seismic isolation untuk bangunan tinggi
DESCRIPTION
Seismic Isolation Untuk Bangunan TinggiTRANSCRIPT
-
Seismic Isolation Untuk Bangunan Tinggi Oleh: Ryan Rakhmat Setiadi
(ryanrakhmats.wordpress.com)
Kalau kita berbicara mengenai teknologi terdepan untuk bangunan tahan gempa, seismic
isolation merupakan topik yang sangat menarik. Seismic isolation berangkat dari prinsif untuk
men-isolasi pergerakan tanah terhadap struktur diatasnya, sehingga energi dari tanah diserap
oleh element yang lebih lemah terhadap pergerakan dan mampu menyerap energi dengan
hysteretic yang lebih baik. Energi yang tersisa dan diterima oleh struktur sudah jauh lebih kecil
sehingga mengurangi kerusakan yang besar. Hal ini berlawanan dengan konsep perencanaan
tahan gempa pada struktur konvensional (tanpa seismic isolation) dimana energi dari tanah
diserap oleh struktur yang sebagian besar diredam melalui mekanisme kerusakan struktur
(sendi plastis).
Gambar 1. Bangunan Konvensional (kiri) dan Bangunan Dengan Seismic isolation (Kanan)
Kontroversi Seismic Isolation Untuk Bangunan Tinggi
Untuk aplikasi seismic isolation untuk bangunan tinggi, sampai saat ini masih banyak
perdebatan di kalangan insinyur perencana bangunan mengenai apakah seismic isolation cukup
efektif untuk bangunan tinggi. Pihak yang pesimis umumnya beranggapan bahwa bangunan
tinggi sudah memiliki periode yang tinggi, sehingga peningkatan flexibilitas struktur dengan
menambah seismic isolation tidak akan cukup efektif lagi mengurangi nilai base shear. Menurut
penulis, pemikiran ini terlalu men-simplifikasi konsep dinamika struktur.
-
Setidaknya ada tiga variable yang perlu diperhatikan sebelum kita bisa men-justifikasi renspon
elastik struktur, yaitu adalah periode getar, bentuk pergerakan mode dominan, dan partisipasi
massa bangunan untuk tiap tiap mode. Insinyur tidak bisa hanya memperhatikan periode
getar yang dihubungkan dengan base shear dan menyimpulkan efektifitas respon dinamik
struktur dengan seismic isolation. Seismic isolation juga merubah bentuk pergerakan mode
(mode shape) menjadi berbentuk rigid motion pada superstruktur di fundamental mode. Hal ini
mencerminkan respon deformasi bangunan dimana terlihat bahwa pergerakan rigid motion
pada superstruktur akan mereduksi drift secara signifikan. Nilai drift tersebut sangat erat
kaitannya dengan kerusakan struktur dibandingkan dengan nilai base shear.
Namun semakin tinggi pengaruh higher mode, pergerakan superstruktur akan semakin
membesar sehingga efektifitas seismic isolation juga berkurang. Untuk meng-evaluasi pengaruh
higher mode, insinyur dapat melihat nilai partisipasi massa pada fundamental mode dimana
semakin tinggi nilai partisipasi massa pada fundamental mode, semakin rendah pengaruh dari
higher mode. Nilai partisipasi massa pada fundamental mode untuk struktur dengan seismic
isolation dianjurkan diatas 85 % sehingga efektifitasnya baik. Ada beberapa teknik untuk
mengurangi pengaruh higher mode dan yang paling sering dilakukan adalah dengan
memperkaku bangunan superstruktur.
-
Seismic Isolation Pada Bangunan Tinggi di Beberapa Negara
Di beberapa Negara di dunia sudah menggunakan seismic isolation untuk bangunan tinggi
(termasuk Indonesia), Jepang adalah Negara yang paling sering menggunakan seismic isolation
untuk bangunan tinggi. Beberapa proyek bangunan dengan seismic isolation ditunjukkan oleh
gambar gambar berikut :
Gambar 2. Capital Mark Tower (Jepang) dan Los Angeles City Hall (USA)
-
Gambar 3. Gudang Garam Tower dan Puri Matahari Tower PT. Davy Sukamta Konsultan
(Indonesia)
-
Gambar 4. Nunoa Capital Building- Chile
(Rene Lagos Engineers and Ruben Boroschek & Assoc)
Studi Kasus Performance Seismic Isolation Untuk Bangunan Tinggi
Untuk performance seismic isolation sudah dibuktikan melalui gempa Tohoku di Jepang pada
tahun 2011, salah satu kasusnya adalah Tokyo Tech J2-Building (Matsuda, Kasai, and Sato).
-
Gambar 5. Tokyo Tech J2-Building Structural System
Gambar 6. Lokasi Sensor acceleration di Tokyo Tech J2-Building
-
Pada papernya, Matsuda et al mengolah data recorded acceleration untuk lantai lantai
tertentu dari hasil respon pergerakan Tokyo Tech J2-Building pada saat gempa Tohoku 2011.
Lalu mereka melakukan analisa transfer function untuk mendapatkan nilai natural frekuensi,
damping rasio, dan modal participation vector. Nilai nilai ini digunakan untuk melakukan back
analysis dan mendapatkan respon kembali dari struktur. Respon ini kembali dicocokkan dengan
recorded motion. Hasilnya bisa dilihat di grafik berikut ini :
Gambar 7. Pencocokan Kurva Respon dari Hasil Analisa Modal untuk property Struktur dari
Analisis Transfer Function
Setelah dirasa datanya cocok, data property modal struktur diubah untuk menghilangkan efek
dari seismic isolation lalu mencari responnya. Hasil akhir dibandingkan sehingga bisa
didapatkan efektivitas dari penggunaan seismic isolation.
-
Gambar 8. Perbandingan Respon Percepatan dan Deformasi dari Recorded Data (Untuk Kasus
Bangunan dengan Seismic Isolation) dan Simulasi Modal dari Data Transfer Function (Untuk
Kasus Bangunan Tidak Menggunakan Seismic Isolation)
Terlihat dari gambar 8 bahwa seismic isolation pada Tokyo Tech J2-Building mengurangi respon
percepatan hingga setengahnya. Hasil ini men-konfirmasi efektivitas seismic isolation untu
bangunan tinggi.
Untuk tambahan penjelasan pembaca bisa melihat di journals/tulisan berikut :
- PT. Davysukamta & Partners - Base Isolation System, Part 3: Case Studies
- Matsuda, K. Kasai, K. Yamagiwa, H. Sato, D. - Recorded Responses of a Tall Base-
Isolated Building, 2012
- Masahiko Higashino (Author), Shin Okamoto (Author), Response Control and Seismic Isolation of Buildings (Cib Proceedings), 2006
- Komuro, T. Nishikawa, Y. Kimura, Y. Isshiki, Y. - Development and Realization of Base
Isolation System for High-Rise Buildings, 2004
-
Tambahan (11-04-2015)
Ada paper menarik dari Mineo Takayama & Keiko Morita Seismic Response Analysis of
Seismically Isolated Buildings using Observed Records due to 2011 Tohoku Earthquake. Pada
papernya mereka menunjukkan recorded acceleration pada building yang menggunakan sesmic
isolation saat gempa Tohoku 2011 terjadi.
Pada tabel diatas terlihat untuk bangunan tinggi yang menggunakan seismic isolation terjadi
pengurangan percepatan yang cukup besar. Hal ini dilihat dari rasio percepatan di ground dan di
lantai pertama. Percepatan di ground menunjukkan percepatan gempa di tanah sementara
percepatan di lantai 1 menunjukkan nilai percepatan setelah energi gempa di redam oleh
isolation. Pada tabel di atas terlihat terjadi penurunan percepatan dari ground ke lantai satu oleh
-
seismic isolation. Khusus untuk apartemen 36 lantai di tokyo (kotak biru) terjadi amplifikasi
percepatan dari ground ke lantai 1, dimana ini menurut penulis adalah akibat dari nilai
percepatan di ground yang rendah (129 gal = 0.13 g) sehingga lead rubber bearing masih dalam
initial stiffness (range elastik) dan belum efektif men-disipasi energi gempa.
Grafik diatas menunjukkan efektifitas seismic isolation selama gempa Tohoku 2011. Terlihat
bahwa seismic isolation sangat efektif mengurangi percepatan dari ground ke lantai bangunan.
Untuk percepatan rendah (< 200 gal) maka seismic isolation masih dalam range elastik dan
masih terjadi amplifikasi percepatan. Initial stiffness yang tinggi pada seismic isolation
diperlukan agar simpangan pada seismic isolation tidak besar untuk gaya gaya lateral service
(misal wind load).
Reference :
- Mineo Takayama & Keiko Morita Seismic Response Analysis of Seismically Isolated
Buildings using Observed Records due to 2011 Tohoku Earthquake, WCEE 2012.
( http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_0403.pdf )