View
253
Download
12
Category
Preview:
Citation preview
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
Edy Purwanto, ST, MTNIP. 19680912 199702 1 001
Dosen Pembimbing II
Setiono, ST, MScNIP. 19720224 199702 1 001
HALAMAN PENGESAHAN
EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPADENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN
SOFTWARE ETABSSTUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI
SURAKARTA(Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis
use ETABS SoftwareCase 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, MTNIP. 19680912 199702 1 001 ____________________
2. Setiono, ST, MScNIP. 19720224 199702 1 001 ____________________
3. Wibowo, ST, DEANIP. 19681007 199502 1 001 ____________________
4. Achmad Basuki, ST, MTNIP. 19710901 199702 1 001 ____________________
Disahkan,Ketua Program S1 Non Reguler Teknik Sipil
Fakultas Teknik UNS
Ir. Agus Sumarsono, MTNIP. 19578014 198601 1 001
Mengetahui, Disahkan,a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Ketua Jurusan Teknik Sipil Pembantu Dekan I Fakultas Teknik UNS
Ir. Noegroho Djarwanti, MT Ir. Bambang Santosa, MTNIP. 19561112 198403 2 007 NIP. 19590823 198601 1 001
ABSTRAK
Medi Hendriyanto, 2010, Evaluasi Kinerja Struktur Beton Tahan Gempadengan Analisis Pushover Menggunakan Software ETABSStudi Kasus : Bangunan Rumah Susun di Surakarta, Tugas Akhir JurusanTeknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Indonesia merupakan daerah rawan gempa, untuk mengurangi resiko bencanayang terjadi diperlukan konstruksi bangunan tahan gempa. Perencanaan tahangempa umumnya didasarkan pada analisa struktur elastis yang kemudian diberifaktor beban untuk mensimulasi kondisi ultimate (batas). Kenyataannya bahwaperilaku keruntuhan bangunan saat gempa adalah inelastik.
Ada dua macam tipe keruntuhan suatu struktur yaitu keruntuhan lokal dankeruntuhan global, mekanisme keruntuhan yang biasa terjadi yaitu beam swaymechanism dan column sway mechanism. Dalam perencanaan mekanismekeruntuhan yang diharapkan adalah beam sway mechanism.
Metoda analisis yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah Performance BasedEarthquake Engineering (PBEE) yaitu konsep mendesain, mengevaluasi,membangun, mengawasi fungsi dan merawat fasilitas bangunan, dengan kinerjadibawah kondisi reaksi pembebanan biasa dan pembebanan ekstrim. Analisapushover (beban dorong statik) adalah analisa statik nonlinier perilaku keruntuhanstruktur terhadap gempa, sedangkan titik kinerja adalah besarnya perpindahanmaksimum struktur saat gempa rencana.
Dari hasil yang diperoleh berdasarkan analisis statik non linier menggunakansoftware ETABS dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah padagaya 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 driftsebesar 0,0038 sedangkan maksimum in-elastik drift 0,003. Hasil perhitungandengan bantuan software ETABS menunjukan bahwa gedung yang ditinjautermasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO), hal ini berarti bahwabila terjadi gempa gedung tidak mengalami kerusakan struktural dan nonstruktural sehingga bangunan tersebut tetap aman digunakan.
Kata kunci : Analisis Pushover
ABSTRACT
Medi Hendriyanto, 2010, Performance Evaluation of Seismic ConcreteStructures With Pushover Analysis use ETABS SoftwareCase Study: Building Flats in Surakarta, End Task Civil Engineering DepartmentFaculty of Engineering, University of Sebelas Maret SurakartaCase Study: Building Flats in Surakarta, End Task Civil Engineering DepartmentFaculty of Engineering, University of Sebelas Maret Surakarta
Indonesia is an earthquake-prone areas, to reduce the risk of the disasterrequired the construction of earthquake resistant buildings. Planning seismicanalysis is generally based on the elastic structure and given the load factors tosimulate the ultimate conditions (boundary). The fact that the collapse of thebehavior of buildings during the earthquake is inelastik.
There are two types of collapse of a structure of local collapse and globalcollapse, the collapse mechanism which is common mechanism of beam andcolumn Sway Sway mechanism. In planning the expected collapse mechanism is abeam Sway mechanism.
Methods of analysis used in this final task is to Performance-BasedEarthquake Engineering (PBEE) is the concept of designing, evaluating,developing, supervising and maintaining the function of building facilities, with aperformance under normal conditions of loading reaction and extreme loading.Pushover analysis (static thrust load) is a nonlinear static analysis of structuralcollapse of the behavior of the earthquake, while the point of performance is themaximum amount of displacement during the earthquake structure plan.
From the results obtained by non-linear static analysis using ETABSsoftware can take some conclusions of which are at base shear force of 196.60tons will be obtained of the structure performance (Performance Point) a shearforce 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 ratioof ETABS software acquired with a total maximum drift of 0.0038 while themaximum in-elastic drift 0.003. The result of calculation with the help of ETABSsoftware indicated that the building that were reviewed included the ImmediateOccupancy performance levels (IO), this means that if an earthquake happens thebuilding suffered no structural damage and non-structural so the building remainssafe to use.
Keywords: Pushover analysis
M0TTO
Masa depan yang cerah selalu tergantung kepada masa lalu yangdilupakan, 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, Andre, Adex, Wayan, Khang Heri, Mahmud,
kamar kos Andre sebagai tempat persinggahan dan
tempat woyo - woyo.
4. Semua anak – anak sipil ekstensi 07 makasih untukkebersamaannya.
5. Hik Pak Yanto “Mrengat – Mrengut” makasih untuk nasikucing, koyor dan es jeyuknya.
M a t u r n u w u n
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr Wb.
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-
Nya 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
vi
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
vii
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
viii
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
ix
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
x
DAFTAR BAGAN ALIR
Bagan Alir 3.3. Kerangka Pikir.......................................................................... 19
1
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 )
2
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.
3
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.
4
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).
5
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.
6
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 tersebut bergerak perlahan
sehingga berpisah dan bertabrakan satu 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 non-
struktural 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
7
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, sendi-
sendi plastis terjadi pada kedua ujung balok-balok dan kaki kolom lantai dasar.
Konsep struktur yang memiliki karakteristik seperti ini adalah konsep kolom kuat-
balok 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.
8
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 ujung-
ujung 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.
9
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
10
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.
11
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
12
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.
13
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
14
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.
15
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:
WtR
ICV .1 ( 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.
16
VhiWi
hiWiFi .
.
.
( Sumber : SNI 03-1726-2002 )
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:
17
Sd
Sa
Capacity spectrum
DemandspectrumTitik kinerja (performance
point)
Tabel 3.1 Kriteria Kinerja
Level
Kinerja
Penjelasan
Operational Tidak ada kerusakan struktural dan non struktural yang berarti,
bangunan dapat tetap berfungsi.
ImmediateOccupancy
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.
CollapsePrevention
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.
Gambar 3.1 Performance Point pada Capacity Spectrum Method
( Sumber : ATC-40, Volume 1 )
18
at
ap
V
Gay
a ge
ser
dasa
r, V
(kN
)
Perpindahan atap,atap (m)
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.
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.
19
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.
20
Bagan Alir 3.3 Kerangka Pikir
Selesai
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.
Mulai
Menentukan Kriteria Kinerja
21
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
22
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 (PPURG-
1987) 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
elemen 21 kg/m2, 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
23
2. Beban Plafond
Plafond yang digunakan terbuat dari material semen asbes setebal 3mm. Berat
elemen tersebut diperhitungkan sebesar 11 kg/m2.
3. Beban MEP
Beban Mechanical and Electrical (ME) diasumsikan sebesar 50 kg/m2.
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
yang ada, yaitu sebesar 250 kg/m2.
2. Beban Hidup pada Atap Gedung
Beban hidup yang digunakan mengacu pada standar pedoman pembebanan
yang ada, yaitu sebesar 100 kg/m2 untuk beban tiap joint kuda-kuda dan
100 kg/m2 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.
24
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
25
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
26
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.
27
Gambar 4.7 Input “GRAV” case
Gambar 4.8 Input “PUSH” case
28
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%
Gambar 4.9 Response Spectrum
2. Mentransformasikan atau mengubah kurva kapasitas (Pushover) ke dalam
bentuk spektrum kapasitas.
Gambar 4.10 Transformasi kurva kapasitas ke spektrum kapasitas
Capacity Spectrum
5 % Demand
Response Spectrum
5 %
10 %
15 %
20 %
29
3. Melakukan Plot terhadap demand spectrum dengan nilai damping 5 % sesuai
dengan kondisi tanah dan wilayah gempa.
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.
Gambar 4.12 Hasil Performance Point
5 % Demand Response
Spectrum
Demand Spectrum
Performance Point
30
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)
31
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 1726-
2002) 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
32
Tabel 4.1 Evaluasi Kinerja Struktur
Performance pointGaya geserdasar(ton) Vt
(ton)Dt
(m)βeff
(%)Teff
(Detik)
196,60 850,405 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.
33
Gambar 4.15 Sendi Plastis yang tejadi pada step 1
Gambar 4.16 Sendi Plastis yang tejadi pada step 6
34
Tabel 4.2. Distribusi Sendi PlatisStep Displacement
( m )Base Force( Tonm )
0 0,0000 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 = 0038,015
057,0
total
t
H
D
Maksimum in-elastik drift = 0030,015
)0117,0057,0()( 1
total
t
H
DD
Tabel 4.3. Batasan Rasio Drift AtapPerformance 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.
35
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
Performance pointGaya geserdasar(ton) Vt
(ton)Dt
(m)βeff
(%)Teff
(Detik)
196,60 850,405 0,057 7,6 0,565
Batasan rasio drift atap dengan software ETABS
a. Maksimum total drift = 0038,015
057,0
total
t
H
D
b. Maksimum in-elastik drift = 003,015
)0117,0057,0()( 1
total
t
H
DD
2. Hasil analisa dengan software SAP2000
Tabel 4.5 Evaluasi Kinerja Struktur
Performance pointGaya geserdasar(ton) Vt
(ton)Dt
(m)βeff
(%)Teff
(Detik)
196,60 818,94 0,058 10,9 1,10
Batasan rasio drift atap dengan software SAP
a. Maksimum total drift = 0039,015
058,0
total
t
H
D
b. Maksimum in-elastik drift = 0038,015
)0445,8057,0()( 1
E
H
DD
total
t
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.
36
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.
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 TahanGempa Dengan Pushover Analysis, Jurnal Teknik Sipil, Vol. 3 , No. 1,Januari 2006. Universitas Kristen Maranatha, Bandung
Recommended