[Bagian 1/2] Perbandingan Panduan Bangunan Tahan Gempa 3 Negara: Jepang tahun 1981 (BSLJ), USA tahun 2000 (IBC) dan Iran tahun 1999 (ICS)

Artikel ini adalah terjemahan bebas dari makalah ilmiah No.3168 berjudul “Comparison of Seismic Codes of 1981 Japan (BSLJ), 2000 USA (IBC), and 1999 Iran (ICs) oleh Marjan Faizian dan Yuji Ishiyama terbitan proseding konferensi tahun 2004 di Kanada. Penulis pada saat itu merupakan PhD Candidate dari Swiss Federal Institute of Technology (Marjan Faizian) dan Profesor di Graduate School of Engineering, Hokkaido University Japan (Yuji Ishiyama).

 

Ringkasan

Kebanyakan Peraturan/Panduan/Kode Bangunan Tahan Gempa menyaratkan agar sebuah struktur dirancang untuk dapat menahan gaya lateral statis tertentu; terkait jenis struktur yang dipilih dan tingkat kegempaan wilayahnya. Berdasarkan perkiraan atas periode fundamental dari struktur tersebut, peraturan gempa bertitik berat pada gaya geser dasar dan distribusi gaya lateral seiring ketinggian bangunannya. Rincian peraturan ketahanan terhadap gempa yang tercantum dalam tiga kode bangunan dari tiga negara, yakni Jepang tahun 1981 (BSLJ), USA tahun 2000 (IBC), dan Iran tahun 1999 (ICS), beserta kesamaan dan perbedaan antara ketiganya dipaparkan dalam makalah ini.

Pertama-tama, kode bangunan dan latar belakangnya akan diperkenalkan. Kemudian prosedur perancangan yang tercantum dalam ketiga kode tersebut dipaparkan. Selanjutnya akan dibahas secara rinci panduan untuk menghitung beban gempa dari (1) koefisien geser bawah tanah, (2) zona gempa, (3) konten spectral, (4) period fundamental, dan (5) efek dari berat sendiri bangunan. Pembahasan perhitungan ini disertai juga dengan perbandingan metode perhitungan antar masing-masing kode. Setelah perbandingan perhitungan gaya gempa, selanjutnya akan dibandingkan (1) metode distribusi pada bangunan sesuai dengan ketinggiannya, (2) perbandingan torsi, dan (3) koefisien geser pondasi. Pada tahap berikutnya akan dibandingkan pula pertimbangan lain dalam masing-masing kode seperti batas geser bangunan bertingkat dan koefisien pengurangan momen putar. Terakhir, akan dipaparkan pula metode analisis dinamis yang diterapkan pada bangunan tak beraturan dan bangunan yang tidak umum bentuknya.

Meskipun ketiga kode yang dibandingkan ini berbeda pada rincian-rinciannya, ketiganya memiliki kesamaan konsep dan memiliki banyak komponen yang dapat dibandingkan. Perbandingan pada makalah ini menunjukan bahwa Kode Gempa Iran memiliki banyak kesamaan dengan Kode Gempa USA, sementara Kode Gempa Jepang berbeda dari dua yang lain.

 

Pendahuluan

Gempa di seluruh dunia telah mempengaruhi perkembangan rancangan tahan gempa di berbagai negara dan perbaikan sangat dibutuhkan di banyak daerah. Peningkatan yang signifikan selama 50 tahun di Jepang dan USA menyebabkan perbandingan Kode Gempa kedua negara tersebut dan negara-negara lain tidak terhindarkan.

Jepang

Peraturan Standar Bangunan di Jepang (Building Standard Law in Japan / BSLJ) telah diberlakukan sejak tahun 1950 (pasca Perang Dunia II) untuk perlindungan jiwa, kesehatan masyarakat dan bangunan, serta peningkatan keamanan publik. Metode perancangan tahan gempa yang berlaku di Jepang saat ini mempertimbangkan berbagai revisi peraturan, notifikasi, dan perkuatan sejak tahun 1981 dalam Peraturan Standar Bangunan (BSL). Peraturan ini diterbitkan setelah lima tahun proyek penelitian berskala nasional dan tiga tahun tinjauan ulang. Terdapat edisi bari dari Kode Gempa Jepang yang diterbitkan pada tahun 2000, namun edisi tersebut tidak dimasukan ke dalam makalah ini. Kode Gempa tahun 1981 masih berlaku, sementara edisi yang baru diperlakukan sebagai prosedur tambahan dari peraturan yang sudah ada.

USA

Kode Bangunan Internasional (International Building Code / IBC) edisi tahun 2000 yang diterbitkan oleh USA disusun berdasarkan kode bangunan sebelumnya (NEHRP) serta penambahan hasil riset terbaru. Edisi tersebut dimaksudkan untuk menyediakan dokumen rujukan bagi komunitas penyelenggara bangunan gedung dan khususnya pengembangan ketahanan gempa di seluruh USA.

Iran

Gempa yang terjadi di Manjil Iran pada 20 Juni 1990 telah mendorong adanya terobosan di Iran dalam aktifitas riset maupun praktis yang terkait dengan gempa, mulai dari perencanaan mitigasi bencana gempa hingga perbaikan Kode Bangungan (ICS). Gempa ini menjadi perhatian publik dan pihak otoritas pemerintah. Peristiwa bencana ini diikuti dengan Dekade Internasional untuk Penanggulangan Bencana Alam (International Decade for Natural Disaster Reduction / IDNDR), yang melibatkan berbagai institusi dan organisasi dalam proyek-proyek riset serta studi-studi yang relevan. Organisasi yang telah ada juga menjadi lebih aktif dalam mengurangi dampak dari bencana gempa. Terdapat setidaknya dua organisasi pusat dan beberapa kepanitiaan yang didirikan untuk menghasilkan usaha yang lebih efektif dan meliputi berbagai aspek pada program pengurangan dampak bencana gempa. Pusat Pencegahan Bencana Nasional (National Disaster Prevention Center / NDPC) dan Pusat Studi Gempa Tehran (Center for Earthquake Studies of Tehran / CEST) adalah dua contoh organisasi pusat yang didirikan, yang tugasnya pada tahap awal adalah untuk merevisi Kode Perancangan Bangunan Tahan Gempa Iran (Iranian Code for Seismic Resistance Design of Buildings / ICS). Pada tahun 1999, penggunaan edisi revisi dari kode tersebut adalah keharusan bagi insinyur yang terlibat dalam perancangan bangunan.

 

Prosedur Perancangan

Dalam prosedur perancangan BSLJ (Jepang), reaksi tekan dan tarik yang disebabkan oleh gaya geser lateral dari gempa tingkat menengah dihitung, kemudian profil struktur dirancang untuk menanggung beban kombinasi dari beban permanen dan beban gempa, menggunakan Metode Beban Kerja (Working Stress Design Method / WSM, lihat Tabel 1).  Selain itu, pada bangunan yang lebih tinggi dari 31 meter dan pada bangunan tidak beraturan, perhitungan kekuatan geser lateral setiap lantainya diperlukan dan tidak boleh kurang dari kekuatan geser lateral yang dipersyaratkan untuk ketahanan atas gempa yang besar. Pada bangunan yang tingginya melebihi 60 meter, diperlukan izin khusus dari kementerian pertanahan, infrastruktur, dan transportasi serta review terperinci atas perilaku dinamis struktur dari dewan tenaga ahli yang ditunjuk. Dalam IBC (USA), untuk perancangan dengan metode tegangan ijin dan kekuatan ijin, elemen dan komponen harus dirancang untuk tahan terhadap gaya-gaya seperti pada Tabel 1. Pada IBC, beban kombinasi 1 digunakan ketika efek dari gerakan gempa di permukaan bumi searah (additive) dengan gaya-gaya akibat gravitasi. Sementara itu beban kombinasi 2 digunakan ketika efek dari gerakan gempa di permukaan bumi berlawanan (counteract) gaya-gaya akibat gravitasi.  Dalam ICS (Iran), gaya-gaya pada profil struktur dihitung atas beban yang ditanggung dan dirancang atas beban kombinasi yang berbeda-beda menggunakan Metode Beban Kerja (Working Stress Design Method / WSM) pada struktur baja dan menggunakan Metode Perencanaan Batas (Limit State Design Method/ LSD) pada struktur beton (lihat Tabel 1).

Tabel 1 Kombinasi beban untuk perancangan tahan gempa

Kode Beban Kombinasi 1 Beban Kombinasi 2
BSLJ D + L + E D + L + S + E
IBC ½ D + f1L + Em 0.9 D + Em
ICS D + 1.2 L + 1.2 E 0.85 D + 1.20 E
D: beban mati; E: beban gempa; L: beban hidup; S: beban salju; Em: beban gempa maksimum; f1: koefisien senilai 0.5 atau 1.0 untuk beragam beban hidup

Beban Gempa / Seismic Load (E)

Koefisien Geser Dasar (Base Shear Coefficient)

Dalam BSLJ (Jepang), koefisen lateral gempa untuk gempa tingkat sedang ditentukan dengan Persamaan 1 di mana Z adalah koefisien zona gempa, Rt adalah koefisien perancangan spectral, Ai adalah faktor distribusi geser lateral dan C0 adalah koefisien deser dasar = 0.2. Sedangkan pada gempa tingkat bahaya, koefisien lateral gempa dihitung menggunkan Persamaan 2, di mana Ds adalah koefisien struktur dan Fes adalah faktor bentuk dan C0 = 1.0

Ci = Z Rt Ai C0                                                                                                                      (1)

CB = Ds Fes Z Rt C0                                                                                                              (2)

Sementara itu dalam IBC (USA), koefisien lateral gempa ditentukan menggunakan Persamaan 3, di mana Ie adalah faktor tingkat pentingnya hunian/fungsi, R adalah faktor respon modifikasi, dan SDS adalah percepatan respon spectral rancangan pada periode pendek.

                                                                                                                             (3)

Nilai dari koefisien respon gempa, Cs, pada perhitungan tersebut tidak boleh melebihi nilai Pertidaksamaan 4, 5, dan 6; di mana SDI adalah percepatan spektral rancangan pada periode detik pertama, S1 adalah respon spektral maksimum pada periode detik pertama, dan T adalah periode fundamental bangunan.

                                                                                                                           (4)

CS ≥ 0.044 SDS IE                                                                                                                 (5)

                                                                                                                              (6)

Nilai koefisien geser dasar dalam ICS dihitung menggunakan Persamaan 7, di mana A adalah percepatan dasar rancangan (dalam g), B adalah koefisien respon bangunan, I adalah faktor tingkat pentingnya hunian/fungsi, dan R adalah koefisien perilaku bangunan. Nilai dari CB dalam Persamaan 7 tidak boleh lebih kecil dari 10% Percepatan Dasar Rancangan.

                                                                                                                           (7)

Zona Gempa

Peta zonasi gempa dalam BSLJ (Jepang) pada gambar 1 hanya mengindikasikan tingkat kegempaan relatif, membagi Jepang pada tiga zona. Koefisien zona gempa (Z) bernilai 1.0, 0.9, 0.8, dan 0.7. Tidak dijelaskan bagaimana angka-angka ini berhubungan dengan kecepatan, ataupun periode balikan. Dengan menggunakan koefisien geser standar C0, resiko gempa terbagi menjadi dua: C0 = 0.2 mewakili gerak gempa tingkat sedang dan C0 = 1.0 mewakili gerak gempa tingkat berbahaya. Dengan demikian percepatan muka bumi maksimum adalah 0.08g untuk gerak gempa tingkat sedang dan  0.4g untuk gerak gempa tingkat bahaya, dengan asumsi faktor perbesaran untuk struktuk pada periode pendek adalah 2.5 ke muka tanah.

Gambar 1 Peta zona gempa Jepang

Berbeda dengan peta zonasi gempa di Jepang, pada IBC (USA), peta zona gempa memperlihatkan percepatan respon spectral gempa maksimum pada periode pendek, Ss dan periode detik pertama, S1. Peta ini dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.

Gambar 2 Peta zona gempa USA berdasarkan percepatan respon spektral 0.2 detik

Gambar 3 Peta zona gempa USA berdasarkan percepatan respon spektral 1.0 detik

Sementara itu, peta zonasi gempa pada ICS (Iran) di Gambar 4 menunjukan klasifikasi wilayah berdasarkan percepatan dasar rancangan yang disarankan, dilambangkan dengan A. Peta ini membagi Iran ke dalam 3 zona, yakni zona dengan nilai A = 0.35 untuk area dengan bahaya gempa tinggi, A = 0.25 untuk area dengan bahaya gempa sedang, dan A = 0.20 untuk area dengan bahaya gempa relatif rendah.

Gambar 4 Peta zona gempa Iran

Konten Spektral

Di dalam BSLJ (Jepang), koefisien faktor spektral rancangan, Rt ditentukan dengan bantuan Tabel 2 dan Gambar 5, dimana T adalah periode alami fundamental suatu bangunan dan Tc adalah periode kritis yang bernilai 0.4, 0.6, dam 0.8 untuk jenis tanah tipe I, II, dan III.

Tabel 2 Perhitungan koefisien faktor spektral rancangan BSLJ

T

T < Tc

Tc < T < 2Tc

2Tc < T

Rt

1

Gambar 5 Koefisien spektral rancangan (versi BSLJ Jepang)

Di dalam IBC (USA), kurva spectrum respon harus dikembangkan seperti ditunjukan pada Gambar 6 dan mengikuti ketentuan sebagai berikut. Untuk periode kurang atau sama dengan T0, percepatan respon spectral rancangan, Sa, harus dihitung menggunakan Persamaan 8; di mana T adalah periode fundamental struktur dan T0 dihitung menggunakan T0 = 0.2 SD1/SDS. Untuk periode lebih besar atau sama dengan Ts, maka Sa dianggap sama dengan SDS yang dihitung menggunakan Persamaan 9, di mana Fa adalah koefisien tapak dan Ss nilainya diambil dari Gambar 2.

Gambar 6 Koefisien spektral rancangan (versi IBC USA)

                                                                                                             (8)

                                                                                                                                  (9)

Sementara itu untuk periode lebih besar dari Ts, nilai Sa dihitung dengan menggunakan Persamaan 10 dan Persamaan 11, di mana Fv adalah koefisien tapak dan S1 nilainya diperoleh dari Gambar 3.

                                                                                                                                        (10)

                                                                                                                                  (11)

Di dalam ICS (Iran), koefisien respon rancangan suatu bangunan, B, seperti digambarkan pada Gambar 7, ditentukan menggunakan Persamaan 12; di mana T0 adalah koefisien yang bernilai 0.3, 0.4, 0.5 dan 0.7 untuk jenis tanah tipe I, II, III, dan IV.

Gambar 7 Faktor respon rancangan (versi ICS Iran)

                                                                                                               (12)


Terjemahan paper bagian 1 dari 2 bagian.

One Reply to “[Bagian 1/2] Perbandingan Panduan Bangunan Tahan Gempa 3 Negara: Jepang tahun 1981 (BSLJ), USA tahun 2000 (IBC) dan Iran tahun 1999 (ICS)”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *