PERBANDINGAN PROSEDUR EVALUASI ANALISA STATIS NONLINEAR FEMA 356 DAN FEMA 440

Transkripsi

1 PERBANDINGAN PROEDUR EVALUAI ANALIA AI NONLINEAR FEMA 356 DAN FEMA 0 Harun Alrasyid, Mudji Irmawan Dosn Jurusan knik ipil I Prum I Pmukiman D- urabaya harun@c.its.ac.id ABRAK Prosdur analisa statis nonlinar adalah salah satu tip dari analisa inlastis yan dapat diunakan untk mnhitun rspon struktur trhadap mpa. Variasi analisa yan dilakukan tantun dari tinkat krumitan dari modl struktur dan karaktrisktik mpa. Brbrapa pnliti dan asosiasi sudah mnmbankan brbrapa mtod valuasi kinrja dari prosdur analisa tatis Nonlinar diantaranya FEMA dnan dokumnya FEMA-73 mnunakan mtod kofisin prpindahan (Displacmnt officint) yan mana mtod ini mmodifikasi prpindahan lastis dnan brbrapa koffisin untuk mndapatkan art Prpindahan (art Displacmnt). Lalu 3 tahun brikutnya FEMA mnluarkan dokumn FEMA,356 untuk mnvaluasi hasil analisa statis nonlinar dnan masih mnunakan mtod yan sama Di akhir tahun 000 A brsama FEMA mnadakan pnlitian brsama untuk mnmbankan pdoman praktis bai para ninr untuk mntahui kinrja suatu banunan dari hasil analisa statis nonlinar. Hasil dari pnlitian brsama trsbut mnhasilkan dua dokumn yaitu A-55 dan Fma 0.. FEMA 0 mnunakan mtod Displacmnt Modification yan mrupakan modifikasi dari mtod kofisin prpindahan. Brbrapa hal yan dikmbankan adalah prhitunan kofisin,. dankan untuk kofisn 3 dihilankan dnan mmprtimbankan batasan pada kkuatan struktur.. Pada makalah ini pnulis mncoba mmbandinkan prosdur valuasi analisa statis nonlinar antara FEMA 356 dan FEMA 0 pada struktur 0 lantai. Dari hasil pnlitian ini didapat bahwa nilai tart displacmt yan dihasilkan kdua praturan trsbut adalah sama, hal ini dikarnakan priod struktur yan ada lbih dari satu dtik. Pnunaan nilai tart displacmt dapat dipakai sbaai altrnatif untuk valuasi struktur disampin NI dan NI yan mnunakan faktor duktilitas sbaai valuasi struktur Kata kunci: analisa statis nonlinar, FEMA 356,FEMA 0, Displacmnt Modification, Kofisin Prindahan art Displacmnt, PENDAHULUAN Prosdur analisa statis nonlinar adalah salah satu tip dari analisa inlastis yan dapat diunakan untk mnhitun rspon struktur trhadap mpa. Variasi analisa yan dilakukan tantun dari tinkat krumitan dari modl struktur dan karaktrisktik mpa. Dalam prmodlannya struktur dapat disdrhanakan dalam bntuk multi dr of frdom atau hanya sinl dr of frdom. dankan prmodlan karaktriskitik mpa diantaranya dalam bntuk data prcpatan, kcpatan dan prpindahan yan trdapat pada suatu lokasi mpa. Pnydrhanaan dari prmodlan karaktristik diatas dapat dibntuk dalam suatu rafik funsi rspon spktrum yan mana prmodlan trsbut mnjadi prmodlan umum dalam prosdur analisa statis nonlinar. Brbrapa pnliti dan asosiasi sudah mnmbankan brbrapa mtod valuasi kinrja dari prosdur analisa tatis Nonlinar diantaranya Fajfar [] mnunakan mtod N yan mana mnkombinasikan analisa pushovr dari modl multi dr of frdom (MDOF) dnan analisa rspon spktrum dari sbuah prsamaan sinl dr of frdom (DOF) untuk mntahui tinkat kinrja suatu banunan dari analisa satits nonlinar. Applid chnoloy ouncil (A) lwat dokumnnya A- 0[] mnunakan mtod spktrum kapasitas IBN (apacity pctrum) yan mana mtod ini mrduksi spktrum lastis hina mmoton kurva kapasitas pada koordinat spktra untuk mndapatkan nilai kinrja (prformanc point) dari suatu analisa statis nonlinar.. Fdration Emrncy Manamnt Ancy (FEMA) dnan dokumnya FEMA-73[3] mnunakan mtod kofisin prpindahan (Displacmnt officint) yan mana mtod ini mmodifikasi prpindahan lastis dnan brbrapa koffisin untuk mndapatkan art Prpindahan (art Displacmnt). Lalu 3 tahun brikutnya FEMA mnluarkan dokumn FEMA,356[] untuk mnvaluasi hasil analisa statis nonlinar dnan masih mnunakan mtod yan sama Di akhir tahun 000 A brsama FEMA mnadakan pnlitian brsama untuk mnmbankan pdoman praktis bai para ninr untuk mntahui kinrja suatu banunan dari hasil analisa statis nonlinar. Hasil dari pnlitian brsama trsbut mnhasilkan dua dokumn yaitu A-55dan Fma 0 []. Dua dokumn trsbut mrupakan valuasi dari mtod yan sudah ada sblumnya. Pada A-55 mnunakan mtod Equivalnt Linarization yan mrupakan modifikasi dari mtod spktrum kapasitas. Brbrapa hal yan dikmbankan diantaranya adalah prhitunan dari priod fktif dan rdaman. Priod fktif dan rdaman brantun pada ductilitas srta srta plot rspon acclration- A-35

2 displacmnt yan nantinya akan mmoton kurva forc-displacmnt untuk mnhasilkan suatu nilai dari prformanc point. FEMA 0 mnunakan mtod Displacmnt Modification yan mrupakan modifikasi dari mtod kofisin prpindahan. Brbrapa hal yan dikmbankan adalah prhitunan kofisin,. dankan untuk kofisn 3 dihilankan dnan mmprtimbankan batasan pada kkuatan struktur. Yan dimaksud batasan kkuatan struktur adalah suatu funsi priod struktur dan karaktristik kkuatan yan dimodifikasi untuk pnurunan kkuatan akibat bban siklik. Jika kkuatan struktur kuran dari batasan yan ada maka diprlukan analisa dinamik. Gambar : Idalisasi kurva aya dformasi dnan kmirinan pasca llh natif PROEDUR MEODE KOEFIIEN PERPINDAHAN FEMA 356 Idalisasi kurva forc displacmnt Hubunan nonlinar forc-displacmnt antara aya sr utama dnan prpindahan dari control nod harus diantikan dnan sbuah hubunan forcdisplacmnt yan diidalisasikan untuk mnhitun kkakuan latral ffktif K dan kkuatan llh ffktif Vy dari suatu banunan sprti yan akan ditampilan dalam ambar. Hubunan ini harus bilinar dan smn aris yan pada kurva aya dformasi harus diltakkan dnan mnunakan prosdur rafik yan ssuai dnan pdkatan kstimbanan pada darah yan trltak diatas dan dibawah kurva. Kkakuan latral ffktif harus diambil sbaai aris kkakuan yan dihitun pada saat nilai aya sr dasar 60 % dari kkuatan llh ffktif pada struktur. Kmirinan pasca llh α.harus ditntukan dnan sbuah smn aris yan mlwati kurva aktual saat prhitunan tart prpindahan. Kkuatan llh ffktif tidak bolh diambil mlbihi aya sr maksimum pada smua titik spanjan kurva actual Gambar : Idalisasi kurva aya dformasi dnan kmirinan pasca llh positif Mnntukan priod fundamntal fktif Priod fundamntal fktif harus brdasarkan idalisasi kurva Forc Dformation yan didfinisikan di atas. Priod fundamntal fktif harus dihitun pada prsamaan K i () i dimana : K i : Priod fundamntal lastis yan dihitun dnan dnan analisa lastis dinamis K i : Kkakuan latral lastis dari banunan K : Kkakuan latral fktif dari banunan Mnntukan tart displacmnt art displacmnt ( t) pada lantai atap harus dihitun ssuai dnan prsamaan di bawah ini atau ssuai dnan prsyaratan dari sction t 0 3 a 0 : Faktor modifikasi yan mnhubunkan spktra prpindahan dari sbuah prsamaan sistm DOF trhadap prpindahan atap dari banunan sistm MDOF yan dihitun mnunakan salah satu prosdur di bawah ini : () Faktor modal partisipasi pada lantai dari kontrol nod yan dihitun dnan mnunakan sbuah bntuk vktor yan brhubunan bntuk dflksi dari sbuah banunan pada tart displacmnt. Prosdur ini diunakan jika pola bban adaptiv didfiniskan pada pararaf. dari sction Nilai dari tabl di bawah ini A-36 minar Nasional Aplikasi knoloi Prasarana Wilayah 009

3 abl :Nilai faktor modifikasi 0 pada tabl 3- FEMA -356 abl 3: Nilai faktor modifikasi pada tabl 3-3 FEMA -356 :Faktor modifikasi yan mnhubunkan prkiraan prpindahan inlastis maksimum trhadap prpindahan yan dihitun dnan rspon analisa linar lastis. Adapun nilai dari adalah.0 untuk s (3).0 R / s untuk s () R s : Priod karaktristik dari rspon spktrum : Priod fundamntal ffktif dari sbuah dun R : Rasio dari dmand kkuatan lastis trhadap kkuatan llh. Adapun prsamaannya adalah : a R. V y / W m (5) a : Prcpatan rspon spctrum, pada priod fundamntal ffktif dan rasio rdaman dari banunan ssuai dnan sction.6..5 dan.6.. : prcpatan ravitasi Vy : Kkuatan llh yan dihitun dnan prosdur nonlinar statik untuk idalisasi kurva nonlinar aya dformasi dari baunan W : Brat banunan ffktif m : Faktor massa fktif, sbaai altrnatif m daimbil sbaai modl massa ffktif yan dihitun untuk mod fundamntal dnan mnunakan analisa invalu abl. : Nilai faktor modifikasi m pada tabl 3- FEMA -356 : Faktor modifikasi yan mnampilkan ffk dari bntuk pinc hystristic, pnurunan kkakuan dan kkuatan kmunkinan brada pada rspon prpindahan maksimum. Nilai dari untuk sistm fram yan brbda dan tinkat kinrja struktur dapat diprolh dari tabl dibawah ini. baai altrnatif nilai =.0 diijinkan untuk prosdur nonlinar 3 : Faktor modifikasi untuk mnampilkan prtambahan prpindahan akibat ffk dynamik P-. Untuk banunan dnan kkakuan ffktif positif pasca llh, nilai 3 =.0 dankan untuk dun dnan kkakuan fftif natif pasca llh nilai 3 dihitun dnan prsamaan dibawah ini 3 R.0 (6) 3 / α : Rasio kkauan pasca llh untuk kkauan lastis, yan mana hubunan nonlinar forc - dformation harus diambarkan dnan sbuah hubunan bilinar PROEDUR MEODE DIPLAEMEN MODIFIAION FEMA 0 Pada FEMA 0 pross idalisasi dari kurva forc displacmnt hina mntukan priod fundamntal ffktif tidak mnalami prubahan, dankan untuk mnntukan tart displacmnt ( t ) pada lantai atap harus dihitun ssuai dnan prsamaan di bawah ini a t 0 a (7) 0 : Faktor modifikasi yan mnhubunkan spktra prpindahan dari sbuah prsamaan sistm DOF trhadap prpindahan atap dari banunan sistm MDOF yan dihitun mnunakan salah satu prosdur di bawah ini : Faktor modal partisipasi prtama Prosdur pada sction dari FEMA 356 Pada tabl 3. pada FEMA 356 :Faktor modifikasi yan mnhubunkan prkiraan prpindahan inlastis maksimum trhadap prpindahan yan dihitun dnan rspon analisa linar lastis. Adapun nilai dari adalah R (8) a : Priod fundamntal ffktif R : Rasio dari dmand kkuatan lastis trhadap kkuatan llh yan diprolh dari prsamaan 5 a : konstanta dnan nilai 30,90,dan 60 untuk sit class B,,D Untuk priod lbih dari dtik maka nilai dari adalah IBN A-37

4 : : Faktor modifikasi yan mnampilkan ffk dari bntuk pinc hystristic, pnurunan kkakuan dan kkuatan kmunkinan brada pada rspon prpindahan maksimum. Nilai dari adalah sbaai brikut R (9) 800 Apabila priod banunan lbih dari dtik maka brnilai UDI KAU Pada pnlitian ini kdua mtod valuasi FEMA 356 dan FEMA 0 akan diaplikasikan pada suatu banunan 0 Lantai yan trltak pada Wilayah mpa 6. Jnis systm struktur yan dipakai adalah sistm struktur Ranka Pmikul Momn. Jnis matrial yan dipakai untuk mutu bton f c = 5 MPa sdankan untuk mutu baja f y = 30 MPa dan f ys = 0 MPa. Untuk dimnsi balok mnunakan 300x500 mm sdankan dimnsi kolom mnunakan 650x650 mm. Bban mati yan ditrima sbsar 50 k/m sdankan bban hidup sbsar 50 k/m. Untuk pndtailan mnunakan NI [7]. abl : Pnulanan balok No yp balok Lokasi ulananl arik ulanan kan ulanan Gsr Balok Lantai - (30/50) tumpuan 6 D 9 3 D 9 lapanan D 9 D 9 Balok Lantai 5-7 (30/50) tumpuan 5 D 9 3 D 9 lapanan D 9 D 9 3 tumpuan 3 D 9 3 D 9 Balok Lantai 8-0 (30/50) lapanan D 9 D 9 No abl 5: Pnulanan kolom Elmn KOLOM Lokasi ulanan l arik tumpuan 5 D 5 lapanan 5 D 5 ANALIA AI NONLINEAR ulanan Gsr tlah dilakukan analisa struktur dan pndtailan lankah slanjutnya mlakukan analisa statis nonlinar. Untuk analisa statis nonlinar mnunakan proram analisa struktur EAB 9.5. Hasil analisa statis nonlinar dapat dilihat pada ambar Gambar : Kurva kapasitas struktur Dari kurva di atas didapat bahwa nilai prpindahan llh ( y ) adalah 0. m dan bsarnya aya llh (V y ) adalah 53,30.58 k sdankan displacmnt maksimum adalah 0.7 m dan bsarnya aya maksimum adalah 63,336.6 k EVALUAI ANALIA AI NONLINEAR FEMA 356 DAN FEMA 0 Gambar 3: Prmodlan truktur Dari hasil analisa struktur didapat bahwa pnulanan balok dan kolom trdapat tabl dan 5 talah dilakukan analisa statis nonlinar lankah slanjutnya adalah mlakuakn valuasi kinrja dari analisa statis nonlinar. Lankah prtama yan dilakukan adalah mlakukan idalisasi kurva kapasitas dari analisa statis nonlinar. Untuk mrubah kurva kapasitas mnjadi kurva bilinar dilakukan dnan mnasumsikan nilai scant stifnss dari kurva kapasitas aktual sbsar 60% Vy. Mnurut FEMA 356 nilai scant stifnss sbsar 60 % Vy mrupakan pndkatan praktis untuk mncari nilai kkakuan ffktif trhadap titik llh saat struktur mulai masuk pada rntan inlastis aktual. Kurva bilinar yan tlah dibuat tidak bolh mlbihi aya sr maksimum pada smua titik. hina prhitunanya adalah sbaai brikut. Dari tabl. diktahui bahwa y struktur adalah 0. m yan mana bsarnya aya llh A-38 minar Nasional Aplikasi knoloi Prasarana Wilayah 009

5 dnan nilai displacmnt trsbut adalah 53,30.58 k.. hina bsarnya nilai scant stifnss adalah 0.6 x Vy = 0.6 x 53,30.58 k = 3, k Pada kurva kapasitas aktual didapatkan bahwa nilai displacmnt untuk scan stifnss adalah m. Dnan mndapatkan koordinat nilai scant stifnss maka didapatkan pula nilai kkakuan ffktif. Nilai kkakuan ffktif didapatkan dnan prsamaan kstimbanan statis dimana F = k (0) Dimana F : Gaya yan dibrikan k : ahanan Kkakuan : Prpindahan yan dihasilkan hina didapatkan nilai kkakuan ffktif (K) F 0.6V y 3, K =,85.00 k/m dankan koordinat V y dan y untuk kurva kapasitas aktual didapatkan dnan prsamaan yan sama dankan koordinat Vy dan y untuk kurva kapasitas Pada kurva kapasitas bilinar bsarnya nri dissipasi yan ditrima harus sama bsar dnan kurva kapasitas aktual. Bsarnya nri dissipasi dapat diktahui dnan mnhitun luasan dari kurva kapasitas. Bntuk kurva kapasitas bilinar dapat dilihat pada ambar 5 Gambar : Kurva kapasitas aktual dan kapasitas bilinar tlah mntahui nilai kkakuan ffktif lankah slanjutnya mncari nilai kkakuan inisial yan diprolh dari analisa mpa statis. Adapun mtod yan dipakai dalam mncari nilai kkakuan ffktif adalah sbaai brikut. Pada modl struktur yan ada diktahui aya mpa nominal adalah 3,87.0 k dan simpanan maksimum yan trjadi adalah max = m. Nilai kkakuan struktur inisial didapat dari prsamaan (0) shina kita dapatkan sbsar Dnan data di atas kita jua dapatkan prod fundmntal lastis modl struktur yan dihitun dnan mnunakan analisa lastis. Untuk priod fundamntal lastis diambil dari analisa im Rylih. hina didapatkan bsarnya priod fundamntal lastis untuk modl struktur adalah sbsar. dt tlah didapat nilai kkakuan ffktif, kkakuan inisial dan priod fundamntal lastis maka lankah slanjutnya adalah mnhitun priod fundamntal ffktif yan bdasarkan kurva kapasitas bilinar. rumus yan diunakan untuk mnhitun prod fundamntal ffktif trdapat pada bab.3..5 yaitu K i 9, =.3 dtik i K,85.00 Lankah slanjutnya adalah mncari nilai tart displacmnt. Untuk prhitunan prtama nilai tart displacmnt akan dihitun dnan mnunakan FEMA 356 sdankan slanjutnya akan dihitun dnan FEMA 0. Pada FEMA 356 Nilai koffisin 0 mnurut tabl sbsar.3 karna jumlah lantai dari modl struktur adalah 0 lantai. Untuk koffin nilainya sbsar karna nilai priod fundamntal ffktif struktur ( =.3 dtik) lbih bsar dari priod alami struktur ( s =. dtik). Karna pada struktur ini mnunakan sistm truktur Ranka Pmikul Momn Khusus (pcial Momn Rsistin Fram). Untuk nilai kofisin sbsar untuk smua tinkat kinrja. Nilai kofisin 3 adalah karna pada struktur kkakuan ffktif pasca llhnya adalah positif.dankan untuk nilai a sama dnan nilai faktor rpon mpa pada wilayah mpa 6 yaitu hina nilai tart displacmntnya untuk struktur dnan FEMA 356 adalah sbaai brikut t 0 3 a t.3 = 0.39 m Pada prhitunan slanjutnya akan dihitun dnan mnunakan FEMA 0. Untuk mncari nilai tart displacmnt mnunakan prsamaan (7). Adapun untuk nilai dari masin kofisinnya adalah sbaai brikut. Untuk 0 mnunakan tabl 3. dnan nilai sbsar.3 karna jumlah lantai dari modl struktur adalah 0 lantai. Untuk koffin nilainya sbsar karna nilai priod fundamntal fktif struktur ( =.3 dtik) lbih dari dtik. Untuk nilai kofisin sbsar karna priod fundamntal struktur lbih dari dtik. dankan untuk nilai a sama dnan hina nilai tart displacmntnya untuk struktur dnan FEMA 0 adalah sbaai brikut F 3,87.0 K i = 9,039.7 k/m t 0 a IBN A-39

6 t.3 = 0.39 m Dari hasil prhitunan diatas didapat bahwa hasil prhitunan FEMA 0 dan FEMA 356 mnhasilkan nilai yan sama. Hasil yan sama diprolh karna priod struktur lbih dari satu dtik shina nilai kofisin untuk dan brnilai. dankan dari kapasitas struktur yan ada masih mmnuhi kinrja yan ditntukan FEMA 356 dan FEMA 0. Hal ini dapat dilihat bahwa displacmnt maksimum dari kurva kapasitas yan sbsar 0.7 m masih lbih bsar daripada nilai tart displacmnt KEIMPULAN. Pnunaan pnntuan nilai tart displacmnt dari FEMA 356 dan FEMA 0 tidak akan brbda jauh apabila priod struktur lbih dari dtik. hina prlu dilakukan studi lanjut untuk struktur dnan priod kuran dari dtik. Pnunaan nilai tart displacmt dapat dipakai sbaai altrnatif untuk valuasi struktur disampin NI dan NI yan mnunakan faktor duktilitas sbaai valuasi struktur DAFAR PUAKA [] Fdral Emrncy Manamnt Ancy, 000, Prstandard And omntary For h ismic Rhabilitation Of Buildin,FEMA 356, Washinton D [] Applid chnoloy ouncil, 996, ismicevaluation and Rtrofit of oncrt Buildin,A - 0,Washinton D [3] Fdral Emrncy Manamnt Ancy, 997, NEHRP ommntary On h Guidlins For ismic Rhabilitation Of Buildins, FEMA 356,Washinton D [] Fdral Emrncy Manamnt Ancy, 00, Improvmnt Of Nonlinar tatic ismic Analysis Procdurs,FEMA 0, Washinton D [5] Badan tandardisasi Nasional (00), ata ara Prncanaan Ktahanan Gmpa untuk Gdun, NI [6] Badan tandardisasi Nasional (00), ata ara Prncanaan truktur Bton untuk Banunan Gdun, NI [7] omputrs and tructurs, Inc (005), I Analysis Rfrnc Manual For AP 000, EAB, and AFE, Barkly, alifornia [8] Alrasyid,H., Irmawan,M., avio., [006] Analisa Kinrja truktur Ranka Pmikul Momn Khusus Dnan Prbandinan Panjan Bntan Prosidin minar Nasional Himpunan Ahli Konstruksi Indonsia, Jakarta A-0 minar Nasional Aplikasi knoloi Prasarana Wilayah 009