EVALUASI KINERJA DIRECT DISPLACEMENT-BASED DESIGN DAN FORCE BASED DESIGN BANGUNAN IRREGULAR PLAN 6-LANTAI

Transkripsi

1 EVALUASI KINERJA DIRECT DISPLACEMENT-BASED DESIGN DAN FORCE BASED DESIGN BANGUNAN IRREGULAR PLAN 6-LANTAI Charly Wijaya 1, Stephe Wibiatma Wijaya 2, Ima Muljati 3, da Pamuda Pudjisuryadi 4 ABSTRAK : Metode Direct Displacemet-Based Desig (DDBD) merupaka metode baru dalam perhituga struktur bagua terhadap gempa yag membutuhka verifikasi secara global. Metode ii memiliki proses perhituga yag lebih sigkat da sederhaa jika dibadigka dega metode Force Based Desig (FBD) yag telah bayak diaplikasika saat ii. Peelitia kali ii bertujua utuk megevaluasi kierja bagua yag dihitug dega masig-masig metode utuk melihat performaya terhadap target desai sehigga dapat diverifikasi keadalaya. Bagua yag diteliti memiliki betuk irregular pla setiggi 6-latai yag berada pada wilayah gempa 2 da 6 Peta Gempa Idoesia. Verifikasi terhadap kierja bagua didapatka dari hasil aalisis dyamic oliear time history. Hasil verifikasi dari peelitia ii meujukka bahwa kedua metode memberika kierja yag baik, amu bagua yag didesai megguaka metode DDBD lebih medekati target desai yag telah ditetuka sebelumya dibadigka dega yag megguaka metode FBD. Selai itu, metode DDBD cocok utuk diterapka pada kosep Performace Based Desig yag memakai drift sebagai batasa desai. KATA KUNCI : DDBD, FBD, irregularity 1. PENDAHULUAN Dega bayakya gempa yag terjadi di daerah-daerah di beberapa egara, para ahli berusaha megembagka metode desai struktur bagua terhadap gempa bumi utuk memeuhi kierja struktur yag baik pada suatu level gempa tertetu. Secara umum, telah ditemuka bahwa struktur masih memiliki kekuata tambaha meskipu beba yag terjadi telah meyebabka struktur melampaui kodisi elastisya. Peemua ii kemudia melahirka kosep daktilitas da faktor reduksi gaya yag diterapka dalam metode Force Based Desig (FBD) utuk medapatka kekuata yag dibutuhka suatu struktur bagua terhadap gempa. Hasil aalisis akhir dari metode FBD atiya aka dikotrol melalui displacemet maksimum yag terjadi sesuai code yag berlaku. Namu, berdasarka peelitia lebih lajut, metode FBD tersebut teryata memiliki kelemaha dimaa adaya ketergatuga terhadap kekakua awal utuk meetuka periode da gaya geser sehigga serigkali diperluka iterasi ulag, selai itu peetua daktilitas da faktor reduksi gaya yag sama utuk berbagai struktur ditemuka kurag tepat. 1 Mahasiswa Program Studi Tekik Sipil Uiversitas Kriste Petra Surabaya, charlywe91@hotmail.com 2 Mahasiswa Program Studi Tekik Sipil Uiversitas Kriste Petra Surabaya, stephe.wibi@yahoo.com 3 Dose Program Studi Tekik Sipil Uiversitas Kriste Petra Surabaya, imuljati@petra.ac.id 4 Dose Program Studi Tekik Sipil Uiversitas Kriste Petra Surabaya, pamuda@petra.ac.id 1

2 Dega melihat adaya kelemaha pada metode FBD, maka dikembagkalah metode Direct Displacemet-Based Desig (DDBD) dimaa dalam medesai kekuata yag diperluka struktur bertujua utuk mecapai target displacemet da kierja batas sesuai yag direcaaka. Pada peelitia kali ii aka dievaluasi kierja dari pegguaa metode DDBD da FBD pada bagua dega irregular pla 6 latai. Deah bagua yag aka ditijau pada peilitia ii, dapat dilihat pada Gambar C7 C C4 C5 C6 C1 C2 C ± 0.00 Y X Gambar 1. Elevasi Struktur da Deah Struktur Bagua yag Ditijau 2. PROSEDUR DESAIN DDBD Lagkah 1 : Meetuka target desig displacemet (Persamaa 1) da drift struktur MDOF di dasar bagua yag sesuai dega kriteria kierja struktur (strai atau drift limits) sehigga didapatka desig displacemet (Persamaa 3) dari struktur SDOF peggati (Gambar 2). Gambar 2. Permodela SDOF dari Bagua Bertigkat 2

3 Target desig displacemet setiap latai didapatka dari persamaa 1 berdasarka shape vector yag terdapat pada persamaa 2, pada skala dari critical story displacemet c (pada latai 1) da mode shape pada critical storey level δ c (pada latai 1 bagua) : i = δi ( c δc ) (1) utuk 4 : δi= Hi ; utuk 4 : δi= 4. H 3 (Hi Hi ). (1- ) (2) H 4H dimaa adalah jumlah latai bagua, H i adalah elevasi latai ke-i, da H tiggi total bagua. Equivalet desig displacemet didapatka dari : i=1 i=1 (3) d = (m i i 2 )/ (m i i ) dimaa m i massa pada latai ke-i. Massa struktur peggati me da tiggi efektif He pada persamaa: i=1 m e = ( (m i i ) ) (4) d H e = ( i=1(m i i H i ) i=1(m i i )) (5) Lagkah 2 : Megkotrol target desig displacemet Δ i setiap latai terhadap higher mode effect. Kotrol yag dilakuka adalah memodifikasi ilai target desig displacemet Δ i dega ilai amplifikasi ω θ dimaa memiliki ketetua seperti pada Persamaa 7. i,ω = ω θ x i (6) ω θ = 1,15 0,0034H 1,0 (7) dimaa H adalah total tiggi bagua dalam satua meter. Lagkah 3 : Memperkiraka level equivalet viscous dampig ξeq, dimaa displacemet ductility μ dari struktur harus diketahui terlebih dahulu sesuai Persamaa 8. μ= d y (8) Yield displacemet y didapatka dari : y = Ө y. He (9) Ө y = 0,5ε y L b H b (10) dimaa Ө y adalah rotasi dari balok,ε y adalah strai dari tulaga baja, L b da H b adalah pajag da tiggi balok. Equivalet viscous dampig ξ eq didapatka dari : ξ eq = 0,05 + 0,565. ( μ 1 μπ ) (11) 3

4 Lagkah 4 : Meetuka periode efektif T e dari struktur SDOF pada saat respos peak displacemet dega memakai desig displacemet pada lagkah 1 da respos spectrum desig displacemet sesuai dega level dampig pada lagkah 3, ξ eq. Berdasarka desig displacemet spectrum maka T e didapatka dari : R ξ = ( 0,07 0,02+ξ )0,5 (12) T e = d ξ Td (13) dimaa T d adalah corer period, ξ displacemet demad utuk level dari equivalet viscous dampig ξ eq. Lagkah 5 : Meghitug kekakua efektif k e dari struktur SDOF da desig base shear V base. Kekakua efektif K e didapatka dari : k e = 4π2 m e T e 2 (14) Desig base shear V base didapatka dari : V base = k e d (15) Lagkah 6 : Membagi desig base shear secara vertikal da horizotal ke eleme-eleme peaha beba lateral utuk latai selai top roof dega cara : i=1 F i = 0,9 x V base (m i i (m i i )) (16) Sedagka utuk latai top roof didapatka dega cara sebagai berikut : i=1 F i = 0,1 x V base + 0,9 x V base (m i i (m i i )) (17) Lagkah 7 : Megkotrol struktur terhadap P-Δ effect melalui stability idex θ Δ. Kotrol yag dilakuka berdampak kepada desig base shear V base yag diterima oleh bagua. Stability idex θ Δ didapatka melalui : Ө Δ = P d M d (18) Jika stability idex θ Δ yag didapatka berilai 0,1, maka ilai desig base shear V base. Jika stability idex θ Δ yag didapatka berilai > 1, maka ilai desig base shear V base harus dihitug ulag melalui Persamaa 19. V base = k e d + C x P d H (19) dimaa C berilai 0,5 utuk struktur beto, P adalah gaya berat bagua, M d adalah total OTM yag diterima struktur (Persamaa ), da H adalah tiggi total struktur. 4

5 3. METODOLOGI PENELITIAN Tahapa-tahapa yag dilakuka dalam peelitia ii adalah sebagai berikut : 1. Pada desai dega metode DDBD dilakuka lagkah-lagkah sesuai yag dijelaska pada bagia 2, sedagka utuk metode FBD dimulai dega permodela struktur pada program ETABS V9.6.0 (CSI, 2005) dega diberika beba mati da beba hidup yag bekerja serta beba respose spectrum utuk medapatka periode da gaya dalam berdasarka 18 kombiasi pembebaa. 2. Dalam prosedur DDBD, perhituga desai kapasitas megikuti rekomedasi Priestley et.al (2007), dimaa pegambila gaya-gaya dalam utuk balok diambil terbesar atara akibat beba gravitasi terfaktor dega akibat beba gempa muri (Pito,1997). Sedagka mome desai kolom didapat dari mome desai balok yag dikalika faktor-faktor pembesar sesuai persyarata yag ada. Utuk prosedur FBD, perhituga desai kapasitas dihitug sesuai persyarata SNI dimaa pegambila mome omial balok da kolom dasar tempat terbetukya sedi plastis didapat dari mome ultimate, sedagka pedesaia terhadap tulaga geser semua kompoe diambil dari mome omial terpasag utuk mecegah kegagala geser. 3. Pegevaluasia kierja struktur dilakuka dega aalisis diamis time history oliear megguaka program SeismoStruct V.6 dimaa iput beba gempa megguaka gempa El-Cetro 15 April 1940 N-S yag dimodifikasi sesuai dega wilayah 2 da 6 peta gempa Idoesia. Selai itu, iput pada program SeismoStruct pada lik properties berupa hubuga mome-rotatio didapat dari program CUMBIA (Motejo da Kowalsky, 2007). Evaluasi dilakuka terhadap hasil displacemet, drift ratio, shear force, momet kolom, lokasi sedi plastis, ilai damage idex, da system ductility. 4. HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS Setelah dilakukaya aalisis diamis pada bagua, maka didapatka hasil utuk kedua metode DDBD da FBD pada masig-masig wilayah gempa adalah sebagai berikut : 1. Displacemet da drift ratio Dapat dilihat pada Gambar 3 da Gambar 4 hasil dari displacemet da drift ratio pada wilayah gempa 2 da 6 utuk masig-masig metode, serta perbadigaya terhadap displacemet target da drift ratio target masig-masig metode. Displacemet target dari DDBD diperoleh dari perhituga metode DDBD, sedagka displacemet target utuk FBD diambil berdasarka seismic level life safety yag driftya dibatasi sebesar 2%. Drift ratio target dari DDBD adalah drift ratio yag terjadi akibat displacemet yag telah diperoleh dari perhituga metode DDBD, sedagka drift ratio target utuk FBD diambil berdasarka seismic level life safety yag driftya dibatasi sebesar 2%. Dapat dilihat bahwa perbedaa atara displacemet terjadi dega displacemet target serta drift ratio terjadi dega drift ratio target utuk metode DDBD lebih kecil jika dibadigka dega metode FBD. 5

6 Gambar 3. Grafik Perbadiga Hasil Displacemet Gambar 4. Grafik Perbadiga Drift Ratio 6

7 2. Shear da Momet Dapat dilihat pada Gambar 5 yag meujukka total shear deviatio da total momet deviatio kolom utuk masig-masig metode pada wilayah gempa 2 da 6. Nilai deviasi ii didapat dari hasil pembagia ilai hasil time history dega ilai dari target desai dimaa dapat dikataka jika deviatio medekati agka 1 (ilai acua) berarti hasil desai memiliki kierja yag efektif. Dapat disimpulka bahwa pada metode DDBD da FBD, deviatio yag terhitug sama-sama tidak jauh berbeda dari ilai acua. Gambar 5. Grafik Total Shear Deviatio da Total Momet Force Deviatio 3. Damage Idex Pada Tabel 1 ditampilka kierja bagua yag dilihat dari damage idex yag terjadi berdasarka stadard Asia Cocrete Model Code (ACMC, 2001). Tabel 1. Matrix Performace Bagua Berdasarka Damage Idex Performace Level Struktur Serviceability Damage Cotrol Safety Uacceptable First Yield Limit State Limit State Limit State Limit State DDBD Wil 2 DDBD Wil 6 FBD Wil 2 FBD Wil 6 Damage Idex Maksimum < 0,1 0,1-0,25 0,25-0,4 0,4-1 > 1 Keteraga : = kisara ilai damage idex yag terjadi 7

8 4. System Ductility Utuk megetahui system ductility maka perlu dilakuka pegujia pushover pada bagua dega megguaka program SeismoStruct V.6. utuk medapatka yield displacemet yag terjadi dari metode DDBD da FBD. Meskipu sebearya pegguaa pushover ii kurag tepat utuk bagua dega irregular pla, amu aalisis ii haya bertujua utuk medapatka perkiraa hasil yag dapat dicapai bagua. Nilai dari displacemet ultimate diambil dari batasa drift 2% sesuai ACMC da hasil aalisis time history sebelumya. Dapat dilihat dari Tabel 2 bahwa u hasil time history baik pada metode DDBD da FBD, masih dibawah batasa ilai u 2%, sehigga ilai system ductility terjadi juga masih lebih kecil dari system ductility sesuai batasa 2%. Metode DDBD FBD Wilayah Gempa u Desig (m) Tabel 2. System Ductility y μ u u Desig TH 2% Desig (m) (m) (m) y Pushover (m) μ Terjadi μ 2% Wil. 2 0,274 0,204 1,342 0,321 0,480 0,220 1,461 2,182 Wil. 6 0,273 0,158 1,726 0,292 0,480 0,155 1,884 3,096 Wil ,255 0,480 0,170 1,501 2,823 4 Wil ,305 0,480 0,123 2,480 3, KESIMPULAN Dega melihat hasil dari evaluasi kierja struktur terhadap metode DDBD da FBD diatas, maka dapat disimpulka sebagai berikut : 1. Pada kedua metode meghasilka mekaisme kerutuha yag baik yaitu beam side sway mechaism. 2. Kedua metode sama-sama meghasilka kierja struktur bagua yag baik. Tetapi, metode DDBD memberika hasil kierja yag lebih medekati target desig awal. 6. DAFTAR REFERENSI ACMC (2001). Asia Cocrete Model Code Level 1 & 2 Documets. Tokyo: Author. Computer ad Structures, Ic. (2005). ETABS v9.6.0, Exteded Three Dimesioal Aalysis of Buildig System. Berkeley, Califoria, USA: Author. Departeme Pekerjaa Umum. (2002). SNI Tata Cara Perhituga Struktur Beto utuk Bagua Gedug. Bada Stadarisasi Nasioal. Jakarta. Motejo, L.A. ad Kowalsky, M.J. (2007). CUMBIA. Departmet of Civil, Costructio ad Evirometal Egieerig. North Carolia State Uiversity, USA : North Carolia. Pito, P.E. (1997). Seismic Desig of RC Structures for Cotrolled Ielastic Respose, CEB Bulleti No.236, Comite Euro-Iteratioal du Beto, Lausae, Switzerlad. Priestley, M.J.N, Calvi, G.M ad Kowalsky, M.J. (2007). Displacemet- Based Seismic Desig of Structure. IUSS Press. Pavia. SeismoSoft, SeismoStruct A Computer Program for Static ad Dyamic Noliear Aalysis of Framed Structure,< (2007) 8