Beban Gempa Pada Struktur Bangunan
Plat dan Rangka 2 sks
Pendahuluan Perencanaan gedung
Menahan beban
Beban gravitasi
Beban gempa
Hasil rekaman gempa, menurut peraturan gempa yang berlaku
Kerusakan akibat beban gempa Kerusakan komponen bangunan
Kerusakan ringan struktur
!idak mengurangi !idak "ungsi layan struktur secara keseluruhan, masih dalam keandaan andal
Kerusakan sedang struktur
Mengurangi kekuatan, kondisi aman tetapi di ba#ah prima, kurang andal
Kerusakan berat struktur
Mengurangi kekuatan, kek uatan, kondisi tidak aman, tidak andal
Bangunan tahan gempa Gempa ringan, bangunan tidak boleh mengalami kerusakan baik pada komponen non-struktural maupun pada komponen strukturalnya
Gempa sedang, bangunan boleh mengalami kerusakan pada komponen non-strukturalnya akan tetapi komponen struktural tidak boleh rusak. Gempa besar, bangunan boleh mengalami kerusakan baik pada komponen non-struktural maupun komponen strukturalnya, akan tetapi jiwa penghuni bangunan tetap selamat, artinya sebelum bangunan runtuh masih cukup waktu bagi penghuni bangunan untuk keluar/mengungsi ketempat aman.
Perencanaan bangunan tahan gempa &) .kuran bangunan Bangunan
yang memiliki rasio $tinggi dengan lebar% terlalu besar seperti pada gambar&a, maka 'horizontal movement” pada lantai ketika ada gempa akan sangat besar) Sedangkan bangunan yang sangat rendah tetapi sangat pan*ang seperti +gure &b, e"ek kerusakan akibat getaran gempa akan sangat besar) an bangunan dengan area sangat luas seperti +gure &c, gaya hori-ontal gempa yang ditanggung oleh kolom dan dinding men*adi sangat besar)
Perencanaan bangunan tahan gempa 2) Bentuk bangunan Bangunan
dengan bentuk denah yang sederhana seperti pada +gure 2a, akan memiliki performance yang baik ketika menghadapi gempa besar) Bangunan
yang memilki bentuk bersudut seperti ., /, H, dan 0 seperti pada +gure 2b, akan mengalami kerusakan yang signi+kan dan beruntun ketika mengalami gempa) 1"ek buruk dari adanya sudut dalam denah bangunan bisa dihindari dengan cara memisahkan bangunan men*adi 2 bagian $dilatasi% seperti dicontohkan pada +gure 2c) Bangunan a#al berbentuk , kemudian dipecah men*adi 2 bagian
Perencanaan bangunan tahan gempa 2) Bentuk bangunan
3elah dilatasi 4 &5 cm
Beban Gempa Gempa rencana
Gempa yang peluang atau resiko ter*adinya dalam periode umur rencana bagunan 65 tahun adalah &57 $Rn 8 &57% atau gempa yang periode ulangnya ul angnya adalah 655 tahun $!r 8 655 tahun%
Beban gempa nominal Gempa rencana !ingkat ! ingkat daktilitas yang dimiliki dimiliki struktur 9aktor tahanan lebih yang dimiliki struktur
Beban gempa
Besar beban gempa hori-ontal $/%
: 8 "aktor ke keutamaan utamaan struktur 3 8 nilai "aktor res respon pon gempa ! 8 #aktur getar alami ;t 8 berat total struktur dan beban hidup 9i 8 beban gempa statik ekivalen
9aktor keutamaan struktur $:%
Koe+sien untuk memperpan*ang #aktu kerusakan struktur gedung sehingga gedung dapat berdiri *auh lebih lama daripada gedung=gedung pada umumnya)
:& 8 "aktor keutamaan untuk penyesuaian probabilitas ter*adinya gempa selam umur gedung :2 8 "aktor keutamaan untuk menyesuaikan umur gedung
9aktor respon gempa $3%
itentukan dari diagram spektrum respon gempa rencana, sesuai dengan #ilayah gempa dan kondisi *enis tanahnya) > #ilayah gempa #ilayah gempa & 8 #ilayah dengan kegempaan paling rendah dan #ilayah gempa > 8 #ilayah dengan kegempaan paling besar
9aktor respon gempa $3%
;aktu getar alami $!%
! 8 #aktu getar struktur
! 8 5,5> H?@A
aktilitas struktur e"ormasi elastis
de"ormasi yang apabila bebannya dihilangkan, maka de"ormasi tersebut akan hilang, dan struktur akan kembali kepada bentuknya yang semula)
aktilitas struktur Struktur daktail @ liat
*ika beban yang ada melampaui batas maksimum kekuatan elastisnya, maka struktur tidak akan runtuh, tetapi struktur akan mengalami de"ormasi plastis $inelastis%)
aktilitas struktur e"ormasi plastis
de"ormasi yang apabila bebannya dihilangkan, maka de"ormasi tersebut tidak akan hilang
de"ormasi yang bersi"at permanen, atau struktur tidak dapat kembali kepada bentuknya yang semula)
aktilitas struktur struktur yang daktail
ter*adi de"ormasi yang permanen, tetapi struktur tidak mengalami keruntuhan)
aktilitas struktur 9aktor daktilitas struktur $% adalah rasio antara simpangan maksimum $Cm% struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan, dengan simpangan struktur gedung pada saat ter*adinya pelelehan pertama $Cy%, yaitu
aktilitas struktur Pada persamaan ini, 8 &,5 adalah nilai "aktor daktilitas untuk struktur bangunan gedung yang berperilaku elastik penuh, sedangkan m adalah nilai "aktor daktilitas maksimum yang dapat dikerahkan oleh sistem struktur bangunan gedung yang bersangkutan)
9aktor reduksi gempa $R%
Sumber Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung $SD: 5?=&E2>=2552%
Konsep disain kapasitas
Pada saat ter*adi gempa, struktur mengalami getaran gempa dari lapisan tanah di ba#ah dasr bangunan secara acak dalam berbagai arah) Fpabila struktur sangat kaku $ #aktu getar alami ! 8 5 detik%, maka besarnya gaya inersia 9 yang timbul akibat gempa dan beker*a pada titik pusat massa adalah 9 8 m ag imana M 8 massa bangunan Fg 8 percepatan getaran gempa Struktur memberikan respon percepatan yang sama besar dengan percepatan getaran gempa pada tanah di dasar bangunan
Konsep disain kapasitas .ntuk membuat bangunan dengan ! 5, maka bangunan direncanakan dengan tara" beban gempa rencana) Perencanaan struktur dengan beban gempa rencana Fkan men*amin suatu struktur tidak rusak oleh gempa kecil @ sedang) Pada saat gempa kuat, struktur berperilaku daktail dengan memancarkan energi gempa dan sekaligus membatasi beban gempa yang masuk) alam perencanaan bangunan tahan gempa, terbentuk sendi=sendi plastis yang mampu memancarkan energi gempa dan sekaligus membatasi beban gempa yang masuk dikendalikan agar tidak runtuh saat gempa kuat
Konsep disain kapasitas Pada konsep disain kapasitas, kekuatan kolom @ perencanaan kolom didasarkan pada kondisi beban kapasitas balok)
Kolom=kolom lebih kuat dari balok=balok $strong column-weak beam%
Mekanisme yang ter*adi pada portal
Sendi plastis ter*adi dalam kolom $menyebabkan keruntuhan kolom pada & tingkat%
Sendi plastis ter*adi dalam balok $tidak menyebabkan keruntuhan%
Konsep disain kapasitas
Kekakuan tingkat yang tidak seragam
So"t story eIect
Metode Analisis Struktur Terhadap Gempa Menurut SD:=5?=&E2>=2552 tentang ' Standart Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan GedungJ gempa gempa , metode analisisdengn yang dapat digunakan untuk memperhitungkan pengaruh beban gempa terhadap struktur adalah &) Metode analisis statis igunakan pada bangunan sederhana dan simetris, penyebaran kekakuan massa menerus dan ketinggian tingkat kurang dari A5 meter Prinsip:Menggantikan beban gempa dengan gaya-gaya statis ekivalen bertujuan menyederhanakan dan memudahkan perhitungan
Metode Gaya ateral 1kivalen
Besar beban gempa hori-ontal $/%
: 8 "aktor keutamaan struktur 3 8 nilai "aktor respon gempa ! 8 #aktur getar alami ;t 8 berat total struktur dan beban hidup 9i 8 beban gempa statik ekivalen
Beban gempa tiap lantai
istibusi beban gempa pada bangunan
Metode Analisis Struktur Terhadap Gempa 2) Metode analisis dinamis ilakukan untuk evaluasi yang akurat dan mengetahui perilaku struktur akibat pengaruh gempa yang si"atnya berulang) Fnalisis dilakukan pada struktur=struktur bangunan dengan karakteristik sebagai berikut &) Gedung=gedung dengan kon+gurasi struktur sangat tidak beraturan 2) Gedung=gedung dengan tinggi lebih dari A5 meter ?) Gedung=gedung dengan kekakuan yang tidak merata Fda 2 *enis a) Fnalisis Respon inamik Ri#ayat ;aktu b) Fnalisis Ragam Spektrum Respon
Sistem Rangka Pemikul Momen $SRPM%
Sistem rangka pemikul momen L perencanaan bangunan tahan gempa dimana beban gempa ditrans"er melalui mekanisme lentur balok dan kolom
SRPM adalah singkatan dari Sistem Rangka Pemikul Momen, atau Moment Resisting 9rame ) :stilah ini sering kita dengar pada pembahasan mengenai struktur gedung tahan gempa) :stilah ini *uga digunakan pada peraturan=peraturan SD: yang membahas tata cara perencanaan bangunan gedung, misalnya SD: Beton, SD: Ba*a, dan SD: Gempa) SRPM merupakan salah satu pilihan se#aktu merencanakan sebuah bangunan tahan gempa)
Ciri – ciri SRPM
=Beban lateral khususnya gempa, ditrans"er melalui
mekanisme lentur antara balok dan kolom) adi, peranan balok, kolom, dan sambungan balok kolom di sini sangat penting) = !idak menggunakan dinding geser) Kalaupun ada dinding, dinding tersebut tidak didesain untuk menahan beban lateral) = !idak menggunakan bresing $bracing%) .ntuk struktur ba*a, penggunaan bresing kadang sangat diperlukan terutama pada arah sumbu lemah kolom) alam hal ini, bangunan tersebut dapat dianalisis sebagai SRPM pada arah sumbu kuat kolom, dan sistem bresing pada arah lainnya)
Hampir semua bangunan tingkat menengah ke ba#ah $di ba#ah &5 lantai% menggunakan SRPM sebagai penahan beban gempanya) ;alaupun tidak sedikit *uga bangunan N lantai ke atas yang sudah mulai menggunakan dinding geser) :tu semua tergantung pada perencana) SRPM sendiri, dibagi men*adi tiga tingkatan &) SRPM Biasa disingkat SRPMB $Ordinary Moment Resisting 9rame, OMR9% 2) SRPM Menengah, disingkat SRPMM $:ntermediate Moment Resisting 9rame, :MR9% ?) SRPM Khusus, disingkat SRPMK $Special Moment Resisting 9rame, SMR9%
Kondisi platis, hubungan gaya gempa dan perpindahan bersi"at linier
Pada akhirnya penampang beton tidak kuat lagi menahan momen) !ulangan tarik sudah *auh dari leleh atau sudah dalam kondisi PFS!:S, dan daerah tekan beton men*adi retak, sehingga tegangan tekan dipikul oleh tulangan) Pada saat ini, kondisi sudah tidak rigid lagi) Sambungan balok ke kolom men*adi S1D:)
Sendi plastis pada balok
Sendi plastis pada kolom
SRPMB ( Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa)
!idak ter*adi sendi plastis pada balok sehingga tidak ada perencanaan khusus pada balok dan kolom) igunakan pada daerah dengan resiko gempa kecil Penulangan hanya berdasarkan pada kombinasi pembebanan Memiliki 9aktor Modi+kasi Respons $R% ?,6)
SRPMM ( Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah)
Menitik beratkan terhadap kegagalan struktur akibat keruntuhan geser) igunakan pada daerah dengan resiko gempa sedang) Memiliki 9aktor Modi+kasi Respons $R% 6 6,6 etail penulangan komponen SRPMM harus memenuhi ketentuan=ketentuan SD: 5?=2NAE=52 Pasal 2?)&5
SRPMK ( Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus)
Komponen struktur yang mampu memikul gaya gempa dan direncanakan untuk memikul lentur) Sistem ini pada dasarnya memiliki daktilitas penuh dan #a*ib digunakan di -ona resiko gempa tinggi) Struktur harus direncanakan menggunakan sistem penahan beban lateral yang memenuhi persyaratan detailing yang khusus dan mempunyai daktilitas penuh) Memiliki 9aktor Modi+kasi Respons $R% N N,6
SRPMK ( Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus)
aerah sambungan $*oint% antara balok= kolom harus diperhatikan persyaratan strong column=#eak beam dan persyaratan kuat geser Memperhitungkan kapasitas geser pada kolom dan men*amin ter*adinya sendi plastis pada balok)
K1KFK.FD HOR:
Struktur pemikul beban hori-ontal atau gempa pada gedung umumnya terdiri dari • • • • • • •
Portal atau rangka kaku pemikul momen inding geser Kombinasi portal dan dinding geser inding geser berangkai Kolom kantilever Rangka bressing Kombinasi portal dan rangka bressing
Kekakuan lateral
Kekakuan struktur adalah gaya yang diperlukan untuk menghasilkan satuan simpangan) Kekakuan ini diperoleh sebagai asumsi hubungan linier antara gaya dan simpangan P = k ∆ Kekakuan struktur yang dimodelkan sebagai kekakuan pegas=k, pada bangunan bertingkat yang menahan gaya gempa berasal dari struktur kolom dan struktur dinding)
Kekakuan kolom dan dinding
Kekakuan pegas struktur kolom, atau beberapa kolom yang dihubungkan dengan balok membentuk portal berasal dari kekakuan lentur) Sedangkan kekakuan struktur dinding berasal dari kekakuan lentur dan geser)
Kekakuan lateral kolom berdiri bebas
P
∆
P =
3 EI 3
L
∆
Kekakuan lateral balok *epit *epit atau portal balok kaku
k =
(
12 E I 1 + I 2 3
L
)
M1!O1 =/alue
Metode =value adalah metode semi empiris untuk menghitung kekakuan lateral elemen vertikal yang terdiri dari dinding geser dan portal =value atau koe+sien distribusi gaya geser adalah gaya geser persatuan simpangan dari setiap elemen vertikal seperti dinding dan kolom)
Kekakuan kolom standar
Sebagai pembanding diambil kekakuan lateral kolom *epit=*epit yaitu K 8 &2 1:5 @ h2 ) selan*utnya kekakuan kolom lain dan dinding dinyatakan dalam rasio terhadap kekakuan standar engan demikian didapat nilai= atau koe+sien distribusi gaya geser yang tidak berdimensi
=value kolom kantilever
kolom kantilever dengan ukuran sama dengan kolom standar kekakuan kolom adalah
engan demikian =value kolom kantilever 8 5)26 .ntuk kolom lain dengan ukuran standar tetapi kekangan u*ung berbeda, nilai =value berkisar antara 5)26 dan &
S:S!1M S!R.K!.R
Sistem struktur adalah kombinasi dari berbagai elemen struktur yang disusun sedemikian rupa sehingga membentuk satu kesatuan struktur yang dapat memikul beban=beban yang direncanakan)
S:S!1M S!R.K!.R
&) 2) ?) A)
6) >) E) N)
Pertimbangan dalam memilih sistem struktur bergantung pada hal=hal berikut Pertimbangan ekonomis Kondisi tanah Rasio tinggi dengan lebar bangunan Pertimbangan "abrikasi dan pelaksanaan pembangunan Pertimbangan mekanis Pertimbangan tingkat bahaya kebakaran Pertimbangan lokasi Pertimbangan kesediaan bahan konstruksi utama
ElemenElemen !asar Struktur Elemen Struktur "ori#ontal $ Plat %antai • • • •
Atap !atar • • •
Plat Beton Slab $Solid% Plat ;a"el Plat Komposit $Steel eck = Bonde% Plat Berongga $Hollo#=core concrete slabs% ak Beton Steel eck Komposit@Kombinasi
BalokBalok • • • •
Balok ParalelQ satu arah $one#ay% dan dua arah $t#o #ay system% Balok dengan susunan Radial Balok dengan susunan iagonal Balok dengan susunan Kombinasi $Hibrid%
6E
Sistem Struktur Penahan Beban %ateral
Pada dasarnya untuk menahan beban &ertikal Q kolom struktur dan sistem pondasi adalah yang utama) asar untuk menahan beban lateral'hori#ontal dapat dipecahkan dengan cara Q Membuat sambungan epit sempurna (rigid rame% pada sistem struktur rangka Q • Mendisain sambungan *epit sempurna pada bagian kolom dengan sistem pondasi@tanah) • Mendisain sambungan *epit sempurna pada kolom dan balok, baik sebagian maupun keseluruhan sistem portal) Menggunakan ikatan diagonal (bracing) pada struktur rangka) Menggunakan dinding panel (dinding 6N geser'*shear +all*) pada sistem struktur
inding geser@shear #all
inding yang dirancang untuk menahan geser, gaya lateral akibat gempa bumi
inding geser@shear #all &)
2)
?)
A)
inding geser harus ditempatkan pada setiap tingkat struktur inding geser harus sama pan*ang dan ditempatkan secara simetris Rasio antara tinggi dan lebar dinding tidak boleh kurang dari 2 dan lebar dinding geser tidak boleh kurang dari &,6 meter) inding geser hanya boleh runtuh akibat adanya momen plastis
SD: 5?=2NAE=2552, pasal &?)&5
