4 Dradjat To Ppt

Fakta:  Gedung tinggi didisain berdasarkan existing prescriptive Code*)  Target disain Life Safety dengan gempa disain 475 th,  Menggunakan software komersial termasuk push-over analysis. *)

Yang terakhir: 2009 IBC, ASCE 7-05

LATBSDC & CTBUH:  Ketentuan Code yang umum tidak semua berlaku untuk gedung tinggi,  Ada beberapa hal yg khas gedung tinggi yang belum dicakup  Disain bisa kurang aman dan efektif.

 Deformasi ada 3 tipe:

› Overall building movements › Story drift and other internal relative deformations, › Inelatic deformation of structural components and elements

 Story Drift:

› Rigid Body Displacement › Racking (shear) deformation

1. High base overturning moment and foundation design (wind, seismic), 2. High shear demand near base, 3. High gravity stress in the vertical elements (and use of high-strength materials)to minimize structural sizes for economical structural design and to maximaize net floor area, 4. Differential axial shortening under gravity forces, including effect on floor slope and outrigger force demands,

5. Development of ductility in elements at the base of a structure under high compressive gravity stress (seismic), 6. Controlling lateral accelerations (wind), 7. Controlling story drift (wind seismic), 8. Controlling damage so as to enable repar (seismic), 9. Ensuring ductile energy dissipation mechanism and preventing brittle failures (seismic).

Keterkaitan akurasi modelling dengan kondisi aktual di lapangan. Keterkaitan soil-structure interaction dengan demand dan earthquake input spectra

 Kajian dan uraian ditail mengenai proses disain struktur telah banyak dibicarakan,  Masalah yang ada, konseptual dan prosedural, kompleks tetapi telah banyak tersedia bahasan2 terkait, misal dari FEMA dll.,  Saat ini dikedepankan butir-butir utama dari kontribusi pondasi terhadap respon total dari gedung tinggi terhadap beban gempa.

 Tanah pada lokasi dan “bentuk” dari pondasi gedung dapat mempengaruhi seismic response dan performance dari gedung: › Modifikasi dari seismic input terhadap gedung dibandingkan dengan free field atau pada suatu kedalaman dari suatu kolom tanah; › Penambahan dari fleksibilitas dan damping therhadap sistem soil-foundation-buildings yang cenderung memperpanjang perioda gedung dan mengubah demands.

 Geotechnical Parameters,  Rocking and Translation,  Soil-Structure Interaction,  Foundation embedment,

Assumed bedrock level Assumed free field level Assumed top of basement

Using free field spectrum will produce grerater demands on structural and non-structural components than analysis using the basement spectrum

Rangkuman target dan prosedur disain

The permissible amount of damage, given that design hazards are experienced

ASCE 7-05 merekomendasikan Maximum Considered Earthquake = gempa dengan perioda ulang 2500 th yg dibatasi oleh nilai deterministik

 Adopsi dari Capacity Design untuk memproporsikan sistem struktur gedung, › life safety design concept, gempa 475 th,

 Evaluasi terhadap kondisi layan,  Evaluasi terhadap kondisi gempa near collapse. › Saat ini belum ada kesepakatan gempa berapa tahun. Bisa 975 th bisa juga 2475 th.

 Gedung perkantoran 15 lantai dengan 4 bentang pada arah US dan T-B: › Panjang Bentang = 8m › Tinggi antar lantai = 3.5 m

 Material beton bertulang dengan f’c = 30 MPa dan tulangan BJTD 40  Gedung berada di wilayah yang ekivalen dengan wilayah gempa 4 (SNI 1726-02) dengan kondisi tanah sedang.  Kriteria Desain mengacu pada IBC 2006 dan ASCE 7-05

START : • Dimensioning • Design Code Requirement

STEP 1

• Serviceability • 3D Response Spectrum Analysis • Return period of 43 Years

STEP 2

• Life Safety • 3D Response Spectrum Analysis • Return period of 475 Years

As comparison performed 3D Nonlinear Response History Analysis

STEP 3

• Collapse Prevention • 3D Nonlinear Response History • Return period of 2475 Years

 Peta gempa SNI 03-1726-02 adalah peta berdasrkan gempa dengan probabilitas 10% terlampaui untuk gempa 50 tahunan atau perioda ulang 500 tahun dan dapat digunakan untuk analisis Step 2.  Untuk Wilayah Gempa 4 (Percepatan Puncak Batuan Dasar = 0.2 g) untuk kondisi tanah sedang (site class D) maka percepatan Puncak Muka Tanah Ao= 0.28g atau jika diekivalen dengan peraturan IBC 2006 maka diperoleh › SDS = 2.5 Ao = 0.7g › SD1 = Ar = 0.42g  Faktor keutamaan bangunan (Importance Factor) , I = 1)

Based on ASCE 7 – 2005/IBC 2006



Location

Response Building Frame Direction Type

R

o

Cd

Wilayah Gempa 4

N-S direction

Special Moment Resisting Frame

8

3

5.5

E-W direction

Special Moment Resisting Frame

8

3

5.5



Importance factor , I = 1.

 Aproksimasi perioda struktur dihitung berdasarkan rumusan:

 Untuk Concrete Moment Resisting Frame maka : › Ct = 0.0466 › X = 0.9 › hn = 52.5 m › Ta = 1.65 sec

 Batas atas perioda struktur berdasrkan ASCE 7-05 / IBC 2006 adalah: T = Cu Ta

maka pada batas atas perioda struktur pada kedua arah utama bangunan adalah T = 1.4 x 1.65 = 2.31 sec

33

Mode

% of Effective Mass Represented by Mode **

Period*

E-W

Description

N-S First Mode N-S

1 2 3 4

2.15 2.05 1.81 0.68

0.0 65.8 0.0 0.0

(0.0) (65.8) (65.8) (65.8)

65.5 0.0 0.0 9.2

(65.5) (65.5) (65.5) (74.7)

Second Mode N-S

5

0.65

9.3

(75.1)

0.0

(74.7)

Second Mode E-W

6 7 8 9 10 11 12

0.58 0.38 0.36 0.32 0.25 0.25 0.22

0.0 0.0 5.7 0.0 0.0 13.4 0.0

(75.1) (75.1) (80.8) (80.8) (80.8) (94.1) (94.1)

0.0 5.5 0.0 0.0 13.0 0.0 0.0

(74.7) (80.2) (80.2) (80.2) (93.2) (93.2) (93.2)

* Based on gross section properties ** Accumulated mass in parentheses

First Mode E-W First Mode Torsion

Second Mode Torsion Third Mode N-S Third Mode E-W Third Mode Torsion Fourth Mode N-S Fourth Mode E-W

Fourth Mode Torsion

Method of Period Computation

Periods (in Second)

Decription

E-W

N-S

1.65

1.65

ASCE 7-05/IBC 2006

2.31

2.31

ASCE 7-05/IBC 2006

SAP2000 (gross)

1.68

1.65

SAP2000(cracked)

2.14

2.14

Appoximate Ta Upper limit T = Tax Cu

- Propertis kekakuan untuk penampang retak “cracked sections “ adalah balok: Ieff = 0.35 Ig ; Kolom: Ieff = 0.7 Ig ; - Perioda yang digunakan dalam analisis ekivalen gaya lateral berada pada kisaran Ta dan T.



Based on ASCE 7 - 2005 Response Direction

Building Frame Type

T (sec)

Cs

V (kN)

N-S

Special Moment Resisting Frame

2.15

0.086

3690

E-W

Special Moment Resisting Frame

2.05

0.083

3550

Response Direction

Elastic Deflection, Ds, (mm)

Total drift

Inelastic Deflection Cd x Ds, (mm)

Drift Limit

N-S

61

0.12 %

335.5 (0.64%)

2%

E-W

53

0.10%

291.5 (0.55 %)

2%

 Prosedur mengikuti step 3 yaitu 3D Nonlinear Response History Analysis  Percepatan gempa yang digunakan adalah gempa dengan probabilitas 10% terlampaui unuk gempa 50 tahunan atau gempa dengan perioda ulang 500 tahunan.  Percepatan gempa diskalakan sesuai dengan percepatan dasar permukaan berdasarkan respon spektra rencana terhadap percepatan puncak gempa riwayat waktu. Faktor Skala = Ao / a max Ao = percepatan dasar perumukaan respon spektra rencana a max = percepatan puncak gempa riwayat waktu yang dipilih

Earthquake

Peak Acceleration (amax)

Scale factor 43 year

475 year

2475 year

El-Centro NS

0.348 g ( 3.413 m/s2)

0.281

0.804

1.005

Kobe NS

0.836 g (8.205 m/s2)

0.117

0.335

0.418

Pacoima / Northridge

1.283 g (12.599 m/s2)

0.076

0.218

0.272

Kobe EL-Centro

Pacoima

Cd x Ds

Cd x Ds

Cd x Ds

Cd x Ds

EL-CENTRO (475 year return period)

KOBE (475 year return period)

PACOIMA (475 year return period)

 Gempa Rencana yang digunakan berdasarkan perioda ulang 43 tahun atau 50% terlampaui dengan gempa 30 tahun.  Respons spektra rencana untuk perioda ulang 43 tahun dapat diambil berdasarkan ratio respons spektra terhadap peioda ulang 475 tahun.  Percepatan gempa diskalakan sesuai dengan percepatan dasar permukaan berdasarkan respon spektra rencana terhadap percepatan puncak gempa riwayat waktu. Faktor Skala = Ao / a max Ao = percepatan dasar perumukaan respon spektra rencana a max = percepatan puncak gempa riwayat waktu yang dipilih

Ds

Ds

Ds

Ds

EL-CENTRO

KOBE

PACOIMA

 Gempa Rencana yang digunakan berdasarkan perioda ulang 2500tahun atau 2% terlampaui dengan gempa 50 tahun  Maka untuk Wilayah Gempa 4 (Percepatan Puncak Batuan Dasar = 0.2 g). Maka perkiraan › SS = 2.5 A’o = 3/2 SDS /Fa = 0.875 g A’o= 0.35 g › SD1 = Ar = 3/2 SD1 /Fv = 0.394 g

Cd x Ds

Cd x Ds

Cd x Ds

Cd x Ds

EL-CENTRO

KOBE

PACOIMA

 Analisis dan khususnya disain yang didasarkan pada konsep nonlinear 3-D dynamic time history tidak mudah untuk dikerjakan dan dipahami,  Perlu penguasaan dan pemahaman basic dan mekanik dari respon struktur dan elemennya terhadap beban dinamik di mana materialnya mungkin masuk ke area nonelastic,

 Sesuai proses konstruksi dan kondisi sehari hari, pemahaman mengenai dampak dari beban gravitasi (termasuk berat sendiri) dapat dijadikan titik tolak berarti bagi pemahaman respon terhadap beban lain, khususnya gempa,  Penentuan target performance dan performance criteria perlu dipahami bersama dengan baik, termasuk konsekuensi non-teknisnya.

 Praktis semua gedung tinggi didisain mengikuti rekomendasi dari Code yang ada (strength based – prescriptive),  Mengingat hal-hal di atas dan adanya kemungkinan peningkatan beban gempa (pga) dari 0.15g → 0.22g, perlu dikaji performance dari gedung tinggi yang ada terutama yang diinginkan memiliki immediate occupancy target

 Alternatif yang dikedepankan oleh LATBSDC-2005 dapat dijadikan pegangan untuk proses kajian tersebut,  Diperlukan: › Mikrozonasi yang baik dan akurat, › 7 data akselerasi gempa yang “SESUAI” dengan kondisi kota Jakarta, › Keduanya perlu diupayakan menjadi PUBLIC DOMAIN, mengingat tercapainya public safety dan target investasi yang optimum.

 The ground motion shall be one having a 50% probability of being exceeded in 30 years (mean recurrence interval of 43 years) and shall not be reduced by the quantity R.  A three-dimensional mathematical model  The stiffness properties used shall be in accordance with 2002-LABC  Elastic response spectrum analysis shall be performed.  Modal responses shall be combined using the Complete Quadratic Combination (CQC) method.  Accidental torsion is not required.  The following load combinations shall be used: › 1.0D + 0.5L + 1.0Ex + 0.3Ey (1) › 1.0D + 0.5L + 0.3Ex + 1.0Ey (2)  The structure shall be deemed to have satisfied the acceptability criteria for this step if none of the members exceed the applicable LRFD limits for steel members or USD limits for concrete members (φ = 1.0).

 The ground motion shall be one having a 10% probability of being exceeded in 50 years (mean recurrence interval of 475 years)  A three-dimensional mathematical model  The stiffness properties used shall be in accordance with 2002-LABC  Elastic response spectrum analysis of the three dimensional structure shall be performed and may be reduced by the quantity R for

purposes of design.

 Modal responses shall be combined using the Complete Quadratic Combination (CQC) method.  Accidental torsion is required.  The following load combinations shall be used: › 1.0D + 0.5L + 1.0Ex + 0.3Ey (1) › 1.0D + 0.5L + 0.3Ex + 1.0Ey (2)

 The structure shall satisfy all relevant 2002-LABC requirements

 The ground motion shall be one having a 2 % probability of being exceeded in 50 years (mean recurrence interval of 2475 years), atau didasarkan pada return period yang disepakati para pihak terkait, misal sama dengan LATBSDC-2005 & 2008, yaitu 10% poe 100 th.  A three-dimensional mathematical model

 A suite of seven or more appropriate ground motion time histories shall be used in the analysis.  Ground motion histories and their selection shall comply with the requirements of ASCE 7-05 and shall be scaled according to the provisions of Section 17.3.2 of ASCE 7-05.  P-Δ effects shall be included in all nonlinear response history analyses.  Strength of elements shall be based on expected values (φ = 1.0) considering material overstrength.

 The hysteretic behavior of elements shall be modeled consistent with suitable laboratory test data or applicable modeling parameters for nonlinear response analyses published in FEMA-356.  Accidental torsion is not required.  The following load combinations shall be used: › 1.0D + 0.5L + 1.0Ex + 1.0Ey (1) › 1.0D + 0.5L + 1.0Ex + 1.0Ey (2)

 The nonlinear deformations shall be limited to the FEMA-356 Primary Collapse Prevention limits

 Disain bangunan (sangat) tinggi tidak lagi dapat disandarkan pada konsep strength based prescriptive code yang target utamanya ditujukan untuk mengatur bangunan non tinggi yang standar,  Alternatif Performance-Based yang disampaikan oleh LATBSDC secara konseptual lebih rasional dan mudah diikuti jadi seyogyanya dijadikan pegangan untuk mengevaluasi ataupun merencanakan gedung tinggi di wilayah gempa di Indonesia.

 Untuk mendukung proses dan hasil disain yang lebih baik, seyogyanya segera diupayakan tersedinya:

› 7 data akselerasi gempa yang sesuai dengan karakter sumber gempa dan tanah Indonesia, › Data Microzonasi lengkap bagi wilayah berkembang dengan potensi gedung tinggi yang signifikan, seperti Jakarta dan beberapa kota besar lainnya.

 Kesepakatan para pihak terkait atas nilai perioda ulang untuk gempa ekstrim (near collapse).

 Studi kasus dilakukan menggunakan software SAP 2000 v.12.02 dengan bantuan TY LIN International, Singapore.

1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8. 9.

LATBSDC, “An Alternative Procedure for Seismic Analysis and Design of Tall Buildings Located in the Los Angeles Region”, 2005 Edition, LATBSDC, “An Alternative Procedure for Seismic Analysis and Design of Tall Buildings Located in the Los Angeles Region”, 2008 Edition, LATBSDC, “Benefits of Performance Based Design for Tall Buildings”, ICC LA Basin chapter Meeting, July 2009, Naeim, F., “Performance Based Earthquake Engineering for Tall Building”, LATBSDC, 2009. CTBUH, “Recommendation for the Seismic Design of High-Rise Buildings”, 2008, 2006 International Building Code, ICC Inc., ASCE /SEI 7-05, “Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures”. 2009 International Building Code, ICC Inc., FEMA 451b, “NEHRP Recommended Provisions for New Buildings and Other Structures” – Training and Instructional Materials, June 2007.