EVALUASI KINERJA DAN REHABILITASI SEISMIK GEDUNG PERKANTORAN EKSISTING MENGGUNAKAN LEAD RUBBER BEARING (LRB) DAN CARBON REINFORCED POLYMER (CFRP) TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh Najmi Nabila Sugiarto NIM: 25021003 (Program Studi Magister Teknik Sipil) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Januari 2025 ABSTRAK EVALUASI KINERJA DAN REHABILITASI SEISMIK GEDUNG PERKANTORAN EKSISTING MENGGUNAKAN LEAD RUBBER BEARING (LRB) DAN CARBON REINFORCED POLYMER (CFRP) Oleh Najmi Nabila Sugiarto NIM: 25021003 (Program Studi Magister Teknik Sipil) Bangunan yang dirancang menggunakan standar terdahulu, seringkali memiliki perbedaan dalam parameter desain dengan standar terbaru, termasuk persyaratan material dan ketahanan seismik. Salah satu aspek yang mengalami perubahan signifikan pada SNI (Standar Nasional Indonesia) mengenai peraturan perancangan bangunan tahan gempa adalah demand gempa dan syarat kuat tekan beton minimum yang digunakan. Dalam SNI 1726:2002, demand gempa yang digunakan merupakan gempa dengan perioge ulang 500 tahun, yang berarti peluang terjadinya gempa adalah 10% dalam 50 tahun. Sedangkan dalam SNI 1726:2019 demand gempa yang digunakan merupakan gempa dengan periode ulang 2500 tahun, yang artionya peluang terjadinya gempa tersebut adalah 2% dalam 50 tahun. Untuk persyatatan kuat tekan beton minimum yang disyaratkan dalam SNI 1726:2002 adalah sebesar 25 MPa jauh lebih kecil dibangingkan persyaratan kuat tekan minimum yang disyaratkaan dalam SNI 2716:2019, yaitu sebesar 28 MPa. Adanya perbedaan regulasi ini menenunjukkan perlu diadakan evaluasi kinerja terhadap bangunan eksisting untuk menentukan apakah bangunan tersebut masih memenuhi persyaratan kinerja dengan standar yang lebih baru. Dalam konteks bangunan eksisting, evaluasi tidak dapat dilakukan terhadap regulasi untuk perancangan yang terbaru, tetapi harus mengacu pada standar yang dirancang khusus untuk analisis dan perkuatan struktur yang sudah berdiri. ASCE 41-17 merupakan standar yang digunakan untuk mengevaluasi kinerja bangunan eksisting terhadap beban gempa berdasarkan pendekaran berbasis kinerja (performance based design). Standar ini memungkinkan penilaian apakah suatu struktur masih layak digunakan atau perlu diperkuat. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja bangunan eksisting yang dirancang berdasarkan SNI 1726:2002 menggunakan metode evaluasi yang sesuai untuk bangunan eksisting, yaitu berdasarkan ASCE 41-17. Selain itu, penelitian ini bertujuan untuk menemukan solusi rehabilitasi seismik yang dibutuhkan oleh bangunan eksisting, sehingga bangunan tersebut memenuhi persyaratan yang disyaratkan oleh ASCE 41-17. Dalam hal ini, rehabilitasi seismik yang diterapkan adalah Lead Rubber Bearing (LRB) dan Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). LRB dipilih untuk meningkatlan ketahanan global bangunan terhadap gempa dengan mengurangi gaya geser dasar dan perpindahan antar lantai, sementara CFRP digunakan untuk meningkatkan kekuatan pada elemen-elemen tertentu untuk meningkatkan kapasitas lentur, geser dan aksialnya. Pemodelan dilakukan menggunakan perangkat lunak ETABS, dengan mempertimbangkan beban gravitasi yang terdiri dari berat sendiri bangunan, beban mati tambahan, serta beban hidup. Analisis dilakukan dengan dua metode utama, yaitu analisis respon spektrum dan analisis pushover. Analisis respon spektrum digunakan sebagai langkah awal (preliminary check) untuk mengevaluasi Demand- Capacity Ratio (DCR) dari bangunan eksisting. Sementara analisis pushover dilakukan untuk mengevaluasi kinerja struktur terhadap beban lateral yang meningkat secara bertahap hingga mencapai kondisi inelastik. Hasil analisis pushover berupa kurva gaya geser dasar terhadap perpindahan, yang kemudian dikonversi ke dalam format Acceleration Displacecment Response Spectrum (ADRS). Kurva kapasitas dalam format ADRS ini dibandingkan dengan kurva demand gempa, dan titik potong dari kedua kurva tersebut disebut sebagai performance point. Pada titik ini dilakukan evaluasi terhadap tingkat sendi plastis yang terbentuk untu menentukan apakah bangunan eksisting masih memenuhi acceptance criteria sesuai dengan ASCE 41-17. Penelitian ini menggunakan dua tingkat gempa, yaitu BSE-1E dengan periode ulang gempa 225 tahun dan BSE-2E dengan periode ulang gempa 975 tahun, yang merepresentasikan tingkat gempa moderat dan ekstrem dalma evaluasi kinerja bangunan eksisting. Selain mengevaluasi DCR dan pembentukan sendi plastis, dilakukan pula analisis terhadap pemenuhan persyaratan strong column weak beam (SCWB) guna memastikan mekanisme kegagalan yang lebih diutamakan terjadi pada balok dibandingkan pada kolom. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sebelum dilakukan perkuatan, sebagian besar elemen struktur tidak cukup kuat menahan beban gempa, yang berisiko menyebabkan kerusakan signifikan. Hal ini ditunjukkan dengan nilai DCR yang tidak memenuhi dan terbentuknya sendi plastis yang melampaui acceptance criteria ASCE 41-17 Penerapan Lead Rubber Bearing (LRB) berhasil meningkatkan kapasitas struktur secara signifikan, yang ditunjukkan dengan berkurangnya jumlah sendi plastis dan distribusi deformasi yang lebih merata. Namun, terdapat beberapa elemen yang masih belum memenuhi kriteria Strong Column-Weak Beam (SCWB) dan batasan sendi plastis yang disyaratkan ASCE 41-17, sehingga diperlukan perkuatan tambahan menggunakan Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). Perbandingan antara struktur yang hanya diperkuat dengan LRB dan struktur yang diperkuat dengan kombinasi LRB dan CFRP menunjukkan bahwa peningkatan kapasitas secara global tidak terlalu signifikan. Hal ini disebabkan oleh sifat perkuatan CFRP yang lebih berfokus pada peningkatan kapasitas lokal elemen tertentu. Meskipun demikian, kombinasi strategi perkuatan ini telah mampu meningkatkan ketahanan struktur sehingga bangunan memenuhi persyaratan kinerja ASCE 41-17. Hasil dari analisis respon spektrum pada bangunan eksisting menunjukkan bahwa pada struktur eksisting, terdapat 276 elemen balok dan 123 elemen balok dengan DCR melebihi 1. Kemudian, untuk hasil analisis pushover terhadap gempa BSE- 1E menunjukkan terbentuknya 5 sendi plastis pada kategori IO-LS di arah X dan 1 sendi plastis (IO-LS) di arah Y. Untuk gempa BSE-2E, terbentuk 25 sendi plastis yang melampaui level kinerja Collapse Prevention (CP) di arah X dan 40 sendi plastis (>CP) di arah Y, mengindikasikan kegagalan struktural. Setelah dilakukan rehabilitasi dengan LRB, hasil analisis repson spektrum, menunjukkan jumlah elemen yang tidak memenuhi persyaratan DCR mengalami penurunan menjadi 116 elemen balok dan 3 elemen yang belum memenuhi persyaratan DCR. Hasil analisis pushover menunjukkan bahwa tidak ada sendi plastis yang terbentuk pada BSE-1E, yang artinya struktur masih dalam level kinerja fully occupational. Sedangkan pada BSE-2E, level kinerja struktur masih melampaui CP, namun jumlah sendi plastisnya telah berkurang menjadi 8 di arah X dan 3 di arah Y. Selanjutnya dilakukan perkuatan tambahan menggunakan CFRP pada 18 kolom yang tidak memenuhi persyaratan SCWB serta 116 balok dan 46 kolom yang belum memenuhi DCR dan/atau terbentuk sendi plastis yang melebihi acceptance criteria. Pada struktur yang telah diperkuat dengan kombinasi LRB dan CFRP ini, hasil analisis respon spektrum menunjukkan semua elemen struktur telah memenuhi persyaratan DCR. Kemudian, hasil analisis pushover level kinerja untuk demand gempa BSE-1E berada pada level fully occupational. Untuk BSE-2E, sendi plastis yang melampaui CP berhasil dieliminasi, menyisakan 8 sendi plastis (IO- LS) di arah X dan 7 sendi plastis (IO-LS) di arah Y. Hal ini menunjukkan bahwa struktur telah memenuhi acceptance criteria, yaitu tidak adanya sendi plastis yang melampaui kategori CP. Dengan strategi perkuatan yang diterapkan berupa pemasangan LRB dan perkuatan menggunakan CFRP, bangunan eksisting ini dapat mencapai tingkat keamanan yang memadai tanpa perlu melakukan peningkatan kuat tekan beton secara menyeluruh. Pendekatan ini menunjukkan bahwa dalam evaluasi dan rehabilitasi bangunan eksisting, diperlukan standar khusus yang mempertimbangkan kondisi aktual bangunan, bukan hanya mengacu pada regulasi perancangan terbaru yang ditujukan untuk bangunan baru. Kata kunci: Struktur rangka pemikul momen khusus, evaluasi kinerja, analisis respon spektrum, analisis pushover, perkuatan, rehabilitasi seismik, lead rubber bearing, carbon fiber reinforced polymer. ABSTRACT PERFORMANCE EVALUATION AND SEISMIC REHABILITASIN OF EXISTING BUILDINGS USING LEAD RUBBER BEARING (LRB) AND CARBON FIBER REINFORCED POLYMER (CFRP) By Najmi Nabila Sugiarto NIM: 25021003 (Master’s Program in Civil Engineering) Buildings designed using earlier standards often exhibit differences in design parameters compared to those specified in the latest regulations, including material requirements and seismic resistance criteria. One of the most significant changes in SNI (Indonesian National Standard) for earthquake-resistant building design pertains to seismic demand and the minimum required concrete compressive strength. In SNI 1726:2002, the seismic demand corresponds to an earthquake with a return period of 500 years, meaning a 10% probability of occurrence within 50 years. In contrast, SNI 1726:2019 adopts a return period of 2500 years, implying a 2% probability of occurrence within 50 years. Additionally, the minimum concrete compressive strength required by SNI 1726:2002 is 25 MPa, which is significantly lower than the 28 MPa requirement in SNI 1726:2019. These regulatory differences highlight the necessity for a performance evaluation of existing buildings to determine whether they still comply with the updated standards. For existing structures, evaluation cannot simply follow the latest design regulations but must instead refer to standards specifically developed for the assessment and strengthening of built structures. ASCE 41-17 is an internationally recognized guideline for evaluating the seismic performance of existing buildings based on a performance-based design approach. This standard allows for the assessment of whether a structure remains safe for use or requires strengthening interventions. This study aims to evaluate the seismic performance of an existing building designed according to SNI 1726:2002 using an appropriate evaluation method for existing structures, namely ASCE 41-17. Additionally, it seeks to identify effective seismic rehabilitation strategies to ensure compliance with ASCE 41-17 performance criteria. The proposed rehabilitation methods include Lead Rubber Bearings (LRB) and Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). LRB is employed to enhance the global seismic resistance of the building by reducing base shear and inter-story drift, while CFRP is applied to specific structural elements to improve their flexural, shear, and axial capacities. The structural modeling was conducted using ETABS software, considering gravitational loads such as self-weight, additional dead loads, and live loads. The structural analysis involved two primary methods: response spectrum analysis and pushover analysis. The response spectrum analysis served as a preliminary check to evaluate the Demand-Capacity Ratio (DCR) of the existing structure. Meanwhile, the pushover analysis was performed to assess structural performance under gradually increasing lateral loads until inelastic behavior was reached. The pushover analysis resulted in a base shear vs. displacement curve, which was then converted into the Acceleration Displacement Response Spectrum (ADRS) format. The capacity curve in ADRS format was then compared with the seismic demand curve, with their intersection defining the performance point. At this point, an evaluation of the plastic hinges that formed was carried out to determine whether the existing structure met the acceptance criteria specified in ASCE 41-17. This study utilized two seismic hazard level, BSE-1E (225-year return period) and BSE-2E (975-year return period), representing moderate and extreme earthquake scenarios for performance evaluation. In addition to assessing DCR and plastic hinge formation, an analysis was conducted to verify compliance with the Strong Column-Weak Beam (SCWB) requirement, ensuring that the failure mechanism prioritizes yielding in beams rather than columns. Through this approach, the study aimed to identify structural deficiencies and determine the most effective strengthening strategies to improve the building’s seismic resistance. The research results indicate that before rehabilitaion was applied, most structural elements were not strong enough to withstand seismic loads, posing a significant risk of structural damage. This is evidenced by the DCR values that do not meet the requirements and the formation of plastic hinges exceeding the acceptance criteria of ASCE 41-17. The implementation of Lead Rubber Bearing (LRB) significantly improved structural capacity, as indicated by the reduction in the number of plastic hinges and a more even distribution of deformation. However, some elements still did not meet the Strong Column-Weak Beam (SCWB) criteria and the plastic hinge limitations required by ASCE 41-17, necessitating additional reinforcement using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). A comparison between structures reinforced only with LRB and those reinforced with a combination of LRB and CFRP shows that the overall capacity improvement is not highly significant. This is due to the nature of CFRP reinforcement, which primarily focuses on enhancing the local capacity of specific structural elements. Nevertheless, this combined reinforcement strategy has effectively improved structural resilience, ensuring compliance with ASCE 41-17 performance requirements. The results of the response spectrum analysis for the existing building indicate that in the existing structure, there are 276 beam elements and 123 column elements with a Demand-to-Capacity Ratio (DCR) exceeding 1. Subsequently, the pushover analysis results for the BSE-1E earthquake show the formation of 5 plastic hinges with the IO-LS performance level in the X direction and 1 plastic hinge (IO-LS) in the Y direction. For the BSE-2E earthquake, 25 plastic hinges exceeding the Collapse Prevention (CP) performance level formed in the X direction, and 40 plastic hinges (>CP) in the Y direction, indicating structural failure. After rehabilitation using Lead Rubber Bearings (LRB), the response spectrum analysis results show a reduction in the number of elements that do not meet the DCR requirements to 116 beam elements and 3 column elements. The pushover analysis results indicate that no plastic hinges formed under the BSE-1E earthquake, meaning the structure remains at the fully operational performance level. Meanwhile, for the BSE-2E earthquake, the structural performance level still exceeds CP, but the number of plastic hinges has been reduced to 8 in the X direction and 3 in the Y direction. Further strengthening was carried out using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) on 18 columns that did not meet the Strong Column-Weak Beam (SCWB) requirement, as well as 116 beams and 46 columns that did not meet the DCR requirement and/or formed plastic hinges exceeding the acceptance criteria. In the structure strengthened with the combination of LRB and CFRP, the response spectrum analysis results indicate that all structural elements now meet the DCR requirements. Furthermore, the pushover analysis results show that the performance level for the BSE-1E earthquake demand remains at the fully operational level. For the BSE-2E earthquake, plastic hinges exceeding CP were successfully eliminated, leaving only 8 plastic hinges (IO-LS) in the X direction and 7 plastic hinges (IO-LS) in the Y direction. This demonstrates that the structure has met the acceptance criteria, as no plastic hinges exceed the CP category. With the applied strengthening strategy, the existing building achieved an adequate level of safety without necessitating a comprehensive increase in concrete compressive strength. This study highlights the importance of adopting specialized standards tailored to existing structures, rather than relying solely on modern design codes intended for new buildings when assessing and rehabilitating aging infrastructure. Keywords: Special moment resisting frame, performance evaluation, response spectrum analysis, pushover analysis, strengthening, seismic rehabilitaion, Lead rubber bearing, carbon fiber reinforced polymer. Oleh Najmi Nabila Sugiarto NIM: 25021003 (Program Studi Magister Teknik Sipil) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Pembimbing Tanggal 4 Februari 2025 Patria Kusumaningrum, S.T., Ph.d. NIP. 118110032 EVALUASI KINERJA DAN REHABILITASI SEISMIK GEDUNG PERKANTORAN EKSISTING MENGGUNAKAN LEAD RUBBER BEARING (LRB) DAN CARBON REINFORCED POLYMER (CFRP).