Konferensi Nasional Teknik Sipil 3 (KoNTekS 3) Jakarta, 6 7 Mei 2009 PENGARUH SENSITIFITAS DIMENSI DAN PENULANGAN KOLOM PADA KURVA KAPASITAS GEDUNG 7 LANTAI TIDAK BERATURAN Nurlena Lathifah 1 dan Bernardinus Herbudiman 2 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Bandung, Jl. PHH. Mustofa 23 Bandung e-mail: arale_1403@yahoo.com 2 Kepala Laboratorium Struktur dan Bahan, Jurusan Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional, Bandung, Jl. PHH. Mustofa 23, Bandung e-mail: herbudiman@itenas.ac.id ABSTRAK Evaluasi seismik dengan analisis pushover diperlukan untuk mengetahui kapasitas struktur terhadap pembebanan lateral dan bagaimana kondisi struktur gedung ketika gempa terjadi. Dari hasil evaluasi ini juga dapat dicermati tahapan perilaku terbentuknya sendi plastis pada balokbalok struktur seiring dengan peningkatan pembebanan lateral. Pada gedung tidak beraturan, observasi pada kapasitas struktur dan tahapan perilaku dilakukan dari empat arah, U x, U -x, U y, dan U -y. Gedung yang dievaluasi adalah gedung 7 lantai tidak beraturan. Gedung tersebut diasumsikan berada pada lokasi gempa wilayah 4, dengan kondisi tanah sedang. Mutu beton yang digunakan f c = 30 MPa, tegangan leleh tulangan lentur f y = 400 MPa, dan tulangan geser f ys = 240 MPa. Beban yang digunakan adalah berat sendiri struktur, tambahan beban mati, beban hidup, dan beban gempa. Pada penelitian ini, struktur didesain dengan menggunakan beberapa variasi dimensi dan jumlah penulangan kolom. Hasil desain penampang dan penulangan struktur selanjutnya dievaluasi seismik dengan pushover menggunakan analisis statik nonlinier. Dimensi dan penulangan kolom akan berpengaruh pada bentuk kurva kapasitas. Kolom yang terlalu kuat akan menyebabkan deformasi dan daktilitas kecil, dan sendi plastis hanya terbentuk pada balok-balok. Sedangkan kolom yang lemah dapat menyebabkan terbentuknya sendi plastis pada kolom dan dapat menyebabkan terjadinya soft story pada bangunan. Pada penelitian ini akan dianalisis pengaruh sensitivitas dimensi dan penulangan kolom pada kurva kapasitas. Kata kunci: evaluasi seismik, pushover 1. PENDAHULUAN Rekayasa gempa merupakan pengetahuan yang amat luas dan berkaitan dengan efek gempa yang dapat ditimbulkan kepada manusia dan lingkungannya serta merupakan suatu metode untuk mengurangi pengaruh-pengaruh tersebut. Untuk mengurangi dampak akibat gempa tersebut, maka pada daerah-daerah rawan gempa perlu dilakukan suatu evaluasi seismik karena dengan evaluasi ini pola keruntuhan dan level kerusakan struktur apabila terjadi gempa yang cukup besar dapat diketahui sehingga dapat dilakukan perbaikan. Metode yang digunakan untuk melakukan evaluasi seismik adalah dengan metode static nonlinear pushover analysis. Metode ini menghasilkan suatu kurva kapasitas yang menggambarkan hubungan antara gaya geser dasar (base force) dan perpindahan lateral atap (roof displacement) tiap tahap pembebanan pushover. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengatahui pengaruh sensitivitas perubahan ukuran dimensi dan penulangan kolom pada perbedaan bentuk kurva kapasitas dan perbedaan perilaku terbentuknya sendi plastis pada kolom dari gedung 7 lantai tidak beraturan menggunakan metode static nonlinear pushover analysis akibat beban gempa sedang. 2. WILAYAH GEMPA Berdasarkan SNI 03-1726 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (2003), Indonesia ditetapkan terbagi ke dalam 6 wilayah gempa. Penentuan wilayah gempa untuk daerah Indonesia dapat dilihat pada Peta Wilayah Gempa Indonesia (Gambar 1). Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 75
Nurlena Lathifah dan Bernardinus Herbudiman Gambar 1. Peta wilayah gempa Indonesia Respon spektrum yang digunakan dalam perencanaan gempa sebagai spektrum kebutuhan pada saat melakukan analisis statik nonlinear adalah respon spektrum wilayah gempa 4 di tanah sedang seperti terlihat pada Gambar 2 (SNI 2003). 3. DAKTILITAS STRUKTUR Gambar 2. Respon spektrum wilayah 4 Daktilitas ialah kemampuan dari suatu struktur bangunan untuk mengalami simpangan pasca elastik yang besar secara berulang-ulang dan bolak balik akibat beban gempa. Faktor daktilitas µ adalah rasio antara simpangan maksimum struktur gedung pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan dan simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama di dalam struktur gedung. Daktilitas penuh (full ductile) adalah suatu tingkat daktilitas struktur gedung di mana strukturnya mampu mengalami simpangan plastik yang besar, dengan mencapai nilai faktor daktilitas sebesar 5,2. 4. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan pada struktur gedung 7 lantai tidak beraturan yang memiliki panjang total 48,375 m; lebar total 29,075 m; dan tinggi total 31,6 m. Material struktur gedung yang digunakan adalah beton bertulang, dimana kuat karakteristik beton f c yang digunakan ialah 30 MPa, dengan karakteristik baja tulangan longitudinal yang digunakan memiliki kuat leleh f y sebesar 400 MPa dan baja tulangan geser f ys sebesar 240 MPa. Kemudian model struktur tersebut dievaluasi dengan metode performance based seismic design, dimana metode evaluasi menggunakan metode static linier pushover analysis akibat beban gempa untuk memperlihatkan kinerja struktur ketika beban gempa bekerja. Secara garis besar tahapan utama dalam pushover analysis diantaranya pembuatan model struktur, mendefinisikan beban statik, mendefinisikan beban pada pushover, mendefinisikan sendi plastis, menginput sendi plastis pada S - 76 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Perbandingan Kuat Geser Kolom Beton Bertulang yang Memikul Beban Lateral Siklik penampang, menjalankan pushover, melihat hasil dari pushover berupa kurva kapasitas hubungan antara roof displacement dan base force (ATC-40). Hasil pemodelan struktur 2D untuk arah y dan x dapat dilihat pada Gambar 3 dan 4, sedangkan untuk model 3D dapat dilihat pada Gambar 5 (Lathifah, Nurlena, Herbudiman, B., 2009). Gambar 3. Model struktur 2D (y-direction) varian1 Gambar 4. Model struktur 2D (x-direction) varian1 Y X Gambar 5. Model struktur 3D Ukuran dimensi dan penulangan balok pada model struktur seperti tampak pada Gambar 3,4, dan 5 ditunjukkan pada Tabel 1. Ukuran dimensi dan penulangan balok pada Tabel 1 merupakan hasil dari desain full ductile. Tabel 1. Ukuran balok Lantai Balok As As N d n d 1 5 B1 (350x650) 9 19 7 19 6 7 B1_1 (350x650) 4 19 2 19 1 5 B1_2 (350x650) 8 19 6 19 1 5 B1_3 (350x650) 8 19 4 19 1 5 B1B (350x650) 10 19 8 19 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 77
Nurlena Lathifah dan Bernardinus Herbudiman Lantai Tabel 1. (Lanjutan). Ukuran balok Balok As As N d n d 1 5 B1B_1 (350x650) 5 19 3 19 1 B1R (350x1200) 7 19 4 19 1 5 B2 (300x550) 8 19 6 19 1 5 B2B (300x550) 8 19 6 19 1 5 B2c (300x650) 10 19 6 19 1 5 B3 (350x700) 5 19 3 19 6 7 B3_1 (350x700) 3 19 2 19 1 5 B4 (350x700) 9 19 5 19 6 B4_1 (350x700) 4 19 2 19 7 B4_2 (350x700) 3 19 2 19 1 5 B5 (300x550) 6 19 3 19 1 5 B5_1 (300x550) 3 19 2 19 1 5 B5B (300x550) 5 19 3 19 1 5 B7 (250x450) 3 19 2 19 1 5 B7c (250x550) 2 19 2 19 Untuk mengetahui pengaruh sensitivitas dimensi dan penulangan kolom, maka diusulkan lima varian dimensi dan penulangan kolom seperti tampak pada Tabel 2. Tabel 2. Perbedaan dimensi dan penulangan kolom Lantai Varian 1 Varian 2 Varian 3 Varian 4 Varian 5 Dimensi A s Dimensi A s Dimensi A s Dimensi A s Dimensi A s 1 850x850 20D22 750x750 20D22 750x750 20D19 650x650 20D19 650x650 24D16 2,3 800x800 16D22 700x700 16D22 700x700 16D19 600x600 16D19 600x600 20D16 4,5 700x700 12D22 600x600 12D22 600x600 12D19 500x500 12D19 500x500 16D16 6,7 600x600 8D22 500x500 8D22 500x500 8D19 400x400 8D19 400x400 12D16 Sebelum dilakukan analisis pushover, terlebih dahulu didefinisikan momen kurvatur untuk semua penampang balok dan kolom yang akan digunakan dalam pendefinisian sendi plastis. Contoh pendefinisian momen-kurvatur dan sendi plastis pada kolom varian 1 lantai 6 dan 7 dengan ukuran 600x600 mm 2 seperti terlihat pada Gambar 6 dan Gambar 7. Gambar 6. Moment-curvature varian 1 Gambar 7. Pendefinisian sendi plastis S - 78 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Perbandingan Kuat Geser Kolom Beton Bertulang yang Memikul Beban Lateral Siklik 5. HASIL ANALISIS PUSHOVER Analisis pushover menghasilkan kurva kapasitas yang membandingkan antara base force dan roof displacement. Kurva kapasitas untuk seluruh varian dimensi dan penulangan kolom untuk arah U x dan U y dapat dilihat pada Gambar 8 dan 9. Nilai roof displacement maksimum, base force dan nilai daktilitas struktur untuk masing-masing varian dalam arah U x dan U y ditunjukkan pada Tabel 3 dan 4. Gambar 8. Grafik hubungan base force dan roof displacement untuk arah U x Tabel 3. Nilai roof displacement maksimum, base force dan daktilitas struktur arah U x Roof Displacement (mm) 75,733 76,484 79,004 85,177 84,837 Base Force (kn) 8359,571 7307,475 6940,057 6334,218 5943,754 Daktilitas 6,48 6,48 6,15 6,57 6,16 Gambar 9. Grafik hubungan base force dan roof displacement untuk arah U y Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 79
Nurlena Lathifah dan Bernardinus Herbudiman Tabel 4. Nilai roof displacement maksimum, base force dan daktilitas struktur arah U y Roof Displacement 73,547 75,408 77,859 84,628 82,87 (mm) Base Force (kn) 8031,661 7044,308 6720,696 6051,616 5663,063 Daktilitas 7,64 7,3 6,96 7,3 6,83 Analisis pushover memberikan tahapan perkiraan keruntuhan (collapse) dari struktur bangunan berdasarkan sendi plastis yang terjadi pada elemen strukturnya. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis pada struktur bangunan atas beban pushover untuk varian 1 sampai varian 5 untuk arah U x dapat dilihat pada Gambar 10, 11, 12, 13, dan 14. Gambar 10. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 1 arah U x Gambar 11. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 2 arah U x Gambar 12. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 3 arah U x Gambar 13. Tahap akhir terbentuknya sendi varian 4 arah U x Gambar 14. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 5 arah U x Tahap akhir terbentuknya sendi plastis pada struktur bangunan atas beban pushover untuk varian 1 sampai varian 5 untuk arah U y dapat dilihat pada Gambar 15, 16, 17, 18, dan 19. S - 80 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Perbandingan Kuat Geser Kolom Beton Bertulang yang Memikul Beban Lateral Siklik Gambar 15. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 1 arah U y Gambar 16. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 2 arah U y Gambar 17. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 3 arah U y Gambar 17. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 4 arah U y 6. PEMBAHASAN Gambar 14. Tahap akhir terbentuknya sendi plastis varian 5 arah U y Dari Gambar 8 untuk arah U x tampak bahwa pada dimensi yang sama, penambahan penulangan hingga 15,8%, hanya memberikan sedikit kontribusi pada kurva kapasitas yaitu peningkatan base force sebesar 5,3% dan penurunan roof displacement sebesar -3,3%. Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta S - 81
Nurlena Lathifah dan Bernardinus Herbudiman Dengan penulangan yang sama, penambahan dimensi kolom hingga 44% dapat memberikan banyak kontribusi pada peningkatan kurva kapasitas yaitu peningkatan base force sebesar 14,4% dan penurunan roof displacement sebesar - 1%. Dari Gambar 9 untuk arah U y tampak bahwa pada dimensi yang sama, penambahan penulangan hingga 15,8%, hanya memberikan sedikit kontribusi pada kurva kapasitas yaitu peningkatan base force sebesar 4,8% dan penurunan roof displacement sebesar -3,3%. Dengan penulangan yang sama, penambahan dimensi kolom hingga 44% dapat memberikan banyak kontribusi pada peningkatan kurva kapasitas yaitu peningkatan base force sebesar 14% dan penurunan roof displacement sebesar - 2,5%. Daktilitas struktur tidak banyak dipengaruhi dengan sensitifitas kolom karena perubahan dimensi kolom hingga 44% dan perubahan luas penulangan kolom hingga 15,8% hanya mengakibatkan perubahan besaran daktilitas untuk arah U x sebesar 6,8% dan untuk arah U y sebesar 11,9%. 7. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang dilakukan, diperoleh beberapa kesimpulan yaitu: 1. Sensitifitas penambahan penulangan tidak banyak berpengaruh terhadap kurva kapasitas. 2. Sensitifitas penambahan dimensi kolom cukup berpengaruh terhadap kurva kapasitas. 3. Daktilitas struktur tidak banyak dipengaruhi oleh sensitifitas perubahan dimensi dan penulangan kolom. DAFTAR PUSTAKA Applied Technology Council 40, 1996, Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Building vol I, California Seismic Safety Comission, Redwood City, California, USA. Applied Technology Council 40, 1996, Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Building vol II, California Seismic Safety Comission, Redwood City, California, USA. Lathifah, Nurlena., Herbudiman, B. (2009), Seismic Evaluation with Pushover Analysis on Assesment on 7-Story Irregular Building, Proceeding of The 1st International Conference on Rehabilitation and Maintenance in Civil Engineering (ICRMCE), Solo, Indonesia, pp.183-189. Standar Nasional Indonesia, 2003, SK SNI 03-1726 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung. S - 82 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta