JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 1

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) STUDI PERILAKU BANGUNAN MULTI TOWER 15 LANTAI MENGGUNAKAN METODE NONLINEAR TIME HISTORY ANALYSIS DENGAN MEMBANDINGKAN DUA POSISI SHEAR WALL (STUDI KASUS : APARTEMEN PUNCAK KERTAJAYA) Anne Zuhd Mahbubah, dan Ir. Faimun, M.Sc., Ph.D, Ir. Sadji Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya faimun@ce.its.ac.id Abstrak Analisa secara linear tidak dapat digunakan untuk mengetahui perilaku struktur terhadap gempa besar, karena saat terjadi gempa besar, bangunan tidak lagi berperilaku linear akan tetapi berperilaku nonlinear. Sehingga dalam studi ini akan dimasukkan parameter nonlinear terhadap material struktur untuk mengetahui perilakunya terhadap beban gempa. Bangunan Apartemen Puncak Kertajaya yang terletak di Surabaya ini akan dianalisa perilaku strukturnya menggunakan metode nonlinear time history analysis. Time history gempa besar yang dipakai adalah gempa El-Centro yang tercatat pada 18 Mei 1990 di California. Variabel yang digunakan sebagai perbandingan yaitu dua posisi shear wall yang berbeda. Dari hasil perhitungan luasan kurva base shear x dan displacement pada studi ini, didapatkan hasil luasan kurva posisi shear wall (2) lebih besar daripada posisi shear wall (1). Hal ini dapat diartikan bahwa bangunan dengan posisi shear wall (2) dengan letak shearwall tersebar di sepanjang bangunan lebih mampu menerima beban gempa dengan baik. Kata Kunci : nonlinear time history analysis, El-Centro, respons spektrum, disipasi energi, displacement. I. PENDAHULUAN A. Latar Balakang Kekuatan struktur dari sebuah bangunan menjadi syarat yang mutlak bangunan tersebut supaya jika sebuah bencana alam seperti gempa bumi terjadi, bangunan tersebut tidak mengalami keruntuhan yang menyebabkan jatuhnya korban jiwa maupun kerugian materi. Oleh karena itu sangatlah perlu dilakukannya suatu analisa perilaku terhadap apartemen high rise. Bangunan apartemen ini menerima beban-beban, diantaranya yaitu beban mati, hidup dan gempa. Diharapkan beban-beban yang bekerja pada struktur bangunan akan diterima oleh sendi plastis yang berada di kaki semua kolom dan shear wall, sehingga kerusakan yang terjadi pada bagian sendi plastis saja dan dapat dihindari terjadinya keruntuhan tingkat [1]. Saat ini analisa yang sering digunakan adalah analisa secara linear, namun pada beberapa penelitian menyimpulkan bahwa analisa linear tidak dapat digunakan untuk mengetahui perilaku struktur terhadap gempa besar, karena saat terjadi gempa besar, pada struktur terbentuk sendi plastis di beberapa tempat sehingga bangunan tidak lagi berperilaku linear akan tetapi berperilaku nonlinear. Dengan demikian, diperlukan analisa nonlinear untuk mengetahui perilaku struktur saat menerima beban gempa besar. Dalam tugas akhir ini akan dilakukan analisa terhadap perilaku bangunan apartemen Puncak Kertajaya menggunakan metode nonlinear time history analysis (NLTHA). Metode NLTHA merupakan teknik analisa perilaku struktur yang akurat untuk mengkaji perilaku pasca-elastik struktur pada suatu bangunan terhadap pengaruh gempa berdasarkan catatan percepatan tanah yang diskalakan terhadap riwayat percepatan tanah pada daerah yang pernah mengalami gempa besar. Dengan demikian, dapat diketahui penyaluran beban gempa pada keseluruhan bangunan sehingga kita dapat menganalisa bagian sendi plastis mana yang mengalami kerusakan. Salah satu cara untuk meningkatkan kekakuan struktur dan ketahanan bangunan dalam menahan gaya-gaya lateral, pemakaian shear wall merupakan salah satu solusi yang tepat [2]. Dalam studi ini akan dilakukan analisa perilaku bangunan multi tower menggunakan metode NLTHA dengan variabel dua posisi shear wall yang berbeda. Dan akan didapatkan disipasi energi dari bangunan dengan masing-masing posisi shearwall yang lebih baik ketika menerima beban-beban. B. Rumusan Masalah Permasalahan utama yang akan dibahas dalam studi ini adalah: 1. Bagaimana perilaku bangunan yang menerima beban jika dianalisis menggunakan metode nonlinear time history analysis? Rincian dari permasalahan yang akan dibahas dalam studi ini adalah: 1. Bagaimana melakukan penskalaan time history El Centro 1940 terhadap respon spektrum daerah yang ditinjau? 2. Bagaimana disipasi energi pada struktur ketika beban gempa bekerja? 3. Bagaimana perbandingan perilaku bangunan multi tower dengan posisi shear wall (1) dan (2) dengan metode nonlinear time history analysis? C. Batasan Masalah 1. Tidak memperhitungkan struktur sekunder. 2. Analisa ini tidak meninjau biaya, manajemen proyek, dan segi arsitektural. 3. Catatan riwayat waktu gempa yang ditinjau menggunakan time history El Centro di California.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) II. TINJAUAN PUSTAKA Untuk mengkaji perilaku pasca-elastik struktur bangunan gedung terhadap pengaruh gempa rencana, harus dilakukan nonlinear time history analysis, dimana respons spektrum percepatan muka tanah asli dari gempa daerah yang ditinjau harus diskalakan terhadap respons spektrum salah satu gempa besar yang pernah terjadi, sehingga didapatlah nilai skala faktor. Penskalaan pada metode NLTHA merupakan proses penyesuaian time history gempa kuat dengan respon spektrum wilayah gempa pada lokasi bangunan yang akan ditinjau. Tatacara penskalaan gempa berdasarkan intensitas spektrum gempa yang digunakan yaitu perbandingan antara luas daerah dibawah kurva spectral velocity (Sv) pada suatu peraturan/code dengan catatan gempa yang direncanakan untuk redaman 5%. Penentuan Sv menggunakan program SREL-REV berdasarkan akselerogram gempa rencana. Batasan yang digunakan untuk penskalaan adalah antar 0.2T1 1.5T1 dimana T1 adalah periode alami fundamental mode dari struktur yang ditinjau. Batasan penskalaan gempa rencana [3]. Pada permodelan desain menggunakan prosedur nonlinear, respons inelastic pada elemen balok, kolom dan dinding geser dibatasi sesuai dengan persyaratan yang tertera pada tabel (halaman 6-21) [4] Pada Gambar dibawah dijabarkan mengenai perilaku inelastik elemen struktur berupa batasan-batasan seperti Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS) dan Collapse Prevention (CP), yang akan menjadi sebuah syarat agar struktur bangunan berupa balok dan kolom bersifat nonlinier berdasar pada materialnya. Nilainya merupakan parameter yang akan menjadi input dalam metode NLTHA ini. III. METODOLOGI A. Umum Tahapan pengerjaan proyek akhir ini akan adalah : 1. Studi literatur. 2. Pengumpulan data. 3. Pleriminary design. 4. Permodelan struktur posisi shear wall (1) & (2) 5. Melakukan analisa struktur gempa dengan respons spektrum wilayah Surabaya. 6. Melakukan cek kapasitas penampang struktur. 7. Menghitung penulangan struktur. 8. Input penulangan struktur ke dalam software. 9. Penskalaan RSP dengan time history el centro. 10. Analisa struktur menggunakan NLTHA. 11. Evaluasi perilaku bangunan. B. Desain Pemodelan Perencanaa mutu material dalam Tugas Akhir ini : Mutu Beton Pelat = K-300 (25 MPa) Mutu Beton Balok = K-350 (29,05 MPa) Mutu Beton Kolom = K-400 (33,2 MPa) Mutu Baja (fy) = 390 Mpa (ulir), 240 Mpa (polos) E baja = Mpa E beton = 4700 ff cc = Mpa (K-350) = Mpa (K-400) Perencanaan permodelan multi tower : Jumlah tingkat = 15 tingkat Tinggi tingkat = 4 m (per lantai) Permodelan penempatan posissi shear wall (1) dan (2) untuk dianalisa menggunakan metode nonlinear time history analysis adalah sebagai berikut : Gambar 3.2 Permodelan 3D Posisi Shear Wall (1) Global Displacement Limits and Component Acceptability Gambar 3.3 Denah Posisi Shear Wall (1)

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Base Shear Dinamik Posisi Shear Wall (1) Base Shear Dinamik Posisi Shear Wall (2) Gambar 3.4 Permodelan 3D SAP Posisi Shear Wall (1) Gambar 3.5 Denah Posisi Shear Wall (1) IV. ANALISA DAN HASIL Analisa gempa dengan respons spektrum [5] : 1. Menentukan Kategori Desain Seismik Didapatkan kategori D. 2. Memilih Sistem dan Parameter Struktur Dengan kriteria yang ada didapatkan nilai R = 7, dan Cd = 5,5 3. Menentukan Periode Fundamental Struktur Ketinggian struktur adalah 2,9 m x 15 lantai dan tipe struktur yang digunakan adalah rangka beton pemikul momen, jadi berdasarkan tabel diatas didapatkan nilai T a = x (2,9 x 15) 0.9 = 1,39 4. Menentukan Koefisien Respons Seismik Didapatkan nilainya adalah C s = 0,05 5. Menentukan Berat Seismik Struktur Berdasarkan perhitungan didapatkan besarnya W dari penjumlahan total struktur multi tower 15 lantai tersebut adalah ,1 Kg 6. Menentukan Geser Dasar Seismik Geser dasar seismik (V) yang diatur oleh SNI x pasal mempunyai perumusan yaitu : V = C s W V = 0,05 x ,1 = ,1 kg Kontrol nilai akhir respon spektrum Berdasarkan SNI Pasal 7.9.4, nilai akhir Vdinamik harus lebih besar sama dengan 85% V statik. Maka persyaratan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut : V dinamik 0.85V statik. nilai geser dasar yang diambil dari hasil analisa SAP 2000 v.14 tersebut harus memenuhi persyaratan kontrol untuk nilai akhir respon spektrum. Langkah perhitungannya sebagai berikut : Arah-x ,83 kg > 0, , ,83 kg > ,1 kg... (OK) Arah-y ,57 kg > 0, , ,57 kg > ,1 kg... (OK) Kontrol base reaction untuk posisi shear wall (2) : Arah-x ,91 kg > 0, , ,91 kg > ,1 kg... (OK) Arah-y ,81 kg > 0, , ,81 kg > ,1 kg... (OK) Jadi persyaratan telah terpenuhi. Kontrol nilai partisipasi massa Menurut SNI Pasal bahwa partisipasi massa harus menghasilkan sekurangnya 90 % respon total dari perhitungan respon dinamik. Dibawah ini adalah output parstisipasi massa dari program SAP 2000 v.14. Rasio Partisipasi Massa untuk Posisi Shear Wall (1) Rasio Partisipasi Massa untuk Posisi Shear Wall (2) Dari tabel di atas menunjukkan bahwa untuk posisi shear wall (1) pada mode 8 dan 7 telah mencapai 90%, sedangkan untuk posisi shear wall (2) pada mode 9 dan 11 telah mencapai 90%. Sehingga sudah memenuhi persyaratan.

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Kontrol nilai simpangan (drift) Berdasarkan RSNI untuk kontrol drift dirumuskan sebagai berikut : C δ = x d δ I Dimana : δ x = defleksi pada lantai ke-x Cd = factor pembesaran defleksi (5,5) I = factor keutamaan gedung (1) Simpangan Arah-x Posisi Shear Wall (2) xe Analisa dengan nonlinear time history analysis Penskalaan gempa El-Centro dengan respon spektrum gempa lokasi merupakan sebuah proses membandingkan nilai besaran dari kedua buah gempa tersebut agar didapatkan sebuah nilai yang sesuai sebagai input faktor skala pada program SAP (Δ a ) = 0,020 h sx = 0, mm = 58 mm Simpangan Arah-y Posisi Shear Wall (1) Grafik Penskalaan time history El Centro dengan respons spektrum Surabaya Perhitungan faktor skala NLTHA : Sf = A RSP 0,84079 = = 1, 1 A 0,76367 elcentro T = 1,6 s Dari hasil diatas didapatkan nilai simpangan memenuhi persyaratan. Kontrol Dual System Kemampuan dari dinding geser dan rangka gedung (SRPM) dalam memikul beban lateral akibat gempa dapat dilihat pada tabel berikut : Kontrol Sistem Struktur Posisi Shear Wall (1) Kolom Shear Wall Total Presentase Fx Fy Fx Fy Fx Fy Fx Fy SRPM SW SRPM SW komb komb komb komb komb komb komb komb Kontrol Sistem Struktur Posisi Shear Wall (2) Kolom Shear Wall Total Presentase Fx Fy Fx Fy Fx Fy Fx Fy (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) SRPM SW SRPM SW komb komb komb komb komb komb komb komb Dari hasil di atas dapat dilihat bahwa presentase dari SRPM untuk semua kombinasi pembebanan gempa bernilai lebih besar daripada 25%, sehingga konfigurasi struktur gedung ini termasuk dalam kategori dual sistem. Dari hasil analisa kapasitas penampang didapatkan [5] : Pelat = 140 mm Balok = 400 x 600 [6] Kolom = 600 x 00 mm Shearwall = 300 mm [7] Dari perhitungan diatas didapatkan faktor skala yang diinput pada program SAP2000 sebesar 1. Setelah memasukkan besarnya skala faktor dalam load case NLTHA, dilakukan analisa NLTHA. Terdapat 2 tahapan untuk analisa Nonlinear time history (NLTHA) dalam program SAP2000, tahap pertama run case modal, DL, LL, RSPx, dan RSPy. Setelah analisa selesai, dilakukan start design / check of structure untuk mendapatkan struktur yang optimal dan aman. Setelah struktur bangunan dinyatakan optimal, dilakukan run case tahap kedua untuk DL-NL, LL-NL, dan NLTHA. Berikut hasil analisa bangunan multi tower 15 lantai dengan posisi shear wall (1) dan (2) [8] : Grafik Displacement vs. Time Dari grafik diatas didapatkan nilai Displacement maximum sebesar 0,02599 m pada detik ke 6. Grafik Velocity vs. Time Dari grafik diatas didapatkan nilai velocity maximum sebesar 0,1358 m/s pada detik ke 7. Grafik Acceleration vs. Time Dari grafik diatas didapatkan nilai acceleration maximum sebesar 0,9368 m/s 2 pada detik ke 7,4.

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Grafik Displacement vs. Time Dari grafik diatas didapatkan nilai Displacement maximum sebesar 0,02687 m pada detik ke 6. Grafik Velocity vs. Time Dari grafik diatas didapatkan nilai velocity maximum sebesar 0,1193 m/s pada detik ke 6,4. Grafik Acceleration vs. Time Dari grafik diatas didapatkan nilai acceleration maximum sebesar 0,9933 m/s 2 pada detik ke 10. Berikut hasil analisa base shear x vs, displacement dengan posisi shear wall (1) dan (2) : Grafik base shear x vs. displacement posisi sw (1) Dari grafik diatas didapatkan nilai base shear x max sebesar 6 2,158 x 10 kg pada displacement sebesar 0,02246 m. Energi (1) detik ke-2,4 detik ke-5 detik ke-7,4 detik ke-10 Gambar 5.15 Hasil plot dengan AutoCad posisi sw (2) Hasil Perbandingan Perhitungan Luasan : Detik Luasan (1) Luasan (2) 2, , Total Dari hasil di atas dapat dilihat bahwa multi tower dengan posisi shear wall (1) memiliki luasan lebih besar dari pada posisi shear wall (2). V. KESIMPULAN/RINGKASAN Berikut adalah hasil yang dapat disimpulkan berdasarkan analisa menggunakan metode Nonlinear Time History : 1. Semakin bertambah waktu, maka acceleration, velocity, dan displacement yang terjadi semakin besar, hal ini disebabkan kekakuan struktur semakin kecil akibat semakin besarnya kerusakan / pelelehan pada sendi plastis akibat beban yang terjadi. 2. Dari hasil perhitungan luasan grafik base shear x vs. displacement, posisi shear wall (1) memiliki luasan lebih besar yang berarti mampu menyerap energi lebih baik. Saran yang dapat diberikan sesuai dengan Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk studi mendatang agar memakai lebih dari satu time history disamping memakai El Centro, sehingga hasil yang didapat lebih akurat. 2. Karena keterbatasan waktu dan fasilitas untuk analisa NLTHA menggunakan program SAP2000, maka pada studi ini hanya ditinjau acceleration dari arah U1. Diharapkan untuk kedepanya dapat ditinjau dari U1 dan U2. Grafik base shear x vs. displacement posisi sw (2) Dari grafik diatas didapatkan nilai base shear x max sebesar 6 2,052 x 10 kg pada displacement sebesar 0,02279 m. Dari grafik diatas didapatkan luasan masing-masing kurva sebagai berikut : Perhitungan dilakukan dengan suatu pendekatan penjumlahan luasan dari kurva yang terbentuk setiap 5 detik dari total 15 detik lamanya pembebanan gempa tersebut. Hasil perhitungannya adalah sebagai berikut : Energi (1) detik ke-2,4 detik ke-5 detik ke-7,4 detik ke-10 Gambar 5.15 Hasil plot dengan AutoCad posisi sw (1) DAFTAR PUSTAKA [1] Badan Standardisasi Nasional, 2010, Tata Cara Perancanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung dan Non Non Gedung (SNI ), Bandung. [2] Wang Quanfeng dkk, 2001, Effect of Shear Wall Height on Earthquake Response, Fujian-China. [3] ASCE, 2000, Federal Emergency Management Agency (FEMA 368), Virginia. [4] ASCE, 2000, Federal Emergency Management Agency (FEMA 356), Virginia. [5] Badan Standardisasi Nasional, 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI ), Bandung. [6] Purwono Rachmat, 2005, Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa, Surabaya. [7] Tavio dan Kusuma Benny, 2009, Desain Sistem Rangka Pemikul Momen dan Dinding Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa, Surabaya.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) [8] Mahbubah Anne Zuhd, 2013, Studi Perilaku Bangunan Multitower 15 Lantai Menggunakan Metode Nonlinear Time history Analysis Dengan Membandingkan Dua Posisi Shear Wall (Studi Kasus : Apartemen Puncak Kertajaya), Surabaya.