Pendahuluan

1. PERENCANAAN STRUKTUR BANGUNAN TINGGI Pendahuluan Pembangunan gedung bertingkat sudah dilaksanakan sejak zaman dahulu kala, tetapi yang dikategorikan sebagai “moderen tall building” dimulai sejak 1880s. The “first modern tall building” mungkin adalah gedung Home Insurance Building yang berupa konstruksi baja di Chicago pada tahu 1883 yang kemudian diikuti oleh gedung-gedung pencakar langit lainnya. Gedung-gedung tinggi pada awalnya didominasi oleh struktur baja karena perkembangan industri baja yang cukup pesat, sedangkan perkembangan struktur beton relatif lambat dan baru berkembang pesat pada 1950s. Evolusi dari gedung-gedung pencakar langit secara umum dapat dilihat pada gambar berikut :

2. Gambar Evolusi dari gedung-gedung pencakar langit pada periode sebelum 1950.

3. Perencanaan struktur suatu gedung bertingkat secara rinci membutuhkan suatu rangkaian proses analisis dan perhitungan yang panjang serta rumit, yang didasarkan pada asumsi dan pertimbangan teknis tertentu. Dengan kecanggihan perangkat lunak yang ada pada saat ini memungkinkan para teknisi untuk merencanakan segala sesuatunya dari berbagai sudut pandang dengan sangat rinci dengan tingkat ketelitian yang tinggi. Perlu disadari bahwa reliabilitas hasil suatu perhitungan sangat tergantung pada mutu masukannya (“Garbage In, Garbage Out”). Seringkali para perencana mengikuti secara penuh seluruh hasil keluaran suatu komputer tanpa mengkaji ulang apakah hasil keluaran tersebut mengandung berbagai kejanggalan. Kadangkala kejanggalan tersebut tidak mudah ditemukan karena para perencana belum atau kurang memiliki kepekaan terhadap perilaku struktur yang direncanakan.

4. Proses perencanaan diawali dengan diskusi dan kolaborasi antar disiplin, kemudian perencana struktur akan membuat kriteria perencanaan (design criteria) struktur yang dianggap paling ekonomis serta dapat memenuhi semua persyaratan disiplin lain. Kriteria perencanaan tersebut antara lain meliputi design philosophy, jenis dan besaran pembebanan, kekuatan dan stabilitas, kekakuan dan pembatasan deformasi, layak pakai, rangkak, susut, pengaruh temperatur dan ketahanan terhadap api serta pembatasan penurunan dan perbedaan penurunan termasuk soil-structure interaction.

5. Syarat – syarat Umum Perancangan Struktur Gedung meliputi: • Syarat Stabilitas • Statik • Dinamik • Syarat Kekuatan • Statik • Dinamik • Syarat Daktilitas • Elastik (Fully Elastic) • Daktilitas terbatas (limited ductility) • Daktilitas penuh (full ductility) • Syarat layak pakai dalam keadaan layan (serviceability) • Lendutan pelat dan balok • Simpangan bangunan (lateral drift) • Simpangan antar tingkat (Interstory drift) • Percepatan (acceleration), khususnya perencangan struktur terhadap pengaruh angin. • Retakan (cracking) • Vibrasi/getaran (vibration)

6. 5. Syarat Durabilitas (durability) • Kuat tekan minimum beton • Tebal selimut beton • Jenis dan kandungan semen • Tinjauan korosi • Mutu baja • 6. Syarat ketahanan terhadap kebakaran • Dimensi minimum dari elemen/komponen strukur • Tebal selimut beton • Tebal lapisan pelindung terhadap ketahanan kebakaran • Jangka waktu ketahanan terhadap api/kebakaran (struktur atas dan basemen) • 7. Syarat intergritas • Pencegahan terhadap keruntuhan progresif (biasanya diberi penambahan tulangan pemegang antar komponen beton precast). • 8. Syarat yang berhubungan dengan pelaksanaan konstruksi • Penyesuaian dengan metoda konstruksi yang umum dilakukan pada daerah setempat. • Bahan bangunan serta mutu bahan yang tersedia • Kondisi cuaca selama pelaksanaan • Kesediaan berbagai sumber daya setempat. • 9. Peraturan dan standar yang berlaku.

7. 2. STANDAR PERENCANAAN Secara umum, standar yang dipakai adalah konsep LRFD (Load Resistance Factor Design) , yaitu konsep ketahanan struktur terhadap beban terfaktor dengan tinjauan adanya faktor reduksi kekuatan masing-masing komponen struktur yang diproposikan. Pengertian umumnya adalah, suatu struktur dinyatakan kuat bila dalam setiap perencanaan kekuatan dipenuhi : Dimana : = faktor reduksi kekuatan = kuat nominal = kuat perlu = kuat rancang yang tersedia

8. Beban Pada Struktur • Beban Grafitasi a. Beban mati, semua bagian dari struktur yang bersifat tetap. b. Beban hidup, semua beban yang terjadi akibat penghunian atau pengguna suatu gedung. 2. Beban Lateral a. Beban angin, semua beban pada struktur yang disebabkan oleh selisih tekanan udara. b. Beban gempa , semua beban yang terjadi akibat pergerakan tanah akibat adanya gempa.

9. 3. Beban khusus • Beban khusus ialah semua beban yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang terjadi akibat tekanan air, selisih suhu, pengangkatan dan pemasangan, penurunan fondasi, susut, gaya-gaya tambahan yang berasal dari beban hidup seperti gaya rem yang berasal dari keran, gaya sentrifugaldan gaya dinamik yang berasal dari mesin-mesin, serta pengaruh-pengaruh khusus lainnya. Aksi akibat beban khusus harus diperhitungkan dan ditambahkan pada perhitungan perencanaan sebelumnya yang merupakan suatu rangkaian kombinasi pembebanan

10. Perencanaan Struktur-Umum Sistem Struktur. Sistem struktur dari suatu bangunan, merupakan kumpulan dan kombinasi berbagai elemen struktur yang dihubungkan dan disusun secara teratur, baik secara discrete maupun menerus yang membentuk suatu totalitas kesatuan struktur. TujuanPerncanaanStruktur Sistem struktur pada bangunan tinggi dirancang dan dipersiapkan agar mampu: Memikul beban vertical baik statik maupun dinamik Memikul beban horizontal, baik akibat angin maupun gempa Menahan berbagai tegangan yang diakibatkan oleh pengaruh temperature dan shinkage. Menahan external dan internal blast dan beban kejut (impact loads). Mengantisipasi pengaruh vibrations dan fatigue

11. Pemilihan Sistem Struktur Pemilihan sistem struktur bergantung pada beberapa parameter berikut: Economical consideration, yang meliputi construction cost, nilaikapitalisasi, rentable space variation dan cost of time variation. Construction speed yang dipengaruhiolehprofilbangunan, experience, methods dan expertise, material struktur, tpikonstruksi (cast-in-situ, precast ataukombinasi) serta local contruction industry. Overall geometry, meliputipanjang, lebardantinggibangunan. Vertical profile-building shape.

13. 5. Pembatasanketinggian (height restriction) 6. Kelangsingan (slenderness), yaitu ratio antaratinggiterhadaplebarbangunan. 7. Plan configuration, yaitudepth-widht ratio dan degree of regularity(dapatdilihatpadaperaturanseperti UBC atau NEHRP). 8. Kekuatan, kekakuandandaktilitas. Kekuatanberhubunganeratdengan material properties, kekaakuanmeliputikekakuanlentur, kekakuangeser, kekakuan torsi dandaltilitasmeliputi strain ductility, curvature ductility dan displacement ductility. 10 Jenis/tipepembebanan, yang ,eliputibebangravitasi, beban lateral berupabebanangindan seismic sertabeban-bebankhususlainnya. 11. Kondisitanahpendukungbangunan

15. Sistem Struktur Atas • Bentuk Bangunan dan sistem struktur rangka bangunan sangat berkaitan erat satu sama lainnya baik dalm arah horizontal maupun vertical. • Suatu sisem struktur disebut baik bila dicapai hal-hal berikut: • Bentuk dan denah struktur yang simetris • Skala struktur yang proporsional • Tidak adanya perubahan mendadak dari tahanan lateral • Tidak adanya perubahan mendadak dari kekakuan lateral • Pembagian struktur yang seragam dan teratur • Titik berat massa hampir sama dengan titik berat kekakuan • Tidak sulit dibangun, dan dalam batasan biaya yang memadai

16. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan sistem strktur terhadap beban lateral antara lain adalah : • Kekakuan diaphragma dan kekakuan struktur • Distribusi gaya dan konsentrasi tahanan • Tahanan pada keliling luar (perimeter) struktur bangunan • Loncatan bidang vertikal (vertikal set back) • Diskontinuitas kekuatan dan kekakuan struktur karena adanya balok transfer (transfer girder), lantai transfer (transfer floor) atau dinding struktur yang tidakmeneruskebawah, dandindingstruktur yang letaknyaberselang-selingbaikdalamarahvertikalmaupun horizontal.

17. 6. ”Soft story effect” • 7. Ketidakteraturan struktur • 8. Adanya torsi yang besar tanpa adanya tahanan yang cukup untuk menampung torsi • 9. Benturan antar bangunan • 10. Pemisahan bangunan • 11. Efek kolom pendek (Short column effect) • 12. Kemudahan pelaksanaan, terutama pada detail sambungan dan kerapatan tulangan.

18. Sistem rangka struktur • Berbagai sistem rangka dapat berupa : • Rigid-Frame • Truss/Braced-Frame • Infilled-Frame • Shear Wall Structures • Coupled Shear Wall Structures • Wall-Frame • Core Structures • Outrigger + Shear Wall + Braced Structures • Tubular Structures

19. Sistem struktur yang sederhana, beraturan dan tidak terlalu tinggi, analisis beban lateralnya masih dapat dilakukan dengan cara ”quasi statik” tetapi untuk bentuk yang tidak beraturan sudah harus dilakukan dengan 3 dimensi yang disertai dengan analisis dinamik, baik linear maupun nonlinear Berikut ini diberikan gambaran umum sebagai ”rough rule of thumb” yang menggambarkan secara global hubungan antara sistem rangka struktur dan jumlah tingkat bangunan dan gambar berikutnya khusus untuk struktur beton bertulang pada gedung kantor (office building).

22. Sistem Struktur Atas a. Sistem struktur disebut baik bila dicapai : • Bentuk dan deh struktur yang simetris. • Skala struktur yang proporsional. • Tidak ada perubahan mendadak dari tahana lateral. • Tidak adanya perubahan mendadak dari kekakuan lateral. • Pembagian struktur yang seragam dan teratur. • Titik berat masa hampir sama dengan titik berat kekakuan. • Tidak sulit dibangun dan dalam batasan biaya yang memadahi.

23. b. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan sistem struktur terhadap beban lateral, antara lain : • Kekakuan diagfragma dan kekuan struktur. • Distribusi gaya dan konsentrasi tahanan. • Tahanan pada keliling luar (perimeter) struktur bangunan. • Loncatan bidang vertikal. • Diskontinuitas kekuatan dan kekakuan struktur, akibat adanya balok transfer, lantai trasfer, dinding struktur yang tidak menerus, dinding struktur yang letaknya berselang seling.

24. 6. Soft story effect 7. Ketidak teraturan struktur. 8. Adanya torsi yang besar tanpa adanya tahan torsi. 9. Benturan antar bangunan. 10. Pemisahan bangunan. 11. Effek kolom pendek. 12. Kemudahan pelaksanaan, terutama pada detail bangunan dan kerapatan tulangan.

25. Sistem rangka struktur, dapat berupa : • Rigid-frame • Truss/braced-frame • Shear wall struktur • Cauple shear wall struktur • Wall-frame • Core struktur • Outrigger +shear wall+ Braced structure • Tubular structure

26. Sistem Struktur Lantai Diagfragma.Ditinjau dari pemikulnya, pelat dapat dibagi dalam 2 macam : • Pelat yang memikul dalam satu arah ( one-way-slab) • Pelat yang memikul dalam dua arah (two-way- slab) Besarnya beban yang didistribusikan pada masing-masing arah tergantung dari berbagai faktor : • Kekakuan dari pelat. • Perbandingan sisi panjang dan pendek dari pelat. • Kekakuan dari balok-balok tumpuannya. • Jenis kondisi perletakan.

27. Tebal minimum pelatlantaipadaumumnyaberkisarantara 1/30 – 1/35 bentangpendekuntuktumpuanbalok-balokpadakeduasisinya.Dan 1/30 – 1/35 bentangpanjanguntukstrukturpelatlantai flat-plates (pelattanpabalok- balokpenumpu).

29. Sistem Struktur bawahPenentuan sistem struktur bawah harus didasarkan pada data-data sebagai berikut : a. Gambar rebcana arsitektur termasuk jumlah lapis basement yang dibutuhkan. b. Keadaan dan situasi bangunan disekitarnya. c. Hasil penyelidikan tanah yang meliputi : • Keadaan muka air tanah. • Penelitian pumping test jika dasar basement berada di bawah mika air tanah. • Lapisan tanah pendukung pondasi bangunan. • Rekomendasi sistem pondasi beserta daya dukung dan perkiraan penurunan bangunan.

30. CIRI-CIRI UTAMAA DARI BERBAGAI SISTEM STRUKTUR 1. Momen resisting frame. • . • Momen resisting frame sering disebut juga sebagai Rigid frame atau Open frame ( portal terbuka). Pada ketinggian tertentu open frame tidak ekonomi, dan beralih pada shear-wall frame yang lebih ekonomis, walaupun wall kurang daktail dibandingkan dengan open frame. Momen resisting frame bisa berupa steel frame atau concrete frame. Momen resisting frame bisa bersifat “braced” atau “unbraced” frame. Braced frame structures dipergunakan baik pada bangunan rendah ataupun bangunan tinggi. Penggunaan braced frame bertujuan untuk meningkatkan stiffness. Shear wall termasuk dalam kategori braced frame. • Suatu portal/frame akan diperlakukan sebagai “Braced” atau “ Unbraced” adalah tergantung pada perbandingan kekakuan lateral terhadap kekakuan kolomnya.

31. Komponen tekan dalam satu tingkat dapat dianggap “Braced” bila pada tingkat tersebut dipenuhi ketentuan-ketentuan berikut: 1. dimana : Q : index stabilitas untuk suatu tingkat. ΣPu: beban vertikal total terfaktor pada tingkat yang ditinjau Vu : beban gesertotal terfaktor pada tingkat yang ditinjau Δ0 : lendutan relatif dari orde pertama antar tingkat yang ditinjau terhadap Vu. Ic : panjang kolom yang dihitung dari pusat sambungan portal/frame. 2. lendutan total pada puncak bangunan < (hs/1500), dimana hs adalah tinggi total bangunan.

32. 2. Shear Wall-frame

33. 3. Vierendeel pada bangunan tinggi

34. 4. Staggered Truss Buildings

35. 5. Truss Frame

39. 6. Shear Walls + Outriggers Sampaiketinggiantertentu Wall-Frame tidakekonomiskarena Shear-Core terlalulangsinguntukmenampung drift yang berlebihan. Outrigger + Belt Truss akanmengaktifkanpartisipasidari perimeter columns sebagai Struts and Ties, sehinggaterjadiredistribusi stresses dan eccentric loading. Dengandemikian, Outrigger yang akanmentransfer vertical shear dari core ke perimeter columns, dan horizontal shear ditahanoleh core. Perilakustrukturiniidentikdengansistemstrukturstuktur cantilever tube-in-tube, tetapitanpaadanya shear stiffness pada outer-tube. Akanmenetralisir differential columns shortening akibatbeban gravity danjugasebagianbesardari thermal movement.

40. Outrigger + Belt Truss membuat perimeter columns juga berpartisipasi dalam memikul rotasi dan momen lentur. • Rotational restraint akan mereduksi momen pada core, karena momen yang dihasilkan “berlawanan-arah” dengan momen core. • 7. Akan mereduksi overall sway dan accelarations. • 8. Outrigger system dapat berubah steel trusses atau concrete wall beams.

41. Perilaku dari Outrigger dapat dijelaskan secara diagramatis sebagai berikut:

43. 7. Tubular Structures Makin tinggi bangunan, kelangsingan core, wall dan frames sudah tidak cukup efektif dalam memikul/menahan beban/gaya lateral. Dengan demikian, seluruh struktur dapat berperilaku seperti “Huge Cantilever tube”.

45. 8. Mega Structures

46. 9. Perbedaan utama antara struktur baja dan struktur beton • Disamping berbagai perbedaan seperti berat, biaya dan contruction method masih ada perbedaan dalam dynamic respons yang terjadi. • Steel building 2/3 damping concrete buildings • Note: lower damping akan mengakibatkan higher acceleration. • Steel building beratnya 3/4 concrete buildings • Note: lower damping akan mengakibatkan higher acceleration. • Kedua faktor tersebut kurang menguntungksn untuk steel building ditinjau dari dynamic respons yang terjadi. • “Damping is the great unknown in motion studies and yet has a most significant effect on dynamic performance”.

47. Konfigurasi Bangunan dan Building Layout Perencanaan struktur bangunan yang ideal adalah jika dipenuhinya konfigurasi bangunan seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Walaupun demikian, jarang sekali dapat dijumpai bangunan yang dapat sepenuhnya mengikuti ketentuan-ketentuan tersebut. Dengan demikian maka perhitungan 3 dimensi baik secara elastis maupun inelastis sangat diperlukan. Dalam perencanaan building layout, sudah harus diakomodasikan semua kepentingan dari disiplin lain, dan perencanaan building layout harus diatur sedemikian rupa sehingga semua beban-beban dapat disalurkan secara efisien dan efektif. Disamping itu metoda konstruksi sangat berperan dalam pencapaian struktur yang diinginkan sesuai asumsi yang diletakkan dalam perencanaan strukturnya.

50. ANALISA SHEAR WALL STRUCTURE Struktur shear wall adalah struktur dimana beban horizontal seluruhnya dipikulkan pada shear wall. Struktur dinding geser wall biasanya menerus keseluruhan tinggi bangunan yang membentuk vertikal kantilever. PERILAKU SHEAR WALL STRUCTURE Struktur shear wall pada bangunan tinggi pada umumnya terdiri dari wall yang berdimensi berubah menurut ketinggian, dibagi dalam beberap region.