Analisa Dinamik Riwayat Waktu Akibat Gempa Utama dan Gempa Susulan Pada Gedung Beton Bertulang.

x Universitas Kristen Maranatha

ANALISIS DINAMIK RIWAYAT WAKTU AKIBAT

GEMPA UTAMA DAN GEMPA SUSULAN PADA

GEDUNG BETON BERTULANG

NESSA VALIANTINE DIREDJA NRP: 0821018

Pembimbing : Dr. YOSAFAT AJI PRANATA, S.T., M.T. Pembimbing Pendamping : RONALD SIMATUPANG, S.T.,M.T.

ABSTRAK

Salah satu penyebab adanya kegagalan struktur bangunan gedung di daerah yang berisiko mengalami gempa adalah beban horizontal (lateral) pada struktur. Struktur bangunan gedung dapat mengalami kerusakan akibat gempa utama dan diperparah dengan adanya gempa susulan pada struktur yang berkurang kekuatannya akibat mengalami kondisi inelastik setelah gempa utama. Kekuatan gempa susulan mendekati kekuatan gempa utama dengan karakteristik yang mirip sehingga menimbulkan pengaruh terhadap struktur yang sudah mengalami perlemahan.

Tujuan penelitian ini adalah mempelajari analisis statik ekuivalen dan analisis dinamik riwayat waktu untuk bangunan gedung tahan gempa serta mempelajari perilaku gedung akibat adanya gempa utama dan gempa susulan dengan menggunakan metode analisis dinamik riwayat waktu dan pembahasan meliputi perbandingan gaya geser dasar, roof displacement, story drift, kinerja batas layan dan kinerja batas ultimit.

Hasil penelitian memperlihatkan bahwa apabila faktor skala intensitas gempa berdasarkan SNI 1726-2002 diterapkan, maka gaya geser dasar, perpindahan atap dan simpangan antar tingkat hasil analisis dinamik riwayat waktu akan lebih kecil dibandingkan analisis statik, hal ini terjadi karena dalam perhitungan faktor skala percepatan puncak riwayat waktu yang digunakan adalah nilai maksimumnya, sehingga apabila diskalakan terhadap wilayah gempa 4 tanah keras di Indonesia dengan kondisi T = 1,5058,kurva respon spektrum gempa masukan akan lebih kecil dibanding statik. Metode C lebih konservatif dikarenakan dalam rentang T = 0 - 0,5 detik, respon spektrum percepatan gempa masukan dihitung berdasarkan model statistik (rata-rata). Dengan metode riwayat waktu juga didapatkan kesimpulan bahwa gedung yang dianalisis mampu menahan percepatan gempa Chi-chi sebesar 2,4 kali skala asli, gempa El Centro 6,4 kali skala asli, gempa Friuli 6,8 kali skala asli dan gempa Sakaria 2,8 kali skala asli. Analisis riwayat waktu dapat dimanfaatkan untuk mengetahui gaya geser dasar gedung, peralihan atap dan simpangan antar tingkat bila diterapkan tinjauan gempa tertentu, serta mampu mengetahui kemampuan gedung yang sebenarnya bila dikenai gempa utama maupun gempa susulan yang besarnya beberapa kali lipat lebih kecil maupun lebih besar dengan memodifikasi faktor skalanya.

Kata kunci: Gedung beton bertulang, gempa utama, gempa susulan, analisis dinamik riwayat waktu, analisis statik ekuivalen.

xi Universitas Kristen Maranatha

DYNAMIC TIME HISTORY ANALYSES OF

REINFORCED CONCRETE BUILDING DUE TO

PRIMARY AND AFTERSHOCK EARTHQUAKES

NESSA VALIANTINE DIREDJA NRP: 0821018

Supervisor : Dr. YOSAFAT AJI PRANATA, S.T., M.T. Co-Supervisor : RONALD SIMATUPANG, S.T.,M.T

ABSTRACT

One cause of structural building failure in areas that have high risk of earthquakes is the horizontal (lateral) loads on the structure. Concrete structure can be damaged by major earthquakes and worsen by aftershock to the structure with reduced strength due to the inelastic state of it. The magnitude of the aftershock is almost the same as the major earthquake with similar characteristics, so that it will have an effect to the weakened structure.

The purpose of this final project is to perform structural analysis of earthquake resistant reinforced building with static equivalent method and dynamic time history analysis and studying the behavior of the building as a result of primary earthquake and aftershocks by using time history analysis method. The discussions cover comparison of base shear forces, roof displacement, story drift, and performance of serviceability limit performance and ultimate limit performance.

The results of the analysis show that if the intensity of scale factor applied in accordance with SNI 1726-2002, the base shear force, roof displacements and story drift by dynamic time history analysis will be smaller than the static analysis, this happens because in the calculation of acceleration scaling factor used is the time history’s maximum value of earthquake zone 4 in Indonesia with the condition T = 1,5058 second, the curve respons spectrum input will be smaller than the static. With time history analysis also obtained conclusion that the building can withstand acceleration of Chi-chi earthquake 2,4 times the original scale, El Centro earthquake 6,4 times the original scale, Friuli earthquake 6,8 times the original scale and Sakaria earthquake 2,8 times the original scale. Time history analysis can be used to determine the base shear force of building, roof displacement and story drift if applied by particular earthquake, also can be determine the ability of actual building when there is a magnitude of primary earthquake and aftershocks with smaller or larger scale by modifying the scale factor.

Keywords: Reinforced concrete building, primary earthquake, aftershocks earthquake, dynamic time history analysis, equivalent static analysis.

xii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... iii

PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN... iv

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... v

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

ABSTRAK ... x

ABSTRACT ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvii

DAFTAR NOTASI ... xviii

DAFTAR LAMPIRAN ... xxi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 2

1.3 Ruang Lingkup Penelitian ... 2

1.4 Sistematika Penulisan ... 3

1.5 Lisensi Perangkat Lunak ... 3

1.6 Metodelogi Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Struktur Beton Bertulang ... 6

2.1.1 Beton ... 6

2.1.2 Baja ... 7

2.1.3 Baja Tulangan Beton ... 7

2.1.4 Beton Bertulang ... 8

2.2 Bangunan Gedung Tahan Gempa ... 8

2.3 Peraturan Gempa Indonesia Berdasarkan SNI 1726-2002 ... 9

2.3.1 Wilayah Gempa dan Respons Spektrum ... 10

2.3.2 Faktor Keutamaan... 11

2.3.3 Struktur Gedung Beraturan ... 12

2.3.4 Pembatasan Waktu Getar Alami Fundamental ... 14

2.3.5 Waktu Getar Alami Fundamental ... 16

2.3.6 Lantai Tingkat Sebagai Diafragma ... 16

2.3.7 Eksentrisitas Pusat Massa terhadap Pusat Rotasi Lantai Tingkat ... 16

2.3.8 Pembatasan Penyimpangan Lateral ... 17

2.3.9 Kekakuan Struktur ... 18

xiii Universitas Kristen Maranatha

2.3.11 Damping ... 20

2.4 Analisis Statik Ekuivalen ... 20

2.5 Analisis Dinamik Riwayat Waktu ... 21

2.5.1 Metode Analisis ... 23

2.5.2 Tipe Beban ... 24

2.5.3 Nilai Percepatan Puncak ... 24

2.5.4 Rekaman Percepatan Gempa ... 25

2.6 Gempa Susulan ... 28

2.7 Perangkat Lunak ETABS ... 28

BAB III STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Gedung ... 30

3.1.1 Data Struktur ... 30

3.1.2 Data Material ... 31

3.2 Analisis Statik Ekivalen ... 31

3.2.1 Cek Waktu Getar dan Menghitung Gaya Geser ... 45

3.2.2 Menghitung Gaya-gaya Gempa Tiap Lantai (Fi) ... 49

3.2.3 Analisis Statik Ekivalen ... 50

3.2.4 Pembahasan ... 51

3.3 Analisis Dinamik Riwayat Waktu ... 54

3.3.1 Kurva Respon Spektrum Berdasarkan Data Gempa ... 54

3.3.2 Faktor Skala Gempa ... 55

3.3.3 Analisis Riwayat Waktu ... 60

3.3.4 Beban Gempa Statik Ekivalen Berdasarkan Gaya Geser dari Analisis Riwayat Waktu ... 62

3.3.5 Pembahasan ... 74

3.4 Analisis Dinamik Riwayat Waktu Akibat Gempa Susulan ... 85

3.4.1 Pembahasan untuk Percepatan Gempa Chi-chi ... 85

3.4.2 Pembahasan untuk Percepatan Gempa El Centro ... 88

3.4.3 Pembahasan untuk Percepatan Gempa Friuli ... 91

3.4.4 Pembahasan untuk Percepatan Gempa Sakaria ... 95

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan ... 98

4.2 Saran ... 99

DAFTAR PUSTAKA ... 100

xiv Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram Alir Gempa Utama Penelitian Tugas Akhir ... 3

Gambar 1.2 Diagram Alir Gempa Susulan Penelitian Tugas Akhir ... 5

Gambar 2.1 Skala percepatan gempa Northridge 1994 agar sesuai dengan desain respons spectrum region dan soil group II (Procedure for Real Earthquake Time Histories Scaling and Application to Fit Iranian Design Spectra) ... 19

Gambar 2.2 Akselerogram Gempa El Centro 1940 ... 26

Gambar 2.3 Akselerogram Gempa Friuli ... 26

Gambar 2.4 Akselerogram Gempa Sakaria ... 27

Gambar 2.5 Akselerogram Gempa Chi-Chi ... 28

Gambar 3.1 Denah Struktur ... 31

Gambar 3.2 Tampilan New Model Initialization ... 32

Gambar 3.3 Tampilan Pembuatan Grid ... 32

Gambar 3.4 Input Plan Grid Secara Manual ... 33

Gambar 3.5 Tampilan Grid Data Sesuai Ukuran ... 33

Gambar 3.6 Mendefinisikan Material ... 33

Gambar 3.7 Input Data Properti Material ... 34

Gambar 3.8 Mendefinisikan Jenis Balok dan Kolom ... 34

Gambar 3.9 Input Dimensi Balok Induk ... 35

Gambar 3.10 Input Dimensi Balok Anak ... 35

Gambar 3.11 Input Dimensi Balok Anak Tangga ... 35

Gambar 3.12 Input Dimensi Kolom Lantai 1-3 ... 35

Gambar 3.13 Input Dimensi Kolom Lantai 4-6 ... 36

Gambar 3.14 Input Dimensi Kolom Lantai 7-10 ... 36

Gambar 3.15 Reinforcement Data Untuk Kolom ... 36

Gambar 3.16 Reinforcement Data Untuk Balok Induk ... 36

Gambar 3.17 Mendefinisikan Jenis Pelat ... 37

Gambar 3.18 Input Dimensi Ukuran Pelat Lantai ... 37

Gambar 3.19 Input Dimensi Ukuran Pelat Atap ... 37

Gambar 3.20 Model Struktur Gedung Tiga Dimensi ... 38

Gambar 3.21 Potongan Struktur Gedung ... 39

Gambar 3.22 Denah Lantai 1-9 Dengan Lubang Lift ... 40

Gambar 3.23 Denah Lantai Atap ... 40

Gambar 3.24 Input Perletakan ... 41

Gambar 3.25 Membuat Rigid Diaphragm Pada Pelat ... 41

Gambar 3.26 Rigid Diaphragm Pada Tiap Pelat ... 41

Gambar 3.27 Mendefinisikan Static Load Case ... 42

Gambar 3.28 Input Beban Super Dead Load Pada Pelat Atap ... 44

Gambar 3.29 Input Beban Super Dead Load Pada Pelat Lantai 1-9 ... 44

Gambar 3.30 Input Beban Live Load Pada Pelat Atap ... 44

Gambar 3.31 Input Beban Live Load Pada Pelat Lantai 1-9 ... 44

Gambar 3.32 Input Beban Super Dead Load Pada Balok ... 45

xv Universitas Kristen Maranatha

Gambar 3.34 Respons Spektrum Wilayah 4 (SNI 1726-2002) ... 47

Gambar 3.35 Gaya Gempa Tiap Lantai Arah x ... 50

Gambar 3.36 Gaya Gempa Tiap Lantai Arah y ... 51

Gambar 3.37 Input file Parameter Pada SeismoSignal ... 54

Gambar 3.38 Akselerogram yang Dihasilkan oleh SeismoSignal ... 55

Gambar 3.39 Hasil Output Maximum Acceleration ... 55

Gambar 3.40 Akselerogram Gempa Chi-Chi Sesuai Masing-masing Skala .. 56

Gambar 3.41 Akselerogram Gempa Friuli Sesuai Masing-masing Skala ... 57

Gambar 3.42 Akselerogram Gempa El Centro Sesuai Masing-masing Skala ... 58

Gambar 3.43 Akselerogram Gempa Sakaria Sesuai Masing-masing Skala ... 59

Gambar 3.44 Time History Function Definition ... 61

Gambar 3.45 Time History Case Data ... 61

Gambar 3.46 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Chi-Chi Metode A ... 62

Gambar 3.47 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Chi-Chi Metode A ... 62

Gambar 3.48 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Chi-Chi Metode B ... 63

Gambar 3.49 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Chi-Chi Metode B ... 63

Gambar 3.50 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Chi-Chi Metode C ... 64

Gambar 3.51 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Chi-Chi Metode C ... 64

Gambar 3.52 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa El Centro Metode A ... 65

Gambar 3.53 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa El Centro Metode A ... 65

Gambar 3.54 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa El Centro Metode B ... 66

Gambar 3.55 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa El Centro Metode B ... 66

Gambar 3.56 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa El Centro Metode C ... 67

Gambar 3.57 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa El Centro Metode C ... 67

Gambar 3.58 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Friuli Metode A ... 68

Gambar 3.59 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Friuli Metode A ... 68

Gambar 3.60 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Friuli Metode B ... 69

Gambar 3.61 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Friuli Metode B ... 69

Gambar 3.62 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Friuli Metode C ... 70

Gambar 3.63 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Friuli Metode C ... 70

Gambar 3.64 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Sakaria Metode A ... 71

Gambar 3.65 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Sakaria Metode A ... 71

Gambar 3.66 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Sakaria Metode B ... 72

Gambar 3.67 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Sakaria Metode B ... 72

Gambar 3.68 Gaya Geser Arah x Akibat Gempa Sakaria Metode C ... 73

Gambar 3.69 Gaya Geser Arah y Akibat Gempa Sakaria Metode C ... 73

Gambar 3.70 Displacement Akibat Percepatan Gempa Metode A ... 75

Gambar 3.71 Displacement Akibat Percepatan Gempa Metode B ... 76

Gambar 3.72 Displacement Akibat Percepatan Gempa Metode C ... 76

Gambar 3.73 Story Drift Batas Layan Arah x dan Arah y Metode A ... 77

Gambar 3.74 Story Drift Batas Layan Arah x dan Arah y Metode B ... 78

Gambar 3.75 Story Drift Batas Layan Arah x dan Arah y Metode C ... 79

Gambar 3.76 Story Drift Batas Ultimit Arah x dan Arah y Metode A ... 80

Gambar 3.77 Story Drift Batas Ultimit Arah x dan Arah y Metode B ... 81

Gambar 3.78 Story Drift Batas Ultimit Arah x dan Arah y Metode C ... 82

Gambar 3.79 Percepatan Gempa Chi-Chi (Utama dan Susulan) ... 86

xvi Universitas Kristen Maranatha Gambar 3.81 Percepatan Gempa Chi-Chi (Utama dan Susulan) ... 87 Gambar 3.82 Maximum Story Drift Akibat Gempa Chi-chi Susulan 2,4 kali

untuk Arah x Pada Portal 1-1 dan Arah y Pada Portal A-A ... 88 Gambar 3.83 Percepatan Gempa El Centro (Utama dan Susulan) ... 89 Gambar 3.84 Percepatan Gempa El Centro (Utama dan Susulan) ... 89 Gambar 3.85 Percepatan Gempa El Centro (Utama dan Susulan) ... 90 Gambar 3.86 Maximum Story Drift Akibat Gempa El Centro Susulan 6,4 kali

untuk Arah x Pada Portal 1-1 dan Arah y Pada Portal A-A .... 91 Gambar 3.87 Percepatan Gempa Friuli (Utama dan Susulan) ... 92 Gambar 3.88 Percepatan Gempa Friuli (Utama dan Susulan) ... 92 Gambar 3.89 Percepatan Gempa Friuli (Utama dan Susulan) ... 93 Gambar 3.90 Maximum Story Drift Akibat Gempa Friuli Susulan 6,8 kali

untuk Arah x Pada Portal 1-1 dan Arah y Pada Portal A-A .... 94 Gambar 3.91 Percepatan Gempa Sakaria (Utama dan Susulan) ... 95 Gambar 3.92 Percepatan Gempa Sakaria (Utama dan Susulan) ... 95 Gambar 3.93 Percepatan Gempa Sakaria (Utama dan Susulan) ... 96 Gambar 3.94 Maximum Story Drift Akibat Gempa Susulan Sakaria 2,8 kali

xvii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat Mekanis Baja Struktural ... 7

Tabel 2.2 Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia ... 10

Tabel 2.3 Respons Gempa Rencana ... 11

Tabel 2.4 Faktor Keutamaan (I) untuk Berbagai Kategori Gedung dan Bangunan ... 12

Tabel 2.5 Koefisien ζ yang Membatasi Waktu Getar Alami Fundamental Struktur Gedung ... 14

Tabel 2.6 Faktor Daktilitas Maksimum, Faktor Reduksi Gempa Maksimum, Faktor Tahanan Lebih Struktur dan Faktor Tahanan Lebih Total Beberapa Jenis Sistem dan Subsistem Struktur Gedung ... 14

Tabel 3.1 Modal Participating Mass Ratio ... 46

Tabel 3.2 Center Mass Rigidity ... 46

Tabel 3.3 Berat Struktur ... 47

Tabel 3.4 T-Ray Arah y ... 48

Tabel 3.5 T-Ray Arah x ... 49

Tabel 3.6 Gaya Gempa Arah y ... 49

Tabel 3.7 Gaya Gempa Arah x ... 50

Tabel 3.8 Point Displacement ... 51

Tabel 3.9 Kinerja Batas Layan Arah x ... 52

Tabel 3.10 Kinerja batas Layan Arah y ... 52

Tabel 3.11 Kinerja Batas Ultimit Arah x ... 53

Tabel 3.12 Kinerja Batas Ultimit Arah y ... 53

Tabel 3.13 Faktor Skala Tiap-tiap Percepatan Gempa ... 60

Tabel 3.14 Gaya Geser Dasar Maksimum Arah x ... 74

Tabel 3.15 Gaya Geser Dasar Maksimum Arah y ... 74

Tabel 3.16 Roof Displacement arah x ... 83

Tabel 3.17 Roof Displacement arah y ... 83

Tabel 3.18 Maximum Story Drift arah x ... 84

Tabel 3.19 Maximum Story Drift arah y ... 84

Table 3.20 Batas Layan Akibat Gempa Chi-chi Susulan ... 87

Tabel 3.21 Batas Ultimit Akibat Gempa Chi-Chi Susulan ... 87

Tabel 3.22 Batas Layan Akibat Gempa El Centro Susulan ... 90

Tabel 3.23 Batas Ultimit Akibat Gempa El Centro susulan ... 90

Tabel 3.24 Batas Layan Akibat Gempa Friuli susulan ... 93

Tabel 3.25 Batas Ultimit Akibat Gempa Friuli Susulan ... 93

Tabel 3.26 Batas Layan Akibat Gempa Sakaria Susulan ... 96

xviii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR NOTASI

A Percepatan puncak Gempa Rencana pada taraf pembebanan nominal sebagai gempa masukan untuk analisis respons dinamik linier riwayat waktu struktur gedung

Am Percepatan respons maksimum atau Faktor Respons Gempa

maksimum pada Spektrum Respon Gempa Rencana

Ao Percepatan puncak muka tanah akibat pengaruh Gempa Rencana

yang bergantung pada Wilayah Gempa dan jenis tanah tempat struktur gedung berada

Ar Pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor Respons Gempa C

pada Spektrum Respons Gempa Rencana

b Lebar balok (mm)

C Faktor Respons Gempa dinyatakan dalam percepaan gravitasi yang nilainya bergantung pada waktu getar alami struktur gedung dan kurvanya ditampilkan dalam Spektrum Respons Gempa Rencana Cv Faktor Respons Gempa vertical untuk mendapatkan beban gempa

vertikal nominal statik ekuivalen pada unsure struktur gedung yang memiliki kepekaan yang tinggi terhadap beban gravitasi.

di simpangan horizontal lantai tingkat i dari hasil analisis 3 dimensi

struktur gedung akibat beban gempa

ed Eksentrisitas rencana antara pusat massa dan pusat rotasi lantai

tingkat struktur gedung Ec Modulus Elastisitas beton

Es Modulus elastisitas baja

fc’ Kuat tekan beton (MPa)

Fi Beban gempa nominal statik ekuivalen lantai ke-i

Fx Beban gempa nominal statik ekuivalen arah x

Fy Beban gempa nominal statik ekuivalen arah y

xix Universitas Kristen Maranatha fys Kuat leleh tulangan geser yang disyaratkan, MPa

g Percepatan gravitasi H Tinggi total gedung hi Tinggi lantai gedung ke-i

I Faktor Keutamaan gedung, faktor pengali dari pengaruh Gempa Rencana pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas dilampauinya pengaruh tersebut selama umur gedung itu dan penyesuaian umur gedung itu.

m Massa gedung (kg.det2/meter) mtotal Massa gedung total (kg.det2/meter)

n Jumlah lantai

R Faktor reduksi gempa, rasio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh Gempa Rencana pada struktur gedung elastic penuh dan beban gempa nominal akibat pengaruh Gempa Rencana pada struktur gedung daktail, bergantung pada faktor daktilitas struktur gedung tersebut, faktor reduksi gempa representative struktur gedung tidak beraturan

T Waktu getar alami struktur gedung dinyatakan dalam detik yang menentukan besarnya Faktor Respons Gempa Struktur Gedung dan kurvanya ditampilkan dalam Spektrum Respons Gempa Rencana T1 Waktu getar alami fundamental struktur gedung beraturan maupun

tidak beraturan dinyatakan dalam detik

V Beban (gaya) geser dasar nominal statik ekuivalen akibat pengaruh Gempa Rencana yang bekerja di tingkat dasar struktur gedung beraturan dengan tingkat daktilitas umum, dihitung berdasarkan waktu getar alami fundamental struktur gedung beraturan tersebut (kg)

Wi Berat lantai tingkat ke-i

Wt Massa gedung dikalikan gravitasi (kg)

zi Ketinggian lantai tingkat ke-i suatu struktur gedung terhadap taraf

xx Universitas Kristen Maranatha Δs batasan drift sesuai kinerja batas layan

Δm batasan drift sesuai kinerja batas ultimit

ζ (zeta) Koefisien pengali dari jumlah tingkat struktur gedung yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung bergantung pada wilayah gempa

xxi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR LAMPIRAN

102 Universitas Kristen Maranatha

LAMPIRAN I

DIAGRAM ALIR PENELITIAN

Tidak memenuhi Tujuan Penelitian

Studi Literatur Mulai

Memenuhi Gaya-Gaya Gempa Tiap Lantai

(Fi) Gaya Geser Dasar

(V) berdasarkan SNI

Data Struktur/Gedung

Analisis Statik Ekuivalen

Analisis Dinamik Riwayat Waktu

Gaya Geser Dasar (V) berdasarkan Analisis Riwayat Waktu

Cek Kinerja Batas Layan dan Ultimit

103 Universitas Kristen Maranatha Gambar L1.1 Diagram Alir Gempa Utama Penelitian

Kesimpulan

Selesai Pembahasan

104 Universitas Kristen Maranatha Gambar L1.2 Diagram Alir Gempa Susulan Penelitian

Memenuhi

Tidak Memenuhi Struktur Mengalami Kegagalan

Akibat Gempa Susulan

Kesimpulan Mulai

Data Gedung Eksisting

Analisis Dinamik Riwayat Waktu

Cek Kinerja Batas Layan dan Batas

Ultimit

Selesai Pembahasan

Skala Intensitas Diperbesar

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia termasuk kedalam wilayah rawan gempa. Secara geografis, kepulauan Indonesia berada di antara 6 LU dan 11 LS serta di antara 95 BT dan 141 BT dan terletak pada perbenturan tiga lempeng kerak bumi yaitu lempeng Eurasia, lempeng Pasifik, dan lempeng India Australia. Ditinjau secara geologis, kepulauan Indonesia berada pada pertemuan 2 jalur gempa utama, yaitu gempa Sirkum Pasifik dan jalur gempa Alpide Transasiatic, karena itu Indonesia termasuk dalam jalur cincin api Pasifik (Ring of Fire). Cincin api Pasifik merupakan jalur rangkaian gunung aktif dunia yang menyebabkan Indonesia mengalami frekuensi gempa yang cukup sering. Gempa disertai tsunami yang terjadi di Aceh pada 26 Desember 2004 dan gempa di Yogyakarta pada tahun 2009 termasuk kedalam gempa terbesar yang terjadi di Indonesia. Namun gempa yang terjadi saat ini bukan hanya gempa utama tetapi juga biasanya disertai dengan gempa susulan yang tidak dapat diprediksi besarannya, baik lebih kecil, sama ataupun lebih besar dibandingkan gempa utama yang terjadi.

Salah satu contoh gempa susulan yang terjadi di Indonesia baru-baru ini adalah gempa Aceh yang terjadi pada 11 April 2012 di Kabupaten Simeulue, yang diikuti dengan peringatan tsunami. Gempa utama terjadi pada kedalaman 10 km dengan besar 8,5 SR [BMKG] dan disusul dengan gempa susulan sebanyak 25 kali dengan skala terbesar dari gempa susulan tersebut adalah 8,3 SR. Dari skala gempa susulan yang terjadi diketahui bahwa pada kejadian ini gempa susulan tersebut skalanya hampir menyerupai gempa utama sehingga kerusakan yang akan ditimbulkan lebih besar dibandingkan kerusakan hanya karena gempa utama.

2 Universitas Kristen Maranatha Gambar 1.1 Lokasi Gempa Bumi Aceh 11 April 2012 [MetroTV]

Dampak dari gempa bukan hanya kerugian material seperti rusaknya struktur bangunan, jalan, maupun jembatan melainkan juga kerugian non-material seperti kepanikan, trauma dari masyarakat serta adanya korban jiwa.

Gambar 1.2 Kerugian Akibat Gempa [The Atjeh Post]

Salah satu penyebab adanya kegagalan struktur didaerah yang berisiko mengalami gempa adalah beban horizontal pada struktur. Gaya gempa yang bekerja pada suatu sistem struktur bangunan dapat diasumsikan berupa gaya lateral dinamik. Gaya lateral dinamik ini dapat menimbulkan gaya-gaya dalam yang besar dan kompleks sifatnya pada sistem struktur.

3 Universitas Kristen Maranatha Struktur beton dapat mengalami kerusakan akibat gempa utama dan diperparah dengan adanya gempa susulan pada struktur yang berkurang kekuatannya akibat mengalami kondisi inelastik setelah gempa utama. Kekuatan gempa susulan mendekati kekuatan gempa utama dengan karakteristik yang mirip sehingga menimbulkan pengaruh terhadap struktur yang sudah mengalami pelemahan [Kevin Burnady].

Bangunan gedung saat ini seharusnya mampu menahan beban gempa yang terjadi sesuai dengan ketentuan-ketentuan yang telah ditetapkan. Karena itu, bangunan yang didesain harus memenuhi semua peraturan SNI yang berlaku sehingga gedung tersebut aman terhadap gempa yang terjadi.

Untuk mengetahui perilaku elemen struktur akibat gempa dapat digunakan analisis dinamik riwayat waktu dan analisis statik ekuivalen. Analisis dinamik riwayat waktu adalah suatu cara analisis untuk menentukan riwayat waktu respon dinamik struktur bangunan gedung yang berperilaku nonlinier terhadap gerakan tanah akibat gempa rencana sebagai data masukan, dimana respon dinamik dalam setiap interval waktu dihitung dengan metode integrasi bertahap [Pranata dan Wijaya, 2008]. Dengan metode yang digunakan dapat diketahui perilaku gedung akibat gempa susulan yang terjadi.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini yaitu:

1. Mempelajari analisis dinamik riwayat waktu dan analisis statik ekuivalen

untuk perencanaan bangunan tahan gempa.

2. Mempelajari perilaku gedung akibat adanya gempa utama dengan metode

analisis dinamik riwayat waktu dan analisis statik ekuivalen.

3. Mempelajari perilaku gedung akibat adanya gempa susulan dengan metode

analisis dinamik riwayat waktu.

4. Membandingkan hasil analisis dinamik riwayat waktu dan statik ekuivalen.

1.3 Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian adalah sebagai berikut:

4 Universitas Kristen Maranatha

2. Kategori gedung beraturan berdasarkan klasifikasi SNI 1726-2002.

3. Gedung terletak di wilayah 4, tanah keras.

4. Peraturan gempa yang digunakan adalah SNI 1726-2002.

5. Peraturan pembebanan yang digunakan adalah peraturan pembebanan untuk

gedung 1987.

6. Peraturan beton yang digunakan peraturan beton SNI 2847-2002.

7. Dalam tugas akhir ini parameter yang dibandingkan adalah gaya geser dasar,

yaitu diperoleh dari persamaan SNI 1726-2002 (analisis statik ekuivalen) dan analisis riwayat waktu dengan empat buah percepatan gempa [Seismosoft 2011; Pranata dan Simanta, 2006].

8. Perilaku yang dipelajari adalah gaya geser dasar, story drift, dan

roof-displacement.

1.4 Sistematika Penelitian

Sistematika penelitian adalah sebagai berikut:

BAB I, berisi latar belakang, ruang lingkup penelitian, sistematika penulisan, lisensi perangkat lunak dan metodologi penelitian.

BAB II, berisi tinjauan pustaka berupa struktur beton bertulang, bangunan gedung tahan gempa, peraturan gempa Indonesia berdasarkan SNI 02-1726-2002, analisis statik ekuivalen, analisis dinamik riwayat waktu, gempa susulan, perangkat lunak

ETABS.

BAB III, berisi studi kasus mengenai data struktur, analisis statik ekuivalen, analisis dinamik riwayat waktu dan analisis dinamik riwayat waktu akibat gempa susulan.

BAB IV, berisi kesimpulan dan saran.

1.5 Lisensi Perangkat Lunak

Sifat lisensi perangkat lunak yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah ETABS nonlinear versi 9 dengan sifat lisensi atas nama Laboratorium Komputer Pusat Universitas Kristen Maranatha.

5 Universitas Kristen Maranatha 1.6 Metodelogi Penelitian

Metodelogi penelitian yang digunakan dalam penelitian Tugas Akhir ini selengkapnya ditampilkan melalui diagram alir penelitian pada Gambar L1.1 mengenai gempa utama, sedangkan diagram alir mengenai gempa susulan ditampilkan melalui diagram alir penelitian pada Gambar L1.2 yang terdapat pada lampiran.

  98     Universitas Kristen Maranatha 

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil analisis statik ekuivalen dan analisis dinamik riwayat waktu yaitu:

1. Hasil analisis riwayat waktu dengan gempa utama yang diskalakan dengan

menggunakan 3 (tiga) cara, diperoleh kesimpulan secara umum sebagai berikut:

a. Apabila faktor skala intensitas gempa berdasarkan SNI 1726-2002

diterapkan, maka gaya geser dasar analisis riwayat waktu akan lebih kecil dibandingkan dengan gaya geser statik ekuivalen.

b. Demikian pula untuk peralihan atap (roof displacement) dan

simpangan antar tingkat (story drift), hasil analisis riwayat waktu akan lebih kecil dibandingkan dengan analisis statik ekuivalen.

c. Hal ini dapat terjadi dikarenakan dalam perhitungan faktor skala,

percepatan puncak riwayat waktu yang digunakan adalah nilai maksimumnya, sehingga apabila diskalakan terhadap wilayah gempa 4 tanah keras di Indonesia dengan kondisi T = 1,5058 detik, secara umum kurva respon spektrum percepatan gempa masukan akan lebih rendah nilainya dibandingkan kurva respon spektrum berdasarkan SNI.

d. Metode C lebih konservatif dikarenakan dalam rentang T = 0 detik

sampai dengan T = 0,5 detik, respon spektrum percepatan gempa masukan diperhitung berdasarkan model statistik (rata-rata).

2. Hasil analisis riwayat waktu dengan percepatan gempa susulan, diperoleh

kesimpulan bahwa gedung yang dianalisis mampu menahan gempa susulan model A dengan percepatan gempa Chi-chi sebesar 2,4 kali lipat gempa utamanya, percepatan gempa El Centro sebesar 6,4 kali lipat gempa utamanya, percepatan gempa Friuli sebesar 6,8 kali lipat gempa utamanya dan percepatan gempa Sakaria sebesar 2,8 kali lipat gempa utamanya. Hal ini

  99     Universitas Kristen Maranatha  ditunjukkan dengan hasil pembahasan parameter kinerja batas ultimit apabila dibandingkan terhadap batasan ijin [SNI, 2002].

3. Analisis riwayat waktu dapat dimanfaatkan untuk mengetahui besarnya gaya

geser dasar gedung, peralihan atap, dan simpangan antar tingkat pada suatu gedung apabila diterapkan suatu tinjauan rekaman gempa tertentu.

4. Analisis riwayat waktu dapat dimanfaatkan untuk mengetahui kemampuan

gedung yang sebenarnya apabila dikenai beban gempa, baik gempa utama maupun gempa susulan yang besarnya beberapa kali lipat lebih kecil maupun lebih besar dibandingkan gempa utamanya. Hal ini dapat dilakukan dengan memodifikasi faktor skalanya.

4.2. Saran

Saran yang dapat disampaikan dari hasil analisis statik ekuivalen dan analisis dinamik riwayat waktu yaitu:

1. Melakukan studi lebih lanjut analisis gempa berdasarkan SNI 1726-2002

dengan beberapa percepatan gempa yang lainnya.

2. Melakukan studi lanjut analisis gempa berdasarkan SNI 1726-2002 pada

100 Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

1. Amelia, Rica.2011. “ Perbandingan Analisis Statik dan Analisis Dinamik

Pada Portal Bertingkat Banyak Sesuai SNI 03-1726-2002”. Universitas

Sumatera Utara.

2. Bunardy,K., “Studi Pengaruh Gempa Susulan Terhadap Struktur Rangka

Beton Bertulang Bertingkat Tinggi Dengan Desain SRPMK”, Universitas

Katolik Parahyangan, Bandung, Indonesia.

3. Computer and Structures, Inc. (2011), ETABS Manual, Version 9.5,

Integrated Building Design Software, California, Berkeley.

4. Erista Dicky. 2011.”Kajian Efek Parameter Base Isolator Terhadap

Respon Bangunan Akibat Gaya Gempa dengan Metode Analisis Riwayat Waktu”.Universitas Sumatera Utara. Sumatera Utara

5. Fahjan,Y.M., Ozdemir, Z., Keypour, H. “ Procedures for Real

Earthquake Time History Scaling and Application to Fit Iranian Design Spectra”. International Institute Earthquake Engineering and Seismology

6. Hibbeler, R.C. 2011. “Structural Analysis 8th Edition”, Pearson

Prentice-Hall Inc.

7. Holzer, SM., Computer Analysis of Structures. Matrix Structural Analysis

Structured Programming ., Elsevier, New York, 1985.

8. Imran, I., Hendrik, F.(2010),”Perencanaan Struktur Gedung Beton

Bertulang Tahan Gempa”, ITB, Bandung, Indonesia.

9. Internet, www.wikipedia.com, (diakses tanggal 25 November 2011)

10.Internet, http://peer.berkeley.edu diakses 28 Juni 2011

11.Internet.www.lib.mrt.ac.lk. University of Moratwa. Sri Lanka

12.MacGregor, G.J,.Weight, K.J.,(2005),”Reinforced Concrete Mechanic and

Design”, Prentice Hall, New Jersey.

13.Nasution, A,.(2009),”Analisis dan Desain Struktur Beton Bertulang”,ITB,

101 Universitas Kristen Maranatha

14.Pranata, A.Y.,Wijaya, K.A,.(2008),”Kajian Daktilitas Struktur Gedung

Beton Bertulang Dengan Analisis Riwayat Waktu dan Analisis Beban Dorong”.

15.SN1 1726–2002.(2003),”Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk

Struktur Bangunan Gedung”. Departemen Permukiman dan Prasarana

Wilayah.

16.SN1 2847–2002.(2003),“Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk

4 Universitas Kristen Maranatha 2. Kategori gedung beraturan berdasarkan klasifikasi SNI 1726-2002.

3. Gedung terletak di wilayah 4, tanah keras.

4. Peraturan gempa yang digunakan adalah SNI 1726-2002.

5. Peraturan pembebanan yang digunakan adalah peraturan pembebanan untuk gedung 1987.

6. Peraturan beton yang digunakan peraturan beton SNI 2847-2002.

7. Dalam tugas akhir ini parameter yang dibandingkan adalah gaya geser dasar, yaitu diperoleh dari persamaan SNI 1726-2002 (analisis statik ekuivalen) dan analisis riwayat waktu dengan empat buah percepatan gempa [Seismosoft 2011; Pranata dan Simanta, 2006].

8. Perilaku yang dipelajari adalah gaya geser dasar, story drift, dan roof-displacement.

1.4 Sistematika Penelitian

Sistematika penelitian adalah sebagai berikut:

BAB I, berisi latar belakang, ruang lingkup penelitian, sistematika penulisan, lisensi perangkat lunak dan metodologi penelitian.

BAB II, berisi tinjauan pustaka berupa struktur beton bertulang, bangunan gedung tahan gempa, peraturan gempa Indonesia berdasarkan SNI 02-1726-2002, analisis statik ekuivalen, analisis dinamik riwayat waktu, gempa susulan, perangkat lunak ETABS.

BAB III, berisi studi kasus mengenai data struktur, analisis statik ekuivalen, analisis dinamik riwayat waktu dan analisis dinamik riwayat waktu akibat gempa susulan.

BAB IV, berisi kesimpulan dan saran.

1.5Lisensi Perangkat Lunak

Sifat lisensi perangkat lunak yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah ETABS nonlinear versi 9 dengan sifat lisensi atas nama Laboratorium Komputer Pusat Universitas Kristen Maranatha.

5 Universitas Kristen Maranatha

1.6Metodelogi Penelitian

Metodelogi penelitian yang digunakan dalam penelitian Tugas Akhir ini selengkapnya ditampilkan melalui diagram alir penelitian pada Gambar L1.1 mengenai gempa utama, sedangkan diagram alir mengenai gempa susulan ditampilkan melalui diagram alir penelitian pada Gambar L1.2 yang terdapat pada lampiran.

  98     Universitas Kristen Maranatha 

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil analisis statik ekuivalen dan analisis dinamik riwayat waktu yaitu:

1. Hasil analisis riwayat waktu dengan gempa utama yang diskalakan dengan menggunakan 3 (tiga) cara, diperoleh kesimpulan secara umum sebagai berikut:

a. Apabila faktor skala intensitas gempa berdasarkan SNI 1726-2002 diterapkan, maka gaya geser dasar analisis riwayat waktu akan lebih kecil dibandingkan dengan gaya geser statik ekuivalen.

b. Demikian pula untuk peralihan atap (roof displacement) dan simpangan antar tingkat (story drift), hasil analisis riwayat waktu akan lebih kecil dibandingkan dengan analisis statik ekuivalen.

c. Hal ini dapat terjadi dikarenakan dalam perhitungan faktor skala, percepatan puncak riwayat waktu yang digunakan adalah nilai maksimumnya, sehingga apabila diskalakan terhadap wilayah gempa 4 tanah keras di Indonesia dengan kondisi T = 1,5058 detik, secara umum kurva respon spektrum percepatan gempa masukan akan lebih rendah nilainya dibandingkan kurva respon spektrum berdasarkan SNI. d. Metode C lebih konservatif dikarenakan dalam rentang T = 0 detik sampai dengan T = 0,5 detik, respon spektrum percepatan gempa masukan diperhitung berdasarkan model statistik (rata-rata).

2. Hasil analisis riwayat waktu dengan percepatan gempa susulan, diperoleh kesimpulan bahwa gedung yang dianalisis mampu menahan gempa susulan model A dengan percepatan gempa Chi-chi sebesar 2,4 kali lipat gempa utamanya, percepatan gempa El Centro sebesar 6,4 kali lipat gempa utamanya, percepatan gempa Friuli sebesar 6,8 kali lipat gempa utamanya dan percepatan gempa Sakaria sebesar 2,8 kali lipat gempa utamanya. Hal ini

  99     Universitas Kristen Maranatha  ditunjukkan dengan hasil pembahasan parameter kinerja batas ultimit apabila dibandingkan terhadap batasan ijin [SNI, 2002].

3. Analisis riwayat waktu dapat dimanfaatkan untuk mengetahui besarnya gaya geser dasar gedung, peralihan atap, dan simpangan antar tingkat pada suatu gedung apabila diterapkan suatu tinjauan rekaman gempa tertentu.

4. Analisis riwayat waktu dapat dimanfaatkan untuk mengetahui kemampuan gedung yang sebenarnya apabila dikenai beban gempa, baik gempa utama maupun gempa susulan yang besarnya beberapa kali lipat lebih kecil maupun lebih besar dibandingkan gempa utamanya. Hal ini dapat dilakukan dengan memodifikasi faktor skalanya.

4.2. Saran

Saran yang dapat disampaikan dari hasil analisis statik ekuivalen dan analisis dinamik riwayat waktu yaitu:

1. Melakukan studi lebih lanjut analisis gempa berdasarkan SNI 1726-2002 dengan beberapa percepatan gempa yang lainnya.

2. Melakukan studi lanjut analisis gempa berdasarkan SNI 1726-2002 pada tinjauan gedung dengan kategori tidak beraturan.

100 Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

1. Amelia, Rica.2011. “ Perbandingan Analisis Statik dan Analisis Dinamik Pada Portal Bertingkat Banyak Sesuai SNI 03-1726-2002”. Universitas Sumatera Utara.

2. Bunardy,K., “Studi Pengaruh Gempa Susulan Terhadap Struktur Rangka Beton Bertulang Bertingkat Tinggi Dengan Desain SRPMK”, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung, Indonesia.

3. Computer and Structures, Inc. (2011), ETABS Manual, Version 9.5, Integrated Building Design Software, California, Berkeley.

4. Erista Dicky. 2011.”Kajian Efek Parameter Base Isolator Terhadap Respon Bangunan Akibat Gaya Gempa dengan Metode Analisis Riwayat Waktu”.Universitas Sumatera Utara. Sumatera Utara

5. Fahjan,Y.M., Ozdemir, Z., Keypour, H. “ Procedures for Real Earthquake Time History Scaling and Application to Fit Iranian Design Spectra”. International Institute Earthquake Engineering and Seismology 6. Hibbeler, R.C. 2011. “Structural Analysis 8th Edition”, Pearson

Prentice-Hall Inc.

7. Holzer, SM., Computer Analysis of Structures. Matrix Structural Analysis

Structured Programming ., Elsevier, New York, 1985.

8. Imran, I., Hendrik, F.(2010),”Perencanaan Struktur Gedung Beton Bertulang Tahan Gempa”, ITB, Bandung, Indonesia.

9. Internet, www.wikipedia.com, (diakses tanggal 25 November 2011) 10.Internet, http://peer.berkeley.edu diakses 28 Juni 2011

11.Internet.www.lib.mrt.ac.lk. University of Moratwa. Sri Lanka

12.MacGregor, G.J,.Weight, K.J.,(2005),”Reinforced Concrete Mechanic and Design”, Prentice Hall, New Jersey.

13.Nasution, A,.(2009),”Analisis dan Desain Struktur Beton Bertulang”,ITB, Bandung, Indonesia.

101 Universitas Kristen Maranatha 14.Pranata, A.Y.,Wijaya, K.A,.(2008),”Kajian Daktilitas Struktur Gedung

Beton Bertulang Dengan Analisis Riwayat Waktu dan Analisis Beban Dorong”.

15.SN1 1726–2002.(2003),”Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung”. Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah.

16.SN1 2847–2002.(2003),“Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung”.