Beban Gempa 403s3i

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

Tidak mengurangi fungsi layan struktur secara keseluruhan, masih dalam keandaan andal

Kerusakan sedang struktur

Mengurangi kekuatan, kondisi aman tetapi di bawah prima, kurang andal

Kerusakan berat struktur

Mengurangi kekuatan, 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 1. Ukuran bangunan  Bangunan yang memiliki rasio (tinggi dengan lebar) terlalu besar seperti pada gambar1a, maka “horizontal movement” pada lantai ketika ada gempa akan sangat besar.  Sedangkan bangunan yang sangat rendah tetapi sangat panjang seperti figure 1b, efek kerusakan akibat getaran gempa akan  sangat besar.  Dan bangunan dengan area sangat luas seperti figure 1c, gaya horizontal gempa yang ditanggung oleh kolom dan dinding menjadi sangat besar.

Perencanaan bangunan tahan gempa 2. Bentuk bangunan  Bangunan dengan bentuk denah yang sederhana seperti pada figure 2a, akan memiliki performance yang baik ketika menghadapi gempa besar.  Bangunan yang memilki bentuk bersudut seperti U, V, H, dan + seperti pada figure 2b, akan mengalami kerusakan yang signifikan dan beruntun ketika mengalami gempa. Efek buruk dari adanya sudut dalam denah bangunan bisa dihindari dengan cara memisahkan bangunan menjadi 2 bagian (dilatasi) seperti dicontohkan pada figure 2c. Bangunan awal berbentuk L, kemudian dipecah menjadi 2 bagian persegi panjang yang saling terpisah.

Perencanaan bangunan tahan gempa 2. Bentuk bangunan

Celah dilatasi ± 10 cm

Beban Gempa Gempa rencana

Gempa yang peluang atau resiko terjadinya dalam periode umur rencana bagunan 50 tahun adalah 10% (Rn = 10%) atau gempa yang periode ulangnya adalah 500 tahun (Tr = 500 tahun)

Beban gempa nominal Gempa rencana Tingkat daktilitas yang dimiliki struktur Faktor tahanan lebih yang dimiliki struktur

Beban gempa 

Besar beban gempa horizontal (V):

I = faktor keutamaan struktur C = nilai faktor respon gempa T = waktur getar alami Wt = berat total struktur dan beban hidup Fi = beban gempa statik ekivalen Zi = tinggi lantai ke-i n = jumlah lantai

Faktor keutamaan struktur (I)



Koefisien untuk memperpanjang waktu kerusakan struktur gedung sehingga gedung dapat berdiri jauh lebih lama daripada gedung-gedung pada umumnya. 



I1 = faktor keutamaan untuk penyesuaian probabilitas terjadinya gempa selam umur gedung I2 = faktor keutamaan untuk menyesuaikan umur gedung

Faktor respon gempa (C) 



Ditentukan dari diagram spektrum respon gempa rencana, sesuai dengan wilayah gempa dan kondisi jenis tanahnya. 6 wilayah gempa: wilayah gempa 1 = wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 = wilayah dengan kegempaan paling besar

Faktor respon gempa (C)

Waktu getar alami (T) 

T = waktu getar struktur

T = 0,06 H3/4

Daktilitas struktur Deformasi elastis

deformasi yang apabila bebannya dihilangkan, maka deformasi tersebut akan hilang, dan struktur akan kembali kepada bentuknya yang semula.

Daktilitas struktur Struktur daktail / liat

jika beban yang ada melampaui batas maksimum kekuatan elastisnya, maka struktur tidak akan runtuh, tetapi struktur akan mengalami deformasi plastis (inelastis).

Daktilitas struktur Deformasi plastis

deformasi yang apabila bebannya dihilangkan, maka deformasi tersebut tidak akan hilang

deformasi yang bersifat permanen, atau struktur tidak dapat kembali kepada bentuknya yang semula.

Daktilitas struktur struktur yang daktail

terjadi deformasi yang permanen, tetapi struktur tidak mengalami keruntuhan.

Daktilitas struktur Faktor daktilitas struktur (μ) adalah rasio antara simpangan maksimum (δm) struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan, dengan simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama (δy), yaitu:

Daktilitas struktur Pada persamaan ini, μ = 1,0 adalah nilai faktor daktilitas untuk struktur bangunan gedung yang berperilaku elastik penuh, sedangkan μm adalah nilai faktor daktilitas maksimum yang dapat dikerahkan oleh sistem struktur bangunan gedung yang bersangkutan.

Faktor reduksi gempa (R) 

Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)

Konsep disain kapasitas Pada saat terjadi gempa, struktur mengalami getaran gempa dari lapisan tanah di bawah dasr bangunan secara acak dalam berbagai arah. Apabila struktur sangat kaku ( waktu getar alami T = 0 detik), maka besarnya gaya inersia F yang timbul akibat gempa dan bekerja pada titik pusat massa adalah: F = m x ag Dimana: M = massa bangunan Ag = percepatan getaran gempa Struktur memberikan respon percepatan yang sama besar dengan percepatan getaran gempa pada tanah di dasar bangunan

Konsep disain kapasitas Untuk membuat bangunan dengan T ≈ 0, maka bangunan direncanakan dengan taraf beban gempa rencana. Perencanaan struktur dengan beban gempa rencana: Akan menjamin 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. Dalam 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 terjadi pada portal Sendi plastis terjadi dalam kolom (menyebabkan keruntuhan kolom pada 1 tingkat)

Sendi plastis terjadi dalam balok (tidak menyebabkan keruntuhan)

Konsep disain kapasitas

Kekakuan tingkat yang tidak seragam

Soft story effect

Metode Analisis Struktur Terhadap Gempa Menurut SNI-03-1726-2002 tentang “ Standart Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan  Gedung” , metode analisis yang dapat digunakan untuk memperhitungkan pengaruh beban gempa terhadap struktur adalah:

gempa gempa dengn

1. Metode analisis statis Digunakan pada bangunan sederhana dan simetris, penyebaran kekakuan massa menerus dan ketinggian tingkat kurang dari 40 meter Prinsip:Menggantikan beban gempa dengan gaya-gaya statis ekivalen bertujuan menyederhanakan dan memudahkan perhitungan

Metode Gaya Lateral Ekivalen



Besar beban gempa horizontal (V):

I = faktor keutamaan struktur C = nilai faktor respon gempa T = waktur getar alami Wt = berat total struktur dan beban hidup Fi = beban gempa statik ekivalen Zi = tinggi lantai ke-i n = jumlah lantai

Beban gempa tiap lantai

Distibusi beban gempa pada bangunan

Metode Analisis Struktur Terhadap Gempa 2. Metode analisis dinamis Dilakukan untuk evaluasi yang akurat dan mengetahui perilaku struktur akibat pengaruh gempa yang sifatnya berulang. Analisis dilakukan pada struktur-struktur bangunan dengan karakteristik sebagai berikut: 1. Gedung-gedung dengan konfigurasi struktur sangat tidak beraturan 2. Gedung-gedung dengan tinggi lebih dari 40 meter 3. Gedung-gedung dengan kekakuan yang tidak merata Ada 2 jenis: a. Analisis Respon Dinamik Riwayat Waktu b. Analisis Ragam Spektrum Respon

Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) 





Sistem rangka pemikul momen – perencanaan bangunan tahan gempa dimana beban gempa ditransfer melalui mekanisme lentur balok dan kolom

SRPM adalah singkatan dari Sistem Rangka Pemikul Momen, atau Moment Resisting Frame . Istilah ini sering kita dengar pada pembahasan mengenai struktur gedung tahan gempa. Istilah ini juga digunakan pada peraturan-peraturan SNI yang membahas tata cara perencanaan bangunan gedung, misalnya SNI Beton, SNI Baja, dan SNI Gempa. SRPM merupakan salah satu "pilihan" sewaktu merencanakan sebuah bangunan tahan gempa.

Ciri – ciri SRPM -Beban lateral khususnya gempa, ditransfer melalui

mekanisme lentur antara balok dan kolom. Jadi, peranan balok, kolom, dan sambungan balok kolom di sini sangat penting. - Tidak menggunakan dinding geser. Kalaupun ada dinding, dinding tersebut tidak didesain untuk menahan beban lateral. - Tidak menggunakan bresing (bracing). Untuk struktur baja, penggunaan bresing kadang sangat diperlukan terutama pada arah sumbu lemah kolom. Dalam 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 bawah (di bawah 10 lantai) menggunakan SRPM sebagai penahan beban gempanya. Walaupun tidak sedikit juga bangunan 8 lantai ke atas yang sudah mulai menggunakan dinding geser. Itu semua tergantung pada perencana. SRPM sendiri, dibagi menjadi tiga tingkatan: 1. SRPM Biasa disingkat SRPMB (Ordinary Moment Resisting Frame, OMRF) 2. SRPM Menengah, disingkat SRPMM (Intermediate Moment Resisting Frame, IMRF) 3. SRPM Khusus, disingkat SRPMK (Special Moment Resisting Frame, SMRF)

Kondisi platis, hubungan gaya gempa dan perpindahan bersifat linier

Pada akhirnya penampang beton tidak kuat lagi menahan momen. Tulangan tarik sudah jauh dari leleh atau sudah dalam kondisi PLASTIS, dan daerah tekan beton menjadi retak, sehingga tegangan tekan dipikul oleh tulangan. Pada saat ini, kondisi sudah tidak rigid lagi. Sambungan balok ke kolom menjadi SENDI.

Sendi plastis pada balok

Sendi plastis pada kolom

SRPMB ( Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa) 

  

Tidak terjadi sendi plastis pada balok sehingga tidak ada perencanaan khusus pada balok dan kolom. Digunakan pada daerah dengan resiko gempa kecil Penulangan hanya berdasarkan pada kombinasi pembebanan Memiliki Faktor Modifikasi Respons (R) 3,5.

SRPMM ( Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah)    

Menitik beratkan terhadap kegagalan struktur akibat keruntuhan geser. Digunakan pada daerah dengan resiko gempa sedang. Memiliki Faktor Modifikasi Respons (R) 5 ∼ 5,5 Detail penulangan komponen SRPMM harus memenuhi ketentuan-ketentuan SNI 03-2847-02 Pasal 23.10

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 wajib  digunakan di zona resiko gempa tinggi. Struktur harus direncanakan menggunakan sistem penahan beban lateral yang memenuhi persyaratan detailing yang khusus dan mempunyai daktilitas penuh. Memiliki Faktor Modifikasi Respons (R) 8 ∼ 8,5

SRPMK ( Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus) 



Daerah sambungan (t) antara balokkolom harus diperhatikan persyaratan strong column-weak beam dan persyaratan kuat geser Memperhitungkan kapasitas geser pada kolom dan menjamin terjadinya sendi plastis pada balok.

KEKAKUAN HORIZONTAL ELEMEN VERTIKAL 

Struktur pemikul beban horizontal atau gempa pada gedung umumnya terdiri dari: • Portal atau rangka kaku pemikul momen • Dinding geser • Kombinasi portal dan dinding geser • Dinding 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



3EI P 3  L

Kekakuan lateral balok jepit jepit atau portal balok kaku

12 E  I 1  I 2  k L3

METODE D-Value 



Metode D-value adalah metode semi empiris untuk menghitung kekakuan lateral elemen vertikal yang terdiri dari dinding geser dan portal D-value atau koefisien 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 jepit-jepit yaitu K = 12 EI0 / h2 . selanjutnya kekakuan kolom lain dan dinding dinyatakan dalam rasio terhadap kekakuan standar Dengan demikian didapat nilai-D atau koefisien distribusi gaya geser yang tidak berdimensi

D-value kolom kantilever  

kolom kantilever dengan ukuran sama dengan kolom standar kekakuan kolom adalah

Dengan demikian D-value kolom kantilever = 0.25 Untuk kolom lain dengan ukuran standar tetapi kekangan ujung berbeda, nilai D-value berkisar antara 0.25 dan 1

SISTEM STRUKTUR 

Sistem struktur adalah kombinasi dari berbagai elemen struktur yang disusun sedemikian rupa sehingga membentuk satu kesatuan struktur yang dapat memikul beban-beban yang direncanakan.

SISTEM STRUKTUR Pertimbangan dalam memilih sistem struktur bergantung pada hal-hal berikut: 1. Pertimbangan ekonomis 2. Kondisi tanah 3. Rasio tinggi dengan lebar bangunan 4. Pertimbangan fabrikasi dan pelaksanaan pembangunan 5. Pertimbangan mekanis 6. Pertimbangan tingkat bahaya kebakaran 7. Pertimbangan lokasi 8. Pertimbangan kesediaan bahan konstruksi utama 

Elemen-Elemen Dasar Struktur Elemen Struktur Horizontal ;  Plat Lantai • • • •





Plat Plat Plat Plat

Beton Slab (Solid) Wafel Komposit (Steel Deck - Bondex) Berongga (Hollow-core concrete slabs)

Atap Datar

• Dak Beton • Steel Deck • Komposit/Kombinasi

Balok-Balok

• Balok Paralel; satu arah (oneway) dan dua arah (two way

system) • Balok dengan susunan Radial • Balok dengan susunan Diagonal • Balok dengan susunan Kombinasi (Hibrid) 57

Sistem Struktur Penahan Beban Lateral 





 

Pada dasarnya untuk menahan beban vertikal ; kolom struktur dan sistem pondasi adalah yang utama. Dasar untuk menahan beban lateral/horizontal dapat dipecahkan dengan cara ; Membuat sambungan jepit sempurna (rigid frame) pada sistem struktur rangka ; • Mendisain sambungan jepit sempurna pada bagian kolom dengan sistem pondasi/tanah. • Mendisain sambungan jepit sempurna pada kolom dan balok, baik sebagian maupun keseluruhan sistem portal. Menggunakan ikatan diagonal (bracing) pada struktur rangka. Menggunakan dinding (dinding 58 geser/“shear wall“) pada sistem struktur

Dinding geser/shear wall 

Dinding yang dirancang untuk menahan geser, gaya lateral akibat gempa bumi

Dinding geser/shear wall 1. 2. 3.

4.

Dinding geser harus ditempatkan pada setiap tingkat struktur Dinding geser harus sama panjang dan ditempatkan secara simetris Rasio antara tinggi dan lebar dinding tidak boleh kurang dari 2 dan lebar dinding geser tidak boleh kurang dari 1,5 meter. Dinding geser hanya boleh runtuh akibat adanya momen plastis

SNI 03-2847-2002, pasal 13.10

Kekakuan lateral untuk mencegah atap / lantai bergoyang secara berlebihan

Kekuatan lateral untuk melawan gempa horizontal