EVALUASI PERILAKU SEISMIK GEDUNG BALAI KOTA … · Evaluasi Perilaku Seismik Gedung Balai Kota...

EVALUASI PERILAKU SEISMIK

GEDUNG BALAI KOTA SURAKARTA PASCA GEMPA

DENGAN NONLINIER STATIC PUSHOVER ANALYSIS

METODE SPEKTRUM KAPASITAS

Seismic Behaviour of Surakarta City Hall Building after Earthquake Using

Nonlinear Static Pushover Analysis by Capacity Spectrum Method

SKRIPSI

Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun oleh :

DWI YANTO

I 0105066

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010

LEMBAR PERSETUJUAN







Disusun oleh :

DWI YANTO

I 0105066

Telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran

Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Persetujuan Dosen Pembimbing

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II







SKRIPSI

Disusun oleh :

DWI YANTO

I 0105066

Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari Selasa, 23 Februari 2010 :

1. Wibowo, ST, DEA --------------------------------- NIP. 19681007 199502 1 001

2. Edy Purwanto, ST, MT --------------------------------- NIP. 19680912 199702 1 001

3. Ir. Sunarmasto, MT --------------------------------- NIP. 19560717 198703 1 003

4. Setiono, ST, MSc --------------------------------- NIP. 19720224 199702 1 001

Mengetahui,

a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Pembantu Dekan I

Disahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil

Fakultas Teknik UNS

Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 19561112 198403 2 007

Ir. Bambang Santosa, MT NIP. 19590823 198601 1 001

MOTTO

”Lakukan yang terbaik sampai batas kemampuan, karena apapun yang terjadi

pada manusia adalah yang terbaik baginya menurut Sang Pencipta”

“Bermimpilah setinggi-tingginya, karena kesuksesan terwujud berawal dari

sebuah mimpi”

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan untuk :

1. Ibuku

2. Ibuku

3. Ibuku

4. Ayahku

5. Kakak dan adikku

6. Semua teman-temanku

ABSTRAK

Dwi Yanto, 2010. Evaluasi Perilaku Seismik Gedung Balai Kota Surakarta Pasca Gempa Dengan Nonlinier Static Pushover Analysis Metode Spektrum Kapasitas. Posisi Indonesia yang berada pada jalur gempa Pasifik & Asia, serta diapit lempeng Indo Australia dengan Indo Asia memunculkan potensi besar terjadinya gempa. Bencana gempa menyebabkan terjadi kerusakan struktur bangunan. Untuk mengurangi resiko bencana yang terjadi diperlukan konstruksi bangunan tahan gempa. Perencanaan tahan gempa berbasis kekuatan telah terbukti berhasil mengurangi korban jiwa, tetapi tidak diketahui dengan jelas kinerja bangunan dalam keadaan gempa sedang. Kenyataan bahwa perilaku runtuhnya gedung berperilaku inelastis, maka dibutuhkan metode untuk memperkirakan perilaku inelastis akibat gempa untuk menjamin kinerja bangunan. Evaluasi kinerja dapat dilakukan dengan analisis static nonlinier pushover yang mengacu pada ATC-40 & FEMA Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja gedung berdasarkan mekanisme terbentuknya sendi plastis pada balok kolom serta hubungan base shear dengan displacement pada kurva pushover dan kurva seismic demand. Metode yang digunakan adalah analisis statik nonlinier pushover dengan menggunakan program ETABS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa gaya geser dari evaluasi pushover pada arah x( push x) sebesar 596,758 ton, dan push y sebesar 636,447 ton. Gaya geser dasar tersebut lebih besar dari gaya geser rencana 202,744 ton. Maksimum total drift x dan y adalah 0,007 m dan 0,0076 m, Sehingga gedung termasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO). Displacement arah x dan arah y adalah 0,193 m dan 0,192 m. Displacement pada gedung tidak melampaui displacement maksimal, sehingga gedung aman terhadap gempa rencana.

Kata kunci : spektrum kapasitas, pushover

ABSRACT

Dwi Yanto, 2010. Evaluation Seismic Behaviour of Surakarta City Hall Building after Earthquake Using Nonlinear Static Pushover Analysis by Capacity Spectrum Method. Indonesia's position on track Pacific & Asian earthquake, and the Indo Australian plate flanked by Indo Asia led to a large potential for the occurrence of earthquakes. Earthquake caused structural damage. To reduce the risk of the disaster required the construction of earthquake resistant buildings. Planning force-based seismic has proved successful to reduce casualties, but it is not known clearly state the performance of buildings in the earthquake was. The fact that the collapse of the behavior of inelastic behavior of the building, the required method for estimating the inelastic behavior caused by the earthquake to ensure construction performance. Performance evaluation can be done with the nonlinear static pushover analysis, which refers to the ATC-40 & FEMA This study aims to determine the performance of buildings based on the formation mechanism of plastic joints on the block column and the relationship with the base shear displacement pushover curve and seismic demand curve. The method used is a nonlinear static pushover analysis using the ETABS program. The results showed that the shear force of the evaluation is to push pushover x is 596.758 tons and push y is 636.447 tons and more than 202.744 plans shear tons. The maximum total drift x & drift y is 0.007 m and 0.0076 m. So that the building included in the Immediate Occupancy performance levels (IO). Displacement at x & y is 0.193 m and y is 0.192 m. Displacement in the building does not exceed the maximum displacement so that the building is safe in terms of plans earthquake.

Keywords : capacity spectrum, pushover

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-

Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi. Penyusunan skripsi sebagai

salah satu syarat meraih gelar sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Universitas

Sebelas Maret Surakarta, dengan judul “Evaluasi Perilaku Seismik Gedung Balai

Kota Surakarta Pasca Gempa Dengan Nonlinier Static Pushover Analysis Metode

Spektrum Kapasitas”

Pada penyusunan skripsi, penulis telah banyak mendapatkan bantuan baik

fasilitas, bimbingan maupun kerjasama dari berbagai pihak. Oleh karena itu

dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, penyusun mengucapkan terima

kasih kepada :

1. Segenap Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas

Maret Surakarta.

2. Wibowo, ST, DEA, selaku Dosen Pembimbing I.

3. Edy Purwanto, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing II.

4. Ir. Sunarmasto, MT, selaku Dosen Penguji.

5. Setiono, ST, MSc, selaku Dosen Penguji.

6. Ir. Sofa Marwoto, selaku Dosen Pembimbing Akademik.

7. Saudara Hafid, Hayu, Rahmad yang telah membantu penelitian.

8. Teman-teman teknik sipil 2005.

9. Semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penyusunan skripsi ini.

Akhir kata penyusun berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca.

Surakarta, Februari 2010

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL................................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iii

MOTTO ................................................................................................................. iv

PERSEMBAHAN ................................................................................................... v

ABSTRAK ............................................................................................................. vi

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xv

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL .................................................................... xvi

BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................. 3

1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................................. 3

1.4 Batasan Masalah ............................................................................................... 3

BAB 2 LANDASAN TEORI ............................................................................... 4

2.1 Gempa ............................................................................................................... 4

2.1.1 Teori Gempa .................................................................................................. 4

2.1.2 Respon Struktur.............................................................................................. 8

2.1.3 Gaya Gempa ................................................................................................... 9

2.1.4 Prinsip-Prinsip Dinamik Penentu Gempa .................................................... 10

a. Faktor Keutamaan Gedung ............................................................................... 10

b. Faktor Reduksi Gempa ..................................................................................... 11

c. Faktor Respons Dinamik .................................................................................. 14

d. Waktu Getar Alami Fundamental (T1) ............................................................ 15

2.1.5 Gaya Geser Dasar (V) .................................................................................. 15

2.1.6 Distribusi Beban Horizontal Pada Tiap lantai .............................................. 16

2.1.7 Eksentrisitas Pusat Massa Lantai Tingkat ................................................ 16

2.2 Konsep Kinerja Struktur Tahan Gempa .......................................................... 17

2.3 Nonlinear static pushover analysis (NSP) ....................................................... 19

2.3.1 Sendi Plastis ................................................................................................. 19

2.3.2 Mekanisme Keruntuhan Gedung ................................................................. 20

2.4 Metode Capacity Spectrum (CSM) ................................................................. 21

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ........................................................... 24

3.1 Gambaran Umum ............................................................................................ 24

3.2 Pemodelan Gedung Pada ETABS ................................................................... 24

3.3 Metodologi Penelitian ..................................................................................... 25

3.3.1 Metode Penelitian ........................................................................................ 25

3.3.2 Tahapan Penelitian ....................................................................................... 25

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ........................................................ 27

4.1 Deskripsi Gedung ............................................................................................ 27

4.1.1 Dimensi struktur ........................................................................................... 27

4.1.2 Spesifikasi Material...................................................................................... 28

a. Mutu Beton ........................................................................................................ 28

b. Mutu Baja .......................................................................................................... 28

4.2 Kriteria dan Pembebanan Gedung .................................................................. 28

4.2.1 Kriteria Pembebanan Gedung ...................................................................... 28

a. Beban Mati (Berat Sendiri) Bahan Bangunan ................................................... 28

4.2.2 Pembebanan ................................................................................................. 29

a. Beban Mati (Dead Load) ................................................................................... 29

b. Beban Mati Tambahan (Superdead Load) ........................................................ 29

c. Beban Hidup ...................................................................................................... 29

4.3 Perhitungan Beban Gempa.............................................................................. 29

4.3.1 Perhitungan Beban Mati (W) ....................................................................... 29

a. Berat sendiri struktur lantai 1 ........................................................................... 30

b. Berat sendiri struktur lantai 2 ............................................................................ 32

c. Berat sendiri struktur lantai 3 ............................................................................ 34

d. Berat sendiri struktur lantai 4 ............................................................................ 36

e. Berat Sendiri struktur lantai 5 ........................................................................... 38

f. Berat sendiri struktur lantai 6 ............................................................................ 40

4.3.2 Perhitungan Gempa Rencana ...................................................................... 42

a. Taksiran waktu getar alami secara empiris ....................................................... 42

b. Faktor Respon Gempa ....................................................................................... 43

c. Faktor Keutamaan ............................................................................................. 43

d. Faktor Reduksi Gempa Representatif ............................................................... 43

e. Distribusi beban Statik ...................................................................................... 44

4.4 Analisis Pushover ETABS .............................................................................. 46

4.4.1 Penentuan distribusi sendi plastis ................................................................ 46

4.4.2 Static Nonlinear case .................................................................................... 47

4.5 Hasil dan Pembahasan .................................................................................... 48

4.5.1 Kurva Kapasitas ........................................................................................... 48

4.5.2 Metode Kapasitas Spektrum ........................................................................ 50

4.5.3 Evaluasi Kinerja Gedung ............................................................................. 51

4.5.4 Mekanisme Terbentuknya Sendi Plastis ...................................................... 53

4.5.5 Kerusakan di Lapangan ................................................................................ 57

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 61

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 61

5.2 Saran................................................................................................................ 62

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 63

DAFTAR LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Faktor keutamaan gedung ..................................................................... 10

Tabel 2.2 Faktor daktilitas ( m ) dan faktor reduksi (R) ........................................ 11

Tabel 2.3 Batasan rasio drift atap menurut ATC-40 ............................................. 18

Tabel 4.1 Jenis dan dimensi balok kolom ............................................................. 27

Tabel 4.2 Data lantai dan tinggi tingkat ................................................................ 27

Tabel 4.3 Perhitungan berat balok lantai 1 ........................................................... 30



Tabel 4.6Perhitungan berat balok lantai 4 ............................................................ 36



Tabel 4.9 Berat struktur tiap lantai ........................................................................ 42

Tabel 4.10 Distribusi beban geser dasar nominal ................................................. 44

Tabel 4.11 Evaluasi kinerja gedung sesuai ATC-40 ............................................. 51

Tabel 4.12 Tingkat kerusakan struktur akibat terbentuknya sendi plastis ............ 52

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Kerusakan bangunan akibat gempa ................................................... 1

Gambar 2.1 Terjadinya gempa menurut Elastic Rebound Theory ........................ 5

Gambar 2.2 Gelombang gempa ............................................................................. 6

Gambar 2.3 Rekaman percepatan tanah akibat gempa di beberapa tempat .......... 7

Gambar 2.4 Gambar peta wilayah gempa Indonesia ............................................ 8

Gambar 2.5 Respons struktur terhadap gempa ..................................................... 9

Gambar 2.6Faktor respon gempa

14

Gambar 2.7Ilustrasi rekayasa gempa berbais kinerja

18

Gambar 2.8Properti sendi default-PMM dan default-M3

20

Gambar 2.9 Mekanisme keruntuhan gedung ....................................................... 21

Gambar 2.10 Konversi respons spektrum ke format ADRS ............................... 22

Gambar 2.11 Kurva kapasitas & titik performance point ................................... 22

Gambar 2.12 Titik kinerja pada metode spektrum kapasitas .............................. 23

Gambar 3.1 Foto gedung Balai Kota Surakarta sebagai objek penelitian .......... 24

Gambar 3.2 Model gedung Balai Kota Surakarta pada ETABS ......................... 25

Gambar 3.3 Diagram alir penelitian .................................................................... 26

Gambar 4.1 Respons spektrum gempa rencana wilayah 3 .................................. 43

Gambar 4.2 Input beban gempa pada ETABS .................................................... 45

Gambar 4.3 Model gedung pada ETABS ........................................................... 46

Gambar 4.4 Properti sendi plastis kolom ............................................................ 46

Gambar 4.5 Properti sendi plastis balok ............................................................. 47

Gambar 4.6 Static nonlinear case data ............................................................... 48

Gambar 4.7 Kurva kapasitas push arah x ............................................................ 49

Gambar 4.8 Kurva kapasitas push arah y ............................................................ 49

Gambar 4.9 Titik kinerja push arah x .................................................................. 50

Gambar 4.10 Titik kinerja push y ........................................................................ 51

Gambar 4.11 Push step 0 (push x) ....................................................................... 53

Gambar 4.12 Terbentuknya sendi plastis pada step 1 (push x) ........................... 53



Gambar 4.15 Terbentuknya sendi plastis pada step 0 (push y) ........................... 55




Gambar 4.19 Retak pada balok lantai 3 bagian kanan depan .............................. 57

Gambar 4.20 Retak pada balok lantai 3 bagian kiri depan .................................. 58

Gambar 4.21 Retak pada balok lantai 4 bagian kiri depan .................................. 59

Gambar 4.22 Retak pada balok pada void depan lantai 2 .................................. 60

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Data-data gedung

Lampiran B Perhitungan Panjang Total Balok & beban ttitik kuda-kuda

Lampiran C Hasil analisis ETABS

Lampiran D Surat Skripsi

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL

B = Panjang gedung pada arah gempa yang ditinjau (m)

Ca = Koefisien akselerasi

Cv = Faktor respons gempa vertikal

C = Faktor respons gempa dari spektrum respons

Ct = Koefisien pendekatan waktu getar alamiah untuk gedung beton

bertulang menurut UBC 97

CP = Collapse Pervention

Dt = Displacement total

D1 = Displacement pertama

e = Eksentrisitas antara pusat masa lantai dan pusat rotasi

ed = Eksentrisitas rencana

f’c = Kuat tekan beton

Fi = Beban gempa nominal statik ekuivalen (ton)

fy = Mutu baja

fys = Mutu tulangan geser/sengkang

Hn = Tinggi gedung

I = Faktor keutamaan

IO = Immediate Occupancy

k = Kekakuan struktur

LS = Life Safety

m = Massa gedung

M = Momen

Mn = Momen nominal

M3 = Momen pada sumbu 3

n = Jumlah tingkat

N = Nomor lantai tingkat paling atas

PMM = Hubungan gaya aksial dengan momen (diagram interaksi P-M)

R = Faktor reduksi gempa representatif dari struktur gedung yang

bersangkutan

T = Waktu getar gedung pada arah yang ditinjau (dt)

Teff = Waktu getar gedung effektif (dt)

T1 = Waktu getar alami fundamental (dt)

V = Gaya geser dasar (ton)

V i = Gaya geser dasar nominal (ton)

Vn = Gaya geser gempa rencana (ton)

V2 = Gaya geser pada sumbu 2 (ton)

Wi = Berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai (ton)

Wt = Berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai (ton)

Zi = Ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral

(m)

βeff = Indeks kepercayaan effektif

D sdof = Displacement SDOF

D roof = Displacement atap

θ yield = Rotasi pada saat leleh

ζ = Koefisien pengali dari jumlah tingkat struktur gedung yang

membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung, bergantung pada

wilayah gempa

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Kondisi geologis Indonesia mempunyai potensi gempa yang melingkupi sebagian

besar wilayahnya, karena terletak dalam jalur gempa Pasifik dan dan jalur gempa

Asia. Beberapa kejadian gempa yang lalu telah menimbulkan banyak kerusakan

pada bangunan gedung hingga memakan korban jiwa diantaranya adalah gempa

Aceh, gempa Jogja, gempa Padang. Beberapa kerusakan dan kegagalan struktur

bangunan akibat gempa dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 1.1 Kerusakan bangunan akibat gempa

Sudah seharusnya bangunan direncanakan mampu bertahan terhadap gempa, sehingga

diperlukan suatu perencanaan yang benar sesuai perencanaan gedung tahan gempa

di Indonesia yang tertuang dalam tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk

bangunan gedung (SNI 03-1726-2002).

Perencanaan tahan gempa berbasis kekuatan (force based) telah terbukti berhasil

mengurangi korban jiwa, tetapi tidak berfungsinya gedung dan fasilitas umum

karena kerusakan yang terjadi menyebabkan kerugian ekonomi yang cukup besar.

Pada perencanaan berbasis kekuatan, kinerja struktur hanya terjamin pada dua

level yaitu pada gempa gempa kecil bangunan berada dalam keadaan siap pakai

Aceh 2004 Jogja 2006 Padang 2009

(servicebility limit state) sedangkan pada gempa rencana bangunan berada dalam

keadaan tidak hancur (safety limit state). Tidak diketahui dengan jelas kinerja

(performance) bangunan dalam keadaan gempa sedang.

Saat ini arah metode perencanaan tahan gempa beralih dari pendekatan kekuatan

(force based) menuju pendekatan kinerja (performance based) dimana struktur

direncanakan terhadap beberapa tingkat kinerja. Untuk mengetahui kinerja

struktur saat menerima beban gempa, maka dibutuhkan analisis nonlinier yang

sederhana tetapi cukup akurat. Salah satu cara analisis nonlinear yang dapat

digunakan adalah Capacity Spectrum Method yang memanfaatkan analisis beban

dorong statis nonlinier (nonlinear static pushover analysis) yang menggunakan

kinerja struktur sebagai sasaran perencanaan. Perencanaan berbasis kinerja

mensyaratkan taraf kinerja (level of performance) yang diinginkan untuk suatu

taraf beban gempa dengan periode ulang tertentu dengan menetapkan tiga

tingkatan kinerja, yaitu kinerja batas layan (serviceablity limit state), kinerja

kontrol kerusakan struktur (damage control limit state) dan kinerja keselamatan

(safety limit state).

Nonlinear Static Pushover Analysis juga cukup handal untuk memprediksi pola

keruntuhan suatu gedung akibat adanya gempa. Akibat terjadinya gempa Jogja,

kondisi gedung balai kota Surakarta telah mengalami kerusakan pada beberapa

titik akibat goncangan gempa beberapa tahun lalu.

Sangat menarik untuk dilakukan evaluasi terhadap bangunan gedung Balai Kota

Surakarta untuk memprediksikan perilaku kerusakan bangunan akibat gempa

berdasarkan data dan kerusakan yang ada.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian di depan dapat diambil suatu rumusan masalah, yaitu

bagaimana kinerja Gedung Balai Kota Surakarta dapat diketahui dengan analisis

pushover.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Memperkirakan gaya geser dasar (base shear) maksimum dan deformasi

(displacement ) yang terjadi.

2. Mengetahui mekanisme terbentuknya sendi plastis pada balok kolom &

memprediksi perilaku keruntuhan gedung.

1.4 Batasan Masalah

Agar tidak terlalu meluas dan lebih terarah maka dalam melakukan penelitian,

maka perlu pembatasan masalah sebagai berikut:

1. Struktur gedung terdiri dari 6 lantai dengan fungsi sebagai perkantoran.

2. Struktur gedung merupakan gedung beton bertulang dan bersifat daktil penuh.

3. Peraturan pembebanan berdasarkan standar perencanaan ketahanan gempa

untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002.

4. Kriteria kinerja struktur berdasarkan Peraturan ATC-40, FEMA 273.

5. Struktur gedung dimodelkan dan dianalisis menggunakan pushover analysis

program ETABS.

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Gempa

2.1.1 Teori Gempa

Sesuai teori geologi mengenai tektonik lempengan, permukaan bumi terdiri dari

beberapa lempengan batuan tebal yang mengapung di atas mantel bumi yang cair.

Gempa bumi terjadi karena adanya gerakan kerak bumi yang terjadi secara tiba-

tiba yang umumnya diikuti dengan terjadinya patahan atau sesar (fault).

Timbulnya patahan atau sesar tersebut karena gerakan pelat-pelat tektonik atau

lapis kerak bumi yang saling bertumbukan, bergeser atau saling menyusup satu

dengan yang lain (subduksi). Struktur batuan akan patah atau rusak secara tiba-

tiba manakala batuan tersebut sudah tidak dapat menahan akumulasi energi

maupun tegangan yang terjadi. Teganga geser dan tegangan lentur yang terjadi

karena pelat-pelat tektonik bergerak menurut arahnya masing-masing. Patahan

(fault) yang terjadi umumnya berupa suatu bidang (yang belum tentu merata dan

teratur bentuknya) dengan luasan tertentu. Segera setelah terjadinya patahan

maupun kerusakan batuan pada peristiwa gempa bumi, maka energi yang selama

ini terakumulasi kemudian dipancarkan ke segala arah.

Reid (1910 ) menjelaskan mekanisme terjadinya gempa bumi melalui suatu teori

yang disebut Elastik Rebound Theory yang ditunjukan pada gambar 2.1. Dari

gambar (a) dapat dijelaskan kondisi tanah yang belum mengalami tegangan,

sedangkan gambar (b) menunjukan adanya gerakan kerak bumi yang mulai

menimbulkan tegangan yang menyebabkan akumulasi energi manakala gerakan

kerak bumi terus berlanjut. Gambar (c) menunjukan patahan yang terjadi jika

batuan kerak bumi sudah tidak mampu menahan tegangan yang terjadi, batuan

akan pecah dan terjadi patahan.

Sumber : Widodo (2001)

Gambar 2.1 Terjadinya gempa menurut Elastic Rebound Theory

Energi mekanik akibat batuan yang patah kemudian diubah menjadi energi

gelombang. Energi gelombang akibat gempa akan melewati masa batuan atau

tanah yang mempunyai kondisi geologis yang berbeda-beda antara tempat yang

satu dengan tempat yang lain sehingga rekaman percepatan tanah akibat gempa di

beberapa tempat akan berbeda-beda walaupun sumber gempanya sama.

Energi gelombang yang menyebar ke segala arah tersebut ditunjukan oleh

gelombang body (p-wave dan s-wave). Sesampainya di permukaan tanah terjadi

modifikasi menjadi gelombang permukaan (surface waves) karena bertemunya

gelombang body dengan batas (boundary). Gelombang permukaan inilah yang

paling merusak struktur, karena diperkirakan 2/3 energi gempa diteruskan oleh

gelombang permukaan ini.

Sumber : Widodo (2001)

Gambar 2.2 Gelombang gempa

Karakter utama getaran akibat gempa bumi dapat dilihat pada rekaman percepatan

tanah akibat gempa. Gelombang gempa yang merambat dari sumber gempa

sampai pada permukaan tanah akan melewati kondisi tanah/geologi tertentu.

Media tanah yang dilewati gelombang gempa akan berfungsi sebagai peredam

getaran gelombang. Sesuai hukum fisika bahwa intensitas redaman akan

berbanding terbalik dengan panjang gelombang, sehingga getaran yang

mempunyai frekuensi tinggi akan mempunyai panjang gelombang pendek dan

media tanah akan sangat efektif meredam getaran yang mempunyai frekuensi

tinggi. Apabila gelombang gempa merambat pada jarak yang jauh, maka

intensitas gelombang menjadi melemah sehingga frekuensi tingginya telah diserap

secara efektif oleh media tanah. Oleh karena itu getaran gelombang gempa yang

direkam pada jarak yang jauh dari episenter rekaman getarannya mempunyai

frekuensi rendah. Beberapa rekaman percepatan tanah akibat gempa di berbagai

tempat dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Rekaman percepatan tanah akibat gempa di beberapa tempat

Sumber : Chopra (1995)

Gempa bumi yang tejadi walaupun hanya terjadi beberapa detik namun

mengakibatkan kerusakan yang hebat terhadap infrastruktur serta terjadinya

korban jiwa dan harta benda. Gerakan tanah akibat gempa bumi umunya hanya

beberapa detik dan bersifat sangat random, karena sifat getarannya yang random

dan tidak seperti beban statik pada umumnya maka efek beban gempa terhadap

respon struktur tidak dapat diketahui dengan mudah. Gempa bumi umumnya

direkam dipermukaan tanah bebas (free field record) sedangkan pondasi bangunan

terpendam di dalam tanah. Hasil penelitian para ahli menyimpulkan bahwa massa

bangunan akan berpengaruh terhadap percepatan tanah di bawah bangunan yang

bersangkutan. Penyederhanaan yang dipakai adalah bahwa rekaman dari free field

dianggap sebagai rekaman dibawah pondasi bangunan (foundation input motion).

Wilayah indonesia dibagi dalam beberapa daerah gempa, mulai daerah gempa

1,2,3,4,5,6 yang masing-masing menunjukan besar kecilnya efek gempa terhadap

struktur bangunan atas dasar kondisi geologi dan riwayat gempa yang terjadi pada

tiap-tiap gempa tersebut. Pembagian daerah gempa di Indonesia dapat dilihat pada

peta gempa berikut :

Gambar 2.4 Gambar peta wilayah gempa Indonesia 2.1.2 Respon Struktur

sumber : SNI 03-1726-2002

Pondasi merupakan titik penghubung antara tanah dan bangunan, maka gerak

gelombang gempa menggoyang pondasi secara bolak-balik mengakibatkan masa

bangunan menahan gerakan ini dengan membangun gaya inersia pada seluruh

struktur. Gaya inersia tersebut mengakibatkan momen lentur, sehingga pada

struktur akan timbul gaya-gaya dalam (momen, gaya geser, dan gaya aksial)

sebagai respon terhadap gaya gempa. Bila momen lentur akibat momen inersia

tersebut lebih besar dari momen lentur nominal, maka struktur akan hancur.

Sebaliknya jika momen lentur akibat momen inersia tersebut lebih kecil dari

momen lentur nominal, maka struktur akan aman.

Gambar 2.5 Respons struktur terhadap gempa

2.1.3 Gaya Gempa Beban statik ekuivalen merupakan representasi beban gempa yang telah

disederhanakan dan dimodifikasi dari beban gempa yang merupakan gaya inersia

yang bekerja pada suatu massa struktur bangunan. Sesuai dengan prinsip

kesetimbangan maka besarnya gaya geser dasar V membentuk keseimbangan

dengan gaya horisontal yang bekerja pada tiap-tiap massa bangunan tersebut.

Untuk mensimulasikan arah pengaruh gempa rencana yang sembarang terhadap

struktur gedung, pengaruh pembebanan gempa dalam arah sumbu utama harus

dianggap efektif 100% dan harus dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh

pembebanan gempa dalam arah tegak lurus pada arah utama tadi dengan

Sumber : Chopra (1995)

dilanjutkan

efektifitas 30%. Akibat pengaruh gempa rencana, struktur gedung secara

keseluruhan harus masih berdiri walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang

keruntuhan. Gempa rencana ditetapkan mempunyai perioda ulang 500 tahun agar

probabilitas terjadinya terbatas pada 10 % selama umur gedung 50 tahun.

2.1.4 Prinsip-Prinsip Dinamik Penentu Gempa a. Faktor Keutamaan Gedung

Untuk berbagai kategori gedung, bergantung pada probabilitas terjadinya

keruntuhan struktur gedung selama umur gedung dan umur gedung tersebut yang

diharapkan, pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu

faktor keutamaan I menurut persamaan :

I = I1 I2 (2.1)

di mana :

I1 adalah faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan

dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung,

sedangkan I2 adalah faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa

berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut. Faktor-faktor keutamaan I1,

I2 dan I ditetapkan menurut tabel 2.1.

Tabel 2.1 Faktor Keutamaan Gedung

Kategori gedung Faktor Keutamaan

I1 I2 I

Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran

1,0 1,0 1,0

Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6

Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan

1,4 1,0 1,4

lanjutan

dilanjutkan

Kategori gedung Faktor Keutamaan

I1 I2 I darurat, fasilitas radio dan televisi.

Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, bahan beracun.

1,6 1,0 1,6

Cerobong, tangki di atas menara 1,5 1,0 1,5

Sumber : SNI 1726 (2002)

b. Faktor Reduksi Gempa

Faktor reduksi gempa diambil dari tabel SNI 03-1726-2002, nilai faktor reduksi

gempa bervariasi sesuai dengan jenis sistem struktur yang dipakai dapat dilihat

seperti tabel di bawah ini :

Tabel 2.2 Faktor daktilitas ( m ) dan faktor reduksi (R)

Sistem dan subsistem struktur bangunan

gedung

Uraian sistem pemikul beban gempa

µm Rm f

1. Sistem dinding penumpu (Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau system bresing memikul hamper semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing).

1. dinding geser beton bertulang 2.7 4.5 2.8 2. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan dan bresing tarik

1.8 2.8 2.2

3. Rangka bresing dimana bresingnya memikul beban gravitasi

a. Baja 2.8 4.4 2.2 b. Beton bertulang (tidak untuk wilayah 5 dan 6)

1.8 2.8 2.2

2. Sistem rangka gedung (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki

1. Rangka bresding eksentrisitas baja (RBE)

4.3 7.0 2.8

2. Dinding geser beton bertulang 3.3 5.5 2.8

lanjutan

dilanjutkan

rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing)

3. Rangka bresing biasa a. Baja b. Beton bertulang (tidak untuk wilayah 5 dan 6)

3.6 3.6

5.6 5.6

2.2 2.2

4. Rangka bresing konsentrik khusus a. Baja

4.1

6.4

2.2

5. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail

4.0 6.5 2.8

6. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail penuh

3.6 6.0 2.8

7. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail parsial

3.3 5.5 2.8

3. Sistem rangka pemikul momen (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul momen tetrutama melalui mekanisme lentur)

1. rangka pemikul momen khusus (SRPMK) a. Baja b. Beton bertulang

5.2 5.2

8.5 8.5

2.8 2.8

2. Rangka pemikul momen menengah beton (SRPMM) (tidak untuk wilayah 5 dan 6)

3.3

5.5

2.8

3. rangka pemikul momen biasa (SRPMB) a. Baja b. Beton bertulang

2.7 2.1

4.5 3.5

2.8 2.8

4. Rangka batang baja pemikul momen khusus (SRBPMK)

4.0 6.5 2.8

4. Sistem ganda (Terdiri dari : 1) rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi: 2) pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan

1. Dinding geser a. Beton bertulang dengan SRBPMK beton bertulang b. Beton bertulang dengan SRPMB baja c. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang

5.2 2.6 4.0

8.5 4.2 6.5

2.8 2.8 2.8

2. RBE baja a. Dengan SRPMK baja b. Dengan SRPMB baja

5.2 2.6

8.5 4.2

2.8 2.8

lanjutan secara terpisah mampu memikul sekurang-kurangnya 25 % dari seluruh beban lateral: 3)kedua system harus direncanakan untuk memikul secara bersama-sama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi/sistem ganda)

3. Rangka bresing biasa a. Baja dengan SRPMK baja b. Baja dengan SRPMB baja c. Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang (tidak untuk wilayah 5 dan 6) d. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang (tidak untuk wilayah 5 dan 6)

4.0 2.6 4.0 2.6

6.5 4.2 6.5 4.2

2.8 2.8 2.8 2.8

4. Rangka bresing konsentrik khusus a. Baja dengan SRPMK baja b. Baja dengan SRPMB baja

4.6 2.6

7.5 4.2

2.8 2.8

5. Sistem struktur bangunan gedung kolom kantilever: (Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul beban lateral)

Sistem struktur kolom kantilever 1.4 2.2 2

6. Sistem interaksi dinding geser dengan rangka

Beton bertulang menengah (tidak untuk wilayah 3,4,5,dan 6)

3.4 5.5 2.8

7. Subsistem tunggal (Subsistem struktur bidang yang membentuk bangunan gedung secara keseluruhan)

1. Rangka terbuka baja 5.2 8.5 2.8

2. Rangka terbuka beton bertulang 5.2 8.5 2.8

3. Rangka terbuka beton bertulang dengan balok beton pratekan (bergantung pada indeks baja total)

3.3 5.5 2.8

4. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail penuh

4.0 6.5 2.8

5. Dinding geser beton bertulang kantilever daktail parsial

3.3 5.5 2.8

Sumber : SNI 1726 (2002)

c. Faktor Respon Dinamik Untuk masing-masing wilayah gempa ditetapkan spektrum respons gempa

rencana dimana C adalah faktor respon gempa yang dinyatakan dalam percepatan

gravitasi dan T adalah waktu getar alami struktur gedung yang dinyatakan dalam

detik. Spektrum gempa rencana tiap-tiap wialayah dapat dilihat pada gambar

berikut :

Gambar 2.6 Faktor respon gempa

d. Waktu Getar Alami Fundamental (T1)

Perhitungan waktu getar alami diatur dalam SNI 1726 dengan ketentuan sebagai

berikut:

1. Nilai waktu getar alami fundamental struktur gedung untuk penentuan

faktor respons gempa ditentukan dengan rumus-rumus empirik. Waktu

getar alami struktur gedung dapat dihitung dengan rumus-rumus

0.20

0.130.100.080.050.04

0 0.5 1.0 2.0 3.00.60.2

lunak) (TanahT

0.20C =

sedang) (TanahT

0.08C =

keras) (TanahT

0.05C =

0.38

0.30

0.20

0.15

0.12

0 0.5 1.0 2.0 3.00.60.2

lunak) (TanahT

0.50C =

sedang) (TanahT

0.23C =

keras) (TanahT

0.15C =

0.50

0.75

0.55

0.45

0.30

0.23

0.18

0 0.5 1.0 2.0 3.00.60.2

lunak) (TanahT

0.75C =

sedang) (TanahT

0.33C =

keras) (TanahT

0.23C =

0.60

0.34

0.28

0.24

0 0.5 1.0 2.0 3.00.60.2

lunak) (TanahT

0.85C =

sedang) (TanahT

0.42C =

keras) (TanahT

0.30C =

0.85

0.70

0.90

0.83

0.70

0.360.32

0.28

0 0.5 1.0 2.0 3.00.60.2

(Tanah lunak)T

0.90C =

(Tanah sedang)T

0.50C =

(Tanah keras)T

0.35C =

0.950.90

0.83

0.380.360.33

0 0.5 1.0 2.0 3.00.60.2

(Tanah lunak)T

0.95C =

(Tanah sedang)T

0.54C =

(Tanah keras)T

0.42C =

T

Wilayah Gempa 1

C

T

Wilayah Gempa 2

C

T

Wilayah Gempa 3

C

T

Wilayah Gempa 5

C

T

Wilayah Gempa 4

C

T

Wilayah Gempa 6

C

Sumber : SNI 1726

pendekatan menurut UBC 1997 Volume 2 (section 1630.2.2) sebagai

berikut :

Ct = 0.0731 (struktur beton bertulang)

(2.2)

T = Ct x (Hn)3/4

(2.3)

Keterangan :

Ct = Koefisien numerik

Hn = Tinggi gedung

2. Nilai waktu getar alami harus lebih kecil dari x.n untuk mencegah

penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel.

2.1.5 Gaya Geser Dasar (V)

Struktur gedung yang memiliki faktor keutamaan I menurut tabel 2.1 dan

strukturnya untuk suatu arah sumbu utama denah struktur dan sekaligus arah

pembebanan gempa rencana memiliki faktor reduksi gempa R dan waktu getar

alami fundamental T1, maka beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang

terjadi di tingkat dasar dapat dihitung menurut persamaan :

t1 WR

ICV = (SNI 03-1726 -2002 pasal 6.1.2) (2.4)

di mana C1 adalah nilai faktor respons gempa yang didapat dari spektrum respons

gempa rencana menurut gambar 2.6. Untuk waktu getar alami fundamental T1,

sedangkan Wt adalah berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai.

2.1.6 Distribusi Beban Horizontal Pada Tiap lantai

Beban geser dasar nominal V harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung

menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang menangkap pada

pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan :

V

zW

zWF

i

n

ii

iii

å=

=

1

(SNI 03-1726-2002 pasal 6.1.3) (2.5)

dimana Wi adalah berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai, zi

adalah ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral dan

sedangkan n adalah nomor lantai tingkat paling atas.

2.1.7 Eksentrisitas Pusat Massa Terhadap Pusat Rotasi Lantai Tingkat

Eksentrisitas pusat massa terhadap pusat rotasi lantai tingkat Pusat rotasi

lantai tingkat suatu struktur gedung adalah suatu titik pada lantai tingkat itu yang

bila suatu beban horisontal bekerja padanya, lantai tingkat tersebut tidak berotasi,

tetapi hanya bertranslasi, sedangkan lantai-lantai tingkat lainnya yang tidak

mengalami beban horisontal semuanya berotasi dan bertranslasi.

Antara pusat massa dan pusat rotasi lantai tingkat harus ditinjau suatu eksentrisitas

rencana ed. Apabila ukuran horisontal terbesar denah struktur gedung pada lantai

tingkat itu, diukur tegak lurus pada arah pembebanan gempa, dinyatakan dengan

b, maka eksentrisitas rencana ed harus ditentukan sebagai berikut :

- untuk 0 < e < 0,3 b :

ed = 1,5 e + 0,05 b (SNI 03-1726-2002 pasal 6.1.3)

(2.6)

di mana e adalah eksentrisitas teoritis antara pusat massa dan pusat rotasi lantai

tingkat struktur gedung.

2.2 Konsep Kinerja Struktur Tahan Gempa

Saat ini, sebagian besar bangunan tahan gempa direncanakan dengan prosedur

yang ditulis dalam peraturan perencanaan bangunan (building codes). Peraturan

dibuat untuk menjamin keselamatan penghuni terhadap gempa besar yang

mungkin terjadi, dan untuk menghindari atau mengurangi kerusakan atau kerugian

harta benda terhadap gempa sedang yang sering terjadi. Perencanaan tahan gempa

berbasis kinerja (performance-based seismic design) merupakan proses yang

dapat digunakan untuk perencanaan bangunan baru maupun perkuatan (upgrade)

bangunan yang sudah ada, dengan pemahaman yang realistik terhadap resiko

keselamatan (life), kesiapan pakai (occupancy) dan kerugian harta benda

(economic loss) yang mungkin terjadi akibat gempa yang akan datang. Proses

perencanaan tahan gempa berbasis kinerja dimulai dengan membuat model

rencana bangunan kemudian melakukan simulasi kinerjanya terhadap berbagai

kejadian gempa. Setiap simulasi memberikan informasi tingkat kerusakan (level of

damage), ketahanan struktur, sehingga dapat memperkirakan berapa besar

keselamatan (life), kesiapan pakai (occupancy) dan kerugian harta benda

(economic loss) yang akan terjadi.

Mengacu pada NEHRP & FEMA 273 (1997) yang menjadi acuan klasik bagi

perencanaan berbasis kinerja, maka kategori level kinerja struktur adalah :

1. Operasional = Tidak ada kerusakan berarti pada struktur dan non-struktrur

(bangunan tetap berfungsi).

2. Segera dapat dipakai (IO = Immediate Occupancy), yaitu tidak ada kerusakan

yang berarti pada struktur, dimana kekuatan dan kekakuannya kira-kira

hampir sama dengan kondisi sebelum gempa.

3. Keselamatan penghuni terjamin (LS = Life-Safety), yaitu terjadi kerusakan

komponen struktur, kekakuan berkurang, tetapi masih mempunyai ambang

yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-struktur masih ada tetapi

tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan perbaikan.

4. Terhindar dari keruntuhan total (CP = Collapse Prevention) yaitu kerusakan

yang berarti pada komponen struktur dan non-struktur. Kekuatan struktur dan

kekakuannya berkurang banyak, hampir runtuh. Kecelakaan akibat kejatuhan

material bangunan yang rusak sangat mungkin terjadi.

Sumber : FEMA 273 (1997)

Gambar 2.7 Ilustrasi rekayasa gempa berbasis kinerja Hal penting dari perencanaan berbasis kinerja adalah sasaran kinerja bangunan

terhadap gempa dinyatakan secara jelas. Sasaran kinerja terdiri dari kejadian

gempa rencana yang ditentukan (earthquake hazard), dan taraf kerusakan yang

diijinkan atau level kinerja (performance level) dari bangunan terhadap kejadian

gempa tersebut.

ATC-40 memberi batasan rasio drift atap untuk berbagai macam tingkat kinerja

struktur adalah sebagai berikut adalah sebagai berikut :

Tabel 2.3 Batasan rasio drift atap menurut ATC-40

Parameter Performance Level

IO Damage Control LS Structural Stability

Maksimum Total

Drift 0.01 0.01 s.d 0.02 0.02 0.33(Vi/Pi)

Maksimum Inelastik

Drift 0.005 0.005 s.d 0.015 no limit no limit

dimana Vi adalah gaya geser pada lantai ke-i, dan Pi adalah jumlah total beban

grafitasi yang bekerja pada lantai ke-I (total beban mati dan beban hidup).

2.3 Nonlinear static pushover analysis (NSP)

Adalah suatu analisis statik nonlinier di mana 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, kemudian

dengan peningkatan beban lebih lanjut mengalami perubahan bentuk pasca elastik

yang besar sampai mencapai kondisi plastik. NSP dianggap lebih unggul daripada

analisis linier, seperti analisis klasik dengan beban lateral statik ekuivalen dan

analisis superposisi modal, karena NSP secara jelas mempertimbangkan faktor

inelastik setelah batas leleh (yield) komponen struktur pada waktu menahan

intensitas gempa sedang dan besar. NSP juga lebih menarik daripada analisa

dinamik nonlinier yang merupakan analisa paling kompleks di antara semua

analisa gempa yang ada, karena NSP menghasilkan perkiraan nilai tunggal

besaran akibat goncangan gempa (seperti deformasi lateral, interstory drift, gaya

dalam dan momen, dan rotasi sendi plastis) untuk desain atau evaluasi.

Dari analisis ini didapat kurva kapasitas yang menunjukkan hubungan gaya geser

dasar terhadap peralihan, yang memperlihatkan perubahan perilaku struktur dari

linier menjadi nonlinier, berupa penurunan kekakuan yang diindikasikan dengan

penurunan kemiringan kurva akibat terbentuknya sendi plastis pada kolom dan

balok.

2.3.1 Sendi Plastis

Sendi plastis merupakan bentuk ketidakmampuan struktur khususnya balok

menahan gaya dalam. Pemodelan sendi digunakan untuk mendefinisikan perilaku

nonlinear force-displacement atau momen-rotasi yang dapat ditempatkan pada

beberapa tempat berbeda di sepanjang bentang balok atau kolom. Pemodelan

sendi adalah rigid dan tidak memiliki efek pada perilaku linier pada member.

Dalam studi ini, elemen kolom menggunakan tipe sendi default-PMM, dengan

pertimbangan bahwa elemen kolom terdapat hubungan gaya aksial dengan momen

(diagram interaksi P-M). Sedangkan untuk elemen balok menggunakan default-V2

dan default-M3, dengan dengan pertimbangan bahwa balok efektif menahan gaya

geser pada sumbu 2 dan momen dalam arah sumbu kuat (sumbu-3), sehingga

diharapkan sendi plastis terjadi pada balok. Sendi diasumsikan terletak pada

masing-masing ujung pada elemen balok dan elemen kolom.

Sumber : FEMA 273 (1997)

Gambar 2.8 Properti sendi default-PMM dan default-M3

2.3.2 Mekanisme Keruntuhan Gedung

Untuk menghindari keruntuhan total maka harus direncanakan suatu mekanisme

keruntuhan struktur bangunan yang aman, yaitu jika terjadi gempa tidak

mengakibatkan keruntuhan total (collapse) pada bangunan. Ada dua tipe

mekanisme keruntuhan yang biasa terjadi pada analisis statik sebagai batas

analisis, yaitu beam sidesway mechanism dan column sidesway mechanism. beam

sidesway mechanism yaitu pembentukan sendi plastis pada ujung-ujung balok.

Mekanisme ini hanya dapat dicapai bila kekuatan kolom lebih besar dari kekuatan

balok. sedangkan column sidesway mechanism yaitu pembentukan sendi plastis

pada ujung atas dan bawah dari elemen struktur vertikal. Dalam perencanaannya

mekanisme keruntuhan yang diharapkan adalah beam sway mechanism,

Gambar 2.9 Mekanisme keruntuhan gedung

2.4 Metode Capacity Spectrum (CSM)

Metode capacity spectrum adalah metode yang digunakan program ETABS dan

dari output-nya dapat diperoleh parameter titik kinerja struktur. Konsep desain

kinerja struktur metode capacity spectrum pada dasarnya merupakan prosedur

yang dilakukan untuk mendapatkan peralihan aktual struktur gedung. Peralihan

aktual yang didapatkan dari hasil ini menunjukkan besar simpangan atap struktur.

Perbandingan antara simpangan atap struktur terhadap tinggi total struktur

Sumber : ATC-40

menunjukkan kinerja struktur. Tahapan desain kinerja struktur dengan metode

capacity spectrum sesuai ATC-40. Konversi kurva kapasitas hasil analisis beban

dorong menjadi capacity spectrum menggunakan persamaan sebagai berikut:

Modal participation factor mode 1,

( )

( ) úúúú

û

ù

êêêê

ë

é

=

å

å

=

=N

iii

N

iii

gw

gwPF

1

21

11

1

/

/

f

f

Modal mass coefficient mode 1,

( )

( ) úû

ùêë

éúû

ùêë

é

úû

ùêë

é

=

åå

å

==

=N

iii

N

ii

N

iii

gwgw

gw

1

21

1

2

11

1

//

/

f

fa

Spektrum acceleration,

1

/a

WVSa =

Spektrum displacement,

1,1 atap

atapd PF

SfD

=

2. Menentukan Performance Point : Plot demand spectrum dengan nilai damping

5% sesuai kondisi tanah dan wilayah gempa, lalu menggabungkan demand

spectrum dengan capacity spectrum untuk menentukan performance point. Pada

tahap ini dilakukan iterasi sesuai prosedur B ATC-40.

3. Ubah performance point jadi simpangan atap global.

keterangan :

PF1 : faktor partisipasi ragam ( ragam ke-1)

α1 : koefisien massa ragam (ragam ke-1)

Φi1 : perpindahan pada lantai ke-i ragam ke-1

W : berat struktur

∆atap : perpindahan atap

Sa : spektrum percepatan

(2.7)

(2.8)

(2.9)

(2.10)

Sd : spektrum perpindahan

Gambar 2.10 Konversi respons spektrum ke format ADRS

Gambar 2.11 Kurva kapasitas & titik performance point

Dalam cara Capacity Spectrum Method (CSM) kurva kapasitas dengan modifikasi

tertentu diubah menjadi spektrum kapasitas (capacity spectrum). Kapasitas

spektrum kemudian dibandingkan dengan respon spektrum yang telah diubah

dalam format acceleration-displacement response spectrum, ADRS (SaSd).

Format ADRS ini adalah gabungan antara acceleration dan displacement response

spectra dimana absis merupakan acceleration (Sa) dan ordinat merupakan

displacement (Sd) sedangkan Periode T adalah garis miring dari pusat sumbu.

Respon spektrum dalam bentuk ADRS ini kemudian dimodifikasi dengan

memasukkan pengaruh effective damping yang terjadi akibat terbentuknya sendi

plastis. Spektrum ini dinamakan demand spectrum. Perpotongan antara capacity

Sumber : Pranata (2006)

Sumber : Pranata (2006)

spectrum dengan demand spectrum dinamakan performance point. Dari

performance point ini dapat diketahui pada langkah Pushover keberapa

Performance Point dicapai, kemudian dapat diperoleh deformasi dan letak sendi

plastis dan Drift Ratio.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Gambaran Umum

Gedung Balai Kota Surakarta merupakan gedung beton bertulang 6 lantai yang

terletak di Surakarta yang mempunyai wilayah gempa 3 berdasarkan peta gempa

Indonesia yang tertuang pada SNI 03-1726-2002. Fungsi gedung adalah untuk

perkantoran.

Gambar 3.1 Gedung Balai Kota Surakarta sebagai objek penelitian

3.2 Pemodelan Gedung Pada ETABS

Pemodelan struktur merupakan pembuatan data matematis yang mewakili struktur

riil yang digunakan sebagai input data komputer, sehingga model yang dibuat

harus merepresentatikan kondisi dan perilaku strukturnya. Kemampuan

memahami perilaku struktur riil yang sebenarnya menentukan kemampuan

mengevaluasi keluaran komputer apakah sudah benar atau salah, sehingga

diperlukan kepahaman dan kehatian-hatian untuk menganalisis struktur

menggunakan program komputer. Berdasarkan data-data gedung maka dapat di

modelkan dalam program ETABS seperti pada gambar 3.2 berikut :

Gambar 3.2 Model gedung Balai Kota Surakarta pada ETABS

3.3. Metodologi Penelitian

3.3.1 Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan analisis static nonlinier pushover dengan bantuan

program ETABS menggunakan metode spektrum kapasitas.

3.3.2 Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian ini dapat digambarkan secara keseluruhan dalam bentuk

diagram alir seperti terlihat dalam gambar 3.3 berikut :

Gambar 3.3 Diagram alir penelitian

Mulai

Data dan Informasi Struktur

Membuat model struktur portal 3D pada Program ETABS

Perhitungan Pembebanan :

1. Beban Gravitasi 2. Beban Gempa

Analisis Struktur dengan pushover

Hasil Analisis Struktur

drift/displacement, momen, gaya geser, dan gaya aksial pada struktur portal

Menterjemahkan hasil performance point untuk mengetahui perilaku struktur

Selesa

64

EVALUASI PERILAKU SEISMIK GEDUNG BALAI KOTA … · Evaluasi Perilaku Seismik Gedung Balai Kota...

Documents

Transcript of EVALUASI PERILAKU SEISMIK GEDUNG BALAI KOTA … · Evaluasi Perilaku Seismik Gedung Balai Kota...