Kata kunci : base isolator, perbandingan kinerja, dengan dan tanpa base isolator,

Transkripsi

1 ABSTRAK Upaya mitigasi bencana gempa pada sebuah struktur umumnya masih menggunakan desain yang terjepit pada tanah sehingga pada saat terjadi gempa, percepatan tanah yang terjadi akan langsung memengaruhi struktur. Sistem isolasi sebagai upaya mitigasi yang berkembang saat ini memiliki prinsip kerja yang memisahkan struktur dari perpindahan horisontal akibat gempa dengan komponen base isolator. Menurut Symans (2003) Base isolator lebih cocok diterapkan pada bangunan bertingkat rendah. Untuk mengetahui perilaku struktur dengan tingkat yang lebih tinggi, maka struktur pada penelitian ini divariasikan berupa struktur dengan empat, tujuh, dan sepuluh lantai. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan kinerja struktur dengan dan tanpa base isolator empat, tujuh dan sepuluh lantai berupa gaya geser dasar, simpangan antar lantai, distribusi sendi plastis, dan daktilitas.. Penelitian diawali dengan merancang terlebih dahulu struktur tanpa base isolator berlatai empat, tujuh, dan sepuluh dengan perletakan jepit pada program SAP 2000, lalu gaya aksial pada kolom dasar dijadikan acuan untuk merancang base isolator. Kinerja kedua struktur berupa kurva Pushover, simpangan antar lantai, distribusi sendi plastis, dan daktilitas dibandingkan satu sama lain antara struktur dengan dan tanpa base isolator. Dari hasil analisis pada penelitian ini, didapat bahwa struktur dengan base isolator berlantai empat, tujuh, dan sepuluh masing-masing memiliki simpangan 580%, 380%, dan 329% lebih besar dari struktur tanpa base isolator dan juga gaya geser dasar 11%, 10,9%, dan 6% lebih rendah. Nilai simpangan antar lantai pada struktur dengan isolator berubah menjadi lebih besar dari struktur terjepit pada struktur yang lebih tinggi. Sendi plastis yang terjadi pada struktur dengan isolator meningkat hingga 12% pada kelelehan awal. Struktur dengan isolator juga efektif meningkatkan daktilitas peralihan struktur hingga 40% lebih besar dari struktur terjepit. Efek Penerapan base isolator pada sebuah struktur akan menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian dari sebuah struktur. Kata kunci : base isolator, perbandingan kinerja, dengan dan tanpa base isolator, iii

2 UCAPAN TERIMAKASIH Om Swastyastu, Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat Rahmat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selama penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan inspirasi, informasi, bantuan, serta bimbingan dari banyak pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak I Ketut Sudarsana ST., Ph.D selaku Pembimbing TA dari penulis. 2. Ibu Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc., Ph,D selaku Pembimbing TA dari penulis. 3. Dr. Ir. Tjokorda Raka Sukawati (Alm.) Sebagai pemberi semangat selama menjalani masa perkuliahan 4. Orangtua, teman-teman, serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari kata sempurna. untuk itu Penulis mengharapkan kritik dan saran untuk penelitian yang lebih baik selanjutnya. Akhir kata, Penulis mengucapkan terimakasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat diterima dan berguna bagi pembaca. Om Shanti, Shanti, Shanti Om Denpasar, 23 September 2016 Penulis iv

3 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN... i HALAMAN PERNYATAAN... ii ABSTRAK... iii UCAPAN TERIMA KASIH... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Sistem Isolasi Landasan Base isolator Pengaruh Penempatan Base isolator Tipe Base isolator Sistem Base isolator Letak Pemasangan Isolasi Landasan Propertis karet isolator Permodelan Base isolator Desain Isolasi Landasan Analisis Beban Dorong (Static Pushover Analysis) Kurva Kapasitas (Kurva Pushover) Batas Kinerja Evaluasi Kinerja dengan Coefficient Method FEMA Daktilitas Peralihan Simpangan Antar Lantai Tingkat Pembebanan Struktur Beban Mati Beban Hidup Beban Gempa v

4 2.8 Kombinasi Pembebanan Faktor Reduksi BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum Data-data Karakteristik Struktur Desain Struktur Penentuan Dimensi Elemen Perhitungan Beban Struktur Data Perencanaan Base isolator BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum Hasil Analisis Struktur Untuk Struktur Tanpa Base isolator Hasil Rasio Kapasitas Kontrol Simpangan Antar Lantai Perancangan Base isolator Hasil Analisis Struktur Untuk Struktur Dengan Base isolator Hasil Rasio Kapasitas Kontrol Simpangan Antar Lantai Perbandingan Hasil Analisis Perbandingan Rasio Kapasitas Perbandingan Simpangan Empat Lantai Tujuh Lantai Sepuluh Lantai Kurva Pushover Empat Lantai Tujuh Lantai Sepuluh Lantai Distribusi Sendi Plastis Empat Lantai Tujuh Lantai Sepuluh Lantai Persentase Sendi Plastis Targer Perpindahan Tingkat Kinerja Struktur Daktilitas Peralihan Struktur vi

5 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A TABEL SNI LAMPIRAN B RASIO KAPASITAS LAMPIRAN C GRAFIK FEMA vii

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Foothill community law and justice center... 2 Gambar 2.1 Bagian-bagian base isolator... 5 Gambar 2.2 Efek base isolator pada respon spektra gaya geser dasar 6 Gambar 2.3 Efek base isolator pada respon spektra simpangan... 7 Gambar 2.4 Efek base isolator berdasarkan kondisi tanah... 7 Gambar 2.5 Perbandingan gaya geser dasar struktur terjepit dan struktur dengan isolator... 9 Gambar 2.6 Perbandingan jumlah sendi plastis struktur terjepit dan struktur dengan isolator... 8 Gambar 2.7 Perbandingan simpangan antar lantai struktur terjepit dan struktur dengan isolator... 9 Gambar 2.8 Respon perpindahan atap struktur tanpa base isolator... 9 Gambar 2.9 Respon perpindahan atap struktur dengan Base isolator. 10 Gambar 2.10 Pola kerja base isolator Gambar 2.11 Instalasi isolasi landasan Gambar 2.12 Instalasi isolasi landasan pada gedung tanpa basement.. 13 Gambar 2.13 Modulus geser karet Gambar 2.14 Input data propertis penampang base isolator Gambar 2.15 Detail base isolator Gambar 2.16 Grafik hysteresis bearing Gambar 2.17 Arah inersia momen massa Gambar 2.18 Kurva kapasitas Gambar 2.19 Kurva kriteria keruntuhan Gambar 2.20 Idealisasi kurva force-displacement Gambar 2.21 Form input beban gempa auto lateral load SAP Gambar 3.1 Denah struktur gedung Gambar 3.2 Potongan struktur empat lantai Arah X Gambar 3.3 Potongan struktur tujuh lantai Arah Y Gambar 3.4 Potongan struktur sepuluh lantai Arah X Gambar 3.5 Kerangka penelitian Gambar 3.7 Pembagian segmen gedung berlantai tujuh dan sepuluh. 44 Gambar 4.1 Skema penempatan base isolator Gambar 4.2 Penampang lead rubber bearing Gambar 4.3 Momen guling pada portal struktur Arah X Gambar 4.4 Momen guling pada portal struktur Arah Y Gambar 4.5 Simpangan Arah X struktur empat lantai akibat gempa Arah X Gambar 4.6 Simpangan Arah Y struktur empat lantai akibat gempa Arah Y Gambar 4.7 Simpangan antar lantai Arah X struktur empat lantai Gambar 4.8 Simpangan antar lantai Arah Y struktur empat lantai Gambar 4.9 Simpangan Arah X struktur tujuh lantai akibat gempa Arah X Gambar 4.10 Simpangan Arah Y struktur tujuh lantai akibat gempa Arah Y viii

7 Gambar 4.11 Simpangan antar lantai Arah X struktur tujuh lantai Gambar 4.12 Simpangan antar lantai Arah Y struktur tujuh lantai Gambar 4.13 Simpangan Arah X struktur sepuluh lantai akibat gempa Arah X Gambar 4.14 Simpangan Arah Y struktur sepuluh lantai akibat gempa Arah Y Gambar 4.15 Simpangan antar lantai Arah X struktur sepuluh lantai.. 74 Gambar 4.16 Simpangan antar lantai Arah Y struktur sepuluh lantai.. 74 Gambar 4.17 Kurva pushover struktur empat lantai Arah X Gambar 4.18 Kurva pushover struktur empat lantai Arah Y Gambar 4.19 Kurva pushover struktur tujuh lantai Arah X Gambar 4.20 Kurva pushover struktur tujuh lantai Arah Y Gambar 4.21 Kurva pushover struktur sepuluh lantai Arah X Gambar 4.22 Kurva pushover struktur sepuluh lantai Arah Y Gambar 4.23 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai tanpa base isolator Arah X Portal Gambar 4.24 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai dengan base isolator Arah X Portal Gambar 4.27 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai tanpa base isolator Arah X Portal Gambar 4.28 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai dengan base isolator Arah X Portal Gambar 4.29 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai tanpa base isolator Arah Y Portal D-D Gambar 4.30 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai dengan base isolator Arah Y Portal D-D Gambar 4.31 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai tanpa base isolator Arah X Portal Gambar 4.32 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai dengan base isolator Arah X Portal Gambar 4.33 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai tanpa base isolator Arah Y Portal D-D Gambar 4.34 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai dengan base isolator Arah Y Portal D-D ix

8 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Propertis penampang karet Tabel 2.2 Koefisien redaman, BD dan BM Tabel 2.3 Klasifikasi situs Tabel 2.4 Koefisien situs Fa Tabel 2.5 Koefisien situs Fv Tabel 2.6 Kategori resiko bangunan gedung dan non gedung untuk beban gempa Tabel 2.7 Faktor keutamaan gempa Tabel 2.8 Kategori desai seismik berdasarkan parameter Tabel 2.9 respons percepatan pada periode pendek Kategor desai seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada periode 1 detik Tabel 3.1 Estimasi dimensi kolom Tabel 4.1 Dimensi komponen struktur Tabel 4.2 Nilai rasio kapasitas struktur terjepit Tabel 4.3 Simpangan struktur terjepit Arah X akibat gempa Arah X dan Arah Y akibat gempa Arah Y Tabel 4.4 Simpangan antar lantai Arah X dan Y Tabel 4.5 Reaksi isolator Arah gravitasi Tabel 4.6 Estimasi dimensi base isolator Tabel 4.7 Hasil perancangan base isolator Tabel 4.8 Perhitungan inersia momen massa Tabel 4.9 Hasil analisa isolator terhadap guling portal Arah X Tabel 4.10 Hasil analisa isolator terhadap guling portal Arah Y Tabel 4.11 Nilai rasio kapasitas struktur dengan isolator Tabel 4.12 Simpangan struktur dengan base isolator Arah X akibat gempa Arah X dan Arah Y akibat gempa ArahY Tabel 4.13 Simpangan antar lantai Arah X dan Y Tabel 4.14 Perbandingan hasil rasio kapasitas Tabel 4.15 Simpangan struktur Arah X dan Y pada struktur empat lantai Tabel 4.16 Simpangan antar lantai Arah X dan Y struktur empat lantai Tabel 4.17 Simpangan struktur Arah X dan Y pada struktur tujuh lantai Tabel 4.18 Simpangan antar lantai Arah X dan Y struktur tujuh lantai Tabel 4.19 Simpangan struktur Arah X dan Y pada struktur sepuluh lantai Tabel 4.20 Simpangan antar lantai Arah X dan Y struktur sepuluh lantai Tabel 4.21 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah X tanpa base isolator Tabel 4.22 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah X dengan base isolator x

9 Tabel 4.23 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah Y tanpa base isolator Tabel 4.24 Distribusi sendi plastis struktur empat lantai Arah Y dengan base isolator Tabel 4.25 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah X tanpa base isolator Tabel 4.26 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah X dengan base isolator Tabel 4.27 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah Y tanpa base isolator Tabel 4.28 Distribusi sendi plastis struktur tujuh lantai Arah Y dengan base isolator Tabel 4.29 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah X tanpa base isolator Tabel 4.30 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah X dengan base isolator Tabel 4.31 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah Y tanpa base isolator Tabel 4.32 Distribusi sendi plastis struktur sepuluh lantai Arah Y dengan base isolator Tabel 4.33 Persentase sendi plastis pada struktur empat lantai Tabel 4.34 Persentase sendi plastis pada struktur tujuh lantai Tabel 4.35 Persentase sendi plastis pada struktur sepuluh lantai Tabel 4.36 Nilai parameter target perpindahan struktur empat lantai Tabel 4.37 Nilai parameter target perpindahan struktur tujuh lantai Tabel 4.38 Nilai parameter target perpindahan struktur sepuluh lantai Tabel 4.39 Tingkat kinerja struktur empat lantai berdasarkan target perpindahan metode koefisien FEMA Tabel 4.40 Tingkat kinerja struktur tujuh lantai berdasarkan target perpindahan metode koefisien FEMA Tabel 4.41 Tingkat kinerja struktur sepuluh lantai berdasarkan target perpindahan metode koefisien FEMA Tabel 4.40 Daktilitas peralihan struktur empat lantai Tabel 4.41 Daktilitas peralihan struktur tujuh lantai Tabel 4.42 Daktilitas peralihan struktur sepuluh lantai xi

10 DAFTAR NOTASI Ab = luas terikat isolator (mm 2 ) Apb = luas lead bearing (mm 2 ) Ar = luas karet teredam (mm 2 ) A pl = luas lead plug (mm 2 ) A rb = luas karet isolator (mm 2 ) A rb = luas karet bearing (mm 2 ) B D = koefisien numerik terkait dengan redaman efektif sistem isolasi pada perpindahan rencana. BM = koefisien numerik terkait dengan redaman efektif sistem isolasi pada perpindahan rencana. C 0 = faktor modifikasi untuk mengkonversi spectral displacement struktur SDOF ekivalen menjadi roof displacement struktur sistem MDOF C 1 = faktor modifikasi untuk menghubungkan peralihan inelastik maksimum dengan peralihan respons elastic linier. Nilai C1 = 0 untuk Te Ts dan C 2 = faktor modifikasi untuk memperlihatkan pinched hysteresis shape, degradasi kekakuan dan penurunan kekuatan pada respon peralihan maksimum C 3 = faktor modifikasi untuk memperlihatkan kenaikan peralihan akibat efek p-delta. Untuk gedung dengan perilaku kekakuan pasca-leleh bernilai positif maka C3 = 1,0. Sedangkan untuk gedung dengan perilaku kekakuan pasca leleh negatif, C m = faktor massa efektif DD = desain perpindahan awal minimum (m) DM = desain perpindahan maksimum (m) dshim= diameter pelat baja (mm) Dy = perpindahan saat leleh pertama E b = modulus tekuk (MPa) E = modulus Young s (MPa) Ec = modulus kompresi (MPa) Fa = koefisien situs untuk perioda pendek (0,2 detik) FV = koefisien situs untuk periode 1 detik F m = gaya maksimum (N) G = modulus geser (MPa) G γ = modulus geser pada regangan geser tertentu (MPa) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) H r = tinggi bersih isolator (mm) h sx = tinggi lantai struktur (m) xii

11 I m = inersia (mm 4 ) I x = inersia momen massa Arah X = inersia momen massa Arah Y I y I z = inersia momen massa Arah Z K eff = kekakuan efektif (N/mm) K u = kekakuan elastis (N/mm) K = modulus bulk (MPa) Krubber = kekakuan karet isolator (N/m) Kv = kekakuan vertical bahan komposit karet dan baja (N/mm) k = konstanta karet m = massa isolator (kg) n = jumlah lapisan karet isolator P 0 crit = kapasitas tekuk pada perpindahan nol P γ crit =kapasitas tekuk pada perpindahan rencana P γ = beban vertikal maksimum R = strength ratio r = jari-jari isolator (mm) Rr = faktor reduksi gempa S1 = parameter percepatan respon spektral perioda 1 detik (g) SD1= parameter percepatan spektral rencana dengan redaman 5% pada periode 1 detik (g) S DS = parameter percepatan respon spektral desain pada periode pendek (g) Si = faktor bentuk internal SM1 = koefisien spektrum perioda 1 detik (g) SMS = parameter percepatan spektral rencana pada periode pendek (g) S a = akselerasi spektrum respon pada waktu getar alami fundamental efektif dan rasio redaman pada arah yang ditinjau (g) SS = parameter percepatan respon spektral MCE pada perioda pendek (g) TD = periode efektif struktur dengan base isolator (dt) TM = periode efektif maksimum struktur (dt) T e = waktu getar alami efektif (dt) T r = total tinggi karet isolator perlu (mm) T r = tebal lapisan karet (mm) V y = gaya geser dasar pada saat leleh pertama (N) tr = tebal lapisan karet isolator W = berat total struktur yang ditopang base isolator (N) σ = gaya tekan rata-rata (kg/cm 2 ) Weq = berat seismik efektif (N) a = simpangan antar lantai ijin (mm) f 1 = faktor kuat lebih, yaitu 1,6 (SNI 1726, 2002) β eff = damping efektif xiii

12 β eq = equivalent viscous damping δ t = targer perpindahan struktur δ u = peralihan atap pada kondisi ultimit atau target peralihan δ y = peralihan atap pada saat leleh pertama ε c = regangan kompresif ε sh = regangan geser akibat beban lateral ε sc = regangan geser akibat beban vertikal μ = daktilitas struktur = Rasio kekakuan pasca leleh dengan kekakuan elastic efektif, xiv