Kata kunci : base isolator, perbandingan kinerja, dengan dan tanpa base isolator,

ABSTRAK

Upaya mitigasi bencana gempa pada sebuah struktur umumnya masih menggunakan desain yang terjepit pada tanah sehingga pada saat terjadi gempa, percepatan tanah yang terjadi akan langsung memengaruhi struktur. Sistem isolasi sebagai upaya mitigasi yang berkembang saat ini memiliki prinsip kerja yang memisahkan struktur dari perpindahan horisontal akibat gempa dengan komponen base isolator. Menurut Symans (2003) Base isolator lebih cocok diterapkan pada bangunan bertingkat rendah. Untuk mengetahui perilaku struktur dengan tingkat yang lebih tinggi, maka struktur pada penelitian ini divariasikan berupa struktur dengan empat, tujuh, dan sepuluh lantai. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan kinerja struktur dengan dan tanpa base isolator empat, tujuh dan sepuluh lantai berupa gaya geser dasar, simpangan antar lantai, distribusi sendi plastis, dan daktilitas .. Penelitian diawali dengan merancang terlebih dahulu struktur tanpa base isolator berlatai empat, tujuh, dan sepuluh dengan perletakan jepit pada program SAP 2000, lalu gaya aksial pada kolom dasar dijadikan acuan untuk merancang base isolator. Kinerja kedua struktur berupa kurva Pushover, simpangan antar lantai, distribusi sendi plastis, dan daktilitas dibandingkan satu sama lain antara struktur dengan dan tanpa base isolator. Dari hasil analisis pada penelitian ini, didapat bahwa struktur dengan base isolator berlantai empat, tujuh, dan sepuluh masing-masing memiliki simpangan 580%, 380%, dan 329% lebih besar dari struktur tanpa base isolator dan juga gaya geser dasar 11%, 10,9%, dan 6% lebih rendah. Nilai simpangan antar lantai pada struktur dengan isolator berubah menjadi lebih besar dari struktur terjepit pada struktur yang lebih tinggi. Sendi plastis yang terjadi pada struktur dengan isolator meningkat hingga 12% pada kelelehan awal. Struktur dengan isolator juga efektif meningkatkan daktilitas peralihan struktur hingga 40% lebih besar dari struktur terjepit. Efek Penerapan base isolator pada sebuah struktur akan menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian dari sebuah struktur. Kata kunci : base isolator, perbandingan kinerja, dengan dan tanpa base isolator,

iii

UCAPAN TERIMAKASIH

Om Swastyastu,

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat Rahmat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selama penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan inspirasi, informasi, bantuan, serta bimbingan dari banyak pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak I Ketut Sudarsana ST., Ph.D selaku Pembimbing TA dari penulis. 2. Ibu Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc., Ph,D selaku Pembimbing TA dari penulis. 3. Dr. Ir. Tjokorda Raka Sukawati (Alm.) Sebagai pemberi semangat selama menjalani masa perkuliahan 4. Orangtua, teman-teman, serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari kata sempurna. untuk itu Penulis mengharapkan kritik dan saran untuk penelitian yang lebih baik selanjutnya. Akhir kata, Penulis mengucapkan terimakasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat diterima dan berguna bagi pembaca.

Om Shanti, Shanti, Shanti Om

Denpasar, 23 September 2016

Penulis

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN ........................................................... HALAMAN PERNYATAAN ........................................................... ABSTRAK ....................................................................................... UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................. DAFTAR ISI .................................................................................... DAFTAR GAMBAR ........................................................................ DAFTAR TABEL ........................................................................... DAFTAR NOTASI ...........................................................................

i ii iii iv v viii x xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................. 1.2 Rumusan Masalah ............................................................. 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................. 1.4 Manfaat Penelitian ............................................................ 1.5 Batasan Penelitian ...........................................................

1 2 3 3 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum ............................................................................. 2.2 Sistem Isolasi Landasan ................................................... 2.3 Base isolator ................................................................... 2.3.1 Pengaruh Penempatan Base isolator ........................ 2.3.2 Tipe Base isolator .................................................. 2.3.3 Sistem Base isolator .............................................. 2.3.4 Letak Pemasangan Isolasi Landasan ....................... 2.3.5 Propertis karet isolator ........................................... 2.3.6 Permodelan Base isolator ....................................... 2.4 Desain Isolasi Landasan ................................................... 2.5 Analisis Beban Dorong (Static Pushover Analysis) ............ 2.5.1 Kurva Kapasitas (Kurva Pushover) ......................... 2.5.2 Batas Kinerja ........................................................ 2.5.3 Evaluasi Kinerja dengan Coefficient Method FEMA 356 .................................................................... 2.5.4 Daktilitas Peralihan ............................................ 2.6 Simpangan Antar Lantai Tingkat ....................................... 2.7 Pembebanan Struktur ........................................................ 2.7.1 Beban Mati ........................................................... 2.7.2 Beban Hidup ......................................................... 2.7.3 Beban Gempa .......................................................

4 4 5 6 10 11 12 14 14 15 23 23 25 27 29 29 30 30 30 30 v

2.8 2.9

Kombinasi Pembebanan ................................................... Faktor Reduksi ................................................................

34 35

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum ............................................................................. 3.2 Data-data Karakteristik Struktur ........................................ 3.3 Desain Struktur ................................................................. 3.3.1 Penentuan Dimensi Elemen ................................. 3.4 Perhitungan Beban Struktur ............................................. 3.5 Data Perencanaan Base isolator ........................................

36 41 41 41 44 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ............................................................................. 4.2 Hasil Analisis Struktur Untuk Struktur Tanpa Base isolator .................................................................. 4.2.1 Hasil Rasio Kapasitas .............................................. 4.2.2 Kontrol Simpangan Antar Lantai ............................... 4.3 Perancangan Base isolator ................................................ 4.4 Hasil Analisis Struktur Untuk Struktur Dengan Base isolator .................................................................... 4.4.1 Hasil Rasio Kapasitas ............................................... 4.4.2 Kontrol Simpangan Antar Lantai .............................. 4.5 Perbandingan Hasil Analisis ............................................. 4.5.1 Perbandingan Rasio Kapasitas................................... 4.5.2 Perbandingan Simpangan .......................................... 4.5.2.1 Empat Lantai ................................................. 4.5.2.2 Tujuh Lantai ................................................. 4.5.2.3 Sepuluh Lantai .............................................. 4.5.3 Kurva Pushover ........................................................ 4.5.3.1 Empat Lantai ................................................. 4.5.3.2 Tujuh Lantai ................................................. 4.5.3.3 Sepuluh Lantai .............................................. 4.5.4 Distribusi Sendi Plastis ............................................. 4.5.4.1 Empat Lantai ................................................. 4.5.4.2 Tujuh Lantai ................................................. 4.5.4.3 Sepuluh Lantai .............................................. 4.5.5 Persentase Sendi Plastis .......................................... 4.5.6 Targer Perpindahan .................................................. 4.5.7 Tingkat Kinerja Struktur ........................................... 4.5.8 Daktilitas Peralihan Struktur .....................................

48 48 48 49 50 64 64 64 66 66 66 66 69 72 75 75 76 77 78 79 83 87 91 92 93 94

vi

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ......................................................................... 5.2 Saran ..................................................................................

96 97

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................

98

LAMPIRAN A TABEL SNI ............................................................. 101 LAMPIRAN B RASIO KAPASITAS ............................................... 105 LAMPIRAN C GRAFIK FEMA 356 ............................................... 111

vii

DAFTAR GAMBAR Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar

1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Foothill community law and justice center ................... Bagian-bagian base isolator .......................................... Efek base isolator pada respon spektra gaya geser dasar Efek base isolator pada respon spektra simpangan ........ Efek base isolator berdasarkan kondisi tanah ................ Perbandingan gaya geser dasar struktur terjepit dan struktur dengan isolator .......................................... 2.6 Perbandingan jumlah sendi plastis struktur terjepit dan struktur dengan isolator .............................. 2.7 Perbandingan simpangan antar lantai struktur terjepit dan struktur dengan isolator .............................. 2.8 Respon perpindahan atap struktur tanpa base isolator.... 2.9 Respon perpindahan atap struktur dengan Base isolator. 2.10 Pola kerja base isolator ................................................ 2.11 Instalasi isolasi landasan............................................... 2.12 Instalasi isolasi landasan pada gedung tanpa basement .. 2.13 Modulus geser karet ..................................................... 2.14 Input data propertis penampang base isolator ............... 2.15 Detail base isolator ...................................................... 2.16 Grafik hysteresis bearing .............................................. 2.17 Arah inersia momen massa ........................................... 2.18 Kurva kapasitas ............................................................ 2.19 Kurva kriteria keruntuhan ............................................. 2.20 Idealisasi kurva force-displacement .............................. 2.21 Form input beban gempa auto lateral load SAP2000 ...... 3.1 Denah struktur gedung .................................................. 3.2 Potongan struktur empat lantai Arah X .......................... 3.3 Potongan struktur tujuh lantai Arah Y ........................... 3.4 Potongan struktur sepuluh lantai Arah X ...................... 3.5 Kerangka penelitian ...................................................... 3.7 Pembagian segmen gedung berlantai tujuh dan sepuluh . 4.1 Skema penempatan base isolator .................................... 4.2 Penampang lead rubber bearing ...................................... 4.3 Momen guling pada portal struktur Arah X .................... 4.4 Momen guling pada portal struktur Arah Y ..................... 4.5 Simpangan Arah X struktur empat lantai akibat gempa Arah X .................................................... 4.6 Simpangan Arah Y struktur empat lantai akibat gempa Arah Y .................................................... 4.7 Simpangan antar lantai Arah X struktur empat lantai ....... 4.8 Simpangan antar lantai Arah Y struktur empat lantai ....... 4.9 Simpangan Arah X struktur tujuh lantai akibat gempa Arah X .................................................... 4.10 Simpangan Arah Y struktur tujuh lantai akibat gempa Arah Y ....................................................

2 5 6 7 7 9 8 9 9 10 12 13 13 14 15 15 21 22 24 26 28 34 36 37 37 38 39 44 51 54 60 61 67 67 68 69 70 70 viii

Gambar 4.11 Simpangan antar lantai Arah X struktur tujuh lantai ...... Gambar 4.12 Simpangan antar lantai Arah Y struktur tujuh lantai ...... Gambar 4.13 Simpangan Arah X struktur sepuluh lantai akibat gempa Arah X .................................................... Gambar 4.14 Simpangan Arah Y struktur sepuluh lantai akibat gempa Arah Y .................................................... Gambar 4.15 Simpangan antar lantai Arah X struktur sepuluh lantai .. Gambar 4.16 Simpangan antar lantai Arah Y struktur sepuluh lantai .. Gambar 4.17 Kurva pushover struktur empat lantai Arah X ................ Gambar 4.18 Kurva pushover struktur empat lantai Arah Y ................ Gambar 4.19 Kurva pushover struktur tujuh lantai Arah X ................. Gambar 4.20 Kurva pushover struktur tujuh lantai Arah Y ................. Gambar 4.21 Kurva pushover struktur sepuluh lantai Arah X ............. Gambar 4.22 Kurva pushover struktur sepuluh lantai Arah Y ............. Gambar 4.23 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai tanpa base isolator Arah X Portal 2-2 ........................... Gambar 4.24 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai dengan base isolator Arah X Portal 2-2 ......................... Gambar 4.27 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai tanpa base isolator Arah X Portal 2-2 ........................... Gambar 4.28 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai dengan base isolator Arah X Portal 2-2 ......................... Gambar 4.29 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai tanpa base isolator Arah Y Portal D-D .......................... Gambar 4.30 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai dengan base isolator Arah Y Portal D-D ....................... Gambar 4.31 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai tanpa base isolator Arah X Portal 1-1 ........................... Gambar 4.32 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai dengan base isolator Arah X Portal 1-1 ......................... Gambar 4.33 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai tanpa base isolator Arah Y Portal D-D .......................... Gambar 4.34 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai dengan base isolator Arah Y Portal D-D .......................

71 71 73 73 74 74 75 76 76 77 77 78 80 80 84 84 86 86 88 88 90 90

ix

DAFTAR TABEL Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Tabel 2.7 Tabel 2.8 Tabel 2.9 Tabel Tabel Tabel Tabel

3.1 4.1 4.2 4.3

Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel

4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12

Tabel 4.13 Tabel 4.14 Tabel 4.15 Tabel 4.16 Tabel 4.17 Tabel 4.18 Tabel 4.19 Tabel 4.20 Tabel 4.21 Tabel 4.22

Propertis penampang karet .............................................. Koefisien redaman, BD dan BM ...................................... Klasifikasi situs .............................................................. Koefisien situs Fa ........................................................... Koefisien situs Fv ........................................................... Kategori resiko bangunan gedung dan non gedung untuk beban gempa ............................................. Faktor keutamaan gempa ................................................. Kategori desai seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada periode pendek ......................... Kategor desai seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada periode 1 detik ....................... Estimasi dimensi kolom .................................................. Dimensi komponen struktur ............................................ Nilai rasio kapasitas struktur terjepit ............................... Simpangan struktur terjepit Arah X akibat gempa Arah X dan Arah Y akibat gempa Arah Y ............. Simpangan antar lantai Arah X dan Y ............................. Reaksi isolator Arah gravitasi ......................................... Estimasi dimensi base isolator ........................................ Hasil perancangan base isolator ...................................... Perhitungan inersia momen massa ................................... Hasil analisa isolator terhadap guling portal Arah X ........ Hasil analisa isolator terhadap guling portal Arah Y ........ Nilai rasio kapasitas struktur dengan isolator .................. Simpangan struktur dengan base isolator Arah X akibat gempa Arah X dan Arah Y akibat gempa ArahY. .. Simpangan antar lantai Arah X dan Y ............................. Perbandingan hasil rasio kapasitas .................................. Simpangan struktur Arah X dan Y pada struktur empat lantai ....................................................... Simpangan antar lantai Arah X dan Y struktur empat lantai .................................................................... Simpangan struktur Arah X dan Y pada struktur tujuh lantai ..................................................................... Simpangan antar lantai Arah X dan Y struktur tujuh lantai ..................................................................... Simpangan struktur Arah X dan Y pada struktur sepuluh lantai ................................................................. Simpangan antar lantai Arah X dan Y struktur sepuluh lantai ................................................................. Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah X tanpa base isolator.............................................. Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah X dengan base isolator ...........................................

14 16 31 31 32 32 32 33 33 43 48 49 49 50 51 53 57 60 63 63 64 65 65 66 67 68 69 71 72 74 79 79

x

Tabel 4.23 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah Y tanpa base isolator .................................... Tabel 4.24 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah Y dengan base isolator ................................. Tabel 4.25 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah X tanpa base isolator.............................................. Tabel 4.26 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah X dengan base isolator ........................................... Tabel 4.27 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah Y tanpa base isolator.............................................. Tabel 4.28 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah Y dengan base isolator ........................................... Tabel 4.29 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah X tanpa base isolator.............................................. Tabel 4.30 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah X dengan base isolator ........................................... Tabel 4.31 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah Y tanpa base isolator.............................................. Tabel 4.32 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah Y dengan base isolator ........................................... Tabel 4.33 Persentase sendi plastis pada struktur empat lantai .......... Tabel 4.34 Persentase sendi plastis pada struktur tujuh lantai ........... Tabel 4.35 Persentase sendi plastis pada struktur sepuluh lantai ........ Tabel 4.36 Nilai parameter target perpindahan struktur empat lantai .................................................................... Tabel 4.37 Nilai parameter target perpindahan struktur tujuh lantai ..................................................................... Tabel 4.38 Nilai parameter target perpindahan struktur sepuluh lantai ................................................................. Tabel 4.39 Tingkat kinerja struktur empat lantai berdasarkan target perpindahan metode koefisien FEMA 356.............. Tabel 4.40 Tingkat kinerja struktur tujuh lantai berdasarkan target perpindahan metode koefisien FEMA 356.............. Tabel 4.41 Tingkat kinerja struktur sepuluh lantai berdasarkan target perpindahan metode koefisien FEMA 356.............. Tabel 4.40 Daktilitas peralihan struktur empat lantai ........................ Tabel 4.41 Daktilitas peralihan struktur tujuh lantai ......................... Tabel 4.42 Daktilitas peralihan struktur sepuluh lantai .....................

81 81 83 83 85 85 87 87 89 89 91 91 92 92 93 93 94 94 94 95 95 95

xi

DAFTAR NOTASI

A b = luas terikat isolator (mm 2 ) A pb = luas lead bearing (mm 2 ) Ar = luas karet teredam (mm 2 ) Apl = luas lead plug (𝑚𝑚2 ) Arb = luas karet isolator (mm 2 ) Arb = luas karet bearing (𝑚𝑚2 ) BD = koefisien numerik terkait dengan redaman efektif sistem isolasi pada perpindahan rencana. B M = koefisien numerik terkait dengan redaman efektif sistem isolasi pada perpindahan rencana. C0 = faktor modifikasi untuk mengkonversi spectral displacement struktur SDOF ekivalen menjadi roof displacement struktur sistem MDOF C1 = faktor modifikasi untuk menghubungkan peralihan inelastik maksimum dengan peralihan respons elastic linier. Nilai C 1 = 0 untuk T e ≥ T s dan C2 = faktor modifikasi untuk memperlihatkan pinched hysteresis shape, degradasi kekakuan dan penurunan kekuatan pada respon peralihan maksimum C3 = faktor modifikasi untuk memperlihatkan kenaikan peralihan akibat efek p-delta. Untuk gedung dengan perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif maka C 3 = 1,0. Sedangkan untuk gedung dengan perilaku kekakuan pasca leleh negatif, Cm = faktor massa efektif D D = desain perpindahan awal minimum (m) D M = desain perpindahan maksimum (m) d shim = diameter pelat baja (mm) D y = perpindahan saat leleh pertama Eb = modulus tekuk (MPa) E = modulus Young’s (MPa) Ec = modulus kompresi (MPa) F a = koefisien situs untuk perioda pendek (0,2 detik) F V = koefisien situs untuk periode 1 detik Fm = gaya maksimum (N) G = modulus geser (MPa) Gγ = modulus geser pada regangan geser tertentu (MPa) 𝑔 = percepatan gravitasi (m/s 2 ) Hr = tinggi bersih isolator (mm) ℎ𝑠𝑥 = tinggi lantai struktur (m)

xii

Im = inersia (mm 4 ) Ix = inersia momen massa Arah X Iy = inersia momen massa Arah Y Iz = inersia momen massa Arah Z K eff = kekakuan efektif (𝑁/𝑚𝑚) K u = kekakuan elastis (𝑁/𝑚𝑚) K = modulus bulk (MPa) K rubber = kekakuan karet isolator (N/m) Kv = kekakuan vertical bahan komposit karet dan baja (N/mm) k = konstanta karet m = massa isolator (kg) n = jumlah lapisan karet isolator Pcrit 0= kapasitas tekuk pada perpindahan nol Pcrit γ =kapasitas tekuk pada perpindahan rencana Pγ = beban vertikal maksimum R = strength ratio r = jari-jari isolator (mm) R r = faktor reduksi gempa S 1 = parameter percepatan respon spektral perioda 1 detik (g) S D1 = parameter percepatan spektral rencana dengan redaman 5% pada periode 1 detik (g) SDS = parameter percepatan respon spektral desain pada periode pendek (g) Si = faktor bentuk internal S M1 = koefisien spektrum perioda 1 detik (g) S MS = parameter percepatan spektral rencana pada periode pendek (g) Sa = akselerasi spektrum respon pada waktu getar alami fundamental efektif dan rasio redaman pada arah yang ditinjau (g) S S = parameter percepatan respon spektral MCE pada perioda pendek (g) T D = periode efektif struktur dengan base isolator (dt) T M = periode efektif maksimum struktur (dt) Te = waktu getar alami efektif (dt) 𝑇𝑟 = total tinggi karet isolator perlu (mm) Tr = tebal lapisan karet (mm) Vy = gaya geser dasar pada saat leleh pertama (N) t r = tebal lapisan karet isolator W = berat total struktur yang ditopang base isolator (N) 𝜎 = gaya tekan rata-rata (kg/cm 2 ) W eq = berat seismik efektif (N) ∆𝑎 = simpangan antar lantai ijin (mm) 𝑓1 = faktor kuat lebih, yaitu 1,6 (SNI 1726, 2002) βeff = damping efektif xiii

βeq 𝛿𝑡 𝛿𝑢 𝛿𝑦 εc εsh εsc 𝜇∆ ∝

= = = = = = = = =

equivalent viscous damping targer perpindahan struktur peralihan atap pada kondisi ultimit atau target peralihan peralihan atap pada saat leleh pertama regangan kompresif regangan geser akibat beban lateral regangan geser akibat beban vertikal daktilitas struktur Rasio kekakuan pasca leleh dengan kekakuan elastic efektif,

xiv