perbandingan kinerja struktur yang menggunakan base isolator

Proceeding
PESAT (Psikologi,
Ekonomi,
Sastra,Arsitektur& Sipil)
Universitas
Gunadarma
- Depok18- 19Oktober2011
Vol.4 Oktober2011
ISSN:1858-2559
PERBANDINGAN KINERJA STRUKTUR YANG MENGGUNAKAN
BASE ISOLATOR DENGAN TANPA BASE ISOLATOR DENGAN
ANALISIS BEBAN DORONG (PUSHOVER)
Miftall Hazm;1
Risty Mavonda p2
Agung Sugiyatno3
1,2,3Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma
Jl. Margonda Raya No. JOO,Depok 16424, Jawa Barat
1ami [email protected]
Abstrak
Indonesia berada dalam zona rawan gempa, oleh karenanya struktur bangunan harus dirancang
tahan gempa. Teknologi base isolator system merupakan salah satu system struktur yang membuat
suatu struktur menjadi tahan gempa. pada penu/isan ini, kinerja struktur bangunan dengan base
isolator system akan dibandingkan dengan bangunan tanpa base isolator system menggunakan
ana/isis gempa beban dorong (pushover analysis). Bangunan yang menjadi studi /casus adalah
bangunan rumah sakit 5 lantai. Program bantu yang digunakan adalah SAP2000. Bangunan
dengan Base Isolator System memiliki waktu getar efektif sebesar 3,1 detik sedangkan bangunan
tanpa base isolator system 0,984 detik. Dilihat dari hubungan antara displacement dan gaya
geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis, bangunan yang tanpa menggunakan base
isolator mengalami keruntuhan pada defleksi sebesar 0,40476 m sedangkan yang mengunakan
base isolator pada defleksi sebesar 0,568021 m dengan kata lain, penggunaan base isolator dapat
mereduksi gaya gempa yang terjadi.
Kata Kunci: gempa, base isolator, pushover, SAP2000.
PENDAHULUAN
Negara Indonesia berada di ring of
fire menjadikan Negara Indonesia sering
dilanda gempa bumi. Dalam beberapa kejadian gempa bumi di kota besar di Indonesia,
seperti di Aceh, Yogyakarta dan Padang,
telah dijumpai banyak kerusakan bangunan
dan menelan lebih banyak korban jiwa jika
dibandingkan dengan gempa yang terjadi di
Jepang tahun 20 II. Hal ini mencerminkan
bahwa Indonesia belum sepenuhnya tanggap
akan kondisi alam yang rawan akan gempa.
Indonesia sebagai Negara rawan gempa harus
sigap bila terjadi gempa yang terjadinya
dapat kapan saja. Menurut Nathan Madutujuh, bukan gempa yang membunuh, atau
pun gedungnya, tetapi gedung yang didesain
dengan buruk, sehingga struktur bangunan
harus dirancang tahan gempa. Salah satu
teknologi gedung tahan gempa adalah teknologi base isolator system.
Prinsip utama cara kerja base isolator
jenis elastomerik bearing (HDRB atau LRB)
Hazmidkk,Perbandingan
KinerjaStruktuf...
adalah memperpanjang waktu getar alami
struktur diluar frekwensi dominan gempa
sampai 2,5 atau 3 kali dari waktu getar
struktur tanpa isolator (flXed base structures)
dan memiliki damping antara 10 sId 20%.
Akibatnya gaya gempa yang disalurkan ke
struktur menjadi lebih kecil (Eurocode 8).
Rumusan masalah dalam penulisan
ini adalah membandingkan kinerja struktur
bangunan rumah sakit antara yang menggunakan base isolator dengan tanpa menggunakan base isolator. Analisis gempa yang
digunakan adalah analisis beban dorong
(pushover). Program yang digunakan penulis
adalah SAP2000.
Penelitian terdahulu yang mendukung penulisan ini meliputi Chopra dan
Goel (2001) yang membahas tentang prosedur analisis pushover untuk mengestimasi
ketahanan bangunan terhadap gempa. Archer
(2001) membahas tentang algoritma iterasi
perpindahan untuk analisis pushover.
Chintanapakdee dan Chopra (2003) membahas tentang analisis evaluasi modal push-
AT- 13
Vol.4 Oktober2011
ISSN:1858-2559
Proceeding
PESA
T (Psikologi,
Ekonomi,
Sastra,Arsitektur& Sipil)
Universitas
Gunadarma
- Depok18- 19Oktober2011
over pada portal. Powell (2006) membahas
tentang penjelasan, perbandingan dan implementasi dari' analisis statis pushover.
Chandrasekaran dan Roy (2006) menjelaskan
tentang evaluasi gempa dari bangunan beton
bertulang tingkat banyak menggunakan
analisis pushover. Dewobroto (2006) membahas tentang evaluasi kinerja bangunan baja
tahan gempa dengan SAP2000. Alhan dan
Altun (2009) membahas tentang kinerja nonlinear dari sistem base isolation berdasarkan
UBC. Chang, Wang, dan Spencer (2009)
membahas tentang aplikasi kontrol aktif base
isolation. Krishnamoorthy dan Shetty (2009)
membahas tentang efek redaman dari struktur
yang menggunakan base isolation. Babu,
Sable, dan Jafarsadik (2011) membahas
tentang pendekatan modal dan titik untuk
keadaan kritis dan kontrol pada sistem base
isolation.
Tujuan penulisan ini adalah untuk
mengetahui perbandingan kinerja struktur
yang menggunakan base isolator dengan
yang tanpa menggunakan base isolator
dengan analisis beban dorong (pushover). Hal
yang akan diperbandingkan adalah waktu
getar efektif struktur, batas izin pada kondisi
10 (Immediate Occupancy) dan besar detleksi
yang terjadi, pada step ke berapa struktur
akan Collapse dan besar detleksi yang terjadi
selain itu mengetahui apakah dengan
menggunakan base isolator dapat mereduksi
gaya gempa yang terjadi.
METODE PENELITIAN
Asumsi Desain (Data Perencanaan)
Konfigurasi
Bangunan
=
Beraturan;
Jumlah Lantai = 4; Tinggi Lantai Dasar = 4,5
m; Tinggi Lantai Tipikal = 4,0 m; Tinggi
Total Gedung = 16,5m; Panjang Gedung = 56
m; Lebar Gedung = 28 m ; Jenis Tanah =
Tanah Sedang. Dimensi Elemen Bangunan:
Tebal Pelat Lantai = 120 mm; Dimensi Balok
= 250
mm x 550 mm; Dimensi Kolom = 550
mm x 700 mm. Mutu Bahan :f'c = 35 MPa;J;
= 390 MPa (untuk d 2: 12 mm); 240 MPa
(untuk d < 12 mm). Fungsi Bangunan :
Rumah Sakit. Spesifikasi Base isolator: Tipe
= Rubber
Base isolator; Tinggi
=
160 mm;
Diameter = 500 mm;, kekakuan efektif
(effective Stiffness) = 2,16 kN/mm; Fy Base
isolator = 69 kN Horizontal stiffness
(elastomer contribution) = 1,52 kN/mm.
denah bangunan dan gambar base isolator
yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1
dan 2. Diagram alir penelitian ini dapat
dilihat pada Gambar 5.
.
A
'm
1m
7111
~
I
8m
I
8m
I
8m
I
8m
I
8m
I
8m
I
Gambar 1 Denah Bangunan
Gambar 3. Base Isolator
Sumber: Algasism
AT- 14
'm
:1
7.,
'.
~
!---Jm
8m
I
81T!
I
Gambar 2 Potongan C
~--I
Gambar 4. Tampak 3D
Hazmidkk,Perbandingan
KineljaStruktur...
Vol.4 Oktober2011
ISSN:1858-2559
Proceeding
PESA
T (Psikologi,
Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)
Universitas
Gunadarma
- Depok18- 19Oktober2011
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tampilan -deformasi struktur yang
terjadi dapat dilihat pada Kurva Pushover
yang menunjukkan hubungan antara gaya
geser dasar dengan perpindahan pada titik
kontrol dengan menggunakan beban ragam
fundamental dan beban gempa merata pada
titik pusat massa lantai (Gambar 6).
Setelah kurva pushover dapat digambarkan, langkah selanjutnya adalah mencari
pada langkah pembebanan (step) ke berapa
terjadinya waktu getar efektif dan gaya geser
dasar (Vbase) efektif pada titik yang ditinjau
yaitu titik berat bangunan (perfor-mance
point) atau target perpindahan. Nilai waktu
getar efektif dapat dilihat dengan program
SAP2000, didapatkan nilai sebesar 0,984
detik dengan target perpindahan sebesar
0,168 m dengan menggunakan beban ragam
fundamental untuk bangunan tanpa base
isolator (Iebih menentukan daripada beban
merata sebesar 0,162). Sedangkan waktu
getar efektif bangunan dengan base isolator
didapatkan nilai sebesar 3,100 detik dengan
target perpindahan sebesar 0,443 m dengan
menggunakan
beban
merata
(Iebih
menentukan
daripada
beban
ragam
fundamental sebesar 0,349) yang dapat
dilihat pada Gambar 7. Pembentukan sendi
plastis pada setiap tahapan pembebanan
ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.
C___~I~i_)
/
Pennodelau
/
Smlktur
(Iaupa &$e Isolalor)
dcngaD Progmlll SAP
2000
(mcuggtlilakau Ba~
Isolator) dengan
Pro2l1lDl SAP 2000
Aualisis Gaya G<:1IIJh1
dengan lIIomggtulakan
Analiw. Behan Doro~
(Pushover)
Pe1iba Kiul.1ja SIJUkI\U
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian
(a)
(b)
Gambar 6 (a) Kurva Pushover Tanpa Base isolator (b) Kurva Pushover Base isolator
Hazroidkk,Perbandingan
KinerjaStruktur...
AT- 15
~
,
Vol.4 Oktober2011
ISSN:1858-2559
Proceeding
PESA
T (Psikologi,
Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)
Universitas
Gunadarma
- Depok18- 19Oktober2011
~.f%iI:'~
~'"
AMH
~
.:.I
N I
Md~dl'~..
t
~~~C1
f ~,..fj;O.
J
1
'1.J1J.n~~1~M:1
~NII"'14J:
.~.
(a)
(b)
Gambar 7. (a) Capacity Spectrum Tanpa Base isolator (b) Capacity Spectrum dengan Base isolator
SIMPULAN
Simpulannya adalah (1) bangunan
tanpa base isolator system memiliki waktu
getar efektif sebesar 0,984 detik dengan
target perpindahan sebesar 0,168 m
sedangkan bangunan dengan base isolator
system 3,100 detik dengan target perpindahan
sebesar 0,443 m. HasH ini menunjukkan
bangunan yang menggunakan base isolator
system lebih tahan terhadap gempa, (2)
berdasarkan kriteria kinerja yang ditetapkan
Vision 200 dan NEHRP untuk rumah sakit
batas izin adalah pada kondisi 10 maka
gedung yang tanpa menggunakan base
isolator dapat bertahan pada step ke 6 yaitu
pada detleksi sebesar 0,07 m dan jika
menggunakan base isolator pada step ke 3
AT- 16
yaitu pada detleksi sebesar 0,297747 m.
Dengan menggunakan base isolaton batas
detleksi untuk kondisi 10 lebih besar
dibandingkan dengan tanpa menggunakan
base isolation, (3) bangunan tanpa base
isolator mengalami Collapse pada step ke 9
yaitu dengan detleksi sebesar 0,40476 m
sedangkan pada bangunan dengan base
isolator system pada step ke 5 yaitu dengan
detleksi sebesar 0,568021 m. Dengan
menggunakan base isolator batas detleksi
untuk kondisi
Collapse lebih besar
dibandingkan dengan tanpa menggunakan
base isolator, dan (4) penggunaan base
isolator dapat mereduksi gaya gempa yang
terjadi dibandingkan dengan bangunan yang
tidak menggunakan base isolator.
Hazmi dkk, Perbandingan Kinerja Struktur..
Vol.4 Oktober2011
ISSN:1858-2559
Proceeding
PESA
T (Psikologi,
Ekonomi,
Sastra,Arsitektur& Sipil)
Universitas
Gunadarma
- Depok18- 19Oktober2011
Tabell. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis pada
struktur gedung tanpa base isolator (Beban ragam fundamental)
10
LS
CP
C
D
A
B
To
To
To
To
To
To
To
Beyond
B
10
LS
CP
C
D
E
E
Steo
BaseForce
Disolacement
m
K2f
0
0
1
2
-1,42E-17
3
4
5
6
7
0,049233
248424,92
395013,01
457555,03
0,067663
0,07266
0,074456
0,224456
0,374456
8
9
10
11
12
13
14
0,018178
0,036166
0,40476
0,404775
0,405456
0,412638
0,419057
0,414917
Total
I
1016
1011
841
0
5
771
175
245
513000,26
522866,92
524822,27
736
706
696
280
310
320
545843,36
566864,44
696
696
35
0
571111,29
507238,77
512383,62
536125,24
696
696
696
0
0
0
0
540433,87
165905,04
L_
696
696
696
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
285
70
0
0
0
0
0
250
0
0
0
0
0
205
0
0
1016
0
0
0
0
0
0
0
1016
1016
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
35
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
285
285
285
285
208
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
35
0
0
0
77
8
35
35
35
107
0
0
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
Tabel 2. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis pada
struktur gedung dengan base isolator (Beban Merata)
Step
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Displacement
m
0,012486
0,060035
0,100947
0,297747
0,445966
0,527661
0,568021
0,568171
0,575628
0,577348
0,577498
0,584750
0,591710
0,547752
A
To
B
B
To
10
10
To
LS
LS
To
CP
CP
To
C
C
To
D
D
To
E
1016
1016
946
856
0
0
70
160
0
0
0
517115,89
0
0
0
0
0
0
0
190
222
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
756
684
0
0
0
0
70
40
521200,80
477920,94
493089,03
674
674
674
162
162
162
8
0
495226,45
470807,43
674
674
162
162
0
0
0
0
0
0
2
0
0
8
8
8
10
0
0
0
0
0
488141,67
494294,39
290177,60
674
674
162
162
164
0
0
0
24
10
10
0
0
0
0
38
0
BaseForce
Kgf
0,00
158011,08
238747,39
418226,06
500561,65
Hazmidkk,Perbandingan
KinerjaStruktur...
672
110
110
110
110
110
110
110
110
0
0
70
62
62
62
60
60
60
36
32
0
0
Beyond
E
0
0
0
0
0
AT- 17
Total
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
1016
I
Proceeding
PESAT (Psikologi,
Ekonomi,
Sastra,Arsitektur& Sipil)
Universitas
Gunadarma
- Depok18- 19Oktober2011
Vol.4 Oktober2011
ISSN:1858-2559
Keterangan :
Level Kideria
Operational
Immediate Occupancy
Life Safety
Collapse Prevention
Penjelasan
Tidak ada kerusakan berarti pada struktur dan non-struktur, bangunan tetap
berfungsi
Tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekeuatan dan
kekakuannya kira-kira hampir sarna dengan kondisi sebelum gempa.
Komponen nonstruktur masih berada ditempatnya dan sebagian besar masih
berfungsijika utilitasnya tersedia bangunan dapat tetap berfungis dan tidak
terganggu dengan masalah perbaikan.
Terjadi kerusakan komponen struktur, kekakuannya berkurang, tetapi masih
mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-struktur
masih ada tetapi tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan
erbaikan
Kerusakan yang berarti pada komponen struktur dan non-struktur. Kekuatan
struktur dan kekakuannya berkurang banyak, hampir runtuh, kecelakaan akibat
keiatuhan material banl!unan vanl! rusak sanl!an munl!kin teriadi
Sumber : NEHRP, 2009
DAFTAR PUSTAKA
Alhan, Cenk and Altun, Metin. 2009.
Performance of Non-Linear Base isolation
Systems Designed According to Uniform
Building Code. 5thInternational Advanced
Technologies Symposium (IATS'09).
Turkey
Applied
Technology
Council.
2004.
Improvement of Nonlinear Static Seismic
Analysis Procedures, FEMA 440, ATC-55
Project.
Archer, Graham C. 2001. A Constant
Displacement Iteration Algorithm for
Nonlinear Static Push-Over Analyses.
Electronic
Journal
of
Structural
Engineering
Babu, S. Suresh; Sable, Kishore Sambhaji
and Jafarsadik I.S. 2011. Critical and
Control Strategies for Base Isolation
System
using Modal and Nodal
Approaches. International Journal of Earth
Sciences and Engineering, Vol. 04, No.
01.
Chandrasekaran, S and Roy, Anubhab. 2006.
Seismic Evaluation of Multi-Storey RC
Frame Using Modal Pushover Analysis.
Nonlinear Dynainics, Vol. 43. Springer.
Chang, Chia-Ming; Wang, Zhihao and
Spencer, Billie F. 2009. Application of
Active Base isolation Control. Sensors and
Smart Structures Technologies for Civil,
Mechanical, and Aerospace Systems.
USA
Chintanapakdee, Chatpan and Chopra, Anil
K. 2003. Evaluation of Modal Pushover
AT- 18
Analysis
Using
Generic
Frames.
Earthquake Engineering And Structural
Dynamics, Vol. 32.
Chopra, Anil K and Goel, Rakesh K. 2001. A
Modal Pushover Analysis Procedure For
Estimating
Seismic Demands
For
Buildings. Earthquake Engineering And
Structural Dynamics, Vol. 31.
Computer and Structures, Inc. 2010. Linear
and Nonlinear Static and Dynamic
Analysis
and
Design
of
Three
Dimensional Structures, CSI Berkeley,
California.
Dewobroto, Wiryanto. 2006. Evaluasi
Kinerja Bangunan Baja Tahan Gempa
dengan SAP2000. Jurnal Teknik Sipil,
Vol. 2, No.1.
Krishnamoorthy and Shetty, Kiran K. 2009.
Effect of Isolation Damping on The
Response of Base Isolated Structure.
Asian Journal Of Civil Engineering
(Building And Housing) Vol. 10, No.6.
Pamungkas, A dan Harianti, E. 2009. Gedung
beton bertulang tahan gempa.
Itspress.
Surabaya
Powell, Graham H. 2006. Static Pushover
Methods - Explanation, Comparison And
Implementation.
8TH US
National
Conference on Earthquake Engineering.
San Francisco
PPIUG 1983. 1983. Peraturan Pembebanan
Indonesia Untuk Gedung. Direktorat
Penyeledikan Masalah Bangunan.
Pranata, Y.A. 2006. Studi Perencanaan
Berbasis Kinerja pada Rangka Beton
Bertulang
dengan
Metode
Direct
Hazmidkk,Perbandingan
KinerjaStruktur...
Proceeding
PESA
T (Psikologi,
Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)
Universitas
Gunadarma
- Depok18- 19Oktober2011
Displacement-Based Design.
Jurnal
Teknik Sipil, Vol.3, No.2.
SNI 03-2847-2002. 2002. Tata Cara
Perhitungan
Struktur Beton
untuk
Bangunan Gedung, Depkimpraswil.
Hazmi dkk, Perbandingan Kinerja Struktur...
Vol.4 Oktober2011
ISSN:1858-2559
SNI 1726-2002. 2002. Standar Perencanaan
Ketahanan
Gempa untuk Struktur
Bangunan Gedung, Depkimpraswil.
AT- 19