Penelitian Kinerja Struktur Bangunan Terhadap Gaya Gempa

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mengetahui kinerja struktur bangunan terhadap gaya gempa. Berikut telah dihimpun beberapa penelitian menggunakan analisis pushover untuk memprediksi kinerja struktur terhadap gempa.

Analisis Gempa. (sumber: earth.com)

Ginsar dan Lumantarna (2004)

Keduanya mengatakan arah metode perencanan tahan gempa beralih dari pendekatan kekuatan (force based) menuju pendekatan kinerja (performance based) dimana struktur direncanakan terhadap beberapa tingkat kinerja. 

Untuk mengetahui kinerja struktur, karena saat menerima beban gempa besar struktur akan mengalami pelelehan, maka dibutuhkan analisis nonlinier yang sederhana tetapi cukup akurat. Salah satu cara analisis nonlinear yang dapat digunakan adalah Capacity Spectrum Method yang memanfaatkan analisis beban dorong statis nonlinier (nonlinear static pushover analysis), dimana struktur didorong secara bertahap hingga beberapa komponen struktur mengalami leleh dan berdeformasi inelastis. 

Hubungan antara perpindahan lateral lantai atap dan gaya geser dasar digambarkan dalam suatu kurva yang menggambarkan kapasitas struktur dan dinamakan kurva kapasitas (capacity curve). 

Untuk mengetahui prilaku struktur yang ditinjau terhadap intensitas gempa yang diberikan, kurva kapasitas ini kemudian dibandingkan dengan tuntutan (demand) kinerja yang berupa response spektrum berbagai intensitas (periode ulang) gempa.

Satyarno (2000)

Dalam penelitiannya menggunakan analisis  pushover untuk memperkirakan resiko yang terjadi pada bangunan-bangunan tua pada suatu wilayah dengan karakteristik wilayah kegempaan tinggi. 

Bangunan yang dievaluasi diasumsikan terletak pada tiga kota di New Zealand dengan kondisi tanah yang berbeda yaitu tanah keras, sedang dan lunak. Pada bangunan-bangunan lama (older building) memiliki resiko kerusakan yang lebih besar akibat gempa jika dibandingkan dengan bangunan-bangunan baru. 

Evaluasi  dilakukan dengan menggunakan metode berbasis kekuatan (force-based method) atau metode berbasis perpindahan (displacement-based method) yang disarankan oleh NZNSEE (1996), dimana beban gempa ditentukan dari respon spectrum. Pada metode berbasis kekuatan, bangunan diharapkan mempunyai kinerja yang memuaskan selama gempa terjadi sama dengan dengan spectrum respon jika daktilitas yang ada lebih besar daripada daktilitas yang dibutuhkan. 

Dalam metode berbasis perpindahan (displacement), bangunan diharapkan mempunyai kinerja yang memuaskan selama gempa terjadi sama dengan dengan spectrum respon jika kapasitas perpindahan lebih besar daripada perpindahan yang dibutuhkan. 

Jika kapasitas terhadap beban gempa lebih kecil dibanding kebutuhannya, maka tahapan lebih lanjut yaitu dengan mengestimasi kala ulang gempa (return period) dimana struktur akan berkinerja secara memuaskan, sehingga penentuan aksi yang tapat bisa dibuat. Parameter yang digunakan dalam penelitian ini untuk mengevaluasi bangunan antara lain: 

1. Periode getar alami, T1 (Fundamental period)
2. Kapasitas geser dasar, Vbase (Base shear capacity)
3. Periode efektif struktur, Teff (Effective Period)
4. Kapasitas daktilitas struktur, μ (Structure’s ductility capacity)
5. Kapasitas displacement lateral struktur, δu (Strucrure’s lateral displacement capacity)

Hasil evaluasi menggunakan analisis pushover menunjukkan bahwa bangunan memiliki daktilitas yang sangat terbatas karena terjadi mekanisme respon yang tidak diinginkan yaitu kegagalan geser pada balok dan tejadi sendi plastis pada kolom. 

Bangunan yang berada pada tanah keras dan sedang memberikan hasil yang lebih baik dari pada bangunan yang berada di tanah lunak. Kemudian penelitian dilanjutkan dengan melakukan retrofitting pada daerah kritis dengan menambahkan tulangan geser dengan diameter 8 mm dengan jarak 100 mm dan dibandingkan dengan penambahan tulangan diameter 10 mm dengan jarak 100 mm, detail tulangan longitudinal/poko tetap seperti semula. 

Hasil analisis menunjukkan bahwa penambahan tulangan geser diameter 8 mm dengan jarak 100 mm pada beberapa tempat tidak memadai untuk gempa dengan periode 450 tahun. Sebaliknya dengan tulangan geser diameter 10 mm dan jarak 100 mm cukup efektif dalam  meningkatkan kapasitas seismik bangunan untuk gempa dengan periode 450 tahun.

Kalkan dan Kunnath (2006)

Hal yang penting dari perkembangan metode performance-based design adalah keakuratan memperkirakan parameter seismic demand. Nonlinear static procedures (NSPs) saat ini banyak digunakan oleh para perencana untuk memprediksi kebutuhan gaya gempa pada struktur bangunan.

Kebutuhan gaya gempa menggunakan NSPs dapat dihitung secara langsung dari spectrum wilayah, analisis nonlinear time history (NTH) membutuhkan gabungan ground motion dan probabilistic assessment terkait untuk memperhitungkan aleatoric variability dalam rekaman gempa. 

Di samping manfaatnya, versi sederhana NSP berdasarkan pola pembebanan invarian seperti yang direkomendasikan dalam ATC 40 dan FEMA 356 telah mencantumkan batasan dalam hal ketidakmampuannya memperhitungkan mode effects yang lebih tinggi dan modal variation  yang dihasilkan perilaku inelastik. 

Sejumlah prosedur pushover yang dapat mengatasi permasalahan ini juga telah diajukan. Tulisan ini menginvestigasi keefektifan beberapa NSP dalam memperkirakan karakteristik respon terpenting pada bangunan besi dan beton bertulang melalui perbandingan dengan respon benchmark yang dihasilkan dari suatu set analisis NTH. 

Lebih penting lagi, untuk mempertimbangkan karakteristik ground motion yang berbeda-beda, digunakan suatu sebaran time-series dari rekaman far-fault asli hingga near fault motion dengan efek  fling and forward directivity. 

Hasil dari studi analitik menunjukkan bahwa prosedur Adaptive Modal Combination memperkirakan perhitungan respon puncak seperti simpangan antar lantai dan rotasi komponen plastik secara lebih konsisten daripada NSP lain yang diinvestigasi dalam studi ini.

Pranata (2006) 

Dalami studinya pada tiga gedung beton bertulang dengan sistem struktur rangka pemikul momen dengan kriteria khusus dan menengah, bertingkat sepuluh, gedung beraturan, dengan desain sesuai Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung [SNI 1726, 2002] dan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung [SNI 03- 2874 - 2002], perilaku seismik struktur-struktur ini dievaluasi dengan menggunakan evaluasi kinerja dengan menggunakan pushover analysis dan analisis inelastik dinamik riwayat waktu (inelastic dynamic time history analysis). 

Evaluasi kinerja ilakukan dengan terlebih dahulu menentukan target peralihan. Parameter ini yang akan digunakan dalam menentukan kriteria kinerja struktur. Perilaku seismiknya dievaluasi memakai evaluasi kinerja memanfaatkan pushover analysis ETABS. 

Evaluasi kinerja menurut ATC-40 memberikan target peralihan gedung tipe I: 0,217 m, gedung tipe II: 0,227 m dan gedung tipe III: 0,332 m; menurut FEMA 356 target peralihan gedung tipe I: 0,4045 m, gedung tipe II: 0,4274 m dan gedung tipe III: 0,6479 m ; menurut FEMA 440 gedung tipe I: 0,3678 m, gedung tipe II: 0,3885 m dan gedung tipe III: 0,589 m. Sedangkan menurut SNI 17262002, sama untuk semua gedung yaitu 0,728 m. 

Penelitian ini menghasilkan bahwa analisis menggunakan Capacity Spectrum Method dapat menunjukkan kinerja bangunan yang telah direncanakan terhadap gempa dengan berbagai periode ulang. 

Bila kinerja yang dikehendaki tidak dapat dicapai, dengan memperhatikan kerusakan serta letak sendi plastis yang terjadi bagian-bagian tersebut dapat direncanakan kembali dan diperkuat untuk kemudian dilakukan pengujian ulang terhadap kinerja struktur yang telah diperkuat. 

Andriano dkk

Mengusulkan alternatif metode evaluasi struktur untuk wilayah Indonesia dengan keandalan yang cukup baik dan tidak terlalu rumit. 

Metode alternatif ini diusulkan dengan  mempelajari beberapa metode evaluasi yang pernah diusulkan yaitu metode perbandingan antara kapasitas dan kebutuhan dan metode static force-based.  Dari kedua metode evaluasi tersebut tidak semuanya cocok digunakan di Indonesia. 

Metode alternatif yang digunakan adalah dengan melakukan pengecekan daktilitas. Beban gempa dalam metode ini tidak perlu menggunakan trial and error, melainkan menggunakan koefisien dasar gempa yang sesuai dengan peraturan yang berlaku. Dalam penelitian tersebut, metode alternatif yang diusulkan diaplikasikan pada sebuah bangunan di Surabaya yang dibangun pada tahun 1970-an. 

Bangunan tersebut merupakan struktur portal terbuka bangunan beton bertulang. Gedung dievaluasi dengan menggunakan empat metode evaluasi yaitu masing-masing metode perbandingan kapasitas dengan kebutuhan (metode 1), metode static force-based (metode 2), metode alternatif yang diusulkan (metode 3), dan analisa inelastis respon riwayat waktu (metode 4) yang dilakukan dengan bantuan program komputer Ruaumoko. 

Hasil yang didapat dari penelitian tersebut adalah dari keempat metode tersebut memberikan pola keruntuhan yang hampir serupa sehingga evaluasi dengan metode alternatif yang diusulkan memberikan hasil cukup akurat. 

Prosedur dari metode alternatif yang diusulkan relatif cukup sederhana bila dibandingkan dengan metode static force-based.

Lumantarna (2008)

Meninjau struktur rangka beton bertulang pemikul khusus (SRPMK) 12 lantai yang prilakunya didominasi oleh mode pertama. Prilaku struktur ini terhadap beban gempa dianalisis dengan menggunakan analisa nonlinear riwayat waktu (Non-linear Time History Analysis, NLTHA), CSM, dan MPA. 

Performance based design membutuhkan cara analysis yang sederhana dan cukup handal untuk memprediksi prilaku struktur dalam keadaan nonlinear. Capacity Spectrum Method (CSM) dan Modal Pushover Analysis (MPA) adalah dua cara analisis statik non linear yang diusulkan untuk digunakan. 

Penelitian ini membandingkan performa CSM dan MPA bila dibandingkan dengan NLTHA dalam memprediksi perpindahan horizontal, gaya geser tingkat dan momen pada bangunan yang prilaku dinamisnya didominasi oleh mode pertama. 

Hasil analisa menunjukkan bahwa CSM memberikan prediksi perpindahan horizontal lantai, gaya geser, dan momen kolom yang selalu lebih besar dari NLTHA. Sedangkan MPA memberikan prediksi perpindahan horizontal yang baik, tetapi tidak seperti yang diharapkan, penambahan jumlah mode tidak memberikan hasil gaya geser dan momen kolom yang konvergen.

Sekian, artikel tentang penelitian menggunakan analisis pushover untuk memprediksi kinerja struktur terhadap gempa. Semoga menambah ilmu untuk kita semua.

Terima kasih. Semoga bermanfaat.

Berbagi :