BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN 5.1 Periode Alami dan Modal Mass Participation Mass Ratio Periode alami struktur mencerminkan tingkat kefleksibelan sruktur tersebut. Untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, SNI membatasi nilai waktu getar alami fundamental T 1 dari struktur gedung berdasarkan pada koefisien untuk wilayah gempa tempat struktur gedung berada dan jumlah tingkatnya ( n ) menurut persamaan: T 1 < n (5.1) Tabel 5.1 Koefisien waktu getar alami struktur gedung Periode getar alami struktur pada model struktur yang direncanakan didesain berdasarkan hasil output ETABS antara model yang menggunakan sistem penahan gaya lateral shearwall dan model open frame. Struktur yang menggunakan open frame membutuhkan dimensi balok dan kolom yang lebih besar dari shearwall. Hal tersebut menunjukkan bahwa elemen shearwall memberikan kontribusi kekakuan lateral yang lebih besar pada bangunan dan mengakibatkan gaya geser dasar yang terjadi akan lebih besar pada bangunan open frame karena memiliki berat struktur yang lebih besar. Cosmas Wibisono V-1

2 Model struktur dapat digunakan dalam analisis statis non linier apabila mode pertama dinyatakan dominan. Mode pertama dinyatakan dominan pada suatu struktur apabila kontribusi modal mass participation mass ratio terhadap mode lainnya lebih besar dari 80%. Pada kedua model struktur yang digunakan, mode pertama bangunan tidak mendominasi modal mass participation ratio sehingga perlu meninjau mode lainnya, seperti yang diperlihatkan dalam tabel berikut: Tabel 5.2 Modal Participation Mass Ratio Dual System Mode Period αx αy αz Tabel 5.3 Modal Participation Mass Ratio Open Frame Mode Period αx αy αz Dari hasil output ETABS didapatkan respon struktur tidak hanya dipengaruhi mode 1, modal participation mass ratio mode 1 tidak dominan, maka mode berikutnya harus ditinjau sampai total modal participation mass ratio 90%, kemudian hasil output dianalisis dengan menggunakan metode Modal Pushover Analysis. Cosmas Wibisono V-2

3 Untuk satu mode terdiri dari tiga respon, yaitu: translasi arah-x (αx), translasi arahy (αy), dan rotasi arah-z (αz). Untuk analisis selanjutnya digunakan sumbu lemah bangunan (αy). Dari tabel berikut dapat dilihat bahwa mode yang berpengaruh yaitu: mode 1, mode 2, dan mode 3. Tabel 5.4 Modal Participation Mass Ratio Translasi Arah-Y Modal Participation Mass Ratio Mode 1 Mode 2 Mode 3 α Dual System Open Frame Metode pushover adalah suatu analisis statik nonlinier di mana pengaruh gempa rencana terhadap struktur bangunan gedung dianggap sebagai bebanbeban 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 Struktur Open Frame Untuk melihat batas maksimum kekuatan struktur open frame ini dilakukan analisis pushover dengan menaikkan beban gempa secara bertahap sampai ditemukan performance point dari perpotongan kurva kebutuhan dan kurva kapasitas yang dapat diterima struktur open frame tersebut. Pushover dilakukan berdasarkan mode shape masing-masing mode seperti ditampilkan dalam tabel dan grafik berikut: Cosmas Wibisono V-3

4 Tabel 5.5 Mode Shape Open Frame Storey Mode 1 Mode 2 Mode Tugas Akhir SI-40Z1 Gambar 5.1 Mode Shape Open Frame Berikut adalah hasil analisis pushover dari struktur open frame: Tabel 5.6 Performance Base Shear Mode Dominan Struktur Open Frame Cosmas Wibisono V-4

5 Performance base shear sangat dipengaruhi oleh mode shape masing-masing mode sehingga dapat dilihat mode 1 lebih daktail dari mode 2 dan mode 3. Kekakuan mode 3 lebih besar dari mode 2 dan mode 1 disebabkan oleh perbedaan fundamental period masing-masing mode, tetapi keruntuhan bangunan akibat masing-masing mode mendekati mode 1. Kurva didapat setelah menggabungkan ouput hasil pushover masing-masing mode pada ETABS seperti grafik di bawah ini: Base Shear (KN) Mode 1 Mode 2 Mode Displacement (m) Gambar 5.2 Performance Base Shear Struktur Open Frame Untuk memastikan output ETABS berikut disajikan tabel perhitungan manual base shear open frame: Cosmas Wibisono V-5

6 Tabel 5.7 Perhitungan Manual Base Shear Open Frame Lantai Wfloor Wcol Wbeam Wi Zi WiZi Fi (Storey) (kn) (kn) (kn) (kn) m (knm) (kn) Σ C Vb IWt kN R Dari hasil perhitungan manual dan output base shear ETABS diperoleh hasil yang tidak berbeda jauh dimana first yield terjadi pada Vb= kn sehingga hasil output ETABS dapat dipakai untuk analisis. Tabel 5.8 Modal Participation Factor Open Frame Mode Period MPF Tabel 5.9 ADRS Open Frame Mode 1 Displacement Base Shear Sd Sa Cosmas Wibisono V-6

7 Open Frame Mode 1 Sa Sd Gambar 5.3 ADRS Open Frame Mode 1 Tabel 5.10 ADRS Open Frame Mode 2 Displacement Base Shear Sd Sa Open Frame Mode 2 Sa Sd Gambar 5.4 ADRS Open Frame Mode 2 Cosmas Wibisono V-7

8 Tabel 5.11 ADRS Open Frame Mode 3 Displacement Base Shear Sd Sa Tugas Akhir SI-40Z Open Frame Mode 3 Sa Sd Gambar 5.5 ADRS Open Frame Mode 3 Performance Point Tabel 5.12 Performance Point dari Struktur Open Frame Sa Sd V D α αv (m/detik2) (m) (kn) (m) (%) (kn) Mode Mode Mode SRSS Hasil analisis seperti yang terdapat pada tabel diatas diperoleh dari output ETABS, dilakukan dengan format ADRS (mengubah kurva base shear vs displacement menjadi kurva acceleration spectral vs displacement spectral) hingga didapat titik perpotongan antar kurva demand vs capacity (performance point) untuk mode 1, mode 2, dan mode 3. Kemudian dilakukan perhitungan SRSS untuk mendapatkan base shear dan displacement struktur hasil dari kombinasi dari mode 1, mode 2, dan mode 3. Cosmas Wibisono V-8

9 Untuk perhitungan base shear diperlukan modal participation mass ratio masingmasing mode untuk mengetahui kontribusi masing-masing mode terhadap respon struktur. Dari tabel modal mass participation mass ratio (α) dapat dilihat bahwa untuk struktur open frame pengaruh mode-mode yang dominan tidak berimbang dimana mode 1 lebih dominan daripada mode 2 dan mode 3 sehingga base shear SRSS sangat dipengaruhi oleh mode 1, base shear V bsrss pada performance point hampir sama dengan base shear mode 1. Berikut ditampilkan tabel dan kurva yang menggambarkan simpangan antar tingkat inelastik yang terjadi pada struktur. Simpangan inelastik yang dimaksud merupakan simpangan maksimum yang terjadi ketika struktur berada dalam ambang keruntuhan kombinasi dari mode yang dominan. Tabel 5.13 Floor Displacement Open Frame Floor Mode 1 Mode 2 Mode 3 MPA % terhadap Mode 1 Mode 1 Mode 1+2 Mode Mode 1+2 Mode Floor Disp Floor Floor Disp. (m) MPA 1 mode MPA 2 mode MPA 3 mode Gambar 5.6 Floor Displacement Open Frame Cosmas Wibisono V-9

10 Dari grafik dapat dilihat bahwa displacement pengaruh dari kombinasi mode dominan hampir sama, MPA Mode 1 mendekati MPA Mode 1+2 dan MPA Mode 1+2+3, menunjukkan MPA Mode 1 masih dominan Struktur Dual System Untuk melihat batas maksimum kekuatan struktur dual system ini dilakukan analisis pushover dengan menaikkan beban gempa secara bertahap sampai ditemukan performance point dari perpotongan kurva kebutuhan dan kurva kapasitas yang dapat diterima struktur dual system tersebut. Pushover dilakukan berdasarkan mode shape masing-masing mode seperti ditampilkan dalam tabel dan grafik berikut: Tabel 5.14 Mode Shape Dual System Storey Mode1 Mode2 Mode Cosmas Wibisono V-10

11 Gambar 5.7 Mode Shape Dual System Berikut adalah hasil analisis pushover dari struktur dual system: Tabel 5.15 Performance Base Shear Mode Dominan Struktur Dual System Performance base shear sangat dipengaruhi oleh mode shape masing-masing mode sehingga dapat dilihat mode 1 lebih daktail dari mode 2 dan mode 3. Kekakuan mode 3 lebih besar dari mode mode 2 dan mode 1 disebabkan oleh perbedaan fundamental period masing-masing mode. Berbeda dengan sifat struktur open frame, keruntuhan bangunan akibat masing-masing mode tidak mendekati mode 1. Kurva didapat setelah menggabungkan ouput hasil pushover masing-masing mode pada ETABS seperti grafik dibawah ini: Cosmas Wibisono V-11

12 Base Shear (KN) Mode 1 Mode 2 Mode Displacement (m) Gambar 5.8 Performance Base Shear Struktur Dual System Untuk memastikan output ETABS berikut disajikan tabel perhitungan manual base shear dual system: Tabel 5.16 Perhitungan Manual Base Shear Dual System Lantai Wfloor Wcol Wbeam Wwall Wi Zi WiZi Fi (Storey) (kn) (kn) (kn) (kn) (kn) m (knm) (kn) Σ C Vb IWt kN R Dari hasil perhitungan manual dan output base shear ETABS diperoleh hasil yang tidak berbeda jauh, struktur yield pada Vb= kn sehingga hasil output ETABS dapat dipakai untuk analisis. Cosmas Wibisono V-12

13 Tabel 5.17 ADRS Dual System Mode 1 Displacement Base Shear Sd Sa Tugas Akhir SI-40Z Dual System Mode 1 Sa Sd Gambar 5.9 ADRS Dual System Mode 1 Tabel 5.18 ADRS Dual System Mode 2 Displacement Base Shear Sd Sa Cosmas Wibisono V-13

14 Dual System Mode 2 Sa Sd Gambar 5.10 ADRS Dual System Mode 2 Tabel 5.19 ADRS Dual System Mode 3 Displacement Base Shear Sd Sa Dual System Mode Sa Sd Gambar 5.11 ADRS Dual System Mode 3 Cosmas Wibisono V-14

15 Tabel 5.20 Performance Point dari Struktur Dual System Performance Sa Sd V D α αv Point (m/detik2) (m) (kn) (m) (%) (kn) Mode Mode Mode SRSS Hasil analisis seperti yang terdapat pada tabel diatas diperoleh dari output ETABS, dilakukan dengan format ADRS, mengubah kurva base shear vs displacement menjadi kurva acceleration spectral vs displacement spectral, hingga didapat titik perpotongan antar kurva demand vs capacit y(performance point) untuk mode 1, mode 2, dan mode 3. Kemudian dilakukan perhitungan SRSS untuk mendapatkan base shear dan displacement struktur hasil dari kombinasi dari mode 1, mode 2, dan mode 3. Untuk perhitungan base shear diperlukan modal participation mass ratio masingmasing mode untuk mengetahui kontribusi masing-masing mode terhadap respon struktur. Dari tabel modal participation mass ratio dapat dilihat bahwa untuk struktur dual system pengaruh mode-mode yang dominan masih tetap dominan mode 1 tetapi pengaruh mode satu lebih kecil dari struktur open frame sehingga mode yang lain mulai mempengaruhi sehingga base shear V bsrss dipengaruhi oleh mode dominan yang lain. Berikut ditampilkan tabel dan kurva yang menggambarkan simpangan antar tingkat inelastikyang terjadi pada struktur. Simpangan inelastik yang dimaksud merupakan simpangan maksimum yang terjadi ketika struktur berada dalam ambang keruntuhan kombinasi dari mode yang dominan. Cosmas Wibisono V-15

16 Tabel 5.21 Floor Displacement Dual System Tugas Akhir SI-40Z1 Floor Mode 1 Mode 2 Mode 3 MPA % terhadap Mode 1 Mode 1 Mode 1+2 Mode Mode 1+2 Mode Floor Disp Floor Floor Disp. (m) MPA 1 mode MPA 2 mode MPA 3 mode Gambar 5.12 Floor Displacement Dual System Dari grafik dapat dilihat bahwa displacement pengaruh dari kombinasi mode dominan hampir sama, MPA mode 1 mendekati MPA mode 2 dan MPA mode 3, menunjukkan MPA mode 1 masih dominan. Cosmas Wibisono V-16

17 5.3 Simpangan Dalam kurva di atas dapat dilihat bahwa secara umum struktur dual system memiliki simpangan antar tingkat yang kecil, menunjukkan pada kondisi awal struktur yang menggunakan shearwall memberikan nilai kekakuan yang besar. Pada kurva dimana struktur berada di ambang keruntuhan nilai simpangan yang diberikan struktur yang menggunakan shearwall kecil menunjukkan shearwall dapat mengakomodasi gaya lateral gempa. 5.4 Kurva Kapasitas Kurva kapasitas menunjukkan hubungan antara gaya gempa dan perpindahan yang terjadi hingga struktur runtuh. Perpindahan yang ditinjau adalah perpindahan atap dan gaya gempa adalah gaya geser dasar (base shear). Dapat dilihat dari kurva performance point bahwa pada saat pengkombinasian mode yang dominan hasil simpangan yang didapat dengan metode Modal Pushover Analysis sama. 5.5 Parameter Aktual Non Linear Parameter aktual non linear yang ditinjau pada tugas akhir ini yaitu parameter daktilitas (µ), faktor kuat lebih struktur ( f, f 1 dan f 2 ) faktor reduksi kekuatan gempa (R). Daktilitas adalah rasio antara simpangan maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan dan simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama. Faktor kuat lebih yaitu rasio penambahan kekuatan struktur dari kekuatan rencana. Cosmas Wibisono V-17

18 Faktor reduksi kekuatan gempa (R) adalah 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 daktail, bergantung pada faktor daktilitas struktur gedung tersebut. Gambar 5.13 Diagram Beban Simpangan Struktur Gedung Berikut adalah hasil analisis terhadap parameter statik non linear yang kami lakukan untuk kedua jenis model struktur: Tabel 5.22 Parameter Statik Non Linear Dual System Mode 1 Mode 2 Mode 3 Vn (kn) Vy (kn) Vpp (kn) SRSS Mode 1 Mode 2 Mode 3 δpp (m) δy (m) f f f µ R Cosmas Wibisono V-18

19 Open Frame Mode 1 Mode 2 Mode 3 Vn (kn) Vy (kn) Vpp (kn) SRSS Mode 1 Mode 2 Mode 3 δpp (m) δy (m) f f f µ R Tabel tersebut menunjukkan bahwa struktur dual system memberikan faktor kuat lebih dan modifikasi respon yang besar. Struktur dual system memiliki nilai daktilitas kecil, yang merupakan konsekuensi atas struktur shearwall yang relatif masih elastis hingga terjadinya keruntuhan. Shearwall memberikan faktor reduksi gempa (faktor modifikasi respon) yang besar dengan kontribusi nilai yang besar dari faktor kuat lebih beban dan bahan yang besar, bukan melalui daktilitas. Dari tabel tersebut diperoleh bahwa pengaruh mode 2 dan mode 3 cukup signifikan pada struktur dual system daripada struktur open frame sehingga pengaruh mode dominan perlu diperhitungkan. 5.6 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 dual system direncanakan dapat terjadi pada elemen balok, dan kolom dasar bangunan. Sedangkan pada dinding geser, sendi plastis direncanakan pada balok, kolom dasar bangunan dan di kaki boundary element dan pada ketinggian h yaitu nilai terbesar antara lw (lebar dinding geser) atau Mu/4Vu. Cosmas Wibisono V-19

20 5.7 Analisis Keruntuhan Struktur Dalam Pushover Analysis Tugas Akhir SI-40Z1 Metode analisis beban dorong statik (pushover analysis) yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah displacement-controlled analysis yang berarti ketika mendefinisikan model dengan ETABS, struktur dibebani secara perlahan dengan perpindahan lantai tingkat teratas sebagai kontrolnya. Nilai kontrol yang digunakan dalam tugas akhir ini yaitu 2% dari tinggi total bangunan. Tabel 5.23 Performance Level Struktur roof (m) H (m) roof/h Performance Level Dual system Immediate Occupancy Open Frame Immediate Occupancy Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa performance level dari kedua desain bangunan mengalami kondisi immediate occupancy pada saat terjadinya gempa kuat. Hal ini menandakan bahwa struktur tersebut kurang ekonomis. Tabel 5.24 Interstory Drift Open Frame Story Displacement (m) Interstory Drift Performance Level Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Damage Control Damage Control Damage Control Immediate Occupancy Immediate Occupancy Cosmas Wibisono V-20

21 InterStory Drift Gambar 5.14 Interstory Drift Open Frame Tabel 5.25 Interstory Drift Dual System Story Displacement (m) Interstory Drift Performance Level Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Immediate Occupancy Cosmas Wibisono V-21

22 Gambar 5.15 Interstory Drift Dual System Dari tabel diatas diperoleh bahwa stuktur dual system lebih kaku daripada struktur open frame jadi struktur open frame lebih tidak stabil apabila menerima gaya gempa karena distribusi displacement struktur open frame tidak seimbang per lantai. Cosmas Wibisono V-22