Struktur Tahan Gempa ‘Steel Braced-Frame’

Gedung Terlindungi, Aman Bagi Penghuni

Sistem struktur bangunan tahan gempa ini bersandar pada sebuah rangka baja (steel braced-frames) yang dipasang pada bagian eksterior bangunan. Rangka baja ini dirancang untuk bisa bergoyang ke atas dang ke bawah pada saat terjadi guncanga gempa. Di tengah rangka baja, terdapat tendon (urat) baja yang bergerak  elastis untuk mengendalikan goyangan. Dengan struktur ini, bangunan mampu bertahan dari gempa lebih dari 7 Skala Richter (SR).

Sebuah metode konstruksi terbaru, diperkenalkan oleh para peneliti di bidang teteknik sipil yang bisa diaplikasikan pada sebuah bangunan agar mampu bertahan pada saat terjadi gempa bumi yang cukup kuat. System struktur bangunan tahan gempa ini diharapkan dapat memberikan keamanan bagi penghuni gedung dan memberikan keuntungan ekonomis bagi pemilik atau pegelola gedung. 

Sistem struktur tahan gempa yang didesain oleh para peneliti dari Stanford University dan University of Illionis ini, telah sukses diuji coba di Jepang dan terbukti mampu bertahan pada gempa yang ekstrem sekalipun. Selama pengujian, system struktur ini terbukti mampubertahan dalam sebuah simulasi yang lebih besar daripada 7 Skala Richter.

Pada saat uji coba, model gedung ditempatkan di atas sebuah meja raksasa, kemudian diberikan gyangan sebagai simulasi sebuah gempa besar berkekuatan lebih dari 7 Skala Richter. Hasilnya, ternyata gedung dengan system struktur baru ini mampu menahan gempa yang cukup ekstrem dan tidak roboh, serta mengalami kerusakan berat.

Menurut Greg Deierlein, Profesor Teknik Sipil dan Teknik Lingkungan dari Stanford University, sistem struktur yang disebut dengan ‘Steel Braced-Frame’ ini, berpeluang membuat sebuah gedung menajdi jauh lebih taha terhadap gempa dan lebih mudah untuk memperbaikinya, sehingga pemulihan gedung tersebut bisa lebih cepat. Walaumengalami kerusakan, bangunan gedung tidak sampai roboh, sehingga mampu memberikan keamanan bagi oenghuni dan secara ekonomis dapat memberikan keuntungan bagi pemilik gedung karena tidak terjadi keruakan yang berat dan fatal secara struktur.

 “Sistem struktur Steel Braced-Frame mampu mendisipasi atau menyalurkan energy melalui jalur-jalur bingkai baja yang menempel pada kerangka atau dinding eksterior bangunan. Kolom-kolom bajanya sendiri, bisa menjadi bagian yang inheren dari desain bangunan, atau bisa juga dikombinasikan dnegan desain bangunan yang sudah ada,” jelas Greg Deierlein, sembari menambahkan, bahwa yang unik dari system struktur ini adalah tidak seperti struktur gedung konvensional. Yakni, sistem struktur ini cenderung menghilangkan goyangan selama terjadi gempa besar. rangka baja ini benar-benar bergoyang terpisah dari pondasi saat terjadi gempa besar.

Komponen Struktur

Bangunan pada sistem baru ini bersandar pada sebuah rangka baja (steel braced-frames) yang dibuat pada bagian eksterior bangunan. Rengka baja ini dirancang untuk bisa bergoyang ke atas dan ke bawah saat serangan gempa terjadi. Sistem struktur tahan gempa Steel Braced-Frame ini, terdiri dari beberapa bagian dan komponen: pondasi baja pada bagian bawah struktur, ‘sekering’ baja, dan tendon (urat baja) yang terdiri dari kawat-kawat baja pilihan. Urat baja ini, terletak di bagian tengah bingkai baja, dan didesain untuk bisa berlaku elastic ketika gedung sedang bergyang akibat gempa. Namun, ketika guncangan gempa berakhir, urat baja yang terbuat dari material baja berkekuatan tinggi ini akan menyesuaikan kepada panjangnya semula, dan menarik gedung untuk kembali pada posisi awal.

Di bagian bawah struktur Steel Braced-Frame, terdapat sekering (fuses) baja yang akan menjaga gedung dari kerusakan akibat guncangan gempa. Sekering ini berfungsi untuk melenturkan, membuang induksi energy sari gempa, dan memperkecil kerusakan, serta membatasi kerusakan bangunan hanya pada area tertentu. Sekring ini, dari segi fungsi seperti sekering listrik dan bisa diganti dnegan mudah jika terjadi kerusakan. Ide dari struktur ini adalah untuk mengkonsentrasikan kerusakan pada sekering yang dapat diganti.

Sebelumnya, sudah banyak dirancag dan dibangun konstruksi bangunan tahan gempa. Sayangnya, gedung-gedung tersebut biasanya mengalami kerusakan berat saat terjadi gempa, sehingga kalaupun bisa diperbaiki pasti memerlukan biaya yang cukup mahal.

“Sebagian besar bangunan saat ini telah didesain untuk menghadapi gempa bumi dan dirancang sedemikian rupa, sehingga ketika ada gempa bumi dnegan intensitas yang bear, maka bangunan tersebut dikorbankan untuk menyelamatkan para penghuninya,” ujar Greg sebagai Pemimpin Tim Peneliti.

Dengan sistem struktur gempa terbaru ini, tandas Greg Deierlein, diharapkan kerusakan yang terjadi pada bangunan dapat diminimalisir dan tentunya dapat memberikan keselamatan bagi penghuninya. Jadi, sistem struktur ini diyakini lebih ekonomis dan tentunya lebih aman.

Contoh Bangunan dengan Steel Braced Frame (http://www.earthquakeretrofit.org/

)

“Dalam aplikasinya, sistem ini dapat diinstal atau dipasang sebagai bagian dari desain awal bangunan, atau bisa juga dipasang pada bangunan yang sudah berdiri. Secara ekonomis juga layak, karena dapat dibuat dari bahan-bahan yang biasa digunakan dalam konstruksi,” demikian kata penelitinya, sembari mengatakan bahwa dari segi desain mungkin masih perlu pengembangan untuk menjadikan teknologi ini lebih bagus dan sempurna lagi ke depannya, serta dapat diimplementasikan dengan biaya cukup murah.

Dilakukan Uji Coba

Untuk mendapatkan hasil kinerja dari sistem struktur tahan gempa tersebut, belum lama ini Deierlein beserta rekan-rekan peneliti lainnya, telah melakukan beberapa pengujian guncangan terhadap sistem struktur Steel Braced-Frame di Hyogo Earthquake Engineering Research Center di Miki City, Jepang. Mereka menggunakan model gempa di Kobe, Jepang, yang berkekuatan 6,5 SR (tahun 1995), dan gempa Northbridge yang berkekuatan 6,7 SR (tahun 1994).

Skema Bangunan Berkonsep Steel Braced Frame

Pada gambar, tampak kerangka baja yang ditampilkan merah. Struktur putih di belakang frame mensimulasikan berat sebuah bangunan tiga lantai. Inset menunjukkan sekering diganti baja, kuning, di dasar frame goyang. Di belakang dan di depan sekering adalah kabel baja vertikal yang menarik bangunan kembali ke plumb setelah gempa bumi. Selama pengujian, frame terjepit di antara dua struktur putih. Ilustrasi oleh Xiang Ma, Stanford mahasiswa doktoral.

Gempa Nirthbridge tercatat sebagai gempa yang menimbulkan kerugian paling besar, yakni mencapai USD 40 miliar (sekitar (Rp 400 triliun). Sementara itu, gempa Kobe merupakan gempa yang menelan lebih dari 6000 korban jiwa dan kerugian ekonomi mencapai tiga kali gempa Nirthbridge.

Adapun mengenai hasil pengujian, ternyata struktur Steel Braced-Frame tersebut mampu menahan daya rusak gempa. Kerusakan yang terjadi pada bangunan gedung, hanya di sekitar bagian sekering baja yang dengan mudah bisa diganti. Padahal, di akhir pengujian para peneliti meningkatkan kekuatan gempa buatan hingga 1,75 kali lebih besar daripada model gempa Northbridge.

“Bangunan yang dirancang tahan gempa saat ini, umumnya mengorbanan bangunan itu sendiri demi menyelamatkan penghuninya. Walaupun bangunannya tidak roboh, namun seringkali mengalami kerusakan berat dan harus dihancurkan karena telah mengalami deformasi dan tidak layak dari segi satruktur. Oleh karenanya, system struktur Steel Braced-Frame ini dapat menjawab pentingnya perlindungan terhadap bangunan, sekaligus memberikan jaminan keselamatan bagi penghninya ketika terjadi bencana gempa bumi yang berpotensi merusakkan bangunan,” demikian Greg menjelaskan.

Sumber: Majalah Techno Konstruksi Edisi 23, Tahun III, September 2010 (dengan penyesuaian)