pemakaian sistem staggered truss framing...

Seminar Nasional VIII - 2012 Teknik Sipil ITS Surabaya

Pembangunan Berkelanjutan Transportasi dan Infrastruktur

ISBN 978-979-99327-7-8. I - 33

PEMAKAIAN SISTEM STAGGERED TRUSS FRAMING

(STF) SEBAGAI PENAHAN BEBAN GEMPA PADA

RUMAH SUSUN

Endah Wahyuni1,

Isdarmanu JITU2, dan Djoko Irawan

3

1Dosen Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp

031-5927540, email: [email protected] 2Dosen Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp

031-5927540, email: [email protected] 3Dosen Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo Surabaya, Telp

031-5927540, email:[email protected]

ABSTRAK

Artikel ini membahas tentang kajian penggunaan sistem Staggered Truss Framing (STF) pada

perancangan rumah susun di Indonesia akibat beban gempa. Sistem STF merupakan sistem dengan

memanfaatkan rangka (truss) baja, pelat pracetak dan kolom sebagai struktur utama, dimana pada

konstruksi baja konvensional biasanya menggunakan balok, kolom dan lantai komposite sebagai struktur

utamanya. Pada struktur yang mempunyai penggunaan ruang yang tipical, penggunaan sistem STF akan

sangat menguntungkan karena akan mempunyai mempunyai nilai ekonomis yang tinggi yaitu dengan

diubahnya baja profil menjadi rangka baja yang otomatis ukuran-ukuran yang dibutuhkan menjadi kecil

dan adanya sistem fabrikasi membuat pembangunan menjadi lebih cepat dibangun dan mempunyai mutu

yang sama. Urutan pengerjaan penelitian ini yang pertama adalah akan dilakukan studi kelakuan

penggunaan sistem STF dalam suatu gedung akibat beban gempa yang banyak terjadi di Indonesia.

Pemodelan 2D dengan berbagai macam bentuk brasing dilakukan untuk melihat kelakuan dinamis dari

sistem struktur tersebut. Penggunaan perbedaan bentuk bracing mempengaruhi kelakuan struktur, dimana

diketahui bahwa bentuk bracing V terbalik memberikan nilai frekuensi terbesar, yang berarti mempunyai

kekakuan yang lebih besar. Dengan mengacu peraturan pembebanan dan perancangan struktur beton dan

struktur baja maka sistem STF diaplikasikan ke salah satu contoh gedung rumah susun yang ada di

Surabaya yaitu Rusunawa Gunung Sari. Setelah dilakukan analisa dapat diketahui bahwa sistem ini bisa

digunakan dan memberi nilai ekonomis yang lebih bagus, dengan total berat struktur lebih ringan dan

dengan sistem lantai pracetak membuat lebih cepat bangun.

Kata kunci: Staggered Truss Framing, bracing, baja, rangka, pelat pracetak.

1. PENDAHULUAN

Dalam perancangan gempa, ada dua syarat berbeda yang harus dipenuhi oleh sistem

struktur. Pertama, akibat keadaan normal, missal beban angin dan gempa moderat,

struktur harus kaku dengan tujuan untuk meminimumkan kerusakan structural dan non

structural. Kedua akibat beban gempa kuat struktur harus aman terhadap kehancuran.

Sistem pemikul beban lateral yang biasa digunakan adalah Sistem Rangka Pemikul

Momen (SRPM) dan Sistem Rangka Pengaku Konsentrik (SRBK) dimana kedua sistem

ini mempunyai keuntungan dan kerugian masing-masing. SRPM biasanya daktail tetapi

terlalu fleksibel untuk memenuhi secara ekonomis persyaratan ‘drift’. Dipihak lain

SRBK biasanya kaku tetapi mempunyai kemampuan pemancaran energy yang terbatas.

Dengan adanya sistem rangka baja secara berselang seling (staggered) diharapkan

kelemahan dari SRBK dapat diatasi. Untuk itu perlu dilakukan kajian mendalam tentang

sistem ini dalam perancangan struktur baja.

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 34

Pemakaian sistem bracing pada struktur gedung merupakan hal yang menguntungkan,

terutama untuk gedung dimana pengaruh beban gempa mempengaruhi struktur tersebut.

Telah dilakukan studi mengenai sistem rangka baja dengan bracing mulai dilakukan

oleh Isdarmanu (2007), sampai dilakukan penelitian mengenai efisiensi pemakaian baja

pada portal baja (Wahyuni dan Isdarmanu, 2011). Sebagai kelanjutannya, akan

dilakukan penelitian mengenai struktur baja dengan bracing yang disebut sistem

Staggered Truss Framing (STF). Sistem ini merupakan sistem struktur baja yang

menggunakan rangka baja (steel truss) dan kolom sebagai struktur utama.

Sistem ini memiliki banyak kelebihan daripada sistem struktur rangka baja

konvensional antara lain:

1. Menjadikan ruang interior yang besar terutama di lantai dasar karena kolom

berlokasi hanya di bagian luar gedung. Sehingga menambah fleksibilitas desain

terutama untuk ballroom ataupun atrium.

2. Merupakan sistem yang efisien dan menjadikan sistem struktur baja yang bisa

menahan beban lateral gempa.

3. Karena berat strukturnya yang lebih ringan, sistem ini secara signifikan menurunkan

biaya konstruksi.

4. Pemasangan bajanya yang lebih cepat karena rangkanya bisa dilakukan dengan

menggunakan fabrikasi. Pelat pracetak sebagai lantai struktur juga dilakukan secara

fabrikasi, sehingga dengan sistem ini, pengerjaan konstruksi menjadi lebih cepat.

Tujuan studi yang dilakukan adalah membuat inovasi dalam struktur bangunan baja

dengan sistem Staggered Truss Framing untuk perancangan rumah susun di Indonesia

akibat pengaruh beban gempa.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sistem STF

Sistem Staggered Truss Framing menjadi efektif apabila digunakan untuk bangunan

dengan tinggi menengah yaitu antara 5 sampai 25 lantai, contohnya apartemen, hotel,

motel, rumah sakit, serta struktur lain yang menggunakan tinggi antar lantai yang

rendah. Pemasangan rangkanya yang dipasang selang-seling secara vertikal pada garis

kolom menjadikan area tanpa kolom yang besar untuk ruangan seperti pada Gambar 1.

Gambar 1 Perencanaan Staggered-truss system. (Wexler dan Lin, 2003)



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 35

Sistem Staggered Truss Framing didesain dengan menggunakan struktur baja dan lantai

beton pracetak. Sistem lantai yang umumnya digunakan yaitu precast concrete hollow-

core plank. Dengan menggunakan lantai pracetak, maka pemasangan dan mutu lantai

menjadi cepat dan seragam, sehingga secara ekonomis dapat tercapai. Beton pracetak

berlubang dengan tebal 20 cm umumnya dapat digunakan untuk luasan sampai 9 meter.

Spesifik kemampuan beton pracetak-nya harus diverifikasi sesuai standar perencanaan

yang ada.

Bila perencanaannya tepat, sistem ini bisa memberikan fungsi ekonomis serta

fleksibilitas yang maksimum dari segi arsitektural. Pemasangan struktur pada lapangan

tidak dipengaruhi oleh keadaan cuaca yang buruk sekalipun. Pemasangan rangka

termasuk spandrel beams dan lantai precast rata-rata memerlukan waktu 5 hari tiap

lantai. Begitu 2 lantai pertama telah dikerjakan, pengerjaan instalasi jendela dan lain-

lainnya bisa dimulai seiring dengan pengerjaan lantai-lantai berikutnya. Tidak ada

waktu yang hilang seperti kondisi penundaan pekerjaan karena syarat-syarat pengerjaan

tertentu seperti cuaca yang buruk semisal hujan. Syarat kondisi cuaca bisa dihilangkan,

kecuali pada pengerjaan pondasi yang membutuhkan perhatian khusus.

Pondasi menjadi lebih murah disebabkan komponen-komponen struktur jauh lebih

sedikit dan efisien. Pengurangan jumlah kolom juga berakibat pada pengerjaan pondasi

yang lebih sedikit serta waktu pengerjaan konstruksi yang lebih sedikit. Ketika

digunakan, lantai pracetak lebih ringan daripada beton yang dicor di tempat, tegangan

gempanya menjadi lebih kecil, dan pondasi pun menjadi lebih kecil (Wexler and Lin,

2003).

2.2. Respon inelastik

Isdarmanu (2007) telah melakukan penelitian tentang pemakaian sistem STF, telah pula

dilakukan studi respon rangka baja berpengaku eksentrik dengan menggunakan bracing

tipe D, V dan V terbalik. Dilakukan analisa kinerja batas layan dari ketiga tipe sistem

bracing tersebut, dan juga dibandingkan dengan sistem rangka pemikul momen,

kemudian juga dilakukan implementasi dan evaluasi dari ketiga tipe tersebut dan dicari

mana yang lebih ekonomis. Beberapa kesimpulan yang diambil dari penelitian ini

adalah:

1. Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada contoh gedung

diperoleh bahwa sistem rangka berpengaku eksentrik tipe D, V dan V terbalik

jauh lebih ekonomis dibandingkan dengan SRPM. Hal ini ditunjukkan dengan

perbandingan berat rangka yang dibutuhkan dari tiap-tiap sistem. Dengan hasil

kesimpulan ini maka pada penelitian sistem struktur dengan STF sudah

diketahui gambaran bahwa SRBK lebih ekonomis disbanding SRPM.

2. Dalam penelitian ini dilakukan analisa push over dan diperoleh pula bahwa

sistem rangka berpengaku eksentrik lebih daktail dibandingkan dengan SRPM,

hal ini ditunjukkan dengan jarak antara leleh dan runtuh lebih besar sehingga

lebih aman terhadap keruntuhan.

3. Pada analisa Non-Linear time history, diperoleh bahwa Drift Ratio dan

simpangan atap SRBE tipe D, V dan V terbalik lebih kecil disbanding dengan

SRPM. Artinya SRBE membutuhkan profil yang lebih kecil untuk memenuhi

criteria drift ratio, dalam hal ini bracing sangat efektif mengurangi drift ratio.

4. Dalam hal menunjukkan pengaruh base shear, diperoleh hasil bahwa base shear

pada SRBE tipe D, V dan V terbalik lebih kecil dibandingkan SRPM. Hal ini



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 36

mengakibatkan profil yang dibutuhkan untuk struktur SRBE lebih kecil dari

profil SRPM.

3. MODEL SISTEM STF

3.1. Pemodelan 2D

LUSAS FE [5] software is used to investigate the efficiency of bracing system on steel

frame. A 2D open-ended model is the type of model to be considered in this study. The

models consist of the frames at 6 m intervals. The frames are connected by horizontal

members at each connection. The level of the stand is covered by the total thickness of

the slab of 250 mm.

Empat (4) model dibuat sebagai contoh analisa jenis menentukan model bracing. Model

bracing yang dibuat adalah sebagai berikut:

1. Bracing tipe diagonal

2. Bracing tipe V

3. Bracing tipe X (cross)

4. Bracing tipe V terbalik

Ke-empat model STF dengan bracing yang berbeda tersebut dapat dilihat pada gambar-

gambar berikut:

Gambar 2. Model 1, bracing diagonal

Gambar 3. Model 2, bracing V



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 37

Gambar 4. Model 3, bracing cross (X)

Gambar 5. Model 4, bracing V terbalik

Mutu baja yang digunakan adalah baja mutu fy = 320

Profil baja yang digunakan adalah :

o Balok Memanjang menggunakan profil WF 200x200x8x12

o Balok Melintang menggunakan profil WF 200x200x8x12

o Kolom menggunakan profil WF 300x200x9x14

o Bracing menggunakan profil CHS 267.4 (t.9)



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 38

3.2. Analisa Statis dan Dynamis

3.2.1 Deformasi dan berat total struktur

Akibat kombinasi antara beban mati, hidup dan gempa, maka deformasi yang terjadi

pada struktur dan berat total struktur dapat dilihat pada table berikut:

Tabel 1. Deformasi yang terjadi pada tiap lantai

Tabel 2. Berat total struktur

Dari tabel di atas dapat diketahui bahwa nilai deformasi paling kecil adalah pada Model

4, dibanding dengan ketiga model lainnya. Sedangkan untuk berat total struktur, model

4 lebih ringan dibanding yang lain. Ini menunjukkan bahwa model 4 lebih ekonomis

dibanding yang lain.

1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L 1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L

∆1kr 0.695 2.13 ∆1kr 0.368 2.07

∆2kr -8,8*10^-2 1.48 ∆2kr -0.327 1.456

∆3kr 0.363 0.59 ∆3kr 6,9x10^-2 0.49

∆4kr 0.23 0.363 ∆4kr 8,3x10^-2 0.302

∆1kn -0.22 14 ∆1kn -0.369 1.45

∆2kn 0.49 18.9 ∆2kn 0.327 1.939

∆3kn -6,17x10^-2 0.296 ∆3kn -6,95*10^-2 0.353

∆4kn -7,17x10^-2 0.124 ∆4kn -8,29x10^-2 0.155

MODEL 1 MODEL 2

1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L 1.2D+1.6L 1,2D+0,5L+1L

∆1kr 0.45 1.99 ∆1kr 0.317 1.87

∆2kr -0.422 1.19 ∆2kr -0.323 1.305

∆3kr 0.114 0.578 ∆3kr 0.272 0.913

∆4kr 7,11x10^6 0.308 ∆4kr -0.308 0.357

∆1kn -0.0045 1.22 ∆1kn -0.317 1.331

∆2kn 0.00422 1.843 ∆2kn 0.323 1.788

∆3kn -0.00114 0.399 ∆3kn -0.272 0.503

∆4kn -7,118x10^-2 0.183 ∆4kn 0.308 0.783

MODEL 3 MODEL 4

BERAT KG

MODEL 1 20968

MODEL 2 17579

MODEL 3 28536

MODEL 4 17600



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 39

3.2.2 Frekuensi alami

Tabel 3. Frekuensi alami struktur ke-empat model

Dari Tabel 3 tersebut dapat dilihat bahwa nilai frekuensi alami model 4 adalah yang

terbesar. Hal tersebut berarti Model 4 mempunyai kekakuan terbesar disbanding tiga

model yang lain, karena nilai frekuensi sebanding dengan nilai kekakuan.

4. APLIKASI PADA RUMAH SUSUN

Pada penulisan ini dilakukan aplikasi penggunaan system STF dalam perencanaan

rumah susun Gunung Sari, Surabaya. Beban-beban yang ada pada struktur ini

direncanakan sesuai dengan aturan pembebanan Indonesia.

4.1. Pemodelan 3D

Gambar 6 menunjukkan gambar 3D model gedung rusunawa dengan menggunakan

sistem STF.

Gambar 6. 3D model gedung rusunawa Gunung Sari

Period Frequensi Period Frequensi

Detik Hz Detik Hz

1 Mode 1 4.64381 0.21534 1 Mode 1 4.3627 0.2292

2 Mode 2 1.59795 0.6258 2 Mode 2 1.78585 0.55996

3 Mode 3 1.38684 0.72107 3 Mode 3 1.62076 0.617

Period Frequensi Period Frequensi

Detik Hz Detik Hz

1 Mode 1 4.87792 0.20501 1 Mode 1 3.82008 0.26177

2 Mode 2 2.20635 0.45324 2 Mode 2 1.93483 0.51684

3 Mode 3 1.6419 0.60905 3 Mode 3 1.64219 0.60894

No Mode

Model 1 Model 2

No Mode

No Mode

No Mode

Model 3 Model 4



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 40

Pada analisa ini digunakan:

o Mutu baja yang digunakan adalah baja mutu fy = 320

o Profil baja yang digunakan adalah :

Balok Memanjang menggunakan profil WF 600x200x12x20

Balok Melintang menggunakan profil WF 700x300x13x20

Balok Anak menggunakan profil WF 450x200x9x14

Kolom menggunakan profil WF 400x400x45x70

Bracing Cross menggunakan profil CHS 114.3 (t=5.6)

Bracing Vertikal menggunakan profil CHS 267.4 (t=9)

Bracing Diagonal lt. 2 ke atas menggunakan profil CHS 267.4 (t=9)

Bracing Diagonal lt 1 menggunakan profil CHS 355.6 (t=12.07)

o Perletakan digunakan asumsi jepit pada ujung-ujung kolom di bawah.

o Pada elemen bracing dilakukan realease pada titik awal dan titik akhir,

sehingga elemen tersebut hanya menerima beban aksial.

4.2. Analisa Struktur

Dari hasil running program SAP2000, maka gambar momen struktur akibat beban

mati hidup dan gempa ditunjukkan dalam Gambar 7 berikut. Dibandingkan dengan

model struktur konvensional, maka mome yang terjadi di balok menjadi mengecil,

karena adanya bantuan bracing, sedangkan momen negatif akan timbul hanya di

pertemuan balok dengan kolom.

Gambar 7. Diagram moment akibat beban 1.2 D + 0.5 L + 1 Ex

4.3. Cek Disain

Dari gambar hasil cek desain struktur baja di atas dapat diperhatikan bahwa

kekuatan profil baja di tunjukkan dengan warna yang mewakili interval nilai

tertentu dari 0 s.d. 1.Nilai antara 0 s.d. 1 merupakan nilai perbandingan antara

beban ultimate dari beban luar yang terjadi dengan beban nominal yang mampu

dipikul oleh profil baja dari hasil perhitungan kekuatan profil baja dengan SAP

2000.



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 41

Gambar 8. Cek desain struktur gedung

5. KESIMPULAN

Berdasarkan analisa yang sudah dilakukan untuk membuat inovasi dalam struktur

bangunan baja dengan sistem Staggered Truss Framing (STF) untuk perancangan

rumah susun di Indonesia akibat pengaruh beban gempa, maka dapat disimpulkan:

1. Setelah dikaji sistem STF secara 2D dengan bracing yang berbeda beda yaitu

brasing diagonal, bentuk V, bentuk silang dan V terbalik, maka dapat

disimpulkan bahwa perubahan bracing mempengaruhi nilai kekakuan struktur,

tetapi kelakuan struktur dengan brasing yang berbeda tersebut akibat beban mati,

hidup dan gempa adalah sama. Dari empat model yang dianalisis, maka dapat

disimpulkan bawa model V terbalik memiliki nilai kekakuan terbesar dan

deformasi terkecil dibandingkan dengan ke-tiga model laninnya.

2. Pembebanan sesuai dengan aturan SNI yaitu SNI gempa (SNI 03-1726-2002)

dan SNI pembebanan (SNI 1727 1989). Dapat dilihat bahwa pada perilaku

struktur STF 2D diberi beban sesuai SNI, diperoleh hasil yang memuaskan

dimana dapat dilihat bahwa sistem ini lebih ekonomis dibanding dengan sistem

konvensional, ditinjau dari kekakuan dan berat total struktur.

3. Dari analisa sederhana 2D dapat dilihat bahwa sistim STF ini sangat ekonomis

dibanding dengan system konvensional. Sistem STF ini diaplikasikan pada

struktur rumah susun Gunung Sari. Dari kajian yang didapatkan maka system ini

terbukti lebih ekonomis, karena menggunakan profil-profil yang berukuran kecil

dibanding dengan menggunakan sistem konvensional. Dengan menggunakan

sistem fabrikasi dalam pembuatan struktur rangka batangnya dan pelat, maka

struktur ini akan lebih cepat bangun karena hanya perlu waktu pemasangan saja.



ISBN 978-979-99327-7-8. I - 42

DAFTAR PUSTAKA:

1. Badan Standarisasi Nasional 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk

Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Bandung : BSN.

2. Badan Standarisasi Nasional. 2000. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk

Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2000). Bandung : BSN.

3. Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung

(PPIUG) 1983. Jakarta : DPU.

4. Isdarmanu. 2007. Studi perbandingan respon inelastik sistem rangka baja berpengaku

eksentrik tipe D, V dan V terbalik, Proceeding of the Research and Studies IV, Research

Grant II, Teknik Sipil ITS.

5. Setiawan, Agus. 2008. Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD

(Berdasarkan SNI 03 – 1729 – 2002). Jakarta : Erlangga.

6. Precast/Prestressed Concrete Institute. 1998. PCI Manual for the Design of Hollow Core

Slabs, 2nd

Edition.

7. Wahyuni, E., Isdarmanu, 2011, Efficiency of bracing system on steel frame structures,

Proceeding Seminar Nasional Pasca Sarjana Teknik Sipil VII, 2 Pebruari.

8. Wexler dan Lin 2003. Steel Design Guide Series : Staggered Truss Framing Systems.

USA : American Institute of Steel Construction, inc.

pemakaian sistem staggered truss framing...

Documents