analisis kinerja gedung bertingkat berdasarkan eksentrisitas lay out

ANALISIS KINERJA GEDUNG BERTINGKAT BERDASARKAN
EKSENTRISITAS LAY OUT DINDING GESER TERHADAP
PUSAT MASSA
DENGAN METODE PUSHOVER
Yuliar Azmi Adhitama 1), Edy Purwanto 2), Agus Supriyadi 3)
1) Mahasiswa
Program S1 Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret
Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret
Jalan Ir. Sutami No.36A Surakarta 57126.Telp: 0271647069. Email : [email protected]
2) 3) Pengajar
Abstract
Indonesia is located between the Eurasian plate, Indo-Australian plate, Pasific plate and Philippines plate. Based on that cause tectonic
earthquake activity in Indonesia to be high. Shearwall is a structural element that can be used as a solution for withstand large base shear forces of
multi-storied building due to the force of the earthquake. The purposes of this research are to compare base shear force and performance level of
storied building based on shearwall lay out eccentricity by Pushover Analysis and to know the effect of eccentricity to base shear forces and
performance points of structure. The method used is a nonlinier static pushover analysis using SAP2000 program. The conclusion of this research
indicate that the performance level of the structure of the model 1 , model 2 and model 3 by shearwall lay out eccentricity are immediate occupancy.
More close the center of the shearwall stiffness to center of the structural stiffness then more larger base shear forces that can be retained by the
structure and smaller roof displacement that occurs at joint the highest and outermost of the structure.
Keywords : pushover, performance point, plastic hinge, shearwall
Abstrak
Indonesia terletak diantara lempeng Eurasia, Indo-Australia, Pasifik dan Filipina. Dari kondisi geologi ini yang menyebabkan
aktifitas gempa tektonik di Indonesia menjadi tinggi. Dinding geser merupakan salah satu elemen struktur yang dapat
dijadikan solusi untuk menahan gaya geser gedung bertingkat yang relatif besar akibat gaya gempa. Penelitian ini bertujuan
untuk membandingkan gaya geser dasar dan tingkat kinerja struktur gedung bertingkat dengan analisis lay out dinding geser
berdasarkan eksentrisitas pusat massanya dan mengetahui pengaruh eksentrisitas terhadap gaya geser dasar dan tingkat
kinerja struktur. Metode yang digunakan adalah analisis statis pushover nonlinier dengan menggunakan program SAP2000.
Kesimpulan dari penelitian ini menunjukan bahwa level kinerja struktur pada model 1, model 2 dan model 3 dengan
eksentrisitas lay out dinding geser yang berbeda adalah Immediate Occupancy. Semakin dekat pusat kekakuan dinding geser
dengan pusat kekakuan struktur maka akan semakin besar gaya geser dasar yang dapat ditahan oleh struktur dan semakin
kecil roof displacement yang terjadi pada joint teratas dan terluar struktur.
Kata Kunci : pushover, performance point, sendi plastis, shearwall
PENDAHULUAN
Indonesia adalah negara dengan aktifitas gempa tektonik yang tinggi. Kondisi geologi Indonesia terletak diantara
4 lempeng tektonik yaitu lempeng Eurasia, Indo-Australia, Pasifik dan Filipina. Dari kondisi geologi ini yang
menyebabkan aktifitas gempa tektonik di Indonesia menjadi tinggi. Dinding geser merupakan salah satu elemen
struktur yang dapat dijadikan solusi untuk menahan gaya geser gedung bertingkat yang relatif besar akibat gaya
gempa yang terjadi. Tersedianya software analisa struktur seperti ETABS maupun program SAP 2000 sangat
berguna untuk memudahkan analisa perancangan bangunan dan dapat mengetahui performa bangunan ketika
terkena gempa. Wiryanto Dewobroto (2006) menyatakan pushover analysis merupakan suatu prosedur analisa
untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa dengan memberikan suatu pola beban
lateral statik pada struktur, yang kemudian secara bertahap ditingkatkan dengan faktor pengali sampai satu target
perpindahan lateral dari suatu titik acuannya tercapai. Biasanya titik tersebut adalah titik pada massa atap (roof).
Analisa pushover ini bisa di aplikasikan pada program atau software seperti ETABS dan SAP 2000.
Pembebanan Struktur
Beban yang biasa digunakan dalam struktur bangunan gedung meliputi beban gravitasi (beban mati dan beban
hidup) dan beban lateral (beban gempa dan beban angina). Pembebanan struktur tersebut mengacu pada
Peraturan Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung (PPPURG 1987)
Kombinasi Pembebanan
Faktor-faktor untuk beban yang bekerja nilainya telah ditetapkan dalam standar pembebanan struktur gedung
atau standar beton yang berlaku. Dari kombinasi-kombinasi pembebanan menurut SNI 1726 : 2012 Pasal 4.2.2,
maka kombinasi pembebanan yang dipakai dalam penelitian ini yaitu :
a. U = 1,4 D
e-Jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/1
b. U = 1,2 D + 1,6 L
c. U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E
Periode Fundamental (T)
Periode Fundamental (T) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
Ta = Ct x hnx
……………………………………………………………………………………..……… [ 1 ]
Geser Dasar Seismik (V)
Geser Dasar Seismik (V) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
V = Cs x W
……………………………………………………………………………………..……… [ 2 ]
dengan :
V = Geser dasar seismik,
Cs = Koefisien respons seismik,
W = Berat seismik efektif
Perpidahan Elastik, Simpangan Antar Lantai Tingkat dan Simpangan Antar Lantai Tingkat Ijin
Perpindahan elastik (δe) pada tiap lantai tingkat dapat ditentukan dari persamaan
δex =
……………………………………………………………………………………..……… [ 3 ]
dengan :
δx = perpindahan yang terjadi pada tiap lantai tingkat
Ie = faktor keutamaan gempa
Cd = faktor amplifikasi defleks
Simpangan antar lantai tingkat (∆) dapat ditentukan dari persamaan
……………………………………………………………………………………..……… [ 4 ]
Pushover Analisys
Pushover Analysis adalah suatu analisis yang dilakukan dengan membebani suatu struktur dengan beban yang
meningkat secara bertahap untuk mewakili gaya inersia yang akan diterima oleh struktur tersebut ketika terjadi
gempa bumi. Capacity Spectrum Method (CSM) merupakan salah satu cara untuk mengetahui kinerja suatu
struktur. Konsep dasar dari analisis statis pushover nonlinier adalah memberikan pola pembebanan statis tertentu
dalam arah lateral yang ditingkatkan secara bertahap (incremental). Penambahan beban statis ini dihentikan sampai
struktur tersebut mencapai simpangan target atau beban tertentu.
Kriteria Kerja Menurut ATC-40
Berdasarkan ATC-40 kinerja struktur bangunan dapat dikelompokkan menjadi kategori sebagai berikut:
a. Operasional (Operational)
Tidak terjadi kerusakan struktural maupun non structural.
b. Penempatan Segera (Immediate Occupancy)
Mampu menahan gempa, struktur tidak mengalami kerusakan struktural dimana kekuatan dan kekakuan
hamper sama dengan kondisi sebelum gempa.
c. Keselamatan Jiwa (Life Safety)
Struktur mampu menahan gempa, dengan sedikit kerusakan struktural, kekakuan berkurang tetapi masih
mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan.
d. Mencegah Keruntuhan (Collapse Prevention)
Struktur mengalami kerusakan struktural dan non-struktural yang sangat berat. Kekuatan struktur dan
kekakuannya berkurang banyak tetapi belum runtuh.
ATC-40 memberi batasan rasio simpangan atap untuk berbagai macam tingkat kinerja struktur adalah sebagai
berikut :
Tabel 1. Batasan Rasio Simpangan Atap Menurut ATC-40
Performance Level
Paramater
Immediate
Damage
Life
Structural
Occupancy
Control
Safety
Stability
Maksimum Total
Drift
Maksimum Total
Inelastik Drift
0,01
0,01 sampai dengan 0,02
0,02
0,33 vi/pi
0,005
0,005 sampai dengan 0,015
No limit
No limit
e-Jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/2
METODE
Metode penelitian ini menggunakan analisis nonlinier pushover. Analisis menggunakan program SAP2000
dilakukan pada struktur hipotesa di Yogyakarta. Struktur gedung beton bertulang dengan ketinggian 8 lantai 1
atap. Bangunan tersebut memiliki fungsi utama bangunan adalah sebagai apartemen.
Tabel 2. Deskripsi Gedung
Struktur Hipotesa
Sistem Struktur
Dual System & SRPMK
Fungsi gedung
Apartemen
Jumlah Lantai
8 (ditambah 1 lantai atap)
Luas lantai (tipikal)
2.310 m²
Tinggi lantai 1
4,5 m
Tinggi lantai 2-8 dan atap
4.0 m
Tinggi maksimum gedung
Luas total gedung termasuk
atap
Panjang balok utara-selatan
36,5 m
Panjang balok barat-timur
5m
± 20.860 m2
7m
Adapun tahap-tahap anaisisnya adalah sebagai berikut :
1. Studi literatur
2. Pengumpulan data
3. Pemodelan 3 Dimensi
Lay out dinding geser dengan model 1 (eksentrisitas berhimpit), model 2 (eksentrisitas satu sumbu) dan model
3 (eksentrisitas dua sumbu)
Gambar 1. Lay Out Model 1
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Gambar 2. Lay Out Model 2
Gambar 3. Lay Out Model 3
Pembebanan
Analsis respon spektrum
Hitungan beban gempa
Penentuan sendi plastis
Pembebanan nonlinier pushover
Analisis output pushover
Pembahasan hasil analisis pushover dari program SAP2000
e-Jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/3
HASIL DAN PEMBAHASAN
Performance Point
Penentuan performance point dilakukan dengan cara iterasi yang dilakukan sepenuhnya oleh program SAP2000
mengacu pada peraturan Applied Technology Council (ATC-40)
Gambar 4. Titik Kinerja Model 1
Gambar 5. Titik Kinerja Model 2
Gambar 6. Titik Kinerja Model 3
Hasil gaya geser dasar (Base Shear) dan simpangan atap (Roof Displacement) yang dapat dilihat pada di bawah ini
Tabel 3. Gaya Geser Dasar (Base Shear) dan Simpangan Atap (Roof Displacement) untuk Setiap Permodelan
Struktur
Tipe
Gaya Geser Dasar (kN)
Simpangan Atap (m)
Model 1
71642.694
0,146
Model 2
71330.413
0.149
Model 3
57099.772
0.163
Gaya geser rencana yang didapat dari respon spektra yaitu
V
= 23284,81 kN
0.8V = 18627,85 kN
Perbandingkan gaya geser dasar hasil hitungan program SAP2000 dengan gaya geser rencana pada setiap Model
yaitu sebagai berikut:
V Model 1
= 71642.694 > 0.8V = 18627,85 kN (OK)
V Model 2
= 71330.413 > 0.8V = 18627,85 kN (OK)
V Model 3
= 57099.772 > 0.8V = 18627,85 kN (OK)
e-Jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/4
Displacement maksimum menurut SNI 1726:2012 ditentukan sebesar 0,02.H = 0.02 x 36.5 = 0,73 m
Perbandingkan besarnya displacement pada setiap Model yaitu sebagai berikut:
D Model 1
= 0,146 < 0,02.H = 0,73 (OK)
D Model 2
= 0,149 < 0,02.H = 0,73 (OK)
D Model 3
= 0,163 < 0,02.H = 0,73 (OK)
Batasan roof drift ratio yang dihitung pada performance point digunakan untuk menentukan kinerja gedung menurut
ATC-40.
Model 1
Maksimum total drift
0,00400 m
Maksimum in-elastic drift
0,00397 m
Dengan cara yang sama diperoleh hasil hitungan Model 2 dan Model 3 yang dapat dilihat pada dibawah ini :
Tabel 4. Level Kinerja Setiap Model
Total Drift
In-elastic Drift
Tipe
Level
Model 1
0,00400
0,00397
Immediate Occupancy
Model 2
0,00408
0,00408
Immediate Occupancy
Model 3
0,00447
0,00447
Immediate Occupancy
Distribusi Sendi Plastis
Hasil distribusi sendi plastis setiap model dapat dilihat pada di bawah ini
Gambar 7. Mekanisme Keruntuhan Model 1 Pada Step 1, 4 dan 7 Arah YZ
e-Jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/5
Gambar 8. Mekanisme Keruntuhan Model 2 Pada Step 1, 4 dan 7 Arah YZ
Gambar 9. Mekanisme Keruntuhan Model 3 Pada Step 1, 4 dan 7 Arah YZ
Didapatkan dari hasil gambaran sendi plastis bahwa model 1 dan 2 mengalami keruntuhan dibalok
terlebih dahulu, hal ini memenuhi prinsip strong column weak beam sedangkan model 3 mengalami
keruntuhan di kolom terlebih dahulu sehingga model 3 (eksentrisitas 2 sumbu) tidak aman menerima
gaya gempa yang terjadi.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
Tabel 5. Perbandingan Nilai Performance Point Model 1, Model 2 dan Model 3
Denah Base Shear (V) Displacement (D)
Model 1
71642,694 kN
0,146 m
Model 2
71330,413 kN
0,149 m
Model 3
57099,772 kN
0,163 m
Tabel 6. Kinerja Model 1, Model 2 dan Model 3
Total Drift
In-elastic Drift
Denah
Level Kinerja
Model 1
0,00400
0,00397
Immediate Occupancy
Model 2
0,00408
0,00408
Immediate Occupancy
Model 3
0,00447
0,00447
Immediate Occupancy
Variasi eksentrisitas berpengaruh pada gaya geser dasar dan simpangan atap. Semakin kecil eksentrisitas
struktur maka akan semakin besar gaya geser dasar yang dapat ditahan dan semakin kecil simpangan
atap struktur.
e-Jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/6
UCAPAN TERIMAKASIH
Terima kasih kepada Edy Purwanto, ST. MT. dan Ir. Agus Supriyadi MT. yang telah membimbing dan memberi
arahan dalam penelitian ini.
REFERENSI
Aristyawan, Eko. 2010. Pengaruh Pemasangan Shearwall Terhadap Simpang Horisontal Portal Baja Gedung Bertingkat
Tinggi. Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
ATC-40. 1996. Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Volume I. California. Seismic Safety Commission
State of California.
Bahtera, Esa. 2010. Analisis Perbandingan Simpangan Horisontal Gedung Bertingkat Tinggi pada Shearwall Diagonal dengan
Shearwall Searah Sumbu X – Sumbu Y. Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret, Surakarta.
Departemen Pekerjaan Umum, 1987. Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung. Jakarta : Yayasan
Badan Penerbit Pekerjaan Umum.
FEMA-356. 2000. Prestandard and Commentary For The Seismic Rehabilitation Of Buildings. Virginia. American Society
of Civil Engineers.
Mc Cormac, J.C. 1995. Desain Beton Bertulang Jilid 2. Jakarta ; Erlangga.
Peta Hazard Gempa Indonesia. 2010. Jakarta : Departemen Pekerjaan Umum.
Purnomo, Edy. 2014. Analisis Kinerja Struktur pada Gedung Bertingkat dengan Analisis Dinamik Respon Spektrum
Menggunakan Software ETABS Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret,
Surakarta.
Rachman, Nissa Zahra. 2014. Analisis Kinerja Struktur pada Gedung Bertingkat dengan Analisis Pushover Program
ETABS Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Rasyid, Fitria. 2011. Pengaruh Penempatan Core Wall dengan Eksentrisitas tertentu Terhadap Titik Berat Bangunan pada
Bangunan Tinggi di Bawah Pengaruh Beban Gempa Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret, Surakarta.
Solikin, Mochammad. 2007. Pengaruh Eksentrisitas Pusat Massa Portal Bertulang Terhadap Stabilitas Struktur yang
Mengalami Beban Gempa. Surakarta : Dinamika Teknik Sipil Vol.7.
Satyarno, I., Nawangalam, P. & Pratomo, R.I. 2012. Belajar SAP2000. Yogyakarta : Zamil Publishing.
Satyarno, I., Nawangalam, P. & Pratomo, R.I. 2012. Belajar SAP2000 Analisis Gempa. Yogyakarta : Zamil
Publishing.
Standar Nasional Indonesia. 2012. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung. RSNI
1726-2012. Jakarta : Badan Standar Nasional Indonesia.
Sunaryati, Jati dkk. 2009. Pengaruh Eksentrisitas Pusat Massa Bangunan Beton Bertulang Terhadap Stabilitas Struktur yang
Mengalami Beban Gempa. Padang : Jurnal Rekayasa Sipil
Widodo. 2000. Respon Dinamik Struktur Elastik. Yogyakarta : UII Press
e-Jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/7