LAPORAN UAS
DINAMIKA STRUKTUR
ANALISIS SPEKTRUM GEMPA PADA BANGUNAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE NONLIN
Dosen Pengampu :
Ignasius Sudarsono, S.T., M.T
Disusun oleh :
Putriyani Sri Sulistiyorini
41155020210001
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LANGLANGBUANA
2024
Bab 1
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Laporan ini bertujuan untuk menganalisis dinamika struktur satu derajat kebebasan
(SDOF) sebagai bagian dari tugas perhitungan. Struktur SDOF adalah model
sederhana yang digunakan untuk menggambarkan respons dinamis sistem struktur
terhadap berat sendiri. Dalam bidang teknik struktural, perhitungan spektrum getaran
pada bangunan merupakan aspek penting dalam menganalisis respons dinamik
struktur terhadap gempa bumi atau beban dinamik lainnya. Spektrum getaran ini
memberikan gambaran tentang bagaimana struktur akan merespons terhadap
rangkaian getaran frekuensi yang berbeda. Dengan memahami spektrum getaran,
insinyur sipil dapat merancang struktur yang dapat menahan gaya-gaya dinamik
tersebut, mengurangi risiko kerusakan atau bahkan keruntuhan.
Salah satu aplikasi yang sering digunakan dalam perhitungan spektrum getaran pada
bangunan adalah aplikasi Nonlin. Aplikasi Nonlin adalah perangkat lunak yang
dikembangkan khusus untuk menganalisis respons dinamik struktur nonlinier,
termasuk respons terhadap gempa bumi. Aplikasi ini menggunakan metode elemen
hingga untuk memodelkan perilaku struktur secara akurat. Proses perhitungan
spektrum getaran dengan menggunakan aplikasi Nonlin melibatkan beberapa
langkah. Pertama, model struktur dibangun dalam aplikasi dengan memasukkan
geometri, bahan, dan sambungan struktur yang tepat. Setelah itu, parameter nonlinier
seperti kekakuan, kekuatan, dan histeresis bahan dimasukkan ke dalam model.
Langkah berikutnya adalah menentukan spektrum beban gempa yang sesuai dengan
zona gempa dan karakteristik tanah tempat struktur berdiri.
Spektrum beban gempa ini didasarkan pada persyaratan kode bangunan yang
berlaku di wilayah tersebut. Selanjutnya, aplikasi Nonlin akan melakukan analisis
dinamik terhadap model struktur dengan menerapkan spektrum beban gempa.
Analisis ini akan menghasilkan respons dinamik struktur dalam bentuk percepatan,
kecepatan, atau perpindahan. Aplikasi akan menghitung respons di berbagai titik
penting dalam struktur, termasuk elemen struktural kritis. Dari respons dinamik yang
dihasilkan, aplikasi Nonlin akan membangun spektrum getaran struktur. Spektrum ini
menunjukkan respons struktur terhadap variasi frekuensi getaran. Spektrum getaran
ini berguna dalam menentukan karakteristik dinamik struktur, termasuk periode
fundamental, frekuensi alami, dan puncak respons.
Dengan spektrum getaran yang diperoleh, insinyur sipil dapat mengevaluasi apakah
struktur memenuhi persyaratan keandalan dan keselamatan dalam merespons beban
dinamik, serta melakukan perancangan atau perbaikan yang diperlukan. Secara
keseluruhan, perhitungan spektrum getaran pada bangunan menggunakan aplikasi
Nonlin merupakan pendekatan yang kompleks namun penting dalam menganalisis
respons dinamik struktur terhadap gempa bumi atau beban dinamik lainnya. Aplikasi
ini memungkinkan insinyur sipil untuk memahami perilaku struktur secara lebih
mendalam, sehingga dapat merancang bangunan yang aman dan tahan terhadap
gaya-gaya dinamik yang berpotensi merusak.
1.2 Masalah
a. Bagaimana menghitung spektrum gempa dengan menggunakan software
Nonlin?
b. Apa hasil dari percobaan menggunakan software Nonlin?
1.3 Tujuan
a. Untuk mengetahui cara menganalisa spektrum gempa dengan menggunakan
software Nonlin.
b. Untuk mengetahui hasil percobaan menggunakan software Nonlin.
1.4 Manfaat
a. Dapat mengoprasikan program Nonlin.
b. Memahami hitungan serta grafik hasil percobaan.
Bab 2
Pembahasan
2.1 Dasar Teori
a. Single Degree of Freedom (SDOF)
SDOF adalah singkatan dari "Single Degree of Freedom" atau satu derajat
kebebasan dalam konteks dinamika struktur. Istilah ini merujuk pada model
matematis yang sederhana yang digunakan untuk menggambarkan respons
dinamis sistem struktur terhadap gaya eksternal. Dalam model SDOF, struktur
dianggap memiliki satu titik massa tunggal yang terhubung dengan pegas linier
dan penyalur redaman. Titik massa ini merepresentasikan pusat massa
struktur, sementara pegas dan redaman mewakili sifat kekakuan dan redaman
struktur.
Model SDOF memungkinkan kita untuk menganalisis respons dinamis struktur
terhadap gaya eksternal seperti beban impuls, getaran seismik, atau beban
dinamis lainnya. Melalui analisis SDOF, kita dapat mempelajari pergerakan,
percepatan, kecepatan, dan gaya dalam struktur tersebut. Meskipun model
SDOF sederhana, konsepnya menjadi dasar penting dalam pemahaman
dinamika struktur yang lebih kompleks.
Analisis SDOF memungkinkan kita untuk memahami aspek-aspek dasar
respons dinamis struktur, seperti frekuensi alami, redaman, amplifikasi
respons, dan respons getaran dalam berbagai situasi. Penggunaan model
SDOF juga melibatkan perhitungan numerik yang melibatkan penyelesaian
persamaan diferensial gerak menggunakan metode numerik seperti metode
Runge-Kutta atau metode hibrida. Selain itu, software seperti MATLAB sering
digunakan untuk menganalisis dan memodelkan sistem SDOF secara efisien.
b. Software Nonlin
Nonlin adalah aplikasi berbasis Microsoft Windows untuk analisis dinamis dari
sistem struktural derajat kebebasan tunggal. Struktur dapat dimodelkan
sebagai elastis, elastis-plastik, atau sebagai sistem leleh dengan tingkat
kekakuan sekunder yang berubah-ubah. Kekakuan sekunder mungkin positif,
untuk mewakili sistem pengerasan regangan, atau negatif, untuk memodelkan
efek P-Delta. Pembebanan dinamis dapat dimasukkan sebagai akselerogram
gempa yang bekerja di dasar struktur, atau sebagai kombinasi linear dari
gelombang sinus, persegi, atau segitiga yang diaplikasikan pada atap struktur.
Program ini menggunakan metode langkah demi langkah untuk menyelesaikan
persamaan gerak Nonlin bertahap. Lihat Clough dan Penzien [1] untuk
deskripsi teoretis dari teknik solusi. Sementara Nonlin dapat digunakan untuk
praktik profesional atau penelitian akademik, tujuan mendasar dari program ini
adalah untuk memberikan dasar visual untuk mempelajari prinsip-prinsip
rekayasa gempa, khususnya yang berkaitan dengan konsep dinamika
struktural, redaman, daktilitas, dan disipasi energi.
2.2 Penyelesaian Soal
a. Data perencanaan
1. Bangunan : Gedung bank
2. Struktur bangunan : Beton bertulang
3. Jumlah lantai : 3 lantai
4. Panjang bangunan : 16,5 m
5. Lebar bangunan : 5 m
6. Tinggi bangunan : 4 x 3 = 12 m
7. Mutu beton : Fc 30
8. Beban mati :
-
Dinding bata merah = 2,5 kN/m²
-
Cover plafond gypsum = 0,11 kN/m²
-
Penutup lantai 20 mm = 0,48 kN/m²
-
Rangka gypsum = 0,07 kN/m²
9. Beban hidup :
-
Hunian public (dormitory) = 2,5 kN/m²
-
Rooftop = 1,5 kN/m²
b. Selfweight
1. Rencana balok utama
Dimensi 500 x 350 mm
Berat total balok 500 x 350 pada lantai 1
43 m x 0,5 m x 0,35 m x 24 kN/m³ = 180,6 kN
Total = 180,6 kN x 3 lantai = 541,8 kN
2. Rencana balok anak
Dimensi digunakan 300 x 200 mm
Berat total balok 300 x 200 pada lantai 1
16,5 m x 0,3 m x 0,2 m x 24 kN/m³ = 23,76 kN
Total = 23,76 kN x 3 lantai =71,28 kN
3. Rencana slab
Luas slab = 5 m x 16,5 m = 82,5 m²
Tebal slab = 120 mm
Berat total slab roof garden
82,5 m² x 0,12 m x 24 kN/m³ = 237,6 kN
Total = 237,6 kN x 3 lantai = 712,8 kN
4. Rencana kolom
Dimensi digunakan 400 x 400 mm
Berat total kolom 400 x 400 mm pada lantai 1
48 m x 0,4 m x 0,4 m x 24 kN/m³ = 184,32 kN
Total = 184,32 x 3 lantai = 552,96 kN
c. Dead Load
1. Rangka plafond gypsum
Luasan plafond = 82,5 m²
Berat total plafond = 82,5 m² x 0,07 kN/m² = 5,775 kN
5,775 kN x 3 lantai = 17,325 kN
2. Cover plafond gypsum
Luasan plafond = 82,5 m²
Berat total plafond = 82,5 m² x 0,11 kN/m² = 9,075 kN
9,075 kN x 3 lantai = 27,225 kN
3. Dinding bata merah
Luas dinding ((16,5 x 2 + (5 x 2)) x 4 m = 172 m²
Berat total dinding = 172 m² x 2,5 kN = 430 kN
Total 430 kN x 3 lantai = 1.290 kN
4. Keramik 10 mm
Luasan keramik = 82,5 m²
Berat total keramik = 82,5 m² x 0,45 kN/m =3,7125 kN
3,7125 kN x 3 lantai = 11,137 kN
5. Spesi keramik 30 mm
Luasan keramik = 82,5 m²
Berat total keramik = 82,5 m² x 0,63 kN/m = 51,975 kN
51,975 kN x 3 lantai = 155,925 kN
d. Live Load
1. Live load Typical Slab
Luas lantai = 82,5 m²
Berat lantai = 82,5 m² x 2,5 kN/m² = 206,25 kN
Berat total lantai = 206,25 kN x 2 lantai = 412,5 kN
2. Live Load Roof Top
Luas rooftop = 82,5 m²
Berat total rooftop = 82,5 m² x 1,5 Kpa =123,75 kN
Total beban efektif =2.493,142 kN
Pada grafik di atas menjelaskan perpindahan, kecepatan dan kode hasil
terhadap waktu. Pada grafik perpindahan dan kecepatan pada computed
time histories memiliki angka mulai dari 0 (nol) hingga sampai 0 kembali.
Grafik diatas menjelaskan plot berguna untuk melihat berbagai kekuatan
dalam sistem dibandingkan perpindahan, percepatan atau kecepatan.
Grafik diatas menunjukkan gaya inersia, redaman kekuatan dan gaya
pegas terhadap perpindahan secara default. Jika dilihat pada grafik inersia
dan damping, nilai displacement untuk mencapai nol semakin besar. Pada
grafik spring ditunjukan gaya pegas berada pada satu titik nol.
Garis vertikal gelap pada contoh plot menunjukkan posisi kursor. Perhatikan
bahwa persentase jenis energi berubah saat Anda menyeret kursor melalui
plot. Garis biru vertikal dalam energi histeretik adalah peristiwa hasil. Jika
analisis didasarkan pada gempa bumi dan nonlinier, dapat melihat energi
relatif (default) atau energi absolut. Riwayat waktu energi memungkinkan
energi input dihitung berdasarkan kecepatan relatif atau total kecepatan
absolut.
Report
Berbagai spektrum kode dan spektrum desain halus lainnya dapat
ditumpangkan pada spektrum gerakan tanah yang sebenarnya. Gambar
spektrum permintaan percepatan - perpindahan.
Bab 3
Penutup
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan makalah UAS mengenai spektrum gempa pada aplikasi
Nonlin, dapat disimpulkan beberapa hal penting. Pertama, pemahaman tentang
spektrum gempa sangat penting dalam analisis dan perencanaan struktur bangunan.
Spektrum gempa adalah representasi grafis dari amplitudo respons struktur terhadap
gempa dengan memperhatikan variasi frekuensi gempa.
Kedua, dalam aplikasi Nonlin, analisis spektrum gempa memperhitungkan
karakteristik nonlinier struktur, seperti hubungan beban-deformasi yang tidak linier
atau keruntuhan struktur. Analisis Nonlin memberikan hasil yang lebih akurat dan
realistis dalam memprediksi perilaku struktur saat terjadi gempa dibandingkan dengan
analisis linier.
3.2 Saran
Perlu melakukan penelitian lebih lanjut untuk mengembangkan metode analisis
spektrum gempa pada aplikasi Nonlin yang lebih efisien dan akurat. Pengembangan
metode ini dapat membantu insinyur sipil dalam merencanakan struktur yang lebih
aman dan tahan gempa. Dalam menerapkan analisis spektrum gempa pada aplikasi
Nonlin, penting untuk memperhatikan parameter dan asumsi yang digunakan. Lebih
banyak data lapangan dan uji coba eksperimental diperlukan untuk memvalidasi dan
mengkalibrasi model yang digunakan dalam analisis.