beban hidup merata & terpusat acuan SNI 1727:2013

 peraturan pembebanan yg terbaru banyak merujuk pada ASCE 7 (2010) yg mana selain beban hidup merata perlu juga ditinjau beban hidup terpusat pada bentang. dimana hal tersebut tidak ditinjau pada peraturan pembebanan tahun sebelumnya terkecuali pada struktur atap baja.

download

berikut diberikan contoh sederhana pada bangunan office struktur baja, terlihat pada kondisi berikut dominasi gaya rencana (momen & geser) balok adalah dari tinjauan beban merata, kecuali pada balok tepi. hal tersebut tidak begitu berpengaruh terhadap balok dari struktur baja namun mungkin akan berbeda pada balok dari beton bertulang hubungannya dengan penyebaran tulangan geser.

.

.

 .

.

.

 

.

 belakangan setelah peraturan diatas dipublikasikan ada yg memperbincangkan dan terkesan memperdebatkan mengenai beban hidup atap, dimana dipahaminya perlu sebesar ~100kgf/m2 dan cenderung menyatakan semua bangunan atap baja yg ada tidak memenuhi syarat, padahal peraturan sebelumnya diambil dari beban pekerja (terpusat 100kgf) atau beban hidup merata dari air hujan berikut tinjauan gaya kinetis (maks. 20kgf/m2). pada daftar beban hidup SNI1727:2013 juga tertulis untuk itu bahkan lebih besar yaitu ~24kgf/m2

ada baiknya melakukan juga perbandingan dengan peraturan luar mengenai hal tersebut, dalam hal ini sya merujuk peraturan AS/NZS 1170.1 (2002) karena banyak digunakan sebagai distributor penutup atap/dinding (roof & wall cladding). beban hidup atap baja yg utama adalah dari perawatan dan pelaksanaan dimana tumpukan lembaran dan pekerja dapat terkonsentrasi disuatu tempat. untuk atap baja gudang dan pabrik (industrial building) dikategorikan tidak dapat diakses orang banyak (non-trafficable loads) ed. berbeda dgn atap dak beton. beban hidup terpusat sebesar 1.1kN(~112kgf) diasumsikan bekerja sembarang pada struktur sekunder, namun hal ini juga ditentukan pemasok (supplier/manufacturer) lembar atap dari maksimum bentangan yg mampu ditahan. sedangkan untuk struktur utama perlu diambil sebesar 1.4kN(~143kgf). beban hidup merata diambil 0.24kPa(~25kgf/m2) untuk luasan atap A>14m2, perlu dicatat juga beban hidup atap tersebut tidak perlu dikombinasikan dgn beban angin dgn mengasumsikan bekerja bersamaan.

 

jika merujuk peraturan dari Eropa yaitu EN 1991.1.1 (2002) dikategorikan atap yg tidak dapat diakses umum orang banyak kecuali untuk pekerja perawatan/perbaikan saja, rekomendasi beban hidup atap baja adalah sebesar 0.4kN/m2(~41kgf/m2) untuk beban hidup merata dan 1kN(~102kgf) untuk beban hidup terpusat. penggunaan beban hidup merata sebesar 0.3kN/m2(~31kgf/m2) masih umum digunakan dan diperbolehkan. menyatakan juga beban hidup tersebut tidak perlu ditinjau kombinasi dgn beban angin.

.

*peninjauan kemiringan rujukan dari the Steel Construction Institute

**pengabaian konsistensi satuan dan nilai minimum akan menghasilkan lebih besar

 

.

secara umum penetapan beban hidup merata SNI (2013) sudah sama/mendekati dgn peraturan luar AS/NZS & BS/EN (2002). terlihat peraturan lama Indonesia (1983) saja hanya terpaut selisih sekitar ~25% dengan peraturan Australia terbaru dan selisih ~37% dengan peraturan Eropa. pada peraturan luar menyatakan tidak perlu ditinjau kombinasinya dgn beban angin sedangkan pada SNI ditentukan kombinasi bekerja dengan angin bersamaan sehingga akan ada perbedaan faktor aman.

sedangkan jika merujuk peraturan Amerika yaitu ASCE 7-2010 & IBC 2006 memang umumnya digunakan sebesar 20psf(~97kgf/m2) untuk perencanaan gording (purlins) dan sebesar 12psf(~58kgf/m2) untuk perencanan balok atap (rafter) atau rangka batang (truss girder). dan juga kombinasi yg digunakan memperhitungkan dengan beban angin, diasumsikan bekerja bersamaan. peraturan Kanada yaitu NBCC 2015 juga menyebutkan untuk permukaan atap diambil sebesar 1kPa(~101kgf/m2) tanpa reduksi, mewakilkan beban pada saat pelaksanaan konstruksi atap, atau beban pekerja perawatan setelah terbangun berdiri. kedua negara tersebut tidak meninjau dan meneliti lebih lanjut mengenai beban hidup merata atap baja (besaran & kombinasi beban), hal ini mungkin dikarenakan dominasi perencanaan umumnya adalah dari beban salju (snow) yg nilainya kisaran 2kPa(~203kgf/m2) sampai 8kPa(~815kgf/m2) bahkan 10kPa(~1020kgf/m2) yg rasionya hampir belasan kali lipat lebih dibanding beban hidup merata atap minimum (kondisi batas atas).

mempelajari dan memahami besaran beban memang tidak dapat mengambil begitu saja suatu baris kalimat yg tertera disuatu peraturan serta kemudian meyakini secara defacto yg hanya akan berujung pada kesimpulan yg tidak tepat disampaikan kepada publik maupun mahasiswa/praktisi apalagi sampai menyimpulkan semua bangunan atap baja yg ada tidak memenuhi syarat atau tidak aman (unsafe) dan perencana yg ada telah melanggar perlu diberikan sanksi ketat karena tidak sampai 100kgf/m2 (reduksi) tadi. walau pengunaan nilai beban hidup merata atap baja yg digunakan tersebut bertujuan baik memberi angka aman lebih sekiranya dapat bijak mensikapi keadaan tanpa menyudutkan team penyusun peraturan (lama) ataupun perencanaan yg sdh ada.

the Steel Construction Institute menyatakan hal tersebut bukan suatu yg penting dengan mengabaikan jika sudut atap >60deg, selaras dengan peraturan lama Indonesia juga sama mengabaikan jika sudut atap >50deg. sedangkan peraturan Amerika dan Kanada tetap memperhitungkan tanpa batasan sudut kemiringan, lalu bagaimana seorang perencana mensikapinya? perlu judgment jika memang dipandang belum jelas dan pasti diatur atau keadaan lain. melihat dominasi dari tujuan beban tersebut adalah pada saat konstruksi, yg mana sepengetahuan sya penulis keadaan kritis pelaksanaan konstruksi adalah pada saat erection dimana masih bekerja berat sendiri struktur. keadaan penyediaan pengikat (tie) dan pengekang (brace) atau bahkan penyokong (shoring) sangat berpengaruh terhadap stabilitas, lembar atap baja (roof sheet/cladding) biasanya belum naik terpasang dan belum banyak pekerja diatas. jikalau rangka struktur sudah berdiri, tetap pemasangan dan penumpukan lembar atap dan pekerja juga perlu diatur untuk menghindari unbalanced loads, maka kriteria beban hidup merata tersebut memang tidak lebih penting, kecuali untuk repair/maintenance atau antisipasi tambahan angka aman terhadap tekanan air hujan berikut gaya kinetis. perbedaan angka aman lagi ada pada beban kombinasi yg mana peraturan SNI mengasumsikan bekerja bersamaan dengan angin. hal ini menjadikan kriteria akan berbeda dgn peraturan AS/NZS, pada kondisi tekan/dorong (pressure) memberikan hasil lebih namun pada kondisi hisap (suction) akan sebaliknya yaitu mengurangi uplift dengan tinjauan nilai separuhnya dari beban hidup atap tsb.

mengenai hal lain, bagaimana dengan beban air hujan pada bidang kemiringan atap itu sendiri? itu umumnya tidak diperhitungkan dikarenakan perencanaan penutup atap (lekukan) dan kemiringan (slope) serta talang (gutter) dan pipa alir (down pipe) diperlukan selaras terkendali. beban air hujan hanya bekerja pada talang sesuai dimensi, kemiringan, bentuk lembaran atap dan intensitas. artinya aliran air harus segera diteruskan dari atap ke talang bawah tidak diperkenankan terhambat rentan waktu cukup lama. hanya ada yg khusus saja pada jarak antar gording (purlins) area bawah dekat talang keliling yg disyaratkan lebih rapat untuk antisipasi akumulai berkumpul menumpuk air hujan atau biasa disebut ponding. peraturan ASCE 7-2010 & IBC 2012 memberikan rumus pendekatan beban air hujan merata (peak) untuk keadaan ponding tersebut. untuk kondisi hujan ekstrim seperti berupa butiran es disertai badai, perkumpulan konsultan di Australia melalukan ketentuan tambahan sebagai berikut, beban air hujan tinjauan ponding pada tengah bentang akibat lendutan berlebih balok rafter.

.

 

(source : Association of Consulting Structural Engineers, 2016)

.

sya mendapatkan updates peraturan pembebanan Indonesia terbaru yaitu SNI 1727:2018, ada koreksi terhadap tata bahasa (terlampir) dan memang benar mengacu pada ASCE 7 - 20xx, jikalau begitu memang sebaiknya diikuti untuk kelebihan angka aman walau secara prinsip sya berbeda. pembesaran nilai beban hidup merata atap tersebut bukan ditujukan pada pelaksanaan atau perbaikan konstruksi namun lebih kepada beban air hujan berikut gaya kinetis sesuai prinsip dari PPIUG-1983 dan judgment mungkin hanya sya tempuh untuk sudut kemiringan atap yg curam/tajam.

.

  .

(source : SNI 1727:2018)

.

 maksud dari beban merata atap sebesar 0.24kPa tersebut adalah untuk jenis tension fabric atau membrane roofs, sya tidak begitu familiar jenis tersebut untuk itu mencoba mencari rujukan perencanaannya dari negara Amerika dan Eropa (Jerman). berikut yg saya dapat:

There are several loads that are negligible in membrane design. The self-weight of the membrane is usually negligible, but often included in the analysis. Moreover, due to the negligible weight of the membrane, seismic loads are also usually insignificant and not incorporated in the analysis. Rain loads are also rarely considered since water will be designed to shed  rapidly to avoid  ponding. Live roof loads (ed. ASCE 7-2005, 0.24kPa) can also be significantly reduced for it usually accounts for building material during construction, which is irrelevant in the  case of membrane structures. Lastly, as of yet, temperature gradients of the membrane have not produced accountable loads for the fabric. (source : Miriam & Connor, 2007)

The roof is considered Category H (ed. EN 1991.1.1-2002) with a load of 0.4 kN/m2, not accessible expect for normal maintenance and repair. It is not to be superimposed with other extreme loads. Since the wind loads are much higher that the live load, the live load will not be taken into account in the structural analysis. (source : Abrantes & Robert, 2014)

 dari dua rujukan perencaan atap fabric/membrane tersebut dapat disimpulkan beban hidup merata atap jenis tersebut sangat kecil dan dapat diabaikan.

walaupun sya mengikuti peraturan pembebanan negara Amerika atau Kanada bukan berarti sya setuju membenarkan secara nilai dan prinsipnya. juga tidak diartikan sya menolak atau menyalahkan peraturan pembebanan negara Australia dan Eropa apalagi sampai menilainya tidak memenuhi syarat/tidak aman. kerena di salah satu negara anggota tersebut juga sudah menempuh penelitian (Villiers, 2003) bahwa reliabilitas beban hidup atap baja dgn penutup lembaran pada saat konstruksi itu berkisar nilainya sebesar 0.3kPa, dan memang seharusnya dipisah dengan beban terpaan air hujan berikut gaya kinetis pada permukaan atap itu sendiri. 

selain itu beban hidup merata atap tersebut hanya bekerja searah gravitasi, karakteristik berbeda dengan terpaan air hujan dapat mengenai elemen vertikal seperti dinding cladding juga saat ada dorongan dari angin samping biasa disebut wind-driving rain loads (Straube, 2010). sebagai catatan tambahan juga berdasarkan suatu penelitian, besaran energi kinetis terpaan air hujan dapat didekati dari intensitasnya.

.

 

.

(source : Choi et al, 2016)

.

 

.

(source : Petru et al, 2018)

 berikut tambahan klasifikasi berdasarkan curah hujan harian menurut BMKG

.

 dari negara Eropa (Prancis) juga belakangan melakukan penelitian numerik (simulasi CFD) besarnya tekanan akibat jatuhnya air hujan terhadap permukaan tanah dengan lapis tipis air genangan. diameter butiran air (raindrop) yg ditinjau adalah 2mm dengan kecepatan terminal sebesar 6.5m/det hasilnya menunjukan nilai tekanan permukan sebesar 1.07kPa(~109kgf/m2) rata-rata, akan tereduksi banyak dengan tingkat kerapatan butiran jatuh pada luasan tertentu misal satu meter pesegi. perlu analisa lanjut statistik (reliability) dalam menjadikan beban quasi-static karena aktualnya adalah beban impact yg merupakan fungsi waktu dengan jumlah banyak. jika secara sederhana diambil jarak bersih antar butiran jatuh nilai sama dgn diameternya saja akan mereduksi sekitar 65% beban (~38kgf/m2), nilai tersebut mendekati dari peraturan beban hidup atap rekomendasi peraturan Eropa (EN 1991.1.1:2002). perlu meneliti dan mempelajari lanjut mengenai hal ini (masih jarang sya temui) karena selama ini kebanyakan beban air hujan yg dimaksud dan diperhitungkan hanya pada keadaan statis/diam genangan saja (ponding), padahal sejak peraturan pembebanan Indonesia tahun 1983 telah memberikan catatan bahwa ini adalah beban hidup antisipasi akibat gaya kinetis air hujan jatuh. besar atau kecilnya nilai ketentuan pada peraturan lama itu hal yg berbeda, tanpa menghilangkan prinsipnya.

.

 

(source : Bako et al, 2016)

.

jadi pandangan sya menyimpulkan bahwa peraturan lama dan bangunan atap baja yg telah ada adalah tidak memenuhi syarat, not Okey atau tidak aman (unsafe) bukanlah perkara mudah perlu kajian lebih mendalam dan juga imbas dari pernyataan tersebut adalah perkuatan retrofit / strengthening yg mana kebanyakan pabrik sudah beroperasional adanya pekerja dan mesin, belum lagi jenis sruktur yg akan diperkuat adalah struktur baja akan lebih beresiko jika penampang baja existing dilakukan pengeboran dan/atau pengelasan ditempat yg akan mengakibatkan perlemahan awal titik setempat. tentunya hal tersebut berbeda dgn persyaratan gempa, seismic retrofit mungkin diperlukan jika tidak memenuhi karena keputusan hal tersebut pastinya sudah didukung data dan penelitian yg kuat.

.