BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN

BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN Pada bagian ini akan dianalisis periode struktur, displacement, interstory drift, momen kurvatur, parameter aktual non linear, gaya geser lantai, dan distribusi sendi plastis pada struktur akibat beban gempa kuat pada portal beton bertulang yaitu portal dengan sistem struktur balok kolom dan flat slab dengan core wall. Analisis yang digunakan adalah analisis dengan metode spektrum kapasitas (capacity spektrum) dengan menggunakan bantuan software ETABS versi 9... 5.1 PERIODE ALAMI STRUKTUR Periode alami struktur mencerminkan tingkat kefleksibelan struktur tersebut. Pada tugas akhir ini, nilai periode alami struktur dibatasi oleh Peraturan UBC (Unified Building Code) 1997 dan Peraturan IBC (International Building Code) 23. Menurut UBC 1997, nilai periode struktur bangunan dibatasi oleh formula di bawah ini: 3/ 4 T C t x ( h n ) (5.1) Keterangan : C t =.731 untuk Tipe Struktur Rangka Penahan Momen (MRF) beton bertulang h n = Tinggi total struktur (m) Sedangkan menurut IBC 23, nilai periode struktur bangunan dibatasi oleh formula di bawah ini : 1. Ta =.1 N ( untuk beton bertulang atau baja) 2. Ta = C t h x n ( untuk struktur Rangka Penahan Momen MRF ) Tugas Akhir V-1

Pada tugas akhir ini digunakan sistem struktur ganda (dual system), sehingga batasan nilai periode struktur adalah: T rata-rata = T T a1 a2 2 T max = C u x Ta (5.2) Tabel 5. 1 Koefisien untuk perhitungan batasan periode struktur Disain Respon Spektra Koefisien pada saat t=1 detik, S D1 C u.4 1.4.3 1.4.2 1.5.15 1.6.1 1.7.5 1.7 Sumber : ASCE 7-2 (IBC 23) Tabel 9.5.5.3.1 Nilai C t dan x didapatkan dari tabel di bawah ini : Tabel 5. 2 Nilai parameter C t dan x untuk berbagai tipe struktur Tipe Struktur C t x Struktur Rangka Penahan Momen dari material baja.28.8 Struktur Rangka Penahan Momen dari material beton.2.9 Rangka baja Eksentris.3.75 Sistem struktur lainnya.2.75 Sumber : ASCE 7-2 (IBC 23) Tabel 9.5.5.3.2 Perhitungan besarnya periode alami struktur menggunakan persamaan (5.1) dan (5.2), dilakukan pada sistem struktur balok kolom dan sistem struktur flat slab, sehingga didapatkan hasil seperti pada tabel di bawah ini : Tabel 5. 3 Periode struktur dan batasannya Tipe struktur Balok kolom Shear Wall Flat Slab dengan Shear Wall Jumlah lantai T 1 (detik) T avg Batasan Periode menurut Peraturan UBC 1997 IBC 23 UBC 1997 IBC 23 Ket 5.643.643.64.65.8 OK 1.66.66.66 1.8 1.53 OK 2 1.72 1.72 1.72 1.81 2.94 OK 3 3.12 3.1 3.6 4.31 4.31 OK 5.6499.6499.65.65.8 OK 1.69.69.69 1.8 1.53 OK 2 1.8 1.8 1.8 1.81 2.94 OK 3 3.74 3.74 3.74 4.31 4.31 OK Tugas Akhir V-2

Berdasarkan tabel (5.3) dapat dilihat bahwa periode alami struktur berada di dalam batas yang diizinkan oleh Peraturan UBC 1997 dan IBC 23. Dengan terpenuhinya aturan batasan periode struktur ini, maka struktur bangunan dikatakan cukup kaku dan tidak terlalu fleksibel. Pada desain struktur bangunan ini, penulis berusaha untuk merencanakan dimensi struktur balok kolom dan flat slab sedemikian rupa sehingga masing-masing tipe struktur memiliki periode struktur yang hampir sama. Tujuannya adalah agar ketika membandingkan kinerja kedua sistem struktur tersebut, ada satu acuan yang sama, yakni nilai periode struktur bangunan yang cukup dekat. 5.2 GAYA GESER DASAR SISTEM STRUKTUR BALOK KOLOM DAN FLAT SLAB Gaya geser dasar (base shear) menunjukkan pembebanan gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana dalam arah masing-masing sumbu utama denah struktur tersebut. Melalui informasi gaya geser dasar ini, dapat dilihat besar pengaruh gempa terhadap struktur secara keseluruhan. 5.2.1 Bangunan 5 Lantai 8, Gaya Geser Dasar Flat Slab vs Balok Kolom 5 lantai (UBC 1997 dan IBC 23) Vb (KN) 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 2 4 6 8 1 12 disp. (mm) FS IBC 23 BK IBC 23 UBC 1997 Vb BK UBC 1997 PP BK IBC 23 PP BK UBC 1997 PP FS IBC 23 PP FS UBC 1997 Gambar 5. 1 Gaya geser dasar pada sistem struktur fat slab vs balok kolom 5 lantai Tugas Akhir V-3

5.2.2 Bangunan 1 Lantai 35, Gaya Geser Dasar Flat Slab vs Balok Kolom 1 lantai (UBC 1997 dan IBC 23) 3, 25, Vb (KN) 2, 15, 1, 5, 1 2 3 4 5 6 7 8 disp. (mm) FS IB C 23 FS UBC 1997 B K IB C 23 BK UBC 1997 Gambar 5. 2 Gaya geser dasar pada sistem struktur flat slab vs balok kolom 1 lantai 5.2.3 Bangunan 2 Lantai 14, Gaya Geser Dasar Flat Slab vs Balok Kolom 2 lantai (UBC 1997 dan IBC 23) 12, 1, Vb (KN) 8, 6, 4, 2, 2 4 6 8 1 12 BK IBC 23 BK UBC 1997 FS IBC 23 FS UBC 1997 Disp. (mm) Gambar 5. 3 Gaya geser dasar pada sistem struktur flat slab vs balok kolom 2 lantai Tugas Akhir V-4

5.2.4 Bangunan 3 Lantai 7, Gaya Geser Dasar Flat Slab vs Balok kolom 3 lantai (IBC 23 dan UBC 1997) 6, 5, Vb (KN) 4, 3, 2, 1, 2 4 6 8 1 BK UBC 1997 BK IBC 23 FS UBC 1997 FS IBC 23 Disp. (mm ) Gambar 5. 4 Gaya geser dasar pada sistem struktur flat slab vs balok kolom 3 lantai Pada perencanaan pembebanan gempa untuk aturan UBC 1997 dengan lokasi studi wilayah dengan zona 3 (pada peraturan UBC 1997) atau setara dengan wilayah gempa 6 pada SNI-1726-22, dengan percepatan batuan di dasar tanah adalah.3 g, digunakan nilai Cv=.45, Ca=.33, R (faktor reduksi gempa rencana) = 8.5, Wt yaitu berat total gedung termasuk beban hidup yang sesuai dan I adalah faktor keutamaan gedung, yang di ambil sama dengan 1 untuk kasus ini. Dari keempat kurva di atas, kesemua kurva menunjukkan bahwa nilai gaya geser dasar dengan sistem struktur balok kolom menghasilkan nilai yang lebih besar bila dibandingkan dengan sistem struktur flat slab. Hal ini dapat dijelaskan melalui penerapan rumus gaya geser dasar dari UBC 1997, yakni : Cv I V W (5.3) RT Keterangan : C v =.45 (untuk wilayah zona gempa 3 pada peraturan UBC 1997) I = 1 (faktor keutamaan gedung untuk struktur yang berfungsi untuk apartemen, tempat tinggal) (Sumber : Tabel 16-K : Occupancy category, UBC 1997) Tugas Akhir V-5

R = Faktor reduksi beban gempa rencana = 8.5 (untuk bangunan sistem ganda yang menggunakan dinding geser dan SRPMK) (Sumber : Tabel 16-N : Structural System, UBC 1997) T = Periode alamiah struktur (detik) W = Beban mati struktur termasuk beban mati tambahan (Pasal 16.3.1.1, UBC 1997). Berat struktur balok kolom lebih besar bila dibandingkan dengan sistem struktur flat slab. Hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Sehingga nilai Vb akan membesar seiring dengan membesarnya berat struktur. Tabel 5. 4 Berat struktur balok kolom vs flat slab No Sistem struktur Jumlah lantai Berat struktur (KN) UBC 1997 IBC 23 1 Balok kolom dengan 5 46,56.63 45,765.94 dinding geser 1 169,517.84 171,812.59 2 37,77.59 37,77.59 3 494,124.2 455,845.16 2 Flat Slab dengan 5 22,857.86 22,857.86 dinding geser 1 97,94.89 97,94.89 2 226,74.17 226,74.17 3 29,667.8 29,667.8 Tabel 5. 5 Gaya geser disain berdasarkan Peraturan UBC 1997 dan IBC 23 Gaya geser dasar (KN) jumlah lantai 5 1 2 3 Balok kolom Flat slab UBC 1997 UBC 1997 3,849.72 1,862.1 13,597.69 7511.884373 11,412.23 6,668.83 8,381.24 4114.837 IBC 23 IBC 23 4,2.51 1,978.39 14,643.12 7981.377147 12,125.49 785.63 8,522.95 4372.15 Nilai gaya geser dasar nominal tidak mengalami peningkatan atau pun penurunan secara teratur berdasarkan jumlah lantai (lihat tabel 5.5). Hal ini disebabkan oleh dua faktor yang berpengaruh di dalam perhitungan dari rumus (5.3) yakni variabel C v (koefisien respons gempa) dan W (berat struktur). Berdasarkan periode struktur, semakin tinggi bangunan maka periode struktur akan semakin besar. Dengan membesarnya nilai periode struktur, maka menurut kurva Tugas Akhir V-6

desain respons spektrum pada gambar (5.5), nilai C akan mengecil secara hiperbolik. Sehingga semakin tinggi struktur maka nilai gaya geser dasarnya akan semakin mengecil secara teratur. C (g) DISAIN RESPONS SPECTRA ZONA GEMPA 3, TANAH LUNAK (UBC 1997) 2.5 CA =.83 C v/t =.45/T C A =.33.1.6 T (Detik) Gambar 5. 5 Desain respons spektrum Namun, pada kenyataannya nilai gaya geser dasar tidak berubah secara beraturan. Hal ini disebabkan oleh parameter yang kedua yakni perubahan berat struktur yang bertambah seiring dengan bertambahnya ketinggian struktur bangunan. Oleh karena itu, dapat dipahami mengapa nilai gaya geser dasar struktur bangunan tidak bertambah secara teratur meskipun ketinggian struktur terus bertambah. 5.3 INTERSTORY DRIFT Interstory drift adalah besarnya simpangan antar tingkat pada suatu struktur akibat beban lateral gempa rencana dalam hal ini adalah gempa dengan percepatan di dasar batuan.3 g. Simpangan antar tingkat pada struktur perlu ditinjau untuk kenyamanan dan keamanan penggunaan struktur gedung tersebut. Tugas Akhir V-7

Pada kinerja struktur gedung dengan peraturan UBC 1997, simpangan antar tingkat dikontrol oleh respons maksimum inelastik struktur yaitu : M. 7 R s (5.4) Keterangan : R = faktor reduksi beban gempa s = respons perpindahan desain. Untuk periode struktur, T <.7, Untuk periode struktur, T >.7, s. 25h, dengan h = tinggi antar lantai s. 2h, dengan h = tinggi antar lantai Sedangkan menurut Peraturan IBC 23, interstory drift dibatasi untuk sistem struktur beton bertulang maksimum adalah.2 h (diambil dari ASCE 7-2/ IBC 23 tabel 9.5.2.8), dengan h adalah tinggi antar lantai. Berikut ini disajikan perhitungan interstory drift untuk sistem struktur bangunan balok kolom dan flat slab menurut peraturan UBC 1997 dan IBC 23. Tabel 5. 6 Interstory drift struktur bangunan 5 lantai hi Story Drift max UBC 1997 Keterangan max IBC 23 Keterangan Lt. 5 lt BK UBC 1997 5 lt BK IBC 23 5 lt FS UBC 1997 5 lt FS IBC 23 % (m) % (m) (m) PP Push Max PP Push Max PP Push Max PP Push Max 5 18.4.19%.51%.26%.51%.41%.51%.41%.68%.9 2.5% OK.72 2.% OK 4 14.8.22%.58%.3%.58%.4%.58%.41%.67%.9 2.5% OK.72 2.% OK 3 11.2.22%.6%.31%.6%.37%.6%.37%.61%.9 2.5% OK.72 2.% OK 2 7.6.21%.56%.29%.56%.28%.56%.28%.48%.9 2.5% OK.72 2.% OK 1 4..16%.44%.22%.44%.14%.44%.14%.24%.1 2.5% OK.8 2.% OK..%.%.%.%.%.%.%.% OK OK Tabel 5. 7 Interstory drift struktur bangunan 1 lantai Story Drift Lt. hi 1 lt BK UBC 1997 1 lt BK IBC 23 1 lt FS UBC 1997 max UBC 1997 Keterangan max IBC 23 1 lt FS IBC 23 % (m) % (m) (m) PP Push Max PP Push Max PP Push Max PP Push Max 1 36.4.13%.97%.13%.97%.26% 2.7%.26% 2.8%.9 2.5% OK.72 2.% OK 9 32.8.17% 1.12%.18% 1.12%.28% 2.18%.28% 2.2%.9 2.5% OK.72 2.% OK 8 29.2.2% 1.22%.2% 1.22%.29% 2.28%.29% 2.3%.9 2.5% OK.72 2.% OK 7 25.6.23% 1.33%.23% 1.33%.3% 2.37%.3% 2.38%.9 2.5% OK.72 2.% OK 6 22..22% 1.29%.22% 1.29%.3% 2.41%.3% 2.42%.9 2.5% OK.72 2.% OK 5 18.4.23% 1.3%.23% 1.3%.29% 2.38%.29% 2.4%.9 2.5% OK.72 2.% OK 4 14.8.24% 1.31%.24% 1.31%.27% 2.24%.27% 2.25%.9 2.5% OK.72 2.% OK 3 11.2.23% 1.27%.23% 1.27%.23% 1.92%.23% 1.93%.9 2.5% OK.72 2.% OK 2 7.6.21% 1.13%.21% 1.13%.19% 1.54%.18% 1.54%.9 2.5% OK.72 2.% OK 1 4..13%.68%.13%.68%.9%.91%.9%.91%.1 2.5% OK.8 2.% OK. Keterangan Tugas Akhir V-8

Tabel 5. 8 Interstory drift struktur bangunan 2 lantai Story Drift max UBC 1997 Keterangan max IBC 23 Keterangan Lt. 2 lt BK UBC 1997 2 lt BK IBC 23 2 lt FS UBC 1997 2 lt FS IBC 23 % (m) % (m) PP Push Max PP Push Max PP Push Max PP Push Max 2.2%.69%.18%.63%.49% 1.64%.49% 1.59%.72 2.% OK.72 2.% OK 19.22%.76%.2%.7%.5% 1.67%.5% 1.63%.72 2.% OK.72 2.% OK 18.23%.78%.22%.73%.51% 1.69%.51% 1.66%.72 2.% OK.72 2.% OK 17.24%.8%.23%.77%.51% 1.7%.51% 1.68%.72 2.% OK.72 2.% OK 16.26%.85%.26%.82%.51% 1.71%.52% 1.7%.72 2.% OK.72 2.% OK 15.28%.89%.28%.88%.51% 1.71%.52% 1.71%.72 2.% OK.72 2.% OK 14.3%.92%.3%.92%.51% 1.7%.52% 1.71%.72 2.% OK.72 2.% OK 13.29%.91%.3%.91%.5% 1.68%.51% 1.69%.72 2.% OK.72 2.% OK 12.3%.92%.31%.93%.49% 1.65%.51% 1.67%.72 2.% OK.72 2.% OK 11.3%.92%.31%.93%.48% 1.62%.49% 1.64%.72 2.% OK.72 2.% OK 1.3%.91%.31%.92%.46% 1.58%.48% 1.59%.72 2.% OK.72 2.% OK 9.31%.91%.31%.92%.45% 1.53%.46% 1.54%.72 2.% OK.72 2.% OK 8.3%.89%.31%.89%.42% 1.46%.44% 1.47%.72 2.% OK.72 2.% OK 7.3%.86%.3%.86%.4% 1.37%.41% 1.38%.72 2.% OK.72 2.% OK 6.28%.81%.29%.81%.36% 1.26%.37% 1.27%.72 2.% OK.72 2.% OK 5.25%.74%.26%.74%.32% 1.14%.33% 1.14%.72 2.% OK.72 2.% OK 4.23%.67%.23%.67%.28%.98%.28%.98%.72 2.% OK.72 2.% OK 3.2%.58%.2%.57%.23%.79%.23%.79%.72 2.% OK.72 2.% OK 2.17%.45%.16%.45%.16%.57%.17%.57%.72 2.% OK.72 2.% OK 1.1%.25%.1%.25%.7%.26%.7%.26%.8 2.% OK.8 2.22% OK.%.%.%.%.%.%.%.%. OK OK Tabel 5. 9 Interstory drift struktur bangunan 3 lantai Story Drift max UBC 1997 Keterangan max IBC 23 Lt. 3 lt BK UBC 1997 3 lt BK IBC 23 3 lt FS UBC 1997 3 lt FS IBC 23 % (m) % (m) PP Push Max PP Push Max PP Push Max PP Push Max 3.26%.47%.42%.71%.75% 1.19%.71% 1.13%.72 2% OK.72 2% 29.27%.49%.43%.74%.76% 1.2%.72% 1.14%.72 2% OK.72 2% 28.28%.5%.44%.75%.76% 1.21%.73% 1.15%.72 2% OK.72 2% 27.28%.51%.45%.76%.77% 1.21%.74% 1.16%.72 2% OK.72 2% 26.29%.52%.46%.78%.77% 1.21%.74% 1.18%.72 2% OK.72 2% 25.29%.53%.47%.78%.77% 1.22%.75% 1.19%.72 2% OK.72 2% 24.29%.53%.47%.79%.77% 1.22%.75% 1.19%.72 2% OK.72 2% 23.29%.53%.48%.79%.77% 1.21%.76% 1.2%.72 2% OK.72 2% 22.28%.53%.47%.79%.76% 1.21%.76% 1.2%.72 2% OK.72 2% 21.29%.54%.47%.78%.76% 1.2%.76% 1.2%.72 2% OK.72 2% 2.29%.54%.46%.76%.75% 1.18%.75% 1.19%.72 2% OK.72 2% 19.3%.55%.44%.74%.74% 1.17%.74% 1.18%.72 2% OK.72 2% 18.3%.55%.4%.69%.72% 1.15%.73% 1.16%.72 2% OK.72 2% 17.3%.55%.36%.64%.71% 1.12%.72% 1.14%.72 2% OK.72 2% 16.29%.54%.33%.61%.69% 1.9%.7% 1.11%.72 2% OK.72 2% 15.29%.53%.3%.56%.66% 1.5%.68% 1.7%.72 2% OK.72 2% 14.29%.53%.28%.53%.63% 1.%.65% 1.3%.72 2% OK.72 2% 13.28%.5%.26%.5%.6%.96%.62%.98%.72 2% OK.72 2% 12.27%.48%.24%.46%.58%.92%.59%.94%.72 2% OK.72 2% 11.25%.46%.22%.43%.55%.87%.57%.9%.72 2% OK.72 2% 1.24%.44%.2%.39%.52%.83%.53%.85%.72 2% OK.72 2% 9.23%.42%.19%.37%.49%.78%.5%.8%.72 2% OK.72 2% 8.22%.4%.17%.33%.45%.72%.46%.74%.72 2% OK.72 2% 7.21%.37%.16%.3%.41%.66%.42%.68%.72 2% OK.72 2% 6.19%.33%.14%.27%.37%.59%.38%.61%.72 2% OK.72 2% 5.17%.29%.13%.23%.32%.52%.33%.53%.72 2% OK.72 2% 4.15%.25%.11%.2%.27%.44%.28%.45%.72 2% OK.72 2% 3.13%.21%.9%.16%.21%.35%.22%.35%.72 2% OK.72 2% 2.11%.16%.8%.12%.15%.24%.15%.25%.72 2% OK.72 2% 1.7%.9%.5%.7%.6%.11%.6%.11%.8 2% OK.8 2%.%.%.%.%.%.%.%.%. OK Dari hasil perhitungan di atas menunjukkan bahwa semua interstory drif sistem struktur balok kolom dan flat slab telah memenuhi persyaratan peraturan UBC 1997 dan IBC 23. Selain itu dari data di atas, penulis dapat mengambil kesimpulan bahwa interstory drift dari sistem struktur flat slab lebih besar dibandingkan dengan interstory drift sistem struktur balok kolom. Hal ini dapat dijelaskan bahwa kekakuan sistem struktur flat slab lebih kecil bila dibandingkan dengan sistem struktur balok kolom, sehingga sebagai kompensasinya, displacement antar lantai menjadi lebih besar. Tugas Akhir V-9

5.4 LEVEL KINERJA STRUKTUR Deformasi lateral struktur pada kondisi kinerja (performance point) perlu diperiksa terhadap batasan maksimum deformasi yang ditetapkan oleh ATC-4. ATC-4 mensyaratkan batasan maksimum deformasi struktur untuk berbagai level kinerja struktur, seperti disajikan pada tabel 5.1 di bawah ini. Maksimum total drift adalah interstory drift pada kondisi performance point. Sedangkan maksimum inelastik drift adalah maksimum total drift di atas kondisi titik leleh. Tabel 5. 1 Batasan deformasi menurut ATC-4 Interstory Drift limit IO Level kinerja struktur DC LS SS Maksimum total drift.1.1-.2.2.33 V i /P i Maksimum inelastic drift.5.5-.15 no limit no limit Keterangan : IO = Immediate occupancy DC = Damage Control LS = Life safety SS = Structural Stability Vi = Gaya lateral Total di lantai ke-i Pi = Gaya Gravitasi total pada lantai ke-i Berikut ini disajikan level kinerja struktur masing-masing sistem : 5.4.1 Bangunan 5 Lantai (kondisi PP) Tabel 5. 11 Level kinerja sistem struktur 5 lantai Performance Level sistem stuktur 5 lantai D/H (max total drift) BK UBC 1997 =.2% - Balok kolom UBC 1997 IO D/H (max total drift) BK IBC 23 =.2% - Balok kolom IBC 23 IO D/H (max total drift) FS UBC 1997 =.32% - Flat Slab UBC 1997 IO D/H (max total drift) FS IBC 23 =.32% - Flat Slab IBC 23 IO Keterangan: maksimum total drift = interstory story drift pada kondisi perpindahan Performance Point Tugas Akhir V-1

5 Story Drift Model 5 Lantai kondisi Performance Point 4.5 4 3.5 3 Story 2.5 2 1.5 1.5.%.2%.4%.6%.8% 1.% Drift (%) 1.2% PP BK-UBC97 PP BK-IBC23 PP FS-UBC97 PP FS-IBC23 Immediate Occupancy Gambar 5.6 Kurva story drift terhadap level kinerja 5.4.2 Bangunan 1 Lantai (kondisi PP) Tabel 5. 12 Level Kinerja sistem struktur Performance Level D/H (max total drift) BK UBC 1997 =.21% - Balok kolom UBC 1997 IO D/H (max total drift) BK IBC 23 =.2% - Balok kolom IBC 23 IO D/H (max total drift) FS UBC 1997 =.25% - Flat Slab UBC 1997 IO D/H (max total drift) FS IBC 23 =.25% - Flat Slab IBC 23 IO Keterangan: maksimum total drift = interstory story drift pada kondisi perpindahan Performance Point 1 Story Drift Model 1 Lantai Kondisi Performance Point 9 8 7 6 Story 5 4 3 2 1.%.2%.4%.6%.8% 1.% 1.2% PP BK-UBC97 PP BK-IBC23 PP FS-UBC97 PP FS-IBC23 Imediate Occupancy Drift Gambar 5. 7 Kurva story drift terhadap level kinerja Tugas Akhir V-11

5.4.3 Bangunan 2 Lantai (kondisi PP) Tabel 5. 13 Level kinerja sistem struktur Performance Level D/H (max total drift) BK UBC 1997 =.18% - Balok kolom UBC 1997 IO D/H (max total drift) BK IBC 23 =.26% - Balok kolom IBC 23 IO D/H (max total drift) FS UBC 1997 =.41% - Flat Slab UBC 1997 IO D/H (max total drift) FS IBC 23 =.42% - Flat Slab IBC 23 IO Keterangan: maksimum total drift = interstory story drift pada kondisi perpindahan Performance Point 2 Story Drift Model 2 Lantai Kondisi Performance Point 18 16 14 12 Story 1 8 6 4 2.%.2%.4%.6%.8% 1.% 1.2% PP BK-UBC97 PP BK-IBC23 PP FS-UBC97 Drift PP FS-IBC23 Imemediate Occupancy (IO) Gambar 5. 8 Kurva story drift terhadap level kinerja 5.4.4 Bangunan 3 Lantai (kondisi PP) Tabel 5. 14 Level kinerja sistem struktur 3 lantai Performance Level D/H (max total drift) BK UBC 1997 =.25% - Balok kolom UBC 1997 IO D/H (max total drift) BK IBC 23 =.31% - Balok kolom IBC 23 IO D/H (max total drift) FS UBC 1997 =.59% - Flat Slab UBC 1997 IO D/H (max total drift) FS IBC 23 =.58% - Flat Slab IBC 23 IO Keterangan: maksimum total drift = interstory story drift pada kondisi perpindahan Performance Point Tugas Akhir V-12

3 Story Drift Model 3 Lantai Kondisi Performance Point 25 2 Story 15 1 5.2.4.6.8.1.12 PP BK-UBC97 PP BK-IBC23 PP FS-UBC97 PP FS-IBC23 Immediat e Occupancy Drift Gambar 5. 9 Kurva story drift terhadap level kinerja Dari tabel dan gambar di atas didapatkan bahwa level kinerja sistem struktur flat slab dan balok kolom berada pada level yang sama yakni level Immediate occupancy (IO) ketika dibebani oleh beban gempa kuat (.3 g). Hal ini menunjukkan bahwa flat slab memiliki kemampuan yang cukup baik untuk memikul beban gempa sampai ketinggian 3 lantai. 5.5 PERPINDAHAN LANTAI (DISPLACEMENT) Berikut ini disajikan displacement struktur masing-masing sistem pada kondisi PP : 5 Displacement kondisi Performance Point Model 5 Lantai 4 3 Story 2 1.5.1.15.2.25.3.35 Disp (%) PP BK-UBC 97 PP BK-IBC 23 PP FS-UBC 1997 PP FS-IBC 23 Gambar 5. 1 Displacement kondisi PP model 5 lantai balok kolom (BK) dan flat slab (FS) Tugas Akhir V-13

1 Displacement kondisi Performance Point Model 1 Lantai 9 8 7 6 Story 5 4 3 2 1.5.1.15.2.25.3 Disp (%) PP BK-UBC 97 PP BK-IBC 23 PP FS-UBC 1997 PP FS-IBC 23 Gambar 5. 11 Displacement kondisi PP model 1 lantai balok kolom (BK) dan flat slab (FS) 2 Displacement kondisi Performance Point Model 2 Lantai 18 16 14 12 Story 1 8 6 4 2.5.1.15.2.25.3.35.4.45 PP BK-UBC 97 PP BK-IBC 23 PP FS-UBC 1997 PP FS-IBC 23 Disp (%) Gambar 5. 12 Displacement kondisi PP model 2 lantai balok kolom (BK) dan fat slab (FS) Tugas Akhir V-14

Story 3 28 26 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Displacement kondisi Performance Point Model 3 Lantai.1.2.3.4.5.6.7 Disp (%) PP BK-UBC 97 PP BK-IBC 23 PP FS-UBC 1997 PP FS-IBC 23 Gambar 5. 13 Displacement kondisi PP model 3 lantai balok kolom (BK) dan flat slab (FS) Tabel 5. 15 Displacement struktur bangunan balok kolom Jumlah roof kondisi PP (mm) Maksimum lantai Balok Kolom UBC 1997 IBC 23 displacement (mm) 5 36.14 5.43 368 1 72.37 72.31 728 2 182.7 182.55 1448 3 266.64 329.8 2168 Tabel 5. 16 Displacement struktur bangunan flat slab roof kondisi PP Jumlah (mm) Maksimum lantai Flat Slab UBC 1997 IBC 23 displacement (mm) 5 58.11 58.56 368 1 9.11 9.11 728 2 294.57 299.53 1448 3 63.72 63.71 2168 Dari tabel dan gambar yang telah disajikan di atas dapat diambil kesimpulan bahwa displacement aktual struktur bangunan balok kolom dan flat slab telah memenuhi kriteria Peraturan UBC 1997 dan IBC 23. Hal ini dibuktikan melalui nilai Tugas Akhir V-15

displacement aktual masing-masing tipe struktur berada di bawah nilai displacement maksimumnya. Dari tabel di atas, penulis pun dapat mendapatkan informasi bahwa displacement sistem struktur flat slab selalu lebih besar bila dibandingkan dengan sistem struktur balok kolom. Berikut ini adalah grafik yang membandingkan perpindahan lantai atas pada sistem struktur flat slab dengan acuan perpindahan lantai pada sistem struktur balok kolom. Tujuan dari grafik ini adalah untuk memvisualisasikan perbedaan kinerja struktur balok kolom dan flat slab ditinjau dari displacement nya. X roof PP balok kolom vs Flat slab dengan Peraturan UBC 1997 X roof Flat Slab (mm) 7 6 5 4 3 2 1 T=.68" T=1.76" T=.65" T=3.4" 1 2 3 4 5 6 7 X roof Balok kolom (mm) x balok kolom vs Flat Slab titik acuan, jika x roof BK = FS Gambar 5. 14 Deformasi kondisi PP pada sistem struktur flat slab vs balok kolom Tugas Akhir V-16

X roof PP balok Kolom vs Flat Slab dengan Peraturan IBC 23 7 6 T=3.4" X roof Flat Slab (mm) 5 4 3 2 1 T=1.76" T=.68" T=.65" 1 2 3 4 5 6 7 X roof Balok Kolom (mm) x roof balok kolom vs Flat Slab Titik acuan, jika x roof BK=FS Gambar 5. 15 Deformasi kondisi PP pada sistem struktur flat slab vs balok kolom X roof Max balok kolom vs Flat Slab dengan Peraturan UBC 1997 X roof Flat Slab (mm) 12 1 8 6 4 2 T=.65" T=.68" T=1.76" T=3.4" 2 4 6 8 1 12 X roof Balok Kolom (mm) x balok kolom vs Flat Slab titik acuan, jika x roof BK=FS Gambar 5. 16 Deformasi kondisi runtuh pada sistem struktur flat slab vs balok kolom Tugas Akhir V-17

12 X roof Max Balok Kolom vs Flat Slab dengan Peraturan IBC 23 X roof Flat Slab 1 8 6 4 2 T=.65" T=.68" T=1.76" T=3.4" 2 4 6 8 1 12 X roof Balok kolom (mm) x roof balok kolom vs Flat Slab titik acuan, jika x roof BK=FS Gambar 5. 17 Deformasi kondisi runtuh pada sistem struktur flat slab vs balok kolom Dari grafik di atas, didapatkan informasi bahwa pada kondisi performance point, displacement struktur balok kolom dan flat slab cukup dekat sampai dengan 1 lantai. Setelah 1 lantai perbedaan displacement antar kedua sistem struktur ini membesar, yang menunjukkan bahwa struktur di atas 1 lantai lebih baik menggunakan sistem struktur balok kolom. Pada kondisi menjelang runtuh (kondisi maksimum), displacement kedua sistem struktur cukup dekat sampai 5 lantai saja, sedangkan setelah 5 lantai perbedaan displacement nya semakin membesar. Berikut ini merupakan kurva yang memvisualisasikan perbandingan displacement flat slab terhadap balok kolom. Tujuan dari kurva ini adalah untuk menunjukkan seberapa dekat tingkat kekakuan struktur flat slab bila dibandingkan dengan struktur balok kolom. Apabila titik-titik yang di plot semakin dekat ke garis y=1, maka kekakuan struktur flat slab semakin mendekati kekakuan struktur balok kolom. Tugas Akhir V-18

1.2 Grafik X BK/X FS vs Periode Struktur dengan Peraturan UBC 1997 kondisi Performance Point 1 X BK/ X FS.8.6.4 T=.65" T=.68" T=1.76" T=3.4".2.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Periode struktur, T (det) titik acuan x BK/x FS untuk PP Linear (titik acuan) Gambar 5. 18 Deformasi sistem struktur balok kolom / flat slab kondisi PP (UBC 1997) 1.2 Grafik X BK/X FS vs Periode Struktur dengan Peraturan IBC 23 kondisi Performance Point 1 X BK/ X FS.8.6.4 T=.65" T=.68" T=1.76" T=3.4".2.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Periode struktur, T (det) titik acuan x BK/x FS untuk PP Linear (titik acuan) Gambar 5. 19 Deformasi sistem struktur balok kolom / flat slab kondisi PP (IBC 23) Tugas Akhir V-19

1.2 1 Grafik X BK/X FS vs Periode Struktur dengan Peraturan UBC 1997 kondisi Runtuh (max) T=.65" X BK/ X FS.8.6.4 T=.68 T=1.76" T=3.4".2.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Periode struktur, T (det) titik acuan x BK/x FS untuk kondisi max Linear (titik acuan) Gambar 5. 2 Deformasi sistem struktur balok kolom / flat slab kondisi maksimum (UBC 1997) 1.2 1 Grafik X BK/X FS vs Periode Struktur dengan Peraturan IBC 23 kondisi Runtuh (max) T=.65" X BK/ X FS.8.6.4 T=.68" T=1.76" T=3.4".2.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Periode struktur, T (det) titik acuan x BK/x FS untuk kondisi max Linear (titik acuan) Gambar 5. 21 Deformasi sistem struktur balok kolom / flat slab kondisi maksimum (IBC 23) Dari grafik di atas didapatkan informasi bahwa untuk kondisi performance point, perbandingan antara displacement sistem struktur balok kolom cukup dekat dengan displacement sistem struktur flat slab sampai 1 lantai (rasio X X BK FS.8 s/d..86 dari skala 1). Sedangkan setelah 1 lantai perbandingan displacement balok kolom dengan Tugas Akhir V-2

flat slab semakin mengecil yang berarti semakin menjauhi garis y=1 (rasio.42 s/d..62 dari skala 1). X X BK FS Untuk kondisi menjelang keruntuhan (kondisi maksimum), didapatkan informasi bahwa perbandingan antara displacement sistem struktur balok kolom cukup dekat dengan displacement sistem struktur flat slab sampai 5 lantai (rasio X X BK FS 1 dari skala 1). Sedangkan setelah 5 lantai perbandingan displacement balok kolom dengan flat slab semakin mengecil yang berarti semakin menjauhi garis y=1 lantai (rasio X X BK FS.48 sd..57 dari skala 1). 5.6 PARAMETER AKTUAL NON LINIER Parameter aktual non linier yang ditinjau pada tugas akhir ini difokuskan pada parameter daktilitas (µ) dan faktor reduksi kekuatan gempa (R). Daktilitas adalah kemampuan suatu struktur gedung untuk mengalami simpangan pasca-elastik yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat beban gempa di atas beban gempa rencana yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur gedung tersebut tetap berdiri walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan. Sedangkan nilai reduksi kekuatan gempa (R) mengukur daktilitas dan faktor kekuatan lebih (overstrength factor) dari sistem struktur (UBC 1997 dan IBC 23). Berikut ini disajikan hasil perhitungan parameter aktual non linier dari µ dan R. Tugas Akhir V-21

Tabel 5. 17 Parameter aktual non linier struktur bangunan 5 lantai Balok kolom Flat Slab Parameter UBC 1997 IBC 23 UBC 1997 IBC 23 Satuan V b 3,849.72 4,2.51 1,862.1 1,978.39 KN V y 19,947.83 19,982.7 7,824.69 7,824.69 KN V m 29,171.78 29,18.39 12,665.52 12,665.52 KN V e 71,99.74 72,828.68 2,128.12 2,128.12 KN d m 37 37 59 59 mm d y 25 25 35.5 35.5 mm f 1 5.18 4.97 4.2 4.2 f 2 1.46 1.46 1.62 1.62 f 7.58 7.26 6.8 6.4 µ 1.48 1.48 1.66 1.66 R 7.67 7.36 7. 6.6 Tabel 5. 18 Parameter aktual non linier struktur bangunan 1 lantai Balok kolom Flat Slab Parameter UBC 1997 IBC 23 UBC 1997 IBC 23 Satuan V b 13,597.69 14,643.12 7,511.88 7,981.38 KN V y 45,54.22 35,638.36 4,958.79 4,616.64 KN V m 87,875.59 87,576.16 52,698.54 52,452.35 KN V e 154,16.64 24,865.75 63,851.2 63,851.2 KN d m 76 71 91 91 mm d y 35 25 7 7 mm f 1 3.35 2.43 5.45 5.9 f 2 1.93 2.46 1.29 1.29 f 6.46 5.98 7.2 6.57 µ 2.17 2.84 1.3 1.3 R 7.3 6.9 7.1 6.6 Tabel 5. 19 Parameter aktual non linier struktur bangunan 2 lantai Balok kolom Flat Slab Parameter UBC 1997 IBC 23 UBC 1997 IBC 23 Satuan V b 11,412.23 12,125.49 6,668.83 7,85.63 KN V y 35,167.18 32,675.64 42,696.14 41,541.72 KN V m 66,883.12 65,85.99 37,615.5 37,3.39 KN V e 11,463.9 18,475.1 114,655.16 11,992.69 KN d m 187 187 34 34 mm d y 8 75 3 33 mm f 1 3.8 2.69 6.4 5.86 f 2 1.9 2.1 1.14 1.12 f 5.86 5.43 5.64 6.58 µ 2.34 2.49 1.13 1.12 R 7.2 6.72 7.3 6.6 Tugas Akhir V-22

Tabel 5. 2 Parameter aktual non linier struktur bangunan 3 lantai Balok kolom Flat Slab Parameter UBC 1997 IBC 23 UBC 1997 IBC 23 Satuan V b 5,969.31 8,522.95 4,114.84 4,372.1 KN V y 2,892.38 13,38.23 26,844.76 26,844.76 KN V m 51,59.6 36,9.8 21,813.58 21,827.86 KN V e 6,341.8 47,42.35 68,893.17 68,494.36 KN d m 267 331 781.2 77.35 mm d y 85 85 635 632.475 mm f 1 2.49 1.53 6.52 6.14 f 2 2.47 2.77 1.23.81 f 6.15 4.23 8.3 7.55 µ 3.14 3.89 1.25 1.22 R 7.8 6 8.1 7.5 Dari tabel yang disajikan di atas dapat diambil kesimpulan bahwa nilai daktilitas dari sistem struktur balok kolom membesar dari bangunan 5 lantai sampai 3 lantai. Hal ini menunjukkan bahwa bangunan 3 lantai lebih baik dalam memanfaatkan sifat daktil dari tulangan dibandingkan dengan bangunan 5 lantai yang cenderung lebih kaku/rigid. Sedangkan untuk sistem struktur flat slab memiliki nilai daktilitas yang lebih kecil dari sistem struktur balok kolom. Nilai ini konsisten untuk bangunan yang ditinjau dengan menggunakan peraturan UBC 1997 maupun IBC 23. Hal ini dapat dijelaskan secara analitis melalui rumus sebagai berikut : Ve x (5.5) Vy V V n max x y e R atau R x f1 (5.6) 1.6 R f (5.7) 1 R m Dalam pers. (5.7) R = 1.6 adalah untuk faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang berprilaku elastik penuh, sedangkan Rm adalah faktor reduksi gempa maksimum yang dapat dikerahkan oleh sistem struktur yang bersangkutan menurut pasal 4.3.4 SNI 3-1726-22 hal. 1. Tugas Akhir V-23

Nilai daktilitas amat dipengaruhi oleh besarnya nilai V e dan V y juga dipengaruhi oleh banyaknya sendi plastis yang terjadi. Semakin banyak sendi plastis yang terjadi berarti semakin banyak tempat disipasi energi dari struktur. Hal ini menunjukkan kemampuan struktur semakin besar untuk menyerap energi gempa. Struktur balok kolom memiliki jumlah sendi plastis yang lebih banyak bila dibandingkan dengan jumlah sendi plastis pada flat slab. Sehingga daktilitas struktur balok kolom pun lebih besar bila dibandingkan dengan struktur flat slab. Hal ini dapat dibuktikan melalui analisis parameter aktual non linier pada tugas akhir ini. Hasil output berupa nilai daktilitas sudah sesuai dengan pers (2.21) dn nilai faktor reduksi beban gempa sudah sesuai dengan pers (5.7) Nilai faktor reduksi beban gempa sistem struktur balok kolom dan flat slab telah memenuhi ketentuan SNI 3-1726-22, yaitu nilai R lebih besar dari 1.6 dan lebih kecil dari R disain dalam hal ini untuk sistem daktail penuh adalah 8.5 untuk UBC 1997 dan 8 untuk IBC 23 5.6 ANALISIS KERUNTUHAN STRUKTUR DALAM PUSHOVER ANALYSIS Metode analisis beban beban dorong statik (pushover analysis) yang digunakan pada tugas akhir ini adalah Displacement-Controlled Analysis yang berarti ketika proses mendefinisikan model di ETABS struktur dibebani secara perlahan dengan perpindahan lantai tingkat teratas sebagai kontrolnya. Nilai kontrol yang diambil pada tugas akhir ini adalah 2% dari tinggi total bangunan. Metode ini sangat berguna jika beban lateral yang bekerja tidak diketahui secara mendetil. Tugas Akhir V-24

Gambar 5. 22 Level kinerja struktur Untuk dapat menentukan level kinerja dari suatu struktur dapat dilakukan dengan melihat sendi plastis yang terjadi. Berikut ini disajikan proses terjadinya sendi plastis pada struktur bangunan 3 lantai. Sedangkan gambar untuk struktur bangunan 5, 1, dan 2 lantai dapat dilihat pada lampiran. Keterangan sendi plastis : Keterangan Level kinerja struktur : IO LS CP : Immediate Occupancy : Live Safety : Collapse Prevention Warna sendi plastis yang terjadi menerangkan di mana level sendi plastis pada kurva kapasitas. Pada tugas akhir ini keruntuhan terjadi pada saat lebih dari satu sendi plastis melampaui titik C. Hal ini disebabkan struktur tidak memiliki daktilitas yang cukup tinggi untuk lebih banyak mendisipasi energi dalam sendi plastisnya Tugas Akhir V-25

Bangunan 3 lantai Wilayah pertama kali terjadi sendi plastis Gambar 5. 23 Konfigurasi sendi plastis struktur sistem balok kolom 3 lantai (UBC 1997) Tugas Akhir V-26

Gambar 5. 24 Konfigurasi sendi plastis struktur sistem balok kolom 3 lantai (IBC 23) Tugas Akhir V-27

Gambar 5. 25 Konfigurasi sendi plastis struktur sistem flat slab 3 lantai (UBC 1997) Tugas Akhir V-28

Gambar 5. 26 Konfigurasi sendi plastis struktur sistem flat slab 3 lantai (IBC 23) Tugas Akhir V-29

Sendi plastis pada struktur gedung terjadi ketika kapasitas momen elastis suatu elemen struktur (balok, kolom) telah terlewati oleh gaya luar akibat beban yang bekerja. Material beton memiliki karakteristik kuat terhadap beban aksial tekan dan lemah terhadap beban aksial tarik. Sehingga sendi plastis untuk material beton, paling mungkin terjadi karena telah terlewatinya kapasitas tarik elemennya. Prinsip desain elemen untuk struktur balok kolom adalah strong column-weak beam, yaitu sendi plastis harus terjadi di balok sebelum terjadi di kolom. Di dalam tugas akhir ini, penulis mengambil contoh untuk model 3 lantai (gambar 5.23). Penulis memperhatikan posisi sendi plastis yang pertama kali muncul pada model yang dikerjakan dengan bantuan ETABS versi 9.., hasilnya adalah sendi plastis terjadi pertama kali di lantai-lantai atas dari struktur bangunan (wilayah terjadi tarikan terbesar pada struktur akibat beban luar horizontal misal beban gempa, lihat gambar 5.23). Hal ini membuktikan bahwa sendi plastis terjadi pertama kali pada elemen yang telah terlewati kapasitas tariknya. 5.7 MOMEN KURVATUR Pada tugas akhir ini ditampilkan hasil perhitungan momen kurvatur dari struktur bangunan balok kolom dan flat slab 3 lantai, sedangkan untuk struktur 5, 1, dan 2 lantai dapat dilihat pada Lampiran. Struktur yang ditinjau adalah kolom paling kiri di lantai paling dasar dari struktur bangunan dengan dimensi kolom 12 x 15 mm. Berikut ini ditampilkan posisi elemen kolom yang ditinjau pada perhitungan momen kurvatur ini. Kolom yang ditinjau adalah kolom pada portal ketiga dan terletak paling kiri dari sistem struktur bangunan 5, 1, 2, maupun 3 lantai. Tugas Akhir V-3

posisi elemen kolom yang ditinjau, C3 Gambar 5. 27 Posisi elemen kolom yang ditinjau untuk menghitung Momen kurvatur, C3 3 25 M- Kurvatur elemen kolom C3 Sistem Struktur Balok-Kolom 3 Lantai (IBC 23) M3 (KN.m) 2 15 1 5.5.1.15.2.25.3.35 Kurvatur (rad/m) Kurvatur M3 aktual Gambar 5. 28 Momen kurvatur elemen kolom C3 sistem BK 3 lantai (IBC 23) Tugas Akhir V-31

M-Kurvatur elemen kolom C3 Sistem Struktur Balok Kolom 3 Lantai (UBC1997) 25 2 M3 (KN.m) 15 1 5.5.1.15.2.25.3 Kurvatur (rad/m) Kurvatur M3 aktual Gambar 5. 29 Momen kurvatur elemen kolom C3 sistem BK 3 lantai (UBC 1997) 3 25 Momen Kurvatur elemen kolom C3 Struktur Flat Slab 3 Lantai (IBC 23) M3 (KN.m) 2 15 1 5.5.1.15.2.25.3.35.4 Kurvatur M3 aktual Kurvatur (rad/m) Gambar 5. 3 Momen kurvatur elemen kolom C3 sistem FS 3 lantai (IBC 23) 3 M- Kurvatur elemen kolom C3 Sistem Struktur Flat Slab 3 Lantai (UBC 1997) 25 2 M3 (KN.m) 15 1 5.5.1.15.2.25.3.35.4 Kurvatur (rad/m) Kurvatur M3 aktual Gambar 5. 31 Momen kurvatur elemen kolom C3 sistem FS 3 lantai (UBC 1997) Tugas Akhir V-32

Dari hasil perhitungan momen kurvatur di atas dapat diketahui bahwa semakin tinggi struktur bangunan, maka besarnya nilai momen yang bekerja pada kolom paling kiri tersebut akan semakin membesar. Hal ini terjadi karena lengan momen dari struktur bangunan meningkat seiring dengan pertambahan tinggi bangunan. Dengan gaya horizontal yang didesain tetap, maka variabel yang berpengaruh terhadap nilai momen yang bekerja pada kolom adalah lengan momennya. Selain itu, dari data grafik momen-kurvatur ini, dapat pula diketahui nilai momen ultimate pada elemen yang ditinjau. Nilai momen ultimate ini bila terlampaui oleh beban luar yang bekerja padanya, maka akan menyebabkan elemen tersebut mengalami elastisitas yang oleh ETABS ditandai dengan adanya sendi plastis. Tugas Akhir V-33