analisis perilaku keruntuhan struktur sistem portal baja yang

ANALISIS PERILAKU KERUNTUHAN STRUKTUR SISTEM
PORTAL BAJA YANG MENGALAMI PLASTIFIKASI AKIBAT
BEBAN GEMPA STATIK
Johanes Permadi Saputra Kayama (NIM : 15008020)
Program Studi Teknik Sipil – Institut Teknologi Bandung
[email protected]
Abstrak
Penyebab utama terjadinya keruntuhan pada bangunan di Indonesia adalah beban
gempa. Bangunan harus direncanakan mampu bertahan terhadap beban gempa untuk
menjamin keselamatan penghuninya. Tren perencanaan yang banyak digunakan hingga
saat ini adalah perencanaan berdasarkan level kinerja struktur. Salah satu metode
analisis kinerja struktur adalah analisis beban dorong statik (Static Pushover Analysis).
Namun seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, perencanaan ketahanan suatu
bangunan terhadap beban gempa berkembang menjadi perencanaan berdasarkan level
energi yang terjadi pada struktur. Studi ini membandingkan parameter struktur yang
diperoleh berdasarkan perencanaan level kinerja dan energi. Parameter struktur yang
ditinjau adalah urutan terbentuknya sendi plastis (pola keruntuhan struktur), daktilitas,
faktor kuat lebih (overstrength), dan kapasitas energi pada struktur. Hasil studi
menyimpulkan bahwa hasil nilai daktilitas yang tinggi belum dapat menjamin tingkat
keamanan struktur sehingga perlu dilakukan tinjauan energi.
Kata kunci : analisis pushover, daktilitas, energi, gempa, rotasi, translasi
PENDAHULUAN
Analisis beban dorong statik (pushover)
merupakan prosedur analisis untuk
mengetahui perilaku keruntuhan struktur
terhadap beban gempa. Beban gempa
dapat dimodelkan sebagai suatu beban
statik dengan distribusi vertikal yang
bersifat linier pada bangunan yang tidak
memiliki
ketidakberaturan.
Dalam
metode ini beban dorong akan terus
ditingkat dengan suatu faktor pengali
hingga target perpindahan lateral dari
suatu titik tercapai. Hasil dari analisis ini
adalah
kurva
kapasitas
yang
menggambarkan hubungan antara gaya
dan perpindahan (translasi). Parameter
deformasi lainnya yaitu putaran sudut
(rotasi) juga dapat pula ditinjau sehingga
dapat diketahui nilai perbandingan
antara gaya dan deformasi secara
lengkap. Nilai parameter putaran sudut
digunakan untuk menentukan level
kapasitas energi yang dimiliki oleh
bangunan.
PEMODELAN DAN METODE
Bangunan yang dimodelkan dalam studi
ini adalah bangunan rumah toko 3 lantai
dimana tinggi tiap lantai adalah 3 m.
Sistem struktur menggunakan Sistem
Rangka Pemikul Momen Khusus
(SRPMK). Bangunan menggunakan
profil baja sebagai elemen struktur
kolom dan balok dengan nilai fu = 370
MPa, fy = 240 MPa, dan modulus
elastisitas sebesar 200000 MPa.
Perancangan elemen struktur dilakukan
menggunakan SNI – 03 – 1729 - 2000.
Bangunan berada di wilayah Sukabumi
dengan kondisi tanah lunak (SE) dan
Kategori Desain Seismik Kategori D.
Beban yang bekerja pada bangunan
adalah beban mati, beban hidup, dan
beban gempa. Untuk beban gempa
mengacu kepada peraturan RSNI – 03 1726 - 201x.
diperoleh ƞ = 3.919 untuk sistem rangka
dengan beban vertikal dan ƞ = 2.688
untuk sistem rangka tanpa beban
vertikal.
Metode analisis terdiri dari analisis
struktur dan analisis plastifikasi. Pada
analisis struktur dilakukan pengecekan
kekuatan
struktur
berdasarkan
kombinasi pembebanan menurut Load
and Resistance Factor Design. Pada
analisis plastifikasi digunakan dua
model yaitu model dengan pengaruh
beban vertikal dan model tanpa
pengaruh beban vertikal. Kedua model
akan dikenakan prosedur analisis
pushover hingga akhirnya terjadi
keruntuhan. Elemen struktur mampu
membentuk sendi plastis pada kedua
bagian ujungnya (join).
Kapasitas energi dapat ditentukan
dengan membandingkan prinsip kerja
luar dan kerja dalam yaitu ∑MpӨ =
∑Pδ. Kapasitas energi pada sistem
rangka dengan beban vertikal lebih
besar dari sistem tanpa beban vertikal
(ada peningkatan 19.43%). Kapasitas
energi ini merupakan kapasitas energi
untuk pembebanan yang bersifat
monotonik / satu arah saja.
ANALISIS DAN KESIMPULAN
Dari hasil analisis didapatkan pola
keruntuhan yang terjadi untuk kedua
sistem rangka adalah mekanisme
terbentuk sendi – sendi plastis di balok.
Pada sistem rangka dengan beban
vertikal, pola terbentuknya sendi plastis
didominasi oleh join kanan elemen
balok (satu sisi). Pada sistem rangka
tanpa beban vertikal, sendi plastis
terjadi didominasi oleh join ujung
terluar elemen balok (dua sisi).
Parameter struktur berdasarkan hasil
analisis pushover adalah faktor kuat
lebih (Ω) dan daktilitas struktur (μ)
berdasarkan translasi yang terjadi. Pada
sistem rangka dengan beban vertikal
diperoleh Ω = 1.529 dan μ = 3.814
sementara pada sistem rangka tanpa
beban vertikal Ω = 1.272 dan μ = 2.761.
Daktilitas
juga
dapat
diukur
berdasarkan parameter rotasi yang
terjadi
yang
ditentukan
dengan
persamaan:
ƞ=
3 Δθ (M p +M o )
ϕp L M p
[Surahman 2007]
Kapasitas energi untuk pembebanan
siklik ditentukan dengan rumus
pendekatan yaitu dengan mengkalikan
hasil perbandingan ƞ capacity/ ƞ dengan
kapasitas energi monotonik. Nilai ƞ
capacity = 41.92 (Surahman, 2003)
untuk jenis Steel Beam. Nilai kapasitas
energi untuk pembebanan siklik pada
sistem rangka tanpa beban vertikal lebih
besar dibandingkan dengan sistem
rangka dengan beban vertikal (selisih
18.98%).
Jadi,
hasil
parameter
struktur
berdasarkan level kinerja belum dapat
menjamin tingkat keamanan struktur
sehingga perlu dilakukan tinjauan
energi.
REFERENSI
Adang Surahman. 2012. Enery Based
Earthquake Load and Resistance Design,
Fifteenth World Conference on Earthquake
Engineering. Lisbon, Portugal.
ASCE/SEI 7-10. 2010. Minimum Design Loads
for Buildings and Other Structures.
American Society of Civil Engineers.
Virginia
Badan Standarisasi Nasional Indonesia. 2010.
Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa
Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Nongedung RSNI 03-1726-201X BSN. Jakarta
Bill Wong. 2009. Plastic Analysis and Design
of
Steel
Structure.
Butterworth–
Heinemann,Melbourne.