Menentukan Beban Gempa Struktur Baja: Panduan Praktis Sesuai SNI 1726:2019

Menentukan beban gempa adalah proses krusial untuk menghitung gaya lateral yang harus mampu ditahan oleh sebuah struktur baja selama terjadi gempa, dengan panduan utama Standar Nasional Indonesia (SNI) 1726:2019. Memahami prosedur ini bukan hanya domain insinyur sipil, tetapi juga vital bagi kontraktor dan manajer proyek untuk memastikan bangunan tidak hanya kokoh, tetapi juga aman dan mematuhi regulasi yang berlaku di wilayah rawan gempa seperti Indonesia.

Indonesia, yang terletak di Cincin Api Pasifik, merupakan salah satu kawasan dengan aktivitas seismik paling aktif di dunia. Data menunjukkan bahwa gempa dengan kekuatan magnitudo 5 hingga 6 dapat terjadi hampir setiap hari, dan gempa besar di atas magnitudo 7 berpotensi terjadi beberapa kali dalam setahun. Oleh karena itu, penerapan standar desain tahan gempa yang ketat seperti SNI 1726:2019, yang mengadopsi dan memodifikasi standar internasional ASCE 7-16, menjadi sebuah keharusan mutlak untuk mitigasi risiko dan melindungi nyawa serta aset.

Mengapa Pemahaman Beban Gempa Krusial di Indonesia?

Memahami beban gempa sangat penting karena Indonesia berada di zona seismik aktif, di mana kesalahan dalam perhitungan dapat menyebabkan kegagalan struktur fatal. SNI 1726:2019 menyediakan metodologi terperinci untuk memastikan struktur baja dirancang agar mampu menahan gaya gempa spesifik di lokasinya, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti percepatan tanah, jenis tanah, dan tingkat kepentingan bangunan.

Filosofi utama di balik desain tahan gempa modern adalah untuk mengelola kerusakan, bukan menghindarinya sepenuhnya. Artinya:

• Gempa Ringan: Struktur tidak boleh mengalami kerusakan sama sekali.
• Gempa Sedang: Kerusakan non-struktural diizinkan, namun struktur utama harus tetap utuh dan dapat diperbaiki.
• Gempa Kuat: Struktur boleh mengalami kerusakan signifikan pada elemen-elemen tertentu yang telah direncanakan (disebut sendi plastis), namun tidak boleh runtuh untuk memastikan keselamatan penghuninya.

Untuk mencapai tujuan ini, SNI 1726:2019 menetapkan prosedur yang sistematis. Prosedur ini dimulai dari identifikasi bahaya gempa di sebuah lokasi menggunakan Peta Sumber dan Bahaya Gempa Indonesia, yang menjadi acuan utama dalam standar tersebut. Peta ini memberikan data percepatan batuan dasar (Ss dan S1) untuk seluruh wilayah Indonesia, yang merupakan input awal paling fundamental dalam perhitungan.

Bagaimana Cara Menentukan Beban Gempa Sesuai SNI 1726:2019?

Penentuan beban gempa dilakukan melalui serangkaian langkah: (1) Tentukan lokasi proyek untuk mendapatkan parameter percepatan gempa (Ss dan S1) dan klasifikasi situs (jenis tanah). (2) Hitung parameter respons spektral desain (SDS dan SD1). (3) Tentukan Kategori Desain Seismik (KDS). (4) Pilih sistem penahan gaya seismik yang sesuai untuk mendapatkan faktor modifikasi respons (R). (5) Hitung gaya geser dasar (V) yang menjadi dasar perhitungan beban gempa di setiap lantai.

Proses perhitungan beban gempa, khususnya menggunakan metode Analisis Statik Ekuivalen yang umum untuk bangunan beraturan, dapat diringkas dalam langkah-langkah berikut:

Identifikasi Parameter Gempa Awal

• Lokasi Proyek: Tentukan koordinat geografis.
  • Parameter Peta Gempa: Gunakan situs seperti Puskim PUPR atau data dari Peta Gempa 2017 untuk mendapatkan nilai Ss (parameter respons spektral percepatan periode pendek) dan S1 (parameter respons spektral percepatan periode 1 detik).
  • Kelas Situs: Tentukan jenis tanah di lokasi, yang diklasifikasikan dari SA (batuan keras) hingga SF (tanah khusus), berdasarkan data tanah. Klasifikasi ini menentukan faktor amplifikasi Fa dan Fv.

Hitung Parameter Respons Spektral Desain

• Parameter dari peta (Ss dan S1) kemudian disesuaikan dengan kondisi tanah setempat untuk mendapatkan SDS dan SD1.
  • SDS = (2/3) * Fa * Ss
  • SD1 = (2/3) * Fv * S1
  • SDS dan SD1 merepresentasikan percepatan gempa desain di permukaan tanah dan menjadi dasar untuk membuat kurva respons spektrum.

Tentukan Kategori Desain Seismik (KDS)

• Berdasarkan nilai SDS dan SD1, serta Kategori Risiko bangunan (I hingga IV, di mana IV adalah untuk fasilitas kritis seperti rumah sakit), KDS ditentukan. KDS berkisar dari A (risiko sangat rendah) hingga F (risiko sangat tinggi).
  • KDS ini sangat penting karena akan membatasi jenis sistem struktur baja yang diizinkan untuk digunakan. Misalnya, untuk KDS D (risiko tinggi), hanya sistem daktail seperti Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) yang diizinkan.

Pilih Sistem Penahan Gaya Seismik

• Untuk struktur baja, beberapa sistem yang umum adalah Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM), Sistem Rangka Terbreis Konsentris (SRBK), atau Sistem Rangka Terbreis Eksentris (SRBE).
  • Setiap sistem memiliki nilai Faktor Modifikasi Respons (R), Faktor Kuat Lebih (Ωo), dan Faktor Amplifikasi Defleksi (Cd) yang berbeda. Faktor R adalah parameter kunci yang mereduksi gaya gempa elastis menjadi gaya desain inelastis, dengan asumsi struktur memiliki kelenturan (ductility). Semakin daktail sistemnya, semakin tinggi nilai R yang diizinkan.

Hitung Gaya Geser Dasar Seismik (V)

• Gaya geser dasar (base shear) adalah total gaya lateral horizontal yang bekerja di dasar struktur. Ini dihitung menggunakan rumus:
  • V = Cs * W
  • Di mana W adalah berat seismik efektif bangunan (mencakup beban mati (dead load) dan sebagian beban hidup (live load)), dan Cs adalah Koefisien Respons Seismik.
  • Cs = SDS / (R / Ie) (dengan batas atas dan bawah sesuai SNI 1726:2019). Ie adalah Faktor Keutamaan Gempa berdasarkan Kategori Risiko.

Setelah nilai V didapat, gaya ini didistribusikan secara vertikal ke setiap lantai gedung untuk kemudian digunakan dalam analisis dan desain setiap elemen struktur baja.

Apa Saja Kelebihan dan Kekurangan Struktur Baja untuk Beban Gempa?

Keunggulan utama struktur baja adalah daktilitasnya yang superior, rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, dan performa yang dapat diprediksi. Ini memungkinkan struktur untuk menyerap energi gempa melalui deformasi tanpa runtuh. Namun, kelemahannya adalah kerentanan terhadap tekuk (buckling) pada elemen tekan, yang harus dimitigasi dengan desain penampang yang kompak dan penggunaan sistem breising (bracing) yang memadai.

Kelebihan

• Daktilitas Tinggi: Baja adalah material yang sangat daktail, artinya ia dapat mengalami deformasi plastis (perubahan bentuk permanen) yang besar sebelum akhirnya patah. Kemampuan ini sangat vital untuk mendisipasi energi gempa dan mencegah keruntuhan getas (brittle failure).
• Rasio Kekuatan-Berat Unggul: Baja memiliki kekuatan yang sangat tinggi dibandingkan beratnya. Ini mengurangi massa total bangunan (nilai W), yang secara langsung mengurangi besarnya gaya gempa (V = Cs * W) yang harus ditahan.
• Kinerja Terprediksi: Sebagai material hasil fabrikasi, sifat mekanik baja seperti tegangan luluh (yield strength) sangat konsisten dan dapat diandalkan, memungkinkan insinyur untuk merancang “sekring” atau sendi plastis dengan akurat.
• Kecepatan Konstruksi: Penggunaan struktur baja prefabrikasi dapat mempercepat proses sistem ereksi baja di lapangan, mengurangi waktu pembangunan proyek.

Kekurangan

• Kerentanan terhadap Tekuk (Buckling): Elemen struktur baja yang menerima beban tekan, seperti kolom atau beberapa jenis breising, bisa mengalami tekuk sebelum materialnya mencapai kekuatan penuh.
  • Solusi: Ini dimitigasi dengan menggunakan profil baja dengan rasio kelangsingan yang rendah, menambahkan stiffener (pengaku baja), dan menyediakan penopang lateral yang cukup.
• Perilaku Sambungan yang Kritis: Kinerja daktail dari sebuah struktur baja sangat bergantung pada detail sambungan momen atau sambungan baut (bolted joint). Sambungan yang dirancang atau dieksekusi dengan buruk dapat menjadi titik lemah.
  • Solusi: Diperlukan desain sambungan yang memenuhi syarat sesuai standar seperti SNI 1729 dan inspeksi las yang ketat oleh welding inspector untuk memastikan kualitasnya.

Sistem Penahan Gaya Gempa Baja: Rangka Momen vs. Rangka Breis

Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) menawarkan fleksibilitas arsitektur yang tinggi karena ruangannya terbuka, namun cenderung lebih fleksibel (simpangan besar). Sebaliknya, Sistem Rangka Terbreis (SRB) sangat kaku dan efisien dalam menahan gaya lateral, namun penempatan breising dapat membatasi desain ruang. Pilihan sistem sangat bergantung pada KDS, ketinggian gedung, dan kebutuhan fungsional.

Berikut adalah perbandingan mendalam antara dua sistem penahan gaya lateral baja yang paling umum:

Kriteria	Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM)	Sistem Rangka Terbreis (SRB)
Mekanisme Utama	Mengandalkan kekakuan lentur dari balok dan kolom yang terhubung secara rigid pada sambungan momen.	Mengandalkan aksi tarik dan tekan dari elemen diagonal (breising) untuk membentuk rangka truss vertikal.
Kekakuan & Simpangan	Lebih fleksibel, menghasilkan simpangan antar-lantai yang lebih besar.	Sangat kaku dan efisien, menghasilkan simpangan antar-lantai yang kecil.
Faktor Reduksi (R)	R bisa mencapai 8 untuk SRPMK (Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus).	R bisa mencapai 8 untuk SRBE (Sistem Rangka Breis Eksentrik), namun lebih rendah untuk SRBK (Konsentris).
Fleksibilitas Arsitektur	Sangat Tinggi. Tidak ada elemen diagonal yang menghalangi ruang, ideal untuk perkantoran dan residensial.	Terbatas. Penempatan breising diagonal harus diakomodasi dalam denah arsitektur, seringkali ditempatkan di sekitar inti lift atau dinding.
Efisiensi Material	Kurang efisien. Membutuhkan profil H-beam atau WF yang lebih besar untuk mencapai kekakuan yang dibutuhkan.	Sangat efisien. Beban lateral ditahan oleh aksi aksial pada breising, yang merupakan cara paling efisien untuk memikul beban.
Aplikasi Tipikal	Gedung perkantoran, apartemen, rumah sakit di mana denah terbuka sangat penting.	Gudang, pabrik, atau gedung bertingkat dengan inti pusat yang dapat mengakomodasi breising.

Dalam banyak kasus, konstruksi baja berat modern menggunakan sistem ganda (dual system), yang mengkombinasikan kedua sistem ini untuk mendapatkan keuntungan dari masing-masing.

Kesimpulan

Menentukan beban gempa untuk desain konstruksi baja wf adalah sebuah proses multi-tahap yang diatur secara ketat oleh SNI 1726:2019. Proses ini memastikan bahwa gaya-gaya inersia akibat guncangan tanah dapat diperhitungkan dan dikelola melalui desain yang cerdas. Kunci utamanya terletak pada pemilihan sistem struktur yang tepat, yang memanfaatkan keunggulan daktilitas baja untuk menyerap energi gempa secara aman.

Para profesional di bidang konstruksi harus memastikan bahwa setiap proyek diawali dengan analisis geoteknik yang akurat untuk menentukan Kelas Situs. Bekerja sama dengan insinyur struktur yang berpengalaman dalam regulasi gempa Indonesia adalah langkah non-negosiabel untuk menjamin keamanan dan kepatuhan.

Membiasakan diri dengan Peta Sumber dan Bahaya Gempa Indonesia 2017. Coba masukkan koordinat proyek Anda yang akan datang ke portal online RSA Cipta Karya PUPR untuk mendapatkan gambaran awal mengenai parameter Ss dan S1 di lokasi tersebut. Ini akan memberikan Anda pemahaman awal tentang tingkat risiko seismik yang akan dihadapi. Bagi Anda yang berada di Bali dan sekitarnya, memahami parameter ini menjadi fondasi penting dalam merencanakan proyek konstruksi baja di Bali yang andal dan tahan gempa.