Pengaruh
Pemasangan Peredam Getaran Eksternal Tipe Viscous terhadap Kinerja Struktur Gedung (Universitas
Gunadarma Riview)
Metode
konvensional lainnya untuk mengatasi energi getaran gempa dengan merencanakan
mekanisme pembentukan sendi plastis (plastifikasi) pada lokasi-lokasi yang
telah ditentukan yang dikenal dengan metode desain kapasitas. Pembentukan sendi
plastis menuntut deformasi yang besar dan daktilitas yang tinggi. Kedua metode
ini potensial memerlukan elemen struktur yang relatif besar, dan daktilitas
yang tinggi. Disisi lain struktur-struktur sensitif seperti rumah sakit,
struktur penyimpan bahan bakar minyak atau radioktif, deformasi yang besar saat
gempa kuat terjadi perlu dibatasi dan gaya inersia yang besar perlu dihindari,
yang belum diakomudir oleh metode desain konvensional. metode baru untuk
mengatasi energi getaran gempa yang besar pada struktur gedung, yaitu dengan
memasang peredam getaran eksternal.Terdapat beberapa tipe peredam getaran
eksternal salah satunya Bracing Viscous Damper, pada peredam ini energi gempa
yang masuk ke dalam struktur akan didisipasi melalui pergerakan piston di dalam
cairan Viscous. Meode ini akan menghasilkan gaya redaman yang sebanding dengan
kecepatan gerak translasi lantai tingkat gedung. Dan jika dibandingkan dengan
metode-metode sebelumnya metode ini relatif dapat mereduksi energi getaran
gempa yang cukup besar pada struktur gedung. Energi yang didisipasi ini
selanjutnya akan mempengaruhi respon dan kinerja struktur gedung. Jenis dan
konfigurasi pemasangan Peredam Getaran Eksternal pada struktur gedung
berpengaruh pada Seimik Performance Struktur, sehingga penelitian mengenai hal
tersebut hingga saat ini masih intensif
dilakukan. Model konfigurasi pemasangan peredam getaran eksternal (PGE)
yang pada mulanya hanya berupa diagonal.
Gambar 1. Berbagai
Konfigurasi Pemasangan Peredam Getaran Eksternal Tipe Viscous Dumper
(Ani N. Sigaher and Michael C.Constatinou
2003)
Konvigurasi struktur simetri setinggi enam lantai
menggunakan struktur rangka beton bertulang. Pemasangan peredam eksternal
Bracing Viscous Dumper hanya pada sisi bidang luar bagian tengah setinggi
lantai gedung seperti pada Gambar 2 berikut:
Gambar 2. Denah Dan
Model Gedung Tanpa dan Dengan Ber-Peredam Getaran Eksternal Bresing Viscous
Tabel 1. Dimensi Balok dan Kolom
Elemen Struktur
|
Dimensi (mm)
|
1. Balok Induk
|
300x500
|
2. Balok atap
|
300x450
|
3. Kolom level 1-2
|
500x500
|
4. Kolom level 3-6
|
450x450
|
Tabel 2. Dimensi Gedung
dan Parameter Damper Viscous
Parameter Gedung
|
Parameter Damper Viscous
|
1. Tebal Pelat lantai = 130 cm
|
1. Damping exponent α = 1
|
2. Tinggi Lantai (seragam) = 4 m
|
2. Damping Coefisien
Cd= 1250 kN/(m/s)α
|
3. Jumlah Lantai = 6
|
3. Gaya damping max yang di izinkan,FD =
1200 kN
|
4. Mutu beton fc’= 30 Mpa,
|
4. Deformasi max Damping yang diizinkan : Δ = 150 mm
|
5. Mutu Baja fy = 380 Mpa, fy = 240 (sengkang)
|
5. Sudut posisi Dumper (θ = 39 0)
terhadap horizontal
|
6. Fungsi bangunan : kantor
|
6. Jarak antara kolom arah x dan y = 6 m
|
Gambar 3. Tipikal Viscous Damper
Gambar 4. Fluid Viscous
Dumper
Tabel 3. Batas Deformasi
Bangunan gedung (Sumber ATC-40)
Tingkat Kinerja
|
||||
Interstory Drift Limit Structural (Batas
Simpangan Maksimum)
|
Immeiate Occupancy
|
Demage Control
|
Life Safety
|
Structural Stability
|
Maksimum total driff
(Simpangan total Maks)
|
0,01
|
0,01-0,02
|
0,02
|
0,33.Vi/Pi
|
Maksimum Inelastic Driff
(Simpangan Non elastic maks)
|
0,055
|
0,005-0,015
|
No Limit
|
No Limit
|
Tabel 4. Tingkat Kinerja
Struktur (Sumber ATC-40)
No
|
Tingkat Kinerja
|
Uraian
|
1
2
3
4
5
6
|
SP-1
SP-2
SP-3
SP-4
SP-5
SP-6
|
Immediate Occupancy (Penggunaan sedang)
Demage Control (control kerusakan)
Life Safety (Aman untuk dihuni)
Limited Safety (keamanan Terbatas)
Structural Stability (Stabilitas
struktur)
No Considerable (Tidak diperhitungkan)
|
Dalam analysis Pushover,
harga perpindahan maksimum dan gaya geser dasar yang terjadi sebelum struktur
gedung runtuh disebut titik kinerja (Performance Point). Penentuan titik
kinerja mengacu pada penjelasan dalam ATC-40, FEMA 356, FEMA 440, dan
SNI-3-1726-2012. Dalam pemodelan gedung faktor reduksi gempa diambil (R= 3,5)
dan daktilitas asumsi awal (μ = 2,1). Berdasarkan analisis struktur akan
dihasilkan dimensi dan detail tulangan balok, kolom dan pelat. Detail tulangan
yang merupakan keluaran program digunakan sebagai input model penampang, dan
dengan bantuan program Respon -2000 akan diperoleh grafik Momen-Curvature.
Grafik tersebut dianalisis untuk memperoleh nilai Property Hinge penampang
balok dengan berbagai detail tulangan tertentu. Nilai Property Hinge kolom
adalah sesuai dengan nilai default program. Beban gravitasi menjadi input
load-control pushover dan beban lateral gempa monotonik ditingkatkan sampai
simpangan atap struktur mencapai nilai tertentu (Displacement-Controlled).
Dalam tahap pertama
dilakukan analsisi pushover pada gedung tanpa redaman eksternal. Model mendapat
beban gempa Respon Spektra gempa wilayah Cimahi tanah sedang sesuai definisi
function respon spectra NEHRP-97, Tahap selanjutnya dilakukan analisis Pushover
pada gedung ber-peredam ekasternal Bracing Viscous. Hasil analisis Pushover
kemudian dibandingkan untuk memperoleh informasi perbedaan kinerja dari kedua
model tersebut. Disain dimensi dan detail tulangan balok, kolom dan pelat mengacu
pada SNI-03-2847-2013 dengan nilai faktor-faktor reduksi yang digunakan dalam
proses desain beton bertulang dalam program telah disesuaikan, yaitu: Φ (tarik
lentur) = 0,8, Φ (tarik terkekang) = 0,7, Φ (tekan spiral) = 0,75, Φ (geser) =
0,6.
Tabel 5. Hasil Detail
Tulangan Balok Pada Setiap Lantai
Balok Pinggir
Balok Tengah
|
||||||
Lantai
|
Tulangan tumpuan
|
Tulangan lapangan
|
Tulanagan tumpuan
|
Tulangan tumpuan
|
Tulangan lapangan
|
Tulanagan Tumpuan
|
1
2
3
4
5
6
|
3D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
|
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
|
3D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
2D19
2D19
2D19
2D19
|
3D19
2D19
4D19
2D19
4D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
|
2D19
2D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
2D19
2D19
2D19
|
3D19
2D19
4D19
2D19
4D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
3D19
2D19
|
1.
Penentuan Koefisien Redaman yang Digunakan
Nilai koefisien redaman (C) yang akan di dipasang pada
Damper Viscous didasarkan pada analisis struktur tanpa redaman (Damper), yaitu
berdasarkan data-data berikut: Mode Shape Ф, Drif Modal, sudut Bresing Dumper,
dan masa setiap lantai.
cos θ
|
Drif modal {φr}1
|
({φr}1)2
|
(Cos θ)2*({φr}12)
|
mi
(kg)
|
Mode Shape 1 (Ф1)2
|
mi*(Ф1)2
|
0.781
|
0.08
|
0.0064
|
0.0039
|
20652.6095
|
1
|
20652.6095
|
0.781
|
0.13
|
0.0169
|
0.0103
|
33394.2897
|
0.8464
|
28264.9268
|
0.781
|
0.19
|
0.0361
|
0.0220
|
33394.2897
|
0.6241
|
20841.3762
|
0.781
|
0.22
|
0.0484
|
0.0295
|
33719.8314
|
0.36
|
12139.1393
|
0.781
|
0.23
|
0.0529
|
0.0322
|
34089.4729
|
0.1444
|
4922.519887
|
0.781
|
0.15
|
0.0225
|
0.0137
|
34089.4729
|
0.0225
|
767.0131403
|
0.1117
|
87587.58483
|
Tabel 7. Respon Struktur
Pada Perpindahan Dan Kecepatan Maksimum
Respon truktur pada
perpindahan maksimum
|
Respon truktur pada
kecepatan maksimum
|
|||||
Lantai
|
Percepatan (g)
|
Gaya
Lateral
(kN)
|
Gaya Geser Tingkat
(kN)
|
Perpindahan Absolut
(mm)
|
Perpindahan antara
Lantai (mm)
|
Kecepatan antara Ujung
Damper
(mm/s)
|
1
|
0,258
|
106.973
|
106.973
|
214.12
|
17.44
|
66.89
|
2
|
0,485
|
158.884
|
265.857
|
196.68
|
27.58
|
105.79
|
3
|
0,417
|
136.608
|
402.465
|
169.10
|
40.96
|
157.12
|
4
|
0,316
|
104.530
|
506.995
|
128.14
|
47.04
|
180.44
|
5
|
0,200
|
66.883
|
573.878
|
81.10
|
49.07
|
183.23
|
6
|
0,079
|
26.418
|
600.296
|
32.03
|
32.03
|
122.86
|
Gambar 5. Penempatan
Damper Pada Struktur
2. Evaluasi
Kinerja Struktur
Kinerja
struktur dievaluasi dengan menggunakan Performance Based Seismic Design. Titik
Kinerja struktur diperoleh dengan analisis nonlinier Pushover. Karena struktur
semua model simetri pada arah sumbu X dan sumbu Y, maka hasil analisis adalah
sama pada kedua arah tersebut. Kinerja Struktur Tanpa dan dengan Damper.
Tabel 9. Hasil Analisis
Pushover
Step
|
Displacement
|
Base Force
|
A-B
|
B-IO
|
IO-LS
|
LS-CP
|
CP-C
|
C-D
|
D-E
|
>E
|
Total
|
0
|
0.0000
|
0.0000
|
744
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
745
|
1
|
25.4535
|
623.8180
|
667
|
35
|
43
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
745
|
2
|
124.2843
|
1883.8777
|
618
|
71
|
46
|
10
|
0
|
0
|
0
|
0
|
745
|
3
|
165.3795
|
2222.3784
|
576
|
93
|
58
|
18
|
0
|
0
|
0
|
0
|
745
|
4
|
184.3703
|
2299.2354
|
564
|
27
|
64
|
72
|
16
|
2
|
0
|
0
|
745
|
5
|
250.2134
|
2470.0459
|
563
|
28
|
64
|
72
|
12
|
0
|
0
|
6
|
745
|
6
|
250.2237
|
2179.4224
|
562
|
29
|
64
|
72
|
8
|
4
|
0
|
6
|
745
|
7
|
253.0199
|
2225.3755
|
561
|
30
|
64
|
72
|
6
|
0
|
0
|
12
|
745
|
8
|
253.0303
|
2021.4014
|
557
|
34
|
62
|
74
|
6
|
0
|
0
|
12
|
745
|
9
|
260.7849
|
2125.4690
|
557
|
34
|
62
|
74
|
6
|
0
|
0
|
12
|
745
|
10
|
139.7162
|
242.4222
|
745
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
745
|
Titik
leleh terjadi pada step ke-2 dan titik keruntuhan pada step ke-7. Nilai
daktilitas yang diperoleh μ = 253,0199//124,2843 = 2.03, sesuai nilai daktilitas
asumsi awal 2,1. Nilai gaya geser dasar saat terjadi target perpindahan
dihitung dengan interpolasi berdasarkan data Tabel 9. Maka pada struktur tanpa
redaman eksternal (Damper), saat terjadi perpindahan sebesar 169.88 mm, gaya
geser dasar yang dialami adalah 2240 kN, Pada kondisi tersebut minimal telah
terdapat 58 sendi plastis ditingkat Immediate Occupancy, 18 sendi plastis
ditingkat Life Safety,. Demikian pula untuk struktur berperedam, saat terjadi
perpindahan sebesar 121,438 mm, gaya geser dasar 1847,58 kN, dan minimal telah
terdapat 46 sendi plastis di tingkat Immediate Occupancy dan 10 sendi plastis ditingkat
Life Safety. Artinya baik tanpa dan dengan ber-peredam eksternal, struktur
telah memasuki kondisi inelastik.
Gambar 6. (a) dan (b) Distribusi Sendi Plastis Yang
Terjadi Saat Target Perpindahan Dicapai, (c) Distribusi Sendi Plastis Saat
Runtuh
Kesimpulan
Dari hasil analisis dan pembahasan pada model struktur
gedung tanpa dan ber-peredam eksternal diperoleh kesimpulan:
1.
Peredam getaran eksternal Tipe Bresing
Viscous Damper mereduksi besar simpangan
lateral maksimum lantai, dan mereduksi simpangan time history akibat beban
gempa, juga mereduksi besar gaya geser tingkat (shear story)
2.
Struktur berperedam ekternal Bresing
Viscous Damper mempunyai titik kinerja (Perfomance point) yang lebih kecil jika
dibanding dengan tanpa peredam.
Tanpa peredam: V= 2240,6 kN, D = 169,88 mm, Tef = 1,789 s, βef = 0,182
Berperedam : V= 1847,58 kN, D = 121,438 mm, Tef = 1,646 s, βef = 0,334
Hal ini menunjukan model struktur tanpa peredam akan
menahan beban gempa yang lebih besar. Pemasangan peredam getaran ekternal
Bresing Viscous Damper pada posisi silang diagonal sangat efektif dalam
mereduksi gaya geser tingkat saat struktur melewati titik keseimbangan dalam
gerak sikliknya, namun tidak efektif mereduksi gaya geser tingkat saat berada
di simpangan terjauh atau pada percepatan maksimumnya. Level kinerja struktur
tanpa peredam masuk pada criteria Demage Control, sedangkan struktur berperredam
masuk pada Immediate Occupancy (IO), semua syarat kinerja memenuhi ketentuan
FEMA-273 dan ATC-40. Level kinerja struktur berperedam lebih baik dibanding tanpa
peredam.Pemasangan peredam eksternal viscous damper pada Struktur gedung yang
dibangun di wilayah rawan gempa akan mereduksi gaya gempa yang masuk ke dalam
struktur sehingga tingkat keamanan terhadap keruntuhan gedung lebih tinggi.
Daftar Pustaka
Ani N. Sigaher
and Michael C.Constatinou 2003, Scissor-Jack-Damper Energy Dissipation System,
Earth Quake Spektra Volum 1No.1
February 2003.
Applied Technology Council (1995). Structural Respone
Modification Faktors (ATC 19). Redwood, USA.
Applied Technology Council (1996). Seismic
Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings (ATC40), Redwood, USAChopra, Anil
K., Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering,
Prentice Hall, New Jersey, 1995.
Dauglas P.Taylor and Michael C.Constatinou 2007,
“Fluid Dampers For Applications of Seismic Energy Dissipation And Seismic Isolation”,
www. Taylordevices.com/Tech-paper-Archieve/../42-Fluiddamper.pd
FEMA, (1997), NEHRP Guidelines and commentary for the
seismic Rehabilitation of Building, Report No.273 and 274, October, Wasinton DC
Sumber
NAMA : AULIA BUDIMAN
NPM : 11315143
NPM : 11315143
KELAS : 4TA03
NAMA DOSEN : I KADEK BAGUS WIDANA PUTRA
NAMA DOSEN : I KADEK BAGUS WIDANA PUTRA
NAMA JURUSAN & UNIVERSIAS: TEKNIK SIPIL & GUNADARMA
