Perbandingan Kinerja Struktur yang Menggunakan Base Isolator dengan Tanpa Base Isolator Dengan Analisis Beban Dorong (Pushover)

(1)

ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) UniversitasGunadarma

-

Depok18- 19Oktober2011

Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559

PERBANDINGAN KINERJA STRUKTUR YANG MENGGUNAKAN

BASE ISOLATOR DENGAN TANPA BASE ISOLATOR DENGAN

ANALISIS BEBAN DORONG (PUSHOVER)

Miftall Hazm;1

Risty Mavonda p2 Agung Sugiyatno3

1,2,3Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. JOO,Depok 16424, Jawa Barat

1ami _sipil@Studentsite.gunadarma.ac.id Abstrak

Indonesia berada dalam zona rawan gempa, oleh karenanya struktur bangunan harus dirancang tahan gempa. Teknologi base isolator system merupakan salah satu system struktur yang membuat suatu struktur menjadi tahan gempa. pada penu/isan ini, kinerja struktur bangunan dengan base isolator system akan dibandingkan dengan bangunan tanpa base isolator system menggunakan ana/isis gempa beban dorong (pushover analysis). Bangunan yang menjadi studi /casus adalah bangunan rumah sakit 5 lantai. Program bantu yang digunakan adalah SAP2000. Bangunan dengan Base Isolator System memiliki waktu getar efektif sebesar 3,1 detik sedangkan bangunan tanpa base isolator system 0,984 detik. Dilihat dari hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis, bangunan yang tanpa menggunakan base isolator mengalami keruntuhan pada defleksi sebesar 0,40476 m sedangkan yang mengunakan base isolator pada defleksi sebesar 0,568021 m dengan kata lain, penggunaan base isolator dapat mereduksi gaya gempa yang terjadi.

Kata Kunci: gempa, base isolator, pushover, SAP2000.

PENDAHULUAN

Negara Indonesia berada di ring of

fire menjadikan Negara Indonesia sering dilanda gempa bumi. Dalam beberapa keja-dian gempa bumi di kota besar di Indonesia, seperti di Aceh, Yogyakarta dan Padang, telah dijumpai banyak kerusakan bangunan dan menelan lebih banyak korban jiwa jika dibandingkan dengan gempa yang terjadi di Jepang tahun 20 II. Hal ini mencerminkan bahwa Indonesia belum sepenuhnya tanggap akan kondisi alam yang rawan akan gempa. Indonesia sebagai Negara rawan gempa harus sigap bila terjadi gempa yang terjadinya dapat kapan saja. Menurut Nathan Madu-tujuh, bukan gempa yang membunuh, atau pun gedungnya, tetapi gedung yang didesain dengan buruk, sehingga struktur bangunan harus dirancang tahan gempa. Salah satu teknologi gedung tahan gempa adalah tekno-logi base isolator system.

Prinsip utama cara kerja base isolator jenis elastomerik bearing (HDRB atau LRB)

Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktuf...

adalah memperpanjang waktu getar alami struktur diluar frekwensi dominan gempa sampai 2,5 atau 3 kali dari waktu getar struktur tanpa isolator (flXed base structures) dan memiliki damping antara 10 sId 20%. Akibatnya gaya gempa yang disalurkan ke struktur menjadi lebih kecil (Eurocode 8).

Rumusan masalah dalam penulisan ini adalah membandingkan kinerja struktur bangunan rumah sakit antara yang meng-gunakan base isolator dengan tanpa menggu-nakan base isolator. Analisis gempa yang digunakan adalah analisis beban dorong

(pushover). Program yang digunakan penulis

adalah SAP2000.

Penelitian terdahulu yang men-dukung penulisan ini meliputi Chopra dan Goel (2001) yang membahas tentang prose-dur analisis pushover untuk mengestimasi ketahanan bangunan terhadap gempa. Archer (2001) membahas tentang algoritma iterasi perpindahan untuk analisis pushover.

Chintanapakdee dan Chopra (2003) mem-bahas tentang analisis evaluasi modal

(2)

ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011

over pada portal. Powell (2006) membahas

tentang penjelasan, perbandingan dan imple-mentasi dari' analisis statis pushover.

Chandrasekaran dan Roy (2006) menjelaskan tentang evaluasi gempa dari bangunan beton bertulang tingkat banyak menggunakan analisis pushover. Dewobroto (2006) memba-has tentang evaluasi kinerja bangunan baja tahan gempa dengan SAP2000. Alhan dan Altun (2009) membahas tentang kinerja non-linear dari sistem base isolation berdasarkan UBC. Chang, Wang, dan Spencer (2009) membahas tentang aplikasi kontrol aktif base

isolation. Krishnamoorthy dan Shetty (2009)

membahas tentang efek redaman dari struktur yang menggunakan base isolation. Babu, Sable, dan Jafarsadik (2011) membahas tentang pendekatan modal dan titik untuk keadaan kritis dan kontrol pada sistem base

isolation.

Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui perbandingan kinerja struktur yang menggunakan base isolator dengan yang tanpa menggunakan base isolator

dengan analisis beban dorong (pushover). Hal yang akan diperbandingkan adalah waktu getar efektif struktur, batas izin pada kondisi

10 (Immediate Occupancy) dan besar detleksi

yang terjadi, pada step ke berapa struktur

A

I 8m I 8m I 8m I 8m I 8m I 8m I 'm

Gambar 1 Denah Bangunan

Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559 akan Collapse dan besar detleksi yang terjadi selain itu mengetahui apakah dengan menggunakan base isolator dapat mereduksi gaya gempa yang terjadi.

METODE PENELITIAN

Asumsi Desain (Data Perencanaan)

Konfigurasi Bangunan

=

Beraturan;

Jumlah Lantai

=

4; Tinggi Lantai Dasar

= 4,5

m; Tinggi Lantai Tipikal = 4,0 m; Tinggi Total Gedung = 16,5m; Panjang Gedung = 56 m; Lebar Gedung = 28 m ; Jenis Tanah = Tanah Sedang. Dimensi Elemen Bangunan: Tebal Pelat Lantai

=

120 mm; Dimensi Balok

=

250 mm x 550 mm; Dimensi Kolom = 550

mm x 700 mm. Mutu Bahan :f'c = 35 MPa;J; = 390 MPa (untuk d 2: 12 mm); 240 MPa (untuk d < 12 mm). Fungsi Bangunan : Rumah Sakit. Spesifikasi Base isolator: Tipe

=

Rubber Base isolator; Tinggi

=

160 mm;

Diameter = 500 mm;, kekakuan efektif (effective Stiffness) = 2,16 kN/mm; Fy Base

isolator

=

69 kN Horizontal stiffness (elastomer contribution) = 1,52 kN/mm. denah bangunan dan gambar base isolator yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2. Diagram alir penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 5.

~

'm 1m 7111 7.,

.

:1 '.

~--I

~

!---Jm 8m

I

81T!

I

Gambar 2 Potongan C

Gambar 3. Base Isolator Sumber: Algasism

AT- 14

Gambar 4. Tampak 3D

(3)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tampilan -deformasi struktur yang terjadi dapat dilihat pada Kurva Pushover

yang menunjukkan hubungan antara

gaya

geser dasar dengan perpindahan pada titik kontrol dengan menggunakan beban ragam fundamental dan beban gempa merata pada titik pusat massa lantai (Gambar 6).

Setelah kurva pushover dapat digam-barkan, langkah selanjutnya adalah mencari pada langkah pembebanan (step) ke berapa terjadinya waktu getar efektif dan gaya geser dasar (Vbase) efektif pada titik yang ditinjau yaitu titik berat bangunan (perfor-mance

point) atau target perpindahan. Nilai waktu

C___~I~i_)

getar efektif dapat dilihat dengan program SAP2000, didapatkan nilai sebesar 0,984 detik dengan target perpindahan sebesar 0,168 m dengan menggunakan beban ragam fundamental untuk bangunan tanpa base

isolator (Iebih menentukan daripada beban

merata sebesar 0,162). Sedangkan waktu getar efektif bangunan dengan base isolator didapatkan nilai sebesar 3,100 detik dengan target perpindahan sebesar 0,443 m dengan menggunakan beban merata (Iebih menentukan daripada beban ragam fundamental sebesar 0,349) yang dapat dilihat pada Gambar

7.

Pembentukan sendi plastis pada setiap tahapan pembebanan ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.

Pennodelau Smlktur (Iaupa &$e Isolalor) dcngaD Progmlll SAP

2000

/

(mcuggtlilakau Ba~ Isolator) dengan Pro2l1lDl SAP 2000

Aualisis Gaya G<:1IIJh1 dengan lIIomggtulakan Analiw. Behan Doro~ (Pushover)

Pe1iba Kiul.1ja SIJUkI\U

Gambar 5. Diagram Alir Penelitian

(a) (b)

Gambar 6 (a) Kurva Pushover Tanpa Base isolator (b) Kurva Pushover Base isolator

Hazroidkk,PerbandinganKinerjaStruktur... AT- 15

(4)

ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) UniversitasGunadarma

-

Depok18- 19Oktober2011

Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559 ~.f%iI:'~ ~'" .:.I AMH N I Md~dl'~.. t ~ ~~~C1

f

~,..fj;O.

J

'1.J1J.n~~1~M:1

1

. ~NII"'14J: .~ (a) (b)

Gambar 7. (a) Capacity Spectrum Tanpa Base isolator (b) Capacity Spectrum dengan Base isolator

SIMPULAN

Simpulannya adalah (1) bangunan tanpa base isolator system memiliki waktu getar efektif sebesar 0,984 detik dengan target perpindahan sebesar 0,168 m sedangkan bangunan dengan base isolator

system 3,100 detik dengan target perpindahan

sebesar 0,443 m. HasH ini menunjukkan bangunan yang menggunakan base isolator

system lebih tahan terhadap gempa, (2) berdasarkan kriteria kinerja yang ditetapkan Vision 200 dan NEHRP untuk rumah sakit batas izin adalah pada kondisi 10 maka gedung yang tanpa menggunakan base isolator dapat bertahan pada step ke 6 yaitu

pada detleksi sebesar 0,07 m dan jika menggunakan base isolator pada step ke 3

AT

-

16

yaitu pada detleksi sebesar 0,297747 m. Dengan menggunakan base isolaton batas detleksi untuk kondisi 10 lebih besar dibandingkan dengan tanpa menggunakan

base isolation, (3) bangunan tanpa base isolator mengalami Collapse pada step ke 9

yaitu dengan detleksi sebesar 0,40476 m sedangkan pada bangunan dengan base isolator system pada step ke 5 yaitu dengan

detleksi sebesar 0,568021 m. Dengan menggunakan base isolator batas detleksi untuk kondisi Collapse lebih besar dibandingkan dengan tanpa menggunakan

base isolator, dan (4) penggunaan base isolator dapat mereduksi gaya gempa yang

terjadi dibandingkan dengan bangunan yang tidak menggunakan base isolator.

Hazmidkk,Perbandingan KinerjaStruktur..

(5)

Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktur... AT- 17

ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil) Vol.4 Oktober2011 UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011 ISSN:1858-2559 Tabell. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis pada

struktur gedung tanpa base isolator (Beban ragam fundamental)

A B 10 LS CP C D

To To To To To To To _Beyond

L_

Steo Disolacement BaseForce B 10 LS CP C D E E Total

I

m K2f 0 -1,42E-17 0 1016 0 0 0 0 0 0 0 1016 1 _0,018178 _248424,92 1011 5 0 0 0 0 0 0 1016 2 0,036166 395013,01 841 175 0 0 0 0 0 0 1016 3 0,049233 457555,03 771 245 0 0 0 0 0 0 1016 4 _0,067663 _513000,26 736 280 0 0 0 0 0 0 1016 5 0,07266 522866,92 706 310 0 0 0 0 0 0 1016 6 0,074456 524822,27 696 320 0 0 0 0 0 0 1016 7 _0,224456 _545843,36 696 35 285 0 0 0 0 0 1016 8 0,374456 566864,44 696 0 70 250 0 0 0 0 1016 9 0,40476 571111,29 696 0 0 285 0 35 0 0 1016 10 0,404775 507238,77 696 0 0 285 0 0 35 0 1016 11 0,405456 512383,62 696 0 0 285 0 0 35 0 1016 12 0,412638 536125,24 696 0 0 285 0 0 35 0 1016 13 0,419057 540433,87 696 0 0 208 0 77 35 0 1016 14 0,414917 165905,04 696 0 0 205 0 8 107 0 1016

Tabel 2. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta tahapan pembentukan sendi plastis pada struktur gedung dengan base isolator (Beban Merata)

A B 10 LS CP C D

To To To To To To To Beyond

Step Displacement BaseForce B 10 LS CP C D E E Total

m Kgf 0 _0,012486 _0,00 1016 0 0 0 0 0 0 0 1016 1 0,060035 158011,08 1016 0 0 0 0 0 0 0 1016 2 0,100947 238747,39 946 70 0 0 0 0 0 0 1016 3 0,297747 418226,06 856 160 0 0 0 0 0 0 1016 4 _0,445966 500561,65 756 190 70 0 0 0 0 0 1016 5 0,527661 517115,89 684 222 40 70 0 0 0 0 1016 6 0,568021 521200,80 674 162 110 62 0 8 0 0 1016 7 0,568171 477920,94 674 162 110 62 0 0 8 0 1016 8 0,575628 493089,03 674 162 110 62 0 0 8 0 1016 9 0,577348 495226,45 674 162 110 60 0 2 8 0 1016 10 0,577498 470807,43 674 162 110 60 0 0 10 0 1016 11 0,584750 488141,67 674 162 110 60 0 0 10 0 1016 12 _0,591710 _494294,39 674 162 110 36 0 24 10 0 1016 13 _0,547752 290177,60 672 164 110 32 0 0 38 0 1016

(6)

Keterangan : Level Kideria Operational Immediate Occupancy Life Safety Collapse Prevention Sumber : NEHRP, 2009 DAFTAR PUSTAKA Vol.4 Oktober2011 ISSN:1858-2559 Penjelasan

Tidak ada kerusakan berarti pada struktur dan non-struktur, bangunan tetap berfungsi

Tidak ada kerusakan yang berarti pada struktur, dimana kekeuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sarna dengan kondisi sebelum gempa. Komponen nonstruktur masih berada ditempatnya dan sebagian besar masih berfungsijika utilitasnya tersedia bangunan dapat tetap berfungis dan tidak terganggu dengan masalah perbaikan.

Terjadi kerusakan komponen struktur, kekakuannya berkurang, tetapi masih mempunyai ambang yang cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-struktur masih ada tetapi tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan

erbaikan

Kerusakan yang berarti pada komponen struktur dan non-struktur. Kekuatan struktur dan kekakuannya berkurang banyak, hampir runtuh, kecelakaan akibat keiatuhan material banl!unan vanl! rusak sanl!an munl!kin teriadi

Alhan, Cenk and Altun, Metin. 2009.

Performance of Non-Linear Base isolation Systems Designed According to Uniform Building Code. 5thInternational Advanced

Technologies Symposium (IATS'09). Turkey

Applied Technology Council. 2004.

Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures, FEMA 440, ATC-55

Project.

Archer, Graham C. 2001. A Constant Displacement Iteration Algorithm for Nonlinear Static Push-Over Analyses.

Electronic Journal of Structural Engineering

Babu, S. Suresh; Sable, Kishore Sambhaji and Jafarsadik I.S. 2011. Critical and

Control Strategies for Base Isolation System using Modal and Nodal Approaches. International Journal of Earth

Sciences and Engineering, Vol. 04, No. 01.

Chandrasekaran, S and Roy, Anubhab. 2006.

Seismic Evaluation of Multi-Storey RC Frame Using Modal Pushover Analysis.

Nonlinear Dynainics, Vol. 43. Springer. Chang, Chia-Ming; Wang, Zhihao and

Spencer, Billie F. 2009. Application of

Active Base isolation Control. Sensors and

Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems. USA

Chintanapakdee, Chatpan and Chopra, Anil K. 2003. Evaluation of Modal Pushover

AT- 18

Analysis Using Generic Frames.

Earthquake Engineering And Structural Dynamics, Vol. 32.

Chopra, Anil K and Goel, Rakesh K. 2001. A

Modal Pushover Analysis Procedure For Estimating Seismic Demands For Buildings. Earthquake Engineering And

Structural Dynamics, Vol. 31.

Computer and Structures, Inc. 2010. Linear

and Nonlinear Static and Dynamic Analysis and Design of Three Dimensional Structures, CSI Berkeley,

California.

Dewobroto, Wiryanto. 2006. Evaluasi Kinerja Bangunan Baja Tahan Gempa dengan SAP2000. Jurnal Teknik Sipil,

Vol. 2, No.1.

Krishnamoorthy and Shetty, Kiran K. 2009.

Effect of Isolation Damping on The Response of Base Isolated Structure.

Asian Journal Of Civil Engineering (Building And Housing) Vol. 10, No.6. Pamungkas, A dan Harianti, E. 2009. Gedung

beton bertulang tahan gempa. Itspress. Surabaya

Powell, Graham H. 2006. Static Pushover

Methods - Explanation, Comparison And Implementation. 8TH US National Conference on Earthquake Engineering. San Francisco

PPIUG 1983. 1983. Peraturan Pembebanan

Indonesia Untuk Gedung. Direktorat Penyeledikan Masalah Bangunan.

Pranata, Y.A. 2006. Studi Perencanaan Berbasis Kinerja pada Rangka Beton Bertulang dengan Metode Direct

(7)

Displacement-Based

Design.

Jurnal

Teknik Sipil, Vol.3, No.2.

SNI 03-2847-2002. 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Depkimpraswil.

SNI 1726-2002. 2002. Standar Perencanaan

Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung, Depkimpraswil.