STRUKTUR UNIK GEDUNG MNC MEDIA TOWER BERTINGKAT 56 DI JAKARTA Oleh : Prof. DR. Ir. WIRATMAN WANGSADINATA Direktur Utama PT Wiratman Guru Besar Emeritus Universitas Tarumanagara Konferensi Nasional Teknik Sipil ke-7 (KoNTekS 7) Universitas Sebelas Maret Solo (UNS-Solo) 24 Oktober 2013

Gambar Perspektif

Informasi Proyek Lokasi Jalan Kebonsirih No.17-19, Jakarta Besaran Gedung Struktur Atas 56 tingkat, tinggi 252 m. Besmen 5 lapis, dalam 22 m - 27 tingkat pertama untuk kantor Pusat MNC (MNC Media Tower) - Di atas lantai 27 untuk hotel & fasilitasnya yang akan dioperasikan oleh Grand Hyatt - Besmen 5 lapis untuk ruang parkir. Peraturan yang dipakai SNI 03-1726-2002: Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-2847-2002: Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung

Informasi Proyek Pemilik Proyek PT. MNC LAND, Tbk. Arsitek AEDAS Pte. Ltd, Singapore & PT. TETRA DESAIN INDONESIA Konsultan Struktur dan Geoteknik PT WIRATMAN Konsultan Mekanikal dan Elektrikal ARUP Singapore Pte. Ltd. & PT. SKEMANUSA Penyelidik Geoteknik PT. TESTANA INDOTEKNIKA Konsultan Uji Terowongan Angin BMT FLUID MECHANICS Ltd, United Kingdom Quantity Surveyor WT Partnership

Profil Tanah Representatif DEPTH DESCRIPTION NSPT Su (kPa) 1.00 m fill materials : concrete, sand & qravel 2.50 m clayey silt, trace of sand, soft to medium 5 30 8.50 m silty clay, trace of sand, medium 8 45 10.00 m silty clay, very soft to soft 2 14 12.00 m clayey silt, trace of sand, medium 10 60 Nilai rata-rata berbobot parameter tanah sampai kedalaman 30 m :   N = 10 Su = 40 kPa Vs = 223 m/det 16.00 m clayey silt, trace of sand, very stiff 23 135 18.00 m sand, silty sand, very dense 40 82 20.00 m clayey silt, trace of sand, very stiff 30 150 21.50 m silty sand, very dense 35 175 24.00 m silty clay, trace of organic materials, medium 11 65 28.00 m silty clay, clayey silt, stiff 17 100 30.00 m clayey silt, very stiff 22 130 37.00 m cemented sand, cemented silt, very hard > 50 155 40.00 m clayey silt, trace of sand, very stiff 29 175 Kategory Tanah : Tanah Lunak 42.00 m gravelly sand, silty sand, cemented silty sand. > 50 205 44.00 m clayey silt, sandy silt, trace of sand, hard 37 200 46.00 m sand, sandy silt, dense-very dense 35 200 48.00 m cemented sand,cemented silt, sandy silt, very hard > 50 240 50.00 m clayey silt, sandy silt, trace of sand, hard 37 200 80.00 m clayey silt, very stiff 25 155

Kondisi Kegempaan Karena Jakarta terletak di Wilayah 3 pada peta wilayah gempa Indonesia, untuk kondisi Tanah Lunak, spektrum respons gempa rencana dengan perioda ulang 500 tahunan adalah sebagai berikut : 0.75 C 0.3 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 T (det) 0.75 C = T Faktor Keutamaan struktur gedung ini ditetapkan I = 1,0

STRUKTUR ATAS

Sistem Struktur Berhubung desain arsitektur tidak menghendaki adanya core wall di atas lantai 27, karena untuk bagian atas dipakai sistem lift transparan (panoramik), maka dipilih sistem struktur sebagai berikut : Bagian bawah (tingkat 1 s/d 27) : Core wall dengan sistem Outrigger Bagian atas (tingkat 28 s/d 56) : Mega frame dengan mega beam dan mega bracing, tanpa core wall.   Sistem ini adalah solusi yang paling sesuai untuk memenuhi tuntutan desain arsitektur dan sepengetahuan kami belum pernah diterapkan sebelumnya di tempat lain.

Sistem Struktur Mengingat perannya yang vital dalam menyangga struktur bagian atas (bertingkat 29), maka struktur bagian bawah (bertingkat 27) yang berupa core wall dengan sistem outrigger, didesain untuk tetap berperilaku elastik terhadap gempa kuat. Hal ini adalah untuk mencegah agar struktur bagian bawah tidak gagal lebih awal dibandingkan dengan struktur bagian atas.   Untuk sistem struktur secara keseluruhan, telah ditetapkan Faktor Reduksi Gempa R = 4,50, yang diverifikasi dengan hasil Analisis Dorong Statik Non-linier (Static Non-linear Push-over Analysis). Untuk analisis, struktur atas dimodelkan terjepit pada taraf lantai dasar.

Definisi Beban Gempa Rencana Bila Ve adalah gaya geser dasar respons dinamik elastik, gaya geser dasar pada pelelehan pertama adalah : Vy = Ve / μ   di mana μ adalah faktor daktilitas. Beban gempa rencana (nominal) adalah :   Vd = Vy / f1 di mana f1 = 1,6 adalah faktor kuat lebih beban dan bahan. Beban gempa rencana (nominal) dapat juga dinyatakan sebagai : Vd = Ve / R di mana R adalah faktor reduksi gempa, sehingga : R = μ . f1 = 1,6 μ

Definisi Beban Gempa Rencana Beban gempa kuat adalah : Vm = Vy . f2 = Vd . f1 . F2 = Vd . f   di mana f adalah faktor kuat lebih total dan f2 adalah faktor kuat lebih struktur, menurut rumus : f2 = 0,83 + 0,17 μ = 0,83 + 0,17 R/f1 Gaya geser dasar nominal statik ekuivalen untuk gedung beraturan adalah : V1 = C1 I Wt / R di mana Wt adalah berat total gedung, berikut sebagian beban hidup. Besaran 0,8 V1 adalah batas minimum gaya geser dasar untuk desain

Karakteristik Dinamik Hasil analisis vibrasi bebas : T1 = 5,467 det T2 = 4,249 det T3 = 2,700 det translasi - y translasi - x rotasi - z

Karakteristik Dinamik Rangkuman : Nomor ragam Waktu getar alami T (det) Modal participating mass ratio (%) Komponen gerak dominan Ux Uy Rz 1 5,467 0,010 66,904 0,059 translasi-y 2 4,249 58,810 0,041 0,020 translasi-x 3 2,700 0,101 0,037 61,573 rotasi-z Persyaratan menurut Peraturan : - Waktu getar alami pertama tidak boleh melampaui : 0,18 n = 0,18 x 56 = 10,08 det > 5,467 det (o.k.)   - Ragam vibrasi pertama dan kedua harus dominan dalam translasi (o.k.).

Respons Dinamik Struktur Dan Beban Gempa Rencana 0 50000 100000 150000 200000 250000 60 50 40 30 20 10 Gaya geser tingkat (kN) tingkat 0 50000 100000 150000 200000 250000 60 50 40 30 20 10 Gaya geser tingkat (kN) tingkat R = 4,5 (design) R = 1 (elastic) R = 1 (elastic) R = 4,5 (design) 0.8V1 = 22.540 kN 0.8V1 = 22.540 kN Vdx = 52.220 kN Vex = 235.000 kN Vdx = 53.333 kN Vex = 240.000 kN Gaya geser tingkat respons dinamik dalam arah-x Gaya geser tingkat respons dinamik dalam arah-y Karena untuk arah-x maupun arah-y Vd > 0,8 V1, beban gempa rencana didasarkan pada Vd, tidak perlu penyesuaian terhadap 0,8 V1.

Respons Dinamik Struktur Dan Beban Gempa Rencana 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 60 50 40 30 20 10 tingkat Beban Statik(kN) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 60 50 40 30 20 10 tingkat Beban Statik (kN) Beban gempa rencana statik ekuivalen dalam arah-x Beban gempa rencana statik ekuivalen dalam arah-y Beban gempa rencana statik ekuivalen pada masing-masing taraf lantai, adalah selisih gaya geser tingkat dari dua tingkat berturut-turut.   Lonjakan beban gempa pada taraf lantai 53 disebabkan oleh massa air kolam renang, sedangkan pada taraf lantai 26 dan 3, disebabkan oleh massa ruang mekanikal dan tangki air, sehingga menimbulkan gaya inersia setempat yang besar.

Kinerja struktur akibat gempa Ada 2 kriteria kinerja struktur yang harus dipenuhi : 1. Kinerja batas layan, yaitu simpangan antar-tingkat akibat beban gempa rencana, tidak boleh melampaui 0,03/R atau 30 mm. Hal ini adalah untuk mencegah terjadinya kerusakan non-struktur dan ke-tidak- nyamanan penghuni akibat gempa sedang.  2. Kinerja batas ultimit, yaitu simpangan antar-tingkat akibat beban gempa ultimit sebesar 0,7 R kali beban gempa rencana, tidak boleh melampaui 0,02 h (h = tinggi tingkat). Hal ini adalah untuk mencegah keruntuhan struktur secara dini akibat gempa kuat, sehingga menyebabkan jatuhnya korban.

Kinerja struktur akibat gempa simpangan (mm) 60 50 40 30 20 10 0 500 1000 1500 2000 tingkat simpangan (mm) 60 50 40 30 20 10 0 500 1000 1500 2000 tingkat 589 mm Service (Design) 456 mm 1436 mm 1854 mm Ultimate Service (Design) Ultimate Simpangan struktur akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-x Simpangan struktur akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-y Simpangan lantai puncak tidak melampaui batas maksimum 4% tinggi gedung = 10,08 m.

Kinerja struktur akibat gempa 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 tingkat Simpangan antar tingkat (mm) 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 tingkat Simpangan antar tingkat (mm) Service limit Service limit Ultimate limit Ultimate limit Service drift Service drift Ultimate drift Ultimate drift Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-x Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa rencana dan gempa kuat dalam arah-y Baik akibat beban gempa rencana, maupun gempa kuat, persyaratan kinerja batas layan maupun kinerja batas ultimit dipenuhi (o.k.) Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa kuat, di beberapa ketinggian gedung sudah hampir mencapai batasnya. Hal ini berarti, bahwa nilai R yang ditetapkan sudah cukup tepat dan tidak dapat dinaikkan lagi.

Analisis Dorong Statik Non-linier Analisis ini adalah untuk memeriksa kelayakan pemilihan nilai R yang ditetapkan untuk desain ( R = 4,5 ? ).   Pemeriksaan nilai R melalui Analisis Dorong Statik Non-linier dapat dibenarkan, karena respons ragam pertama dan ke dua adalah dominan dalam translasi. Struktur didorong ke samping dengan mengerjakan beban-beban lateral pada struktur dengan intensitas yang ditingkatkan secara berangsur-angsur. Distribusi beban sepanjang tinggi gedung diambil sama seperti pada desain, sedangkan beban gravitasi dianggap bernilai tetap. Setelah terjadi sejumlah besar sendi plastis, tercapailah kondisi struktur di ambang keruntuhan. Tujuan utama adalah untuk mendapatkan diagram δ-V, di mana δ adalah simpangan lantai puncak dan V adalah gaya geser dasar yang bersangkutan.

Analisis Dorong Statik Non-linier Dari diagram δ-V didapatlah gaya geser dasar yang menyebabkan pelelehan pertama Vy dan simpangan lantai puncak δy yang bersangkutan.   Jika δm adalah simpangan maksimum lantai puncak pada kondisi struktur di ambang keruntuhan, maka berdasarkan dalil kesamaan simpangan maksimum, didapat : R = 1,6 μ

Analisis Dorong Statik Non-linier 250000 200000 150000 100000 50000 0 0,50 1,00 1,50 2,00 Simpangan lantai puncak (m) Gaya geser dasar (kN) Ve = 235.000 kN Vɣ = 67.233 kN µx = 3,49; Rx = 5,58 δm = 2,076 δy = 0,5938 Analisis Dorong Statik Non-linier untuk arah -x

Analisis Dorong Statik Non-linier Gaya geser dasar (kN) Simpangan lantai puncak (m) 250000 200000 150000 100000 50000 0 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Vey = 240.000 kN 250000 200000 150000 100000 50000 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 Top floor displacement (m) Base shear (kN) Vɣy = 65.753 kN µy = 3,63; Ry = 5,81 δyy = 0,7825 δmy = 2,8411 Analisis Dorong Statik Non-linier untuk arah -y

Analisis Dorong Statik Non-linier Rangkuman : Untuk arah-x : Vex = 235.000 kN   Vyx = 67.233 kN δyx = 0,5938 m Rx = 1,6 μx = 5,58 > 4,5 Untuk arah-y : Vey = 240.000 kN Vyy = 65.753 kN δyy = 0,7825 m Ry = 1,6 μy = 5,81 > 4,5 Dari hasil Analisis Dorong Statik Non-linier didapat R > 4,5. Walaupun demikian, tidak dapat dipakai nilai R yang lebih tinggi, karena kinerja batas ultimit akan dilampaui, sehingga nilai R yang ditetapkan sebesar R = 4,5 sudah cukup tepat.

Kinerja Struktur Akibat Angin Suatu pengujian dalam terowongan angin lapisan batas (boundary layer) telah dilakukan terhadap model struktur skala 1:400 dengan 5% redaman kritis, oleh BMT FLUID MECHANICS Ltd, United Kingdom. Distribusi beban angin sepanjang tinggi gedung untuk desain kekuatan struktur, telah didapat dari model berdasarkan kecepatan angin dengan periode ulang 50 tahun sebesar 32,3 m/det, yaitu suatu sentakan angin (gust wind) 3 det pada ketinggian 10 m di atas permukaan laut pada lapangan terbuka.

Kinerja Struktur Akibat Angin Percepatan struktur yang dipicu oleh angin diukur pada model, untuk memeriksa kinerja layan dari gedung, berdasarkan kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun dan 10 tahun, sebesar berturut-turut 20,6 m/det dan 28,2 m/det.   Untuk memenuhi pedoman kenyamanan bagi penghuni untuk gedung hunian dan gedung perkantoran, batas-batas percepatan tersebut adalah : - untuk kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun : 8 mlli-g - untuk kecepatan angin dengan perioda ulang 10 tahun : 10 – 20 milli-g Percepatan puncak [milli-g] 35 30 25 20 15 10 5 Periode ulang [tahun] 0,5 5,0 MNC Tower, Level 51, 5,0% Damping NBCC (residental) ISO10137 (residental) 1,0 10,0

Kinerja Struktur Akibat Angin Dari pengukuran percepatan pada model didapat, bahwa percepatan puncak terjadi pada lantai ke-51 dan ke-53, yaitu : - akibat kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun : 0,9 milli-g < 8 milli-g (o.k.) - akibat kecepatan angin dengan perioda ulang 10 tahun : 2,8 milli-g < 10 milli-g (o.k) Jadi, struktur gedung ini menunjukkan kinerja akibat angin yang memuaskan

Kinerja Struktur Akibat Angin 60 50 40 30 20 10 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 tingkat (kN) Beban Statik Angin vs Gempa arah - x Gempa-x Angin-x 60 50 40 30 20 10 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 tingkat (kN) Beban Statik Angin vs Gempa arah - y Gempa-y Angin-y LRFD : LRFD : U = 1,2 D + 1,0 L + 1,6 W + 0,5 A U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E U = 0,9 D + 1,6 W U = 0,9 D ± 1,0 E Ternyata, kombinasi pembebanan oleh beban gravitasi dan beban angin, tidak menentukan untuk desain kekuatan struktur gedung ini.

STRUKTUR BAWAH

Struktur Besmen Struktur Besmen dimodelkan sebagai struktur di bawah tanah yang terjepit pada taraf fondasi, dibebani oleh reaksi-reaksi tumpuan Struktur Atas pada taraf lantai dasar dan beban-beban lain yang disyaratkan bekerja pada struktur di bawah tanah.   Agar Struktur Besmen akibat gempa kuat tidak gagal lebih awal dari Struktur Atas, Struktur Besmen didesain untuk tetap berperilaku elastik akibat gempa kuat tersebut.

Fondasi Rakit di atas Tiang Bor ( The Piled Raft Foundation ) Seluruh struktur Besmen duduk di atas sebuah rakit sebesar 45 m x 55 m dengan tebal 3 m, didukung oleh 210 tiang bor dengan diameter 1.200 mm.   Beban izin pada masing-masing tiang bor untuk beban gravitasi adalah 8.350 kN, termasuk efek kelompok, yang dapat dikalikan 2 bila pengaruh gempa kuat diperhitungkan. Penurunan gedung jangka panjang diantisipasi akan mencapai sekitar 180 mm.

Apresiasi Kami menyampaikan apresiasi yang setinggi-tingginya atas kerja keras tim desain PT. Wiratman, khususnya : Wina Arizona Dypiter Arifin Yudit Kuntardi sehingga perencanaan struktur Gedung MNC Media Tower ini, dapat diselesaikan dengan memuaskan.

TERIMA KASIH