1
ANALISIS PENGARUH VARIASI HUBUNGAN TEGANGAN REGANGAN BETON DAN BENTANG BANGUNAN TERHADAP KINERJA STRUKTUR RANGKA TIGA
DIMENSI DENGAN METODE NONLINEAR STATIK PUSHOVER
Puput Risdanareni1, Tavio2, Aman Subekti3
1 Mahasiswa pasca sarjana jurusan teknik sipil- struktur FTSP ITS
tel: 03160712194;email : [email protected]
2Dosen jurusan teknik sipil FTSP ITS
email : [email protected]
3
Dosen jurusan teknik sipil FTSP ITS
ABSTRAK
Dalam penelitian ini di buat sebuah model struktur 3D dengan variasi bentang b/1; 1,5 ; 2 dimana b ialah bentang bangunan arah X dan ialah bentang bangunan arah Y dengan ketinggian bangunan 56 m ( 14 lantai ). Analisa yang dipakai dalam meninjau perilaku struktur akibat gempa adalah analisa statis nonlinear pushover. Metode yang digunakan untuk analisa tingkat kinerja ialah metode capacity method dan metode target displacement. Digunakan data diagram stress strain beton terkekang milik Cussons Paultre. Dari hasil analisa diperoleh bahwa semakin tinggi rasio b/ bangunan makin kecil nilai daktilitas strukturnya. Bangunan yang memasukkan diagram stress strain Cussons Paultre memiliki daktilitas 2-3 kali lipat lebih tinggi daripada bangunan yang dirancang sesuai FEMA 356. Analisa dengan metode capacity method (Performance Point) ATC 40 lebih akurat untuk menjelaskan perbedaan tingkat kinerja struktur dengan memasukkan efek nonlinearitas dibanding dengan metode target displacement FEMA 356
Kata kunci: Diagram Stress Strain Cussons Paultre, Tingkat Kinerja, Daktilitas, Analisa Statis Non Linear Pushover, metode koefisien perpindahan, metode performance point
PENDAHULUAN
Struktur bangunan yang dirancang oleh arsitek mempunyai beragam gaya, model dan bentuk menjadi fenomena tersendiri bagi seorang teknik sipil dalam menganalisis strukturnya ketika menerima beban gempa. Dalam penelitian ini di buat sebuah model struktur 3D dengan variasi bentang b/ 1; 1,5 ; 2 dimana b ialah bentang bangunan arah X dan ialah bentang bangunan arah Y dengan ketinggian bangunan kurang lebih 56 m (14 lantai).
Perkembangan disain struktur tahan gempa akhir – akhir ini menawarkan suatu pendekatan baru dengan menggunakan konsep Performance Based Seismic Design. Konsep Performance Based Seismic Design adalah konsep yang menetapkan tingkat kinerja (performance level) yang diharapkan dapat dicapai saat struktur dilanda gempa dengan intensitas tertentu. Metoda evaluasi tingkat kinerja struktur yang dipakai pada penelitian ini bedasarkan FEMA 356 dan ATC 40, yaitu metoda koefisien perpindahan
(Displacement Coefficient) dan metoda Performance Point. Sedangkan analisa yang
dipakai dalam meninjau perilaku struktur akibat gempa adalah analisa statis nonlinear
pushover.
Untuk mendapatkan hasil yang mendekati kenyataan di lapangan, dimasukkan efek nonlinearitas material dan geometri. Non linearitas material dilakukan dengan memasukkan model tegangan regangan beton terkekang Cussons Paultre. Nonlinearitas geometri diwakili dengan memperhitungkan efek P delta.
METODE
2 bangunan 56 m (14 lantai). Analisa
pembebanan pada struktur diberikan pada tabel 1.
Gambar 1 : denah struktur model 1
Gambar 2 : Potongan struktur model 1
Tabel 1 : pembebanan tributary area balok pinggir
Tabel 2 : Pembebanan tributary area balok tengah
Beban gempa yang diaplikasikan pada struktur disederhanakan dari respons spectrum menjadi static equivalent, respons spectrum yang digunakan ialah respons spectrum SNI 1726 wilayah 6 tanah lunak. Perhitungan gaya gempa diuraikan sebagai berikut :
V = Wt
R I C
...(1)
Dimana V- Beban geser nominal bangunan; C-faktor respons gempa ; R- faktor reduksi gempa; I- faktor keutamaan gedung ; Wt- berat total gedung.
Selanjutnya gaya tersebut di distribusikan ke tiap lantai bangunan. Gaya ini nantinya yang akan digunakan untuk analisa pushover. Rumus yang digunakan untuk menghitung gaya untuk tiap lantai ialah :
Fi =
xV
hi
Wi
hi
Wi
.
.
……….(2)
Dimana Fi- gaya static equivalent bangunan; Wi – berat bangunan; hi- tinggi bangunan; V- gaya geser total.
Sebagai contoh perhitungan berikut diberikan beban static equivalent yang bekerja pada struktur model 1.
Lt
BEBAN
B. segitiga Ly = 5 ;½ Lx = 2,5 DL
(kg/m2) LL (kg/m2)
DL (kg/m)
LL (kg/m)
14 341 100 852,5 250
1-13 351 250 877,5 625
Lt
BEBAN
B. segitiga Ly = 5 ;½ Lx = 2,5 DL
(kg/m2) (kg/mLL 2) (kg/m) DL (kg/m) LL
14 341 100 1704 500
3 Tabel 3 gaya static equivalent struktur model 1
Tabel 4 Rekapitulasi desain struktur
Lt Wi (kg) Wi.hi (kg.m) Fix (kg)
Selanjutnya struktur di analisa menggunakan program ETABS , mutu beton fc’ ialah 30 MPa, dan mutu baja tulangan ialah 400 MPa. Data stress strain yang digunakan ialah milik Cussons Paultre (1995). Struktur di desain sesuai SNI 2847 2002. Adapun hasil desain yang diperoleh disajikan pada tabel 4.
Data stress strain beton terkekang yang digunakan ialah milik Cussons Paultre(1995) disajikan pada gambar 3. Selanjutnya stress strain tersebut di ubah menjadi diagram momen kurvatur balok dan kolom. Diagram momen kurvatur kolom disajikan pada gambar 4.
Gambar 3 : Hubungan tegangan regangan kolom 800x800 mm Cussons Paultre
Gambar 4 : Momen kurvatur kolom 800x800mm
Selanjutnya diagram momen kurvatur yang ada harus di idealisasikan agar dapat di input ke dalam program ETABS.
No Lantai Elemen
momen kurvatur kolom 800x800
4 Gambar 5: idealisasi momen kurvatur kolom
800x800mm
Dimana Te -periode fundamental effectif ; Co- faktor modifikasi yang menghubungkan nilai spectral displacement dan roof displacement ; C1-Faktor modifikasi untuk korelasi target simpangan inelastic maximum terhadap simpangan hasil respon.
Selanjutnya nilai target dispalcement
bangunan dibagi tinggi bangunan. Dari rasio ini diperoleh jenis performance level bangunan.Dimana kriteria penerimaan yang digunakan ialah ATC 40.
Untuk metode performance point hal yang harus dilakukan pertama ialah mengubah kurva demand respons spektrum dan kurva kapasitas model menjadi bentuk ADRS. Untuk mengubah kurva demand digunakan rumus:
Selanjutnya momen kurvatur yang telah di idealisasikan perlu diubah menjadi momen rotasi untuk dapat di input ke dalam ETABS. Adapun cara mengubah momen kurvatur menjadi momen rotasi menurut Priestley ialah :
θp = Lp( φu- φy )...(3)
Dimana θp - besarnya rotasi; Lp - panjang sendi plastis (1 sampai dengan 2 kali h) ;
φu- kurvatur ultimate ; φy- kurvatur leleh. dengan nilai momen rotasi yang baru.
Analisa pushover dilakukan 2 kali yaitu dengan nilai hinge property default ETABS dan nilai hinge property modifikasi Cussons Paultre.
Untuk mengetahui tingkat kinerja struktur dilakukan analisa tingkat kinerja dengan 2 metode yaitu target displacement sesuai FEMA 356 dan performance point sesuai ATC 40. Untuk mencari nilai target
displacement pada metode target
displacement FEMA 356 di gunakan rumus
sebagai berikut :
g
Dimana T-periode; Sd-Spektral
displacement ; Sa- Spektral akseleration.
Selanjutnya dilakukan analisa tingkat kinerja dengan cara mencari performance point, dimana performance point ialah titik pertemuan antara kurva demand dan kurva kapasitas. Rumus yang digunakan untuk melakukan analisa ini ialah :
Sd = X roof / MPFφroof …………(7) Xroof = Sd * MPF * φroof …………..(8)
Dimana Sd-Spektral displacement; MPF- faktor partisipasi ragam; φroof -perpindahan pada lantai i ragam ke-1.
Berikutnya dilakukan pemeriksaan tingkat kinerja sesuai ATC 40 yaitu dengan mencari rasio kinerja untuk kemudian dicocokkan dengan tingkat kinerja yang dimiliki bangunan
Rasio kinerja = Xroof / Hbangunan...(9)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada gambar 6 disajikan hasil analisa
pushover seluruh model dengan data hinge property default ETABS berupa kurva
kapasitas. Nilai daktilitas seluruh model
default ETABS disajikan pada tabel 5.
0
Idealisasi momen kurvatur kolom 800x800mm
5 Gambar 6 : Kurva kapasitas seluruh model
default ETABS
Tabel 5 Nilai daktilitas seluruh model default ETABS
model δm δy μ
1 0,5767 0,0448 12,8728 2 0,5193 0,0448 11,5915 3 0,5097 0,0448 11,3772
Model 1 memiliki daktilititas paling besar serta deformasi paling panjang. Dari tabel 5 dan gambar 6 dapat ditarik kesimpulan semakin besar rasio b/ denah bangunan semakin rendah nilai daktilitasnya dan semakin pendek deformasinya.
Gambar 7 : Kurva kapasitas seluruh model Cussons Paultre
Tabel 6 Nilai daktilitas seluruh model Cussons Paultre
Dari gambar 7 dan tabel 6 dapat dilihat bahwa nilai daktilitas seluruh model modifikasi Cussons Paultre memiliki daktilitas 2-3 kali lipat lebih tinggi dari pada model default ETABS. Deformasi yang dihasilkan oleh model dengan modifikasi Cussons Paultre lebih panjang 3-4 kali lipat daripada model default ETABS.
Pada tabel 7 disajikan hasil analisa tingkat kinerja seluruh model dengan metode target
displacement.
Tabel 7 Analisa tingkat kinerja dengan metode
target displacement
Tidak terdapat perbedaan nilai target displacement antara model default ETABS dan modifikasi Cussons Paultre. Seluruh model berada pada level IO (Immediate
Occupancy).
Diberikan contoh analisa tingkat kinerja dengan metode performance point model 1. Pada gambar 8 disajikan kurva demand , kurva kapasitas model 1 default ETABS, dan kurva kapasitas model 1 Cussons Paultre.
Dari gambar 8 dapat di ambil dilihat bahwa kurva kapasitas default ETABS tidak memenuhi kurva demand sehingga tidak dapat di analisa dengan metode performance
point. Dengan analisa performance point
diperoleh hasil model 1 Cussons Paultre memiliki tingkat kinerja damage control.
Pada tabel 8 disajikan rekapitulasi hasil analisa tingkat kinerja dengan metode
performance point seluruh model.
model δm δy μ
Kurva kapasitas seluruh model default etabs
Kurva kapasitas seluruh model Cussons Paultre
6 Gambar 8 kurva kapasitas dan demand model 1
Tabel 8 Rekapitulasi hasil analisa tingkat kinerja dengan metode performance point
model
Modifikasi Cussons Paultre
Sd Xroof model Cussons Paultre memiliki tingkat kinerja Damage Control. Sedangkan seluruh model default ETABS tidak dapat dianalisa dengan metode ini karena kurva kapasitas model tersebut tidak memenuhi kurva demand respons spectrum.
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini antara lain :
1. Nonlinearitas material sangat berpengaruh terhadap tingkat kinerja bangunan. Bangunan yang memasukkan data stress strain Cussons Paultre memiliki deformasi yang lebih panjang daripada bangunan yang
dirancang tanpa
memperhitungkan efek nonlinearitas material.
2. Data hinge property etabs yang diambil dari FEMA 356 terlalu konservatif dibandingkan dengan data hinge property
Cussons Paultre, hal ini terlihat ketika dilakukan analisa tingkat kinerja bangunan. Bangunan yang dirancang dengan data Cussons Paultre memenuhi target respons spectrum SNI gempa wilayah 6 tanah lunak, sedangkan yang dirancang dengan default etabs tidak memenuhi target demand
tersebut.
3. Bentang bangunan dalam hal ini perbandingan antara b/dari denah struktur 3D berpengaruh terhadap daktilitas bangunan. Bangunan yang memiliki rasio b/ terbesar dalam hal ini model 3 memiliki nilai daktilas lebih rendah daripada model lain.
4. Tingkat kinerja seluruh struktur jika di periksa dengan metoda
capacity spektrum sesuai ATC
40 ialah damage control,
sedangkan jika di periksa dengan metoda target displacement FEMA 356 ialah
IO.
5. Analisa dengan metode capacity
method ATC 40 lebih akurat
untuk menjelaskan perbedaan tingkat kinerja struktur dengan memasukkan efek nonlinearitas bangunan dibanding dengan metode target displacement
FEMA 356.
6. Desain tulangan rangkap SNI 2847 2002 tidak memenuhi target kurva demand respons spectrum SNI gempa wilayah 6
Based Design, International
Conference on Earthquake engineering and disaster mitigation, Jakarta, 2008
0
Capacity curve model 1 Cussons Paultre dan Demand curve gempa 6 tanah lunak
7 [2] Fattah, Ahmed, Eccentricity Based
Analysis of Confinement
Reinforced Concrete Circular
Column, Kansas State University,
Manhattan, 2008
[3] Lee, Sam, Nonlinier Dynamic Earthquake analysis of Skyscraper,
CTBUH 8th World Congress, Dubai,2008
[4] Giri, Momen Curvature of reinforced
Concrete Beams Using Various
Confinement Models and
Eksperimental Validation, Asian
Journal of Civil Engineering (Building and Housing) Vol. 8, No. 3, India, 2007
[5] Almeida,Ricardo.,Barros,Rui,
Pushover Analyshis of Three Dimensional Building Frame,Journal of Civil
Engineering and Management,2005
[6] Prof. Purwono, Rachmat , Perancangan
Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa Sesuai SNI – 1726 dan SNI – 2847, itspress ,Surabaya, 2005
[7] Dewobroto,Wiryanto, Aplikasi Rekayasa
Konstruksi dengan ETABS 9,
Elekmedia Komputindo, Jakarta, 2004
[8] Badan Standardisasi Nasional, Tata Cara
Perancangan Ketahanan Gempa untuk Gedung, SNI 03-1726-2002
[9] Husin, Ahmad, Diktat Struktur Beton
Dasar, ITS, Surabaya, 2002
[10] Standar Nasional Indonesia (SNI), Tata
Cara Perancangan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SNI 03 –
2847 – 2002
[11] Priestly M.J.N , Performance Based
Seismic Design, 12 WCEE,
University of California San Diego,2000
[12] Federal Emergency Management Agency , NEHRP Commentary on
the Guidline for the Seismic
Rehabilitation of Buildings,
FEMA-356, Wasington, DC,1997
[13] ATC, Seismic Evaluation and Retrofit
of Concrete Building, Applied Technology Council,Report ATC
40, 1996
[14] Karabinis,A.I.,Kiousis, Plasticity Model
for Concrete Elements Subjected to Overloads, Journal of structural
Engineering, 1996
[15] Krawinkler,Helmut, Pushover Analysis:
Why,How,When and When Not to Use it, Proceeding of 65th Annual Convention of The Structural Engineering Association of California, Hawaii, 1996
[16]Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan, Depertemen Pekerjaan Umum , Peraturan
Pembebanan Indonesia Untuk
