[Bagian 2/2] 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 berjudul “Comparison of Seismic Codes of 1981 Japan (BSLJ), 2000 USA (IBC), and 1999 Iran (ICs) oleh Marjan Faizian dan Yuji Ishiyama terbitan tahun 2004 di Kanada. Penulis pada saat itu merupakan seorang PhD Candidate dari Swiss Federal Institute of Technology (Marjan Faizian) dan seorang Profesor di Graduate School of Engineering, Hokkaido University Japan (Yuji Ishiyama). Bagian pertama artikel bisa dibaca di sini.

Memperkirakan Periode Fundamental

Dalam BSLJ, periode fundamental alami suatu bangunan, T, ditentukan melalui Persamaan 13, di mana H adalah ketinggian bangunan (dalam meter), dan α merupakan rasio dari total tinggi konstruksi baja terhadap ketinggian bangunan (α = 0.0 untuk beton dan α = 1.0 untuk baja)

T = H (0.02 + 0.01 α)                                                                                                                        (13)

Dalam IBC, T harus ditentukan dari pertimbangan properti struktur dan karakter deformasi dari elemen-elemen penahan, atau T dianggap sama dengan periode fundamental prakira Ta dengan menggunakan Persamaan 14. (T tidak boleh melebihi produk koefisien untuk batas atas periode yang dihitung, Cu, yang diteroleh dari Tabel 3. Periode fundamental prakira, Ta, dimana CT adalah koefisien periode bangunan yang setara dengan 0.085, 0.073, dan 0.049 untuk struktur bangunan yang berbeda-beda, dan hn adalah ketinggian dari atas pondasi hingga bagian bangunan tertinggi (dalam meter).

Ta = CT hn3/4                                                                                                                                         (14)

Tabel 3 Produk koefisien untuk batas atas (versi IBC)

*SDI ≥ 0.4 0.3 0.2 0.15 ≤ 0.1
Cu 1.2 1.3 1.4 1.5 1.7

*SD1 = Percepatan Respon Spektral Rancangan pada detik pertama

Penentuan Ta dengan menggunakan Persamaan 15 berlaku pada bangunan dengan frame penahan momen yang tidak melebihi 12 lantai dan mínimum ketinggian antar lantai adalah 3 meter. (N adalah jumlah lantai)

                                Ta = 0.1 N                                                                                                                                             (15)

Dalam ICS, T ditentukan menggunakan Persamaan 16, disesuaikan dengan karakteristik bangunannya.

                                T = 0.08H3/4 (beton)

                                T = 0.07H3/4 (baja)

                                T = 0.05H3/4 (bangunan lainnya)                                                                                                 (16)

Gambar 8 berikut ini menunjukan perbandingan nilai T yang dihitung menggunakan persamaan-persamaan di atas. Semua rumus menunjukan bahwa semakin tinggi bangunan, semakin lama pula periode fundamental bangunan tersebut. Akan tetapi, hasil yang meluas seperti ditunjukan oleh grafik, juga menunjukan bahwa perkiraan nilai T yang akurat dengan rumus sederhana dan hanya sedikit parameter sangatlah sulit. Terdapat cara-cara lain untuk menghitung T secara akurat pada masing-masing kode.

 

Gambar 8 Perbandingan nilai T dari perhitungan ketiga kode bangunan

Perilaku Struktur

Di dalam BSLJ, suatu bangunan harus berada dalam range elastis ketika menerima gerak gempa tingkat sedang. Oleh karena itu, kapasitas penyerapan energi tidak diperhitungkan ketika koefisien geser dasar C0 = 0.2. Pada kasus gerak gempa tingkat tinggi, bangunan akan memberikan respon in-elastik. Pada kasus ini BSLJ mensyaratkan agar kekuatan geser lateral setiap lantai tidak kurang dari nilai geser lateral dimana C0 = 1.0.

Dalam IBC, sistem tahan gempa lateral dan vertikal yang paling dasar harus merespon jenis struktur termasuk keterbatasannya dalam desain tahan gempa terkait ketinggian bangunan. Koefisien modifikasi respon yang tepat, R, kemudian faktor perbandingan antara sistema dan kekuatan, Ω0, serta faktor perbesaran penurunan struktur, Cd, harus digunakan dalam menentukan nilai geser dasar, desain gaya-gaya pada elemen, dan desain pergeseran lantai bangunan.

Dalam ICS, R, yang mewakili kemampuan bangunan dalam menyerap energi dan menunjukan faktor-faktor pendukungnya seperti material, peredam, tipe struktur, dan kapasitas daktil bangunan.

Faktor tingkat pentingnya suatu bangunan, dan efek dari profil tanah dan pondasi.

BSLJ tidak memasukan faktor tingkat pentingnya bangunan, sebab estándar mínimum ketahanan gempa berlaku untuk semua jenis bangunan. Dalam IBC dan ICS, tingkat pentingnya bangunan merujuk pada fungsi bangunan tersebut. Dalam ketiga kode bangunan, efek dari profil tanah dimasukan ke dalam pertimbangan faktor-faktor lainnya, seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.

Berat Sendiri Bangunan

BSLJ menyebutkan bahwa berat banguan adalah total beban mati dan sebagian dari beban hidup. Dalam area-area yang memiliki curah salju yang tinggi, beban salju harus diperhitungkan. Beban hidup yang dimasukan ke dalam berat bangunan adalah 0.6 kN/m2 untuk bangunan tempat tinggal dan 0.5 kN/m2 untuk perkantoran; nilai yang setara dengan sepertiga beban hidup yang dirancangan untuk pembebanan lantai bangunan.

Dalam IBC, beban struktur efektif terhadap gempa mencakup total beban mati dan beberapa beban lain, di antaranya: (1) pada daerah gudang / penyimpanan, beban hidup dimasukan 0.25 dari total beban hidup yang disarankan; (2) pada area di mana dinding penyekat digunakan, maka berat dinding tersebut atau nilai minimum 0.48 kN/m2 (mana saja nilai yang lebih besar) harus disertakan; (3) berat total dari peralatan permanen yang digunakan; dan (4) 20 persen dari beban salju atap datar apabila beban tersebut lebih besar dari 1.44 kN/m2. Dalam ICS, total berat bangunan mencakup total berat sendiri dan beban hidup yang dirinci di dalam Tabel 4.

Tabel 4 Persentase perhitungan beban hidup (versi ICS)

Letak Beban Hidup Persentase Beban Hidup
Atap miring dengan tingkat kemiringan 20% atau lebih 0
Atap datar atau atap dengan kemiringan kurang dari 20% 20
Hunian, gedung administrasi, hotel 20
Rumah sakit, sekolah, supermarket, dan bangunan pertemuan 40
Gudang dan perpustakaan 60
Penampungan air dan cairan lainnya 100

Distribusi Beban Gempa

Dalam BSLJ, Koefisien Geser Gempa Lateral yang diberikan kepada setiap lantai, dihitung dengan mengalikan koefisien geser dasar dengan factor distribusi geser lateral Ai yang diperoleh dari Persamaan 17 di mana αi adalah beban penormalan yang didefinisikan sebagai beban di atas level I dibagi total beban bangunan di atas tanah.

                                                                                                                                            (17)

Di dalam IBC, gaya-gaya yang bekerja pada setiap level harus dihitung menggunakan Persamaan 18, di mana wx adalah bagian dari beban struktur efektif gempa, W, pada level x. Kemudian SDS adalah 5 % peredaman percepatan respon spektral rancangan, yang setara dengan 2/3 SMS.

                                                                                                                                                              (18)

Di dalam ICS, nilai kecepatan geser dasar V dijelaskan setelah Ft. Ft diasuksikan terkonsentrasi di puncak suatu struktur, dan setara dengan 0.07 TV ≤ 0.25 V. Ft  dapat dianggap nol di mana T≤ 0.7 s. Sisa gaya-gaya didistribusikan sepanjang ketinggian bangunan, termasuk lantai paling atas, sesuai dengan Persamaan 19, di mana hx adalah ketinggian di atas pondasi (i=0) hingga ke level x.

                                                                                                                                               (19)

Torsi

Di dalam BSLJ, eksesntrisitas rancangan setara dengan hasil perhitungan eksentrisitas tanpa mempertimbangkan torsi setempat. Malahan, eksentrisitas kekakuan Re dari setiap lantai dibatasi agar kurang dari 0.15. Pada kasus Re melebihi 0.15, kekuatan geser lateral setiap lantai harus dihitung dan dipastikan agar tidak kurang dari geser ultima sesuai peningkatan yang disebabkan oleh faktor Fe. 1.0 hingga 1.5 apabila variasi kekakuan lateral kurang dari 0.6.

Dalam IBC, di mana diafragma tidak terlalu flexible, desain harus mencakup momen torsi, Mt. Selain itu, desain juga meliputi momen torsi setempat. Mta, yang disebabkan oleh dugaan perpindahan titik berat dari posisi awalnya. Nilai ini (jarak) adalah 5 % dari dimensi bangunan yang tegak lurus arah gaya yang bekerja. Untuk struktur dalam kategori C, D, E, dan F, di mana terdapat ketidak-beraturan torsi, efek pergeseran harus dihitung dengan mengalikan Mt  ditambah Mta pada setiap lantai dengan faktor perbesaran torsi, Ax, ditentukan dalam Persamaan 20

                                                                                                                                              (20)

Setiap bangunan, dalam ICS, terkecuali bangunan yang kurang dari 5 lantai atau tinggi 18 meter dengan eaj<0.05L; harus mempertimbangkan efek dari momen torsi, Mi:

                                                                                                                                                   (21)

Di mana eij adalah jarak horixontal dari pusat kekakuan pada lantai i dan pusat masa pada lantai j. Sementara itu eaj adalah jarak antara pusat masa dan pusat kekakuan pada lantai j, yang sekurang-kurangnya bernilai 5% dari dimensi bangunan (L) di masing-masing arah.

Pertimbangan lain

Batasan pergeseran lantai

Pada BSLJ, pergeseran masing-masing lantai yang disebabkan oleh gerak gempa tingkat sedang tidak boleh melebihi 1/200 dari ketinggian lantai tersebut. Nilai ini dapan meningkat hinggal 1/120, jika elemen nonstruktural tidak boleh mengalami kerusakan. Di dalam IBC, pergeseran lantai yang dirancang, Δ, harus dihitung sebagai perbedaan defleksi pada pusat masa di atas dan bawah lantai. Ketika metode ASD digunakan, Δ harus dihitung menggunakan gaya gempa tanpa membaginya dengan 1.4. Bagi struktur yang tergolong ke dalam kategori gempa C, D, E, dan F yang memiliki bentuk denah tidak beraturan, maka nilai pergeseran lantai Δ harus dihitung sebagai selisih terbesar dari defleksi pada sudut bangunan, di atas dan bawah lantai tersebut. Dalam ICS, pergeseran lantai pada tiap lantai tidak boleh melebihi 0.03/R dari ketinggian bangunan.

Analisis Dinamis

Dalam BSLJ, periode fundamental dari suatu bangunan dapat dihitung menggunakan metode dinamis yang diterima. Kemudian perhitungan lainnya dapat dihitung menggunakan nilai T yang diperoleh. Distribusi geser juga dapat ditentukan dengan SRSS atau menggunakan metode analisis dinamis lainnya, termasuk analisa rekam linear dan non-linear. Karena peraturan BSLJ hanya berlaku pada bangunan dengan ketinggian di bawah 60 meter, maka analisis dinamis diperlukan untuk bangunan struktur apapun di atas 60 meteer, berikut juga persetujuan dari mentri pertanahan, infrastruktur, dan transportasi. Dalam IBC, terdapat tiga metode analisis dinamis yang dapat digunakan: Analisis Modal Respon Spektral, Analisis Rekam-Jejak Linear, dan Analisis Rekam-jejak Non Linear. Dalam ICS, analisis dinamis diperlukan untuk bangunan di atas 50 meter dan juga bangunan dengan bentuk denah tidak beraturan. Terdapat dua metode yang digunakan dalam perhitungan, yaitu Analisis Dinamis Semu yang meliputi Analisis Modal SRSS atau CQC dan Spektrum Respon Rancangan; serta Analisis Rekam-Jejak dengan menggunakan accelograms.

Kesimpulan

Faktor-faktor utama, yang mempengaruhi Pedoman Perancangan Tahan Gempa pada ICS, BSLJ, dan IBC telah dipaparkan dan dibandingkan. Meskipun ketiga kode berbeda pada detilnya, namun terdapat komponen penting yang dapat dibandingkan satu sama lain. ICS (Iran) cukup mirip dengan IBC (USA), namun terdapat perbedaan sigifikan anatara kedua kode tersebut dan BSLJ (Jepang). Ketiga kode/ panduan ini mencantumkan resiko gempa, konten spektral, perilaku bangunan, serta pengaruh tanah dan pondasi terhadap pembebanan gempa. Tingkat pentingnya suatu bangunan dipertimbangkan dalam ICS dan IBC namun tidak pada BSLJ. Komponen lain yang terdapat dalam ketiga kode dan dapat dibandingkan adalah torsi, batasan geser lantai, dan analisis dinamis.

Referensi

  • [1] Ishiyama Y. and Rainer J. Hans. Comparison of seismic provisions of 1985 NBC of Canada, 1981 BSL of Japan and 1985 NEHRP of the USA. 5th Canadian conference, earthquake engineering, Ottawa, 1987.
  • [2] Ishiyama Y. Seismic Design Method for Buildings in Japan. Comparison of building design practices in the U.S. and Japan, ATC 15, Applied Technology Council, 1984.
  • [3] Regulations for Seismic design, a world list, IAEE, 1996
  • [4] Ishiyama Y. Japanese seismic design method and its history. Third US–Japan workshop on the improvement of building structural design and construction practice, ATC15-2, 1989.
  • [5] Regulations for Seismic design, a world list, 1996, Supplement2000, IAEE.
  • [6] International Code Council. International Building Code of USA, 2000.
  • [7] K. Chopra. Dynamics of structures. Prentice hall, 2000.
  • [8] Building and housing research center, Iranian code for seismic resistant design, 1999.

Leave a Reply

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