1

PERBANDINGAN KINERJA PENGGUNAAN BERBAGAI BASE ISOLATOR PADA GEDUNG TSUNAMI REFUGE CENTER KANTOR GUBERNUR SUMATERA BARAT

Oleh :

DWITA SURYANI LESTARI

Komplek Palimo Indah Blok A No.2 Cupak Tangah-Pauh Padang 25162

ABSTRAK

Salah satu upaya untuk mengurangi kerusakan akibat gempa bumi terhadap struktur

adalah dengan mengembangkan desain struktur menggunakan sistem isolasi dasar pada

bangunan (base isolated structure). Pada tesis ini akan ditinjau sistem isolasi elastomeric dan

friction pendulum system. Mekanisme kerja elastomeric adalah dengan menggunakan karet

berlempengan baja didalamnya. Kegunaan karet adalah untuk mengurangi getaran gempa

sedangkan lempengan baja digunakan untuk menambah kekakuan bantalan karet sehingga

defleksi dan deformasi bangunan saat bertumpu di atas bantalan karet tidak besar. Mekanisme

kerja dari friction pendulum adalah dengan menggunakan karakteristik dari pendulum untuk

memperpanjang periode alami struktur sehingga dapat terlindungi dari gaya gempa. Studi ini

dilakukan untuk mengkaji pengaruh penggunaan base isolator (elastomeric dan friction

pendulum) bila dibandingkan dengan bangunan tanpa menggunakan isolator (fixed base

structure). Dari hasil studi dapat disimpulkan bahwa penggunaan base isolator memperbesar

perioda alami struktur sehingga dapat memperkecil interstory drift pada bangunan. Dalam

penggunaannya untuk satu gedung, kombinasi pemasangan natural rubber bearing dan lead

rubber bearing ternyata mempunyai kemampuan paling besar dalam memperbesar perioda.

Jika jenis isolator tersebut dipasang seragam untuk satu gedung maka natural rubber bearing

menghasilkan perioda yang paling besar. Perpindahan paling kecil diperlihatkan dengan

penggunaan isolator jenis lead rubber bearing karena kekakuan efektifnya yang kecil dan

redaman yang tinggi. Pada lantai dasar bangunan yang menggunakan friction pendulum

system memiliki perpindahan (displacement) yang besar karena adanya koefisien friksi.

Kata kunci : Base Isolation, High Damping Rubber Bearing, Lead Rubber Bearing, Friction Pendulum System.

1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Indonesia terletak pada wilayah geografis pertemuan tiga lempeng tektonik utama, yaitu

lempeng Indo-Australia, lempeng Eurasia, dan lempeng Philipina. Keadaaan ini menjadikan

2

Indonesia sebagai salah satu negara yang memiliki potensi aktivitas seismik cukup tinggi dan

rawan terhadap bahaya gempa. Disebabkan oleh tingginya aktifitas seismik tersebut, maka

dalam perencanaan bangunan di Indonesia harus diperhitungkan aspek-aspek kegempaan,

disamping tinjauan aspek-aspek pembebanan lainnya.

Menurut Teruna (2005) pada perencanaan bangunan, parameter gempa bumi yang

langsung mempengaruhi perencanaan adalah percepatan tanah yang ditimbulkan oleh

gelombang seismik yang bekerja pada massa bangunan. Teruna (2005) juga mengatakan

bahwa besarnya percepatan tanah tergantung dari beberapa faktor seperti kekuatan gempa

bumi (magnitude), kedalaman pusat gempa bumi, jarak epicenter ke daerah yang dituju, jenis

tanah sebagai media perambatan gelombang seismik antara pusat gempa bumi dan lokasi

yang dituju, sistem pondasi, massa dan geometri bangunan, dan lain sebagainya.

Kerusakan gempa secara konvensional dapat dicegah dengan memperkuat struktur

bangunan terhadap gaya gempa yang bekerja padanya. Namun, hasil ini sering kali kurang

memuaskan, karena kerusakan elemen baik struktural maupun non-struktural umumnya

disebabkan adanya interstory drift (perbedaan simpangan antar tingkat). Salah satu cara untuk

memperkecil interstory drift adalah dengan memperkaku bangunan dalam arah lateral.

Namun, hal ini akan memperbesar gaya gempa yang bekerja pada bangunan. Metoda yang

lebih baik adalah dengan meredam energi gempa sampai pada tingkat yang tidak

membahayakan bangunan, demikian Teruna (2005) mengatakan.

Salah satu upaya untuk mengurangi kerusakan akibat gempa bumi adalah dengan

mengembangkan desain struktur dengan sistem isolasi dasar pada bangunan (base isolated

structure). Ada dua sistem isolasi dasar yang umum digunakan dewasa ini yaitu sistem isolasi

dengan menggunakan bantalan elastomeric dan friction pendulum system.

Mekanisme kerja dari bantalan elastomeric adalah dengan menggunakan karet untuk

mengurangi getaran gempa sedangkan lempengan baja digunakan untuk menambah kekakuan

bantalan karet sehingga defleksi dan deformasi bangunan saat bertumpu di atas bantalan karet

tidak besar. Pada dasarnya cara perlindungan bangunan oleh bantalan elastomeric ini melalui

pengurangan getaran gempa bumi kearah horizontal dan memungkinkan bangunan untuk

begerak bebas saat berlangsung gempa bumi tanpa tertahan oleh pondasi. Peredam ini

bermanfaat untuk menekan kemungkinan resonansi dari frekuensi isolasi.

Mekanisme kerja dari friction pendulum system adalah dengan menggunakan

karakteristik dari pendulum untuk memperpanjang periode alami struktur sehingga dapat

terlindungi dari gaya gempa. Peredam gempa tercapai dengan bergesernya perioda alami yang

dikendalikan dengan cara memilih radius/jari-jari lengkungan permukaan cekung. Nilai jari-

jari kurvatur ini tergantung dari massa struktur yang didukung oleh bantalan.

3

Oleh karena base isolation merupakan metode yang relatif baru di Indonesia, maka

bangunan yang menggunakan base isolator belum cukup banyak digunakan dan diteliti

sampai saat ini. Oleh sebab itu studi ini dilakukan untuk mengkaji pengaruh penggunaan base

isolator baik dengan menggunakan bantalan elastomeric dan friction pendulum system pada

suatu struktur gedung serta membandingkan jika bangunan tersebut tanpa menggunakan

isolator (fixed base structure).

Dalam tesis ini bangunan yang akan dianalisis dimodelkan dengan model tiga dimensi,

dimana struktur yang menjadi studi kasus adalah Gedung Tsunami Refuge Center Kantor

Gubernur Sumatera Barat.

1.2. Tujuan Adapun tujuan dari tesis ini adalah untuk menganalisis penggunaan base isolator jenis

elastomeric rubber bearing dan friction pendulum system hasil desain serta base isolator yang

telah didesain oleh Jepang yaitu natural rubber bearing dan lead rubber bearing jika

dibandingkan dengan bangunan tanpa isolator.

1.3. Batasan Masalah Batasan masalah pada tesis ini adalah sebagai berikut :

1. Struktur bangunan yang menjadi studi kasus adalah Gedung Tsunami Refuge Center

Kantor Gubernur Sumatera Barat.

2. Dimensi elemen elemen utama struktur seperti: balok, kolom, dan pelat

menggunakan dimensi yang sudah ada berdasarkan gambar rencana.

3. Perhitungan dan analisa struktur dilakukan tiga dimensi. Beban-beban yang

diperhitungkan meliputi:

a. Beban mati / berat sendiri bangunan (Dead Load)

b. Beban hidup (Live Load)

4. Analisa gaya gempa menggunakan analisa dinamis yaitu dengan respon spektrum

yang terdapat dalam Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur

Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002.

5. Desain base isolator yang digunakan yaitu elastomeric rubber bearing dan friction

pendulum system. Elastomeric rubber bearing yang didesain adalah jenis high

damping rubber bearing dan lead rubber bearing.

Langkah perhitungan dimensi elastomeric rubber bearing mengikuti peraturan Uniform Building Code (UBC-97).

4

Langkah perhitungan dimensi friction pendulum system mengikuti peraturan Uniform Building Code (UBC-97).

1.4. Prosedur Desain Sistem Isolasi Seismik Secara umum bantalan ini terbagi dalam dua kategori yaitu Elastomeric Rubber Bearing

dan Sliding Bearing. Dalam artikel ini yang akan dibahas adalah elastomeric rubber bearing

dengan menggunakan jenis high damping rubber bearing (HDRB) dan lead rubber bearing

(LRB). Sedangkan sliding bearing yang digunakan adalah jenis friction pendulum system

(FPS).

1.4.1. Elastomeric Rubber Bearing Elastomeric rubber bearing dibentuk dari lembaran baja yang tipis dan karet yang

disusun berlapis dan disatukan dengan cara vulkanisasi. Pelat baja tebal diletakkan pada

bagian atas dan bawah bantalan tersebut sebagai penghubung bantalan dengan pondasi

dibawahnya dan struktur diatasnya. Penutup dari karet digunakan untuk membungkus

bantalan untuk melindungi pelat baja dari korosi.

Prinsip utama cara kerja elastomeric adalah dengan memperpanjang waktu getar alami

struktur diluar frekuensi dominan gempa sampai 2,5 atau 3 kali dari waktu getar struktur

tanpa isolator (fixed base structure) dan memiliki damping antara 10% 20% sehingga gaya

gempa yang disalurkan ke struktur lebih kecil.

1.4.1.1. High Damping Rubber Bearing (HDRB) High damping rubber bearing merupakan bahan anti seismik yang dikembangkan dari

karet alam yang mempunyai kekakuan horizontal yang relatif kecil dan dicampur dengan

extra fine carbon block, oil atau resin, serta bahan isian lainnya sehingga meningkatkan

damping antara 10% - 20% pada shear strain 100% dengan modulus geser soft (G = 0,4 MPa)

dan hard (G =1,4 MPa). Untuk dapat menahan beban vertikal yang cukup besar, maka karet

diberi lempengan baja yang dilekatkan dengan sistem vulkanisir.

Gambar 1.1. High Damping Rubber Bearing (Teruna, 2005).

5

Bantalan pada sistem isolasi seismik harus didesain dengan cermat untuk memastikan

agar bangunan yang ditopangnya tetap berdiri ketika dan setelah gempa terjadi. Secara garis

besar tahap-tahap dalam mendesain high damping rubber bearing adalah:

Menentukan berat struktur untuk masing-masing kolom (w) dan berat struktur total (Wt).

Menentukan kekakuan horizontal (KH) aktual elastomer

(1.1)

dimana:

G = modulus geser karet

A = luas penampang elastomer

tr = total tebal karet

Menentukan frekunesi natural () dan perioda (T)

(1.2)

(1.3)

dimana: g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)

Menentukan kekakuan vertikal (KV)

(1.4)

dimana:

Ec = compression modulus dari komposit karet dan baja

As = luas penampang steel shim plate

Menentukan fungsi bentuk/shape factor (S)

atau (1.5)

dimana:

= diameter elastomer

R = radius/jari-jari elastomer

t = tebal layer elastomer

Menentukan Compression Modulus (Ec)

(1.6)

dimana: K = modulus bulk rubber (2000 MPa)

6

Menentukan ketebalan elastomer (t) Menentukan dimensi elastomer tinggi (h) dan lebar (b) Menentukan nilai critical buckling load (Pcrit)

(1.7)

dimana:

(1.8)

(1.9)

Menentukan Rollout Displacement (Dmax)

(1.10)

1.4.1.2. Lead Rubber Bearing (LRB) Lead rubber bearing adalah laminated rubber bearing yang lebih besar terbuat dari

lapisan karet dan dipadu dengan lapisan baja, tetapi ditengahnya diberi rongga yang diisi

dengan lead (perunggu).

Lapisan karet yang divulkanisir yang bisa bergerak ke semua arah horizontal dilaminasi

diantara lapisan baja yang mampu menahan beban aksial. Lead (perunggu) yang terletak

ditengah berfungsi sebagai tempat penyerapan energi sehingga mampu mengurangi gaya

gempa dan perpindahan.

Gambar 2.10. Lead rubber bearing (http://www.holmesculley.com)

Lapisan karet pada bantalan memberikan fleksibitas lateral sedangkan lapisan baja

memberikan kemampuan untuk menahan beban aksial. Lapisan penutup karet pada bantalan

berfungsi untuk melindungi pelat baja agar tidak korosi. Pelat baja pada bagian atas dan

bawah bantalan berfungsi untuk menghubungkan isolator dengan struktur diatas dan

dibawahnya.

7

Lead rubber bearing didesain sangat kaku dan kuat diarah vertikal dan lentur diarah

horizontal sehingga beban vertikal dan lateral yang kecil bisa didukung tanpa menimbulkan

perpindahan yang berarti. Lead mengalami kelelehan pada tegangan rendah dan berprilaku

sebagai solid elastis-plastis. Kekakuan pasca kelelahan dapat direpresentasikan oleh kekakuan

geser lapisan karet. Selain itu, lead memiliki propertis kelelahan yang baik terhadap cyclic

loading karena dapat memulihkan hampir seluruh propertis mekaniknya tepat setelah terjadi

kelelahan. Secara garis besar tahap-tahap dalam mendesain lead rubber bearing adalah:

Menentukan kekakuan efektif (Keff) dari lead rubber bearing

D > Dy (1.11)

dimana: Kd = kekakuan sebelum elastis

Qd = kekuatan karakteristik

= fy lead (10 MPa)

D = perpindahan horizontal

Dy = perpindahan setelah leleh

Menentukan perioda alami (T)

(1.12)

dimana:

g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)

Menentukan kekakuan elastis (Ku) (1.13)

Menentukan nilai redaman kritis (eff)

(1.14)

Menentukan Rollout Displacement (Dmax)

(1.15)

1.4.2. Friction Pendulum System (FPS) Friction pendulum system (FPS) menggunakan karakteristik dari pendulum untuk

memperpanjang periode alami struktur sehingga dapat terlindungi dari gaya gempa. Perioda

dari FPS dipilih berdasarkan radius/jari-jari kurvatur pada permukaan cekung. Nilai jari-jari

kurvatur ini tergantung dari massa struktur yang didukung oleh bantalan. Torsi pada struktur

8

berkurang karena pusat kekakuan pada bantalan secara otomatis sama dengan pusat kekakuan

dari struktur.

Gambar 2.11. Friction Pendulum System (Buckle, 1993).

(a) Pada posisi awal

(b) Dalam posisi berpindah

Friction pendulum bearing menggunakan geometry dan gravitasi untuk menghasilkan

peredam gempa yang diinginkan. Peredam gempa tercapai dengan bergesernya perioda alami.

Perioda alami ini akan dikendalikan dengan cara memilih radius/jari-jari lengkungan

permukaan cekung.

Gambar 2.12. Friction Pendulum System Pada Struktur Bangunan.

Secara garis besar tahap-tahap dalam mendesain friction pendulum bearing adalah:

Menentukan kekakuan horizontal (KH) dari FPS

(1.16)

dimana:

KH = kekakuan horizontal

W = beban yang didukung oleh FPS

R = panjang jari-jari lengkung permukaan cekung

Menentukan perioda alami (T) dari FPS

(1.17)

dimana:

9

T = perioda alami

R = panjang jari-jari lengkung

g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2)

Menentukan kekakuan efektif (Keff) dari FPS

(1.18)

dimana:

= koefisien gesekan

D = perpindahan horizontal

Menentukan nilai redaman () yang diberikan oleh FPS

(1.19)

Menentukan perpindahan vertikal rencana (v) dari struktur akibat pergerakan disepanjang permukaan cekung

(1.20)

Cek recentering dari friction pendulum

(1.21)

2. METODOLOGI PENELITIAN 2.1. Prosedur Penelitian

Studi kasus yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah struktur rangka beton

bertulang dari Gedung Tsunami Refuge Center. Tahap awal dalam membuat tesis ini adalah

tinjauan pustaka, dimana penulis mencari dan memahami dasar-dasar teori yang berhubungan

dengan topik pembahasan penelitian dalam bentuk artikel, buku, jurnal dan informasi yang

berasal dari internet.

Tesis ini bertujuan untuk mendesain base isolator jika base isolator tersebut akan

digunakan untuk Gedung Tsunami Refuge Center Kantor Gubernur Sumatera Barat dan

menganalisis penggunaan isolator yang telah didesain tersebut jika dibandingkan dengan

bangunan tanpa isolator.

Langkah pertama yang dilakukan adalah mendesain bangunan tanpa isolator untuk

mengetahui besarnya gaya atau reaksi perletakan yang dipikul oleh masing-masing kolom.

Untuk desain base isolator diambil gaya atau reaksi perletakan maksimum. Isolator yang

didesain adalah jenis high damping rubber bearing, lead rubber bearing dan friction

pendulum system.

10

Dari masing-masing desain base isolator diperoleh nilai kekakuan horizontal (KH),

kekakuan vertikal (KV), radius curvature (RFPS), massa (M) dan berat isolator (W) yang akan

diinput ke dalam program. Kemudian didesain struktur bangunan dengan menggunakan

masing-masing propertis dari isolator. Dalam program didesain tiga model struktur yang

masing-masingnya menggunakan isolator jenis high damping rubber bearing, lead rubber

bearing dan friction pendulum system.

Dari hasil analisa struktur yang dilakukan diperoleh respon struktur berupa perioda

struktur, simpangan antar lantai bangunan (interstory drift), perpindahan lateral bangunan

(displacement) dan gaya geser dasar (base shear). Berdasarkan hasil tersebut dapat

dibandingkan bangunan tanpa base isolator dan bangunan yang menggunakan base isolator

jenis high damping rubber bearing, lead rubber bearing dan friction pendulum system.

3. PROSEDUR DAN HASIL KERJA 3.1. Permodelan Struktur

Studi kasus yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah struktur rangka beton

bertulang dari Gedung Tsunami Refuge Center. Dimensi elemen balok-kolom dapat dilihat

pada tabel dibawah ini :

Tabel 3.1. Properties elemen struktur balok yang digunakan

Lantai Balok Beton Bertulang

Dimensi Penampang

Panjang Balok

b (m) h (m) L (m) Lantai 1 Balok B1 0,4 0,8 555

Lantai 2

Balok B1 0,35 0,6 7 Balok B1 0,35 0,6 3 Balok B2 0,35 0,5 6 Balok B3 0,25 0,5 6 Balok Anak 0,25 0,4 6 Balok Anak 0,25 0,4 7

Lantai 3

Balok B6 0,35 0,6 7 Balok B6 0,35 0,6 3 Balok B7 0,35 0,5 6 Balok B8 0,25 0,5 6 Balok Anak 0,25 0,4 6 Balok Anak 0,25 0,4 7

Lantai 4

Balok B11 0,35 0,6 7 Balok B11 0,35 0,6 3 Balok B12 0,35 0,5 6 Balok B13 0,25 0,5 6 Balok Anak 0,25 0,4 6 Balok Anak 0,25 0,4 7

Lantai Atap

Balok B16 0,3 0,6 7 Balok B16 0,3 0,6 3

11

Balok B17 0,3 0,5 6 Balok B17 0,3 0,5 3,5 Balok B18 0,25 0,5 6 Balok Anak 0,25 0,4 6 Balok Anak 0,25 0,4 3,5

Tabel 3.2. Properties elemen struktur kolom yang digunakan

Kolom Beton Bertulang Dimensi Tinggi Kolom

b (m) h (m) dia. (m) H (m) Lantai Dasar 1,2 1,2 - 1,6 Lantai 1 - - 0,8 4,05 Lantai 2 - - 0,7 4,05 Lantai 3 - - 0,7 4,05 Lantai 4 - - 0,7 4,05

Berdasarkan data kolom dan balok dan analisis pembebanan untuk beban mati, beban

hidup dan beban gempa (sebagaimana dilihat pada lampiran B) diperoleh nilai vertical design

load sebesar 3030000 N yang akan digunakan untuk mendesain satu bantalan isolator.

3.2. Desain Base Isolated Structure Dalam desain base isolated structure, perlu didesain terlebih dahulu bantalan isolator

yang akan digunakan. Base isolator yang digunakan adalah :

a. High damping rubber bearing

b. Lead rubber bearing

c. Friction pendulum system

Berdasarkan rumus-rumus dan flow perhitungan tersebut diperoleh properties dari

isolator adalah sebagai berikut :

1. Dimensi dari High Damping Rubber Bearing (HDRB) adalah sebagaimana pada gambar

3.1.

Gambar 3.1. Dimensi high damping rubber bearing hasil desain (non skala)

12

2. Dimensi dari Lead Rubber Bearing (LRB) adalah sebagaimana pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Dimensi lead rubber bearing hasil desain (non skala)

3. Dimensi dari Friction Pendulum System (FPS) adalah sebagaimana pada gambar 3.3.

Gambar 3.3. Dimensi friction pendulum bearing hasil desain (non skala)

Berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan step desain yang telah diterangkan

sebelumnya, maka diperoleh dimensional propertis dari isolator yang telah didesain sebagai

berikut :

Tabel 3.3. Dimensional Properties Isolator Hasil Desain Data Unit HDRB LRB FPS

Diameter bearing d mm 650 650 -

Diameter lead dlead mm - 195 -

Shear modulus G N/mm2 0,3 0,4 -

Diameter disk mm - - 650

Depth of disk d mm - - 50

Coefficient of friction - - 0,06

Radius curvature RFPS mm - - 991

Tebal rubber layer t mm 10 5 -

Jumlah rubber layer nr 23 41 -

Total tebal rubber tr mm 230 205 -

Tebal shims ts mm 3,1 3,1 -

Jumlah shims ns 22 40 -

Tinggi h mm 354,2 385 225

13

Tabel 3.4. Dimensional Characteristic Isolator Hasil Desain Data Unit HDRB LRB FPS

Berat W kg 432,36 573,8 879,2

Massa M kg 44,07 58,49 87,92

Kekakuan horizontal KH x 103 N/mm 0,4299 3,983 93,834

Kekakuan vertikal KV x 103 N/mm 1443,54 1605,49 -

4. ANALISA DAN PEMBAHASAN Dari hasil analisa struktur, maka diperoleh respon struktur berupa perioda struktur,

simpangan antar lantai bangunan (interstory drift), perpindahan lateral bangunan

(displacement), dan gaya geser dasar (base shear). Analisa terhadap struktur gedung yang

dilakukan ada 5 model yaitu:

Struktur gedung tanpa menggunakan base isolator (fixed base). Struktur gedung dengan menggunakan base isolator yang telah didesain yaitu natural

rubber bearing dan lead rubber bearing (Kombinasi 1).

Struktur gedung dengan menggunakan base isolator jenis high damping rubber bearing (HDRB).

Struktur gedung dengan menggunakan base isolator jenis lead rubber bearing (LRB). Struktur gedung dengan menggunakan base isolator jenis friction pendulum system (FPS).

4.1. Perbandingan Perioda Fixed Base Structure dan Base Isolated Structure Perioda struktur bangunan yang menggunakan base isolation lebih besar daripada

bangunan fixed base. Jika dibandingkan dengan fixed base structure, pada struktur bangunan

yang menggunakan isolator jenis HDRB mengalami kenaikan perioda sebesar 46,07 %,

sedangkan untuk isolator jenis LRB mengalami kenaikan perioda sebesar 15,63 % dan untuk

isolator jenis FPS mengalami kenaikan perioda sebesar 84,32 %.

Gambar 4.1. Grafik Perbandingan Perioda Fixed Base Structure dan Base Isolated Structure

14

Jika dikombinasikan pemakaian NRB dan LRB (Kombinasi 1) dalam satu gedung

sebagaimana kenyataan di lapangan ternyata mempunyai periode struktur yang paling besar.

Nilai perbandingan periode jika isolator tersebut dipasang sejenis terhadap Kombinasi 1

adalah 42,96 % untuk isolator HDRB, 80,61 % untuk isolator LRB dan 13,29 % untuk

isolator FPS.

Hal ini sesuai dengan tujuan dari penggunaan base isolator yaitu untuk memperbesar

perioda alami struktur bangunan. Peningkatan perioda struktur menyebabkan interstory drift

pada bangunan akan menjadi lebih kecil sehingga meningkatkan kenyamanan orang

didalamnya.

4.2. Perbandingan Interstory Drift Fixed Base Structure dan Base Isolated Structure Interstory drift bangunan yang menggunakan base isolator lebih kecil daripada bangunan

fixed base. Dari grafik dapat dilihat bangunan yang menggunakan base isolator memiliki nilai

interstory drift mendekati nol.

Elemen struktur yang ditinjau dalam menganalisa interstory drift dan displacement

adalah kolom eksterior dan interior seperti pada gambar 4.2 dan 4.3.

Gambar 4.2. Denah bangunan

(a) (b)

Gambar 4.3. Kolom yang ditinjau pada portal Line L-5 dan M-1 (a) Kolom interior (b) Kolom eksterior

Kolom interior yang ditinjau

Kolom eksterior yang ditinjau

15

Pada kolom eksterior, interstory drift bangunan yang menggunakan base isolator lebih

kecil daripada bangunan fixed base, dimana untuk struktur dengan isolator HDRB adalah 1,92

%, isolator LRB 0,96 %, isolator FPS 1,44 % dan NRB-LRB 1,44 % jika dibandingkan

dengan bangunan fixed base yang mencapai 94,2 % terhadap interstory drift maksimum

gedung.

Gambar 4.4. Grafik Perbandingan Interstory Drift Fixed Base Structure dan Base Isolated

Structure Pada Kolom Eksterior

Pada kolom interior, interstory drift bangunan yang menggunakan base isolator lebih

kecil daripada bangunan fixed base, dimana untuk struktur dengan isolator HDRB adalah 2,88

%, isolator LRB 3,37 %, isolator FPS 2,88 % dan NRB-LRB 1,44 % jika dibandingkan

dengan bangunan fixed base yang mencapai 89,4 % terhadap interstory drift maksimum

gedung.

Gambar 4.5. Grafik Perbandingan Interstory Drift Fixed Base Structure dan Base Isolated

Structure Pada Kolom Interior

Jika dilihat dari grafik diatas, interstory drift bangunan dengan base isolation relatif

menurun untuk semakin tingginya lantai bangunan, sedangkan pada bangunan fixed base,

interstory drift terbesar terjadi pada lantai 3-2.

16

4.3. Perbandingan Displacement Pada Fixed Base Structure dan Base Isolated Structure Pada lantai dasar bangunan yang menggunakan base isolator memiliki perpindahan

(displacement) yang lebih besar dari bangunan fixed base sedangkan pada dasar fixed base

structure tidak terjadi perpindahan karena dasar bangunan ditahan oleh pondasi. Hal ini

terjadi karena base isolator yang terletak didasar bangunan base isolation memiliki kekakuan

yang kecil dan sangat fleksibel dalam arah horizontal yang memungkinkan terjadinya

perpindahan pada dasar gedung.

Pada kolom eksterior, pada dasar bangunan dengan isolator jenis NRB-LRB terjadi

perpindahan sebesar 170,5 mm. Pada dasar bangunan dengan isolator jenis HDRB terjadi

perpindahan sebesar 56 mm, sedangkan pada dasar bangunan dengan isolator jenis LRB

terjadi perpindahan sebesar 6,5 mm dan pada dasar bangunan dengan isolator jenis FPS

terjadi perpindahan sebesar 131,4 mm.

Gambar 4.6. Grafik Perbandingan Displacement Fixed Base Structure dan Base Isolated

Structure Pada Kolom Eksterior

Pada kolom interior, pada dasar bangunan dengan isolator jenis NRB-LRB terjadi

perpindahan sebesar 160,5 mm. Pada dasar bangunan dengan isolator jenis HDRB terjadi

perpindahan sebesar 36,9 mm, sedangkan pada dasar bangunan dengan isolator jenis LRB

terjadi perpindahan sebesar 2,5 mm dan pada dasar bangunan dengan isolator jenis FPS

terjadi perpindahan sebesar 96,2 mm.

Gambar 4.7. Grafik Perbandingan Displacement Fixed Base Structure dan Base Isolated

Structure Pada Kolom Interior

17

4.4. Perbandingan Base Shear Pada Fixed Base Structure dan Base Isolated Structure

Gambar 4.8. Grafik Perbandingan Base Shear Fixed Base Structure dan Base Isolated Structure

Dari grafik dapat dilihat bahwa penggunaan base isolator dapat mereduksi gaya geser

dasar (base shear). Penggunaan isolator jenis HDRB mereduksi gaya geser sebesar 24,25 %,

isolator jenis LRB 23,25 %, dan isolator jenis FPS 10,8 %. Gaya geser dasar dipengaruhi oleh

kekakuan efektif dan perpindahan dari isolator tersebut.

5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil perhitungan desain isolator diperoleh dimensi dari isolator yang akan

digunakan yaitu diameter rubber untuk High Damping Rubber Bearing (HDRB) adalah 650

mm, diameter rubber untuk Lead Rubber Bearing (LRB) adalah 650 mm dan diameter lead

195 mm, dan radius curvature dari Friction Pendulum System (FPS) adalah 991 mm dengan

koefisien friksi 0,06. Sedangkan untuk isolator yang telah didesain oleh Jepang adalah

Natural Rubber Bearing (NRB) dengan diameter rubber 500 mm dan LRB dengan diameter

rubber 600 mm dan lead 140 mm.

Dalam penelitian ini telah dianalisis 5 permodelan struktur yaitu struktur tanpa

menggunakan base isolator (fixed base) dan struktur yang menggunakan base isolator (base

isolated structure). Dari hasil analisa struktur dapat dilihat pengaruh penggunaan isolator

yang telah didesain dibandingkan dengan bangunan tanpa isolator. Dari hasil dapat

disimpulkan bahwa :

1. Penggunaan base isolator memperbesar perioda alami struktur sehingga dapat

memperkecil interstory drift pada bangunan.

2. Perioda alami struktur meningkat sampai dengan 84,32 % bila menggunakan isolator

FPS jika dibandingkan dengan bangunan fixed base. Namun dengan menggunakan

isolator Kombinasi 1 meningkatkan perioda alami struktur dua kali lipat.

18

3. Interstory drift bangunan yang menggunakan base isolator lebih kecil daripada

bangunan fixed base. Bangunan yang menggunakan base isolator memiliki nilai

interstory drift mendekati nol.

4. Perpindahan pada dasar bangunan yang menggunakan isolator LRB lebih kecil

dibandingkan dengan isolator lainnya yaitu hanya 1,78 % dibandingkan perpindahan

maksimum pada dasar bangunan. Hal ini terjadi karena adanya lead yang memberikan

redaman pada isolator tersebut.

5. Pada lantai dasar bangunan yang menggunakan base isolator memiliki perpindahan

(displacement) yang lebih besar dari bangunan fixed base. Hal ini terjadi karena base

isolator yang terletak didasar bangunan base isolation sangat fleksibel dalam arah

horizontal yang memungkinkan terjadinya perpindahan pada dasar gedung.

6. Penggunaan base isolator pada bangunan dapat mereduksi base shear. Base shear

(gaya geser dasar) dipengaruhi oleh kekakuan efektif dan perpindahan dari isolator

tersebut.

7. Isolator jenis HDRB dapat mereduksi base shear sebesar 24,25 % dibandingkan fixed

base structure.

8. Kombinasi dari penggunaan NRB-LRB menunjukkan hasil yang paling baik

dibandingkan dengan isolator lainnya.

5.2 Saran

Penelitian ini hanya menganalisis pengaruh penggunaan base isolator jenis HDRB, LRB

dan FPS terhadap respon struktur bangunan (perioda, interstory drift, displacement dan base

shear) jika dibandingkan dengan bangunan tanpa base isolator. Oleh sebab itu disarankan

untuk studi selanjutnya dilakukan analisis penggunaan kombinasi isolator dalam satu struktur

agar penerapan prinsip isolator pada bangunan dapat diketahui lebih detail.

19

DAFTAR KEPUSTAKAAN

Abrishambaf, A., (2009), Principles and Practices of Seismic Isolated Buildings, Thesis, Gazimagusa, North Cyprus, Eastern Mediterranean University.

Boen, T., (2010), Retrofitting Simple Buildings Damaged by Earthquakes Second Edition, Jakarta, Januari.

Buckle, I.G., (1993), Fundamental Concepts of Earthquake Engineering Chapter 15.Seismic Protection with Base Isolation, Page 689-751.

Chen, W.F. and Charles, S., (2003), Earthquake Engineering Handbook, CRC Press LLC.

Connor, J.J. and Klink, B.S.A., (1996), Introduction to Motion Based Design, Computational Mechanics Publications Southampton UK and Boston USA.

Deb, S.K., (2004), Seismic Base Isolation An Overview, Current Science Special Section: Geotechnics and Earthquake Hazards Vol. 87 No. 10, 25 November.

Earthquake Protection Systems, Inc., (2003), Technical Characteristics of Friction PendulumTM Bearing, September.

Eurocode 8, (2004), Design of Structures for Earthquake Resistance - Part 1: General Rules, Seismic Actions and Rules for Building, Comite Europeen de Normalisation (CEN), Brussel, Belgium.

IAEE Committee on Non-Engineered Construction, (2010), Guidelines for Earthquake Resistant Non-Engineered Contruction (Revision 2010), The International Association for Earthquake Engineering, United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO) and International Institute of Seismoloy and Earthquake Engineering (IISEE), July.

Kementerian Pekerjaan Umum, (2010), Peta hazard Gempa Indonesia 2010 Sebagai Acuan Dasar Perencanaan dan Perancangan Infrastruktur Tahan Gempa, Jakarta, Juli.

Mayes, R.L. and Naeim, F., (1999), Chapter 14. Design of Structures with Seismic Isolation. Page 723-756.

Naeim, F. and Kelly, J.M., (1999), Design of Seismic Isolated Structures: From Theory to Practice, John Wiley and Sons, Inc., New York.

Pratiwi, Ery A., (2011), Studi Pengaruh Penggunaan Base Isolation Terhadap Jarak Antar Bangunan Sehingga Tidak Terjadinya Pounding, Tesis, Padang, Program Pascasarjana Universitas Andalas.

Saputra, Andika Raju, (2009),Pengaruh Sandi Pada Tumpuan Rumah Gadang Jika Dimodelkan Sebagai Friction Pendulum System Dalam Analisa Struktur Akibat Beban Gempa, Skripsi, Padang, Universitas Andalas.

Structural Engineers Association of California, (1983), Recommended Lateral Force Requirements and Commentary, San Francisco.

Teruna, D.R., (2005), Analisis Respon Bangunan dengan Base Isolator Akibat Gaya Gempa, Jurnal system Teknik Industri Volume 6 No. 4, Oktober.

20

Uniform Building Code (1997), International Conference of Building Officials, 5360 Workman Mill Rd, Whittier California, 90601, USA.

Zayas, V.A., Low, S.S., and Mahin S.A., (1989), Seismic Isolation Using the Friction Pendulum System, The 10th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, Anaheim, California, August.

21

BIODATA

1. NAMA : DWITA SURYANI LESTARI

2. TEMPAT LAHIR : PADANG

3. TANGGAL LAHIR : 27 MEI 1986

4. PEKERJAAN : KARYAWATI PT.SEMEN PADANG

5. NAMA ORANG TUA

AYAH : Ir. HARMEN ASTI NASHAR, MM

IBU : DINI RASJMIDA, S.Pd

6. ALAMAT RUMAH : KOMPLEK PALIMO INDAH BLOK A NO.2

CUPAK TANGAH PAUH

PADANG 25162

7. RIWAYAT PENDIDIKAN : 1. SD BAITURRAHMAH TAHUN 1992 1998

2. SMP N 2 PADANG TAHUN 1998 2001

3. SMA N 1 PADANG TAHUN 2001 2004

4. JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS 2004 2009

5. PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

PASCASARJANA UNIVERSITAS ANDALAS

2009 2012