Penerapan Sistem “Strong Column and Weak Beam” pada Struktur Bangunan

Secara geologis, Indonesia berada di Kawasan Cincin Api Pasifik (Pacifik Ring of Fire), yaitu rangkaian dari gunung api paling aktif di dunia yang membentang di sepanjang lempeng pasifik. Posisi Indonesia juga berada di pertemuan antara tiga lempeng utama dunia, yaitu Lempeng Eurasia, Lempeng Indo-Australia, dan Lempeng Pasifik. Hal inilah yang menyebabkan Indonesia kerap dilanda bencana geologis, baik dari letusan gunung api maupun gempa bumi.

Jika melihat gambar zonasi wilayah gempa Indonesia di bawah ini, maka terlihat bahwa terdapat 6 (enam) wilayah gempa di mana wilayah gempa 1 (warna putih) adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 (warna merah) dengan kegempaan paling tinggi.

Gambaran zona kebencanaan di atas menjelaskan bahwa Indonesia memiliki potensi bencana alam yang cukup tinggi sehingga diperlukan beberapa upaya antisipasi berupa:

1. Antisipasi terhadap kemungkinan terjadinya gempa dan penanganan teknis terhadap sistem evakuasi
2. Pemenuhan kaidah-kaidah perencanaan/ pelaksanaan sistem struktur tahan gempa pada bangunan gedung

Dengan dipenuhinya kaidah-kaidah perencanaan bangunan sesuai dengan standar yang berlaku, maka banyak kemungkinan masyarakat dapat meminimalkan kerugian yang diakibatkan terjadinya bencana alam gempa bumi.

Kaidah-kaidah perencanaan/ pelaksanaan sistem struktur tahan gempa

Dalam merencanakan sebuah bangunan, baik itu yang difungsikan untuk tempat tinggal, kegiatan bisnis, maupun fungsi khusus, haruslah didesain mengikuti standar yang berlaku. Perencanaan ini tentunya dimaksudkan untuk meminimalkan risiko kegagalan pada struktur mengingat kondisi Indonesia yang berada di Kawasan Cincin Api Pasifik (Pasifik Ring of Fire).

Untuk itu, melalui artikel ini, kami akan membahas bagaimana kaidah-kaidah perencanaan maupun pelaksanaan sistem struktur bangunan yang tahan terhadap bencana alam gempa bumi.

Memanfaatkan kapasitas struktur untuk keselamatan penghuni

Bangunan gedung maupun bangunan lainnya saat ini harus direncanakan bukan saja dengan mempertimbangkan fungsi saja, namun harus memiliki kapasitas untuk merespon gaya gempa yang terjadi pada masing-masing wilayah sesuai potensi gempa yang terjadi.

Struktur yang didesain juga harus mengutamakan keselamatan dan secara khusus memberikan waktu bagi penghuninya untuk menyelamatkan diri. Selain itu, struktur yang sesuai dengan standar dapat meminimalkan kerusakan yang terjadi akibat gempa yang melanda suatu wilayah. 

Baca juga : Panduan Keselamatan Kerja di Tempat Kerja

Aspek struktural untuk menerapkan “Strong Column And Weak Beam“

Salah satu aspek utama dalam desain struktur bangunan adalah menerapkan sistem “Strong Column And Weak Beam”, atau yang dapat disebut SCWB. Dengan diterapkannya sistem ini, maka skenario keruntuhan pada bangunan dapat didesain dalam skema gradual (berangsur) melalui balok-pelat selanjutnya bagian kolom yang dapat mengalami kegagalan.

Adapun kelebihan dari penerapan sistem SCWB adalah memberikan sinyal awal saat struktur bangunan mengalami kegagalan. Sinyal ini nantinya dapat menjadi peringatan bagi penghuni bangunan gedung agar segera melakukan penyelamatan diri. Oleh karena itu, sistem SCWB didesain secara gradual sehingga memberikan waktu lebih bagi penghuni saat menyelamatkan diri.

Jika sebuah struktur tidak didesain mengikuti skema ini, tentun saja efek buruknya adalah kegagalan secara tiba-tiba tanpa adanya peringatan awal sehingga terjadi keruntuhan yang dapat memakan korban jiwa.

Permasalahan

Umumnya, terdapat beberapa permasalahan perencanaan struktur bangunan yang kerapkali ditemui di lapangan. Misalnya adalah elemen kolom yang didesain minimalis atau terlalu ramping, kurang kuatnya elemen sambungan, maupun kesalahan lainnya.

Desain yang terlalu minimalis

Banyaknya struktur bangunan yang tidak memenuhi sistem SCWB (Strong Column And Weak Beam) ini mulanya disebabkan dari proses awal yang salah. Proses awal ini dimulai saat pekerja konstruksi mendesain elemen struktur seperti balok, Pelat dan utamanya pada elemen kolom di mana dimensi desain terlalu minimalis atau ramping.

Kesalahan lain yang umumnya terjadi adalah tidak dipertimbangkannya kekakuan rangkaian balok-kolom. Misalnya, balok dirangkai dengan rapat, namun kolom dirangkai dengan jarak yang jarang-jarang sehingga kekakuan lateral dari struktur tidak seimbang atau proporsional. Dengan menerapkan sistem SCWB, maka simpangan struktur bangunan dapat diminimalkan kegagalannya.

Untuk lebih jelasnya, berikut kami sertakan contoh sistem kerja SCWB yang diterapkan pada bentuk deformasi portal.

Detail sambungan yang tidak kokoh

Tak kalah menariknya adalah bagian detail sambungan. Elemen sambungan pada setiap struktur bangunan harus direncanakan dan didesain kokoh sehingga tidak ada kerusakan pada area sambungan. Jika terdapat kerusakan/ perlemahan pada area sambungan, maka balok dan pelat yang masih utuh (bisa juga rangka kuda-kuda) dapat secara tiba-tiba patah dan menimpa lantai di bawahnya. Hal ini tentunya dapat berpotensi menimbulkan korban jiwa yang sangat banyak.

Efek kegagalan

Dampak kegagalan struktur bangunan tanpa dukungan sistem SCWB (Strong Column And Weak Beam) ini akan sangat fatal. Utamanya adalah tidak adanya tahap keruntuhan yang dapat terlihat. Artinya, keruntuhan dapat terjadi secara tiba-tiba, tanpa peringatan, tanpa sinyal, dan tanpa memberikan waktu lebih bagi penghuni untuk proses evakuasi diri. Hal ini tentunya adalah sebuah desain yang sangat beresiko, khususnya pada keselamatan penghuni.

Berikut adalah beberapa contoh kegagalan struktur bangunan di beberapa negara tanpa penerapan sistem SCWB pada bangunan gedung.

• 

• 

Metode penerapan sistem SCWB pada struktur bangunan

Terdapat beberapa alternatif penerapan sistem SCWB (Strong Column And Weak Beam) pada struktur bangunan. Adapun metodenya adalah sebagai berikut.

Dimensi desain kolom harus lebih besar dibanding balok

Pertama, dalam perencanaan struktur bangunan, dimensi kolom harus dibuat lebih besar perbandingannya terhadap dimensi balok. Metode ini merupakan dasar perencanaan mengenai estimasi dimensi dalam preliminary analysis.

Kedua, desain kolom sebaiknya memiliki bentuk yang memiliki inersia kekakuan arah X dan Y yang seimbang, dapat menggunakan penampang persegi atau lingkaran untuk bangunan beton bertulang atau H section untuk bangunan baja struktural.

Desain jumlah kolom sesuai dengan luasan balok dan pelat

Selanjutnya adalah memastikan bahwa grid atau jumlah kolom terhadap luasan bentang/ area merupakan kondisi yang proporsional. Hal ini cukup berpengaruh terhadap distribusi beban lantai/ balok terhadap masing-masing kolom. Distribusi yang merata akan memberikan perilaku yang seragam sehingga kolom dapat bekerja sesuai sistem.

Pastikan sambungan balok dan kolom kuat

Jika kolom sudah direncanakan dan memenuhi kaidah SCWB (Strong Column And Weak Beam), selanjutnya adalah memperhatikan bagian sambungan (joint connection).

Desain sambungan harus dipastikan lebih kuat dari kolom-balok dikarenakan sistem SCWB ini tidak dapat membaca skenario kegagalan pada sambungan. Selain itu, beton bertulang harus didesain sesuai standar panjang penyaluran pada SNI (Standar Nasional Indonesia). Sementara struktur baja dapat didesain dengan pembautan, las, maupun gabungan keduanya sesuai dengan SNI.

Baca juga : Persyaratan Struktur Bangunan Gedung

Pendekatan PT Eticon Rekayasa Teknik sebagai Pengkaji Teknis Struktural

Dalam melakukan kegiatan assessment dan forensic, PT Eticon Rekayasa Teknik sebagai perusahaan penyedia jasa konstruksi bangunan menggunakan beberapa pendekatan sebagai pra-justifikasi terhadap kondisi bangunan gedung secara visual.

Hal pertama adalah memperhatikan secara visual dimensi kolom terhadap balok primer dan balok sekunder. Pengamatan visual dilakukan dengan melihat ketegaran struktur serta bentuk eksistingnya. Jika ditemukan lendutan/ simpangan pada kolom, maka akan dilakukan pendataan dan pengukuran secara langsung.

Selanjutnya adalah memperhatikan konfigurasi kolom dan balok. Konfigurasi yang rapat pada kolom akan memberikan kepastian terhadap kekakuan struktur. Tentunya ditunjang rangkaian balok primer dan sekunder yang sesuai desain.

Elemen selanjutnya yang perlu diperhatikan adalah area-area sambungan. Pada bangunan struktur baja, pembautan yang telah eksisting akan diperiksa. Apakah kondisinya masih sesuai dan utuh?

Pada sambungan las akan diperiksa, apakah panjang sambungan masih sesuai dengan kondisi desain? Pada elemen Stiffner akan diperiksa keutuhannya, apakah sudah mengalami deformasi atau belum? Sedangkan pada bangunan beton bertulang, jika areanya terekspos, maka dapat dilakukan pemeriksaan retakan pada area sambungan.

Hasil rekomendasi dari kajian teknis ini juga dapat digunakan pemilik bangunan gedung untuk mengajukan permohonan Sertifikat Laik Fungsi (SLF). Sertifikat Laik Fungsi merupakan sertifikat yang diterbitkan oleh pemerintah terhadap bangunan gedung yang telah selesai dibangun sesuai IMB dan telah memenuhi persyaratan kelaikan teknis sesuai fungsi bangunan berdasar hasil pemeriksaan dari instansi maupun penyedia jasa SLF terkait.

Namun perlu diingat, sebelum pemerintah daerah menerbitkan SLF, pemilik/ pengguna bangunan gedung diharuskan melakukan perbaikan atas rekomendasi yang dirangkum oleh pengkaji teknis.

Baca juga : Pentingnya SLF Pada Bangunan Gedung

Referensi

• Draft pedoman umum Perencanaan Pusat Informasi Pengembangan Permukiman dan Bangunan (PIP2B)
• Gökdemir, Hande and Günaydin, Ayten. 2018. Investigation Of Strong Column – Weak Beam Ratio In Multi-Storey Structures. Anadolu University Journal of Science and Technology
• Nayan, Swapnil. 2018. Analysis of Reinforced Concrete Building for Strong Column and Weak Beam Behaviour. International Institute for Information Technology
• Ning, Ning, et al. 2016. Design recommendations for achieving ‘‘strong column-weak beam” in RC frames. Engineering Structures.
• Wongpakdee, Nattapat, et al. 2017. Influence of Column Strength and Stiffness on the Inelastic Behavior of Strong-Column-Weak-Beam Frames. American Society of Civil Engineers.