), yaitu balok yang didesain lebih kuat daripada kolom. Kondisi lain seperti penempatan komponen nonstruktural misalnya dinding yang kaku dan kuat (beton atau pasangan bata yang kuat) di atas balok dapat memperkaku dan memperkuat balok tersebut (Gambar 47b). Bentuk kerusakan kolom akibat mekanisme kolom lemah- balok kuat yang disebabkan oleh penempatan dinding kaku di atas balok mirip dengan kerusakan short column, namun mekanisme yang menyebabkannya berbeda. Kerusakan short-column terjadi karena gaya geser pada kolom menjadi besar karena kolom diperpendek dan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 74
menjadi kaku, sedangkan kerusakan kolom lemah-balok kuat terjadi karena balok lebih kuat daripada kolom; atau karena balok diperkaku oleh dinding nonstruktural di atasnya sehingga ketika menerima gaya geser lateral, deformasi balok tersebut terhambat dan menjadi kecil sehingga deformasi di kolom menjadi lebih besar. Penyelesaian terhadap konfigurasi kolom lemah-balok kuat dapat dilakukan dengan menerapkan desain kapasitas (capacity design) yang benar oleh perancang struktur; atau memisahkan dinding tambahan dengan siar yang diisi material lunak terhadap kolom seperti penyelesaian short column; atau menggunakan material dinding pengisi yang tidak cukup kaku memperkaku balok sehingga akan rusak dahulu ketika terjadi gempa kuat. Kegagalan struktur karena balok kuat kolom lemah dapat terjadi di lantai mana saja, kalau terjadi di lantai dasar dan terjadi sendi plastis di puncak dan dasar kolom, maka dapat terjadi keruntuhan total bangunan (Gambar 47a). Sementara itu, kalau terjadi di lantai-lantai atas, lantai atas yang runtuh akan menimpa lantai- lantai di bawahnya sehingga ikut runtuh dan terjadi keruntuhan total bangunan (Gambar 47b). DUMMY Gambar 47a. Kerusakan Kolom Karena Balok Lebih Kuat dari Kolom diunduh Mei 2022 BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 75
Gambar 47b. Keruntuhan Total Bangunan Karena Mekanisme "Pancake" 8-638.jpg?cb=1424483635, diunduh November 2021 DUMMY I. Konstruksi Siar Gempa Pemisahan struktur bangunan dengan siar gempa bertujuan agar struktur bangunan yang sudah terpisah berperilaku independen terhadap getaran gempa, dengan harapan masing-masing struktur berperilaku lebih sederhana. Setelah adanya pemisahan tersebut, deformasi masing-masing struktur bangunan bisa berbeda. Hal yang dihindari adalah terjadinya benturan (pounding) antarbangunan. Banyak kejadian bangunan berdampingan berbenturan satu sama lain ketika terjadi gempa, sehingga salah satu bangunan mengalami keruntuhan dan bangunan yang lainnya mengalami kerusakan. Oleh karena itu, diperlukan lebar yang cukup besar untuk menghidarkan terjadi benturan antarbangunan tersebut. Pedoman perencanaan untuk struktur beton bertulang biasa dan struktur tembok bertulang untuk gedung 1981 menetapkan lebar siar sebagai berikut.
Jarak pemisah bangunan terhadap batas lahan adalah 0,002 (1/500) kali tinggi seluruh bangunan, atau minimal 3,75 cm, dipilih yang terbesar. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 76
Lebar siar gempa adalah 0,004 (1/250) kali tinggi bangunan pada posisi yang dapat berbenturan, atau minimal 7,5 cm dipilih yang terbesar. Pembatasan tersebut didasarkan pada pembatasan defleksi maksimal bangunan, yaitu sebesar 0,002 (atau 1/500) kali tinggi bangunan. Bila bangunan yang berada di perbatasan masing-masing mengikuti batasan tersebut, jarak antarbangunan di perbatasan lahan tersebut menjadi 2 × 0,002 = 0,004 kali tinggi bangunan. Penjelasan yang sama berlaku juga untuk pembatasan lebar siar gempa pada bangunan. Struktur yang dipisahkan dengan siar gempa benar-benar harus terpisah secara horizontal satu sama lain. Hal ini berlaku untuk struktur bangunan atas, sedangkan fondasi boleh disatukan secara keseluruhan, asalkan sloof atau pelat fondasi didesain dengan kekakuan yang cukup untuk menghidarkan terjadinya perbedaan penurunan. Basement dapat diperlakukan seperti fondasi dengan disatukan secara keseluruhan tanpa dipisah-pisah dengan siar gempa (Benyamin, 2017). Keuntungan menyatukan seluruh basement adalah mengurangi risiko kebocoran air tanah dan apabila didesain dengan sloof atau pelat yang cukup kaku dapat menghindarkan terhadap perbedaan penurunan fondasi. DUMMY d2 = 0.004 x H2 H1 d2 = 0.002 x H1 H2 batas lahan siar gempa Gambar 48. Pembatasan Lebar Siar Gempa Fondasi atau basement yang menyatu berada di dalam tanah dapat dianalogikan sebagai landasan maket, sedangkan struktur atas yang terpisah-pisah dengan siar dianalogikan sebagai maket-maket struktur BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 77
bangunan yang terpisah-pisah. Bila landasan tersebut digerakkan bolak-balik, maka maket-maket akan bergetar sendiri-sendiri secara independen. Contoh penyelesaian pertemuan rangka yang dipisahkan dengan siar: lantai 2 lantai 2 lantai 1 lantai 1 DUMMY Gambar 49a. Konstruksi Pemisahan Struktur dengan 2 Kolom Berdampingan, Fondasi Tidak Dipisahkan d = siar lantai 2 lantai 2 lantai 1 basement Gambar 49b. Konstruksi Pemisahan Struktur dengan Kantilever, Basement Tidak Dipisahkan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 78
lantai 2 d = siar lantai 2 korbel lantai 1 basement Gambar 49c. Konstruksi Pemisahan Struktur dengan Korbel, Basement Tidak Dipisahkan DUMMY d = 0,004 H balok bisa bergeser balok hanya diletakkan di atas landasan licin landasan licin (misalnya teflon) kolom korbel Gambar 50a. Detail Siar Gempa, Konstruksi Tumpuan Balok pada Korbel Batasan lebar siar gempa menghasilkan celah antarmassa bangunan yang lebar, maka perlu diselesaikan dengan detail konstruksi yang khusus di garis siar pada pelat lantai, agar pengguna bangunan tidak terperosok ke dalam siar tersebut. Pada prinsipnya celah siar yang lebar ditutup dengan material yang kuat untuk dibebani oleh penghuni dan perabot, salah satu material yang umum dipakai adalah pelat baja. Pelat baja tersebut dimatikan di salah satu pelat lantai dan diletakkan bebas secara lateral di lantai yang lain agar struktur bangunan yang sudah dipisahkan tersebut masing-masing dapat bergerak lateral secara independen. Konstruksi yang umum diterapkan adalah, menggunakan pelat baja yang diikat dengan jangkar di salah satu pelat lantai pada BAB 3 • Konfigurasi Bangunan terhadap Gempa dan Penyelesaiannya 79
setiap jarak sekitar 1 meter, sedangkan pelat baja pada pelat lantai yang lain diletakkan bebas secara lateral. Lebar pelat baja yang tertumpu bebas tersebut harus lebih lebar daripada lebar siar gempa agar apabila terjadi pergerakan berlawanan yang maksimal, pelat baja tersebut masih tertumpu oleh pelat lantai. Finishing lantai akan rusak apabila terjadi pergerakan lantai, kerusakan tersebut dapat diminimalkan dengan memisahkan finishing lantai dan diisi dengan material lunak seperti sealent (salah satu contoh pemecahan ada dalam Gambar 50b). finishing pelat baja > d pemisahan finishing diisi DUMMY baja siku d = 0,004 H atau d = d	=	0,004	H	atau	d	=	7,5 Gambar 50b. Detail Konstruksi Pertemuan Antar Pelat Lantai di Posisi Siar Gempa Teknologi Gempa dalam Arsitektur 80
4 DASAR-DASAR PERANCANGAN STRUKTUR DAN TEKNOLOGI BANGUNAN TERHADAP GEMPA BUMI DUMMY A. Desain Struktur Berdasarkan Kinerja Telah dibahas dalam Bab I, bahwa gempa bumi merupakan fenomena alam yang sangat tidak terduga waktu kejadiannya maupun besarnya intensitas yang akan terjadi. Oleh karena itu, tidak realistik merancang kekuatan struktur yang tahan terhadap beban gempa besar tanpa mengalami kerusakan sama sekali, karena seberapa pun besarnya beban gempa yang diperhitungkan dalam perancangan struktur, selalu ada kemungkinan terjadi gempa yang lebih besar. Yang menjadi pertanyaan adalah gempa dengan percepatan berapa atau gempa dengan periode ulang berapa, atau berapa besar beban gempa rencana yang harus dimasukkan sebagai dasar perhitungan struktur? Hal tersebut merupakan ranah para pembuat peraturan atau standar perancangan struktur terhadap gempa di setiap negara yang rawan gempa. Indonesia mempunyi Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia untuk Gedung 1981 (PPTGIUG 1981), SNI 03-1726-2002 dan SNI 03-726-2003, serta SNI 03-1726-2012. PPTGIUG 1981 memperkenalkan (1) konsep daktilitas struktur; (2) konsep keruntuhan yang aman, yaitu mekanisme goyang dengan pembentukan sendi plastis dalam balok (beam side sway mechanism), yang mensyaratkan kolom yang lebih kuat dari balok (strong column weak beam); dan (3) konsep perencanaan kapasitas (capacity design). 81
Dalam peraturan ini ditampilkan respons spektra dari gempa dengan periode ulang 200 tahun (kemungkinan terjadi 10% dalam jangka waktu kira-kira 20 tahun), setelah dibagi dengan daktilitas struktur sebesar 4. Pada SNI 03-1726-2002, respons spektra yang digunakan adalah respons spektra gempa yang kemungkinan terjadinya 10% dalam kurun waktu 50 tahun, yaitu gempa dengan periode ulang 500 tahun yang disebut gempa rencana. Desain kapasitas berdasarkan pada perencanaan berbasis kekuatan (Strength Based Design) seperti yang diatur dalam SNI 03-1726-2002 sedangkan kinerja (performance) struktur tidak menjadi sasaran perencanaan, maka kinerja struktur terhadap beban gempa besar sangat bervariasi. Pengamatan terhadap kejadian gempa besar menunjukkan bahwa perencanaan berdasarkan kekuatan telah berhasil mengurangi korban manusia menjadi sangat kecil, karena struktur tidak runtuh. Tetapi keadaan kerusakan struktur dapat sedemikian rupa sehingga gedung tersebut tidak dapat diperbaiki, dengan demikian bisnis juga berhenti, paling tidak sampai didapatkan bangunan pengganti sementara dan pulihnya infrastruktur. Hal ini memakan biaya langsung maupun tak langsung yang sangat besar. DUMMY Pendekatan perancangan struktur terhadap gempa yang dianggap bisa mengatasi kerugian ekonomis adalah pendekatan perancangan berdasarkan kinerja (performance-base design/ P-BD). Tingkat kinerja bangunan berdasarkan SEAOC Vision 2000: 1. Level 1 - Beroperasi penuh: tanpa kerusakan. 2. Level 2 - Segera dapat beroperasi: kerusakan minimal, mempertahankan sebagian besar kekakuan dan kekuatannya. 3. Level 3 - Keamanan jiwa: kerusakan signifikan, kehilangan kekakuan substansial, batas deformasi sebelum runtuh (desain struktur terhadap gempa didasarkan pada kondisi ini). 4. Level 4 - Pencegahan keruntuhan: kerusakan parah, korban dalam bangunan yang dalam risiko runtuh (struktur mampu bertahan tidak runtuh sampai 150% besar kekuatan gempa level 3). diunduh September 2018) Teknologi Gempa dalam Arsitektur 82
Matriks tingkat kinerja bangunan dapat dilihat dalam Gambar 51 (dari SEAOC Vision 2000). DUMMY Gambar 51. Tingkat Kinerja Bangunan Berdasarkan SEAOC Vision 2000 Seismic-Activity.aspx, diunduh September 2018 Gambar 52a. Kurva Kapasitas untuk Beton Bertulang dengan Karakteristik Tingkat Kinerja Struktur Daktail diunduh September 2018 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 83
Gambar 52b. Kurva Kapasitas untuk Beton Bertulang dengan Karakteristik Tingkat Kinerja Struktur Getas diunduh September 2018 DUMMY Pada Gambar 52a dan 52b, garis sumbu Ui menunjukkan besarnya displacement atap bangunan, garis sumbu V menunjukkan besarnya gaya geser lateral total pada struktur, artinya ketika bekerja gaya geser total sebesar V, maka terjadi displacement atap sebesar U. Garis lengkung/ patah-patah menunjukkan kurva kapasitas. Garis kurva dari titik awal sampai dengan titik 1 adalah kapasitas elastik struktur berbentuk garis ini adalah linier, artinya tangen V/U selalu sama mulai dari titik 0 sampai titik 1, rentang ini disebut rentang elastik linier. Titik 1 adalah batas struktur tidak mengalami kerusakan sama sekali, di mana bangunan harus dalam keadaan dapat beroperasi dengan penuh. Perbedaan struktur yang daktail dan getas tampak pada kurva setelah melewati titik 1. Pada struktur yang daktail, kurva mulai menyimpang dari titik 1 berbentuk garis lengkung, sedangkan pada struktur yang getas, kurvanya tetap linier merupakan kelanjutan dari kurva 0-1. Struktur daktail didesain untuk mengalami perilaku inelastik setelah melewati titik 1, sedangkan struktur getas didesain dengan perilaku elastik sampai dengan titik 2. Hal tersebut menunjukkan bahwa struktur daktail boleh didesain untuk mengalami sedikit kerusakan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 84
struktur yang dapat diperbaiki dengan segera (dengan tujuan meredam gaya gempa), sedangkan struktur getas harus didesain dalam kondisi tanpa ada kerusakan dengan gaya geser gempa yang lebih besar daripada struktur yang daktail. Pada dasarnya ada 3 konsep kontrol kinerja struktur terhadap gempa: 1. Sistem isolasi seismik → memisahkan struktur atas terhadap komponen gaya horizontal tanah, diletakkan di dasar bangunan 2. Disipasi energi pada komponen-komponen struktur bangunan 3. Menyerap getaran dinamik pada struktur. Implementasi secara teknologi: DUMMY A. Konvensional, khususnya untuk kontrol dengan disipasi energi. Inovatif (Wada, 2004) yaitu dengan penggunaan alat untuk ketiga konsep kontrol. B. A. Pendekatan konvensional: Pendekatan elastik dalam desain struktur, di mana struktur didesain kuat terhadap gaya lateral yang bekerja, khususnya untuk daerah yang tidak rawan gempa. Pendekatan elastik dan inelastik dalam desain struktur, di mana struktur didesain kuat terhadap gempa kecil, sedangkan terhadap gempa sedang mampu mengalami perilaku inelastik dengan mengandalkan daktilitas material dan daktilitas struktur. Bila terjadi gempa besar, struktur membentuk sendi plastis yang didesain terjadi di bagian komponen struktur tertentu di posisi yang aman terhadap keseluruhan struktur. B. Pendekatan dengan menggunakan kontrol inovatif: 1. Sistem isolasi dasar berfungsi mengurangi energi masukan. Sistem ini menggunakan perangkat yang disebut isolasi-dasar atau base- isolation. 2a. Sistem kontrol disipasi energi pasif yang berfungsi melakukan disipasi energi pada komponen-komponen strukturnya. Sistem BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 85
ini menggunakan perangkat peredam pasif yang dipasang pada komponen-komponen struktur tertentu. Perangkat tersebut bekerja ketika menerima energi masukan tertentu yang melampaui kapasitas elastik struktur. 2b. Sistem kontrol disipasi energi aktif berfungsi melakukan disipasi energi pada komponen-komponen strukturnya. Sistem kontrol aktif tersebut akan bekerja ketika seluruh bangunan digetarkan gempa, getaran ditangkap oleh sensor diteruskan ke alat kontrol kemudian ke sistem kontrol aktif yang digerakkan oleh tenaga listrik. 3. Sistem dynamic vibration absorber (DVA) berfungsi untuk mengurangi amplitudo getaran sistem struktur di frekuensi tertentu, terutama yang dekat dengan frekuensi resonansi antara sistem struktur dengan sistem sekunder. DUMMY 3. Sistem dynamic vibration absorber (DVA) berfungsi untuk mengurangi amplitudo getaran sistem struktur di frekuensi tertentu, terutama yang dekat dengan frekuensi resonansi antara sistem struktur dengan sistem sekunder. DUMMY Secara skematik dapat dilihat peta strategi dan teknik P-BD yang mengacu pada konsep energi dan keseimbangan persamaan energi masukan absolut dengan energi yang disuplai. 86
i DUMMY g r e n E p e s n o K n a k r a s a d r e B D B - P k i n k e T n a d i g e t a r t S a m e k S . 3 5 r a b m a G ) 4 0 0 2 ( , . l a t e a r i k A , a d a W h e l o i s a t p a d a i d , 7 9 9 1 , V. V. , o r e t r e B : r e b m u S BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 87
B. Pendekatan Konvensional Pendekatan konvensional mengandalkan daktilitas material dan daktilitas struktur untuk melakukan disipasi energi gempa dan mengakomodasi tingkatan kinerja struktur sebagai berikut. 1. Struktur didesain kuat secara elastik terhadap gempa kecil sehingga tidak terjadi kerusakan sama sekali ketika digetarkan gempa. Untuk mengakomodasi keadaan damage control limit state, struktur didesain dapat berperilaku inelastik dengan kerusakan berarti yang dikendalkan. Perilaku inelastik mengakibatkan pada beberapa komponen struktur terbentuk sendi-sendi plastis. Sendi-sendi plastis tersebut didesain agar terjadi di balok (beam side sway mechanism), dengan konsep kolom lebih kuat dari balok (strong column weak beam), dan dilakukan kontrol deformasi struktur untuk membatasi kerusakan struktur. DUMMY 2. Untuk mengakomodasi life safety, deformasi struktur didesain berdasarkan gempa 2500 tahun dan tidak runtuh sampai dengan deformasi maksimalnya mencapai 1,5 kali deformasi terhadap gempa 2500 tahun tersebut. Dalam kondisi tersebut struktur bangunan rusak berat dan tidak dapat diperbaiki namun tidak runtuh dan keselamatan pengguna bangunan selama masa penyelamatan/evakuasi terjamin. 3. Untuk mengakomodasi keadaan damage control limit state struktur, ada persyaratan yang harus dipenuhi dalam perencanaan dan pelaksanaan detail konstruksi join kolom-balok agar terjamin bahwa sendi plastis benar-benar terjadi di balok dan bukan di kolom. C. Struktur Rangka Pemikul Momen (RPM) Struktur RPM adalah struktur yang terbentuk dari rangkaian kolom- kolom dan balok-balok dalam bidang vertikal/relatif vertikal 2 dimensi yang membentuk geometri segiempat, di mana join-join kolom-balok Teknologi Gempa dalam Arsitektur 88
tersebut bersifat kaku (join momen). Join-join kaku tersebut selain menahan gaya geser dan gaya aksial, juga menahan momen, maka bentuk geometri segiempat dapat berdiri dengan stabil dan kaku (Gambar 54a). Kekakuan struktur ditandai dengan deformasinya, yaitu apabila deformasinya kecil maka kekakuannya besar. Gambar 54a dan 54b menunjukkan deformasi elastis dan diagram momen struktur RPM terhadap gaya gravitsai, dan Gambar 54c dan 54d menunjukkan deformasi elastis dan diagram momen struktur RPM terhadap gaya lateral. Momen negatif maksimal terhadap gaya gravitasi pada balok terjadi di bidang temu balok dengan kolom, apabila RPMnya berbentuk portal tunggal maka kolom juga menerima momen yang sama besar dengan balok (Gambar 54b). Momen terbesar (positif/negatif) terhadap gaya lateral pada kolom dan balok terjadi di daerah join kolom-balok tersebut (Gambar 54d), sedangkan momen di titik belok (inflection point) adalah nol (Gambar 54b dan 54d). Bila struktur RPM bergoyang ke arah kiri (menerima gaya lateral dari kanan) maka momen negatif maksimal berada di titik A, momen ini menambah besar momen negatif di titik A yang sebelum bergoyang telah menerima momen terhadap gaya gravitasi, sedangkan di sisi yang lain justru saling mengurangi. Apabila terjadi gempa besar, maka kolom, balok dan join kolom-balok yang menerima akumulasi momen maksimal akan mengalami perilaku inelastik sehingga terbentuk sendi plastis. Sendi plastis tersebut bisa terbentuk di balok, di kolom maupun di dalam join kolom-balok. Penempatan sendi plastis harus dikendalikan dalam desain struktur agar tidak membawa dampak berbahaya bagi struktur secara keseluruhan. DUMMY q kgf/m A M- M- M+ inflection point (titik maya) M+ M+ Gambar 53a. Deformasi RPM Gambar 54a. Deformasi RPM terhadap Gaya Gravitasi terhadap Gaya Gravitasi Gambar 53b. Diagram Momen Gambar 54b. Diagram Momen terhadap Gaya Gravitasi terhadap Gaya Gravitasi BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 89
A F kgf M- M+ inflection point M+ M- Gambar 53c. Deformasi RPM Gambar 54c. Deformasi RPM terhadap Gaya Lateral terhadap Gaya Lateral Gambar 53d. Diagram Momen Gambar 54d. Diagram Momen terhadap Gaya Lateral terhadap Gaya Letral P DUMMY
Gambar 55b. Beam Side Sway Mechanism Gambar 55a. Deformasi Lateral Struktur Gambar 55c. Column Side Sway Mechanism, P-∆ Mechanism Momen eksentris pada kolom M = P x ∆ Kalau ∆ besar, maka M besar Berhubungan dengan posisi pembentukan sendi plastis, ditetapkan bahwa kolom harus lebih kuat daripada balok dan sendi plastis harus terjadi di balok. Hal itu untuk menjamin agar bekerja mekanisme goyang beam side sway mechanism (Gambar 55b). Sedangkan column side sway mechanism (Gambar 55c) tidak diharapkan terjadi pada bangunan bertingkat karena sendi plastis yang terjadi di kolom dapat mengakibatkan kolom pada tingkat yang "soft" mengalami drift besar (drift adalah perbandingan deformasi lateral lantai tingkat tertentu dengan tinggi lantai tingkat bersangkutan, dalam %), sehingga berpotensi mengalami mekanisme P-∆ (Gambar 55c). Di samping itu, karena perilaku inelastik, sendi plastis juga mengakibatkan pengurangan kekuatan kolom dan pada akhirnya dapat mengakibatkan keruntuhan bangunan. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 90
Agar keamanan bangunan terhadap gempa bumi terjamin, maka detail konstruksi di daerah sendi plastis harus didesain dan dilaksanakan dengan baik, teliti dan benar sesuai dengan standar yang berlaku, yang harus dipenuhi dalam perancangan struktur dan pendetailan konstruksi. Zona join kolom-balok berada di dalam balok namun juga sekaligus berada di dalam kolom, oleh karena itu zona tersebut juga harus dijamin tidak mengalami kegagalan struktur ketika terjadi gempa besar. Ketika bekerja momen pada join kolom- balok, di dalam zona tersebut bekerja gaya geser yang memaksa bentuk zona tersebut berubah dari bentuk asal segiempat cenderung menjadi belah ketupat/jajaran genjang, maka di dalam zona tersebut terjadi perlawanan tegangan tekan dan tarik diagonal untuk melawan kecenderungan tersebut (Gambar 56a dan 56b). Penjelasan detail konstruksi dalam tulisan ini terbatas pada penjelasan secara prinsip saja, hal-hal yang lebih detail dapat dipelajari tersendiri dalam referensi yang berhubungan, seperti SNI 03-1726-02/SNI 03-1726-12 untuk konstruksi beton bertulang dan SNI 03-1729-02 untuk konstruksi baja. A M- M+ F kgf inflection point M- M+ Gambar 53c. Deformasi RPM Gambar 53d. Diagram Momen Gambar 54c. Deformasi RPM Gambar 54d. Diagram Momen terhadap Gaya Lateral terhadap Gaya Lateral terhadap Gaya Lateral terhadap Gaya Letral P DUMMY
Gambar 55b. Beam Side Gambar 55c. Column Gambar 55a. Deformasi Side Sway Mechanism, Sway Mechanism Lateral Struktur Pembentukan sendi plastis pada struktur bangunan tidak terjadi serentak di semua balok pada join kolom-balok, namun terjadi secara bertahap mulai dari join kolom-balok yang menerima momen terbesar. Ketika telah terbentuk sendi plastis pada balok tersebut, maka kapasitas momen balok menjadi kecil. Sendi plastis berikutnya akan terjadi pada balok yang menerima momen terbesar berikutnya, demikian seterusnya. Oleh karena itu, semakin banyak struktur menyediakan peluang pembentukan sendi plastis, struktur semakin daktail. Untuk struktur RPM, semakin banyak join kolom-balok yang bersifat kaku (join momen), peluang terbentuknya sendi plastis makin banyak, artinya semakin daktail. Misalnya struktur RPM yang semua join kolom baloknya adalah join kaku dan tumpuannya bersifat kaku lebih daktail dibandingkan struktur RPM yang sama, tetapi tumpuannya bersifat sendi. P-∆ Mechanism Momen eksentris pada kolom M = P x ∆ Kalau ∆ besar, maka M besar Berhubungan dengan posisi pembentukan sendi plastis, ditetapkan bahwa kolom harus lebih kuat daripada balok dan sendi plastis harus terjadi di balok. Hal itu untuk menjamin agar bekerja mekanisme goyang beam side sway mechanism (Gambar 55b). Sedangkan column side sway mechanism (Gambar 55c) tidak diharapkan terjadi pada bangunan bertingkat karena sendi plastis yang terjadi di kolom dapat mengakibatkan kolom pada tingkat yang "soft" mengalami drift besar (drift adalah perbandingan deformasi lateral lantai tingkat tertentu dengan tinggi lantai tingkat bersangkutan, dalam %), sehingga berpotensi mengalami mekanisme P-∆ (Gambar 55c). Di samping itu, karena perilaku inelastik, sendi plastis juga mengakibatkan pengurangan kekuatan kolom dan pada akhirnya dapat mengakibatkan keruntuhan bangunan. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 91
zona join kolom-balok zona join kolom-balok Gambar 56a. Perilaku Zona Join Kolom-Balok Eksterior terhadap Momen Gambar 56b. Perilaku Zona Join Kolom-Balok Interior terhadap Momen DUMMY D. Konstruksi Beton Bertulang Beton merupakan material yang terdiri dari campuran antara Portland Cement (PC), pasir, kerikil, dan air, dan untuk keperluan tertentu dapat ditambah material tambahan seperti material untuk menambah kelecakan adukan, material untuk memperlambat atau mempercepat proses pengikatan dalam adukan, dan keperluan lain. Beton mempunyai kekuatan tekan jauh lebih tinggi daripada kekuatan tariknya, dan kekuatan tarik beton tidak diperhitungkan dalam desain struktur, oleh karena itu beton bersifat getas. Baja tulangan dibutuhkan untuk menerima tegangan tarik yang terjadi karena momen lentur maupun gaya geser, maka tulangan baja berfungsi menahan tegangan tarik sedangkan beton berfungsi menahan tegangan tekan. Baja tulangan sering dimanfaatkan juga untuk bersama dengan beton ikut menahan gaya tekan untuk mendapatkan efisiensi material. Untuk bisa menjadi material yang daktail dan membentuk struktur bangunan yang daktail, konstruksi beton bertulang harus didesain dan dilaksanakan dengan benar berdasarkan standar yang berlaku, di Indonesia adalah Standar Nasional Indonesia (SNI) yang dikeluarkan oleh Badan Standardisasi Nasional (BSN). Teknologi Gempa dalam Arsitektur 92
E. Rangka Pemikul Momen (RPM) Beton Bertulang DUMMY Gambar 57. Contoh Konstruksi Bangunan RPM Beton Bertulang 07D5C84C700FBD62, diunduh September 2018 Gambar-gambar berikut merupakan contoh-contoh keruntuhan konstruksi beton bertulang pascagempa. Gambar 58a menunjukkan kegagalan geser balok. Posisi terjadinya keruntuhan bukan pada posisi gaya geser maksimal, karena gaya geser maksimal tepat pada pertemuan balok dengan kolom. Terjadinya keruntuhan kemungkinan disebabkan jarak sengkang balok pada posisi keruntuhan terlalu jauh dan jarang. Gambar 58b menunjukkan kegagalan geser kolom tepat di bawah balok. Pada posisi tersebut bekerja gaya geser lateral kolom maksimal, namun dimensi sengkangnya kecil-kecil dan jaraknya jauh-jauh. Gambar 58c menunjukkan kegagalan geser join kolom-balok yang getas. Dalam gambar tersebut tampak lebar kolom (d) terlalu tipis sehingga panjang jangkar tulangan terlalu pendek, dan tidak terdapat sengkang di dalam kolom pada join tersebut. Beton yang rusak dalam join menyebabkan tulangan balok kehilangan kekuatan lekat. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 93
Gambar 58d menunjukkan kegagalan geser kolom dan join kolom- balok interior (bukan kolom pojok). Tampak di dalam join kolom-balok tidak terdapat sengkang di dalam kolomnya, selain itu sengkang pada kolom di luar join kolom-balok cukup jauh jaraknya. Hal itu yang mengakibatkan terjadi kegagalan geser di dalam join, dan pada kolom. Belajar dari kerusakan bangunan pascagempa, beberapa hal menjadi catatan (Key, 1988). 1. Semua elemen struktur harus mampu merespons gempa besar dengan perilaku daktail. Untuk elemen struktur yang tidak bisa berperilaku daktail seperti kolom, harus didesain untuk menahan beban elastik pada kondisi ultimate (batas). 2. Harus dihindari perilaku nondaktail (getas) seperti kegagalan geser dan lekatan (bond failures). Oleh karena itu, overlap tulangan dan penjangkarannya tidak ditempatkan pada area beton yang mengalami tegangan besar, dan harus diakomodasi ketahanan terhadap geser. DUMMY 3. Mempunyai derajat redundansi struktural yang tinggi agar banyak zona penyerapan energi (pembentukan sendi plastis) sebelum terjadi mekanisme keruntuhan. Untuk struktur RPM, pembentukan sendi plastis harus di balok. Keruntuhan kolom harus dihindari di mana kolom tetap dalam keadaan elastik pada level desain gempa maksimal. Gambar 58a. Kegagalan Geser Balok with-permission-from-EERI_fig8_275893737, diunduh September 2018 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 94
DUMMY Gambar 58b. Kegagalan Geser Kolom diunduh September 2018 Gambar 58c. Kegagalan Join Kolom-Balok pada Kolom Pojok (Eksterior) Beton Bertulang permission-from-EERI_fig8_275893737, diunduh September 2018 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 95
DUMMY Gambar 58d. Kegagalan Geser Join Kolom-Balok pada Kolom Interior MAS_thesis.pdf, diunduh September 2018 Perilaku RPM dalam mendukung beban gravitasi berbeda dengan ketika menerima gaya gempa yang bekerja secara lateral dengan arah bolak-balik, hal tersebut memengaruhi kinerja beton bertulang pada RPM tersebut. Kinerja tersebut menentukan bagaimana detail-detail konstruksi sambungan harus dibuat, agar tidak terjadi kegagalan struktur yang fatal. Kegagalan join kolom-balok bersifat lokal, namun dampaknya dapat mengakibatkan keruntuhan seluruh gedung. Ada dua mekanisme keruntuhan beton bertulang, yaitu sebagai berikut. 1. Keruntuhan lentur a. Keruntuhan getas terjadi kalau luas penampang baja lebih besar dari rasio tulangan maksimal atau 0,75 dari ratio baja tulangan dalam keadaan seimbang,1 sehingga beton mencapai kondisi inelastik sebelum baja tulangan mengalaminya. 1Dalam kondisi berimbang serat tekan ekstrem pada beton (ecu) dan serat tarik pada baja tulangan (ey) secara bersamaan mencapai regangan maksimal. (SNI-03-2847-2002) Teknologi Gempa dalam Arsitektur 96
Penulangan balok beton betulang seperti ini diklasifikasikan sebagai over-reinforced. Kegagalan yang diakibatkan oleh penulangan over-reinforced tersebut mengakibatkan keruntuhan getas, karena beton sebagai material tekan akan runtuh ketika terjadi regangan maksimal (0,003). b. Keruntuhan daktail terjadi kalau luas penampang baja lebih kecil dari rasio tulangan maksimal atau 0,75 dari ratio baja tulangan dalam keadaan seimbang, sehingga baja tulangan mencapai kondisi inelastik sebelum beton mengalaminya. Penulangan balok beton bertulang seperti ini diklasifikasikan sebagai under-reinforced. Kegagalan yang diakibatkan oleh penulangan under-reinforced tersebut mengakibatkan keruntuhan daktail, karena sebelum beton mengalami regangan maksimal, baja tulangan telah mengalami peregangan inelastik terlebih dahulu, dan regangan tersebut akan selalu bertambah apabila gaya tariknya bertambah. DUMMY 2. Keruntuhan geser Terjadi kalau sengkang tidak cukup kuat untuk menahan tegangan geser, pada umumnya karena terlalu renggang (jaraknya jauh). Kerusakan geser ditandai dengan retak diagonal dan merupakan keruntuhan getas. Mekanisme keruntuhan yang diharapkan terutama di wilayah rawan gempa adalah mekanisme keruntuhan lentur yang daktail, hal itu dapat dicapai dengan cara sebagai berikut. 1. Penampang beton bertulang didesain under-reinforced, yaitu dengan membatasi ratio luas penampang tulangan dibandingkan dengan luas penampang beton (balok). 2. Memperkuat kapasitas geser pada penampang yang menerima gaya geser maksimal. 3. Kolom lebih kuat dari balok. 4. Kolom didesain secara elastik sampai pada kondisi beban gempa maksimal. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 97
5. Sendi plastis mempunyai jarak yang cukup terhadap join kolom- balok. 6. Merencanakan dan melaksanakan detail-detail konstruksi sambungan mengikuti standar yang berlaku. 1. Balok Beton Betulang Ketika menerima gaya gravitasi, momen negatif terjadi pada balok di daerah dekat kolom (tumpuan), sedangkan di daerah bentang (lapangan) terjadi momen positif. Dengan kondisi tersebut, tegangan tarik lentur pada balok di daerah dekat kolom berada di bagian atas dan tegangan tekan lentur berada di bagian bawah, sedangkan di daerah tengah bentang (lapangan) terjadi yang sebaliknya. DUMMY Berbeda dengan ketika menerima beban gravitasi, RPM yang menerima gaya gempa lateral mengalami momen negatif dan positif secara bergantian pada sebuah penampang balok karena gaya gempa bekerja secara siklik dengan arah bolak-balik. Ketika gaya bekerja dari arah kiri, maka bagian balok sebelah kanan mengalami momen negatif, sebaliknya ketika gaya gempa lateral bekerja dari arah kanan, maka pada penampang balok sebelah kanan mengalami momen positif. Dengan demikian, baja tulangan tarik balok pada join kolom-balok dibutuhkan untuk masing-masing sisi atas dan sisi bawah balok. Ratio luas penampang tulangan tarik (tulangan utama) tulangan tarik dibutuhkan untuk masing-masing sisi atas (tarik) dan bawah balok (tekan). Ratio luas penampang tulangan tarik (tulangan utama) dibatasi maksimal 0,025 (2,5%) dari luas penampang balok untuk mendapatkan daktilitas balok (under-reinforced), dan luas penampang tulangan tekan (terhadap beban gravitasi) dibatasi tidak boleh kurang dari 50% luas penampang tulangan tarik. Untuk menjamin terjadinya beam side sway mechanism (sendi plastis terjadi di balok) pada RPM ketika terjadi gempa besar, maka kekuatan dan kekakuan join kolom-balok harus tetap terjaga. Hal Teknologi Gempa dalam Arsitektur 98
tersebut dapat terjadi dengan memastikan posisi sendi plastis pada balok harus didesain dengan jarak 2 kali kedalaman balok (= 2h cm) terhadap muka kolom agar daerah sepanjang 2h cm tersebut tidak mengalami kerusakan ketika terjadi proses pembentukan sendi plastis. Potensi terbentuknya sendi plastis paling awal justru di pertemuan balok dengan muka kolom karena pada posisi tersebut bekerja momen maksimal dan gaya geser maksimal, sedangkan pada posisi yang semakin jauh dari muka kolom besarnya momen dan gaya geser semakin kecil. Untuk menjamin terbentuknya sendi plastis terjadi pada jarak 2h cm dari muka kolom, ada dua hal yang harus diperhatikan: 1) daerah sepanjang 2h cm tersebut harus diperkuat terhadap gaya geser dengan memasang sengkang lebih rapat dengan jarak maksimal ¼ h atau 100 mm, dan 2) luas penampang tulangan terhadap momen yang dipasang dalam pelaksanaan harus sesuai dengan yang didesain, maka daerah sepanjang 2h cm tersebut harus bebas dari adanya overlap sambungan tulangan untuk menghindarkan terjadinya penambahan luas penampang tulangan agar balok tidak menjadi over-reinforced (Gambar 59). DUMMY h b Pembatasan dimensi balok (Key, 1988): a. b/h ≥ 0,3 b. b ≥ 250 mm c. b balok ≤ (b kolom + 0,75h) untuk setiap sisi Catatan: (b = lebar balok, h = kedalaman balok) BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 99
X = 2h Jarak sengkang maks 1/4h atau 10 cm X = 2h Jarak sengkang maks 1/4h atau 10 cm X X daerah tidak boleh ada daerah tidak boleh ada overlap tulangan overlap tulangan daerah tidak boleh ada daerah tidak boleh ada overlap tulangan overlap tulangan Gambar 59. Prinsip Penulangan Balok Beton Bertulang 2. Kolom Beton Bertulang DUMMY Ratio luas penampang tulangan utama kolom dibatasi antara 0,01 dan 0,06 dari luas penampang kolom, hal ini untuk mendapatkan kekuatan dan daktilitas yang cukup. Penguatan daerah yang berpotensi terjadi sendi plastis ditetapkan sepanjang: a) minimal sepanjang kedalaman kolom, atau b) 6 kali diameter tulangan terbesar, atau c) 45 cm. Sama dengan balok, di daerah tersebut tidak boleh ada overlap sambungan tulangan, dan sengkang dipasang lebih rapat dengan jarak ¼ lebar kolom terkecil atau 10 cm. Overlap sambungan tulangan ditentukan harus di tengah tinggi kolom karena di tengah kolom momen lateralnya adalah nol, kalau kesulitan dalam pelaksanaan sambungan dilakukan di dekat muka balok bawah dengan mechanical coupler atau disambung dengan las. h d Pembatasan dimensi kolom: a. Dimensi kolom minimal (d) ≥ 300 mm Teknologi Gempa dalam Arsitektur b. Ratio lebar balok: kedalaman kolom (d/h) = 0,4 (Key, 1988) 100
sengkang khusus di dalam kolom (lihat pembahasan join kolom-balok) daerah yang dihindarkan terbentuk sendi plastis, sengkang dirapatkan panjang overlap tarik di tengah tinggi kolom DUMMY daerah berpotensi terbentuk sendi plastis, sengkang dirapatkan Gambar 60. Prinsip Penulangan Kolom Beton Bertulang 3. Join Kolom-Balok Beton Bertulang Studi-studi tentang kerusakan join kolom-balok beton bertulang menunjukkan kerusakan terjadi karena: a. geser di dalam join; b. kegagalan penjangkaran tulangan balok di dalam join; c. kegagalan lekatan (bond) tulangan balok atau kolom yang melalui BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan join (Key, 1988). 101
a. Ketahanan Geser dalam Join Ketika zona join kolom-balok menerima gaya geser, maka terjadi gaya tekan dan tarik arah diagonal. Kegagalan geser yang terjadi di dalam zona join terjadi pada bidang diagonal join tersebut dapat dilihat dalam Gambar 61a dan 61b. Kegagalan geser tersebut dapat terjadi kalau di dalam zona joint tidak terdapat penahan gaya tarik, oleh karena itu dibutuhkan adanya tulangan tarik di dalam zona join, yaitu sengkang kolom di dalam join (Gambar 61c). Penulangan kolom dengan sengkang di dalam join dapat dilihat pada Gambar 62. bidang yang berpotensi mengalami kegagalan geser DUMMY kegagalan geser Gambar 61b. Perilaku Join Kolom-Balok Beton Bertulang terhadap Gaya Geser dan Model Kegagalan Tarik dalam Join Kolom-Balok Gambar 61a. Gaya-gaya yang Bekerja pada Join Kolom-Balok Beton Bertulang Beton sebagai penunjang Beton sebagai penunjang tekan (strut) dalam join tekan (strut) dalam joint Gaya-gaya tarik ditahan oleh sengkang Teknologi Gempa dalam Arsitektur Gambar 61c. Penahan Gaya Geser dalam Join Kolom-Balok Beton Bertulang 102
Sengkang di dalam kolom DUMMY Gambar 62. Penulangan Kolom dengan Sengkang di dalam Join Kolom-Balok BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 103
> h/2 atau 10d d= diameter tulangan balok panjang penjangkaran Gambar 63a. Penjangkaran Tulangan Balok pada Kolom Eksterior Sumber: Key, 1988 DUMMY tulangan tambahan sebagai jangkar stub Gambar 63b. Penambahan Stub untuk Penjangkaran Tulangan Balok pada Kolom Eksterior Sumber: Key, 1988 b. Penjangkaran Tulangan Balok Walaupun posisi sendi plastis telah ditetapkan dengan jarak tertentu dari muka kolom, namun proses yielding tulangan berpengaruh terhadap area kolom (dalam zona join). Oleh karena itu, panjang penjangkaran Teknologi Gempa dalam Arsitektur 104
tulangan balok ke dalam kolom eksterior harus diukur dari posisi ½ kedalaman kolom atau 10 kali diameter tulangan balok (Gambar 63a). Untuk penulangan yang rumit di dalam join, dapat diselesaikan dengan menambahkan stub untuk menempatkan penjangkaran tulangan balok pada kolom eksterior (Gambar 63b). c. Kekuatan Lekat (Bond Stress) Terhadap momen negatif, terjadi tegangan tarik yang besar pada tulangan atas dan tegangan tekan yang besar pada tulangan bawah yang masuk di dalam join kolom-balok. Penetrasi yielding tulangan pada saat pembentukan sendi plastis dapat mengurangi efektivitas kekuatan lekat antara tulangan dengan beton. Untuk hal tersebut ditetapkan batas minimal diameter tulangan 1/25 dari kedalaman kolom untuk baja tulangan dengan tegangan leleh 275 N/mm2 (2750 kgf/cm2), atau 1/35 dari kedalaman kolom untuk baja tulangan dengan tegangan leleh 380 N/mm2 (3800 kgf/cm2), (Key, 1988). DUMMY F. Konstruksi Baja Baja merupakan material produk pabrik yang sudah jadi dalam bentuk pelat tipis dan batang yang mempunyai beragam bentuk penampang melintang. Dari segi proses pembuatannya ada dua macam baja, yaitu baja hot-rolled dan cold-formed. Baja hot-rolled diproses dengan menggelindingkan baja bongkahan yang berpijar melalui sekelompok roda penggiling yang disusun membentuk profil yang direncanakan secara bertahap dan berulang-ulang, dimulai dari kerapatan posisi roda paling longgar yang menghasilkan dimensi yang paling gemuk sampai posisi yang direncanakan dan menghasilkan dimensi-dimensi akhir (Gambar 64a). Sedangkan cold-formed adalah pelat baja tipis (hasil proses hot-rolled) yang digiling melalui cetakan yang membentuk profil yang dirancanakan membentuk profil tertentu (Gambar 64b). Pembentukan profil tersebut dimaksudkan untuk mendapatkan kekakuan batang. Dari ketebalan pelatnya, baja cold-formed ada dua macam, yaitu baja dan baja ringan. Baja (struktural) adalah baja cold-formed dibuat dari pelat baja yang cukup tebal, dengan ketebalan BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 105
1,6 mm sampai dengan 3,2 mm, sedangkan baja ringan adalah baja cold-formed yang dibuat dari pelat baja tipis, dengan ketebalan 0,2 mm samapi dengan 1,5 mm. Karena baja ringan sangat tipis, maka untuk melindungi dari karat diberi lapisan timah atau aluminium. Baja (struktural) umum digunakan untuk konstruksi bangunan kecil sampai bangunan berbentang lebar dan bertingkat banyak, sedangan baja ringan digunakan untuk konstruksi yang ringan seperti bangunan bentang kecil 1 lantai-2 lantai, konstruksi atap bangunan, rangka untuk konstruksi bangunan kecil, elemen-elemen interior seperti rangka dinding pembatas ruang dan sebagainya. Selanjutnya pembahasan dalam buku ini dibatasi hanya pada material baja struktural. DUMMY Gambar 63c. Contoh 2 Buah Gambar 64c. Contoh 2 Bentuk Profil Baja Ringan Buah Bentuk Profil Baja Ringan Gambar 63b. Salah Satu Contoh Gambar 64b. Salah Satu Bentuk Profil Baja Cold-formed Contoh Bentuk Profil Baja Cold-Formed Gambar 63a. Contoh Beberapa Gambar 64a. Contoh Bentuk Profil Baja Hot-rolled Beberapa Bentuk Profil Baja Hot-Rolled Baja merupakan material yang sangat kuat, dan mempunyai kekuatan tarik dan tekan sama besar. Tegangan leleh baja yang digunakan untuk konstruksi bangunan berkisar antara 2.000 kgf/cm2 sampai dengan 3.600 kgf/cm2. Dengan kekuatan yang tinggi tersebut, dimensi baja hanya memerlukan ketebalan yang tipis-tipis sehingga konstruksi baja relatif ringan. Namun di samping kelebihannya dari segi kekuatannya tersebut, justru karena dimensi yang tipis mempuntai kekakuan terhadap tekuk yang kecil. Baja sangat bagus digunakan untuk konstruksi bangunan di wilayah rawan gempa karena mempunyai mempunyai sifat yang daktail. Namun untuk dapat membentuk struktur bangunan yang daktail, detail-detail konstruksinya harus direncanakan dan dilaksanakan dengan benar sesuai standar yang berlaku. Jenis alat penghubung konstruksi baja adalah: baut, paku keling dan las. Di antara ketiga alat penghubung tersebut secara berurutan, las memberikan pengikatan paling kuat, namun paling getas. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 106
1. Struktur Rangka Pemikul Momen Baja DUMMY Gambar 65. Struktur Rangka Pemikul Momen Baja diunduh September 2019 Detail join kolom-balok RPM baja di wilayah rawan gempa merupakan hal yang menjadi salah satu kunci ketahanan struktur bangunan terhadap getaran gempa bumi. Beberapa kerusakan konstruksi baja dapat dipelajari dari pengalaman pascagempa Northridge 1994 di Amerika Serikat, di mana kerusakan terbanyak terjadi di sekitar join kolom-balok. Gambar 66b menunjukkan las yang menghubungkan flens bawah balok dengan flens kolom patah di seluruh panjangnya. Gambar 66c menunjukkan sebagian dari flens kolom patah dan tetap melekat pada flens bawah balok. Gambar 66d menunjukkan flens kolom yang patah, dan Gambar 66e menunjukkan flens dan web kolom yang patah (FEMA-350, Juni 2000). Di samping kerusakan-kerusakan tersebut masih ada kerusakan lainnya misalnya kegagalan geser pada pelat buhul tepat pada baut-bautnya. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 107
A Gambar 66a. Tipe Sambungan Kolom-Balok Sebelum 1994 di Amerika diunduh April 2021 DUMMY Gambar 66b. Patah pada Seluruh Panjang Las yang Menghubungkan Balok dengan Flens Kolom di A diunduh April 2021 Gambar 66c. Retak pada Sebagian Flens Kolom di Belakang Las, Sebagian Flens Kolom Tetap Melekat pada Flens Kolom di A diunduh April 2021 Gambar 66d. Patah pada Flens Kolom di A diunduh April 2021 Gambar 66e. Patah pada Flens dan Web Kolom (Panel Zone) di A diunduh April 2021 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 108
Konsep Desain join kolom-balok RPM dapat dilihat pada Gambar 67a, 67b, 68a dan 68b. Kapasitas beban didasarkan pada momen maksimal di balok, kolom didesain dalam keadaan elastik, deformasi inelastik pada balok. Flens balok didesain sebagai penahan momen untuk mentransfer tegangan lentur tarik-tekan dari balok ke kolom, sedangkan web balok didesain sebagai penahan gaya geser untuk mentransfer tegangan geser balok ke kolom melalui pelat geser dan baut. Pada konsep desain join kolom-balok tersebut, lokasi sendi plastis ditetapkan berjarak terhadap muka kolom sejauh h/3 sampai h/4 (h = kedalaman balok) dan diharapkan balok mengalami sendi plastis pada lokasi tersebut (di Potongan 2-2 pada Gambar 67b). Di pojok atas dan bawah web balok pada Potongan 1-1 dalam Gambar 67b diberi lubang untuk lewatan las yang menghubungkan flens balok ke flens kolom. Dengan konfigurasi detail konstruksi tersebut, maka luas penampang web balok pada Potongan 1-1 lebih kecil dibandingkan luas web pada penampang balok yang lainnya termasuk Potongan 2-2, padahal pada Potongan 1-1 terjadi momen lentur dan gaya geser maksimal. Maka justru Potongan 1-1 akan mengalami perilaku inelastik lebih awal dan Potongan 1-1 menjadi lokasi sendi plastis yang nyata terjadi namun tidak direncanakan. DUMMY Perilaku inelastik pada sendi plastis tersebut menyebabkan terjadinya over-strenght dan strain-hardening (pengerasan regang)2 yang akan memperbesar 1) momen dan gaya geser pada balok dan harus ditahan oleh semua komponen yang saling terhubung pada potongan 1-1, yaitu groove-weld yang meghubungkan flens balok dengan kolom, 2) tegangan tekan dan tarik pada flens dan web kolom, 3) tegangan geser pada pelat geser (pelat buhul), dan 4) memperbesar tegangan geser pada panel zone join kolom-balok. Retaknya pelat buhul yang mentransfer gaya geser balok ke kolom (Gambar 70) juga bisa disebabkan oleh membesarnya gaya geser tersebut. 2Strain hardening adalah peningkatan kekuatan baja karena terjadi pengerasan regang material setelah baja mengalami fase inelastik, pada saat itu kekuatan baja meningkat lagi dan berperilaku elastik kembali namun dengan grafik tegangan- regangan lebih landai dibandingkan dengan perilaku elastik sebelumnya. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 109
Dari segi pelaksanaan, lubang di pojok atas dan bawah web balok untuk lewatan pengelasan mengakibatkan pengerjaan pengelasan tidak bisa sempurna karena ketika pengelasan sampai pada lubang web balok, pengelasan harus berhenti dan disambung dari sisi lain web. Lokasi berhentinya pengelasan tersebut menghasilkan cacat dan menjadi titik kritis. DUMMY Gambar 67a. Tipologi Konstruksi Join Kolom-Balok di Amerika Serikat Pre-Northrige diunduh April 2021 h/3-h/4 2 1 h 1 2 Gambar 67b. Potongan Konstruksi Join Kolom-Balok di Amerika Serikat Pre-Northrige diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 110
M Gambar 68a. Flens Balok Sebagai Pendukung Momen Lentur Gambar 68b. Web Balok Sebagai Pendukung Gaya Geser DUMMY Terhadap Beban Gravitasi dan Gempa (Lateral) q kgf/m 1 2 F kgf 1 2 Gambar 69a. Diagram Momen Balok terhadap Gravitasi dan Gempa s	maks maks Gambar 68b. Potongan 1-1 Nyata Gambar 69b. Potongan 1-1 Nyata Gambar 68b'. Gambar 69c. Potongan Potongan 1-1 1-1 Konsep Desain Konsep desain maks s	maks Gambar 68c. Diagram Gambar 69d. Diagram tegangan tarik-tekan Tegangan Tarik-Tekan lentur di Pot 1-1 Lentur di Pot 1-1 Gambar 68d. Potongan 2-2 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 111 Gambar 68e. Diagram tegangan tarik-tekan lentur di Pot 2-2
s maks maks s maks maks Gambar 68b'. Gambar 68c. Diagram Potongan 1-1 tegangan tarik-tekan Konsep desain lentur di Pot 1-1 Gambar 68e. Diagram Gambar 69f. Diagram Tegangan tegangan tarik-tekan Tarik-Tekan Lentur di Pot 2-2 lentur di Pot 2-2 Gambar 68d. Gambar 68e. Diagram Potongan 2-2 tegangan tarik-tekan lentur di Pot 2-2 Gambar 68b. Gambar 68c. Diagram Gambar 69e. Gambar 68d. tegangan tarik-tekan Potongan 2-2 Potongan 2-2 lentur di Pot 1-1 Gambar 68b. Gambar 68b'. Potongan 1-1 Potongan 1-1 Potongan 1-1 Nyata Nyata Konsep desain DUMMY Gambar 70. Retak pada Pelat Buhul Penahan Geser Balok diunduh April 2021 Zona join kolom-balok pada konstruksi baja disebut panel-zone yaitu web kolom pada zona join tersebut, perilakunya telah dibahas dalam awal bab ini. Panel-zone menerima gaya aksial tekan dari beban gravitasi. Ketika gempa bumi, struktur menerima beban siklik bolak-balik (lateral) dan di dalam panel-zone bekerja gaya geser yang menghasilkan tegangan tekan dan tarik. Ketika gempa besar, total tegangan tekan dan tarik karena gempa dan gravitasi di dalam panel-zone tersebut besar. Gaya aksial tekan mengakibatkan bidang web kolom panel-zone berpotensi mengalami perilaku tekuk lokal (selanjutnya disebut tekuk-geser). Gambar 71 (a) menunjukkan kondisi keadaan tekuk-geser dari pergerakan ke kiri (H2n3) dan ke kanan (H2n3R), tekuk ditandai dengan menggembungnya pelat panel zone (web kolom). Teknologi Gempa dalam Arsitektur 112
Akibat dari beban siklik yang berlanjut, maka web kolom yang telah tertekuk mengalami kegagalan struktur yang ditandai dengan robeknya pelat web karena tegangan tarik geser seperti dalam Gambar 71 (b). Setelah kejadian gempa Northridge, di Amerika Serikat muncul "Recommended Seismic Desain Criteria For New Steel Moment-Frame Building" hasil kerja sama antara FEMA dan SAC joint venture. Rekomendasi tersebut mencakup berbagai kriteria desain dan kriteria teknis tentang spesifikasi material dsb. Prinsip dasar beberapa tipe detail join kolom- balok dibahas dalam tulisan ini, namun pemahaman lebih dalam dapat dipelajari dari referensi-referensi lain yang berhubungan. DUMMY (a) Panel Zone MengalamiTekuk (b) Panel Zone Telah Robek Gambar 71. Model Kegagalan Panel Zone yang Lemah diunduh Juli 2021 Ada tiga tipe RPM berdasarkan tingkat daktilitasnya, dan tuntutan daktilitas tersebut memengaruhi desain dan konstruksi sambungan join kolom-balok, yaitu sebagai berikut. 1. Ordinary Moment Resistant Frame (OMRF) atau Rangka Pemikul Momen Biasa (RPMB). RPMB adalah struktur RPM dengan tuntutan daktilitas yang rendah, dapat digunakan untuk daerah yang tidak rawan terhadap gempa atau yang berpeluang terjadi gempa kecil, penggunaan untuk seismic-design paling terbatas. 2. Intermediate Moment Resistant Frame (IMRF) atau Rangka Pemikul Momen Menengah (RPMM). RPMM adalah struktur RPM dengan tuntutan daktilitas menengah, digunakan untuk daerah yang rawan terhadap gempa dengan BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 113
tingkat intensitas menengah. Penggunaan untuk seismic-design lebih luas dari OMRF. 3. Special Moment Resistant Frame (SMRF) atau Rangka Pemikul Momen Khusus (RPMK). Kriteria struktur RPM tipe ini dituntut mempunyai daktilitas yang tinggi, dan digunakan untuk daerah yang rawan terhadap gempa dengan tingkat intensitas tinggi. Persyaratan join kolom-balok: Kolom kuat-balok lemah. Keseimbangan kekuatan geser pada panel zone dengan kapasitas lentur balok. Penambahan kriteria kepadatan (compactness) penampang dan DUMMY pengaku lateral. Pada dasarnya join kolom-balok RPM, khususnya yang berada di daerah rawan gempa, harus didesain dan dilaksanakan dengan kekuatan sambungan yang lebih besar daripada kekuatan komponen-komponen yang disambung. Join kolom-balok RPM yang tidak memenuhi hal tersebut hanya boleh digunakan untuk wilayah yang tidak rawan gempa. Konfigurasi detail-detail konstruksi join kolom-balok RPMB yang sama dengan konfigurasi detail konstruksi RPM pre-Northridge, harus didesain dan dilaksanakan berdasarkan kriteria desain yang telah direkomendasikan oleh FEMA. Direkomendasikan juga beberapa tipe detail konstruksi join kolom-balok RPM antara lain: Welded Unreinforced Flange - Bolted Web Connections (Gambar 72a), Bolted Unstiffened Extended End Plate Connection (Gambar 72b), Bolted Flange Plate Connection (Gambar 72c), Welded Flanges Plate Connection (Gambar 72d), Welded Unreinforced Flanges, Welded Web Connection (Gambar 72e). 1. Welded Unreinforced Flange - Bolted Web Connections (Gambar 72a). Detail konstruksi sambungan ini secara garis besar sama dengan detail konstruksi sambungan kolom-balok pre-Northridge, namun didesain dengan kriteria yang telah direkomendasikan oleh FEMA. Konstuksi sambungan kolom-balok ini direkomendasikan hanya untuk RPMB. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 114
2. Extended Connection (Gambar 72b) Pada sambungan kolom-balok tipe ini balok dihubungkan dengan flens kolom melalui end-plate yang dibaut pada flens kolom. End- plate tersebut diperpanjang sampai melebihi ke dalam balok. Kelebihan tipe sambungan ini dibandingkan dengan tipe Welded Unreinforced Flange - Bolted Web Connections adalah: pengelasan seluruh penampang balok pada end-plate dapat dilakukan dengan sempurna karena tidak harus melalui lubang pengelasan pada web balok. Dengan pengelasan pada seluruh penampang balok, maka tegangan lentur tarik-tekan pada flens dan tegangan geser web dapat disalurkan oleh las tersebut secara teritegrasi dengan flens dan web balok. Sambungan tipe ini oleh FEMA direkomendasikan untuk RPMB dan RPMK. DUMMY 3. Bolted flange plate connection (Gambar 72c) Pada sambungan tipe ini pelat flens dan pelat geser web dilas pada flens kolom, dan masing-masing pelat tersebut dibaut pada flens dan web balok. Sambungan tipe ini oleh FEMA direkomendasikan untuk RPMB dan RPMK. 4. Welded Flanges Plate Connection (Gambar 72d). Konfigurasi detail konstruksi ini menyerupai konfigurasi detail konstruksi Bolted flange plate connection, namun pelat flens dan pelat geser masing-masing dilas pada flens kolom maupun pada flens dan web balok. Sambungan tipe ini oleh FEMA direkomendasikan untuk RPMB dan RPMK. 5. Welded Unreinforced Flanges, Welded Web Connection (Gambar 72e). Konfigurasi detail konstruksi ini menyerupai konfigurasi detail konstruksi Welded Unreinforced Flange - Bolted Web Connections, namun pelat geser dilas pada flens kolom. Baut yang ada dalam deatil tersebut digunakan pada proses pemasangan. Sambungan tipe ini oleh FEMA direkomendasikan untuk RPMB dan RPMK. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 115
Gambar 72a. Welded Unreinforced Flanges, Bolted Web Connection diunduh April 2021 Gambar 72b. Bolted Unstiffened Extended end Plate Connection NIST.GCR.16-917-41.pdf, diunduh April 2021 DUMMY Gambar 72c. Bolted Flange Plate Connection NIST.GCR.16-917-41.pdf, diunduh April 2021 Gambar 72d. Welded Flanges Plate Connection diunduh April 2021 Gambar 72e. Welded Unreinforced Flanges, Welded Web Connection diunduh April 2021diunduh April hitam?src=topads diunduh April 2021 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 116
Filosofi desain RPMK yang direkomendasikan oleh SAC dan AISC dalam Interim Guidelines (SAC 1995) dan Interim Guidelines Advisory No. 1 (SAC, 1997) dan AISC 1997 adalah: 1. Weakening scheme. 2. Strengthening scheme. 3. Toughening scheme. Atau desain didasarkan pada gabungan dari dua atau semua skema tersebut. 1. Weakening scheme. 2. Pada lokasi sendi plastis, kekuatan balok diperkecil dengan mengurangi (mencoak) penampang flens balok (weakening) pada jarak tertentu dari pertemuannya dengan kolom, atau disebut Reduced Beam Section (RBS). Dengan mengurangi flens maka tegangan tarik dan tekan lentur yang dapat diterima oleh flens menjadi lebih kecil, sehingga memaksa sendi plastis terjadi pada posisi tersebut (Gambar 73a dan 73b). DUMMY 2. Pada lokasi sendi plastis, kekuatan balok diperkecil dengan mengurangi (mencoak) penampang flens balok (weakening) pada jarak tertentu dari pertemuannya dengan kolom, atau disebut Reduced Beam Section (RBS). Dengan mengurangi flens maka tegangan tarik dan tekan lentur yang dapat diterima oleh flens menjadi lebih kecil, sehingga memaksa sendi plastis terjadi pada posisi tersebut (Gambar 73a dan 73b). DUMMY bf bf h h Gambar 73a. Denah dan Potongan RBS Connection diunduh April 2021 Gambar 73b. Perspektif RBS Connection pdf, diunduh April 2021 117
Strengthening Scheme dan Toughening Scheme (Gambar 73a dan 73b) Konsep strengthening scheme adalah memperkuat balok pada daerah di antara flens kolom dengan lokasi sendi plastis. Penambahan kekuatan dan ketahanan tersebut dikonstruksikan dengan menambahkan penguat dengan beberapa varian: pelat segitiga di bawah flens balok, pelat segitiga di atas dan di bawah flens balok, pelat yang tambahan di atas dan di bawah flens, dan beberapa varian lain. Tujuan menambahkan penguat tersebut adalah untuk memperkecil tegangan lentur tarik dan tekan maksimal yang bekerja pada flens dan memudahkan mengontrol lokasi sendi plastis di balok seperti yang direncanakan. DUMMY Gambar 74a. Bolted Stiffened Extended end Plate Connections diunduh April 2021 Gambar 74b. Bolted Stiffened Extended end Plate Connections diunduh April 2021 Toughening Scheme Konsep thoughening scheme adalah meningkatkan ketangguhan join kolom balok dengan meningkatkan standar material dan prosedur pengelasan. 2. Braced-Frame Konsentris (BFK) Braced-frame konsentris adalah struktur rangka yang diperkaku dengan batang diagonal sehingga membentuk unit-unit segitiga. Pada setiap Teknologi Gempa dalam Arsitektur 118
titik pertemuan, sumbu-sumbu setiap batang bertemu di satu titik buhul. Struktur braced-frame konsentris lebih kaku daripada RPM karena terbentuk dari batang-batang yang membentuk unit segitiga (truss). Ada beberapa bentuk bracing: chevron inverted V-bracing, chevron V-bracing, zipper column bracing, single bracing, X-bracing, X configuration bracing, single diagonal bracing, K-bracing (Gambar 75a s.d. 75h). Terhadap beban gempa yang arah kerjanya bolak-balik, gaya batang diagonal berubah-ubah tekan dan tarik. Khusus untuk X-bracing bisa dirancang dengan batang diagonal hanya menahan tarik saja. Pada dasarnya batang-batang diagonal yang mengalami tekan pada semua bentuk bracing berpotensi tertekuk sehingga membutuhkan demensi yang cukup besar. DUMMY Gambar 74a. Chevron Gambar 75a. Inverted-V Bracing Chevron Inverted-V Bracing Gambar 74b. Gambar 75b. Chevron V Bracing Chevron V Bracing Gambar 74c. Zipper Gambar 75c. Zipper Column Bracing Column Bracing Gambar 74d. Gambar 75d. X Bracing X Bracing Gambar 75e. X Conviguration Bracing Gambar 75f. Single Diagonal Bracing Alternate Direction Gambar 75g. Single Diagonal Bracing Gambar 75h. K Bracing BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 119
Chevron Brace-Frame (V dan inverted V) Kinerja chevron brace (V atau inverted V) terhadap beban gempa kurang optimal, karena: 1. Balok lantai mengalami lendutan yang besar di tengah bentang pada saat braced frame berdeformasi dinamis akibat gempa, mengakibatkan batang diagonal tekan berpotensi tertekuk. 2. Setelah batang tekan tertekuk, chevron brace menjadi lemah karena terjadi ketidakseimbangan gaya lateral di tengah bentang balok, di mana pada kondisi tersebut batang tarik menerima gaya lebih besar. 3. Ketidakseimbangan gaya tersebut mengakibatkan pada lantai tingkat bersangkutan menjadi sangat lemah dibandingkan lantai- lantai di atasnya dan cenderung mengalami mekanisme soft storey. Perilaku tersebut dapat mengakibatkan keruntuhan bangunan. Kelemahan chevron brace bisa diatasi dengan memperbesar dimensi DUMMY 3. Ketidakseimbangan gaya tersebut mengakibatkan pada lantai tingkat bersangkutan menjadi sangat lemah dibandingkan lantai- lantai di atasnya dan cenderung mengalami mekanisme soft storey. Perilaku tersebut dapat mengakibatkan keruntuhan bangunan. Kelemahan chevron brace bisa diatasi dengan memperbesar dimensi DUMMY balok atau dengan memasang kolom zipper (Gambar 77 (c)). Gambar 76. Mekanisme Kegagalan Struktur Chevron dan Diagram Deformasi Elastis, Deformasi Inelastis Sampai Plastis/Runtuh 120
Zipper Braced-Frame Zipper braced-frame merupakan pengembangan dari chevron braced-frame. Kolom zipper ditambahkan pada titik pertemuan antara bracing dengan balok lantai di tengah bentang vertikal ke atas sampai ke puncak struktur bangunan. Zipper Bracing diklasifikasikan sebagai Special Consetric Braced Frame atau Braced-frame Konsentris Spesial (KBFS), karena penambahan kolom zipper dapat meningkatkan daktilitas struktur. Dengan adanya kolom zipper, maka deformasi inelastik disebar ke seluruh lantai sehingga batang-batang tekan di setiap lantai berpotensi mengalami tekuk. Oleh karena itu, peredaman dan pelepasan energi gempa semakin besar. Tidak seperti chevron braced- frame, drift tiap lantai pada zipper braced-frame relatif seragam sehingga terhindar dari mekanisme soft storey. DUMMY Bekerjanya gaya tekan atau gaya tarik pada kolom zipper tergantung dari lokasi batang diagonal yang mengalami tekuk paling awal, apabila batang diagonal di lantai dasar tertekuk paling awal maka kolom zipper bekerja tarik, apabila batang diagonal tekan di lantai paling atas yang tertekuk paling awal maka kolom zipper bekerja tekan. Kolom zipper tidak bekerja ketika struktur mengalami deformasi elastis, dan baru bekerja ketika terjadi deformasi inelastik. Maka ketika deformasi elastik, perilaku zipper braced-frame sama dengan chevron braced-frame. Gambar 77. Mekanisme Kegagalan Struktur Chevron Braced-Frame dan Diagram Deformasi Elastis, Deformasi Inelastis Sampai Plastis/Runtuh diunduh Juli 2021 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 121
Single Diagonal Braced-Frame Tiap batang diagonal tipe ini mengalami gaya tekan dan gaya tarik secara bergantian ketika menahan gaya gempa, oleh karena itu batang diagonal harus mampu menerima gaya tekan dan tarik. Pada umumnya gaya tekan lebih dominan menentukan dimensi batang diagonal tersebut karena ada mekanisme tekuk. DUMMY Gambar 78a. Single Diagonal Bracing Gambar 78b. Single Diagonal Bracing Alternate Direction X-Bracing/X-Conviguration Bracing Batang-batang diagonal X-bracing membentuk konfigurasi yang berbentuk X, maka ketika menerima gaya lateral, batang diagonal arah yang satu menerima gaya tarik, sedangkan arah yang lain menerima gaya tekan. Kalau menerima gaya siklik bolak-balik maka batang diagonal bergantian menerima gaya tarik dan tekan. Karena ketika menerima gaya lateral siklik selalu ada batang diagonal yang bekerja tarik, maka bisa hanya dipasang batang diagonal tarik saja. Oleh karena itu, material batang diagonal bisa menggunakan kabel baja. K-Bracing Kinerja K-bracing tidak bagus terhadap gempa yang besar, karena memperpendek kolom di salah satu sisi, oleh karena itu tidak dianjurkan dipakai pada wilayah gempa intensitas tinggi. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 122
Gambar 79a. X Bracing Gambar 79b. X Configuration Bracing Gambar 79c. K Bracing 3. Braced-Frame Eksentris (BFE) DUMMY Brace-frame eksentris berbeda dengan brace-frame konsentris. Sumbu batang diagonal dengan sengaja digeser sehingga tidak bertemu di satu titik. Jarak dari bidang muka kolom sampai ujung batang diagonal, atau jarak antara ujung 2 buah batang diagonal (untuk chevron braced frame) disebut link. Tipe-tipe BFE dapat dilihat pada Gambar 80a s.d. f). Dengan adanya link tersebut, maka gaya dari batang diagonal (tarik atau tekan) akan membebani balok dengan gaya aksial dan gaya geser. Link meneruskan gaya geser ini ke kolom melalui perlawanan geser. Bila gaya geser pada link melampaui kapasitas elastiknya maka link mengalami pelelehan geser (shear yielding) dan membentuk sendi plastis. Pola deformasi inelastik BFE tersebut dapat dilihat dalam Gambar 80 a1 s.d. f1. Energi gempa terserap melalui proses pelelehan geser ini, dengan demikian struktur brace frame menahan hanya sebagian beban gempa elastik. Fungsi dari link ini mirip dengan sekering (fuse) pada jaringan listrik yang berfungsi memutus aliran listrik kalau terjadi beban listrik melampaui kapasitas, oleh karena itu ada yang menyebut link dengan fuse. BFE merupakan elemen struktur yang sangat daktail dan sangat baik untuk daerah rawan gempa. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 123
Panjangnya link berpengaruh terhadap kekakuan, kekuatan, daktilitas dan perilaku BFE. Link pendek cenderung mengalami pelelehan geser, dan deformasi elastiknya mendekati deformasi BFK. Sedangkan link panjang cenderung mengalami pelelehan lentur, dan deformasi elastiknya mendekati deformasi RPM. Dari uji coba laboratorium yang dilakukan oleh Azad dan Topkaya (2017), tampak mekanisme kegagalan struktur link pendek menunjukkan web yang retak, mekanisme kegagalan struktur link intermediate menunjukkan tekuk lokal flens paling tepi, dan mekanisme kegagalan struktur link panjang menunjukkan tekuk yang besar pada flens paling tepi (Gambar 81a, Gambar 81b, Gambar 81c). Menurut Azad dan Topkaya, kinerja link pendek lebih baik daripada kinerja link panjang. Pada umumnya link panjang bertujuan untuk mengakomodasi kebutuhan ruang dari segi arsitektur, seperti space untuk lewat. DUMMY Rule of thumb panjang link (Taranath, 2005):
· = ± 2 x tinggi balok.
· = + 4 x lebar flens balok. Gambar 80. Tipe
-tipe dan Perilaku/Deformasi Inelastik Braced Frame Eksentris (BFE) a = Invert V
-BFE, b = Diagonal
-BFE, c= V
-BFE, d = Y, e = /, f = S
-BFE. diunduh Juli 2021 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 124
Gambar 81a. Mekanisme Kegagalan Struktur Link Pendek Gambar 81b. Mekanisme Kegagalan Struktur Intermadiete Link Gambar 81c. Mekanisme Kegagalan Struktur Link Panjang diunduh Juli 2021 Terjadinya deformasi inelastik pada link ketika terjadi gempa besar merusak link tersebut sehingga harus ada perbaikan pasca gempa. Perbaikan tersebut adalah dengan melakukan penggantian link. Pekerjaan ini menjadi sulit kalau link tersebut menyatu dengan balok. Selain itu link yang menyatu dengan balok ikut menyatu dengan pelat lantai beton bertulang, maka dimensinya menjadi berlebihan dan membawa dampak pada desain struktur dan fondasi yang berlebihan juga (Mansour et al., 2011). Kelemahan ini dapat diatasi dengan link yang tidak menyatu dengan pelat lantai seperti contoh berikut. DUMMY 1. Link vertikal (Gambar 82) Link tipe ini posisinya tegak lurus terhadap balok (tipe d dalam Gambar 80) sehingga tidak menyatu dengan pelat lantai, maka proses penggantiannya lebih mudah tidak merusak baloknya. Menurut Xiao et al., kapasitas disipasi energi link dan kemampuan konsumsi energi seluruh rangka BFE-Y lebih besar daripada BFE-K. 2. Removable Link (Gambar 83a, 83b, 83c) Mansour et al., melakukan eksperimen link yang dapat dilepas ketika perlu diganti. Sambungan link dengan balok menggunakan baut, link dibuat tidak berhubungan dengan pelat lantai. Eksperimen tersebut menunjukkan bahwa link dapat berperilaku sangat daktail. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 125
Gambar 82. Detail Konstruksi Link Vertikal pada BFE-Y diunduh Juli 2021 DUMMY Gambar 83a. Model BFE-K dengan Removable Link Tengah diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 126
Gambar 83b. Removable Link Tengah pdf, diunduh Juli 2021 Gambar 83c. Removable Link Tepi diunduh Juli 2021 Contoh Bangunan yang Menggunakan Struktur BFE DUMMY Braced-frame eksentris dapat diterapkan dalam bangunan, antara lain dapat dilihat pada Gambar 84a dan 84b. Gambar 84a. Contoh BFE pada Bangunan improvement_of_URM_buildings, diunduh Juli 2022 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 127
DUMMY Gambar 84b. Contoh BFE pada Bangunan diunduh Juli 2022 G. Pendekatan Inovatif Pendekatan konvensional mampu mengamankan keselamatan jiwa manusia, tetapi dapat mengakibatkan kerugian ekonomis yang besar akibat kerusakan permanen pada komponen struktur. Pendekatan lain yang dapat mengurangi kerugian ekonomis adalah pendekatan "inovatif", yaitu sistem protektif yang mengontrol kinerja struktur dengan menggunakan peralatan. Ada empat macam sistem protektif, yaitu: 1. sistem kontrol isolasi terhadap gempa (seismic isolation system control); 2. sistem kontrol pemencar energi pasif pada alat (passive energy dissipation control system); 3. sistem kontrol pemencar energi aktif pada alat (active energy dissipation control system); 4. sistem penyerap getaran dinamik pada struktur (Dynamic Vibration Absorber/DVA). Teknologi Gempa dalam Arsitektur 128
1 1. Sistem Kontrol Isolasi terhadap Gempa Sistem isolasi terhadap gempa pada umumnya diletakkan di dasar kolom bangunan di antara kolom/sloof dengan fondasi, disebut base isolation (isolasi dasar). Prinsip isolasi dasar adalah "memisahkan bangunan dari komponen horizontal pergerakan tanah dengan cara menambahkan peralatan isolasi dasar di antara fondasi dan struktur atas, tujuannya adalah mereduksi efek dari komponen horizontal percepatan tanah. Pada beberapa bangunan, isolasi dasar diletakkan di puncak kolom basement/kolom lantai dasar, dalam hal tersebut struktur atas dipisahkan secara horizontal terhadap kolom di bawahnya. Isolasi dasar bersifat sangat fleksibel terhadap beban lateral. Bila fondasi bergeser karena gempa, pada ragam getar pertama perpindahan horizontal sangat besar terjadi pada isolasi dasarnya saja, sedangkan bangunan di atasnya deformasinya sangat kecil. Berarti energi gempa tidak seluruhnya ditransmisikan ke struktur atas (Gambar 85a dan 85b). Dengan demikian, gaya-gaya dan momen di dalam komponen- komponen struktur menjadi kecil. Dalam Gambar 85a dan 85b diilustrasikan defleksi horizontal maksimal struktur tanpa isolasi dasar (D1) jauh lebih besar daripada defleksi struktur yang menggunakan isolasi dasar (D2). Perpindahan horizontal total struktur dengan isolasi dasar merupakan jumlah perpindahan lateral maksimal struktur ditambah perpindahan lateral isolasi dasar (D2 + D3), di mana D3 (perpindahan isolasi dasar) menyumbangakan deformasi yang sangat besar. DUMMY 2 2 1 3 3 Base- Isolation base- isolator base- isolator Gambar 85a. Sistem Struktur Tanpa Base-Isolation Gambar 85b. Sistem Struktur dengan Base-Isolation BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 129
Respons dari ragam getar pertama struktur ditentukan terutama oleh sistem isolasi yang digunakan, waktu ulang struktur dan peredaman struktur. Ragam getar pertama dominan terhadap struktur yang diisolasi, dan pada struktur tidak diisolasi yang mempunyai waktu getar pendek (kaku) kurang lebih sampai dengan 1 detik. Ada banyak tipe isolasi dasar, seperti: laminated rubber base-isolation, lead rubber base-isolation, dan beberapa paten yang telah banyak diproduksi. Produk-produk paten tersebut ada yang berbentuk bola atau silinder yang menggelinding pada landasan atau bentuk lain, dan dibuat dari baja. Ada dua sistem peredaman isolasi, yaitu: 1. sistem peredaman linier; DUMMY 2. sistem peredaman nonlinier. Sistem peredaman linier mengandalkan sifat material yang sangat fleksibel dan elastis, sedangkan sistem isolasi nonlinier mengandalkan sifat fleksibel dan sifat elasto-plastis material, atau melalui slip antar komponen. Isolasi Dasar dengan Sistem Peredaman Linier S Kb Sb O Xb X a b Gambar 86a. Model Base-Isolator dengan Sistem Peredaman Linier b. Lintasan Histerisis Gaya Geser S vs Displacement X Sumber: Skinner, R. Ivan et al., 1993 Massa M pada Gambar 86a didukung oleh isolasi linier yang mempunyai kekakuan Kb, dengan koefisien vicous (velocity) damper Cb. Sumbu X menunjukkan besarnya perpindahan, sedangkan sumbu S menunjukkan besarnya gaya geser yang bekerja pada sistem isolasi. Ketika sistem Teknologi Gempa dalam Arsitektur 130 O
Respons dari ragam getar pertama struktur ditentukan terutama isolasi menerima gaya geser S1, maka terjadi perpindahan sebesar X1, dan seterusnya. Perbandingan S/X adalah linier membentuk lintasan kekakuan berbentuk garis lurus. Lintasan kekakuan tersebut dimulai dari titik O bergerak menurut arah sumbu positif membesar seiring membesarnya gaya geser gempa sampai dengan batas kekakuan efektif ('secant' stiffness) Kb, di mana Kb = Sb/Xb (Gambar 86b). Ketika arah gaya geser berbalik, besarnya gaya geser dan perpindahan mengecil sampai pada titik O dan membesar kembali ke arah negatif sampai dengan batas kekakuan efektifnya, dan seterusnya makin lama pergerakan tersebut makin mengecil sampai berhenti. Seluruh lintasan yang terbentuk dalam diagram tersebut disebut lintasan histeris (dalam Gambar 86b digambarkan dalam bentuk elips). Salah satu contoh sistem isolasi linier adalah laminated-rubber bearing base isolation. oleh sistem isolasi yang digunakan, waktu ulang struktur dan peredaman struktur. Ragam getar pertama dominan terhadap struktur yang diisolasi, dan pada struktur tidak diisolasi yang mempunyai waktu getar pendek (kaku) kurang lebih sampai dengan 1 detik. Ada banyak tipe isolasi dasar, seperti: laminated rubber base-isolation, lead rubber base-isolation, dan beberapa paten yang telah banyak diproduksi. Produk-produk paten tersebut ada yang berbentuk bola atau silinder yang menggelinding pada landasan atau bentuk lain, dan dibuat dari baja. Ada dua sistem peredaman isolasi, yaitu: 1. sistem peredaman linier; DUMMY 2. sistem peredaman nonlinier. Sistem peredaman linier mengandalkan sifat material yang sangat Laminated Rubber Bearing Base-Isolation fleksibel dan elastis, sedangkan sistem isolasi nonlinier mengandalkan Laminated rubber bearing base-isolation terbuat dari lapisan-lapisan karet isolasi yang diletakkan secara berlapis bergantian dengan pelat baja, dan masing-masing bagian tersebut direkatkan dengan sangat kuat. Kemampuan base-isolation untuk melakukan simpangan elastik horizontal dihasilkan dari sifat fleksibel lapisan-lapisan karet, sedangkan pelat-pelat baja berfungsi untuk memperkaku base-isolation dalam arah vertikal. sifat fleksibel dan sifat elasto-plastis material, atau melalui slip antar komponen. Isolasi Dasar dengan Sistem Peredaman Linier S Kb Sb Dengan adanya sisipan lapis-lapis pelat baja tersebut, tinggi karet per segmen menjadi kecil-kecil. Dengan demikian, deformasi terhadap beban vertikal menjadi terbagi-bagi tiap segmen karet dan menjadi kecil-kecil, namun simpangan horizontal tetap sama besarnya dengan isolator tanpa pelat-pelat sisipan (Gambar 87). O Xb X e Gambar 86a. Model Base-Isolator dengan Sistem Peredaman Linier Untuk menjamin kapasitas dukung gravitasi tetap besar, maka fleksibilitas horizontalnya dibatasi. Pembatasan ini diperlukan agar luas penampang efektif isolator untuk mendukung beban gravitasi masih cukup besar (Gambar 88). b. Lintasan Histerisis Gaya Geser S vs Displacement X Sumber: Skinner, R. Ivan et al., 1993 Massa M pada Gambar 86a didukung oleh isolasi linier yang mempunyai kekakuan Kb, dengan koefisien vicous (velocity) damper Cb. Sumbu X Gambar 89a menunjukkaan salah satu contoh laminated rubber bearing base-isolation dalam keadaan utuh, sedangkan Gambar 89b adalah menunjukkan besarnya perpindahan, sedangkan sumbu S menunjukkan BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan O besarnya gaya geser yang bekerja pada sistem isolasi. Ketika sistem 131
Gambar irisannya. Gambar 90 menunjukkan uji coba gaya tekan dan gaya geser pada rubber base-isolation. DUMMY Gambar 87. Kekakuan Vertikal dan Lateral Laminated-Rubber Bearing diunduh Juni 2022 P e maks Luas penampang Luas penampang efektif thd. P efektif terhadap P Gambar 88. Luas Penampang Efektif Isolator terhadap Gaya Gravitasi Teknologi Gempa dalam Arsitektur 132
Gambar 89a. Laminated Rubber Bearing Base-Isolation diunduh Juni 2022 DUMMY Gambar 89b. Irisan Laminated Rubber Bearing Base-Isolation diunduh Juni 2022 Base-isolation dapat ditempatkan di bawah kolom paling dasar, atau di puncak kolom lantai dasar/basement. Gambar 91a menunjukkan perspektif basement (parkir) yang di bawahnya ada ruang tempat rubber base-isolation dipasang. Gambar 91b menunjukkan sebuah rubber base- isolation yang terpasang di dasar kolom sebuah bangunan, sedangkan Gambar 91c menunjukkan rubber base-isolation yang terpasang di puncak kolom basement sebuah bangunan. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 133
DUMMY Gambar 90. Uji Tekan dan Geser pada Karet Isolasi laminated-rubber-bearing-8_fig2_230260632, diunduh Juni 2022 Gambar 91a. Contoh Base-Isolation pada Bangunan, Tokyo	DIA	Building	(1973-1985) diunduh Juni 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 134
DUMMY Gambar 91b. Contoh Penempatan Base-Isolation di Dasar Kolom Base-Isolation-711900732.html, diunduh Juni 2022 Gambar 91c. Contoh Penempatan Base-Isolation di Puncak Kolom Basement diunduh Juni 2022 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 135
Isolasi Dasar dengan Sistem Peredaman Nonlinier 91b 92a 92b 91a Catatan: M = massa Cb = viscous damper Kb = kekakuan isolator bilinier Kb1 = kekakuan fase-elastik Kb2 = kekakuan fase-plastis Q = gaya geser (Xy,Qy) = yield point (titik leleh) DUMMY Gambar 92a. Idealisasi Base-Isolation dengan Sistem Peredaman Nonlinear 92b. Lintasan Histerisis Gaya Geser S vs Displecement X Peredaman Nonlinear Sumber: Skinner, R. Ivan et al., (1993) Massa M (Gambar 92a) didukung oleh isolator nonlinear dengan komponen kekakuan Kb1 dan Kb2. Gaya geser Sb dibanding dengan simpangan Xb (Gambar 92b) memperlihatkan lintasan histerisis nonlinear dan batas kekakuan efektif ('secant' stiffness) dari isolasi dasar nonlinear: Kb = Sb/Xb. Pada saat isolator melakukan simpangan horizontal akibat getaran gempa, maka lintasan kekakuan fase elastik Kb1 dimulai dari titik O bergerak sampai titik leleh (Xy,Qy), kemudian selanjutnya masuk ke fase inelastik dan membentuk lintasan kekakuan Kb2 dimulai dari titik (Xy,Qy) sampai pada saat mencapai simpangan horizontal maksimal lintasan berhenti dititik (Xb,Sb), kemudian isolator melakukan simpangan ke arah sebaliknya sehingga simpangan horizontal mengecil sampai kembali keposisi vertikal, kemudian simpangan horizontal mengalami perilaku yang sama dengan sebelumnya membesar lagi kearah yang berlawanan, dan seterusnya bolak-balik sampai akhirnya berhenti. Ada beberapa perangkat sistem isolasi nonlinier, di antaranya adalah: lead-rubber bearing base isolation, friction pendulum bearings (FPB), triple friction pendulumTM bearing (TFPB). Teknologi Gempa dalam Arsitektur 136 91b
Isolasi Dasar dengan Sistem Peredaman Nonlinier Lead-Rubber Bearing Base-Isolation Lead-rubber bearing (Gambar 93) merupakan laminated-rubber bearing isolation dengan inti (core) pasak-timah (lead-plug). Daya dukung gravitasi diperoleh dari kapasitas dukung rubber, sedangkan peredaman dihasilkan dari sifat fleksibel karet dan dari proses pelelehan (yielding) pasak-timah. Karet bersama-sama dengan pasak-timah melakukan simpangan horizontal akibat getaran gempa, di mana karet tetap bersifat elastis, sedangkan pasak-timah dengan sifatnya yang plastis akan mengalami pelelehan (yielding) pada saat tegangan elastisnya dilampaui. Apabila getaran berhenti, pasak timah kembali ke posisi dan sifat asalnya. 91b 91a Catatan: Kb1 = kekakuan fase-elastik M = massa Kb2 = kekakuan fase-plastis Cb = viscous damper Q = gaya geser Kb = kekakuan isolator bilinier (Xy,Qy) = yield point (titik leleh) DUMMY Gambar 92a. Idealisasi Base-Isolation dengan Sistem Peredaman Nonlinear 92b. Lintasan Histerisis Gaya Geser S vs Displecement X Peredaman Nonlinear Sumber: Skinner, R. Ivan et al., (1993) Massa M (Gambar 92a) didukung oleh isolator nonlinear dengan komponen kekakuan Kb1 dan Kb2. Gaya geser Sb dibanding dengan simpangan Xb (Gambar 92b) memperlihatkan lintasan histerisis nonlinear dan batas kekakuan efektif ('secant' stiffness) dari isolasi dasar nonlinear: Kb = Sb/Xb. Pada saat isolator melakukan simpangan horizontal akibat getaran gempa, maka lintasan kekakuan fase elastik Gambar 93. Irisan Lead Rubber Bearing Base-Isolation isolation-system.php, diunduh Juni 2022 Kb1 dimulai dari titik O bergerak sampai titik leleh (Xy,Qy), kemudian selanjutnya masuk ke fase inelastik dan membentuk lintasan kekakuan Kb2 dimulai dari titik (Xy,Qy) sampai pada saat mencapai Friction Pendulum Bearings (FPB) simpangan horizontal maksimal lintasan berhenti dititik (Xb,Sb), kemudian isolator melakukan simpangan ke arah sebaliknya sehingga Friction Pendulum Bearings (FPB) adalah tipe isolasi dasar yang bekerja berdasarkan geser pada bearingnya. FPB terbuat dari baja, terdiri dari bearing top plate, bearing bottom plate yang permukaan dalamnya berbentuk cekung spherical sebagai sliding interface, atau concave slider bearing (Gambar 94a dan 94b). Fungsi cekung spherical bearing adalah untuk memungkinkan FPB melakukan ayunan menurut waktu getar alami selama kejadian gempa. FPB dirancang secara khusus untuk tiap-tiap fasilitas berdasarkan kapasitas beban, kapasitas perpindahan (displacement), kondisi tanah dan ukuran struktur yang didukung. simpangan horizontal mengecil sampai kembali keposisi vertikal, kemudian simpangan horizontal mengalami perilaku yang sama dengan sebelumnya membesar lagi kearah yang berlawanan, dan seterusnya bolak-balik sampai akhirnya berhenti. Ada beberapa perangkat sistem isolasi nonlinier, di antaranya adalah: lead-rubber bearing base isolation, friction pendulum bearings (FPB), triple friction pendulumTM bearing (TFPB). BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 91b 137
Perpindahan lateral sangat mereduksi gaya gempa yang ditransmisikan ke struktur, sedangkan pergesekan bidang temu pada bearing tersebut menghasilkan gaya geser dinamis yang bekerja sebagai sistem peredam pada saat terjadi gempa. Permukaan cekung spherical bearing dan gaya gravitasi menyebabkan tipe ini mempunyai kemampuan melakukan re-centering, yaitu kemampuan struktur kembali ke sumbu utama ketika getaran gempa berhenti. Bearing dapat didesain untuk mengakomodasi besaran displacemanet yang berbeda-beda hanya dengan menyesuaikan kelengkungan dan diameter permukaan. Dimensi FPB adalah bervariasi, misalnya diameter 91,44 cm, tinggi 20,32 cm dan berat 2.000 lbs (907,2 kgf), saat ini yang terbesar berukuran 396,24 cm. DUMMY Gambar 94a. Friction Pendulum Bearing dalam Keadaan Terbuka diunduh Juni 2022 Gambar 94b. Potongan Friction Pendulum Bearing dalam Keadaan Sentris 210109277, diunduh Juni 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 138
Gambar 94e. Pergeseran Pendulum Pada kondisi Live Savety Gambar 94c. Friction Pendulum Bearing dalam Keadaan Bergeser diunduh Juli 2019 Triple Friction PendulumTM Bearing (TFPB) Triple PendulumTM bearing merupakan pengembangan dari Friction Pendulum Bearing, merupakan multiple pendulum isolators. Bagian-bagiannya terdiri dari: bearing bottom plate (1) dan bearing top plate (4), inner slider (0), bottom articulate slider (2) dan top articulate slider (3). Properti dari TFPB tersebut bekerja bertahap menurut level kekuatan gempa. Bila terjadi gempa kecil (pada level gempa batas layan) pergeseran slider 3 bersama top plate 4 menggerakkan inner slider yang bergeser dan berputar pada permukaan 2 dan 3. Bila terjadi gempa sedang (pada level kerusakan yang dikontrol), slider 2 bergeser pada permukaan bearing plate 1. Bila terjadi gempa besar (kondisi live savety), bearing plate 4 bergeser terhadap slider 3 (Gambar 95a s.d. 95d). DUMMY Gambar 95a. Triple Friction PendulumTM Bearing TFPB diunduh Juni 2022 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 139
Gambar 95b. TFPB dalam Posisi Sentris Gambar 95c. Pergeseran Pendulum pada Level Gempa Batas Layan Gambar 95d. Pergeseran Pendulum pada Level Kerusakan yang Dikontrol Gambar 95e. Pergeseran Pendulum pada kondisi Live Savety Notasi: DUMMY 0 = inner slider; 1 = bottom bearing plate; 2 = bottom articulate slider; 3 = top articulate slider; 4 = top bearing plate. diunduh10 Juli 2019 Kelebihan TFPB adalah tegangan geser pada bidang temu slider berbeda-beda dari yang kecil (inner slider) yang lebih besar (articulate slider bawah) dan yang terbesar (articulate slider atas) sehingga dapat mengantisipasi perubahan percepatan dan kerusakan peralatan yang sensitif. Di samping tipe-tipe isolasi dasar yang dibahas masih banyak tipe-tipe isolasi dasar lain yang telah dipatenkan. Pengaruh Isolasi Dasar pada Respons Struktur Bangunan terhadap Gempa Isolasi dasar tidak selalu memberikan respons yang menguntungkan pada semua struktur bangunan, hanya struktur bangunan dengan rentang periode getar tertentu saja memberikan respons yang baik apabila dipasang isolasi dasar, sebaliknya ada rentang periode getar bangunan tertentu yang memberikan respons tidak baik bila dipasang isolasi dasar. Pada dasarnya struktur yang kaku (periode getar pendek) memberikan respons lebih baik bila dipasang isolasi dasar. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 140
DUMMY Gambar 96. Diagram Spektrum Respons Percepatan Rata-rata dari 8 Accelerogram,	Peredaman	2,	5,	10	dan	20% Gaya Inersia Paling Besar Sekitar Periode Getar 0,1 - 0,6 et (Bangunan 1 - 10 Lantai ) Sumber: Skinner R. Ivan et al., (1993) Area yang diarsir dengan tanda (U) dalam Gambar 96 menampilkan respons spektra linier untuk periode getar alami pertama sampai dengan 1.0 detik (tanda lingkaran) dan peredaman struktur sampai dengan 10% dari peredaman kritis, area yang diarsir dengan tanda (U) tersebut menunjukkan rentang periode getar yang berpeluang bagus untuk menggunakan isolasi dasar. Sementara itu, pada area yang diarsir dengan tanda (I), memberikan respons spektra percepatan untuk rentang periode getar pertama dan peredaman pada struktur yang perlu diseleksi dengan sistem isolasi yang sesuai. Maka, untuk memilih menggunakan isolasi dasar dan tipenya harus dilakukan oleh ahli di bidangnya. 2. Sistem Kontrol Pemencar Energi Pasif Sistem yang tergantung pada kecepatan: Viscoelastic solid BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan Viscoelastic fluid 141
Sistem yang tergantung pada perpindahan (displacement): Friction Metal yielding Lead extursion Viscoelastic Damper (Solid) Elastisitas adalah kecenderungan material solid untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah gaya tidak bekerja. Jadi peregangan material elastis tergantung pada gaya. Viskositas adalah ukuran ketahanan cairan untuk mengalir. Cairan dengan viskositas rendah mudah mengalir. Contohnya air lebih mudah mengalir daripada sirup, madu atau gel. Material viskos bersifat kental, lengket atau perekat. Viskositas berkurang kalau material dipanasi, contohnya sirup yang dipanaskan lebih mudah mengalir. Regangannya tergantung pada waktu. DUMMY Viskoelastisitas adalah sifat bahan yang menunjukkan karakteristik viskos dan elastis ketika mengalami deformasi. Regangannya tergantung dari gaya dan waktu. Bahan tersebut bila mendapat gaya kejut (percepatan tinggi) menampilkan sifat yang elastis, kaku dan memantulkan, misalnya material viscoelastik dipukul dengan palu, maka material tersebut relatif tidak berubah bentuk dan memantulkan palu tersebut (seperti karet keras). Sementara itu, apabila mendapat gaya yang bekerjanya lambat material tersebut menampilkan sifat yang viskos dan lunak, misalnya ketika palu ditekan dengan lambat pada permukaan material viscoelastic material akan desok kemudian seiring berjalannya waktu secara lambat kembali kebentuk asalnya. Viscoelastic damper terdiri dari material viscoelastic direkatkan pada pelat baja. Pelat baja berfungsi sebagai komponen penghubung antara damper dengan komponen struktur bangunan. Viscoelastic damper secara alami menampilkan sifat elastis dan viskos (yaitu tergantung perpindahan dan waktu). Material yang digunakan pada umumnya polimer sintetik berbahan dasar acrylic polimer, umumnya adalah solid elastomeric. (sumber: Teknologi Gempa dalam Arsitektur 142
diunduh Juni 2022). Viscoelastic damper umumnya dipasang pada bracing chevron, bracing diagonal, atau pada pertemuan balok rangka batang (open web joist) dengan kolom, seperti yang dipasang pada bangunan WTC (yang telah roboh). Ketika struktur braced frame mengalami deformasi siklik lateral, material viscoelastic di ujung batang diagonal mengalami deformasi geser bolak-balik secara berulang. Pergeseran tersebut menghasilkan panas yang dibuang ke lingkungan, serta menghasilkan disipasi energi. Penggunaan viscoelastic damper sampai dengan saat ini relatif sedikit dibandingkan dengan fluid viscous damper, namun belakangan ini ada penelitian pengguaan viscoelastic damper untuk rangka pemikul momen yang menggunakan Reduced Beam Section. DUMMY Kelebihan viscoelastic damper: keandalan tinggi; memungkinkan dianalisis dengan analis linier; agak lebih murah.
Kekurangan viscoelastic damper:
sangat tergantung pada suhu;
kapasitas gaya dan perpindahan lebih rendah;
tidak ada pembatasan gaya (not force limited); kebutuhan dilakukan analisis nonlinier dalam kebanyakan kasus praktis. diunduh Januari 2021. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 143
DUMMY Gambar 97a. Viscoelastic Damper diunduh Juni 2022 ½ P(t) ½ P(t) Viscoelastic material P(t) Gambar 97b. Deformasi Geser pada Viscoelastic Damper Ketika Menerima Gaya Teknologi Gempa dalam Arsitektur 144
Gambar 97c. Tes Viscoelastic Damper Be-LWyl9_OM, diunduh Juni 2022 DUMMY Gambar 97d. Viscoelastic Damper pada Pertemuan Open Web Joist dengan Kolom diunduh Juni 2022 Fluid Viscous Damper Fluid viscous damper terdiri dari pipa silinder yang diisi dengan cairan yang mempunyai viskositas rendah. Ketika piston dan kepala piston dipukul, cairan dipaksa mengalir melalui lubang di sekitar dan di kepala piston. Cairan mengalir dengan kecepatan tinggi, menghasilkan pengembangan panas. Panas tersebut dilepaskan ke lingkungan. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 145
Ada dua tipe Fluid viscous damper: Damper dengan piston "single-ended" di mana batang piston hanya berada di satu sisi kepala piston (Gambar 98, 99a). Jenis ini relatif kompak, tetapi dapat mengarah pada pengembangan kekakuan pada frekuensi gerak yang relatif rendah. Damper dengan piston di sekitar "double-ended" atau "run-through" yang banyak digunakan hingga saat ini di Amerika Serikat. Pada tipe ini, batang piston menembus kedua kepala piston dan keluar dari peredam ke kedua ujung silinder utama (Gambar 99b). Meskipun ukurannya lebih besar dan lebih rentan untuk menutup kebocoran (karena ada segel kedua), keuntungan dari konfigurasi ini adalah bahwa hampir tidak ada kekakuan atas berbagai frekuensi. DUMMY Damper dengan piston di sekitar "double-ended" atau "run-through" yang banyak digunakan hingga saat ini di Amerika Serikat. Pada tipe ini, batang piston menembus kedua kepala piston dan keluar dari peredam ke kedua ujung silinder utama (Gambar 99b). Meskipun ukurannya lebih besar dan lebih rentan untuk menutup kebocoran (karena ada segel kedua), keuntungan dari konfigurasi ini adalah bahwa hampir tidak ada kekakuan atas berbagai frekuensi. DUMMY Gambar 98. Fluid Viscous Damper, Piston Single-Ended SystemsNotes.pdf, diunduh Juni 2022 Gambar 99a. Fluid Viscous Damper, Piston Double-Ended fig3_269875610, diiunduh Juni 2022 146
Gambar 99b. Fluid Viscous Damper, Piston Double-Ended diunduh Juni 2022 DUMMY Gambar 100. Contoh Pemasangan Fluid Viscous Damper pada Truss diunduh Juni 2022 Friction Damper Friction damper mengandalkan pergeseran ketika melakukan peredaman, ada bermacam tipe friction damper, seperti: peredam slotted-bolted (baut slip), cross-bracng friction damper, friction damper untuk chevron-brace dan masih ada beberapa paten friction damper. Sloted Bolt Friction Damper Terdiri dari pelat baja (a) dengan lubang baut berbentuk memanjang, diapit oleh 2 buah pelat baja atau kanal U (b) yang dibaut bersama dan diketatkan dengan kekuatan tertentu (Gambar 101). Pengetatan baut tersebut menghasilkan gaya penjepit sedemikian rupa sehingga slip geser dapat terjadi apabila terjadi gempa menengah atau besar. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 147
Lubang baut memanjang pada pelat baja (a) memberi ruang gerak baut pada saat terjadi slip antara pelat baja (a) dengan pelat-pelat baja (b). Pada bidang temu pelat-pelat baja disisipkan bahan khusus untuk memberikan koefisien gesekan yang stabil. DUMMY Gambar 101. "Pall" Friction Slotted-Bolted Damper Terpasang di Truss Baja diunduh Juni 2022 Cross-Bracing	Damper	dan Friction Damper untuk Chevron Braced Frame Perangkat peredam jenis ini terdiri dari baja strip dan baut baja kekuatan tinggi, bentuk geometrisnya adalah persegi untuk X bracing dan bentuk T terbalik untuk Chefron-bracing (Gambar 102a, 102b). Pelat-pelat ini dijepit bersama dengan baut dengan keketatan tertentu sehingga ketika mengalami gempa kecil tidak terjadi slip, dan ketika mengalami gempa besar terjadi slip rotasi antara baut dan baja strip. Slip tersebut dapat terjadi karena bentuk geometri perangkat tersebut dan sistemnya dapat berdeformasi bila kapasitas kekuatan jepitan bautnya terlampaui. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 148
Gambar 102a. "Pall" Cross-Bracing Damper diunduh Juni 2022 DUMMY Gambar 102b. "Pall" Cross-Bracing Damper dalam Posisi Bergeser diunduh Juni 2022-gZjN4, diunduh Juni 2022 Gambar 102c. Cross-Bracing Friction Damper Terpasang pada Bangunan diunduh Juni 2022 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 149
Gambar 103. Friction Damper untuk Chevron Braced Frame diunduh Juni 2022 Kelebihan Friction Damper: DUMMY Gaya dibatasi. Mudah dikonstruksikan. Relatif tidak mahal. Kekurangan Friction Damper: Gaya geser peredam cenderung berubah seiring waktu, maka perlu pemeliharaan secara periodik. Berperilaku sangat nonlinier. Menambah besar kekakuan inisial pada sistem. Kemungkinan ada deformasi sisa yang tidak diharapkan. Steel Buckling-Restrained Braced Frame (BRBF) BRBF termasuk peredam berdasarkan yielding material dan merupakan pemecahan inovatif untuk braced-frame konsentrik yang populer di Jepang dan Amerika. Pada dasarnya BRBF menggunakan batang baja langsing sebagai bracing diagonal (disebut steel-core), yang dibungkus dengan pipa baja (CHS/RHS/SHS) yang dicor dengan beton sebagai penghambat terjadinya tekuk pada steel-core tersebut. Konsep ini berbeda dengan konsep konvensional, di mana konsep konvensional mengeliminir terjadinya tekuk pada batang tekan dengan memperbesar demensi batang sampai kekakuan batang cukup untuk tidak tertekuk, Teknologi Gempa dalam Arsitektur 150
atau memperpendek batang tekan dengan memasang penahan pada sumbu lemahnya untuk memperkecil angka kelangsingannya. Tujuan menghambat tekuk pada BRBF tersebut adalah agar steel-core dapat mengerahkan seluruh kekuatan elastiknya sampai mengalami yielding bila terjadi beban tekan lebih (over loading) dan dapat melakukan disipasi energi. Untuk beban tarik lebih pada steel-core tidak ada perilaku tekuk, maka yielding baru akan terjadi ketika terjadi beban lebih. Steel core tersebut harus dapat bekerja menerima gaya tekan dan tarik tanpa diintervensi oleh pembungkusnya, maka sebelum dimasukkan ke dalam pipa baja, steel-core dilapisi dengan material debonding agar terpisah dari mortar, antara lain dengan: rubber, polyethyelene, silicon grees (ini yang paling efektif sebagai material debonding), dan mastic tape. DUMMY Efek poisson atau mengembangnya steel-core akibat gaya tekan dapat mengakibatkan badan steel-core saling bergesekan dengan mortar. Apabila hal tersebut terjadi, maka mortar bersama dengan pipa pembungkus ikut bekerja menahan gaya tekan dan tarik. Perilaku ini harus dihindari agar disipasi energi melalui proses yielding tekan dan tarik steel-core dapat terjadi. Oleh karena itu, selain dilapisi material debonding, badan steel-core sampai perbatasan dengan kepala diberi celah terhadap mortar untuk memberi kesempatan pemuluran/pemendekan steel-core, sedangkan sebagian kepala yang masih berada di dalam pipa tidak dipisahkan dari mortar. Lebar celah tersebut diperhitungkan terhadap rasio poisson, yaitu pada keadaan elastik = 0.3 dan pada keadaan yielding = 0.5, selain itu lebar celah didesain tidak berlebihan agar amplitudo tekuk tidak terlalu besar. Dimensi kedua kepala steel core dibuat lebih besar daripada steel core-nya untuk menjamin bagian tersebut tetap elastis. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 151
Gambar 104a. Penampang Logitudinal BRBF diunduh Juni 2022 DUMMY Gambar 104b. Perspektif Penampang BRBF web.pdf, diunduh Juni 2022 Steel Plate Dampers (Added Damping and Stiffness System - ADAS) Sistem ADAS merupkan perangkat peredam yang dipatenkan, terdiri dari satu seri pelat-pelat baja. Dasar dari pelat-pelat dipasang pada chevron bracing di puncak pertemuan batang diagonal pada dasar batang horizontal (balok lantai). Pelat-pelat baja tesebut diletakkan tegak lurus Teknologi Gempa dalam Arsitektur 152
pada arah datangnya gaya atau terhadap bidang kerja bracing sehingga relatif lemah terhadap lentur. Ketika balok lantai di atas peredam berdeformasi lateral, chevron bracing juga akan berdeformasi, maka pelat- pelat baja menerima gaya geser lentur. Gaya geser tersebut meneruskan momen lentur pada bagian atas pelat-pelat dan melenturkan pelat-pelat pada sumbu lemah. Konfigurasi geometris pelat dibuat sedemikian rupa sehingga momen lentur menghasilkan distribusi tegangan lentur seragam di seluruh tinggi pelat-pelat, dengan demikian aksi inelastik (disipasi energi) terjadi di seluruh tinggi pelat-pelat. Contohnya bila pelat ditumpu jepit-sendi maka pelat berbentuk segitiga (T-ADAS) (Gambar 105), di mana bagian pelat paling lebar menerima momen maksimal, sedangkan bagian pelat paling sempit menerima momen negatif. Bila ditumpu jepit-jepit, bentuk pelat seperti gelas pasir (X-ADAS) (Gambar 106), yaitu bagian pelat yang tertumpu dimensinya paling lebar sedangkan bagian tengah pelat paling tipis. DUMMY Ketika pelat-pelat baja berdeformasi, pelat-pelat tersebut memberikan kekakuan yang tergantung dari perpindahan (displacement), dan disipasi energi, oleh karena itu ratio kekakuan antara kekakuan batang bracing (B) terhadap kekakuan ADAS (D) sangat penting untuk menjamin agar ADAS mengalami yielding sebelum batang bracing mengalami tekuk. Xia dan Hanson 1992 merekomnedasikan ratio B/D sebesar kurang-lebih 2, atau bracing 2 kali lebih kaku daripada ADAS ADAS%5B4013707%5D.PDF). Hal ini merupakan salah satu kelemahan ADAS karena dapat menyebabkan chevron bracing menjadi lebih mahal daripada perangkat ADASnya. Selain kelemahan tersebut, kelebihan dan kekurangan ADAS kurang lebih sama dengan unbonded damper (buckling restrained), yaitu sebagai berikut. Kelebihan ADAS dan Unbonded Damper Disipasi energi terkonsentrasi di lokasi yang telah dirancang untuk tujuan ini. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 153
Tuntutan disipasi energi pada anggota struktural lainnya dapat dikurangi secara substantial. Menghasilkan perangkat ADAS tidak akan memengaruhi kapasitas layanan beban gravitasi dari sistem struktural, karena perangkat adalah bagian dari penahan beban lateral. Mudah dikonstruksikan. Relatif tidak mahal. Kekurangan ADAS dan Unbonded Damper (buckling restrained) Harus diganti setelah gempa besar. Berperilaku sangat nonlinier. Menambah kekakuan pada sistem. DUMMY Kemungkinan ada sisa deformasi yang tidak diinginkan. Gambar 105. Deformasi T-ADAS diunduh Juni 2022 jepit Gambar 106. Deformasi X-ADAS diunduh Juni 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 154
Gambar 107. Contoh Penerapan ADAS pada Chevron Braced-Frame diunduh Juni 2022 Santen-Fuse DUMMY Pendopo joglo Yogyakarta memiliki struktur rong-rongan yang berfungsi menjamin stabilitas dan kekakuan struktur. Struktur rong-rongan terdiri dari 4 buah saka guru, 2 buah blandar dan 2 buah pangeret (balok ring), 2 buah sunduk dan 2 buah kili (balok portal), dadapeksi, dan santen (Gambar 108a dan 108c). Struktur rong-rongan tersebut merupakan struktur rangka pemikul momen, di mana join momennya adalah pertemuan antara sunduk dengan sakaguru untuk arah panjang, dan kili dengan sakaguru untuk arah pendek (Gambar 108d, 110a). Gambar 108b adalah saka guru dari sebuah bangunan joglo yang runtuh karena gempa Yogyakarta 2006, dalam gambar tersebut terlihat sebuah sakaguru yang dasarnya ada pennya (1, 1a) dan umpak yang ada lubang di atasnya (2). Pada saat rong-rongan berdiri, pen di dasar sakaguru tersebut dimasukkan ke dalam lubang umpak, sehingga dapat disimpulkan tumpuan tersebut bersifat sendi. Ketika menerima gaya geser gempa yang besar, rong-rongan tersebut runtuh. Bangunan joglo Yogyakarta mengandalkan fleksibilitas join momennya untuk melakukan disipasi energi gempa, di mana ketika terjadi momen, maka join tersebut dapat berputar secara terbatas sehingga sebagian energi gempa terlepas. Namun, menurut Prihatmaji (2007) dalam "Perilaku Rumah Tradisional Jawa Joglo terhadap Gempa", bangunan joglo tidak stabil terhadap gempa wilayah 3 dengan waktu getar yang panjang (frekuensi rendah). BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 155
Sektor Guru Sektor Pananggap Brunjung Tumpangsari Rong-rongan Gambar 108a. Struktur Bangunan Joglo Emper tidak ada dalam gambar ini mengulas-sistem- struktur-joglo-dan-arti.html, diunduh Mei 2019 DUMMY 1 2 1a Gambar 108b. Sakaguru dan Umpak dari Sebuah Bangunan Joglo yang Runtuh Pascagempa Yogyakarta 2006 1 = sakaguru, 1a = pen di dasar sakaguru, 2 = umpak dengan lubang pen (Dokumen Maria I. Hidayatun) Dalam "Santen-Fuse as an Earthquake Damper for Pendopo Joglo", Maer dan Pujisuryadi (2015) mencoba menemukan alternatif yang dapat lebih mengamankan pendopo joglo terhadap keruntuhan ketika dilanda gempa bumi melalui disipasi energi gempa secara lebih optimal. Ada dua peluang yang dapat diterapkan, pertama tumpuan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 156
sakaguru hanya diletakkan di atas umpak seperti rumah Srotong dan beberapa rumah tradisional Sumatra agar sakaguru dapat slip ketika menerima gaya geser yang besar (Bab 6); kedua dengan memodifikasi santen serta model struktur rong-rongan. Dari dua alternatif tersebut dipilih alternatif kedua karena alternatif pertama sudah banyak diteliti. DUMMY Gambar 108c. Rong-rongan Sumber: Frick, 1997 Gambar 108d. Detail Konstruksi Join Kolom-Balok Sumber: Frick, 1997 Keterangan Gambar 108c dan 108d: BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan a = saka, b =sunduk, c = blandar, d = santen, f = kili, g =pangeret, h = dadapeksi 157
Santen (Gambar 109c dan 109d) merupakan komponen penggenap/ pelengkap yang berfungsi meneruskan beban atap pada blandar/ pangeret ke sunduk/kili. Fungsi santen tersebut, dalam penelitian ini dikembangkan menjadi sebagai penahan gaya geser lateral dan sebagai komponen/perangkat disipasi energi gempa, selanjutnya disebut "SANTEN-fuse". Untuk dapat memenuhi fungsi tersebut, dilakukan modifikasi pada santen dengan membelah santen menjadi dua bagian atas dan bawah, kedua bagian tersebut diikat dengan baut yang menekan kedua bagian tersebut dengan besar gaya tekan yang diperhitungkan agar gaya geser maksimal (V) yang bekerja pada perangkat SANTEN- fuse menghasilkan simpangan geser yang tidak melampaui angka tertentu yang ditetapkan. Lubang baut santen bagian atas dibuat berbentuk memanjang sehingga ketika menerima gaya geser yang besar, santen bagian atas tersebut dapat bergeser terhadap santen bagian bawah sampai batas simpangan yang ditetapkan sehingga terjadi disipasi energi gempa (Gambar 109a dan 109b). DUMMY V V Gambar109b. Gambar 109a. Bentuk dan Konstruksi SANTEN-Fuse Sumber: Maer B.W., Pujisuryadi, 2015 Perilaku Slip SANTEN-fuse terhadap Gaya Geser Lateral Sumber: Maer B.W., Pujisuryadi, 2015 blandar blandar santen blandar "SANTEN-fuse" "SANTEN-fuse" sunduk sunduk sunduk sakaguru saka guru saka guru sakaguru sakaguru saka guru Gambar 110b. Model Struktur Rong-rongan Eksperimen 1 (M1) Gambar 110a. Model Struktur Rong-rongan Asli (M) Teknologi Gempa dalam Arsitektur 158 Gambar 110c. Model Struktur Rong-rongan Eksperimen 2 (M2) V
Santen (Gambar 109c dan 109d) merupakan komponen penggenap/ Dengan perangkat tersebut dicoba dua buah model (idealisasi) struktur: 1) menggunakan SANTEN-fuse dan semua kondisi model sama dengan struktur rong-rongan asli (join sakaguru dengan sunduk dan dengan kili sama dengan yang asli berupa join momen) (Gambar 110b); 2) menggunakan SANTEN-fuse dan join momen antara sakaguru dengan sunduk dan dengan kili diubah menjadi join sendi, jadi tidak menerima momen (Gambar 110c). Kedua model tersebut terbukti mengurangi gaya-gaya dalam yang bekerja di dalam struktur rong-rongan dibandingkan dengan model rong-rongan asli. Model-2 berkinerja lebih optimal, di mana pengurangan gaya-gaya dalam tersebut sangat signifikan dibandingkan model-1. Adanya perbedaan kinerja kedua model altenatif ini karena pada model-1, join antara sakaguru dengan sunduk dan dengan kili menerima momen sehingga gaya geser yang diterima oleh perangkat SANTEN-fuse hanya sebagian saja, sedangkan pada model alternatif-2 join antara sakaguru dengan sunduk dan dengan kili tidak menerima momen sehingga gaya geser sepenuhnya diterima oleh perangkat SANTEN-fuse. Oleh karena itu, pengurangan gaya-gaya dalam struktur rong-rongan model alternatif-2 sangat signifikan dibandingkan dengan model alternatif-1. pelengkap yang berfungsi meneruskan beban atap pada blandar/ pangeret ke sunduk/kili. Fungsi santen tersebut, dalam penelitian ini dikembangkan menjadi sebagai penahan gaya geser lateral dan sebagai komponen/perangkat disipasi energi gempa, selanjutnya disebut "SANTEN-fuse". Untuk dapat memenuhi fungsi tersebut, dilakukan modifikasi pada santen dengan membelah santen menjadi dua bagian atas dan bawah, kedua bagian tersebut diikat dengan baut yang menekan kedua bagian tersebut dengan besar gaya tekan yang diperhitungkan agar gaya geser maksimal (V) yang bekerja pada perangkat SANTEN- fuse menghasilkan simpangan geser yang tidak melampaui angka tertentu yang ditetapkan. Lubang baut santen bagian atas dibuat berbentuk memanjang sehingga ketika menerima gaya geser yang DUMMY besar, santen bagian atas tersebut dapat bergeser terhadap santen bagian bawah sampai batas simpangan yang ditetapkan sehingga terjadi disipasi energi gempa (Gambar 109a dan 109b). V V V 3. Dynamic Vibration Absorber (DVA) a. Tuned Mass Damper (TMD) Gambar 109a. Gambar109b. Bentuk dan Konstruksi SANTEN-Fuse Perilaku Slip SANTEN-fuse terhadap TMD dikenal sebagai absorber harmonik atau peredam seismik, yaitu perangkat yang dirancang untuk mengontrol getaran dinamik angin atau gempa bumi yang terdiri dari massa, pegas (kekakuan), dan peredam viskos yang dihubungkan ke struktur bangunan, dipasang di lantai tingkat tertentu bagian atas atau di puncak gedung bertingkat tinggi/pencakar langit, atau pada bangunan lain seperti jembatan atau menara. Sumber: Maer B.W., Pujisuryadi, 2015 Gaya Geser Lateral Sumber: Maer B.W., Pujisuryadi, 2015 blandar blandar santen blandar "SANTEN-fuse" "SANTEN-fuse" sunduk sunduk sunduk saka guru saka guru saka guru TMD secara optimal mengatur frekuensi alami sistem, sehingga dihasilkan interferensi (perpaduan) gelombang yang saling Gambar 110a. Gambar 110c. Gambar 110b. Model Struktur Rong-rongan Model Struktur Model Struktur Rong-rongan BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan Rong-rongan Asli (M) Eksperimen 2 (M2) Eksperimen 1 (M1) 159
meniadakan/melemahkan mengurangi respons mode pertama untuk struktur bangunan bertingkat banyak yang dalam kondisi elastik. Parameter pengaturan frekuensi TMD adalah: massa, kekakuan dan koefisien peredaman. Massa merupakan faktor penting dalam pengaturan frekuensi alami sistem, menurut Farghaly dan Ahmed (2012) ratio massa TMD terhadap massa bangunan berkisar antara 1% sampai 10%. Beberapa peneliti membuktikan apabila rationya tepat, maka hasilnya sangat positif, sebaliknya apabila tidak tepat dampaknya bisa negatif. Untuk menghasilkan massa yang besar, TMD dibuat dari blok massa beton atau baja. Blok massa tersebut diletakkan di atas landasan licin (misalnya cairan licin) atau digantung sehingga dapat bergerak bebas secara lateral atau berayun kemudian dihubungkan ke struktur dengan pegas dan peredam di sekitarnya. Kombinasi massa, kekakuan pegas dan koefisien peredaman perangkat ini diatur untuk menghasilkan frekuensi/waktu getar yang sesuai. DUMMY Gambar 111a. Prinsip TMD diunduh November 2021 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 160
meniadakan/melemahkan mengurangi respons mode pertama untuk struktur bangunan bertingkat banyak yang dalam kondisi elastik. Parameter pengaturan frekuensi TMD adalah: massa, kekakuan dan koefisien peredaman. Massa merupakan faktor penting dalam pengaturan frekuensi alami sistem, menurut Farghaly dan Ahmed (2012) ratio massa TMD terhadap massa bangunan berkisar antara 1% sampai 10%. Beberapa peneliti membuktikan apabila rationya tepat, maka hasilnya sangat positif, sebaliknya apabila tidak tepat dampaknya bisa negatif. Untuk menghasilkan massa yang besar, TMD dibuat dari blok massa beton atau baja. Blok massa tersebut diletakkan di atas landasan licin (misalnya cairan licin) atau digantung sehingga dapat Gambar 111b. Komponen-komponen TMD diunduh Januari 2021 DUMMY bergerak bebas secara lateral atau berayun kemudian dihubungkan ke struktur dengan pegas dan peredam di sekitarnya. Kombinasi massa, kekakuan pegas dan koefisien peredaman perangkat ini diatur untuk menghasilkan frekuensi/waktu getar yang sesuai. Gambar 111c. 1 Set TMD Taipei 101 (Baja) diunduh Juni 2022 Gambar 111a. Prinsip TMD diunduh November 2021 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 161
DUMMY Gambar 111d. TMD Taipei 101 diunduh Januari 2021 Tuned Liquid Dampers (TLD) TLD adalah tipe TMD yang menggunakan massa cairan (pada umumnya air). Ada dua tipe TLD: Tuned	Liquid	Sloshing	Damper (TLSD), yaitu tipe TLD yang mengandalkan goncangan cairan dalam tabung untuk meredam getaran struktur. Tuned	Liquid	Column	Dampers	(TLCD), yaitu tipe TLD yang mengandalkan gerakan naik-turun cairan di dalam kolom tabung U (bejana berhubungan) untuk meredam getaran struktur. Tuned Liquid Slosh Dampers TLSD TLSD adalah bentuk paling sederhana dari perangkat kontrol respons struktural pada kelompok TLD. TLSD tidak memerlukan struktur permanen, bisa berupa tanki berbentuk prisma segiempat atau silinder yang diisi air atau cairan. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 162
Pergerakan cairan di dalam tanki secara dinamis menggeser pusat massanya untuk merespons getaran struktur, berarti TLSD dapat mengurangi getaran struktur melalui gaya reaksi yang diberikan oleh goncangan cairan dalam wadah yang melawan getaran struktur karena efek inersia (Gambar 112a). Parameter TLSD yang memengaruhi peredaman adalah kedalaman air dan rasio massa air (sebagai rasio massa air terhadap struktur), yang akan menghasilkan bentuk mode dari goncangan cairan dengan frekuensi mendekati frekuensi alami struktur yang ingin diredam. Untuk struktur dengan beberapa derajat kebebasan TLSD dapat diatur menurut setiap mode getarnya. DUMMY Gambar 112a. Goyangan Struktur yang Dipasang TLD diunduh Juli 2022 Kelebihan TLSD adalah sebagai berikut. 1. Mudah pemasangan dan pemeliharaannya. 2. Ruang tangki air dapat digabungkan dengan sistem penyimpanan air atau tanki bahan bakar cair untuk pasokan cairan, darurat kebakaran atau banyak keperluan lainnya. 3. Mudah untuk mengatur (tuning) parameter-parameter efektif seperti kedalaman cairan, atau dimensi tanki untuk aplikasi yang berbeda, untuk meredam getaran struktur Multi Degree-of-Freedom (MDOF) karena angin dan gempa bumi. BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 163
4. Dapat didesain untuk meredam ke segala arah (multi-directional). 5. Efektif untuk getaran dengan ampiltudo kecil maupun besar. DUMMY Gambar 112b. Bangunan dengan Perangkat TLD on-top-to-3299035.php, diunduh Juli 2022 (b) (a) Gambar 112c. Simulasi Perbandingan Goyangan Struktur Tanpa TLD dengan Struktur (a) 2 Buah Model diberi Simpangan yang sama, (b) Model dengan TLD Simpangan Dinamisnya Lebih Kecil dan Berhenti Lebih Awal diunduh Januari 2021 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 164
Tuned Liquid Column Dampers (TLCD) TLCD adalah perangkat peredam yang berbentuk pipa U atau 2 buah tanki yang dihubungkan dengan tabung/pipa horizontal di bagian bawahnya sehingga cairan dari masing-masing tabung dapat saling berhubungan. Ketika bangunan bergoyang horizontal secara siklik, cairan di dalam kolom akan bergerak naik-turun, di mana cairan di dalam kolom yang satu bergerak turun, sedangkan cairan di kolom yang lain bergerak naik. Pergerakan tersebut mengakibatkan cairan di dalam tabung horizontal juga bergerak bolak-balik. DUMMY Gambar 113. Mekanisme Goyangan Struktur F dengan TLCD yang sudah dikembangkan diunduh Juli 2022 (a) (b) Gambar 114. Simulasi Perbandingan Goyangan Struktur Tanpa TLCD (a) dengan Struktur yang Diberi TLCD (b) diunduh Januari 2021 BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 165
Gerakan cairan di dalam tabung horizontal melawan gerakan struktur dan menghasilkan disipasi energi. Frekuensi goyangan cairan berhubungan langsung dengan panjang kolom cairan, yang merupakan satu-satunya parameter yang dapat disesuaikan untuk menetapkan karakteristik penyetaraan (tuning) yang diinginkan. Tabung horizontal dapat juga digunakan untuk menempatkan elemen (biasanya katup atau pelat lubang) yang memberikan pembuangan energi (peredam). Tingkat peredam dapat dikontrol secara pasif atau semi aktif. Perangkat TLCD ini terbatas dapat mengakomodasi gerakan satu arah saja. Untuk mengakomodasi gerakan dua arah digunakan dua buah alat yang saling tegak lurus, atau menggunakan bidirectional TLCD seperti pada Gambar 115b. DUMMY Gambar 114a dan 114b menunjukkan perbandingan struktur tanpa TLCD dengan struktur yang dipasang TLCD. Gambar 114a ketika model dalam keadaan belum digetarkan, Gambar 114b ketika model dalam keadaan bergetar, dan tampak struktur dengan TLCD deformasinya lebih kecil dan lebih awal berhenti ketika digoyangkan. Gambar 115a. TLCD pada Bangunan Comcast Centre diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 166
(**) Gambar 115b. Bidirectional Tuned Liquid Column Damper (BTLCD) diunduh November 2022 DUMMY BAB 4 • Dasar-dasar Perancangan Struktur dan Teknologi Bangunan 167
DUMMY
5 TEKNOLOGI GEMPA TRADISIONAL DUMMY Bangunan-bangunan peninggalan masa lampau atau bangunan- bangunan tradisional tertentu, banyak yang terbukti dapat bertahan terhadap goncangan gempa bumi. Bangunan-bangunan pasangan batu atau bata lebih rentan terhadap goncangan gempa bumi, sedangkan bangunan-bangunan konstruksi kayu lebih ramah terhadap goncangan gempa bumi. Beberapa bangunan masa lampau ternyata telah menampilkan teknologi sangat maju dalam hal ketahanan terhadap gempa bumi, beberapa di antaranya dibahas dalam tulisan ini. A. Teknologi Bangunan Batu di Eropa Teknologi konstruksi bangunan batu pada awalnya berkembang di Mesir (ada piramida yang dibangun sekitar 2500 SM tahun yang lalu), Yunani, dan negara-negara Eropa lainnya. Sementara itu, di negara- negara timur pada awalnya berkembang konstruksi bangunan kayu, seperti di Jepang, Tiongkok, Indonesia, dan lain-lain. Properti mekanis material batu cukup terbatas, yaitu: berat sendiri batu besar, kekuatan terhadap gaya tekan besar, sedangkan kekuatan terhadap gaya tarik kecil. Massa yang berat akan menimbulkan gaya inersia yang besar apabila digoncang oleh gempa bumi. Namun, orang- 169
orang zaman lampau mampu mengembangkan teknologi konstruksi bangunan batu dengan sangat luar biasa, misalnya Piramida Mesir, kuil-kuil di Yunani dan Romawi, dan Bangunan Ghotik. Pada masa itu pengetahuan tentang teknologi gempa belum ada, bangunan-bangunan batu didesain terhadap beban gravitasi. Ada bangunan-bangunan yang dapat bertahan terhadap gempa bumi, tenyata konfigurasinya beraturan dan mempunyai kepadatan material (rasio jumlah luas penampang kolom-kolom dan dinding-dinding dibanding luas denah bangunan) besar. 1. Kuil Parthenon, Yunani DUMMY Gambar 116a. Perspektif Eksterior Kuil Parthenon diunduh Juni 2019 Gambar 116b. Potongan Kuil Parthenon Sumber: Arnold (1982) Teknologi Gempa dalam Arsitektur 170
Gambar 116c. Denah Kuil Parthenon Parthenon-top-view.svg, diunduh Juni 2019 DUMMY Gambar 116d. Perspektif Denah Kuil Parthenon diunduh Juni 2019 Kuil Parthenon dibangun dengan dinding-dinding, kolom-kolom dan balok-balok girder dari material batu alam. Karena keterbatasan properti mekanis material batu, maka bentang-bentang balok terbatas, jarak antar kolom rapat, serta dimensi kolom-kolom dan balok-baloknya besar-besar. Hal tersebut membatasi bentang ruang-ruang. Bentuk dan denah segiempat dikelilingi oleh dinding-dinding dan kolom-kolom yang sangat rapat membentuk konfigurasi bangunan sangat beraturan dan struktur yang kokoh. Konfigurasi yang sangat beraturan tersebut ditambah dengan kepadatan material yang besar menyebabkan struktur Kuil Parthenon dapat bertahan terhadap goncangan gempa bumi, walaupun materialnya dari batu alam. BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 171
2. Kuil Pantheon, Romawi DUMMY Gambar 117a. Perspektif Eksterior Kuil Pantheon diunduh Juni 2019 Gambar 117b. Denah Kuil Pantheon diunduh Juni 2019 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 172
Gambar 117c. Potongan Kuil Pantheon from-Pulvirenti-2014_fig1_325781268, diunduh Juli 2022 DUMMY P1 P1 P2 F P2 H1 L P1+P2 (-) P1+P2 (-) P1+P2 (-) P1+P2 (-) P1 + P2 : C F : F (-) T F (+) + P1+P2 (-) P1+P2 (-) Total : P1+P2 (-) P1+P2 (-) Catatan: P1+P2 (-) = tegangan tekan, reaksi terhadap P1 dan P2 T F (-) = tegangan tarik dan tekan, reaksi terhadap momen guling karena F pada struktur keseluruhan F (+) dan F (-) = tegangan lentur tarik dan tekan pada penampang melintang, reaksi terhadap momen lentur F (+) dan C karena F pada dinding TF dan CF = Gaya tarik dan gaya tekan pada penampang melintang dinding terhadap momen guling karena F pada struktur keseluruhan BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional Gambar 117d. Efek Pratekan pada Dinding 173
C superscript, F subscript T superscript, F subscript P1 + P2 subscript P1+P2 subscriptT superscript, F subscript Kuil Pantheon Romawi mempunyai bentuk yang sederhana, yaitu atap kubah ½ bola dari pasangan batu berbentang 43,30m, ditumpu oleh dinding pemikul beban dari pasangan batu yang sangat tebal di sekeliling denah berbentuk lingkaran. Bangunan entrance berbentuk kotak ditempelkan pada dinding keliling tersebut, atapnya ditumpu oleh deretan kolom-kolom besar yang disusun dengan rapat. Akhirnya terbentuk bangunan berbentuk silinder dengan atap kubah saling menempel dengan bangunan kotak. Dinding pemikul beban bangunan ini sangat tebal dan padat memberikan kekuatan dan stabilitas pada struktur bangunan. Berat sendiri yang besar dari kubah atap batu (P1) dan berat sendiri dinding- dinding batu yang tebal (P2) memberi efek pratekan pada seluruh penampang dinding dan kolom-kolom, sehingga ketika menerima gaya lateral gempa (F), seluruh struktur masih dalam keadaan tekan dan bangunan material batu yang dibangun dengan material tekan dapat bertahan terhadap getaran gempa (Gambar 117d). Hal tersebut dapat dijelaskan secara sederhana (disederhanakan) sebagai berikut: beban P1 dan P2 dilawan oleh reaksi tumpuan dengan tegangan tekan sP1+P2 (-). Gaya lateral F menghasilkan momen guling pada seluruh struktur dan gaya geser pada bidang dinding. Momen guling sebesar M = F x H1 dilawan oleh reaksi tumpuan dengan gaya tarik T dan gaya tekan C, atau dengan tegangan tarik sTF (+) dan tegangan tekan sCF (-). Pada bangunan Phanteon ini tegangan tekan sP1+P2 (-) akibat dari berat sendiri kubah dan dinding, lebih besar daripada tegangan tarik sTF (+) akibat dari momen guling, maka pada seluruh penampang dinding hanya bekerja gaya tekan saja. DUMMY Teknologi Gempa dalam Arsitektur 174
3. Hagia Sophia, Istambul (sebelumnya "Santa Sophia") Gambar 118. Perspektif Eksterior Hagia Sophia diunduh 16/09/2019 DUMMY Museum Hagia Spohia pada mulanya adalah Gereja bernama Santa Sophia, kemudian pada 1453 berubah menjadi Masjid dengan nama Hagia Sophia dan pada 1923 berubah lagi fungsinya menjadi Museum. Bangunan ini beberapa kali mengalami kerusakan yang disebabkan oleh peperangan, gempa bumi dan struktur yang kurang stabil, dan telah dilakukan beberapa kali perbaikan. Setelah perbaikan terakhir struktur telah menjadi cukup kuat dan stabil menghadapi gempa bumi. Gambar 118a. Denah Hagia Sophia diunduh 16/07/2019 BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 175
Gambar 118b. Perspektif Struktur Hagia Sophia Sumber: Arnold (1982) DUMMY Gambar 118c. Perspektif Busur Penopang Kubah Utama Hagia Sophia Sumber: Arnold (1982) Gambar 118d. Perspektif Struktur Kubah Utama Hagia Sophia Sumber: Arnold (1982) Teknologi Gempa dalam Arsitektur Gambar 118e. Denah, Potongan Axonometri Hagia Sophia diunduh 16/07/2019 176
Konfigurasi bangunan Santa Sophia cukup beraturan. Dari segi bentuk bangunan, ada lengan-lengan denah namun tidak terlalu ekstrem, satu sumbu simetri, sumbu lain hampir simetri. Denah bangunan terdiri dari bangunan inti yang berbentuk empat persegi panjang, dikelilingi ruang-ruang lain yang atapnya lebih pendek dan secara keseluruhan berbentuk bujursangkar dengan dimensi 32,6 × 32,6 m2. Atap bangunan inti terdiri dari 1 buah kubah puncak berbentuk segmen bola dan 2 buah kubah samping berbentuk ½ bola seperti Gambar 118a s.d 118e. Tata letak elemen-elemen strukturalnya dipertimbangkan dari gaya-gaya yang timbul karena beban atap kubah (beban gravitasi), bukan karena gempa bumi, namun pemecahannya kebetulan kompatibel dengan pemecahan struktur terhadap gempa bumi. Beban atap kubah puncak menyebabkan komponen gaya meridian vertikal dan horisontal mendorong tumpuan ke bawah dan ke luar. Pada arah longitudinal, gaya-gaya vertikal dan horizontal tersebut didukung oleh kubah ½ bola dan diteruskan ke dinding ½ silinder, sedangkan gaya vertikal arah transversal diteruskan ke bawah melalui lengkung busur dan gaya horizontal didukung oleh buttress/shear wall (Gambar 118b). DUMMY Kerusakan bangunan ketika mengalami gempa bumi bukan disebabkan karena konfigurasinya kurang beraturan, namun karena dimensi komponen-komponen strukturalnya tidak cukup besar, dan kelemahan properti material serta join-join. Kubah pusat diberi busur- busur rib yang rapat. Di dasar kubah di antara rib-rib tersebut ada 40 buah jendela, mungkin lubang-lubang jendela tersebut memperlemah kubah sehingga terjadi kerusakan. Perbaikan dilakukan dengan membongkar kubah sentral dan membangun ulang kubah menjadi lebih tinggi 20-25 feet (6,09 - 762 m) dan kelengkungan kubah lebih dalam. Kedalaman lengkung kubah menyebabkan komponen horizontal gaya-gaya meridian lebih kecil sehingga mengurangi gaya lateral pada dinding silinder dan pada buttress, dengan demikian kubah menjadi lebih stabil. Setelah perbaikan tersebut sistem struktur bangunan ini mampu bertahan terhadap gempa bumi. BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 177
4. Katedral Gotik Struktur bangunan Katedral Ghotik terkenal dengan penggunaan "flying buttress", yaitu struktur berbentuk busur yang meneruskan gaya ke buttress vertikal (Gambar 119a dan 119b). Fungsi buttress pada bangunan Katedral Cologne ini adalah mendukung komponen gaya horizontal dari plafon berbentuk kubah yang terbuat dari pasangan bata. Pada beberapa bangunan gereja terdapat pinnacles (menara hiasan) di atas butrressnya. DUMMY Gambar 119a. Katedral Cologne, Jerman city-germany.html, diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 178 Gambar 119b. Flying Buttress gothic-cathedral, diunduh Juli 2022
4. Katedral Gotik Flying buttress berbentuk busur dapat terbentang lebar karena bentuknya adalah form-active, sedangkan berat pinnacles memberi efek pratekan pada buttress. Pengaruh efek gaya pratekan dari pinnacle pada buttress dapat dilihat pada Gambar 119c, 119d dan 119e. Struktur bangunan Katedral Ghotik terkenal dengan penggunaan "flying buttress", yaitu struktur berbentuk busur yang meneruskan gaya ke buttress vertikal (Gambar 119a dan 119b). Fungsi buttress pada bangunan Dari Gambar 119d dan 119e: Katedral Cologne ini adalah mendukung komponen gaya horizontal dari Berat sendiri buttress (P1), menyebabkan bekerjanya tegangan tekan (sCP1) pada penampang maksimal buttress. plafon berbentuk kubah yang terbuat dari pasangan bata. Pada beberapa bangunan gereja terdapat pinnacles (menara hiasan) di atas butrressnya. Gaya horizontal (H), menyebabkan bekerjanya tegangan lentur tekan-tarik (sCH dan sT.H) pada penampang maksimal buttress. • Kombinasi dari tegangan-tegangan tersebut menghasilkan tegangan tekan sC1 di sisi kiri dan sT1 di sisi kanan. Resultan tegangan lentur tekan adalah C1 dan tegangan lentur tarik adalah T1. DUMMY Apabila di sisi kanan bekerja gaya tarik T1, maka buttress akan runtuh. Dari Gambar 119e: Berat sendiri buttress (P1), menyebabkan bekerjanya tegangan tekan (sCP1) pada penampang maksimal buttress. Gambar 119a. Katedral Cologne, Jerman Berat sendiri pinnacle (P2), menyebabkan bekerjanya tegangan tekan (sCP2) pada penampang maksimal buttress, dan momen eksentris P2.e yang arahnya berlawanan dengan arah rotasi momen terhadap H dan menghasilkan tegangan lentur tarik (sTe) dan tekan (sCe). • Gaya horizontal (H), menyebabkan bekerjanya tegangan lentur tekan (sCH) dan tarik (sTH) pada penampang maksimal buttress. • Kombinasi dari tegangan-tegangan tersebut menghasilkan tegangan tekan sC2a di sisi kiri dan sC2b di sisi kanan, di mana sC2a lebih besar daripada sC2b karena hasil penjumlahan tegangan tekan dan tarik di sisi kiri lebih besar hasil penjumlahan tegangan tekan dan tarik di sisi kanan. city-germany.html, diunduh Juli 2022 Resultan tegangan lentur tekan adalah C2 dan tegangan lentur tarik adalah T2. Gambar 119b. Flying Buttress BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional gothic-cathedral, diunduh Juli 2022 179
Karena di seluruh penampang hanya bekerja gaya tekan, buttress tetap berdiri dengan kokoh. Hasil penjumlahan tersebut menunjukkan bahwa berat pinnacle dengan penempatan di sisi kanan memberi efek prategang yang menghilangkan tegangan tarik pada buttress. CP1 CH C1 + = DUMMY Gambar 119c. Mekanisme Gaya pada Buttress Sumber: Arnold (1982) CP2 CP2 P2 + e CP1 CP1 H + CP1 Te ce + TH TH P1 CH P1 = T1 C2 T1 T1 C1 C2a T1' C1 C1' C2' Gambar 119d. Mekanisme Gaya pada Dasar Buttress Tanpa Pinnacle Sumber: Arnold (1982) Teknologi Gempa dalam Arsitektur 180 Gambar 119e. Efek Gaya Pratekan pada Dasar Buttress dengan Pinnacle Sumber: Arnold (1982) H
5. Dry Stone di Manchu Picchu Peru Tidak semua bangunan batu di Manchu Picchu dapat bertahan utuh terhadap gempa bumi. Kelemahan konstruksi batu adalah berat sendirinya yang besar sehingga mengakibatkan gaya inersia terhadap gempa menjadi besar. Batu pada dinding-dinding tidak direkatkan dengan luluh sehingga dapat bergeser apabila digetarkan gempa bumi dan dapat melakukan disipasi energi. Kemampuan pasangan batu melakukan disipasi energi tersebut ternyata tidak mengamankan semua bagian bangunan terhadap kegagalan struktur terhadap gempa bumi. Cuadra et al., (2004), melakukan penelitian di kompleks bangunan di di Manchu Picchu. Kompleks tersebut disebut "cancha", yaitu rangkaian ruang-ruang berbentuk segiempat yang terbuat dari pasangan batu granit seperti pada Gambar 120. Struktur batu tersebut mendukung beban vertikal dengan baik karena batu granit memiliki kekuatan tekan yang besar. Namun, untuk kasus beban gempa lateral, ketahanan struktur sebagian besar ditentukan oleh gesekan antara sambungan atau permukaan kontak elemen dinding batu. DUMMY Gambar 120. Kompleks Inca di Machu Picchu diunduh Juli 2022 BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 181
Hasil penelitian yang dilakukan oleh Cuadra menunjukkan bahwa struktur ini dapat menahan gaya inersia yang dihasilkan oleh gempa bumi yang diprediksi, namun beberapa elemen struktur dapat menimbulkan ketidakstabilan, khususnya dinding topgevel yang digunakan untuk membentuk atap struktur. Pada umumnya dinding topgevel mengalami kerusakan di bagian puncaknya (Gambar 120, 121a,121b). Apabila struktur masih lengkap dengan atapnya, dinding pelana lebih stabil karena atapnya bekerja sebagai diafragma yang menyatukan semua dinding-dinding. Namun jika atapnya tidak cukup kaku atau atapnya runtuh terlebih dahulu, maka efek penahan tersebut kurang atau hilang. Ada konstruksi alternatif seperti dalam Gambar 121c, yaitu adanya sebuah dinding menghubungkan 2 buah dinding topgevel, posisinya di tengah dan tegak lurus pada dinding-dinding topgevel tersebut. Dinding tersebut dapat menahan gaya tegak lurus dinding topgevel. Jenis konstruksi ini diamati juga dalam konstruksi utama kompleks arkeologi Choquequirao (Gambar 121d). Uraian ini lebih jelas pada Gambar 121d dan 121e. DUMMY Cuadra meneliti lebih lanjut tentang stabilitas dinding topgevel tanpa penahan dengan memasukkan gaya inersia lateral tegak lurus terhadap bidang dinding. Sebagai kasus ditetapkan level dasar topgevel adalah 6 m, dan diambil dua kasus dengan tinggi topgevel 3m dan 6m. Berat sendiri dinding menghasilkan gaya normal tekanan di dasar dinding topgevel. Kemudian gaya inersia lateral tegak lurus dinding dianggap berada di pusat massa pada sepertiga ketinggian topgevel sehingga beban ini menghasilkan momen guling di dasar dinding topgevel. Jika tegangan lentur tekan-tarik akibat momen guling lebih besar dari tegangan tekan akibat gaya normal berat sendiri, berarti terjadi tegangan tarik di dinding dan topgevel akan runtuh. Untuk memperkirakan ketahanan lateral terhadap gempa, digunakan rasio antara tegangan normal (akibat berat sendiri) terhadap tegangan lentur (akibat gaya gempa lateral) dengan beberapa PGA (Peak Ground Acceleration, atau percepatan tanah maksimal). Apabila ratio di bawah 1, tegangan tekan lebih kecil dari tegangan lentur, berarti dinding akan mengalami kegagalan sruktur. Ternyata dinding-dinding yang diteliti menunjukkan nilai ratio PGA 0,4 g untuk topgevel dengan ketinggian Teknologi Gempa dalam Arsitektur 182
3 m, dan 0,2 g untuk ketinggian 6 m, masing-masing < dari 1. Berarti topgevel 3 m akan runtuh apabila PGA 0,4 g, sedangkan topgevel 6 m akan runtuh apabila PGA 0,2 g. DUMMY Gambar 121a. Dinding Gevel Bagian Puncak Runtuh diunduh Juni 2019 Gambar 121b. Dinding Gevel Bagian Puncak Runtuh diunduh Juni 2019 BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 183
Gambar 121c. Dinding Gevel dengan Dinding Penahan diunduh Juli 2022 DUMMY Gambar 121d. Dinding Gevel Mengalami Kegagalan Struktur pada Puncak Gevel IncaRisk.pdf, diunduh Juli 2022 Gambar 121e. Dinding Gevel dengan Dinding Penahan new/IncaRisk.pdf, diunduh Juli 2022 B. Teknologi Bangunan Kayu di Asia 1. Pagoda Jepang Belahan bumi bagian timur kaya akan kayu. Material kayu mempunyai properti yang menguntungkan untuk menahan gempa, yaitu: ringan, kekuatan tekan dan tarik sama besar, serta ratio kekuatan dibanding beratnya besar. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 184
Beberapa bangunan masa lalu seperti di Jepang, Tiongkok, Indonesia telah menampilkan teknologi bangunan terhadap gempa bumi yang unggul. Pagoda-pagoda kayu di Jepang, bangunan-bangunan Kota Terlarang di Tiongkok dan bangunan-bangunan tradisional di Indonesia ternyata telah menerapkan konsep peredaman gempa yang canggih. Konsep peredaman tersebut serupa dengan teknologi inovatif yang dikembangkan pada zaman modern, yang membedakan adalah teknologinya dan pengembangan ilmu pengetahuannya. Jepang adalah negeri yang sangat rawan gempa bumi, bangunan- bangunan bersejarah dibangun dengan konstruksi kayu. Selain gempa bumi, di Jepang juga sering dilanda angin topan. Salah satu tipikal konstruksi kayu yang berkembang di Jepang, pertama kali telah diperkenalkan di Tiongkok daratan yaitu bangunan pagoda bertingkat banyak. DUMMY Gambar 122a. Kuil	Budhis	Hōryū-ji diunduh Juni 2019 BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 185
Di Jepang terdapat Pagoda kayu 5 tingkat yang tidak mengalami kerusakan signifikan ketika terjadi gempa bumi, sedikit kerusakan terjadi pada tiang dekoratif akibat gempa besar tahun 1361 pada pagoda di Asakusa Kannon, Tokyo. Pagoda tersebut telah berdiri selama 13 abad. Sekarang ada 22 pagoda kayu bertingkat lima bersejarah yang ada di Jepang, yang telah dibangun sebelum pertengahan abad ke-19. Semua pagoda bersejarah tersebut terdaftar dan dilindungi sebagai properti budaya yang penting oleh Pemerintah Jepang. Kuil Hōryū-ji di Nara merupakan Warisan Dunia yang dibangun pada akhir abad ke-7 adalah Pagoda kayu tertua di Dunia (Gambar 122a). Pagoda kayu bertingkat banyak di Jepang mempunyai konfigurasi terhadap gempa yang beraturan. Bangunan kayu yang ringan bagus untuk bertahan terhadap gempa bumi namun kurang aman terhadap terpaan angin topan yang besar. Pagoda kayu lima lapis di Kuil Shitenno- ji, Osaka, rusak total dilanda angin topan terbesar tahun 1934. Tidak semua pagoda rusak karena angin topan, seperti pagoda-pagoda kayu bertingkat lima dan tiga yang ada di distrik Kaisai (Osaka, Kyoto, Nara) tidak mengalami kerusakan ketika diterpa angin topan kuat. DUMMY Konsep struktur pagoda Jepang: Struktur bersifat fleksibel baik terhadap goyangan gempa dan angin. Dalam bahasa Jepang pagoda disebut "Goju-no-to" ("menara lima lapis"), bukan lima tingkat atau lima lantai, karena pagoda secara struktural dapat dipandang sebagai "kotak-kotak" rangka yang ditumpuk (Karlovic, 2017). Antar "kotak-kotak" tersebut semuanya diikat bersama dengan sambungan mortise-tenon (alur/lubang dan pen/batang). Ketika tanah berguncang, masing-masing lapisan kotak ini bergoyang perlahan secara lateral dan yang satu bebas dari yang lain, sehingga terjadi perilaku struktur nonlinear (Gambar 122b dan 122c). Teknologi Gempa dalam Arsitektur 186
Periode getar bangunan pagoda lebih panjang daripada periode getar alami tanah, sehingga terhidar dari efek resonansi getaran dan amplifikasi gaya gempa. Di pusat denah pagoda terdapat tiang kayu yang besar yang disebut shinbashira, yang ditumpu di tanah dan menjulang ke atas sampai keluar dari atap, dan dipegang di puncak atap pagoda. Tiang tersebut tidak terikat dan berjarak terhadap rangka dan lantai tiap-tiap "kotak" (Gambar 122d). Shinbashira pada pagoda tertentu ditumpu di tingkat 1 (Gambar 121e). Ishida, S. et al., (1994), melakukan ujicoba model struktur dengan meja getar dan memperkirakan terjadi pelepasan energi ketika terjadi tumbukan antara rangka struktur dan lantai dengan shinbashira ketika terjadi deformasi besar pada rangka tiap "kotak". Tumbukan tersebut juga kemungkinan berpengaruh membatasi deformasi lateral berlebihan tiap lapis rangka "kotak" pagoda. DUMMY Gambar 122b. Goyangan Per Lapis Pagoda Soji diunduh Juni 2019 BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 187
Gambar 122c. Detail Mortise Pagoda Soji diunduh Juni 2019 DUMMY Gambar 122e. Shinbashira pada Kuil 3 Lapis Wooden_Pagoda, diunduh Juni 2019 Gambar 122d. Shinbashira pada	Kuil	Hōryū-ji	5	Lapis en/topic/index02.html, diunduh Juni 2019 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 188
2. Bangunan di Kota Terlarang Tiongkok DUMMY Gambar 123a. Forrbiden City di Tiongkok diunduh Juni 2019 Bangunan berdiri di atas platform yang tinggi, dengan struktur bangunan yang terbuat dari kayu. Konfigurasi bangunannya ditinjau dari bentuk denah dan ketinggian bangunan termasuk beraturan, denah berbentuk persegi dan simetri. Struktur bangunan terdiri dari: kolom dan balok besar membentuk Rangka Pemikul Momen, sedangkan dinding pasangan bata merupakan elemen nonstruktural, yang pemasangannya diberi gap terhadap kolom sehingga tidak menghambat deformasi kolom ketika digetarkan gempa bumi. Kolom-kolom dan balok-balok kayu membentuk struktur Rangka Pemikul Momen (RPM), dengan join kolom-balok menggunakan teknik pen-lubang (mortise-tenon). Balok mempunyai kedalaman (h) yang besar sehingga pertemuan balok dengan kolom mampu menerima momen dan joinnya bersifat semi-kaku. Ketika bekerja gaya gempa lateral, terjadi deformasi pada RPM yang mengakibatkan sambungan pen dan lubang mengalami perputaran dan pergeseran terbatas, namun karena balok mempunyai kedalaman yang besar, maka join tersebut tetap mempunyai kapasitas yang cukup untuk menahan momen. Perputaran BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 189
dan pergeseran pada join tersebut menghasilkan disipasi energi gempa yang berdampak mengurangi momen pada join dan gaya-gaya yang bekerja pada struktur, dan setelah gempa bumi berhenti konstruksi dapat diperbaiki dengan mudah. Perilaku ini berbeda dengan join kolom-balok beton bertulang yang melakukan disipasi energi gempa dengan mengandalkan yielding pada materialnya, sehingga terjadi kerusakan terbatas pada materialnya. Di atas kolom dan balok terdapat rangkaian 1 set bracket yang disebut dougong/tou-kung. Bracket terdiri dari satu set blok (tou) dan lengan (kung) seperti pada Gambar 123c (Minggang, Xu & Hongxing, Qiu, 2008). Fungsi bracket adalah untuk mentransfer beban dari batang- batang horisontal (lengan) ke batang vertikal di bawahnya melalui blok. Kekakuan dougong pada arah horisontal lebih kecil daripada kekakuannya pada arah vertikal, karena arah horisontal dihubungkan dengan sambungan terbuka (ming-fu) sehingga lengan bisa bergeser, maka pada arah horisontal lebih fleksibel. Lengan-lengan bracket yang saling bertumpuk bekerja sebagai bantalan pegas yang cukup fleksibel untuk getaran vertikal gempa. Selain itu ikatan antarblok dan lengan pada bracket menggunakan pasak dan lubang sehingga berpotensi mengalami perputaran dan pergeseran terbatas ketika menerima getaran gempa. Ketika menerima gaya gempa lateral, sambungan- sambungan pen antara blok dan lengan berpotensi mengalami distorsi, termasuk mengalami perputaran dan pergeseran, selain itu bracket akan mengalami slip terhadap puncak kolom. Perilaku tersebut menghasilkan disipasi energi gempa pada bracket, akibatnya gaya inersia dari atap terhadap RPM menjadi berkurang. Ketika terjadi getaran vertikal, bracket bekerja seperti pegas karena lengan-lengan mempunyai sedikit fleksibilitas (tidak seperti skur pada konstruksi kayu modern) sehingga impak pada kolom di bawahnya teredam. Perputaran horisontal antara lengan dan blok dibatasi dengan sambungan mortise-tenon, sedangkan pergeserannya dibatasi oleh rangkaian bracket. DUMMY Hasil ujicoba getar pada model struktur bangunan kayu Kota Terlarang dengan skala 1:5 oleh Zhou: Teknologi Gempa dalam Arsitektur 190
Terhadap gempa M5 dinding di sekitar bangunan kayu runtuh, bangunan kayu tetap berdiri dalam keadaan utuh. Terhadap gempa M9 (setara dengan 200T TNT), tumpuan bergerak, tapi bangunan kayu tetap berdiri dan tidak retak. Terhadap gempa M10,1 bangunan kayu masih tetap berdiri. Hasil ujicoba menunjukkan mengapa bangunan di Kota Terlarang dapat bertahan terhadap gempa besar. DUMMY Gambar 123b. Dougong pada Bangunan earthquakes/, diunduh Juni 2019 Gambar 123c. Dougong/Tou-kung diunduh Juli 2022 BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 191
DUMMY Gambar 123d. Model Dougong/Tou-kung for-humanity.html, diunduh Juli 2022 Lubang Kolom Balok Pen Gambar 123e. Denah Sambungan Kolom-Balok Pen-Lubang diunduh Juni 2019 Ada pengaturan untuk penataan kolom dan balok khusus, yaitu ch'e-chiao yaitu kemiringan kolom tepi ke arah dalam sebesar 1:100 (Gambar 124a) dan sheng-ch'I yaitu penambahan ketinggian kolom secara gradual dari dalam ke arah sudut bangunan. Konfigurasi ini memberi stabilitas yang lebih baik (Hongxing & Qiu, 2008), hal ini dapat dijelaskan dari Gambar 124b. Hongxing menurunkan persamaan dari geometri ch'e-chiao: F = 2Gx2/H2, F adalah komponen sumbu lateral gaya berat G, x adalah perpindahan lateral kolom. Persamaan tersebut dihasilkan dengan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 192
asumsi L = H. Dari persamaan tersebut tampak bahwa semakin besar perpindahan lateralnya (x), maka F semakin besar. Gaya F arahnya berlawanan dengan arah gerakan lateral menuju ke titik keseimbangan. Maka energi gempa yang masuk selalu harus melawan berat atap sepanjang architrave (gaya F). Mekanisme ch'e-chiao tersebut selalu terjadi selama sambungan tenon-mortise tidak rusak. Dampak sheng-ch'i pada struktur adalah mengurangi deformasi lateral rangka. x % 1 g n i r i m Kolom luar Kolom dalam architrave DUMMY Gambar 124a. Ch'e-chiao article/14_05-04-0113.PDF, diunduh Juni 2019 Gambar 124b. Sheng-ch'i Dikutip dari: article/14_05-04-0113.PDF, diunduh Juni 2019 C. Bangunan Tradisional di Indonesia Telah banyak penelitian tentang struktur bangunan tradisional di Indonesia, antara lain rumah adat Omo Hada (Lumantarna, B., Pudjisuryadi, P., 2012), rumah tradisional Sumatra (rumah adat Omo Sebua dan Bolon Simalungun) (Ichsan, M., 2018), Rumah Srotong Suku Samin (Sunansyah, H. dan Yulita, E. N., 2018). Penelitian sebelumnya oleh Lumantarna dan Pudjisuryadi tentang friction damper pada rumah tradisional dengan hubungan kolom kayu yang terletak di atas batu, menunjukkan bahwa sistem friction base- isolation menghasilkan performa yang baik terhadap beban gempa. Konsep yang dipakai adalah memanfaatkan slip pada dasar kolom dan fondasi. Konsep base-isolation ini terbukti dapat mengurangi gaya dalam yang terjadi pada struktur di atasnya. Penelitian yang dilakukan oleh peneliti lain dibahas di bawah ini. BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 193
1. Rumah Adat Nias Omo Sebua dan Rumah Adat Batak Bolon Simalungun Struktur rumah adat Nias Omo Sebua, dan rumah adat Batak Bolon Simalungun ada beberapa kesamaan: Masing-masing bangunan berupa rumah panggung. Tumpuan kolom masing-masing bangunan diletakkan bebas di atas umpak atau batu. Namun pada beberapa rumah adat Omo Sebua ada yang pertemuan kolom dengan umpak yang dicor dengan beton. Stabilitas dan pengaku horizontal di bagian panggung: - Rumah Omo Sebua menggunakan bracing diagonal. DUMMY - Rumah Bolon Simalungun menggunakan bracing horizontal (Mohammad Ihsan, 2018). Gambar 125a. Rumah Omo Sebua dan-tahan-gempa.html, diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 194
DUMMY Gambar 125b. Rumah Bolon Simalungun diunduh Juli 2022 Pada umumnya bangunan tradisional di Indonesia mempunyai konfigurasi bangunan yang beraturan dan dibangun dengan material kayu, termasuk rumah adat Omo Sebua di Nias dan rumah adat Bolon Simalungun di Sumatra Utara. Bangunan kedua rumah adat tersebut masing-masing berupa rumah panggung, di mana stabilitas dan pengaku bagian panggung pada rumah adat Omo Sebua menggunakan bracing- diagonal konsentris, sedangkan pada rumah adat Bolon Simalungun menggunakan bracing horisontal dengan pasak (Gambar 125a dan 125b). Tumpuan kolom masing-masing bangunan diletakkan bebas di atas umpak atau batu, namun pada beberapa rumah yang pertemuan kolom dengan umpaknya yang dicor dengan beton. Konfigurasi beraturan menguntungkan terhadap perilaku struktur apabila digetarkan oleh gempa bumi karena dapat menyederhanakan perilaku dinamis bangunannya. Material kayu mempunyai berat yang ringan sehingga gaya inersia yang terjadi karena getaran gempa tidak besar, selain itu ratio kekuatan dibanding dengan berat kayu besar, sehingga relatif tidak dibutuhkan dimensi yang besar untuk komponen- komponen strukturalnya. BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 195
Sistem fondasi umpak (tiang diletakkan di atas umpak batu tanpa diikat) dapat melakukan disipasi energi ketika mengalami slip karena gempa yang besar sehingga berfungsi sebagai base-isolation (Gambar 125c). Ada perbedaan kinerja antara pengaku diagonal dan pengaku horisontal pada struktur panggung. Pengaku diagonal lebih kaku daripada pengaku horizontal, hal ini tampak dari hasil penelitian Ichsan M. (2018), namun masing-masing pengaku terbukti efektif untuk menahan getaran gempa bumi. Pengaku diagonal stabil secara geometri karena bentuk segitiga tidak dapat berubah bentuk, maka menghasilkan kekakuan yang besar dan membatasi deformasi. Sementara itu, pengaku horizontal secara geometri bentuknya tidak stabil sehingga join pertemuan pengaku horizontal dengan kolom harus join momen. Konstruksi join tersebut dibuat dengan membuat lubang pada kolom, kemudian balok besar dimasukkan ke dalam lubang pada kolom tersebut dan dipasak. Join tersebut bersifat semi kaku, mampu bertahan terhadap momen, namun mengalami sedikit perputaran sudut bila menerima getaran gempa bumi, dan apabila terjadi gempa yang besar pasaknya dapat mengendur dan perputaran sudut menjadi lebih besar. Perputaran sudut tersebut mengakibatkan deformasi yang lebih besar daripada pengaku diagonal, namun dengan adanya perputaran sudut terjadi pelepasan sebagian energi. DUMMY Gambar 125c. Tiang di Atas Umpak Tanpa Ikatan Rumah Omo Sebua tahan-gempa, diunduh Juni 2019 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 196
Uraian di atas menunjukkan bahwa struktur bangunan rumah adat Omo Sebua dan Bolon Simalungun telah menerapkan prinsip konfigurasi bangunan terhadap gempa bumi yang baik dan prinsip peredaman terhadap getaran gempa bumi yang konsepnya sama dengan teknologi inovatif. 2. Rumah Srotong Suku Samin Rumah Srotong suku Samin mempunyai konfigurasi bangunan yang beraturan, seperti tampak dalam Gambar 126a sampai dengan 126f. Struktur bangunan utama menggunakan material kayu jati, terdiri dari 8 buah kolom utama yang disebut sokoguru diletakkan di bagian tengah dan 8 buah kolom tepi disebut goco. Balok-baloknya terdiri dari blandar (1) yang terletak di puncak sokoguru dan goco dan mengikat semua sokoguru dan goco, sunduk (2) yang menghubungkan sokoguru dengan sokoguru, pemeret (3) yang menghubungkan sokoguru dengan sokoguru dan berfungsi menopang atap, polangan (4) yang menghubungkan sokoguru dengan goco (Gambar 126c dan 126d). DUMMY Konstruksi sambungan antara sokoguru/goco dengan blandar menggunakan pen dan lubang sederhana, di mana pen pada puncak sokoguru/goco masuk ke dalam lubang pada blandar, maka sambungan ini bersifat sendi dan tidak ikut menahan momen. Konstruksi sambungan antara sokoguru dengan sunduk dan antara goco dengan polangan menggunakan purusan dan negel (pasak) sebagai pengunci (Gambar 126g). Ketika bekerja momen pada sambungan tersebut, maka sambungan cenderung melakukan perlawanan momen melalui bidang temu antara pen dan lubang dan dikunci oleh negel, namun tetap dapat terjadi perputaran sudut terbatas dan negel dapat mengendur apabila mendapat getaran gempa berulang. Perputaran sudut dan pengenduran sambungan dapat melepasken sebagian energi (disipasi energi) ketika terjadi gempa bumi. Sokoguru/goco hanya diletakkan tanpa ikatan di atas fondasi umpak, maka ketika terjadi gempa bumi kolom dapat mengalami slip terhadap permukaan umpak, sehingga dapat melepaskan sebagian energi ketika digetarkan gempa bumi. BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 197
Hal-hal tersebut menunjukkan bahwa rumah Srotong telah menerapkan prinsip konfigurasi bangunan terhadap gempa bumi yang baik dan prinsip peredaman terhadap getaran gempa bumi yang konsepnya sama dengan teknologi inovatif. DUMMY Gambar 126a. Denah Rumah Srotong Gambar 126b. Tampak Depan Rumah Srotong Teknologi Gempa dalam Arsitektur 198 3 2 2 42
1 3 3 2 2 2 Gambar 126c. Potongan Membujur Rumah Srotong 3 DUMMY 2 2 42 Gambar 126d. Potongan Melintang Rumah Srotong Gambar 126e. Perspektif Struktur Rumah Srotong BAB 5 • Teknologi Gempa Tradisional 199
Gambar 126f. Pertemuan Kolom dengan Umpak Rumah Srotong Sumber: 125a s/d 125f: diunduh Juli 2022 DUMMY Gambar 126g. Konstruksi Pertemuan Goco dengan Polangan diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 200
6 RETROFIT SEISMIK DUMMY A. Tentang Retrofit Seismik Retrofitting bangunan adalah usaha untuk meningkatkan performa bangunan karena berbagai kebutuhan, misalnya karena perubahan fungsi bangunan yang menyebabkan tuntutan ruang berubah, kerusakan bangunan karena siklon tropis, tornado, dan angin kencang dari badai petir, karena problem fondasi, karena gempa bumi, dan lain-lain. Buku ini hanya membahas retrofit untuk perkuatan struktur terhadap gempa bumi, atau disebut retrofit seismik. Retrofit seismik adalah modifikasi struktur eksisting untuk membuatnya lebih tahan terhadap aktivitas kegempaan, gerakan tanah, atau kegagalan tanah akibat gempa bumi. Tujuan Retrofit Seismik Di masa lalu, retrofit seismik terutama diterapkan untuk mencapai keselamatan publik, dengan solusi rekayasa, dibatasi oleh pertimbangan ekonomi dan politik. Saat ini, dikembangkan tujuannya dengan beberapa tingkat kinerja (Perancangan Berbasis Kinerja/Performance Base Design). Keselamatan publik. Tujuannya adalah untuk melindungi nyawa manusia, memastikan bahwa struktur tidak akan runtuh menimpa 201
penghuninya atau orang yang lewat, dan bahwa ada jalur evakuasi yang aman. Terhadap gempa besar struktur boleh rusak parah, tetapi tidak roboh, dan dibongkar total dan dibangun ulang. Mempertahankan struktur. Tujuannya adalah agar struktur bertahan dan tetap aman untuk evakuasi, dimungkinkan ada perbaikan ekstensif (tetapi bukan penggantian) sebelum digunakan atau dianggap aman untuk digunakan. Ini biasanya tingkat retrofit terendah yang diterapkan pada jembatan. Fungsionalitas struktur. Struktur utama tidak rusak dan penggunaan untuk kegiatan utama tidak berkurang. Setiap perbaikan yang diperlukan misalnya kerusakan ringan, retakan kecil di plesteran, drywall dan hiasan dari plesteran. Ini adalah tingkat retrofit minimum yang dapat diterima untuk rumah sakit. DUMMY Struktur tidak mengalami kerusakan. Tingkat retrofit ini lebih sesuai untuk struktur bersejarah yang memiliki signifikansi budaya tinggi. Ada dua penyebab dibutuhkannya retrofit seismik. Bangunan sudah rusak akibat gempa bumi. Bagunan rawan terhadap gempa bumi, tetapi belum mengalami gempa bumi besar. Bangunan yang mengalami kerusakan akibat gempa bumi dan masih bisa dipertahankan, selain diperbaiki perlu ditingkatkan kinerjanya dengan melakukan retrofitting untuk mengantisipasi kejadian gempa besar. Peraturan gempa perlu dievaluasi dan diperbarui secara berkala. Bangunan yang belum pernah mengalami gempa bumi ada kemungkinan harus diretrofit apabila ada perubahan peraturan perencanaan gempa setempat yang mengakibatkan desain struktur bangunan tersebut ternyata tidak memadai ketika dikontrol dengan standar peraturan baru. Salah satu contoh adalah pengalaman gempa Northridge 1994, di mana ada banyak bangunan mengalami kegagalan struktur sampai keruntuhan pascagempa, padahal sudah didesain dengan mengikuti Teknologi Gempa dalam Arsitektur 202
standar perencanaan yang berlaku dan dilaksanakan dengan benar. Pengalaman tersebut mengharuskan diadakannya evaluasi dan perubahan signifikan pada peratuan gempa di Amerika. Dengan demikian, bangunan-bangunan yang tidak mengalami kegagalan struktur pada saat itu harus dikontrol dengan standar peraturan baru dan dilakukan retrofit apabila ternyata tidak memenuhi. Praktik retrofit seismik saat ini terutama berkaitan dengan perbaikan struktural untuk mengurangi bahaya seismik terhadap struktur, namun juga sama pentingnya untuk mengurangi bahaya dan kerugian pada elemen nonstruktural, misalnya untuk rumah sakit atau bangunan yang punya nilai kesejarahan tinggi. Ada dua kategori retrofit seismik pada bangunan: DUMMY 1. retrofit global, yaitu retrofitting untuk meningkatkan kinerja struktur bangunan secara keseluruhan; 2. retrofit lokal, yaitu retrofitting untuk meningkatkan kinerja elemen, komponen, atau konstruksi detail tertentu. Strategi dan Teknik Retrofit Retrofit Global: Meningkatkan keteraturan konfigurasi bangunan terhadap gempa bumi, tujuannya adalah untuk meningkatkan keteratuan distribusi kekakuan, resistensi dan massa pada potongan dan denah bangunan. Strategi ini dapat dilaksanakan antara lain dengan menambahkan shear wall atau braced frame pada posisi yang dapat meningkatkan keteratuan konfigurasi bangunannya. Menyatukan dua bangunan yang secara struktural terpisah apabila setelah disatukan dapat meningkatkan kekakuan konfigurasi bangunannya. Memperkuat struktur atau meningkatkan kapasitas struktur secara keseluruhan dengan menambahkan shear wall atau braced frame atau rangka pemikul momen di tempat yang tepat. BAB 6 • Retrofit Seismik 203
Teknik ini bisa dilakukan untuk berbagai bangunan, seperti bangunan lama yang menggunakan konstruksi dinding pemikul pasangan bata, bangunan modern dengan konstruksi beton bertulang atau baja. Mengurangi deformasi atau meningkatkan kapasitas disipasi energi, mengurangi percepatan dalam struktur dengan menggunakan teknologi nonkonvensional, seperti: base isolation, peredam pada elemen-elemen struktur, Tuned Mass Damper, Slosh Tank Damper, sistem kontrol aktif. Mengurangi massa bangunan dengan tujuan memperkecil gaya inersia akibat gempa bumi. Hal ini hanya mungkin dilakukan apabila fungsi ruangan memungkinkan untuk pengurangan tersebut. Hal yang mungkin dilakukan adalah mengubah elemen nonstruktural yang berat dengan material yang ringan, misalnya dinding-dinding bata diubah dengan dry-wall. DUMMY Mengubah fungsi bangunan menjadi fungsi yang menuntut performa lebih rendah. Retrofit Lokal: Meningkatkan kapasitas lokal elemen struktur dengan meningkatkan kekuatan, kekakuan dan daktilitas/deformasi struktur. Strategi ini digunakan untuk struktur yang secara global tidak diperlukan penambahan elemen struktur tambahan, sehingga retrofittingnya diterapkan pada komponen strukturnya sendiri, seperti kolom dan balok. - Penguatan komponen struktur kolom dan balok rangka pemikul momen dilakukan dengan teknik jacketing. - Prategang eksternal (external post-tension) untuk meningkatkan kapasitas elemen struktur seperti sambungan kolom, sambungan balok dan sambunga kolom-balok. Meningkatkan daktilitas struktur, misalnya untuk menjamin sendi plastis terjadi di balok pada lokasi yang diharapkan, salah satu teknik yang dapat diterapkan adalah penambahan haunch pada flens bawah balok baja IWF konstruksi rangka pemikul momen baja (Bruneau, 2005). 204 Teknologi Gempa dalam Arsitektur
B. Penambahan Elemen Pendukung Struktural Penambahan elemen-elemen penguat/pengaku harus dipertimbangkan dari beberapa hal, seperti gangguan terhadap operasi bangunan ketika proses konstruksi, kemudahan pengerjaan konstruksinya, kondisi fondasi eksisting, tata ruang, tampilan arsitektur. Elemen-elemen penguatan terhadap gempa bumi: DUMMY 1. Shear Wall 3. Damper 2A. Steel brace 2B. Steel Moment Frame Perbandingan retrofit global dengan retrofit lokal pada Gambar 127a dan 127b menunjukkan performa yang berbeda. Retrofit global dengan menambahkan shear wall dan rangka pemikul momen kaku pada perimeter bangunan meningkatkan kekakuan struktur sehingga gaya geser dasar meningkat, namun deformasi strukturnya menjadi lebih kecil. Sementara itu, retrofit lokal elemen struktur yang rentan diterapkan dengan meningkatkan daktilitas agar memenuhi limit state yang spesifik, tidak memperkecil deformasi struktur, namun meningkatkan daktilitas elemen strukturnya. Pembahasan studi kasus berikut diharapkan dapat memperjelas uraian sebelumnya. BAB 6 • Retrofit Seismik 205
Gambar 127a. Retrofit Global Sumber: Jong (2003) DUMMY Gambar 127b. Retrofit Lokal Sumber: Jong (2003) 1. Holiday Inn, Van Nuys, CA Gambar 128a. Holiday Inn, Van Nuys, CA diunduh Juni 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 206
Bangunan ini terletak di Lembah San Fernando di Los Angeles County (34.221° lintang utara, 118.471° bujur barat), dibangun pada tahun 1966 mengikuti Kode Bangunan Kota Los Angeles tahun 1964. Bangunan mengalami kerusakan ringan terhadap gempa San Fernando M6.6 tahun 1971, dan rusak parah terhadap gempa bumi Northridge M6.7 tahun 1994. Dimensi denah bangunan adalah 19.2 m (63') x 45.72m (150'). Sistem strukturnya menggunakan rangka pemikul momen beton bertulang cor di tempat dengan kolom nonductile. Gaya lateral dipikul terutama oleh rangka pemikul momen perimeter, meskipun kolom interior dan pelat datar juga berkontribusi terhadap kekakuan lateral. Sistem gravitasi terdiri dari pelat datar beton bertulang 2 arah yang didukung oleh kolom persegi di interior dan rangka perimeter. Tebal pelat lantai 2 adalah 25.4 cm (10"), lantai 3 sampai dengan lantai 7 adalah 21,6 cm, dan di atap 20.3 cm (8"). DUMMY Setelah gempa tahun 1994, bangunan tersebut diretrofit dengan penambahan "dinding geser" beton bertulang yang berbentuk rangka pemikul momen yang gemuk (Gambar 128d dan 128e). Gambar 128b. Denah Holiday Inn, Van Nuys, CA diunduh Juni 2022 BAB 6 • Retrofit Seismik 207
Gambar 128c. Potongan Holiday Inn, Van Nuys, CA diunduh Juni 2022 DUMMY Gambar 128d. Denah Holiday Inn, Van Nuys Sesudah Retroffit diunduh Juni 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 208
Gambar 128e. Tampak Holiday Inn, Van Nuys, CA Sesudah Retroffit diunduh Juni 2022 DUMMY 2. Tioga Building Tioga building merupakan salah satu contoh pegembangan struktur braced-frame eksentris yang didesain secara kreatif membentuk citra pohon dengan batang-batangnya menunjang bangunan. Bangunan ini didesain oleh R. Gary Black, Abolhassan Astaneh-Asl tahun bangunan terdiri dari 2 blok massa dengan bentuk melebar ke atas. Struktur bangunan menggunakan kolom dengan pelat (flat slab) di antara kedua massa dihubungkan dengan core. Ternyata struktur bangunan tersebut kekuatannya tidak memenuhi standar bangunan 'The International Building Code' (IBC) and 'the California Building Code' (CBC), sehingga harus dilakukan retrofitting. Core yang ada di antara 2 buah massa hanya mampu menahan setengah beban gempa. Konfigurasi bangunan 2 massa yang dipegang oleh core di tengahnya mengakibatkan bangunan berpotensi mengalami torsi apabila digetarkan oleh gempa bumi yang cukup besar. Torsi tersebut diantisipasi dengan menciptakan keseimbangan kekakuan antara dua sisi kaca dengan sisi core. Dipilih struktur penyeimbang braced-frame eksentrik yang diberi balok pada pertemuan dengan pelat lantai yang diletakkan di dua sisi BAB 6 • Retrofit Seismik 209
massa bangunan (Gambar 129). Pilihan braced-frame eksentrik telah dipertimbangkan merupakan yang paling menguntungkan. Dari segi teknis pelaksanaan dipertimbangkan agar sesedikit mungkin pekerjaan memotong fondasi bangunan yang ada dan meminimalkan pekerjaan fondasi. Pemilihan bentuk pohon merupakan pilihan yang optimal karena bentuk pohon mempunyai dua buah batang induk yang saling bersilangan sehingga pertemuan dengan fondasi hanya di dua titik pada setiap bidang fasad, dan cabang-cabang yang banyak di bagian atas memperbanyak pertemuan dengan pelat lantai. DUMMY FOTO PERSPEKTIF TAMPAK Teknologi Gempa dalam Arsitektur 210
DUMMY DENAH Gambar 129. Tioga Building Sumber: R. Gary Black, Abolhassan Astaneh-Asl, 2014 diunduh Juni 2022 3. Bangunan Sekolah 3 Lantai di Vibo Valentia Italia Gambar 130a. Site Plan Sekolah di Vibo Valentia Italia diunduh Juli 2022 BAB 6 • Retrofit Seismik 211
Bangunan ini terdiri dari 3 massa bangunan yang menggunakan struktur rangka beton bertulang, yaitu massa A, B dan C (Gambar 130a). Bangunan ini didesain tahun 1962 dengan mengacu pada Italian code yang diterbitkan tahun 1937. Bangunan A sebagai kasus, denah bangunan tersebut berbentuk L, dengan dimensi 17,70 x 35,50 m (Gambar 130b). Ketika dikontrol dengan code yang baru ternyata struktur tersebut banyak kelemahannya, yaitu: 1) kekakuannya tidak memadai untuk Immediate Occupancy (IO), Damage Limitation (DL), 2) komponen getas, kapasitas gesernya kecil, 3) efek torsi dalam arah-x menyebabkan mekanisme kegagalan parsial, 4) kapasitas rotasi member chord tidak memadai untuk Keadaan Batas Live Savety, 5) lebar celah/siar antar bangunan tidak memadai terhadap bangunan yang berdekatan. DUMMY Retrofit seismik pada bangunan tersebut dilakukan dengan menggunakan hysteretic dissipative braces yang ditempatkan sedemikian rupa untuk membatasi area pendukungnya terhadap fondasi eksisting (Gambar 130c), meminimalkan efek torsi, dan menjaga sebagian besar area bangunan untuk dapat beroperasi selama proses konstruksi retrofit. Gambar 130b. Denah Struktur Massa A Sekolah di Vibo Valentia Italia diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 212
Gambar 130c. Potongan Massa A Sekolah di Vibo Valentia Italia diunduh Juli 2022 DUMMY Gambar 130d. Tampilan Eksterior Bangunan Setelah Retrofit 4. Bangunan Apartemen 4 Tingkat di Armenia Gambar 131a. Apartemen 4 Tingkat di Armenia com/eccomas/proceedings/ compdyn2011/ compdyn2011_full/121.pdf, diunduh Mei 2022 BAB 6 • Retrofit Seismik 213
Dimensi denah bangunan adalah 52x15 m, bentuknya simetris pada sisi panjang dan dinding pemikul beban (load bearing walls) dengan ketebalan 45-50 cm terletak terutama dalam arah melintang. Kekakuan horizontal dalam arah memanjang sebagian disediakan oleh rangka beton bertulang dengan balok dan kolom yang kuat di dalam dinding tersebut, pada sisi memanjang di bagian tepi bangunan. Analisis akibat gempa Spitak 1988 menunjukkan bahwa zona yang paling rentan pada bangunan ini adalah bagian tepi pada sudut pertemuan dinding transversal dan longitudinal. Di zona ini terjadi deformasi plastis intensif, sehingga bangunan mengalami kegagalan struktur karena hubungan yang lemah antara dinding longitudinal dan transversal. Konsep retrofit bangunan adalah dengan memasang base isolator yang dipasang di atas fondasi bangunan. Dalam penelitiannya Melkumyan membuat perbandingan biaya antara retrofit seismik menggunakan base-isolation dengan retrofit seismik konvensional pada bangunan dinding pemikul pasangan batu. Retrofit seismik konvensional diasumsikan menerapkan penguatan dengan jaket beton, rangka dan palat lantai, dan sebagai acuan diasumsikan biayanya 100%. Bangunan yang menerapkan base-isolation dan penguatan injeksi portland semen pada seluruh dinding biayanya hanya 31%. DUMMY Tipe base isolator yang dipilih adalah High Damping Rubber Bearing (HDRB) untuk memberikan periode getaran yang panjang (biasanya 2 detik) agar jauh dari waktu getar dinding pemikul beban. Redaman yang dibutuhkan untuk membatasi perpindahan struktur dan mengurangi respon pada frekuensi isolasi dimasukkan ke dalam komponen karet sehingga pada umumnya tidak diperlukan alat disipasi tambahan. Dalam bangunan eksisting, bantalan tidak ditempatkan di ruang bawah tanah yang tertutup, tetapi akan terkena lingkungan luar. Karena kisaran beban vertikal pada bantalan cukup tinggi maka diputuskan untuk memiliki dua jenis bantalan, tetapi hanya berbeda dalam modulus geser karet. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 214
Pelaksanaannya dilakukan secara bertahap dengan membuat lubang setempat-setempat pada dinding. Di dasar tiap lubang dicor bantalan beton bertulang yang berfungsi sebagai landasan isolasi dasar dan sebagai pemikul sepasang balok beton bertulang yang mengapit dinding. Setelah isolasi dasar dipasang, di atas isolasi tersebut dicor bantalan beton bertulang yang berfungsi untuk menghubungkan isolasi dasar dengan bagian atas dinding sehingga isolasi dasar berhubungan dengan pasangan bata bawah dan atas lubang. Bantalan beton bertulang tersebut juga berfungsi sebagai pemikul sepasang balok yang mengapit dinding. Agar balok apit atas tersebut dapat memikul dinding pemikul beban di atasnya, maka pada dinding di antara 2 buah lubang besar yang berisi isolasi dasar dan bantalan beton bertulang dibuat lubang untuk memasang corbel beton bertulang pemikul balok apit (Gambar 131e). Dinding yang dilubang dengan jarak yang dekat dapat tetap berdiri dengan meneruskan gaya gravitasi (arching) menuju ke bantalan dan corbel beton bertulang. DUMMY Gambar 131b. Denah Fondasi dan Posisi Base-Isolation BAB 6 • Retrofit Seismik 215
DUMMY Gambar 131c. Base-Isolation Teknologi Gempa dalam Arsitektur Gambar 131d. Pemasangan Base-Isolation 216
DUMMY Gambar 131e. Tahap Pelaksanaan Pemasangan Base-Isolation Sumber: Gambar 130 a s/d 130e: Melkumyan, 2011, diunduh Mei 2022 BAB 6 • Retrofit Seismik 217
C. Jacketing Kolom dan Balok DUMMY Gambar 132a. Penguatan Kolom Beton Bertulang Pelingkup Pelat Baja Eliptikal dengan Grouting diunduh Mei 2022 Gambar 132b. Penguatan Kolom dan Balok Beton Bertulang diunduh Mei 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 218
DUMMY Gambar 132c. Detail Column Jacketing concrete-structures/11767/, diunduh Mei 2022 Gambar 132d. Detail Beam Jacketing structures/11767/, diunduh Mei 2022 BAB 6 • Retrofit Seismik 219
D. Penambahan Haunch pada Flens Bawah DUMMY Gambar 133a. Pembahan Haunch pada Flens Bawah diunduh Juni 2022 Gambar 133b. Deformasi terhadap Beban Siklik pada Spesimen Nonkomposit Sumber: Yu (2000), diunduh Mei 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 220
Gambar 133c. Deformasi terhadap Beban Siklik pada Spesimen Komposit Sumber: Yu article/0660.pdf, diunduh Mei 2022 E. Prategang Eksternal DUMMY Beberapa kelemahan pelaksanaan join kolom-balok struktur rangka pemikul momen beton bertulang seperti mutu beton kurang baik, kurangnya tulangan geser (sengkang horisontal) dalam join kolom balok, penggunaan tulangan polos, sangat rentan mengalami kegagalan struktur ketika terjadi gempa bumi. Join tersebut dapat diperkuat dengan menggunakan prategang post-tension yang diletakkan secara diagonal di luar join tersebut seperti yang dikemukakan oleh Özgür Yurdakul et al., (2016) menunjukkan hasil yang sangat baik dalam uji laboratoriumnya (Gambar 134). Gambar 134. Uji-coba Retrofitting Join Kolom Balok dengan External Post-Tension Sumber: Yurdakul (2016) BAB 6 • Retrofit Seismik 221
DUMMY
7 TEKNOLOGI GEMPA DALAM ARSITEKTUR DUMMY A. Keterkaitan Teknologi Gempa dengan Arsitektur Pemahaman unsur-unsur arsitektur akan ditinjau dari triloginya Vitruvius. Pemilihan ini semata-mata untuk menyederhanakan dan memudahkan pembahasannya karena konteks yang dibahas terbatas pada fisik bangunan saja, tidak sampai pada pembahasan makna yang dalam. Menurut Vitruvius bangunan harus dibangun dengan mengacu pada durability (daya tahan), convenience (kenyamanan), dan beauty (keindahan). Ketahanan akan terjamin ketika fondasi berdiri di tanah secara kokoh dan material dipilih dengan bijak dan bebas; kenyamanan, bila penataan apartemen tidak bercacat dan tidak menimbulkan halangan untuk digunakan, dan bila setiap kelas bangunan ditetapkan dengan pembukaan yang sesuai; dan beauty (keindahan), ketika penampilan karya itu menyenangkan dan dalam citarasa yang baik, dan ketika bagian-bagiannya dalam proporsi yang tepat menurut prinsip- prinsip simetri yang benar diunduh Juni 2022). Sir Hery Wotton (1624) menginterpretasikan sebagai: 'firmness', 'commodity' and 'delight'; firmness berhubungan dengan kekuatan, commodity berhubungan dengan fungsi praktis sebuah bangunan, 223
delight berhubungan dengan estetika. Wotton menginterpretasikan: "bangunan yang ideal memiliki tiga unsur, yaitu kokoh, berguna, dan indah." diunduh Juni 2022) Pembahasan selanjutnya akan meninjau sejauh mana struktur bangunan dan teknologi gempa berpengaruh pada kekokohan, kegunaan dan keindahannya. Definisi struktur menurut Clark dan Pause, (diadaptasi oleh Charleson, 2005) "... Struktur adalah batang, bidang atau kombinasi keduanya, yang dapat digunakan oleh perancang untuk memperkuat atau mewujudkan ide-ide. Dalam konteks ini, kolom, dinding dan balok dapat dipikirkan sebagai konsep tentang frekuensi (kerapatan/ kerenggangan, patra/pola, kesederhanaan, keteraturan, keacakan, dan kompleksitas. Dengan demikian, struktur dapat digunakan untuk mendefinisikan ruang, membuat unit, mengartikulasikan sirkulasi, menunjukkan gerakan, atau mengembangkan komposisi dan modulasi. Dengan cara ini, semua itu menjadi terkait erat dengan berbagai elemen yang menghasilkan arsitektur, kualitas dan antusiasme. DUMMY Dalam definisi tersebut, struktur dipandang sebagai bagian yang terintegrasi dengan arsitektur, dan sebagai bagian dari komposisi dalam desain arsitektur yang dapat memperkaya arsitektur. Penataan elemen- elemen struktur dapat "berbicara" dalam pembentukan komposisi ruang dan bentuk bangunan berdasarkan kebutuhan kekuatan, kefungsian dan estetika. Kefungsian berhubungan dengan kegiatan dan aktivitas untuk menjawab kebutuhan fisik dan kebutuhan, kenyamanan beraktivitas. Kebutuhan-kebutuhan tersebut harus diwadahi dalam ruang/ruang-ruang yang butuh penataan tertentu dan secara fisik adalah berupa bangunan yang mempunyai bentuk. Untuk mewujudkan bentuk bangunan diperlukan struktur, dan sistem-sistem bangunan yang lain, sedangkan untuk memenuhi estetika dituntut kepekaan dan kreativitas arsitek. Maka ada banyak aspek yang terintegrasi dalam sebuah desain arsitektur. Dari sudut pandang teknologi gempa, penataan elemen-elemen struktur berkaitan erat dengan konfigurasi bangunan terhadap Teknologi Gempa dalam Arsitektur 224
gempa bumi, khususnya berkaitan dengan dimensi/bentuk/proporsi bangunan, penataan elemen-elemen struktural dan penataan elemen- elemen nonstruktural (Bab IV). Oleh karena itu, meninjau keterkaitan teknologi gempa dengan kekuatan, kefungsian dan estetika akan sangat terkait dengan konfigurasi bangunan. Bangunan dengan konfigurasi beraturan memberi respons bangunan terhadap gempa bumi relatif sederhana dan perilaku struktur bangunan dapat diprediksi lebih tepat, selain itu konstruksi bangunannya lebih efisien dibandingkan dengan bangunan dengan konfigurasi tidak beraturan. Adalah tidak benar apabila setiap desain arsitektur dituntut untuk selalu menghasilkan konfigurasi beraturan karena desain arsitektur bersifat integratif yang melibatkan banyak aspek yang dipikirkan secara holistik. Ada kalanya bangunan menuntut efisiensi yang tinggi, maka usaha arsitek adalah menciptakan desain dengan konfigurasi yang beraturan, sebaliknya ada desain yang sarat dengan makna, maka konfigurasi bangunan tidak menjadi pertimbangan yang utama. Tentu saja ada batas-batas kepantasan dari segi finansial pemilik bangunan dan kepantasan sebuah desain arsitektur. DUMMY Sementara itu, ada pandangan keliru yang menganggap bahwa konfigurasi beraturan membatasi kreativitas arsitek dalam mendesain bangunan, padahal bangunan yang mempunyai konfigurasi beraturan dan bentuk geometrinya sederhana dapat tampil sangat ekspresif dan menarik, salah satu contoh adalah bangunan The Hemisfèric yang didesain oleh Santiago Calatrava (Gambar 135). Gambar 135. The Hemisfèric, Santiago Calatrava mode=gallery&image=3, diunduh Desember 2020 BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 225
Calatrava mendesain bangunan tersebut dengan konfigurasi yang beraturan kecuali dimensinya yang besar. Bentuk denah beraturan, tampak bangunan simetri namun bentuknya menampilkan ekspresi menarik dengan struktur yang diekspos secara estetis. Hal tersebut terbentuk dari kemampuan Calatrava memilih bentuk dan penataan elemen-elemen strukturnya dengan sangat kreatif. Bila dikaji dari definisinya Clark dan Pause, bidang atap dipilih berbentuk busur kubah eliptik yang mampu terbentang lebar diarahkan pada panjang bangunan, tumpuan busur berbentuk poligon segitiga/truss yang kemiringannya mengikuti sudut kemiringan atap sehingga dapat meneruskan beban atap ke fondasi dengan gaya aksial dan sekaligus memberikan stabilitas pada struktur. Di kiri dan kanan kubah ada 2 pasang busur, masing- masing terdiri dari 2 buah busur yang dihubungkan dengan batang- batang tegak sehingga dapat bekerja sebagai kesatuan mendukung gaya meridian kubah arah transversal (melintang). Penerangan atap dimasukkan melalui deretan batang-batang tegak tersebut. Komposisi elemen-elemen struktur tersebut menghasilkan bentuk arsitektur yang estetis. Penguasaan tentang kinerja elemen-elemen struktural (mekanika gaya) dan persyaratan yang baik dapat membantu arsitek untuk menemukan ide-ide struktural yang kreatif. DUMMY Hal lain yang berpengaruh terhadap keterkaitan teknologi gempa dengan kekuatan, kefungsian dan estetika bangunan adalah bentuk dan detail konstruksi elemen struktural penahan gaya gempa dan detail-detail konstruksi join antarelemen struktural. Dalam hal ini detail konstruksi dipandang tidak hanya secara teknis, namun juga berperan secara estetis. Pada dasarnya hanya ada tiga macam elemen struktur penahan gempa bumi (gaya lateral), yaitu: Rangka Pemikul Momen (RPM), braced frame, dan shear wall. Melalui koordinasi dengan perancang struktur, arsitek dapat menata elemen-elemen struktur tersebut di dalam desain bangunan dengan mengintegrasikan elemen-elemen struktur tersebut dengan tata ruang dan sistem-sistem bangunan yang lain, serta dengan bentuk dan ekspresi bangunannya. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 226
B. Studi Kasus 1. Continental Engineering Corporation Tower (CEC), Taipei DUMMY Gambar 136a. Continental Engineering Corporation Tower (CEC) Corporation-Headquarters, diunduh Juli 2022 Gambar 136b. Sistem Struktur CEC Tower Sumber: (Bellen, 2000) Kantor pusat Continental Engineering Corporation Tower (CEC) terletak di Taipei (Gambar 136a), adalah perusahaan konstruksi yang besar. Ketinggian bangunan dari lantai dasar adalah sekitar 60 m terdiri dari 13 lantai upper floors dan 4 lantai basement. Denah bangunan berbentuk bujursangkar dengan dimensi 25m x 25m. Lobby mempunyai tinggi ruang lebih dari 2x tinggi lantai-lantai tipikal (dilihat dari proporsi pada gambar). Bangunan ini berada di daerah rawan gempa risiko tinggi, dan mempunyai periode getar tanah yang panjang. Klien meminta agar tampilan bangunan merefleksikan spirit dari perusahaan konstruksi, dan ruang kantor yang fleksibel. Bangunan ini telah menunjukkan kinerja yang baik ketika mengalami gempa bumi Chi-chi 1999. BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 227
Bangunan didesain dengan struktur hybrid: Momen Resistant Frame (MRF) pada lantai lobby dan Eccentrically Braced Frame (EBF) pada lantai tipikal. Struktur bangunan menggunakan 8 buah kolom mega beton bertulang yang diekspos di perimeter bangunan menerus sampai lantai 12 dan di bagian puncak bangunan kolom mega diganti dengan baja dihubungkan dengan balok baja sehingga membentuk 2 pasang MRF yang saling berpotongan tegak lurus, dan memberi kesan lebih ringan. Di sudut-sudut bangunan dipasang EBF baja yang masing-masing bertemu dengan 2 buah kolom mega yang terletak pada sisi fasad yang saling tegak lurus. Link EBF tersebut terletak pada pertemuan brace diagonal dengan kolom mega dan di sudut pertemuan EBF yang saling tegak lurus (Gambar 136b, 136c). EBF tersebut dipasang di luar dinding fasad dengan jarak sekitar 90 cm, dan untuk menjaga pergerakan lateral tegak lurus bidang kerja EBF tersebut, maka pada pertemuan antara link sudut dengan brace diagonalnya ditahan dengan 2 buah baja kotak pada flens atas dan flens bawahnya (A pada Gambar 136e). Secara keseluruhan 8 buah kolom mega ditambah dengan EBF yang seolah lepas dari fasad bangunan menampilkan ekspresi kekuatan konstruksi seperti yang diharapkan oleh owner. DUMMY Gambar 136c. Kolom Mega dan EBF, CEC Tower Sumber: (Chang, 1999) Gambar 136d. Detail Penghubung EBF dengan Balok Perimeter Headquarters, diunduh Juli 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 228
Permintaan owner untuk ruang yang fleksibel diselesaikan dengan membuat ruang dalam bebas kolom sehingga bentang balok menjadi sekitar 25 m. Untuk mengatasi bentang lebar tersebut, struktur lantai tipikal dipilih menggunakan 4 buah balok truss baja yang saling bersilangan tegak lurus sehingga dapat bekerja secara two-way (Gambar 136e). Pertemuan balok truss tersebut dengan kolom mega adalah join kaku, sehingga dapat bekerja sebagai struktur MRF. Balok lantai perimeter bertumpu di atas balok truss tersebut dan bagian balok truss yang keluar dari bidang pelat lantai juga berfungsi sebagai penghubung antara lantai diafragma dengan kolom mega. Penghubung tersebut didesain untuk menahan gaya geser akibat beban gravitasi dan gaya geser terhadap gaya lateral. Dengan konfigurasi lantai tipikal tersebut maka kekakuan torsi relatif kecil karena hanya ada 8 buah kolom mega dan bentang lantai selebar 25 m, dan bidang lantai tidak langsung bertemu dengan kolom mega. EBF di setiap sudut bangunan berfungsi untuk memperkaku struktur terhadap momen torsi tersebut dan membatasi deformasi terhadap momen torsi dan juga momen lentur lateral, namun tidak ikut mendukung beban gravitasi. Kekakuan diafragma lantai sangat dibutuhkan untuk meneruskan gaya lateral ke semua kolom mega dan EBF sehingga tercapai integritas struktur, hal ini diselesaikan dengan memberikan bracing diagonal pada bagian tepi bidang lantai. DUMMY Gambar 136e. Struktur Lantai Tipikal Sumber: (Chang, 1999) BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 229
DUMMY Gambar 136f. Interior Lobby Corporation-Headquarters, diunduh Juli 2022 Di lantai dasar terdapat lobi yang didesain dengan ketinggian ruang lebih dari 2 kali tinggi antarlantai tipikal. Dari segi arsitektur skala dan proporsi ruang yang tinggi tersebut memberi kesan menerima dan megah. Problem struktural yang timbul adalah potensi terjadi soft storey, di mana kekakuan lateral struktur lantai dasar lebih kecil dibandingkan lantai-lantai tipikal. Untuk mengatasi masalah tersebut di lantai lobi dimensi kolom-kolom mega diperbesar dan di dalam ruang interior ditambahkan 4 buah kolom beton bertulang dengan jarak as ke as masing-masing kolom adalah 12,6 m. Keempat buah kolom tersebut dihubungkan ke kolom mega dengan balok-balok portal beton bertulang sehingga terbentuk struktur MRF yang kaku. Struktur lantai di antara balok portal dan balok perimeter diselesaikan dengan menggunakan waffle slab beton bertulang sehingga kaku (Gambar 136f). Kinerja terhadap gempa ditentukan oleh EBF di mana EBF tersebut akan melakukan disipasi energi gempa ketika terjadi gempa besar. EBF didesain tetap dalam kondisi elastik sampai dengan beban ultimate. Terhadap beban gempa yang ekstrem yielding dan kerusakan pada link dibatasi ketika mengalami deformasi inelastik dengan daktilitas dan kapasitas disipasi energi yang signifikan (Chang et al., 1999). Deformasi Teknologi Gempa dalam Arsitektur 230
inelastik yang terjadi pada link pojok tersebut adalah karena mekanisme geser pada batang baja link tersebut. Perilaku ini diselesaikan dengan memasang 6 buah rib sepanjang link tersebut, yang ternyata dapat menambah estetika pada detail tersebut. Kesimpulan: Pada bangunan CEC Tower, teknologi gempa terintegrasi dengan desain arsitektur secara keseluruhan, baik dari kefungsian, estetika dan kekuatan. Hasilnya adalah arsitektur yang secara estetika mengekspresikan kekuatan konstruksi, secara kefungsian mengakomodasi kebutuhan ruang-ruang dan secara kekuatan diselesaikan untuk menghadapi gempa kecil maupun gempa besar dengan menggunakan teknologi konvensional. Kreativitas perancang tampak dalam desain EBF pojok yang unik. DUMMY 2. Manantiales Building, Santiago Chile Gambar 137a. Manantiales Building Sudut Barat Daya lehmann-arquitectos, diunduh Mei 2022 BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 231
DUMMY Gambar 137b. Manantiales Building Sudut Tenggara lehmann-arquitectos, diunduh Mei 2022 Manantiales Building adalah sebuah bangunan kantor di Santiago, Chile di daerah yang padat di mana lingkungannya tumbuh secara tidak teratur. Bangunan ini didesain oleh Izquierdo Lehmann (1997). Untuk mengimbangi tata massa lingkungan yang tidak teratur tersebut, sang arsitek mendesain bangunan dengan mengembangkan komposisi bentuk geometri sederhana berbentuk kotak 17 lantai memanjang arah utara-selatan, dan kotak berbentuk denah L setinggi 10 lantai yang menempel pada massa 17 lantai di sebelah timur dan utara, serta massa 2 lantai menempel di sebalah timur massa 10 lantai. Massa 17 lantai menghadap barat ke arah plaza, massanya menerus dari lantai dasar sampai dengan lantai 17, sedangan massa 10 lantai dan 2 lantai menghadap ke timur kearah kompleks bangunan-bangunan lain (Arquitectos, 1997). Di daerah lokasi bangunan tersebut harga tanahnya tinggi, maka desain bangunan diusahakan untuk memaksimalkan penggunaan lahan. Denah kantor didesain dengan Teknologi Gempa dalam Arsitektur 232
pola open plan, dan dengan tipologi double corridor dan triple corridor untuk lantai yang paling lebar. Oleh karena itu, dua sisi lebar (sisi barat dan timur) diberi bukaan kaca untuk mendapatkan penerangan yang optimal. Sisi selatan yang merupakan sisi sempit masa 17 lantai juga diberi bukaan kaca di seluruh tampaknya. Tampilan fasad sisi barat sumbu a) berbeda dengan sisi timur (sumbu d dan f). Tampilan fasad sisi timur sepertinya diserasikan dengan bangunan-bangunan di lingkungannya sehingga dinding fasadnya berbentuk bidang dengan lubang jendela berbentuk kotak, sedangkan sisi barat yang menghadap plaza fasadnya didesain lebih bebas. Manantiales Building berada di daerah risiko gempa tinggi, namun bentuk bangunannya memiliki konfigurasi terhadap gempa yang tidak beraturan. Problem konfigurasi pada bangunan ini adalah: setback ditinjau pada potongan A-A dan potongan B-B (Gambar 137c), fasad bangunan pada sumbu a cenderung soft storey bila ditinjau dari tinggi lantai ke lantai saja. Fasad pada sumbu a dibandingkan dengan fasad f kekakuannya tidak seimbang karena struktur pada fasad f adalah dinding pemikul berbentuk vierendeel yang kaku cenderung menimbulkan torsi. Setback mengakibatkan terjadinya gaya geser terpusat pada komponen-komponen struktur di posisi sudut lengan setback (Gambar 137i dan 137j). Setback pada sumbu a dan f (Gambar 137k dan 137l) tidak signifikan dibandingkan setback pada sumbu 1 dan 2 (Gambar 137i dan 137j) ditinjau dari ratio/perbandingan panjang denah lantai di atas lantai 10 dan panjang lantai di bawah lantai 10. DUMMY Problem konfigurasi tersebut dipecahkan dengan memberikan elemen-elemen penahan gaya lateral (gempa) pada dua arah sumbu bangunan berupa Shear-wall, "dinding pemikul" berbentuk bidang Vierendeel di fasad sumbu f dan Eccentrically Braced Frame (EBF) di fasad sumbu a dan sumbu 1. Penempatan semua elemen struktur penahan gaya lateral ditata agar terjadi keseimbangan kekakuan struktur bangunan di sisi utara dan selatan maupun di sisi barat dan timur untuk meminimalkan torsi. Struktur lantai menggunakan pelat beton prestressed post-tension yang juga berfungsi sebagai lantai diafragma untuk meneruskan gaya gempa letral ke semua elemen-elemen pendukung gaya gempa. BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 233
Ditinjau arah gaya gempa utara-selatan, dinding shear-core yang bekerja adalah yang berada di sumbu c. Posisi dinding tersebut cukup simetri untuk denah lantai dasar sampai dengan lantai 10 (Gambar 137c s.d. 137f), di atas lantai 10 posisinya asimetri lebih dekat ke arah timur (Gambar 137g dan 137h). Maka, kekakuan sisi timur relatif lebih besar daripada kekakuan sisi barat, khususnya di atas lantai 10. Di sumbu f terdapat dinding pemikul berbentuk vierendeel yang berdiri mulai dari lantai 4 sampai dengan lantai 10. Kekakuan dinding tersebut diimbangi dengan EBF pada sumbu a. Pola bracing EBF pada sumbu a tersebut sesuai dengan kebutuhan kekakuannya, yaitu dari lantai 3 sampai dengan lantai 14 lebih kaku, dan di atas lantai 14 kekakuannya dikurangi secara berjenjang (Gambar 137a). Hal tersebut disebabkan karena dinding Vierendeel pada sumbu f berada di lantai 4 sampai dengan lantai 10. Di lantai 1 dan 2 pada sumbu a deretan kolom-kolom disusun dengan rapat untuk mengantisipasi perilaku soft storey. DUMMY Ditinjau arah gaya gempa barat-timur, gaya gempa didukung oleh dinding core di sumbu 6 dan sumbu 5, shear-wall di sumbu 2, dan EBF + shear-wall di sumbu 1. Pola distribusi batang-batang EBF fasad sisi selatan massa 17 lantai di sumbu 1 sangat unik karena di bagian atas justru batang-batang diagonalnya rapat di bagian atas yaitu di atas lantai 10 sampai ke puncak bangunan. Bila dicermati tampak pola EBF tersebut adalah akibat dari konfigurasi setback, dan pada sumbu 1 ada shear-wall pada fasad bangunan 10 lantai sehingga yang perlu diperkaku adalah fasad di bagian atasnya (Gambar 137a). Kesimpulan: Dalam desain Manantiales Building ini, struktrur banguan diselesaikan dengan menerapkan prinsip teknologi gempa konvensional. Penataan elemen-elemen struktur pada bangunan ini sangat terkait dengan tata ruang, bentuk dan ekspresi bangunannya. Hal ini dapat tercapai kalau kolaborasi antara arsitek dengan perancang strukturnya sangat baik. Arsitek bangunan ini juga menunjukkan kreativitasnya untuk mengekspos keunikan strukturnya. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 234 B A
Ditinjau arah gaya gempa utara-selatan, dinding shear-core yang bekerja adalah yang berada di sumbu c. Posisi dinding tersebut cukup simetri untuk denah lantai dasar sampai dengan lantai 10 (Gambar 137c s.d. 137f), di atas lantai 10 posisinya asimetri lebih dekat ke arah timur (Gambar 137g dan 137h). Maka, kekakuan sisi timur relatif lebih besar daripada kekakuan sisi barat, khususnya di atas lantai 10. Di sumbu f terdapat dinding pemikul berbentuk vierendeel yang berdiri mulai dari lantai 4 sampai dengan lantai 10. Kekakuan dinding tersebut diimbangi dengan EBF pada sumbu a. Pola bracing EBF pada sumbu a tersebut sesuai dengan kebutuhan kekakuannya, yaitu dari lantai 3 sampai dengan lantai 14 lebih kaku, dan di atas lantai 14 kekakuannya dikurangi secara berjenjang (Gambar 137a). Hal tersebut disebabkan karena dinding Vierendeel pada sumbu f berada di lantai 4 sampai DUMMY dengan lantai 10. Di lantai 1 dan 2 pada sumbu a deretan kolom-kolom disusun dengan rapat untuk mengantisipasi perilaku soft storey. Gambar 137c. Denah Lantai 1 Manantiales Building Sumber: (Bellen, 2000) Gambar 137d. Denah Lantai 2 Manantiales Building Sumber: (Bellen, 2000) Ditinjau arah gaya gempa barat-timur, gaya gempa didukung oleh dinding core di sumbu 6 dan sumbu 5, shear-wall di sumbu 2, dan EBF + shear-wall di sumbu 1. Pola distribusi batang-batang EBF fasad sisi selatan massa 17 lantai di sumbu 1 sangat unik karena di bagian atas justru batang-batang diagonalnya rapat di bagian atas yaitu di atas lantai 10 sampai ke puncak bangunan. Bila dicermati tampak pola EBF tersebut adalah akibat dari konfigurasi setback, dan pada sumbu 1 ada shear-wall pada fasad bangunan 10 lantai sehingga yang perlu diperkaku adalah fasad di bagian atasnya (Gambar 137a). A Kesimpulan: Dalam desain Manantiales Building ini, struktrur banguan diselesaikan dengan menerapkan prinsip teknologi gempa konvensional. Penataan elemen-elemen struktur pada bangunan ini sangat terkait dengan tata ruang, bentuk dan ekspresi bangunannya. Hal ini dapat tercapai kalau kolaborasi antara arsitek dengan perancang strukturnya sangat baik. Arsitek bangunan ini juga menunjukkan kreativitasnya untuk mengekspos keunikan strukturnya. Gambar 137e. Denah Lantai 3 Manantiales Building Sumber: (Bellen, 2000) Gambar 137f. Denah Lantai 4-10 Manantiales Building Sumber: (Bellen, 2000) BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 235 B
DUMMY Gambar 137g. Denah	Lantai	12	-15	Manantiales Building Sumber: (Bellen, 2000) Gambar 137h. Denah Lantai 16 Manantiales Building Sumber: (Bellen, 2000) Rangka dengan bracing Shear wall Gambar 137i. Potongan sumbu-1 Manantiales Building Gambar 137j. Potongan sumbu-2 Manantiales Building Gambar 137i s.d. 137f Dimodifikasi dari: diunduh Mei 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 236
DUMMY Gambar 137k. Potongan sumbu-a Manantiales Building Gambar 137l. Potongan sumbu-a Manantiales Building 3. Reforma, Mexico City Torre Reforma adalah sebuah bangunan kantor di Mexico City yang didesain oleh LBR+A Arquitectos, sudah berdiri sejak tahun 2016. Bangunan berada di kawasan budaya, histori dan finansial di pojok 2 buah jalan. Luas lahan adalah 2.800m2, cukup sempit untuk sebuah bangunan tinggi dengan luas lantai 87.000 m2. Di pojok site terdapat sebuah bangunan eksisting rumah batu 2 lantai yang bersejarah. Bangunan eksisting ini tidak dibongkar dan menjadi pemicu ide geometri bangunan serta diintegrasikan dengan kantor menjadi bagian dari lobby utama. Bangunan ini dilengkapi dengan fasilitas olah raga, ruang terbuka dan teras, bar, restoran, auditorium dan ruang rapat bersama dengan luas lantai keseluruhan 89.657m2 yang terdiri dari 57 lantai dan ketinggian bangunan 246m. Karena sempitnya lahan dan tuntutan jumlah parkir yang banyak sampai 1.000 buah mobil, maka ruang parkir diletakkan di basement sedalam 8 lantai untuk 600 mobil dan dilengkapi dengan bangunan gedung parkir di belakang tower utama. BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 237
Denah tower berbentuk segitiga siku-siku sama sisi, di mana sisi panjang segitiga tersebut bertemu dengan bangunan rumah eksisting, sehingga di level lantai dasar bentuk denah tower bersama dengan bangunan eksisting tersebut membentuk bujursangkar (Gambar 138a). Pada lantai 2 ke atas, sisi panjang dari segitiga berupa bukaan untuk penerangan dan view yang ditutup dengan kaca, dan juga teras yang dilengkapi dengan penahan sinar matahari. Bila dilihat dari seberang sudut jalan, maka tampak tower menjadi background dari bangunan eksisting. Keberadaan bangunan eksisting ini menjaga agar karakter lingkungannya tetap terjaga dan bangunan eksisting tersebut menjadi bangunan perantara dari skala pedestrian ke bangunan tinggi (Gambar 138b). DUMMY Gambar 138a. Denah Lantai 1 s.d. Lantai 4 Reforma mexico-city.pdf, diunduh Februari 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 238
DUMMY Gambar 138b. Perspektif dari Pojok Jalan Reforma mexico-city.pdf, diunduh Februari 2022 Sebagai sebuah kantor, bangunan didesain dengan ruang yang fleksibel tanpa ada kolom di dalam ruang. Secara vertikal bangunan dibagi-bagi dalam 14 klaster, masing-masing klaster terdiri dari 4 lantai, yaitu 1 lantai penuh di atas 2 lantai mezzanine, dan 1 lantai penuh di bawah 2 lantai mezzanine (138c, 138d). Void yang terbentuk oleh mezzanine dimanfaatkan untuk taman indoor. BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 239
Sistem struktur bangunannya adalah core, perimeter coupled shear-wall dan braced-frame untuk mendukung semua beban gravitasi dan gempa. Sistem struktur tersebut bersifat kaku dan cenderung mempunyai periode getar pendek sehingga sesuai untuk diterapkan pada jenis tanah lunak yang mempunyai periode getar panjang. Penempatan coupled shear wall dan chevron braced frame ganda di perimeter bangunan dipertimbangkan untuk memberikan ruang bebas kolom yang maksimal, sedangkan dari segi struktur bangunan konfigurasi tersebut sangat menguntungkan karena memberikan perlawanan torsi yang maksimal. Di samping itu, dipertimbangkan juga tampilan dari struktur bangunannya, yaitu dengan mengadaptasi tampilan konstruksi batu bangunan bersejarah dan bangunan kolonial Mexico. Untuk pertimbangan tersebut, material shear wall dan core dipilih beton bertulang ekspos yang mempunyai karakter tampilan seperti batu sehingga dilihat dari arah tertentu tampak seperti menara batu/beton. DUMMY 1 KLASTER Gambar 138c. Potongan Reforma mexico-city.pdf, diunduh Februari 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 240 Gambar 138d. Potongan Klaster Reforma mexico-city.pdf, diunduh Februari 2022
Coupled shear wall didesain dengan lubang-lubang penerangan berbentuk unik untuk memasukkan terang ke taman indoor (Gambar 138e, 138f, 138g). Bila terjadi gempa kecil, coupled shear wall tidak mengalami kerusakan, sedangkan terhadap gempa besar coupling beam pada coupled shear wall mengalami yielding sehingga terjadi disipasi energi gempa, dan terhadap gempa yang ekstrem bangunan tetap mempertahankan keselamatan pengguna. DUMMY coupling beam Gambar 138e. Tampilan Beton Gambar 137e. Tampilan Beton dari dari Arah Belakang Reforma Arah Belakang Reforma Gambar 138f. Lubang Penerangan Gambar 137f. Lubang Penerangan pada Coupled Shear Wall Reforma Pada Coupled Shear- wall Reforma Gambar 138g. Double Gambar 137g. Coupled Shear Wall Double Coupled Shear-wall Sumber Gambar 138e, 138f, 138g mexico-city.pdf, diunduh Februari 2022 Gambar 138g adalah gambar yang dimodifikasi agar lebih jelas torre-reforma-mexico-city.pdf BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 241
Braced-frame Chevron V ganda berada di fasad bangunan yang bentuk bidangnya tidak datar, sehingga chevron V ganda tersebut batang bracingnya di satu sisi tidak sebidang dengan batang bracing di sisi lainnya (Gambar 138a, 138b, 138h, 138i). Terhadap beban gravitasi, bracing berfungsi sebagai kolom tarik miring yang memikul balok- balok lantai perimeter. Terhadap gaya lateral, braced-frame Chevron V ganda yang tidak bekerja dalam sebuah bidang datar tersebut tidak stabil apabila tidak ada bidang lantai diafragmanya (Gambar 138j). Bidang lantai yang ada berfungsi sebagai bidang diafragma kaku yang menyatukan semua elemen-elemen struktur vertikal sehingga ketika DUMMY Gambar 138h. Tampak dari Pojok L Jalan Chevron V Braced-Frame Reforma diunduh Februari 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 242 Gambar 138i. Chevron-V Braced-Frame Ganda Reforma project=no, diunduh Februari 2022
menerima gaya lateral braced-frame tersebut bekerja secara meruang bersinergi dengan bidang lantai diafragma, dan shear wall (Gambar 138k). Ditinjau dari segi arsitektur, bentuk bracing Chevron V ganda ini sangat unik karena terdiri dari 2 pasang V yang meruang dan ujung dasarnya menuju ke sumbu tengah bangunan eksisting sehingga dari sudut pojok jalan tampak terintegrasi dengan bangunan eksisting. Struktur Lantai (Gambar 138l dan 138m) menggunakan balok one way space-truss yang ditumpu oleh balok perimeter (a dalam Gambar 138m) dan dinding core/shear wall untuk lantai penuh, sedangkan untuk lantai mezzanine balok one way space-truss ditumpu oleh balok perimeter dan balok tepi yang (b dalam Gambar 138m) bertumpu pada girder berbentuk kuda-kuda terbalik (c dalam Gambar 138m). DUMMY Gambar 138j. Chevron-V Gambar 137j. Branced-Frame Ganda Chevron-V Braced-frame Ganda Tanpa Bidang Lantai Tanpa Bidang Lantai Diafragma Reforma Diafragma Reforma Gambar 138k. Chevron-V Gambar 137k. Chevron-V Braced-frame Branced-Frame Bekerja Bekerja Meruang Reforma Meruang Reforma Gambar 138l. Prinsip Gambar 137l. Prinsip Struktur Lantai Reforma Struktur Lantai Reforma Gambar 138m. Potongan Struktur Klaster Reforma t=no, diunduh Februari 2022 BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 243
Kesimpulan: Struktur bangunan Torre Reforma yang menerapkan teknologi gempa konvensional ternyata sangat berperan dalam membentuk arsitektur bangunan tersebut. Struktur bangunannya telah dipecahkan untuk memenuhi kebutuhan ruang yang fleksibel, mampu melindungi pengguna bangunan terhadap gempa bumi besar, serta menampilkan arsitektur yang tidak meninggalkan nilai historis, menyatu dengan lingkungannya, sederhana dan unik. 4. 8-Chifley Tower 8-Chifley merupakan Menara komersial 34 lantai setinggi 150m terletak di ujung jalan, dan 3 sisi bangunan ini menghadap ke jalan. Luas lahannya sekitar 1.300m2 cukup terbatas untuk sebuah menara komersial, sehingga arsiteknya berusaha memaksimalkan ruang yang dapat disewakan dan tetap dapat terintegrasi dengan lingkungannya. Posisi bangunan ini berdampingan dengan bangunan Deutsche Bank yang sangat tinggi di sebelah timurnya dan di sebelah selatan yaitu bagian yang tidak menghadap ke jalan terdapat menara Martin Place. Setting lingkungan tersebut memunculkan denah berbentuk kotak 4 persegi panjang dan di sebelah selatan yang tertutup Menara Martin Place dimanfaatkan sebagai core utilitas. Usaha untuk memaksimalkan luas lantai yang disewakan dalam luasan lahan yang terbatas, tidak memungkinkan untuk menempatkan menara menjauh dari jalan (setback) dan membuat podium yang menonjol ke depan untuk memberikan skala manusia bagi pedestrian, maka lantai dasar di bawah lantai tipikal kecuali core dikosongkan setinggi 5 lantai sehingga tercipta ruang publik yang besar dengan skala manusia yang berkesan mengundang dan secara visual saling terhubung dengan square di depannya walaupun terpisah oleh jalan. Ekspresi ruang publik diulang di bagian tengah dan di puncak menara sehingga memberi kesan lebih ramah pada publik (Gambar 139a, 139b, 139c). DUMMY Luas denah yang dapat disewakan adalah 1.000 m2 per lantai, termasuk luasan yang rendah dibandingkan dengan rentang 1.500 - 2.000m2 yang menjadi tuntutan pasar. Untuk menanggapi hal tersebut Teknologi Gempa dalam Arsitektur 244
DUMMY Gambar 139a. Konsep Ruang 8-Chifley Tower chifley/, diunduh Maret 2022 Gambar 139b. Sketsa Ide Bentuk 8-Chifley Tower Chifley, diunduh Maret 2022 Gambar 139c. Bentuk Eksterior 8-Chifley Tower projects/office/8-chifley/, diunduh Maret 2022 BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 245
oleh arsiteknya dirancang klaster (vertical village) vertikal 3 dan 4 lantai yang saling terhubung dengan tangga terbuka, juga terhubung secara visual sehingga diperoleh luas lantai 1 buah klaster 2.250 - 3.000 m2. Tiap klaster terdiri dari 1 buah lantai penuh dan 2 atau 3 buah lantai berbentuk U yang membentuk void antar lantai-lantai klaster tersebut (Gambar 139d, 139e). Sistem struktur terdiri dari 4 buah kolom mega beton in-situ dengan bentang 18m dari sumbu A ke sumbu B, dan 37,5m dari sumbu 1 ke sumbu 2 (Gambar 139e) yang menerus dari puncak bangunan sampai ke fondasi. Seluruh beban gravitasi dari lantai-lantai bangunan dipikul oleh kolom-kolom mega tersebut. Pada masing-masing sumbu 1 dan 2 di antara kolom-kolom mega terdapat 2 buah kolom interior yang berdiri mulai dari lantai 6 sampai dengan lantai 18, dan dari lantai 21 sampai ke puncak bangunan. Kolom-kolom interior berfungsi untuk memperpendek bentang balok induk tiap lantai yang terbentang sekitar 36m dari bidang muka kolom-kolom mega. Kolom-kolom interior tersebut didukung oleh struktur transfer dari baja komposit yang terdiri dari balok dan kolom miring yang berpangkal pada kolom-kolom mega, sehingga membentuk struktur EBF (eccentrically braced-frame). Struktur transfer tersebut berada di lantai dasar setinggi 5 lantai dan di lantai 18 setinggi 3 lantai (Gambar 139b, 139c, 139g). DUMMY Denah lantai didesain bebas kolom di dalam interiornya untuk mendapatkan ruang yang fleksibel. Struktur lantai terdiri dari 2 buah balok induk yang berada di sumbu 1 dan 2 sepanjang 3 × 12m (=36m) dan balok anak dengan bentang 18m serta kantilever sepanjang 4,75m yang ditumpu oleh balok-balok induk tersebut. Jarak antar balok-balok anak tersebut adalah 6m (lihat Gambar 139d). Balok induk, balok anak dan balok kantilever tersebut menggunakan beton prategang post-tension. Pelat lantai menggunakan pelat komposit beton in-situ setebal 15cm yang dicor di atas steel deck. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 246
Gambar 139d. Klaster dan Ruang Publik di Lantai 18 8-Chifley Tower diunduh Maret 2022 Gambar 139e. Denah Lantai U 8-Chifley Tower diunduh Maret 2022 DUMMY Penempatan core di sisi selatan menyebabkan konfigurasi bangunan asimetri sehingga cenderung mengakibatkan torsi apabila menerima gaya lateral gempa bumi/angin (Gambar 139f). Elemen- elemen struktur untuk mengantisipasi perilaku torsi tersebut adalah: Mega-frame pada sumbu 1 dan 2 yang terbentuk dari kolom-kolom mega dan struktur transfer yang berbentuk EBF, di mana struktur transfer tersebut bekerja sebagai mega girder (Gambar 139g). Mega-brace berbentuk X setinggi 6 lantai menghubungkan kolom- kolom mega pada sumbu A dan B (Gambar 139h). Core beton bertulang. Terhadap gaya lateral (gempa/angin), mega-frame, mega-brace dan core bersama dengan lantai diafragma bersinergi menahan torsi dan momen lentur. Pemusatan gaya gravitasi pada 4 buah kolom mega yang terletak di tepi denah memberikan gaya tekan yang besar pada dasar kolom/fondasi, sehingga mengeliminir gaya tarik ke atas (gaya angkat) ketika menahan momen lentur (momen guling) terhadap gaya lateral, dan memberikan stabilitas struktur yang baik. BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 247
Gambar 139f. Animasi Perilaku Torsi terhadap Gaya Lateral 8-Chifley Tower and-fire-engineering.pdf, diunduh Maret 2022 DUMMY Gambar 139g. Tampak Utara, Mega-frame 8-Chifley Tower dezeen_14_1000.gif, diunduh Maret 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 248 Gambar 139h. Tampak Barat, Mega-brace 8-Chifley Tower building/8-chifley/1890, diunduh Maret 2022
Kesimpulan: Ide bangunan terutama dipicu oleh keterbatasan luas site, setting lingkungannya serta fungsi bangunannya yang membutuhkan ruang fleksibel, mampu melindungi pengguna bangunan terhadap gempa bumi. Teknologi gempa konvensional dengan prinsip pemecahan konfigurasi bangunan terhadap gempa bumi sangat berperan dalam membentuk struktur dan arsitektur bangunan 8-Chifley. 5. Tower Jakarta (Dahulu: Wisma Dharmala Sakti) Intiland tower didesain oleh Paul Rudolph (1982), tinggi tower adalah 27 lantai atau 112,20m, tinggi podium adalah 7 lantai atau 31m. Desain diinspirasi oleh arsitektur tropis, sehingga ditampilkan sosoran yang lebar di setiap lantai untuk memberi pembayangan yang cukup pada ruang-ruang dalam. DUMMY Desain menampilkan tata letak struktur yang menghasilkan konfigurasi tidak beratuan. Denah tipikal secara garis besar berbentuk bujursangkar dengan 3 buah tipe bentuk denah yang disusun dalam 3 lantai membentuk satu unit kelompok, kemudian diulang ke semua lantai tipikal. Core lift terletak di salah satu pojok denah, sedangkan agak di tengah denah terdapat sepasang core tangga darurat. Denah tipikal ini simetri terhadap garis sumbu y, sedangkan terhadap sumbu x denahnya asimetri. Kekakuan terbesar terhadap sumbu x berada di sisi core lift. Denah podium berbentuk kompleks, lantai podium tersebut tidak berada seluruhnya di bawah tower, menyisakan ruang yang membentuk atrium besar dan tinggi (31 m), serta ada sisi podium yang keluar dari denah tower (Gambar 140c s.d. 140i ). Problem konfigurasi yang timbul dari desain ini adalah: torsi karena posisi core asimetri terhadap sumbu x, soft-storey karena ada kolom- kolom di atrium yang langsing dibandingkan dengan kolom-kolom tipikal, dan setback karena ada podium yang menonjol keluar dari tower. Sistem struktur bangunannya menggunakan frame-shear core yang terdiri dari kolom ganda dan balok prategang. Digunakan balok prategang untuk menanggulangi bentang yang cukup besar + 16 m, BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 249
dan kolom ganda untuk mendapatkan kapasitas dukung dan kekakuan lateral yang cukup namun kelihatan langsing. Arah penempatan kolom ganda mengikuti arah portal utama, yaitu kolom ganda eksterior mengikuti arah perimeter, dan kolom ganda interior mengikuti arah sumbu x, masing-masing untuk mendukung gaya geser karena torsi. Diameter kolom ganda rata-rata 120 cm, kecuali kolom interior di lantai podium yang panjangnya 31 m digunakan diameter 130 cm. Karena langsingnya kolom-kolom ganda tersebut, maka digunakan kolom komposit beton dengan 4 buah baja profil I (steel reinforced concrete). Kolom-kolom ganda dirangkai dengan bracing berbentuk "butterfly" sehingga dapat bekerja sama dengan baik. DUMMY Setback setback Soft storey Gambar 140b. Intiland Tower 8497fdc487ef39883.jpg, diunduh Januari 2022 Gambar 140a. Intiland Tower setelah-intiland-tower-regatta/, diunduh Juli 2022 Penempatan 3 buah core diusahakan untuk mengurangi efek torsi, dan memberi kekakuan terhadap soft storey di lantai podium. Ketiga buah unit core tersebut mempunyai dimensi yang berbeda-beda, yaitu core lift di sudut B, sepasang core tangga darurat yang ditempatkan di dekat titik pusat denah lantai tipikal, 1 buah core tangga khusus Teknologi Gempa dalam Arsitektur 250
podium di dekat sudut A. Core lift dan core tangga darurat berdiri dari basement sampai dengan puncak bangunan, sedangkan core tangga khusus podium berdiri dari basement sampai dengan lantai 6. Dimensi core lift paling besar sehingga mempunyai kekakuan yang paling besar untuk kedua arah sumbu, maka penempatan sepasang core tangga darurat ditempatkan di dekat titik pusat denah tipikal dan core khusus podium di dekat sudut A untuk mengurangi torsi untuk arah sumbu x. Sepasang core tangga dan core tangga khusus podium berfungsi juga untuk memperkaku lantai podium terhadap perilaku soft storey. DUMMY Gambar 140c. Denah Lantai 1 Intiland Tower Sumber: (Bellen 1989) Gambar 140d. Denah Lantai 2 Intiland Tower Sumber: (Bellen 1989) Gambar 140e. Denah Lantai 3 Intiland Tower Sumber: (Bellen 1989) Gambar 140f. Denah Lantai 4 Intiland Tower Sumber: (Bellen 1989) BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 251 B y x
Gambar 140g. Denah Tipikal A Intiland Tower Sumber: (Bellen 1989) Gambar 140h. Denah Tipikal B Intiland Tower Sumber: (Bellen 1989) Gambar 140i. Denah Tipikal C Intiland Tower Sumber: (Bellen 1989) Untuk mendistribusikan gaya-gaya ke elemen-elemen semua core dan frame secara proporsional, maka lantai diafragma diperkaku dengan sabuk tembereng beton penahan sinar matahari di perimeter denah. Karena ada perilaku torsi, defleksi lateral di puncak bangunan di sisi A lebih besar daripada defleksi lateral di sisi B (Gambar 140c). Sedangkan untuk gaya gempa searah sumbu y, posisi core relatif simetri, dalam hal ini core bekerja dominan dan defleksi di puncak bangunan kecil. DUMMY Bangunan Intiland Tower ini memperlihatkan kerja sama yang erat antara arsitek dan perancang struktur. Perancang struktur sangat mengakomodasi ide arsitek yang menampilkan konfigurasi tidak beratuan, di mana arsitek mengharapkan di sisi yang menghadap sudut jalan, bagian podiumnya membentuk atrium besar yang terbuka, sedangkan di sisi sebaliknya lebih masif berisi core lift. Usulan perancang struktur yang berpengaruh pada tampilan bangunan dan disepakati oleh arsitek adalah perubahan kolom tunggal menjadi kolom ganda untuk mendapatkan kekakuan lateral yang dibutuhkan dan tetap memberi kesan langsing. Keutuhan arsitektur dengan struktur terekspos dengan jelas dalam bangunan ini, di mana semua elemen bangunan yang tampak, yaitu: kolom ganda, core dan tembereng penahan sinar matahari adalah elemen struktural. Terkait dengan konfigurasi bangunannya, sebuah penelitian yang mengambil bangunan ini di bagian towernya saja (podium yang menonjol dianggap tidak ada) menunjukkan bahwa dengan mengubah struktur core lift menjadi struktur rangka pemikul momen diisi dinding Teknologi Gempa dalam Arsitektur 252
pengisi, sedangkan core yang dipertahankan sebagai dinding shear core adalah sepasang core tangga darurat yang berada di dekat titik pusat denah tipikal dan 1 buah tangga khusus podium setinggi 6 lantai yang berada di dekat sudut A menghasilkan deformasi puncak bangunan yang lebih kecil daripada konfigurasi eksisting (Maer, B.W. et al., 2015). Hal ini memberi gambaran bahwa penataan konfigurasi bangunan yang tidak beraturan dapat direkayasa oleh arsitek untuk menghasilkan perilaku yang lebih optimal tanpa mengubah ekspresi arsitekturnya. Kesimpulan: Desain Intiland Tower sangat memperhatikan iklim tropis, konsep ruang kontinu dan permainan serta poporsi skala ruang sangat dominan dalam desainnya sehingga menghasilkan konfigurasi bangunan terhadap gempa tidak beraturan. Perilaku terhadap gempa yang dominan adalah torsi dan soft-storey, dan struktur bangunan dipecahkan dengan menarik untuk mengantisipasi hal tersebut. Semua elemen bangunan yang tampak seperti kolom, pelat lantai, tembereng dan core adalah elemen struktural. DUMMY Namun kolaborasi aritek dengan perancang struktur dapat mengembangkan ide dengan merekayasa konfigurasi bangunannya untuk mendapatkan perilaku struktur bangunan yang lebih optimal. C. Pengaruh Retrofit Seismik pada Arsitektur Retrofitting atau penguatan struktur merupakan pekerjaan yang perlu dilakukan apabila diketahui bahwa struktur bangunan berpotensi tidak memenuhi standar keamanan seismik yang baru (Bab VI). Penguatan tersebut dilakukan dengan menambahkan elemen-elemen struktur pada posisi yang direncanakan. Elemen-elemen struktur tersebut bisa berupa shear wall, braced frame atau rangka pemikul momen baik yang konvensional maupun yang menggunakan peredam. Penambahan tersebut sangat memengaruhi arsitektur, baik dari segi tampilan visualnya maupun terhadap kegiatan di dalam ruang, misalnya bracing yang harus dipasang di posisi selasar bisa mengganggu sirkulasi sehingga harus dipilih bentuk bracing yang dapat mengakomodasi kebutuhan BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 253
visual dan sirkulasi tersebut. Oleh karena itu, pemilihan bentuk elemen struktur tambahan dan penempatannya perlu diputuskan bersama oleh perancang struktur dan arsitek agar menghasilkan performa struktur dan arsitektur yang optimal. 1. Bangunan Industri di South of Market Area (SOMA), San Francisco Sebuah bangunan industri di South of Market Area (SOMA) San Francisco yang dibangun pada tahun 1924 dan renovasinya didesain oleh Costa Brown Architecture, akan diubah oleh pemiliknya menjadi sebuah kantor yang lebih terkesan terbuka dan terang, dan 2 lantai mezanin pada bangunan ini diperluas. Struktur bangunan ini tidak memenuhi standar keamanan seismik sehingga dilakukan retrofitting. Untuk retrofitting tersebut digunakan steel bolted eccentrically braced frames, sehingga tidak ada pekerjaan pengelasan. Braced frame tersebut dengan detail-detail bautnya diekspos untuk mendapatkan ekspresi industri. Braced frame, diafragma lantai, atap dan interkoneksi antara dinding eksterior beton bertulang, lantai dan atap rangka kayu diperkuat. DUMMY Gambar 141. Retrofitting Sebuah Kantor 4 Lantai di San Francisco dengan Eccentrically Braced-Frame diunduh Januari 2022 2. Fabric Laboratory (Fa-bo) Fa-bo adalah bekas kantor pusat Komatsu Seiren 3 lantai, merupakan bangunan dengan struktur rangka beton bertulang yang berada di Teknologi Gempa dalam Arsitektur 254
BANGUNAN KANTOR DAN EKSHIBISI Kota Nomi, Prefektur Ishikawa Jepang. Komatsu Seiren merupakan produsen kain terkemuka di Jepang, menginginkan bengunan tersebut direnovasi menjadi sebuah kantor, ruang ekshibisi, pusat informasi dan fasilitas penelitian untuk pabrik kain, dengan intensi mengubah interior dan eksterior struktur menjadi "ruang untuk menampilkan teknologi (tekstil) Komatsu Seiren." Bangunan ini berada di sebuah kompleks yang terdiri dari beberapa massa, dan menempel pada salah satu massa tersebut (Gambar 142a). Untuk ketahanan terhadap gempa bumi, bangunan ini membutuhkan retrofitting, sayang tidak ditemukan cukup informasi tentang retrofitting sistem struktur secara keseluruhan bangunan yang sebenarnya diperlukan untuk kajian lebih dalam. Bahasan yang didapat dari beberapa referensi adalah retrofitting untuk bangunan kantor utamanya saja yang menempel pada bangunan lain, namun tidak jelas bangunan lain tersebut diretrofit seperti apa. DUMMY BANGUNAN KANTOR DAN EKSHIBISI Gambar 142a. Site Plan diunduh Juli 2022 BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 255
Kengo Kuma bertindak sebagai arsitek bangunani ini menanggapi intensi owner dengan desain retrofitting yang unik. Bangunan berbentuk kotak 3 lantai tidak diubah bentuknya, sedangkan untuk retrofitting terhadap gempa bumi, Kuma memilih kabel serat karbon termoplastik komposit (composite thermoplastic carbon fibres) yang mempunyai kekuatan tarik sangat besar dibanding dengan beratnya1 sebagai material penguat terhadap gempa bumi. Kabel serat karbon tersebut disusun berderet membentuk tirai tembus pandang yang melingkupi seluruh bangunan sehingga sangat kuat mengekspresikan intensi owner (Gambar 142b, 142c). Ide retrofitting bangunan ini menunjukkan kreativitas arsiteknya, di mana dia dapat memanfaatkan retrofitting terhadap gempa bumi untuk menampilkan ekspresi bangunan yang diharapkan oleh ownernya. Selain itu, penggunaan serat karbon komposit ini sangat efisien secara struktural (berat material minimal, kapasitas dukung maksimal) dan diklaim penggunaannya untuk retrofitting adalah yang pertama di dunia. DUMMY Gambar 142b. Bangunan Fa-bo Sesudah Retrofit diunduh Januari 2022 1Serat karbon mempunyai kekutan tarik 5 kali lebih besar dan kekakuan 2 kali lebih besar daripada baja bila ditinjau dari ratio kekuatan dibanding beratnya. Berat serat karbon dibanding baja adalah adalah sekitar 1:5 (Fabio Ardito, Teknologi Gempa dalam Arsitektur 256
DUMMY Gambar 142c. Carbon Fiber Cable diunduh Januari 2022 Kabel serat karbon tersebut dipasang membentuk sudut terhadap garis horisontal menghubungkan puncak bangunan dengan tanah dan dijangkar ke dalam tanah serta disusun melingkupi 3 bidang bangunan, yaitu sisi bangunan yang tidak menempel pada bangunan lain (Gambar 142f). Kabel serat karbon tersebut dimanfaatkan sebagai bracing tarik memanfaatkan kekuatan tariknya yang besar. Oleh karena itu, bekerjanya kabel-kabel tersebut sangat dipengaruhi oleh arah gaya lateral, bila gaya lateral bekerja dari arah kiri, maka kabel serat karbon yang bekerja adalah yang berada di sebelah kiri, sedangkan yang di sebelah kanan tidak bekerja karena mengalami tekan (Gambar 142d dan 142e). Menurut Wright (2016), penguatan yang pada bangunan ini tidak hanya memanfaatkan tirai serat karbon saja, tetapi juga lebih dari 20 buah bracing di dalam bangunan dan di fasad bangunan yang terbuat dari batang serat karbon di lantai 2 dan lantai 3, selain itu dari gambar nampak di lantai 1 dan sebagian lantai 2 dan 3 sudah ada shear wall eksisting (Gambar 142g). Tirai serat karbon memberikan penguatan sebesar 3%, sedangkan bracing di dalam bangunan memberikan penguatan sebesar 10%. BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 257
Gambar 142d. Potongan dan Kinerja Kabel Fa-bo Gambar 142e. Potongan Detail Pemasangan Kabel Fa-bo DUMMY Gambar 142f. Denah Fa-bo Lantai 1 Gambar 142g. Denah Fa-bo Lantai 2 Gambar 142h. Denah Fa-bo Lantai 3 Gambar 142i. Denah Atap Fa-bo dan Tirai Serat Karbon Sumber Gambar 142d s.d 142j: diunduh April 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 258 Gambar 142j. Skema Kinerja dan Penataan Bracing dan Tirai Serat Karbon Fa-bo
3. Contoh Lain Pengaruh Retrofitting pada Tampilan Arsitektur DUMMY Gambar 143. Tioga Building R. Gary Black, Abolhassan Astaneh-Asl, 2013 diunduh Juni 2022Bw2w, diunduh Juni 2022 Gambar 144. Katsushika Ward Office Sesudah Retroffit diunduh Juli 2022 BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 259
Gambar 145. Tampilan Eksterior Bangunan Sekolah di Vibo Valentia Italia Setelah Retrofit diunduh Juli 2022 DUMMY Tidak semua retrofit seismik yang diekspos menghasilkan ekspresi arsitektural yang menarik. Dari contoh-contoh di atas, retrofit seismik yang menarik adalah Tiago Building, di mana bracing didesain dengan kreatif sehingga menghasilkan tampilan yang unik, dan secara teknis telah dipertimbangkan yang paling optimal (dibahas dalam retofit seismik hlm. 209); serta Fa-bo yang memanfaatkan retrofitting untuk mengubah ekspresi arsitektur yang dapat mengakomodasi intensi owner. D. Tampilan Arsitektur dan Detail Elemen Struktural Detail konstruksi dan elemen konstruksi bangunan bersifat teknis, namun dapat ditampilkan secara estetis. Hal tersebut dapat dilihat pada beberapa contoh berikut. Detail konstruksi tumpuan external bracing pada gedung parkir Berkeley (Gambar 146) ditampilkan dengan tumpuan sendi yang menampilkan karakter sendi sebenarnya. Eksternal bracing pada Gedung parkir Barkeley diekspos dengan warna yang mencolok dan menampilkan detail konstruksi yang mengekspos arah gaya pada tumpuannya. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 260
Bentuk bracing yang unik pada CEC Tower dan detail konstruksi ujung bracing tersebut diberi rib-rib pengaku untuk menahan gaya-gaya yang bekerja seperti diuraikan sebelumnya memberikan tampilan arsitektur yang unik (Gambar 147). Detail konstruksi kepala kolom beton bertulang Gedung-P U.K. Petra dibuat berbentuk cincin. Detail tersebut merupakan detail "sendi plastis" yang didesain untuk memastikan sendi plastis tidak terjadi di kolom (Gambar 148). Elemen bracing pada bangunan Washington County 's Law Enforcement Center (Gambar 149) merupakan elemen tambahan ketika perlu dilakukan retrofit pada bangunan tersebut. Bentuk bracing didesain dengan bentuk yang cukup unik dengan harapan tampak menyatu dengan keseluruhan bangunan. Pertemuan batang diagonal dengan pelat buhul dibentuk melengkung sehingga tampak lebih lembut. DUMMY Detail pertemuan kolom-balok yang mengekspos detail penulangan sendi plastis dengan stub yang ditonjolkan (Gambar 150, lihat Gambar 63b Bab 4). Base-isolation bisa diekspos, diletakkan di kolom dan dapat didetail dengan menarik (Gambar 151). Gambar 146. External Bracing pada Gedung Parkir Berkeley diunduh Juni 2011 BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 261
DUMMY Gambar 147. Detail Bracing CEC Tower Taipei Headquarters, diunduh Juli 2022 Gambar 148. Kepala Kolom Gedung P U.K.Petra, Surabaya Sumber: (Dokumen pribadi) Teknologi Gempa dalam Arsitektur 262
Gambar 149. Washington County's Law Enforcement Center law-enforcement-center/, diunduh Januari 2022 DUMMY Gambar 150. Detail Pertemuan Kolom-Balok Sumber: (Charleson, 2008) Gambar 151. Detail Base-Isolation BAB 7 • Teknologi Gempa dalam Arsitektur 263
DUMMY
DAFTAR PUSTAKA DUMMY Arnold, Christopher. 1982. Building Configuration and Seismic Design. New York: Wiley & Sons Incorporated. Arnold, Christopher. 2006. Earthquake effects on buildings. Dalam designing for earthquakes a manual for architects, FEMA 454/December 2006 (ch. 4, ch. 5). complete.pdf, diunduh Desember 2020. Alehashem, Seyed Masoud Sajjadi; Keyhani, Ali; dan Pourmohammad, Hassan (2008). Behavior and Performance of Structures Equipped With ADAS & TADAS Dampers (a Comparison with Conventional Structures). The 14 th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing, China article/14_S25-003.PDF, diunduh Juni 2022. Badan Standardisasi Nasional - BSN. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung. SSNI 03 - 1726 - 2002. Black, R. Gary and Astaneh-Asl, Abolhassan. 2014. Design of Seismically Resistant Tree-Branching Steel Frames Using Theory and Design Guides for Eccentrically Braced Frames. YrnEdHZBw2w, diunduh April 2022. Belen, Garcia. 2001. Earthquake Architecture. New York: Watson-Guptill Publications. 265
Bertero Vitelmo V., Bozorgnia, Yousef, 2004. The Early Years of Earthquake Engineering and Its Modern Goal. Dalam Borzognia, Yousef & Bertero, Vitelmo V. (Eds). Earthquake Engineering from Engineering Seismology to Performance-Based Engineering (ch 1-1 s.d. 1-5). New York Washington, D.C: CRC Press. Bruneau, Michel, 2005. Seismic Retrofit of Steel Structure. 1st Canadian Conference on Effective Design of Structures McMaster University Hamilton, Ontario, Canada July 10 - 13, 2005. &type=pdf, diunduh Juli 2022. Chang, King-Le; Jin, Limin; Zekioglu, Atila. 1999. "Resisting seismic forces: the CEC building, Taiwan". THE ARUP JOURNAL Vol 34 No3/1999, hal. 18-20. DUMMY Cuadra, Carlos; Karkee, Madan B.; Ogawa, Junji; Rojas, Julio. An evaluation of earthquake risk to inca's historical constructions. 13th World Conference on Earthquake Engineering Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004 Paper No. 150 diunduh Juli 2019. Depatemen Pekerjaan Umum, Ditjen Ciptakarya, Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan. Buku Pedoman Perencanaan untuk Struktur Beton Bertulang Biasa dan Struktur Tembok Bertulang untuk Gedung. Bandung: DPMB, 1981. FEMA 350/June, 2000. Recommended seismic design citeria for new steel moment-frame. diunduh April 2021. Fussell; A.J.; Cowie, K.A.; Clifton, G.C.; Mago, N. 2014. Development and research of eccentrically braced frames with replaceable active links. 2014 NZSEE Conference. Hamburger, Ronald O.; Krawinkler, Helmut, Malley, James O., Adan Scott M. 2009. Seismic Design of Steel Special Moment Frames: A Guide for Practicing Engineers, NEHRP Seismic Design Technical Brief No. 2., NIST GCR 09-917-3. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 266
Haris, Sunansyah; Yulita, Eryani Nurma. 2018. "Prinsip Struktur Rumah Srotong Suku Samin sebagai Dasar Perancangan Rumah Tinggal Tahan Gempa". Jurnal Mahasiswa Jurusan Arsitektur, vol. 06 no. 02. Hongxing, Xu Minggang Qiu. 2008. Analysis of seismic characteristics of Chinese ancient timber structure. The 14th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing, China. diunduh Juli/2019. Ichsan, Mohammad. 2018. "Bracing sebagai Teknologi Kontrol Seismik pada Rumah Tradisional Sumatra". Jurnal CESD, Vol. 01 no. 02 Desember 2018. DUMMY Johnson, Andrew. 2015. 8-chifley-sustainable structural and fire engineering diunduh Maret 2022. Karlovic, Alen. 2017. Shinbashira - pagoda's exceptional earthquake resistance. diunduh Juli 2019. Kelly, James M. 2004. "Seismic Isolation". Dalam Borzognia, Yousef & Bertero, Vitelmo V. (Eds). Earthquake Engineering from Engineering Seismology to Performance-based Engineering (ch 11-1 s.d. 11-6), New York Washington, D.C: CRC Press. Lehmann, Izquierdo, 1997. Manatiales Building. arquitectos, diunduh Mei 2022. Maer, Bisatya Widadya, Lumantarna, Benyamin; Laurence, Joyce Marcella. 2010. Penataan Elemen Struktur untuk Menyederhanakan Perilaku Bangunan dengan Studi Kasus Intiland Tower Jakarta. Program studi S2 Universitas Kristen Petra. Maer, Bisatya Widadya & Pudjisuryadi, Pamuda. 2015. "SANTEN-fuse as an earthquake damper for pendopo joglo". Dimensi, 42 (1). pp. 1-8. Daftar Pustaka 267
Melkumyan, Mikayel, Mihul Valentin, Gevorgyan Emm. 2011. Retrofitting by base isolation of existing buildings in armenia and in romania and comparative analysis of innovative vs. Conventional retrofitting. COMPDYN 2011 III ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering M. Papadrakakis, M. Fragiadakis, V. Plevris (eds.) Corfu, Greece, 26-28 May 2011. publication/324138538, diunduh Mei 2022. Minggang, Xu & Hongxing, Qiu. 2008. Analysis of seismic characteristics of chinese ancient timber structure. The 14 th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17, 2008, Beijing, China. diunduh Juni 2022. DUMMY Naeimi, S.; Shahmari, A.; H. Kalehsar, Eimani. Study of the Behavior of Zipper Braced Frames.15 WCEE, Lisboa 2012. Oliveto, Giuseppe and Marletta, Massimo. 2005. "Seismic Retrofitting Strategies of Reinforced Concrete Buildings". ISET Journal of Earthquake Technology, Paper No. 454, Vol. 42, No. 2-3, June- September 2005, pp. 21-46. Iset454.pdf, diunduh Juni 2022. Skinner, R,; Robinson W.H.; Mc Verry,G.H. 1993. An Introduction to Seismic Isolation. John Willey & Sons, England. SNI-1726-2001. Standar perencanaan tahan gempa untuk gedung 2022. Departemen permukiman dan prasarana wilayah, PUSKIM, Bandung GEDUNG.pdf, diunduh Juli 2022. SNI-1726-2012. Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung 2012.pdf, diunduh Juli 2022. Teknologi Gempa dalam Arsitektur 268
Wright, Bruce N., 2016. Textile fibers reinforced a building. diunduh April 2022Tambahkan di sisni --> Uang, Chia-Ming; Nakashima, Masayoshi. 2004. Steel buckling restrained braced frame. Dalam Borzognia, Yousef & Bertero, Vitelmo V. (Eds). Earthquake Engineering from Engineering Seismology to Performance-based Engineering (ch 16-1 s.d. 16-4). New York Washington, D.C: CRC Press. Wada, Akira; Huang Yihua, and Bertero Vitelmo V. 2004. Innovative Strategies in Earthquake Engineering. Dalam Borzognia, Yousef & Bertero, Vitelmo V. (Eds). Earthquake Engineering from Engineering Seismology to Performance-based Engineering. New York Washington, D.C: CRC Press. Wilckok, Tom: Easton, Marc: Algaard, William; Tavolaro, Tabitha. Grade of office space in mexico city: thight site and shaky ground. DUMMY Wenk, Thomas, 2008. Seismic retrofitting of structures strategies and collection of examples in Switzerland. pdf, diunduh Juni 2022. Xitao, Nan. 2017. Seismic mechanism analysis of chinese ancient buildings. Advanced Materials Research, Online: 2011-05-17. Xia, Chuan dan Hanson, Robert D. 1992 Influence o f ADAS element parameters on building seismic response diunduh Juni 2022. Yu, Qi-Song and Uang, Chia-Ming. 2000. Cyclic performance and retrofit design of pre-northridge steel moment connection with welded haunch. 12 World Conference on Earthquake Engineering (WCEE) 2000. diunduh Mei 2022. Daftar Pustaka 269
DUMMY
DUMMY LAMPIRAN
271
1. Skala Magnitudo Richter DUMMY Lampiran 1. Skala Magnitudo Richter diunduh November 2022 Teknologi Gempa dalam Arsitektur 272
2. Skala Intensitas Modified Mercalli DUMMY Lampiran 2. Skala Intensitas Modified Mercalli diunduh November 2022 Lampiran 273
DUMMY
BIODATA PENULIS DUMMY Bisatya W. Maer lahir di Surabaya pada tahun 1949. Pada tahun 1976 menerima gelar Insinyur dari Fakultas Teknik Arsitektur Institut Teknologi 10 November Surabaya, pada tahun 2010 menerima gelar Magister Teknik dari Program Pascasarjana Universitas Kristen Petra, Surabaya. Karier sebagai dosen di Jurusan Teknik Arsitektur Universitas Kristen Petra Surabaya dimulai sejak tahun 1980 hingga sekarang sebagai dosen, pernah mengampu mata kuliah Merancang di semester 2 dan semester 7, Struktur Bangunan bertingkat tinggi, Struktur Bangunan bentang lebar, dan belakangan mengampu Struktur Bangunan bertingkat rendah, Struktur Bangunan bertingkat menengah, Bentuk-Struktur-Material dan mata kuliah pilihan Teknologi Gempa dalam Arsitektur. Posisi akademik saat ini adalah Lektor pada Program Studi Arsitektur Universitas Kristen Petra, Surabaya, Indonesia. Memublikasikan beberapa tulisan di Jurnal Nasional. Di bidang Administrasi Universitas pernah menjabat sebagai Ketua Jurusan Arsitektur dan Kepala Bidang Struktur Bangunan. Di bidang profesional pernah mendesain dan melaksanakan pembangunan beberapa bangunan seperti kantor, sekolah, rumah tinggal, resor, kolam renang, serta renovasi bangunan gereja. 275
DUMMY