1
Evaluasi Kinerja Gedung Beton Bertulang Dengan Pushover Analysis Akibat Beban Gempa Padang Vicky Rizcky, Endah Wahyuni ST., MSc., PhD dan Data Iranata ST., MT., PhD Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] ;
[email protected] ;
[email protected]
Abstrak— Analisis Pushover merupakan sebuah sarana untuk memberikan solusi berdasarkan Performance Based Seismic Design yang pada intinya adalah mencari kapasitas struktur. Analisis Pushover dilakukan dengan memberikan beban statis dalam arah lateral yang ditingkatkan secara bertahap (increment) hingga mencapai target perubahan bentuk (displacement) tertentu. Studi ini membahas tentang assessment kerentanan gedung beton bertulang yaitu analisa tentang hubungan base shear dengan displacement dan kerusakan kerusakan apa saja yang terjadi. Tahap pertama pengevaluasian adalah melakukan evaluasi atau kontrol kapasitas penampang setelah itu melakukan analisis beban seismik atau analisis Statik Nonlinier (Pushover), dengan program bantu SAP2000. Dari hasil analisis pushover dapat dilihat level kerusakan yang terjadi sehingga dapat dilakukan assessment kerusakan gedung. Penelitian berpedoman pada SNI-1726-2002 dan FEMA 273 Berdasarkan hasil perhitungan numerik yang dilakukan melalui analisis pushover, maka dapat disimpulkan bahwa kekuatan gempa yang terjadi berada dalam range antara 100% sampai dengan 120% dari kekuatan gempa rencana, hal ini dapat dibuktikan melalui data-data yang didapatkan dari hasil dokumentasi keadaan bangunan pasca gempa dilapangan yang menunjukan bahwa kondisi bangunan pasca gempa berada dalam kategori IO (Immediate Occupancy Level). Artinya, tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Kata Kunci : Analisis Statik Nonlinier Pushover, Bangunan Tahan Gempa, Kinerja Struktur. I. PENDAHULUAN
D
alam peraturan standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung (SNI 03-1726-2002), disebutkan bahwa Indonesia adalah salah satu negara yang sebagian besar wilayahnya berada pada zona 4, 5 dan 6 yang merupakan wilayah dengan resiko gempa tinggi[2]. Oleh karena itu, diperlukan suatu proses perencanaan struktur yang mampu menahan gaya gempa rencana. Proses perencanaan struktur tersebut tidak lepas dari peraturan – peraturan yang mendukung yang berlaku di Indonesia, seperti SNI 03-2847-2002, untuk bangunan konstruksi yang direncanakan menggunakan beton bertulang[3]. Berkaca pada efek gempa bumi yang terjadi di Indonesia yang mengakibatkan kerusakan sarana dan prasarana penting, bahkan menimbulkan banyak korban jiwa serta kerugian materi yang tidak sedikit. Maka dalam perencanaan suatu bangunan konstruksi sebaiknya tidak
hanya mementingkan aspek keindahan arsitektur, tetapi harus memperhatikan juga aspek keselamatan para penghuni didalamnya. Salah satu aturan perencanaan untuk mendirikan bangunan adalah bangunan tersebut harus mampu menahan beban gempa yang ada, tidak terjadi kerusakan berat pada struktur jika terkena beban gempa, karena pada dasarnya prinsip bangunan tahan gempa adalah boleh terjadi kerusakan pada bangunan tersebut, tetapi tidak pada elemen struktur, atau paling tidak kerusakan atau keruntuhan bangunan tersebut diperlambat agar para penghuni didalamnya mempunyai waktu untuk mengevakuasi diri dan dapat menjaga keamaan jiwa. Untuk itu diperlukan assessment terhadap suatu bangunan konstruksi yang telah ada, agar dapat dievaluasi kerentanannya sehingga dapat diketahui apakah bangunan tersebut masih layak digunakan dan mampu menahan gaya gempa yang mungkin akan terjadi. Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar-tingkat akibat pengaruh gempa rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, disamping untuk mencegah kerusakan non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Suatu struktur dikatakan memenuhi persyaratan kinerja yang baik apabila struktur tersebut memiliki kapasitas untuk menahan gaya gempa sedemikian hingga perilakunya sesuai dengan kriteria perencanaan yang telah ada. Untuk menentukan kapasitas yang melewati batas elastis diperlukan analisis non-linier. Analisis statik nonlinier pushover merupakan prosedur analisis untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa. Tujuan analisis pushover adalah untuk memperkirakan gaya maksimum dan deformasi yang terjadi serta untuk memperoleh informasi bagian mana saja yang kritis. Selanjutnya dapat diidentifikasi bagian-bagian yang memerlukan perhatian khusus untuk pendetailan atau stabilitasnya. Cukup banyak studi menunjukkan bahwa analisis statik pushover dapat memberikan hasil mencukupi (ketika dibandingkan dengan hasil analisa dinamik nonlinier) untuk bangunan regular dan tidak tinggi [4]. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Konsep Penelitian Penelitian ini menganalisis kerentanan gedung beton bertulang yang menjadi objek studi. Dilakukan dengan memodelkan bangunan beton bertulang ke dalam program bantu SAP 2000.Struktur dianalisis kekuatan penampangnya secara elastis, kemudian dianalisis beban seismiknya dengan program bantu pushover analysis. Nilai displacement dan
2 base shear yang dihasilkan dari analisis tersebut akan diidentifikasi kedalam kategori level kondisi bangunan yang terdapat pada peraturan, peraturan yang digunakan untuk mengidentifikasi berpedoman pada SNI-1726-2002 dan FEMA 273. FEMA 273 dapat menjadi acuan bagi perencanaan berbasis kinerja maka kategori level kinerja struktur adalah : • Segera dapat dipakai (IO=Immediate Occupancy) • Keselamatan penghuni terjamin (LS=Life Safety) • Terhindar dari keruntuhan total (CP=Collapse Prevention) [5]. III. METODOLOGI Proses penelitian ini ditampilkan dalam sebuah diagram alir metodologi yang dapat dilihat pada diagram alir dibawah ini :
- Tulangan Transversal o Tegangan leleh (Fy) : 240 Mpa o Tegangan putus (Fu): 370 Mpa 6. Data Elemen Struktur - Balok dan Sloof o Balok : 15 cm x 20 cm o Sloof : 15 cm x 20 cm - Kolom o Kolom : 20 cm x 20 cm 7. Beban Gempa (E) Dalam tugas akhir ini, lokasi bangunan terletak di zona gempa 6, dengan kondisi tanah sedang. Berikut merupakan gambar respon spectrum gempa rencana :
MULAI
Pengumpulan Data dan Studi Literatur
Pemodelan Struktur 3D
No
Pembebanan dan Analisis Struktur Linear
Kontrol Disain
Yes
Analisis Struktur dengan Metode Pushover Analysis
Evaluasi Kinerja Struktur
Gambar 1. Respon Spektrum Gempa Rencana Wilayah Gempa 6
B. Analisis Elastis Berikut ini adalah rekapitulasi disain tulangan dari balok sloof dan kolom untuk struktur bangunan bertingkat rendah. Tabel 1. Kontrol disain tulangan balok MU Lokasi ρpakai (Nmm) Balok Tump. 4374203,8 0,00583 Lap. 948892,83 0,00583
ASrenc (mm2) 146,13 146,13
ASpasang (mm2)
Ket
157,08 157,08
Ok Ok
Tabel 2. Kontrol disain tulangan sloof MU Lokasi ρpakai (Nmm) Sloof Tump. 4419258,0 0,00583 Lap. 920104,92 0,00583
ASrenc (mm2) 146,13 146,13
ASpasang (mm2)
Ket
157,08 157,08
Ok Ok
ASpasang (mm2)
Tulangan
Ket
314,15 314,15
4 Ø 10 4 Ø 10
Ok Ok
Analisis Kerusakan Struktur Pasca Gempa
Kesimpulan
SELESAI
Tabel 3. Kontrol disain tulangan kolom Dimensi ASrenc Lokasi A. Studi Kasus (mm2) (mm2) Dalam studi, objek merupakan bangunan bertingkat Kolom Tump. 284 200 x 200 rendah yang berfungsi sebagai fasilitas kesehatan dengan Lap. 284
IV. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
data bangunan dibawah ini: 1. Lokasi : Padang Pariaman 2. Fungsi : Fasilitas kesehatan 3. Zona Gempa : Zona 6, Tanah sedang 4. Tinggi Bangunan : 3,2 m 5. Mutu Bahan - Mutu Beton (f’c) : 15,1 Mpa - Berat jenis beton : 2400 kg/m3 - Elastisitas beton, Ec : 4700√f’c : 18263,598 Mpa - Tulangan Longitudinal o Tegangan leleh (Fy) : 240 Mpa o Tegangan putus (Fu): 370 Mpa
C. Analisis Beban Dorong Statik (Pushover Analysis) Analisis statik nonlinier merupakan prosedur analisis untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa, tujuan analisis pushover adalah untuk memperkirakan gaya maksimum dan deformasi yang terjadi serta untuk memperoleh informasi bagian mana saja yang kritis. Prosedur analisis dengan memberikan beban statis dalam arah lateral yang ditingkatkan secara bertahap (increment) hingga mencapai target perubahan bentuk (displacement) tertentu.
3 C. 1. Kurva Kapasitas Kurva kapasitas menunjukkan hubungan antara gaya gempa dan perpindahan yang terjadi hingga struktur runtuh. Perpindahan yang ditinjau adalah perpindahan atap (roof displacement) dan gaya geser dasar (base shear). Tabel 4. Tabel hasil analisis pushover arah x open frame
Gambar 3. Kurva kapasitas pushover arah y open frame
C. 2. Target Peralihan (Performance Point) Berdasarkan kurva respon spektrum rencana dari peraturan gempa (SNI-1726-2002) untuk wilayah gempa 6 dengan kondisi tanah sedang diperoleh nilai Ca= 0,36 dan Cv= 0,54.
Gambar 4. Performance point kurva kapasitas arah x open frame
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa performance point tercapai pada peralihan 8,10 mm dan gaya geser sebesar 5,77 ton.
Gambar 2. Kurva kapasitas pushover arah x open frame Tabel 5. Tabel hasil analisis pushover arah y open frame
Gambar 5. Performance point kurva kapasitas arah y open frame
Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa performance point tercapai pada peralihan 9,10 mm dan gaya geser sebesar 5,77 ton.
4
Tabel 6. Tabel hasil analisis pushover arah x infilled frame
C. 3. Target Peralihan (Performance Point) Berdasarkan kurva respon spektrum rencana dari peraturan gempa (SNI-1726-2002) untuk wilayah gempa 6 dengan kondisi tanah sedang diperoleh nilai Ca= 0,36 dan Cv= 0,54.
Gambar 8.Performance point kurva kapasitas arah x infilled frame
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa performance point tercapai pada peralihan 7,85 mm dan gaya geser sebesar 5,77 ton.
Gambar 6. Kurva kapasitas pushover arah x infilled frame Tabel 7. Tabel hasil analisis pushover arah y infilled frame
Gambar 9.Performance point kurva kapasitas arah y infilled frame
Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa performance point tercapai pada peralihan 7,95 mm dan gaya geser sebesar 5,77 ton.
Gambar 7. Kurva kapasitas pushover arah y infilled frame
D. Assessment Tingkat Kinerja Struktur - Assesment tingkat kinerja struktur pada arah x Open Frame Berdasarkan target perpindahan pada arah x sebesar δt = 8,10 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 4 didapatkan hasil bahwa pada step 2 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada batas antara B-IO (Operational Level menuju Immediate Occupancy Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
5 berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. Peninjauan diteruskan jika kekuatan gempa rencana tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang terjadi adalah perpindahan pada arah x berubah sebesar δt = 19,50 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 4 didapatkan hasil bahwa pada step 4 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada batas antara B-IO (Operational Level menuju Immediate Occupancy Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. - Assesment tingkat kinerja struktur pada arah y Open Frame Berdasarkan target perpindahan pada arah y sebesar δt = 9,10 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 5 didapatkan hasil bahwa pada step 3 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada batas antara B-IO (Operational Level menuju Immediate Occupancy Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah y struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. Peninjauan dimulai jika kekuatan gempa rencana tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang terjadi adalah perpindahan pada arah y berubah sebesar δt = 39,50 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 5 didapatkan hasil bahwa pada step 7 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada batas antara IO-LS (Immediate Occupancy Level menuju Life Safety Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Life Safety Level adalah telah terjadi kerusakan komponen struktur, kekakuan berkurang, tetapi masih mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-struktur masih ada tetapi tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target
perpindahan pada arah y struktur sudah tidak aman untuk digunakan setelah terkena gempa. - Assesment tingkat kinerja struktur pada arah x Infilled Frame Berdasarkan target perpindahan pada arah x sebesar δt = 7,85 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 6 didapatkan hasil bahwa pada step 3 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada kondisi IO (Immediate Occupancy Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. Peninjauan diteruskan jika kekuatan gempa rencana tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang terjadi adalah perpindahan pada arah x berubah sebesar δt = 16,85 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 6 didapatkan hasil bahwa pada step 5 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada kondisi IO (Immediate Occupancy Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. - Assesment tingkat kinerja struktur pada arah y Infilled Frame Berdasarkan target perpindahan pada arah y sebesar δt = 7,95 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 7 didapatkan hasil bahwa pada step 6 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada kondisi IO (Immediate Occupancy Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah y struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. Peninjauan dimulai jika kekuatan gempa rencana tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang
6 terjadi adalah perpindahan pada arah y berubah sebesar δt = 13,17 mm dan membandingkannya dengan data pushover pada tabel 5 didapatkan hasil bahwa pada step 7 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada kondisi IO (Immediate Occupancy Level). Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah y struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. V. KESIMPULAN Dari hasil perencanaan dan analisis pada bab-bab sebelumnya, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Secara analisis elastisitas didapatkan hasil bahwa penampang struktur mampu menahan beban beban yang diberikan, baik secara gravitasi maupun beban kombinasi gempa. 2. Berdasarkan hasil perhitungan numerik yang dilakukan melalui analisis pushover, maka dapat disimpulkan bahwa kekuatan gempa yang terjadi berada dalam range antara 100% sampai dengan 120% dari kekuatan gempa rencana, hal ini dapat dibuktikan melalui data-data yang didapatkan dari hasil dokumentasi keadaan bangunan pasca gempa dilapangan yang menunjukan bahwa kondisi bangunan pasca gempa berada dalam kategori IO (Immediate Occupancy Level). Artinya, tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa. Komponen nonstruktur masih berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. 3. Pada dasarnya kondisi yang dihasilkan dari proses analisis open frame maupun infilled frame adalah sama yaitu berada pada level kategori IO (Immediate Occupancy Level). Namun nilai displacement yang dihasilkan berbeda, untuk open frame arah sumbu x memiliki nilai displacement 19,5 mm, untuk infilled frame arah sumbu x memiliki nilai displacement 16,85 mm, untuk open frame arah sumbu y memiliki nilai displacement 39,5 mm, untuk infilled frame arah sumbu y memiliki nilai displacement 13,7 mm. DAFTAR PUSTAKA Rizcky, Vicky. (2014). Evaluasi Kinerja Gedung Beton Bertulang Dengan Pushover Analysis Akibat Beban Gempa Padang. Surabaya. [2] Badan Standarisasi Nasional. (2002). Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Standar Nasional Indonesia. [1]
[3]
Badan Standarisasi Nasional. (2002). Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002). Standar Nasional Indonesia.
[4]
Dewobroto, W. (2006). Evaluasi Kinerja Bangunan Baja Tahan Gempa dengan Analisa Pushover. Civil Engineering National Conference : Sustainability Construction & Structural Engineering Based on Professionalism, Unika Soegijapranata, Semarang, Indonesia.
[5]
FEMA-273. (1996). NEHRP Guidelines For The Seismic Rehabilitation of Buildings, Report No. FEMA-273, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
