Struktur Beton 2 - Konsep Bangunan Tahan Gempa [PDF]

Citation preview

Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya



STRUKTUR BETON 2 : KONSEP BANGUNAN TAHAN GEMPA RETNO TRIMURTININGRUM, S.T.,M.T.



ISI :   



KONSEP BANGUNAN TAHAN GEMPA DAKTILITAS DESAIN STRUKTUR BANGUNAN TAHAN GEMPA



KONSEP BANGUNAN TAHAN GEMPA   



FORCE REDUCTION FACTOR (R) CAPACITY DESIGN (DESAIN KAPASITAS) HIERARKI KERUSAKAN STRUKTUR



FORCE REDUCTION FACTOR (R) 











Gempa besar pada periode ulang tertentu kejadiannya bersifat probabilistik,oleh karena itu para ahli sepakat bahwa selama masa layan bangunan tidak perlu dibuat sangat kuat (elastis) Kerusakan-kerusakan level tertentu masih diperbolehkan terjadi selama masa layan sesuai dengan filosofi desain Maka, kekuatan gempa rencana dapat diturunkan atau dikurangi sampai level tertentu melalui suatu reduksi yaitu force reduction factor (R) → faktor reduksi gempa/koefisien modifikasi respon



FORCE REDUCTION FACTOR (R) Faktor R merupakan representasi tingkat daktilitas yang dimiliki struktur



FORCE REDUCTION FACTOR (R) 











OB adalah beban struktur elastik, OD adalah beban respons inelastik, yaitu beban yang jauh lebih kecil daripada beban struktur respon elastik Karena beban lebih kecil, maka struktur dengan respons inelastik ukurannya akan lebih kecil dibanding struktur dengan respon elastik. Hal ini berimplikasi kepada biaya pembangunan, struktur dengan respons inelastik akan lebih murah dibanding struktur elastik Apabila beban gempa yang terjadi lebih besar dari level beban inelastik, maka akan terjadi sendi-sendi plastik pada ujung-ujung balok



FORCE REDUCTION FACTOR (R)



Agar bangunan tetap survive pada gempa besar, maka bangunan harus mempunyai daktilitas yang baik



FORCE REDUCTION FACTOR (R) 











Dengan penerapan konsep tersebut, maka pada saat gempa kuat terjadi, elemen-elemen struktur bangunan tertentu yang dipilih diperbolehkan mengalami plastifikasi (kerusakan) sebagai sarana untuk pendisipasian energi gempa yang diterima struktur Elemen-elemen tertentu tersebut umumnya adalah elemen-elemen yang perilaku plastifikasinya daktail dan tidak mudah runtuh Salah satu cara untuk menjamin plastifikasi yang diinginkan terjadi → desain kapasitas



CAPACITY DESIGN (DESAIN KAPASITAS)  1.



2.



3.



4.



Kasus runtuhnya suatu bangunan, disebabkan oleh beberapa hal : Penyebab ke-1 : tidak jelasnya konsep bangunan tahan gempa yang dipakai Penyebab ke-2 : menurut Paulay (1988) adalah begitu jeleknya desain dan detail penulangan elemen kolom dan balok Penyebab ke-3 : tidak adanya sistem penyerapan energi yang terencana dengan baik pada proses desain Penyebab ke-4 yang mengakibatkan penyebab ke-3 adalah selain tidak diterapkannya hierarki kerusakan juga tempat-tempat yang dapat berfungsi melakukan penyerapan energi juga tidak jelas



CAPACITY DESIGN (DESAIN KAPASITAS) 



Konsep desain kapasitas yang perilakunya memenuhi persyaratan filosofi desain adalah pada kondisi paling kritis (gempa kuat), struktur (portal) boleh rusak tetapi tidak boleh runtuh secara total (totally collapse)



PRINSIP CAPACITY DESIGN (DESAIN KAPASITAS) 







Pada konsep desain kapasitas, tidak semua elemen struktur dibuat sama kuat tetapi ada elemen-elemen struktur yang dibuat lebih lemah dibanding yang lain Hal tersebut bertujuan agar pada saat beban gempa maksimum, kerusakan struktur terjadi pada titik-titik lemah tersebut



PRINSIP CAPACITY DESIGN (DESAIN KAPASITAS)



PRINSIP CAPACITY DESIGN (DESAIN KAPASITAS) 











Pada capasity design, salah satu elemen (balok) sengaja dibuat elemen lemah (weak-link). Karena berfungsi sebagai elemen lemah, maka elemen yang bersangkutan akan mengalami tegangan leleh pertama sebagaimana terjadinya sendi-sendi plastik Walaupun menjadi elemen lemah, elemen yang bersangkutan harus berperilaku daktail, sehingga tidak runtuh total → detailing tulangan hrs memadai Elemen selain balok (kolom, join, fondasi) yang sengaja didesain lebih kuat diihitung dengan memperhitungkan overstrength factor



CIRI-CIRI DESAIN KAPASITAS (Paulay, Priestley,1992) 











Tempat-tempat kemungkinan terjadinya sendi-sendi plastis telah ditentukan sejak awal → Strong Column Weak Beam Deformasi in-elastik yang tidak dikehendaki yaitu deformasi akibat geser baik di balok maupun join dicegah dengan memberikan kekuatan yang lebih besar dari yang diperlukan Tempat-tempat sendi plastis jangan sampai menjadi tempat getas/brittle, tetapi didetail sedemikian rupa agar menjadi daktail dan menjadi tempat disipasi energi secara stabil



HIERARKI KERUSAKAN STRUKTUR 







Dengan sudah diterapkannya prinsip capasity design (sudah direncanakan adanya elemen lemah/weak link dan ada elemen yang sengaja dibuat lebih kuat), maka pada saat gempa besar akan terjadi hierarki kerusakan yang sudah direncanakan Hierarki kerusakan yang diinginkan adalah agar struktur tetap berdiri tegak setelah terkena pembebanan gempa (besar). Oleh karena itu kolom harus lebih kuat daripada balok → Strong Column Weak Beam (SCWB)



HIERARKI KERUSAKAN STRUKTUR



WCSB → column sway mechanism, kolom lemah balok kuat → mengakibatkan struktur runtuh total (totally collapse) sehingga dilarang untuk dipakai SCWB → struktur bergoyang menurut beam sway mechanism Pada gempa besar struktur tetap rusak tetapi tidak runtuh total



HIERARKI KERUSAKAN STRUKTUR 







Prinsip SCWB akan mengakibatkan struktur bergoyang menurut beam sway mechanism. Pada SCWB, balok sengaja dibuat lebih lemah daripada kolomnya, sehingga apabila level beban terlampaui, maka akan terjadi sendi-sendi plastik yang umumnya terjadi pada ujungujung balok dan ujung-ujung kolom tingkat dasar. Di tempat-tempat itulah kemudian detail tulangan didesain dan dipasang dengan baik sehingga menjadi elemen yang daktail/ulet/liat. Dengan sifat elemen yang daktail, maka elemen struktur akan dapat bertahan pada deformasi inelastik yang cukup besar tanpa adanya penurunan kekuatan yang berarti



DAKTILITAS 



Struktur inelastik akan mempunyai ukuran yang lebih kecil daripada struktur yang direncanakan pada level beban elastik. Pada level pembebanan tertentu elemen struktur sudah mulai retak-retak akibat adanya regangan baja-tarik yang cukup besar. Pada intensitas beban tertentu, maka rengangan baja-tarik sudah semakin besar sehingga retak beton juga semakin besar.



DAKTILITAS 



Akibat beban siklik sebagaimana beban gempa, maka pada tempat yang momen-momennya besar (umumnya di ujung-ujung balok) regangan tarik baja tulangan akan berganti-ganti untuk momen negatif pada tepi atas dan momen positif pada tepi bawah. Apabila regangan tarik baja tulangan tersebut sudah sedemikian besar, maka biasanya beton sudah mulai rusak akibat retak-retak besar bergantiganti. Daerah yang rusak tersebut disebut daerah sendi plastik. Agar elemen struktur masih mampu/dapat menahan beban (tidak runtuh getas/brittle) maka tempat tersebut harus daktail atau elemen mempunyai daktilitas yang baik



DAKTILITAS 







Kesimpulannya elemen struktur beton boleh relatif kecil dan berperilaku inelastik, tetapi elemennya harus daktail Bagaimana supaya elemen beton menjadi daktail yaitu pada tempattempat yang diperuntukkan terjadi sendi plastik, tulangan lentur dan tulangan gesernya harus didesain secara khusus



DAKTILITAS 



Daktilitas adalah kemampuan suatu elemen untuk berdeformasi secara inelastik secara berkelanjutan akibat beban siklik tanpa adanya penurunan kekuatan yang berarti



u  = y 



Daktilitas simpangan adalah rasio antara simpangan ultimit (∆u) dengan simpangan leleh (∆y)



DAKTILITAS











Pada gambar 10.7(a) menggambarkan perilaku hubungan antara beban dan simpangan (load-displacement relationship) untuk struktur daktail dan getas. Struktur yang daktail mampu berdeformasi inelastik secara berkelanjutan tanpa adanya penurunan kekuatan yang berarti. Sebaliknya, struktur yang getas/brittle kekuatannya akan segera menurun secara tajam setelah kekuatan puncak Gambar 10(b) adalah hubungan beban dan simpangan akibat beban bolak balik. Hubungan antara beban dan simpangan ditunjukkan oleh garis lengkung/non-linier putus-putus yang membentuk suatu siklus tertutup yang disebut hysteretic loops



DAKTILITAS 







Secara umum daktilitas dibagi menjadi 3 level yaitu elastik penuh (elastic response), daktilitas terbatas (restricted/limited ductility) dan daktilitas penuh (fully ductility) dengan nilai-nilai daktilitas seperti pada gambar. Nilai See, Sel dan Sef berturut-turut adalah kebutuhan kekuatan untuk struktur elastik, struktur daktilitas terbatas dan daktilitas penuh. Pada daktilitas penuh, desain beban/kebutuhan kekuatannya relatif lebih kecil daripada daktilitas terbatas, tetapi elemennya harus didesain lebih daktail/liat



DAKTILITAS



Makin ketat detailingnya



Secara teoritik semakin tinggi tingkat daktilitas maka akan semakin baik, baik dalam keberlanjutan menahan beban maupun keberlanjutannya dalam disipasi energi



DAKTILITAS 







Pengertian daktail penuh menurut SNI 03-1726 -2002 pasal 3.1.4 adalah suatu tingkat daktilitas stuktur gedung, dimana strukturnya mampu mengalami simpangan pasca-elastik pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan yang paling besar, yaitu dengan mencapai nilai faktor daktilitas sebesar 5,3 Pengertian daktail parsial menurut SNI 03-1726 -2002 pasal 3.1.4 adalah suatu tingkat daktilitas struktur gedung dengan nilai faktor daktilitas diantara untuk struktur gedung yang elastik penuh sebesar 1,0 dan untuk struktur gedung yang daktail penuh sebesar 5,3



DESAIN STRUKTUR BANGUNAN TAHAN GEMPA  1. 2. 3.



Dalam desain bangunan tahan gempa perlu diperhatikan : Code beban gravitasi Code beban gempa (SNI 03-1726-2012/SNI 03-1726-2019) Code desain ( SNI 03-2847-2013 /SNI 03-2847-2019)



DESAIN STRUKTUR BANGUNAN TAHAN GEMPA 



Langkah-langkah proses desain : 1. Peruntukan, letak, denah dan tinggi bangunan 2. Jenis tanah, jenis struktur utama (frames, wall, kombinasi) 3. Dihitung beban gravitasi (plat lantai, beban balok) 4. Berdasarkan lokasi bangunan ditentukan respons spektrum percepatan dan respon spektrum desain



DESAIN STRUKTUR BANGUNAN TAHAN GEMPA 



Langkah-langkah proses desain : 5. Kategori desain seismic, penahan gaya horisontal, SRPMB/M/K, faktor reduksi beban R 6. Ditentukan kategori bangunan, apakah masih reguler atau bangunan tidak reguler 7. Butir 6 akan menentukan jenis analisis struktur, apakah static ekuivalen atau dengan metode lain 8. Pendetailan (balok, kolom SCWB, beam column joints, fondasi)



DAFTAR PUSTAKA  



KONSEP STRUKTUR BETON TAHAN GEMPA (Iswandi Imron) Seismologi Teknik & Rekayasa Kegempaan (Widodo Pawirodikromo)