BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
Hasil Analisa Pushover
Analisa pushover dari model struktur menghasilkan kurva kapasitas yang menggambarkan perbandingan antara base shear dengan roof displacement tiap tahap pembebanan pushover. 25000
4-
-4
20000 -I
_
X
!
S ^ "
15000 10000
M
i
5
6 Roof Displacement (cm)
10
4
Gambar 4.1. Perbandingan Base Shear dengan Roof Displacement. Perpindahan, A {displacement) dan simpangan antar tingkat, 5 (inierstory drift) tiap lantai model struktur dari tahap pembebanan diatas disajikan dalam Tabel 4.1. berikut ini. Tabel 4.1 Displacement dan Interstory Drift Tiap Tahap^J^mbebanan. h
Story (cm)
- 6 5 4 3. 2 1
350 350 350 350 350
2
I
(v^muAfii kg) A (cm)
2,674 2,494 2,155 1,686 1,123 0,506
350 0 0 H= 2100 cm
3
4
5
(K=A1683-4,313 lid (l-i=l7S-l2,29l A A 8kR) (^!=22125,672 8kj.) 8 («'") (cm) (cm) _ ( c n i ) 8.934
5
0,18
0,339 0,469 0,563 0.617 0,506
3,550
3,315 2,831 2,224 1,484 0,666 0
0,235
0,484 0,607 0,74 0,818 0,666
3,973
3.718 3,109 2,440 1,602 0,713 0
0,255
0,609 0,669 0.838 0,889 0,713
"15.570 5,094 3.811 2.210 0.945 0
0.364
3,476 1,283 1,601 ] ,265 0.945
]
(r-0,27l7kK) A 8 (cm) (cm) X,';35
8.')35 6.9E-05 5,lE-05 _2,9[>05 i.2E-05 0
0,000 8.935 1
l,8E-05 2.2E-05 l.7E-()5 1.2E-05
70 Nilai daktalitas aktual dari model struktur yaitu // = 3,34 diperoleh dari perbandingan nilai perpindahan, A pada tahap (4) terhadap tahap (1). Hasil superposisi antara spektrum kapasitas dan spektrum demand redaman efektif, I3ejf = 7,48 % dengan metoda CSM didapatkan performance point a p i , dp, pada (0,348g; 2,785 cm) dan T = 0,567 detik.
Sd (cm)
Gambar 4.2. Performance Point pada (0,348g; 2,785 cm). Nilai tersebut menggambarkan gaya maksimum dan perpindahan maksimum model struktur terhadap tuntutan (demand) akibat gaya gempa yang bekerja. (jaya geser, V dan perpindahan maksimum, Aroof yang sebenarnya dan model struktur adalah seperti tabel perbandingan berikut ini. Tabel 4.2. Perbandingan Performance Point antara Spektral dan Aktual. Performance Point SalV
Spektrum Kapasitas (spektral) 2,785 cm 0,348g
Kui^va Kapasitas (aktual) 3,621cm 16974,712 kg
Pembentukan sendi plastis pada tiap taraf kinerja elemen dari setiap tahap pembebanan didapatkan dari hasil analisa pushover (Lampiran 12) disajikan pada Tabel 4.3 berikut ini.
71
Tabel 4.3. Pembentukan Sendi Plastis Tiap Tahap Pembebanan. Roof Tahap Displacement (cm) 0,000 0 2,674 1 3,550 2 3,973 3 8,934 4 8,935 5
lO = Immediate Occupancy LS^'Life Safety CP Collapse Prevention
Base Shear (kg) 0,000 13214,481 16834,313 17842,291 22125,672 0,2717
Jumlah Sendi Plastis Tiap Taraf Kinerja
A-B
B-IO
60 59 50 44 35 36
-
1 10 16 17 16
lO-LS LS-CP -
-
-
-
-
-
-
6 2
CP-C
C-D
D-E
E
-
-
-
-
-
-
-
2
-
-
^, ; 'if
4.2
Analisa dan Pembahasan
4.2.1
Hubungan Beban Geser Gempa {V) dan Perpindahan (A„,„y)
6
,
Prilaku model struktur akibat pembebanan pushover pada Bab 111 dianalisa kemudian hasilnya dipaparkan kembali pada Bab IV dan dievaluasi dengan prosedur pada Sub bab 2.6, kemudian dibahas seperti Sub bab berikut ini.
Hubungan antara beban geser gempa, V {base shear) dan perpindahan dari bagian teratas struktur, Aroof {roof displacement) yang mewakili perpindahan global dari model struktur terlihat dari kurva kapasitas pada (Gambar 4.1.). Perpindahan model struktur dari posisi awal 0 cm menjadi ± 2,7 cm diakibatkan oleh bekerjanya beban pushover sebesar ± 13000 kg. Pada tahap (1) ini kurva bcrupa garis lurus dengan kemiringan curam, yang berakhir pada titik (13214,481 kg; 2,674 cm), yang merupakan batas elastisitas dengan terjadinya hiluh (yield) perlama pada elemen struktur. Kemudian beban ditingkatkan lagi menjadi 1. 17000 kg (_t 131 %), menyebabkan perpindahan menjadi ± 3,6 cm (± 133 %) dan berhenti pada titik (16834,313 kg; 3,55 cm). Kurva berubah arah menjadi lebih landai, ini berlangsung terus sampai pada tahap (4), dan akhirnya arah kurva berubah secara drastis menurun sejajar sumbu vertikal yang berakhir pada titik (0,2717 kg; 8,935 cm). Pola peningkatan beban dan perpindahan model struktur terhadap beban dan perpindahan pada tahap (1) seperti pada TabeJ 4.4. dan Gambar 4.3.
72 Tabel 4.4. Pola Peningkatan Beban, Vdan Perpindahan, Aro„f. Peningkatan Beban, V (kg) (%)
Tahap 1 2 3 4 5
±13000 ±17000 ±18000 ± 22000 ±0,3
100 131 140 170 2,3.10"^
Peningkatan Perpindahan, A„,„/ (cm) (%) ±2,7 ±3,6 ±4,0 ±9,0 ±9,0
100 133 148 333 333
I _300 f
175 c 150
350
5—
f S250
- •
% g.125
c Sioo
I f 75 11=° a.
25 0
n
olOO
»
0
f I 50 1
2
3
4
5
Tahap Pembebanan Pushover
(a)
a.
1
2
3
4
5
Tahap Pembebanan Pushover (b)
Gambar 4.3. Pola Peningkatan Kdan Aroo/Tiap Tahap.
Pada (Gambar 4.3.) diatas antara peningkatan beban, V dan perpindahan, Aroof berbanding lurus sampai pada tahap (4), penurunan terjadi pada tahap (5) untuk beban V sementara untuk Aroof hampir tidak mengalami peningkatan. Ini dapat dianalisa sebagai prilaku sejumlah sendi plastis (yang memiliki batas elastis berbedabeda), pada tahap (1) sampai (3) dan sebagian pada tahap (4) (lihat label 4.3 dan Lampiran 15) yang membutuhkan peningkatan beban untuk mencapai luliih perlama (segmen A-B pada Gambar 2.21.) yang diikuli pula oleh peningkatan perpindahan Aroof Khusus untuk tahap (4) sebagian sendi plastis sudah berdeformasi pada daerah plastisnya (segmen B-C pada Gambar 2.21) yang tentunya membutuhkan peningkatan beban (± 70 % lebih besar dari tahap elastis). Artinya sendi plastis sudah terbentuk hampir di semua elemen struktur, terutama pada elemen kolom yang menimbulkan efek soft story pada model sehingga menyebabkan model struktur berdeformasi tiga kali lebih besar (± 233 % lebih besar dari tahap elastis) sekalipun dengan sedikit peningkatan pada beban lateral
73 Beban geser, V dan perpindahan, A,„„f hasil analisa linier siaiis eqiiivalen (Lampiran 11.) dibandingakan dengan hasil analisa pushover, maka didapatkan nilai sebagai berikut:
Perpindahan, Ar„,/ Beban Geser, V
Analisa Statis Equivalen 5,36 cm 26464,01 kg
Analisa Pushover Performance Tahap (4) Point 3,621 cm 8,934 cm 16974,712 kg 22125,672 kg
30000
^Kurva statis equivalen
25000 H
20000
I
15000
I
10000
m
LuUih pertama-
-Performance point
5000
6 Displacement (cm) 4
10
Gambar 4.4. Perbandingan Fdan A Analisa Statis Equivalen dan Pushover. Dari Gambar 4.4 dapat dianalisa bahwa kurva statis equivalen berhimpit dengan kurva pushover pada tahap elastisnya (tahap 0 - I). Kurva statis equivalen membentuk garis linier melewati batas elastis kurva pushover (16974,712 kg; 3,621 cm) kemudian berakhir pada titik maksimum liniernya (26464,01 kg; 5,36 cm). Kondisi ini jelas membuktikan sifat linier yang dimiliki oleh analisa siaiis ei/iiivalen, yang memiliki keterbatasan dalam mengikuti prilaku inelastis model struktur. Sehingga tidak mampu memperkirakan taraf kinerja {performance level) yang sesungguhya dari model struktur. Dari kurva pushover, kinerja model struktur {performance point) yang sebenarnya dapat diperkirakan yakni pada titik (16974,712 kg; 3,621 cm). Ini menunjukan bahwa beban geser aktual akibat gempa yang bekerja pada model struktur adalah sebesar ± 64 % dari beban geser maksimum statis eqivalen.
74 Perpindahan, Aroof maksimum struktur sebelum terjadi keruntuhan {collapse), akibat beban pushover dicapai tahap (4) pada titik (22125,672 kg; 8,934 cm). Tahap ini model struktur mencapai batas akhir kekuatan {ullimaie strength) dengan beban geser maksimum pushover, F = 22125,672 kg. Nilai ini besamya ± 84 % dari nilai beban geser maksimum akibat pembebanan siaiis equivalen, V = 26464,01 kg, sebagai akibat dari pemodelan struktur yang didesain menurut kriteria daktalitas penuh dengan rasio displacement ductility {p » 4,0).
4.2.2
Mekanisme Keruntuhan
Analisa pushover dengan prosedur SAP 2000 v. 7.42 memberikan gambaran mekanisme keruntuhan {collapse mechanism) dari model struktur (Lampiran 15) pada tiap tahap pembebanan akibat bekerjanya gaya pushover. Berupa perkiraan pembentukan sendi plastis pada elemen-elemen model struktur, seperti pada rangkaian Gambar 4.5. - 4.9. Gambar (a) merupakan tahapan pembebanan yang juga menggambarkan kinerja global model struktur. (b) adalah perkiraan lokasi tempat terbentuknya sendi plastis pada elemen struktur, akibat pembebanan pada gambar (a). Sedangkan gambar (c) memperlihatkan kinerja lokal model struktur dan elemen pada gambar (a) yang diwakili oleh sendi plastis. 6 5
4 2
0
2
4
6
8
1
10
Roof Displacement (cm)
(a)
s
!
1 a
B,
lO l,.S
(.'I'
/A
Dcformasi Lateral
(b)
Gambar 4.5. Mekanisme Keruntuhan pada Tahap 1
(C)
7()
25000 W
20000
IS
15000
8!
10000
&
5000 0
-J •4
I
2
/
0
2
5 4
6
8
CP
e D
10
Deformasl Lateral
Roof Displacement (cm)
(a)
s
(b)
(c)
iiJ>
Gambar 4.9. Mekanisme Keruntuhan pada Tahap 5. Tahap (1) (Gambar 4.5.), model struktur mengalami luluh pertama setelah melewati batas elastisnya ditandai dengan mulai terbentuknya sendi plastis pada kolom interior bagian atas lantai 4. Sendi plastis berada pada batas kinerja lokal B 10, dan perpindahan Aroo/-pada tahap ini sebesar 2,674 cm. Tahap (2) (Gambar 4.6.), sendi plastis sudah terbentuk pada balok lantai I, 2 dan 3, dan terjadi penambahan sendi plastis pada kolom lantai bagian tengah dan atas model struktur. Sendi yang terbentuk berada pada kinerja B - 10, dan Aroof pada tahap ini sebesar 3,550 cm. Tahap (3) (Garnbar 4.7.) sendi plastis sudah terbentuk pada semua elemen kolom lantai 4, dan ini akan menjadi bagian terlemah yang akan membentuk pola keruntuhan soft story pada struktur. Sendi plastis juga terbentuk pada kolom interior lantai 2 dan 5, kemudian pada balok lantai 2, 3 dan 4.yang semuanya berada pada kinerja B - 1 0 . Maka tahap (1) sampai (3) berdasarkan sendi plastis dapat dianalisa, bahwa secara global model struktur berada pada tahap kinerja Immediate Occupancy. Jika merujuk kepada (Tabel 2.1.), dapat diperkirakan secara visual, bahwa struktur mengalami kerusakan ringan yang tidak sampai menurunkan kekuatannya. Pada kasus beton bertulang ini ditandai dengan timbulnya retak halus (tapi belum melampaui batas lebar retak), terutama pada daerah sekitar sendi plastis. Tahap (4) (Gambar 4.8.), merupakan tahap akhir pembentukan sendi plastis di seluruh elemen model struktur. Pada tahap ini sendi plastis. disejumlah elemen, sudah berada pada tahap kinerja LS - CP, yaitu pada kolom lantai 2 dan 4. Bahkan
77
pada kolom interior lantai 4 bagian atas sendi plastis sudah mengalami keluluhan total pada kinerja D - E dengan kehilangan sebagian besar kemampuan memikul beban gravitasi, dan hanya menyisakan sedikit kekuatan {residual sireriii^fli). Secara global struktur dapat dikatakan berada pada tahap kinerja Life Safety dan Collapse Prevention, bahkan yang mengarah kepada Structural Stability. Dari (label 2.1.) dapat diperkirakan bahwa model struktur mengalami kerusakan sedang sampai berat yang permanen dengan penurunan kekuatan yang mengarah kepada keruntuhan menyeluruh dari struktur. Akhirnya model struktur mengalami keruntuhan total dengan kehancuran menyeluruh pada elemen kolom lantai 4, yakni dan (Gambar 4.9.) dapat diperkirakan bahwa sendi plastis sudah melewati taraf kinerja E yang berarti sendi sudah rusak total {total rupture). 25000
4 6 Roof Displacement (cm)
Gambar 4.10. Tahapan Luluh Elemen Struktur. Secara umum prilaku keruntuhan dari model struktur diakibatkan lemahnya elemen kolom {soft story) dan tidak meratanya pembentukan sendi plastis pada elemen balok sehingga tidak mengikuti pola strong column - weak beam Dari (Gambar 4.10) diatas dapat disimpulkan kejadian-kejadian yang menentukan dari seluruh tahap yang dialami model struktur.
4.2.3
Taraf Kinerja Model Struktur
Dalam konsep performance base design model struktur diarahkan untuk memenuhi kriteria taraf kinerja {performance level) terteniu. Analisa pushover yang
78 telah dilakukan memberikan informasi mengenai taraf kinerja struktur dari tiap tahap pembebanan. Kinerja global model struktur terhadap pembebanan pushover diperiksa menurut prosedur pada Sul) hal) 2 6.2. Yailu terhadap sunpangan tolal maksimum Fers. (2.39) dan I'ers. (,2'^^')- Nilai sunpangan maksimum didapal dan i> lanlai lingkal 1 dan 2 pada (label 2.1.), dengan Ay,efj=^ 2,674 cm. liasilnya dipaparkan pada label di bawah ini.
'rabeJ3.6. Kineija (jlobal 6 Struktur. Tahap 1
(A,-A,.,) 0,617
0,002
0,001
2
0,818
0,002
0,001
3
0,889
0,003
0,001
4
3,476
0,01
0,004
5
8,935
0,03
0,011
(13214,481; 2,674) (16834,313; 3,550) (17842,291; 3,973) (22125,672; 8,934) (0,272; 8,935)
Kinerja Struktur
Batas Kinerja 8maA / Si. mak
Inimecliate (jcctijiiincy
0,01/0,005
(0,01 - 0 , 0 2 ) / (0,005 -0,015)
fU»
('onliol (IX') tilaii Life Safeh' ' iLSl
Sedangkan kinerja global struktur pada performance point pada (16974,712 kg; 3,621 cm) dari (Tabel 4.6.) di atas berada pada tahap (1) dan (2) sehingga untuk nilai 5,„ai dan 6,, „,ak berada pada batas dcformasi lateral Immediate Occupancy (lO). Secara grafts kinerja global struktur ini dapat digambarkan pada kurva kapasitas di bawah ini. 25000
_ 20000
I
is 15000
a 10000 5000 0 0
2
4
6
8
Displacement (cm)
Gambar 4. J I. Kinerja Global Model Struktur.
10
79
1
Kinerja lokal struktur diwakili oleh sendi plastis, diperiksa dengan prosedur pada Sub bab 2.6.2. yang memberikan batasan bagi rotasi sendi plastis yang telah didefinisikan sebelumnya pada saat melakukan input data SAP 2000 (lihat Lampiran 13-14) dan hasilnya seperti pada (Lampiran 12.). Didapat kinerja lokal struktur pada performance point (16974,712 kg; 3,621 cm) sendi plastis sudah terbentuk di 10 titik pada model struktur pada tarai'kinerja B 1 0 . Yang menggambarkan kinerja lokal model struktur berada pada taraf Immediate Occupancy (lO). 10
LS
CP Taraf kinerja Structural StahiUtv
16974,712 ---B> OS
[2
D
/ a
3,621
Displacement (cm)
Gambar 4.12. Taraf Kinerja Sendi Plastis pada Perfonnance Point.
4.2.4
Hubungan Taraf Kinerja Struktur dengan Spektrum Respon
Performance point hasil analisa pushover menunjukan bahwa model struktur berada pada taraf kinerja {performance level) Immediate Occupancy, yaitu suatu taral kinerja struktur setelah mengalami gempa kecil sampai sedang {moderate). Kerusakan yang dialami sangat kecil dan struktur sedikit sekali mengalami penurunan kapasitas dan daya tahan terhadap beban vertikal dan lateral. Dan struktur siap digunakan tanpa perlu dilakukan perbaikan (lihat Tabel 2.1.). Nilai performance point (0,348g; 2,785 cm) menunjukan gaya gempa sebesar 0,348g (« 0,35g) yang sesuai dengan kondisi struktur (redaman Pi,ff= 7,48 % ) sehingga model struktur berpindah maksimum sebesar 2,785 cm. Nilai 0,35g dari spektrum demand (lihat Gambar 4.2.) merupakan hasil reduksi dari spektrum respon
80
redaman 5% (Gambar 3.10.) yang dibentuk dari respon percepatan struktur pada Wilayah 1 Indonesia untuk tanah lunak dengan priode ulang 20 tahun (Gambar 3.8.). Ini menunjukan adanya hubungan antara taraf kinerja dengan respon percepatan struktur. Bahwa pada Wilayah 1 Indonesia untuk tanah lunak, respon percepatan struktur gempa kecil priode ulang 20 tahun memberikan taraf kinerja Immediate Occupancy pada model struktur dengan daktalitas penuh (/; * 4). Oleh karena itu jelaslah bahwa taraf kinerja sangat tergantung pada peraturan bangunan yang digunakan dan karakteristik gempanya. Sementara untuk Indonesia hanya mengenai respon percepatan struktur dengan priode ulang 20 taluin dengan asumsi umur efektif bangunan diperkirakan 50 tahun (Kusuma, H. Gideon dan Andriono. T, 1996) yang berarti kemungkinan terjadi gempa 40% dalam 50 tahun, seperti yang tercantum pada SKBI - 1.3.53.1987. Jika merujuk kepada (Tabel 2.2.) maka dapat diartikan bahwa intensitas gempa rencana untuk seluruh Wilayah Gempa Indonesia dapat dimasukan ke dalam Serviceability EQ (SE) yang berarti gempa intensitas kecil sampai sedang {moderate) dengan kemungkinan terjadi gempa 50% dalam 50 tahun Sehingga untuk memperkirakan respon gempa dengan intensitas sedang sampai besar, terutama untuk keperiuan analisa statis non-linicr (pushover), sudah saatnya diperkenalkan suatu standar baru perencanaan gempa yang mampu mengakomodasi gempa dengan periode ulang lebih besar dan umur efektif bangunan yang lebih panjang.
