View
232
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
7/25/2019 (15)Paper; Studi Perilaku Bangunan 15 Lantai Menggunakan Metode Nonlinear Time History Analysis Dengan Me
1/6
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 1
Abstrak--Perencanaan bangunan tahan gempa sudahmenjadi pembahasan yang erat kaitannya dengan
struktur bangunan tinggi seperti apartemen multi tower.
Metode statik linier (Pushover) masih merupakan
metode yang banyak digunakan untuk perencanaan
tersebut, metode dimana gempa yang terjadi
disimulasikan dalam sebuah beban statis yang bersifat
linier. Metode tersebut masih dikatakan memiliki
keakuratan yang lebih rendah dibandingkan metode
yang berbasis dinamis dan bersifat nonlinier. Nonlinier
merupakan sebuah konsep dimana memperhitungkan
sifat yang ada pada material-material yang digunakan
pada struktur. Nonlinear Time History Analysis
(NLTHA) merupakan metode dinamik nonlinear yang
banyak dipakai untuk menganalisa bangunan tinggi
pada wilayah gempa kuat. Metode NLTHA akan
digunakan dalam studi ini agar dapat melihat perilaku
struktur dari pola keruntuhannya akibat gempa kuat
seperti El-Centro 1940. Bangunan multi tower 15 lantai
dengan dua posisi shear wall berbeda akan menjadi
pembanding untuk melihat pola keruntuhan dengan
NLTHA tersebut. Perbandingan hasil yang akan
menjadi output dari metode ini akan berupa grafik-
grafik yang akan menunjukan perilaku inelastik
struktur dari besarnya penyerapan energi (energy
dissipation) yang dilakukan oleh bangunan tersebut.
Metode NLTHA akan memperlihatkan pembentukan
pola keruntuhan struktur sampai pada batasnya serta
energi yang dihasilkan oleh struktur tersebut terhadap
time historygempa yang diberikan.
Kata kunci : Nonli near Time H istory Analysis, perilaku
struktur, el centro, shearwall, energy dissipati on.
I. PENDAHULUAN
Pada studi ini akan dipelajari perilaku bangunan multitower 15 lantai. Rancangan bangunan multi tower 15 lantai
ini harus di desain dengan memperhitungkan beban gempa,
karena pada dasarnya energi gempa memiliki pengaruh
terhadap ketahanan hidup struktur. Suatu struktur dapatmenahan gempa jika kapasitas penyerapan energi struktur
lebih besar dari energi gempa yang terjadi.
Hakekatnya perilaku struktur dapat bersifat linier maupun
nonlinier, namun dalam kondisi nyata sebagian besar sistem
struktur bersifat nonlinier [1], untuk itu kajian mengenai
kinerja struktur pada saat terjadi gempa kuat yang akanmengakibatkan pelelehan atau kerusakan struktural
membutuhkan analisa nonlinier [2]. Analisa nonlinier juga
digunakan untuk struktur bangunan dengan kategori tidak
beraturan.
Perilaku struktur yang bersifat nonlinier dapat
diperkirakan dengan menganalisa kinerja dari struktur
bangunan tersebut dengan metode Nonlinear Time HistoryAnalysis (Analisa Nonlinier Riwayat Waktu). Metode ini
merupakan salah satu metode analisa dinamis. Metode ini
cukup akurat dalam menentukan perilaku struktur
berdasarkan data time history gempa kuat yang digunakan[2], lalu disesuaikan dengan gempa pada lokasi bangunanyang ditinjau.
Nonlinear Time History Analysis (NLTHA) merupakan
metode yang numerik, yaitu menggunakan pendekatan-
pendekatan didalam analisanya. Sejauh ini NLTHA
bermanfaat sebagai metode acuan atau sebagai verifikasi
metode kinerja struktur yang lebih sederhana. Hasil evaluasiNLTHA berupa mekanisme terbentuknya sendi-sendi
plastis, perpindahan (Displacement), simpangan (Drift) dan
disipasi energi yang akan digunakan dalam mengidentifikasi
kemungkinan dari susunan kegagalan struktur. Studi
mengenai NLTHA ini dimasa depan diharapkan menjadi
lebih dikenal dan bermanfaat memberikan pengetahuan sertawawasan mengenai ilmu konstruksi dalam kajiannya yang
terus berkembang.
II. TINJAUANPUSTAKA
Penskalaan pada metode NLTHA merupakan prosespenyesuaian time history gempa kuat dengan respon
spektrum wilayah gempa pada lokasi bangunan yang akan
ditinjau. Penjelasan tersebut memberitahukan bahwa beban
gempa time history dapat diskalakan atau dimodifikasi
berkaitan dengan respon spektrum suatu wilayah gempa,
dari time history yang sudah mempunyai skala (scalefactor) dapat diambil respon maksimum gempa kuat untuk
keperluan analisa struktur. Hasil penskalaan ini nantinya
akan menjadi input dalam program untuk menganalisa
perilaku struktur dengan metode NLTHA.
Gambar 1. Global Displacement Limit and Component
Acceptability
Pada gambar 1 dijabarkan mengenai perilaku inelastik
elemen struktur berupa batasan-batasan seperti Immediate
Occupancy (IO), Life Safety (LS) dan Collapse Prevention(CP), yang akan menjadi sebuah syarat agar struktur
bangunan berupa balok dan kolom bersifat nonlinier
berdasar pada materialnya [4]. Nilainya merupakan
parameter yang akan menjadi input dalam metode NLTHA
ini. Nilai dari parameter- parameter tersebut dapat dilihat
pada Tabel Parameter Pemodelan dan Kriteria Numerik
Balok dan Kolom pada Prosedur Nonlinier [4].
STUDI PERILAKU BANGUNAN MULTI TOWER 15 LANTAI MENGGUNAKAN METODE NONLINEAR
TIM E H ISTORY ANALYSIS DENGAN MEMBANDINGKAN DUA LETAK SHEARWALL PADA STRUKTUR
(STUDI KASUS BENTUK STRUKTUR APARTEMEN PUNCAK BUKIT GOLF)
Harun al rasjid, dan Bambang Piscesa ST.MT, Ir. Faimun Msc.PhD.Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: piscesa@ce.its.ac.id
7/25/2019 (15)Paper; Studi Perilaku Bangunan 15 Lantai Menggunakan Metode Nonlinear Time History Analysis Dengan Me
2/6
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 2
Tabel 1. Parameter Pemodelan dan Kriteria Numerik Balok
Nilai diatas merupakan parameter yang dipakai programuntuk pemodelan sendi plastis pada balok.
Tabel 2. Parameter Pemodelan dan Kriteria Numerik Kolom
Nilai diatas merupakan parameter yang dipakai program
untuk pemodelan sendi plastis pada kolom.
III. METODOLOGI
Langkah atau alur pengerjaan studi ini meliputi :
1) Melakukan pemodelan struktur
2) Melakukan analisa struktur gempa dengan
respon spektrum
3) Melakukan analisa penampang struktur
4) Melakukan cek terhadap kapasitas penampang
struktur
5) Melakukan pendetailan tulangan
6) Input hasil pendetailan pada program
7)
Melakukan analisaNLTHA
Perencanaan dalam tugas akhir ini meliputi [5] :
Data- data perencanaan
Dalam perencanaan dimensi portal meliputi:
- Jumlah tingkat = 15 tingkat- Tinggi tingkat = 2,9 m
Berat jenis beton = 2400 kg/m
3
Mutu beton balok dan pelat = K-350
(fc=29.05 Mpa)
untuk kolom = K-400
(fc=33.2 Mpa)
Modulus elastisitas beton = 4700 = 25332 Mpa (K-350)= 27081 Mpa (K-400)
Mutu tulangan baja
(fy ulir dan polos) = 390 Mpa
Modulus elastisitas baja = 200000 Mpa
Gambar 2. Bangunan multi tower
15 lantai model A
Gambar 3. Denah multi tower15 lantai model A
Gambar 4. Bangunan multi tower
15 lantai model B
VOID
LIFT
VOID
LIFT
610250610290550550550550290610250610
300
300
550
550
550
550
550
550
550
550
430
550
550
550
550
550
550
550
550
550
300
300
300
300
300
550
550
550
550
550
550
550
430
550
550
550
550
550
550
300
300
SW A
SW A
SW A
SW A
7/25/2019 (15)Paper; Studi Perilaku Bangunan 15 Lantai Menggunakan Metode Nonlinear Time History Analysis Dengan Me
3/6
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 3
Gambar 5. Denah multi tower
15 lantai model B
IV. KONTROLDANANALISAKOMPONEN
STRUKTURAnalisa struktur gempa dengan respon spektrum
dilakukan dengan beberapa tahap [6] :
1. Menentukan Kategori Desain Seismik
Didapatkan kategori D.
2. Memilih Sistem dan Parameter Struktur
Dengan kriteria yang ada didapatkan nilai R = 7,
dan Cd = 5.5
3. Menentukan Periode Fundamental Struktur
Ketinggian struktur adalah 2.9 m x 15 lantai dantipe struktur yang digunakan adalah rangka beton
pemikul momen, jadi berdasarkan tabel diatas
didapatkan nilai Ta = 0.0466 x (2.9 x 15)0.9
=
1.394. Menentukan Koefisien Respons Seismik
Didapatkan nilainya adalah Cs = 0.0514.5. Menentukan Berat Seismik Struktur
Berdasarkan perhitungan didapatkan besarnya W
dari penjumlahan total struktur multi tower 15
lantai tersebut adalah 755707565 Kg
6. Menentukan Geser Dasar Seismik
Geser dasar seismik (V) mempunyai perumusanyaitu : V = CsW
V = 0.0514 x 755707565/100 = 38843.27 KN
Kontrol nilai akhir respon spektrum
Nilai akhir Vdinamik harus lebih besar samadengan 85% V statik. Maka persyaratan tersebut
dapat dinyatakan sebagai berikut : Vdinamik
0.85Vstatik [6].
nilai geser dasar yang diambil dari hasil analisa
SAP 2000 v.14 tersebut harus memenuhi
persyaratan kontrol untuk nilai akhir respon
spektrum. Langkah perhitungannya sebagai
berikut :
Kontrol geser dasar multi tower A
Arah-x
Vdinamik 0.85Vstatik34468.91 KN 0.85 x 38843.27 KN
34468.91 KN 33016.8 KN..Ok!
Arah-y
Vdinamik 0.85Vstatik
34901.13 KN 33016.8 KN..Ok!
Kontrol geser dasar multi tower B
Arah-x
Vdinamik 0.85Vstatik34549.81 KN33016.8 KN..Ok!
Kontrol nilai partisipasi massa
Kontrol partisipasi massa harus menghasilkan
sekurang- kurangnya 90 % respon total dariperhitungan respon dinamik [6]. Dibawah iniadalah output parstisipasi massa dari program
SAP 2000 v.14.
dilakukan analisa mencapai mode ke-7 dan
didapatkan nilai yang telah memenuhiperyaratan.
Kontrol nilai simpangan (drift)
Untuk kontrol drift dapat dirumuskan sebagai
berikut [6] :
I
Cxed
x
Dimana :
x = defleksi pada lantai ke-x
Cd = factor pembesaran defleksi (5,5)
I = factor keutamaan gedung (1)
SW B
SW B
Tabel 3. Geser Dasar Dinamik
Multi Tower Tipe A
Tabel 4. Geser Dasar Dinamik
Multi Tower Tipe B
Tabel 5. Partisipasi Massa A
Tabel 6. Partisipasi Massa B
7/25/2019 (15)Paper; Studi Perilaku Bangunan 15 Lantai Menggunakan Metode Nonlinear Time History Analysis Dengan Me
4/6
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 4
Gambar 6. Grafik Simpangan
dari kedua struktur, arah juga nilai simpangan
tersebut didapatkan nilai simpangan maksimun
sebesar 14,82 mm yang telah memenuhi
persyaratan lebih kecil dari 58 mm.
KontrolDual System
Kemampuan dari dinding geser dan rangka gedung
(SRPM) dalam memikul beban lateral akibatgempa dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 7. NilaiDual SystemMulti tower A dan B
Dari hasil diatas didapatkan nilai memenuhi
persyaratan rangka (space frame) minimal harus
mampu memikul 25% dari beban lateral dan
sisanya dipikul oleh dinding geser (shearwall) [6].
Dari hasil analisa kapasitas penampang didapatkan [5] :
Pelat = 140 mm
Balok utama = 400 x 600
600 x 900
Balok tangga = 300 x 450
Kolom = 700 x 700 mm Shearwall = 300 mm
V. ANALISANONLINEARTIMEHISTORY.Penskalaan gempa El-Centro dengan respon spektrum
gempa lokasi merupakan sebuah proses membandingkan
nilai besaran dari kedua buah gempa tersebut agar
didapatkan sebuah nilai yang sesuai sebagai input faktor
skala pada program SAP 2000.
Gambar 7. Proses penskalaan gempa El-Centro dengan
Respon Spektrum.
Luasan grafik time history pada periode 0,2 T 1,5 T
adalah A = 0,71519. Luasan grafik respon spektrum pada
periode 0,2 T1,5 T adalah A = 0,7558. Perhitungan faktor
skala untuk analisa NLTHA adalah :
Sf= 0568,171519,0
7558,0
elcentro
RSP
A
A
Didapatkan faktor skala 1,0568 atau mendekati 1, digunakan
skala 1.
Bangunan multi tower A & B dianalisa dengan NLTHA
selama durasi 20 detik. Dilakukan pencarian titik pusat
massa bangunan pada lantai teratas untuk mencari letak
joint yang terbesar menganalisa beban yang diterimabangunan. Setelah mendapatkan joint tersebut dilakukan
pembentukan grafik sebagai berikut :
Multi tower A
Gambar 8. Grafik simpangan, kecepatan dan
percepatan A
SRPM Shear Wall SRPM Shear Wall SRPM Shear Wall SRPM Shear Wall
1 0.9D + RSPX 45% 55% 44% 56% 44% 56% 44% 56%
2 0.9D - RSPX 45% 55% 44% 56% 44% 56% 44% 56%
3 0.9D + RSPY 43% 57% 45% 55% 43% 57% 45% 55%
4 0.9D - RSPY 43% 57% 45% 55% 43% 57% 45% 55%
5 1 .2D + 1 L + RSPX 45% 55% 44% 56% 44% 56% 44% 56%
6 1 .2D + 1 L - RSPX 45% 55% 44% 56% 44% 56% 44% 56%
7 1 .2D + 1 L + RSPY 43% 57% 45% 55% 43% 57% 45% 55%
8 1 .2D + 1 L - RSPY 43% 57% 45% 55% 43% 57% 45% 55%
Multi Tower B
FX FYKombinasiNo FX FY
Multi Tower A
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
El Centro Respon Spektrum
-0,05
0
0,05
0 10 20 30
Displacement A
Displacement A
-0,2
0
0,2
0 10 20 30
Velocity A
Velocity A
-2
0
2
0 10 20 30
Acceleration A
Acceleration A
7/25/2019 (15)Paper; Studi Perilaku Bangunan 15 Lantai Menggunakan Metode Nonlinear Time History Analysis Dengan Me
5/6
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 5
Dari grafik diatas didapatkan nilai Displacement
maximum sebesar 0,0341 m pada detik ke 19,6. Velocity
maximum sebesar 0,172 m/dt pada detik ke 16,2.
Accelerationmaximum sebesar 1,654 m/dt2pada detik ke
17,2
Gambar 9. Kurva histeresis A
Dari grafik diatas didapatkan nilai Base Shearmaximum
sebesar 4,337 x 106kg saat displacement0,0284 m.
Gambar 10. Grafik simpangan XY model A
Grafik diatas merupakan hasil pembentukan dari kedua
buah displacement yang terjadi pada struktur yang diukurpada porosnya yaitu pusat massa bangunan.
Multi tower B
Gambar 11. Grafik simpangan, kecepatan dan
percepatan B
Dari grafik diatas didapatkan nilai Displacement
maximum sebesar 0,0337 m pada detik ke 19,6. Velocity
maximum sebesar 0,1747 m/dt pada detik ke 16,2.
Accelerationmaximum sebesar 1,709 m/dt2pada detik ke
15,8.
Gambar 12. Kurva histeresis B
Dari grafik diatas didapatkan nilai Base Shearmaximum
sebesar 3,578 x 106kg saat displacement0,02726 m.
Gambar 13. Grafik simpangan XY model B
Grafik diatas merupakan hasil pembentukan dari kedua
buah displacement yang terjadi pada struktur yang diukur
pada porosnya yaitu pusat massa bangunan.
Dari bentuk penggambaran melalui pendekatan dapat
dihitung besar energinya, yaitu bahwa multi tower A
mampu menyerap energi lebih besar yaitu 2585.38,
sedangkan multi tower B mampu menahan sebesar
2391.45 dalam satuan gaya. Hasil Perhitungannya adalah
sebagai berikut :
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
-0,04 -0,02 0 0,02 0,04
Kurva Histeresis Model A (Base shear Vs
Displacement)
Kurva Histeresis Model A (Base shear Vs Displacement)
-0,02
0
0,02
-0,04 -0,02 0 0,02 0,04
Displacement X Vs Y (Model A)
Displacement X Vs Y (Model A)
-0,05
0
0,05
0 10 20 30
Displacement B
Displacement B
-0,2
0
0,2
0,4
0 10 20 30
Velocity B
Velocity B
-2
0
2
0 10 20 30
Acceleration B
Acceleration B
-4000
-2000
0
2000
4000
-0,04 -0,02 0 0,02 0,04
Kurva Histeresis Model B (Base shear Vs
Displacement)
Kurva Histeresis Model B (Base shear Vs Displacement)
-0,02
0
0,02
-0,04 -0,02 0 0,02 0,04
Displacement X Vs Y (Model B)
Displacement X Vs Y (Model B)
7/25/2019 (15)Paper; Studi Perilaku Bangunan 15 Lantai Menggunakan Metode Nonlinear Time History Analysis Dengan Me
6/6
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 6
Tabel 8. Hasil Perbandingan Luasan Energi
Luasan Kurva Muliti Muliti
tower tower
Detik A B
Ke-5 287.4855 290.1459
Ke-10 482.5367 535.232
Ke-15 701.5743 550.2454
Ke-20 1113.788 1015.827
Total Luasan 2585.385 2391.45
Perbandingan energi tersebut merupakan hasil
akhir untuk melengkapi rangkaian nilai-nilai yang
merupakan bentuk dari perilaku bangunan yang telah
dianalisa dengan metode NLTHA. Rekapitulasi
perbandingan dari hasil studi dapat dilihat dalam tabel
berikut :
Tabel 9. Rekapitulasi Hasil Studi
VI. KESIMPULANDANSARAN
Pada studi yang telah dilakukan dengan bangunan multi
tower 15 lantai sebagai objek studi didapatkan beberapa
hal diantaranya yang menjadi kajian adalah dari segi
struktural yaitu sebagai berikut :1. Sistem struktur untuk bangunan multi tower
15 lantai model A dan B ini adalah DualSystem, karena didapatkan nilai persentase43% gaya geser ditahan SRPM dan 57% olehShearwall dari hasil analisa yang telahmemenuhi syarat.
2. Studi perilaku dari bangunan multi tower 15lantai ini menghasilkan grafik-grafik yangmenggambarkan perilaku sebuah bangunanjika dibebani gempa time history sertadianalisa secara nonlinier. Perhitungan energi
atau gaya yang berasal dapat diterima strukturbangunan tersebut menunjukan bahwa modelmulti tower A dapat menerima 2585 energilebih optimal dibandingkan dengan multitower B yaitu hanya 2391 (dalam satuangaya). Nilai tersebut adalah besarnya energi
yang didapatkan dari analisa menggunakanNLTHA ini.
6.2 Saran
1. NLTHA dalam proses pengerjaannya masihmemerlukan waktu yang cukup lama, untuk itu
diperlukan strategi dalam menentukan faktorskala yang tepat, optimasi struktur yang baik,
juga penggunaan time step yang tepat sesuaiinterval time historyyang digunakan.
2. Untuk kepentingan studi disarankanmenggunakan bentuk struktur yang tidak rumitagar dapat diolah lebih jauh.
3. Tidak terjadinya sendi plastis pada hasil studiyang telah dibandingkan dikarenakan faktorskala yang kecil, namun pada beberapapercobaan yang telah ditingkatkan nilai faktor
skalanya tampak terjadi sendi plastis dibeberapa tempat. Untuk itu masih diperlukanbeberapa studi lanjutan untuk mendapatkanhasil yang lebih lengkap.
DAFTARPUSTAKA
[1] Muthukrishnan, Sathyamoorthy. (1998). Nonlinear
Analysis of Structures. CRC Press LLC. USA.
[2] Ali, Dzahab. 2010. Verifikasi Strong Column Weak
Beam Portal Di Desain Dengan SNI 03 -2847
2002 dan SNI 1726 2002 Dengan Non LinearTime History dan Non Linear Pushover Analysis.
Depok
[3]
Santoso, Ivan Prayudi. 2012. Komparasi KinerjaStruktur Gedung Dengan Ketidakberaturan Offset
Shear Wall Terhadap Gempa Kuat Berdasarkan
RSNI 03-1726-201x. Bandung.
[4] Federal Emergency Management Agency. 2000.
Prestandard and Commentary For The Seismic
Rehabilitation of Buildings. Washington D.C.
[5] Al Rasjid, Harun. 2013. Studi Perilaku Bangunan
Multi Tower 15 Lantai Menggunakan MetodeNonlinear Time History Analysis Dengan
Membandingkan Dua Letak Shearwall Pada
Struktur (Studi Kasus Bentuk Struktur Apartemen
Puncak Bukit Golf). Surabaya
[6]
Badan Standardisasi Nasional. 2010. StandarPerencanaan Ketahanan Gempa untuk StrukturBangunan Gedung dan Non Gedung, RSNI 03-
1726-201x. Jakarta
[7] Amelia, Rica. 2011. Perbandingan Analisis Statik
dan Analisis Dinamik Pada Portal Bertingkat
Banyak Sesuai SNI 03-1726-2002. Medan.
[8] Applied Technology Council ATC-40. 1996.
Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete
Buildings. California.
[9] Badan Standardisasi Nasional. 2002. Tata Cara
Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan
Gedung, RSNI 03-2847-2002. Bandung.[10]Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan
Pembebanan Indonesia Untuk Bangunan Gedung
(PPIUG). Bandung: Yayasan Lembaga
Penyelidikan Masalah Bangunan.
[11]Bahtera, Esa. 2010. Analisa Perbandingan
Simpangan Horisontal Gedung Bertingkat Tinggi
Pada Shearwall Diagonal Dengan Shearwall
Searah Sumbu X-Sumbu Y. Surakarta.
[12]Mander, J.B., M.J.N. Priestley, and R. Park. 1984.
Theoritical Stress-Strain Model for ConfinedConcrete. Journal of Structural Engineering.
ASCE. 114 (3). 1804-1826.
[13]
Hutasoit, Samuel A.M. 2011.Analisis Time History
Bangunan Tahan Gempa Dengan Penempatan
Damper Karet Diantara Bracing dan Balok (Studi
Literatur). Medan.
A sat Detik A B sat Detik
Simpangan 0,0341 m 19,6 0,0337 m 19,6
Kecepatan 0,172 m/dt 16,2 0,175 m/dt 16,2
Percepatan 1,654 m/dt2
17,2 1,709 m/dt2
15,8
Energi 0 gaya 20 0 gaya 20
Bangunan Multi towerPerbandingan perilakubangunan
Recommended