ANALISIS PUSHOVER TERHADAP RESPON STRUKTUR DENGAN MENGGUNAKAN BASE ISOLATOR

10 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Teks penuh

(1)

169

ANALISIS

PUSHOVER

TERHADAP RESPON STRUKTUR DENGAN

MENGGUNAKAN

BASE ISOLATOR

Fitry Hasdanitaa,*, Mochammad Afifuddinb, Muttaqin Muttaqinc

aMagister Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Syiah kuala, Banda Aceh b,cJurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh

*Corresponding author, email address: fitryhasdanita@gmail.com

A R T I C L E I N F O A B S T R A C T

©2018 Magister Teknik Sipil Unsyiah.All rights reserved

1. PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan teknologi khususnya teknologi konstruksi, muncul konsep baru mengenai bangunan tahan gempa. Gagasan dari konsep ini ialah bangunan tahan gempa tidak didesain dengan memperkuat tahanan strukturnya terhadap gaya gempa, melainkan bagaimana cara mereduksi gaya gempa yang bekerja pada bangunan tersebut atau menambah suatu sistem struktur yang dikhususkan untuk menyerap sebagian energi gempa yang masuk kebangunan dan hanya sebagian kecil (sisanya) dipikul oleh komponen struktur bangunan tersebut. Sistem struktur yang mampu mereduksi gaya gempa ini dikenal dengan nama base isolator atau isolasi seismic (Erista D, 2011). Tujuan dari penelitian ini mengevaluasi respon struktur akibat pengaruh penggunaan base isolator pada struktur gedung sebagai alternatif pereduksi beban gempa. Hasil penelitian ini dibandingkan dengan respon struktur fixed base.

Jurnal Arsip Rekayasa Sipil dan Perencanaan (JARSP)

Journal of Archive in Civil Engineering and Planning

E-ISSN: 2615-1340

Journal homepage: http://www.jurnal.unsyiah.ac.id/JARSP/index

ISSN: 2088-9860

Journal homepage: http://jurnal.unsyiah.ac.id/aijst

ISSN: 2088-9860

Journal homepage: http://jurnal.unsyiah.ac.id/aijst

The earthquake-resistant building is a concept in construction technology that is in line with technology evolution. The idea of this earthquake-resistant concept is to reduce the seismic force that might work to the building structure instead of strengthening the structure itself. The structural component for reducing the earthquake force is called as a base isolator or seismic isolation. During seismic loading, this component is expected to accept and minimize the earthquake forces at a certain level without any significant damage to structure. This research is conducted to evaluate the response of the structure with base isolator. Then, the influence of base isolator on building structure is justified. Two (2) different types of structures, fixed base and base- isolated structure with a variety of post-yield stiffness (K2), were developed. The used type of base isolator is Lead Rubber Bearing (LRB). The analysis is conducted in accordance with pushover analysis method using SAP2000 v.19 program. The result suggested that the building structure with base isolator extends the natural period of the structure up to 1,380 times. The interstory drift of the base-isolated structure is smaller than the fixed base structure. The use of base isolator reduces the top displacement to an average of 21.93% for x- and 18.506% for y-direction. The overall structure performance evaluation of fixed base and base-isolated structures is at Damage Control level. Article History:

Recieved 27 December 2017

Recieved in revised from 01 March 2018 Accepted 07 March 2018

Keywords:

Pushover Analysis, Base Isolator, Lead Rubber Bearing, Fixed Base, Base Isolated, Performance point

(2)

170

Occupancy), LS (Life-Safety), CP (Collapse Prevention). Tingkat kinerja struktur yang diatur dalam ATC40 (Aplplied Technology Council-40) adalah seperti pada Tabel 1.

Tabel 1

Tingkat Kinerja Struktur Menurut ATC40

Interstory drift limit Immediate

Occupancy Damage Control Life safety Structural Stability

Maximum Total Drift 0.01 0.01-0.02 0.02 0.33 Vi/Pi

Maximum Inelastis Drift 0.005 0.005-0.015 No Limit No Limit

Sumber : ATC40

Menurut Wisnumurti et al (2008), analisis statik nonlinear pushover merupakan komponen performance based design yang menjadi sarana dalam mencari kapasitas dari suatu struktur. Dasar analisis dilakukan dengan peningkatan beban statik tertentu dalam arah lateral yang nilainya ditingkatkan berangsur-angsur (incremental) secara proporsional pada struktur hingga mencapai target displacement atau mencapai mekanisme diambang keruntuhan. Prosedur analisisnya akan menjelaskan bagaimana mengidentifikasikan bagian-bagian dari bangunan yang akan mengalami kegagalan terlebih dahulu.

Performance point adalah titik dimana capacity sama dengan demand. Hasil dari analisis pushover adalah kurva kapsitas (capacity curve). Agar kurva kapasitas dan kurva kebutuhan ini dapat dibandingkan secara langsung, maka kurva kapasitas struktur harus digambarkan menjadi satu dengan kurva kebutuhan dengan format Acceleration (Sa) dan Displacement (Sd), dan Response Spectrum (ADRS). Setelah performance point diperoleh, dapat diketahui nilai simpangan antar tingkat dan sendi plastis untuk berbagai periode ulang gempa. Selain itu, dapat ditentukan tingkat kinerja struktur dari simpangan antar tingkat untuk berbagai periode ulang gempa. Proses pembentukan performance point dapat dilihat pada Gambar 1.

2.2 Base Isolation System

Menurut Samsuryana (2011), base isolation sistem adalah desain alternatif untuk mengurangi resiko kerusakan bangunan akibat gempa dengan cara mereduksi beban gempa yang bekerja pada bangunan. Base isolator mempunyai kekakuan geser yang relatif kecil akan meningkatkan daya tahan bangunan terhadap gempa. Bangunan memiliki waktu getar alami yang lebih panjang, sehingga percepatan gempa yang bekerja pada bangunan tersebut menjadi lebih kecil. Dengan demikian gaya gempa yang bekerja pada struktur atau bangunan tersebut menjadi berkurang atau tereduksi (Marsico, M.R, 2008). Disamping itu, base isolator juga mempunyai kemampuan untuk kembali ke posisi semula saat terjadi gerakan seismik. Contoh struktur bangunan base isolator seperti pada Gambar 1.

(3)

171

Gambar 1. Struktur dengan Base Isolator

(Sumber: Akhare dan Wankhade, 2014)

Menurut Naeim, F dan Kelly, J.M (1999), LRB adalah salah satu jenis base isolator yang telah dikembangkan untuk memproteksi struktur dari bahaya gempa. LRB merupakan base isolator jenis elastomeris rubber bearing yang terdiri dari beberapa lapisan karet alam atau sintetik yang mempunyai nisbah redaman kritikal antara 2%5%. Dalam analisis struktur, LRB dapat dimodelkan sebagai model bilinier dengan tiga (3) parameter yang menentukan karakteristik mekanisme dari LRB, yaitu: kekakuan awal (K1), kekakuan pasca leleh (K2), dan kekakuan leleh dari inti timah (Q) seperti pada Gambar 2.

K1 memiliki nilai kekakuan yang cukup besar dan direncanakan untuk beban angin dan gempa kecil. Nilai K1 sulit diukur dan biasanya diambil secara empiris dari kelipatan K2. Pada umumnya nilai K1 mencapai 6 s/d 10 kali kekakuan K2. Nilai K2 dapat diperkirakan secara akurat dari modulus geser karet dan desain bearing.

Gambar 2. Kurva bilinier hysteresis loop, parameter dasar yang menentukan

mekanisme LBR

(Sumber: Naeim, F dan Kelly, J.M, 1999)

Rasio antara K2 dengan K1 disebut post yield stiffness ratio (’) ditulis dengan Persamaan berikut:

𝛼= 𝐾2⁄𝐾1 (1)

Dimana: ’ : post yield stiffness ratio K2 : kekakuan pasca leleh

K1 : kekakuan awal base isolator

Variasi nilai post yield stiffness rasio mempengaruhi K1, K2, dan kekauan efektif (Keff), sehingga respon struktur yang dihasilkan akan bervarisi tergantung dari nilai post yield stiffness ratio yang digunakan.

(4)

172

Menurut Budiono (2011), semakin besar periode struktur maka nilai kekakuan struktur semakin kecil, begitu juga sebaliknya. Berdasarkan SNI-1726-2012,terdapat dua nilai batas untuk periode bangunan, yaitu nilai minimum periode bangunan (Taminumum) dan nilai maksimum periode bangunan (Ta maksimum).

Menurut Anonim (2012), penentuan simpangan antar lantai tingkat desain () harus dihitung sebagai perbedaan defleksi pada pusat massa tingkat teratas dan terbawah yang ditinjau seperti pada Gambar 3. Apabila tidak terletak segaris dalam arah vertikal, diizinkan untuk menghitung defleksi di tingkat dasar berdasarkan proyeksi vertikal dari pusat massa tingkat diatasnya.

Gambar 3. Penentuan Simpangan Antar Lantai Berdasarkan SNI-03-1726-2012

(Sumber: SNI-1726-2012, 2012)

3. METODE PENELITIAN 3.1 Geometri Model

Gedung yang dianalisis merupakan bangunan gedung beton bertulang SRPMK 10 lantai dengan tinggi setiap lantai 4 m. Pemodelan struktur dilakukan terhadap 2 kondisi yaitu, struktur gedung fixed base dan base isolated. Fungsi gedung adalah untuk perkantoran dengan berjarak 5 km dari pantai, diasumsikan terletak di Kota Banda Aceh dan bangunan terletak di kelas situs SD (tanah sedang). Gambar geometri denah gedung ditunjukkan pada Gambar 4. Pemodelan struktur bangunan gedung dilakukan dengan program SAP2000 v.19. Pada struktur base isolated terdiri dari 4 model dengan variasi nilai kekakuan pasca leleh (𝐾2) seperti diuraikan pada Tabel 2.

(5)

173

Gambar 4. Denah Pemodelan Struktur

Tabel 2

Simulasi Pemodelan Struktur

No. Model Struktur ’ K2

1 Fixed base GTB 2 Base Isolated GBI 1 0.200 0.700 3 GBI 2 0.200 1.000 4 GBI 3 0.200 1.200 5 GBI 4 0.200 1.400 Keterangan:

GTB : Struktur fixed base

GBI 1 : Struktur dengan base isolator tipe 1 GBI 2 : Struktur dengan base isolator tipe 2 GBI 3 : Struktur dengan base isolator tipe 3 GBI 4 : Strukturdengan base isolator tipe 4

3.2 Pemodelan Base isolator

langkah-langkah yang dijadikan dasar dalam memilih jenis LRB yang digunakan yaitu:

a. Menentukan gaya aksial maksimum bangunan dari struktur dari masing-masing kolom berdasarkan beban-beban yang telah direncanakan sebelumnya;

b. Menentukan dimensi LRB yang digunakan berdasarkan gaya aksial maksimum kolom; c. Menghitung redaman, tekuk dan stabilitas LRB

Penambahan parameter pada LRB dilakukan dengan kekakuan pasca leleh (K2) berdasarkan data

LRB yang digunakan. variasi nilai K2 yang digunakan adalah 0,7; 1,00; 1,20; dan 1,20 denagan ’ adalah

0,2. Simulasi pemodelan parameter LRB adalah seperti pada Tabel 2. 3.3 Analisis Pushover

Tahapan analisis pushover pada struktur fixed base dan base isolated adalah sebagai berikut:

a. Setelah struktur aman maka dilanjutkan dengan define properties sendi plastis pada elemen balok dan kolom.

b. Menjalankan analisis pushover dangan SAP2000 v.19 secara otomatis; c. Melakukan plot kurva pushover, performance point,

d. Mengevaluasi level kinerja struktur ketika titik kontrol tepat berada pada target perpindahan merupakan hal utama dari perencanaan berbasis kinerja.

(6)

174

Gambar 5. Grafik periode struktur fixed base dan base isolated dengan variasi nilai 𝑘2

Gambar 6 dan 7 menampilkan grafik perbandingan displacement struktur fixed base dan base isolated. Displacement pada lantai dasar sruktur base isolated memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan srtuktur bangunan fixed base. Pada struktur fixed base dasar bangunan tidak terjadi perpindahan karena ditahan oleh pondasi. Displacement terbesar pada GTB yaitu sebesar 0.343 m dalam arah y, sedangkan pada struktur base isolated pada GB I yaitu 0.387 m dalam arah x.

Gambar 6. Displacement Arah x

Gambar 7. Displacement Arah y

1,798 2,623 2,533 2,490 2,421 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 - 0,500 1,000 1,500 P er iod a (s )

Kekakuan Pasca Leleh, K2 (kN/mm)

Fixed base Base isolator… 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,0000 0,1000 0,2000 0,3000 0,4000 L an tai Displacement (m) ' = 0.20 GTB GBI 1 (K2 = 0.70) GBI 2 (K2 = 0.10) GBI 3 (K2 = 1.20) GBI 4 (K2 = 1.40) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 L an tai Displacement(m) ' = 0.20 GTB GBI 1 (K2 = 0.70) GBI 2 (K2 = 0.10) GBI 3 (K2 = 1.20) GBI 4 (K2 = 1.40) GTB

(7)

175

Interstory drift dianalisis berdasarkan nilai target perpindahan yang telah diperoleh kemudian dievaluasi berdasarkan persyaratan SNI 1726  2012. Perbandingan interstory drift arah x dan y struktur fixed base dan base isolated dapat dilihat pada Gambar 8 dan 9. Interstory drift lantai 1 dan 2 struktur base isolated variasi nilai 𝐾2 lebih besar dari struktur fixed base. Pada lantai 3 sampai 10 interstory drift struktur base isolated lebih kecil daripada struktur fixedbase.

Hal ini dipengaruhi oleh adanya perpindahan dasar pada struktur akibat penggunaan base isolator. Bangunan yang menggunakan base isolator memiliki nilai interstory drift lebih mendekati nol dari pada struktur fixed based. Interstory drift maksimum struktur fixed base terjadi pada lantai 4 dan struktur base isolated terjadi pada lantai 1. Dari hasil perhitungan interstory drift untuk struktur fixed base dan base isalated untuk masing-masing model memenuhi persyaratan yang diizinkan SNI17262012.

Gambar 8. Interstory Drift Arah x

Gambar 9. Interstory Drift Arah y

Eveluasi kinerja menurut ATC40 berdasarkan nilai maksimum interstory drift seperti pada Tabel 1. Interstory drift masksimum arah x dan y pada struktur fixed base dan base isolated dapat dilihat pada Tabel 3. Mengacu pada ATC40 nilai interstory drift maksimum pada struktur fixed base dan base isolated untuk arah x da y berada pada nilai 0.01 m  0.02 sehingga kinerja struktur berada pada level Damage Control. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 L an tai Interstory Drift (m) ' = 0.20 GTB GBI 1 (K2 = 0.70) GBI 2 (K2 = 1.00) GBI 3 (K3 = 1.20) GBI 4 (K2 = 1.40) SNI-1726-2012 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,0000 0,0200 0,0400 0,0600 0,0800 0,1000 L an tai Interstory Drift (m) ' = 0.20 GTB GBI 1 (K2 = 0.70) GBI 2 (K2 = 1.00) GBI 3 (K2 = 1.20) GBI 4 (K2 = 1.40) SNI-1726-2012

(8)

176

GBI 4 1.400 0.016 0.016

4.2 Pembahasan

Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh seperti pada Gambar 7 menunjukkan penggunaan base isolator dapat memperpanjang periode struktur bangunan. Peride struktur fixed base adalah 1.798 s sedangkan pada strukur gedung base isolated (GBI 1; GBI 2; GBI 3; GBI 4) mengalami penurunan seiring dengan peningkatan nilai 𝐾2. Penurunan nilai periode seiring dengan meningkatnya 𝐾2 menunjukkan semakin kaku suatu struktur maka periode semakin kecil. Peningkatan periode struktur menyebabkan interstory drift dan gaya gempa yang bekerja pada bangunan menjadi lebih kecil.

Tabel 4

Peningkatan Periode Struktur Bangunan

No. Model Struktur K2 Perioda Peningkatan perioda

kN/mm (s) kali 1 Fixed base GTB - 1.798 2 Base isolated GBI 1 0.700 2.623 1.459 3 GBI 2 1.000 2.533 1.409 4 GBI 3 1.200 2.490 1.385 5 GBI 4 1.400 2.421 1.347

Pada lantai dasar bangunan base isolated memiliki displacement yang lebih besar daripada bangunan fixed base. Pada bangunan fixed base tidak terjadi perpindahan karena dasar bangunan ditahan oleh pondasi. Perpindahan dasar pada bangunan dengan base isolator terjadi karena LRB yang terletak didasar bangunan base isolator memiliki kekakuan yang lebih kecil dan sangat fleksibel dalam arah horizontal. Displacement yang terjadi dalam arah x dan y ditinjau pada lantai 3 dan 6. Pada lantai 3 displacement bangunan masih besar akibat perpindahan dasar bangunan oleh base isolator dibandingkan dengan bangunan fixed base. Pada ke-6 nilai perpindahan pada tiap lantai bangunan base isolator tidak besar, menandakan bentuk displacement tidak lagi mengikuti efek gempa.

Pemakaian base isolator pada bangunan akan memperbesar deformasi pada lantai dasar namun memperkecil perbedaan simpangan tiap lantai, sehingga membuat bangunan bergerak sebagai satu kesatuan struktur yang kaku ketika terjadi gempa. Hasil analisis top displacement diperoleh bahwa bangunan base isolator dibandingkan dengan bangunan fixed base maka nilai displacement dapat direduksi rata-rata mencapai 21.93% untuk arah x dan 18.506% pada arah y

,

Berdasarkan Gambar Gambar 8 dan 9 interstory drift terbesar terjadi pada bangunan fixed base kemudian diikuti bangunan dengan base isolator Interstory drift bangunan yang menggunakan base isolator lebih kecil daripada bangunan fixed base untuk arah x dan y. Bangunan dengan base isolator memiliki nilai simpangan antar lantai mendekati nol. Kerusakan bangunan dapat direduksi serta

(9)

177

membutuhkan waktu yang lebih singkat untuk mencapai partisipadi modal yang diinginkan. Bangunan dengan sistem base isolator lebih baik digunakan daripada bangunan fixed base, terlebih pada daerah rawan gempa yang memiliki skala besar.

Kinerja struktur dievaluasi berdasarkan nilai maksimum drift struktur ketika mencapai performance point. Perbanding performance point untuk masing-masing model struktur dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5

Perbandingan Performance Point

Model Struktur

Performance Point

Pecepatan Spektra, g Perpindahan Spektra, m

Sumbu x Sumbu y Sumbu x Sumbu y

GTB 0.157 0.165 0.256 0.223

GBI 1 0.091 0.082 0.25 0.278

GBI 2 0.095 0.085 0.238 0.266

GBI 3 0.097 0.087 0.233 0.262

GBI 4 0.083 0.088 0.283 0.258

Mengacu pada ATC40 nilai interstory drift maksimum pada struktur fixed base dan base isolated untuk arah x da y berada pada nilai 0,01  0,02 m sehingga kinerja struktur pada GTB; GBI 2; GBI 3; dan GBI 4 berada pada level Damage Control.

5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Penggunaan base isolator dengan pada struktur gedung dapat memperbesar periode alami struktur. Peningkatan periode alami struktur dengan base isolator dibandingkan dengan struktur fixed base rata-rata mencapai dan 1.380 kali;

2. Simpangan antar lantai (interstory drift) pada struktur dengan base isolator lebih kecil dibandingkan dengan struktur fixed base baik dalam arah x maupun y. Hal ini menyebabkan gaya gempa yang bekerja pada struktur menjadi lebih kecil.

3. Pemakaian isolator pada bangunan memperbesar perpindahan lateral (displacement) pada lantai dasar namun memperkecil interstory drift, sehingga membuat bangunan bergerak sebagai satu kesatuan struktur yang kaku ketika terjadi gempa.

4. Pemakaian isolator dapat mereduksi top displament rata-rata mencapai 21.93% untuk arah x dan 18.506% pada arah y,

5. Hasil eveluasi berdasarkan interstory drift maksimum. Interstory drift maksimum pada struktur fixed base dan base isolated untuk arah x da y berada pada nilai 0.01 m  0.02 sehingga kinerja struktur berada pada level Damage Control.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian diberikan beberapa saran berikut:

1. Melakukan analisis pada struktur gedung tidak beraturan dengan menggunakan base isolator tipe lain seperti Elactomeric Rubber Bearing (ERB), Friction Pendulum System (FPS), High Dumping Rubber Bearing (HDRB);

(10)

178

Bisch, P., Carvalho, E., dan Degee, H., 2011, Seismic Design of Building Worked Examples, (EC 8), Luxembourg, European Union.

Budiono, B dan Lucky.S, 2011, Studi Komparasi Desain Bangunan Tahan Gempa Dengan Menggunakan SNI-03-1726-2002 dan RSNI-03-1726-201x, Penerbit ITB, Bandung.

Dewobroto, W., 2005, Evaluasi Kinerja Portal Baja Tahan Gempa Dengan SAP2000, http: wira@uph.edu.

Erista, D., 2011, Kajian Parameter Base Isolator Terhadap Respon Bangunan Akibat Gaya Gempa dengan Menggunakan Analisis Riwayat Waktu, Tugas Akhir, Universitas Sumatera Utara, Medan. Marsico, M.R., Seismic Isolation and Energy Dissipation: Theorical Basis and Applications, Thesis,

Universitas Degli Studi di Napoli Federico II.

Naeim, F., and Kelly, J.M., 1999,Design of Seismic Isolated Structures: From Theory to Practice., Jhon Wiley & Sons, Inc , New York.

Teruna, D.R, 2005, Analisis Respon Bangunan dengan Base Isolator Akibat Gaya Gempa, Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 4 Oktober 2005 Hal. 58 s/d 63, Oktober 2005.

Yang, B.Y., Chang, C.K., dan Yau, D.J. (2003), Earthquake Engineering Handbook Chapter 17 Base Isolation, National Taiwan University, Taipe.

Figur

Memperbarui...

Related subjects :