Periode Getar oh Periode Getar……

Posted on Updated on

(note: tulisan yang dicoret artinya sudah superseded, lihat catatan * di akhir tulisan)

Bicara soal periode getar memang dianggap hal yang “sakral” di dunia persilatan bangunan tahan gempa. Pasalnya periode getar struktur benar – benar “dianggap” sangat berpengaruh terhadap respon struktur terhadap gempa. Padahal, periode getar bukan satu – satunya parameter respon dinamik struktur, parameter lainnya yaitu mode shape dan partisipasi massa tidak kalah penting dibanding periode getar struktur. Tentunya jika analisisnya respon spektrum, kalau statik ekuivalen jadi lain cerita.

Pada tulisan ini saya ingin mengulas sedikit mengenai pasal kontroversial pada SNI gempa 2012 yang mengacu kepada ASCE 7-10. Yaitu pasal 12.8.2 pada ASCE 7-10 yang saya tunjukkan dibawah ini :

ASCE 12.8.2
Dimana yang dimaksud dengan koefisien batas atas table 12.8-1 yaitu :

ASCE 12.8-1
Nah pada pasal itu secara jelas ASCE melarang menggunakan periode getar berdasarkan analisis software jika nilainya lebih besar dari batas atas perhitungan periode pendekatan pada pasal 12.8.2.1.

ASCE 12.8.1
ASCE Table 12.8-2

Namun khusus untuk perhitungan drift, ada kriteria khusus yang dijelaskan oleh Finley A. Charney pada bukunya (Table G17-1) :

ASCE Periode
Yang menjadi kontroversi tentu adalah dapat dari mana fungsi – fungsi pada pasal 12.8.2.1 tersebut ?. Setelah beberapa kali mencari – cari sumbernya akhirnya penulis mendapatkan penjelasannya yaitu pada NEHRP Recommended Seismic Provisions 2009 di hal 128. Disini dijelaskan bahwa fungsi tersebut didapat dari analisis statistik pengukuran respon bangunan di California untuk hasil lower bound.

FEMA NEHRP

Nilai koefisien Cu disini digunakan sebagai pengubah fungsi yang didapat dari lower bound curve fitting (mean minus 1 std) ke fungsi upper bound dari analisa statistik. Selain itu, dikarenakan kurva diambil dari daerah California yang umumnya bangunan cukup stiff, periode getar untuk daerah lainnya yang memiliki karakteristik ground motion yang lebih rendah dari daerah California, maka coefisient upper bound nya bisa lebih besar karena pada daerah tersebut bangunan dapat di desain lebih flexible.

Menurut pengalaman penulis untuk pemakaian fungsi ini, nilainya cukup akurat untuk bangunan dengan ketinggian medium. Koefisien Cu sebesar 1.4 untuk SD1 > 0.4 cukup bisa diandalkan sebagai pembatas periode getar. Dengan catatan perlu diingat bahwa penentuan periode getar pada struktur dengan model komputer harus menggunakan stiffness modifier saat service (bisa dilihat pada tulisan sebelumnya).*

Berikut penulis tunjukkan grafik batas atas periode getar untuk All other structural systems (misalnya sistem lateral shearwall dan dual sistem), Steel Moment Resisting Frame, dan Concrete Moment Resisting Frame. Perlu diketahui bahwa jika nilai tersebut terlampau jauh lebih rendah dari nilai output modelisasi komputer, biasanya ada masalah pada kekakuan struktur dan insinyur wajib mengecek struktur terutama terhadap batasan drift pada ASCE 7-10 table 12.12-1.

EXCEL PEriode 1

Kalau dilihat kembali pada gambar diatas, insinyur yang selama ini berpengalaman dengan SNI gempa 2002 biasanya akan “mengerutkan dahi”. Umumnya perhitungan periode getar pada model struktur menggunakan stiffness modifier (crack section) pada SNI Beton 2002 pasal 12.11.1. Sementara itu batasan periode getar pun pada SNI Gempa 2002 lebih longgar untuk semua lateral sistem (termasuk single sistem shearwall dan dual sistem). Jika dilihat pada grafik diatas, terlihat sekali ada penurunan batasan periode getar yang cukup signifikan untuk pemakaian All other structural systems dibandingkan batasan periode getar pada SNI gempa 2002.

Penurunan periode getar akan cukup terasa terutama untuk bangunan yang menggunakan shearwall sebagai lateral sistem. Penurunan penggunaan periode getar tersebut nantinya akan berpengaruh kepada besarnya gaya geser yang diterima oleh bangunan. Karena umunya nilai koefisien gaya geser pada bangunan menggunakan rumus SD1/T, maka peningkatan gaya geser akan proporsional terhadap penurunan periode getar.

Namun perlu dicatat bahwa penggunaan batasan periode getar pada bangunan di ASCE 7-10 hanya diatur untuk penggunaan metode statik ekuivalen. Metode respon spektrum yang lebih umum digunakan oleh konsultan tidak mensyaratkan pembatasan periode getar. Terlepas dari itu, penggunaan metode respon spektrum tetap harus di-skalakan dengan metode statik ekuivalen (dengan pembatasan periode getar) dimana minimal hasil gaya geser dasar metode respon spektrum sebesar 85 % dari analisa statik ekuivalen (ASCE 7-10 Pasal 12.9.4.1).

Bagaimana dengan bangunan tinggi (bangunan lebih dari 30 lantai) ?, apakah pembatasan periode getar masih masuk akal ?. Kalau dilihat dari penjelasan di NEHRP 2009 pada figure C12.8-2 dimana terlihat bahwa ada data bangunan tinggi disana sampai 600 feet (183 meter sekitar 45-50 lantai). Memang saya belum mendapatkan detail laporan pengukuran periode getar tersebut, jadi kita tidak bisa bilang datanya valid atau tidak. Namun bisa kita bandingkan terhadap laporan lainnya yaitu paper Satake et al (2003) “Damping Evaluation Using Full-Scale Data of Buildings in Japan”. Perbandingan antara periode getar ASCE 7-10 (tanpa batas atas Cu) dan dari empirical yang didapatkan oleh Satake et al (2003) ditunjukkan oleh gambar berikut :

EXCEL PEriode 3

Dari gambar tersebut bisa dilihat bahwa perhitungan periode getar pendekatan dari ASCE 7-10 tidak lebih konservatif dibandingkan hasil dari Satake et al (2003). Untuk All other structural systems cukup mendekati hasil RC/SRC Satake et al (2003). Namun perlu diperhatikan bahwa karakteristik kebutuhan stiffness bangunan di Jepang mungkin cukup berbeda dengan yang ada di California.

Untuk bangunan tinggi, pembatasan periode getar bisa jadi bukan menjadi penyebab tingginya gaya geser dasar. ASCE 7-10 pada pasal 12.8.1.1 mensyaratkan minimum koefisien base shear (Cs) tidak boleh kurang dari :
Fungsi 12.8-5

ASCE 12.8-5
Untuk nilai Cs yang sama antara fungsi spektrum Cs = SD1 / T(R/I) dan fungsi 12.8-5 maka diketahui bahwa minimum base shear akan terjadi jika T > Tmf dimana Tmf = 22.7(Sd1/Sds)/R. Dengan mengaitkannya pada batas atas periode getar struktur untuk bangunan dengan shearwall maka didapatkan bahwa bangunan dengan ketinggian Hf akan memiliki “potensi” terkena pasal minimum base shear dimana Hf yaitu :
ASCE HF
Jika diambil kasus Jakarta tanah lunak (Ss=0.65 dan S1=0.25) dengan bangunan penahan gempa berupa single sistem dinding geser penulangan khusus (R=6) dan dual sistem dinding geser penulangan khusus (R=7), maka didapatkan nilai Hf = 148 meter untuk single sistem dinding geser penulangan khusus dan Hf = 120 meter untuk dual sistem dinding geser penulangan khusus. Dari perhitungan sederhana itu terlihat bahwa sistem dinding geser penulangan khusus untuk daerah jakarta tanah lunak tidak akan kena finalti gaya geser minimum karena maksimum penggunaan untuk kategori desain seismik D atau lebih tinggi maksimum 48 meter. Untuk bangunan dual sistem dengan dinding geser penulangan khusus akan terkena finalti jika jumlah lantai sekitar 32 lantai (dengan asumsi floor to floor 3.8 meter).

Perlu diingat bahwa persyaratan minimum base shear hanya diatur untuk analisa statik ekuivalen. Untuk analisa respon spektrum mengikuti petunjuk minimum 85 % gaya hasil statik ekuivalen.

Okay, sekian sedikit penjelasan mengenai periode getar untuk penentuan base shear pada SNI Gempa terbaru, semoga bermamfaat.

Catatan Tambahan :
SNI Gempa 2002 mengatur pembatasan periode getar agar struktur tidak terlalu flexibel. Oleh karenanya jika persyaratan ini tidak dipenuhi maka struktur wajib diperkaku. Untuk SNI Gempa 2012 pembatasan periode getar digunakan untuk menentukan nilai Cs pada kurva respon spektrum. Jadi bangunan boleh memiliki periode getar lebih dari batasan periode getar asal tetap menggunakan perhitungan Cs dengan periode getar batasan dan struktur memenuhi syarat kekakuan yang diatur pada Table 12.12-1 ASCE 7-10.

– Ryan Rakhmat Setiadi, ST

* Modifikasi tanggal 10-12-2014: Penentuan periode getar harusnya menggunakan model struktur yang menggunakan inertia modifier dari ACI 318-11 chapter 10.10.4.1 dan bukan enertia modifier pada kondisi service (1.43 kali dari ACI 318-11 chapter 10.10.4.1)

Advertisements

3 thoughts on “Periode Getar oh Periode Getar……

    Ton said:
    01/29/2015 at 3:57 PM

    salah gue panggil gan, harusnya prof..

    Like

    nyong said:
    10/19/2017 at 2:14 PM

    Selamat sore mas Ryan,
    Mari kita saling sharing
    Mengenai penentuan Periode Getar Struktur. Sy mendapatkan satu kasus berdasarkan hasil seminar yang sy baca (maaf sy tidak mengikuti). Periode Getar yang di pakai itu pada kasus Apartement Salemba 38 Tingkat. Di mana Nilai periode getar tersebut melampui Nilai Batas Atas (Cu.Ta). Hal ini menurut pemahaman beliau bahwa gaya gempa yang terjadi bukan pada satu arah saja tapi arah sebaliknya. Jadi di pakai nilai tersebut dengan Nilai Stiffnes modifier Penampang utuh, meskipun pada penjelasan sebelumnya memang mensyaratkan tidak boleh di gunakan jika melebihi Cu.Ta
    Kita tahu nilai tersebut yaitu Periode getar di gunakan untuk perhitungan Cu.Ta dan tentunya besar kecilnya nilai Cs akan mempengaruhi besar gaya geser dasar untuk ragam pertama (Statik Ekivalen). Sy pribadi pribadi memahaminya sederhana saja. Periode Getar untuk arah X dan Y itu arah pendekatan karena kenyataannya arah gempa terjadi secara random dan sulit di prediksi secara tepat. Pemahaman nilai getar alami untuk kedua arah lebih tepatnya jika tidak melebihi Cu.Ta dan tidak kurang dari Ta (batas bawah).

    Mari saling berbagi

    Like

      Ryan Rakhmat Setiadi responded:
      10/20/2017 at 7:18 AM

      Pagi, untuk pertanyaan tersebut saya coba jawab ya,

      Gaya gempa memang bukan terjadi satu arah saja, namun semua arah termasuk arah vertikal. Untuk menghitung pengaruh ini di desain struktur, code melakukan simplifikasi dengan pendekatan load combination, dimana dilakukan beban untuk kedua arah namun pada faktor kombinasi yang berbeda, misal 100% gempa +x dijumlah 30% gempa +y…. dan seterusnya. Pendekatan ini sebenarnya simplifikasi dari metode quadratic combinations. Sementara itu beban gempa vertikal juga didekati dengan mengurangi atau menambahkan beban pada Dead load di load combination. Oleh karenanya semua load combination harus di-konsider saat mendesain bangunan struktur.

      Apakah periode getar getar bangunan berhubungan dengan arah gempa ?, jujur saya kurang paham maksudnya, karena seperti yang saya jelaskan sebelumnya, untuk pengaruh arah gempa code men-konsider hal ini dengan load combination, bukan dengan periode getar.

      Arah periode2 getar fundamental, yang mana periode2 ini yang paling berdampak pada respon struktur, umumnya ada pada arah prinsipal dari bangunan, misal simple rectangular maka jelas arah prinsipalnya sumbu x dan y. Jika bentuknya tidak regular, misal bentuk plan-nya L atau U, maka arah prinsipal pergerakan untuk periode getarnya tidak persis di sumbu x dan y, bisa berputar 30 derajat atau lainnya. Hal ini didekati dengan model struktur.

      Apakah ada hubungannya arah periode getar dengan pembatasan periode CuTa ?, rasanya bukan ini alasannya dibuat batasan CuTa tersebut.

      Pembatasan periode getar maksimum sebesar CuTa didasarkan bahwa pendekatan periode getar struktur dari model analitik dengan software finite element dirasa masih jauh dari ideal. Periode getar struktur bukanlah nilai yang konstan namun berubah – ubah tergantung dari :

      1. tingkat kerusakan bangunan saat gempa
      2. arah gaya tarik atau tekan
      3. banyaknya tulangan pada beton
      4. faktor kuat lebih mutu beton
      5. non-uniform stiffness akibat mutu yang berbeda – beda di lapangan
      6. elemen nonstruktural seperti fasade dan partisi
      7. massa bangunan saat gempa
      8. durasi gempa
      9. karakteristik amplitude dan frekuensi gempa
      10. Soil struktur interaction
      11. Jenis Pondasi
      12. dan lain – lain

      oleh karenanya, jika hanya bergantung pada hasil analisis yang banyak mengabaikan hal-hal tersebut, dirasa terselalu men-simplifikasi masalah, dan ini tidak tepat.

      Sesuai kesepakatan maka nilai analitik perlu di-imbangi dengan perbandingan hasil empiris juga, nah Nilai CuTa ini adalah periode getar empiris. Pembatasan CuTa adalah nilai Upperbound dari pengukuran bangunan – bangunan di US yang performance nya baik saat gempa. Untuk mensimplifikasi formula empiris ini, para ahli hanya melakukan pendekatan dengan variabel ketinggian bangunan. Menurut saya ini sudah tepat.

      Sementara itu saya juga pernah dengar anggapan bahwa jika model struktur di software tidak menggunakan inersia reduksi faktor, jadi asumsi elemen struktur belum crack, jika hasil periode getar pada model ini lebih besar dari CuTa, kita bisa pakai periode getar ini. Saya rasa ini pendapat yang kurang tepat, karena periode getar struktur bukan hanya pengaruh dari Crack pada elemen struktur, namun yang lain2 juga (seperti point2 yang saya jelaskan di atas).

      Semoga bermamfaat.

      Like

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