-
ProceedingPESAT
(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&Sipil)UniversitasGunadarma-
Depok18- 19Oktober2011
Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559
PERBANDINGAN KINERJA STRUKTUR YANG MENGGUNAKANBASE ISOLATOR
DENGAN TANPA BASE ISOLATOR DENGAN
ANALISIS BEBAN DORONG (PUSHOVER)
Miftall Hazm;1Risty Mavonda p2Agung Sugiyatno3
1,2,3Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas
GunadarmaJl. Margonda Raya No. JOO,Depok 16424, Jawa Barat
1ami [email protected]
Abstrak
Indonesia berada dalam zona rawan gempa, oleh karenanya struktur
bangunan harus dirancangtahan gempa. Teknologi base isolator system
merupakan salah satu system struktur yang membuatsuatu struktur
menjadi tahan gempa. pada penu/isan ini, kinerja struktur bangunan
dengan baseisolator system akan dibandingkan dengan bangunan tanpa
base isolator system menggunakanana/isis gempa beban dorong
(pushover analysis). Bangunan yang menjadi studi /casus
adalahbangunan rumah sakit 5 lantai. Program bantu yang digunakan
adalah SAP2000. Bangunandengan Base Isolator System memiliki waktu
getar efektif sebesar 3,1 detik sedangkan bangunantanpa base
isolator system 0,984 detik. Dilihat dari hubungan antara
displacement dan gayageser dasar serta tahapan pembentukan sendi
plastis, bangunan yang tanpa menggunakan baseisolator mengalami
keruntuhan pada defleksi sebesar 0,40476 m sedangkan yang
mengunakanbase isolator pada defleksi sebesar 0,568021 m dengan
kata lain, penggunaan base isolator dapatmereduksi gaya gempa yang
terjadi.
Kata Kunci: gempa, base isolator, pushover, SAP2000.
PENDAHULUAN
Negara Indonesia berada di ring offire menjadikan Negara
Indonesia seringdilanda gempa bumi. Dalam beberapa keja-dian gempa
bumi di kota besar di Indonesia,seperti di Aceh, Yogyakarta dan
Padang,telah dijumpai banyak kerusakan bangunandan menelan lebih
banyak korban jiwa jikadibandingkan dengan gempa yang terjadi
diJepang tahun 20 II. Hal ini mencerminkanbahwa Indonesia belum
sepenuhnya tanggapakan kondisi alam yang rawan akan gempa.Indonesia
sebagai Negara rawan gempa harussigap bila terjadi gempa yang
terjadinyadapat kapan saja. Menurut Nathan Madu-tujuh, bukan gempa
yang membunuh, ataupun gedungnya, tetapi gedung yang didesaindengan
buruk, sehingga struktur bangunanharus dirancang tahan gempa. Salah
satuteknologi gedung tahan gempa adalah tekno-logi base isolator
system.
Prinsip utama cara kerja base isolatorjenis elastomerik bearing
(HDRB atau LRB)
Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktuf...
adalah memperpanjang waktu getar alamistruktur diluar frekwensi
dominan gempasampai 2,5 atau 3 kali dari waktu getarstruktur tanpa
isolator (flXed base structures)dan memiliki damping antara 10 sId
20%.Akibatnya gaya gempa yang disalurkan kestruktur menjadi lebih
kecil (Eurocode 8).
Rumusan masalah dalam penulisanini adalah membandingkan kinerja
strukturbangunan rumah sakit antara yang meng-gunakan base isolator
dengan tanpa menggu-nakan base isolator. Analisis gempa
yangdigunakan adalah analisis beban dorong(pushover). Program yang
digunakan penulisadalah SAP2000.
Penelitian terdahulu yang men-dukung penulisan ini meliputi
Chopra danGoel (2001) yang membahas tentang prose-dur analisis
pushover untuk mengestimasiketahanan bangunan terhadap gempa.
Archer(2001) membahas tentang algoritma iterasiperpindahan untuk
analisis pushover.Chintanapakdee dan Chopra (2003) mem-bahas
tentang analisis evaluasi modal push-
AT- 13
-
ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&
Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011
over pada portal. Powell (2006) membahastentang penjelasan,
perbandingan dan imple-mentasi dari' analisis statis
pushover.Chandrasekaran dan Roy (2006) menjelaskantentang evaluasi
gempa dari bangunan betonbertulang tingkat banyak
menggunakananalisis pushover. Dewobroto (2006) memba-has tentang
evaluasi kinerja bangunan bajatahan gempa dengan SAP2000. Alhan
danAltun (2009) membahas tentang kinerja non-linear dari sistem
base isolation berdasarkanUBC. Chang, Wang, dan Spencer
(2009)membahas tentang aplikasi kontrol aktif baseisolation.
Krishnamoorthy dan Shetty (2009)membahas tentang efek redaman dari
strukturyang menggunakan base isolation. Babu,Sable, dan Jafarsadik
(2011) membahastentang pendekatan modal dan titik untukkeadaan
kritis dan kontrol pada sistem baseisolation.
Tujuan penulisan ini adalah untukmengetahui perbandingan kinerja
strukturyang menggunakan base isolator denganyang tanpa menggunakan
base isolatordengan analisis beban dorong (pushover). Halyang akan
diperbandingkan adalah waktugetar efektif struktur, batas izin pada
kondisi10 (Immediate Occupancy) dan besar detleksiyang 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 Oktober2011ISSN:1858-2559
akan Collapse dan besar detleksi yang terjadiselain itu
mengetahui apakah denganmenggunakan base isolator dapat
mereduksigaya gempa yang terjadi.
METODE PENELITIAN
Asumsi Desain (Data Perencanaan)Konfigurasi Bangunan =
Beraturan;
Jumlah Lantai = 4; Tinggi Lantai Dasar = 4,5m; Tinggi Lantai
Tipikal = 4,0 m; TinggiTotal Gedung = 16,5m; Panjang Gedung = 56m;
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 = 550mm 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 Baseisolator = 69 kN
Horizontal stiffness(elastomer contribution) = 1,52 kN/mm.denah
bangunan dan gambar base isolatoryang digunakan dapat dilihat pada
Gambar 1dan 2. Diagram alir penelitian ini dapatdilihat pada Gambar
5.
~
'm
1m
7111
7.,
.
:1'.
~--I~
!---Jm 8m I 81T! I
Gambar 2 Potongan C
Gambar 3. Base IsolatorSumber: Algasism
AT- 14
Gambar 4. Tampak 3D
Hazmidkk,PerbandinganKineljaStruktur...
-
ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&
Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tampilan -deformasi struktur yangterjadi dapat dilihat pada
Kurva Pushoveryang menunjukkan hubungan antara gayageser dasar
dengan perpindahan pada titikkontrol dengan menggunakan beban
ragamfundamental dan beban gempa merata padatitik pusat massa
lantai (Gambar 6).
Setelah kurva pushover dapat digam-barkan, langkah selanjutnya
adalah mencaripada langkah pembebanan (step) ke berapaterjadinya
waktu getar efektif dan gaya geserdasar (Vbase) efektif pada titik
yang ditinjauyaitu titik berat bangunan (perfor-mancepoint) atau
target perpindahan. Nilai waktu
C___~I~i_)
Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559
getar efektif dapat dilihat dengan programSAP2000, didapatkan
nilai sebesar 0,984detik dengan target perpindahan sebesar0,168 m
dengan menggunakan beban ragamfundamental untuk bangunan tanpa
baseisolator (Iebih menentukan daripada bebanmerata sebesar 0,162).
Sedangkan waktugetar efektif bangunan dengan base
isolatordidapatkan nilai sebesar 3,100 detik dengantarget
perpindahan sebesar 0,443 m denganmenggunakan beban merata
(Iebihmenentukan daripada beban ragamfundamental sebesar 0,349)
yang dapatdilihat pada Gambar 7. Pembentukan sendiplastis pada
setiap tahapan pembebananditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.
Pennodelau Smlktur
(Iaupa &$e Isolalor)dcngaD Progmlll SAP
2000
//
(mcuggtlilakau Ba~Isolator) dengan
Pro2l1lDl SAP 2000
Aualisis Gaya G
-
ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&Sipil)UniversitasGunadarma-
Depok18- 19Oktober2011
Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559
~.f%iI:'~~'" .:.I
AMH N IMd~dl'~.. t
~ ~~~C1
f ~,..fj;O.J '1.J1J.n~~1~M:11.
~NII"'14J:
.~
(a) (b)Gambar 7. (a) Capacity Spectrum Tanpa Base isolator (b)
Capacity Spectrum dengan Base isolator
SIMPULAN
Simpulannya adalah (1) bangunantanpa base isolator system
memiliki waktugetar efektif sebesar 0,984 detik dengantarget
perpindahan sebesar 0,168 msedangkan bangunan dengan base
isolatorsystem 3,100 detik dengan target perpindahansebesar 0,443
m. HasH ini menunjukkanbangunan yang menggunakan base
isolatorsystem lebih tahan terhadap gempa, (2)berdasarkan kriteria
kinerja yang ditetapkanVision 200 dan NEHRP untuk rumah sakitbatas
izin adalah pada kondisi 10 makagedung yang tanpa menggunakan
baseisolator dapat bertahan pada step ke 6 yaitupada detleksi
sebesar 0,07 m dan jikamenggunakan base isolator pada step ke 3
AT- 16
yaitu pada detleksi sebesar 0,297747 m.Dengan menggunakan base
isolaton batasdetleksi untuk kondisi 10 lebih besardibandingkan
dengan tanpa menggunakanbase isolation, (3) bangunan tanpa
baseisolator mengalami Collapse pada step ke 9yaitu dengan detleksi
sebesar 0,40476 msedangkan pada bangunan dengan baseisolator system
pada step ke 5 yaitu dengandetleksi sebesar 0,568021 m.
Denganmenggunakan base isolator batas detleksiuntuk kondisi
Collapse lebih besardibandingkan dengan tanpa menggunakanbase
isolator, dan (4) penggunaan baseisolator dapat mereduksi gaya
gempa yangterjadi dibandingkan dengan bangunan yangtidak
menggunakan base isolator.
Hazmi dkk, Perbandingan Kinerja Struktur..
,
-
Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktur... AT- 17
ProceedingPESAT(Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur& Sipil)
Vol.4 Oktober2011UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011
ISSN:1858-2559
Tabell. Hubungan antara displacement dan gaya geser dasar serta
tahapan pembentukan sendi plastis padastruktur gedung tanpa base
isolator (Beban ragam fundamental)
A B 10 LS CP C DTo To To To To To To Beyond
L_Steo Disolacement BaseForce B 10 LS CP C D E E Total
I Im K2f0 -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 padastruktur gedung dengan base
isolator (Beban Merata)
A B 10 LS CP C DTo To To To To To To Beyond
Step Displacement BaseForce B 10 LS CP C D E E Total
m Kgf0 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
-
ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&
Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011
Keterangan :
Level Kideria
Operational
Immediate Occupancy
Life Safety
Collapse Prevention
Sumber : NEHRP, 2009
DAFTAR PUSTAKA
Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559
PenjelasanTidak ada kerusakan berarti pada struktur dan
non-struktur, bangunan tetapberfungsiTidak ada kerusakan yang
berarti pada struktur, dimana kekeuatan dankekakuannya kira-kira
hampir sarna dengan kondisi sebelum gempa.Komponen nonstruktur
masih berada ditempatnya dan sebagian besar masihberfungsijika
utilitasnya tersedia bangunan dapat tetap berfungis dan
tidakterganggu dengan masalah perbaikan.Terjadi kerusakan komponen
struktur, kekakuannya berkurang, tetapi masihmempunyai ambang yang
cukup terhadap keruntuhan. Komponen non-strukturmasih ada tetapi
tidak berfungsi. Dapat dipakai lagi jika sudah dilakukan
erbaikanKerusakan yang berarti pada komponen struktur dan
non-struktur. Kekuatanstruktur dan kekakuannya berkurang banyak,
hampir runtuh, kecelakaan akibatkeiatuhan material banl!unan vanl!
rusak sanl!an munl!kin teriadi
Alhan, Cenk and Altun, Metin. 2009.Performance of Non-Linear
Base isolationSystems Designed According to UniformBuilding Code.
5thInternational AdvancedTechnologies Symposium
(IATS'09).Turkey
Applied Technology Council. 2004.Improvement of Nonlinear Static
SeismicAnalysis Procedures, FEMA 440, ATC-55Project.
Archer, Graham C. 2001. A ConstantDisplacement Iteration
Algorithm forNonlinear Static Push-Over Analyses.Electronic Journal
of StructuralEngineering
Babu, S. Suresh; Sable, Kishore Sambhajiand Jafarsadik I.S.
2011. Critical andControl Strategies for Base IsolationSystem using
Modal and NodalApproaches. International Journal of EarthSciences
and Engineering, Vol. 04, No.01.
Chandrasekaran, S and Roy, Anubhab. 2006.Seismic Evaluation of
Multi-Storey RCFrame Using Modal Pushover Analysis.Nonlinear
Dynainics, Vol. 43. Springer.
Chang, Chia-Ming; Wang, Zhihao andSpencer, Billie F. 2009.
Application ofActive Base isolation Control. Sensors andSmart
Structures Technologies for Civil,Mechanical, and Aerospace
Systems.USA
Chintanapakdee, Chatpan and Chopra, AnilK. 2003. Evaluation of
Modal Pushover
AT- 18
Analysis Using Generic Frames.Earthquake Engineering And
StructuralDynamics, Vol. 32.
Chopra, Anil K and Goel, Rakesh K. 2001. AModal Pushover
Analysis Procedure ForEstimating Seismic Demands ForBuildings.
Earthquake Engineering AndStructural Dynamics, Vol. 31.
Computer and Structures, Inc. 2010. Linearand Nonlinear Static
and DynamicAnalysis and Design of ThreeDimensional Structures, CSI
Berkeley,California.
Dewobroto, Wiryanto. 2006. EvaluasiKinerja Bangunan Baja Tahan
Gempadengan SAP2000. Jurnal Teknik Sipil,Vol. 2, No.1.
Krishnamoorthy and Shetty, Kiran K. 2009.Effect of Isolation
Damping on TheResponse of Base Isolated Structure.Asian Journal Of
Civil Engineering(Building And Housing) Vol. 10, No.6.
Pamungkas, A dan Harianti, E. 2009. Gedungbeton bertulang tahan
gempa. Itspress.SurabayaPowell, Graham H. 2006. Static Pushover
Methods - Explanation, Comparison AndImplementation. 8TH US
NationalConference on Earthquake Engineering.San Francisco
PPIUG 1983. 1983. Peraturan PembebananIndonesia Untuk Gedung.
DirektoratPenyeledikan Masalah Bangunan.
Pranata, Y.A. 2006. Studi PerencanaanBerbasis Kinerja pada
Rangka BetonBertulang dengan Metode Direct
Hazmidkk,PerbandinganKinerjaStruktur...
-
ProceedingPESAT (Psikologi,Ekonomi,Sastra,Arsitektur&
Sipil)UniversitasGunadarma- Depok18- 19Oktober2011
Vol.4 Oktober2011ISSN:1858-2559
Displacement-Based Design. JurnalTeknik Sipil, Vol.3, No.2.
SNI 03-2847-2002. 2002. Tata CaraPerhitungan Struktur Beton
untukBangunan Gedung, Depkimpraswil.
SNI 1726-2002. 2002. Standar Perencanaan
Ketahanan Gempa untuk StrukturBangunan Gedung,
Depkimpraswil.
Hazmi dkk,Perbandingan Kinerja Struktur... AT- 19