. BAB V ANALISIS KINERJA STRUKTUR 5.1 Pendahuluan Pada bab ini, kinerja struktur bangunan akan dianalisis dengan metode Non-Linear Static Pushover dengan menggunakan program ETABS v9.6.0. Perencanaan ini diperhitungkan terhadapa gempa dengan periode ulang 500 tahunan. Dari hasil analisis tersebut diperoleh parameter yang dipalai untuk mengetahui kinerja bangunan. Adapun parameter yang diteliti adalah displacement, drift, dan lokasi sendi plastis, selain itu juga dapat diketahui Earthquake Performance Level, Performance Point, dan periode plastis yang terjadi pada setiap bangunan. 5.2 Analisis Static Non-Linear Pushover Metode yang digunakan dalam analisis Non-Linear Static Pushover ini adalah dengan memberikan pola beban statik tertentu dalam arah lateral yang ditingkatkan secara bertahap. Penambahan beban statis ini dihentikan sampai struktur tersebut mencapai target displacement tertentu atau mencapai pola keruntuhan tertentu. Pada static pushover case dibuat dua macam kondisi pembebanan, dimana yang pertama adalah pembebanan akibat beban gravitasi dan yang kedua adalah akibat beban lateral. V-1
5.2.1 Pembebanan Akibat Beban Gravitasi Dalam studi ini, beban gravitasi yang digunakan adalah beban mati dengan koefisien pembebanan 1,0 dan beban hidup dengan koefisien pembebanan0,5. Pada static pushover case dipilih push to load level defined by pattern, karena beban gravitasi yang akan bekerja sudah diketahui besarnya melalui perhitungan. Pada penelitian ini pushover case untuk beban gravitasi diberi nama PUSH1. Efek nonlinear geometri dan material struktur diberikan melalui efek P-Δ dan hubungan anatara memen-raotasi dari penampang elemen struktur yang telah dimasukkan. Karena pada tahap pembebanan gravitasi tidak diinginkan terjadinya keruntuhan elemen struktur, maka pada opsi Member Unloading Method dipilih Unload Entire Structure agar dapat diketahui terlebih dahulu apakah terjadi keruntuhan local pada elemen struktur. Contoh masukan pushover case untuk beban gravitasi dapat dilihat pada Gambar 5.1. Gambar 5.1 Pushover Case untuk Beban Gravitasi V-2
5.2.2 Pembebanan Akibat Beban Lateral Setelah kondisi pembebanan pertama selesai dilakukan, maka dilanjutkan oleh pembebanan yang kedua, yaitu beban lateral dengan scale factor 1. Untuk pembebanan kedua, digunakan push to displacement magnitude yang artinya Analisis Static Non-Linear Pushover dilajukan hingga target displacement tercapai. Pola pembebanan yang diberikan secara berangsur-angsur adalah sesuai dengan pola beban statis ekuivalen. Keadaan awal untuk kondisi pembebanan ini diambil dari kondisi Analisis Static Non-Linear Pushover sebelumnya, yaitu pada pushover case PUSH1. Untuk simpangan target yang ingin dicapai digunakan sesuai dengan default pada program ETABS v9.6.0 yaitu sebesar 0,04 kali tinggi bangunan total agar pushover yang dilakukan dapat melampaui batas maksimal drift ACMC yaitu sebesar 0,02 sehingga kerusakan dapat diidentifikasi. Untuk Member Unloading Method dipilih Apply Local Redistribution, ini dimaksudkan agar pembebanan yang dilakukan pada tahap kedua ini dapat melanjutkan pembebanan pada tahap pertama. Sedangkan untuk efek nonlinear geometri dan material struktur diberikan melalui efek P-Δ dan hubungan anatara momen-rotasi dari penampang elemen yang sudah dimasukkan. Pada penelitian ini, pushover case untuk beban lateral akibat gempa diberi nama PUSH2. Pada bagian monitor diisikan Uy karena bangunan ini bergerak dalam arah y pada mode 1. Contoh masukan pushover case untuk beban Lateral dapat dilihat pada Gambar 5.2 berikut. V-3
Gambar 5.2 Pushover Case untuk Beban Lateral 5.2.3 Performance Point Untuk mengetahui performance point dari struktur akibat gempa periode ulang 500 tahun, maka diperlukan data berupa Ca dan Cv. Besarnya nilai Ca didapat dari Peak Ground Acceleration (PGA) yang merupakan percepatan muka tanah maksimum pada suatu wilayah, untuk gempa rencana periode ulang 500 tahun. Sehingga, besarnya nilai Ca dan Cv untuk wilayah gempa 5 berdasarkan SNI 03-1726-2002 adalah : Untuk jenis Tanah Keras : - Ca = 0,28 - Cv = ѱ. Ao. I = 0,7 x 0,28 x 1 = 0,196 Untuk jenis Tanah Lunak : - Ca = 0,36 - Cv = ѱ. Ao. I = 0,7 x 0,36 x 1 = 0,252 Besarnya nilai damping ratios dimasukkan 2 damping ratios yaitu damping ratios respons spectrum elastic bernilai 0,05 dan damping V-4
ratios respons spectrum demand besarnya sama dengan βeff. Untuk menentukan tipe bangunan yang sesuai, dapat dilihat batasan-batasan dari tipe keadaan bangunan berdasarkan ATC-40 (1997) pada Tabel 5.1. Tabel 5.1 Tipe Bangunan Berdasarkan ATC-40 (1997) Shaking Duration Essentially New Building Average Existing Building Poor Existing Building Short Long Type A Type B Type B Type C Type C Type C NEW AVERAGE POOR : Building whose primary elements make up an essentially new lateral resisting system and little strength or stiffness is contributed by noncomplying element. : Building whose primary elements are combinations of existing and new elements or better than average existing system. : Building whose primary elements make up noncomplying lateral force systems with poor or unreliable hysterestic behaviour. Pada penelitian ini, dipakai bangunan baru sehingga tipe bangunan yang dipakai adalah tipe A untuk short shaking duration. Pada gambar 5.3 berikut ditampilkan contoh input pada program ETABS v9.6.0. Gambar 5.3 Contoh Input pada program ETABS v9.6.0 V-5
Respons struktur yang dihasilkan dari Analisis Statis Non-Linear Pushover berupa base shear dan displacement yang diperoleh dari performance point. Hasil tersebut bisa dilihat pada Tabel 5.2 dan Tabel 5.3 berikut ini. Tabel 5.2 Base Shear dan Displacement Struktur dari Analisis Statis NonLinear Pushover Untuk Bangunan Wilayah Gempa 5 Tanah Keras Tanah Keras Periode Ulang Gempa (500 Tahun) Output Performance Point Bangunan PE 5 Output Performance Point Bangunan CD 5 V-6
Tabel 5.3 Base Shear dan Displacement Struktur dari Analisis Statis NonLinear Pushover Untuk Bangunan Wilayah Gempa 5 Tanah Lunak Tanah Lunak Periode Ulang Gempa (500 Tahun) Output Performance Point Bangunan PE 5 Output Performance Point Bangunan CD 5 V-7
5.2.4 Simpangan Maksimum (Displacement) Pada suatu bangunan, simpangan maksimum (displacement) terjadi pada lantai atap. Menurut standar perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002 pasal 8.2.1, batasan simpangan maksimum adalah sebesar 0,7R, dimana R adalah faktor reduksi gempa (bernilai 8,5 untuk daktilitas penuh = 5,3).Hasil simpanagan maksimum dari setiap struktur yang ditinjau selengkapanya dapat dilihat pada Tabel 5.4 dan Tabel 5.5. Tabel 5.4 Displacement dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Jenis Tanah Keras Lantai 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Tanah Keras Hasil Analisis Periode Ulang Gempa 500 Tahun PE 5 CD 5 0.2656 0.3015 0.2584 0.2945 0.2444 0.2799 0.2248 0.2583 0.1986 0.2275 0.168 0.1911 0.1316 0.1489 0.0926 0.1043 0.0532 0.0602 0.0194 0.0228 DISPLACEMENT V-8
Tabel 5.5 Displacement dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Jenis Tanah Lunak Tanah Lunak Lantai 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Periode Ulang Gempa 500 Tahun PE 5 CD 5 0.3028 0.1854 0.2938 0.1793 0.2772 0.1677 0.2552 0.1527 0.2260 0.1332 0.1928 0.1113 0.1545 0.0862 0.1141 0.0604 0.0713 0.0342 0.0314 0.0120 Hasil Analisis DISPLACEMENT 5.2.5 Simpangan Antar Tingkat (Drift) Simpangan antar tingkat (Drift) adalah selisih perpindahan aktual antar tingkat disbanding tinggi antar tingkat. Menurut standar perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung SNI 03-1726-2002 pasal 8.2.2, batasan simpangan antar tingkat maksimum sebesar 0.02. Hasil simpangan antar tingkat dari setiap struktur yang ditinjau selengkapanya dapat dilihat pada Tabel 5.6 dan Tabel 5.7. V-9
Tabel 5.6 Drift dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Jenis Tanah Keras Lantai Tanah Keras Hasil Analisis Periode Ulang Gempa 500 Tahun DRIFT 10 9 8 7 6 5 4 3 2 PE 5 0.002035 0.004013 0.005605 0.007478 0.008734 0.010396 0.011145 0.011279 0.009712 CD 5 0.002027 0.004193 0.006186 0.008774 0.010420 0.012056 0.012724 0.012708 0.010967 1 0.005899 0.006715 Drift dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Bangunan CD 5 Lantai 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 CD 5 Hasil Analisis Periode Ulang Gempa 500 Tahun DRIFT Tanah Keras 0.002035 0.004013 0.005605 0.007478 0.008734 0.010396 0.011145 0.011279 0.009712 0.005899 Tanah Lunak 0.002555 0.004742 0.006311 0.008370 0.009499 0.010957 0.011576 0.012213 0.011416 0.008958 V - 10
5.2.6 Letak Sendi Plastis Bagian memperlihatkan dimana terjadinya sendi-sendi plastis balok dan kolom pada bangunan akibat gempa yang berperiode ulang 500 tahun. Hasil analisis Statis Non-Linear Pushover dapat dilihat pada Tabel 5.8 untuk bangunan PE 5 jenis tanah keras, Tabel 5.9 untuk bangunan CD 5 uenis tanah keras, Tabel 5.10 untuk bangunan PE 5 jenis tanah lunak dan Tabel 5.11 untuk bangunan PE 5 jenis tanah lunak. Nilai damage index dapat dilihat pada gambar 5.3 berikut. Gambar 5.4 Damage Index Dimana : Titik B : Titik dimana penampang mengalami leleh pertama kali. Titik IO : Titik dimana plastic rotation mempunyai nilai sebesar 10% kondisi setelah penampang mengalami leleh pertama kali. Titik LS : Titik dimana plastic rotation mempunyai nilai sebesar 25% kondisi setelah penampang mengalami leleh pertama kali. Titik CP : Titik dimana plastic rotation mempunyai nilai sebesar 40% kondisi setelah penampang mengalami leleh pertama kali. Titik C : Titik dimana penampang berada pada kondisi Ultimate. Titik D : Titik setelah kondisi Ultimate penampang, yang diambil dari ekstrapolasi titik C sebesar 1,01 baik untuk moment maupun rotation. Titik E : Sama seperti titik D, diambil dari ekstrapolasi titik C sebesar 1,02 baik untuk moment maupun rotation. V - 11
Tabel 5.8 Posisi Sendi Plastis dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Bangunan PE 5 Tanah Keras Analisis Statis Non-Linear Pushover dengan Periode Ulang Gempa 500 Tahun A B V - 12
Lanjutan C D V - 13
Lanjutan E F V - 14
Tabel 5.9 Posisi Sendi Plastis dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Bangunan CD 5 Tanah Keras Analisis Statis Non-Linear Pushover dengan Periode Ulang Gempa 500 Tahun 1 2 V - 15
Lanjutan 3 4 V - 16
Lanjutan 5 6 V - 17
Tabel 5.8 Posisi Sendi Plastis dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Bangunan PE 5 Tanah Lunak Analisis Statis Non-Linear Pushover dengan Periode Ulang Gempa 500 Tahun A B V - 18
Lanjutan C D V - 19
Lanjutan E F V - 20
Tabel 5.11 Posisi Sendi Plastis dari Analisis Statis Non-Linear Pushover untuk Bangunan CD 5 Tanah Lunak Analisis Statis Non-Linear Pushover dengan Periode Ulang Gempa 500 Tahun 1 2 V - 21
Lanjutan 3 4 V - 22
Lanjutan 5 6 V - 23
5.3 Efisiensi Tulangan Bagian ini memperlihatkan perbandingan efisiensi tulangan dengan perencanaan Pseudo Elastis dan Desain Kapasitas. Berikut ini adalah hasil dari analisa perhitungan tulangan dari perencanaan Pseudo Elastis dan Desain Kapasitas. Tabel 5.12 Berat Tulangan Tiap Bangunan Jenis Tanah PE 5 Tanah Keras 177,74 182,64 30,65 25,52 238,81 Tanah Lunak 194,26 30,89 37,26 262,41 198,45 31,85 26,48 256,78 CD 5 PE 5 CD 5 5.4 Berat Tulangan (ton) Kolom Kolom Eksterior Interior 28,73 38,23 Nama Bangunan Balok Total 244,70 Evaluasi Tingkat Kinerja Matriks performance memperlihatkan tingkat kinerja struktur secara eksplisit saat terjadi pembebanan gempa dengan periode ulang 500 tahun. Matriks performance ini didasarkan pada pedoman ACMC (1999). Matriks performance untuk bangunan PE 5 dan CD 5 dengan jenis tanah keras dan tanah lunak dari hasil analisis Statis Non-Linear Pushover dengan gempa peiode ulang 500 tahun untuk drift ratio dan damage index ditampilkan pada Tabel 5.13 dan 5.14. Hasil drift ratio dan damage index yang ditampilkan merupakan nilai maksimum yang pernah dialami pada saat terjadi gempa. V - 24
Tabel 5.13 Matriks Performance Berdasarkan Drift Ratio Nama Bangunan PE 5 CD 5 PE 5 CD 5 Jenis Tanah Serviceabilty Limit State Damage Control Limit State Unaceptable Limit Sate Keras Lunak Drift Ratio (%) Safety Limit Sate 0 0,5 0,5 1 1 2 >2 5.14 Matriks Performance Berdasarkan Damage Index Nama Bangunan PE 5 CD 5 PE 5 CD 5 Jenis Tanah Serviceabilty Limit State Damage Control Limit Sate Safety Limit Sate Keras Lunak Damage Index (%) Unaceptable Limit Sate 01 0,25 0,25 0,4 0,4 1 >1 V - 25