Evaluasi Kinerja Struktur Gedung Terhadap Gempa Dengan Analisis Time History (Studi Kasus: Sekolah Nasional Global
Nusantara Sampit Kab. Kotawaringin Timur)
Dwitiun Novyeremia1*, Fransisco Happy Riadi Haputra Baru2, Okta Meilawaty3
1,2,3Jurusan Teknik Sipil, Universitas Palangka Raya, Palangka Raya, Indonesia
*Koresponden email: [email protected]
Diterima: 7 September 2023 Disetujui: 21 September 2023
Abstract
Indonesia is determined to be divided into 6 earthquake regions, this is because Indonesia is geographically located between 3 tectonic plates namely the Indo-Australian plate, which shows movement to the north then the Eurasian plate, which shows movement to the south and the Pacific plate, which shows movement east to west. By looking at earthquake events in various locations in Indonesia throughout 2022, a total of 217 earthquakes with magnitudes above 5 SR. This study was performed in order to determine the structural performance of the Global Nusantara Sampit School Building according to the parameters of displacement, drift, and base shear. Furthermore, the results obtained from this study will be analyzed using service limit performance and ultimate limit performance, using the time history method in accordance with the rules of SNI-1726-2019. According to the structural performance of the Global Nusantara Sampit School Building, the results show that the mass participation of the structure is fulfilled at a vibration time of 0.685 seconds and the control of structural performance analyzed using 5 earthquake records, the deviation that occurs in the building structure is only the odd earthquake that meets the service limit requirements of (0.03/R)xH = 40 mm. and the ultimate limit of 0.02xH = 80 mm and the performance at the plastic joint is included in the immediate occupancy.
Keywords: building, earthquake, structural performance, time history analysis, plastic joint displacement, drift, base shear
Abstrak
Indonesia ditetapkan terbagi menjadi dalam 6 wilayah gempa, hal tersebut dikarenakan Indonesia secara geografis yang berada di antara 3 lempeng tektonik yakni lempeng Indo Australia, yang menunjukkan pergerakan ke utara lalu lempeng Eurasia, yang menunjukkan pergerakan ke selatan dan lempeng Pasifik, yang menunjukkan pergerakan ke timur ke barat. Dengan melihat peristiwa gempa di berbagai lokasi di Indonesia sepanjang tahun 2022, total 217 gempa bumi dengan magnitudo di atas 5 SR. Penelitian ini dilakukan supaya bisa mengetahui kinerja struktur dari Gedung Sekolah Global Nusantara Sampit menurut parameter displacement, drif, serta base shear. Selanjutnya, hasil yang diperoleh dari penelitian ini akan di analisis dengan menggunakan kinerja batas layan dan kinerja batas ultimit, dengan menggunakan metode time history sesuai dengan aturan SNI-1726-2019. Menurut kinerja struktur pada Gedung Sekolah Global Nusantara Sampit diperoleh hasil bahwasanya partisipasi massa struktur terpenuhi pada waktu getaran 0,685 detik dan kontrol kinerja struktur yang dianalisis menggunakan 5 rekaman gempa diperoleh simpangan yang terjadi pada struktur gedung hanya Gempa Manjil yang memenuhi syarat batas layan sebesar (0,03/R)xH = 40 mm. dan batas ultimate sebesar 0,02xH =80 mm dan kinerja pada sendi plastis masuk kedalam immediate occupancy.
Kata Kunci: gedung, gempa bumi, kinerja struktur, time history, sendi plastis displacement, drift, base shear
1. Pendahuluan
Desain bangunan harus sesuai dengan prinsip-prinsip bangunan tahan gempa, diantaranya dengan mempertimbangkan partisipasi massa dan kinerja struktur yang akan dinilai dengan simulasi gempa [14].
Partisipasi massa berperan penting dalam menentukan perilaku bangunan saat terjadi gempa [12].
Pengukuran kinerja struktur dapat dilakukan dengan menilai tingkat kerusakan yang dialami struktur ketika mengalami gempa rencana dalam jangka waktu tertentu. Kondisi bangunan setelah mengalami gempa ditunjukkan dalam tingkatan kinerja atau yang sering disebut dengan level kinerja [10] dengan gempa recana yaitu Chi-chi, Kobe, Manjil, San Farnando dan Superstition Hills. Gedung sekolah Nasional Plus
Global Nusantara Sampit yang memiliki tingkatan 3 lantai terdapat di Kabupaten Kotawaringin Timur, Kalimantan Tengah. Menurut latar belakang diatas, maka penelitian ini dilakukan supaya bisa mengetahui kontrol partisipasi massa, kinerja struktur dan kondisi sendi plastis saat terjadi gempa.
Gambar 1. Lokasi Peneltian Sumber: Google Maps 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Gempa Bumi
Gempa bumi (earthquake) ialah suatu getaran seismik yang dapat dirasakan di beberapa wilayah tertentu di permukaan bumi dan berpotensi menyebabkan tanah longsor dan peristiwa gunung berapi yang terjadi sesekali [2].
2.2 Analisis Time History
Proses analisis riwayat waktu linier melibatkan analisis model matematis linier suatu struktur untuk memastikan responsnya dengan menggunakan teknik integrasi numerik. Analisis ini dilakukan dengan memberikan struktur pada urutan riwayat percepatan yang sesuai dengan spektral dan kompatibel dengan respons spektrum desain di lokasi tertentu [6]. Analisis inelastic non linier time history menggambarkan perubahan struktur dari elastis menjadi plastis [4].
2.3 Pembebanan
Struktur bangunan yang diusulkan harus mematuhi persyaratan yang relevan dan menunjukkan kemampuan untuk menahan beban yang ditentukan diantaranya beban yang mati, lalu beban yang hidup, dan setiap beban gempa yang diberikan pada setiap struktur bangunan [8].
2.3.1 Beban Gravitasi
Beban gravitasi merupakan beban yang bekerja secara terus-menerus pada suatu struktur dan bersifat tetap [5]. Pembebanan gravitasi mengacu pada ketentuan [7] dimana beban mati ialah berat keseluruhan bahan konstruksi dan beban hidup di sekolah yaitu 1,92 kN/m2 pada ruang kelas sedangkan pada koridor 3,82 kN/m2.
2.3.2 Beban Gempa
Dalam analisis riwayat waktu, gaya gempa ditentukan oleh percepatan tanah maksimum yang diperoleh dari rekaman gempa yang sebenarnya. Untuk setiap pasangan komponen gerakan tanah horizontal, metode akar kuadrat dari jumlah kuadrat digunakan untuk menghitung nilai SRSS dari spektrum respons, yang dihasilkan dengan mengekstraksi spektrum respons dengan redaman 5% pada setiap komponen yang diskalakan. Maka dari itu, jika penskalaan amplitudo digunakan, maka faktor penskalaan yang sama diterapkan pada kedua pasangan komponen. [6].
2.4 Partisipasi Massa
Massa struktur harus seluruhnya terdiri dari gabungan partisipasi massa yang dianalisis. Untuk memenuhi ketentuan ini, maka mempertimbangkan keseluruhan ragam pada periode di bawah 0.05 detik untuk fluktuasi benda kaku Tunggal (single rigid body) diizinkan. Analisis partisipasi massa harus mencakup keseluruhan massa struktur, yaitu hingga mencapai nilai 100%.
2.5 Kinerja Struktur
Perencanaan tehan gempa berbasis kinerja merupakan proses yang digunakan dalam perencanaan bangunan baru maupun mengevaluasi bangunan yang telah ada [13]. Tingkat performa kinerja struktur dapat dilakukan dengan mengevaluasi tingkat kerusakan yang terjadi ketika mengalami kejadian gempa yang telah ditentukan dalam jangka waktu tertentu [10]. Untuk dapat menentukan performance level berdasarkan ATC-4 maka bisa dilihat dalam Tabel 1.
Tabel 1. Batas simpangan menurut ATC-40 Batas Simpangan
Antar Tingkat
Perfomance Levels Immediate
Occupancy
Damage
Control Life Safety Structural Stability Simpangan Total
Maksimum 0,01 0,01-0,02 0,02 0,33 Vi/Pi
Simpangan Inelastis
Maksimum 0,005 0,005-0,015 Tidak ada
Batasan
Tidak ada batasan Sumber: ATC-40
2.5.1 Kinerja Batas Layan Struktur
Merupakan kinerja yang dipengaruhi oleh adanya simpangan, yang ditentukan oleh tingkat variasi tingkat antar lantai dari persyaratan yang ditentukan, yaitu:
∆<0,3
𝑅 𝐻 2.5.2 Kinerja Batas Layan Ultimit
Merupakan kinerja yang dipengaruhi oleh adanya simpangan tingkat maksimum dan simpangan pada antar-tingkat struktur yang sesuai dengan persyaratan yang ditentukan, yaitu:
1. Persyaratan untuk struktur gedung yang beraturan 𝜁 = 0,7𝑅 2. Persyaratan untuk struktur gedung yang tidak beraturan
𝜁 = 0,7𝑅
𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑆𝑘𝑎𝑙𝑎 Keterangan:
ζ = Faktor Pengali
Δ = Simpangan Antar Tingkat R = Koefisien Modifikasi Respons H = Tinggi Tingkat
2.6 Properti Sendi
Mekanisme sendi plastis yang optimal untuk digunakan selama terjadinya gempa adalah dengan menempatkan balok secara terpisah dari kolom. Namun demikian, properti sendi pada balok dan kolom sangat bergantung pada penggunaan material penampang, sehingga keruntuhan dapat terjadi setelah material mencapai titik lelehnya [9].
Gambar 2. Hinge Properties Default M3 dan Default-Interacting PM2M3 Sumber: Pratiwi Eka Wulandari (2010)
2.7 Sendi Plastis
Penentuan tingkat performance struktur diperoleh dari tingkat performance struktural ataupun non- struktural [15]. Tingkat kerusakan struktural yang dialami oleh bangunan secara signifikan dipengaruhi
oleh simpangan antar lantai (lateral story drift). Ketika sebuah kolom tidak memiliki kekuatan yang memadai, maka akan mengakibatkan terjadinya lateral drift terutama dalam satu lantai. Namun sebaliknya, ketika kolom menunjukkan kekuatan yang lebih kuat dibandingkan dengan balok, sehingga lateral drift menjadi terdistribusi secara merata di keseluruhan lantai [1]. Kondisi sendi plastis dianalisis untuk mengetahui pada elemen struktur akibat rekaman asli gempa [3]. Adapun Batasan rotasi pada balok dan kolom menurut FEMA 273 bisa dilihat dalam Tabel 2 dan Tabel 3.
Tabel 2. Nilai performa
Frame Plastic rotation Residual Performance level
a b c IO LS CP
Beam 0,025 0,05 0,2 0,005 0,02 0,025 Column 0,02 0,03 0,2 0,005 0,01 0,02
Sumber: Fema 273 Tabel 3. Backbone curve Frame Backbone curve
A B C D E
Beam 0 0 0,025 0,025 0,05 Column 0 0 0,2 0,02 0,03
Sumber: Fema 273 3. Metode Penelitian
3.1 Objek Penelitian
Sarana Pendidikan yaitu Gedung Sekolah Global Nusantara Sampit yang memiliki 3 lantai akan menjadi objek pada penelitian ini. Gedung memiliki ketinggian 11 meter yang dimana ketinggian lantai 1 ke lantai 2 sebesar 4 meter dan lantai 2 ke lantai 3 memiliki ketinggian 3,5 meter.
Gambar 3. Denah Sekolah Global Nusantara Sampit Sumber: DED Sekolah Global Nusantara Sampit
Gambar 4. Tampak Depan Sekolah Global Nusantara Sampit Sumber: DED Sekolah Global Nusantara Sampit 3.2 Data Penelitian
Data pada penelitian ini akan menggunakan beberapa sumber data yaitu data primer dan sekunder.
Dimana data primer ialah data yang didapatkan setelah dilakukannya pengamatan langsung berupa jenis tanah yang nantinya digunakan sebagai sumber perancangan struktur. Data sekunder berupa DED dan data gempa yang diperoleh secara online dari website https://ngawest2.berkeley.edu/ yang akan digunakan sebagai acuan dalam perhitungan pembebanan dan memodelkan semua elemen utama struktur.
Elev.±0.00 Elev.+4.00 Elev.+7.50 Elev.+15.50
Elev.+11.00
X Y
3.3 Analisis Data
Gambar 5. Diagram Alir Penelitian
4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Kontrol Partisipasi Massa
Partisipasi Massa pada respons total telah melampaui 90% yang terpenuhi dalam mode 3.
Tabel 4. Partisipasi Massa
Mode Period (detik) SumUX SumUY
1 0,77 0 0,9053
2 0,721 0,0454 0,9053
3 0,685 0,9217 0,9053
4 0,226 0,9217 0,989
5 0,211 0,9251 0,989
6 0,203 0,9955 0,989
7 0,176 0,9955 0,9891
8 0,173 0,9955 0,9891
9 0,165 0,9955 0,99
10 0,163 0,9956 0,99
11 0,155 0,9956 0,9927
12 0,153 0,9956 0,9927
Sumber: Analisis Data (2023) 4.2 Kontrol Gaya Geser Dasar Nominal (Base Shear)
Dalam kontrol gaya dasar dinamik (Vdinamik), maka haruslah lebih besar jika dibandingkan dengan gaya geser statik (Vstatik) [11]. Menurut analisis yang dilakukan, maka tidak perlu dilakukan penskalaan nilai gaya geser dasar karena Vdinamik melebihi Vstatik yaitu sebesar 240,44 kN. Nilai ini memenuhi persyaratan yang ditentukan untuk gaya geser dasar seperti yang ditentukan dalam standar SNI-1726-2019.
4.3 Evaluasi Kinerja Struktur
4.3.1 Kinerja Batas Layan Struktur Gedung
Hasil dari analisis dinamis time history, yang dilakukan dengan menggunakan software ETABS v.19, kemudian akan dicek menurut kriteria kinerja batas layanan. Hasil ini dilakukan sesuai dengan persyaratan yang ditentukan yaitu 0,03/R*h, yaitu sebagai berikut:
Gambar 6. Grafik Kontrol Kinerja Batas Layan arah X dan arah Y Sumber: Analisis Data (2023)
4.3.2 Kinerja Batas Layan Ultimit
Hasil analisis dinamik respon spektrum yang dilakukan dengan menggunakan software ETABS v.19 kemudian akan dibandingkan dengan kinerja batas ultimit. Selanjutnya, perlu dihitung simpangan dan simpangan struktur gedung dengan mempertimbangkan simpangan yang diakibatkan pembebanan gempa nominal. Simpangan ini kemudian dikalikan dengan faktor keutamaan ξ, = 0,7 x R yang berlaku untuk bangunan normal. Oleh karena itu, simpangan struktur gedung dilarang melebihi 0,02 kali tinggi tingkat yang bersangkutan, dengan mempertimbangkan kondisi batas ultimit.
Gambar 7. Grafik Kontrol Kinerja Batas Ultimite arah X dan arah Y Sumber: Analisis Data (2023)
4.4 Hasil Kinerja Struktur
Berdasarkan ATC-40 kinerja struktur dianalisis berdasarkan nilai displacement. Kinerja struktur terbagi dalam dua kategori yaitu dinilai berdasarkan maximum total drift serta maximum inelastik drift.
1 2 3
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0
STORY
SIMPANGAN (mm)
KINERJA BATAS LAYAN ARAH X
Chi-Chi X KOBE X
MANJIL X SAN FERNANDO X
Superstition Hills X Diizinkan 0,03/R*h (mm)
1 2 3
0,0 30,0 60,0 90,0 120,0 150,0
STORY
SIMPANGAN (mm)
KINERJA BATAS LAYAN ARAH Y
Chi-Chi X KOBE Y
MANJIL Y SAN FERNANDO Y
Superstition Hills Y Diizinkan 0,03/R*h (mm)
1 2 3
0,00 40,00 80,00 120,00 160,00 200,00
STORY
SIMPANGAN (mm) KINERJA BATAS ULTIMITE ARAH X
Chi-Chi X KOBE X
MANJIL X SAN FERNANDO X
Superstition Hills X Diizinkan 0,02 x H (mm)
1 2 3
0,00 70,00 140,00 210,00 280,00 350,00
STORY
SIMPANGAN (mm) KINERJA BATAS ULTIMITE ARAH Y
Chi-Chi Y KOBE Y
MANJIL Y SAN FERNANDO Y
Superstition Hills Y Diizinkan 0,02 x H (mm)
Tabel 5. Level kinerja struktur arah X
Gempa Dt
(mm) D1 (mm)
H (mm)
Max Drift
Max In- elastic Drift
Drift Izin
Level Kinerja drift
Level Kinerja In-elastic drift Chi-chi 121,2 59,5 11000 0,0110 0,0056 0,01 Demage
Control
Immediate Occupancy Kobe 130,05 64,24 11000 0,0118 0,0060 0,01 Demage
Control
Immediate Occupancy Manjil 19,25 9,42 11000 0,0018 0,0009 0,01 Immediate
Occupancy
Immediate Occupancy San Fernado 49,97 26,18 11000 0,0045 0,0022 0,01 Immediate
Occupancy
Immediate Occupancy Superstition Hills 52,31 23,34 11000 0,0048 0,0026 0,01 Immediate
Occupancy
Immediate Occupancy Sumber: Analisis Data (2023)
Tabel 6. Level kinerja struktur arah Y
Gempa Dt
(mm)
D1 (mm)
H (mm)
Max Drift
Max In- elastic Drift
Drift Izin
Level Kinerja drift
Level Kinerja In-elastic drift Chi-chi 256,19 115,19 11000 0,0233 0,0128 0,01 Life Saftey Damage
Control Kobe 193,08 83,34 11000 0,0176 0,0100 0,01 Damage
Control
Immediate Occupancy Manjil 42,56 18,58 11000 0,0039 0,0022 0,01 Immediate
Occupancy
Immediate Occupancy San Fernado 74,64 32,59 11000 0,0068 0,0038 0,01 Immediate
Occupancy
Immediate Occupancy Superstition Hills 106,08 45,48 11000 0,0096 0,0055 0,01 Immediate
Occupancy
Immediate Occupancy Sumber: Analisis Data (2023)
Dari hasil analisis level kinerja struktur pada Tabel 5 dan Tabel 6 untuk rekaman Manjil, San Fernando dan Superstition hills masuk kedalam kinerja Immediate Occupancy (IO). Sedangkan untuk gempa Chi-chi pada arah Y yang memiliki Max drift 0,0233 dan Max In-Elastic Drift 0,0128 masuk kedalam kinerja Life Saftey dan Demage Control, dimana struktur bangunan ini mengalami kerusakan struktural yang cukup parah akibat gempa bumi Chi-chi, namun belum mengalami kegagalan struktural total. Namun demikian, struktur bangunan ini masih mampu menahan kejadian gempa berikutnya. Dan pada gempa Kobe level kinerja drift masuk kedalam Demage Control.
4.5 Kondisi Sendi Plastis Yang Terjadi
Untuk lokasi-lokasi sendi plastis yang telah terjadi yang bisa dilihat pada bangunan terdapat sendi plastis pada beberapa kolom dan balok yang berada dalam status immediate occupancy (IO), tujuannya ialah untuk memastikan bahwa kekuatan dan kekakuan tetap pada tingkat yang sama seperti sebelum terjadinya gempa bumi.
Gambar 8. Kondisi Sendi Plastis pada balok kolom saat terjadi gempa Chi-chi Sumber: Analisis Data (2023)
5. Kesimpulan & Saran
Berdasarkan hasil evaluasi untuk partisipasi Massa pada respons total dengan melebihi 90% yang telah terpenuhi pada mode 3 pada waktu getaran struktur 0,685 detik. Untuk kinerja struktur berdasarkan kinerja batas layan dan ultimite dari 5 rekaman gempa rencana tersebut hanya Gempa Manjil yang memenuhi batas kinerja dengan batas izin layan 70 mm dan izin ulimite 35 mm. Sedangkan untuk sendi plastis untuk keseluruhan gempa rencana masuk kedalam level kinerja IO (Immediate Occupancy). Peneliti menyarankan perlunya pemasangan dinding geser supaya dapat memperkecil simpangan yang terjadi pada struktur gedung.
6. Referensi
[1] Abdulaziz, Fahmi. 2017. Desain Modifikasi Gedung Apartemen Grand Dhika City Tower Emerald Menggunakan Base Isolator dengan Nonlinear Time History Analysis. Tugas Akhir. Surabaya:
Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[2] Afrida, Iklil. 2020. Analisis Ketahanan Gedung Apartemen Surabaya dengan Menggunakan Metode Respon Spektrum. Berkala Sainstek. Vol 8. No 4
[3] Aji, Rahmantyo. 2019. Analisis Story Drift dan Kondisi Sendi Plastis Berbasis Performa pada Gedung Bertingkat dengan Konfigurasi Struktur Persegi Panjang, U, L, H, dan T. Media Komunikasi Teknik Sipil. Vol 25, No. 1.
[4] A.M Hutasoit, Samuel. 2011. Analisis Time History Bangunan Tahan Gempa Dengan Penempatan Demper Karet Diantara Brecing Dan Balok. Tugas Akhir. Medan: Fakultas Teknik, Universitas Sumatra Utara
[5] Atho’ul Ahyari, Lucky dan Widyaningrum, Maya. 2022. Perencanaan Struktur Pembangunan Rumah Susun Soekarno Hatta Semarang. Tugas Akhir. Semarang: Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil, Universitas Semarang.
[6] Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 1726-2019). Jakarta.
[7] Badan Strandarisasi Nasional. 2020. Beban Minimum untuk Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur Lain (SNI 1727-2020). Jakarta.
[8] Bagus, Setiawan Dandy. 2021. Evaluasi Kinerja Struktur Gedung Pada Kondisi Batas Layan Dan Batas Ultimit Dengan Analisis Dinamik Metode Respon Spektrum. (Studi Kasus: Gedung Fakultas Hukum Universitas Sam Ratulangi). Tugas Akhir. Yogyakarta: Fakultas teknik sipil dan perencanaan, Universitas islam Indonesia.
[9] Eka, Wulandari Pratiwi. 2010. Prilaku Struktur Komposit Bangunan Rumah Sakit Terhadap Respon Dinamik Analisis Riwayat Waktu (Time History) Nonlinier. Tugas Akhir. Depok: Fakultas Teknik Sipil, Universitas Indonesia.
[10] Kemalasari, Maharani Khatulistiwa. 2021. Analisis Pushover Struktur Gedung Tidak Beraturan Pada Tanah Lunak. Tugas Akhir. Banjarbaru: Fakultas Teknik Sipil, Universitas Lambung Mangkurat.
[11] Putra, Mayka Purnama. 2021. Evaluasi Kinerja Struktur Gedung Bertingkat dengan Metode Analisis Time History (Studi Kasus: Apartemen Kingland Avenue Serpong). JRSDD Vol. 9.
[12] Rendra, Rezky. 2015.Kinerja struktur akibat beban Gempa dengan metode Respon Spektrum dan Time History. Jom Fteknik. Vol. 2, No. 2, 2015.
[13] Sepriko, Antoni. 2022. Evaluasi Kemampuan Rumah Tinggal Sederhana di Nagari Kajai Kecamatan Talamau Akibat Gempa Pasaman Barat. Tugas akhir. Sumatera Barat: Program Studi Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat.
[14] Wandrianto, S. Anggen. 2014. Evaluasi Kinerja Struktur Gedung Berti`ngkat Dengan Analisis Dinamik Time History Menggunakan Etabs (Studi Kasus: Hotel Di Daerah Karanganyar). Tugas Akhir. Surakarta: Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret.
[15] Wibowo, Panji. 2016. Perencanaan Ulang Gedung I.T.S Office Tower Jakarta Menggunakan Metode Performance Based Design. Tugas Akhir. Surabaya: Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.
