EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA

DENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN

SOFTWARE ETABS

STUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI

SURAKARTA

(Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis

use ETABS Software

Case Study : Mansions Building in Surakarta)

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana

Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Disusun Oleh:

MEDI HENDRIYANTO NIM. I 1107529

PROGRAM S1 NON REGULER TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010

LEMBAR PERSETUJUAN

EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA

DENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN

SOFTWARE ETABS

STUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI

SURAKARTA

(Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis

use ETABS Software

Case Study : Mansions Building in Surakarta)

Disusun Oleh:

MEDI HENDRIYANTO NIM. I 1107529

Telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran

Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

Persetujuan Dosen Pembimbing

Dosen Pembimbing I

Edy Purwanto, ST, MTNIP. 19680912 199702 1 001

Dosen Pembimbing II

Setiono, ST, MScNIP. 19720224 199702 1 001

HALAMAN PENGESAHAN

EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPADENGAN ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN

SOFTWARE ETABSSTUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI

SURAKARTA(Performance Evaluation of Seismic Concrete Structures With Pushover Analysis

use ETABS SoftwareCase Study : Mansions Building in Surakarta)

SKRIPSI

Disusun Oleh :

MEDI HENDRIYANTO NIM. I 1107529

Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada hari : Kamis 31 Desember 2009

1. Edy Purwanto, ST, MTNIP. 19680912 199702 1 001 ____________________

2. Setiono, ST, MScNIP. 19720224 199702 1 001 ____________________

3. Wibowo, ST, DEANIP. 19681007 199502 1 001 ____________________

4. Achmad Basuki, ST, MTNIP. 19710901 199702 1 001 ____________________

Disahkan,Ketua Program S1 Non Reguler Teknik Sipil

Fakultas Teknik UNS

Ir. Agus Sumarsono, MTNIP. 19578014 198601 1 001

Mengetahui, Disahkan,a.n. Dekan Fakultas Teknik UNS Ketua Jurusan Teknik Sipil Pembantu Dekan I Fakultas Teknik UNS

Ir. Noegroho Djarwanti, MT Ir. Bambang Santosa, MTNIP. 19561112 198403 2 007 NIP. 19590823 198601 1 001

ABSTRAK

Medi Hendriyanto, 2010, Evaluasi Kinerja Struktur Beton Tahan Gempadengan Analisis Pushover Menggunakan Software ETABSStudi Kasus : Bangunan Rumah Susun di Surakarta, Tugas Akhir JurusanTeknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Indonesia merupakan daerah rawan gempa, untuk mengurangi resiko bencanayang terjadi diperlukan konstruksi bangunan tahan gempa. Perencanaan tahangempa umumnya didasarkan pada analisa struktur elastis yang kemudian diberifaktor beban untuk mensimulasi kondisi ultimate (batas). Kenyataannya bahwaperilaku keruntuhan bangunan saat gempa adalah inelastik.

Ada dua macam tipe keruntuhan suatu struktur yaitu keruntuhan lokal dankeruntuhan global, mekanisme keruntuhan yang biasa terjadi yaitu beam swaymechanism dan column sway mechanism. Dalam perencanaan mekanismekeruntuhan yang diharapkan adalah beam sway mechanism.

Metoda analisis yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah Performance BasedEarthquake Engineering (PBEE) yaitu konsep mendesain, mengevaluasi,membangun, mengawasi fungsi dan merawat fasilitas bangunan, dengan kinerjadibawah kondisi reaksi pembebanan biasa dan pembebanan ekstrim. Analisapushover (beban dorong statik) adalah analisa statik nonlinier perilaku keruntuhanstruktur terhadap gempa, sedangkan titik kinerja adalah besarnya perpindahanmaksimum struktur saat gempa rencana.

Dari hasil yang diperoleh berdasarkan analisis statik non linier menggunakansoftware ETABS dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah padagaya geser dasar sebesar 196,60 ton akan diperoleh hasil kinerja struktur( Performance Point ) berupa gaya geser sebesar 850,405 ton, displacement (Dt)0,057 m, redaman efektif (βeff ) 7,6 %, dan waktu efektif (Teff) 0,565 detik.Batasan rasio drift atap dengan software ETABS diperoleh maksimum total driftsebesar 0,0038 sedangkan maksimum in-elastik drift 0,003. Hasil perhitungandengan bantuan software ETABS menunjukan bahwa gedung yang ditinjautermasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO), hal ini berarti bahwabila terjadi gempa gedung tidak mengalami kerusakan struktural dan nonstruktural sehingga bangunan tersebut tetap aman digunakan.

Kata kunci : Analisis Pushover

ABSTRACT

Medi Hendriyanto, 2010, Performance Evaluation of Seismic ConcreteStructures With Pushover Analysis use ETABS SoftwareCase Study: Building Flats in Surakarta, End Task Civil Engineering DepartmentFaculty of Engineering, University of Sebelas Maret SurakartaCase Study: Building Flats in Surakarta, End Task Civil Engineering DepartmentFaculty of Engineering, University of Sebelas Maret Surakarta

Indonesia is an earthquake-prone areas, to reduce the risk of the disasterrequired the construction of earthquake resistant buildings. Planning seismicanalysis is generally based on the elastic structure and given the load factors tosimulate the ultimate conditions (boundary). The fact that the collapse of thebehavior of buildings during the earthquake is inelastik.

There are two types of collapse of a structure of local collapse and globalcollapse, the collapse mechanism which is common mechanism of beam andcolumn Sway Sway mechanism. In planning the expected collapse mechanism is abeam Sway mechanism.

Methods of analysis used in this final task is to Performance-BasedEarthquake Engineering (PBEE) is the concept of designing, evaluating,developing, supervising and maintaining the function of building facilities, with aperformance under normal conditions of loading reaction and extreme loading.Pushover analysis (static thrust load) is a nonlinear static analysis of structuralcollapse of the behavior of the earthquake, while the point of performance is themaximum amount of displacement during the earthquake structure plan.

From the results obtained by non-linear static analysis using ETABSsoftware can take some conclusions of which are at base shear force of 196.60tons will be obtained of the structure performance (Performance Point) a shearforce of 850.405 tons, displacement (Dd 0.057 m, the damping effective (PFF)7.6%, and the effective time (tz) 0.565 seconds. Limitation of the roof drift ratioof ETABS software acquired with a total maximum drift of 0.0038 while themaximum in-elastic drift 0.003. The result of calculation with the help of ETABSsoftware indicated that the building that were reviewed included the ImmediateOccupancy performance levels (IO), this means that if an earthquake happens thebuilding suffered no structural damage and non-structural so the building remainssafe to use.

Keywords: Pushover analysis

M0TTO

Masa depan yang cerah selalu tergantung kepada masa lalu yangdilupakan, kita tidak dapat hidup terus dengan baik jika kita

tidak melupakan kegagalan dan sakit hati di masa lalu

Tidak ada satupun di dunia ini,yang bisa di dapat dengan mudah.Kerja keras dan doa adalah cara untuk mempermudahnya

Gagal dalam sebuah pertempuran akan lebih ksatria,daripada gagal sebelum sempat menarik pedang

E n j o y a j a

PERSEMBAHAN

Coretan ini kupersembahkan untuk :

1. Ayah, Ibu dan Kakak yang telah memberikan omelan–omelan untuk semangat.

2. Endut item (Rani) makasih untuk semua kemarahan yang

diberikan untuk semangat aku.

3. Marwan, Andre, Adex, Wayan, Khang Heri, Mahmud,

kamar kos Andre sebagai tempat persinggahan dan

tempat woyo - woyo.

4. Semua anak – anak sipil ekstensi 07 makasih untukkebersamaannya.

5. Hik Pak Yanto “Mrengat – Mrengut” makasih untuk nasikucing, koyor dan es jeyuknya.

M a t u r n u w u n

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr Wb.

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-

Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir dengan judul

EVALUASI KINERJA STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA DENGAN

ANALISIS PUSHOVER MENGGUNAKAN SOFTWARE ETABS

STUDI KASUS : BANGUNAN RUMAH SUSUN DI SURAKARTA

Dalam penyusunan laporan ini penyusun banyak menjumpai kesulitan yang

dikarenakan keterbatasan pengetahuan penyusun terutama dibidang kontruksi.

pada kesempatan ini penyusun menyampaikan ucapan terima kasih

sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Mukahar, MSCE selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas

Maret.

2. Bapak Ir. Bambang Santosa, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil

Universitas Sebelas Maret.

3. Bapak Ir. Agus Sumarsono, MT selaku Ketua Program Studi S1 Non Reguler

Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret dan Dosen Pembimbing Akademis.

4. Bapak Edy Purwanto, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I.

5. Bapak Setiono, ST, Msc selaku Dosen Pembimbing II.

6. Bapak Wibowo, ST, DEA selaku Dosen Penguji.

7. Bapak Achmad Basuki, ST, MT selaku Dosen Penguji.

8. Keluarga kami dan rekan-rekan mahasiswa S1 Non Reguler Teknik Sipil

Gedung UNS, yang telah memberi semangat, kasih sayang, dan Doa pada

kami.

Penyusun menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna

baik dari segi isi maupun penyampaian, sehingga saran dan kritik yang

membangun sangat penyusun harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang.

Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.

Wassalamu’alaikum Wr Wb.

Surakarta, Desember 2009

Penyusun

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ii

ABSTRAK .........................................................................................................iii

KATA PENGANTAR .......................................................................................iv

DAFTAR ISI ......................................................................................................vi

DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii

DAFTAR TABEL ..............................................................................................ix

DAFTAR BAGAN ALIR ..................................................................................x

BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................1

1.1. Latar Belakang ................................................................................1

1.2. Rumusan Masalah ...........................................................................2

1.3. Batasan Masalah ..............................................................................2

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................3

1.5. Manfaat Penelitian ..........................................................................3

BAB 2 TINJUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ......................................4

2.1. Tinjuan Pustaka ...............................................................................4

2.2. Konsep Dasar Mekanisme Gempa ...................................................5

2.3. Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa .................6

2.4. Mekanisme Keruntuhan ...................................................................7

2.5. Parameter Dinamika Struktur ..........................................................10

2.5.1. Kekakuan Struktur .................................................................10

2.5.2. Redaman.................................................................................10

2.5.3. Waktu Getar Alami Struktur ..................................................10

2.6. Faktor Kuat Lebih.............................................................................11

2.7. Daktilitas Struktur.............................................................................11

BAB 3 METODE PENELITIAN .......................................................................13

3.1. Tinjuan Umum..................................................................................13

3.2. Performance Based Earthquake Engineering ...................................13

3.3. Analisa Gaya Lateral ........................................................................14

vii

3.4. Analisa Gaya Gravitasi .....................................................................16

3.5. Performance Level............................................................................16

3.6. Capaty Spectrum Method .................................................................17

3.7. Kurva Kapasitas................................................................................18

3.8. Pushover Analisis .............................................................................18

3.9. Prosedur Penelitian ...........................................................................19

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN .......................................................20

4.1. Deskripsi Model Struktur ................................................................20

4.2. Pembebanan Struktur ......................................................................22

4.2.1. Beban Mati .............................................................................22

4.2.2. Beban Hidup...........................................................................23

4.2.3. Beban Gempa .........................................................................23

4.3. Analisis Pushover ............................................................................25

4.3.1. Distribusi Sendi......................................................................25

4.3.2. Static Nonlinear Case.............................................................26

4.3.3. Perhitungan Performance Point..............................................28

4.4. Output Analisis Pushover ................................................................30

4.4.1. Kurva Kapasitas .....................................................................30

4.4.2. Titik Kinerja ...........................................................................31

4.4.3. Mekanisme Sendi Plastis........................................................32

4.5. Perbandingan Hasil Analisa .............................................................35

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ..............................................................36

5.1. Kesimpulan ......................................................................................36

5.2. Saran ................................................................................................36

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Peta Wilayah Gempa Indonesia .................................................... 1

Gambar 2.1. Mekanisme Keruntuhan Beam Sidesway Mechanism.................... 9

Gambar 2.2. Mekanisme Keruntuhan Column Sidesway Mechanism ................ 9

Gambar 3.1. Performance Point pada Capacity Spectrum Method ................... 16

Gambar 3.2. Kurva Kapasitas ............................................................................ 17

Gambar 4.1. Denah Struktur Gedung................................................................. 21

Gambar 4.2. Denah Struktur Gedung 3 D.......................................................... 21

Gambar 4.3. Peta Wilayah Gempa di Indonesia ............................................... 24

Gambar 4.4. Respons Spektrum Wilayah Gempa 3........................................... 24

Gambar 4.5. Input Sendi Pada Elemen Kolom .................................................. 25

Gambar 4.6. Input Sendi Pada Elemen Balok.................................................... 26

Gambar 4.7. Input GRAV Case ......................................................................... 27

Gambar 4.8. Input PUSH Case .......................................................................... 27

Gambar 4.9. Response Spectrum ....................................................................... 28

Gambar 4.10. Transformasi Kurva Kapasitas ke Spektrum Kapasitas .............. 28

Gambar 4.11. Hasil Plot Demand Spectrum Dengan Nilai Damping................ 29

Gambar 4.12. Hasil Performance Point.............................................................. 29

Gambar 4.13. Kurva Kapasitas .......................................................................... 30

Gambar 4.14. Kinerja Struktur........................................................................... 31

Gambar 4.15. Sendi Plastis Step 1 ..................................................................... 33

Gambar 4.16. Sendi Plastis Step 6 ..................................................................... 33

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Kriteria Kinerja ................................................................................. 16

Tabel 4.1. Evaluasi Kinerja Struktur ................................................................ 32

Tabel 4.2. Distribusi Sendi Platis....................................................................... 34

Tabel 4.3. Batasan Rasio Drift Atap .................................................................. 34

Tabel 4.4. Evaluasi Kinerja Struktur Dengan ETABS....................................... 35

Tabel 4.5. Evaluasi Kinerja Struktur Dengan SAP2000 .................................... 35

x

DAFTAR BAGAN ALIR

Bagan Alir 3.3. Kerangka Pikir.......................................................................... 19

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan daerah rawan terjadinya gempa, sehingga bangunan yang

dibangun harus direncanakan mampu bertahan ketika terjadinya gempa.

Pemakaian beton bertulang oleh masyarakat untuk struktur bangunan seperti

balok, kolom dan pelat telah banyak ditemukan. Akan tetapi pada peristiwa gempa

beberapa tahun terakhir telah menunjukkan bahwa banyak bangunan dengan

struktur beton bertulang telah mengalami kerusakan dan bahkan roboh. Penyebab

utama dari kerusakan tersebut umumnya terletak pada kesalahan perencanaan dan

terutama pada detail pelaksanaan serta mutu bahan yang rendah. Oleh karena itu,

pemerintah Indonesia juga telah menetapkan peraturan yang harus dipenuhi dan

tertuang dalam Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan

Gedung ( SNI – 1726 – 2002 ) dan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk

Gedung ( SNI 03-2847-2002 ).

Gambar 1.1 Peta Wilayah Gempa Indonesia

( Sumber : SNI 03-1726-2002 )

2

Tren perencanaan yang terkini yaitu perencanaan tahan gempa berbasis kinerja

(performanced based seismic design), yang memanfaatkan teknik analisis

nonlinier pushover berbasis komputer untuk menganalisis perilaku inelastis

struktur dari berbagai macam intensitas gerakan tanah (gempa), sehingga dapat

diketahui kinerjanya pada kondisi kritis dan dapat dilakukan tindakan apabila

tidak memenuhi syarat yang diperlukan (Dewobroto, 2005). Dengan statik

nonlinier pushover atau metode spektrum kapasitas dapat diperoleh perilaku

struktur secara keseluruhan, dari elastis, leleh dan akhirnya runtuh, dengan cara

menaikkan besarnya gaya geser statik secara monotonik yang mengikuti pola

distribusi tinggi struktur sampai target displacement tercapai. Baik distribusi gaya

dan target displacement didasarkan atas asumsi bahwa respon yang dihasilkan

dikontrol oleh mode yang dominan dan mode shape yang tetap tidak berubah

setelah struktur leleh.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat dirumuskan

permasalahan sebagai berikut :

1. Bagaimana prosedur analisis Pushover dapat digunakan untuk

mengevaluasi kinerja seismik struktur gedung, yaitu hubungan antara base

shear dengan displacement.

2. Performance Point dan Kriteria dari gedung yang ditinjau.

1.3 Batasan Masalah

Untuk mempermudah dalam pembahasan maka digunakan batasan masalah

sebagai berikut :

1. Struktur gedung terdiri dari 5 lantai dan berfungsi sebagai rumah tinggal

(rumah susun).

2. Struktur gedung merupakan gedung beton bertulang dan strukturnya bersifat

daktail parsial.

3

3. Gedung terletak di kota Surakarta dan berada pada wilayah gempa 3

berdasarkan SNI 1726-2002, pada tanah sedang (medium soil).

4. Peraturan pembebanan berdasarkan Pedoman Perencanaan Pembebanan

untuk Rumah dan Gedung (PPPURG 1987) dan Tata cara perhitungan

struktur beton untuk bangunan gedung berdasarkan SNI 03 – 2847 – 2002.

5. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung

( SNI – 1726 – 2002 ).

6. Kriteria kinerja struktur menggunakan peraturan ATC-40.

7. Perilaku struktur dianalisis dengan menggunakan pushover analysis dengan

bantuan program ETABS 9 dan SAP2000.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Menentukan hubungan base shear dengan displacement, pada kurva

pushover dan kurva seismic demand.

2. Menentukan performance point gedung 5 lantai bila dievaluasi dengan

Performance Based Siesmic Evaluation (PBSE), yaitu dengan analisis static

nonlinier pushover.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui prilaku suatu struktur ketika mengalami pembebanan gempa

dua arah.

2. Mengetahui kriteria kinerja struktur berdasarkan performance level.

4

BAB 2

TINJUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjuan Pustaka

Desain dan analisis perilaku serta kinerja struktur berdasarkan konsep

Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) telah cukup sering

dilakukan kajian di Indonesia meski masih dalam tahapan modeling, pada aplikasi

riil dalam kaitan suatu proses tahapan desain disebabkan belum adanya ketentuan

untuk melakukan tinjuan performance struktur hasil desain. Evaluasi sebagai

performance struktur di Indonesia telah dilakukan pada beberapa gedung tinggi

sebagai bagian dari tuntutan jaminan akan keselamatan terutama dari pihak owner

untuk mengetahui sejauh mana tingkat keamanan yang dimiliki dari sebuah

gedung.

Kebutuhan akan evaluasi kinerja struktur terutama struktur bangunan yang telah

berdiri atau eksisting di masa depan akan menjadi tuntutan seiring dengan hasil

riset-riset terbaru terhadap potensi bahaya gempa yang menunjukkan hasil

perkiraan nilai percepatan muka tanah yang jauh berbeda, bahkan dengan peta

wilayah gempa terbaru pada SNI 03 – 1726 – 2002

Yosafat Aji Pranata (2006), Metode analisis statik beban dorong (static

nonlinear/pushover analysis) merupakan suatu metode analisis, yang mana dari

hasil analisis antara lain diperoleh informasi berupa kurva kapasitas. Kurva

kapasitas menyatakan hubungan antara gaya geser dasar terhadap peralihan atap

struktur bangunan gedung. Dari kurva kapasitas kemudian dapat ditentukan

daktilitas peralihan aktual struktur, yang mana bergantung pada penentuan titik

peralihan pada saat leleh pertama terjadi dan titik peralihan ultimit (target

peralihan yang diharapkan).

5

Wiryanto Dewobroto (2006), menyatakan analisa pushover dapat digunakan

sebagai alat bantu untuk perencanaan tahan gempa, asalkan menyesuaikan dengan

keterbatasan yang ada, yaitu :

a. Hasil analisa pushover masih berupa suatu pendekatan, karena bagaimanapun

perilaku gempa yang sebenarnya adalah bersifat bolak-balik melalui suatu

siklus tertentu, sedangkan sifat pembebanan pada analisa pushover adalah

statik monotonik.

b. Pemilihan pola beban lateral yang digunakan dalam analisa adalah sangat

penting.

c. Untuk membuat model analisa nonlinier akan lebih rumit dibanding model

analisa linier. Model tersebut harus memperhitungkan karakteristik inelastik

beban-deformasi dari elemen-elemen yang penting dan efek P-Δ.

2.2 Konsep Dasar Mekanisme Gempa

Gempa bumi adalah getaran yang terjadi di permukaan bumi. Gempa bumi

biasanya disebabkan oleh pergerakan kerak bumi (lempeng bumi), gempa bumi

terjadi apabila tekanan yang terjadi karena pergerakan sudah terlalu besar untuk

dapat ditahan.

Gempa bumi terjadi setiap hari di bumi, namun kebanyakkan kecil dan tidak

menyebabkan kerusakan apa-apa. Gempa bumi kecil juga dapat mengiringi gempa

bumi besar, dan dapat terjadi sebelum atau sesudah gempa bumi besar tersebut.

Adapun tipe-tipe gempa bumi yaitu:

a. Gempa bumi runtuhan yang disebabkan oleh keruntuhan yang terjadi baik

diatas maupun di bawah permukaan tanah.

b. Gempa bumi vulkanik yang terjadi berdekatan dengan gunung berapi dan

mempunyai bentuk keretakan memanjang. Gempa bumi ini disebabkan oleh

pergerakan magma ke atas dalam gunung berapi, di mana geseran pada

batu-batuan menghasilkan gempa bumi.

6

c. Gempa bumi tektonik disebabkan oleh perlepasan tenaga yang terjadi

karena pergeseran lempengan pelat tektonik. Tenaga yang dihasilkan oleh

tekanan antara batuan dikenal sebagai kecacatan tektonik. Teori dari pelat

tektonik ( tektonik plate ) menjelaskan bahwa bumi terdiri dari beberapa

lapisan batuan, sebagian besar area dari lapisan kerak itu akan hanyut

dan mengapung sebagai lapisan. Lapisan tersebut bergerak perlahan

sehingga berpisah dan bertabrakan satu sama lainnya. Hal inilah yang

menyebabkan terjadinya gempa tektonik. Contoh gempa tektonik ialah seperti

yang terjadi di Yogyakarta, Indonesia pada Mei 2006.

Kebanyakan gempa bumi yang berbahaya adalah gempa bumi tektonik, hal

ini disebabkan dari pelepasan energi yang dihasilkan oleh tekanan yang

dilakukan oleh lempengan yang bergerak. Semakin lama tekanan itu dan

membesar, akhirnya mencapai pada keadaan dimana tekanan tersebut tidak dapat

ditahan lagi oleh pinggiran lempengan, pada saat itulah gempa bumi akan terjadi.

2.3 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa

Struktur bangunan tahan gempa harus memiliki kekuatan yang cukup untuk

mencegah terjadinya keruntuhan atau kegagalan struktur. Oleh karena itu dalam

perencanaannya harus memenuhi beberapa kondisi batas, yaitu:

a. Struktur bangunan yang direncanakan harus memiliki kekakuan dan kekuatan

yang cukup sehingga bila terjadi gempa yang berkekuatan kecil struktur

bersifat elastik.

b. Bila terjadi gempa berkekuatan sedang, struktur bangunan tidak boleh

mengalami kerusakan struktural namun dapat mengalami kerusakan non-

struktural ringan.

c. Pada saat terjadi gempa kuat, struktur bangunan dapat mengalami kerusakan

struktural namun harus tetap berdiri sehingga korban jiwa dapat dihindarkan.

Maka dalam perencanaan bangunan struktur tahan gempa harus diperhitungkan

dampak dari gaya lateral, dalam hal ini gaya yang diakibatkan oleh gempa bumi

yang bersifat siklis (bolak-balik) yang dialami oleh struktur. Adapun dalam

7

perencanaan tersebut, struktur harus dapat memiliki daktilitas yang memadai

didaerah joint atau elemen struktur tahan gempa seperti dinding geser atau yang

biasa disebut shearwall .

Agar struktur-struktur bangunan dapat berdeformasi maksimum, maka perlu

perancangan sendi-sendi plastis yang akan terjadi pada daerah-daerah yang dapat

menunjang tujuan desain bangunan tahan gempa. Dalam perencanannya, sendi-

sendi plastis terjadi pada kedua ujung balok-balok dan kaki kolom lantai dasar.

Konsep struktur yang memiliki karakteristik seperti ini adalah konsep kolom kuat-

balok lemah atau yang sering disebut sebagai “ strong column weak beam ”.

Melalui konsep struktur ini, maka pada saat mekanisme keruntuhan, sendi plastis

akan terjadi pada balok terlebih dahulu baru pada tahap-tahap akhir plastis terjadi

pada ujung-ujung bawah kolom. Hal ini dilakukan agar sejumlah besar sendi

plastis terbentuk pada struktur secara daktail yang dapat memencarkan energi

melalui proses pelelehan struktur dan diharapkan dapat menyerap beban gempa.

2.4 Mekanisme Keruntuhan

Ketika terjadi deformasi tak terbatas pada bagian struktur tanpa diiringi

peningkatan beban yang bekerja pada struktur tersebut, maka dapat dikatakan

struktur dalam keadaan runtuh. Salah satu hal yang perlu diperhatikan pada saat

struktur mengalami runtuh adalah jumlah sendi yang cukup telah terbentuk untuk

mengubah struktur atau bagian dari struktur tersebut menjadi suatu bentuk

mekanisme keruntuhan.

Jumlah sendi plastis yang telah terbentuk dapat dijadikan suatu patokan apakah

struktur telah mengalami keruntuhan atau belum. Hal ini dapat dikaitkan dengan

besarnya redaman pada saat struktur statis tak tentu. Setiap terbentuknya sendi

plastis maka akan diikuti dengan berkurangnya jumlah redaman sampai struktur

menjadi statis tak tentu. Jika jumlah sendi plastis melebihi jumlah redaman maka

kondisi ini menyebabkan keruntuhan pada struktur.

8

Pada kenyataannya kondisi seperti ini jarang terjadi karena ada beberapa hal saat

jumlah sendi plastis yang terjadi tidak melebihi redaman namun dapat

menyebabkan keruntuhan struktur. Hal ini dapat terjadi pada portal bertingkat dua

atau lebih. Keruntuhan suatu struktur dapat dibagi menjadi dua, yaitu sebagai

berikut :

a. Keruntuhan Lokal adalah keruntuhan yang diakibatkan oleh kegagalan pada

elemen struktur yang mengalami sendi plastis. Kegagalan ini terjadi karena

kapasitas penampang dari suatu elemen telah terlampaui. Parameter yang

digunakan untuk mengidentifikasi keruntuhan lokal adalah kelengkungan dan

sudut rotasi plastis.

b. Keruntuhan Global umumnya diasosiasikan dengan simpangan antar tingkat

( interstory drift ) pada saat terjadi deformasi in-elastis yang dibatasi pada nilai

tertentu bergantung pada periode struktur. Keruntuhan ini terjadi jika deformasi

lateral suatu struktur telah melebihi batas maksimum yang telah ditentukan

oleh peraturan yang berlaku.

Ada dua tipe mekanisme keruntuhan yang biasa terjadi pada analisis static sebagai

batas analisis, yaitu beam sway mechanism dan column sway mechanism. Beam

sway mechanism yaitu pembentukan sendi plastis pada ujung-ujung balok,

sedangkan column sway mechanism merupakan pembentukan sendi plastis pada

kedua ujung baik atas maupun bawah dari elemen struktur vertikal. Dalam

perencanaannya, mekanisme keruntuhan yang diharapkan adalah beam sway

mechanism, hal ini disebabkan beberapa alasan yaitu :

a. Pada beam sway mechanism, jumlah sendi plastis terbentuk dalam banyak

elemen sehingga energi yang dipancarkan semakin banyak pula.

b. Pada column sway mechanism, sendi plastis hanya akan terbentuk pada ujung-

ujung kolom pada suatu lantai saja, sehingga pemencaran energi hanya terjadi

pada sejumlah kecil elemen.

c. Daktilitas kurvatur yang harus dipenuhi oleh balok pada umumnya jauh lebih

mudah dipenuhi daripada kolom yang sering kali memiliki daktilitas yang

terbatas akibat besarnya gaya aksial tekan yang bekerja.

9

Gambar 2.1 Mekanisme Keruntuhan Beam Sidesway Mechanism

( Sumber : Park and Paulay, 1974 )

Gambar 2.2 Mekanisme Keruntuhan Column Sidesway Mechanism

( Sumber : Park and Paulay, 1974 )

Keterangan :

Lc : Tinggi Kolom

L : Bentang Kolom

θb : Sudut Geser Balok

θc : Sudut Geser Kolom

10

2.5 Parameter Dinamika Struktur

Pada saat melakukan perencanaan terhadap suatu struktur, maka perlu diketahui

beberapa parameter penting, yaitu massa (m), kekakuan (k), redaman (c), dan

waktu getar alami struktur (T).

2.5.1 Kekakuan Struktur ( k )

Kekakuan struktur merupakan gaya yang diperlukan oleh suatu struktur bila

mengalami deformasi. Adapun penilaian kekakuan ini berdasarkan bahan-bahan

material yang digunakan, dimensi elemen struktur, penulangan, modulus

elastisitas, momen inersia , momen inersia polar, dan modulus elastisitas geser.

2.5.2 Redaman ( c )

Suatu struktur bila dikenai beban tidak selalu bergetar. Hal ini disebabkan adanya

redaman. Redaman pada suatu struktur yang bergetar menyatakan adanya

fenomena disipasi energi atau penyerapan energi.

2.5.3 Waktu Getar Alami Struktur (T)

Waktu getar alami adalah waktu yang dibutuhkan oleh struktur untuk bergetar

satu kali bolak-balik tanpa adanya gaya luar. Waktu getar alami struktur ini

dinyatakan dalam detik. Besarnya waktu getar alami struktur perlu diketahui agar

peristiwa resonansi pada struktur dapat dihindari. Peristiwa resonansi struktur

adalah suatu keadaan saat frekuensi alami pada struktur sama dengan frekuensi

beban luar yang bekerja sehingga dapat menyebabkan keruntuhan pada struktur.

Adapun hubungan antara waktu getar dengan frekuensi dapat dinyatakan sebagai

berikut:

T1 < ζ n

T1 = Batas maksimum waktu getar alami.

ζ = Koefisien yang membatasi waktu getar alami struktur gedung, tergantung

dari wilayah gempa sesuai tabel 8 SNI 03 – 1726 – 2002. [ 1 ]

n = Jumlah tingkat struktur.

11

Untuk struktur gedung berupa portal tanpa unsur pengaku waktu getar alami dapat

dihitung dengan rumus :

T = 0,085 H0,75 untuk portal baja

T = 0,060 H0,75 untuk portal Beton

T = 0,090 H B-0,5 untuk struktur gedung yang lain

Keterangan :

H : Tinggi Bangunan Struktur

B : Panjang Denah Struktur

2.6 Faktor Kuat Lebih (Overstrength Factor)

Dalam mendesain suatu bangunan, struktur yang memenuhi sifat kuat lebih (f1)

dan redundancy (f2), maka umumnya dengan sifat tersebut struktur tidak akan

merespon sepenuhnya elastoplastis. Sifat kuat lebih (f1) umumnya disebabkan

kekuatan aktual material yang dilaksanakan lebih besar dari kekuatan material

yang direncanakan sedangkan redundancy (f2) disebabkan dari mekanisme

jumlah sendi plastis yang direncanakan pada bangunan lebih besar dari satu.

Beban lebih pada elemen non-daktail dapat diperhitungkan hanya apabila efek

kuat lebih tidak diperhitungkan dalam desain sebelumnya.

2.7 Daktilitas Struktur ( µ )

Daktilitas merupakan suatu sifat bahan yang memungkinkan terjadinya suatu

deformasi pada suatu material. Saat mendesain suatu struktur bangunan, bila

bangunan direncanakan bersifat elastis pada saat gempa kuat, maka struktur akan

menjadi tidak ekonomis dan membutuhkan biaya yang sangat besar karena gempa

kuat jarang terjadi. Oleh karena itu maka struktur bangunan direncanakan bersifat

inelastis dengan tingkat daktilitas tertentu.

Dengan adanya sifat daktilitas tersebut, maka suatu struktur memungkinkan

terjadinya sendi plastis secara bertahap pada elemen-elemen struktur yang telah

ditentukan pada saat terjadi beban gempa maksimum. Hal ini terjadi akibat

12

gerakan tanah dasar yang diterima akan didistribusikan pada sendi plastis tersebut.

Semakin banyak terbentuk sendi plastis pada elemen struktur, semakin besar pula

energi gempa yang didistribusikan. Setelah terjadi sendi plastis pada suatu

elemen, defleksi struktur serta rotasi plastis masih terus bertambah. Selanjutnya

daktilitas dikenal dengan lambang µ.

Daktilitas bangunan yang didesain harus dibatasi berdasarkan kriteria perencanaan

sebagai berikut:

a. Kekuatan dan kekakuan struktur direncanakan untuk memenuhi kondisi

inelastis yang direncanakan supaya memberikan kemampuan kepada struktur

bangunan mengalami deformasi bersifat elastoplastik tanpa terjadi keruntuhan

saat mengalami gempa rencana maksimum.

b. Sendi-sendi plastis yang terjadi akibat beban gempa maksimum direncanakan

terdapat di dalam balok-balok dan tidak terjadi dalam kolom-kolom, kecuali

pada kaki kolom yang paling bawah. Hal ini dapat tercapai bila kapasitas

(momen leleh) kolom lebih tinggi daripada kapasitas (momen leleh) balok

yang bertemu pada kolom tersebut (konsep strong column weak beam).

c. Besarnya displacement yang terjadi harus dibatasi untuk menjaga integritas

bangunan dan menghindari jatuhnya korban jiwa.

13

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Tinjuan Umum

Metode penelitian adalah suatu cara atau metode untuk memperjelas pemahaman

ilmiah akan suatu kenyataan dengan cara meneliti suatu masalah, kasus, gejala

atau fenomena secara ilmiah untuk menghasilkan kesimpulan yang rasional

sebagai bukti atau data secara empiris yang memperkuat pemahaman ilmiah

tersebut. Metode penelitian yang digunakan adalah metode analisis dengan

bantuan software ETABS.

Dalam tugas akhir ini akan dilakukan analisis statik non-linier struktur (pushover

analysis), analisis pushover dilakukan sesuai dengan prodesur B pada dokumen

ATC 40,1996 menggunakan bantuan software ETABS dengan konsep

Performance Based Earthquake Engineering (PBEE). Analisis pushover

merupakan analisis yang digunakan untuk mengevalusasi kenerja dari subuah

struktur gedung, hasil dari analisis pushover adalah capacity curve, performance

point. Bangunan yang ditinjau terdiri dari 5 lantai mempunyai ukuran bangunan

60 m x 19,2 m, dengan arah sumbu-x bangunan memiliki 15 segmen dengan

masing-masing bentang sepanjang 3 m dan 4,5 meter dan sumbu-y bangunan

memiliki 5 segmen dengan masing-masing bentang memiliki panjang 4,2 m dan

5,4 m sedangkan tinggi antar lantai 3 m, bangunan tersebut menggunakan sistem

penahan gaya lateral yaitu shearwall.

3.2 Performance Based Earthquake Engineering (PBEE)

Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) yaitu konsep mendesain,

mengevaluasi, membangun, mengawasi fungsi dan merawat fasilitas bangunan,

dengan kinerja dibawah kondisi reaksi pembebanan biasa dan pembebanan

14

ekstrim. Performance Based Earthquake Engineering (PBEE) dibagi menjadi dua,

yaitu Performance Based Seismic Design (PBSD) dan Performance Based Seismic

Evalution (PBSE). Kebutuhan pengunaan PBEE bermacam-macam, yaitu ditinjau

dari tujuan owner dan pengguna bangunan. Alasan penggunanan PBEE yaitu

kinerjanya dapat diprediksi dan dievaluasi sebelum bangunan ada atau setelah

bangunan ada, sehingga owner dengan kontraktor dapat memprediksi dan

mengevaluasi kinerja bangunan berdasarkan pertimbangan keselamatan pengguna

dari pada biaya pembuatannya.

Kerangka kerja pendekatan dengan Performance Based Seismic Evalution (PBSE)

pelaksanaanya tergantung pada kemampuan untuk mengevaluasi seismic

demands, seperti story drift/roof displacement dan penyebaran letak sendi platis.

Metode evaluasi yang digunakan adalah analisis nonlinear pushover, proses

menjalankan analisis pushover berdasarkan kriteria kinerja ATC-40. Hasil

evaluasi tersebut akan menghasilkan kurva pushover yang selanjutnya pada

metode capacity spectrum, kurva pushover tersebut diubah dalam bentuk kurva

kapasitas Single degree Of Freedom (SDOF) yang berpotongan dengan respons

spectrum yang disebut performance point. Respons spectrum diatas menggunakan

respons spectrum yang telah dimodifikasi dengan 5 % damped design spectrum,

dengan tujuan mengganti efek hilangnya energi dari system inelastic dengan

damping yang setara. Performance point merupakan gambaran grafik sederhana

tentang evaluasi dari gedung yang ditinjau. Hasilnya dapat diselaraskan dengan

kriteria kinerja sesuai ATC-40, apakah gedung tersebut termasuk dalam

Operational, Immediate Occupancy, Life Safety, dan Collapse Prevention

3.3 Analisa Gaya Lateral

a. Waktu Getar Alami ( T )

Waktu getar alami dinyatakan dalam detik yang menentukan besarnya faktor

respons gempa struktur gedung dan kurvanya ditampilkan dalam spektrum

respons gempa rencana.

15

b. Faktor Keutamaan Gedung ( I )

Faktor keutamaan gedung merupakan faktor pengali dari pengaruh gempa

rencana pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan periode ulang

gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas dilampauinya

pengaruh umur gedung, dengan persamaan sebagai berikut :

I = I1 I2 ( Sumber : SNI 03-1726-2002 )

dimana :

I1 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan

dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa selama umur gedung.

I2 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan

umur gedung tersebut.

c. Faktor Reduksi Gempa ( R )

Rasio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh gempa rencana pada

struktur gedung elastik penuh dan beban gempa nominal akibat pengaruh

gempa rencana pada struktur gedung.

d. Beban Geser Dasar Nominal ( V )

Perencanaan beban gempa statik ekivalen diawali dengan penentuan gaya

geser pada lantai dasar Vb(base shear) dengan persamaan sebagai berikut:

WtR

ICV .1 ( Sumber : SNI 03-1726-2002 )

dimana :

C1 = Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa

Rencana

I = Faktor Keutamaan

R = Faktor reduksi gempa

Wt = Berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai

e. Beban Gempa Statik Ekuivalen

Beban gempa nominal statik ekuivalen yang menangkap pada pusat massa

pada taraf lantai tingkat ke-i struktur atas gedung.

16

VhiWi

hiWiFi .

.

.

( Sumber : SNI 03-1726-2002 )

Dimana :

Wi = berat lantai tingkat ke-I pada peninjauan gempa

hi = Ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral

V = Beban geser dasar nominal akibat gempa

3.4 Analisa Gaya Gravitasi

a. Beban Mati

Beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang bersifat tetap,

termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian (finishing), mesin-mesin serta

peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu.

b. Beban Hidup

Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penggunaan gedung dan

di dalamnya termasuk beban pada plat lantai yang berasal dari barang-barang

yang dapat berpindah sehingga dapat mengakibatkan perubahan dalam

pembebanan lantai atau atap.

3.5 Performance Level

Performance level menggambarkan batasan kerusakan pada struktur dan beban

gempa yang ada. Batasan kerusakan ini dideskripsikan dari kerusakan fisik yang

terjadi pada struktur, ancaman kehilangan nyawa bagi pengguna bangunan akibat

kerusakan yang terjadi.

Di dalam ATC-40 dijelaskan perilaku suatu struktur yang diukur dari

tingkat kerusakan struktural dan non struktural yang terjadi. Empat tingkat

kerusakan utama sebagai berikut:

17

Sd

Sa

Capacity spectrum

DemandspectrumTitik kinerja (performance

point)

Tabel 3.1 Kriteria Kinerja

Level

Kinerja

Penjelasan

Operational Tidak ada kerusakan struktural dan non struktural yang berarti,

bangunan dapat tetap berfungsi.

ImmediateOccupancy

Tidak terjadi kerusakan struktural, komponen non structural

masih berada di tempatnya dan bangunan tetap dapat berfungsi

tanpa terganggu masalah perbaikan.

Life Safety Terjadi kerusakan struktural tetapi tidak terjadi keruntuhan,

komponen non struktural tidak berfungsi tetapi bangunan masih

dapat digunakan setelah dilakukan perbaikan.

CollapsePrevention

Kerusakan terjadi pada komponen struktural dan non struktural,

bangunan hampir runtuh, dan kecelakaan akibat kejatuhan

material bangunan sangat mungkin terjadi.

( Sumber : ATC-40, Volume 1 )

3.6 Capacity Spectrum Method

Capacity spectrum method menyajikan secara grafis dua buah grafik yang disebut

spektrum, yaitu spektrum kapasitas (capacity spectrum) yang menggambarkan

kapasitas struktur berupa hubungan gaya dorong total (base shear) dan

perpindahan lateral struktur (biasanya ditetapkan di puncak bangunan), dan

spektrum demand yang menggambarkan besarnya demand (tuntutan kinerja)

akibat gempa dengan periode ulang tertentu.

Gambar 3.1 Performance Point pada Capacity Spectrum Method

( Sumber : ATC-40, Volume 1 )

18

at

ap

V

Gay

a ge

ser

dasa

r, V

(kN

)

Perpindahan atap,atap (m)

3.7 Kurva Kapasitas

Kurva kapasitas yang didapatkan dari analisis pushover menggambarkan kekuatan

struktur yang besarnya sangat tergantung dari kemampuan momen-deformasi dari

masing-masing komponen struktur. Cara termudah untuk membuat kurva ini

adalah dengan mendorong struktur secara bertahap (pushover) dan mencatat

hubungan antara gaya geser dasar (base shear) dan perpindahan atap akibat beban

lateral yang dikerjakan pada struktur dengan pola pembebanan tertentu. Pola

pembebanan umumnya berupa beban statik ekivalen, hal ini berlaku untuk

bangunan yang memiliki periode fundamental struktur yang relatif kecil. Untuk

bangunan yang lebih fleksibel dengan periode struktur yang lebih besar,

perencana sebaiknya memperhitungkan pengaruh ragam yang lebih tinggi dalam

analisisnya.

Gambar 3.2 Kurva Kapasitas( Sumber : ATC-40, Volume 1 )

3.8 Pushover Analisis

Analisa statik nonlinier merupakan prosedur analisa untuk mengetahui perilaku

keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa, dikenal pula sebagai analisa

pushover atau analisa beban dorong statik. Analisa dilakukan dengan memberikan

suatu pola beban lateral statik pada struktur, yang kemudian secara bertahap

ditingkatkan dengan faktor pengali sampai satu target perpindahan lateral dari

suatu titik acuan tercapai.

19

Analisa pushover menghasilkan kurva pushover, kurva yang menggambarkan

hubungan antara gaya geser dasar versus perpindahan titik acuan pada atap. Pada

proses pushover, struktur didorong sampai mengalami leleh disatu atau lebih

lokasi di struktur tersebut. Kurva kapasitas akan memperlihatkan suatu kondisi

linier sebelum mencapai kondisi leleh dan selanjutnya berperilaku non-linier.

Kurva pushover dipengaruhi oleh pola distribusi gaya lateral yang digunakan

sebagai beban dorong.

Tujuan analisa 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. Banyak studi menunjukkan bahwa

analisa statik pushover dapat memberikan hasil mencukupi (ketika dibandingkan

dengan hasil analisa dinamik nonlinier) untuk bangunan regular dan tidak tinggi.

3.9 Prosedur Penelitian

Penelitian harus dilaksanakan secara sistematika dengan urutan yang jelas dan

teratur sehingga hasil yang diperoleh dapat dipertanggung jawabkan Oleh karena

itu, pelaksanaan penelitian dibagi beberapa tahapan, diantaranya :

a. Mencari data dan informasi yang mendukung penelitian.

b. Membuat model geometri struktur portal 3D dan menentukan dimensi balok

dan kolom.

c. Menghitung beban yang bekerja pada portal, yaitu beban mati, beban hidup,

dan beban gempa.

d. Menganalisis struktur terhadap model struktur portal, dengan menggunkan

analisis pushover. Sehingga memperoleh besarnya nilai drift/displacement,

momen, gaya geser dan gaya aksial pada struktur portal.

e. Menjelaskan hasil performance point dari struktur tersebut untuk mengetahui

struktur tersebut aman atau tidak.

f. Berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan, maka dapat dibuat

kesimpulan yang sesuai dengan tujuan penelitian.

20

Bagan Alir 3.3 Kerangka Pikir

Selesai

Data dan Informasi

Membuat model geometri struktur portal 3D dan menentukan dimensi

Menghitung beban :beban mati, beban hidup, dan beban gempa

Analisis struktur dengan menggunakan analisis pushover.

Hasil Analisis Pushover :

Drift/displacement, momen, gaya geser dan gaya aksial

Menjelaskan hasil performance point.

Mulai

Menentukan Kriteria Kinerja

21

BAB 4

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1. Pemodelan Struktur

Bangunan yang ditinjau terdiri dari 5 lantai mempunyai ukuran bangunan 60 m x

19,2 m, arah sumbu-x memiliki 15 segmen dengan bentang 3 m dan 4,5 meter dan

sumbu-y memiliki 5 segmen dengan bentang 4,2 m dan 5,4 m, tinggi lantai 3 m,

bangunan tersebut menggunakan sistem penahan gaya lateral yaitu shearwall,

Model struktur di desain dengan menggunakan beton dengan kuat tekan 30 Mpa

dan tulangan dengan kuat tarik 390 Mpa, daerah gempa rencana terletak dalam

zona 3, tanah sedang. Denah dari struktur yang ada dalam pemodelan tugas akhir

ini adalah sebagai berikut :

Gambar 4.1 Denah Struktur Gedung

Gambar 4.2 Denah Struktur Gedung 3 D

22

4.2. Pembebanan Struktur

Perencanaan pembebanan dimaksudkan untuk memberikan pedoman dalam

menentukan beban-beban yang bekerja pada bangunan. Secara umum, beban

direncanakan sesuai Pedoman Perencanaan untuk Rumah dan Gedung (PPURG-

1987) sebagai berikut:

4.2.1 Beban Mati (DL)

Beban mati yang diperhitungkan dalam struktur gedung bertingkat ini terdiri dari

beban mati structural (structural dead load) dan beban mati arsitektural

(superimpose dead load).

a. Beban mati struktural

Beban mati struktural ini merupakan berat sendiri elemen bangunan yang

memiliki fungsi struktural menahan beban. Beban dari berat sendiri elemen–

elemen tersebut diantaranya sebagai berikut:

1. Baja = 7850 kg/m3

2. Beton Bertulang = 2400 kg/m3

b. Beban mati arsitektural

Berikut adalah beban – beban yang termasuk sebagai Superimpose Dead Load :

1. Beban Material Penutup Lantai

Material penutup lantai yang digunakan adalah spesi tebal 3 cm asumsi berat

elemen 21 kg/m2, keramik tebal 2 cm asumsi berat elemen 24 kg/m2, pasir

tebal 5 cm asumsi berat elemen 1,6 kg/m2.

Untuk atap menggunakan lapisan anti bocor (waterproffing) tebal 3 cm asumsi

berat elemen 1,6 kg/m2

23

2. Beban Plafond

Plafond yang digunakan terbuat dari material semen asbes setebal 3mm. Berat

elemen tersebut diperhitungkan sebesar 11 kg/m2.

3. Beban MEP

Beban Mechanical and Electrical (ME) diasumsikan sebesar 50 kg/m2.

4.2.2 Beban Hidup (LL)

Beban hidup yang diperhitungkan adalah beban hidup selama masa layan. Beban

hidup selama masa konstruksi tidak diperhitungkan karena diperkirakan beban

hidup masa layan lebih besar daripada beban hidup masa konstruksi. Beban hidup

yang direncanakan adalah sebagai berikut :

1. Beban Hidup pada Lantai Gedung

Beban hidup yang digunakan mengacu pada standar pedoman pembebanan

yang ada, yaitu sebesar 250 kg/m2.

2. Beban Hidup pada Atap Gedung

Beban hidup yang digunakan mengacu pada standar pedoman pembebanan

yang ada, yaitu sebesar 100 kg/m2 untuk beban tiap joint kuda-kuda dan

100 kg/m2 untuk beban plat atap.

4.2.3 Beban Gempa (E)

Beban gempa yang direncanakan adalah berdasarkan kriteria yang diberikan

bahwa bangunan ini berada pada wilayah gempa zona 3 sesuai dengan ketentuan

SNI 03-1726-2002, beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang

bekerja pada gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa

tersebut. Beban gempa yang dimaksud adalah gaya–gaya didalam struktur yang

terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa tersebut. Berikut adalah peta wilayah

gempa di Indonesia dan grafik respons spektrum wilayah gempa 3.

24

Gambar 4.3 Peta Wilayah Gempa di Indonesia( Sumber : SNI 03-1726-2002 )

Gambar 4.4 Grafik Respons Spektrum Wilayah Gempa 3( Sumber : SNI 03-1726-2002 )

Kriteria yang digunakan :

1. Wilayah gempa 3

2. Kondisi tanah sedang

3. Tc = 0,46 detik

4. Ao (Ca) = 21

5. Ar (Cv) = 33

6. C (Ar/T) = 0,55

25

4.3. Analisis Pushover

Analisis pushover dilakukan dengan metode spektrum kapasitas (Capcity

Spektrum method ) sesuai prosedur B dokumen ATC 40, 1996. Analisis pushover

dengan prosedur B bersifat analitis dan sangat cocok dilakukan dengan bantuan

program. Dalam penelitian ini, proses analisis dilakukan dengan bantuan program

ETABS Nonlinier.

4.3.1. Distribusi sendi

Properti sendi dalam pemodelan ini untuk elemen kolom menggunkan tipe sendi

P-MM, karena pada elemen kolom terhadapat hubungan gaya aksial dan momen

(diagram interaksi P-M), sedangkan untuk elemen balok mengunakan tipe sendi

default-M3, karena balok efektif menahan gaya momen dalam arah sumbu kuat

(sumbu-3), sehingga sendi platis diharapkan terjadi pada elemen balok. Sendi

diasumsikan terletak pada masing-masing ujung elemen balok dan elemen kolom,

pada saat meng-input tipe sendi pada elemen kolom dan balok, menu Relative

Distance diisi angka 0 dan angka 1. Angka 0 menunjukan pangkal balok atau

kolom dan angka 1 menunjukan ujung balok atau kolom.

Gambar 4.5 Input sendi pada elemen kolom

26

Gambar 4.6 Input sendi pada elemen balok

4.3.2. Static Nonlinear Case

Pada saat analisis Pushover menggunakan sofware ETABS proses running

dilakukan dengan memasukan dua macam proses running sebagai berikut :

1. GRAV : Proses push-nya dilakukan oleh beban mati (Dead Load) dan

beban hidup (Live Load)

2. PUSH : Proses push-nya dilakukan oleh displacement 4 % dari total

tinggi bangunan.

Untuk monitor target peraliahan dipilih pada sumbu lemah dari struktur bangunan

yang ditinjau, pada bangunan ini letak sumbu lemah berada di sumbu arah Y.

Pengisian parameter pada “PUSH” case step-step analisis pushover menggunakan

metode trial.

27

Gambar 4.7 Input “GRAV” case

Gambar 4.8 Input “PUSH” case

28

4.3.3. Perhitungan Performance Point

Perhitungan performance point menurut ATC 40 prosedur B sebagai berikut :

1. Menggambar response spectrum dengan redaman 5%, 10%, 15% dan 20%

Gambar 4.9 Response Spectrum

2. Mentransformasikan atau mengubah kurva kapasitas (Pushover) ke dalam

bentuk spektrum kapasitas.

Gambar 4.10 Transformasi kurva kapasitas ke spektrum kapasitas

Capacity Spectrum

5 % Demand

Response Spectrum

5 %

10 %

15 %

20 %

29

3. Melakukan Plot terhadap demand spectrum dengan nilai damping 5 % sesuai

dengan kondisi tanah dan wilayah gempa.

Gambar 4.11 Hasil plot Demand Spectrum dengan nilai Damping

4. Melakukan penggabungan antara Demand Spectrum dengan Capacity

Spectrum sehingga diperoleh titik perpotongan kurva yang merupakan titik

kinerja (Performance Point) bangunan.

Gambar 4.12 Hasil Performance Point

5 % Demand Response

Spectrum

Demand Spectrum

Performance Point

30

4.4. Output Analisis Pushover

Metode pushover adalah suatu analisis statik nonlinier dimana pengaruh gempa

rencana terhadap struktur bangunan gedung dianggap sebagai beban-beban statik

yang menangkap pada pusat massa masing-masing lantai, yang nilainya

ditingkatkan secara berangsur-angsur sampai melampaui pembebanan yang

menyebabkan terjadinya pelelehan (sendi plastis) pertama di dalam struktur

bangunan gedung, dengan peningkatan beban lebih lanjut mengalami perubahan

bentuk pasca-elastik yang besar sampai mencapai kondisi plastik. Hasil analisis

pushover yang dilakukan dengan program ETABS Nonlinier adalah kurva

kapasitas (Capacity Curve) skema kelelehan berupa distribusi sendi plastis yang

terjadi dan titik kinerja (Performance Point).

4.4.1. Kurva Kapasitas (Capacity Curve)

Kurva kapasitas menunjukkan hubungan antara gaya gempa dan perpindahan

yang terjadi hingga struktur runtuh. Perpindahan yang ditinjau adalah perpindahan

atap dan gaya geser dasar (base shear). Kurva kapasitas (Capacity Curve) dan

skema kelelehan sendi plastis selengkapnya disajikan pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Kurva Kapasitas (Capacity Curve)

31

Berdasarkan hasil perhitungan analisis pushover besarnya gaya leteral maksimum

yang mampu ditahan oleh struktur sebesar 1706,008 ton yang terjadi pada step 4,

dengan displacement sebesar 0,1485 m, sedangan pada step 5 gaya lateral yang

mampu ditahan oleh struktur menurun menjadi 1701,92 ton,kemudian struktur

bergoyang kearah berlawanan mengalami penurunan gaya geser dasar dan

mendadak collapse.

4.4.2. Titik Kinerja (Performance Point)

Berdasarkan kurva respon spektrum rencana dari peraturan gempa (SNI 1726-

2002) untuk wilayah gempa 3 dengan kondisi tanah sedang dapat diperoleh nilai

Ca= 0,21 dan Cv= 0,33 sebagai input analisis pushover dalam format ADRS

(acceleration-displacement response spekctrum). Titik kinerja (Performance

Point) hasil analisis pushover dapat dilihat pada Gambar 4.12

Gambar 4.14 Grafik Kinerja Struktur

32

Tabel 4.1 Evaluasi Kinerja Struktur

Performance pointGaya geserdasar(ton) Vt

(ton)Dt

(m)βeff

(%)Teff

(Detik)

196,60 850,405 0,057 7,6 0,565

Dari tabel diatas dapat dilihat nilai gaya geser dasar Vt = 850,405 ton >

Vy = 196,60 ton, dengan nilai redaman efektif (βeff) sebesar 7,6 %, nilai tersebut

lebih kecil dari batasan redaman efektif maksimum yang diijinkan yaitu 40 %.

Maka berdasarkan metode spektrum kapasitas perilaku struktur arah y pada

gempa rencana telah mengalami in-elastis yang disebabkan pelelehan pada sendi

plastisnya. Batasan maksimum displacement sebesar 0,02 H (0,3 m), target hasil

displacement dari analisis pushover sebesar 0,032 m < 0,3 m sehingga gedung

tersebut memenuhi syarat keamanan.

4.4.3. Mekanisme Sendi Plastis

Sendi plastis yang direncanakan agar sesuai dengan mekanisme yang

direncanakan yaitu beam sway mechanism (strong column weak beam). Di mana

sendi-sendi plastis untuk struktur direncanakan dapat terjadi pada elemen balok,

dan kolom dasar bangunan. Dari hasil analisa yang dilakukan dapat diketahui

letak sendi plastis yang terjadi pada struktur, pada step 1 sudah terlihat adanya

sendi plastis yang terbentuk didaerah balok lantai 3 pada struktur yang ditinjau.

Pada step 6 hampir semua daerah balok terbentuk sendi plastis, hal ini

menunjukkan bahwa distribusi sendi plastis hasil analisa pushover pada model

gedung yang ditinjau hanya terjadi pada daerah balok, sehingga tidak terjadi

mekanisme kerusakan tingkat. Hal tersebut sesuai dengan metode perencanaan

kolom kuat balok lemah dan memenuhi kriteria desain pada struktur gedung.

Gambar sendi plastis yang terjadi pada step 1 dan step 6 dapat dilihat pada gambar

4.15 dan gambar 4.16 dibawah ini.

33

Gambar 4.15 Sendi Plastis yang tejadi pada step 1

Gambar 4.16 Sendi Plastis yang tejadi pada step 6

34

Tabel 4.2. Distribusi Sendi PlatisStep Displacement

( m )Base Force( Tonm )

0 0,0000 0,0000

1 0,0117 301,9422

2 0,0718 1029,8840

3 0,1331 1571,6542

4 0,1485 1706,0088

5 0,1485 1701,9219

6 0,1494 1710,2057

( Sumber : ETABS, Pushover Curve )

Berdasarkan tabel 4.2 dapat diketahui batasan rasio drift atap yang dievaluasi pada

performance point yang mana parameternya adalah maksimum total drift dan

maksimum in-elastis drift. Perhitunganya seperti berikut :

Maksimum total drift = 0038,015

057,0

total

t

H

D

Maksimum in-elastik drift = 0030,015

)0117,0057,0()( 1

total

t

H

DD

Tabel 4.3. Batasan Rasio Drift AtapPerformance Point

IO LS CP

0,005 0,01 0,02

Berdasarkan batasan rasio drift atap menurut ATC 40 hasil perhitungan diatas

menunjukan bahwa gedung yang ditinjau termasuk dalam level kinerja Immediate

Occupancy (IO), hal ini berarti bahwa bila terjadi gempa gedung tidak mengalami

kerusakan struktural dan non struktural sehingga bangunan tersebut tetap aman

digunakan.

35

4.5. Perbandingan Hasil Analisa

Dari hasil analisa yang dilakukan dengan dua program ETABS dan SAP2000

dapat diperoleh perbedaan hasil analisa Pushover sebagai berikut :

1. Hasil analisa dengan program ETABS

Tabel 4.4 Evaluasi Kinerja Struktur

Performance pointGaya geserdasar(ton) Vt

(ton)Dt

(m)βeff

(%)Teff

(Detik)

196,60 850,405 0,057 7,6 0,565

Batasan rasio drift atap dengan software ETABS

a. Maksimum total drift = 0038,015

057,0

total

t

H

D

b. Maksimum in-elastik drift = 003,015

)0117,0057,0()( 1

total

t

H

DD

2. Hasil analisa dengan software SAP2000

Tabel 4.5 Evaluasi Kinerja Struktur

Performance pointGaya geserdasar(ton) Vt

(ton)Dt

(m)βeff

(%)Teff

(Detik)

196,60 818,94 0,058 10,9 1,10

Batasan rasio drift atap dengan software SAP

a. Maksimum total drift = 0039,015

058,0

total

t

H

D

b. Maksimum in-elastik drift = 0038,015

)0445,8057,0()( 1

E

H

DD

total

t

Dara hasil perhitungan dengan bantuan software ETABS dan SAP2000

menunjukan bahwa gedung yang ditinjau termasuk dalam level kinerja

Immediate Occupancy (IO), hal ini berarti bahwa bila terjadi gempa gedung

tidak mengalami kerusakan struktural dan non struktural sehingga bangunan

tersebut tetap aman digunakan.

36

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan analisis statik non-linier dengan menggunakan metode analisis

Pushover dengan bantuan program ETABS diperoleh kesimpulan sebagai

berikut :

1. Hasil analisa dengan software ETABS dengan gaya geser dasar sebesar 196,60

ton diperoleh hasil kinerja struktur ( Performance Point ) dengan gaya geser

sebesar 850,405 ton, displacement (Dt) 0,057 m, redaman efektif (βeff ) 7,6 %,

dan waktu efektif (Teff) 0,565 detik.

2. Batasan rasio drift atap dengan software ETABS diperoleh maksimum total

drift sebesar 0,0038 sedangkan maksimum in-elastik drift 0,003

3. Hasil perhitungan dengan bantuan software ETABS menunjukan bahwa

gedung yang ditinjau termasuk dalam level kinerja Immediate Occupancy

(IO), hal ini berarti bahwa bila terjadi gempa gedung tidak mengalami

kerusakan struktural dan non struktural sehingga bangunan tersebut tetap

aman digunakan.

5.2. Saran

Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis hanya menganalisis respon struktur

dengan menggunakan metode statik non-linear yaitu analisis Pushover. Namun

hasil yang didapat belum sepenuhnya memastikan apakah metode ini dapat

digunakan sepenuhnya, oleh karena itu penulis meyarankan beberapa hal yang

dapat digunakan untuk memperbaiki dan pengembangan studi selanjutnya, yaitu :

1. Evaluasi yang digunakan perlu ditambah dengan metode kinerja batas layan

dan kinerja batas ultimit.

2. Dalam tugas akhir ini menggunakan analisis statik non-linier, untuk studi yang

selanjutnya diharapkan menggunakan analisis dinamik non-linier untuk

melihat pengaruh dari Performance Point dari struktur yang ditinjau.

DAFTAR PUSTAKA

Applied Technology Council (ATC) 1996. Seismic Evaluation and Retrofit of

Concrete Buildings, ATC-40, Volume 1, Report No.SSC 96-01.

Afied Syahroni dan Bambang Budiono, Analisis Portal Daktail Berdasarkan

Metode Energi, Jurnal Teknik Sipil Melalui Mekanisme Leleh dan Drift

Target Akibat Beban Gempa, Vol. 12 No. 1 Januari 2005.

Analisis Pushover, Civil Engineering National Conference: Sustainability

Construction & Structural Engineering Based on Professionalism, Unika

Soegijapranata, Semarang.

Ashraf Habibullah, S.E.1, and Stephen Pyle, S.E., Practical Three Dimensional

Nonlinear Static Pushover Analysis, Published in Structure Magazine,

Winter, 1998.

Cosmas wibisono dan Hendro lie, 2008, Struktur Gedung Beton Bertulang

di Bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat, Program Studi Teknik Sipil

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung.

Dewobroto, W. 2005, Evaluasi Kinierja Struktur Baja Tahan Gempa dengan

Analisa Pushover, Jurusan Teknik Sipil - Universitas Pelita Harapan.

John Li, Computer Modeling of Structure to Earthquake Load

Park R and Paulay T, 1975, Reinforced Concrete Structure, United States of

America.

Peraturan Pembebanan Berdasarkan Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk

Rumah dan Gedung (PPPURG 1987).

SNI 03-2847-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan

Gedung.

SNI 03-1726-2002, Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur

Bangunan Gedung.

Yunalia, 2008, Evaluasi Kinerja Seismik Gedung Simetri Empat Lantai Dengan

Analisis Statik Nonlinier (Pushover), Program Studi Teknik Sipil Fakultas

Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Yosafat Aji Pranata, 2006, Evaluasi Kinerja Gedung Beton Bertulang TahanGempa Dengan Pushover Analysis, Jurnal Teknik Sipil, Vol. 3 , No. 1,Januari 2006. Universitas Kristen Maranatha, Bandung