evaluasi kinerja inelastik struktur rangka beton

EVALUASI KINERJA INELASTIK STRUKTUR RANGKA BETON
BERTULANG TERHADAP GEMPA DUA ARAH
TUGAS AKHIR
PESSY JUWITA
050404004
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2009
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Analisis statik non linier pushover merupakan analisis non-linier yang cukup
sederhana, namun diharapkan dapat meramalkan perilaku seismik struktur secara
akurat. Studi ini mempelajari tingkat keakuratan analisis pushover dalam meramalkan
perilaku seismik struktur rang beton bertulang simetris secara 3 dimensi bila terjadi
gempa dua arah, karena pada kenyataannya sebagian besar gempa yang terjadi
memiliki dua komponen arah yang saling tegak lurus dan tidak dapat diramalkan arah
terjadinya.
Makalah ini memberikan gambaran pemeriksaan kinerja struktur bangunan 6
dan 10 tingkat, yang dianalisa dengan analisis pushover dan analisis riwayat waktu
sebagai pembandingnya. Beban gempa yang dikapai dalam analisis riwayat waktu
adalah gempa El Centro 18 Mei 1940 komponen North-South dan komponen EastWest yang dimodifikasi sesuai dengan konsep ke-5 SNI 1726-2002. perbandingan
besar kedua gempa modifikasi yang saling tegak lurus tersebut adalah sama dengan
perbandingan besar peak ground acceleration dari kedua gempa asli tersebut,. Data
output yang digunakan dalam membandingkan kedua analisis diatas adalah kurva
kapasitas, posisi sendi plastis, simpangan antar tingkat dan evaluasi tingkat kinerja
struktur.
Hasilnya menunjukkan bahwa analisis pushover masih bisa diandalkan untuk
meramalkan perilaku inelistik struktur rangka beton bertulang yang simetris akibat
pembebanan gempa dua arah yang ditinjau secara tiga dimensi.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................... i
ABSTRAK .......................................................................................................... ii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... iii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... v
DAFTAR TABEL .............................................................................................. vi
DAFTAR NOTASI ........................................................................................... viii
1.
PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1. LATAR BELAKANG MASALAH ....................................................... 1
1.2. PERUMUSAN MASALAH ................................................................... 2
1.3. TUJUAN PENELITIAN ........................................................................ 2
1.4. MANFAAT PENELITIAN .................................................................... 2
1.5. RUANG LINGKUP PEMBAHASAN ................................................... 3
1.6. METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 6
2. DASAR TEORI ............................................................................................. 7
2.1.UMUM .................................................................................................... 7
2.2.STRENGTH BASED DESIGN ................................................................ 7
2.3.PERFORMANCE BASED DESIGN........................................................ 8
2.3.1. Asian Concrete Model Code ........................................................ 9
2.3.2. Analisis Pushoveer ..................................................................... 13
2.3.3. Performance Point ..................................................................... 14
3. PERSYRATAN GEMPA RENCANA MENURUT KONSEP KE-5 SNI
1726-2002 .................................................................................................... 19
3.1.UMUM ................................................................................................. 19
3.2.GEMPA RENCANA DAN KATEGORI GEDUNG .............................. 19
3.3.PEMBEBANAN GEMPA NOMINAL DAN DAKTILITAS
STRUKTUR GEDUNG ....................................................................... 20
Universitas Sumatera Utara
3.4.PERCEPATAN TANAH MAKSIMUM................................................. 21
3.5.SPEKTRUM RESPOS ELASTIK .......................................................... 22
3.6.BEBAN GEMPA DASAR NOMINAL .................................................. 26
3.7.KEKAKUAN STRUKTUR EFEKTIF .................................................. 27
3.8.PEMBATASAN WAKTU GETAR ALAMI FUNDAMENTAL ........... 27
3.9.ANALISIS BEBAN GEMPAT STTIK EKUIVALEN .......................... 28
4. KONSEP DESAIN STRUKTUR BETON BERDASARKAN
DENGAN SNI 03-2847-02 ........................................................................ 29
4.1. UMUM ................................................................................................ 29
4.2. PERENCANAAN STRUKTUR DENGAN TINGKAT DAKTILITAS
PENUH ............................................................................................... 29
4.2.1. Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Lentur ...................... 29
4.2.2. Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Geser ...................... 31
4.2.3. Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Lentur-Aksial ........ 33
4.2.4. Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Geser 36
4.3. PERSYARATAN PERENCANAAN SEISMIK .................................. 42
4.3.1. Komponen Struktur Rangka yang Menahan Beban Lentur
(Balok)........................................................................................ 42
4.3.2. Komponen Struktur Rangkat Yang Menahan Beban Lentur
Dan Aksial (Kolom) .................................................................... 43
5. INFORMASI PERENCANAAN DAN ANALISIS STRUKTUR ................ 45
5.1. UMUM ................................................................................................. 45
5.2. INFORMASI PERENCANAAN ........................................................... 45
5.3. ANALISIS BEBAN STATIK EKUIVALEN ....................................... 48
5.3.1. Bangunan 6 Tingkat ................................................................... 48
5.3.2. Bangunan 10 Tingkat ................................................................. 50
5.4. ANALISIS STRUKTUR DENGAN ETABS VERSI 7.2. ..................... 50
5.4.1. Hasil perencanaan Struktur Bangunan 6 Tingkat ........................ 55
5.4.2. Hasil perencanaan Struktur Bangunan 10 Tingkat ...................... 55
5.5. CONTOH PERHITUNGAN TULANGAN BALOK ............................. 56
5.5.1. Perhitungan Tulangan Lentur Balok ........................................... 56
Universitas Sumatera Utara
5.5.2. Perhitungan Momen Kapasitas Balok ........................................ 58
5.5.3. Perhitungan Tulangan Kapasitas Balok ...................................... 60
5.6. CONTOH PERHITUNGAN TULANGAN KOL64OM ........................ 64
5.6.1. Perhitungan Tulangan Lentur Kolom ......................................... 64
5.6.2. Perhitungan Tulangan Geser Kolom ........................................... 73
6. PEMERIKSAAN KINERJA STRUKTUR AKIBAT BEBAN GEMPA ...... 76
6.1. UMUM ................................................................................................. 76
6.2. ANALISIS STATIK NON-LINIER PUSHOVER ............................... 76
6.2.1. Idealisasi Struktur ...................................................................... 76
6.2.2. Inpur Program ............................................................................ 78
6.3. ANALISIS DINAMIK NON-LINIER RIWAYAT WAKTU
DENGAN PROGRAM SAP ................................................................. 81
6.3.1. Idealisasi Struktur ...................................................................... 81
6.3.2. Input Program ............................................................................ 81
6.3.3. Beban Gempa yang Digunakan .................................................. 84
6.4. FAKTOR PEAK GROUND ACCELERATION YANG DIGUNAKAN .
7. HASIL PEMERIKSAAN KINERJA STRUKTUR ...................................... 88
7.1.UMUM .................................................................................................. 88
7.2.KURVA KAPASITAS ........................................................................... 88
7.3.POLA KERUSAKAN STRUKTUR BANGUNAN ................................ 91
7.4.EVALUASI TINGKAT KINERJA STRUKTUR DARI
BANGUNAN YANG DITINJAU ........................................................ 91
8. DISKUSI KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 93
8.1.DISKUSI................................................................................................ 93
8.1.1. Perbandingan Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover dengan
Hasil Analisis Riwayat Waktu .................................................... 93
8.1.2. Perbandingan Pola Kerusakan Struktur Bangunan Hasil Analisis
Pushover dengan Hasil Analisis Riwayat Waktu ...................... 114
8.2.KESIMPULAN .................................................................................... 115
8.3.SARAN ............................................................................................... 115
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN
1. Tabel Penulangan Elemen Struktur Bangunan 6 Tingkat
2. Tabel Penulangan Elemen Struktur Bangunan 10 Tingkat
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR
HALAMAN
1.1. Penampang dari Model Komputer Bangunan yang Ditinjau .......................... 3
1.2. Posisi Sumbu Lokal dan Balok Struktur ....................................................... 5
1.3. Posisi Sumbu Lokal dari Kolom Struktur ..................................................... 6
2.1. Contoh Tingkat dan Sasaran Kinerja yang Digunakan dalam Perencanaan .. 12
2.2. Kurva Kapasitas dari Hasil Analisis Pushover (ATC 40, 1997) ................... 14
2.3. Modifikasi Kurva Kapasitas Menjadi Spektrum Kapasitas .......................... 16
2.4. Perubahan Format Respons Percepatan ...................................................... 16
2.5. Penentuan Performance Point ..................................................................... 18
3.1. Spektrum Respons Elastik Gempa Rencana untuk Jenis Tanah Lunak dan
Terletak pada Wilayah Tiga ........................................................................ 24
3.2. Wilayah Gempa Indonesia dengan Percepatan Puncak Batuan Dasar dengan
Periode Ulang 500 Tahun ...............................................................................
4.1. Perencanaan Geser untuk Balok dan Kolom (SNI 03).................................. 31
4.2. Sendi Plsatis pada Kedua Ujung Balok Portal ............................................. 33
4.3. Pertemuan Balok dan Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya SendiSendi Plastis pada Kedua Ujung Balok ....................................................... 35
4.4. Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya Sendi-sendi Plastis pada Kedua
Ujung Balok yang Bertemu dengan Kolom tersebut ................................... 37
4.5. Diagram Alir Perencanaan Struktur Pemikul Momen Khusus
Universitas Sumatera Utara
(Diaktilitas Penuh) ...................................................................................... 38
5.1. Denah Model Struktur Bangunan 6 Tingkat yang Ditinjau .......................... 46
5.2. Denah Model Struktur Bangunan 10 Tingkat yang Ditinjau ........................ 47
5.3. End Offset dari Element Portal ................................................................... 55
6.1. Idealisasi Struktur dari Struktur Rangka Beton Bertulang Tiga Dimens
Simetri 6 Tingkat pada Program ETABS versi 9.0.7. .................................. 77
6.2. Idealisasi Struktur dan Struktur Rangka Beton Bertulang Tiga Dimensi
Simetri 6 Tingkat pada Program ETABS versi 9.0.7 .................................... 77
6.3. Posisi Sumbu Lokal dari Balok Struktur pada ETABS versi 9.0.7 ............... 78
6.4. Posisi Sumbu Lokal dari Kolom Struktur pada ETABS versi 9.0.7 ............ 79
6.5. Faktor Peak Ground Acceleration yang Digunakan
(Susila, I.G.M, 2000)................................................................................... 85
7.1. Penampang Bangunan yang Ditinjau Baik 6 Maupun 10 Tingkat
Dilihat dari Bidang X Global – Y Global .................................................... 88
8.2. Kurva Kapasitas Analisis Pushover untuk Struktur 6 Tingkat ..................... 90
8.3. Kurva Kapasitas Analisis Pushover untuk Struktur 10 Tingkat ................... 90
8.4. Kurva base shear 6 tingkat arah X…………………………………………..94
8.5. Kurva Displacement 6 tingkat pada arah gempa X ...................................... 94
8.6. Kurva base shear 6 tingkat arah Y…………………………………………..95
8.7. Kurva Displacement 6 tingkat pada arah gempa X ...................................... 95
8.8. Kurva base shear 5 tingkat arah X…………………………………………..96
8.9. Kurva Displacement 5 tingkat pada arah gempa X ...................................... 96
Universitas Sumatera Utara
8.10. Kurva base shear 5 tingkat arah Y………………………………………..97
8.11. Kurva Displacement 5 tingkat pada arah gempa Y..................... ………. . 97
8.12. Kurva base shear 4 tingkat arah X……………………………………… 99
8.13. Kurva Displacement 4 tingkat pada arah gempa X..................................... 99
8.14. Kurva base shear 4 tingkat arah Y……………………………………….100
8.15. Kurva Displacement 4 tingkat pada arah gempa X............................…
100
8.16. Kurva base shear 3 tingkat arah X……………………………………… .101
8.17. Kurva Displacement 3 tingkat pada arah gempa X………………………101
8.18. Kurva base shear 3 tingkat arah Y……………………………………….102
8.19. Kurva Displacement 3 tingkat pada arah gempa X................................... 102
8.17. Kurva base shear 10 tingkat arah X…………………………………… .103
8.18. Kurva Displacement 10 tingkat pada arah gempa X ................................. 104
8.19. Kurva base shear 10 tingkat arah Y……………………………… ……105
8.20. Kurva Displacement 10 tingkat pada arah gempa Y ................................. 105
8.21. Kurva base shear 19 tingkat arah X…………………………………… .106
8.22. Kurva Displacement 9 tingkat pada arah gempa X................................... 107
8.23. Kurva base shear 9 tingkat arah Y……………………………… ……108
8.24. Kurva Displacement 9 tingkat pada arah gempa Y................................... 108
8.25. Kurva base shear 8 tingkat arah X…………………………………… .109
8.26. Kurva Displacement 8 tingkat pada arah gempa X
110
8.27. Kurva base shear 8 tingkat arah Y……………………………… ……111
8.28. Kurva Displacement 8 tingkat pada arah gempa Y……………………111
Universitas Sumatera Utara
8.29. Kurva base shear 7 tingkat arah X…………………………………… .112
8.30. Kurva Displacement 7 tingkat pada arah gempa X................................... 113
8.31. Kurva base shear 7 tingkat arah Y……………………………… ……114
8.32. Kurva Displacement 7 tingkat pada arah gempa Y................................... 114
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
TABEL
HALAMAN
1.1. Dimensi Elemen Struktur dan Bangunan yang Dtinjau .............................. 3
3.1. Faktor Keutamaan 1 untuk Berbagai Kategori Gedung ............................ 20
3.2. Parameter Daktilitas Struktur Gedung ..................................................... 21
3.3. Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah
Untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia ................................... 21
3.4. Nilai Waktu Getar Alami Sudut (Tc) untuk Berbagai Jenis Tanah ........... 22
3.5. Koefisien yang Membatasi Waktu Getar Alami Fundamental
Struktur Gedung ...................................................................................... 27
5.1. Dimensi Element Struktur 6 Tingkat yang Ditinjau .................................. 46
5.2. Dimensi Element Struktur 10 Tingkat yang Ditinjau ................................ 46
5.3. Distribusi Gaya Lateral dengan Analisis Beban Statik Ekivalen untuk
Bangunan 6 Tingkat ................................................................................ 51
5.4. Distribusi Gaya Lateral dengan Analisis Beban Statik Ekivalen untuk
Bangunan 10 Tingkat ............................................................................... 51
6.1. Batasan Tipe Bangunan pada Analisis Pushover ....................................... 78
6.2. Hubungan Antar Faktor PGA yang Dipakai dengan Periode Ulang
Gempa ....................................................................................................... 86
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
C1
= Faktor respons gempa rencana yang didapat dari spektrum respons gempa
rencana
Fe’
= Kuat Tekanan Beton (Mpa)
Fi
= Gaya geser yang bekerja pada masing-masing lantai
Fy
= Tegangan lelah tulangan
G
= Percepatan gravitasi
l
= Faktor keutamaan bangunan
I1
= Faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian proabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung
I2
= Faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian umur gedung
ioff
= Panjang Enda Offset di joint i pada suatu frame
joff
= Panjang Enda Offset di joint j pada suatu frame
K
= Faktor jenis struktur
L
= Panjang total frame
P1p
= Performance Index Possesed, Nilai yang menunjukkan kapasitas seismik
yang dimiliki oleh struktur
P1R
= Performance Index Required, Nilai yang menunjukkan kepasitas seismik
yang dimiliki oleh struktur
Universitas Sumatera Utara
P1R
= Performance Index Required, Nilai yang menunjukkan kepasitas seismik
yang dimiliki oleh struktur
R
= Faktor reduksi untuk percepatan tanah maksimum yang tergantung dari
tingkat daktilitas struktur.
Sa
= Spectral Acceleration pada Format ADRS
Sa (T) = Spectral respons elastik gempa rencana
Sd
= Spectral displacement pada format ADRS
T
= Waktu getar alami gedung
V
= Beban geser dasar nominal yang bekerja pada tingkat dasr struktur
WDL
= Berat total beban mati
WLL
= Berat total beban hidup
WT
= Berat total gedung, termasuk beban hidup
Ф
= Amplitudo of mode
Δ
= Simpangan antar gedung
Μ
= Faktor daktilitas struktur gedung
Universitas Sumatera Utara