Studi Perbandingan Analisis Respon Spektra dan Time History untuk Desain Gedung

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: ( Prnt) C-33 Stud Perbandngan Analss Respon Spektra dan Tme Hstory untuk Desan Gedung Dlla Ayu Lala Nurul Bayynah dan Famun Jurusan Teknk Spl, Fakultas Teknk Spl dan Perencanaan, Insttut Teknolog Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Aref Rahman Hakm, Surabaya Indonesa e-mal: Abstrak Untuk memperhtungkan pengaruh gaya lateral akbat gempa terhadap struktur bangunan basanya dhtung dengan 2 (dua) pendekatan, yatu analss statk (statk ekvalen), analss dnamk (respon spektra dan tme hstory). Pengaruh gempa rencana pada struktur bertngkat banyak dengan ketnggan lebh dar 10 tngkat atau 40 m harus dtnjau sebaga pengaruh beban dnamk dan analssnya harus ddasarkan pada analss dnams (SNI ). Saat n banyak stud yang membahas tentang analss lner spektra. Pada peneltan n, akan dbandngkan analss lner respon spektra dan lner tme hstory. Gedung ddesan dengan analss respon spektra kemudan desan tersebut devaluas dengan analss lner tme hstory. Data gempa untuk tme hstory menggunakan 3 (tga) rekaman gempa yatu gempa Kobe (Jepang, 1995), Imperal Valley (Calforna, 1979) dan Tabas (Iran, 1978). Dar ketga data gempa tersebut dambl yang nla terbesar. Hasl stud menunjukkan adanya perbedaan antara kedua analss tersebut. Nla base shear respon spektra lebh besar dbandngkan analss lner tme hstory. Presentase penurunan nla base shear dar 3 (tga) gempa dengan analss lner tme hstory terhadap respon spektra yatu sebesar 4,69 % Kobe - x ; 11,32% Kobe -y; 62,4 % Imperal Valley - x ; 83,046 % Imperal Valley - y; 8,1 % Tabas -x dan 12,1 % Tabas - y. Hasl smpangan dengan respon spektra aman terhadap smpangan jn, kemudan devaluas dengan analss lner tme hstory mash dalam kategor aman tap pada smpangan arah - x, gempa mperal valley melebh smpangan respon spektra dan arah y d beberapa lanta melebh respon spektra. Data smpangan menunjukkan bahwa gempa mperal valley menyebabkan smpangan terbesar dar ketga gempa yang dtnjau. Hasl desan dtuangkan dalam gambar. Kata Kunc desan gedung, gempa dnamk, lner tme hstory, respon spektra. G I. PENDAHULUAN EMPA bum adalah suatu gerakan tba-tba yang terjad dpermukaan bum akbat adanya energ dalam bum yang mencptakan gelombang kesegala arah. Gempa yang sampa d permukaan tanah dapat berpengaruh terhadap bangunan yang ada datasnya, sehngga perlu damankan. Untuk mengamankan bangunan tersebut, bangunan harus ddesan sebaga bangunan tahan gempa yang drencanakan sesua dengan peraturan gempa yang ada. Untuk memperhtungkan pengaruh gaya lateral akbat gempa terhadap struktur bangunan basanya dhtung dengan 2 (dua) pendekatan, yatu analss statk (statk ekvalen), analss dnamk (respon spektra atau tme hstory). Pengaruh gempa rencana pada struktur bertngkat banyak dengan ketnggan lebh dar 10 tngkat atau 40 m harus dtnjau sebaga pengaruh beban dnamk dan analssnya harus ddasarkan pada analss dnams (SNI ), karena tu penuls mencoba membandngkan analss gempa dnamk respon spektra dengan tme hstory untuk mengetahu seberapa besar perbedaannya. Penuls mencoba mendesan gedung dengan menggunakan analss respon spektra kemudan hasl desan dbandngkan dengan menggunakan analss lner tme hstory. Pemodelan menggunakan bangunan yang dletakkan d kota Padang sebaga wlayah gempa tngg. Stud n sangat dbutuhkan karena dapat menentukan perbedaan dar kedua metoda analss dan dapat mengetahu pertmbangan apa saja dalam menentukan analss gempa. II. TINJAUAN PUSTAKA 1. Ground Moton Untuk menganalss gempa dengan respon spektra dapat dlhat ketentuannya pada SNI dengan data tanah Padang, sedangkan analss lner tme hstory, dperlukan rekaman gempa asl. Data gempa yang dgunakan dambl dar stus PEER (Pasfc Earthquake Engneerng Research Center). Sedktnya 3 (tga) data gempa dan dambl yang terbesar [1]. Setap pasang gerak tanah tersebut harus dskalakan sedemkan rupa sehngga pada rentang peroda dar 0,2T hngga 1,5T, nla rata-rata spektrum SRSS dar semua pasang komponen horzontal tdak boleh kurang dar nla ordnat terkat pada spektrum respons yang telah dtentukan [1]. Salah satu gerak tanah (ground moton) yang dambl dar stus PEER dapat dlhat pada gambar 1 Gambar 1. Ground Moton Gempa Kobe - X [2]

2 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: ( Prnt) C-34 Faktor skala gempa ddapatkan dengan rumus berkut: SF n 1 n 1 A A A A [3] Keterangan : A = Percepatan Ground Moton A = Percepatan SNI Tabel 1. Data Ground Moton [4] Gambar 2. Denah Lanta Basement dan Dasar No Gempa Thn Stasun M 1 Tabas, Iran 1978 Tabas 7,4 2 Imperal Valley 1979 EC Meloland Overpass FF 6,5 3 Imperal Valley 1979 El Centro Array #7 6,5 4 Superstton Hlls 1987 Parachute Test Ste 6,5 5 Loma Preta 1089 LGPC 6,9 6 Erxncan, Turkey 1992 Erzncan 6,7 7 Northrdge 1994 Jensen Flter Plant 6,7 8 Northrdge 1994 Newhall-W Pco Canyon 6,7 9 Northrdge 1994 Rnald Recevng Sta 6,7 10 Northrdge 1994 Sylmar-Converter Sta 6,7 11 Northrdge 1994 Sylmar-Converter Sta East 6,7 12 Northrdge 1994 Sylmar - Olve Vew Med 6,7 13 Kobe, Japan 1995 Port Island 6,9 14 Kobe, Japan 1995 Takator 6,9 15 Kocael, Turkey 1999 Yarmca 7,4 16 Ch-Ch, Tawan 1999 TCU052 7,6 17 Ch-Ch, Tawan 1999 TCU065 7,6 18 Ch-Ch, Tawan 1999 TCU068 7,6 19 Ch-Ch, Tawan 1999 TCU084 7,6 20 Ch-Ch, Tawan 1999 TCU102 7,6 21 Duzce, Turkey 1999 Duzce 7 A. Tahap Pengumpulan Data III. METODOLOGI Pada gambar 2 dan 3 terlhat bahwa terdapat perbedaan dar seg struktur. Lanta basement - dasar mempunya loncatan bdang muka terhadap lanta 1 dan denah tpkal sampa lanta 12. Informas bangunan untuk peemodelan struktur sebaga berkut : - Lokas : Padang - Fungs : Apartemen - Tngg Bangunan : 47 m (12 Lanta + Basement) - Struktur Utama : Beton Bertulang - Jens Tanah : Lunak Gambar 3. Denah Lanta 1-12 B. Tahap Pemodelan Struktur Gedung dmodelkan menggunakan SAP2000 secara 3D. Sebelum dmodelkan, dhtung pembebanan berdasarkan SNI [5] dan PPIUG1983[6], antara lan beban mat, hdup dan beban gempa (SNI ). C. Tahap Analss Struktur (Respon Spektra) Setelah gedung dmodelkan, kemudan d analss dengan respon spektra dan dkontrol desan tersebut terhadap smpangan. D. Menghtung Kebutuhan Tulangan Hasl analss dengan respon spektra kemudan dhtung kebutuhan tulangannya dengan hanya mennjau balok dan kolom pada setap lanta (memanjang ujung dan tengah serta melntang ujung dan tengah. Kebutuhan tulangan dhtung menggunakan SAP2000 dan dkontrol dengan perhtungan manual sesua SNI [7]. dan perhtungan menggunakan buku lteratur [8]. E. Analss Lner Tme Hstory Desan yang telah drencanakan dengan analss respon spektra kemudan devaluas dengan analss lner tme hstory dengan menggunakan 3 (tga) gempa dan dambl nla terbesar. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analss Gempa dengan Respon Spektra 1. Menetukan Kategor Desan Sesmk

3 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: ( Prnt) C-35 Ddapatkan kategor D. 2. Memlh Sstem dan Parameter Struktur Dengan krtera yang ada ddapatkan nla R=7, dan Cd=5,5. 3. Menentukan Perode Fundamental Struktur Ketnggan struktur adalah 47 m dan tpe struktur yang dgunakan adalah sstem ganda, jad Ta = 1,68 detk 4. Menetukan Koefsen Respon Sesmk Ddapatkan nlanya adalah Cs = 0, Menetukan Berat Sesmk Struktur Berdasarkan perhtungan ddapatkan besarnya W dar penjumlahan total struktur adalah ,13 KN. 6. Menentukan Geser Dasar Sesmk Geser dasar sesmk (V) yang datur oleh SNI drumuskan sebaga berkut : V = Cs x W V = 0,0816 x ,13 = 14462,64 KN B. Kontrol Nla Akhr Respon Spektrum Berdasarkan SNI , nla akhr Vdnamk harus lebh besar sama dengan 85% Vstatk. Maka persyaratan tersebut dapat dnyatakan sebaga berkut : Vdnamk 0,85Vstatk. Tabel 2. Nla Base Shear Dnamk OutputCase GlobalFX GlobalFY Text KN KN RSPX 11621, ,669 RSPY 8272, ,64 Nla geser dasar yang dambl dar hasl analss SAP2000 tersebut harus memenuh persyaratan kontrol untuk nla akhr respon spektrum. Langkah perhtungannya sebaga berkut : Arah x V dnamk 0,85 V statk 11621,34 0,85 x 10330, , ,891 oke Arah y V dnamk 0,85 V statk 12038,64 0,85 x 10330, , ,891 oke C. Kontrol Nla Partspas Massa Menurut SNI Pasal bahwa partspas massa harus menghaslkan sekurangnya 90% respon total dar perhtungan repon dnamk. Dbawah n adalah output partspas massa dar program SAP2000. Dar tabel 3 menunjukan bahwa pada mode ke 15 sudah mencapak 90%, sehngga sudah memenuh persyaratan. Tabel 3. Nla Base Shear Dnamk StepType StepNum Perod SumUX SumUY Mode 1 1,209 0,43 0,15 Mode 2 0,976 0,6 0,58 Mode 15 0,050 0,94 0,93 Kontrol Nla Smpangan (drft) Berdasarkan SNI untuk kontrol drft drumuskan sebaga berkut: Keterangan : C d C d x I = faktor amplfkas defleks dalam Tabel 2.10 [1] se = defleks pada lokas yang dsyaratkan pada pasal n yang dtentukan dengan analss elasts I e = faktor keutamaan gempa yang dtentukan sesua dengan [1] n 0,020 hsx 0, mm n 0,020 h 0, mm Level sx Tabel 4. Kontrol Smpangan Akbat Beban Gempa Arah-X h e se xcde U1 U2 U1 U2 mm mm mm mm mm Atap 47 5,4 4,4 29,7 24, ,7 4,6 31,3 25, ,9 4,8 32,4 26, ,0 4,9 33,2 26, ,2 4,9 33,9 27, ,2 5,0 34,2 27, ,2 4,9 34,1 27, ,1 4,8 33,5 26, ,9 4,6 32,4 25, ,6 4,4 30,8 23, ,2 4,0 28,6 22, ,3 3,5 23,5 19, ,3 4,6 34,9 25,46 Dasar 8 2,0 1,5 11,1 8,32 Basement 3 0,0 0,0 0,0 0 Tabel 5. Kontrol Smpangan Akbat Beban Gempa Arah-Y Level h xcde U1 U2 U1 U2 mm mm mm mm mm Atap 47 3,46 4, , ,65 5,09 20,1 28, ,79 5,25 20,8 28, ,90 5,37 21,4 29, ,98 5,46 21,9 30, ,03 5,49 22,1 30, ,02 5,46 22,1 30, ,96 5,35 21,8 29, ,84 5,16 21,1 28, ,66 4,89 20,1 26, ,40 4,53 18,7 24,9

4 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: ( Prnt) C ,88 4,01 15,9 22, ,12 5,39 22,7 29,7 Dasar 8 1,32 1,87 7,26 10,3 Basement 3 0,00 0,00 0 0,0 D. Kontrol Sstem Ganda (Dual System) Kemampuan dar dndng geser dan rangka gedung dalam memkul beban lateral akbat gempa dapat dlhat pada tabel 6. Tabel 6. Kontrol Sstem Struktur Kombnas SW Rangka SW Rangka 0,9DL+1RSPX 10507, , , ,34 51,98 74,59 48,02 25,41 0,9DL+1RSPY 7982, , , ,92 50,92 73,84 49,08 26,16 1,2DL+1LL+1RSPX 10477, , , ,38 50,32 74,84 49,68 25,16 1,2DL+1LL+1RSPY 7924, , , ,06 52,52 74,08 47,48 25,92 Dar tabel 6 dapat dlhat bahwa presentase rangka lebh besar dar 25%, sehngga konfguras struktur gedung n termasuk kategor sstem ganda (dual system). E. Pendetalan Tulangan 1. Balok Pendetalan balok dhtung dengan mennjau arah memanjang dan melntang dsetap lantanya. Adapun tpe pendetalan tulangan pada balok dapat dlhat pada tabel 7 dan 8, gambar 4 dan gambar 5. Untuk semua tpe balok dapat dlhat pada naskah peneltan. Kode Balok B2MU1 Kode Balok B1LT1 Tabel 7. Rekaptulas Tulangan Balok [9] Tulangan Tump Lap Tump 3D19 2D19 3D19 2D19 2D19 2D19 Tulangan Tump Lap Tump 9D19 5D19 9D19 5D19 5D19 5D19 Gambar 5. Penampang B2MU1 Contoh penulangan balok terdapat pada tabel 7 dan 8 selebhnya terdapat naskah peneltan. 2. Kolom Pendetalan kolom dhtung dengan mennjau arah memanjang dan melntang dsetap lantanya. Adapun tpe pendetalan tulangan pada kolom dapat dlhat pada tabel 9, gambar 6 dan gambar 7. Untuk semua tpe kolom dapat dlhat pada naskah peneltan. Gambar 6. K1U1 Tabel 9. Rekaptulas Penulangan Kolom [9] Lanta K1U1 K1T1 Dasar 16D19 16D19 Tabel 8. Rekaptulas Penulangan Geser Memanjang Ujung [9] Lanta B2MU1 B4MU1 Dasar 2D10-100/150 2D10-100/150 Gambar 4. Balok B1LT1 Gambar 7 Beam Column Jont Lanta 1-2

5 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: ( Prnt) C-37 F. Analss Lner Tme Hstory Untuk memasukkan nla ground moton kedalam analss tme hstoy, dperlukan hasl proses tambahan karena setap gempa berbeda letak dan besarnya, sehngga dbutuhkan penskalaan. Dengan penskalaan, gempa dapat dcocokkan dengan spektrum d wlayah yang dtnjau. Proses penskalaan dlakukan pada rentang T = 1,209 s (T Bangunan Hasl Analss SAP) 0,2T = 0,2 x 1,209 = 0,2418 s 1,5T = 1,5 x 1,209 = 1,8135 s Tahap-tahap penskalaan sebaga berkut : 1. Mengubah data ground moton menjad spektrum dengan software SesmoSgnal karena penskalaan dtnjau dalam bentuk spektrum. 2. Ambl data data pseudo-acceleraton dar software tersebut. 3. Htung faktor skala dengan rumus dar Kalkan dan Chopra dan dperoleh scale factor Dperoleh nla base shear maksmum pada gempa setap arah gempa yang dtnjau. Hasl base shear kobe arah x sebesar 1,058 x 10 4 KN pada detk ke 6,5; kobe arah y sebesar 9,591 x 10 3 KN pada detk ke 6,1; mperal valley arah x sebesar 2,691 x 10 3 KN pada detk ke 3,385; mperal valley y sebesar 1,115 x 10 3 KN pada detk ke 10,02; tabas x sebesar 9,879 x 10 3 KN pada detk ke 20,326 dan tabas y sebesar 9,44 x 10 3 KN pada detk ke 20,06. Nla base shear yang terbesar dar kedua analss yatu nla base shear dengan analss respon spektra. Dar gambar 10, dapat dketahu bahwa nla base shear gempa Imperal Valley mengalam perubahan yang drasts. Hal n bsa terjad sepert pada beberapa stud yang membahas tentang analss lner tme hstory. Nla base shear pada beberapa gempa yang dtnjau mengalam perubahan yang sgnfkan [10]. Gambar 10 Perbandngan Smpangan Maksmum Respon Spektra dan Lner Tme Hstory Gempa Arah X Gambar 8 Batasan Penskalaan Gempa Rencana Kobe - X b. Smpangan Perbandngan smpangan pada analss tme hstory dambl smpangan maksmum dar ketga gempa arah x dan y. Pada gambar 11 dan 12 terlhat bahwa hasl smpangan desan gedung dengan respon spektra aman terhadap smpangan jn, kemudan devaluas dengan analss lner tme hstory mash dalam kategor aman tap pada smpangan arah - x, gempa mperal valley melebh smpangan respon spektra dan arah y d beberapa lanta melebh respon spektra. Data smpangan menunjukkan bahwa gempa mperal valley menyebabkan smpangan terbesar dar ketga gempa yang dtnjau. Atap Gambar 9 Batasan Penskalaan Gempa Rencana Kobe - Y a. Base Shear Tabel 10. Perbandngan Nla Base Shear Respon Spektra Kobe Imperal Valley Tabas 11621,343 KN KN 2691KN 9879 KN 12038,64 KN 9591 KN 1115 KN 9440 KN Dasar Gambar 11 Perbandngan Smpangan Maksmum Respon Spektra dan Lner Tme Hstory Gempa Arah -X

6 JURNAL TEKNIK ITS Vol. 6, No. 1, (2017) ISSN: ( Prnt) C-38 Atap Dasar Gambar 12 Perbandngan Smpangan Maksmum Respon Spektra dan Lner Tme Hstory Gempa Arah Y c. Velocty Nla velocty maksmum pada gempa setap arah gempa yang dtnjau. Hasl velocty maksmum kobe arah x sebesar 2,556 x 10 2 mm/s pada detk ke 8,1; velocty maksmum mperal valley arah x sebesar 3,158 x 10 1 mm/s pada detk ke 7,99; velocty maksmum tabas arah x sebesar 7,446 x 10 2 mm/s pada detk ke 23,68; velocty maksmum kobe arah y sebesar 9,499 x 10 1 mm/s pada detk ke 7,36 ; velocty maksmum mperal valley arah y sebesar 2,335 x 10 1 mm/s pada detk ke 5,945; velocty maksmum tabas arah y sebesar 5,901 x 10 2 mm/s pada detk ke 22,60. d. Acceleraton Nla acceleraton maksmum pada gempa setap arah gempa yang dtnjau. Hasl acceleraton kobe arah x sebesar 1,507 x 10 2 mm/s 2 pada detk ke 7,76; acceleraton maksmum mperl valley arah x 3,708 x 10 2 mm/s 2 pada detk ke 3,54; acceleraton maksmum tabas arah x sebesar 7,184 x 10 3 mm/s 2 pada detk ke 23,14; acceleraton maksmum kobe arah y sebesar 6,76 x 10 2 mm/s 2 pada detk ke 7,21; acceleraton maksmum mperal valley arah y 2,273 x 10 2 mm/s 2 pada detk ke 5,795; acceleraton maksmum tabas arah y sebesar 5,458 x 10 3 mm/s 2 pada detk ke 23,18. A. Kesmpulan V. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan pembahasan sebelumnya, dapat dsmpulkan sebaga berkut : 1. Hasl desan struktur berupa gambar, terdapat pada naskah peneltan [9]. 2. Base shear terbesar dar lner tme hstory yatu gempa Kobe dengan hasl sebesar KN arah x dan 9691 KN arah y. Nla base shear respon spektra lebh besar dbandngkan analss lner tme hstory yatu sebesar 11621,343 KN arah x dan 12038,64 KN arah y. Presentase penurunan nla base shear dar 3 (tga) gempa dengan analss lner tme hstory terhadap respon spektra yatu sebesar 4,69 % Kobe - x ; 11,32% Kobe -y; 62,4 % Imperal Valley - x ; 83,046 % Imperal Valley - y; 8,1 % Tabas -x dan 12,1 % Tabas - y. 3. Hasl smpangan desan gedung dengan respon spektra aman terhadap smpangan jn, kemudan devaluas dengan analss lner tme hstory mash dalam kategor aman tap pada smpangan arah - x, gempa mperal valley melebh smpangan respon spektra dan arah y d beberapa lanta melebh respon spektra. Data smpangan menunjukkan bahwa gempa mperal valley menyebabkan smpangan terbesar dar ketga gempa yang dtnjau. Smpangan yang besar terjad akbat base shear yang kecl, dapat dlhat pada hasl base shear dar gempa Impral Valley. Semakn besar base shear maka struktur bangunan semakn kaku, jad nal base shear yang kecl mengakbatkan makn besar nla smpangan. B. Saran Berdasarkan pembahasan sebelumnya, agar stud lebh luas dan detal penuls menyarankan beberapa pon sebaga berkut : 1. Menggunakan rekaman gempa (ground moton) sebanyak 7 (tujuh) atau lebh agar mendapatkan hasl yang lebh telt dan dapat dsmpulkan analss desan yang lebh menguntungkan. 2. Menggunakan analss gempa non lner tme hstory untuk mendapatkan perlaku struktur dan dbandngkan dengan analss lner. DAFTAR PUSTAKA [1] Nasonal, B. S., Standar Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Dan Lan. SNI penyunt. s.l.:s.n. [2] Pasfc Earthquake Research Center, Pasfc Earthquake Engneerng Research Center. [Onlne] Avalable at: [Dakses 12 September 2016]. [3] Kalkan, Erol., dan Anl K Chopra "Practcal Gudelnes to Select and Scale Earthquake Records fo Nonlner Respone Hstory Analyss of Structures". Open Fle Report U.S. Departement of the Interor and U.S. Geologcal Survey. USGS and Earthquake Engneerng Research Insttute. [4] Vllaverde, Roberto "Fundamental Concepts of Earthquake Engneerng". London : CRC Press. [5] Nasonal, B. S., Beban Mnmum Untuk Perancangan Bangunan Gedung Dan Struktur Lan. SNI 1727 : 2013 penyunt. s.l.:s.n. [6] Bangunan, D. P. M., Peraturan Pembebanan Indonesa Untuk Gedung Cetakan Kedua penyunt. Bandung: Yayasan Lembaga Penyeldkan Masalah Bangunan. [7] Nasonal, B. S., Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung. SNI 2847:2013 ed. s.l.:s.n. [8] Edward G Nawy, T. B. K., Beton Bertulang. Jld 1 penyunt. Surabaya: ITS Press [9] Dlla Ayu Lala Nurul Bayynah, F., Stud Perbandngan Analss Respon Spektra dan Tme Hstory untuk Desan Gedung, Surabaya: Insttut Teknolog Sepuluh Nopember. [10] Onur Merter, T. U., A Comparatve Study on NonlnearStatc and Dynamc Analyss of RC Frame Structures. Journal of Cvl Engneerng and Scence, September.Volume 2.