Analisis Variasi Perletakan Damper Pada Gedung Bertingkat Terhadap Respon Bangunan Dengan Metode Analisis Riwayat Waktu (3 Dimensi )
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Gempa merupakan salah satu beban yang dapat menyebabkan kerusakan pada struktur apalagi
jika gedung tersebut bertingkat tinggi. Kini muncul beberapa upaya untuk mengatasi
kerusakan-kerusakan yang terjadi pada struktur akibat gempa dan sebagainya dengan
memberikan cara memberikan alat tambahan ke struktur, untuk membatasi energi atau
mendissipasi energi gempa yang masuk ke bangunan. Alat-alat tersebut dikenal dengan
Seismic Devices. Dengan menambah alat-alat tersebut, energi gempa yang masuk ke struktur
dapat direduksi dan dikontrol sehingga gaya-gaya dan simpangan struktur menjadi kecil,
dengan demikian bangunan dapat direncanakan dalam keadaan elastis untuk kejadian gempa
besar dengan biaya yang cukup ekonomis.
Hal ini diterapkan dikarenakan bertambahnya jumlah penduduk yang sangat pesat tidak
sebanding dengan lahan untuk tinggal yang tersedia sehingga sangat diperlukannya gedunggedung bertingkat tinggi
Seismic devices pada umumnya dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :
1. Actived seismic device
2. Passived seismic device
3. Based Isolator device
Actived seismic device bekerja pada saat gempa terjadi dengan cara menerima data getaran
dari sensor yang dipasang disekeliling struktur, melalui komputer data tersebut digunakan
untuk mengatur besarnya gaya gempa yang dibutuhkan untuk melawan gaya gempa yang
terjadi sesuai dengan input gempa ke bangunan, namun actived seismic device memerlukan
perawatan yang lumayan mahal
Passived seismic devices bekerja atau bereaksi setelah energi gempa masuk ke struktur, pada
umumnya reaksi seismic device semakin besar bila response struktur atau energi yang masuk
semakin besar. Passived seismic devices sesuai fungsinya, secara garis besar dapat dibagi
Universitas Sumatera Utara
menjadi 2 jenis, yaitu yang bersifat isolasi dan yang bersifat dissipasi energy. Jenis yang
pertama disebut seismic Isolator dan yang kedua disebut Damper , salah satunya seperti
Metallic Yeilding Damper
Base isolator device terbuat dari bahan bantalan karet , bantalan karet ini tergolong murah,
dan bukan merupakan alat berteknlogi tinggi.Bantalan yang digunakan untuk melindungi
gempa bumi dibuat dari kombinasil empengan karet alam dan lempeng baja. Bantalan tersebut
dipasang disetiap kolom yaitudiantara pondasi dan bangunan. Karet alam berfungsi untuk
mengurangi getaran akibat gempa bumi sedangkan lempeng baja digunakan untuk menambah
kekakuan bantalan karet sehingga penurunan bangunan saat bertumpu diatas bantalan
karet tidak besar.
Metallic Yeilding Damper tergolong dalam Passive seismic devices yang merupakan material
baja ringan atau logam lainnya yang digunakan untuk mempertahankan bahan siklik dengan
cara mendisipasi energi gempa dimana gaya tersebut mengalami deformasi inelastis
membentuk Hysteristic loop dari perubahan kekakuan damper yaitu dari keadaan elastic
menjadi plastis . Damper biasanya dipasang diantara tingkatan lantai untuk mengurangi
perbedaan pegeseran lantai , ditinjau dari stiffness ratio yan merupakan perbandingan
kekakuan damper yan berkisar antara 2-4
Gambar 1.1. Perbandingan struktur konvensional dengan struktur dengan seismic devices
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.2. Contoh pemasangan metal yielding damper di lapangan
1.2. STUDI LITERATUR
Metode yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah studi literature yaitu
dengan mengumpulkan data data
dan beberapa penelitian tentang damper yang telah
dilakukan oleh peneliti-peneliti
di
seluruh
dunia.
Berdasarkan
hasil
penelitian
tersebut,membantu untuk memahami perilaku dan kekuatan metallic steel damper dalam
menyerap dan meredam energi gempa.Berikut hasil penelitiannya :
Menurut Teruna (2005) pada perencanaan bangunan, parameter gempa bumi yang
langsung mempengaruhi perencanaan adalah percepatan tanah yang ditimbulkan oleh
gelombang seismik yang bekerja pada massa bangunan. Teruna (2005) juga mengatakan
bahwa besarnya percepatan tanah tergantung dari beberapa faktor seperti kekuatan gempa
bumi (magnitude), kedalaman pusat gempa bumi, jarak epicenter ke daerah yang dituju, jenis
tanah sebagai media perambatan gelombang seismik antara pusat gempa bumi dan lokasi yang
dituju, sistem pondasi, massa dan geometri bangunan, dan lain sebagainya. Kerusakan gempa
secara konvensional dapat dicegah dengan memperkuat struktur bangunan terhadap gaya
gempa yang bekerja padanya. Namun, hasil ini sering kali kurang memuaskan, karena
kerusakan elemen baik struktural maupun non-struktural umumnya disebabkan adanya
interstory drift (perbedaan simpangan antar tingkat). Salah satu cara untuk memperkecil
interstory drift adalah dengan memperkaku bangunan dalam arah lateral. Namun, hal ini akan
memperbesar gaya gempa yang bekerja pada bangunan. Metoda yang lebih baik adalah
Universitas Sumatera Utara
dengan meredam energi gempa sampai pada tingkat yang tidak membahayakan bangunan,
demikian Teruna (2005) mengatakan
Kiran dan Shivalingappa (2013) dalam studi penambahan damper pada struktur
bangaunan bermasa banyak ( MDOF ) debgan 3 lantai memberikan dampak yan signifikan
terhadap perpindahan ( displacement ) sebesar 0,03 m. Pemberian damper pada struktur
memberikan reduksi beban secara berkala serta memperkuat daktalitas dari segi ketahanan
terhadap gempa
Penelitian oleh Daniel R.Teruna (2013) tentang Peningkatan Kemampuan Bangunan
dengan Hysteretik Steel Damper pada Beberapa eksitasi dengan melakukan analisa non-linier
time history analisis terhadap bangunan 7 tingkat dengan variasi Stiffness Ratio dari 2 sampai
5 dan juga nilai SR yang berbeda-beda pada setiap tingkatan memberikan hasil simpangan
pada puncak bangunan lebih rendah dengan nilai SR = 3 dan juga indeks kerusakan yang
terjadi pada struktur lebih efektif.
Hubungan antara gaya dan perpindahan pada metallic yielding damper dalam suatu
siklus pembebanan sering disederhanakan menjadi model multi-linier seperti trilinier,
bilinier,dll.Pada penelitian ini,digunakan model bilinier untuk menentukan karakteristik
desain damper.Kombinasi kekakuan antara sebuah damper yang dihubungkan dengan 2 buah
bracing disebut device-braces stiffness( Kbd ).Karena damper dan bracing dihubungkan
secara seri maka dapat digunakan persamaan :
Perhitungan kombinasi kekakuan damper dapat di hubungkan dengan dua nuah
bracing yang disebut device braces stiffness oleh karena itu dapat digunakan persamaan
sebagai berikut
�
=
+
�� ��
=
�
+�
(1)
⁄�
Dimana , B/D adalah rasio dari kekakuan 2 buah bracing dan kekakuan damper
⁄ =
��
�
(2)
Universitas Sumatera Utara
Sehingga, kekakuan system struktur yang setara dengan frame tunggal dengan
adanya damper sama dengan:
�� = �� + �
(3)
Dimana : � = kekakuan frame
Perbandingan lain terhadap kekakuan lateral struktur dengan device braces dapat
didefinisikan sebagai SR ( Xia and Hanson, 1992 ) :
=
���
(4)
��
Konsep dari metallic yielding damper memerlukan desain deformasi kelelehan (∆ )
yang lebih rendah daripada deformasi kelelehan struktur ( ∆ ) sehingga tidak terjadi
kerusakan pada system struktur karena damper dapat menyerap energy saat device mengalami
kelelehan terlebih dahulu . Gaya leleh daripada elemen yang mengalami kelelehan ,
disimbolkan sebagai Vy , dapat dirumuskan sebagai berikut :
=� ∆
= �� ∆
(5)
Dimana : Δyd = deformasi dari damper
Δy = deformasi device-braces
Dengan menstubtitusikan persamaan (1),(3),(4) ke persamaan (5) maka persamaan
(5) dapat diganti dengan menggunakan parameter SR(stiffness Ratio ) sebagai berikut :
= SR � ( +
⁄
)∆
(6)
Universitas Sumatera Utara
1.3 PERUMUSAN MASALAH
Pemasangan dan instalasi damper pada struktur perlu perencanaan yang matang dan akurat
untuk mendapatkan jenis dan ukuran damper yang efektif dalam meredam energy gempa yang
masuk kedalam struktur.Menurut Tsai,et al (1993) nilai SR yang akan digunakan pada tugas akhir
ini ada 2 untuk periode getar pendek, medium,sampai dengan panjang. Dengan permodelan variasi
tingkatan bangunan seperti gambar ,perumusan masalah pada tugas akhir ini adalah mencari tahu
efektifitas dan perpindahan ratio terhadap struktur dan analisis dibantu dengan program SAP 2000
a
b
c
Gambar 1.3.Model bangunan yang ditinjau tampak atas (a) damper dipasang pada bagian tengah
bangunan (b) damper dipasang pada kedua sisi luar bangunan (c) damper dipasang di sisi dalam
banguna
Universitas Sumatera Utara
1.4 Maksud dan tujuan
Maksud dan tujuan daripada penulisan tugas akhir ini adalah melakukan analisis untuk
mengetahui pemasangan damper pada bangunan yang lebih efektif dan juga untuk mendapatkan
deformasi bangunan pada pemodelan 3 dimensi
1.5. PEMBATASAN MASALAH
Adapun pembatasan masalah yang diambil dalam penulisan tugas akhir ini, yakni :
1. Bangunan yang ditinjau berlantai 6.
2. Hasil pembahasan yang ditinjau yaitu deformasi bangunan.
3. Jenis damper yang digunakan adalah metal yielding damper
4. Analisis menggunakan program sap 2000
5. Perencanaan gaya gempa dengan SNI 2012
6. Nilai stiffness ratio yan digunakan adalah 2
1.6 METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan pada tugas akhir ini adalah metode literature dimana data data
yang digunakan dari hasil-hasil peneletian yang sudah ada dan juga masukan informasi dari
dosen pembimbing, data tersebut diasumsikan dan disesuaikan dengan kondisi dilapangan
Universitas Sumatera Utara
FLOWCHART PENELITIAN
MULAI
LATAR BELAKANG
Studi Literatur
1.BUKU TEKS
2. JURNAL-JURNAL
3.PERATURAN-PERATURAN
PERUMUSAN MASALAH
DESAIN DATA
1.GEDUNG BERLANTAI 6
2. BEBAN YANG BEKERJA
3.DESAIN RESPON SPEKTRA DENGAN
SNI 2012
ANALISA DENGAN PROGRAM SAP 2000
PERBANDINGAN HASIL
KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
Universitas Sumatera Utara
1.7 SISTEMATIKA PENULISAN
Gambaran garis besar penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang,studi literatur,perumusan masalah,maksud dan tujuan,
pembatasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA
Berisi tentang penjelasan umum,teori-teori yang berkaitan dan mendukung penelitian
tentang tugas akhir dan juga aplikasi lapangan.
BAB 3 : METODE PENELITIAN
Berisi tata cara perhitungan dan analisa yang dilakukan di penelitian ini.
BAB 4 : HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang hasil analisa dan perhitungan lalu perbandingan hasil penelitian tugas
akhir.
BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan dan saran dalam tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Gempa merupakan salah satu beban yang dapat menyebabkan kerusakan pada struktur apalagi
jika gedung tersebut bertingkat tinggi. Kini muncul beberapa upaya untuk mengatasi
kerusakan-kerusakan yang terjadi pada struktur akibat gempa dan sebagainya dengan
memberikan cara memberikan alat tambahan ke struktur, untuk membatasi energi atau
mendissipasi energi gempa yang masuk ke bangunan. Alat-alat tersebut dikenal dengan
Seismic Devices. Dengan menambah alat-alat tersebut, energi gempa yang masuk ke struktur
dapat direduksi dan dikontrol sehingga gaya-gaya dan simpangan struktur menjadi kecil,
dengan demikian bangunan dapat direncanakan dalam keadaan elastis untuk kejadian gempa
besar dengan biaya yang cukup ekonomis.
Hal ini diterapkan dikarenakan bertambahnya jumlah penduduk yang sangat pesat tidak
sebanding dengan lahan untuk tinggal yang tersedia sehingga sangat diperlukannya gedunggedung bertingkat tinggi
Seismic devices pada umumnya dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :
1. Actived seismic device
2. Passived seismic device
3. Based Isolator device
Actived seismic device bekerja pada saat gempa terjadi dengan cara menerima data getaran
dari sensor yang dipasang disekeliling struktur, melalui komputer data tersebut digunakan
untuk mengatur besarnya gaya gempa yang dibutuhkan untuk melawan gaya gempa yang
terjadi sesuai dengan input gempa ke bangunan, namun actived seismic device memerlukan
perawatan yang lumayan mahal
Passived seismic devices bekerja atau bereaksi setelah energi gempa masuk ke struktur, pada
umumnya reaksi seismic device semakin besar bila response struktur atau energi yang masuk
semakin besar. Passived seismic devices sesuai fungsinya, secara garis besar dapat dibagi
Universitas Sumatera Utara
menjadi 2 jenis, yaitu yang bersifat isolasi dan yang bersifat dissipasi energy. Jenis yang
pertama disebut seismic Isolator dan yang kedua disebut Damper , salah satunya seperti
Metallic Yeilding Damper
Base isolator device terbuat dari bahan bantalan karet , bantalan karet ini tergolong murah,
dan bukan merupakan alat berteknlogi tinggi.Bantalan yang digunakan untuk melindungi
gempa bumi dibuat dari kombinasil empengan karet alam dan lempeng baja. Bantalan tersebut
dipasang disetiap kolom yaitudiantara pondasi dan bangunan. Karet alam berfungsi untuk
mengurangi getaran akibat gempa bumi sedangkan lempeng baja digunakan untuk menambah
kekakuan bantalan karet sehingga penurunan bangunan saat bertumpu diatas bantalan
karet tidak besar.
Metallic Yeilding Damper tergolong dalam Passive seismic devices yang merupakan material
baja ringan atau logam lainnya yang digunakan untuk mempertahankan bahan siklik dengan
cara mendisipasi energi gempa dimana gaya tersebut mengalami deformasi inelastis
membentuk Hysteristic loop dari perubahan kekakuan damper yaitu dari keadaan elastic
menjadi plastis . Damper biasanya dipasang diantara tingkatan lantai untuk mengurangi
perbedaan pegeseran lantai , ditinjau dari stiffness ratio yan merupakan perbandingan
kekakuan damper yan berkisar antara 2-4
Gambar 1.1. Perbandingan struktur konvensional dengan struktur dengan seismic devices
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.2. Contoh pemasangan metal yielding damper di lapangan
1.2. STUDI LITERATUR
Metode yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah studi literature yaitu
dengan mengumpulkan data data
dan beberapa penelitian tentang damper yang telah
dilakukan oleh peneliti-peneliti
di
seluruh
dunia.
Berdasarkan
hasil
penelitian
tersebut,membantu untuk memahami perilaku dan kekuatan metallic steel damper dalam
menyerap dan meredam energi gempa.Berikut hasil penelitiannya :
Menurut Teruna (2005) pada perencanaan bangunan, parameter gempa bumi yang
langsung mempengaruhi perencanaan adalah percepatan tanah yang ditimbulkan oleh
gelombang seismik yang bekerja pada massa bangunan. Teruna (2005) juga mengatakan
bahwa besarnya percepatan tanah tergantung dari beberapa faktor seperti kekuatan gempa
bumi (magnitude), kedalaman pusat gempa bumi, jarak epicenter ke daerah yang dituju, jenis
tanah sebagai media perambatan gelombang seismik antara pusat gempa bumi dan lokasi yang
dituju, sistem pondasi, massa dan geometri bangunan, dan lain sebagainya. Kerusakan gempa
secara konvensional dapat dicegah dengan memperkuat struktur bangunan terhadap gaya
gempa yang bekerja padanya. Namun, hasil ini sering kali kurang memuaskan, karena
kerusakan elemen baik struktural maupun non-struktural umumnya disebabkan adanya
interstory drift (perbedaan simpangan antar tingkat). Salah satu cara untuk memperkecil
interstory drift adalah dengan memperkaku bangunan dalam arah lateral. Namun, hal ini akan
memperbesar gaya gempa yang bekerja pada bangunan. Metoda yang lebih baik adalah
Universitas Sumatera Utara
dengan meredam energi gempa sampai pada tingkat yang tidak membahayakan bangunan,
demikian Teruna (2005) mengatakan
Kiran dan Shivalingappa (2013) dalam studi penambahan damper pada struktur
bangaunan bermasa banyak ( MDOF ) debgan 3 lantai memberikan dampak yan signifikan
terhadap perpindahan ( displacement ) sebesar 0,03 m. Pemberian damper pada struktur
memberikan reduksi beban secara berkala serta memperkuat daktalitas dari segi ketahanan
terhadap gempa
Penelitian oleh Daniel R.Teruna (2013) tentang Peningkatan Kemampuan Bangunan
dengan Hysteretik Steel Damper pada Beberapa eksitasi dengan melakukan analisa non-linier
time history analisis terhadap bangunan 7 tingkat dengan variasi Stiffness Ratio dari 2 sampai
5 dan juga nilai SR yang berbeda-beda pada setiap tingkatan memberikan hasil simpangan
pada puncak bangunan lebih rendah dengan nilai SR = 3 dan juga indeks kerusakan yang
terjadi pada struktur lebih efektif.
Hubungan antara gaya dan perpindahan pada metallic yielding damper dalam suatu
siklus pembebanan sering disederhanakan menjadi model multi-linier seperti trilinier,
bilinier,dll.Pada penelitian ini,digunakan model bilinier untuk menentukan karakteristik
desain damper.Kombinasi kekakuan antara sebuah damper yang dihubungkan dengan 2 buah
bracing disebut device-braces stiffness( Kbd ).Karena damper dan bracing dihubungkan
secara seri maka dapat digunakan persamaan :
Perhitungan kombinasi kekakuan damper dapat di hubungkan dengan dua nuah
bracing yang disebut device braces stiffness oleh karena itu dapat digunakan persamaan
sebagai berikut
�
=
+
�� ��
=
�
+�
(1)
⁄�
Dimana , B/D adalah rasio dari kekakuan 2 buah bracing dan kekakuan damper
⁄ =
��
�
(2)
Universitas Sumatera Utara
Sehingga, kekakuan system struktur yang setara dengan frame tunggal dengan
adanya damper sama dengan:
�� = �� + �
(3)
Dimana : � = kekakuan frame
Perbandingan lain terhadap kekakuan lateral struktur dengan device braces dapat
didefinisikan sebagai SR ( Xia and Hanson, 1992 ) :
=
���
(4)
��
Konsep dari metallic yielding damper memerlukan desain deformasi kelelehan (∆ )
yang lebih rendah daripada deformasi kelelehan struktur ( ∆ ) sehingga tidak terjadi
kerusakan pada system struktur karena damper dapat menyerap energy saat device mengalami
kelelehan terlebih dahulu . Gaya leleh daripada elemen yang mengalami kelelehan ,
disimbolkan sebagai Vy , dapat dirumuskan sebagai berikut :
=� ∆
= �� ∆
(5)
Dimana : Δyd = deformasi dari damper
Δy = deformasi device-braces
Dengan menstubtitusikan persamaan (1),(3),(4) ke persamaan (5) maka persamaan
(5) dapat diganti dengan menggunakan parameter SR(stiffness Ratio ) sebagai berikut :
= SR � ( +
⁄
)∆
(6)
Universitas Sumatera Utara
1.3 PERUMUSAN MASALAH
Pemasangan dan instalasi damper pada struktur perlu perencanaan yang matang dan akurat
untuk mendapatkan jenis dan ukuran damper yang efektif dalam meredam energy gempa yang
masuk kedalam struktur.Menurut Tsai,et al (1993) nilai SR yang akan digunakan pada tugas akhir
ini ada 2 untuk periode getar pendek, medium,sampai dengan panjang. Dengan permodelan variasi
tingkatan bangunan seperti gambar ,perumusan masalah pada tugas akhir ini adalah mencari tahu
efektifitas dan perpindahan ratio terhadap struktur dan analisis dibantu dengan program SAP 2000
a
b
c
Gambar 1.3.Model bangunan yang ditinjau tampak atas (a) damper dipasang pada bagian tengah
bangunan (b) damper dipasang pada kedua sisi luar bangunan (c) damper dipasang di sisi dalam
banguna
Universitas Sumatera Utara
1.4 Maksud dan tujuan
Maksud dan tujuan daripada penulisan tugas akhir ini adalah melakukan analisis untuk
mengetahui pemasangan damper pada bangunan yang lebih efektif dan juga untuk mendapatkan
deformasi bangunan pada pemodelan 3 dimensi
1.5. PEMBATASAN MASALAH
Adapun pembatasan masalah yang diambil dalam penulisan tugas akhir ini, yakni :
1. Bangunan yang ditinjau berlantai 6.
2. Hasil pembahasan yang ditinjau yaitu deformasi bangunan.
3. Jenis damper yang digunakan adalah metal yielding damper
4. Analisis menggunakan program sap 2000
5. Perencanaan gaya gempa dengan SNI 2012
6. Nilai stiffness ratio yan digunakan adalah 2
1.6 METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan pada tugas akhir ini adalah metode literature dimana data data
yang digunakan dari hasil-hasil peneletian yang sudah ada dan juga masukan informasi dari
dosen pembimbing, data tersebut diasumsikan dan disesuaikan dengan kondisi dilapangan
Universitas Sumatera Utara
FLOWCHART PENELITIAN
MULAI
LATAR BELAKANG
Studi Literatur
1.BUKU TEKS
2. JURNAL-JURNAL
3.PERATURAN-PERATURAN
PERUMUSAN MASALAH
DESAIN DATA
1.GEDUNG BERLANTAI 6
2. BEBAN YANG BEKERJA
3.DESAIN RESPON SPEKTRA DENGAN
SNI 2012
ANALISA DENGAN PROGRAM SAP 2000
PERBANDINGAN HASIL
KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
Universitas Sumatera Utara
1.7 SISTEMATIKA PENULISAN
Gambaran garis besar penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang,studi literatur,perumusan masalah,maksud dan tujuan,
pembatasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA
Berisi tentang penjelasan umum,teori-teori yang berkaitan dan mendukung penelitian
tentang tugas akhir dan juga aplikasi lapangan.
BAB 3 : METODE PENELITIAN
Berisi tata cara perhitungan dan analisa yang dilakukan di penelitian ini.
BAB 4 : HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang hasil analisa dan perhitungan lalu perbandingan hasil penelitian tugas
akhir.
BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan dan saran dalam tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara