KAJIAN PENGGUNAAN NONLINIEAR STATIC PUSHOVER ANALYSIS DENGAN METODA ATC-40, FEMA 356, FEMA 440 DAN PERILAKU SEISMIK INELASTIC TIME HISTORY ANALYSIS UNTUK EVALUASI KINERJA STRUKTUR BANGUNAN PASCA GEMPA
Sri Haryono Abstrak Sejauh ini, sudah banyak dilakukan penelitian yang membandingkan antara analisis statik non-linear pushover dengan analisis dinamik non-linear riwayat waktu di dalam meramalkan perilaku seismik suatu bangunan, baik secara dua dimensi maupun tiga dimensi, dengan beban gempa satu arah maupun dua arah, dan dengan berbagai macam bentuk struktur. Kesemuanya memberikan kesimpulan bahwa analisis pushover dapat meramalkan perilaku seismic suatu bangunan dengan cukup baik. Beberapa penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa, untuk mengetahui kinerja struktur dapat dilakukan dengan analisa nonlinear riwayat waktu (Non-linear Response History Analysis, NL-RHA). Dari beberapa cara analisis statik nonlinier yang telah diusulkan, yang paling populer pada saat ini adalah cara Capacity Spectrum Method (CSM), atau lebih dikenal sebagai static pushover analysis. Static pushover analysis ini kemudian dikembangkan untuk meningkatkan pushover (Capacity Spectrum Method) dengan mengikutkan kontribusi mode yang lebih tinggi untuk seismic demands yang lazim disebut dengan Modal Pushover Analysis (MPA). Data output yang dipakai untuk membandingkan kedua analisis di atas adalah kurva kapasitas, posisi sendi plastis, besar drift maksimum, dan evaluasi tingkat kinerja struktur. Kata kunci : Evaluasi struktur bangunan, pushover analysis, kinerja struktur bangunan
1. PENDAHULUAN Kecenderungan terbaru perencanaan bangunan tahan gempa saat ini adalah perencanaan berbasis kinerja (Performance Based Design/ PBD). Konsep perencanaan berbasis kinerja merupakan kombinasi dari aspek ketahan dan aspek layan. Perencanaan tahan gempa berbasis kinerja (performance-based seismic design) sebagai pengembangan dari konsep PBD merupakan proses yang dapat digunakan untuk perencanaan bangunan baru
maupun perkuatan (retrofit) bangunan yang sudah ada, dengan pemahaman yang realistik terhadap resiko keselamatan (life), kesiapan pakai (occupancy) dan kerugian harta benda (economic loss) yang mungkin terjadi akibat gempa yang akan datang (Pranata, 2006) . Gempa merupakan salah satu penyebab terjadinya perubahan pembebanan pada struktur yang tidak dapat diramalkan kapan terjadinya. Dengan adanya pengaruh gaya lateral dari gempa yang terjadi dapat mengakibatkan penurunan
kinerja pada struktur gedung. Penurunan kinerja dapat mengurangi tingkat keamanan dan umur layan struktur bangunan. Perlu dilakukan penilaian kecukupan kinerja dan keamanan struktur bangunan eksisting sebelum terjadinya bencana yang tidak
Berdasarkan hal di atas maka perlu dilakukan suatu penelitian tentang kinerja struktur pasca gempa dengan menggunakan Nonlinear Static Pushover Analysis serta dengan analisis inelastik dinamik riwayat waktu inelastic time history analysis. Penelitian ini dilakukan
diinginkan. Pada saat ini dengan memanfaatkan teknik analisis non-linier berbasis komputer yang biasa dikenal dengan Nonlinear Static Pushover Analysis kita dapat mengetahui perilaku inelastis struktur sehingga dapat diketahui kinerjanya pada kondisi kritis. Evaluasi kinerja dengan Nonlinear Static Pushover Analysis dilakukan dengan terlebih dahulu menentukan target peralihan. Beberapa criteria dan metode yang dapat digunakan dalam Nonlinear Static Pushover Analysis diantaranya capacity spectrum (ATC-40), metode displacement coefficient (FEMA 356) dan metode displacement coefficient yang diperbaiki (FEMA 440). Beban gempa adalah fungsi waktu, sehingga respon pada struktur juga tergantung dari waktu pembebanan, untuk itu selain dengan Nonlinear Static Pushover Analysis perlu juga dilakukan evaluasi perilaku seismik struktur dengan inelastic time history analysis). Selanjutnya dapat dilakukan tindakan bilamana tidak memenuhi persyaratan yang diperlukan.
dengan bertujuan untuk menganalisa dan mengevaluasi pengaruh gempa terhadap kinerja struktur gedung Rumah Sakit Daerah Kota Surakarta. 2.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Analisis Pushover
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. Cukup banyak studi menunjukkan bahwa analisa statik pushover dapat memberikan hasil mencukupi (ketika dibandingkan dengan hasil analisa dinamik nonlinier) untuk bangunan regular dan tidak tinggi (Dewobroto, 2006).Analisis dilakukan dengan mem berikan 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.
Nilai beban lateral statik ditingkatkan secara berangsur-angsur sampai melam paui pembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan (sendi plastis) pertama di dalam struktur bangunan gedung, kemudian dengan peningkatan beban lebih lanjut mengalami peru bahan bentuk pasca-elastik yang besar sampai mencapai kondisi plastik 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 nonlinier. Kurva pushover dipengaruhi oleh pola distribusi gaya lateral yang digunakan sebagai beban dorong. Secara sederhana prosedur analisis push over seperti terlihat pada Gambar 1. 2.1.1 Metode Capacity Spectrum (ATC-40) Metode capacity spectrum adalah metode yang digunakan program ETABS dan dari output-nya dapat diperoleh parameter titik kinerja struktur. Konsep desain kinerja struktur metode capacity spectrum pada dasarnya merupakan prosedur yang dilakukan untuk mendapatkan peralihan actual struktur gedung. Peralihan aktual yang didapatkan dari hasil ini menunjukkan besar simpangan atap struktur. Perbandingan antara simpangan atap struktur terhadap tinggi total struktur menunjukkan kinerja struktur. Tahapan desain kinerja struktur dengan metode capacity spectrum sesuai ATC-40 adalah sebagai berikut : 1. Konversi kurva kapasitas hasil analisis beban dorong menjadi capacity spectrum. Konversi menggunakan persamaan sebagai berikut: Modal participation factor mode 1,
n wi .φi1 ∑ g PF1 = n i =1 2 (wi .φi1 ) ∑ g i =1
(1)
Modal mass coefficient mode 1, 2
n wi .φi1 ∑ g α1 = n i =1 n wi (wi .φi1 )2 ∑ g .∑ g i =1 i =1 Spektrum acceleration, V Sa = W
α1
Spektrum displacement, ∆ roof Sd = PF1 .φroof ,1
(2)
(3)
(4)
2. Menentukan Performance Point : Plot demand spectrum dengan nilai damping 5% sesuai kondisi tanah dan wilayah gempa, lalu mengga bungkan demand spectrum dengan capacity spectrum untuk menentu kan performance point. Pada tahap ini dilakukan iterasi sesuai prosedur B ATC-40. 3. Ubah performance point jadi simpangan atap global. 2.1.2
Metode Displacement Coefficient FEMA 356 Pada metode displacement coefficient (FEMA 356), perhitungan dilakukan dengan memodifikasi respons elastik linier sistem struktur SDOF ekivalen dengan faktor modifikasi C0, C1, C2 dan C3 sehingga dapat dihitung target peralihannya, dengan menetapkan dahulu waktu getar efektif (Te) untuk memperhitungkan kondisi inelastic struktur gedung. Gambaran metode
displacement coefficient (FEMA 356) seperti terlihat pada Gambar 2. Rumusan target perpindahan yang digunakan pada Metode Displacement Coefficient FEMA 356 adalah sebagai berikut: 2
T δT = C 0 C1C 2 C3 S a e g (5) 2π dengan: δt = target peralihan, Te = waktu getar alami efektif, CO = faktor modifikasi untuk mengkon versi spectral displacement struk tur SDOF ekivalen menjadi roof displacement struktur sistem MDOF, sesuai FEMA 356 Tabel 3-2, C1 = faktor modifikasi untuk menghubungkan peralihan inelastik maksimum dengan peralihan respons elastik linier, C2 = faktor modifikasi untuk memperlihatkan pinched hysteresis shape, degradasi kekakuan dan penurunan kekuatan pada respon peralihan maksimum, sesuai FEMA 356 Tabel 3-3, C3 = faktor modifikasi untuk memperlihatkan kenaikan peralihan akibat efek P-delta.
Untuk gedung dengan perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif maka C3=1,0. Sedangkan untuk gedung dengan perilaku kekakuan pasca-leleh negatif, maka C3 ditentukan dengan Persamaan (7) sebagai berikut: Nilai C1 = 1,0 untuk Te ≥ Ts dan untuk Te < Ts nilai C1 diambil dengan persamaan sebagai berikut: Ts 1 + R − 1 ). Te C1 = (6) R
α (R − 1)
3/ 2
C3 = 1,0 +
Te
(7)
dengan: R = adalah strength ratio, besarnya dapat dihitung sesuai dengan Persamaan (8)
Sa .C m V y /W dengan: Gambar 2 Metode Displacement Coefficient FEMA 356 R=
(8)
Sa =
W= Cm = α=
Ts = g=
adalah akselerasi spektrum respons pada waktu getar alami fundamental efektif dan rasio redaman pada arah yang ditinjau. Vy adalah gaya geser dasar pada saat leleh, adalah berat efektif seismik, faktor massa efektif, sesuai Tabel 3-1 FEMA 356 3-1, adalah rasio kekakuan pasca leleh dengan kekakuan elastik efektif, dimana hubungan gayaperalihan nonlinier diidealisasikan sebagai kurva bilinier, waktu getar karakteristik respons spectrum, percepatan gravitasi 9,81 m/det².
2.1.3 Metode Displacement Coeffi cient FEMA 440 Merupakan metode displacement coeffi cient pada FEMA 356 yang telah dimodifikasi dan diperbaiki. Persamaan yang digunakan untuk menghitung target peralihan tetap sama, yaitu sesuai Persamaan (5). Akan tetapi mengalami modifikasi dan perbaikan dalam menghitung faktor C1 dan C2 sebagai berikut : R −1 C1 = 1 + (9) a.Te2 dengan: R = adalah strength ratio, Te = waktu getar alami efektif, a = konstanta. Nilai konstanta a adalah 130, 90 dan 60 untuk site kategori B, C dan D. Untuk waktu getar < 0,2 detik maka nilai C1 pada 0,2 detik dapat dipakai, sedangkan untuk waktu getar > 1 detik maka C1 = 1,0.
1 R −1 C2 = 1 + 800 Te
2
(10)
Untuk waktu getar < 0,2 detik maka nilai C2 pada 0,2 detik dapat dipakai, sedangkan untuk waktu getar > 0,7 detik maka C2 = 1,0. 2.1.4 Inelastic Time Hystory Analysis Perhitungan respons dinamik struktur gedung terhadap pengaruh Gempa Rencana, dapat dilakukan dengan metoda analisis dinamik 3 dimensi berupa analisis respons dinamik linier dan non-linier riwayat waktu dengan suatu akselerogram gempa yang diangkakan sebagai gerakan tanah masukan. Berdasarkan Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002) maka untuk analisis dinamik linier riwayat waktu percepatan muka tanah asli dari gempa masukan harus diskalakan ke taraf pembebanan gempa nominal tersebut, sehingga nilai percepatan puncaknya A menjadi A .I (11) A= 0 R dengan: A0 = percepatan puncak menurut tabel 5 pada SNI 03-1726-2002, R = adalah faktor reduksi gempa representatif dari struktur gedung yang bersangkutan, I = adalah Faktor Keutamaan menurut Tabel 1 pada SNI 031726-2002. Selanjutnya harus dipenuhi juga persyaratan nilai akhir respons dinamik struktur gedung terhadap pembebanan gempa nominal akibat pengaruh Gempa Rencana dalam suatu arah tertentu, tidak boleh diambil kurang dari 80% nilai respons ragam yang pertama. Bila respons dinamik struktur gedung dinyatakan dalam gaya geser dasar nominal V, maka persyaratan tersebut dapat dinyatakan menurut persamaan V > 0,8 V1.
dengan V1 adalah gaya geser dasar nominal sebagai respons ragam yang pertama terhadap pengaruh Gempa Rencana menurut persamaan (12). C .I (12) V1 = 1 Wt R dengan: C1 = nilai Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana menurut Gambar 2 pada SNI 03-17262002 untuk waktu getar alami pertama T1, I = Faktor Keutamaan menurut Tabel 1 pada SNI 03-1726-2002, R = faktor reduksi gempa representatif dari struktur gedung yang bersangkutan, Wt = adalah berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai. Untuk memenuhi persyaratan V > 0,8 V1 maka gaya geser tingkat nominal akibat pengaruh Gempa Rencana sepanjang tinggi struktur gedung hasil analisis dinamik linier riwayat waktu dalam suatu arah tertentu, harus dikalikan nilainya dengan suatu faktor skala sesuai persamaan (13) 0,8.V1 FaktorSkal a = ≥1 (13) Vt dengan: V1 = gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik ragam yang pertama Vt = gaya geser dasar maksimum yang terjadi di tingkat dasar yang didapat dari hasil analisis respons dinamik riwayat waktu yang telah dilakukan. Dalam analisis dinamik linier riwayat waktu ini redaman struktur yang harus diperhitungkan dapat dianggap 5% dari redaman kritis
2.2.
Kinerja Struktur Gedung berdasarkan SNI-1726-2002 a). Kinerja Batas Layan 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, di samping untuk mencegah kerusakan non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Simpangan antar-tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur gedung tersebut akibat pengaruh gempa nominal yang telah dibagi faktor skala. Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung 0,03 kali tinggi tidak boleh melampaui R tingkat yang bersangkutan atau 30 mm, bergantung mana yang nilainya terkecil. b). Kinerja Batas Ultimit Kinerja batas ultimit struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar-tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana dalam kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa manusia dan untuk mencegah benturan berbahaya antar-gedung atau antar bagian struktur gedung yang dipisah dengan sela pemisah (delatasi). Simpangan dan simpangan antar-tingkat harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan dengan suatu faktor pengali ξ sesuai Persamaan sebagai berikut : a. Untuk struktur gedung beraturan : ξ = 0,7 R
b.
Untuk struktur gedung tidak beraturan : 0,7.R ζ= FaktorSkala R adalah faktor reduksi gempa struktur gedung yang ditinjau. Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak boleh melampaui 0,02 kali tinggi tingkat yang bersangkutan. 3.
METODE PENELITIAN
Struktur gedung Rumah Sakit Daerah Kota Surakarta dimodelkan dan dianalisis dengan bantuan software ETAB v.9.7.0 sebagai struktur rangka beton bertulang 3 dimensi (Gambar 3). Struktur eksisting dimodelkan dalam bentuk struktur 3 dimensi agar perilaku struktur eksiting akibat aksi pembebanan yang terjadi dapat didekati untuk kemudian dilakukan analisis perilaku dan kinerjanya. Kinerja struktur dianalisis dengan prosedur Analisis Dinamik berdasarkan kriteria SNI 03-1726-2002, Nonlinear Static Pushover Metode Capacity Spectrum (ATC 40), Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 356), dan Metode Koefisien yang Diperbaki (FEMA 440). 4.
ANALISIS DAN PEMBAHAS AN
4.1. Beban Lateral Statik Dilakukan pemodelan struktur dan analisis pengaruh gempa pada struktur
yang belum memperhitungan kondisi non-linier. Model struktur seperti tampak pada Gambar 3.Selanjutnya dilakukan analisis statik ekuivalen pada wilayah Gempa 3 untuk jenis tanah sedang dengan kondisi daktilitas penuh
Gambar 3 .Pemodelan struktur 3 Dimensi 1.
Waktu getar bangunan ( T ) T = 0,0731 x H3/4 dengan H adalah total tinggi tingkat, sehingga T = 0,0731 x H3/4 = 0,0731 x 15,103/4 T = 0,5600 detik
2. Koefisien gempa Berdasarkan gambar Respons Spektrum Gempa wilayah Gempa 3 untuk jenis tanah sedang seperti pada Gambar 4.
struktur dengan tingkat daktilitas penuh adalah 8,5 5.
Gaya beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar C 1 .I Wt R = 579.520,8785
V1 =
6.
Beban gempa nominal statik ekuivalen Fi
Beban geser dasar nominal V harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan : W j .Z j Fi = n V ∑Wi .Z i
Gambar 4. Respons Spektrum Gempa wilayah Gempa 3 maka nilai C berdasarkan periode struktur (T) = 0,5600 adalah 0,55 Gambar 4. Respons Spektrum Gempa wilayah Gempa 3
i =1
( SNI 03-1726-2002 pasal 6.1.3 ) Hasil perhitungan beban gempa nominal statik ekuivalen Fi ditampilkan pada Tabel 1. Setelah dilakukan input pembebanan pada model struktur termasuk input beban gempa lateral statik. Nilai beban gempa statik kemudian digunakan sebagai beban lateral pada analisis pushover. Selanjutnya dilakukan analisis statik li-
3. Faktor Keutamaan (I) Faktor Keutamaan (I) untuk struktur bangunan Rumah Sakit Daerah Kota Surakarta berdasarkan SNI 03-17262002 diperoleh nilai I = 1,4 4.
Faktor Reduksi Gempa Maksimum (R)
Faktor Reduksi Gempa Maksimum (R) berdasarkan SNI 03-1726-2002 untuk
Tabel 1. Hasil perhitungan gempa nominal statik
Berat lantai W3 (atap) W2 W1 W0 Wt
Berat (W) (kg) 487425,1865 2319281,122 2564633,24 1025968,85 6397308,399
h (m) 15,1 10,6 6,1 1,6
wi,hi
Fi
7360120,316 24584379,89 15644262,77 1641550,16 49230313,14
86640,59031 289398,1477 184158,4244 19323,71603 579520,8785
nier dengan program ETABS. Hasil analisis menunjukkan nilai modal load
Type Accel Accel Accel Accel Accel Accel
Accel UX UY UZ RX RY RZ
participaton ratios seperti terlihat pada Tabel 2.
StatPercent 100 100 0 120,2386 79,9525 107,1969
DynPercent 100 99,9999 0 100 100 100
Tabel 2. Modal Load Participaton Ratios Nilai modal load participation lebih besar dari 90% dan partisipasi massa arah X dan arah Y dalam menghasilkan respons total telah melebihi 90%. Hal ini menunjukkan bahwa ragam pertama struktur masih dominan sehingga sesuai untuk analisis pushover. 4.2. Analisis Pushover Sesuai dengan batasan dan kriteria yang
terdapat pada Metode Capacity Spectrum (ATC 40), Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 356), dan Metode Koefisien yang Diperbaki (FEMA 440). kemudian dilakukan analisis Pushover pada struktur. Analisis pushover dilakukan dengan bantuan program ETABS. Berdasarkan kurva hasil analisis pushover seperti pada Gambar 5 untuk arah X dan Gambar 6 untuk arah Y.
Gambar 5. pushover
Kurva
hasil
analisis b.
arah X
Arah Y V = 808.719,83 kg D = 0,083 m Teff = 0,682 detik βeff = 0,104 %
4.2.2
Gambar 6. Kurva hasil analisis pushover arah Y
Didapatkan nilai waktu getar alami efektif (Te) sebesar 0,971 detik untuk arah X dan 1,083 detik untuk arah Y. Hasil analisis pushover dengan program ETABS selanjutnya digunakan untuk evaluasi kinerja struktur. Metode Capacity Spectrum (ATC 40) Hasil evaluasi kinerja berdasarkan Metode Capacity Spectrum (ATC 40) adalah sebagai berikut:
Metode Koef. Perpindahan (FEMA 356) Rumusan target perpindahan yang digunakan pada Metode Displacement Coefficient FEMA 356 sesuai dengan Persamaan (5). Selanjutnya dihitung target perpindahan dengan Metode Displacement Coefficient FEMA 356 untuk arah X dan Y. a. Metode Koef. Perpindahan (FEMA 356) untuk arah X Te = 0,591 detik C0 = 1,35 (FEMA 356 Tabel 3-2 untuk bangunan 4 lantai) Ts = 0,60 (waktu getar karakteristik) C1 = 1,01 (untuk Te < Ts) C2 = 1,00 (T > Ts, Framing type 1 kinerja Life Safety, FEMA 356 Tabel 3-3) C3 = 1,00 (perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif) Sa = 0,33/0,591 = 0,558 2
4.2.1
a.
Arah X V = 833.108,94 kg D = 0,058 m Teff = 0,591 detik βeff = 0,098 %
b.
T δt = C 0 C1C 2 C 3Sa e g 2π δt = 0,066 m Metode Koef. Perpindahan (FEMA 356) untuk arah Y Te = 0,682 detik C0 = 1,35 (FEMA 356 Tabel 3-2 untuk bangunan 4 lantai) Ts = 0,60 (waktu getar karakteristik) C1 = 1,00 (untuk Te ≥ Ts)
C2 = 1,10 (T > Ts, Framing type 1 kinerja Life Safety, FEMA 356 Tabel 3-3) C3 = 1,00 (perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif) Sa = 0,33/0,682 = 0,484
Sa = 0,33/0,591 = 0,558 2
b.
2
T δt = C 0 C1C 2 C 3Sa e g 2π δt = 0,083 m 4.2.3
Metode Koef. Perpindahan yang Diperbaiki (FEMA 440) Rumusan target perpindahan yang digunakan sama seperti pada Metode Displacement Coefficient FEMA 356. Persamaan yang digunakan untuk menghitung target peralihan tetap sama, yaitu sesuai Persamaan (5). Akan tetapi mengalami modifikasi dan perbaikan dalam menghitung faktor C1 dan C2. a. Metode Koef. Perpindahan yang Diperbaiki (FEMA 440) untuk arah X Te = 0,591 detik C0 = 1,35 (FEMA 356 Tabel 3-2 untuk bangunan 4 lantai) C1 = 1,064 (Te < 1) C2 = 1,031 (untuk Te < 0,7) C3 = 1,00 (perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif)
T δt = C 0 C1C 2 C 3Sa e g 2π δt = 0,072 m Metode Koef. Perpindahan yang Diperbaiki (FEMA 440) untuk arah Y Te = 0,682 detik C0 = 1,35 (FEMA 356 Tabel 3-2 untuk bangunan 4 lantai) C1 = 1,047 (untuk Te < 1) C2 = 1,022 (untuk Te < 0,7) C3 = 1,00 (perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif) Sa = 0,33/0,682 = 0,484 2
T δt = C 0 C1C 2 C 3Sa e g 2π δt = 0,081 m 4.2.4
Evaluasi Eksisting
Kinerja
Struktur
Berdasarkan target perpindahan hasil evaluasi dengan menggunakan Spektrum Kapasitas (ATC 40), Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 356) dan Metode Koefisien Perpindahan yang Diperbaiki (FEMA 440) seperti terlihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Target perpindahan hasil analisis kinerja dengan analisis pushover Target perpindahan (m) Kriteria Arah X
Arah Y
Spektrum Kapasitas (ATC 40)
0,058
0,083
Koef.Perpindahan (FEMA 356)
0,066
0,083
Koef.Perpindahan (FEMA 440)
0,072
0,081
didapatkan untuk arah X nilai terbesar adalah 0,072 m sedangkan untuk arah Y sebesar 0,083 m. Berdasarkan target perpindahan pada arah X sebesar δt = 0,072 m dan membandingkannya dengan data pushover pada Tabel 4 didapatkan hasil bahwa pada step 5 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada batas antara Life Safety (LS) - Collapse Prevention (CP). Berdasarkan hasil analisis pushover diketahui pula bahwa pada step 5 sendi plastis telah terjadi pada kolom seperti tampak pada Gambar 7. Mengacu pada NEHRP & FEMA 273 maka untuk kategori level kinerja Life-
Safety telah terjadi kerusakan komponen struktur, kekakuan berkurang, tetapi masih mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen nonstruktur masih ada tetapi tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan perbaikan. Oleh karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah X struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa Pada lokasi tertentu seperti balok yang ditandai pada Gambar 7, telah terjadi kondisi kinerja >E yang berarti komponen struktur sudah tidak mampu menahan gaya geser dan hancur. Lokasi dengan kondisi kinerja >E perlu
Tabel 4. Step pushover struktur arah X Step
Displacement
0
1,60E-04
1 2
Base Force
A-B
B-IO
IO-LS
LS-CP
CP-C
C-D
D-E
>E
TOTAL
0,0000
1267
13
0
0
0
0
0
10
1290
0,0050
98690,1875
1075
205
0
0
0
0
0
10
1290
0,0280
479181,8438
770
214
290
6
0
0
0
10
1290
3
0,0280
741758,2500
754
230
290
6
0
0
0
10
1290
4
0,0442
805395,6250
742
188
277
73
0
0
0
10
1290
5
0,1030
922502,0000
740
164
259
116
0
1
0
10
1290
6
0,1310
976806,7500
740
164
259
116
0
1
0
10
1290
7
0,0863
92674,0156
1290
0
0
0
0
0
0
0
1290
Gambar 7. Kinerja struktur eksisting arah X pada step 5
perhatian lebih untuk diperkuat dalam menahan beban lateral dari gempa. Berdasarkan target perpindahan pada arah Y sebesar δt = 0,083 m dan membandingkannya dengan data pushover pada Tabel 5 didapatkan hasil bahwa pada step 4 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan dan kinerja struktur berada pada batas antara Life Safety (LS) - Collapse Prevention (CP). Berdasarkan hasil analisis pushover diketahui pula bahwa step 4
sendi plastis telah terjadi pada kolom seperti tampak pada Gambar 8. Seperti tinjau pada arah X maka untuk arah Y ada lokasi tertentu seperti balok yang ditandai pada Gambar 8, telah terjadi kondisi kinerja >E yang berarti komponen struktur sudah tidak mampu
Tabel 5. Step pushover struktur arah Y Step
Displacement
0
2,42E-06
1
0,0011
Base Force
A-B
B-IO
IO-LS
LS-CP
CP-C
C-D
D-E
>E
TOTAL
0,0000
1267
13
0
0
0
0
0
10
1290
19813,0176
1047
230
3
0
0
0
0
10
1290
2
0,0515
632054,3750
897
341
42
0
0
0
0
10
1290
3
0,0807
802492,6875
790
277
187
26
0
0
0
10
1290
4
0,1355
948642,3125
753
187
211
129
0
0
0
10
1290
5
0,1924
1078280,0000
748
182
210
139
0
1
0
10
1290
6
0,1984
1091177,1250
748
182
210
139
0
0
1
10
1290
7
0,1781
723242,1250
1290
0
0
0
0
0
0
0
1290
menahan gaya geser dan hancur. Lokasi dengan kondisi kinerja >E perlu perhatian lebih untuk diperkuat dalam menahan beban lateral dari gempa. 4.2.
Analisis Respons Dinamik Riwayat Waktu Sesuai dengan persyaratan pada SNI 031726-2002 maka digunakan 4 buah akselerogram dari 4 gempa yang berbeda. Digunakan 4 akselerogram gempa yaitu El Centro, gempa Kobe, gempa Loma Prieta dan gempa North -
west China seperti terlihat pada Gambar 9.(a-d). Percepatan muka tanah asli dari gempa masukan harus diskalakan. sebagai contoh untuk gempa El Centro dengan percepatan puncak tanah asli 0,2584 g pada wilayah gempa 3 tanah sedang yang memiliki percepatan tanah puncak 0,23 g skala gempa diperhitungkan sebagai berikut:
Skala =
Gambar 9a. Akselerogram gempa El Centro
Gambar 9b. Akselerogram gempa Kobe
A0 xI A.xR
Gambar 9c. Akselerogram gempa Loma Prieta
Gambar 9d. Akselerogram gempa Northwest China
Tabel 6. Skala gempa untuk analisa riwayat waktu
Wilayah gempa 3 tanah sedang SNI PGA asli Akselerogram Gempa
PGA tanah sedang
Skala gempa
(g)
(g)
(g)
El Centro 1940-05-19
0,2584
0,23
0,1466
Kobe, Japan 1995-01-16
0,4862
0,23
0,0779
Loma Prieta 1989-10-18
0,4446
0,23
0,0852
Northwest China 1997-04-15
0,2091
0,23
0,1812
Tabel 7. Kriteria Batas Layan dan Batas Ultimit SNI 03-1726-2002 struktur Arah X Tingkat
Tinggi
Tinjauan
di
δm
Batas layan
Kontrol Kinerja Batas layan
Faktor skala
δm x ξ
Aman Aman Aman -
1.00 1.00 1.00 -
0.0351 0.0559 0.0809 -
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
ELCENTRO ELCENTRO ELCENTRO ELCENTRO
0.0308 0.0059 0.0249 0.0094 0.0155 0.0136 0.0019 -
0,03/RxH 0.0159 0.0159 0.0159 -
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
KOBE KOBE KOBE KOBE
0.0222 0.0046 0.0176 0.0069 0.0107 0.0094 0.0013 -
0.0159 0.0159 0.0159 -
Aman Aman Aman -
1.10 1.10 1.10 -
0.0248 0.0372 0.0506 -
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
LOMA PRIETA LOMA PRIETA LOMA PRIETA LOMA PRIETA
0.0226 0.0039 0.0187 0.0076 0.0111 0.0098 0.0013 -
0.0159 0.0159 0.0159 -
Aman Aman Aman -
1.47 1.47 1.47 -
0.0158 0.0309 0.0398 -
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
NWCHINA NWCHINA NWCHINA NWCHINA
0.0202 0.0043 0.0159 0.007 0.0089 0.0079 0.001 -
0.0159 0.0159 0.0159 -
Aman Aman Aman -
3.70 3.70 3.70 -
0.0069 0.0113 0.0127 -
U
Tabel 8. Kriteria Batas Layan dan Bata Tingkat
Tinggi
Tinjauan
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
ELCENTRO ELCENTRO ELCENTRO ELCENTRO
0 0 0 0
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
KOBE KOBE KOBE KOBE
0 0 0 0
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
LOMA PRIETA LOMA PRIETA LOMA PRIETA LOMA PRIETA
0 0 0 0
ROOF STORY3 STORY2 STORY1
15.1 10.6 6.1 1.6
NWCHINA NWCHINA NWCHINA NWCHINA
0 0 0 0
0,23 x1,4 Skala = 0,2584 x8,5 = 0,1446 Untuk akselerogram gempa lainnya hasil perhitungan secara lengkap seperti pada Tabel 6. Selanjutnya dilakukan analisis analisis respons dinamik riwayat waktu dengan menggunakan akselerogram gempa yang telah diskalakan. Dari hasil analisis struktur diperoleh datasimpangan tingkat (di) dan simpangan antar tingkat (δm). Selanjutnya untuk mengetahui bahwa struktur aman atau tidak berdasarkan kinerja batas layan SNI 03-1726-2002 maka simpangan antar tingkat (δm) dibatasi dengan kriteria batas layan δm < (0,03/8,5) x tinggi tingkat yang bersangkutan. Sedangkan untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit gedung maka simpangan antar tingkat tidak boleh melampaui 0,02 kali tinggi tingkat yang bersangkutan. Secara lengkap kinerja struktur berdasarkan kriteria batas layan dan batas ultimit dapat dilihat pada Tabel 7 untuk arah X dan pada Tabel 8 untuk arah Y. Berdasarkan kriteria SNI 03-1726-2002 didapatkan hasil bahwa kinerja batas layan dan batas ultimit masih aman untuk semua analisis 5 KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1.
Target perpindahan dengan analisa pushover pada arah X sebesar δt = 0,072 m. Kinerja struktur berada pada batas antara Life Safety (LS) Collapse Prevention (CP). Dengan
2.
3.
4.
nilai target perpindahan pada arah X struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. Target perpindahan dengan analisa pushover pada arah Y sebesar δt = 0,083 m. Kinerja struktur berada pada batas antara Life Safety (LS) Collapse Prevention (CP). Dengan nilai target perpindahan pada arah Y. Struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena gempa. Dengan analisis pushover baik untuk arah X maupun Y diketahui bahwa pada balok dilokasi tertentu telah terjadi kondisi kinerja >E yang berarti komponen struktur sudah tidak mampu menahan gaya geser dan hancur. Lokasi dengan kondisi kinerja >E perlu perhatian lebih untuk diperkuat dalam menahan beban lateral dari gempa. Berdasarkan analisis respons dinamik riwayat waktu sesuai dengan kriteria SNI 03-1726-2002 didapatkan hasil bahwa kinerja batas layan dan batas ultimit masih aman untuk semua akselerogram gempa yang digunakan.
6. DAFTAR PUASTAKA
ASCE.
2000. Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA 356
Report. Federal Emergency Management Agency, Washington, DC. ATC. 1996. Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, ATC-40 Report, Volumes 1 and 2. Applied Technology Council, Redwood City, California.
ATC-55.
2004. “Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures”, FEMA 440. Applied Technology Council, Redwood City, California.
Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 031726-2002). Jakarta. Badan Standarisasi Nasional. 1989. Tata Cara Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (SNI 03-17271989). Jakarta. Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002). Jakarta. Pranata, Y.A., 2006. “Evaluasi Kinerja Beton Bertulang Tahan Gempa dengan Pushover Analysis (Sesuai ATC-40, FEMA 356 dan FEMA 440), http://jurnalsipiluph.files.word press.com/2006/12/vol315.pdf. 13 Mei 2010”. Jurnal Teknik Sipil. Universitas Kristen Maranatha. Bandung.
Biodata Penulis : Sri Haryono, S1 Konsentrasi Struktur, Jurusan Teknik Sipil – FTSP. ITB (1983), Bandung. S2 Konsentrasi Struktur, Jurusan Teknik Sipil – FT.UGM (2003), Yogyakarta Staf Pengajar, pada Konsentrasi Struktur, Jurusan Teknik sipil – FT. UTP
Surakarta , Ketua Jurusan Sipil – FT. UTP periode 1994 – 1998
