Desain Struktur Tahan Gempa

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

II.3. Struktur Tahan Gempa

II.3.1. Desain Struktur Tahan Gempa

Bagi struktur yang direncanakan dapat menahan beban gempa, maka struktur tersebut harus dapat memenuhi kriteria sebagai berikut :

1. Pada saat terjadi gempa ringan, maka tidak terjadi kerusakan baik pada elemen struktural maupun non-srruktural.

2. Pada saat terjadi gempa sedang, elemen structural tidak boleh rusak, sedangkan elemen non-struktural boleh rusak tetapi masih bisa diperbaiki lagi.

3. Pada saat terjadi gempa kuat, elemen non-struktural dan structural rusak (terjadi sendi plastis pada struktur) tetapi struktur tidak sampai runtuh (mekanisme runtuh di desain)

Untuk perencanaan pembebanan gempa ini digunakan analisis beban statik ekivalen. Karena peta zoning gempa Indonesia terbaru 2010 mengacu pada ASCE 7-05, maka perhitungannya juga dilakukan dengan metode yang ada pada aturan tersebut, prosedur pengerjaannya sebagai berikut :

Untuk kategori hunian dari bangunan yang akan direncanakan dapat dilihat pada table 1.1 pada ASCE 7-05, sedangkan factor keutamaan (I) dijelaskan pada table 11.5-1 ASCE 7-05.

II.3.1.2. Klasifikasi Site

Klasifikasi site merupakan kategori jenis tanah pada tempat bangunan yang akan direncanakan sesuai kategori-kategori yang sudah ditetapkan pada peta gempa Indonesia 2010 table 2 ataupun pada ASCE 7-05 table 20.1 sebagai berikut :

Klasifikasi Site Vs ^{(m/s) N S}u ^(kPa)

A. Batuan Keras Vs ^{• 15 00 N/A N/A}

B. Batuan ^{750 < Vs •}

1500 ^{N/A N/A}

C. Tanah Sangat Padat

dan Batuan Lunak ^{350 < Vs • 750 N> 50 Su • 100} D. Tanah Sedang 175 < Vs ^{• 350 15 • N• 50 50 • S}u ^{• 100} E. Tanah Lunak Vs ^{< 175 N< 15 S}u ^{< 50}

Atau setiap profil lapisan tanah dengan ketebalan lebih dari 3 m dengan karakteristik sebagai berikut :

1. Indeks plaastisitas, PI > 20, 2. Kadar air (w) • 40 %, dan

3. Kuat geser tak terdrainase Su^{< 25 kPa}

F. Lokasi yang membutuhkan

penyelidikan

geoteknik dan analisis respon

spesifik (site specific response analisys)

Setiap profil ;lapisan tanah yang memiliki salah satu atau lebih dari karakteristik seperti :

- Rentan dan berpotensi gagal terhadap beban gempa seperti likuifaksi, tanah lempung sangat sensitive, tanah tersementasi lemah. - Lempung organic tinggi dan/atau gambut

(dengan ketebalan > 3 m)

- Plastisitas tinggi (ketebalan H > 7.5 m dengan PI > 75 )

- Lapisan lempung lunak/medium kaku dengan ketebalan H> 35 m

Tabel 2.1 Klasifikasi Site

Dari table diatas dapat ditentukan jenis tanah sesuai data-data yang sudah ada. Untuk tugas akhir ini direncanakan berada pada tanah lunak atau kategori E dan nantinya disesuaikan dengan peta gempa Indonesia 2010.

II.3.1.3. Peta percepatan respon spectral (S_sdan S₁)

Peta percepatan maksimum gempa di batuan dasar mulai digunakan untuk peraturan perencanaan Indonesia pada tahun 1983 melalui PPTI-UG (Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia untuk Gedung) 1983. Pembagian daerah gempa tersebut adalah seperti pada gambar dibawah ini. Peta gempa ini merupakan hasil studi oleh Beca Carter dalam kerjasama bilateral Indonesia-New Zealand (Beca Carter Hollings dan Ferner, 1978).

Gambar 2.11. Peta percepatan gempa maksimum Indonesia dalam PPTI-UG 1983

PPTI-UG 1983 diperbaharui pada tahun 2002 dengan keluarnya Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002 (Gambar4). Peraturan baru ini disusun dengan mengacu pada UBC 1997.

Seiring dengan perkembangan konstruksi gedung di Indonesia dan juga karena seringnya terjadi gempa besar belakangan ini, maka dikeluarkanlah peta gempa Indonesia terbaru 2010 , dimana yang menjadi patokan dalam pembuatan peta gempa ini adalah ASCE 7-10.

Gambar 2.13. Peta hazard gempa Indonesia di batuan dasar pada kondisi spektra T = 0.2 detik untuk 2% PE 50 tahun.

Berbeda dengan peta zoning gempa Indonesia 1983 dan 2002, peta gempa Indonesia 2010 secara kuantitatip tidak lagi diberikan dalam bentuk peta zoning gempa akan tetapi disajikan dalam format dua buah peta kontur percepatan gempa rencana maximum dari batuan dasar untuk waktu getar pendek 0.2 detik SS ^{dan 1} detik, S1^.

II.3.1.4. Spectral response coefficients (S_DSdan S_D1)

Respon spectra adalah nilai yang menggambrakan respon maksimum dari system berserajat kebebasan tunggal (SDOF) pada berbagai frekuensi alami (periode alami) teredam akibat suatu goyangan tanah. Untuk kebutuhan praktis, maka respon spectra percepatan dibuat dalam bentuk respon spectra yang sudah disederhanakan.

Untuk penentuan parameter respon spectra percepatan di permukaan tanah, diperlukan factor ampkasi terkait spectra percepatan untuk periode pendek (Fa^{) dan} periode 1 detik (Fv^{). Selanjutnya parameter respon spectra percepatan dipermukaan} tanah dapat diperoleh dengan cara mengalikan koefisien Fa dan Fv (relatip sama dengan UBC-97 atau SNI 1726) dengan spectra percepatan untuk periode pendek (Ss) dan Periode 1 detik (S1) di batuan dasar yang diperoleh dari peta gempa Indonesia 2010 sesuai rumus berikut :

SMS= Fa xSs ,dan SMS= FvxS1 Klasifikasi Site ^Ss SS^{• 0.25 S}S^{= 0.5 S}S^{= 0.75 S}S^{= 1.0 S}S^{• 1.25} Batuan keras (S_A) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 Batuan (SB) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Tanah Sangat Padat dan

Batuan Lunak (Sc) ^{1.2 1.2 1.1 1.0 1.0}

Tanah Sedang (SD) 1.6 1.4 1.2 1.1 1.0

Tanah Lunak (SE) 2.5 1.7 1.2 0.9 0.9

Tanaha Khusus (SF) SS SS SS SS SS

Tabel 2.2 Koefisien periode pendek, Fa

Klasifikasi Site ^SPGA

SS^{• 0.1 S}S^{= 0.2 S}S^{= 0.3 S}S^{= 0.4 S}S^{• 0.5}

Batuan keras (SA) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

Batuan (SB) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Tanah Sangat Padat dan

Batuan Lunak (Sc) ^{1.2 1.2 1.2 1.2 1.2}

Tanah Sedang (SD) 1.6 1.4 1.2 1.1 1.0

Tanah Lunak (S_E) 2.5 1.7 1.2 0.9 0.9

Tanaha Khusus (SF) SS SS SS SS SS

Tabel 2.3 Koefisien periode 1.0 detik, Fv

SS adalah lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis respon site spesifik. Selanjutnya untuk mendapatkan parameter respon spektra desain,

spektra percepatan desain untuk perioda pendek dan perioda 1.0 detik dapat diperoleh melalui perumusan berikut ini:

S_DS= • S _MS , dan S_D1= • S _M1

II.3.1.5. Kategori Desain Gempa (Seismic Design Category/SDC)

Perhitungan perancangan besarnya gaya gempa rencana untuk desain dan analisis perhitungan dinyatakan oleh besarnya gaya geser dasar, ketentuan mengenai syarat kekuatan dan pendetailan tulangan serta fleksibilitas ketidak teraturan bentuk bangunan dan limitasi tinggi bangunan tidak lagi ditentukan oleh peta zoning gempa sebagaimana halnya yang telah ditetapkan dalam SNI 1726-02. Pada ASCE 7-05, ketentuan mengenai hal tersebut di atas telah di gantikan oleh kriteria perancangan baru yang di sebut Kategori Desain Gempa (Seismic Design Category-SDC) dan dikaitkan dengan Kategori Hunian atau Occupancy Category. Struktur harus diperuntukan pada Kategori Desain Gempa sesuai dengan ASCE 7-05, Tabel 11.6-1 dan Tabel 11.6-2.

Nilai S_DS ^{Kategori Hunian}

I atau II III IV

S_MS < 0,167 A A A

0,167 • SDS < 0,33 B B C

0,33 • SDS < 0,50 C C D

0,50 • SDS D D D

Tabel 2.4 Kategori gempa berdasarkan parameter percepatan respon periode pendek

Nilai S_DS ^{Kategori Hunian}

I atau II III IV

SMS < 0,067 A A A

0,067 • S_DS < 0,133 B B C

0,133 • SDS < 0,20 C C D

0,20 • SDS D D D

II.3.1.6. Penentuan Koefisien R, Cd^{, dan •}

Sistem penahan gaya gempa lateral dan vertikal dasar harus memenuhi pada salah satu tipe yang ditunjukkan dalam ASCE 7-05, Tabel 12.2-1 atau kombinasi sistem seperti dalam ASCE 7-05, Pasal 12.2.2, 12.2.3, dan 12.2.4. Setiap tipe dibagi-bagi oleh tipe elemen vertikal yang digunakan untuk menahan gaya gempa lateral.

Sistem struktur yang digunakan harus sesuai dengan kategori desain gempa dan batasan ketinggian yang ditunjukkan dalam Tabel, 12.2-1. Koefisien modifikasi respons yang tepat, R, faktor kuat lebih sistem, • , dan faktor pembesaran defleksi, Cd, ditunjukkan dalam Tabel 12.2-1 harus digunakan dalam penentuan geser dasar, gaya desain elemen, dan drif tingkat desain

II.3.1.7. Prosedur pengerjaan yang dipergunakan

Analisis struktur yang dibutuhkan terdiri dari salah satu dari tipe yang diperbolehkan dalam ASCE 7-05, Tabel 12.6-1 berdasar pada kategori desain gempa struktur, sistem struktural, data dinamik, dan keteraturan, atau dengan persetujuan otoritas yang mempunyai yurisdiksi, suatu alternatif prosedur yang berlaku umum boleh digunakan. Prosedur Analisis yang terpilih harus diselesaikan menurut kebutuhan sesuai dengan subbab yang terkait mengacu pada Tabel 5.6-1.

II.3.1.8. Design base shear (V)

Geser dasar gempa (base shear), V dalam arah yang ditetapkan harus ditentukan sesuai dengan ASCE 7-05, Pers.12.8-1.

W C V = _s

      = T R S C_s ^DS

Nilai C_s yang dihitung sesuai dengan ASCE 7-05, Pers. 12.8-2 tidak perlu melebihi:

      = T R T S C D s 1 untuk T • TL       = T R T T S C_s ^{D L} 2 1 untuk T > T_L

Csharus tidak kurang dari 0,01. Dan sebagai tambahan, untuk struktur yang berlokasi dimana S1 ^{sama dengan atau lebih besar dari 0,6g, C}s ^{harus tidak kurang}

dari :       = I R S C_s ^0,5 1

II.3.1.9. Periode Struktur Dasar (T)

Perioda struktur dasar (T) dalam arah yang ditinjau harus diperoleh menggunakan properti struktur dan karateristik deformasi elemen penahan dalam analisis yang teruji. Perioda dasar (T) tidak boleh melebihi hasil koefisien untuk batasan atas pada perioda yang dihitung (Cu) dari ASCE 7-05, Tabel 12.8-1 dan perioda dasar pendekatan, (Ta) yang ditentukan dari ASCE 7-05, Pers. 12.8-7.

Sebagai alternatif pada pelaksanaan analisis untuk menentukan perioda dasar (T)diijinkan secara langsung menggunakan perioda bangunan pendekatan, (Ta) yang dihitung sesuai dengan ASCE 7-05, Pasal 12.8.2.1. Perioda dasar pendekatan (Ta), dalam detik, harus ditentukan dari ASCE 7-05, Pasal 12.8.2.1, Pers.12.8-7, dimana

hn adalah tinggi dalam feet di atas dasar sampai tingkat tertinggi struktur dan koefisien Ct dan x ditentukan dari ASCE 7-05, Tabel 12.8-2.

Tipe Struktur Ct ^x

Sistem rangka penahan momen dimana rangka menahan 100% gaya gempa yang disyaratkan dan tidak dilingkupi atau dihubungkan dengan

komponen yang lebih kaku dan akan mencegah rangka dari defleksi bilamana dikenai gaya gempa:

Rangka penahan momen baja

0.028 (0.0724)^a

0.8

Rangka momen penahan beton

0.016 (0.046)^a

0.9

Rangka baja dibres secara eksentris

0.03 (0.0731)^a

0.75

Semua sistem struktur lainnya

0.02 (0.0488)^a

0.75

Tabel 2.6 Nilai Parameter Periode Pendekatan Ct^{dan x}

Dimana nilai Perioda dasar ( T) tidak boleh melebihi, T • Cu^Ta ^{dengan C}u sebagai batasan atas pada perioda yang dihitung yang ditentukan dari ASCE 7-05, Tabel 12.8-1.

Parameter Percepatan Respon Spektrum Desain pada 1 detik

S_D1 KoefisienC_t • 0.4 1.4 0.3 1.4 0.2 1.5 0.15 1.6 • 0.1 1.7

II.3.1.10. Distribusi gaya Vertikal (Fx)

Gaya gempa lateral (Fx) (kip atau kN) yang timbul di semua tingkat harus ditentukan dari ASCE 7-05, Pasal 12.8.3:

V C F_x = _vx dan

∑

= = _n i k i i k x x vx h w h w C 1

Dimana : C_vx = faktor distribusi vertikal

V = gaya lateral desain total atau geser di dasar struktur w1/ w2 = porsi berat gempa efektif total struktur (W) yang

ditempatkan atau dikenakan pada tingkat i atau x hi /hx = tinggi (ft atau m) dari dasar sampai Tingkat i atau x k = eksponen yang terkait dengan perioda struktur

sebagai berikut:

- k = 1 untuk periode sebesar 0,5 detik - k = 2 untuk periode sebesar 2,5 detik - jika 0,5 < T < 2.5, maka harus diinterpolasi. II.3.1.11. Distribusi gaya Horizontal (V_x)

Geser tingkat desain gempa di semua tingkat (Vx) (kip atau kN) harus ditentukan dari ASCE 7-05, Pasal 12.8.4:

∑

= = ⁿ x i x x ^F V

Dimana : F_i = Porsi geser dasar gempa (V) yang timbul di tingkat i Geser tingkat desain gempa (Vx) (kip atau kN) harus didistribusikan pada berbagai elemen vertikal sistem penahan gaya gempa di tingkat yang ditinjau berdasarkan pada kekakuan lateral relatif elemen penahan vertikal dan diafragma.