perbandingan kinerja struktur yang menggunakan base isolator

ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559

PERBANDINGAN KINERJA STRUKTUR YANG MENGGUNAKANBASE ISOLATOR DENGAN TANPA BASE ISOLATOR DENGAN

ANALISIS BEBAN DORONG (PUSHOVER)

Miftall Hazm;1Risty Mavonda p2Agung Sugiyatno3

1,2,3Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas GunadarmaJl. Margonda Raya No. JOO,Depok 16424, Jawa Barat

1ami [email protected]

Abstrak

Indonesia berada dalam zona rawan gempa, oleh karenanya struktur bangunan harus dirancangtahan gempa. Teknologi base isolator system merupakan salah satu system struktur yang membuatsuatu struktur menjadi tahan gempa. pada penu/isan ini, kinerja struktur bangunan dengan baseisolator system akan dibandingkan dengan bangunan tanpa base isolator system menggunakanana/isis gempa beban dorong (pushover analysis). Bangunan yang menjadi studi /casus adalahbangunan rumah sakit 5 lantai. Program bantu yang digunakan adalah SAP2000. Bangunandengan Base Isolator System memiliki waktu getar efektif sebesar 3,1 detik sedangkan bangunantanpa base isolator system 0,984 detik. Dilihat dari hubungan antara displacement dan gayageser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis, bangunan yang tanpa menggunakan baseisolator mengalami keruntuhan pada defleksi sebesar 0,40476 m sedangkan yang mengunakanbase isolator pada defleksi sebesar 0,568021 m dengan kata lain, penggunaan base isolator dapatmereduksi gaya gempa yang terjadi.

Kata Kunci: gempa, base isolator, pushover, SAP2000.

PENDAHULUAN

Negara Indonesia berada di ring offire menjadikan Negara Indonesia seringdilanda gempa bumi. Dalam beberapa keja-dian gempa bumi di kota besar di Indonesia,seperti di Aceh, Yogyakarta dan Padang,telah dijumpai banyak kerusakan bangunandan menelan lebih banyak korban jiwa jikadibandingkan dengan gempa yang terjadi diJepang tahun 20 II. Hal ini mencerminkanbahwa Indonesia belum sepenuhnya tanggapakan kondisi alam yang rawan akan gempa.Indonesia sebagai Negara rawan gempa harussigap bila terjadi gempa yang terjadinyadapat kapan saja. Menurut Nathan Madu-tujuh, bukan gempa yang membunuh, ataupun gedungnya, tetapi gedung yang didesaindengan buruk, sehingga struktur bangunanharus dirancang tahan gempa. Salah satuteknologi gedung tahan gempa adalah tekno-logi base isolator system.

Prinsip utama cara kerja base isolatorjenis elastomerik bearing (HDRB atau LRB)

Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktuf...

adalah memperpanjang waktu getar alamistruktur diluar frekwensi dominan gempasampai 2,5 atau 3 kali dari waktu getarstruktur tanpa isolator (flXed base structures)dan memiliki damping antara 10 sId 20%.Akibatnya gaya gempa yang disalurkan kestruktur menjadi lebih kecil (Eurocode 8).

Rumusan masalah dalam penulisanini adalah membandingkan kinerja strukturbangunan rumah sakit antara yang meng-gunakan base isolator dengan tanpa menggu-nakan base isolator. Analisis gempa yangdigunakan adalah analisis beban dorong(pushover). Program yang digunakan penulisadalah SAP2000.

Penelitian terdahulu yang men-dukung penulisan ini meliputi Chopra danGoel (2001) yang membahas tentang prose-dur analisis pushover untuk mengestimasiketahanan bangunan terhadap gempa. Archer(2001) membahas tentang algoritma iterasiperpindahan untuk analisis pushover.Chintanapakdee dan Chopra (2003) mem-bahas tentang analisis evaluasi modal push-

AT- 13

ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

over pada portal. Powell (2006) membahastentang penjelasan, perbandingan dan imple-mentasi dari' analisis statis pushover.Chandrasekaran dan Roy (2006) menjelaskantentang evaluasi gempa dari bangunan betonbertulang tingkat banyak menggunakananalisis pushover. Dewobroto (2006) memba-has tentang evaluasi kinerja bangunan bajatahan gempa dengan SAP2000. Alhan danAltun (2009) membahas tentang kinerja non-linear dari sistem base isolation berdasarkanUBC. Chang, Wang, dan Spencer (2009)membahas tentang aplikasi kontrol aktif baseisolation. Krishnamoorthy dan Shetty (2009)membahas tentang efek redaman dari strukturyang menggunakan base isolation. Babu,Sable, dan Jafarsadik (2011) membahastentang pendekatan modal dan titik untukkeadaan kritis dan kontrol pada sistem baseisolation.

Tujuan penulisan ini adalah untukmengetahui perbandingan kinerja strukturyang menggunakan base isolator denganyang tanpa menggunakan base isolatordengan analisis beban dorong (pushover). Halyang akan diperbandingkan adalah waktugetar efektif struktur, batas izin pada kondisi10 (Immediate Occupancy) dan besar detleksiyang terjadi, pada step ke berapa struktur

A

I 8m I 8m I 8m I 8m I 8m I 8m I 'm

Gambar 1 Denah Bangunan


akan Collapse dan besar detleksi yang terjadiselain itu mengetahui apakah denganmenggunakan base isolator dapat mereduksigaya gempa yang terjadi.

METODE PENELITIAN

Asumsi Desain (Data Perencanaan)Konfigurasi Bangunan = Beraturan;

Jumlah Lantai = 4; Tinggi Lantai Dasar = 4,5m; Tinggi Lantai Tipikal = 4,0 m; TinggiTotal Gedung = 16,5m; Panjang Gedung = 56m; 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 Baseisolator = 69 kN Horizontal stiffness(elastomer contribution) = 1,52 kN/mm.denah bangunan dan gambar base isolatoryang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1dan 2. Diagram alir penelitian ini dapatdilihat pada Gambar 5.

~

'm

1m

7111

7.,

.

:1'.

~--I~

!---Jm 8m I 81T! I

Gambar 2 Potongan C

Gambar 3. Base IsolatorSumber: Algasism

AT- 14

Gambar 4. Tampak 3D

Hazmidkk,PerbandinganKineljaStruktur...

ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tampilan -deformasi struktur yangterjadi dapat dilihat pada Kurva Pushoveryang menunjukkan hubungan antara gayageser dasar dengan perpindahan pada titikkontrol dengan menggunakan beban ragamfundamental dan beban gempa merata padatitik pusat massa lantai (Gambar 6).

Setelah kurva pushover dapat digam-barkan, langkah selanjutnya adalah mencaripada langkah pembebanan (step) ke berapaterjadinya waktu getar efektif dan gaya geserdasar (Vbase) efektif pada titik yang ditinjauyaitu titik berat bangunan (perfor-mancepoint) atau target perpindahan. Nilai waktu

C___~I~i_)


getar efektif dapat dilihat dengan programSAP2000, didapatkan nilai sebesar 0,984detik dengan target perpindahan sebesar0,168 m dengan menggunakan beban ragamfundamental untuk bangunan tanpa baseisolator (Iebih menentukan daripada bebanmerata sebesar 0,162). Sedangkan waktugetar efektif bangunan dengan base isolatordidapatkan nilai sebesar 3,100 detik dengantarget perpindahan sebesar 0,443 m denganmenggunakan beban merata (Iebihmenentukan daripada beban ragamfundamental sebesar 0,349) yang dapatdilihat pada Gambar 7. Pembentukan sendiplastis pada setiap tahapan pembebananditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.

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,PerbandinganKinerjaStruktur... AT- 15

~

ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011


~.f%iI:'~~'" .:.I

AMH N IMd~dl'~.. t

~ ~~~C1

f ~,..fj;O.J '1.J1J.n~~1~M:1

1.~NII"'14J:

.~

(a) (b)Gambar 7. (a) Capacity Spectrum Tanpa Base isolator (b) Capacity Spectrum dengan Base isolator

SIMPULAN

Simpulannya adalah (1) bangunantanpa base isolator system memiliki waktugetar efektif sebesar 0,984 detik dengantarget perpindahan sebesar 0,168 msedangkan bangunan dengan base isolatorsystem 3,100 detik dengan target perpindahansebesar 0,443 m. HasH ini menunjukkanbangunan yang menggunakan base isolatorsystem lebih tahan terhadap gempa, (2)berdasarkan kriteria kinerja yang ditetapkanVision 200 dan NEHRP untuk rumah sakitbatas izin adalah pada kondisi 10 makagedung yang tanpa menggunakan baseisolator dapat bertahan pada step ke 6 yaitupada detleksi sebesar 0,07 m dan jikamenggunakan base isolator pada step ke 3

AT- 16

yaitu pada detleksi sebesar 0,297747 m.Dengan menggunakan base isolaton batasdetleksi untuk kondisi 10 lebih besardibandingkan dengan tanpa menggunakanbase isolation, (3) bangunan tanpa baseisolator mengalami Collapse pada step ke 9yaitu dengan detleksi sebesar 0,40476 msedangkan pada bangunan dengan baseisolator system pada step ke 5 yaitu dengandetleksi sebesar 0,568021 m. Denganmenggunakan base isolator batas detleksiuntuk kondisi Collapse lebih besardibandingkan dengan tanpa menggunakanbase isolator, dan (4) penggunaan baseisolator dapat mereduksi gaya gempa yangterjadi dibandingkan dengan bangunan yangtidak menggunakan base isolator.

Hazmi dkk, Perbandingan Kinerja Struktur..

,

Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktur... AT- 17

ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) Vol.4 Oktober2011UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011 ISSN:1858-2559

Tabell. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis padastruktur gedung tanpa base isolator (Beban ragam fundamental)

A B 10 LS CP C DTo To To To To To To Beyond

L_Steo Disolacement BaseForce B 10 LS CP C D E E Total

I Im K2f0 -1,42E-17 0 1016 0 0 0 0 0 0 0 1016

1 0,018178 248424,92 1011 5 0 0 0 0 0 0 1016

2 0,036166 395013,01 841 175 0 0 0 0 0 0 1016

3 0,049233 457555,03 771 245 0 0 0 0 0 0 1016

4 0,067663 513000,26 736 280 0 0 0 0 0 0 1016

5 0,07266 522866,92 706 310 0 0 0 0 0 0 1016

6 0,074456 524822,27 696 320 0 0 0 0 0 0 1016

7 0,224456 545843,36 696 35 285 0 0 0 0 0 1016

8 0,374456 566864,44 696 0 70 250 0 0 0 0 1016

9 0,40476 571111,29 696 0 0 285 0 35 0 0 1016

10 0,404775 507238,77 696 0 0 285 0 0 35 0 1016

11 0,405456 512383,62 696 0 0 285 0 0 35 0 1016

12 0,412638 536125,24 696 0 0 285 0 0 35 0 1016

13 0,419057 540433,87 696 0 0 208 0 77 35 0 1016

14 0,414917 165905,04 696 0 0 205 0 8 107 0 1016

Tabel 2. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis padastruktur gedung dengan base isolator (Beban Merata)

A B 10 LS CP C DTo To To To To To To Beyond

Step Displacement BaseForce B 10 LS CP C D E E Total

m Kgf0 0,012486 0,00 1016 0 0 0 0 0 0 0 1016

1 0,060035 158011,08 1016 0 0 0 0 0 0 0 1016

2 0,100947 238747,39 946 70 0 0 0 0 0 0 1016

3 0,297747 418226,06 856 160 0 0 0 0 0 0 1016

4 0,445966 500561,65 756 190 70 0 0 0 0 0 1016

5 0,527661 517115,89 684 222 40 70 0 0 0 0 1016

6 0,568021 521200,80 674 162 110 62 0 8 0 0 1016

7 0,568171 477920,94 674 162 110 62 0 0 8 0 1016

8 0,575628 493089,03 674 162 110 62 0 0 8 0 1016

9 0,577348 495226,45 674 162 110 60 0 2 8 0 1016

10 0,577498 470807,43 674 162 110 60 0 0 10 0 1016

11 0,584750 488141,67 674 162 110 60 0 0 10 0 1016

12 0,591710 494294,39 674 162 110 36 0 24 10 0 1016

13 0,547752 290177,60 672 164 110 32 0 0 38 0 1016


Keterangan :

Level Kideria

Operational

Immediate Occupancy

Life Safety

Collapse Prevention

Sumber : NEHRP, 2009

DAFTAR PUSTAKA


PenjelasanTidak ada kerusakan berarti pada struktur dan non-struktur, bangunan tetapberfungsiTidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekeuatan dankekakuannya kira-kira hampir sarna dengan kondisi sebelum gempa.Komponen nonstruktur masih berada ditempatnya dan sebagian besar masihberfungsijika utilitasnya tersedia bangunan dapat tetap berfungis dan tidakterganggu dengan masalah perbaikan.Terjadi kerusakan komponen struktur, kekakuannya berkurang, tetapi masihmempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-strukturmasih ada tetapi tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan

erbaikanKerusakan yang berarti pada komponen struktur dan non-struktur. Kekuatanstruktur dan kekakuannya berkurang banyak, hampir runtuh, kecelakaan akibatkeiatuhan material banl!unan vanl! rusak sanl!an munl!kin teriadi

Alhan, Cenk and Altun, Metin. 2009.Performance of Non-Linear Base isolationSystems Designed According to UniformBuilding Code. 5thInternational AdvancedTechnologies Symposium (IATS'09).Turkey

Applied Technology Council. 2004.Improvement of Nonlinear Static SeismicAnalysis Procedures, FEMA 440, ATC-55Project.

Archer, Graham C. 2001. A ConstantDisplacement Iteration Algorithm forNonlinear Static Push-Over Analyses.Electronic Journal of StructuralEngineering

Babu, S. Suresh; Sable, Kishore Sambhajiand Jafarsadik I.S. 2011. Critical andControl Strategies for Base IsolationSystem using Modal and NodalApproaches. International Journal of EarthSciences and Engineering, Vol. 04, No.01.

Chandrasekaran, S and Roy, Anubhab. 2006.Seismic Evaluation of Multi-Storey RCFrame Using Modal Pushover Analysis.Nonlinear Dynainics, Vol. 43. Springer.

Chang, Chia-Ming; Wang, Zhihao andSpencer, Billie F. 2009. Application ofActive Base isolation Control. Sensors andSmart Structures Technologies for Civil,Mechanical, and Aerospace Systems.USA

Chintanapakdee, Chatpan and Chopra, AnilK. 2003. Evaluation of Modal Pushover

AT- 18

Analysis Using Generic Frames.Earthquake Engineering And StructuralDynamics, Vol. 32.

Chopra, Anil K and Goel, Rakesh K. 2001. AModal Pushover Analysis Procedure ForEstimating Seismic Demands ForBuildings. Earthquake Engineering AndStructural Dynamics, Vol. 31.

Computer and Structures, Inc. 2010. Linearand Nonlinear Static and DynamicAnalysis and Design of ThreeDimensional Structures, CSI Berkeley,California.

Dewobroto, Wiryanto. 2006. EvaluasiKinerja Bangunan Baja Tahan Gempadengan SAP2000. Jurnal Teknik Sipil,Vol. 2, No.1.

Krishnamoorthy and Shetty, Kiran K. 2009.Effect of Isolation Damping on TheResponse of Base Isolated Structure.Asian Journal Of Civil Engineering(Building And Housing) Vol. 10, No.6.

Pamungkas, A dan Harianti, E. 2009. Gedungbeton bertulang tahan gempa. Itspress.SurabayaPowell, Graham H. 2006. Static Pushover

Methods - Explanation, Comparison AndImplementation. 8TH US NationalConference on Earthquake Engineering.San Francisco

PPIUG 1983. 1983. Peraturan PembebananIndonesia Untuk Gedung. DirektoratPenyeledikan Masalah Bangunan.

Pranata, Y.A. 2006. Studi PerencanaanBerbasis Kinerja pada Rangka BetonBertulang dengan Metode Direct

Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktur...



Displacement-Based Design. JurnalTeknik Sipil, Vol.3, No.2.

SNI 03-2847-2002. 2002. Tata CaraPerhitungan Struktur Beton untukBangunan Gedung, Depkimpraswil.

SNI 1726-2002. 2002. Standar Perencanaan

Ketahanan Gempa untuk StrukturBangunan Gedung, Depkimpraswil.

Hazmi dkk,Perbandingan Kinerja Struktur... AT- 19

Documents

perbandingan kinerja struktur yang menggunakan base isolator