EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA DENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN SOFTWARE ETABS STUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI SURAKARTA (Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis use ETABS Software Case Study : Mansions Building in Surakarta)
SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh: MEDI HENDRIYANTO
NIM. I 1107529
PROGRAM S1 NON REGULER TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
LEMBAR PERSETUJUAN
EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA DENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN SOFTWARE ETABS STUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI SURAKARTA (Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis use ETABS Software Case Study : Mansions Building in Surakarta)
Disusun Oleh: MEDI HENDRIYANTO
NIM. I 1107529
Telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Persetujuan Dosen Pembimbing Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Edy Purwanto, ST, MT NIP. 19680912 199702 1 001
Setiono, ST, MSc NIP. 19720224 199702 1 001
HALAMAN PENGESAHAN
EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA DENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN SOFTWARE ETABS STUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI SURAKARTA (Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis use ETABS Software Case Study : Mansions Building in Surakarta) SKRIPSI Disusun Oleh : MEDI HENDRIYANTO
NIM. I 1107529
Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari : Kamis 31 Desember 2009 1. Edy Purwanto, ST, MT NIP. 19680912 199702 1 001 2. Setiono, ST, MSc NIP. 19720224 199702 1 001 3. Wibowo, ST, DEA NIP. 19681007 199502 1 001 4. Achmad Basuki, ST, MT NIP. 19710901 199702 1 001
____________________ ____________________ ____________________ ____________________
Disahkan, Ketua Program S1 Non Reguler Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS
Ir. Agus Sumarsono, MT NIP. 19578014 198601 1 001 Mengetahui, a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Pembantu Dekan I
Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 19561112 198403 2 007
Disahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS
Ir. Bambang Santosa, MT NIP. 19590823 198601 1 001
ABSTRAK Medi Hendriyanto, 2010, Evaluasi Kinerja Struktur Beton Tahan Gempa dengan Analisis Pushover Menggunakan Software ETABS Studi Kasus : Bangunan Rumah Susun di Surakarta, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Indonesia merupakan daerah rawan gempa, untuk mengurangi resiko bencana yang terjadi diperlukan konstruksi bangunan tahan gempa. Perencanaan tahan gempa umumnya didasarkan pada analisa struktur elastis yang kemudian diberi faktor beban untuk mensimulasi kondisi ultimate (batas). Kenyataannya bahwa perilaku keruntuhan bangunan saat gempa adalah inelastik. Ada dua macam tipe keruntuhan suatu struktur yaitu keruntuhan lokal dan keruntuhan global, mekanisme keruntuhan yang biasa terjadi yaitu beam sway mechanism dan column sway mechanism. Dalam perencanaan mekanisme keruntuhan yang diharapkan adalah beam sway mechanism. Metoda analisis yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) yaitu konsep mendesain, mengevaluasi, membangun, mengawasi fungsi dan merawat fasilitas bangunan, dengan kinerja dibawah kondisi reaksi pembebanan biasa dan pembebanan ekstrim. Analisa pushover (beban dorong statik) adalah analisa statik nonlinier perilaku keruntuhan struktur terhadap gempa, sedangkan titik kinerja adalah besarnya perpindahan maksimum struktur saat gempa rencana. Dari hasil yang diperoleh berdasarkan analisis statik non linier menggunakan software ETABS dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah pada gaya geser dasar sebesar 196,60 ton akan diperoleh hasil kinerja struktur ( Performance Point ) berupa gaya geser sebesar 850,405 ton, displacement (Dt) 0,057 m, redaman efektif (βeff ) 7,6 %, dan waktu efektif (Teff) 0,565 detik. Batasan rasio drift atap dengan software ETABS diperoleh maksimum total drift sebesar 0,0038 sedangkan maksimum in-elastik drift 0,003. Hasil perhitungan dengan bantuan software ETABS menunjukan bahwa gedung yang ditinjau termasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO), hal ini berarti bahwa bila terjadi gempa gedung tidak mengalami kerusakan struktural dan non struktural sehingga bangunan tersebut tetap aman digunakan.
Kata kunci : Analisis Pushover
ABSTRACT
Medi Hendriyanto, 2010, Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis use ETABS Software Case Study: Building Flats in Surakarta, End Task Civil Engineering Department Faculty of Engineering, University of Sebelas Maret Surakarta Case Study: Building Flats in Surakarta, End Task Civil Engineering Department Faculty of Engineering, University of Sebelas Maret Surakarta Indonesia is an earthquake-prone areas, to reduce the risk of the disaster required the construction of earthquake resistant buildings. Planning seismic analysis is generally based on the elastic structure and given the load factors to simulate the ultimate conditions (boundary). The fact that the collapse of the behavior of buildings during the earthquake is inelastik. There are two types of collapse of a structure of local collapse and global collapse, the collapse mechanism which is common mechanism of beam and column Sway Sway mechanism. In planning the expected collapse mechanism is a beam Sway mechanism. Methods of analysis used in this final task is to Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE) is the concept of designing, evaluating, developing, supervising and maintaining the function of building facilities, with a performance under normal conditions of loading reaction and extreme loading. Pushover analysis (static thrust load) is a nonlinear static analysis of structural collapse of the behavior of the earthquake, while the point of performance is the maximum amount of displacement during the earthquake structure plan. From the results obtained by non-linear static analysis using ETABS software can take some conclusions of which are at base shear force of 196.60 tons will be obtained of the structure performance (Performance Point) a shear force of 850.405 tons, displacement (Dd 0.057 m, the damping effective (PFF) 7.6%, and the effective time (tz) 0.565 seconds. Limitation of the roof drift ratio of ETABS software acquired with a total maximum drift of 0.0038 while the maximum in-elastic drift 0.003. The result of calculation with the help of ETABS software indicated that the building that were reviewed included the Immediate Occupancy performance levels (IO), this means that if an earthquake happens the building suffered no structural damage and non-structural so the building remains safe to use. Keywords: Pushover analysis
M0TTO
Masa depan yang cerah selalu tergantung kepada masa lalu yang dilupakan, kita tidak dapat hidup terus dengan baik jika kita tidak melupakan kegagalan dan sakit hati di masa lalu Tidak ada satupun di dunia ini, yang bisa di dapat dengan mudah. Kerja keras dan doa adalah cara untuk mempermudahnya Gagal dalam sebuah pertempuran akan lebih ksatria, daripada gagal sebelum sempat menarik pedang
E n j o y
a j a
PERSEMBAHAN
Coretan ini kupersembahkan untuk :
1. Ayah, Ibu dan Kakak yang telah memberikan omelan– omelan untuk semangat. 2. Endut item (Rani) makasih untuk semua kemarahan yang diberikan untuk semangat aku. 3. Marwan, kamar
Andre,
kos
Adex,
Andre
Wayan,
sebagai
Khang
tempat
Heri,
Mahmud,
persinggahan
dan
tempat woyo - woyo. 4. Semua anak – anak sipil ekstensi 07 makasih untuk kebersamaannya. 5. Hik Pak Yanto “Mrengat – Mrengut” makasih untuk nasi kucing, koyor dan es jeyuknya.
Matur
nuwun
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr Wb.
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahNya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir dengan judul EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA DENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN SOFTWARE ETABS STUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI SURAKARTA
Dalam penyusunan laporan ini penyusun banyak menjumpai kesulitan yang dikarenakan keterbatasan pengetahuan penyusun terutama dibidang kontruksi. pada
kesempatan
ini
penyusun
menyampaikan
ucapan
terima
kasih
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Mukahar, MSCE selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. 2. Bapak Ir. Bambang Santosa, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret. 3. Bapak Ir. Agus Sumarsono, MT selaku Ketua Program Studi S1 Non Reguler Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret dan Dosen Pembimbing Akademis. 4. Bapak Edy Purwanto, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I. 5. Bapak Setiono, ST, Msc selaku Dosen Pembimbing II. 6. Bapak Wibowo, ST, DEA selaku Dosen Penguji. 7. Bapak Achmad Basuki, ST, MT selaku Dosen Penguji. 8. Keluarga kami dan rekan-rekan mahasiswa S1 Non Reguler Teknik Sipil Gedung UNS, yang telah memberi semangat, kasih sayang, dan Doa pada kami.
Penyusun menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna baik dari segi isi maupun penyampaian, sehingga saran dan kritik yang membangun sangat penyusun harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Wassalamu’alaikum Wr Wb.
Surakarta, Desember 2009
Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ii ABSTRAK .........................................................................................................iii KATA PENGANTAR .......................................................................................iv DAFTAR ISI ......................................................................................................vi DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii DAFTAR TABEL ..............................................................................................ix DAFTAR BAGAN ALIR ..................................................................................x BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................1 1.1. Latar Belakang ................................................................................1 1.2. Rumusan Masalah ...........................................................................2 1.3. Batasan Masalah ..............................................................................2 1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................3 1.5. Manfaat Penelitian ..........................................................................3 BAB 2 TINJUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ......................................4 2.1. Tinjuan Pustaka ...............................................................................4 2.2. Konsep Dasar Mekanisme Gempa ...................................................5 2.3. Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa .................6 2.4. Mekanisme Keruntuhan ...................................................................7 2.5. Parameter Dinamika Struktur ..........................................................10 2.5.1. Kekakuan Struktur .................................................................10 2.5.2. Redaman.................................................................................10 2.5.3. Waktu Getar Alami Struktur ..................................................10 2.6. Faktor Kuat Lebih.............................................................................11 2.7. Daktilitas Struktur.............................................................................11 BAB 3 METODE PENELITIAN .......................................................................13 3.1. Tinjuan Umum..................................................................................13 3.2. Performance Based Earthquake Engineering ...................................13 3.3. Analisa Gaya Lateral ........................................................................14
vi
3.4. Analisa Gaya Gravitasi .....................................................................16 3.5. Performance Level............................................................................16 3.6. Capaty Spectrum Method .................................................................17 3.7. Kurva Kapasitas................................................................................18 3.8. Pushover Analisis .............................................................................18 3.9. Prosedur Penelitian ...........................................................................19 BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN .......................................................20 4.1. Deskripsi Model Struktur ................................................................20 4.2. Pembebanan Struktur ......................................................................22 4.2.1. Beban Mati .............................................................................22 4.2.2. Beban Hidup...........................................................................23 4.2.3. Beban Gempa .........................................................................23 4.3. Analisis Pushover ............................................................................25 4.3.1. Distribusi Sendi......................................................................25 4.3.2. Static Nonlinear Case.............................................................26 4.3.3. Perhitungan Performance Point..............................................28 4.4. Output Analisis Pushover ................................................................30 4.4.1. Kurva Kapasitas .....................................................................30 4.4.2. Titik Kinerja ...........................................................................31 4.4.3. Mekanisme Sendi Plastis........................................................32 4.5. Perbandingan Hasil Analisa .............................................................35 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ..............................................................36 5.1. Kesimpulan ......................................................................................36 5.2. Saran ................................................................................................36
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Peta Wilayah Gempa Indonesia .................................................... 1 Gambar 2.1. Mekanisme Keruntuhan Beam Sidesway Mechanism.................... 9 Gambar 2.2. Mekanisme Keruntuhan Column Sidesway Mechanism ................ 9 Gambar 3.1. Performance Point pada Capacity Spectrum Method ................... 16 Gambar 3.2. Kurva Kapasitas ............................................................................ 17 Gambar 4.1. Denah Struktur Gedung................................................................. 21 Gambar 4.2. Denah Struktur Gedung 3 D.......................................................... 21 Gambar 4.3. Peta Wilayah Gempa di Indonesia ............................................... 24 Gambar 4.4. Respons Spektrum Wilayah Gempa 3........................................... 24 Gambar 4.5. Input Sendi Pada Elemen Kolom .................................................. 25 Gambar 4.6. Input Sendi Pada Elemen Balok.................................................... 26 Gambar 4.7. Input GRAV Case ......................................................................... 27 Gambar 4.8. Input PUSH Case .......................................................................... 27 Gambar 4.9. Response Spectrum ....................................................................... 28 Gambar 4.10. Transformasi Kurva Kapasitas ke Spektrum Kapasitas .............. 28 Gambar 4.11. Hasil Plot Demand Spectrum Dengan Nilai Damping................ 29 Gambar 4.12. Hasil Performance Point.............................................................. 29 Gambar 4.13. Kurva Kapasitas .......................................................................... 30 Gambar 4.14. Kinerja Struktur........................................................................... 31 Gambar 4.15. Sendi Plastis Step 1 ..................................................................... 33 Gambar 4.16. Sendi Plastis Step 6 ..................................................................... 33
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Kriteria Kinerja ................................................................................. 16 Tabel 4.1. Evaluasi Kinerja Struktur ................................................................ 32 Tabel 4.2. Distribusi Sendi Platis....................................................................... 34 Tabel 4.3. Batasan Rasio Drift Atap .................................................................. 34 Tabel 4.4. Evaluasi Kinerja Struktur Dengan ETABS....................................... 35 Tabel 4.5. Evaluasi Kinerja Struktur Dengan SAP2000 .................................... 35
ix
DAFTAR BAGAN ALIR
Bagan Alir 3.3. Kerangka Pikir.......................................................................... 19
x
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan daerah rawan terjadinya gempa, sehingga bangunan yang dibangun harus direncanakan mampu bertahan ketika terjadinya gempa. Pemakaian beton bertulang oleh masyarakat untuk struktur bangunan seperti balok, kolom dan pelat telah banyak ditemukan. Akan tetapi pada peristiwa gempa beberapa tahun terakhir telah menunjukkan bahwa banyak bangunan dengan struktur beton bertulang telah mengalami kerusakan dan bahkan roboh. Penyebab utama dari kerusakan tersebut umumnya terletak pada kesalahan perencanaan dan terutama pada detail pelaksanaan serta mutu bahan yang rendah. Oleh karena itu, pemerintah Indonesia juga telah menetapkan peraturan yang harus dipenuhi dan tertuang dalam Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung ( SNI – 1726 – 2002 ) dan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Gedung ( SNI 03-2847-2002 ).
Gambar 1.1 Peta Wilayah Gempa Indonesia ( Sumber : SNI 03-1726-2002 )
1
Tren perencanaan yang terkini yaitu perencanaan tahan gempa berbasis kinerja (performanced based seismic design), yang memanfaatkan teknik analisis nonlinier pushover
berbasis komputer untuk menganalisis perilaku inelastis
struktur dari berbagai macam intensitas gerakan tanah (gempa), sehingga dapat diketahui kinerjanya pada kondisi kritis dan dapat dilakukan tindakan apabila tidak memenuhi syarat yang diperlukan (Dewobroto, 2005). Dengan statik nonlinier pushover atau metode spektrum kapasitas dapat diperoleh perilaku struktur secara keseluruhan, dari elastis, leleh dan akhirnya runtuh, dengan cara menaikkan besarnya gaya geser statik secara monotonik yang mengikuti pola distribusi tinggi struktur sampai target displacement tercapai. Baik distribusi gaya dan target displacement didasarkan atas asumsi bahwa respon yang dihasilkan dikontrol oleh mode yang dominan dan mode shape yang tetap tidak berubah setelah struktur leleh.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut : 1.
Bagaimana
prosedur
analisis
Pushover
dapat
digunakan
untuk
mengevaluasi kinerja seismik struktur gedung, yaitu hubungan antara base shear dengan displacement. 2.
Performance Point dan Kriteria dari gedung yang ditinjau.
1.3 Batasan Masalah
Untuk mempermudah dalam pembahasan maka digunakan batasan masalah sebagai berikut : 1.
Struktur gedung terdiri dari 5 lantai dan berfungsi sebagai rumah tinggal (rumah susun).
2.
Struktur gedung merupakan gedung beton bertulang dan strukturnya bersifat daktail parsial.
2
3.
Gedung terletak di kota Surakarta dan berada pada wilayah gempa 3 berdasarkan SNI 1726-2002, pada tanah sedang (medium soil).
4.
Peraturan pembebanan berdasarkan Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (PPPURG 1987) dan Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung berdasarkan SNI 03 – 2847 – 2002.
5.
Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung ( SNI – 1726 – 2002 ).
6.
Kriteria kinerja struktur menggunakan peraturan ATC-40.
7.
Perilaku struktur dianalisis dengan menggunakan pushover analysis dengan bantuan program ETABS 9 dan SAP2000.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah : 1.
Menentukan hubungan base shear dengan displacement, pada kurva pushover dan kurva seismic demand.
2.
Menentukan
performance point gedung 5 lantai bila dievaluasi dengan
Performance Based Siesmic Evaluation (PBSE), yaitu dengan analisis static nonlinier pushover.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah : 1.
Mengetahui prilaku suatu struktur ketika mengalami pembebanan gempa dua arah.
2.
Mengetahui kriteria kinerja struktur berdasarkan performance level.
3
BAB 2 TINJUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1 Tinjuan Pustaka
Desain dan analisis perilaku serta kinerja struktur berdasarkan konsep Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) telah cukup sering dilakukan kajian di Indonesia meski masih dalam tahapan modeling, pada aplikasi riil dalam kaitan suatu proses tahapan desain disebabkan belum adanya ketentuan untuk melakukan tinjuan performance struktur hasil desain. Evaluasi sebagai performance struktur di Indonesia telah dilakukan pada beberapa gedung tinggi sebagai bagian dari tuntutan jaminan akan keselamatan terutama dari pihak owner untuk mengetahui sejauh mana tingkat keamanan yang dimiliki dari sebuah gedung.
Kebutuhan akan evaluasi kinerja struktur terutama struktur bangunan yang telah berdiri atau eksisting di masa depan akan menjadi tuntutan seiring dengan hasil riset-riset terbaru terhadap potensi bahaya gempa yang menunjukkan hasil perkiraan nilai percepatan muka tanah yang jauh berbeda, bahkan dengan peta wilayah gempa terbaru pada SNI 03 – 1726 – 2002
Yosafat Aji Pranata (2006), Metode analisis statik beban dorong (static nonlinear/pushover analysis) merupakan suatu metode analisis, yang mana dari hasil analisis antara lain diperoleh informasi berupa kurva kapasitas. Kurva kapasitas menyatakan hubungan antara gaya geser dasar terhadap peralihan atap struktur bangunan gedung. Dari kurva kapasitas kemudian dapat ditentukan daktilitas peralihan aktual struktur, yang mana bergantung pada penentuan titik peralihan pada saat leleh pertama terjadi dan titik peralihan ultimit (target peralihan yang diharapkan).
4
Wiryanto Dewobroto (2006), menyatakan analisa pushover dapat digunakan sebagai alat bantu untuk perencanaan tahan gempa, asalkan menyesuaikan dengan keterbatasan yang ada, yaitu : a. Hasil analisa pushover masih berupa suatu pendekatan, karena bagaimanapun perilaku gempa yang sebenarnya adalah bersifat bolak-balik melalui suatu siklus tertentu, sedangkan sifat pembebanan pada analisa pushover adalah statik monotonik. b. Pemilihan pola beban lateral yang digunakan dalam analisa adalah sangat penting. c. Untuk membuat model analisa nonlinier akan lebih rumit dibanding model analisa linier. Model tersebut harus memperhitungkan karakteristik inelastik beban-deformasi dari elemen-elemen yang penting dan efek P-Δ.
2.2 Konsep Dasar Mekanisme Gempa
Gempa bumi adalah getaran yang terjadi di permukaan bumi. Gempa bumi biasanya disebabkan oleh pergerakan kerak bumi (lempeng bumi), gempa bumi terjadi apabila tekanan yang terjadi karena pergerakan sudah terlalu besar untuk dapat ditahan.
Gempa bumi terjadi setiap hari di bumi, namun kebanyakkan kecil dan tidak menyebabkan kerusakan apa-apa. Gempa bumi kecil juga dapat mengiringi gempa bumi besar, dan dapat terjadi sebelum atau sesudah gempa bumi besar tersebut.
Adapun tipe-tipe gempa bumi yaitu: a. Gempa bumi runtuhan yang disebabkan oleh keruntuhan yang terjadi baik diatas maupun di bawah permukaan tanah. b. Gempa bumi vulkanik yang terjadi berdekatan dengan gunung berapi dan mempunyai bentuk keretakan memanjang. Gempa bumi ini disebabkan oleh pergerakan magma ke atas dalam gunung berapi, di mana geseran pada batu-batuan menghasilkan gempa bumi.
5
c. Gempa bumi tektonik disebabkan oleh perlepasan tenaga yang terjadi karena pergeseran lempengan pelat tektonik. Tenaga yang dihasilkan oleh tekanan antara batuan dikenal sebagai kecacatan tektonik. Teori dari pelat tektonik ( tektonik plate ) menjelaskan bahwa bumi terdiri dari beberapa lapisan batuan, sebagian besar area dari lapisan kerak itu akan hanyut dan mengapung sebagai lapisan. Lapisan sehingga berpisah dan bertabrakan
satu
tersebut
bergerak
perlahan
sama lainnya. Hal inilah yang
menyebabkan terjadinya gempa tektonik. Contoh gempa tektonik ialah seperti yang terjadi di Yogyakarta, Indonesia pada Mei 2006.
Kebanyakan gempa bumi yang berbahaya adalah gempa bumi tektonik, hal ini disebabkan dari pelepasan energi yang dihasilkan oleh tekanan yang dilakukan oleh lempengan yang bergerak. Semakin lama tekanan itu dan membesar, akhirnya mencapai pada keadaan dimana tekanan tersebut tidak dapat ditahan lagi oleh pinggiran lempengan, pada saat itulah gempa bumi akan terjadi.
2.3 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa Struktur bangunan tahan gempa harus memiliki kekuatan yang cukup untuk mencegah terjadinya keruntuhan atau kegagalan struktur. Oleh karena itu dalam perencanaannya harus memenuhi beberapa kondisi batas, yaitu: a. Struktur bangunan yang direncanakan harus memiliki kekakuan dan kekuatan yang cukup sehingga bila terjadi gempa yang berkekuatan kecil struktur bersifat elastik. b. Bila terjadi gempa berkekuatan sedang, struktur bangunan tidak boleh mengalami kerusakan struktural namun dapat mengalami kerusakan nonstruktural ringan. c. Pada saat terjadi gempa kuat, struktur bangunan dapat mengalami kerusakan struktural namun harus tetap berdiri sehingga korban jiwa dapat dihindarkan.
Maka dalam perencanaan bangunan struktur tahan gempa harus diperhitungkan dampak dari gaya lateral, dalam hal ini gaya yang diakibatkan oleh gempa bumi yang bersifat siklis (bolak-balik) yang dialami oleh struktur. Adapun dalam
6
perencanaan tersebut, struktur harus dapat memiliki daktilitas yang memadai didaerah joint atau elemen struktur tahan gempa seperti dinding geser atau yang biasa disebut shearwall .
Agar struktur-struktur bangunan dapat berdeformasi maksimum, maka perlu perancangan sendi-sendi plastis yang akan terjadi pada daerah-daerah yang dapat menunjang tujuan desain bangunan tahan gempa. Dalam perencanannya, sendisendi plastis terjadi pada kedua ujung balok-balok dan kaki kolom lantai dasar. Konsep struktur yang memiliki karakteristik seperti ini adalah konsep kolom kuatbalok lemah atau yang sering disebut sebagai “ strong column weak beam ”.
Melalui konsep struktur ini, maka pada saat mekanisme keruntuhan, sendi plastis akan terjadi pada balok terlebih dahulu baru pada tahap-tahap akhir plastis terjadi pada ujung-ujung bawah kolom. Hal ini dilakukan agar sejumlah besar sendi plastis terbentuk pada struktur secara daktail yang dapat memencarkan energi melalui proses pelelehan struktur dan diharapkan dapat menyerap beban gempa.
2.4 Mekanisme Keruntuhan
Ketika terjadi deformasi tak terbatas pada bagian struktur tanpa diiringi peningkatan beban yang bekerja pada struktur tersebut, maka dapat dikatakan struktur dalam keadaan runtuh. Salah satu hal yang perlu diperhatikan pada saat struktur mengalami runtuh adalah jumlah sendi yang cukup telah terbentuk untuk mengubah struktur atau bagian dari struktur tersebut menjadi suatu bentuk mekanisme keruntuhan.
Jumlah sendi plastis yang telah terbentuk dapat dijadikan suatu patokan apakah struktur telah mengalami keruntuhan atau belum. Hal ini dapat dikaitkan dengan besarnya redaman pada saat struktur statis tak tentu. Setiap terbentuknya sendi plastis maka akan diikuti dengan berkurangnya jumlah redaman sampai struktur menjadi statis tak tentu. Jika jumlah sendi plastis melebihi jumlah redaman maka kondisi ini menyebabkan keruntuhan pada struktur.
7
Pada kenyataannya kondisi seperti ini jarang terjadi karena ada beberapa hal saat jumlah sendi plastis yang terjadi tidak melebihi redaman namun dapat menyebabkan keruntuhan struktur. Hal ini dapat terjadi pada portal bertingkat dua atau lebih. Keruntuhan suatu struktur dapat dibagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut : a. Keruntuhan Lokal adalah keruntuhan yang diakibatkan oleh kegagalan pada elemen struktur yang mengalami sendi plastis. Kegagalan ini terjadi karena kapasitas penampang dari suatu elemen telah terlampaui. Parameter yang digunakan untuk mengidentifikasi keruntuhan lokal adalah kelengkungan dan sudut rotasi plastis. b. Keruntuhan Global umumnya diasosiasikan dengan simpangan antar tingkat ( interstory drift ) pada saat terjadi deformasi in-elastis yang dibatasi pada nilai tertentu bergantung pada periode struktur. Keruntuhan ini terjadi jika deformasi lateral suatu struktur telah melebihi batas maksimum yang telah ditentukan oleh peraturan yang berlaku.
Ada dua tipe mekanisme keruntuhan yang biasa terjadi pada analisis static sebagai batas analisis, yaitu beam sway mechanism dan column sway mechanism. Beam sway mechanism
yaitu pembentukan sendi plastis pada ujung-ujung balok,
sedangkan column sway mechanism merupakan pembentukan sendi plastis pada kedua ujung baik atas maupun bawah dari elemen struktur vertikal. Dalam perencanaannya, mekanisme keruntuhan yang diharapkan adalah beam sway mechanism, hal ini disebabkan beberapa alasan yaitu : a. Pada beam sway mechanism, jumlah sendi plastis terbentuk dalam banyak elemen sehingga energi yang dipancarkan semakin banyak pula. b. Pada column sway mechanism, sendi plastis hanya akan terbentuk pada ujungujung kolom pada suatu lantai saja, sehingga pemencaran energi hanya terjadi pada sejumlah kecil elemen. c. Daktilitas kurvatur yang harus dipenuhi oleh balok pada umumnya jauh lebih mudah dipenuhi daripada kolom yang sering kali memiliki daktilitas yang terbatas akibat besarnya gaya aksial tekan yang bekerja.
8
Gambar 2.1 Mekanisme Keruntuhan Beam Sidesway Mechanism ( Sumber : Park and Paulay, 1974 )
Gambar 2.2 Mekanisme Keruntuhan Column Sidesway Mechanism ( Sumber : Park and Paulay, 1974 )
Keterangan : Lc
: Tinggi Kolom
L
: Bentang Kolom
θb
: Sudut Geser Balok
θc
: Sudut Geser Kolom
9
2.5 Parameter Dinamika Struktur Pada saat melakukan perencanaan terhadap suatu struktur, maka perlu diketahui beberapa parameter penting, yaitu massa (m), kekakuan (k), redaman (c), dan waktu getar alami struktur (T). 2.5.1 Kekakuan Struktur ( k ) Kekakuan struktur merupakan gaya yang diperlukan oleh suatu struktur bila mengalami deformasi. Adapun penilaian kekakuan ini berdasarkan bahan-bahan material yang digunakan, dimensi elemen struktur, penulangan, modulus elastisitas, momen inersia , momen inersia polar, dan modulus elastisitas geser. 2.5.2 Redaman ( c ) Suatu struktur bila dikenai beban tidak selalu bergetar. Hal ini disebabkan adanya redaman. Redaman pada suatu struktur yang bergetar menyatakan adanya fenomena disipasi energi atau penyerapan energi. 2.5.3 Waktu Getar Alami Struktur (T) Waktu getar alami adalah waktu yang dibutuhkan oleh struktur untuk bergetar satu kali bolak-balik tanpa adanya gaya luar. Waktu getar alami struktur ini dinyatakan dalam detik. Besarnya waktu getar alami struktur perlu diketahui agar peristiwa resonansi pada struktur dapat dihindari. Peristiwa resonansi struktur adalah suatu keadaan saat frekuensi alami pada struktur sama dengan frekuensi beban luar yang bekerja sehingga dapat menyebabkan keruntuhan pada struktur. Adapun hubungan antara waktu getar dengan frekuensi dapat dinyatakan sebagai berikut: T1 < ζ n T1
= Batas maksimum waktu getar alami.
ζ
= Koefisien yang membatasi waktu getar alami struktur gedung, tergantung dari wilayah gempa sesuai tabel 8 SNI 03 – 1726 – 2002. [ 1 ]
n
= Jumlah tingkat struktur.
10
Untuk struktur gedung berupa portal tanpa unsur pengaku waktu getar alami dapat dihitung dengan rumus : T
= 0,085 H0,75
untuk portal baja
T
= 0,060 H0,75
untuk portal Beton
T
= 0,090 H B-0,5 untuk struktur gedung yang lain
Keterangan : H
: Tinggi Bangunan Struktur
B
: Panjang Denah Struktur
2.6 Faktor Kuat Lebih (Overstrength Factor)
Dalam mendesain suatu bangunan, struktur yang memenuhi sifat kuat lebih (f1) dan redundancy (f2), maka umumnya dengan sifat tersebut struktur tidak akan merespon sepenuhnya elastoplastis. Sifat kuat lebih (f1) umumnya disebabkan kekuatan aktual material yang dilaksanakan lebih besar dari kekuatan material yang direncanakan sedangkan redundancy (f2) disebabkan dari mekanisme jumlah sendi plastis yang direncanakan pada bangunan lebih besar dari satu. Beban lebih pada elemen non-daktail dapat diperhitungkan hanya apabila efek kuat lebih tidak diperhitungkan dalam desain sebelumnya.
2.7 Daktilitas Struktur ( µ )
Daktilitas merupakan suatu sifat bahan yang memungkinkan terjadinya suatu deformasi pada suatu material. Saat mendesain suatu struktur bangunan, bila bangunan direncanakan bersifat elastis pada saat gempa kuat, maka struktur akan menjadi tidak ekonomis dan membutuhkan biaya yang sangat besar karena gempa kuat jarang terjadi. Oleh karena itu maka struktur bangunan direncanakan bersifat inelastis dengan tingkat daktilitas tertentu.
Dengan adanya sifat daktilitas tersebut, maka suatu struktur memungkinkan terjadinya sendi plastis secara bertahap pada elemen-elemen struktur yang telah ditentukan pada saat terjadi beban gempa maksimum. Hal ini terjadi akibat
11
gerakan tanah dasar yang diterima akan didistribusikan pada sendi plastis tersebut. Semakin banyak terbentuk sendi plastis pada elemen struktur, semakin besar pula energi gempa yang didistribusikan. Setelah terjadi sendi plastis pada suatu elemen, defleksi struktur serta rotasi plastis masih terus bertambah. Selanjutnya daktilitas dikenal dengan lambang µ.
Daktilitas bangunan yang didesain harus dibatasi berdasarkan kriteria perencanaan sebagai berikut: a. Kekuatan dan kekakuan struktur direncanakan untuk memenuhi kondisi inelastis yang direncanakan supaya memberikan kemampuan kepada struktur bangunan mengalami deformasi bersifat elastoplastik tanpa terjadi keruntuhan saat mengalami gempa rencana maksimum. b. Sendi-sendi plastis yang terjadi akibat beban gempa maksimum direncanakan terdapat di dalam balok-balok dan tidak terjadi dalam kolom-kolom, kecuali pada kaki kolom yang paling bawah. Hal ini dapat tercapai bila kapasitas (momen leleh) kolom lebih tinggi daripada kapasitas (momen leleh) balok yang bertemu pada kolom tersebut (konsep strong column weak beam). c. Besarnya displacement yang terjadi harus dibatasi untuk menjaga integritas bangunan dan menghindari jatuhnya korban jiwa.
12
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Tinjuan Umum
Metode penelitian adalah suatu cara atau metode untuk memperjelas pemahaman ilmiah akan suatu kenyataan dengan cara meneliti suatu masalah, kasus, gejala atau fenomena secara ilmiah untuk menghasilkan kesimpulan yang rasional sebagai bukti atau data secara empiris yang memperkuat pemahaman ilmiah tersebut. Metode penelitian yang digunakan adalah metode analisis dengan bantuan software ETABS.
Dalam tugas akhir ini akan dilakukan analisis statik non-linier struktur (pushover analysis), analisis pushover dilakukan sesuai dengan prodesur B pada dokumen ATC 40,1996 menggunakan bantuan software ETABS dengan konsep Performance Based Earthquake Engineering (PBEE). Analisis pushover merupakan analisis yang digunakan untuk mengevalusasi kenerja dari subuah struktur gedung, hasil dari analisis pushover adalah capacity curve, performance point. Bangunan yang ditinjau terdiri dari 5 lantai mempunyai ukuran bangunan 60 m x 19,2 m, dengan arah sumbu-x bangunan memiliki 15 segmen dengan masing-masing bentang sepanjang 3 m dan 4,5 meter dan sumbu-y bangunan memiliki 5 segmen dengan masing-masing bentang memiliki panjang 4,2 m dan 5,4 m sedangkan tinggi antar lantai 3 m, bangunan tersebut menggunakan sistem penahan gaya lateral yaitu shearwall.
3.2 Performance Based Earthquake Engineering (PBEE)
Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) yaitu konsep mendesain, mengevaluasi, membangun, mengawasi fungsi dan merawat fasilitas bangunan, dengan kinerja dibawah kondisi reaksi pembebanan biasa dan pembebanan
13
ekstrim. Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) dibagi menjadi dua, yaitu Performance Based Seismic Design (PBSD) dan Performance Based Seismic Evalution (PBSE). Kebutuhan pengunaan PBEE bermacam-macam, yaitu ditinjau dari tujuan owner dan pengguna bangunan. Alasan penggunanan PBEE yaitu kinerjanya dapat diprediksi dan dievaluasi sebelum bangunan ada atau setelah bangunan ada, sehingga owner dengan kontraktor dapat memprediksi dan mengevaluasi kinerja bangunan berdasarkan pertimbangan keselamatan pengguna dari pada biaya pembuatannya.
Kerangka kerja pendekatan dengan Performance Based Seismic Evalution (PBSE) pelaksanaanya tergantung pada kemampuan untuk mengevaluasi seismic demands, seperti story drift/roof displacement dan penyebaran letak sendi platis. Metode evaluasi yang digunakan adalah analisis nonlinear pushover, proses menjalankan analisis pushover berdasarkan kriteria kinerja ATC-40. Hasil evaluasi tersebut akan menghasilkan kurva pushover yang selanjutnya pada metode capacity spectrum, kurva pushover tersebut diubah dalam bentuk kurva kapasitas Single degree Of Freedom (SDOF) yang berpotongan dengan respons spectrum yang disebut performance point. Respons spectrum diatas menggunakan respons spectrum yang telah dimodifikasi dengan 5 % damped design spectrum, dengan tujuan mengganti efek hilangnya energi dari system inelastic dengan damping yang setara. Performance point merupakan gambaran grafik sederhana tentang evaluasi dari gedung yang ditinjau. Hasilnya dapat diselaraskan dengan kriteria kinerja sesuai ATC-40, apakah gedung tersebut termasuk dalam Operational, Immediate Occupancy, Life Safety, dan Collapse Prevention
3.3 Analisa Gaya Lateral
a. Waktu Getar Alami ( T ) Waktu getar alami dinyatakan dalam detik yang menentukan besarnya faktor respons gempa struktur gedung dan kurvanya ditampilkan dalam spektrum respons gempa rencana.
14
b. Faktor Keutamaan Gedung ( I ) Faktor keutamaan gedung merupakan faktor pengali dari pengaruh gempa rencana pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan periode ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas dilampauinya pengaruh umur gedung, dengan persamaan sebagai berikut : I = I1 I2
( Sumber : SNI 03-1726-2002 )
dimana : I1 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa selama umur gedung. I2 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan umur gedung tersebut.
c. Faktor Reduksi Gempa ( R ) Rasio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh gempa rencana pada struktur gedung elastik penuh dan beban gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana pada struktur gedung.
d. Beban Geser Dasar Nominal ( V ) Perencanaan beban gempa statik ekivalen diawali dengan penentuan gaya geser pada lantai dasar Vb(base shear) dengan persamaan sebagai berikut: V
C1 I .Wt R
( Sumber : SNI 03-1726-2002 )
dimana : C1 = Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana I
= Faktor Keutamaan
R = Faktor reduksi gempa Wt = Berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai
e. Beban Gempa Statik Ekuivalen Beban gempa nominal statik ekuivalen yang menangkap pada pusat massa pada taraf lantai tingkat ke-i struktur atas gedung.
15
Fi
Wi . hi .V ( Sumber : SNI 03-1726-2002 ) Wi . hi
Dimana : Wi = berat lantai tingkat ke-I pada peninjauan gempa hi = Ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral V = Beban geser dasar nominal akibat gempa
3.4 Analisa Gaya Gravitasi
a. Beban Mati Beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian (finishing), mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu. b. Beban Hidup Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penggunaan gedung dan di dalamnya termasuk beban pada plat lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah sehingga dapat mengakibatkan perubahan dalam pembebanan lantai atau atap.
3.5 Performance Level
Performance level menggambarkan batasan kerusakan pada struktur dan beban gempa yang ada. Batasan kerusakan ini dideskripsikan dari kerusakan fisik yang terjadi pada struktur, ancaman kehilangan nyawa bagi pengguna bangunan akibat kerusakan yang terjadi.
Di dalam ATC-40 dijelaskan perilaku suatu struktur yang diukur dari tingkat kerusakan struktural dan non struktural yang terjadi. Empat tingkat kerusakan utama sebagai berikut:
16
Tabel 3.1 Kriteria Kinerja Penjelasan
Level Kinerja Operational
Tidak ada kerusakan struktural dan non struktural yang berarti, bangunan dapat tetap berfungsi.
Immediate Occupancy
Tidak terjadi kerusakan struktural, komponen non structural masih berada di tempatnya dan bangunan tetap dapat berfungsi tanpa terganggu masalah perbaikan.
Life Safety
Terjadi kerusakan struktural tetapi tidak terjadi keruntuhan, komponen non struktural tidak berfungsi tetapi bangunan masih dapat digunakan setelah dilakukan perbaikan.
Collapse Prevention
Kerusakan terjadi pada komponen struktural dan non struktural, bangunan hampir runtuh, dan kecelakaan akibat kejatuhan material bangunan sangat mungkin terjadi.
( Sumber : ATC-40, Volume 1 )
3.6 Capacity Spectrum Method
Capacity spectrum method menyajikan secara grafis dua buah grafik yang disebut spektrum, yaitu spektrum kapasitas (capacity spectrum) yang menggambarkan kapasitas struktur berupa hubungan gaya dorong total (base shear) dan perpindahan lateral struktur (biasanya ditetapkan di puncak bangunan), dan spektrum demand yang menggambarkan besarnya demand (tuntutan kinerja) akibat gempa dengan periode ulang tertentu.
S a
Demand spectrum Titik kinerja (performance point) Capacity spectrum
S d
Gambar 3.1 Performance Point pada Capacity Spectrum Method ( Sumber : ATC-40, Volume 1 )
17
3.7 Kurva Kapasitas
Kurva kapasitas yang didapatkan dari analisis pushover menggambarkan kekuatan struktur yang besarnya sangat tergantung dari kemampuan momen-deformasi dari masing-masing komponen struktur. Cara termudah untuk membuat kurva ini adalah dengan mendorong struktur secara bertahap (pushover) dan mencatat hubungan antara gaya geser dasar (base shear) dan perpindahan atap akibat beban lateral yang dikerjakan pada struktur dengan pola pembebanan tertentu. Pola pembebanan umumnya berupa beban statik ekivalen, hal ini berlaku untuk bangunan yang memiliki periode fundamental struktur yang relatif kecil. Untuk bangunan yang lebih fleksibel dengan periode struktur yang lebih besar, perencana sebaiknya memperhitungkan pengaruh ragam yang lebih tinggi dalam analisisnya. at
Gaya geser dasar, V (kN)
ap
V
Perpindahan atap, atap (m)
Gambar 3.2 Kurva Kapasitas ( Sumber : ATC-40, Volume 1 )
3.8 Pushover Analisis
Analisa statik nonlinier merupakan prosedur analisa untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa, dikenal pula sebagai analisa pushover atau analisa beban dorong statik. Analisa dilakukan dengan memberikan suatu pola beban lateral statik pada struktur, yang kemudian secara bertahap ditingkatkan dengan faktor pengali sampai satu target perpindahan lateral dari suatu titik acuan tercapai.
18
Analisa pushover menghasilkan kurva pushover, kurva yang menggambarkan hubungan antara gaya geser dasar versus perpindahan titik acuan pada atap. Pada proses pushover, struktur didorong sampai mengalami leleh disatu atau lebih lokasi di struktur tersebut. Kurva kapasitas akan memperlihatkan suatu kondisi linier sebelum mencapai kondisi leleh dan selanjutnya berperilaku non-linier. Kurva pushover dipengaruhi oleh pola distribusi gaya lateral yang digunakan sebagai beban dorong.
Tujuan analisa 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. Banyak studi menunjukkan bahwa analisa statik pushover dapat memberikan hasil mencukupi (ketika dibandingkan dengan hasil analisa dinamik nonlinier) untuk bangunan regular dan tidak tinggi.
3.9 Prosedur Penelitian
Penelitian harus dilaksanakan secara sistematika dengan urutan yang jelas dan teratur sehingga hasil yang diperoleh dapat dipertanggung jawabkan Oleh karena itu, pelaksanaan penelitian dibagi beberapa tahapan, diantaranya : a. Mencari data dan informasi yang mendukung penelitian. b. Membuat model geometri struktur portal 3D dan menentukan dimensi balok dan kolom. c. Menghitung beban yang bekerja pada portal, yaitu beban mati, beban hidup, dan beban gempa. d. Menganalisis struktur terhadap model struktur portal, dengan menggunkan analisis pushover. Sehingga memperoleh besarnya nilai drift/displacement, momen, gaya geser dan gaya aksial pada struktur portal. e. Menjelaskan hasil performance point dari struktur tersebut untuk mengetahui struktur tersebut aman atau tidak. f. Berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan, maka dapat dibuat kesimpulan yang sesuai dengan tujuan penelitian.
19
Mulai
Data dan Informasi
Membuat model geometri struktur portal 3D dan menentukan dimensi
Menghitung beban : beban mati, beban hidup, dan beban gempa
Analisis struktur dengan menggunakan analisis pushover.
Hasil Analisis Pushover : Drift/displacement, momen, gaya geser dan gaya aksial
Menjelaskan hasil performance point.
Menentukan Kriteria Kinerja
Selesai
Bagan Alir 3.3 Kerangka Pikir
20
BAB 4 ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1. Pemodelan Struktur Bangunan yang ditinjau terdiri dari 5 lantai mempunyai ukuran bangunan 60 m x 19,2 m, arah sumbu-x memiliki 15 segmen dengan bentang 3 m dan 4,5 meter dan sumbu-y memiliki 5 segmen dengan bentang 4,2 m dan 5,4 m, tinggi lantai 3 m, bangunan tersebut menggunakan sistem penahan gaya lateral yaitu shearwall, Model struktur di desain dengan menggunakan beton dengan kuat tekan 30 Mpa dan tulangan dengan kuat tarik 390 Mpa, daerah gempa rencana terletak dalam zona 3, tanah sedang. Denah dari struktur yang ada dalam pemodelan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
Gambar 4.1 Denah Struktur Gedung
Gambar 4.2 Denah Struktur Gedung 3 D
21
4.2. Pembebanan Struktur
Perencanaan pembebanan dimaksudkan untuk memberikan pedoman dalam menentukan beban-beban yang bekerja pada bangunan. Secara umum, beban direncanakan sesuai Pedoman Perencanaan untuk Rumah dan Gedung (PPURG1987) sebagai berikut:
4.2.1 Beban Mati (DL) Beban mati yang diperhitungkan dalam struktur gedung bertingkat ini terdiri dari beban mati structural (structural dead load) dan beban mati arsitektural (superimpose dead load).
a. Beban mati struktural
Beban mati struktural ini merupakan berat sendiri elemen bangunan yang memiliki fungsi struktural menahan beban. Beban dari berat sendiri elemen– elemen tersebut diantaranya sebagai berikut: 1. Baja
= 7850 kg/m3
2. Beton Bertulang
= 2400 kg/m3
b. Beban mati arsitektural
Berikut adalah beban – beban yang termasuk sebagai Superimpose Dead Load : 1. Beban Material Penutup Lantai Material penutup lantai yang digunakan adalah spesi tebal 3 cm asumsi berat 2
elemen 21 kg/m , keramik tebal 2 cm asumsi berat elemen 24 kg/m2, pasir tebal 5 cm asumsi berat elemen 1,6 kg/m2. Untuk atap menggunakan lapisan anti bocor (waterproffing) tebal 3 cm asumsi berat elemen 1,6 kg/m2
22
2. Beban Plafond Plafond yang digunakan terbuat dari material semen asbes setebal 3mm. Berat 2
elemen tersebut diperhitungkan sebesar 11 kg/m . 3. Beban MEP 2
Beban Mechanical and Electrical (ME) diasumsikan sebesar 50 kg/m .
4.2.2 Beban Hidup (LL) Beban hidup yang diperhitungkan adalah beban hidup selama masa layan. Beban hidup selama masa konstruksi tidak diperhitungkan karena diperkirakan beban hidup masa layan lebih besar daripada beban hidup masa konstruksi. Beban hidup yang direncanakan adalah sebagai berikut : 1. Beban Hidup pada Lantai Gedung Beban hidup yang digunakan mengacu pada standar pedoman pembebanan 2
yang ada, yaitu sebesar 250 kg/m . 2. Beban Hidup pada Atap Gedung Beban hidup yang digunakan mengacu pada standar pedoman pembebanan 2
yang ada, yaitu sebesar 100 kg/m untuk beban tiap joint kuda-kuda dan 2 100 kg/m untuk beban plat atap.
4.2.3 Beban Gempa (E)
Beban gempa yang direncanakan adalah berdasarkan kriteria yang diberikan bahwa bangunan ini berada pada wilayah gempa zona 3 sesuai dengan ketentuan SNI
03-1726-2002, beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang
bekerja pada gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa tersebut. Beban gempa yang dimaksud adalah gaya–gaya didalam struktur yang terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa tersebut. Berikut adalah peta wilayah gempa di Indonesia dan grafik respons spektrum wilayah gempa 3.
23
Gambar 4.3 Peta Wilayah Gempa di Indonesia ( Sumber : SNI 03-1726-2002 )
Gambar 4.4 Grafik Respons Spektrum Wilayah Gempa 3 ( Sumber : SNI 03-1726-2002 )
Kriteria yang digunakan : 1. Wilayah gempa 3 2. Kondisi tanah sedang 3. Tc
= 0,46 detik
4. Ao (Ca)
= 21
5. Ar (Cv)
= 33
6. C (Ar/T)
= 0,55
24
4.3. Analisis Pushover
Analisis pushover dilakukan dengan metode spektrum kapasitas
(Capcity
Spektrum method ) sesuai prosedur B dokumen ATC 40, 1996. Analisis pushover dengan prosedur B bersifat analitis dan sangat cocok dilakukan dengan bantuan program. Dalam penelitian ini, proses analisis dilakukan dengan bantuan program ETABS Nonlinier.
4.3.1. Distribusi sendi
Properti sendi dalam pemodelan ini untuk elemen kolom menggunkan tipe sendi P-MM, karena pada elemen kolom terhadapat hubungan gaya aksial dan momen (diagram interaksi P-M), sedangkan untuk elemen balok mengunakan tipe sendi default-M3, karena balok efektif menahan gaya momen dalam arah sumbu kuat (sumbu-3), sehingga sendi platis diharapkan terjadi pada elemen balok. Sendi diasumsikan terletak pada masing-masing ujung elemen balok dan elemen kolom, pada saat meng-input tipe sendi pada elemen kolom dan balok, menu Relative Distance diisi angka 0 dan angka 1. Angka 0 menunjukan pangkal balok atau kolom dan angka 1 menunjukan ujung balok atau kolom.
Gambar 4.5 Input sendi pada elemen kolom
25
Gambar 4.6 Input sendi pada elemen balok
4.3.2. Static Nonlinear Case
Pada saat analisis Pushover menggunakan sofware ETABS proses running dilakukan dengan memasukan dua macam proses running sebagai berikut : 1. GRAV
: Proses push-nya dilakukan oleh beban mati (Dead Load) dan beban hidup (Live Load)
2. PUSH
: Proses push-nya dilakukan oleh displacement 4 % dari total tinggi bangunan.
Untuk monitor target peraliahan dipilih pada sumbu lemah dari struktur bangunan yang ditinjau, pada bangunan ini letak sumbu lemah berada di sumbu arah Y. Pengisian parameter pada “PUSH” case step-step analisis pushover menggunakan metode trial.
26
Gambar 4.7 Input “GRAV” case
Gambar 4.8 Input “PUSH” case
27
4.3.3. Perhitungan Performance Point
Perhitungan performance point menurut ATC 40 prosedur B sebagai berikut : 1. Menggambar response spectrum dengan redaman 5%, 10%, 15% dan 20%
5% 10 % 15 % 20 %
Gambar 4.9 Response Spectrum
2. Mentransformasikan atau mengubah kurva kapasitas (Pushover) ke dalam bentuk spektrum kapasitas.
Capacity Spectrum
5 % Demand Response Spectrum
Gambar 4.10 Transformasi kurva kapasitas ke spektrum kapasitas
28
3. Melakukan Plot terhadap demand spectrum dengan nilai damping 5 % sesuai dengan kondisi tanah dan wilayah gempa.
Demand Spectrum 5 % Demand Response Spectrum
Gambar 4.11 Hasil plot Demand Spectrum dengan nilai Damping
4. Melakukan penggabungan antara Demand Spectrum dengan Capacity Spectrum sehingga diperoleh titik perpotongan kurva yang merupakan titik kinerja (Performance Point) bangunan.
Performance Point
Gambar 4.12 Hasil Performance Point
29
4.4. Output Analisis Pushover
Metode pushover adalah suatu analisis statik nonlinier dimana pengaruh gempa rencana terhadap struktur bangunan gedung dianggap sebagai beban-beban statik yang menangkap pada pusat massa masing-masing lantai, yang nilainya ditingkatkan secara berangsur-angsur sampai melampaui pembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan (sendi plastis) pertama di dalam struktur bangunan gedung, dengan peningkatan beban lebih lanjut mengalami perubahan bentuk pasca-elastik yang besar sampai mencapai kondisi plastik. Hasil analisis pushover yang dilakukan dengan program ETABS Nonlinier adalah kurva kapasitas (Capacity Curve) skema kelelehan berupa distribusi sendi plastis yang terjadi dan titik kinerja (Performance Point).
4.4.1. Kurva Kapasitas (Capacity Curve)
Kurva kapasitas menunjukkan hubungan antara gaya gempa dan perpindahan yang terjadi hingga struktur runtuh. Perpindahan yang ditinjau adalah perpindahan atap dan gaya geser dasar (base shear). Kurva kapasitas (Capacity Curve) dan skema kelelehan sendi plastis selengkapnya disajikan pada Gambar 4.13.
Gambar 4.13 Kurva Kapasitas (Capacity Curve)
30
Berdasarkan hasil perhitungan analisis pushover besarnya gaya leteral maksimum yang mampu ditahan oleh struktur sebesar 1706,008 ton yang terjadi pada step 4, dengan displacement sebesar 0,1485 m, sedangan pada step 5 gaya lateral yang mampu ditahan oleh struktur menurun menjadi 1701,92 ton,kemudian struktur bergoyang kearah berlawanan mengalami penurunan gaya geser dasar dan mendadak collapse.
4.4.2. Titik Kinerja (Performance Point)
Berdasarkan kurva respon spektrum rencana dari peraturan gempa (SNI 17262002) untuk wilayah gempa 3 dengan kondisi tanah sedang dapat diperoleh nilai Ca= 0,21 dan Cv= 0,33 sebagai input analisis pushover dalam format ADRS (acceleration-displacement response spekctrum). Titik kinerja (Performance Point) hasil analisis pushover dapat dilihat pada Gambar 4.12
Gambar 4.14 Grafik Kinerja Struktur
31
Tabel 4.1 Evaluasi Kinerja Struktur Gaya geser dasar (ton) 196,60
Performance point Vt (ton)
Dt (m)
βeff (%)
Teff (Detik)
850,405
0,057
7,6
0,565
Dari tabel diatas dapat dilihat nilai gaya geser dasar Vt = 850,405 ton > Vy = 196,60 ton, dengan nilai redaman efektif (βeff) sebesar 7,6 %, nilai tersebut lebih kecil dari batasan redaman efektif maksimum yang diijinkan yaitu 40 %. Maka berdasarkan metode spektrum kapasitas perilaku struktur arah y pada gempa rencana telah mengalami in-elastis yang disebabkan pelelehan pada sendi plastisnya. Batasan maksimum displacement sebesar 0,02 H (0,3 m), target hasil displacement dari analisis pushover sebesar 0,032 m < 0,3 m sehingga gedung tersebut memenuhi syarat keamanan.
4.4.3. Mekanisme Sendi Plastis
Sendi plastis yang direncanakan agar sesuai dengan mekanisme yang direncanakan yaitu beam sway mechanism (strong column weak beam). Di mana sendi-sendi plastis untuk struktur direncanakan dapat terjadi pada elemen balok, dan kolom dasar bangunan. Dari hasil analisa yang dilakukan dapat diketahui letak sendi plastis yang terjadi pada struktur, pada step 1 sudah terlihat adanya sendi plastis yang terbentuk didaerah balok lantai 3 pada struktur yang ditinjau. Pada step 6 hampir semua daerah balok terbentuk sendi plastis, hal ini menunjukkan bahwa distribusi sendi plastis hasil analisa pushover pada model gedung yang ditinjau hanya terjadi pada daerah balok, sehingga tidak terjadi mekanisme kerusakan tingkat. Hal tersebut sesuai dengan metode perencanaan kolom kuat balok lemah dan memenuhi kriteria desain pada struktur gedung. Gambar sendi plastis yang terjadi pada step 1 dan step 6 dapat dilihat pada gambar 4.15 dan gambar 4.16 dibawah ini.
32
Gambar 4.15 Sendi Plastis yang tejadi pada step 1
Gambar 4.16 Sendi Plastis yang tejadi pada step 6
33
Tabel 4.2. Distribusi Sendi Platis Displacement Step (m) 0 0,0000
Base Force ( Tonm ) 0,0000
1
0,0117
301,9422
2
0,0718
1029,8840
3
0,1331
1571,6542
4
0,1485
1706,0088
5
0,1485
1701,9219
6
0,1494
1710,2057
( Sumber : ETABS, Pushover Curve )
Berdasarkan tabel 4.2 dapat diketahui batasan rasio drift atap yang dievaluasi pada performance point yang mana parameternya adalah maksimum total drift dan maksimum in-elastis drift. Perhitunganya seperti berikut : Maksimum total drift =
Dt 0,057 0,0038 H total 15
Maksimum in-elastik drift =
( Dt D1 ) (0,057 0,0117) 0,0030 H total 15
Tabel 4.3. Batasan Rasio Drift Atap Performance Point IO
LS
CP
0,005
0,01
0,02
Berdasarkan batasan rasio drift atap menurut ATC 40 hasil perhitungan diatas menunjukan bahwa gedung yang ditinjau termasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO), hal ini berarti bahwa bila terjadi gempa gedung tidak mengalami kerusakan struktural dan non struktural sehingga bangunan tersebut tetap aman digunakan.
34
4.5. Perbandingan Hasil Analisa
Dari hasil analisa yang dilakukan dengan dua program ETABS dan SAP2000 dapat diperoleh perbedaan hasil analisa Pushover sebagai berikut : 1. Hasil analisa dengan program ETABS Tabel 4.4 Evaluasi Kinerja Struktur Gaya geser dasar (ton) 196,60
Performance point Vt (ton)
Dt (m)
βeff (%)
Teff (Detik)
850,405
0,057
7,6
0,565
Batasan rasio drift atap dengan software ETABS a. Maksimum total drift =
Dt 0,057 0,0038 H total 15
b. Maksimum in-elastik drift =
( Dt D1 ) (0,057 0,0117) 0,003 H total 15
2. Hasil analisa dengan software SAP2000 Tabel 4.5 Evaluasi Kinerja Struktur Gaya geser dasar (ton) 196,60
Performance point Vt (ton)
Dt (m)
βeff (%)
Teff (Detik)
818,94
0,058
10,9
1,10
Batasan rasio drift atap dengan software SAP a. Maksimum total drift =
Dt 0,058 0,0039 H total 15
b. Maksimum in-elastik drift =
( Dt D1 ) (0,057 8,45E 04) 0,0038 H total 15
Dara hasil perhitungan dengan bantuan software ETABS dan SAP2000 menunjukan bahwa gedung yang ditinjau termasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO), hal ini berarti bahwa bila terjadi gempa gedung tidak mengalami kerusakan struktural dan non struktural sehingga bangunan tersebut tetap aman digunakan.
35
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan analisis statik non-linier dengan menggunakan metode analisis Pushover dengan bantuan program ETABS
diperoleh kesimpulan sebagai
berikut :
1. Hasil analisa dengan software ETABS dengan gaya geser dasar sebesar 196,60 ton diperoleh hasil kinerja struktur ( Performance Point ) dengan gaya geser sebesar 850,405 ton, displacement (Dt) 0,057 m, redaman efektif (βeff ) 7,6 %, dan waktu efektif (Teff) 0,565 detik. 2. Batasan rasio drift atap dengan software ETABS diperoleh maksimum total drift sebesar 0,0038 sedangkan maksimum in-elastik drift 0,003 3. Hasil perhitungan dengan bantuan software ETABS menunjukan bahwa gedung yang ditinjau termasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO), hal ini berarti bahwa bila terjadi gempa gedung tidak mengalami kerusakan struktural dan non struktural sehingga bangunan tersebut tetap aman digunakan.
5.2. Saran
Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis hanya menganalisis respon struktur dengan menggunakan metode statik non-linear yaitu analisis Pushover. Namun hasil yang didapat belum sepenuhnya memastikan apakah metode ini dapat digunakan sepenuhnya, oleh karena itu penulis meyarankan beberapa hal yang dapat digunakan untuk memperbaiki dan pengembangan studi selanjutnya, yaitu : 1. Evaluasi yang digunakan perlu ditambah dengan metode kinerja batas layan dan kinerja batas ultimit. 2. Dalam tugas akhir ini menggunakan analisis statik non-linier, untuk studi yang selanjutnya diharapkan menggunakan analisis dinamik non-linier untuk melihat pengaruh dari Performance Point dari struktur yang ditinjau.
36
DAFTAR PUSTAKA
Applied Technology Council (ATC) 1996. Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, ATC-40, Volume 1, Report No.SSC 96-01. Afied Syahroni dan Bambang Budiono, Analisis Portal Daktail Berdasarkan Metode Energi, Jurnal Teknik Sipil Melalui Mekanisme Leleh dan Drift Target Akibat Beban Gempa, Vol. 12 No. 1 Januari 2005. Analisis Pushover, Civil Engineering National Conference: Sustainability Construction & Structural Engineering Based on Professionalism, Unika Soegijapranata, Semarang. Ashraf Habibullah, S.E.1, and Stephen Pyle, S.E., Practical Three Dimensional Nonlinear Static Pushover Analysis, Published in Structure Magazine, Winter, 1998. Cosmas wibisono dan Hendro lie, 2008, Struktur Gedung Beton Bertulang di Bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat, Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung. Dewobroto, W. 2005, Evaluasi Kinierja Struktur Baja Tahan Gempa dengan Analisa Pushover, Jurusan Teknik Sipil - Universitas Pelita Harapan. John Li, Computer Modeling of Structure to Earthquake Load Park R and Paulay T, 1975, Reinforced Concrete Structure, United States of America. Peraturan Pembebanan Berdasarkan Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (PPPURG 1987). SNI 03-2847-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. SNI 03-1726-2002, Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung. Yunalia, 2008, Evaluasi Kinerja Seismik Gedung Simetri Empat Lantai Dengan Analisis Statik Nonlinier (Pushover), Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Yosafat Aji Pranata, 2006, Evaluasi Kinerja Gedung Beton Bertulang Tahan Gempa Dengan Pushover Analysis, Jurnal Teknik Sipil, Vol. 3 , No. 1, Januari 2006. Universitas Kristen Maranatha, Bandung
