Konsep Struktur Beton Tahan Gempa

KonsepKonsep StrukturStrukturBetonBeton TahanTahan

GempaGempa

Oleh:Iswandi Imran

KK-RS, FTSL-ITB

PerencanaanPerencanaan StrukturStruktur BetonBeton TahanTahanGempaGempa

1 - Pendahuluan dan Prinsip Dasar

2 - Sistem Rangka Penahan Momen

3 - Sistem Dinding Struktural

1 1 -- PendahuluanPendahuluan dandan PrinsipPrinsip DasarDasar

• Kinerja Struktur Beton thd Gempa

• Filosofi Desain Struktur Tahan Gempa

• Peraturan Pembebanan Gempa

• Peraturan Struktur Beton Tahan Gempa (SNI

03-2847-02 Pasal 23)

• Beberapa issue yang terkait dengan aspek

perencanaan

PendahuluanPendahuluan dandan PrinsipPrinsip DasarDasar





03-2847-02 Pasal 23)


perencanaan

The Failure of Structurally Unsound The Failure of Structurally Unsound Architectural ElementsArchitectural Elements

Discontinuityof VerticalElements

Insufficient supportingelements

Inadequately Designed Cantilever Transfer Inadequately Designed Cantilever Transfer BeamsBeams

Joint Eccentricity Between Main Beams and Joint Eccentricity Between Main Beams and ColumnColumn

Joint Failure of Corner Column Joint Failure of Corner Column

Initiated by:•Insufficient spacingof ties

•Insufficient rebar anchorage

•Use of plain bars•Poor quality ofmaterial

Inadequate Joint ReinforcementInadequate Joint Reinforcement

No stirrup inBC joint

Inadequate Detailing of Column Reinforcement

InadequateSeismic Hook& Confinement

Use of Plain Rebar

6db

x ≤ 350x x x

Poor material quality

Failure of Short ColumnsFailure of Short Columns

Initiated by the failure of shortconnecting columns

Due to the presence of large opening (> ½ L)

Failure of Soft StoreyFailure of Soft Storey

InplaneInplane Flexibility of Diaphragm at Ceiling Flexibility of Diaphragm at Ceiling LevelLevel

Damage Induced by the Integration of Stair Damage Induced by the Integration of Stair Structure with the Main BuildingStructure with the Main Building

Lacking of Lateral Stability of Lacking of Lateral Stability of UnreinforcedUnreinforcedClay Brick Masonry WallClay Brick Masonry Wall

The failure ofsupporting elements

No anchorage to thesupporting elements

Penyebab Utama

• Non-compliance terhadap persyaratandesain (material, detailing dan sistemstruktur)

• Ketidak-konsistenan antara desain danpelaksanaan






03-2847-02)


perencanaan

FilosofiFilosofi PeraturanPeraturan PerencanaanPerencanaan BangunanBangunanTahanTahan GempaGempa

Tujuan: Mencegah keruntuhan bangunan akibatgempa kuat (ekstrim) yang mungkinterjadi di lokasi bangunan.

Untuk bertahan terhadap gempa kuattanpa mengalami keruntuhan:

DesainDesain strukturstruktur agar agar menghasilkanmenghasilkan perilakuperilakuyang yang daktildaktil

H

HDaktilitas = Deformasi Inelastik

HH

Δleleh Δultimit

Faktor Daktilitas μ =Δultimit

Δleleh

HH

Kekuatan

Kebutuhan Daktilitas

MAX

Helastic

3/4 *Helastic

1/2 *Helastic

1/4 *Helastic

H Daktilitas = Leleh

Keruntuhan =Fracture Tulangan

atauCrushing Beton

Mode keruntuhan yang daktil pada Struktur Betonadalah kelelehan tulangan

Mode keruntuhan nonductile: Crushing Betonatau Keruntuhan Geser atau Bond dan lain-lain

MetodaMetoda untukuntuk DapatDapat MengembangkanMengembangkanPerilakuPerilaku DaktilDaktil

• Pilih elemen struktur (sbg sekring(“fuses”)) yang dapat mengalami lelehpada saat gempa; contoh balok padasistem rangka penahan momen, dll.

• Beri “fuses” tersebut detailing yang memadai agar dapat menahandeformasi inelastic yang besarsebelum runtuh (yaitu, bersifat daktil).

• Desain elemen2 struktur lainnya agar lebih kuat daripada “fuses”, sedemikian rupa sehingga “fuses”mampu mengembangkan kapasitasplastiknya

(a) (b)

Contoh:

(a) Perilaku yang Daktil

(b) Perilaku yang Kurang Daktil

ElemenElemen KunciKunci untukuntuk PerencanaanPerencanaanStrukturStruktur BetonBeton TahanTahan GempaGempa

Kuat Lateral PerluSNI 03-1726-02 atau UBC 1997 atau ASCE-07:

Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untukStruktur Bangunan GedungMinimum Design Loads for Buildings and Other Structures

Detailing untuk DaktilitasSNI 03-2847-02 Pasal 23 atau ACI 318-05 Ch 21:

Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untukBangunan Gedung






03-2847-02)


perencanaan

Respon Struktur terhadap Gempa

Ve = C1 I WtVn = Ve/R

Ve

Vm

VyVn

R

f

f1

δn δy δmT1

C1

Respon spektra elastik nilai Rmenentukan tingkat kerusakan gedungpasca gempa.

Nilai penting dalam penentuan bebangempa disain Vn adalah C1 dan R;

16o

14o

12o

10o

8o

6o

4o

2o

0o

2o

4o

6o

8o

10o

16o

14o

12o

10o

8o

6o

4o

2o

0o

2o

4o

6o

8o

10o

94o 96o 98o 100o 102o 104o 106o 108o 110o 112o 114o 116o 118o 120o 122o 124o 126o 128o 130o 132o 134o 136o 138o 140o

94o 96o 98o 100o 102o 104o 106o 108o 110o 112o 114o 116o 118o 120o 122o 124o 126o 128o 130o 132o 134o 136o 138o 140o

Banda Aceh

Padang

Bengkulu

Jambi

Palangkaraya

Samarinda

BanjarmasinPalembang

Bandarlampung

Jakarta

Sukabumi

BandungGarut Semarang

Tasikmalaya Solo

Blitar MalangBanyuwangi

Denpasar Mataram

Kupang

SurabayaJogjakarta

Cilacap

Makasar

Kendari

Palu

Tual

Sorong

Ambon

Manokwari

Merauke

Biak

Jayapura

Ternate

Manado

Gambar 2.1. Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun

Pekanbaru

: 0,03 g: 0,10 g: 0,15 g: 0,20 g: 0,25 g: 0,30 g

WilayahWilayahWilayahWilayahWilayahWilayah

1

1

1

2

2

3

3

4

4

56

5

1

1

1

1

1

1

2

2

2

22

2

3

3

3

33

3

4

4

4

44

4

5

5

5

55

5

6

6

6

4

2

5

3

6

0 80

Kilometer

200 400

Peta Gempa Indonesia

Spektrum Respons Gempa RencanaAm = 2,5 A0

Tc = 0,5 det, tanahkeras

0,6 det, tanahsedang

1,0 tanah lunakT ≤ Tc C = Am

T > Tc C = Ar / Tdi mana Ar = Am Tc

A0

Am

Tc

Ar / T

T

0.380.360.340.300.200.08TL

0.360.320.280.230.150.05TS

0.330.280.240.180.120.04TK

0.300.250.200.150.100.03B dsr

W6W5W4W3W2W1A0

B Dsr = batuan dasar, TK = t keras, TS = t sedang, TL = t lunak

Secara konseptual, merupakanadaptasi dari UBC-97

Nilai Ar

Ar

0.950.900.850.750.500.20Soft Soil

0.540.500.420.330.230.080Stiff Soil

0.420.350.300.230.150.05Dense Soil

0.300.250.200.150.100.03Base Rock

Zone 6Zone 5Zone 4Zone 3Zone 2Zone 1Soil Type

SOIL PROFILE TYPES – SNI Gempa 2002

Soil requiring site-specific evaluation(Tanah Khusus)

SF

< 50< 15< 180(< 175)

Soft Soil Profile (Tanah Lunak)

SE

50 – 10015 – 50180 – 360(175 – 350)

Stiff Soil Profile(Tanah Sedang)

SD

> 100> 50360 – 760(≥ 350)

Very Dense Soil & Soft Rock

(Tanah Keras)

SC

760 – 1,500RockSB

--> 1,500Hard RockSA

Undrainedshear

strength (kpa)

N SPT (cohesionlessoil layers)

Shear wave velocity

(m/s)

AVERAGE SOIL PROPERTIES FOR TOP 30 M OF SOIL PROFILES

SOIL PROFILE NAME (generic description)

SOIL PROFILES TYPE

Diasumsikan tidak ada diIndonesia

Parameter Response Struktur

( ) ( )DS D1

sS SCR I T R I

= ≤

Design EQ Loads – Base Shear per ASCE 7-05:

sV C W=

RESPONE SPEKTRA DESAIN (ASCE 7RESPONE SPEKTRA DESAIN (ASCE 7--05)05)

(g)

To Determine the Seismic Design Category (ASCE 7-05):

Determine Occupancy Category

Determine SS and S1 SS = spectral response acceleration for maximum considered earthquake at short periods S1 = spectral response acceleration for maximum considered earthquake at 1-sec period

Ss and S1 are read from maps (or from USGS website)

Determine Site ClassSite Class depends on soils conditions - classified according to shear wave

velocity, standard penetration tests, or undrained shear strength

Determine SMS and SM1 Spectral response accelerations for maximum considered earthquake

adjusted for the Site Class;SMS = Fa Ss SM1 = Fv S1

Fa and Fv depend on Site Class and on Ss and S1

Determine SDS and SD1 Design spectral response accelerations

SDS = 2/3 x SMS SD1 = 2/3 x SM1

1.0Buildings not in Occupancy Categories I, III, or IV(most buildings)

II

1.0Buildings that represent a low hazard to human life in the event of failure(agricultural facilities, temporary facilities, minor storage facilities)

I

1.25

Structures that pose a substantial hazard to human life in the event of failure(buildings with 300 people in one area, day care facilities with capacity more than 150, schools with a capacity more than 250, etc)

III

1.5

Essential facilities (Hospitals, fire and police stations, emergency shelters, etc) Structures containing extremely hazardous materials

IV

Importance Factor IDescriptionOccupancy Category

Occupancy Categories (ASCE 7-05)

Seismic Design Category (SDC)

Classification assigned to a structure based on its Occupancy Category and the severity of the anticipated ground motions at the site

SDCs: A

B

C

D

E

F

Increasing seismic risk

and

Increasingly stringent seismic design and detailing requirements

Map for SS

Map for S1

Table 11.6-1Seismic Design Category Based on Short Period Response

Accelerations

To Determine the Seismic Design Category (ASCE 7-05):

Evaluate Seismic Design Category According to Tables 11.6-1 and 11.6-2;

The Seismic Design Category is the most severe value based on both Tables.

Occupancy CategoryValue ofSDS IVIIII or II

DaDaDa0.50g ≤ SDS

DCC0.33g ≤ SDS < 0.50g

CBB0.167g ≤ SDS < 0.33g

AAASDS< 0.167g

a For sites with S1 ≥ 0.75g: Seismic Design Category = E for OC I, II, or III

Seismic Design Category = F for OC IV

Table 11.6-2Seismic Design Category Based on 1-Second Period Response

Accelerations

Occupancy CategoryValue ofSD1 IVIIII or II

DaDaDa0.20g ≤ SD1

DCC0.133g ≤ SD1 < 0.20g

CBB0.067g ≤ SD1 < 0.133g

AAASD1< 0.067g

a For sites with S1 ≥ 0.75g: Seismic Design Category = E for OC I, II, or III

Seismic Design Category = F for OC IV

Long-Period Tansition Period, TL

NilaiNilai R, R, ΩΩoo dandan CCdd

ApproksimasiApproksimasi PeriodaPerioda StrukturStruktur TTaa (ASCE 7(ASCE 7--05)05)

Untuk Sistem Rangka Pemikul Momen :

Untuk Sistem Dinding Geser :

N = Jumlah Lantai

Untuk Gedung dengan Jumlah lantai kurangdari 12 Lantai, alternatif perhitungan perioda:

Fundamental Period :

BatasanBatasan PeriodaPerioda StrukturStruktur (ASCE 7(ASCE 7--05)05)Fundamental Periods, T < Cu Ta

Kombinasi Beban LRFD (ASCE-7):

1.4D1.2D + 1.6L + 0.5(Lr or S or R)1.2D + 1.6(Lr or S or R) + (0.5L or 0.8W)1.2D + 1.6W + 0.5L + 0.5(Lr or S or R)0.9D + 1.6W1.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S0.9D + 1.0E

Load Combinations Including E

Kombinasi Beban Layan (ASCE-7):

1.0D1.0D + 1.0L1.0D + 1.0(Lr or S or R)1.0D + 0.75L + 0.75(Lr or S or R)0.6D + W1.0D + (1.0W or 0.7E)1.0D + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L0.6D + 0.7E

Load Combinations Including E

Definisi E untuk Penggunaan dalam Kombinasi Beban:

Untuk Kombinasi Beban: 1.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S

E = ρ QE + 0.2 SDS D

Untuk Kombinasi Beban: 0.9D + 1.0E

E = ρ QE - 0.2 SDS D

E = ρ QE ± 0.2 SDS D

effect of horizontal forces effect of vertical forces

E = the effect of horizontal and vertical earthquake-induced forces

QE = effect of horizontal earthquake-induced forces

SDS = design spectral acceleration at short periods

D = dead load effect

ρ = reliability factor(depends on extent of redundancy in the seismic lateral resisting system; ρ varies from 1.0 to 1.3)

Substitute E into basic load combinations:

For Load Combination: 1.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S

substitute: E = ρ QE + 0.2 SDS D

For Load Combination: 0.9D + 1.0E

substitute: E = ρ QE - 0.2 SDS D

(1.2 + 0.2 SDS) D + 1.0 ρ QE + 0.5L +0.2S

(0.9 - 0.2 SDS) D + 1.0 ρ QE

Faktor Kuat Lebih f atau Ωo

Bilamana dibutuhkan perbesaran bebangempa maka komponen beban gempahorizontal E harus dikalikan dengan faktorkuat lebih Ωo sesuai tabel.

Faktor Kuat Lebih f atau Ωo

Late

ral S

eism

ic F

orce

Frame Lateral Deflection

Qe

Ωo Qe

Beban gempa yang diperbesar, ΩoQe, dimaksudkanuntuk memberi estimasi kuat lateral plastik strukturportal.

ContohContoh PenerapanPenerapan: : PerhitunganPerhitungan PengaruhPengaruhGempaGempa padapada StrukturStruktur BawahBawah

• Pembebanan dari struktur atas– Struktur bawah tidak boleh gagal lebih dulu dari

struktur atas;– Struktur bawah harus dapat memikul beban

gempa maksimum Vm yang mugkin terjadi padastruktur atas

- Vm = f2 Vy

- f2 = faktor kuat lebih struktur- Vm = f Vn

Kombinasi Beban bila Memperhitungkan Kuat Lebih

Untuk Kombinasi: 1.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S

E = Ωo QE + 0.2 SDS D

Untuk Kombinasi: 0.9D + 1.0E

Beban Gempa yang Diperbesar:

E = Ωo QE - 0.2 SDS DBeban Gempa yang Diperbesar:

Basic load combinations incorporatingOverstrength Factor:

For Load Combination: 1.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S

substitute: E = Ωo QE + 0.2 SDS D

For Load Combination: 0.9D + 1.0E

substitute: E = Ωo QE - 0.2 SDS D

(1.2 + 0.2 SDS) D + Ωo QE + 0.5L +0.2S

(0.9 - 0.2 SDS) D + Ωo QE

PerhitunganPerhitungan Story Drift Story Drift dandanDeformasiDeformasi StrukturStruktur (ASCE 7(ASCE 7--05)05)

Defleksi pada Level x :






03-2847-02)


perencanaan

PersyaratanPersyaratan BangunanBangunan TahanTahan GempaGempa

• Sistem struktur yang digunakan padasuatu daerah harus sesuai dengan tingkatkerawanannya terhadap gempa

• Aspek kontinuitas dan integritas strukturbangunan perlu diperhatikan

• Material yang digunakan harus memenuhipersyaratan

• Kualitas pengerjaan harus sesuai kaidahyang berlaku

KorelasiKorelasi Terminology Terminology KegempaanKegempaan dalamdalamBeberapaBeberapa AturanAturan yang yang AdaAda

Level of seismic risk or assigned seismic performance or design categories as defined in the code section

Code, standard, or resource document

and edition Low (21.2.1.2)/23.2.1.2

Moderate/intermediate (21.2.1.3)/23.2.1.3

High (21.2.1.4)/23.2.1.4

IBC 2000, 2003; NFPA 5000, 2003; ASCE 7-98, 7-02; NEHRP 1997, 2000

SDC* A, B SDC C SDC D, E, F

BOCA National Building Code 1993, 1996, 1999; Standard Building Code 1994, 1997, 1999; ASCE 7-93, 7-95, NEHRP 1991, 1994

SPC+ A, B SPC C SPC D, E

Uniform Building Code 1991, 1994, 1997

Seismic Zone 0, 1 Seismic Zone 2 Seismic Zone 3,4

SNI 1726 Seismic Zone 1,2 Seismic Zone 3,4 Seismic Zone 5,6

SDC = Seismic Design Category

SPC = Seismic Performance Category

KETENTUAN UNTUK PERENCANAANSTRUKTUR BETON TAHAN GEMPA

Sistem pemikul beban gempa: rangkaian elemen str padabangunan yang menahan beban gempa, termasuk diafragma, strut dan lain-lainAturan detailing struktur pemikul beban gempa dibedakanberdasarkan tingkat kerawanan terhadap gempa.Sistem struktur dasar penahan gempa dibedakan atas:

Sistem rangka pemikul momen (SRPMB,SRPMM, dan SRPMK).Sistem dinding struktural (SDSB & SDSK).Kombinasi (Sistem tunggal versus sistem ganda)

Aturan detailing dapat mengacu pada SNI 03-2847-02 Pasal 23 (Referensi yang dipakai ACI 318-99)

KETENTUANKETENTUAN PASALPASAL 23.223.2Resiko Gempa Jenis Struktur

Yang Dapat Digunakan Faktor Modifikasi Respons

(R) Rendah Sistem Rangka Pemikul Momen

- SRPMB (Bab 3 – Bab 20) - SRPMM (Pasal 23.10) - SRPMK (Pasal 23.3 – 23.5) Sistem Dinding Struktural - SDSB (Bab 3 – Bab 20) - SDSK (Pasal 23.6)

3 ∼ 3,5 5 ∼ 5,5 8 ∼ 8,5

4 ∼ 4,5 5,5 ∼ 6,5

Menengah Sistem Rangka Pemikul Momen - SRPMM - SRPMK

Sistem Dinding Struktural - SDSB - SDSK

5 ∼ 5,5 8 ∼ 8,5

4 ∼ 4,5 5,5 ∼ 6,5

Tinggi Sistem Rangka Pemikul Momen - SRPMK

Sistem Dinding Struktural - SDSK

8 ∼ 8,5

5,5 ∼ 6,5

PASAL-PASAL PADA BAB 23 YANG HARUS DIPENUHI UNTUK RANCANGAN TAHAN GEMPA

Level Resiko Gempa

Komponen yang menahan pengaruh gempa, kecuali jika dinyatakan lain Rendah

(23.2.1.2) Sedang

(23.2.1.3) Tinggi

(23.2.1.4) Elemen Rangka Portal - 23.10 23.2; 23.3; 23.4; 23.5 Dinding Struktural dan Balok Coupling (Perangkai)

- - 23.2; 23.6

Diafragma & Rangka Batang Struktural

- - 23.2; 23.7

Fondasi - - 23.2; 23.8 Komponen yang tidak didesain untuk menahan gaya yang ditimbulkan oleh gerakan gempa

- - 23.9

Beton tanpa Tulangan 24.4 24.4 24.4; 24.10.1

Catatan:Harus memenuhi juga persyaratan-persyaratan Bab 3 – Bab 20

Provisi untuk Struktur Beton TahanGempa dalam SNI

1. Definisi

2. Ketentuan Umum

3. Komponen Lentur SRPMK

4. Komponen SRPMK yang Menerima Kombinasi Lentur & Aksial

5. Hub Balok Kolom SRPMK

6. Dinding Struktural dan Balok Perangkai Khusus

7. Diafragma dan Rangka Batang Struktural

8. Fondasi

9. Komponen Struktur yang tidak Direncanakan untuk MemikulBeban Gempa

10. Ketentuan untuk SRPMM

MaterialMaterial

• Untuk struktur pemikul beban gempa, kuattekan beton minimum = 20 MPa (K-250);

• Baja tulangan yang digunakan haruslahtulangan ulir. Baja polos hanyadiperkenankan untuk tulangan spiral atautendon;

• Batasan tulangan di atas tidak berlakuuntuk jaring kawat baja polos.

Spesifikasi Baja Tulangan untukElemen Pemikul Beban GempaUntuk elemen pemikul beban gempa, bajatulangan yang disarankan adalah yang memenuhi ASTM A 706 (Paduan Rendah). Baja yang sesuai ASTM A 615 (Baja Karbon) hanyadapat digunakan bilamana:a. Mutunya dibatasi sebesar 400 MPa.b. Beberapa persyaratan lainnya juga dipenuhi:

25,1

)35,130,1(

≥−

−≤−

y

ult

yspec

yaktual

ff

ff

PanjangPanjang SendiSendi PlastisPlastis

lp = 0.5h

Spesifikasi Baja Tulangan Spesifikasi Baja Tulangan (ASTM A 706M, 1993)(ASTM A 706M, 1993)

AKuat tarik tidak boleh kurang dari 1.25 kali kuat leleh aktualNilai kuat lebih maksimum batang individu = 1,35

1045 dan 551225, 30, dan 351410, 15, dan 20

Ukuran diameter tulangan:Perpanjangan min dalam 200 mm, %:

540Kuat leleh maksimum, MPa400Kuat leleh minimum, MPa

550AKuat tarik minimum, MPa

PersyaratanPersyaratan BajaBaja TulanganTulangan(ASTM A 615M, 1993)(ASTM A 615M, 1993)

67...35, 45, 55

...7...30

...8...25

...91215, 20

...91110

Ukuran diameter tulangan:

Perpanjangan min dalam 200 mm, %:

500400300Kuat leleh minimum, MPa

700600500Kuat tarik minimum, MPa

Mutu 500Mutu 400Mutu 300



• Peraturan Struktur Beton Tahan Gempa

• Filosofi dan Pendekatan Desain

• Overview SNI 03-2847-02


perencanaan

MomenMomen InersiaInersia EfektifEfektif

• Kekakuan elemen beton dan masonry harus diperhitungan dengan meninjaupengaruh adanya retak

• SNI 1726 dapat digunakan untuk tujuan ini

BebanBeban HidupHidup sebagaisebagai MassaMassa padapadaPerhitunganPerhitungan Base Shear Base Shear

• SNI 1726 mensyaratkan beban hidupdiperhitungkan sesuai dengan bagianbeban hidup yang bersifat tetap

• ASCE mensyaratkan beban hidupdiperhitungkan sebesar 25% hanya untukstorage + 100% beban alat yang permanen

• Dalam penentuan kombinasi beban, bebanhidup tetap diperhitungkan 100 %

PersyaratanPersyaratan DiafragmaDiafragma KakuKaku

DENAH PEMBALOKAN LEVEL TIPIKAL DAN LEVEL ATAP

PenulanganPenulangan Bored PileBored Pile

• Tidak harus memenuhi persyaratanminimum tulangan kolom (IBC menetapkan tulangan longitudinal minimum 0,25 – 0,5%)

• Penulangan longitudinal harusmemperhatikan momen yang terjadi akibatgeser horizontal di kepala tiang

• Penulangan spiral harus memperhatikankondisi tahanan lateral tanah. Umumnya, bored pile harus diberi kekangan spiral, seperti kolom, di sepanjang 5xD darikepala tiang.

Konsep Struktur Beton Tahan Gempa

Documents

Transcript of Konsep Struktur Beton Tahan Gempa