Studi Bangunan Tingkat Tinggi MenggunakanBase Isolation sebagai Pereduksi Beban Gempa

di Wilayah Gempa Tinggi

OLEH :SAMSURYANA (3106 100 042)

DOSEN PEMBIMBING :Tavio, ST, MT., PhDData Iranata, ST, MT., PhD

JURUSAN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAANINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOVEMBERSURABAYA 2010

Latar Belakang

• Gempa bumi merupakan bencana alam yg paling banyak menyebabkan kerusakan.

• Indonesia merupakan salah satu negara yg rawan gempa.

• Teknologi base isolation system (sistem isolasi dasar) berkembang dgn pesat. Teknologi ini digunakan untuk mendesain bangunan yg berada pada zona gempa tinggi

Perumusan Masalah

Bagaimana permodelan Lead Rubber Bearing (LRB) sbgdumper terhadap beban gempa dlm sistem Base Isolation??

Bagaimana analisa dan evaluasi kinerja struktur gedungdgn Base Isolation System apabila dibandingkan dgnstruktur gedung konvensional menggunakan SAP 2000 ??

Bagaimana Respon Spectra yg terjadi akibat beban gempapada struktur gedung konvensional dan struktur gedungdgn Base Isolation System ??

Bagaimana lateral displacement yg timbul pada strukturdgn base isolation system pada daerah dgn zona gempatinggi ??

Maksud & Tujuan

• Mendapatkan permodelan Lead Rubber Bearing (LRB)

• Mendapatkan gaya-gaya dalam tiap elemenstruktur dan kinerja struktur (struktur Base Isolation maupun struktur normal)

• Memperoleh Respon Spectra untuk keduabangunan tersebut

• Memperoleh Lateral Displacement yg timbulpada struktur dgn Base Isolation

Batasan Masalah

Tipe struktur yg ditinjau adalah simetris dan teratur.

Tidak meninjau analisa biaya.

Analisa perhitungan menggunakan

ACI 318- 2002code, SNI 03-2847-2002 Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung, SNI 03-1726-2002 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung.

Struktur gedung yg ditinjau termasuk struktur betonbertulang dan merupakan Struktur Rangka Pemikul Momen(SRPM).

Base Isolation System• Merupakan desain alternatif untuk

mengurangi resiko kerusakan bangunan akibat gempa dgn cara mereduksi beban gempa yg bekerja pd bangunan.

Cover Rubber

Energy Dissipation Core

Steel Reinforcing Plates

Internal Rubber Layers

Bottom Mounting Plate

Base Isolation System

Struktur Konvensional Struktur dgn Base Isolator

Analisa Dinamis• Multi Degree of Freedom (MDOF) :

Respon dinamik dari multistory rigid frame buildings termasuk kedalam sistem berderajad kebebasan banyak, dengan asumsi bahwa massa dari frame atau gedung terpusat pada lantainya, dan balok diasumsikan mempunyai kekakuan yang jauh lebih besar dari kolom.

Analisis Struktur• Konsep bangunan dengan isolator adalah mengeliminasi pengaruh

ragam-ragam getar yang lebih tinggi terhadap struktur. Persamaan gerakan bangunan dengan isolasi seismic akibat gaya gempa, ditinjau atas dua bagian yaitu pertama untuk struktur bangunan diatas isolator dan untuk struktur pada level bearing isolator.

MetodologiSTART

STUDI LITERATUR

STUDI KASUS

STRUKTUR

KONVENSIONAL

ANALISA STRUKTUR

DYNAMIC ANALISIS

CHECK PERLETAKAN

KESIMPULAN

SELESAI

STRUKTUR

DGN BASE ISOLATOR

MENGHITUNG PARAMETER STRUKTUR

ANALISA STRUKTUR

DYNAMIC ANALISIS

NOT OK

MENGHITUNG PARAMETER STRUKTUR

Layout Denah

Pre-eliminary Design

Data Perencanaan Gedung :

• Jenis gedung : Perkantoran

• Tinggi : 20 lantai

• Luas denah : 30 × 20 m2

• Mutu baja BJ41 (fy) : 320 MPa

• Mutu beton (fc’) : 35 MPa

• Zona gempa : zona 6

• Tebal pelat

Atap : 15 cm

Lantai : 15 cm

• Dimensi

Kolom : 80/80

Balok induk : 40/60

PembebananAtap

• Beban mati (DL) : 629184 kg

• Beban hidup (LL): 60000 kg

• Berat total lantai atap :

• Watap = 629184 + (0,8 x 60000)

= 629184 + 48000

= 677184 kg*

(*) pada input SAP 2000, massa total lantai (m) dikurangi massa balok dan kolom.

• Jadi massa lantai atap = (677184 – 221184 – 172800)/ 9,81

= 28868,50 kg s2/m

• Momen inersia massa lantai atap :

42222

7336160012

)2030(67718412

)( kgmdbM

Pembebanan

Lantai

• Beban mati (DL) : 794584kg

• Beban hidup (LL): 240000 kg

• Berat total lantai atap :

Watap = 629184 + (0,8 x 240000)

= 794584 + 192000

= 986184 kg *

*) pada input SAP 2000, massa total lantai (m) dikurangi massa balok dan kolom.

• Jadi massa lantai lantai = (986184 – 221184 – 172800)/ 9,81

= 60366,972 kg s2/m

• Momen inersia massa lantai :

4106836612)220230(986184

12)22( kgmdbM

Pembebanan• Pembebanan gempa mengacu pada SNI 03-1726-2002 Pasal 5.8.2 yaitu

:Gempa X : efektifitas 100% gempa arah x ; efektifitas 30% gempa arah yGempa Y : efektifitas 30% gempa arah x ; efektifitas 100% gempa arah y

• Pembebanan gempa dinamik menggunakan respon spektrum WG 6 dengan kondisi tanah lunak.

• Metode penjumlahan respon ragam menggunakan kombinasi kuadratik lengkap (Complete Quadratic Combination atau CQC). Dimana waktu getar alami dianggap berdekatan apabila selisih nilainya dominan kurang dari 15%.

Pemodelan Portal memanjang

Fix Base LRB

Tinggi Bangunan :19 lantai @ 4m + base floor @5m= 81m

Lebar bangunan :6 portal @ 5m = 30 m

Kontrol Penjumlahan Respon Ragammode Periode selisih

1 2,721 6825,51 %

2 2,46661 827,75%

3 2,1 891 391 30,1 4%

4 0,8877779,00%

5 0,7977338,01 %

6 0,71 764221 ,05%

7 0,5071 1 66,1 2%

8 0,4459453,1 7%

9 0,41 42286,69%

1 0 0,3472943,98%

1 1 0,3075222,1 3%

1 2 0,2861 942,93%

1 3 0,2568942,74%

1 4 0,2294561 ,55%

1 5 0,21 39641 ,45%

1 6 0,1 994331 ,34%

1 7 0,1 860280,55%

1 8 0,1 805761 ,27%

1 9 0,1 679040,08%

20 0,1 671 44

Fix Base

Mode Periode Selisih1 4,2521 1 9

1 6,27%2 4,089433

38,75%3 3,701 95

244,96%4 1 ,252305

6,53%5 1 ,1 86977

1 6,1 0%6 1 ,025966

37,34%7 0,652568

7,53%8 0,577268

4,55%9 0,531 745

1 0,1 7%1 0 0,430036

5,22%1 1 0,377796

2,69%1 2 0,350856

3,83%1 3 0,31 2605

3,72%1 4 0,275438

1 ,87%1 5 0,256766

1 ,61 %1 6 0,240631

2,66%1 7 0,21 4061

1 ,47%1 8 0,1 99362

0,31 %1 9 0,1 96255

0,45%20 0,1 91 797

LRB

Layout Joint

JointOutput

CaseU3

(kN)Joint

Output Case

U3 (kN)

1 DCON2 531 0,735 1 9 DCON2 6029,8342 DCON2 6572,753 20 DCON2 7343,0283 DCON2 6792,821 21 DCON2 7567,6444 DCON2 6792,821 22 DCON2 7567,6445 DCON2 6572,753 23 DCON2 7343,0286 DCON2 531 0,735 24 DCON2 6029,8347 DCON2 5885,338 25 DCON2 5885,3388 DCON2 71 95,51 3 26 DCON2 71 95,51 39 DCON2 741 8,402 27 DCON2 741 8,4021 0 DCON2 741 8,402 28 DCON2 741 8,4021 1 DCON2 71 95,51 3 29 DCON2 71 95,51 31 2 DCON2 5885,338 30 DCON2 5885,3381 3 DCON2 6029,834 31 DCON2 531 0,7351 4 DCON2 7343,028 32 DCON2 6572,7531 5 DCON2 7567,644 33 DCON2 6792,8211 6 DCON2 7567,644 34 DCON2 6792,8211 7 DCON2 7343,028 35 DCON2 6572,7531 8 DCON2 6029,834 36 DCON2 531 9,735

TABLE: Joint Reactions TABLE: Joint Reactions

Katalog Lead Rubber Bearing (LRB) & Data Histeric LOOP

336,667kN0,02215250Δyekyf

0,022m152515250

303

dkekQdΔy

15250kN/m152510dk10ek

0,1152501525

ekdk Post yield ratio =

Dimana :ke = kekakuan awalkd = kekakuan pasca lelehQd = kekakuan leleh dari inti imah

Contoh verifikasi Manual & SAP 4 lantai

Contoh verifikasi Manual & SAP 4 lantai

Contoh verifikasi Manual & SAP 4 lantai

Contoh verifikasi Manual & SAP 4 lantai

Hasil Perbandingan Manual & SAP 4 lantai

Fix Base LRB Fix Base LRB1 0,1 501 0,371 4 0,1 569 0,37582 0,0454 0,0821 0,0438 0,08313 0,0229 0,0345 0,0235 0,03614 0,01 59 0,01 91 0,01 62 0,01 95

PeriodeManual SAP 2000story

Fix Base LRB Fix Base LRBBase 0,0 26,25 0,0 26,70

1 2,41 28,94 2,45 29,052 5,98 30,27 6,1 0 30,803 8,75 32,1 4 8,90 32,354 1 1 ,56 33,48 1 1 ,85 33,65

storyDisplacement

Manual SAP 2000

Elemen Force

Frame P V2 V3 T M2 M3Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m

-1 336,1 5 1 03,01 1 1 1 5,448 0,51 29 498,6749 504,8999-6561 ,65 -1 23,555 -1 25,636 -0,6094 -51 5,51 5 -539,598-1 889,32 1 36,446 1 1 8,1 75 0,0403 504,067 560,5563-7786,1 9 -1 36,984 -1 29,1 42 -0,0368 -522,004 -561 ,733

-21 38,7 1 05,541 1 49,495 0,051 9 554,71 51 509,6306-6528,1 1 -1 26,346 -1 49,81 9 -0,0555 -555,321 -544,425-3482,02 1 38,1 61 1 52,2 0,01 78 559,5576 563,4076-7567,64 -1 38,1 61 -1 52,421 -0,01 78 -559,966 -564,545

1

3

1 3

1 5

TABLE: Element Forces - Frames

Portal memanjang exterior fix base

Elemen force

Frame P V2 V3 T M2 M3Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m

-1 569,44 64,61 2 74,909 0,9326 226,641 8 220,851 6-6431 ,46 -1 1 4,036 -1 00,776 -0,6448 -302,802 -349,492

-2099,4 1 54,703 78,891 0,0585 237,955 458,5737-7591 ,41 -1 55,1 75 -1 06,855 -0,0628 -320,88 -460,052-21 77,72 69,452 1 55,562 0,0492 450,3504 233,251 6-651 9,62 -1 20,1 99 -1 56,351 -0,0347 -452,423 -367,902

-3483,9 1 59,1 49 1 60,372 0,022 463,021 5 470,6552-7529,59 -1 59,621 -1 60,924 -0,021 2 -464,595 -472,1 59

61

63

73

75

TABLE: Element Forces - Frames

Portal melintang exterior LRB

Reduksi Gaya Dalam

Frame Text

Type P KN

Reduksi gaya

V2 KN

Reduksi gaya

V3 KN

Reduksi gaya

T KN-m

Reduksi gaya

M2 KN-m

Reduksi gaya

M3 KN-m

Reduksi gaya

Fix Base 2486,39 1 23,87 1 20,03 0,62 482,21 532,01LRB 21 22,97 66,68 58,27 0,43 1 65,37 1 90,26Fix Base 3092,48 1 26,66 1 41 ,6 0,07 51 7,71 536,98LRB 2708,1 0 78,1 66,31 0,04 1 92,1 6 224,94Fix Base 2593,70 1 26,66 1 41 ,6 0,06 51 7,71 536,98LRB 2350,56 78,67 79,96 0,03 225,68 233,08Fix Base 3054,45 1 38,35 1 44,1 2 0,04 522,39 555,98LRB 3048,44 80,1 8 82,25 0,02 231 ,86 230,95

36%

42%

43%

42%

69%

57%

50%

50%

34%

37%

44%

44%

54%

62%

62%

58%

49%

47%

56%

57%

A

B

C

D

85%

88%

91 %

1 00%

Displacement

Fix Base LRB Fix Base LRBbase 0,0 98,8 0,0 99,4

1 5,0 1 08,4 4,6 1 06,82 1 1 ,7 1 1 6,2 1 0,4 1 1 2,83 1 9,0 1 23,8 1 6,5 1 1 8,74 26,2 1 31 ,1 22,6 1 24,45 33,4 1 38,2 28,7 1 30,06 40,3 1 45,0 34,7 1 35,07 46,9 1 51 ,4 40,5 1 40,78 53,2 1 57,6 46,1 1 45,79 59,2 1 63,3 51 ,6 1 50,6

1 0 64,9 1 68,7 56,8 1 55,21 1 70,2 1 73,8 61 ,8 1 59,51 2 75,2 1 78,4 66,5 1 63,61 3 79,8 1 82,6 71 ,0 1 67,41 4 84,0 1 86,4 75,2 1 70,91 5 87,8 1 89,7 79,0 1 74,01 6 91 ,1 1 92,6 82,5 1 76,91 7 93,9 1 95,0 85,6 1 79,41 8 96,2 1 97,0 88,2 1 81 ,61 9 97,9 1 98,5 90,5 1 83,520 99,2 1 99,7 92,3 1 85,1

story

Perbandingan defleksi arah sumbu X (mm)portal x portal y

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

20

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 1 00,0 1 20,0 1 40,0 1 60,0 1 80,0 200,0

stor

y

Interstory drift (mm)

Fix Base LRB

Portal X

DisplacementFix Base LRB Fix Base LRB

base 0,0 98,8 0,0 99,41 5,0 1 08,4 4,6 1 06,82 1 1 ,7 1 1 6,2 1 0,4 1 1 2,83 1 9,0 1 23,8 1 6,5 1 1 8,74 26,2 1 31 ,1 22,6 1 24,45 33,4 1 38,2 28,7 1 30,06 40,3 1 45,0 34,7 1 35,07 46,9 1 51 ,4 40,5 1 40,78 53,2 1 57,6 46,1 1 45,79 59,2 1 63,3 51 ,6 1 50,6

1 0 64,9 1 68,7 56,8 1 55,21 1 70,2 1 73,8 61 ,8 1 59,51 2 75,2 1 78,4 66,5 1 63,61 3 79,8 1 82,6 71 ,0 1 67,41 4 84,0 1 86,4 75,2 1 70,91 5 87,8 1 89,7 79,0 1 74,01 6 91 ,1 1 92,6 82,5 1 76,91 7 93,9 1 95,0 85,6 1 79,41 8 96,2 1 97,0 88,2 1 81 ,61 9 97,9 1 98,5 90,5 1 83,520 99,2 1 99,7 92,3 1 85,1

story

Perbandingan defleksi arah sumbu X (mm)portal x portal y

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

20

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 1 00,0 1 20,0 1 40,0 1 60,0 1 80,0 200,0

stor

y

Interstory drift (mm)

Fix Base LRB

Portal Y

Story drift

Fix Base LRB Fix Base LRBinterstory interstory interstory interstory

base 0,0 0,0 0,0 0,01 5,0 9,6 4,6 7,42 6,7 7,8 5,8 6,03 7,3 7,6 6,1 5,94 7,2 7,3 6,1 5,75 7,2 7,1 6,1 5,66 6,9 6,8 6,0 5,07 6,6 6,4 5,8 5,78 6,3 6,2 5,6 5,09 6,0 5,7 5,5 4,9

1 0 5,7 5,4 5,2 4,61 1 5,3 5,1 5,0 4,31 2 5,0 4,6 4,7 4,11 3 4,6 4,2 4,5 3,81 4 4,2 3,8 4,2 3,51 5 3,8 3,3 3,8 3,11 6 3,3 2,9 3,5 2,91 7 2,8 2,4 3,1 2,51 8 2,3 2,0 2,6 2,21 9 1 ,7 1 ,5 2,3 1 ,920 1 ,3 1 ,2 1 ,8 1 ,6

Perbandingan drift arah sumbu X (mm)

storyportal x portal y

Gaya Dalam struktur pada zona gempa berbeda

P V2 V3 T M2 M3KN KN KN KN-m KN-m KN-m1 5,945 1 24,997 46,693 20,006 1 20,061 1 94,602

-7567,644 -1 24,997 -46,693 -20,006 -1 20,061 -1 94,45422,988 1 37,889 89,821 20,327 294,909 298,826

-7567,644 -1 37,889 -89,821 -20,327 -294,909 -298,82628,857 1 73,668 1 34,471 23,642 442,1 69 466,998

-7567,644 -1 73,668 -1 34,471 -23,642 -442,1 69 -466,99831 ,256 1 90,1 46 1 52,720 25,1 23 501 ,286 506,580

-7458,657 -1 90,1 46 -1 52,720 -25,1 23 -501 ,286 -506,58032,431 1 98,094 1 61 ,650 25,786 530,739 536,21 2

-7458,657 -1 98,094 -1 61 ,650 -25,786 -530,739 -536,21 262,541 204,306 1 61 ,971 26,439 466,621 478,1 91

-7591 ,406 -204,306 -1 61 ,971 -26,439 -466,621 -478,1 91WG 6

type bangunan WG Rencana

Fix Base

LRB

WG 1

WG 2

WG 3

WG 4

WG 5

Reduksi reaksi base

Fix Base LRB ReduksiX 1 0432,1 8 4950,754 47,46%Y 1 2220,1 6 4978,907 40,74%

Base Reaction Sumbu

Kesimpulan• pada struktur gedung yang menggunakan Base Isolator LRB

mempunyai gaya-gaya dalam yang relatif kecil dibandingkanpada gedung dengan fix base.

• Pemakaian system rubber base isolator pada strukturgedung memberikan simpangan relatif terhadap ground yang lebih besar, tetapi direduksi oleh simpangan pada base floor.

• Pemakaian LRB jika dilihat dari segi ekonomis akan lebihmahal. Tetapi jika dilihat dari segi fungsi opersional suatubangunan, maka pemakaian LRB bisa dijadikan alternatif isolasi seismik.