BAB I

PENDAHULUAN

1.1.   PERENCANAAN STRUKTUR

Perencanaan struktur dapat didefinisikan sebagai campuran antara seni dan ilmu pengetahuan yang dikombinasikan dengan intuisi seorang ahli struktur mengenai perilaku struktur dengan dasar-dasar pengetahuan dalam statika, dinamika, mekanika bahan, dan analisa struktur, untuk menghasilkan suatu struktur yang ekonomis dan aman, selama masa layannya.

Hingga tahun 1850 perencanaan struktur merupakan seni yang berdasarkan pada intuisi untuk menentukan ukuran dan susunan elemen struktur. Dengan berkembangnya pengetahuan mengenai perilaku struktur dan material, maka perencanaan struktur menjadi lebih ilmiah.

Perhitungan yang melibatkan prinsip-prinsip ilmiah harus dijadikan dasar dalam pengambilan keputusan, namun tidak diikuti secara baik dan benar. Pengalaman intuisi seorang ahli struktur digabungkan dengan hasil-hasil perhitungan ilmiah akan menjadi suatu dasar proses pengambilan keputusan yang baik.

Tujuan dari perencanaan struktur menurut Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002) adalah menghasilkan suatu struktur yang stabil, cukup kuat, mampu layan, awet, dan memenuhi tujuan-tujuan lainnya seperti ekonomis dan kemudahan pelaksanaan. Suatu struktur disebut stabil jika tidak mudah terguling, miring, atau tergeser selama umur rencana bangunan. Risiko terhadap kegagalan struktur dan hilangnya kemampuan layanan selama umur rencananya juga harus diminimalisir dalam batas-batas yang masih dapat diterima. Suatu struktur yang awet semestinya tidak memerlukan biaya perawatan yang terlalu berlebihan selama umur layannya.

Perencanaan adalah sebuah proses untuk mendapatkan suatu hasil yang optimum. Suatu struktur dikatakan optimum apabila memenuhi kriteria-kriteria berikut:

a.       Biaya minimum

b.      Berat minimum

c.       Waktu Konstruksi minimum.

d.      Tenaga kerja minimum

e.       Biaya manufaktur minimum

f.       Manfaat maksimum pada saat masa layan

Kerangka perencanaan struktur adalah pemilihan susunan dan ukuran dari elemen struktur sehingga beban yang bekerja dapat dipikul secara aman, dan perpindahan yang terjadi masih dalam batas-batas yang disyaratkan. Prosedur perencanaan struktur secara iterasi dapat dilakukan sebagai berikut:

a.       Perancangan, penetapan fungsi dari struktur

b.      Penetapan konfigurasi struktur awal (preliminary) sesuai langkah a termasuk pemilihan jenis material yang akan digunakan

c.       Penetapan beban kerja struktur

d.      Pemilihan awal bentuk dan ukuran elemen struktur berdasarkan langkah a,b,c

e.       Analisa struktur. Untuk memperoleh gaya-gaya dalam dan perpindahan elemen

f.       Evaluasi. Apakah perancangan sudah optimum sesuai yang diharapkan

g.      Perencanaan ulang langkah a hingga f

h.      Perencanaan akhir, apakah langkah a hingga g sudah memberi hasil optimum

        Salah satu tahapan penting dalam perencanaan suatu struktur bangunan adalah pemilihan jenis material yang akan digunakan. Jenis-jenis material yang selama ini dikenal dalam dunia kontruksi antara lain adalah baja, beton bertulang, serta kayu. Material baja sebagai bahan konstruksi telahdigunakan sejak lama mengingat beberapa keunggulannya antara lain adalah:

1.      Mempunyai kekuatan yang tinggi, sehingga dapat mengurangi ukuran struktur serta mengurangi pula berat sendiri dari struktur. Hal ini cukup menguntungkan bagi struktur-struktur jembatan yang panjang, gedung yang tinggi atau juga bangunan-bangunan yang berada pada kondisi tanah yang buruk

2.      Keseragaman dan keawetan yang tinggi, tidak seperti halnya material beton bertulang yang terdiri dari berbagai macam bahan penyusun, material baja jauh lebih seragam/homogeny serta mempuntai tingkat keawetan yang jauh lebih tinggi jika prosedur perawatan dilakukan secara mestinya.

3.      Sifat elastic, baja mempunyai perilaku yang cukup dekat dengan asumsi-asumsi yang digunakan untuk melakukan analisa, sebab baja dapat berperilaku elastic hingga tegangan yang cukup tinggi mengikuti hokum Hooke. Momen inersia dari suatu profil baja juga dapat dihitung dengan pasti sehingga memudahkan dalam melakukan proses analisa struktur.

4.      Daktilitas baja cukup tinggi, karena suatu batang baja yang menerimategangan tarik yang tinggi akan mengalami regangan tarik cukup besar sebelum terjadi keruntuhan

5.      Beberapa keuntungan lain pemakaian baja sebagai material konstruksi adalah kemudahan penyambungan antara elemen yang satu dengan lainnya menggunakan alat sambung las atau baut. Pembuatan baja melalui proses gilas panas mengakibatkan baja menjadi mudah dibentuk menjadi penampang-penampang yang diinginkan. Kecepatan pelaksanaan konstruksi baja juga menjadi suatu keunggulan material baja.

Selain keuntungan-keuntungan yang disebutkan tersebut, material baja juga memiliki beberapa kekurangan, terutama dari sisi pemeliharaan.

Konstruksi yang berhubungan langsung dengan udara atau air, secara periodic harus dicar. Perlindungan terhadap bahaya kebakaran juga harus menjadi perhatian yang serius, sebab material baja akan mengalami penurunan kekuatan secara drastic akibat kenaikan temperature yang cukup tinggi, disamping itu baja juga merupakan konduktor panas yang baik, sehingga nyala api dalam suatu bangunan justru dapat menyebar dengan labih cepat. Kelemahan lain dari struktur baja adalah masalah tekuk yang merupakan fungsi dari kelangsingan suatu penampang.

1.1.   BEBAN

Beban adalah gaya luar yang bekerja pada suatu struktur. Penentuan secara pasti besarnya beban yang bekerja pada suatu struktur selama umur layannya merupakan salah satu pekerjaan yang cukup sulit. Dan pada umumnya penentuan besarnya beban hanya merupakan suatu estimasi saja.  Mesikipun beban yang bekerja pada suatu lokasi dari struktur dapat diketahui secara pasti, namun distribusi beban dari elemen ke elemen, dalam bekerja pada suatu struktur telah diestimasi, maka masalah berikutnya adalah menentukan kombinasi-kombinasi beban yang paling dominan yang mungkin bekerja pada struktur tersebut. Besar beban yang bekerja pada suatu struktur diatur oleh peraturan pembebanan dalam SNI 03-1729-2002 pasal 6.2.2 yang akan dibahas kemudian. Bebarapa jenis beban yang sering dijumpai antara lain:

a. Beban Mati,

          adalah berat dari semua bagaian suatu gedung/bangunan yang bersifat tetap selama masa layan struktur, termasuk unsur-unsur tambahan, finishing, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian tak terpisahkan dari gedung/bangunan tersebut. Termasuk dalam beban ini adalah berat struktur, pipa-pipa, saluran listrik, AC, lampu-lampu, penutu lantai, dan plafon, beberapa contoh berat dari beberapa komponen bangunan penting yang berguna untuk menentukan besarnya beban mati suatu gedung.bangunan diperlihatkan dalam Tabel 1.1 berikut ini:

Tabel 1.1

BERAT SENDIRI BAHAN BANGUNAN DAN KOMPONEN GEDUNG

BAHAN	BERAT
BAHAN BANGUNAN           Baja           Beton           Beton Bertulang           Kayu (kelas I)           Pasir (kering udara)           KOMPONEN GEDUNG           Spesi dari semen, per cm tebal           Dinding bata merah ½ batu           Penutup atap genting           Penutup lantai ubin semen per cm tebal	7850 kg/m3 2200 kg/m3 2400 kg/m3 1000 kg/m3 1600 kg/m3 21 kg/m2 250 kg/m2 50 kg/m2 24 kg/m2

     

  (Sumber: Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung, 1983)

b. Beban Hidup, adalah beban gravitasi yang bekerja pada struktur dalam masa layannya, dan timbul

     akibat penggunaan suatu gedung. Yang termasuk beban ini adalah berat manusia, perabotan yang dapat

    dipindah-pindah, kendaraan dan barang-barang lainnya. Karena besar dan lokasi beban yang senantiasa 

     berubah-ubah, maka penentuan beban hidup secara pasti adalah merupakan suatu hal yang cukup sulit.

   Bebarapa contoh beban hidup menurut kegunaan suatu bangunan, ditampilkan dalam Tabel 1.2

Tabel 1.1 

BERAT SENDIRI BAHAN BANGUNAN DAN KOMPONEN GEDUNG

BAHAN	BERAT
BAHAN BANGUNAN Lantai dan tangga rumah tinggal sederhana Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor, took,     toserba, restoran, hotel, asrama, dan rumah sakit Lantai ruang olah raga Lantai pabrik, bengkel, gedung, perpustakaan, ruang arsip, took buku, ruang mesin dll Lantai gedung parker bertingkat, untuk lantai bawah	125 kg/m2 250 kg/m2 400 kg/m2 400 kg/m2 800 kg/m2

c. Beban Angin, adalah beban yang bekerja pada strukturakibat tekanan-tekanan dari gerakan angin. Beban angin sangat tergantung dari lokasi dan ketinggian dari struktur. Besarnya tekanan tiup harus diambil minimum sebesar 25 kg/m2, kecuali untuk bangunan-bangunan berikut: 

1. Tekanan tiup di tepi laut hingga 5 km dari pantai harus diambil minimum 40 kg/m2 

2. Untuk bangunan di daerah lain yang kemungkinan tekanan tiupnya lebih dari 40 kg/m2kan, harus diambil sebesar P = V2/16 (kg/m2), dengan V adalah kecepatan angin dalam m/s

3. Untuk cerobong, tekanan tiup dalam kg/m2 harus ditentukan dengan rumus (42,5 + 0,6h), dengan b adalah tinggi cerobong seluruhnya dalam meter. Nilai tekanan tiup yang diperoleh dari hitungan diatas harus dikalikan dengan suatu koefisien angin,

1.      untuk mendapatkan gaya resultan yang bekerja pada bidang kontak tersebut.

d.    Beban Gempa,  adalah semua beban static ekivalen yang bekerja pada struktur akibat adanya pergerakan tanah oleh gempa bumi, baik pergerakan arah vertical maupun horizontal. Namun pada umumnya percepatan tanah arah horizontal lebih besar daripada arah vertikalnya, sehingga pengaruh gempa horizontal jauh lebih menentukan daripada gempa vertical. Besrnya gaya geser dasar (static ekivalen) ditentukan berdasarkan persamaan , dengan W_t adalah berat total bangunan termasuk beban hidup yang bersesuaian.

1.1.   KONSEP DASAR LRFD

Dua filosofi yang sering digunakan dalam perencanaan struktur baja adalah perencanaan berdasarkan tegangan kerja/working stress design(Allowble Stress Design/ASD) dan perencanaan kondisi batas/limit states design (Load and Resistence Factor Design/LRFD). Metode ASD dalam perencanaan struktur baja telah digunakan dalam kurun waktu kurang lebih 100 tahun. Dan dalam 20 tahun terakhir prinsip perencanaan struktur baja mulai beralih ke konsep LRFD yang jauh lebih rasional dengan berdasarkan pada konsep probabilitas. Untuk lebih memahami latar belakang pengembangan metode LRFD dengan ilmu probabilitas, maka berikut akan sedikit dibahas mengenai prinsip-prinsip dasar dalam ilmu probabilitas. Dalam metode LRFD tidak diperlukan analisa probabilitas secara penuh, terkecuali untuk situasi-situasi tidak umum yang tidak diatur dalam peraturan.

Ada bebarapa tingkatan dalam design probabilitas. Metode Probabilitas penuh (fully Probabilistic Method) merupakan tingkat III, dan merupakan cara analisa yang paling kompleks. Metode Probabilitas Penuh memerlukan data-data tentang distribusi probabilitas dari tiap-tiap variable acak (seperti tahanan, beban dan lain-lain) serta korelasi antara variable tersebut. Data-data ini biasanya tersedia dalam jumlah yang cukup sehingga umumnya metode Probabilitas Penuh ini jarang digunakan dalam praktek.

Tingkat II dalam desain probabilitas dinamakan metode First-Order Second Moment (FOSM) yang menggunakan karakteristik statistic yang lebih mudah dari tahanan dan beban. Metode ini mengasumsikan bahwa beban Q dan tahanan R saling bebas secara statistic. Metode LRFD untuk perencanaan struktur baja yang diatur dalam SNI 03-1729-2002, berdasarkan pada metode FOSM ini.

1.1.    PELUANG KEGAGALAN

Dalam konteks analisa keandalan suatu struktur, yang dimaksud istilah kegagalan (failure) adalah terjadinya salah satu dari jumlah kondisi batas yang telah ditentukan sebelumnya. Faktor beban dan tahanan dipilih sedemikian rupa sehingga peluang kegagalan suatu struktur adalah kecil sekali atau masih dalam batas-batas yang dapat diterima. Peluang kegagalan suatu struktur dapat ditentukan jika tersedia pula fungsi distribusi (seperti nilai rerata dan standar deviasi) dari tahanan dan tersedia pula fungsi distribusi dari beban

Untuk mengilustrasikan prosedur analisa keandalan suatu struktur, perhatikan kurva fungsi kerapatan probabilitas/PDF dalam Gambar 1.4 dari variable acak beban Q serta tahan R. Jika tahanan R > beban yang bekerja Q, maka struktur tersebut dapat dikatakan masih aman (Survive). Karena nilai R dan Q bervariasi, maka aka nada kemungkinan kecil bahwa pada suatu saat beban Q > tahanan R. Situasi ini direpresentasikan dengan daerah berarsir pada Gambar 1.4. Hal inilah yang disebut dengan kegagalan (failure), dengan peluang suatu kegagaan didefinisikan sebagai :

Fungsi kerapatan probabilitas dari R dan Q dalam Gambar 1.4 digambarkan untuk menunjukkan perbedaan nilai koefisien variasi dari tahanan dan beban, yaitu V_R dan V_Q. Daerah di bawah masing-masing kurva mempunyai luas sama dengan satu, namun terlihat bahwa tahanan R memiliki penyebaran data yang lebih besar dari pada beban Q. Daerah terarsir menunjukkan daerah kegagalan (failure) di mana nilai tahanan lebih kecil daeri beban. Namun demikian, luas daerah terarsir tersebut tidak sama dengan besarnya peluang kegagalan, sebab daerah tersebut merupakan gabungan dari dua buah fungsi kerapatan yang memiliki standar deviasi serta nilai rerata yang berbeda. Untuk mencari nilai peluang kegagalan P_p biasanya lebih sering digunakan sebuah kurva fungsi kerapatan g(R,Q) yang dapat digunakan secara langsung untuk menentukan peluang kegagalan serta indeks keandalan suatu struktur. Jika R dan Q terdistribusi normal, maka fungsi kerapatan g(R, Q) dapat ditulis menjadi :