Perubahan pada chapter 16 ASCE 7-16 dan 2015 NEHRP

Posted on Updated on

Tadi sore (8-17-2014) saya kebetulan tidak sengaja menemukan paper yang sangat menarik, kenapa menarik ?, karena di paper ini terdapat banyak ilmuan dan praktisi insinyur ternama di amerika yang intinya mereka ingin mengajukan perubahan mengenai chapter 16 pada ASCE 7-10.

Ini memang menjadi perdebatan seru akhir – akhir ini, setelah maraknya analisa seismic struktur dengan menggunakan metode analisa yang lebih canggih yaitu Performance-Based Design (PBD), didukung dengan banyaknya lokal code yang telah dipublikasikan (PEER-2009 Guidelines for Performance-Based Seismic Design of Tall Buildings dan LATBSDC-2011 An Alternative Procedure for Seismic Analysis and Design of Tall Buildings), engineering terkadang sangat “yakin” dengan metode ini dan “mengaku” dapat mendesign struktur yang lebih aman dan lebih hemat menurut mereka.

Mengapa tidak, metode analisa dengan PBD memang benar – benar meng-gali kemampuan analitikal dan imajinasi insinyur untuk membuat sistem struktur yang handal untuk bangunan tinggi, nantinya struktur tersebut akan dianalisa dengan metode yang canggih yaitu Nonlinear Time History Analysis, dimana nonlinearitas dari semua elemen struktur penting dimodelkan sehingga benar – benar diusahakan mendekati kondisi real sebenarnya. Sementara itu, hal – hal yang tadinya tidak disarankan oleh code boleh diabaikan oleh insinyur. Misalnya, dan yang paling sering dijadikan alasan mengapa menggunakan PBD adalah batasan tinggi untuk struktural sistem. Umumnya bangunan tinggi yang berbentuk tower dimana core wall di tengah dan frame di perimeter, tidak bisa menggunakan sistem struktur special shear wall (single system), karena dibatasi oleh ketinggian 160 feet untuk seismic category D, E, dan F. Oleh karenanya jika mau benar – benar mengikuti code ASCE maka harus dual sistem dimana frame menahan 25% base shear.

Hal ini yang ditentang, insinyur berpikir untuk kasus bangunan tinggi dengan tipe tower, adalah tidak mungkin untuk memaksakan frame menahan 25 % gaya base shear karena itu memang tidak terjadi, oleh karena itu PBD digunakan untuk membuktikan bahwa sistem core wall saja yang menahan gempa dan frame perimeter tidak perlu dipaksakan 25% atau bahkan bisa diganti dengan sistem Flat Slab. Namun ini harus dibuktikan dengan Advanced analysis. Untuk sistem struktur yang baru (misalnya damping, base-isolation, sambungan baja, ataupun detailing baru) harus dites di laboratorium dan dilihat performance nonlinearnya dan dimodelkan pada komputer sesuai dengan hasil laboratorium.

Analisa ini bukanlah hal yang sulit lagi setelahnya majunya kemampuan industri komputer serta riset-riset struktur analisis yang bisa diaplikasikan ke software yang dijual di pasaran atau free (misalnya Perform-3D, SAP2000, ETABS, Opensees, Seimostruct, dll).

Namun, untuk negara yang riset kegempaannya sudah sangat maju tersebut, tetap saja konsultan struktur mendapatkan kendala ketika mencoba menggunakan metode terbaru tersebut. hal ini dikarenakan kurang didukung dengan ketersediannya code yang lebih “powerful” sehingga terkadang juridiksi maupun peer review (di Indonesia mungkin semacam anggota TPKB di Jakarta) bisa saja menolak metode ini mentah – mentah. Mereka bisa saja bilang bahwa mereka tidak percaya dengan metode tersebut dan anda harus kembali menggunakan code yang umum digunakan yaitu ASCE atau NEHRP. Ketika itu terjadi, harapan akan optimasi dan kreatifitas bisa sirna.

ASCE dan NEHRP memang merupakan code “powerful” tersebut, code ini telah digunakan oleh engineer di Amerika selama bertahun – tahun. Oleh karena hal tersebut, paper yang saya sampaikan diawal artikel ini menjadi menarik, kubu pendukung PBD mencoba memasukkan “arwah” PBD ke dalam ASCE 7-16 dan 2015 NEHRP agar metode PBD untuk mendesain bangunan benar – benar bisa diterima.

Memang saya pernah dengar dari video conference Ronald O. Hamburger di AISC conference (bisa di download di sini http://media.aisc.org/NASCC2014/140327-N27A.mp4) bahwa seringkali engineer di US salah mengartikan chapter 16 pada ASCE. Mereka bilang bahwa analisa dengan PBD sesuai dengan analisa ASCE chapter 16, padalah tidak demikian. Analisa chapter 16 pada ASCE yaitu analisa NLTH pada kondisi Design Based Earthquake (DBE) dan bukan pada Maximum Consideration Earthquake (MCE). Bahkan faktanya, PBD sama sekali tidak menganalisa pada konsisi DBE namun hanya menganalisis pada kondisi Service dan MCE. Inilah yang mau diubah.

Okay, sebelumnya saya akan menjelaskan sedikit mengenai isi paper tersebut, namun untuk jelasnya silakan membacanya di sini (http://web.stanford.edu/~bakerjw/Publications/Haselton_et_al_(2014)_BSSC,_NCEE.pdf).

Pada awal paper ini dijelaskan mengenai gol dari metode tersebut, tidak diberikan saran perubahan karena standarnya sudah jelas. ASCE 7-10 Tabel C.1.3.1B Hal 374 menjelaskan bahwa untuk Occupancy Category I dan II maksimum probabilitas terjadinya kegagalan struktur adalah 10 %, dimana untuk Occupancy Category III 6 % dan Occupancy Category IV adalah 3 %. Semuanya untuk kondisi ground motions MCE level.

Sayangnya ini bukan tanpa masalah, kembali ke video conference Ronald O. Hamburger, dia bercerita di video tersebut dimana ada reviewer yang menolak analisa PBD yang dilakukannya dan mewajibkan analisis menggunakan metode “The Hard Way” yaitu FEMA 695. Metode ini bukanlah metode mudah karena bisa menggunakan lebih dari 100 ground motion untuk analisa-nya. Analisanya-pun tidak sembarangan, yaitu dengan metode Incremental Dynamics Analysis dimana struktur benar – benar dianalisa sampai collapse pada time domain dengan meningkatkan puluhan ground motion terus – menerus sampai struktur collapse. Hasil dari metode ini benar – benar probabilistik yaitu dengan fragility curve. Sehingga probabilistik target misal 10 % dalam MCE level benar – benar bisa diukur.

Oleh karenanya dalam paper ini direkomendasikan untuk memperbolehkan menggunakan Implicit Evaluation of Goals untuk mencapai kriteria tersebut, yaitu struktur masih dapat diprediksi karakteristiknya dan stabilitasnya masih baik pada ground motion level MCE, dimana strengh demand dan deformasi masih dapat dengan baik dimodelkan pada struktur serta drift yang terjadi masih dalam batas toleransi.

Pada paper ini “tampaknya” lebih dipaksakan untuk menggunakan MCE level dibandingkan pada DBE level, tentunya syarat – syarat drift limit seperti disampaikan pada section 12.12.1 diperlonggar untuk tiap2 kategori seismic untuk memfasilitasi MCE analisis. Overstrengh factor dan redudancy factor juga dapat diambil dengan nilai 1.

Untuk ground motion selection juga banyak ditambah peraturannya. Utamanya untuk target spektra tampaknya lebih dianjurkan untuk analisa site specific response spectrum. Untuk pemilihan jumlah record yang digunakan masih dianjurkan minimal sebanyak 7 pasang sesuai dengan code PBD, namun tidak membuka kemungkinan untuk berubah. Perubahan juga dianjurkan untuk penyesuaian ground motion dengan target spektrum, yang tadinya menggunakan SRSS, sekarang lebih dianjurkan dari arah yang terbesar hasil record saja (yang terbesar dari NS atau EW). Selain itu periode target juga diperpanjang menjadi 0.2T sampai 2T dimana hasil average spektrum tidak jauh dibawah target spektrum diubah menjadi tidak kurang dari 90 % target spektrum. Namun khusus jika digunakan metode spektrum matching, tidak diperbolehkan spektrum average ada dibawah periode 0.2T dan 2T serta spectrum matching tidak boleh untuk near-fault sites.

Untuk sumbu kuat gempa, arahnya dibedakan untuk not near-fault sites dan near-fault sites. Untuk not near-fault sites sumbu kuat gempa dapat secara random orientation, namun untuk near-fault sites harus sesuai dengan lokasi gempa dan lokasi struktur.

Untuk modeling dan analisis, disarankan untuk benar – benar menggunakan analisa nonlinear. Namun rekomendasi2 penggunaan parameter nonlinear akan banyak dihilangkan dan dilonggarkan agar insinyur dapat menggunakan juga dokumen rekomendasi yang lain atau analisa eksperimental. Sementara untuk interpretasi respon struktur dianjurkan menggunakan 11 record ground motion (dimana min 7 ground motion). Dianjurkan pula untuk mengolah data menggunakan simple statistik dengan standar deviasi.

Untuk global acceptance criteria, utamanya adalah average story drifts yaitu harus dibawah 2 %. Sementara itu untuk maximum story drifts dan residual story drifts benar – benar disarankan untuk tidak perlu dicantumkan karena akan digunakan terminologi yang lain yaitu unacceptable responses yaitu :

Unacceptable Response = dynamic instability collapse or  non-convergence or response significantly exceeding  valid range of modeling  or  force demand  that exceeds the mean strength of a critical force-controlled component.

Namun disini dijelaskan bahwa Unacceptable Response bukanlah kriteria utama dalam menentukan apakah struktur gagal atau belum. Hal ini dikarenakan tingginya variabel yang dapat mempengaruhi Unacceptable Response. Unacceptable Response criteria digunakan sebagai backup system dari faktor utama yang tidak boleh terjadi yaitu average story drift dan element-level acceptance criteria yang akan dijelaskan selanjutnya.

Pada penjelasan mengenai element-level acceptance criteria, umumnya isinya yaitu menyarankan menggunakan metode yang mirip dengan PEER TBI dan ASCE 41-06. Yaitu elemen struktur dibedakan menjadi force-controlled dan deformation controlled. force-controlled adalah semua elemen kritikal yang kegagalannya dapat menyebabkan kegagalan global, contohnya adalah kolom transfer dan semua elemen struktur yang harus dikalikan dengan faktor kuat lebih.

Sementara itu deformation-controlled adalah semua elemen struktur yang masih dapat mempertahankan daktalitasnya. Untuk force-controlled mean demand harus berada dibawah 0.5 expected strengh. Mean disini artinya hasil rata2 dari 11 ground motion tersebut. Pada deformation-controlled, acceptance criteria limits berdasarkan klasifikasi kritikal dan ada tidaknya redistribusi. Mean inelastic deformation limit juga dibedakan apakah dari data lab atau pendekatan ASCE 41-06 (atau ASCE 41-13) serta important factor dari bangunan tersebut. Catatan untuk gravity systems tetap harus menyesuaikan dengan ASCE 7-10 Section 12.12.5 dimana gravity systems harus tetap stabil untuk deformation demand dalam MCE Level.

Dari semua hal tersebut, terlihat benar bahwa konsultan yang gemar menggunakan PBD akan sangat leluasa menerapkannya di desain struktur baru karena didukung oleh chapter 16 ASCE 7-16 dan NEHRP 2015 yang baru tersebut. Dengan catatan kalau disetujui. Lalu bagaimana dengan Indonesia ?, karena tidak adanya tim seperti di Amerika (kecuali Jakarta ada TPKB) tampaknya sah – sah saja kita pakai PBD desain bangunan, baik code gempa kita yang mirip ASCE 7-10 belum menerapkan hal ini di chapter 16 nya. Untuk di Jakarta sepertinya anggota TPKB menerima metode desain ini.

Okay, untuk lebih jelasnya, silakan baca sendiri papernya.

– Ryan Rakhmat Setiadi, ST

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s