Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra,Arsitektur& Sipil) Universitas Gunadarma - Depok18- 19Oktober2011
Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559
PERBANDINGAN KINERJA STRUKTUR YANG MENGGUNAKAN BASE ISOLATOR DENGAN TANPA BASE ISOLATOR DENGAN ANALISIS BEBAN DORONG (PUSHOVER) Miftall Hazm;1 Risty Mavonda p2 Agung Sugiyatno3 1,2,3Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. JOO,Depok 16424, Jawa Barat 1ami
[email protected]
Abstrak Indonesia berada dalam zona rawan gempa, oleh karenanya struktur bangunan harus dirancang tahan gempa. Teknologi base isolator system merupakan salah satu system struktur yang membuat suatu struktur menjadi tahan gempa. pada penu/isan ini, kinerja struktur bangunan dengan base isolator system akan dibandingkan dengan bangunan tanpa base isolator system menggunakan ana/isis gempa beban dorong (pushover analysis). Bangunan yang menjadi studi /casus adalah bangunan rumah sakit 5 lantai. Program bantu yang digunakan adalah SAP2000. Bangunan dengan Base Isolator System memiliki waktu getar efektif sebesar 3,1 detik sedangkan bangunan tanpa base isolator system 0,984 detik. Dilihat dari hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis, bangunan yang tanpa menggunakan base isolator mengalami keruntuhan pada defleksi sebesar 0,40476 m sedangkan yang mengunakan base isolator pada defleksi sebesar 0,568021 m dengan kata lain, penggunaan base isolator dapat mereduksi gaya gempa yang terjadi. Kata Kunci: gempa, base isolator, pushover, SAP2000.
PENDAHULUAN Negara Indonesia berada di ring of fire menjadikan Negara Indonesia sering dilanda gempa bumi. Dalam beberapa kejadian gempa bumi di kota besar di Indonesia, seperti di Aceh, Yogyakarta dan Padang, telah dijumpai banyak kerusakan bangunan dan menelan lebih banyak korban jiwa jika dibandingkan dengan gempa yang terjadi di Jepang tahun 20 II. Hal ini mencerminkan bahwa Indonesia belum sepenuhnya tanggap akan kondisi alam yang rawan akan gempa. Indonesia sebagai Negara rawan gempa harus sigap bila terjadi gempa yang terjadinya dapat kapan saja. Menurut Nathan Madutujuh, bukan gempa yang membunuh, atau pun gedungnya, tetapi gedung yang didesain dengan buruk, sehingga struktur bangunan harus dirancang tahan gempa. Salah satu teknologi gedung tahan gempa adalah teknologi base isolator system. Prinsip utama cara kerja base isolator jenis elastomerik bearing (HDRB atau LRB)
Hazmidkk,Perbandingan KinerjaStruktuf...
adalah memperpanjang waktu getar alami struktur diluar frekwensi dominan gempa sampai 2,5 atau 3 kali dari waktu getar struktur tanpa isolator (flXed base structures) dan memiliki damping antara 10 sId 20%. Akibatnya gaya gempa yang disalurkan ke struktur menjadi lebih kecil (Eurocode 8). Rumusan masalah dalam penulisan ini adalah membandingkan kinerja struktur bangunan rumah sakit antara yang menggunakan base isolator dengan tanpa menggunakan base isolator. Analisis gempa yang digunakan adalah analisis beban dorong (pushover). Program yang digunakan penulis adalah SAP2000. Penelitian terdahulu yang mendukung penulisan ini meliputi Chopra dan Goel (2001) yang membahas tentang prosedur analisis pushover untuk mengestimasi ketahanan bangunan terhadap gempa. Archer (2001) membahas tentang algoritma iterasi perpindahan untuk analisis pushover. Chintanapakdee dan Chopra (2003) membahas tentang analisis evaluasi modal push-
AT- 13
Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559
Proceeding PESA T (Psikologi, Ekonomi, Sastra,Arsitektur& Sipil) Universitas Gunadarma - Depok18- 19Oktober2011
over pada portal. Powell (2006) membahas tentang penjelasan, perbandingan dan implementasi dari' analisis statis pushover. Chandrasekaran dan Roy (2006) menjelaskan tentang evaluasi gempa dari bangunan beton bertulang tingkat banyak menggunakan analisis pushover. Dewobroto (2006) membahas tentang evaluasi kinerja bangunan baja tahan gempa dengan SAP2000. Alhan dan Altun (2009) membahas tentang kinerja nonlinear dari sistem base isolation berdasarkan UBC. Chang, Wang, dan Spencer (2009) membahas tentang aplikasi kontrol aktif base isolation. Krishnamoorthy dan Shetty (2009) membahas tentang efek redaman dari struktur yang menggunakan base isolation. Babu, Sable, dan Jafarsadik (2011) membahas tentang pendekatan modal dan titik untuk keadaan kritis dan kontrol pada sistem base isolation. Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui perbandingan kinerja struktur yang menggunakan base isolator dengan yang tanpa menggunakan base isolator dengan analisis beban dorong (pushover). Hal yang akan diperbandingkan adalah waktu getar efektif struktur, batas izin pada kondisi 10 (Immediate Occupancy) dan besar detleksi yang terjadi, pada step ke berapa struktur
akan Collapse dan besar detleksi yang terjadi selain itu mengetahui apakah dengan menggunakan base isolator dapat mereduksi gaya gempa yang terjadi. METODE PENELITIAN Asumsi Desain (Data Perencanaan) Konfigurasi
Bangunan
=
Beraturan;
Jumlah Lantai = 4; Tinggi Lantai Dasar = 4,5 m; Tinggi Lantai Tipikal = 4,0 m; Tinggi Total Gedung = 16,5m; Panjang Gedung = 56 m; Lebar Gedung = 28 m ; Jenis Tanah = Tanah Sedang. Dimensi Elemen Bangunan: Tebal Pelat Lantai = 120 mm; Dimensi Balok
= 250
mm x 550 mm; Dimensi Kolom = 550
mm x 700 mm. Mutu Bahan :f'c = 35 MPa;J; = 390 MPa (untuk d 2: 12 mm); 240 MPa (untuk d < 12 mm). Fungsi Bangunan : Rumah Sakit. Spesifikasi Base isolator: Tipe
= Rubber
Base isolator; Tinggi
=
160 mm;
Diameter = 500 mm;, kekakuan efektif (effective Stiffness) = 2,16 kN/mm; Fy Base isolator = 69 kN Horizontal stiffness (elastomer contribution) = 1,52 kN/mm. denah bangunan dan gambar base isolator yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2. Diagram alir penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 5.
.
A
'm 1m 7111
~ I
8m
I
8m
I
8m
I
8m
I
8m
I
8m
I
Gambar 1 Denah Bangunan
Gambar 3. Base Isolator Sumber: Algasism
AT- 14
'm
:1 7.,
'.
~ !---Jm
8m
I
81T!
I
Gambar 2 Potongan C
~--I
Gambar 4. Tampak 3D
Hazmidkk,Perbandingan KineljaStruktur...
Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559
Proceeding PESA T (Psikologi, Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) Universitas Gunadarma - Depok18- 19Oktober2011 HASIL DAN PEMBAHASAN
Tampilan -deformasi struktur yang terjadi dapat dilihat pada Kurva Pushover yang menunjukkan hubungan antara gaya geser dasar dengan perpindahan pada titik kontrol dengan menggunakan beban ragam fundamental dan beban gempa merata pada titik pusat massa lantai (Gambar 6). Setelah kurva pushover dapat digambarkan, langkah selanjutnya adalah mencari pada langkah pembebanan (step) ke berapa terjadinya waktu getar efektif dan gaya geser dasar (Vbase) efektif pada titik yang ditinjau yaitu titik berat bangunan (perfor-mance point) atau target perpindahan. Nilai waktu
getar efektif dapat dilihat dengan program SAP2000, didapatkan nilai sebesar 0,984 detik dengan target perpindahan sebesar 0,168 m dengan menggunakan beban ragam fundamental untuk bangunan tanpa base isolator (Iebih menentukan daripada beban merata sebesar 0,162). Sedangkan waktu getar efektif bangunan dengan base isolator didapatkan nilai sebesar 3,100 detik dengan target perpindahan sebesar 0,443 m dengan menggunakan beban merata (Iebih menentukan daripada beban ragam fundamental sebesar 0,349) yang dapat dilihat pada Gambar 7. Pembentukan sendi plastis pada setiap tahapan pembebanan ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.
C___~I~i_)
/ Pennodelau
/
Smlktur
(Iaupa &$e Isolalor) dcngaD Progmlll SAP 2000
(mcuggtlilakau Ba~ Isolator) dengan Pro2l1lDl SAP 2000
Aualisis Gaya G<:1IIJh1 dengan lIIomggtulakan Analiw. Behan Doro~
(Pushover)
Pe1iba Kiul.1ja SIJUkI\U
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian
(a) (b) Gambar 6 (a) Kurva Pushover Tanpa Base isolator (b) Kurva Pushover Base isolator
Hazroidkk,Perbandingan KinerjaStruktur...
AT- 15
~
, Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559
Proceeding PESA T (Psikologi, Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) Universitas Gunadarma - Depok18- 19Oktober2011
~.f%iI:'~
~'"
AMH
~
.:.I
N I
Md~dl'~..
t
~~~C1
f ~,..fj;O. J
1
'1.J1J.n~~1~M:1 ~NII"'14J:
.~.
(a) (b) Gambar 7. (a) Capacity Spectrum Tanpa Base isolator (b) Capacity Spectrum dengan Base isolator
SIMPULAN
Simpulannya adalah (1) bangunan tanpa base isolator system memiliki waktu getar efektif sebesar 0,984 detik dengan target perpindahan sebesar 0,168 m sedangkan bangunan dengan base isolator system 3,100 detik dengan target perpindahan sebesar 0,443 m. HasH ini menunjukkan bangunan yang menggunakan base isolator system lebih tahan terhadap gempa, (2) berdasarkan kriteria kinerja yang ditetapkan Vision 200 dan NEHRP untuk rumah sakit batas izin adalah pada kondisi 10 maka gedung yang tanpa menggunakan base isolator dapat bertahan pada step ke 6 yaitu pada detleksi sebesar 0,07 m dan jika menggunakan base isolator pada step ke 3
AT- 16
yaitu pada detleksi sebesar 0,297747 m. Dengan menggunakan base isolaton batas detleksi untuk kondisi 10 lebih besar dibandingkan dengan tanpa menggunakan base isolation, (3) bangunan tanpa base isolator mengalami Collapse pada step ke 9 yaitu dengan detleksi sebesar 0,40476 m sedangkan pada bangunan dengan base isolator system pada step ke 5 yaitu dengan detleksi sebesar 0,568021 m. Dengan menggunakan base isolator batas detleksi untuk kondisi Collapse lebih besar dibandingkan dengan tanpa menggunakan base isolator, dan (4) penggunaan base isolator dapat mereduksi gaya gempa yang terjadi dibandingkan dengan bangunan yang tidak menggunakan base isolator.
Hazmi dkk, Perbandingan Kinerja Struktur..
Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559
Proceeding PESA T (Psikologi, Ekonomi, Sastra,Arsitektur& Sipil) Universitas Gunadarma - Depok18- 19Oktober2011
Tabell. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis pada struktur gedung tanpa base isolator (Beban ragam fundamental) 10 LS CP C D A B To To To To To To To Beyond B 10 LS CP C D E E Steo BaseForce Disolacement m
K2f 0
0 1 2
-1,42E-17
3 4 5 6 7
0,049233
248424,92 395013,01 457555,03
0,067663 0,07266 0,074456 0,224456 0,374456
8 9 10 11 12 13 14
0,018178 0,036166
0,40476 0,404775 0,405456 0,412638 0,419057 0,414917
Total I
1016 1011 841
0 5
771
175 245
513000,26 522866,92 524822,27
736 706 696
280 310 320
545843,36 566864,44
696 696
35 0
571111,29 507238,77 512383,62 536125,24
696 696 696
0 0 0 0
540433,87 165905,04
L_
696 696 696
0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0 0 0
0 285 70 0
0 0 0 0
250
0 0 0 0 0
205
0
0
1016
0
0 0 0
0 0 0
1016 1016
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 35
0 0 0 0
0 0
0 0 0 0
285 285 285 285 208
0
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 35 0 0 0 77 8
35 35 35 107
0 0
1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016
Tabel 2. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis pada struktur gedung dengan base isolator (Beban Merata)
Step 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Displacement m 0,012486 0,060035 0,100947 0,297747 0,445966 0,527661 0,568021 0,568171 0,575628 0,577348 0,577498 0,584750 0,591710 0,547752
A To B
B To 10
10 To LS
LS To CP
CP To C
C To D
D To E
1016 1016 946 856
0 0 70 160
0 0 0
517115,89
0 0 0 0 0 0
0
190 222
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0
756 684
0 0 0 0 70 40
521200,80 477920,94 493089,03
674 674 674
162 162 162
8 0
495226,45 470807,43
674 674
162 162
0 0 0 0 0
0 2 0
0 8 8 8 10
0 0 0 0 0
488141,67 494294,39 290177,60
674 674
162 162 164
0 0
0 24
10 10
0 0
0
0
38
0
BaseForce Kgf 0,00 158011,08 238747,39 418226,06 500561,65
Hazmidkk,Perbandingan KinerjaStruktur...
672
110 110 110 110 110 110 110 110
0 0 70 62 62 62 60 60 60 36 32
0 0
Beyond E
0 0 0 0 0
AT- 17
Total 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016
I
Proceeding PESAT (Psikologi, Ekonomi, Sastra,Arsitektur& Sipil) Universitas Gunadarma - Depok18- 19Oktober2011
Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559
Keterangan : Level Kideria Operational
Immediate Occupancy
Life Safety
Collapse Prevention
Penjelasan Tidak ada kerusakan berarti pada struktur dan non-struktur, bangunan tetap berfungsi Tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekeuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sarna dengan kondisi sebelum gempa. Komponen nonstruktur masih berada ditempatnya dan sebagian besar masih berfungsijika utilitasnya tersedia bangunan dapat tetap berfungis dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Terjadi kerusakan komponen struktur, kekakuannya berkurang, tetapi masih mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-struktur masih ada tetapi tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan erbaikan Kerusakan yang berarti pada komponen struktur dan non-struktur. Kekuatan struktur dan kekakuannya berkurang banyak, hampir runtuh, kecelakaan akibat keiatuhan material banl!unan vanl! rusak sanl!an munl!kin teriadi
Sumber : NEHRP, 2009 DAFTAR PUSTAKA
Alhan, Cenk and Altun, Metin. 2009. Performance of Non-Linear Base isolation Systems Designed According to Uniform Building Code. 5thInternational Advanced Technologies Symposium (IATS'09). Turkey Applied Technology Council. 2004. Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures, FEMA 440, ATC-55 Project. Archer, Graham C. 2001. A Constant Displacement Iteration Algorithm for Nonlinear Static Push-Over Analyses. Electronic Journal of Structural Engineering Babu, S. Suresh; Sable, Kishore Sambhaji and Jafarsadik I.S. 2011. Critical and Control Strategies for Base Isolation System using Modal and Nodal Approaches. International Journal of Earth Sciences and Engineering, Vol. 04, No. 01. Chandrasekaran, S and Roy, Anubhab. 2006. Seismic Evaluation of Multi-Storey RC Frame Using Modal Pushover Analysis. Nonlinear Dynainics, Vol. 43. Springer. Chang, Chia-Ming; Wang, Zhihao and Spencer, Billie F. 2009. Application of Active Base isolation Control. Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems. USA Chintanapakdee, Chatpan and Chopra, Anil K. 2003. Evaluation of Modal Pushover
AT- 18
Analysis Using Generic Frames. Earthquake Engineering And Structural Dynamics, Vol. 32. Chopra, Anil K and Goel, Rakesh K. 2001. A Modal Pushover Analysis Procedure For Estimating Seismic Demands For Buildings. Earthquake Engineering And Structural Dynamics, Vol. 31. Computer and Structures, Inc. 2010. Linear and Nonlinear Static and Dynamic Analysis and Design of Three Dimensional Structures, CSI Berkeley, California. Dewobroto, Wiryanto. 2006. Evaluasi Kinerja Bangunan Baja Tahan Gempa dengan SAP2000. Jurnal Teknik Sipil, Vol. 2, No.1. Krishnamoorthy and Shetty, Kiran K. 2009. Effect of Isolation Damping on The Response of Base Isolated Structure. Asian Journal Of Civil Engineering (Building And Housing) Vol. 10, No.6. Pamungkas, A dan Harianti, E. 2009. Gedung beton bertulang tahan gempa. Itspress. Surabaya Powell, Graham H. 2006. Static Pushover Methods - Explanation, Comparison And Implementation. 8TH US National Conference on Earthquake Engineering. San Francisco PPIUG 1983. 1983. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung. Direktorat Penyeledikan Masalah Bangunan. Pranata, Y.A. 2006. Studi Perencanaan Berbasis Kinerja pada Rangka Beton Bertulang dengan Metode Direct
Hazmidkk,Perbandingan KinerjaStruktur...
Proceeding PESA T (Psikologi, Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) Universitas Gunadarma - Depok18- 19Oktober2011
Displacement-Based Design.
Jurnal
Teknik Sipil, Vol.3, No.2. SNI 03-2847-2002. 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Depkimpraswil.
Hazmi dkk, Perbandingan Kinerja Struktur...
Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559
SNI 1726-2002. 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung, Depkimpraswil.
AT- 19
