(15)paper; studi perilaku bangunan 15 lantai menggunakan metode nonlinear time history analysis...

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: [email protected]


2/6


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


3/6


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


4/6


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


5/6


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)


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

(15)paper; studi perilaku bangunan 15 lantai menggunakan metode nonlinear time history analysis...

Documents