ANALISIS KINERJA GEDUNG BERTINGKAT BERDASARKAN EKSENTRISITAS LAY OUT DINDING GESER TERHADAP PUSAT MASSA DENGAN METODE PUSHOVER Yuliar Azmi Adhitama 1), Edy Purwanto 2), Agus Supriyadi 3) 1) Mahasiswa Program S1 Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret 2) 3) Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Jalan Ir. Sutami No.36A Surakarta 57126.Telp: 0271647069. Email : adhitamaazmi@gmail.com Abstract Indonesia is located between the Eurasian plate, Indo-Australian plate, Pasific plate and Philippines plate. Based on that cause tectonic earthquake activity in Indonesia to be high. Shearwall is a structural element that can be used as a solution for withstand large base shear forces of multi-storied building due to the force of the earthquake. The purposes of this research are to compare base shear force and performance level of storied building based on shearwall lay out eccentricity by Pushover Analysis and to know the effect of eccentricity to base shear forces and performance points of structure. The method used is a nonlinier static pushover analysis using SAP2000 program. The conclusion of this research indicate that the performance level of the structure of the model 1, model 2 and model 3 by shearwall lay out eccentricity are immediate occupancy. More close the center of the shearwall stiffness to center of the structural stiffness then more larger base shear forces that can be retained by the structure and smaller roof displacement that occurs at joint the highest and outermost of the structure. Keywords : pushover, performance point, plastic hinge, shearwall Abstrak Indonesia terletak diantara lempeng Eurasia, Indo-Australia, Pasifik dan Filipina. Dari kondisi geologi ini yang menyebabkan aktifitas gempa tektonik di Indonesia menjadi tinggi. Dinding geser merupakan salah satu elemen struktur yang dapat dijadikan solusi untuk menahan gaya geser gedung bertingkat yang relatif besar akibat gaya gempa. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan gaya geser dasar dan tingkat kinerja struktur gedung bertingkat dengan analisis lay out dinding geser berdasarkan eksentrisitas pusat massanya dan mengetahui pengaruh eksentrisitas terhadap gaya geser dasar dan tingkat kinerja struktur. Metode yang digunakan adalah analisis statis pushover nonlinier dengan menggunakan program SAP2000. Kesimpulan dari penelitian ini menunjukan bahwa level kinerja struktur pada model 1, model 2 dan model 3 dengan eksentrisitas lay out dinding geser yang berbeda adalah Immediate Occupancy. Semakin dekat pusat kekakuan dinding geser dengan pusat kekakuan struktur maka akan semakin besar gaya geser dasar yang dapat ditahan oleh struktur dan semakin kecil roof displacement yang terjadi pada joint teratas dan terluar struktur. Kata Kunci : pushover, performance point, sendi plastis, shearwall PENDAHULUAN Indonesia adalah negara dengan aktifitas gempa tektonik yang tinggi. Kondisi geologi Indonesia terletak diantara 4 lempeng tektonik yaitu lempeng Eurasia, Indo-Australia, Pasifik dan Filipina. Dari kondisi geologi ini yang menyebabkan aktifitas gempa tektonik di Indonesia menjadi tinggi. Dinding geser merupakan salah satu elemen struktur yang dapat dijadikan solusi untuk menahan gaya geser gedung bertingkat yang relatif besar akibat gaya gempa yang terjadi. Tersedianya software analisa struktur seperti ETABS maupun program SAP 2000 sangat berguna untuk memudahkan analisa perancangan bangunan dan dapat mengetahui performa bangunan ketika terkena gempa. Wiryanto Dewobroto (2006) menyatakan pushover analysis merupakan suatu prosedur analisa untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa dengan memberikan suatu pola beban lateral statik pada struktur, yang kemudian secara bertahap ditingkatkan dengan faktor pengali sampai satu target perpindahan lateral dari suatu titik acuannya tercapai. Biasanya titik tersebut adalah titik pada massa atap (roof). Analisa pushover ini bisa di aplikasikan pada program atau software seperti ETABS dan SAP 2000. Pembebanan Struktur Beban yang biasa digunakan dalam struktur bangunan gedung meliputi beban gravitasi (beban mati dan beban hidup) dan beban lateral (beban gempa dan beban angina). Pembebanan struktur tersebut mengacu pada Peraturan Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung (PPPURG 1987) Kombinasi Pembebanan Faktor-faktor untuk beban yang bekerja nilainya telah ditetapkan dalam standar pembebanan struktur gedung atau standar beton yang berlaku. Dari kombinasi-kombinasi pembebanan menurut SNI 1726 : 2012 Pasal 4.2.2, maka kombinasi pembebanan yang dipakai dalam penelitian ini yaitu : a. U = 1,4 D e-jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/1
b. U = 1,2 D + 1,6 L c. U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E Periode Fundamental (T) Periode Fundamental (T) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Ta = C t x h n x.. [ 1 ] Geser Dasar Seismik (V) Geser Dasar Seismik (V) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan V = Cs x W.. [ 2 ] dengan : V = Geser dasar seismik, Cs = Koefisien respons seismik, W = Berat seismik efektif Perpidahan Elastik, Simpangan Antar Lantai Tingkat dan Simpangan Antar Lantai Tingkat Ijin Perpindahan elastik (δe) pada tiap lantai tingkat dapat ditentukan dari persamaan δ ex =.. [ 3 ] dengan : δx = perpindahan yang terjadi pada tiap lantai tingkat Ie = faktor keutamaan gempa Cd = faktor amplifikasi defleks Simpangan antar lantai tingkat ( ) dapat ditentukan dari persamaan.. [ 4 ] Pushover Analisys Pushover Analysis adalah suatu analisis yang dilakukan dengan membebani suatu struktur dengan beban yang meningkat secara bertahap untuk mewakili gaya inersia yang akan diterima oleh struktur tersebut ketika terjadi gempa bumi. Capacity Spectrum Method (CSM) merupakan salah satu cara untuk mengetahui kinerja suatu struktur. Konsep dasar dari analisis statis pushover nonlinier adalah memberikan pola pembebanan statis tertentu dalam arah lateral yang ditingkatkan secara bertahap (incremental). Penambahan beban statis ini dihentikan sampai struktur tersebut mencapai simpangan target atau beban tertentu. Kriteria Kerja Menurut ATC-40 Berdasarkan ATC-40 kinerja struktur bangunan dapat dikelompokkan menjadi kategori sebagai berikut: a. Operasional (Operational) Tidak terjadi kerusakan struktural maupun non structural. b. Penempatan Segera (Immediate Occupancy) Mampu menahan gempa, struktur tidak mengalami kerusakan struktural dimana kekuatan dan kekakuan hamper sama dengan kondisi sebelum gempa. c. Keselamatan Jiwa (Life Safety) Struktur mampu menahan gempa, dengan sedikit kerusakan struktural, kekakuan berkurang tetapi masih mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. d. Mencegah Keruntuhan (Collapse Prevention) Struktur mengalami kerusakan struktural dan non-struktural yang sangat berat. Kekuatan struktur dan kekakuannya berkurang banyak tetapi belum runtuh. ATC-40 memberi batasan rasio simpangan atap untuk berbagai macam tingkat kinerja struktur adalah sebagai berikut : Tabel 1. Batasan Rasio Simpangan Atap Menurut ATC-40 Performance Level Paramater Maksimum Total Drift Maksimum Total Inelastik Drift Immediate Occupancy Damage Control Life Safety Structural Stability 0,01 0,01 sampai dengan 0,02 0,02 0,33 vi/pi 0,005 0,005 sampai dengan 0,015 No limit No limit e-jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/2
METODE Metode penelitian ini menggunakan analisis nonlinier pushover. Analisis menggunakan program SAP2000 dilakukan pada struktur hipotesa di Yogyakarta. Struktur gedung beton bertulang dengan ketinggian 8 lantai 1 atap. Bangunan tersebut memiliki fungsi utama bangunan adalah sebagai apartemen. Tabel 2. Deskripsi Gedung Struktur Hipotesa Sistem Struktur Fungsi gedung Jumlah Lantai Dual System & SRPMK Apartemen Luas lantai (tipikal) 2.310 m² Tinggi lantai 1 Tinggi lantai 2-8 dan atap Tinggi maksimum gedung Luas total gedung termasuk atap Panjang balok utara-selatan Panjang balok barat-timur 8 (ditambah 1 lantai atap) 4,5 m 4.0 m 36,5 m ± 20.860 m 2 7 m 5 m Adapun tahap-tahap anaisisnya adalah sebagai berikut : 1. Studi literatur 2. Pengumpulan data 3. Pemodelan 3 Dimensi Lay out dinding geser dengan model 1 (eksentrisitas berhimpit), model 2 (eksentrisitas satu sumbu) dan model 3 (eksentrisitas dua sumbu) Gambar 1. Lay Out Model 1 Gambar 2. Lay Out Model 2 Gambar 3. Lay Out Model 3 4. Pembebanan 5. Analsis respon spektrum 6. Hitungan beban gempa 7. Penentuan sendi plastis 8. Pembebanan nonlinier pushover 9. Analisis output pushover 10. Pembahasan hasil analisis pushover dari program SAP2000 e-jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/3
HASIL DAN PEMBAHASAN Performance Point Penentuan performance point dilakukan dengan cara iterasi yang dilakukan sepenuhnya oleh program SAP2000 mengacu pada peraturan Applied Technology Council (ATC-40) Gambar 4. Titik Kinerja Model 1 Gambar 5. Titik Kinerja Model 2 Gambar 6. Titik Kinerja Model 3 Hasil gaya geser dasar (Base Shear) dan simpangan atap (Roof Displacement) yang dapat dilihat pada di bawah ini Tabel 3. Gaya Geser Dasar (Base Shear) dan Simpangan Atap (Roof Displacement) untuk Setiap Permodelan Struktur Tipe Gaya Geser Dasar (kn) Simpangan Atap (m) Model 1 71642.694 0,146 Model 2 71330.413 0.149 Model 3 57099.772 0.163 Gaya geser rencana yang didapat dari respon spektra yaitu V = 23284,81 kn 0.8V = 18627,85 kn Perbandingkan gaya geser dasar hasil hitungan program SAP2000 dengan gaya geser rencana pada setiap Model yaitu sebagai berikut: V Model 1 = 71642.694 > 0.8V = 18627,85 kn (OK) V Model 2 = 71330.413 > 0.8V = 18627,85 kn (OK) V Model 3 = 57099.772 > 0.8V = 18627,85 kn (OK) e-jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/4
Displacement maksimum menurut SNI 1726:2012 ditentukan sebesar 0,02.H = 0.02 x 36.5 = 0,73 m Perbandingkan besarnya displacement pada setiap Model yaitu sebagai berikut: D Model 1 = 0,146 < 0,02.H = 0,73 (OK) D Model 2 = 0,149 < 0,02.H = 0,73 (OK) D Model 3 = 0,163 < 0,02.H = 0,73 (OK) Batasan roof drift ratio yang dihitung pada performance point digunakan untuk menentukan kinerja gedung menurut ATC-40. Model 1 Maksimum total drift 0,00400 m Maksimum in-elastic drift 0,00397 m Dengan cara yang sama diperoleh hasil hitungan Model 2 dan Model 3 yang dapat dilihat pada dibawah ini : Tabel 4. Level Kinerja Setiap Model Tipe Total Drift In-elastic Drift Level Model 1 0,00400 0,00397 Immediate Occupancy Model 2 0,00408 0,00408 Immediate Occupancy Model 3 0,00447 0,00447 Immediate Occupancy Distribusi Sendi Plastis Hasil distribusi sendi plastis setiap model dapat dilihat pada di bawah ini Gambar 7. Mekanisme Keruntuhan Model 1 Pada Step 1, 4 dan 7 Arah YZ e-jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/5
Gambar 8. Mekanisme Keruntuhan Model 2 Pada Step 1, 4 dan 7 Arah YZ Gambar 9. Mekanisme Keruntuhan Model 3 Pada Step 1, 4 dan 7 Arah YZ Didapatkan dari hasil gambaran sendi plastis bahwa model 1 dan 2 mengalami keruntuhan dibalok terlebih dahulu, hal ini memenuhi prinsip strong column weak beam sedangkan model 3 mengalami keruntuhan di kolom terlebih dahulu sehingga model 3 (eksentrisitas 2 sumbu) tidak aman menerima gaya gempa yang terjadi. SIMPULAN Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: Tabel 5. Perbandingan Nilai Performance Point Model 1, Model 2 dan Model 3 Denah Base Shear (V) Displacement (D) Model 1 71642,694 kn 0,146 m Model 2 71330,413 kn 0,149 m Model 3 57099,772 kn 0,163 m Tabel 6. Kinerja Model 1, Model 2 dan Model 3 Denah Total Drift In-elastic Drift Level Kinerja Model 1 0,00400 0,00397 Immediate Occupancy Model 2 0,00408 0,00408 Immediate Occupancy Model 3 0,00447 0,00447 Immediate Occupancy Variasi eksentrisitas berpengaruh pada gaya geser dasar dan simpangan atap. Semakin kecil eksentrisitas struktur maka akan semakin besar gaya geser dasar yang dapat ditahan dan semakin kecil simpangan atap struktur. e-jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/6
UCAPAN TERIMAKASIH Terima kasih kepada Edy Purwanto, ST. MT. dan Ir. Agus Supriyadi MT. yang telah membimbing dan memberi arahan dalam penelitian ini. REFERENSI Aristyawan, Eko. 2010. Pengaruh Pemasangan Shearwall Terhadap Simpang Horisontal Portal Baja Gedung Bertingkat Tinggi. Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta. ATC-40. 1996. Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Volume I. California. Seismic Safety Commission State of California. Bahtera, Esa. 2010. Analisis Perbandingan Simpangan Horisontal Gedung Bertingkat Tinggi pada Shearwall Diagonal dengan Shearwall Searah Sumbu X Sumbu Y. Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Departemen Pekerjaan Umum, 1987. Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung. Jakarta : Yayasan Badan Penerbit Pekerjaan Umum. FEMA-356. 2000. Prestandard and Commentary For The Seismic Rehabilitation Of Buildings. Virginia. American Society of Civil Engineers. Mc Cormac, J.C. 1995. Desain Beton Bertulang Jilid 2. Jakarta ; Erlangga. Peta Hazard Gempa Indonesia. 2010. Jakarta : Departemen Pekerjaan Umum. Purnomo, Edy. 2014. Analisis Kinerja Struktur pada Gedung Bertingkat dengan Analisis Dinamik Respon Spektrum Menggunakan Software ETABS Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Rachman, Nissa Zahra. 2014. Analisis Kinerja Struktur pada Gedung Bertingkat dengan Analisis Pushover Program ETABS Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Rasyid, Fitria. 2011. Pengaruh Penempatan Core Wall dengan Eksentrisitas tertentu Terhadap Titik Berat Bangunan pada Bangunan Tinggi di Bawah Pengaruh Beban Gempa Skripsi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Solikin, Mochammad. 2007. Pengaruh Eksentrisitas Pusat Massa Portal Bertulang Terhadap Stabilitas Struktur yang Mengalami Beban Gempa. Surakarta : Dinamika Teknik Sipil Vol.7. Satyarno, I., Nawangalam, P. & Pratomo, R.I. 2012. Belajar SAP2000. Yogyakarta : Zamil Publishing. Satyarno, I., Nawangalam, P. & Pratomo, R.I. 2012. Belajar SAP2000 Analisis Gempa. Yogyakarta : Zamil Publishing. Standar Nasional Indonesia. 2012. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung. RSNI 1726-2012. Jakarta : Badan Standar Nasional Indonesia. Sunaryati, Jati dkk. 2009. Pengaruh Eksentrisitas Pusat Massa Bangunan Beton Bertulang Terhadap Stabilitas Struktur yang Mengalami Beban Gempa. Padang : Jurnal Rekayasa Sipil Widodo. 2000. Respon Dinamik Struktur Elastik. Yogyakarta : UII Press e-jurnal MATRIKS TEKNIK SIPIL/Maret 2016/7