Kajian pengaruh durasi getaran kuat/strong motion duration terhadap respons struktur bangunan

(1)

KAJIAN PENGARUH DURASI GETARAN KUAT/STRONG

MOTION DURATION TERHADAP RESPONS STRUKTUR

BANGUNAN

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh

Ujian Sarjana Teknik Sipil

Oleh :

HENDRA SUSILO

11 0404 114

SUBJURUSAN STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

Kata Pengantar

Puji syukur penulis ucapkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberi kasih karunia dan anugrah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

Tugas Akhir ini dengan judul “Kajian pengaruh durasi getaran kuat/strong motion

duration terhadap respons struktur bangunan”. Tugas Akhir ini diajukan untuk

melengkapi syarat-syarat dalam menempuh Ujian Sarjana di Departemen Teknik

Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan

dan saran dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, selaku Dosen Pembimbing yang

telah meluangkan waktu dalam membimbing dan memberi saran dalam

penyelesaian tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembanding yang telah

memberi kritik dan saran yang membangun.

3. Bapak M. Agung Putra Handana, ST., MT, selaku Dosen Pembanding

yang telah memberi kritik dan saran yang membangun.

4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku Koordinator Subjurusan Struktur.

5. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik

Sipil.

6. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil.

7. Mama dan papa, The One and Only Brother Hendry Gunawan, The One

and Only Sister Henny Setiawaty. Terima kasih buat segalanya.

8. Teman-teman stambuk 2011, terutama Andre “Brother Jon” Bachtiar

Sihaloho, Andrew Samuel Erionkita Purba, Nikson Andreas Samosir,

Stefano Manurung. May God Bless You wherever You go friends!

(3)

Penulis menyadari Tugas Akhir ini masih banyak memiliki kekurangan,

oleh karena itu penulis berharap kritik dan saran yang membangun dari pembaca.

Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para

pembaca. Terima kasih.

Medan, November 2015

Penulis,

(4)

ABSTRAK

Gempa merupakan efek dari interaksi lempeng-lempeng yang ada pada

kerak bumi. Saat terjadi gempa, maka pelepasan energi yang merambat ke

permukaan tanah dalam bentuk getaran terjadi secara cepat. Getaran pada

permukaan tanah ini disebut ground motion. Durasi getaran kuat/strong motion

duration (SMD) berbeda dengan durasi gempa. Durasi SMD dibatasi oleh suatu

nilai ambang batas. Biasanya nilai puncak percepatan tanah (PGA) atau Intensitas

Arias.

Umumnya terdapat empat pengertian dari strong motion duration, yaitu:

(1) bracketed duration, (2) uniform duration, (3) significant duration, dan (4)

effective duration. Namun, pengertian yang paling sering digunakan dalam

memahami dan menggambarkan durasi getaran kuat adalah significant duration.

Significant duration merupakan rentang durasi antara 5%-95% (T5-T95) dari

kumulatif energi yang ditentukan dengan persentase Intensitas Arias. Durasi ini

mencakup kumulatif energi sebesar 90%. Defenisi ini dikemukakan oleh Trifunac

dan Brady (1975).

Analisis pengaruh strong motion duration menggunakan metode analisis

riwayat waktu (time history analysis) dan proses perhitungan dibantu dengan

software SAP 2000. Rekaman gempa yang dipakai adalah Imperial Valley, Tabas,

Kobe, Northridge, Loma Prieta, dan San Fernando. Persentase strong motion

duration masing-masing rekaman gempa tersebut adalah 53,15%, 50,14%,

47,81%, 42,17%, 34,73%, dan 28,94%.

Dari hasil perhitungan, dapat disimpulkan bahwa strong motion duration

tidak berpengaruh terhadap respons struktur bangunan. Hal ini bisa dilihat dari

besarnya persentase strong motion duration tidak berbanding lurus terhadap

respons struktur bangunan, baik perpindahan, rasio simpangan antar lantai,

percepatan lantai, momen maksimum, geser maksimum ataupun normal

maksimum balok dan kolom struktur bangunan.

(5)

Daftar Isi

Kata Pengantar ... i

Abstrak ... iii

Daftar Isi ... iv

Daftar Tabel ... vii

Daftar Gambar ... xi

Daftar Notasi ... xv

BAB I Pendahuluan ... 1

1.1Latar Belakang ... 1

1.2Dasar Teori ... 2

1.3Perumusan Masalah ... 3

1.4Tujuan ... 4

1.5Manfaat ... 4

1.6Pembatasan Masalah ... 4

1.7Metodologi Penulisan ... 4

1.8Sistematika Penulisan ... 6

BAB II Studi Pustaka ... 7

2.1Pendahuluan ... 7

2.2Pengertian Strong Motion Duration ... 7

2.3Metode Analisis Beban Gempa ... 10

2.3.1Metode Analisis Statik Ekivalen ... 10

(6)

2.3.2Metode Analisis Ragam Spektrum Respons ... 22

2.3.2.1 Prosedur Analisis Ragam Spektrum Respons .... 23

2.3.3Metode Analisis Riwayat Waktu (Time History Analysis) ... 24

2.3.3.1Metode Analisis Riwayat Waktu Linier ... 24

2.3.3.2Evaluasi Respons Dinamik Dengan Metode Numerik ... 26

BAB III Metodologi Analisis ... 30

3.1 Pembuatan Respons Spektra Desain ... 30

3.2 Pengolahan Rekaman Gempa ... 40

3.2.1 Rekaman Gempa Asli ... 40

3.2.2 Pencocokan/Matching Rekaman Gempa Asli Pada Respons Spektra Desain ... 42

3.2.3 Penskalaan PGA Rekaman Gempa Pada PGA Site (PGAM) ... 45

3.2.4 Significant Duration ... 48

3.3 Permodelan Struktur ... 55

3.3.1 Data Teknis Struktur ... 55

3.3.2 Pembebanan Struktur ... 56

3.3.3 Gambar Struktur ... 57

BAB IV Analisis dan Pembahasan ... 59

(7)

4.2 Analisis Struktur ... 60

4.3 Kontrol Hasil Analisis Struktur ... 63

4.4 Respons Struktur Hasil Analisis ... 66

4.4.1 Analisis Arah Memanjang ... 66

4.4.2 Analisis Arah Melintang ... 78

4.5 Pembahasan ... 90

BAB V Kesimpulan dan Saran ... 94

5.1 Kesimpulan ... 94

5.2 Saran ... 95

Daftar Pustaka ... xviii

(8)

Daftar Tabel

Tabel 2.3.1.1-1 : Faktor R, Cd, dan Ω0 Untuk Sistem Penahan Gaya

Gempa ... 13

Tabel 2.3.1.1-2 : Faktor Keutamaan Gempa ... 17

Tabel 2.3.1.1-3 : Nilai Parameter Perioda Pendekatan Ct dan x ... 18

Tabel 2.3.1.1-4 : Koefisien Untuk Batas Atas Perioda Yang Dihitung ... 18

Tabel 3.2.4 : Rekapitulasi Berbagai Rekaman Gempa Berdasarkan Significant Duration ... 55

Tabel 4.3-1 : Perioda Fundamental Struktur ... 64

Tabel 4.3-2 : Rasio Partisipasi Massa ... 64

Tabel 4.3-3 : Base Shear Pada Struktur Arah Memanjang ... 65

Tabel 4.3-4 : Base Shear Pada Struktur Arah Melintang ... 65

(9)

Tabel 4.4.1-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang ... 67

Tabel 4.4.1-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Time History Berbagai Rekaman Gempa Arah

Memanjang ... 68

Tabel 4.4.1-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Memanjang ... 69

Tabel 4.4.1-5 : Percepatan Lantai Maksimum Analisis Time History

Tabel 4.4.1-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History

Tabel 4.4.1-7 : Momen Maksimum Balok Analisis Time History

Tabel 4.4.1-8 : Momen Maksimum Kolom Analisis Time History

Tabel 4.4.1-9 : Geser Maksimum Balok Analisis Time History

Tabel 4.4.1-10 : Geser Maksimum Kolom Analisis Time History

Tabel 4.4.1-11 : Normal Maksimum Balok Analisis Time History

Tabel 4.4.1-12 : Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

(10)

Tabel 4.4.2-1 : Perpindahan Maksimum Analisis Time History

Berbagai Rekaman Gempa Arah Melintang ... 78

Tabel 4.4.2-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Tabel 4.4.2-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Melintang ... 80

Tabel 4.4.2-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Melintang ... 81

Tabel 4.4.2-5 : Percepatan Lantai Maksimum Analisis Time History

Tabel 4.4.2-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History

Tabel 4.4.2-7 : Momen Maksimum Balok Analisis Time History

Tabel 4.4.2-8 : Momen Maksimum Kolom Analisis Time History

Tabel 4.4.2-9 : Geser Maksimum Balok Analisis Time History

Tabel 4.4.2-10 : Geser Maksimum Kolom Analisis Time History

Tabel 4.4.2-11 : Normal Maksimum Balok Analisis Time History

(11)

Tabel 4.4.2-12 : Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

(12)

Daftar Gambar

Gambar 1.1 : Pertemuan Lempeng Indo-Australia, Lempeng

Pasifik, dan Lempeng Eurasia di Indonesia ... 1

Gambar 1.2 : Significant duration ... 3

Gambar 2.2-1 : Bracketed duration ... 8

Gambar 2.2-2 : Uniform duration ... 8

Gambar 2.2-3 : Significant duration ... 9

Gambar 2.2-4 : Effective duration ... 10

Gambar 2.3.1.1 : Penentuan Simpangan Antar Lantai ... 21

Gambar 2.3.2.1 : Respons spektrum umum ... 24

Gambar 2.3.3.2 : Notasi Metode Time-stepping ... 27

Gambar 3.1-1 : Respons Spektra Percepatan 0,2 Detik (SS) Untuk Daerah Medan ... 33

Gambar 3.1-2 : Respons Spektra Percepatan 1,0 Detik (S1) Untuk Daerah Medan ... 33

Gambar 3.1-3 : Respons Spektra Desain ... 39

Gambar 3.2.2-1 : Respons Spektra Desain dan Respons Spektra Masing-Masing Rekaman Gempa Sebelum Matching ... 42

(13)

Gambar 3.2.3 : Percepatan Puncak (PGA) Untuk Daerah

Medan ... 46

Gambar 4.2-1 : Beban Mati Pada Struktur Potongan Arah

Memanjang ... 61

Gambar 4.2-2 : Beban Hidup Pada Struktur Potongan Arah

Memanjang ... 61

Gambar 4.2-3 : Beban Mati Pada Struktur Potongan Arah

Melintang ... 62

Gambar 4.2-4 : Beban Hidup Pada Struktur Potongan Arah

Melintang ... 63

Gambar 4.4.1-1 : Perpindahan Maksimum Analisis Time History

Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang .... 66

Gambar 4.4.1-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Gambar 4.4.1-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Memanjang ... 68

Gambar 4.4.1-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Memanjang ... 69

Gambar 4.4.1-5 : Percepatan Lantai Maksimum Analisis Time History

Gambar 4.4.1-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History

(14)

Gambar 4.4.1-7 : Momen Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.1-8 : Momen Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.1-9 : Geser Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.1-10: Geser Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.1-11: Normal Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.1-12: Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.2-1 : Perpindahan Maksimum Analisis Time History

Gambar 4.4.2-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Gambar 4.4.2-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Melintang ... 80

Gambar 4.4.2-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Melintang ... 81

Gambar 4.4.2-5 : Percepatan Lantai Maksimum Analisis Time History

(15)

Gambar 4.4.2-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History

Gambar 4.4.2-7 : Momen Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.2-8 : Momen Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.2-9 : Geser Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.2-10: Geser Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.2-11: Normal Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.2-12: Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

(16)

Daftar Notasi

IA : intensitas Arias (cm/s)

ag(t) : percepatan tanah dasar (g)

td : durasi total rekaman gempa (s)

g : gravitasi (cm/s2)

V : geser dasar seismik (kg)

Cs : koefisien respons seismik

W : berat seismik efektif

R : faktor modifikasi respons

Cd : faktor pembesaran defleksi

Ω0 : faktor kuat-lebih sistem

Ie : faktor keutamaan gempa

SDS : parameter percepatan spektrum respons desain dalam

rentang perioda pendek

SD1 : parameter percepatan spektrum respons desain pada

perioda 1,0 detik

T : perioda fundamental

Ta : perioda fundamental pendekatan

Cu : koefisien untuk batas atas pada perioda yang dihitung

Ct dan x : parameter perioda pendekatan

hn : tinggi struktur (m)

(17)

AB : luas dasar struktur, m2

Ai : luas badan dinding geser “i” (m2)

Di : panjang dinding geser “i” (m)

hi : tinggi dinding geser “i” (m)

Fx : gaya lateral struktur (kN)

Cvx : faktor distribusi vertikal

δx : defleksi pusat massa di tingkat x

δxe : defleksi pada lokasi yang disyaratkan yang ditentukan dengan

analisis elastis

∆ : simpangan antar lantai desain

∆a : simpangan antar lantai izin

SS : parameter respons spektra percepatan gempa pada perioda

pendek 0,2 detik di batuan dasar

S1 : parameter respons spektra percepatan gempa pada perioda 1

detik di batuan dasar

SMS : parameter spektrum respons percepatan pada perioda pendek

(18)

Fa : koefisien periode pendek 0,2 detik

Fv : kofisien periode pendek 1,0 detik

SPGA : nilai PGA di batuan dasar

FPGA : faktor amplifikasi untuk PGA

PGAM : nilai percepatan puncak (PGA) di permukaan tanah

berdasarkan klasifikasi site

(19)

ABSTRAK

Gempa merupakan efek dari interaksi lempeng-lempeng yang ada pada

kerak bumi. Saat terjadi gempa, maka pelepasan energi yang merambat ke

permukaan tanah dalam bentuk getaran terjadi secara cepat. Getaran pada

permukaan tanah ini disebut ground motion. Durasi getaran kuat/strong motion

duration (SMD) berbeda dengan durasi gempa. Durasi SMD dibatasi oleh suatu

nilai ambang batas. Biasanya nilai puncak percepatan tanah (PGA) atau Intensitas

Arias.

Umumnya terdapat empat pengertian dari strong motion duration, yaitu:

(1) bracketed duration, (2) uniform duration, (3) significant duration, dan (4)

effective duration. Namun, pengertian yang paling sering digunakan dalam

memahami dan menggambarkan durasi getaran kuat adalah significant duration.

Significant duration merupakan rentang durasi antara 5%-95% (T5-T95) dari

kumulatif energi yang ditentukan dengan persentase Intensitas Arias. Durasi ini

mencakup kumulatif energi sebesar 90%. Defenisi ini dikemukakan oleh Trifunac

dan Brady (1975).

Analisis pengaruh strong motion duration menggunakan metode analisis

riwayat waktu (time history analysis) dan proses perhitungan dibantu dengan

software SAP 2000. Rekaman gempa yang dipakai adalah Imperial Valley, Tabas,

Kobe, Northridge, Loma Prieta, dan San Fernando. Persentase strong motion

duration masing-masing rekaman gempa tersebut adalah 53,15%, 50,14%,

47,81%, 42,17%, 34,73%, dan 28,94%.

Dari hasil perhitungan, dapat disimpulkan bahwa strong motion duration

tidak berpengaruh terhadap respons struktur bangunan. Hal ini bisa dilihat dari

besarnya persentase strong motion duration tidak berbanding lurus terhadap

respons struktur bangunan, baik perpindahan, rasio simpangan antar lantai,

percepatan lantai, momen maksimum, geser maksimum ataupun normal

maksimum balok dan kolom struktur bangunan.

(20)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Indonesia termasuk dalam wilayah cincin api yaitu daerah patahan yang

sangat rawan bencana gempa bumi karena posisi geografis Indonesia yang terletak

pada zona tektonik yang sangat aktif. Hal ini karena wilayah Indonesia terletak

pada tiga lempeng besar dunia yaitu, Lempeng Pasifik, Lempeng Indo-Australia,

dan Lempeng Eurasia. Lempeng aktif artinya lempeng yang selalu bergerak dan

saling berinteraksi. Lempeng Pasifik bergerak relatif ke barat, Lempeng

Indo-Australia bergerak relatif ke utara, dan Lempeng Eurasia bergerak relatif ke

tenggara. Interaksi antar lempeng-lempeng ini menempatkan wilayah Indonesia

sebagai wilayah yang sangat rawan terhadap gempa bumi. Selain Indonesia,

beberapa negara rawan gempa bumi yaitu Jepang, Taiwan, China, Filipina,

Selandia Baru, dan Amerika Serikat.

Gambar 1.1 Pertemuan Lempeng Indo-Australia, Lempeng Pasifik, dan

(21)

Gempa bumi telah banyak menelan korban jiwa, kerugian materil dan imateril.

Di Indonesia, sejak tahun 2004 telah terjadi beberapa kali gempa besar, yaitu

gempa Aceh disertai tsunami tahun 2004 (Mw = 9,2), gempa Nias tahun 2005 (Mw

= 8,7), gempa Yogya tahun 2006 (Mw = 6,3), dan gempa Padang tahun 2009 (Mw

= 7,6). Pencegahan kerusakan bangunan akibat gempa dapat dilakukan melalui

proses perencanaan disertai pelaksanaan konstruksi yang baik dengan

memperhitungkan tingkat beban gempa rencana.

Beban gempa merupakan salah satu beban yang diperhitungkan dalam

perencanaan struktur bangunan sesuai SNI 03-1726-2010. Umumnya, beban

gempa dihitung dengan analisis gaya lateral ekivalen menggunakan respon spektra

sesuai zona atau wilayah dimana bangunan tersebut berada. Respon Spektra

merupakan suatu plot yang menunjukkan respon maksimum yang ditimbulkan

oleh getaran bumi pada berbagai frekuensi natural suatu sistem berderajat tunggal.

Pembuatan respon spektra membutuhkan data percepatan tanah yang terjadi akibat

gempa atau yang biasa disebut rekaman gempa. Rekaman gempa dapat kita

peroleh melalui website Pacific Earthquake Engineering Research Center

(http://ngawest2.berkeley.edu/).

1.2Dasar Teori

Gempa merupakan efek dari interaksi lempeng-lempeng yang ada pada kerak

bumi. Saat terjadi gempa, maka pelepasan energi yang merambat ke permukaan

tanah dalam bentuk getaran terjadi secara cepat. Getaran pada permukaan tanah

ini disebut ground motion. Bagaimana pergerakan ground motion dapat diketahui

dari rekaman gempa yang tercatat pada alat pencatat gempa. Rekaman gempa

biasanya berbentuk riwayat waktu (time history) terhadap percepatan, kecepatan

dan perpindahan ground motion.

Dalam analisis dinamika struktur, terdapat karakeristik dari getaran tanah

(ground motion) akibat gempa, yaitu: (1) nilai puncak dasar dari getaran

tanah/amplitudo, meliputi: percepatan puncak dasar/peak ground acceleration

(PGA); kecepatan puncak dasar/peak ground velocity (PGV); perpindahan puncak

dasar/ peak ground displacement (PGD), (2) kandungan frekuensi (frequency

(22)

Dalam pemilihan rekaman gempa untuk analisa riwayat waktu (time history),

parameter yang sering digunakan adalah magnitudo gempa, jarak sumber gempa

terhadap lokasi rekaman gempa dicatat, kondisi tanah setempat, dan tipe gempa.

Durasi getaran kuat (SMD) tidak termasuk dalam parameter pemilihan rekaman

gempa. Umumnya terdapat empat pengertian dari strong motion duration (SMD),

yaitu: (1) bracketed duration, (2) uniform duration, (3) significant duration, dan

(4) effective duration.

Pada tugas akhir ini, penyusun tertarik untuk mengkaji pengaruh SMD

terhadap respon struktur bangunan. Penyusun menggunakan pengertian significant

duration dalam menganalisa pengaruh durasi getaran kuat/strong motion duration

terhadap respon struktur bangunan.

Gambar 1.2 Significant duration

(Sumber : Bommer and Martinez-Pereira, 1999)

1.3Perumusan Masalah

Dalam tugas akhir ini, penulis akan mengkaji pengaruh SMD rekaman gempa

yang berbeda-beda menggunakan rekaman gempa asli yang dicocokan/matching

dengan respons spektra desain kemudian diskalakan pada PGA site kemudian

membandingkan respons yang terjadi pada bangunan menggunakan software

(23)

1.4Tujuan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini yaitu untuk mengetahui pengaruh SMD

terhadap respons struktur bangunan.

1.5Manfaat

Manfaat dari penulisan tugas akhir ini yaitu menjadi salah satu pertimbangan

dalam merencanakan bangunan tahan gempa pada suatu daerah tertentu

berdasarkan rekaman gempa daerah tersebut.

1.6Pembatasan Masalah

Batasan dalam tugas akhir ini, yaitu:

1. Menggunakan analisis elastis linier (elastic linier analysis)

2. Mengabaikan kandungan frekuensi (frequency content)

3. Tidak memperhitungkan beban angin

4. Pembebanan struktur merujuk pada Pedoman Perencanaan Pembebanan

Untuk Rumah dan Gedung 1987 (PPPURG 1987).

5. Peraturan rujukan SNI 03-1726-2010 dan Peta Hazard Gempa Indonesia

2010

1.7Metodologi Penulisan

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis menggunakan metode studi

literatur, yaitu mencari referensi dari buku-buku dan jurnal yang berhubungan

dengan strong motion duration (SMD) gempa dan menganalisis perhitungan

(24)

STUDI LITERATUR

PENGUMPULAN DATA :

1. _{DATA BANGUNAN}

2. _{REKAMAN GEMPA ASLI}

PEMODELAN STRUKTUR BANGUNAN

ANALISIS STRUKTUR DENGAN METODE ANALISA RIWAYAT WAKTU ( TIME HISTORY ANALYSIS)

MEMBUAT RESPON SPEKTRA

KESIMPULAN DAN SARAN BAGAN PENELITIAN

MENCOCOKAN/MATCHING REKAMAN GEMPA ASLI TERHADAP RESPON SPEKTRA

PENGOLAHAN REKAMAN GEMPA BERDASARKAN SIGNIFICANT DURATION

MENSKALAKAN REKAMAN GEMPA PADA PGA SITE

(25)

1.8Sistematika Penulisan

Penyusunan tugas akhir ini ditulis dalam lima bab. Sistematika penulisannya

adalah sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini memuat latar belakang, dasar teori, perumusan masalah, tujuan,

manfaat, pembatasan masalah, metodologi penulisan, sistematika penulisan dari

tugas akhir ini.

BAB II. STUDI PUSTAKA

Bab ini memuat penjelasan tentang teori durasi getaran kuat/strong motion

duration (SMD) dan metode analisis beban gempa.

BAB III. METODOLOGI ANALISIS

Bab ini memuat tentang pembuatan respon spektra, pengolahan rekaman

gempa dan permodelan struktur bangunan.

BAB IV. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Bab ini memuat tentang perhitungan beban struktur, analisis struktur, kontrol

hasil analisis struktur, respons struktur hasil analisis dan pembahasan.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini memuat kesimpulan dari pembahasan serta saran yang dapat diberikan

(26)

BAB II

STUDI PUSTAKA

2.1Pendahuluan

Durasi gempa adalah total waktu getar saat gelombang gempa tercatat pada

alat pencatat gempa sampai kembali pada kondisi semula. Durasi gempa menjadi

penting untuk dibahas karena pengaruhnya terhadap respon seismik bangunan.

Durasi berkaitan langsung dengan siklus respon struktur bangunan akibat gempa

sebagai penyesuaian dari energi gempa yang telah tersalurkan pada bangunan dari

jumlah energi gempa total.

Durasi getaran kuat/strong motion duration (SMD) berbeda dengan durasi

gempa. Durasi SMD dibatasi oleh suatu nilai ambang batas. Biasanya nilai puncak

percepatan tanah (PGA) atau Intensitas Arias.

2.2Pengertian strong motion duration (SMD)

Umumnya terdapat empat pengertian dari strong motion duration (SMD),

yaitu:

1. Bracketed duration, yaitu rentang durasi antara batas amplitudo rekaman

gempa yang lebih besar dari batas amplitudo yang ditentukan terhadap

durasi total gempa. Bolt (1973) mengusulkan nilai batas amplitudo absolut

0.05 g atau 0.1 g untuk menunjukkan getaran kuat gempa. Pagratis (1995)

mengatakan bracketed duration sangat sensitif terhadap perubahan nilai

ambang batas amplitudo. Hal ini berpengaruh pada durasi yang akan kita

peroleh apabila rekaman gempa diskalakan pada PGA yang berbeda.

Kawashima dan Aizawa (1989) mengenalkan konsep baru yang

mengusulkan nilai batas amplitudo tidak absolut melainkan menyesuaikan

dengan nilai percepatan rekaman gempa secara proposional sehingga

masih dapat menyesuaikan dengan rekaman gempa yang diskalakan pada

PGA yang berbeda. Kawashima dan Aizawa menyebut konsep ini dengan

(27)

Gambar 2.2-1 Bracketed duration

2. Uniform duration, yaitu kumulatif durasi hanya dari batas amplitudo

rekaman gempa yang lebih besar dari batas amplitudo yang ditentukan

terhadap durasi total gempa. Bolt (1973) mengusulkan nilai batas

amplitudo absolut 0.05 g atau 0.1 g untuk menunjukkan getaran kuat

gempa. Namun data rekaman gempa yang diasumsikan kuat tidak

diperoleh secara bersambung. Dan nilai batas amplitudo yang absolut

mengalami kendala yang sama dengan bracketed duration.

Gambar 2.2-2 Uniform duration

(28)

3. Significant duration, yaitu rentang durasi antara 5%-95% (T5-T95) dari

kumulatif energi yang ditentukan dengan persentase Intensitas Arias.

Durasi ini mencakup kumulatif energi sebesar 90%. Defenisi ini

dikemukakan oleh Trifunac dan Brady (1975). Rumus untuk menentukan

Intensitas Arias adalah:

Dimana:

IA : Intensitas Arias

ag(t) : percepatan tanah dasar

td : durasi total rekaman gempa

g : percepatan gravitasi

Penggambaran grafik berdasarkan energi dan waktu dari rekaman getaran

kuat gempa dikenal dengan Husid plot. Penggambaran grafik berdasarkan

Intensitas Arias dan waktu dikemukakan oleh Husid (1969).

Gambar 2.2-3 Significant duration

4. Effective Duration, yaitu rentang durasi antara Intensitas Arias sebesar

0,01 m/s sampai selisih Intensitas Arias sebesar 0,125 m/s dengan

Intensitas Arias puncak. Definisi ini dikemukakan oleh Bommer dan

(29)

Gambar 2.2-4 Effective duration

Dari keempat pengertian durasi getaran kuat/strong motion duration (SMD)

yang telah dipaparkan, pengertian yang paling sering digunakan dalam memahami

dan menggambarkan durasi getaran kuat adalah significant duration.

2.3Metode analisis beban gempa

Beban gempa adalah beban luar yang bekerja pada struktur bangunan dengan

arah tegak lurus dengan ketinggian bangunan sebagai akibat dari pergerakan tanah

yang disebabkan oleh gempa bumi. Dalam analisis beban gempa, terdapat tiga

metode analisis yaitu metode statik ekivalen, metode ragam spektrum respons dan

metode riwayat waktu.

2.3.1Metode analisis statik ekivalen

Dalam metode statik ekivalen, beban gempa yang terjadi akibat pergerakan

tanah diekivalenkan menjadi gaya lateral statik tegak lurus tehadap pusat massa

tiap lantai bangunan. Besaran beban gempa metode statik ekivalen tergantung dari

beberapa faktor, antara lain: massa struktur, perioda getar empiris struktur, faktor

keutamaan gempa, faktor reduksi gempa, sistem struktur, faktor redundansi,

wilayah gempa, dan jenis tanah.

Beberapa batasan dalam penggunaan metode statik ekuivalen:

1.Berlaku hanya untuk struktur regular (ketinggian tidak lebih dari 40 meter

atau 10 tingkat) dengan T < 3,5Ts. (Ts = SD1/SDS)

2.Kekakuan tingkat-tingkat yang berdekatan tidak berbeda lebh dari 30%.

3.Kekuatan tingkat-tingkat yang berdekatan tidak berbeda lebh dari 20%.

(30)

Jika batasan tersebut dilanggar maka digunakaan analisis dinamik.

(Konsep SNI Gempa 2010, Prof. Iswandi Imran, PhD)

2.3.1.1Prosedur gaya lateral ekivalen

1.Geser dasar seismik, V.

Persamaan untuk menentukan geser dasar seismik, V adalah sebagai

berikut:

V = CsW

Keterangan :

Cs : koefisien respons seismik.

W : berat seismik efektif.

a.Koefisien respons seismik, Cs.

Persamaan untuk menentukan koefisien respons seismik, Cs adalah sebagai

berikut:

Keterangan:

SDS : parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang perioda

pendek.

R : faktor modifikasi respons.

Ie : faktor keutamaan gempa.

Nilai Cs tidak perlu melebihi persamaan berikut ini:

Dan harus tidak kurang dari persamaan berikut ini:

(31)

Sebagai tambahan, untuk struktur yang berlokasi di daerah dengan S1

sama dengan atau lebih besar dari 0,6g, maka Cs harus tidak kurang dari:

Keterangan:

SD1 : parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda 1,0 detik

R : faktor modifikasi respons.

Ie : faktor keutamaan gempa.

T : perioda fundamental struktur (detik).

S1 : parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan.

b.Berat seismik efektif, W.

Berat seismik efektif struktur, W, harus menyertakan seluruh beban mati

dan beban lainnya yang terdaftar di bawah ini:

Dalam daerah yang digunakan untuk penyimpanan: minimum sebesar

25 persen beban hidup lantai (beban hidup lantai di garasi publik dan

struktur parkiran terbuka, serta beban penyimpanan yang tidak melebihi

5 persen dari berat seismik efektif pada suatu lantai, tidak perlu

disertakan);

Jika ketentuan untuk partisi disyaratkan dalam desain beban lantai:

diambil sebagai yang terbesar di antara berat partisi aktual atau berat

daerah lantai minimum sebesar 0,48 kN/m2;

Berat operasional total dari peralatan yang permanen;

Berat lansekap dan beban lainnya pada taman atap dan luasan sejenis

(32)

Tabel 2.3.1.1-1 Faktor R, Cd, dan Ω0 Untuk Sistem Penahan Gaya Gempa

14.Dinding geser batu bata ringan (AAC) polos

biasa

1,5 2,5 1,5 TB TI TI TI TI

15.Dinding rangka ringan (kayu) dilapisi

dengan panel struktur kayu yang ditujukan

untuk tahanan geser, atau dengan lembaran

dingin) menggunakan bresing strip datar

4 2 3,5 TB TB 20 20 20

B.Sistem rangka bangunan

1.Rangka baja dengan bresing eksentris 8 2 4 TB TB 48 48 30

2.Rangka baja dengan bresing konsentris

khusus

6 2 5 TB TB 48 48 30

biasa

(33)

Tabel 2.3.1.1-1 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk sistem penahan gaya gempa (lanjutan)

dimaksudkan untuk tahanan geser

7 2,5 4,5 TB TB 22 22 22

23.Dinding rangka ringan (baja canai dingin)

yang dilapisi dengan panel struktur kayu

yang dimaksudkan untuk tahanan geser,

atau dengan lembaran baja

7 2,5 4,5 TB TB 22 22 22

24.Dinding rangka ringan dengan panel geser

dari semua material lainnya

2,5 2,5 2,5 TB TB 10 TB TB

25.Rangka baja dengan bresing terkekang

terhadap tekuk

8 2,5 5 TB TB 48 48 30

(34)

C.Sistem rangka pemikul momen

1.Rangka baja pemikul momen khusus 8 3 5,5 TB TB TB TB TB

2.Rangka batang baja pemikul momen khusus 7 3 5,5 TB TB 48 30 TI

3.Rangka baja pemikul momen menengah 4,5 3 4 TB TB 10 TI TI

4.Rangka baja pemikul momen biasa 3,5 3 3 TB TB TI TI TI

5.Rangka beton bertulang pemikul momen

khusus

8 3 5,5 TB TB TB TB TB

menengah

5 3 4,5 TB TB TI TI TI

biasa

paling sedikit 25 persen gaya gempa yang

ditetapkan

1.Rangka baja dengan bresing eksentris 8 2,5 4 TB TB TB TB TB

(35)

12.Rangka baja dengan bresing terkekang

terhadap tekuk

8 2,5 5 TB TB TB TB TB

13.Dinding geser pelat baja khusus 8 2,5 6,5 TB TB TB TB TB

E.Sistem ganda dengan rangka pemikul

momen menengah mampu menahan

paling sedikit 25 persen gaya gempa yang

ditetapkan

khusus

F. Sistem interaktif dinding geser-rangka

dengan rangka pemikul momen beton

bertulang biasa dan dinding geser beton

bertulang biasa

4,5 2,5 4 TB TI TI TI TI

G. Sistem kolom kantilever didetail untuk

memenuhi persyaratan untuk:

1.Sistem kolom baja dengan kantilever khusus 2,5 1,25 2,5 10 10 10 10 10

2.Sistem kolom baja dengan kantilever biasa 1,25 1,25 1,25 10 10 TI TI TI

khusus

(36)

menengah

1,5 1,25 1,5 10 10 TI TI TI

biasa

1 1,25 1 10 TI TI TI TI

6.Rangka kayu 1,5 1,5 1,5 10 10 10 TI TI

H. Sistem baja tidak didetail secara khusus

untuk ketahanan seismik, tidak termasuk

sistem kolom kantilever

3 3 3 TB TB TI TI TI

Catatan : R mereduksi gaya sampai tingkat kekuatan, bukan tingkat tegangan izin

Keterangan:

R : koefisien modifikasi respons Ω0 : faktor kuat-lebih sistem

Cd : faktor pembesaran defleksi

TB : Tidak Dibatasi

TI : Tidak Diizinkan

Tabel 2.3.1.1-2 Faktor Keutamaan Gempa

Kategori risiko Faktor keutamaan gempa (Ie)

I atau II 1,0

III 1,25

IV 1,50

2.Perioda fundamental, T.

Perioda fundamental struktur, T, tidak boleh melebihi hasil koefisien

untuk batasan atas pada perioda yang dihitung (Cu) dan perioda

fundamental pendekatan (Ta). Sebagai alternatif pada pelaksanaan analisis

untuk menentukan perioda fundamental struktur, T, diizinkan secara

(37)

Perioda fundamental pendekatan (Ta), dalam detik, harus ditentukan

Tabel 2.3.1.1-3 Nilai Parameter Perioda Pendekatan Ct dan x

Tipe struktur Ct x

Sistem rangka pemikul momen di mana rangka

memikul 100 persen gaya gempa yang

disyaratkan dan tidak dilingkupi atau

dihubungkan dengan komponen yang lebih kaku

dan akan mencegah rangka dari defleksi jika

dikenai gaya gempa:

Rangka baja pemikul momen 0,0724 0,8

Rangka beton pemikul momen 0,0466 0,9

Rangka baja dengan bresing eksentris 0,0731 0,75

Rangka baja dengan bresing terkekang terhadap

tekuk

0,0731 0,75

Semua sistem struktur lainnya 0,0488 0,75

Tabel 2.3.1.1-4 Koefisien Untuk Batas Atas Perioda Yang Dihitung

Parameter percepatan respons

spektral desain pada 1 detik, SD1

(38)

Alternatif lain untuk menghitung periode fundamental pendekatan (Ta),

untuk struktur dengan ketinggian tidak lebih dari 12 tingkat dan tinggi

tingkat minimal 3 meter adalah:

a.Untuk sistem rangka pemikul momen:

Ta = 0,1N

Keterangan:

N : jumlah tingkat

b.Untuk sistem dinding geser:

Persamaan untuk menghitung Cw adalah sebagai berikut:

Keterangan:

AB : luas dasar struktur, m2

Ai : luas badan dinding geser “i”, m2

Di : panjang dinding geser “i”, m

hi : tinggi dinding geser “i”, m

x : jumlah dinding geser dalam bangunan yang efektif dalam menahan

gaya lateral dalam arah yang ditinjau.

Pemilihan perioda fundamental, T.

Jika didapat nilai T yang lebih akurat dari bantuan software komputer (Tc),

maka:

Jika Tc > Cu Ta , gunakan T = Cu Ta

Jika Ta < Tc < Ta Cu , gunakan T = Tc

(39)

3.Distribusi vertikal gaya gempa

Cvx : faktor distribusi vertikal

V : gaya lateral desain total atau geser di dasar struktur (kN)

wi dan wx : bagia berat seismik efektif total struktur (w) yang

ditempatkan atau dikenakan pada tingkat i atau x

hi dan hx : tinggi (m) dari dasar sampai tingkat i atau x

k : eksponen yang terkait dengan perioda struktur sebagai

berikut:

untuk struktur yang mempunyai perioda sebesar 0,5 detik

atau kurang, k = 1

untuk struktur yang mempunyai perioda sebesar 2,5 detik

atau lebih, k = 2

untuk struktur yang mempunyai perioda antara 0,5 dan

2,5 detik, k harus sebesar 2 atau harus ditentukan dengan

interpolasi linier antara 1 dan 2

4.Simpangan antar lantai

Penentuan simpangan antar lantai tingkat desain (∆) harus dihitung sebagai perbedaan defleksi pada pusat massa di tingkat teratas dan

terbawah yang ditinjau. Apabila pusat massa tidak terletak segaris dalam

arah vertikal, diizinkan untuk menghitung defleksi di dasar tingkat

(40)

pusat massa di tingkat x (δx) (mm) harus ditentukan sesuai dengan

persamaan berikut:

Keterangan:

Cd : faktor pembesaran defleksi sesuai Tabel 2.3.1.1-1

δxe : defleksi pada lokasi yang disyaratkan yang ditentukan dengan

analisis elastis

Ie : faktor keutamaan gempa

Gambar 2.3.1.1 Penentuan Simpangan Antar Lantai

(41)

Simpangan antar lantai tingkat desain (∆) tidak boleh melebihi simpangan antar lantai tingkat izin (∆a) pada Tabel 2.3.1.1-5 untuk semua tingkat.

Tabel 2.3.1.1-5 Simpangan Antar Lantai Izin (∆a)

Struktur Kategori Resiko

I atau II III IV

Struktur, selain dari struktur dinding geser

batu bata, 4 tingkat atau kurang dengan

dinding interior, partisi, langit-langit dan

sistem dinding eksterior yang telah didesain

untuk mengakomodasi simpangan antar

lantai tingkat.

0,025hsx 0,020hsx 0,015hsx

Struktur dinding geser kantilever batu bata 0,010hsx 0,010hsx 0,010hsx

Struktur dinding geser batu bata lainnya 0,007hsx 0,007hsx 0,007hsx

Semua struktur lainnya 0,020hsx 0,015hsx 0,010hsx

Keterangan:

hsx : tinggi tingkat di bawah tingkat x

2.3.2Metode analisis ragam spektrum respons

Dalam metode analisis ragam spektrum respons, analisis harus dilakukan

untuk menentukan ragam getar alami untuk struktur. Analisis harus menyertakan

jumlah ragam yang cukup untuk mendapatkan partisipasi massa ragam

terkombinasi sebesar paling sedikit 90 persen dari massa aktual dalam

masing-masing arah horizontal ortogonal dari respons yang ditinjau oleh model.

Nilai untuk masing-masing parameter yang ditinjau, yang dihitung untuk

berbagai ragam, harus dikombinasikan menggunakan metoda akar kuadrat jumlah

kuadrat (SRSS) atau metoda kombinasi kuadrat lengkap (CQC). Metoda CQC

harus digunakan untuk masing-masing nilai ragam dimana ragam berjarak dekat

(42)

2.3.2.1Prosedur analisis ragam spektrum respons:

2.Tentukan jumlah ragam yang akan digunakan pada analisis. Gunakan

jumlah ragam yang cukup agar mencapai minimal 90% massa total di

masing-masing arah.

3.Dengan menggunakan respons spektrum umum, hitung percepatan

spektral untuk masing-masing ragam yang berkontribusi.

4.Kalikan percepatan spektral dengan faktor partisipasi ragam dan dengan

(Ie/R).

5.Hitung perpindahan untuk masing-masing ragam.

6.Hitung gaya elemen untuk masing-masing ragam.

7.Kombinasikan perpindahan ragam secara statistik (SRSS atau CQC) untuk

menentukan perpindahan sistem.

8.Kombinasikan gaya-gaya komponen secara statistik (SRSS atau CQC)

untuk menentukan gaya rencana.

9.Jika geser dasar desain dari analisis ragam (di masing-masing arah) kurang

dari 85% geser dasar yang dihitung menggunakan metode statik ekivalen

(dengan batasan T = Ta Cu), maka gaya elemen yang dihasilkan dari

analisis ragam harus diskalakan sedemikian hingga geser dasar tersebut =

0,85 kali geser dasar metode statik ekivalen.

10.Tambahkan torsi tak terduga.

11.Untuk perhitungan drif, kalikan hasil analisis ragam (tanpa perlu

penskalaan 85%) dengan Cd/Ie.

(43)

Gambar 2.3.2.1 Respons Spektrum Umum

2.3.3Metode analisis riwayat waktu (Time History Analysis)

Dalam metode analisis riwayat waktu, terdapat dua bentuk analisis, yaitu

analisis respons riwayat waktu linier dan analisis respons riwayat waktu nonlinier.

Namun pada tulisan ini hanya akan memaparkan analisis metode analisis riwayat

waktu linier.

2.3.3.1Metode analisis riwayat waktu linier

Analisis respons riwayat waktu linier harus terdiri dari analisis model

matematis linier suatu struktur untuk menentukan responsnya melalui metoda

integrasi numerik terhadap kumpulan riwayat waktu percepatan gerak tanah yang

kompatibel dengan spektrum respons desain untuk situs yang bersangkutan.

Untuk setiap gerak tanah yang dianalisis, parameter-parameter respons

individual harus dikalikan dengan besaran skalar berikut: parameter respons gaya

harus dikalikan dengan Ie/R; besaran simpangan antar lantai harus dikalikan

dengan Cd/R; dan gaya geser dasar maksimum hasil analisis harus lebih besar atau

sama dengan 85% gaya geser dasar statik. Analisis respons riwayat waktu linier

(44)

dimensi. Paling sedikit tiga gerak tanah yang sesuai harus digunakan dalam

analisis. Gerak tanah yang digunakan harus memenuhi persyaratan berikut:

1.Analisis dua dimensi

Apabila analisis dua dimensi dilakukan maka setiap gerak tanah

harus terdiri dari riwayat waktu percepatan tanah horizontal yang diseleksi

dari rekaman gempa aktual. Percepatan tanah yang sesuai harus diambil

dari rekaman peristiwa gempa yang memiliki magnitudo, jarak patahan,

dan mekanisme sumber gempa yang konsisten dengan hal-hal yang

mengontrol ketentuan gempa maksimum yang dipertimbangkan. Apabila

jumlah rekaman gerak tanah yang sesuai tidak mencukupi maka harus

digunakan rekaman gerak tanah buatan untuk menggenapi jumlah total

yang dibutuhkan. Gerak-gerak tanah tersebut harus diskalakan sedemikian

rupa sehingga nilai rata-rata spektrum respons dengan redaman 5 persen

dari semua gerak tanah yang sesuai di situs tersebut tidak boleh kurang

dari spektrum respons desain setempat untuk rentang perioda dari 0,2T

hingga 1,5T, dimana T adalah perioda getar alami struktur dalam ragam

getar fundamental untuk arah respons yang dianalisis.

2.Analisis tiga dimensi

Apabila analisis tiga dimensi dilakukan maka gerak tanah harus

terdiri dari sepasang komponen percepatan tanah horizontal yang sesuai,

yang harus diseleksi dan diskalakan dari rekaman peristiwa gempa

individual. Gerak tanah yang sesuai harus diseleksi dari

peristiwa-peristiwa gempa yang memiliki magnitudo, jarak patahan, dan mekanisme

sumber gempa yang konsisten dengan hal-hal yang mengontrol ketentuan

gempa maksimum yang dipertimbangkan. Apabila jumlah pasangan gerak

tanah yang sesuai tidak mencukupi maka harus digunakan pasangan gerak

tanah buatan untuk menggenapi jumlah total yang dibutuhkan. Untuk

setiap pasang komponen gerak tanah horizontal, suatu spektrum SRSS

harus dibuat dengan mengambil nilai SRSS dari spektrum respons dengan

5 persen faktor redaman untuk komponen-komponen gerak tanah yang

(45)

setiap komponen dari suatu pasangan gerak tanah). Setiap pasang

gerak-gerak tanah tersebut harus diskalakan sedemikian rupa sehingga pada

rentang perioda dari 0,2T hingga 1,5T, nilai rata-rata spektrum SRSS dari

semua pasang komponen horizontal tidak boleh kurang dari nilai ordinat

terkait pada spektrum respons yang digunakan dalam desain.

Untuk situs yang berada dalam jarak 5 km dari patahan aktif yang

menjadi sumber bahaya gempa, setiap pasangan komponen gerak tanah

harus dirotasikan ke arah normal-patahan dan arah sejajar-patahan sumber

gempa dan harus diskalakan sedemikian rupa sehingga nilai rata-rata

komponen normal patahan tidak kurang dari spektrum respons gempa

MCER (Maximum Considered Earthquake) untuk rentang perioda dari

0,2T hingga 1,5T.

2.3.3.2Evaluasi Respons Dinamik Dengan Metode Numerik

Getaran tanah yang terjadi akibat gempa sangat bervariasi dan acak. Oleh

sebab itu, untuk menganalisa respons yang terjadi dibutuhkan suatu metode

numerik yang mendekati getaran tanah tersebut. Metode ini disebut metode

time-stepping. Untuk sistem inelastis persamaan getaran adalah sebagai berikut:

atau

Nilai gaya menyesuaikan dengan getaran tanah, sehingga memberikan

persamaan sampai N dengan interval waktu:

Maka, persamaan saat waktu i, menjadi:

Dimana adalah gaya perlawanan pada waktu i; untuk sistem

elastis linier. Pada saat interval waktu i+1, maka persamaan menjadi:

(46)

Gambar 2.3.3.2 Notasi Metode Time-stepping

Beberapa metode analisis berdasarkan metode time-stepping adalah Central

Difference Method dan Newmark’s-β Method. Prosedur analisis Central

Difference Method dan Newmark’s-β Method adalah sebagai berikut:

Central Difference Method

1. Perhitungan awal

2. Perhitungan setiap riwayat waktu, i

(47)

Newmark’s-β Method

- Average Acceleration

Linear Acceleration

1. Perhitungan awal

(48)

2. Perhitungan setiap riwayat waktu, i

3. Ulangi langkah 2.1 – 2.5 untuk waktu selanjutnya

Keterangan:

: perpindahan : massa

: kecepatan : kekakuan

: percepatan : redaman

: gaya luar : waktu

Dalam tugas akhir ini, digunakan metode analisis riwayat waktu linier

(analisis dua dimensi). Gerak tanah untuk analisis dipilih rekaman gempa yang

sudah dikenal luas seperti Imperial Valley, Loma Prieta, Kobe, Northridge, San

Fernando dan Tabas. Rekaman gempa terlebih dahulu diolah sedemikian rupa

sebelum digunakan dalam tahapan analisis dan penentuan significant duration.

Tahapan pengolahan rekaman gempa adalah sebagai berikut:

mencocokan/matching rekaman gempa pada Respons Spektra Desain

menggunakan software seismomatch, selanjutnya rekaman gempa hasil

pencocokan/matching tersebut diskalakan pada PGA site menggunakan software

seismosignal. Rekaman gempa hasil penskalaan pada PGA site inilah yang

digunakan dalam tahapan analisis dengan software SAP2000 dan penentuan

(49)

BAB III

METODOLOGI ANALISIS

3.1Pembuatan Respons Spektra Desain

1. Data-data yang ditentukan:

Jenis bangunan : gedung perkantoran

Lokasi : Medan

Jenis tanah : tanah lunak

2. Menentuan kategori resiko bangunan

Pada Tabel 3.1-1, kategori resiko bangunan untuk gedung perkantoran

adalah II

Tabel 3.1-1 Kategori Resiko Bangunan

Jenis pemanfaatan Kategori

risiko

Gedung dan struktur lainnya yang memiliki risiko rendah terhadap

jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak

dibatasi untuk:

Fasilitas pertanian, perkebunan, peternakan, dan perikanan

Fasilitas sementara

Gudang penyimpanan

Rumah jaga dan struktur kecil lainnya

I

Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam

kategori I,III,IV, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:

Perumahan

Rumah toko dan rumah kantor

Pasar

Gedung perkantoran

(50)

Gedung apartemen/ Rumah susun

Pusat perbelanjaan/ Mall

Bangunan industri

Fasilitas manufaktur

Pabrik

Gedung dan struktur lainnya yang memiliki risiko tinggi terhadap

jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak

dibatasi untuk:

Bioskop

Gedung pertemuan

Stadion

Fasilitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit

gawat darurat

Fasilitas penitipan anak

Penjara

Bangunan untuk orang jompo

Gedung dan struktur lainnya, tidak termasuk kedalam kategori

risiko IV, yang memiliki potensi untuk menyebabkan dampak

ekonomi yang besar dan/atau gangguan massal terhadap

kehidupan masyarakat sehari-hari bila terjadi kegagalan, termasuk,

tapi tidak dibatasi untuk:

Pusat pembangkit listrik biasa

Fasilitas penanganan air

Fasilitas penanganan limbah

Pusat telekomunikasi

Gedung dan struktur lainnya yang tidak termasuk dalam kategori

risiko IV, (termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk fasilitas

manufaktur, proses, penanganan, penyimpanan, penggunaan atau

tempat pembuangan bahan bakar berbahaya, bahan kimia

(51)

3. Menentukan faktor keutamaan gempa

Pada Tabel 3.1-2, faktor keutamaan gempa untuk kategori risiko bangunan

II adalah 1,0.

berbahaya, limbah berbahaya, atau bahan yang mudah meledak)

yang mengandung bahan beracun atau peledak di mana jumlah

kandungan bahannya melebihi nilai batas yang disyaratkan oleh

instansi yang berwenang dan cukup menimbulkan bahaya bagi

masyarakat jika terjadi kebocoran.

Gedung dan struktur lainnya yang ditunjukkan sebagai fasilitas

yang penting, termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk:

Bangunan-bangunan monumental

Gedung sekolah dan fasilitas pendidikan

Rumah sakit dan fasilitas kesehatan lainnya yang memiliki

fasilitas bedah dan unit gawat darurat

Tempat perlindungan terhadap gempa bumi, angin badai,

dan tempat perlindungan darurat lainnya

Fasilitas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi dan

fasilitas lainnya untuk tanggap darurat

Pusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang

dibutuhkan pada saat keadaan darurat

Struktur tambahan (termasuk menara telekomunikasi, tangki

penyimpanan bahan bakar, menara pendingin, struktur

stasiun listrik, tangki air pemadam kebakaran atau struktur

rumah atau struktur pendukung air atau material atau

peralatan pemadam kebakaran) yang disyaratkan untuk

beroperasi pada saat keadaan darurat

Gedung dan struktur lainnya yang dibutuhkan untuk

mempertahankan fungsi struktur bangunan lain yang masuk ke

dalam kategori risiko IV.

(52)

Tabel 3.1-2 Faktor Keutamaan Gempa

Kategori risiko Faktor keutamaan gempa (Ie)

I atau II 1,0

III 1,25

IV 1,50

4. Menentukan SS dan S1 dari peta gempa

Gempa rencana ditetapkan sebagai gempa dengan kemungkinan terlewati

besarannya selama umur struktur bangunan 50 tahun adalah sebesar 2

persen (gempa 2500 tahun). Pada Gambar 3.1-1 dan 3.1-2 didapat SS = 0,5g

dan S1 = 0,3g.

Gambar 3.1-1 Respons Spektra Percepatan 0,2 Detik (SS) Untuk Daerah

Medan

Gambar 3.1-2 Respons Spektra Percepatan 1,0 Detik (S1) Untuk Daerah

(53)

Keterangan:

SS : parameter respons spektra percepatan gempa pada perioda pendek

0,2 detik di batuan dasar mengacu pada Peta Gempa Indonesia 2010

S1 : parameter respons spektra percepatan gempa pada perioda 1 detik di

batuan dasar mengacu pada Peta Gempa Indonesia 2010

5. Menentukan klasifikasi site

Pada Tabel 3.1-3, tanah lunak termasuk dalam klasifikasi site E

Tabel 3.1-3 Klasifikasi site

Klasifikasi site

Profil tanah rata-rata untuk lapisan 30 m teratas

Vs (m/dt) N Su (kPa)

ketebalan lebih dari 3m dengan karakteristik

sebagai berikut:

Indeks plastisitas, PI > 20, Kadar air (w) ≥ 40%, dan

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 sensitif, tanah tersementasi lemah

Lempung organik tinggi dan/atau gambut

(54)

Analysis) Plastisitas tinggi (ketebalan H > 7,5m dengan

PI > 75)

Lapisan lempung lunak/medium kaku

dengan ketebalan H > 35m

Keterangan :

Vs : kecepatan rambat gelombang geser rata-rata pada regangan geser

yang kecil, di dalam lapisan 30m teratas

N : tahanan penetrasi standar (N SPT) rata-rata dalam lapisan 30m

teratas

Su : kuat geser niralir rata-rata di dalam lapisan 30m teratas

N/A : tidak dapat dipakai

Tabel 3.1-4 Koefisien Perioda Pendek 0,2 Detik (Fa)

(55)

Tabel 3.1-5 Koefisien Perioda 1,0 Detik (Fv)

detik. SD1 adalah respons spektra percepatan desain untuk perioda 1,0 detik.

Rumus untuk menentukan nilai SDS dan SD1 adalah

SDS = x SMS

SD1 = x SM1

Nilai SMS dan SD1 dapat ditentukan dari rumus berikut ini:

SMS = Fa x SS

SM1 = Fv x S1

Maka, rumus untuk menentukan nilai SDS dan SD1 menjadi:

SDS = x Fa x SS

SD1 = x Fv x S1

Dari langkah sebelumnya telah didapat nilai

SS : 0,5g Fa : 1,7

(56)

Maka, didapat nilai SDS dan SD1 menjadi:

SDS = x 1,7 x 0,5g = 0,5667g

SD1 = x 2,8 x 0,3 = 0,56g

8. Respons Spektra Desain

Respons spektra desain dapat digambarkan dengan mengikuti ketentuan

berikut ini:

Untuk perioda lebih kecil dari T0, respons spektra percepatan, Sa

didapatkan dari persamaan:

Sa = SDS

Untuk perioda lebih besar atau sama dengan T0, dan lebih kecil atau sama

dengan Ts, respons spektra percepatan, Sa adalah sama dengan SDS.

Untuk perioda lebih besar dari Ts, respons spektra percepatan, Sa

didapatkan dari persamaan berikut:

Sa =

Keterangan:

T0 : 0,2 Ts

(57)

(58)

Tabel 3.1-6 Nilai Respons Spektra Desain (Lanjutan)

(59)

3.2Pengolahan Rekaman Gempa 3.2.1Rekaman Gempa Asli

Dalam tugas akhir ini digunakan enam buah rekaman gempa asli bersumber

dari http://ngawest2.berkeley.edu/, yaitu:

Nama Gempa Stasiun Magnitudo

Imperial Valley-06 Delta 6,53

Loma Prieta APEEL 2 - Redwood City 6,93

Kobe Abeno 6,9

Northridge-01 Anaheim – W Ball Rd 6,69

San Fernando 2516 Via Tejon PV 6,61

Tabas Dayhook 7,35

Akselerogram masing-masing rekaman gempa ditampilkan dalam gambar

berikut ini:

1. Imperial Valley ( T = 99,92detik , PGA = 0,34970g )

(60)

3. Kobe ( T = 99,92detik , PGA = 0,23091g )

4. Northridge ( T = 34,95detik , PGA = 0,06661g )

(61)

6. Tabas ( T = 10,47 detik , PGA = 0,40937g )

3.2.2Pencocokan/Matching Rekaman Gempa Asli pada Respons Spektra Desain

Pencocokan/Matching rekaman gempa asli pada respons spektra desain

menggunakan software seismomatch.

Gambar 3.2.2-1 Respons Spektra Desain dan Respons Spektra Masing-Masing

(62)

Gambar 3.2.2-2 Respons Spektra Desain dan Respons Spektra Masing-Masing

Rekaman Gempa Setelah Matching

Akselerogram masing-masing rekaman gempa setelah cocok/matching pada

respons spektra desain dapat dilihat sebagai berikut:

(63)

2. Loma Prieta ( T = 71,89detik , PGA = 0,29751g )

3. Kobe ( T = 99,92detik , PGA = 0,28009g )

(64)

5. San Fernando ( T = 99,92detik , PGA = 0,22723g )

6. Tabas ( T = 10,47 detik , PGA = 0,36552g )

3.2.3Penskalaan PGA Rekaman Gempa pada PGA site (PGAM)

Sebelum menskalakan PGA rekaman gempa pada PGA site, akan ditentukan

terlebih dahulu PGA site. Untuk daerah Medan, mengacu pada Gambar 3.2.3

didapat SPGA = 0,25g. Untuk SPGA = 0,25g pada tanah lunak (SE), dari hasil

interpolasi mengacu pada Tabel 3.2.3 didapat FPGA = 1,45. Rumus untuk

menentukan PGAM = FPGA x SPGA. Maka, nilai PGAM = 1,45 x 0,25 =

0,3625g. Penskalaan PGA rekaman gempa pada PGA site menggunakan

(65)

Gambar 3.2.3 Percepatan Puncak (PGA) Untuk Daerah Medan

Tabel 3.2.3 Faktor Amplifikasi Untuk PGA (FPGA)

Klasifikasi Site

SPGA : nilai PGA di batuan dasar mengacu pada Peta Gempa Indonesia

2010

FPGA : faktor amplifikasi untuk PGA

PGAM : nilai percepatan puncak (PGA) di permukaan tanah berdasarkan

klasifikasi site

SS : lokasi yang memerlukan investigasi geoteknik dan analisis

respon spesifik

Hasil penskalaan PGA masing-masing rekaman gempa pada PGA site dapat

(66)

1. Imperial Valley ( Scale Factor = 1,532 )

2. Loma Prieta ( Scale Factor = 1,2184 )

3. Kobe ( Scale Factor = 1,2942 )

(67)

5. San Fernando ( Scale Factor = 1,5953 )

6. Tabas ( Scale Factor = 0,9917 )

3.2.4Significant Duration

Significant duration ditentukan dengan persentase 5%-95% dari Intensitas

Arias. Rumus untuk menentukan Intensitas Arias adalah:

Dimana:

IA : Intensitas Arias

ag(t) : percepatan tanah dasar

td : durasi total rekaman gempa

g : percepatan gravitasi

Significant duration didapat dengan bantuan software seismosignal. Hasil

penentuan significant duration dan Intensitas Arias masing-masing rekaman

(68)

1. Imperial Valley (Significant duration = 53,11detik, Intensitas Arias =

7,11 m/s)

Arias Intensity 5,00360% pada detik ke 7,90

(69)

2. Loma Prieta (Significant duration = 24,97 detik, Intensitas Arias = 1,97

m/s)

(70)

3. Kobe (Significant duration = 47,77 detik, Intensitas Arias = 1,59 m/s)

(71)

4. Northridge (Significant duration = 14,74 detik, Intensitas Arias = 2,5

m/s)

(72)

5. San Fernando (Significant duration = 28,92 detik, Intensitas Arias = 2,31

m/s)

(73)

6. Tabas (Significant duration = 5,25 detik, Intensitas Arias = 0,8 m/s)

(74)

Tabel 3.2.4 Rekapitulasi Berbagai Rekaman Gempa Berdasarkan

Significant Duration

3.3Permodelan Struktur 3.3.1 Data Teknis Struktur

Lokasi bangunan : Medan

Jenis bangunan : gedung perkantoran

Konstruksi bangunan : struktur beton bertulang

Sistem struktur : sistem rangka pemikul momen khusus

(75)

3.3.2 Pembebanan Struktur

Pembebanan struktur merujuk pada Pedoman Perencanaan Pembebanan

Untuk Rumah dan Gedung 1987 (PPPURG 1987).

1. Beban mati

Beban mati adalah berat semua bagian dari suatu gedung yang bersifat

tetap, termasuk segala beban tambahan, finishing, mesin-mesin serta

peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari

gedung tersebut. Adapun berat sendiri bahan bangunan dan komponen

gedung yang diperhitungkan dalam tugas akhir ini adalah sebagai

berikut:

Berat jenis beton bertulang : 2400 kg/m3

Berat jenis baja : 7850 kg/m3

Spesi lantai keramik t = 2cm : 42 kg/m2

Penutup lantai keramik : 24 kg/m2

Plafond + penggantung : 20 kg/m2

Mechanical & electrical : 30 kg/m2

2. Beban hidup

Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat pemakaian dan

penghunian suatu gedung, termasuk beban-beban pada lantai yang

berasal dari barang-barang yang dapat berpindah dan/atau beban akibat

air hujan pada atap. Beban hidup yang digunakan pada tugas akhir ini

adalah sebagai berikut:

Beban hidup atap : 100 kg/m2

Beban hidup lantai : 250 kg/m2

3. Beban gempa

Beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang bekerja pada

gedung atau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan

tanah akibat gempa tersebut. Dalam tugas akhir ini, beban gempa

(76)

dengan bantuan software SAP 2000. Rekaman gempa yang dipakai

adalah Imperial Valley, Tabas, Kobe, Northridge, Loma Prieta, dan

San Fernando.

4. Kombinasi beban

Kombinasi beban yang digunakan adalah 1,2D + 1,0E + 1,0L

Keterangan :

D : beban mati

E : beban gempa

L : beban hidup

3.3.3 Gambar Struktur

Gambar struktur yang akan ditampilkan adalah denah bangunan, potongan

arah memanjang dan potongan arah melintang. Masing-masing gambar

tersebut ditampilkan sebagai berikut:

1. Denah bangunan

6x4 meter

(77)

2. Potongan arah memanjang

4x4 meter

6x4 meter

3. Potongan arah melintang

4x4 meter

(78)

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1Perhitungan Beban Struktur

1. Beban gravitasi lantai 1-3

Beban mati

2. Beban gravitasi lantai 4 (atap)

Beban mati

dicocokan/matching pada respons spektra desain kota Medan menggunakan

software Seismomatch kemudian diskalakan pada PGA site kota Medan dengan

(79)

gempa Imperial Valley, Tabas, Kobe, Northridge, Loma Prieta dan San Fernando.

Akselerogram masing-masing rekaman gempa dapat dilihat pada gambar berikut

ini:

4.2Analisis Struktur

Metode analisis yang digunakan adalah analisis respons riwayat waktu linier dua

dimensi. Analisis dilakukan dengan bantuan software SAP 2000 version 17.

Analisis masing-masing arah dapat dilihat sebagai berikut:

1. Analisis potongan arah memanjang

Beban gravitasi

Distribusi beban yang dipikul oleh balok adalah beban segitiga. Hal ini terjadi

karena bentuk setiap pelat adalah persegi. Distribusi beban yang terjadi pada

balok struktur adalah sebagai berikut:

a. Beban mati

- Balok lantai 1-3 (4.04x4) : 16,16 KN/m

- Balok lantai 4 (2.9x4) : 11,6 KN/m

b. Beban hidup

- Balok lantai 1-3 (2,5x4) : 10 KN/m

(80)

Gambar 4.2-1 Beban Mati Pada Struktur Potongan Arah Memanjang

Gambar 4.2-2 Beban Hidup Pada Struktur Potongan Arah Memanjang

Beban gempa

Beban gempa yang diberikan pada struktur adalah rekaman gempa pada bagian