BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN

BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN Pada bagian ini akan dibahas tentang hasil analisis periode alami struktur, optimasi posisi bresing optimum, displacement, analisis kekakuan struktur, parameter aktual non linear dan analisis keruntuhan struktur dalam pushover analysis pada gedung. Masing masing parameter diatas dilihat dari struktur dual system (DS) dan struktur dual system yang sudah diberi bracing (DSB). Analisis menggunakan metode analisis satais on linear ( push over analysis ) dengan menggunakan software ETABS versi 9.0.0. V.1. Periode Alami Struktur Periode alami struktur mencerminkan tingkat kefleksibelan sruktur tersebut. Untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, SNI 1726-2002 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 di mana koefisien ditetapkan menurut tabel berikut: Tabel 5.1 Koefisien yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung (SNI 1726-2002) Wilayah Gempa 1 2 3 4 5 6 0,20 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15 V - 1

Gedung yang direncanakan pada tugas akhir ini berada pada Wilayah Gempa 3, dengan periode alamai struktur sebagai berikut : Tabel 5.2 Periode alami struktur Gedung T 1 DS T 1 DSB Batasan T 1 ( SNI 1726-2002 ) Ket. 10 lantai 1.58 detik 1.01 detik 1.8 detik OK 15 lantai 1.95 detik 1.55 detik 2.7 detik OK 20 lantai 2.70 detik 2.29 detik 3.6 detik OK V.2. Analisis Statik Non Linear ( Push Over Analysis ) Untuk Struktur Dual System (DS) Untuk melihat batas maksimum kekuatan struktur dual system ini dilakukan analisis pushover dengan menaikkan beban gempa secara bertahap sampai ditemukan percepatan dasar maksimum ( Ca ) yang bisa dipikul struktur dual system tersebut. Berikut adalah hasil analisis pushover dari struktur dual system 10 lantai, 15 lantai, dan 20 lantai: Tabel 5.3 Pushover analisys dari struktur DS Percepatan Perpormance point Perpormance point Perpormance point dasar gedung 10 lantai gedung 15 lantai gedung 20 lantai maksimum ( (kn ; m) (kn ; m) (kn ; m) Ca) 0.23 g 8664.6 ; 0.347 10441.9 ; 0.455 16228.6 ; 0.447 0.24 g 8909.9 ; 0.363 N/A 16672.5 ; 0.438 0.25 g 9180.6 ; 0.381 N/A 0.26 g 9454.5 ; 0.399 0.27 g 9731.7 ; 0.417 0.28g 10012.7 ; 0.435 0.29 g 10104.0 ; 0.449 0.30 g N/A V - 2

Dari hasil analisis seperti yang terdapat pada tabel diatas, dapat disimpulkan bahwa struktur dual system hanya mampu memikul beban gempa maksimum dengan percepatan batuan dasar (Ca) sekitar 0.29 g untuk gedung 10 lantai, 0.23 g untuk gedung 15 lantai dan 0.24 g untuk gedung 20 lantai. V.3 Penentuan Posisi Bracing Optimum Untuk menaikkan level kinerja struktur dual system, dilakukan retrofitting pada struktur tersebut. Retrofitting dilakukan dengan menambahkan dua atau tiga buah sistem bracing pada perimeter gedung. Satu sistem bracing ditempatkan pada bagian atas gedung yang bertujuan untuk kestabilan struktur. Agar mendapatkan kekakuan yang optimal dicari penempatan sistem bracing yang kedua dan ketiga dengan metode coba-coba atau dengan melihat diagram momen pada shearwall. A. Struktur Gedung 10 Lantai Untuk gedung 10 lantai, dipasang dua sistem bracing. Posisi sistem bracing kedua dicoba pada lantai 1, lantai 2, lantai 3, lantai 4, dan lantai 5. Dari kelima konfigurasi sistem bracing tersebut di lihat sistem bracing yang menghasilkan lever kinerja yang paling baik. Berikut adalah hasil analisis penentuan posisi bracing optimum untuk gedung 10 lantai: Tabel 5.4 Penentuan posisi bracing optimum gedung 10 lantai. Posisi Sistem Bracing lantai 1 ; lantai 10 lantai 2 ; lantai 10 lantai 3 ; lantai 10 lantai 4 ; lantai 10 lantai 5 ; lantai 10 Ca maksimum 0.33 g 0.37 g 0.44 g 0.42 g 0.35 g Dari tabel diatas terlihat bahwa sistem bracing yang paling optimum dihasilkan dengan menempatkan sistem bracing pada lantai 10 dan pada lantai 3. V - 3

B. Struktur gedung 15 lantai Untuk gedung 15 lantai metode optimasi dilakukan dengan melihat perubahan diagram momen pada shearwall. Sistem bracing pertama ditempatkan pada lantai 15. Sedangkan penempatan sistem bracing kedua dicoba-coba pada lantai-lantai disekitar terjadinya perubahan ekstrem diagram momen. Gambar 5.1 Diagram momen pada shearwall struktur dual system 15 lantai Tabel 5.5 Penentuan posisi bracing optimum gedung 15 lantai. Posisi Bracing lantai 15, lantai 2 lantai 15, lantai 3 lantai 15, lantai 4 lantai 15, lantai 5 Ca maksimum 0.35 g 0.39 g 0.42 g 0.36 g lantai 15, lantai 6 0.32g Dari tabel diatas ditetapkan bahwa retrofitting dilakukan dengan menempatkan sistem bracing pada lantai 15 dan lantai 4. V - 4

C. Struktur Gedung 20 lantai Optimasi posisi bracing pada struktur 20 lantai dilakukan dengan menempatkan bracing pada perubahan ektrem diagram momen pada shearwall. Selain itu optimasi juga dilakukan terhadap jumlah sistem bracing yaang akan digunakan yaitu 2 sistem, 3 sistem, 4 sistem dan 5 buah sistem bacing. Jumlah sistem bracing yang digunakan dinaikkan secara bertahap. Berikut adalah langkah langkah optimasi yang dilakukan: Munculkan diagram momen pada shearwal struktur dual system. Berikan dua buah sistem bracing yaitu pada lantai 20 dan lantai dimana terjadi perubahan ekstrem diagram momen shearwall ( lantai 2,3,4,5 ). Lakukan analisis sehingga level kinerja struktur ditemukan, selanjutnya munculkan diagram momen shearwall struktur dengan dua bracing. Tambahkan satu sistem bracing lagi pada struktur berdasarkan diagram momen yang diperoleh pada analisis sebelumnya. Lakukan analisis pada struktur 3 bracing, sehingga level kinerja struktur ditemukan. Selanjutnya munculkan diagram momen shearwall struktur dengan tiga bracing. Tambahkan sistem bracing satu per satu mengikuti langkah-langkah diatas, dan selanjutnya ditetapkan sistem bracing yang akan digunakan untuk meretrofit gedung 20 lantai tersebut. Gambar 5.2 Diagram momen shearwall struktur dual system 20 lantai V - 5

Tabel 5.6 Penentuan posisi bracing optimum gedung 20 lantai. Posisi Bracing lantai 2 ; lantai 20 lantai 3 ; lantai 20 lantai 4 ; lantai 20 lantai 5 ; lantai 20 lantai 3 ; lantai 7 ; lantai 20 lantai 3 ; lantai 8; lantai 20 lantai 3 ; lantai 9 ; lantai 20 lantai 4 ; lantai 8 ; lantai 20 lantai 3 ; lantai 7 ; lantai 12 ; lantai 20 lantai 3; lantai 5; lantai 7; lantai 10; lantai 20 lantai 3; lantai 5; lantai 7; lantai 10; lantai 13 lantai 20 Ca maksimum 0.28 g 0.30 g 0.29 g 0.26 g 0.32 g 0.31 g 0.31 g 0.28 g 0.31 g 0.33 g 0.31 g Dari hasil optimasi yang dilakukan, retrofitting gedung 20 lantai yang dipilih yaitu dengan menggunakan tiga sistem bracing yang ditempatkan pada lantai 3, lantai 7 dan lantai 20. V.4. Analisis Statik Non Linear ( Push Over Analysis ) Untuk Struktur Dual System Dengan Bracing (DSB) Untuk melihat batas maksimum kekuatan struktur dual system yang sudah diretrofit dengan menambahkan bracing, dilakukan analisis pushover dengan menaikkan beban gempa secara bertahap sampai ditemukan percepatan dasar maksimum ( Ca ) yang bisa dipikul struktur dual system plus bracing tersebut. Berikut adalah hasil push over analisys dari struktur dual system dengan bracing 10 lantai, 15 lantai, dan 20 lantai: V - 6

Percepatan dasar maksimum (Ca) Tabel 5.7 Pushover analisys dari struktur (DSB) Perpormance point gedung 10 lantai (kn ; m) Perpormance point gedung 15 lantai (kn ; m) Perpormance point gedung 20 lantai (kn ; m) 0.23 g 22065.2 ; 0.181 23151.9 ; 0.267 46810.9 ; 0.247 0.24 g 23001.3 ; 0.189 24072.9 ; 0.279 48254.1 ; 0.257 0.25 g 23941.2 ; 0.197 24793.4 ; 0.291 49254.1 ; 0.267 0.26 g 24884.6 ; 0.205 25506.6 ; 0.302 51117.0 ; 0.277 0.27 g 25831.9 ; 0.214 26219.6 ; 0.302 52536.9 ; 0.287 0.28 g 26782.9 ; 0.222 26932.3 ; 0.314 53949.1 ; 0.297 0.29 g 27737.7 ; 0.230 27644.7 ; 0.337 55353.8 ; 0.307 0.30 g 28696.3 ; 0.239 28357.0 ; 0.349 56950.8 ; 0.317 0.31 g 29658.7 ; 0.247 29069.0 ; 0.361 58140.5 ; 0.327 0.32 g 30625.0 ; 0.256 29780.8 ; 0.372 59522.8 ; 0.336 0.33 g 31595.2 ; 0.264 30492.3 ; 0.384 N/A 0.34 g 32475.4 ; 0.272 31203.6 ; 0.395 0.35 g 33282.3 ; 0.280 31914.6 ; 0.407 0.36 g 34088.3 ; 0.288 32625.4 ; 0.419 0.37 g 34893.5 ; 0.296 33335.9 ; 0.430 0.38 g 35697.9 ; 0.304 34756.4 ; 0.442 0.39 g 36501.4 ; 0.312 34756.4 ; 0.453 0.40 g 37304.1 ; 0.319 35466.2 ; 0.465 0.41 g 38105.9 ; 0.327 36175.8 ; 0.477 0.42 g 38888.5 ; 0.335 36904.9 ; 0.489 0.43 g 39847.3 ; 0.344 N/A 0.44 g 40814.6 ; 0.352 0.45 g N/A Dari hasil analisis seperti yang terdapat pada tabel diatas, dapat disimpulkan bahwa struktur DSB mampu memikul beban gempa maksimum dengan percepatan batuan dasar (Ca) sekitar 0.44 g ( 1.5 DS ) untuk gedung 10 lantai, 0.32 g ( 1.4 DS ) untuk gedung 15 lantai dan 0.31 g ( 1.3 DS ) untuk gedung 20 lantai. V - 7

V.5 Perpindahan Lantai ( Displacement ) Berikut disajikan perbandingan dispalcement struktur dual sistem dan struktur dual system plus bracing untuk masing masing model 10 lantai, 15 lantai dan 20 lantai. Gambar 5.3 Displacement kondisi PP model 10 lantai DS dan DSB Gambar 5.4 Displacement kondisi PP model 15 lantai DS dan DSB V - 8

Gambar 5.5 Displacement kondisi PP model 20 lantai DS dan DSB Dari ketiga grafik perpindahan lantai pada kondisi performance point diatas, dapat disimpulkan bahwa struktur dual system mampu mengalami perpindahan lantai yang lebih besar jika terjadi gempa. Berikut adalah perbandingan pergerseran maksimum lantai yang terjadi pada struktur dual sistem dan dual system dengan bracing terhadap batasan simpangan maksimum struktur yang disyaratkan. Tabel 5.8 Perbandingan displacement maksimum struktur Jumlah δ roff DS δ roff DSB Maksimum Displacement lantai (mm) (mm) (2% ketinggian ) 10 157,6 45,2 728 15 174.2 64.3 1088 20 115.6 35.5 1448 V - 9

Dari tabel diatas terlihat bahwa struktur dual sistem dan dual system dengan bracing baik gedung 10 lantai, 15 lantai dan 20 lantai masih berada dibawah batas simpangan lantai maksimum yang disyaratkan yaitu 2 % ketinggian total gedung. V.6 Analisis Kekakuan Struktur Analisis terhadap kekakuan struktur yang dilakukan dalam tugas akhir ini dilakukan dengan analisis terhadap gradien kekakuan ( secant stiftness) yaitu melihat penurunan perbandingan kekakuan struktur ketika beban gempa dinaikkan secara bertahap. Analisis ini ditinjau baik pada struktur dual system ( DS ) maupun struktur dual system dengan bracing ( DSB. Selain itu juga ditinjau kekakuan struktur DS dan DSB pada kondisi baban gempa maksimum. A. Analisis secant stifness Tabel 5.9 Analisis secant stifness struktur gedung 10 lantai Struktur Ca K1/K1 K2/K1 K3/K1 K4/K1 K5/K1 K ( x10 3 ) kn/m K DSB /K DS Dual System (DS) 0,23 1,000 K1 DS= 24,912 0,25 0,967 K2 DS= 24,096 0,29 0,903 K3 DS= 22,503 Dual System+Bracing (DSB) 0,23 1,000 K1 DSB= 121,907 4,8934315 0,25 0,997 K2 DSB= 121,529 5,0435264 0,29 0,989 K3 DSB= 120,599 5,3591327 0,35 0,975 K4 DSB= 118,865 0,45 0,951 K5 DSB= 115,950 Tabel 5.10 Analisis secant stifness struktur gedung 15 lantai Struktur Ca K1/K1 K2/K1 K3/K1 K4/K1 K5/K1 K ( x10 3 ) kn/m K DSB /K DS Dual System (DS) Dual System +Bracing (DSB) 0,23 1,000 K1 DS= 22,947 0,235 0,988 K2 DS= 22,670 0,23 1,000 K1 DSB= 105,910 4,6153124 0,235 0,999 K2 DSB= 105,754 4,6649258 0,28 0,965 K3 DSB= 102,246 V - 10

0,3 0,957 K4 DSB= 101,328 0,325 0,943 K5 DSB= 99,909 Tabel 5.11 Analisis secant stifness struktur gedung 20 lantai Struktur Ca K1/K1 K2/K1 K3/K1 K4/K1 K5/K1 K ( x10 3 ) kn/m K DSB /K DS Dual System (DS) 0,23 1,000 K1 DS= 38,917 0,24 0,978 K2 DS= 38,065 0,23 1,000 K1 DSB= 100,411 2,5801074 Dual System +Bracing (DSB) 0,24 0,988 K2 DSB= 99,255 2,6075174 0,28 0,949 K3 DSB= 95,256 0,3 0,934 K4 DSB= 93,819 0,31 0,928 K5 DSB= 93,178 Dari ketiga tabel diatas dapat dilihat bahwa struktur dual sistem mengalami penurunan kekakuan yang lebih besar jika beban gempanya dinaikkan. Selain itu dengan melakukan penambahan bracing, kekakuan struktur dapat naik sekitar 5 kali kekakuan gedung dual dystem untuk gedung 10 lantai, 4.5 kali untuk gedung 15 lantai dan 2.5 kali untuk gedung 20 lantai. B. Perbandingan kekakuan stuktur Tabel 5.12 Perbandingan kekakuan gedung 10 lantai Step Displacement (m) K DSB Base Force (x10 3 kn) Displacement (m) K DS Base Force (x10 3 kn) 0 0 0 0 0 1 0,0552 7,769064 0,0694 2,7545249 2 0,268 32,0228418 0,1472 5,2086436 3 0,3301 38,412668 0,3529 8,7483066 4 0,3301 38,3639922 0,447 10,2005215 5 0,3554 41,1479492 0,447 10,043418 6 0,1749 15,9062754 0,4491 10,0816367 7 - - 0,3755 7,1970835 V - 11

Gambar 5.6 Kekakuan struktur 10 lantai pada kondisi baban gempa maksimum. Tabel 5.13 Perbandingan kekakuan gedung 10 lantai Step Displacement (m) K DSB Base Force (x10 3 kn) Displacement (m) K DS Base Force (x10 3 kn) 0 0 0 0 0 1 0,0593 7,2807231 0,0895 3,380761 2 0,2452 26,4249648 0,2551 7,7845088 3 0,2453 26,3993672 0,4556 10,4471699 4 0,3724 37,2186797 0,4693 10,5993164 V - 12

Gambar 5.7 Kekakuan struktur 15 lantai pada kondisi baban gempa maksimum. Tabel 5.14 Perbandingan kekakuan gedung 10 lantai K DSB K DS Step Displacement (m) Base Force (x10 3 kn) Displacement (m) Base Force (x10 3 kn) 0 0 0 0 0 1 0,0527 7,5873086 0,0673 4,7176694 2 0,2534 26,4497305 0,1548 9,4147949 3 0,4017 37,3515898 0,355 14,9172188 4 0,3927 36,0453633 0,4394 16,6922734 V - 13

Gambar 5.8 Kekakuan struktur 20 lantai pada kondisi baban gempa maksimum. Dari ketiga grafik diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa kekakuan struktur akan meningkat apabila ditambahkan bracing, namum disisi lain juga terjadi penurunan displacement maksimum yang bisa diakomodasi struktur. Dengan kata lain struktur DS lebih daktail dibandingkan struktur DSB, namum peningkatan kekakuan struktur DSB jauh lebih besar dibandingkan DS sehingga mampu memikul beban gempa yang lebih besar. V.7 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. Sedangkan nilai 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 V - 14

pada faktor daktilitas struktur gedung tersebut; faktor reduksi gempa representatif struktur gedung tidak beraturan. Gambar 5.9 Diagram beban-simpangan (diagram V- ) struktur gedung ( SNI-2647-2002) Berikut adalah hasil analisis terhadap parameter statik non linear yang kami lakukan untuk ketiga jenis model struktur. Tabel 5.15 Parameter statik non linear Parameter Dual system Dual system + Bracing 10 lantai Vn 1.49 2.85 f1 1.85 2.72 f2 3.67 5.30 f 6.78 14.43 R 11.96 17.54 µ 6.47 6.44 15 Vn 2.32 3.68 V - 15

lantai f1 1.46 1.98 f2 3.14 5.11 20 lantai f 4.57 10.11 R 7.65 12.42 µ 5.24 6.28 Vn 3.15 4.51 f1 1.50 1.68 f2 3.54 4.92 f 5.31 8.29 R 9.79 12.83 µ 6.53 7.62 V.8 Analisis Keruntuhan Struktur Dalam Pushover Analysis 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. Untuk menentukan V - 16