EVALUASI KINERJA BANGUNAN STRUKTUR BETON SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN BERDASARKAN KRITERIA INDEKS KERUSAKAN Rudi Kirana1, Nursyamsi2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan
2
Abstract The design on the performance-based concept is commonly reposed upon the criterion of storey or interstorey drift in evaluating the structural performance under seismic excitation. Nonetheless, there are a few parameters affecting the structural performance besides drift, such as plastic deformation, dissipation energy, cyclic fatigue, and natural period of structure. In this paper, evaluation on the structural performance based on energy concept is interpreted in the value of Park and Ang damage index. The value of DI equaling to zero indicates no damage, DI ≥ 1 signifies the total collapse, and 0 ≤ DI ≤ 1 showing the degree of damage. The analytical method is done on 3 moment-resisting frame concrete structures under non-linier time history of Imperial Valley ground acceleration. The objective of this project is to investigate the degree of structural damage based on the criterion of damage index so that the structure can be repaired or demolished. The results of evaluation on damage index of three structures are model-1 structure with DI 0.443, model-2 structure with DI 0.878, model-3 structure with DI 0.325. This means that model-2 structure with irregular mass system giving the bad performance. Keywords: plastic deformation, cyclic fatigue, time history, Park and Ang damage index
Abstrak Perencanaan berdasarkan konsep berbasis kinerja pada umumnya didasarkan pada kriteria drift lantai maupun antar lantai untuk evaluasi kinerja struktur di bawah pengaruh gempa. Namun demikian, terdapat sejumlah parameter yang dapat memengaruhi kinerja struktur di samping drift lantai, seperti deformasi plastis, energi dissipasi, kelelahan siklik, dan perioda natural struktur. Pada tugas akhir ini, evaluasi kinerja struktur berdasarkan konsep energi diukur dalam nilai indeks kerusakan Park dan Ang. Nilai DI sama dengan nol berarti tidak terjadi kerusakan, DI ≥ 1 menandakan keruntuhan total, dan 0 < DI < 1 menunjukkan tingkat kerusakan yang terjadi. Metode analisis dilakukan pada 3 tipe bangunan beton sistem rangka pemikul momen dengan time history non-linier percepatan tanah Imperial Valley. Tujuan penelitian ini untuk mengaji tingkat kerusakan struktur sehingga dapat diperbaiki atau diruntuhkan. Hasil evaluasi indeks kerusakan dari ketiga bangunan yaitu bangunan tipe 1 dengan nilai DI sebesar 0.443, bangunan tipe 2 dengan nilai DI sebesar 0.878 dan bangunan tipe 3 dengan nilai DI sebesar 0.325. Hal ini menunjukkan bangunan tipe 2 yaitu bangunan dengan sistem dengan ketidakteraturan massa memberikan kinerja yang buruk. Kata kunci: deformasi plastis, kelelahan siklik, time history, indeks kerusakan Park-Ang
1. PENDAHULUAN Ketika suatu struktur diperlemah ataupun dirusak oleh kombinasi dari penyimpangan tegangan yang tinggi akibat pergerakan tanah, suatu kriteria kerusakan harus melibatkan tidak hanya respons maksimum melainkan juga efek dari pembebanan siklik. Sehubungan dengan perilaku dinamik dari struktur, Park dan Ang (1985) menyatakan kerusakan struktur seismik sebagai kombinasi linear yang disebabkan oleh deformasi yang berlebihan dan pengaruh pembebanan siklik. Park dan Ang memiliki 2 persamaan untuk mencari indeks kerusakan yaitu persamaan pada keadaan linier dan keadaan non-linier. Persamaan pada keadaan linier hanya dipengaruhi oleh deformasi elastis yakni ketika terjadi deformasi, material masih dapat kembali ke bentuk semula. Sedangkan keadaan non-linier ,struktur bangunan dipengaruhi oleh deformasi plastis dimana jika terjadi deformasi, material tidak akan kembali ke bentuk semula. Indeks kerusakan Park dan Ang pada kondisi non-linier dirumuskan sebagai
DI
M y u y V y u
n
t
dE
i
i 1 o
dimana: δM = deformasi puncak maksimum dari analisis riwayat waktu non-linier δu = deformasi ultimit berbasis kapasitas daktilitas akibat pembebanan monotonik δy = deformasi leleh berdasarkan analisis beban dorong statik non-linier Vy = gaya geser dasar (base shear) leleh dari analisis pushover dE = Energi histeresis demand β = parameter akibat cyclic loading nilainya 0.1 − 0.5
2. METODOLOGI PENELITIAN 2.1. Pemodelan Struktur Dalam jurnal ini, model struktur beton yang akan dianalisis penulis adalah portal dua dimensi dengan tiga tipe menggunakan kuat tekan 30 MPa.
2m
3m
m 3x4 m
4x4 m
m
3x6 m
Gambar 1. Struktur Portal Beraturan (Tipe 1)
2x6 m
Gambar 2. Struktur Portal Ketidakteraturan Massa Antar tingkat (Tipe 2)
3x4 m
5x6 m
Gambar 3. Struktur Portal Tidak Beraturan (Tipe 3)
2.2. Percepatan tanah (ground acceleration) Rekaman percepatan tanah yang digunakan adalah gempa Imperial Valley 1940 dengan peak ground acceleration sebesar 0.3447g. Rekaman percepatan tanah berikut diambil dari data base PEER yang diskalakan terhadap gempa Padang. Data rekaman percepatan tanah gempa Imperial Valley terlihat sebagai berikut.
Gambar 4. Recorded Accelerogram Imperial Valley
3. PEMBATASAN MASALAH Asumsi yang digunakan dalam pemodelan dan analisis struktur portal adalah meliputi: - Ukuran balok yang dipakai adalah (30x40) cm2 - Ukuran kolom yang dipakai adalah (40x40) cm2 - Kekuatan beton yang dipakai adalah 30 MPa (fc’ = 30 MPa) dan kekuatan baja yang dipakai adalah 400 MPa (fy = 400 MPa) - Beban yang dipakai mengacu kepada ‘Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung’ SKBI – 1.3.53.1987, Departemen Pekerjaan Umum (PU) yang meliputi :
a. Beban mati : - Massa sendiri balok, kolom dan pelat (5 m) ; dengan massa jenis beton 2400 kg/m3 - Berat dinding adalah 120 kg/m2 - Tegel + spesi dengan berat 45 kg/m2 luas lantai b. Beban hidup lantai 250 kg/m2 dan beban hidup atap 100 kg/m2 dengan reduksi beban hidup 0.3 untuk bangunan perkantoran
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Respons struktur dihitung dengan analisis riwayat waktu non-linier menggunakan bantuan program SAP 2000 v.11. Parameter-parameter yang akan dicari meliputi perpindahan (displacement) tingkat, luasan kurva histeresis, dan kurva pushover untuk mendapatkan gaya geser dasar leleh.Selanjutnya kinerja struktur akan dievaluasi dengan indeks kerusakan Park dan Ang. a. Tipe 1 (displacement max = 0.138 m) Hysteretic Loop LANTAI 1: 3.920 kN.m
LANTAI 2: 21.425 kN.m
LANTAI 3: 34.437 kN.m
Pushover Curve
Actual Idealized
y
= 0.099 m
Vy = 299.5 kN
b. Tipe 2 (displacement max = 0.211 m) Hysteretic Loop LANTAI 1: 4.545 kN.m
LANTAI 2: 21.212 kN.m
LANTAI 3: 39.515 kN.m
LANTAI 4: 54.242 kN.m
Pushover Curve
Actual Idealize
y
= 0.117 m
Vy = 180 kN
c. Tipe 3 (displacement max = 0.125 m) Hysteretic Loop LANTAI 1: 4.768 kN.m
LANTAI 2: 27.273 kN.m
LANTAI 3: 60.859 kN.m
Pushover Curve
Actual Idealized
y
= 0.0952 m
Vy = 507.4 kN
Evaluasi kinerja struktur kemudian dihitung dengan indeks kerusakan Park dan Ang pada kondisi non-linier dengan rumus sebagai berikut.
DI
M y u y V y u
n
t
dE
i
i 1 o
Berikut interpretasi indeks kerusakan tiap bangunan.
Tipe 1
Tipe 2
Tipe 3
Kriteria drift
OK
OK
OK
Damage Index
0.443
0.878
0.325
Tingkat kerusakan
Sedang
Berat
Sedang
Keadaan struktur
Dapat diperbaiki
Tidak dapat diperbaiki
Dapat diperbaiki
5. KESIMPULAN Adapun kesimpulan hasil analisis dan pembahasan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Dari evaluasi kinerja bangunan akibat percepatan gempa Imperial Valley, diperoleh nilai damage index bangunan tipe 1 sebesar 0.443, bangunan tipe 2 sebesar 0.878 dan bangunan tipe 3 sebesar 0.325. 2. Interpretasi damage index menunjukkan bahwa bangunan tipe 1 dan 3 memberikan kinerja yang baik sedangkan bangunan tipe 2 yaitu bangunan dengan sistem ketidakteraturan massa memberikan tingkat kinerja yang buruk (irreparable). 3. Berdasarkan kinerja struktur dari kriteria drift, semua struktur berada dalam keadaan baik dan aman. Namun demikian, apabila ditinjau dari kriteria indeks kerusakan, setiap bangunan memberikan kinerja yang berbeda-beda. Hal ini menunjukkan pengaruh akibat pembebanan siklik lebih berperan daripada drift dalam mengevaluasi tingkat kinerja struktur.
DAFTAR PUSTAKA Amziane, Sofiane dan Dubé, Jean Francois. 2008. Global RC Structural Damage Index based on The Assesment of Local Material Damages. Journal of Advanced Concrete Technology 6. ASCE 7-10. 2010. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures. American Society of Civil Engineers. Chopra, Anil K. 1995. Dynamics of Structure: Theory amd Application to Earthquake Engineering. New Jersey: Prentice Hall. Clough, Ray W. dan Penzien, Joseph. Dynamics of Structures. Berkeley: USA Cosenza, E dan Manfredi,G. Damage indices and damage measures. Universit`a di Napoli Federico II, Italy. Datta, Debarati dan Ghosh, Siddahartha. 2008. Estimating Park-Ang Damage Index Using Equivalent System. Beijing, China. Estekanchi, H dan Arjomandi, K. 2007. Comparison of Damage Indexes in Nonlinier Time History Analysis of Steel Moment Frames, hlm. 629-646. Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran FEMA 273. 1997. NEHRP Guidelines for The Seismic Rehabilitation of Buildings. Federal Emergency Management Agency. International Conference of Building Officials. 1997. Uniform Building Code. California: Willier. Park, Y. J. dan Ang, A.H. 1985. Mechanistic seismic damage model for reinforced concrete, J. Struct. Eng. ASCE, 111(4), 740-757. Park, Y. J., Ang, A. H.-S., dan Wen, Y. K. 1987. Damage-limiting a seismic design of buildings. Earthquake Spectra, 3(1), 1–26. Park, Y. J., Reinhorn, Andrei M., dan Kunnath, Sashi K. 1988. Seismic Damage Analysis of Reinforced Concrete Buildings. Proceedings of Ninth World Conference. Japan. Vol VII.
