Konsep Desain Struktur Beton Bertulang terhadap Gaya Gempa

(1)

SI 4112 – STRUKTUR BETON LANJUT

Konsep Desain Struktur Beton Bertulang terhadap Gaya Gempa

Instruktur: Erwin Lim

1

(2)

Outline

2

• Pendahuluan

• Gaya Gempa dan Sistem Struktur

• Prinsip-prinsip Penting Desain

Tahan Gempa

(3)

PENDAHULUAN

3

(4)

“Dosa” Tukang Bangunan

https://illustrationchronicles.com/When-Giant-Catfish-Shook-The-Earth-The-Namazu-e-Prints4

(5)

Gaya Gempa pada Bangunan

Charleson, A. (2008), “Seismic Design for Architects” 5

(6)

Transfer Gaya Gempa pada Bangunan

(7)

Transfer Gaya Gempa pada Bangunan

(8)

Pusat Gaya dan Pusat Tahanan Gaya Gempa

(9)

Eksentrisitas CoM dan CoR

(10)

Code Gempa Saat Ini

10

2019: SNI 1726-2019

T

_r

= 2500 yrs

PoE = 2% in 50 yrs

(11)

Target Kinerja

Moehle

11

(12)

IO, LS, CP secara visual

ASCE 41-13

12

(13)

IO, LS, CP secara visual

ASCE 41-13

13

Behrouzi et al., 2015

Birely, 2012

(14)

Target Kinerja - AIJ

Kabeyasawa, T. (2004)

14

CP(?) LS (?)

IO (?)

(15)

GAYA GEMPA DAN SISTEM STRUKTUR

15

(16)

Langkah Utama

16

Acuan: SNI 1726:2019

• Penentuan Gaya Gempa

• Penentuan RS Elastik

• Penentuan RS Inelastik

(17)

Langkah Utama

17

Acuan: SNI 1726:2019

• Penentuan Gaya Gempa

• Penentuan RS Elastik

• Penentuan RS Inelastik

(18)

Penentuan Spektrum Respons Elastik

18

a

MS

F

s

S =  S

1 v 1

M

F

S =  S

2

S

3

M

D S

S =  S

1 1

2

3

^M

S

D

=  S

1

S

D

S

DS

S

_S

S

₁

(19)

Spektrum Respons Elastik

19

REVISI

0

0, 4 0, 6

a DS

S S T

T

 

=  + 

 

1 D a

S S

= T

1 2 D L a

S S T

= T

0, 2

^D1 o

DS

T S

= S

_s ^D¹

DS

T S

= S

(20)

Penentuan T _L

20

BARU

(21)

Respons Struktur Inelastik

SEAOC Seismology Committee 2019

21

V

_e

V

V = C W s

/

a s

e

C S

R I

=

(22)

Langkah Utama

22

Acuan: SNI 1726:2019

• Penentuan Gaya Gempa

• Penentuan RS Elastik

• Penentuan RS Inelastik

(23)

23

V = C W s

/

a s

e

C S

= R I

Respons Struktur Inelastik

Gaya Gempa: Simpangan lantai:

max d

M

e

C

I

 = 

I

_e

= f (peruntukan bangunan)

R, C

_d

, = f ( KDS , sistem struktur)

S

_a

= f (RS inelastik , T

_struktur

)

(24)

24

V = C W s

/

a s

e

C S

= R I

Respons Struktur Inelastik

Gaya Gempa: Simpangan lantai:

max d

M

e

C

I

 = 

I

_e

= f (peruntukan bangunan)

R, C

_d

, = f ( KDS , sistem struktur)

S

_a

= f (RS inelastik , T

_struktur

)

(25)

Faktor Keutamaan

25

(26)

Faktor Keutamaan dan Target Kinerja

26

50% PoE in 50 yrs

2% PoE in 50 yrs 2/3 MCE

(27)

27

V = C W s

/

a s

e

C S

= R I

Respons Struktur Inelastik

Gaya Gempa: Simpangan lantai:

max d

M

e

C

I

 = 

I

_e

= f (peruntukan bangunan)

R, C

_d

, = f ( KDS , sistem struktur)

S

_a

= f (RS inelastik , T

_struktur

)

(28)

Penentuan Kategori Desain Seismik

28

(29)

Penentuan KDS dan Sistem Struktur

29

SRPMB MM MK

SDSK

(30)

30

V = C W s

/

a s

e

C S

= R I

Respons Struktur Inelastik

Gaya Gempa: Simpangan lantai:

max d

M

e

C

I

 = 

I

_e

= f (peruntukan bangunan)

R, C

_d

, = f ( KDS , sistem struktur)

S

_a

= f (RS inelastik , T

_struktur

)

(31)

Sistem Struktur

31

(32)

Sistem Struktur (ATC 3-06, 1978)

32

(33)

Sistem Struktur (SNI 1726:2019)

33

A. B.

C. D.

E. F. G.

(34)

Perbandingan Sistem Struktur

34

Sistem R W_o C_d Height limit (KDS D, E)

Height limit (KDS F)

A. Bearing wall system

Special RC Shear Walls 5 2,5 5 48 m 30 m

Ordinary RC Shear Walls 4 2,5 4 NP NP

B. Building Frame Systems

Special RC Shear Walls 6 2,5 5 48 m 30 m

Ordinary RC Shear Walls 5 2,5 4,5 NP NP

C. Moment Resisting Frame

Special RC MRF 8 3 5,5 NL NL

Intermediate RC MRF 5 3 4,5 NP NP

Ordinary RC MRF 3 3 2,5 NP NP

(35)

Perbandingan Sistem Struktur

35

Sistem R W_o C_d HL

(KDS D, E)

HL (KDS F)

D. Dual System with SMRF

Special RC Shear Walls 7 2,5 5,5 NL NL

Ordinary RC Shear Walls 6 2,5 5 NP NP

E. Dual System with IMRF

Ordinary RC Shear Walls 5,5 2,5 4 NP NP

F. Shear wall – frame interactive

OMRF + OSW 4,5 2,5 4 NP NP

G. Cantilevered Column System

Special MRF 2,5 1,25 2,5 10 m 10 m

Intermediate MRF 1,5 1,25 1,5 NP NP

Ordinary MRF 1 1,25 1 NP NP

(36)

Sistem Struktur Alternatif

36

SNI 1726:2019

Pasal 7.2.1.1 dan 7.2.1.2

SNI 1726:2012

BARU

(37)

Sistem Struktur Alternatif

Chock, G., et al. “Significant Changes .... to ASCE 7-16”

37

(38)

38

V = C W s

/

a s

e

C S

= R I

Respons Struktur Inelastik

Gaya Gempa: Simpangan lantai:

max d

M

e

C

I

 = 

I

_e

= f (peruntukan bangunan)

R, C

_d

, = f ( KDS , sistem struktur) S

_a

= f (RS inelastik , T

_struktur

)

Diperlukan pemodelan struktur

(39)

Respons Spektrum Inelastik

39

(

^DSe

)

S R I

( ^S

^D¹ _e

)

T R I

(

¹

)

2

D L e

S T T R I

C

s

T

 

min 0, 044 S I

_DS

;0, 01 or

(

^{0, 5}^{R I}^S¹

)

^{jika S}¹ ^ ^{0, 6}^g

V = C s W

T

s

T

_L

(40)

40

V = C W s

/

a s

e

C S

= R I

Respons Struktur Inelastik

Gaya Gempa: Simpangan lantai:

max d

M

e

C

I

 = 

I

_e

= f (peruntukan bangunan)

R, C

_d

, = f ( KDS , sistem struktur) S

_a

= f (RS inelastik , T

_struktur

)

Diperlukan pemodelan struktur

(41)

Pemodelan Properti Kekakuan Elemen

41

(42)

Pemodelan Properti Kekakuan Elemen

SNI 2847:2019

42

(43)

Pemodelan Properti Kekakuan Elemen

ASCE 41-13

43

(44)

1 s

D DS

T

S S

=

Gaya Geser Dasar Gempa

44

(

^DSe

)

S R I

( ^S

^D¹ _e

)

T R I

(

¹

)

2

D L e

S T T R I

C

s

T

 

min 0, 044 S I

_DS

;0, 01 or

(

^{0, 5}^{R I}^S¹

)

^{jika S}¹ ^ ^{0, 6}^g

V = C s W

T

L

T

_str

(45)

Kombinasi Pembebanan - LRFD

45 1. 1, 4D

2. 1, 2D+1, 6L+0,5(L_r atau )R

( )

3. 1, 2D+1, 6 L_r atau R +( atau 0,5 )L W 4. 1, 2D+1, 0W + +L 0,5(L_r atau R)

5. 1, 2D+1, 0E+L 6. 0,9D+1, 0W

7. 0,9D+1, 0E

SNI 1726:2012 SNI 1726:2019

1. 1, 4D

2. 1, 2D+1, 6L+0,5(L_r atau )R

( )

3. 1, 2D +1, 6 L_r atau R +( atau 0,5 )L W 4. 1, 2D+1, 0W + +L 0,5(L_r atau R)

5. 0,9D+1, 0W

6. 1, 2D+1, 0E_v +1, 0E_h + L 7. 0,9D −1, 0E_v +1, 0E_h

RE-ARRANGEMENT

Pasal 4.2.2 Kombinasi beban untuk metode ultimit

(46)

Pengaruh Beban Seismik Horisontal

46

6. 1, 2 D + 1, 0 E

_v

+ 1, 0 E

_h

+ L 7. 0,9 D − 1, 0 E

_v

+ 1, 0 E

_h

Pasal 4.2.2.3:

Pasal 7.4.2.1:

E

h

=  Q

Q

_E

= V atau F

_p

 = faktor redundansi

(47)

Pengaruh Beban Seismik Horisontal

47

Pasal 7.4.2.1:

E

h

=  Q

Q

_E

= V atau F

_p

Charney et al. (2020), Seismic Load

(48)

Prosedur Analisis

SNI 1726:2019

48

(49)

Partisipasi Ragam Minimum

49

SNI 1726:2012 SNI 1726:2019

Partisipasi ragam massa terkombinasi cukup

sampai 90%

Partisipasi ragam massa terkombinasi minimum 100% (dengan ragam

²

<

0.05 detik dianggap 0.05 detik)

Pengecualian: 90% ->

cukup

BARU

(50)

Penskalaan Gempa Minimum

50

Pasal 7.9.1.4.1: Penskalaan Gaya:

SNI 1726:2012 SNI 1726:2019

Jika V

_dynamic

< 0,85 V

_statik

:

dyn

0,85

static

V = V

Jika V

_dynamic

< V

_statik

:

dyn static

V = V

Pasal 7.9.1.4.2: Penskalaan Simpangan:

Jika D

_dynamic

< 0,85 D

_statik

:

dyn

0,85

static

D = D

^dyn ^static

D = D

Jika D

_dynamic

< D

_statik

:

BARU

(51)

Prinsip - Prinsip Penting

51

(52)

Prinsip-prinsip penting

52

1. Geometri yang regular

2. Strong-column weak beam 3. Daktilitas

4. Desain kapasitas

5. Detailing

(53)

Prinsip-prinsip penting

53

1. Geometri yang regular

2. Strong-column weak beam 3. Daktilitas

4. Desain kapasitas

5. Detailing

(54)

Irregularitas Horisontal

FEMA 454 (sesuai Tabel 13 SNI 1726:2019)

54

(55)

Irregularitas Vertikal

FEMA 454 (sesuai Tabel 14 SNI 1726:2019)

55

(56)

Irregularitas Horisontal

FEMA 454

56

(57)

Irregularitas horisontal - Remedy

FEMA 454

57

(58)

Irregularitas Vertikal (soft story)

FEMA P-749

58

(59)

Irregularitas Vertikal (soft story)

FEMA 454

59

(60)

Irregularitas Vertikal (soft story)

Moehle, J. P. (2015), “ Seismic Design of RC Buildings”

60

(61)

Irregularitas Vertikal (soft story)

Moehle, J. P. (2015), “ Seismic Design of RC Buildings”

61

(62)

Irregularitas Vertikal

FEMA 454

62

(63)

Irregularitas Vertikal - Remedy

FEMA 454

63

(64)

Prinsip-prinsip penting

64

1. Geometri yang regular

2. Strong-column weak beam

3. Daktilitas

4. Desain kapasitas

5. Detailing

(65)

Sway Mechanism

Moehle and Hooper (2016), NEHRP Tech Brief No. 1

65

Story Mechanism Beam Mechanism

Avoid Desired

(66)

Strong Column – Weak Beam

Moehle and Hooper (2016), NEHRP Tech Brief No. 1

66

(

⁺

⁻

)



+

_nc^bot _nb _nb

top

nc

M M M

M 5

6 Sway Right

−

M

nb

M

_nb⁺

top

M

nc

bot

M

n_c

+

M

nb

M

nb⁻

top

M

nc

bot

M

n_c

Sway Left

(

⁺

⁻

)



+

_nc^bot _nb _nb

top

nc

M M M

M 5

6 Sway Right

−

M

nb

M

_nb⁺

top

M

nc

bot

M

n_c

+

M

nb

M

nb⁻

top

M

nc

bot

M

n_c

Sway Left

+

M

nb

M

nb⁻

top

M

nc

bot

M

n_c

Sway Left

SNI 2847:2019 Ps. 18.7.3.2

(67)

Prinsip-prinsip penting

67

1. Geometri yang regular

2. Strong-column weak beam 3. Daktilitas

4. Desain kapasitas

5. Detailing

(68)

Daktilitas di bbrp level

68

level material

level penampang/cross section level member

level struktur

(69)

Persyaratan material baja

69

f

_y,aktual

f

_u,aktual

f

_y,nominal

f

_s

e

_s

e

_max

,nom

,aktual _y inal

125

y

a

f − f  M P

,aktual

,

1, 25

u aktua y

f

l

f 

L

₀

=200 mm

L

₁

•

1 o

• L

o

L L e = ⁻

Perpanjangan min, e (L

_o

=200mm)

D10 - D19 14%

D22 - D25 12%

D29 - D57 10%

(70)

Material Beton

70

FEMA 451

Penting !!

(71)

Pengaruh Beton Terkekang vs Daktilitas

71

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0 0,05 0,1 0,15

Moment [kN-m]

Curvature[1/m]

Penampang terkekang (confined):

3D13-100 mm

Penampang tidak terkekang

(unconfined)

f

_c

 = 30 MPa

y

420 f = MPa

b = 400 mm

h = 600 mm

(72)

Perilaku inelastik – Struktur

72

V_E V_max

V V_y

R = V

_E

/V

(73)

Perilaku inelastik – Loss of ductility

73

Material:

Penampang:

Member:

Struktur:

(74)

Prinsip-prinsip penting

74

1. Geometri yang regular

2. Strong-column weak beam 3. Daktilitas

4. Desain kapasitas

5. Detailing

(75)

Mekanisme – Beam Yielding

75 G. L.

- Sendi plastis di kedua ujung balok

- Harus dipastikan kapasitas geser yang cukup - Demand gaya geser ditentukan dari tulangan

lentur terpasang

(76)

Desain Geser di Joint

76

Joint Acting Force:

, ,

jh pr A pr B col

V = T + T − V

Vjh

Vcol

T2

C2

C1

T1

)

( _y

s f

A



)

( _y

s f

A^



A

_s

dan A

_s

’ adalah tulangan lentur terpasang

(77)

Desain Geser di Balok

77

Column Joint

Beam A Beam B

Beam yielding Beam yielding

Column Joint

Beam A Beam B

Beam yielding

Beam yielding Beam yielding Beam yielding

M

_pr

adalah probable moment yang dihitung berdasarkan:

- jumlah tulangan terpasang

- overstrength kuat tulangan

(78)

Prinsip-prinsip penting

78

1. Geometri yang regular

2. Strong-column weak beam 3. Daktilitas

4. Desain kapasitas

5. Detailing

(79)

Detailing

79

(80)

Detailing

SNI 2847:2019 - Gambar 18.6.4

80

(81)

Detailing

Moehle (2015)

81

(82)

Bagaimana mendapatkan penampang terkekang ? - Kolom

SNI 2847:2019 - Gambar 18.7.5.2

82

ata

0,3 u 70

u

c g c

P f MPa

A f   

da 

0 ,3 n 70

u

c g c

P f MPa

A f   



(83)

83

Konsep Desain Struktur Beton Bertulang terhadap Gaya Gempa

SI 4112 – STRUKTUR BETON LANJUT