1. ANALISIS GAYA GEMPA RENCANA PADA
STRUKTUR BERTINGKAT BANYAK
DENGAN METODE DINAMIK RESPONS
SPEKTRA
Makalah 189-S
Restu Faizah1 dan Widodo2
• Program Beasiswa Unggulan BPKLN, Magister Teknik Sipil UII.
• Pengajar Magister Teknik Sipil FTSP UII.

2. Latar Belakang
Perkembangan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur
Bangunan Gedung di Indonesia:
1. SNI 1726-2002
 mengacu pada Uniform Building Code, UBC 1997,
 perumusan beban gempa memakai konsep wilayah gempa (seismic zone)
yang ditentukan berdasarkan perioda ulang gempa 500 tahun (probabilitas
terlampaui 10% dalam 50 tahun)
2. SNI 1726-2012
 mengacu pada American Society of Civil Engineers Standard, ASCE 7-05,
 perumusan beban gempa ditentukan berdasarkan perioda ulang gempa
2475 tahun (probabilitas terlampaui 2% dalam 50 tahun)
Dirasa perlu untuk melakukan investigasi kemungkinan
perubahan gaya geser dasar V akibat perubahan Code
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

3. Metode analisis untuk mengetahui besar gaya geser
dasar bangunan dan gaya horisontal tingkat:
 Ekuivalen
Statik versi SNI 1726-2002
 Ekuivalen
Statik versi SNI 1726-20 1 2
 Analisis
 Spektra
Analisis
History)
Dinamik Ragam Respons
Dinamik Riwayat Waktu (Time
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

4. 


Getaran tanah akibat gempa menimbulkan
getaran pada bangunan bertingkat, yang
dapat disederhanakan sebagai gaya geser
V yang bekerja pada dasar bangunan.
Gaya geser dasar V dipakai sebagai gaya
gempa rencana yang harus ditinjau dalam
perencanaan dan evaluasi struktur
bangunan gedung.
Gaya dinamik/
getaran gempa
V
Selanjutnya gaya geser V tersebut akan
didistribusikan ke tiap-tiap tingkat sebesar
Fi (gaya horisontal tingkat)
Gaya geser dasar V
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

5. SNI 1726-2002 dan SNI 1726-2012:
 Pengaruh gempa rencana pada bangunan regular
(ketinggian tidak lebih dari 40 m atau 10 tingkat) dapat
ditinjau sebagai pengaruh beban gempa ekivalen statik,
Analisis ekuivalen statik
 Pengaruh gempa rencana pada bangunan irregular
(ketinggian> 40 m atau 10 tingkat) harus ditinjau
sebagai pengaruh beban dinamik
Analisis dinamik
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

6. Karakteristik
Analisis ekuivalen statik :




lebih praktis,
penyederhanaan dari beban gempa dinamik, gaya horisontal Fi
bekerja pada pusat massa bangunan dan bersifat statik
hanya memperhitungkan kontribusi dari mode ke-1,
hanya cocok untuk bangunan yang cenderung kaku (bangunan
rendah)
Analisis dinamik :



relatif rumit (tidak praktis),
butuh banyak waktu (time consuming),
lebih mendekati respons bangunan yang sesungguhnya
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

7. Gaya geser dasar ekuivalen
statik respons spektrum SNI 03-1726, 2012
Bangun
Sa
SDS
SD1
Sa= ------T
SD1
T0
Ts
1
TL
SD1.TL
Sa= ---------T2
T
Gaya geser dasar V,
V = C s .W
1)

8. Nilai Cs, batas atas dan batas bawah berturut-turut
Cs =
S DS
,
( R / Ie )
Cs =
S D1
,
T ( R / Ie )
C s = 0,0044.S DS .I e > 0,01
2)
Menurut SNI 03-1726 2002
C
V = I .W
R
3)

9. Respon Spektrum disain
(SNI 1726-2002)
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013

10. Analisis Dinamik Respons Spektrum
Modal Amplitudo mode ke-j, Zj
Z j = Γj
C j .g
ω j2
4)
Modal displacement massa ke-i dan mode ke-j, Yi,j
Yi , j = φi , j .Z j
Yi , j = φi , j .Γ j
C .g
5)
ω j2
Simpangan massa ke-i melalui prinsip SRSS
n
Yi =
{Yi, j } 2
∑
j =1
6)

11. Gaya horisontal massa ke-i dan mode ke-j, Fi,j
n
{
}
Fi , j = mi .φ i , j .
Pj
M
∗
j
∗
{
.C j .g = mi .φ i , j
}
∑ m .φ
i
i =1
n
∑
ij
mi .φ ij 2
C j .g
7)
i =1
Gaya horisontal massa ke-i menurut SRSS
n
Fi =
∑ {F }
i, j
8)
2
j =1
Gaya geser dasar V,
n
Vi , j =
n
∑F =∑w φ
i, j
j =1
i
i, j
Γj C j
j =1
Vi , j = Ew j C j = Em j .PSA
9)

12. Analisis Dinamik Ragam Respon Spektra
(analisis dengan menggunakan spektrum respon / nilai-nilai maks)
SNI 1726-2002:
• Sudah disediakan spektrum respon
disain sesuai wilayah kegempaan.
• Dikalikan dengan faktor koreksi I/R.
• I adalah faktor keutamaan dan R
adalah faktor reduksi gempa
representatif.
C x I/R
C x I/R

13. Analisis Dinamik Ragam Respons Spektra
 Digunakan spektrum respon desain dengan parameter respon
ragam yang disesuaikan dengan klasifikasi situs dimana
bangunan tersebut akan dibangun, kemudian dibagi dengan
kuantitas R/I.
 Nilai untuk masing-masing parameter yang ditinjau, yang
dihitung untuk berbagai ragam, harus dikombinasikan
menggunakan metode Akar Kuadrat Jumlah Kuadrat (SRSS)
atau metode Kombinasi Kuadrat Lengkap (CQC).

14. Metodologi Penelitian
Model struktur

Analisis dilakukan pada model struktur 2D portal
beton bertulang 12 tingkat 4 bentang, yang
diperoleh dengan bantuan program SAP 2000
Lokasi dan klasifikasi situs

Model struktur ditinjau pada 23 lokasi di Indonesia
yang memiliki klasifikasi situs yang berbeda-beda
dengan kondisi tanah sedang.

15. Model struktur :
A
8.00
A
6.00
Denah Struktur
Dimensi (cm):
Kolom tepi
Kolom tengah
Balok
: 70/70
: 80/80
: 35/70
4.00
8.00
8.00
8.00
8.00
Potongan A-A
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

16. Wilayah Gempa menurut SNI 1726-2002
& kota-2 yang dipilih
B.Aceh
Palu
Samarinda
Medan
Menado
Banjarmasin
Padang
Kendar
i
Palembang
Sorong
Jakarta
Semarang
Bengkul
u
Jayapura
B.Lampung
Bandung
Makasar
Cilacap
Yogyakarta
Surabaya
Denpasar
Kupang
Mataram

17. B.Aceh
Palu
Samarinda
Medan
Menado
Banjarmasin
Padang
Kendari
Palembang
Sorong
Jakarta
Semarang
Bengkulu
Jayapura
B.Lampung
Bandung
Makasar
Cilacap
Yogyakarta
Surabaya
Kupang
Mataram
Denpasar
Ss, Percepatan Respons Spektral 0,2 detik, dalam g,
(5 persen redaman kritis), Kelas Situs SB. (SNI 1726-2012)

18. B.Aceh
Palu
Samarinda
Medan
Menado
Banjarmasin
Padang
Kendari
Palembang
Sorong
Jakarta
Semarang
Bengkulu
Jayapura
B.Lampung
Bandung
Makasar
Cilacap
Yogyakarta
Surabaya
Kupang
Mataram
Denpasar
S1, Percepatan Respons Spektral 1 detik, dalam g,
(5 persen redaman kritis), Kelas Situs SB. (RSNI 03-1726-2012)

19. Analisis Dinamik Ragam Respon Spektra
Tahapan analisis dinamik metode Respon Spektra dengan
bantuan software Matlab, dengan tahapan sebagai berikut:
 Menghitung Modal Amplitudo Z
 Menghitung Modal Displacement Y
 Menghitung simpangan horisontal tingkat dengan prinsip
SRSS.
 Menghitung gaya horisontal tingkat dengan prinsip SRSS.
 Menghitung gaya geser dasar bangunan V
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

20. Hasil dan Bahasan
Massa dan kekakuan struktur.
Tingkat
Berat (kg)
Massa (kg dt2/cm)
Kekakuan (kg/cm)
1-11
134144
136.8816
534062.5
12 (atap)
107264
109.4531
534062.5
Mode Shape

21. Respons Spektrum

22. Lokasi Bangunan

23. Gaya horisontal tingkat Fi dinamik

24. Perbandingan gaya horisontal tingkat Fi : ekivalen statik dan
Fi dinamik:

25. Berdasarkan gambar sebelumnya :

Gaya horisontal tingkat Fi, pada tahun yang sama menunjukkan
bahwa Fi dinamik relatif lebih dari pada Fi ekivalen statik, tetapi
perbedaan besar terjadi pada tahun 2012.

Perbedaan yang besar terutama terjadi pada tingkat-tingkat
bawah,

Diduga akan terdapat implikasi pada respon struktur, sehingga
perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui risiko
struktur dalam menahan beban gempa rencana.
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

26. Fi Tahun 2002:
Pada tahun 2002, nilai Fi ekivalen statik hampir sama dengan Fi dinamik.
Perbedaan besar terjadi pada tingkat bawah.

27. Fi Tahun 2012:
Peningkatan Fi ekivalen statik - 2012 hanya terjadi pada tingkat-tingkat atas
saja, sementara pada tingkat bawah justru mengalami penurunan. Berbeda
dengan Fi dinamik, kenaikan terjadi pada semua tingkat, sehingga terjadi
perbedaan yang signifikan antara hasil dua metode ini, terutama pada tingkattingkat bawah.

28. Fi dinamik tahun 2002 dan 2012:
Tiap daerah berbeda, mengikuti perkembangan status wilayah
kegempaannya. Hal itu menjadikan beberapa daerah mengalami peningkatan,
tetapi ada juga yang mengalami penurunan.

29. Gaya geser tingkat
.
Adanya peningkatan / penurunan gaya horisontal tingkat, maka lantai dasar
yang paling signifikan merasakan perubahan gaya geser tingkat

30. Gaya geser dasar
V di beberapa kota

31. Gaya geser dasar, V menurut Code 2002 &
2012
Manajemen Rekayasa Kegempaan (MaRK) MTS UII 2013

32. Kota-2 yang mengalami penurunan gaya
geser dasar, V
 Kota yang mengalami penurunan gaya geser dasar (V) dari
tahun 2002 ke 2012 adalah : 7 kota yaitu Bandar Lampung,
Palembang, Jakarta, Kupang, Banjarmasin, Samarinda dan
Makasar.
 Dengan demikian, bangunan yang sudah terbangun sesuai SNI
1726-2002 pada 7 kota tersebut dapat dipastikan akan
memenuhi persyaratan dari SNI 1726-2012.

33. Kota-2 yang mengalami kenaikan V




5 Kota yang mengalami peningkatan gaya gempa rencana dari tahun
2002 hingga 2012, dari yang tertinggi peningkatannya adalah Kota
Semarang, Yogyakarta, Kendari, Banda Aceh dan Palu.
Hal ini menunjukkan adanya peningkatan status kegempan wilayah
tersebut, sehingga beban gempa dalam perancangan bangunan sesuai
SNI 1726-2012 menjadi lebih besar dibandingkan beban gempa dalam
perancangan sesuai SNI 1726-2002.
Adanya peningkatan gaya gempa rencana yang sangat tinggi dapat
mengakibatkan bangunan yang dibangun mengikuti peraturan SNI 17262002 menjadi under designed
Namun demikian, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui
batas peningkatan beban gempa yang dapat mengakibatkan bangunan
tidak memenuhi persyaratan SNI 1726-2012, sehingga dapat ditentukan
tindakan yang tepat agar bangunan tetap memenuhi persyaratan code
yang baru.

34. Kenaikan gaya geser dasar, V

Gaya gempa rencana tertinggi juga mengalami pergeseran yaitu dari
Kota Bengkulu pada tahun 2002 bergeser ke Kota Banda Aceh pada
tahun 2012.

Pergeseran ini dikarenakan pada tahun 2002 Kota Bengkulu termasuk
dalam wilayah gempa 6 dan Kota Banda Aceh termasuk dalam wilayah
gempa 4. Namun pada tahun 2012, keadaan bergeser dimana parameter
percepatan spektral disain Kota Banda Aceh lebih tinggi dibandingkan
Kota Bengkulu.

Kota Banda Aceh mengalami kenaikan mencapai 81%, sedangkan
Kota Bengkulu hanya 16%.

35. Implikasi lain Gaya geser dasar, V

Hasil analisis ini menimbulkan pertanyaan lebih lanjut, apakah bangunan
yang sudah berdiri di Kota Semarang, Yogyakarta, Kendari, Banda Aceh
dan Palu, saat ini masih mampu menahan gaya gempa rencana sesuai
SNI 1726-2012?

Untuk menjawab pertanyaan ini, perlu dilakukan penelitian yang lebih
seksama dan lebih lengkap seperti cakupan semua jenis tanah, variasi
model struktur, implikasi respon struktur dll.

Apabila diketahui bangunan tidak mampu menahan gaya gempa rencana
SNI 1726-2012, maka dapat dilakukan perkuatan struktur yang sesuai
agar kekuatan bangunan memenuhi persyaratan SNI 1726-2012.

36. KESIMPULAN
1. Gaya gempa rencana tahun 2012 tidak selalu lebih tinggi daripada tahun
2002, tetapi tergantung pada percepatan respon spektral dari lokasi
bangunan tersebut.
2. Gaya gempa rencana di kota Bandar Lampung, Palembang, Jakarta,
Kupang, Banjarmasin, Samarinda dan Makasar mengalami penurunan dari
tahun 2002 ke 2012.
3. Gaya gempa rencana di Kota Semarang, Yogyakarta, Kendari, Banda Aceh
dan Palu, pada tahun 2012 mengalami peningkatan yang sangat besar,
sehingga perlu dilakukan penelitian yang lebih seksama terkait dengan
kualitas bangunan yang sudah berdiri di kota tersebut.
4. Peningkatan gaya gempa rencana yang besar sangat berpengaruh pada
bangunan, terutama pada tingkat-tingkat bawah.

37. Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih yang setinggitingginya kepada Biro Perencanaan dan Kerjasama
Luar Negeri (BPKLN) Kementerian Pendidikan dan
Kebudayaan yang telah memberikan Beasiswa
Unggulan kepada kami.

38. Terima kasih

39. DAFTAR PUSTAKA
ASCE 7-02. American Society of Civil Engineers. (2002). Minimum Design Loads for
Buildings and other Structures, ASCE Standard, USA.
Budiono, B (2002). Perkembangan Desain Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa di
Indonesia. Departemen Teknik Sipil ITB, Bandung.
Budiono, Bambang. (2011). “Konsep SNI Gempa 1726-201X”. Seminar HAKI 2011.
Budiono, B, dan Lucky S. (2011). Studi Komparasi Desain Bangunan Tahan Gempa
dengan menggunakan SNI 3-1726-2002 dan RSNI 03-1726-201X. Penerbit
ITB, Bandung.
FEMA 451. (2006). NEHRP Recommended Provisions: Design Examples-August
2006. National Institute of Building Sciences. Washington, DC
Ghosh. (1999). Impact of Seismic Design Provisions of 2000 IBC: Comaparison with
1997 UBC, SEAOC Convention 1999.
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013

40. DAFTAR PUSTAKA
Comaparison with 1997 UBC, SEAOC Convention 1999.
Hanselman, Duane & Bruce Littlefield. (2002). Matlab Bahasa
Komputasi Teknis. Andi Offset, Yogyakarta.
Indarwanto, M (tanpa tahun). Teknologi Bangunan 6, Modul 4:
Pembebanan dan Dimensi Beton Bertulang. Pusat
Pengembangan Bahan Ajar UMB.
Irsyam, M, dkk (2010). Ringkasan Hasil Studi Tim Revisi Peta Gempa
Indonesia 2010, eisi 2, Kementrian Pekerjaan Umum, Bandung,
Juli 2010.
Kusumastuti. (2010). Pengaruh Tinggi Struktur dan Jumlah Bentang
Terhadap Kontribusi Mode pada Struktur Beton Bertulang
Bertingkat Banyak dengan Pendekatan Kekakuan Kolom Shear
Building dan Cara Muto, Tesis Magister Teknik Sipil UII.
.
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013

41. DAFTAR PUSTAKA
PPTGIUG (1981). Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia
untuk Gedung. Dit.Jen. Tjipta Karya, DPU, Jakarta.
SNI 1726-2002 (2002). Standar Perencanaan Ketahanan Gempa
untuk Struktur Bangunan Gedung, Departemen Kimpraswil
PU, Bandung.
SNI 1726-2012 (2012). Standar Perencanaan Ketahanan Gempa
untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. Badan
Standardisasi Nasional BSN.
Widodo. (2001). Respon Dinamik Struktur Elastik. UII Press,
Yogyakarta.
Widodo. (2011). Seismologi Teknik & Rekayasa Kegempaan.
Pustaka Pelajar, Yogyakarta.
Widiarsono, Teguh. (2005). Tutorial Praktis Belajar Matlab.
Yogyakarta
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013

42. DAFTAR PUSTAKA
Purwono, Rachmat dan Takim Andriono. (2010). Implikasi Konsep
Seismic Design Category (SDC) – ASCE 7-05 Terhadap
Perencanaan Struktur Tahan Gempa Sesuai SNI 1726-02
Dan SNI 2847-02, Seminar dan Pameran HAKI 2010 –
Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia.
PPTGIUG (1981). Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia
untuk Gedung. Dit.Jen. Tjipta Karya, DPU, Jakarta.
Rachmat Purwono, Takim Andriono. (2010). Implikasi Konsep
Seismic Design Category (SDC) – ASCE 7-05 Terhadap
Perencanaan Struktur Tahan Gempa Sesuai SNI 1726-02
dan SNI 2847-02, Seminar dan Pameran HAKI 2010.
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013

43. Terima kasih
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013

44. Flow chart penelitian
MULAI
MULAI
Menentukan dimensi kolom/balok
Menentukan dimensi kolom/balok
model struktur 2D dengan cara trial and error
model struktur 2D dengan cara trial and error
melalui software SAP 2000
melalui software SAP 2000
Input: tipe struktur, massa dan
Input: tipe struktur, massa dan
data dimensi kolom/balok.
data dimensi kolom/balok.
Menghitung kekakuan dan
Menghitung kekakuan dan
menyusun matrik [M] dan[K]
menyusun matrik [M] dan[K]
Menghitung Mode shape, frekuensi
Menghitung Mode shape, frekuensi
sudut ɷ, , hubunganorthogonal,
sudut ɷ hubungan orthogonal,
participation mode Γ, dan
participation mode Γ, dan
Modal Effective Mass.
Modal Effective Mass.
didukung program Matlab
didukung program Matlab
A
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013

45. A
Flow chart penelitian
Input: koefisien gempa dasar C,
Input: koefisien gempa dasar C,
SNI 1726-2002
SNI 1726-2002
Input: koefisien gempa dasar C,
Input: koefisien gempa dasar C,
SNI 1726-2012
SNI 1726-2012
Menghitung modal amplitude ZZ
Menghitung modal amplitude
modal displacement YY
modal displacement
simpangan tingkat
simpangan tingkat
gaya horisontal tingkat
gaya horisontal tingkat
(SNI 1726-2002)
(SNI 1726-2002)
Menghitung modal amplitude ZZ
Menghitung modal amplitude
modal displacement YY
modal displacement
simpangan tingkat
simpangan tingkat
gaya horisontal tingkat
gaya horisontal tingkat
(SNI 1726-2002)
(SNI 1726-2002)
Menghitung gaya geser dasar
Menghitung gaya geser dasar
bangunan VV, , (SNI1726-2002)
bangunan (SNI 1726-2002)
Menghitung gaya geser dasar
Menghitung gaya geser dasar
bangunan VV, , (SNI1726-2002)
bangunan (SNI 1726-2002)
dihitung untuk 23 kota yang ditinjau
dihitung untuk 23 kota yang ditinjau
Membandingkan hasil distribusi vertikal gaya gempa
Membandingkan hasil distribusi vertikal gaya gempa
dinamik respon spektra tahun 2002 dan 2012
dinamik respon spektra tahun 2002 dan 2012
Analisis
Analisis
SELESAI
SELESAI
Manajemen Rekayasa Kegempaan MTS UII 2013