Update ASCE 7-16 / SNI Gempa 2020 Untuk Alternatif Beban Diapragma

CCTV Building di NZ yang Runtuh Akibat Diafragma Eksentrik dan Sambungan Pelat ke Wall yang Gagal Terlebih Dahulu

Dikarenakan kesibukan, beserta persiapan materi presentasi shortcourse HAKI tanggal 18 Des 2021 nanti, membuat penulis menjadi tidak banyak waktu untuk update di website. Namun untuk hari ini penulis ingin sharing mengenai update ASCE 7-16 / SNI Gempa 2020 untuk alternatif beban diapragma dan bocoran untuk updatenya di ASCE 7-22.

Pendahuluan

Pasal baru chapter 12.3 di ASCE 7-16 ini menjelaskan mengenai alternatif beban desain diafragma, yang mana hukumnya wajib untuk diafragma pelat beton pracetak pada bangunan dilokasi gempa tinggi (Seismic Design Category C, D, E, atau F). Beban alternatif ini juga di-izinkan untuk digunakan pada diafragma beton bertulang lainnya, yaitu pelat RC cast-in situ.

Beban desain diafragma dengan cara tradisional (ASCE 7-16 pasal 12.10.1 dan 12.10.2) tetap dipertahankan, dikarenakan hasil empiris performa pada saat gempa sebelumnya menunjukkan kinerja yang memadai. Namun, hasil analitik dan eksperimen baru – baru ini menunjukkan bahwa gaya diafragma aktual yang terjadi dapat secara signifikan lebih besar daripada gaya gempa desain diapragma dari metode tradisional.

Gaya Beban Diafragma Metode Tradisional (ASCE 7-16 pasal 12.10.1 dan 12.10.2)

Gaya desain seismik untuk diafragma dalam ASCE 7-10, yang akan tetap dimasukkan dalam ASCE 7-16, adalah merupakan fungsi dari gaya desain yang bekerja pada elemen vertikal, dan oleh karena itu, gaya desain ini mengalami pengurangan dengan faktor R, yang bergantung tipe elemen vertikal penahan gaya lateral yang digunakan. Batas atas dan batas bawah pada gaya desain juga ditambahkan untuk me-limitasi gaya yang terlalu kecil atau terlalu besar, seperti yang ditunjukkan pada persamaan berikut:

Rumus diatas berdasarkan metode empiris. Performa diafragma dari past earthquake menunjukkan bahwa elemen struktur diafragma yang di desain dengan metode ini hasilnya cukup baik. Namun rumus ini memiliki kekurangan utama yaitu:

1. Beban dari diapragma bergantung pada nilai reduction factor elemen vertical (R). Hal ini dapat dilihat pada rumus diatas yang bergantung pada sigma Fi, dimana nilai Sigma Fi ini didapat dari analisa static equivalent. Hasil nonlinear modeling (analitis) dan ekperimen akhir – akhir ini menunjukkan bahwa gaya beban diafragma independen terhadap daktalitas dan faktor kuat lebih element vertikal.
2. Untuk diafragma yang tidak cukup daktail (detailing yang kurang baik, shear control, etc), maka beban diapragma elastiknya bisa lebih besar daripada beban diafragma tradisional. Hal ini kritis terutama untuk pelat precast dengan sambungan yang kurang daktail, atau pelat RC cast-in situ yang kegagalannya terkontrol mekanisme geser.

Oleh karenanya, akan lebih baik jika struktur didesain dengan metode alternatif, yang mana ini wajib untuk pelat precast dan fardu ain (sunah) untuk pelat cast-in situ.

Gaya Beban Diafragma Metode Alternatif (ASCE 7-16 pasal 12.10.3)

Gaya desain menggunakan metode ini didasarkan dari banyak penelitian yang dilakukan akhir – akhir ini, utamanya untuk pelat precast. Gaya desain diafragma akibat gempa dengan cara alternatif cocok untuk semua kasus, kecuali jika bangunan di mana respons seismik didominasi juga oleh deformasi diafragma selain elemen vertikal penahan lateral (seperti yang dapat terjadi pada bangunan kotak besar pendek dengan diafragma fleksibel dan rigid wall). Bangunan terakhir metode analisanya dijelaskan di FEMA P-1026 (FEMA, 2015a) dan ASCE 7-22.

Gaya desain diafragma dengan cara alternatif diberikan dalam persamaan berikut:

Untuk mendapatkan nilai Cpx, diperlukan variabel Cpo, Cpi, dan Cpn berikut:

Setelah didapat Cpo, Cpi, dan Cpn, nilai Cpx merupakan fungsi ketinggian dari ketiga variabel sebelumnya seperti ditunjukkan pada grafik berikut:

Dari analisa penulis dari persamaan – persamaan diatas, bahwa untuk nilai R element vertikal penahan gaya lateral yang tinggi (R>4) maka nilai Cpi = Cpo, hal ini membuat gaya diafragma “hampir” independen terhadap nilai R, kecuali di persamanaan Cpn (karena ada variabel Cs), namun ini efeknya hanya di lantai atas dan kecil (beban naik akibat whiplash effect).

Nah pada rumus alternatif beban diapragma ini, diperkenalkan variabel Rs, yaitu reduction factor di diafragma akibat daktalitas dan faktor kuat lebih diapragma. Semakin daktail dan redundan diapragma maka nilainya semakin besar.

Nilai Rs ini cukup penting, untuk beban tipikal lantai (hx/hn = 0 sampai 0.8), pada kasus umum maka:
Cpx = Cpo = 0.4 Sds Ie

Jika pada kasus umum dimana R>4, maka pada beban diafragma tradisional di lokasi ini umumnya dikontrol oleh persamaan berikut:
Pfx = 0.2 Sds Ie Wpx

Nilai di atas bisa terjadi pada perhitungan beban diafragma alternatif, hanya jika nilai Rs = 2 sebagi berikut:

Pfx = Cpx / Rs x Wpx = 0.4 Sds Ie / 2 Wpx = 0.2 Sds Ie Wpx

Jika nilai Rs < 2 maka nilai Pfx di tipikal lantai untuk beban diafragma alternatif akan lebih besar dari beban diafragma tradisional.

Refer ke table 1 diatas, maka kasus ini terjadi untuk pelat precast baik daktail atau tidak (EDO, DBE, dan RDO) serta pelat RC cast-in situ yang terkontrol kegagalan geser, untuk yang terakhir kenaikan bebannya bisa sebesar 2/1.5=1.33 kali.

Setelah anda membaca artikel ini, harusnya timbul pertanyaan yaitu:
“Jika memang beban diafragma yang dihitung dengan cara ini menghasilkan beban yang lebih besar, apakah tidak lebih baik metode ini diwajibkan ?”

Jawaban dari pertanyaan diatas yaitu yes akan, tapi nanti. Baru di propose di NEHRP 2025. Untuk NEHRP 2020 atau ASCE 7-22, tim beban gempa chapter 12 masih fokus men-develop beban diapragma untuk elemen vertikal penahan gaya lateral rigid namun memiliki diafragma flexible, karena ada interaksi keduanya.

Untuk lebih jauh mengenai desain diafragma, pembaca bisa mengikuti shortcourse HAKI berikut dimana penulis menjadi salah satu pembicaranya:

Terima Kasih,

———————END——————-

Catatan Tambahan:
Untuk lebih detail mengenai beban alternatif diapragma bisa dilihat di artikel berikut:
Beban Alternatif Diapragma di ASCE 7-16 / SNI Gempa 2020