Evaluasi Kinerja Gedung Beton Bertulang Dengan Pushover

1
Evaluasi Kinerja Gedung Beton Bertulang
Dengan Pushover Analysis Akibat Beban
Gempa Padang
Vicky Rizcky, Endah Wahyuni ST., MSc., PhD dan Data Iranata ST., MT., PhD
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected] ; [email protected] ; [email protected]
Abstrak— Analisis Pushover merupakan sebuah sarana
untuk memberikan solusi berdasarkan Performance Based
Seismic Design yang pada intinya adalah mencari kapasitas
struktur. Analisis Pushover dilakukan dengan memberikan
beban statis dalam arah lateral yang ditingkatkan secara
bertahap (increment) hingga mencapai target perubahan
bentuk (displacement) tertentu.
Studi ini membahas tentang assessment kerentanan
gedung beton bertulang yaitu analisa tentang hubungan base
shear dengan displacement dan kerusakan kerusakan apa saja
yang terjadi. Tahap pertama pengevaluasian adalah melakukan
evaluasi atau kontrol kapasitas penampang setelah itu
melakukan analisis beban seismik atau analisis Statik Nonlinier
(Pushover), dengan program bantu SAP2000. Dari hasil
analisis pushover dapat dilihat level kerusakan yang terjadi
sehingga dapat dilakukan assessment kerusakan gedung.
Penelitian berpedoman pada SNI-1726-2002 dan FEMA 273
Berdasarkan hasil perhitungan numerik yang dilakukan
melalui analisis pushover, maka dapat disimpulkan bahwa
kekuatan gempa yang terjadi berada dalam range antara 100%
sampai dengan 120% dari kekuatan gempa rencana, hal ini
dapat dibuktikan melalui data-data yang didapatkan dari hasil
dokumentasi keadaan bangunan pasca gempa dilapangan yang
menunjukan bahwa kondisi bangunan pasca gempa berada
dalam kategori IO (Immediate Occupancy Level). Artinya, tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekuatan
dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi
sebelum gempa. Komponen non-struktur masih berada
ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi jika
utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak
terganggu dengan masalah perbaikan.
Kata Kunci : Analisis Statik Nonlinier Pushover,
Bangunan Tahan Gempa, Kinerja Struktur.
I. PENDAHULUAN
D
alam peraturan standar perencanaan ketahanan gempa
untuk struktur bangunan gedung (SNI 03-1726-2002),
disebutkan bahwa Indonesia adalah salah satu negara yang
sebagian besar wilayahnya berada pada zona 4, 5 dan 6 yang
merupakan wilayah dengan resiko gempa tinggi[2]. Oleh
karena itu, diperlukan suatu proses perencanaan struktur
yang mampu menahan gaya gempa rencana. Proses
perencanaan struktur tersebut tidak lepas dari peraturan –
peraturan yang mendukung yang berlaku di Indonesia,
seperti SNI 03-2847-2002, untuk bangunan konstruksi yang
direncanakan menggunakan beton bertulang[3].
Berkaca pada efek gempa bumi yang terjadi di
Indonesia yang mengakibatkan kerusakan sarana dan
prasarana penting, bahkan menimbulkan banyak korban jiwa
serta kerugian materi yang tidak sedikit. Maka dalam
perencanaan suatu bangunan konstruksi sebaiknya tidak
hanya mementingkan aspek keindahan arsitektur, tetapi
harus memperhatikan juga aspek keselamatan para penghuni
didalamnya. Salah satu aturan perencanaan untuk
mendirikan bangunan adalah bangunan tersebut harus
mampu menahan beban gempa yang ada, tidak terjadi
kerusakan berat pada struktur jika terkena beban gempa,
karena pada dasarnya prinsip bangunan tahan gempa adalah
boleh terjadi kerusakan pada bangunan tersebut, tetapi tidak
pada elemen struktur, atau paling tidak kerusakan atau
keruntuhan bangunan tersebut diperlambat agar para
penghuni
didalamnya
mempunyai
waktu
untuk
mengevakuasi diri dan dapat menjaga keamaan jiwa. Untuk
itu diperlukan assessment terhadap suatu bangunan
konstruksi yang telah ada, agar dapat dievaluasi
kerentanannya sehingga dapat diketahui apakah bangunan
tersebut masih layak digunakan dan mampu menahan gaya
gempa yang mungkin akan terjadi.
Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh
simpangan antar-tingkat akibat pengaruh gempa rencana,
yaitu untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan
peretakan beton yang berlebihan, disamping untuk mencegah
kerusakan non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni.
Suatu struktur dikatakan memenuhi persyaratan kinerja yang
baik apabila struktur tersebut memiliki kapasitas untuk
menahan gaya gempa sedemikian hingga perilakunya sesuai
dengan kriteria perencanaan yang telah ada. Untuk
menentukan kapasitas yang melewati batas elastis diperlukan
analisis non-linier. Analisis statik nonlinier pushover
merupakan prosedur analisis untuk mengetahui perilaku
keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa.
Tujuan
analisis
pushover
adalah
untuk
memperkirakan gaya maksimum dan deformasi yang terjadi
serta untuk memperoleh informasi bagian mana saja yang
kritis. Selanjutnya dapat diidentifikasi bagian-bagian yang
memerlukan perhatian khusus untuk pendetailan atau
stabilitasnya. Cukup banyak studi menunjukkan bahwa
analisis statik pushover dapat memberikan hasil mencukupi
(ketika dibandingkan dengan hasil analisa dinamik nonlinier)
untuk bangunan regular dan tidak tinggi [4].
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Konsep Penelitian
Penelitian ini menganalisis kerentanan gedung beton
bertulang yang menjadi objek studi. Dilakukan dengan
memodelkan bangunan beton bertulang ke dalam program
bantu SAP 2000.Struktur dianalisis kekuatan penampangnya
secara elastis, kemudian dianalisis beban seismiknya dengan
program bantu pushover analysis. Nilai displacement dan
2
base shear yang dihasilkan dari analisis tersebut akan
diidentifikasi kedalam kategori level kondisi bangunan yang
terdapat pada peraturan, peraturan yang digunakan untuk
mengidentifikasi berpedoman pada SNI-1726-2002 dan
FEMA 273.
FEMA 273 dapat menjadi acuan bagi perencanaan
berbasis kinerja maka kategori level kinerja struktur adalah :
• Segera dapat dipakai (IO=Immediate Occupancy)
• Keselamatan penghuni terjamin (LS=Life Safety)
• Terhindar dari keruntuhan total (CP=Collapse
Prevention) [5].
III. METODOLOGI
Proses penelitian ini ditampilkan dalam sebuah
diagram alir metodologi yang dapat dilihat pada diagram alir
dibawah ini :
- Tulangan Transversal
o Tegangan leleh (Fy) : 240 Mpa
o Tegangan putus (Fu): 370 Mpa
6. Data Elemen Struktur
- Balok dan Sloof
o Balok : 15 cm x 20 cm
o Sloof : 15 cm x 20 cm
- Kolom
o Kolom : 20 cm x 20 cm
7. Beban Gempa (E)
Dalam tugas akhir ini, lokasi bangunan terletak
di zona gempa 6, dengan kondisi tanah sedang.
Berikut merupakan gambar respon spectrum gempa
rencana :
MULAI
Pengumpulan Data dan Studi Literatur
Pemodelan Struktur 3D
No
Pembebanan dan Analisis Struktur Linear
Kontrol Disain
Yes
Analisis Struktur dengan Metode Pushover Analysis
Evaluasi Kinerja Struktur
Gambar 1. Respon Spektrum Gempa Rencana Wilayah
Gempa 6
B. Analisis Elastis
Berikut ini adalah rekapitulasi disain tulangan dari balok
sloof dan kolom untuk struktur bangunan bertingkat rendah.
Tabel 1. Kontrol disain tulangan balok
MU
Lokasi
ρpakai
(Nmm)
Balok
Tump.
4374203,8 0,00583
Lap.
948892,83 0,00583
ASrenc
(mm2)
146,13
146,13
ASpasang
(mm2)
Ket
157,08
157,08
Ok
Ok
Tabel 2. Kontrol disain tulangan sloof
MU
Lokasi
ρpakai
(Nmm)
Sloof
Tump.
4419258,0 0,00583
Lap.
920104,92 0,00583
ASrenc
(mm2)
146,13
146,13
ASpasang
(mm2)
Ket
157,08
157,08
Ok
Ok
ASpasang
(mm2)
Tulangan
Ket
314,15
314,15
4 Ø 10
4 Ø 10
Ok
Ok
Analisis Kerusakan Struktur Pasca Gempa
Kesimpulan
SELESAI
Tabel 3. Kontrol disain tulangan kolom
Dimensi
ASrenc
Lokasi
A. Studi Kasus
(mm2)
(mm2)
Dalam studi, objek merupakan bangunan bertingkat Kolom Tump.
284
200 x 200
rendah yang berfungsi sebagai fasilitas kesehatan dengan
Lap.
284
IV. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
data bangunan dibawah ini:
1. Lokasi
: Padang Pariaman
2. Fungsi
: Fasilitas kesehatan
3. Zona Gempa
: Zona 6, Tanah sedang
4. Tinggi Bangunan : 3,2 m
5. Mutu Bahan
- Mutu Beton (f’c)
: 15,1 Mpa
- Berat jenis beton
: 2400 kg/m3
- Elastisitas beton, Ec : 4700√f’c
: 18263,598 Mpa
- Tulangan Longitudinal
o Tegangan leleh (Fy) : 240 Mpa
o Tegangan putus (Fu): 370 Mpa
C. Analisis Beban Dorong Statik (Pushover Analysis)
Analisis statik nonlinier merupakan prosedur analisis
untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan
terhadap gempa, tujuan analisis pushover adalah untuk
memperkirakan gaya maksimum dan deformasi yang terjadi
serta untuk memperoleh informasi bagian mana saja yang
kritis. Prosedur analisis dengan memberikan beban statis
dalam arah lateral yang ditingkatkan secara bertahap
(increment) hingga mencapai target perubahan bentuk
(displacement) tertentu.
3
C. 1. Kurva Kapasitas
Kurva kapasitas menunjukkan hubungan antara gaya
gempa dan perpindahan yang terjadi hingga struktur runtuh.
Perpindahan yang ditinjau adalah perpindahan atap (roof
displacement) dan gaya geser dasar (base shear).
Tabel 4. Tabel hasil analisis pushover arah x open frame
Gambar 3. Kurva kapasitas pushover arah y open frame
C. 2. Target Peralihan (Performance Point)
Berdasarkan kurva respon spektrum rencana dari
peraturan gempa (SNI-1726-2002) untuk wilayah gempa 6
dengan kondisi tanah sedang diperoleh nilai Ca= 0,36 dan
Cv= 0,54.
Gambar 4. Performance point kurva kapasitas arah x open frame
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa performance point
tercapai pada peralihan 8,10 mm dan gaya geser sebesar
5,77 ton.
Gambar 2. Kurva kapasitas pushover arah x open frame
Tabel 5. Tabel hasil analisis pushover arah y open frame
Gambar 5. Performance point kurva kapasitas arah y open frame
Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa performance point
tercapai pada peralihan 9,10 mm dan gaya geser sebesar
5,77 ton.
4
Tabel 6. Tabel hasil analisis pushover arah x infilled frame
C. 3. Target Peralihan (Performance Point)
Berdasarkan kurva respon spektrum rencana dari
peraturan gempa (SNI-1726-2002) untuk wilayah gempa 6
dengan kondisi tanah sedang diperoleh nilai Ca= 0,36 dan
Cv= 0,54.
Gambar 8.Performance point kurva kapasitas arah x infilled frame
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa performance point
tercapai pada peralihan 7,85 mm dan gaya geser sebesar
5,77 ton.
Gambar 6. Kurva kapasitas pushover arah x infilled frame
Tabel 7. Tabel hasil analisis pushover arah y infilled frame
Gambar 9.Performance point kurva kapasitas arah y infilled frame
Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa performance point
tercapai pada peralihan 7,95 mm dan gaya geser sebesar
5,77 ton.
Gambar 7. Kurva kapasitas pushover arah y infilled frame
D. Assessment Tingkat Kinerja Struktur
- Assesment tingkat kinerja struktur pada arah x
Open Frame
Berdasarkan target perpindahan pada arah x sebesar
δt = 8,10 mm dan membandingkannya dengan data
pushover pada tabel 4 didapatkan hasil bahwa pada step
2 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan
dan kinerja struktur berada pada batas antara B-IO
(Operational Level menuju Immediate Occupancy
Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan
kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
5
berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi
jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi
dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh
karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x
struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena
gempa.
Peninjauan diteruskan jika kekuatan gempa rencana
tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang
terjadi adalah perpindahan pada arah x berubah
sebesar δt = 19,50 mm dan membandingkannya dengan
data pushover pada tabel 4 didapatkan hasil bahwa pada
step 4 nilai perpindahan telah melewati target
perpindahan dan kinerja struktur berada pada batas
antara B-IO (Operational Level menuju Immediate
Occupancy Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan
kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi
jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi
dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh
karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x
struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena
gempa.
- Assesment tingkat kinerja struktur pada arah y
Open Frame
Berdasarkan target perpindahan pada arah y sebesar
δt = 9,10 mm dan membandingkannya dengan data
pushover pada tabel 5 didapatkan hasil bahwa pada step
3 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan
dan kinerja struktur berada pada batas antara B-IO
(Operational Level menuju Immediate Occupancy
Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan
kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi
jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi
dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh
karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah y
struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena
gempa.
Peninjauan dimulai jika kekuatan gempa rencana
tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang
terjadi adalah perpindahan pada arah y berubah sebesar
δt = 39,50 mm dan membandingkannya dengan data
pushover pada tabel 5 didapatkan hasil bahwa pada step
7 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan
dan kinerja struktur berada pada batas antara IO-LS
(Immediate Occupancy Level menuju Life Safety Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Life Safety Level adalah telah 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. Oleh karena itu dengan nilai target
perpindahan pada arah y struktur sudah tidak aman untuk
digunakan setelah terkena gempa.
- Assesment tingkat kinerja struktur pada arah x
Infilled Frame
Berdasarkan target perpindahan pada arah x sebesar
δt = 7,85 mm dan membandingkannya dengan data
pushover pada tabel 6 didapatkan hasil bahwa pada step
3 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan
dan kinerja struktur berada pada kondisi IO (Immediate
Occupancy Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan
kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi
jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi
dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh
karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x
struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena
gempa.
Peninjauan diteruskan jika kekuatan gempa rencana
tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang
terjadi adalah perpindahan pada arah x berubah
sebesar δt = 16,85 mm dan membandingkannya dengan
data pushover pada tabel 6 didapatkan hasil bahwa pada
step 5 nilai perpindahan telah melewati target
perpindahan dan kinerja struktur berada pada kondisi IO
(Immediate Occupancy Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan
kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi
jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi
dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh
karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah x
struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena
gempa.
- Assesment tingkat kinerja struktur pada arah y
Infilled Frame
Berdasarkan target perpindahan pada arah y sebesar
δt = 7,95 mm dan membandingkannya dengan data
pushover pada tabel 7 didapatkan hasil bahwa pada step
6 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan
dan kinerja struktur berada pada kondisi IO (Immediate
Occupancy Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan
kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi
jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi
dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh
karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah y
struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena
gempa.
Peninjauan dimulai jika kekuatan gempa rencana
tersebut naik sebesar 20% dari gempa rencana, dan yang
6
terjadi adalah perpindahan pada arah y berubah sebesar
δt = 13,17 mm dan membandingkannya dengan data
pushover pada tabel 5 didapatkan hasil bahwa pada step
7 nilai perpindahan telah melewati target perpindahan
dan kinerja struktur berada pada kondisi IO (Immediate
Occupancy Level).
Mengacu pada FEMA 273 maka untuk kategori
level kinerja Immediate Occupancy Level adalah tidak
ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan
kondisi sebelum gempa. Komponen non-struktur masih
berada ditempatnya dan sebagaian besar masih berfungsi
jika utilitasnya tersedia. Bangunan dapat tetap berfungsi
dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan. Oleh
karena itu dengan nilai target perpindahan pada arah y
struktur masih aman untuk digunakan setelah terkena
gempa.
V. KESIMPULAN
Dari hasil perencanaan dan analisis pada bab-bab
sebelumnya, maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Secara analisis elastisitas didapatkan hasil bahwa
penampang struktur mampu menahan beban beban
yang diberikan, baik secara gravitasi maupun beban
kombinasi gempa.
2. Berdasarkan hasil perhitungan numerik yang
dilakukan melalui analisis pushover, maka dapat
disimpulkan bahwa kekuatan gempa yang terjadi
berada dalam range antara 100% sampai dengan
120% dari kekuatan gempa rencana, hal ini dapat
dibuktikan melalui data-data yang didapatkan dari
hasil dokumentasi keadaan bangunan pasca gempa
dilapangan yang menunjukan bahwa kondisi
bangunan pasca gempa berada dalam kategori IO
(Immediate Occupancy Level). Artinya, tidak ada
kerusakan yang berarti pada struktur, dimana
kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama
dengan kondisi sebelum gempa. Komponen nonstruktur masih berada ditempatnya dan sebagaian
besar masih berfungsi jika utilitasnya tersedia.
Bangunan dapat tetap berfungsi dan tidak terganggu
dengan masalah perbaikan.
3. Pada dasarnya kondisi yang dihasilkan dari proses
analisis open frame maupun infilled frame adalah
sama yaitu berada pada level kategori IO (Immediate
Occupancy Level). Namun nilai displacement yang
dihasilkan berbeda, untuk open frame arah sumbu x
memiliki nilai displacement 19,5 mm, untuk infilled
frame arah sumbu x memiliki nilai displacement
16,85 mm, untuk open frame arah sumbu y memiliki
nilai displacement 39,5 mm, untuk infilled frame
arah sumbu y memiliki nilai displacement 13,7 mm.
DAFTAR PUSTAKA
Rizcky, Vicky. (2014). Evaluasi Kinerja Gedung
Beton Bertulang Dengan Pushover Analysis Akibat
Beban Gempa Padang. Surabaya.
[2] Badan Standarisasi Nasional. (2002). Tata Cara
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan
Gedung (SNI 03-1726-2002). Standar Nasional
Indonesia.
[1]
[3]
Badan Standarisasi Nasional. (2002). Tata Cara
Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan
Gedung (SNI 03-2847-2002). Standar Nasional
Indonesia.
[4]
Dewobroto, W. (2006). Evaluasi Kinerja
Bangunan Baja Tahan Gempa dengan Analisa
Pushover. Civil Engineering National Conference
: Sustainability Construction & Structural
Engineering Based on Professionalism, Unika
Soegijapranata, Semarang, Indonesia.
[5]
FEMA-273. (1996). NEHRP Guidelines For The
Seismic Rehabilitation of Buildings, Report No.
FEMA-273, Federal Emergency Management Agency,
Washington, D.C.