change to the seismic provisions – updated

CHANGE TO THE SEISMIC PROVISIONS – UPDATED
FORMAT AND CONTENT FOR ASCE 7-05*
Diterjemahkan Oleh : S.P. Limasalle**
Abstract
The seismic provisions of the 2005 edition of the American Society of Civil Engineers (ASCE)
Minimum Design Load for Buildings and Other Structures (ASCE 7-05) will be dramatically different in
format and organization than those found in the current edition, ASCE 7-02. In addition, the seismic
provisions of ASCE 7-05 will include several significant technical changes. This paper will first explain the
format and organizational changes followed by a description of the significant technical changes.
Key words : ASCE 7-05, seismic provisions, technical changes.
1. PENGANTAR
Peraturan-peraturan gempa di dunia masih selalu diperbaharui sesuai temuantemuan studi/pengamatan perilaku bangunan pada waktu terjadi gempa maupun temuantemuan baru dari hasil riset yang menyakinkan. Di negara maju, pemasangan instrumen
pada gedung-gedung di daerah rawan gempa dilakukan dengan intensif, sehingga perilaku
sebenarnya dari gedung pada waktu terjadi gempa dapat dipelajari secara lebih efisien.
Peraturan gempa Indonesia baru (SNI 1726-02) mengambil UBC’97 sebagai acuan utama.
Oleh karena itu, perkembangan peraturan gempa yang banyak dipakai di Amerika Serikat
harus pula menjadi perhatian para ahli struktur kita.
Sebagaimana diketahui, UBC’97 telah diperbaharui menjadi IBC 2000 dan IBC
2003. IBC 2003 banyak merefer pada peraturan ASCE 7-02 yang sebentar lagi akan
diperbaharui menjadi ASCE 7-05. Berlainan dengan di Indonesia, pembaharuan peraturan
bangunan di AS dilakukan secara berkesinambungan, sehingga setiap kali peraturan baru
ditetapkan, praktis semua temuan up-to-date yang telah teruji dapat dimasukkan dalam
peraturan. Di Indonesia, pembaharuan peraturan berjalan relatif lambat sehingga
pembaharuan SNI 1726-02 yang telah mulai digarap sebelum tahun 2000 tetapi baru
selesai tahun 2002 tidak sempat menggunakan IBC 2000 sebagai acuan. Hal itu disebabkan
memakan waktu cukup lama untuk mempelajari peraturan baru luar negeri oleh panitia
yang bekerja paruh waktu. Cukup sukar untuk mempelajari perubahan suatu peraturan dari
peraturan itu saja, karena dalam peraturan tidak dijelaskan apa alasan perubahanperubahan yang diambil. Untuk mempelajari perubahan IBC umpamanya, perlu dipelajari
ketentuan yang sering dipakai acuan utama seperti NEHRP dan/atau pembahasan lengkap
dari panitia perubahan peraturan itu sendiri. Untung ada pakar yang sering-sering membuat
tulisan penjelasan tentang perubahan peraturan, seperti yang sering diterbitkan majalah
Structural Engineer oleh pengarang seperti S.K. Ghosh dan rekan-rekan. Tulisan dibawah
*
This Paper was written by S.K. Ghosh, Ph.D., Susan Dowty, S.E. and Robert Bachman, S.E. Reprinted with
permission from ZweigWhite, Inc., publisher of Structural Engineer magazine. Copyright 2005.
S.K. ghosh, Ph.D., is president of S.K. Ghosh Associates Inc., a structural, seismic, and code consulting
firm located in Palatine, Ill. Susan Dowty, S.E., is project manager at S.K. Ghosh Associates Inc., and
served as editor for the ASCE 7-05 seismic reformatting project.Robert Bachman, S.E., is principal as
R.E. Bachman Consulting Structural Engineers and was chair of the ASCE 7-05 Seismic Task Committee.
**
Dosen Fakultas Teknik Universitas Kristen Krida Wacana.
1
ini merupakan terjemahan bebas dari tulisan S.K. Ghosh, Susan Dowty dan Robert
Bachman pada majalah Structural Engineer bulan Februari 2005.
2. PERUBAHAN FORMAT DAN SUSUNAN/ORGANISASI
Melalui usaha Building Seismic Safety Council (BSSC) dan ASCE selama 2 (dua)
tahun, format dan susunan ketentuan beban gempa bangunan ASCE 7-02 akan
diperbaharui secara keseluruhan pada ASCE 7-05. Tujuan pembaharuan ini adalah agar
persyaratan mengenai beban gempa menjadi lebih mudah digunakan, lebih jelas, mudah
diterapkan dan lebih mudah dimengerti; dengan sedapat mungkin menghilangkan konflik,
pengulangan dan ketidakjelasan. Perubahan besar-besaran ini menjadikan ketentuan ASCE
7-05 menjadi dokumen yang lebih baik serta ketentuan secara lebih tepat dan persyaratan
yang menghasilkan aplikasi yang seragam.
Dalam ASCE 7-02, ketentuan tentang gempa hanya dimuat dalam pasal 9 tentang
beban gempa dan lampiran A9, meskipun isinya merupakan separuh dari seluruh ketentuan
beban ASCE 7-02. Hal ini menyebabkan pasal-pasal menjadi terbagi-bagi dalam sub-pasal
yang penomorannya dapat membingungkan. Dalam ASCE 7-05, susunan ketentuan
mengenai gempa dituangkan dalam pasal 11 sampai dengan pasal 23 dan pada lampiran
11A dan lampiran 11B seperti terlihat pada tabel 1.
▼ Tabel 1: Perluasan daftar isi dari perubahan persyaratan seismik pada ASCE 7-05
Section 11
Section 12
Section 13
Section 14
Section 15
Section 16
Section 17
Section 18
Section 19
Section 20
Section 21
Section 22
Section 23
Appendix 11A
Appendix 11B
Seismic Design Criteria
Seismic Design Requirements for Building Structures
Seismic Design Requirements for Nonstructural Components
Material Specific Seismic Design and Detailing Requirements
Seismic Design Requirements for Non-Building Structures
Seismic Response History Procedures
Seismic Design Requirements for Seismically Isolated Structures
Seismic Design Requirements for Structures with Damping Systems
Soil Structure Interaction for Seismic Design
Site Classification Procedure for Seismic Design
Site-Specific Ground Motion Procedures for Seismic Design
Seismic ground Motion and Long Period Transition Maps
Seismic Design Reference Documents
Quality Assurance Provisions
Existing Building Provisions
Secara garis besar, perubahan format susunan ketentuan ASCE 7-05 adalah sebagai
berikut:
- Ketentuan tentang gempa yang jarang digunakan ditempatkan di pasal-pasal bagian
belakang, antara pasal 16 s/d pasal 21, sedang yang selalu digunakan diletakkan
dalam pasal 11.
- Semua ketentuan mengenai Kategori Desain Seismik (Seismic Design Category –
selanjutnya disingkat SDC) A, diletakkan dibagian muka pada pasal 11.7, sehingga
perencana tidak perlu terlalu melihat pasal-pasal lain jika merencanakan struktur
SDC-A.
- Peta struktur tanah (ground motion maps) yang dulunya dianggap terlalu banyak
sehingga menginterupsi alur ketentuan, sekarang dikumpulkan dalam pasal 22.
2
-
Selanjutnya, untuk kemudahan, nilai-nilai getaran tanah dapat pula dilihat melalui
CD-ROM yang disediakan.
Daftar referensi sekarang dikumpulkan pada pasal 23, bukan lagi tersebar dalam
masing-masing pasal seperti pada ASCE 7-02. Dalam pasal 23 tersebut dibedakan
pada referensi biasa dan referensi standar sesuai konsensus.
3. PERUBAHAN KETENTUAN TEKNIK
Perubahan ketentuan teknik dari ASCE 7-02 ke ASCE 7-05 juga cukup ekstensif.
Kebanyakan perubahan tersebut mengacu pada ketentuan baru dari NEHRP 2003.
Perubahan utama akan dibahas dibawah ini, namun karena terbatasnya halaman, tidak
semua perubahan dapat ditampung dalam tulisan ini.
A. Getaran tanah skibat gempa (seismic ground motion)
Pada percepatan spektra dikurangi jumlah dan ukurannya, isinya diubah
sesuai versi terakhir peta USGS. Juga ditambah peta-peta transisi periode getar
panjang TL (long-period transition period maps). Hal ini disebabkan dalam grafik
spektra desain (yang menentukan hubungan besaran percepatan respons spektra
dengan besaran periode getar alami), diubah menjadi seperti yang terlihat pada
gambar 1. Dalam grafik tersebut diperkenalkan periode getar panjang TL, dimana
bagian belakang lengkung grafik ditransisi dari persamaan S A = SD1/T menjadi
persamaan SA = (SD1.TL)/T2. Sehingga bagian grafik lengkung menurun yang
dipengaruhi kecepatan-konstan (constant-velocity parts) untuk periode getar > TS
terbagi menjadi bagian dari periode TS s/d TL yang ditentukan dengan persamaan
SA = SD1/T dan bagian dari periode lebih besar dari TL, yang ditentukan persamaan
SA = (SD1.TL)/T2. Besaran TL berkisar antara 4 detik s/d 6 detik tergantung dari
letak daerahnya. Terlihat nilai TL tersebut lebih besar dari yang umumnya
digunakan oleh para ahli struktur pada masa yang lalu. Perubahan ini terutama akan
mempengaruhi desain bangunan gedung yang sangat tinggi dan penentuan “slosh
height” pada tangki cairan.
▼ Gambar 1. Percepatan respons spektra, Sa, vs periode getar alami, T.
3
B. Redandensi (redundancy)*
Pengaruh redandensi banyak disorot oleh Panitia Pembaharuan Ketentuan
NEHRP 2003. Memang istilah redandensi struktur sendiri belum terdefinisikan
dengan jelas, namun kekurangan redandensi suatu struktur dianggap telah
dinyatakan dengan baik oleh V.V. Bertero yang mengatakan bahwa : “Jika
kegagalan suatu komponen struktur menyebabkan kegagalan seluruh sistim
struktur, maka sistim struktur tersebut kurang memiliki redandensi”. Oleh karena
itu, cara yang paling logis untuk memeriksa suatu sistim struktur tidak memiliki
redandensi yang cukup adalah memeriksa apakah kegagalan salah satu komposisi
struktur menyebabkan pengurangan kekuatan yang parah pada suatu tingkat
bangunan gedung atau menyebabkan ketidak-reguleran torsi yang ekstrim dari
sistim struktur tersebut. Prinsip ini menjadi dasar ketentuan tentang redandensi
dalam ASCE 7-05
Dalam ASCE 7-05, faktor redandensi diambil sama dengan 1,0 atau 1,3.
Hal itu tergantung apakah suatu elemen struktur yang mengalami kegagalan atau
kehilangan kapasitasnya sebagai komponen rangka penahan momen (momentresistant frame); akan mengakibatkan reduksi kekuatan tingkat sampai 33% atau
menyebabkan terjadinya ketidak-reguleran torsi yang ekstrim (plan irregularity
type 1B) atau tidak.
Guna memudahkan penerapan ketentuan, dalam ASCE 7-05 disebut pula sistim
struktur apa saja yang harus ditinjau redandensinya. “Braced frame”, rangka
momen (moment frame) dan sistim dinding geser (terutama yang rasio tinggi
terhadap panjang > 1) perlu ditinjau persyaratan redandensinya. Kondisi dimana
ditetapkan ρ = 1 adalah untuk :
1. Struktur yang termasuk dalam kategori desain gempa B dan C.
2. Perhitungan simpangan (drift) dan pengaruh P-delta.
3. Desain komponen non-struktur.
4. Desain dari struktur bukan gedung yang tidak menyerupai bangunan
gedung.
5. Desain elemen-elemen kolektor (collector elements), sambungan dan cara
penyambungan dimana kombinasi beban dengan faktor kuat-lebih dari pasal
12.4.3.2 digunakan.
6. Desain dari elemen struktur dan sambungannya dimana kombinasi beban
kerja dengan faktor kuat-lebih dari pasal 12.4.3.2 digunakan.
7. Beban-beban diafragma yang ditentukan dengan persamaan 12.10.1.
8. Struktur dengan sistim redaman (damping system) yang direncanakan sesuai
ketentuan pasal 18.
C. Gaya geser dasar rencana dan kombinasi beban gempa
Untuk struktur dengan periode getar alami sangat panjang yang
direncanakan dengan prosedur statik ekivalen, koefisien spektrum desainnya
ditentukan dengan rumus :
*
Istilah baru ini dipilih penterjemah daripada istilah ketidakstatis-tertentu-an yang dirasa kurang
menggambarkan makna arti “redundancy” dalam penggunan ini.
4
CS 
S D1  TL
untuk T ≥ TL
2 R 
T  
I
Pada ASCE 7-05 ditambahkan ketentuan pasal 12.4 untuk menjelaskan
kombinasi beban dan faktor beban yang harus dipakai untuk pembebanan gempa.
Hal ini disebabkan karena pengamatan menunjukkan bahwa banyak ahli teknik
menggunakan ketentuan porsi beban vertikal pada waktu terjadi gempa secara tidak
benar.
D. Desain yang disederhanakan (simplified design)
Prosedur desain yang disederhanakan diubah secara menyeluruh dan
ditentukan dalam pasal 12.14. Prosedur ini berlaku untuk kategori desain seismik
B, C, D dan E; namun tidak berlaku untuk sistim struktur yang desainnya
ditentukan oleh batas simpangan terkontrol (drift controlled). Pendekatan ini
terbatas untuk sistim struktur tertentu (seperti steel moment frame) untuk
menghindari kemungkinan kesalahan yang disebabkan karena pemeriksaan batas
simpangan tidak dilakukan. Prosedur sederhana ini diperbolehkan untuk “bearing
wall” dan sistim rangka bangunan, asalkan beberapa syarat dipenuhi sehingga
dihasilkan struktur penahan-beban-lateral yang mempunyai denah reguler yang
tahan torsi.
E. Kategori desain seismik
Terdapat perubahan prosedur yang penting untuk penentuan kategori desain
seismik dalam ASCE 7-05 pasal 11.6.1.1. Sekarang penentuan kategori desain
seismik boleh dilakukan berdasarkan besarnya getaran tanah (SDS) saja, jika kondisi
dibawah ini berlaku :
1. Pada kedua arah orthogonal, berlaku Ta < 0,8Ts.
2. Pada kedua arah orthogonal, T (yang digunakan untuk menghitung
simpangan tingkat) sama atau lebih kecil dari Ts.
3. Batasan atas (upper-bound) gaya geser dasar rencana untuk periode getar
alami pendek (bagian datar pada grafik gambar 1) digunakan untuk desain
strukturnya.
4. Struktur mempunyai diafragma kaku atau untuk struktur dengan diafragma
fleksibel, jarak antara elemen vertikal dari sistim penahan gempa tidak lebih
dari 40 ft (≈ 12 m).
F. Komponen arsitektur, mekanikal dan elektrikal
Tentang persyaratan jangkar pendek tidak diatur tersendiri dalam ASCE 705, tetapi diminta mengacu pada ketentuan ACI 355.2-2001 yang terkait dengan
masalah tersebut.
G. Standar yang dipakai sebagai referensi
Standar referensi pada ASCE 7-02 (sekarang dinamakan dokumen
referensi) banyak diperbaharui dalam ASCE 7-05. Standar/dokumen yang harus
diikuti adalah yang tercantum pada tabel 2, bahkan rencananya akan disusulkan
sebagai suplemen ASCE 7-05 – dokumen terbaru yang akan terbit pada tahun 2005.
5
▼ Tabel 2: Daftar dokumen yang dipakai sebagai referensi dan tahun terbitnya
Material
Baja
Konstruksi
Beton
Tembok
(Masonry)
Kayu
Dokumen yang dipakai sebagai referensi
- AISC Allowable Stress Design (1989, termasuk suplemen No :
1, 2001)
- AISC Load and Resistance Factor Design (1999)
- AISC Seismic (2002)
- ACI 318 (2002)
- ACI 530/ASCE 5/TMS 402 (2002)
- ACI 530.1/ASCE 6/TMS 602 (2002)
(TMS = The Masonry Society)
- AF&PA National Design Standar (2001)
(AF&PA = American Forest & Paper Association)
H. Sistim struktur penahan seismik baru
Nilai R untuk dua sistim struktur baru – dinding geser baru dan semipracetak (intermediate precast) – dimasukkan dalam tabel 12.12-1. Hal ini agar
konsisten dengan ketentuan ACI 318-02. Sistim dinding geser pracetak hanya
diperbolehkan pada SDC A dan B. Penggunaan dinding geser semi-pracetak
diperbolehkan untuk sistim struktur penahan seismik kategori SDC D, E dan F;
asalkan tinggi gedung tidak lebih dari 40 ft. Hal ini sebagai cara tidak langsung
untuk memperbolehkan penggunaan dinding geser “tilt up” dalam SDC D, E dan F;
yang pada umumnya tidak memenuhi standar pendetailan dalam ACI 318-02 pasal
21.8.
Dengan menambah R (response modification factor) untuk dinding geser
“masonry” pada tabel 12.2-1, maka hal itu menjadi konsisten dengan ACI
530/ASCE 5/TMS 402 edisi tahun 2002. Sistim struktur ini hanya diperbolehkan
untuk SDC A dan B dan nilai R-nya adalah 1,5. Hal ini disebabkan karena data
menunjukkan bahwa perilaku struktur ini pada dasarnya adalah elastis linier dengan
kekakuan mengurang (stiffness degrading linear elastic) dengan daktilitas dan
desipasi energi yang sangat terbatas.
I. Prosedur Analisis Modal (Modal analysis procedure)
Nama prosedur ini diubah menjadi prosedur analisis respons spektrum
modal dalam ASCE 7-05 pasal 12.9. Kebanyakan ketentuan tentang prosedur ini
dihapus karena dianggap semua program perangkat lunak struktur komersial telah
mencantumkan dan memakai prosedur matematik ini.
J. Persyaratan struktur non-gedung
Koefisien perencanaan dibagi dua tabel, yang satu untuk struktur yang mirip
gedung perilakunya (tabel 15.4-1) dan yang satu lagi untuk yang perilakunya sama
sekali tidak mirip gedung (tabel 15.4-2). Pada kedua tabel tersebut juga
dicantumkan referensi yang berlaku untuk desain dan persyaratan detail. Beberapa
koefisien desain yang tidak konsisten dalam ASCE 7-02 untuk struktur jenis ini
diperbaiki dalam ASCE 7-05. Selanjutnya dalam ASCE 7-05, untuk struktur nongedung yang berperilaku mirip gedung; persyaratan ketinggian dilonggarkan jika
nilai R-nya diambil lebih rendah.
6
K. Struktur dengan sistim peredam
Pada pasal 18 ASCE 7-05, ketentuan untuk struktur jenis ini ditambahkan
dan isi ketentuannya diambil persis dama dengan ketentuan terkait pada NEHRP
2003.
L. Klasifikasi tempat (site classification) dan prosedur penentuan getaran tanah
spesifik setempat
Pasal 20 dan pasal 21 ditambahkan pada ASCE 7-05 untuk menjelaskan
prosedur untuk menentukan klasifikasi tempat dan penentuan getaran tanah
spesifik-setempat. Dalam pasal 21 juga mencantumkan prosedur untuk analisis
respons setempat dan analisis getaran tnah yang membahayakan (ground motion
hazard analysis).
4. PENUTUP DAN UCAPAN TERIMA KASIH (ACKNOWLEDGEMENT)
Para penulis naskah asli berkesimpulan bahwa pembahasan yang signifikan pada
ASCE 7-05 membuat dokumen ini menjadi sangat bermanfaat bagi para ahli struktur
dalam menerapkan beban gempa dalam perencanaan struktur. Secara umum, mungkin
terjemahan ini masih kurang memenuhi harapan para ahli struktur Indonesia yang tidak
begitu mengikuti peraturan AS untuk sepenuhnya mengerti sistim yang berlaku di negara
AS. Memang untuk dapat mengerti perkembangan trend desain seismik di AS, kita
pertama-tama harus mengerti peraturan yang lama secara agak mendalam, sesudah itu baru
tulisan semacam ini menjadi berguna. Selain tulisan semacam ini, perlu juga dipelajari
ketentuan semacam NEHRP yang umumnya dipakai sebagai acuan peraturan IBC dan
ASCE, karena ketentuan NEHRP selalu dibarengi dengan buku tentang penjelasannya. Ijin
penterjemahan ini diberikan oleh pimpinan redaksi Structural Engineer, Jennifer Goupil,
P.E. dan S.K. Ghosh, Ph.D., dengan tidak berbelit-belit dan cepat untuk hal mana penulis
merasa sangat bersyukur.
7