Redundancy Factor – Faktor Reduksi Koefisien Sakti “R”

Posted on Updated on

Setelah penjelasan pada artikel sebelumnya (Periode Getar oh Periode Getar) yang menjelaskan mengenai pasal – pasal yang “berpotensi” meningkatkan gaya geser dasar pada struktur tahan gempa di SNI Gempa terbaru (ASCE 7-10), kali ini saya ingin menjelaskan “kabar duka” kembali. Ya “kabar duka” tersebut tidak lain dan tidak bukan adalah pasal 12.3.4.2 pada ASCE 7-10 yaitu mengenai Redundancy Factor :

ASCE 7-10 12.3.4.2

Dari penjelasan tersebut bisa ditebak-kan ?, benar sekali, satu lagi pasal di SNI Gempa terbaru yang berpotensi meningkatkan gaya geser dasar. Tidak tanggung – tanggung, peningkatannya sampai 30 %.

Pada pasal tersebut memang dijelaskan mengenai penggunaan nilai faktor redundancy harus diambil 1.3 untuk seismic design category D, E, dan F, kecuali salah satu syarat 1 dan 2 terpenuhi. Nilai faktor redundancy ini nanti akan dikalikan dengan gaya geser seismic horizontal sesuai dengan ketentuan pasal 12.4.2.3 Seismic Load Combinations :

ASCE 7-10 12.4.2.3

ASCE 7-10 juga memberikan pengecualian penggunaan rudundancy factor bisa diambil 1.0 jika digunakan untuk mengalisa sebagai berikut :

ASCE 7-10 12.3.4.1

Catatan : kecuali perhitungan drift untuk moment resisting frame yang harus mengikuti kriteria 12.12.1.1

Nah masalahnya, tidak mudah untuk memenuhi salah satu persyaratan pada pasal 12.3.4.2. Pertama mari kita lihat pasal b terlebih dahulu karena pasal ini lebih mudah untuk dievaluasi. Kata kunci pada pasal tersebut yaitu “Structures that are regular in plan”…..”seismic force-resisting systems consist of at least two bays”…”perimeter framing”…..”each story resisting more than 35 percent of the base shear”. Kalau ditelusuri lebih teliti lagi artinya yaitu :

  • b.1) Struktur yang memenuhi pasal ini harus tidak boleh termasuk dalam Horizontal Structural Irregularities pada table 12.3-1
  • b.2) Struktur yang memenuhi persyaratan ini harus minimal ada 2 bays portal penahan gaya gempa pada perimeter sejajar arah gaya gempa. Untuk shearwall, jumlah yang dimaksud portal adalah panjang/tinggi, jadi kalau rasio panjang shearwall dan tingginya sudah lebih dari 2 dianggap memiliki lebih dari 2 portal.
  • b.3) Kriteria ini hanya berlaku untuk lantai yang menahan gaya geser lebih dari 35 % gaya geser dasar. Untuk lantai yang menahan gaya geser kurang dari 35 % gaya geser dasar kriterianya tak perlu terpenuhi.

Kriteria pertama (kriteria b.1) adalah kriteria yang paling sulit untuk dicapai. Permasalahan horizontal structural irregularities kebanyakan dikarenakan keputusan arsitektur dimana diluar kewenangan insinyur struktur. Jika satu dari kelima kriteria horizontal irregularity terjadi (b.1 tidak terpenuhi), otomatis pasal 12.3.4.2 bagian b sudah tidak tercapai. Berikut dijelaskan mengenai masing – masing horizontal irregularity yang saya ambil dari Taranath-Structural Analysis and Design of Tall Buildings (2012) :

Horizontal IrregularitasVertikal Irregularitas

Kriteria kedua (kriteria b.2) cenderung lebih mudah tercapai terutama untuk Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) atau dual sistem (SRPM + Shearwall). Untuk single sistem terutama corewall/shearwall yang tidak berada pada perimeter bangunan, kriteria ini otomatis tidak terpenuhi sehingga pasal 12.3.4.2 bagian b sudah tidak terpenuhi. Selain itu jika jumlah portal penahan gempa pada perimeter kurang dari 2 bays atau dinding geser perimeter rasio panjang/tinggi kurang dari 2 maka kriteria ini juga gagal

Untuk penjelasan kriteria ketiga (kriteria b.3) maksudnya adalah persyaratan ini hanya berlaku untuk lantai yang menahan lebih dari 35 % base shear. Jika lantai yang kurang dari itu (lantai – lantai atas bangunan), tidak perlu di cek terhadap persyaratan ini, jadi boleh saja bangunan tidak reguler dan seismic lateral systemnya kurang dari 2 bays. Pengecualian penggunaan nilai redundancy faktor untuk story yang menahan story shear kurang dari 35 % base shear dimaksud untuk memberikan pengecualian pada penthouse dan lantai – lantai atas bangunan tinggi untuk persyaratan ini. Hal tersebut dijelaskan secara rinci pada NEHRP 2009 Commentary C12.3.4.2 yang saya tunjukkan dibawah ini.

Nehrp 2009 C12.3.4.2

Sebagai contoh untuk penentuan kriteria Pasal 12.3.4.2 bagian b saya ambil gambar dari buku Finley A. Channey-Seismic Loads Guide to the Seismic Provisions of ASCE 7-05 (2010) berikut ini :

Finley Figure G13-1

Pada gambar tersebut, struktur D, struktur E, dan struktur F tidak bisa dipakai langsung rudundancy factor 1.0 namun harus di cek terhadap ketentuan Horizontal Structural Irregularities pada table 12.3-1. Jika termasuk salah satu tipe irregularitas maka ketentuan b Pasal 12.3.4.2 otomatis gugur. Untuk bangunan C, kedua perimeter shearwall arah sumbu X sudah memenuhi persyaratan karena rasio lebar bagi tinggi masing – masing lebih dari satu, namun untuk arah sumbu Y rasionya kurang dari satu sehingga otomatis ketentuan b Pasal 12.3.4.2 juga gagal terpenuhi. Untuk bangunan B dikarenakan shearwall tidak pada perimeter bangunan juga ketentuan b Pasal 12.3.4.2 gagal terpenuhi. Hanya bangunan A yang memenuhi persyaratan, yaitu minimum 2 bays seismic lateral system dimana digunakan shearwall dengan rasio lebar bagi tinggi lebih dari satu untuk masing – masing shearwall, struktur penahan lateralnya ada di perimeter, dan bentuk strukturnya regular.

Namun bukan berarti jika gagal memenuhi ketentuan b Pasal 12.3.4.2 sudah otomatis menggunakan redundancy factor = 1.3 , penggunaan faktor 1.3 hanya jika persyaratan a Pasal 12.3.4.2 juga tidak terpenuhi. Disini pasal persyaratan a Pasal 12.3.4.2 dijelaskan lantai yang menahan lebih dari 35 % story shear harus memenuhi persyaratan sesuai table 12.3-3. Di tabel ini ada 4 tipe struktur penahan beban lateral gempa yang harus di cek yaitu Braced Frames, Moment Frames, Shear walls or wall pier with height-to-leght ratio greater than 1.0, dan cantilever column. Other disini adalah bangunan dengan damping, base isolation, dan Shear walls atau wall pier yang rasio tinggi bagi panjang kurang dari satu. Jika termasuk other maka otomatis menggunakan redundancy faktor 1.0 (No requirement). khusus untuk Shear walls atau wall pier yang rasio tinggi bagi panjang kurang dari satu, ada perdebatan disini. Ada yang menganggap bahwa tetap harus di cek requirement yang sama dengan Shear walls or wall pier with height-to-leght ratio greater than 1.0, ada yang bilang tidak perlu. Kalau diambil contoh sebelumnya, maka struktur B, struktur E, dan struktur F termasuk kategori “other” sehingga lulus persyaratan Pasal 12.3.4.2 ketentuan a dan diperbolehkan menggunakan nilai redundancy factor =1.0 (No requirement). Adapun struktur C dan D harus di cek tehadap persyaratan untuk Shear walls or wall pier with height-to-leght ratio greater than 1.0.

Bagaimana dengan dual system (shear wall + Moment Frame) ?. Walaupun Nehrp 2009 pada Commentary C12.3.4.2 menyatakan umumnya struktur dual system termasuk yang redundant, namun tetap harus di cek baik moment resisting frame-nya dan juga kriteria shearwall-nya pada table 12.3-3.

Lalu bagaimana jika struktur penahan lateral gempa yang digunakan masuk kedalam salah satu kategori yang dijelaskan pada table 12.3-1 ?. NEHRP 2009 menjelaskannya secara ringkas dalam Figure C12.3-3 berikut ini :Nehrp 2009 Figure C12.3-3Pada gambar diatas saya perlihatkan dalam kotak berwarna merah. Disana yang perlu dilakukan pertama adalah menentukan elemen kritikal yang berpotensi mengurangi story strengh secara signifikan. Elemen ini kemudian dihilangkan lalu dilakukan analisa secara elastik (statik ekuivalen atau respon spektrum). Hasil gaya – gaya pada member di proses untuk dilihat apakah dibutuhan kekuatan tambahan lebih dari 50 %. Caranya menurut pendapat penulis yaitu dengan mengolah output PMM rasio untuk kolom dan shearwall sebelum dan sesudah elemen kritikal dihilangkan dengan bantuan software Excel. Jika nilai rasio PMM untuk tiap member yang ditinjau tidak ada yang meningkat lebih dari 50 % serta tidak terjadi extream torsi, maka struktur termasuk kategori redundant. Selanjutnya dicoba kembali metode tersebut untuk elemen kritikal yang lain jika masih ada.

Jika persyaratan yang dijelaskan terpenuhi maka struktur dapat didesain dengan nilai redundancy factor 1.0. Jika tidak, maka dilakukan plastic mechanism analysis. plastic mechanism analysis yang paling simple adalah dengan melakukan analisa pushover. Analisa pushover dilakukan sebelum elemen kritikal dihilangkan serta sesudah elemen tersebut dihilangkan. Masing – masing story shear capacity dibandingkan dan dilihat apakah terjadi pengurangan kekuatan sampai 33 %. Jika iya maka digunakan nilai redundancy factor 1.3 dan jika tidak maka nilainya 1.0.

Dari hal – hal yang saya jelaskan mengenai redundancy factor, insinyur biasanya bertanya, kenapa sampai ada ketentuan ini ?. Hal tersebut dijelaskan pada NEHRP 2009 Commentary C12.3.4.2 yang menyatakan bahwa pemakaian nilai R pada table 12.2-1 ASCE 7-10 pada hakikatnya hanya digunakan untuk bangunan yang redudansi-nya tinggi. Struktur yang redudansi-nya tinggi akan memiliki banyak alternatif load path pada saat terjadinya gempa. Struktur yang kurang redudansi, maka kemampuannya untuk mempertahankan plastifikasi global saat gempa akan rendah. Oleh karena hal tersebut, nilai redundancy factor pada hakekatnya digunakan untuk mengurangi nilai R dengan rasio 1.3 (R/rho). Penggunaan faktor redundancy pada load combination hanya untuk memudahkan pemakaiannya saja.

Umumnya analisa nonlinear yang lebih detai misalnya pushover, sudah memperhitungkan pengaruh kekuatan dan daktalitas member serta redistribusi gaya yang menggambarkan redudansi struktur. Oleh karena pushover dapat digunakan sebagai tool untuk mengevaluasi faktor tersebut.

Okay, sekiranya penjelasan tadi sudah cukup menjelaskan dengan detail mengenai redundancy factor. Untuk penjelasan mendetail lainnya pembaca bisa membaca kedua buku berikut ini :

1- Seismic Loads: Guide to the Seismic Load Provisions of ASCE 7-05 Author: Finley A. Charney, Ph.D., P.E

2- IBC Structural / Seismic Design Manuals Volume 1: Code Application Examples

Catatan tambahan : Pada revisis ASCE 7-10 Supplement 1, pasal 12.3.4.2 menyatakan jika struktur diawal analisis sudah termasuk kategori extreme torsional irregularities, maka nilai redundancy factor langsung diambil 1.3

– Ryan Rakhmat Setiadi, ST

Advertisements

One thought on “Redundancy Factor – Faktor Reduksi Koefisien Sakti “R”

    aswantosingkuan said:
    01/28/2016 at 7:25 PM

    “benar sekali, satu lagi pasal di SNI Gempa terbaru yang berpotensi meningkatkan gaya geser dasar. Tidak tanggung – tanggung, peningkatannya sampai 30 %.”, hehehe betul mas gara-gara ini jadi mumet dan berat kalau kita retrovit struktur-struktur lama, karena besar sekali peningkatan perkuatannya. OMG…

    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