...

PENGARUH BEBAN SEJUMLAH ORANG BERNYANYI DAN

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Transcript

PENGARUH BEBAN SEJUMLAH ORANG BERNYANYI DAN
PENGARUH BEBAN SEJUMLAH ORANG BERNYANYI DAN BERJOGET
BERSAMA PADA STRUKTUR LANTAI GEDUNG BERBENTANG PANJANG
(Studi kasus gedung Grha Sabha Pramana UGM)
Bambang Supriyadi
Laboratorium T. Struktur, Jurusan T. Sipil dan Lingkungan FT UGM, jln Grafika 2, Kampus UGM Yogyakarta,
email: [email protected]
Abstract
In a previous research carried out by the writer, a natural frequency of Grha Sabha Pramana’s second floor is 4.7 Hz
and shows that the building is not dangerous to take on the load of even up to 5000 people at graduation or wedding
ceremonies held at the building. However, with the low natural frequency, does the building meet safety requirements
for large numbers of people to sing and dance in? In this research, experiments were carried out on the same floor to
obtain a frequency and displacement, by using 35 people to dance to songs of different frequencies. The experiment
resulted in a frequency of 4.175 to 4.822 Hz and in the highest dynamic displacement of 3.31cm. This exceeds the
allowed maximum displacement of 2.729 cm, while the numeric analysis displacement and calculation at graduations in
the previous research reached a maximum of 2.6 cm. Also, there was great concern and uneasiness on the part of the
observers and recorders at the time when 35 people were dancing, which resulted in a maximum displacement of 3.31
cm. The concern would rise in the case of increase in numbers of people dancing, to more than 1000 people, on the
floor.
Keywords:
dynamic displacement, dancing, floor, natural frequency.
PENDAHULUAN
Untuk lebih membuat ramping dimensi balok lantai
yang berbentang panjang, banyak gedung seperti
auditorium, convention hall, exhibition hall, sport
hall dan sejenisnya didesain dengan beton mutu
tinggi. Namun, meskipun dimensi yang dipilih
cukup kuat terhadap beban statik dan beban gempa
tetapi tanpa disadari menurunkan frekuensi alami
lantai gedung, yang menjadi berbahaya akibat
resonansi karena frekuensinya berada dekat atau
berimpit dengan beban hidup dinamik yang bekerja,
seperti misalnya gerakan orang bernyanyi dan
berjoget bersama. Dari penelitian ini dapat
diketahui batasan batasan frekuensi alami lantai
gedung agar tidak terlalu dekat dengan frekuensi
frekuensi beban hidup dinamik yang berasal dari
gerakan sekelompok orang yang mengikuti alunan
musik, hentakan sekelompok orang secara periodik
dan bersama dsb.
Untuk selanjutnya dapat ditambahkan dalam
peraturan perancangan lantai gedung khususnya
yang berbentang panjang agar selain kuat dari
beban statik dan beban gempa juga terhindar dari
bahaya resonansi akibat frekuensi beban hidup
dinamik yang bekerja.
Problema getaran berlebihan pada lantai gedung
berbentang panjang akibat beban hidup, yang
umumnya dijumpai pada bangunan auditorium,
convention hall, exhibition hall, sport hall dan
sejenisnya, mulai mendapat perhatian para peneliti
dan para ahli struktur di negara maju untuk
mengatasinya. Disamping dapat menimbulkan
ketidak-nyamanan para pengguna gedung tersebut,
getaran berlebihan juga dapat membesarkan gayagaya internal elemen-elemen struktur akibat
semakin membesarnya pengaruh beban hidup
dinamik.
Menurut Broch (1972) berdasarkan pertimbangan
mekanik maupun psikologis, frekuensi getaran
vertikal dari sistem lantai platform yang dapat
menyebabkan resonansi (ketidak-nyamanan) pada
organ-organ tubuh manusia bagian perut dan dada
berkisar 3 ~ 6 Hz. Sementara frekuensi yang lebih
tinggi, yaitu antara 20 ~ 30 Hz, dapat menyebabkan
resonansi pada organ tubuh dibagian kepala.
Kondisi tersebut berlaku baik pada posisi orang
sedang berdiri maupun sedang duduk.
Menurut Pernica (1983) berdasarkan pengukuran
langsung respon dinamik suatu struktur lantai stand
area (yang dibangun dari balok beton pratekan)
yang mempunyai frekuensi fundamental kurang dari
5 Hz pada saat berlangsungnya rock consert selama
tiga jam, mengungkapkan bahwa gerakan para
pengunjung (dari hentakan kaki dan tepuk tangan)
menimbulkan beban dinamik ritmik dengan
frekuensi berkisar 2 sampai 3 Hz.
Allen dkk (1985) mempresentasikan suatu metode
perhitungan, yang didasarkan pada frekuensi beban
terpilih, untuk struktur lantai yang dibebani gerakan
sekelompok orang berdansa atau loncat-loncat
MEDIA TEKNIK SIPIL/ JULI 2008/121
secara ritmik. Metode ini diterapkan pada lantai
gedung dengan beban multi guna dan diperoleh
frekuensi alami minimum. Prosedur ini selanjutnya
dimasukkan sebagai peraturan tambahan pada
National Building Code of Canada 1985. Penelitian
yang dilakukan Reither-Meister (dalam Sctrach dkk,
1992) memberikan informasi bahwa frekuensi
getaran sekitar 4 Hz, amplitudo lendutan yang
sangat mengganggu kenyamanan pada manusia
adalah 0,06 inci atau 1,5 mm. Setareh dan Hanson
(1992) menggunakan teknik Tuned Mass Dampers
untuk mengatasi masalah getaran berlebihan dari
balkon sebuah auditorium (bentang arah lebar 15 m
dan berkantilever sepanjang 5,5 m) akibat beban
hidup pengunjung yang bersorak-sorak, dan telah
melakukan simulasi dengan model Finite Element
Method tiga dimensi maupun melakukan pengujian
experimental dinamik scala penuh pada struktur
tersebut, untuk mendukung solusi yang diusulkan.
Hasil pengukuran respon dinamik lantai pada
kondisi sebelum dan setelah dilengkapi dengan
Tuned Mass Dampers menunjukan bahwa teknik
yang diusulkan cukup efektif untuk mereduksi
getaran yang terjadi.
Menurut Bachmann (1995) frekuensi fundamental
dari sistem lantai bentang panjang yang dirancang
dengan hanya menggunakan beban statis (seperti
yang lazim dilakukan di Indonesia) berkisar antara
4,5 sampai dengan 5,5 Hz. Sedangkan beban
dinamis akibat sekelompk orang yang berjoged,
berdansa dan bergerak bersama dengan ritme
tertentu yang berlangsung lebih dari 20 detik,
memiliki frekuensi sekitar 2,0 sampai 3,0 Hz.
Kriteria utama perancangan yang sesuai untuk
sistem lantai yang kemungkinan digunakan untuk
gerakan bersama sekelompok orang dengan ritme
tertentu, seharusnya lebih besar dari dua kali
frekuensi beban dinamis yang bekerja. Bachman
juga mensyaratkan sistem lantai dengan balok-balok
prategang harus memiliki frekuensi fundamental
minimal sebesar 7,0 Hz. Dalam buku standard dari
Departemen Pekerjaan Umum (1991) menyarankan
bahwa apabila timbul suatu keraguan mengenai
keamanan dari suatu struktur atau komponen
struktur, perlu dilakukan suatu penelitian terhadap
kekuatan struktur dengan cara analisis ataupun cara
uji beban, atau dengan kombinasi dari analisis dan
uji beban.
Supriyadi, (2001,2002) secara numerik dan
eksperimen menunjukkan bahaya dan resiko
struktur lantai berbentang panjang akibat beban
hidup statik dan dinamik.
Batasan batasan lendutan ijin maksimum dan tinggi
minimum balok/pelat yang tercantum dalam
berbagai Pedoman Perancangan Struktur Beton
yang ada di Indonesia maupun pedoman besarnya
122/ MEDIA TEKNIK SIPIL/ JULI 2008
beban hidup yang bekerja (dalam peraturan muatan)
dirasa tidak mencukupi untuk digunakan sebagai
pedoman perancangan struktur lantai ruangan
berbentang panjang, karena dalam prosesnya
kesemuanya diasumsikan sebagai beban statik.
Disamping itu, masalah getaran berlebihan pada
struktur lantai berbentang panjang belum mendapat
perhatian serius dari para perencana struktur di
Indonsia, seperti halnya telah dilakukan untuk
mengatasi beban dinamik akibat gempa.
Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian dengan
berbagai beban hidup dinamik yang sesuai dengan
kondisi di Indonesia, dan diharapkan hasilnya dapat
ditindak-lanjuti untuk menjadi suplemen pedoman
perancangan beton di Indonesia agar dengan mudah
dapat diikuti oleh para perencana struktur gedung
dalam hal untuk menghindari masalah getaran
berlebihan pada struktur lantai berbentang panjang.
METODE
Sebagai bahan atau lokasi penelitian dilaksanakan
pada lantai 2 gedung auditorium UGM dengan luas
efektif 18 m x 25 m yang didukung oleh kolom
beton bertulang dan balok beton pratekan. Gedung
ini mempunyai fungsi serbaguna seperti wisuda
sarjana, resepsi pernikahan, pertemuan masal, ospek
mahasiswa baru dan sebagai gedung pertunjukan.
Alat yang digunakan untuk eksperimen, antara lain
alat-alat: Accelerator: PCB dan Wilcoxon Research,
Sensor Amplifier, Software PC-SCOPE dengan
kelengkapanya A/D convertion card dan Komputer.
Pelaksanaan
penelitian
dilakukan
dengan
mengumpulkan sejumlah 35 orang untuk berjoget
mengikuti musik pada tanggal 9 September 2002.
Accelerometer dipasang pada plat ditempat yang
sudah terpasang di bawah balok yaitu ditempat yang
sama dengan penelitian terdahulu yang pernah
dilakukan dan terpasang di tengah bentang. Untuk
penjumputan data pada penelitian ini sensor
diletakkan di tengah bentang, dimana kemungkinan
terjadi lendutan maksimum sangat besar. Dan
frekuensi natural yang didapatkan dapat mewakili
struktur plat gedung Grha Sabha Pramana ini.
Pengambilan data dilakukan di lantai satu. Data
diambil dengan bantuan alat komputer dan A/D
konverter yang dapat merubah sinyal analog
(berupa arus listrik) dari getaran yang terjadi
menjadi getaran digital yang bisa dibaca oleh
komputer.
Penjumputan data dilakukan bertepatan dengan
sejumlah 35 orang yang berjoget mengikuti
beberapa lagu dengan frekuensi yang berbeda dan
dilakukan pada tanggal 9 September 2002. Lagu
yang pertama dengan frekuensi 1 ketukan per detik
dan lagu kedua dengan frekuensi 2,1 ketukan per
detik
Frekuensi akibat beban dengan lagu 1
dan 2 channel 0
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Frekuensi akibat beban dengan lagu 1
4
frekuensi dari
lagu 1
3.5
frekuensi dari
lagu 2
3
2.5
b9
b7
Gambar 3. Perbandingan frekuensi fundamental
akibat beban 35 orang dengan lagu 1 dan 2
35
30
25
Landutan
Channel1
15
Penjum putan
0
b1
5
G
ambar 1. Frekuensi fundamental akibat beban 35
orang dengan lagu 1
b9
10
b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9
Frekuensi akibat beban dengan lagu 2
Lendutan
Channel0
20
b7
channel 1
b5
4
3.5
3
Lendutan (mm)
channel 0
b3
5
4.5
Penjum putan
Gambar 4. Lendutan akibat beban 35 orang dengan
lagu 1
6
5.5
Lendutan akibat beban dengan lagu 2
5
4.5
35
30
Landutan
Channel1
10
5
b1
8
0
b1
6
Gambar 2. Frekuensi fundamental akibat beban 35
orang dengan lagu 2
15
b1
4
Penjum putan
Lendutan
Channel0
20
b1
2
b1
8
b1
6
b1
4
b1
2
2.5
2
25
b1
0
channel1
Lendutan (mm)
channel 0
4
3.5
3
b1
0
b3
Penjum putan
Lendutan akibat beban dengan lagu 1
2.5
2
Frekuensi (Hz)
b5
2
6
5.5
Frekuensi (Hz)
5
4.5
b1
Dari Gambar 1 s.d 5 dapat dilihat bahwa hasil
pengukuran frekuensi, lendutan rata-rata, dan
lendutan maksimum dari sejumlah 35 orang
berjoget untuk lagu pertama dengan frekuensi 1
ketukan per detik berturut-turut adalah 4,68 Hz,
9,46 mm dan 33,18 mm, sedang lagu kedua dengan
frekuensi 2,1 ketukan per detik berturut-turut adalah
4,36 Hz, 11,1 mm dan 20,54 mm.
5.5
Frekuensi (Hz)
Setelah data diolah maka dilakukan perhitungan lagi
untuk merubah nilai amplitudo maksimum yang
bisa berupa velocity atau acceleration menjadi
displacement.
Penjum putan
Gambar 5. Lendutan akibat beban 35 orang dengan
lagu 2
MEDIA TEKNIK SIPIL/ JULI 2008/123
Dari hasil tersebut dapat dikatakan bahwa dengan
frekuensi beban yang lebih mendekati frekuensi
fundamentalnya menghasilkan nilai lendutan ratarata lebih besar yaitu 11,1 mm > 9,46 mm. Namun
nilai lendutan maksimum yang pernah terjadi justru
pada saat lagu pertama dan nilainya lebih besar dari
lagu kedua, yaitu 33,18 mm > 20,54 mm. Hasil lain
yang dapat diamati pada saat pengukuran antara
lain; pada lagu kedua dimana lendutan rata-rata
lebih besar, pintu dan jendela atas lantai I ikut
bergetar. Lantai II tampak bergoyang yang
mengakibatkan
ketidaknyamanan
dan
ketidaktenangan orang yang berjoget diatasnya
maupun juga orang yang sedang melakukan
pengukuran di lantai I.
SIMPULAN
Frekuensi fundamental yang diperoleh secara
eksperiment dilapangan sebesar antara 4,175 s.d
4,822 Hz. Lendutan dinamik yang terjadi karena
beban 35 orang yang berjoget didaerah tengah
bentang menghasilkan lendutan dinamik terbesar
3,31 cm. Ini melebihi lendutan ijin maksimum
2,729 cm (yang mendasarkan bentang pada daerah
momen lapangan sebesar 13,1 m). Dibandingkan
hasil lendutan analisis numerik dan pengukuran saat
wisuda pada penelitian sebelumnya maksimum
hanya sebesar 2,6 cm. Selain itu, pada saat
dilakukan pembebanan dengan sejumlah 35 orang
yang berjoget mencapai lendutan maksimum
sebesar 3,31 cm, terasa ketidak-nyamanan dan
kekhawatiran pada para pencatat dan pengamat
yang tidak ikut berjoget/bergoyang. Kekhawatiran
akan terbayang bila jumlah orang yang berjoget
bertambah banyak atau lebih dari 1000 orang.
UCAPAN TERIMAKASIH
Diucapkan terima kasih kepada Direktorat Jenderal
Pendidikan Tinggi melalui Pengelola Penilitian
Hibah Bersaing IX, karena berkat keluarnya dana
penelitian pada tahun anggaran 2002 apa yang
direncanakan dalam penelitian dapat terealisir.
Tidak lupa pula diucapkan terima kasih kepada
semua anggota tim atas kerjasama baiknya.
124/ MEDIA TEKNIK SIPIL/ JULI 2008
REFERENSI
Allen, D.E, Rainer, J.H, and Pernica, G, 1985,
“Vibration
Criteria
for
Assembly
Occupancies”, Canadian Journal of Civil
Engineering, 12 (3), 617 - 623
Anonim, 1991, “Tata cara penghitungan struktur
beton untuk bangunan gedung”, Yayasan
LPMB Departemen Pekerjaan Umum, SK
SNI T-15-1991-03, pp 106-108.
Bachmann, H dan Pretlove, A.J, 1995, “Vibration
Problems in Structures, Birkhauser Verlag”,
Boston
Broch, J.T, 1972, “Hand Book of Mechanical
Vibration and Shock Measurement”, Bruel &
Kjaer.
Pernica, G, 1983, “Dynamic Live Loads at a Rock
Concert”, Canadian Journal of Civil
Engineering, 10 (2), 185 -191
Setareh, M and Hanson R.D, 1992, “Tuned Mass
Dampers for Balcony Vibration Control”,
Journal of Structural Engineering, ASCE,
Vol. 118, No.3, 723-740.
Setareh, M and Hanson R.D, 1992, “Tuned Mass
Dampers to Control Floor Vibration from
Humans”, Journal of Structural Engineering,
ASCE, Vol. 118, No.3, 741-762.
Setareh, M and Hanson R.D, 1992, “Using
Component Mode Synthesis and Static
Shapes for Tuning TMDs”, Journal of
Structural Engineering, ASCE, Vol. 118,
No.3, 763-782.
Supriyadi, B, dkk, 2001, “Pengaruh beban hidup
dinamik pada struktur lantai gedung
berbentang panjang”, Laporan penelitian
Hibah Bersaing IX/1, LP-UGM.
Supriyadi, B, dkk, 2002, “Pengaruh beban hidup
dinamik pada struktur lantai gedung
berbentang panjang”, Laporan penelitian
Hibah Bersaing IX/2, LP-UGM.
Supriyadi, B., 2002, “The Influence of Dynamic
Live Load on the Long Span Floor Building
Structure”, International Conference on
Advancement in Design, Construction,
Construction Management and Maintenance
of Building Structures, Ministry of Settlement
and Regional Infrastrukture, 27-28 March
2002, Bali
Fly UP