Daftar Isi
Performance Based Seismic Design (PBSD) merupakan salah satu konsep mendesain bangunan dimana target kinerja bangunan (performance objective) ditentukan terlebih dahulu. Dan pada akhir proses desain, target tersebut dijadikan parameter minimum yang harus dipenuhi.
Tingkatan kinerja struktur dapat diketahui dengan melihat kerusakan struktur saat terkena gempa rencana dengan periode ulang tertentu.
Dalam disain struktur berbasis kinerja, kinerja struktur direncanakan sesuai dengan tujuan dan kegunaan suatu bangunan, dengan pertimbangan faktor ekonomis terhadap perbaikan bangunan saat terjadi gempa tanpa mengesampingkan keselamatan terhadap pengguna bangunan.
Mengapa PBSD Berbeda dari Desain Konvensional: Keputusan yang Lebih Terukur
Desain konvensional berbasis kode menggunakan faktor keamanan uniform untuk semua bangunan tanpa mempertimbangkan fungsi spesifik. PBSD memungkinkan customization: owner bisa tentukan “Berapa level kerusakan yang acceptable setelah gempa?” sesuai fungsi dan budget bangunan. Keputusan ini menghasilkan clarity tentang acceptable risk level sejak tahap awal desain.
Memilih level kinerja adalah trade-off eksplisit antara investasi konstruksi awal vs risiko biaya perbaikan pasca-gempa. Bangunan dengan target Operational memerlukan reinforcement lebih banyak (biaya konstruksi ~15-25% lebih tinggi) namun downtime operasional hampir nol pasca-gempa. Sebaliknya, target CP meminimalkan biaya konstruksi tetapi membuka risiko: kerusakan parah, downtime panjang, potential life safety issue jika bangunan adalah fasilitas kritis.
Jika level kinerja tidak sesuai fungsi bangunan (misal: rumah sakit dipilih CP padahal perlu Operational), konsekuensi bisa severe: downtime operasional, kerugian revenue, risiko nyawa jika fasilitas kritis tidak berfungsi pasca-gempa. Keputusan ini harus didiskusikan dan didokumentasikan sejak fase studi kelayakan, bukan setelah desain selesai.
Disain Struktur Tahan Gempa Berbasis Kinerja
Secara singkat proses perencanaan dimulai dengan membuat desain awal bangunan kemudian melakukan simulasi kinerja terhadap beberapa beban gempa. Lalu bila hasil simulasi masih dibawah parameter minimum yang ditentukan diawal, akan dilakukan re-design sehingga kinerja bangunan dapat sesuai target. PBSD juga dapat diterapkan untuk memperkuat (upgrading) bangunan yang sudah ada.
Level kinerja (Performance Levels) dibagi menjadi beberapa tingkatan kerusakan akibat gempa yang meliputi angka kematian, kerusakan bangunan (property loss), dan status operasional (operational state).
Target kinerja dalam desain yang menjadi kriteria penerimaan (acceptance criteria) melalui evaluasi kinerja untuk level sasaran kinerja yang diatur oleh FEMA 356, dengan factor keutamaan yang disesuaikan dengan SNI 1726-2012, seperti pada table berikut:
Dimana pengertian untuk level-level kinerjanya sebagai berikut:
Operational : Kondisi dimana setelah gempa terjadi struktur dapat langsung digunakan kembali karena struktur utama tetap utuh dan elemen non-struktural hanya mengalami kerusakan yang sangat kecil.
Immediate Occupancy (IO) : Bila terjadi gempa struktur masih aman, hanya terjadi sedikit kerusakan minor dimana untuk memperbaikinya tidak mengganggu pengguna, kekuatan dan kekakuannya kira-kira hampir sama dengan kondisi sebelum gempa, sistem pemikul gaya vertikal dan lateral pada struktur masih mampu memikul gaya gempa yang terjadi.
Life Safety (LS) : Saat gempa terjadi, pada struktur timbul kerusakan yang cukup signifikan tetapi belum mengalami keruntuhan, komponen-komponen struktur utama tidak runtuh dan struktur masih stabil mampu menahan gempa kembali, bangunan masih dapat digunakan jika dilakukan perbaikan.
Collapse Prevention (CP) : Kondisi dimana merupakan batas kemampuan dari struktur dimana struktural dan nonstruktural sudah mengalami kerusakan yang parah, namun stuktur tetap berdiri dan tidak runtuh, struktur sudah tidak lagi mampu menahan gaya lateral.
Implikasi Finansial dan Operasional dari Pilihan Level Kinerja
Memilih level kinerja menentukan biaya konstruksi initial dan potensi biaya perbaikan pasca-gempa. Target Operational memerlukan reinforcement struktural signifikan (meningkatkan biaya konstruksi 15-25%) untuk memastikan struktur tetap utuh dan operasional pasca-gempa tanpa downtime. Sebaliknya, target CP meminimalkan biaya initial namun mengakibatkan kerusakan parah pasca-gempa → downtime panjang, potential revenue loss, dan life safety risk untuk fasilitas kritis.
Dalam praktik, level kinerja harus disesuaikan dengan fungsi bangunan. Bangunan residensial dapat toleran dengan LS (perbaikan setelah gempa diterima). Bangunan kritis (rumah sakit, power plant, data center) memerlukan minimal IO atau Operational untuk memastikan kontinuitas layanan dan life safety. Jika fungsi bangunan berubah di kemudian hari (misal: residential menjadi medical office), level kinerja yang sudah didesain mungkin insufficient → memerlukan upgrade struktural dengan biaya signifikan dan disruption operasional.
Decision Output: Owner dapat memutuskan level kinerja berdasarkan: downtime acceptable pasca-gempa, budget perbaikan yang bisa dialokasikan, dan kritikalitas bangunan untuk kontinuitas operasional jangka panjang.
Ada beberapa metode yang umumnya digunakan dalam performance based design antara lain analisis pushover dan analisis nonlinier dinamik riwayat waktu (time history analysis).
Analisis pushover dilakukan dengan memberikan beban lateral secara bertahap pada suatu struktur sampai komponen struktur mengalami plastis dan rusak yang membentuk hubungan antara gaya dan perpindahan, seperti diilustrasikan gambar berikut:
Sementara untuk nonlinier dinamik riwayat waktu (time history analysis) dilakukan dengan mengganti beban yang bekerja dengan rekaman gempa ditunjukan pada gambar berikut:
Pushover vs Time History: Kapan Menggunakan Masing-Masing Metode
Pushover adalah quick assessment method yang menghasilkan capacity curve (hubungan gaya-displacement). Cocok untuk tahap awal design (konsepsi, preliminary design) sebagai screening cepat apakah kinerja struktur mendekati target. Keuntungan: komputasi cepat, mudah diinterpretasi. Kelemahan: tidak memperhitungkan dynamic amplification penuh dan variabilitas gempa input.
Time history analysis menggunakan rekaman gempa aktual atau synthetic untuk analisis respon struktur yang lebih akurat. Cocok untuk tahap final design atau bangunan kompleks/kritis yang memerlukan akurasi tinggi. Keuntungan: capture dynamic behavior akurat, hasil lebih reliable untuk decision-making struktural. Kelemahan: memerlukan data gempa berkualitas, computational cost lebih tinggi, interpretasi hasil lebih kompleks.
Dalam praktik Indonesia, pemilihan metode bergantung fase desain dan budget: Fase konsepsi → pushover untuk screening awal kinerja. Fase final (bangunan kritis) → time history untuk validasi. Kombinasi keduanya memberikan hasil robust dan cost-optimized.
Decision Output: Engineer dapat memutuskan metode analisis yang cost-effective sesuai fase desain (konsepsi vs final), kompleksitas struktur, dan level akurasi yang dibutuhkan untuk meet performance target.
Dalam perencanaan bangunan tahan gempa, diijinkan untuk mereduksi gaya gempa sampai daktilitas μ tertentu dengan suatu nilai koefisien reduksi R yang ditunjukan pada gambar 3, yang berfungsi untuk mengurangi beban untuk struktur elastik menjadi inelastik dengan perpindahan yang sama, namun memiliki konsekuensi naiknya nilai R kebutuhan daktilitas akan semakin besar, daktilitas dapat didapat dari sistem struktur,dan mekanisme keruntuhan, dimana daktilitas adalah:
dengan Δu sebagai perpindahan maksimum dan Δy sebagai perpindahan leleh.
Untuk memperkirakan percepataan gempa yang pada suatu lokasi, dibutuhkan respon spektra desain sesai SNI 1726:2012, yang didapat berdasarkan percepatan dasar terpetakan untuk periode pendek SS dan periode 1 detik S1 yang, nilai tersebut didapat dari peta gempa Indonesia dan dibentuk respon spektrum seperti gambar berikut:
Dengan menggunakan software struktur sebagai alat bantu, property material, dimensi elemen, geometrik struktur dan pembebanan dapat dimodelkan, selanjutnya dilakukan analisis struktur untuk mengetahui respon struktur, dan dilakukan simulasi sampai tercapai kinerja yang diinginkan.
PBSD sebagai Framework Keputusan Desain yang Terukur
Performance Based Seismic Design memberikan framework yang lebih terukur untuk keputusan desain dibanding pendekatan konvensional. Dengan menentukan target kinerja eksplisit di awal (Operational, IO, LS, atau CP), owner dan engineer bisa align tentang acceptable risk level dan trade-off finansial konkret. Setiap pilihan level kinerja memiliki implikasi terukur: biaya konstruksi, potential damage pasca-gempa, dan downtime operasional yang expected.
Metode analisis (pushover atau time history) dipilih berdasarkan fase desain, kompleksitas struktur, dan budget. Kombinasi framework keputusan jelas + metode analisis tepat menghasilkan desain struktur yang evidence-based, cost-effective, dan sesuai acceptable risk level bangunan spesifik. Pendokumentasian target kinerja dan justifikasi pemilihan level sejak awal mengurangi risiko pembengkakan biaya desain di fase akhir.
Artikel selanjutnya dalam series akan membahas konsep desain berbasis perpindahan (Direct Displacement Based Design) dan respon struktur terhadap gempa — yang merupakan fondasi teknis lebih lanjut untuk implementasi PBSD di praktik.
REFERENSI
[1] Tavio & Wijaya, Usman. (2018). Desain Rekayasa Gempa Berbasis Kinerja. Yogyakarta: ANDI.
[2] Building Seismic Sefety Council, 1997. NEHRP Comentary On The Guidelines For The Seismic Rehabilitation of Building (FEMA P-356), Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
[3] Building Seismic Safety Council, 2006, NEHRP Recommended Seismic Provisions : Design Examples (FEMA 451), Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
[4] SNI 1726:2012, 2012, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Badan Standarisasi Nasional, Jakarta.
Penulis: Dr. Ir Heri Khoeri, MT
Artikel ini merupakan bagian ke dua dari 5 tulisan berkaitan konsep desain struktur tahan gempa. Berikut urutan tulisan selengkapnya :
- Perkembangan Konsep Desain Struktur Tahan Gempa
- Disain Struktur Tahan Gempa Berbasis Kinerja (Performance Based Seismic Design)
- Konsep Disain Struktur Tahan Gempa Berbasis Perpindahan (Direct Displacement Based Design)
- Respon Struktur Terhadap Gempa
- Idealisasi Respon Struktur Terhadap Gempa Menurut Sni-1726-2012
Konsultasi Target Kinerja dan Analisis Struktur Berbasis PBSD
Penerapan Performance Based Seismic Design memerlukan keputusan matang tentang target level kinerja yang sesuai fungsi, budget, dan acceptable risk level bangunan. Setiap pilihan level kinerja (Operational, IO, LS, CP) memiliki implikasi finansial dan operasional yang berbeda dan harus didiskusikan transpararan sejak fase awal desain.
Tim struktur kami membantu mendefinisikan target kinerja optimal untuk proyek melalui: konsultasi tentang acceptable risk level sesuai fungsi bangunan, analisis pushover atau time history sesuai fase desain dan kompleksitas struktur, evaluasi kinerja struktur terhadap level target, dan rekomendasi reinforcement jika diperlukan untuk mencapai target kinerja dengan cost-optimal.
Layanan kami mencakup: PBSD framework consultation, analisis kinerja struktur (pushover/time history), evaluasi apakah level kinerja target tercapai (Operational/IO/LS/CP), dan guidance implementasi untuk design yang sesuai SNI 1726:2012 dan acceptable risk owner.
PT Hesa Laras Cemerlang
Komplek Rukan Mutiara Faza RB 1
Jl. Condet Raya No. 27, Pasar Rebo, Jakarta Timur, Indonesia
- ✉️ Email: kontak@hesa.co.id
- ☎️ Telepon: (021) 8404531
- 📱 Hotline: 081291442210 / 08118889409