ANALISISKINERJA STRUKTUR METODE PERFORMANCE BASED DESIGN TERHADAP GEDUNG DENGAN KETIDAKBERATURAN HORISONTAL

Transkripsi

1 ANALISISKINERJA STRUKTUR METODE PERFORMANCE BASED DESIGN TERHADAP GEDUNG DENGAN KETIDAKBERATURAN HORISONTAL Performance AnalysisofThe Structure of Performance Based Design Methods forbuildingswith HorizontalIrregularity SKRIPSI Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan MemperolehGelarSarjanaTeknik Pada JurusanTeknikSipil Fakultas Teknik UniversitasSebelasMaret Surakarta DisusunOleh: ARIFIN PERHYANGAN I JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2013 to user i

2 HALAMAN PERSETUJUAN ANALISIS KINERJA STRUKTUR METODE PERFORMANCE BASED DESIGN TERHADAP GEDUNG DENGAN KETIDAKBERATURAN HORISONTAL Performance Analysis ofthe Structure of Performance Based Design Methods for BuildingsWith HorizontalIrregularity SKRIPSI Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan MemperolehGelarSarjanaTeknik Pada JurusanTeknikSipil Fakultas Teknik UniversitasSebelasMaret Surakarta DisusunOleh: ARIFIN PERHYANGAN I Persetujuan, DosenPembimbing I DosenPembimbing II Wibowo, S.T., DEA Endah Safitri, S.T., M.T. NIP NIP ii

3 HALAMAN PENGESAHAN ANALISIS KINERJA STRUKTUR METODE PERFORMANCE BASED DESIGN TERHADAP GEDUNG DENGAN KETIDAKBERATURAN HORISONTAL Performance Analysis ofthe Structure of Performance Based Design Methods for BuildingsWith HorizontalIrregularity SKRIPSI Disusun Oleh: ARIFIN PERHYANGAN I Dipertahankan dihadapan Tim Penguji Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima guna memenuhi persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada hari Rabu, 19 Juni 2013: 1. Wibowo, S.T., DEA ( ) NIP Endah Safitri, S.T., M.T. ( ) NIP Edy Purwanto, S.T., M.T. ( ) NIP Agus Setiya Budi, S.T., M.T. ( ) NIP Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS Mengesahkan, Ketua Program Non Reguler Fakultas Teknik UNS Ir. Bambang Santosa, M.T. Edy Purwanto, S.T., M.T. NIP NIP iii

4 MOTTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO Bacalahdengan(menyebut)namaTuhanmu Yang menciptakan. Diatelahmenciptakanmanusiadarisegumpaldarah.Bacalah,dan TuhanmulahYangMahaPemurah.Yang mengajar (manusia) denganperantaraankalam.diamengajarkanmausiaapa yang tidakdiketahuinya.(al-alaq: 1-5) Make no little plans, they have no magic to stir man s blood. Make big plans, for a noble document once recorded will never die. Carilah ilmu setinggi langit!. PERSEMBAHAN Allah Azza wa Jalla Bapak, ibu dan adikku RinaAkromahHafizi Mahasiswa Teknik Sipil Transfer 2009 Almamater Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta iv

5 ABSTRAK Arifin Perhyangan, 2013.Analisis Kinerja Struktur Metode Performance Based Design Terhadap Gedung Dengan Ketidakberaturan Horisontal.Skripsi. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Indonesia berpotensi besar terhadap terjadinya gempa, karena berada pada pertemuan lempeng India Australia, lempeng Pasifik, dan lempeng Eurasia, serta pertemuan jalur gempa Sirkum Pasifik dan jalur gempa Alpide Transasiatic. Bencana gempa dapat mengakibatkan kerusakan struktur bangunan, oleh karena itu perlu dilakukan evaluasi kinerja bangunan gedung untuk memprediksikan perilaku kerusakan bangunan akibat gempa berdasarkan data yang ada.tujuan penelitian ini untuk mengetahui kinerja bangunan gedung berdasarkan analisis ragam spektrum respons, yang berupa perpindahan (displacement) tingkat dan selisih perpindahan antar tingkat (drift), sesuai dengan kinerja batas layan dan kinerja batas ultimit yang tercantum dalam SNI , serta level kinerja struktur sesuai Applied Technology Council (ATC-40). Metode analisis ini menggunakan ragam spektrum respon dengan beban gempa mengacu pada RSNI dan perhitungan analisis struktur menggunakan perangkat lunak SAP2000 dalam model tiga dimensi. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui kinerja gedung berdasarkan mekanisme terbentuknya sendi plastis pada balok dan kolom serta hubungan bese shear dengan displacment pada kurva pushover dan kurva seismic demand. Hasil analisis menunjukkan bahwa gaya geser dasar dari analisis pushover sebesar 1.355,521 ton, gaya geser dasar tersebut lebih besar dari gaya geser dasar rencana sebesar 132,829 ton. Maksimum total drift sebesar 7,3625x10-5 m, nilai displacement sebesar 1,178x10-3 m jadi displacement pada gedung tidak melampaui displacement maksimal dan simpangn atap dari analisa struktur software sebesar 0, m, Prosedur A adalah suatu analisis manual untuk menentukan titik kinerja yang menggabungkan antara spektrum kapasitas dan spektrum demand dari metode Capacity Spectrum ATC-40 yaitu sebesar 0, m dan Prosedur B adalah analisis kinerja struktur dengan menggunakan metode Modal Pushover Analysis yang memperhitungkan pengaruh ragam tinggi yaitu sebesar 0, m, jadi struktur gedung tersebut dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO). Perilaku plastis struktur pada sebagian besar kolom lantai 1, 2 dan sebagian lantai 3 dan 4 menunjukkan terjadinya mekanisme sendi plastis pada elemen tersebut sehingga kemungkinan terjadi kegagalan struktur yang fatal dan gedung perpotensi mengalami torsi sebagai akibat ketidakberaturan horisontal Kata Kunci:Spektrum kapasitas dan pushover v

6 ABSTRACT ArifinPerhyangan, 2013.Performance AnalysisofThe Structure of Performance Based Design Methods forbuildings With HorizontalIrregularity.Final Project. Departement of Civil Engeneering Faculty of EngineeringSebelasMaret University of Surakarta. Indonesian archipelago has a great potential to the occurrence of earthquakes, because it is located on 3 major active tectonic plates (Indian-Australian plate, Pacific plate, and Eurasian plate). It is also located between Circum Pacific and AlpideTransasiatic seismic belt. Earthquake can cause damage for building structure. Therefore, it is necessary to evaluate the building performance in order to predict the behavior of building damage caused by earthquake based on existing data. The purpose of this research is to determine the building performance based on analysis of various response spectrum i.e. story displacement and inter-story drift, which refer to the serviceability limit and ultimate limits performance listed in SNI , and performance level of structure refers to Applied Technology Council (ATC-40). The analyst was using the analysis of response spectrum, which the earthquake load refers to RSNI Calculation of structure analysis was using SAP2000 software in a three-dimensional model.the aims of this study iss to determine the performance of buildings ased on the mechanism of formation plastic hinge at the beams and columns and the relationship with the base shear displacement pusshover curve and the curve on the seismic demand. The results showed that the shear force pushover evaluation of 1.355,521 ton, base shear force is greater than the shear force plan 132,829 ton. Total drift maximum is 7,3625x10-5 m, displacement value is 1,178x10-3 m so displacement on building does not exceed the maximum displacement and displacement roof from software structure analysis is 0, m, Procedure A is a manual analysis to establish performance point that add together between capacity spectrum and demand spectrum from Capacity Spectrum Method ATC-40 is 0, m dan Procedure B is a structure performance analysis with establish Modal Pushover Analysis Method that has been calculated influence high mode is 0, m, so the buildings included in the Immediate Occupancy performance level (IO). Behavior structure plastis on much of the column in floors 1, 2 and for those of in floors 3 and 4 to strung out plastis hinge mechanism that element so probability has failuredstrucure that fatal and the buiding has been torsion. Keywords:capacity spectrum and pushover vi

7 KATA PENGANTAR PujisyukurAlhamdullilahpenulisucapkankehadirat Allah SWT atassegalalimpahanrahmatdanhidayah-nya, sehinggapenulisdapatmenyelesaikanpenyusunanskripsiini. Penyusunanskripsiinimerupakansalahsatusyaratuntukmemperolehgelarsarjanapada JurusanTeknikSipilFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret Surakarta.Penulismenyusunskripsidenganjudul Analisis Kinerja Struktur Metode Performance Based Design Terhadap Gedung Dengan Ketidakberaturan Horisontal.Penulismenyadarisepenuhnyabahwatanpabantuandariberbagaipihakpe nulissulitmewujudkanskripsiini.olehkarenaitu, dalamkesempataninipenulismengucapkanterimakasihsebesar-besarnya kepada: 1. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Ir. Bambang Santosa, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil. 3. Wibowo, S.T., DEAselakuDosenPembimbing I. 4. Endah Safitri, S.T., M.T.selakuDosenPembimbing II. 5. Edy Purwanto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Non Reguler Teknik Sipil Transfer dan Dosen Penguji. 6. Agus Setiya Budi, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji. 7. Ir. Suyatno K, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik. 8. Halwan Alfisa S, S.T, M.T. yang telah membantu analisis pushover program SAP Lilik Hendri Suryo Anom yang telah bersama-sama mengerjakan skripsi ini. Akhir kata penulisberharapskripsiinidapatbermanfaatbagipembaca. Surakarta, Juni 2013 Penulis vii

8 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii MOTTO DAN PERSEMBAHAN... iv ABSTRAK... v ABSTRACK... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN... xv BAB 1PENDAHULUAN 1.1. LatarBelakang RumusanMasalah BatasanMasalah Tujuandan Manfaat Penelitian... 4 BAB 2TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Bentuk Bangunan Tinjauan Tentang Gempa Penyebab Terjadinya Gempa dan Patahan Jalur Gempa Bumi Dunia Gelombang Gempa Pengukuran Gempa Penyebab Tanah Akibat Gempa dan Spektrum Respon Parameter Dinamika commit to Struktur user viii

9 Kekakuan (Stiffness) Redaman (Damping) Waktu Getar Alami Struktur Landasan Teori Metode Struktur Analisis Terhadap Beban Gempa Cara Pemilihan Analisis Konsep Pembebanan Beban-beban pada Struktur Faktor Beban dan Kombinasi Pembebanan Faktor Reduksi Kekuatan Konsep Perencanaan Gedung Tahan Gempa Kriteria Perencanaan Waktu Getar Alami Fundamental Eksentrisitas Rencana Wilayah Gempa, Resiko Gempa dan Syarat Pendetailan Kategori Gedung,Konfigurasi Struktur Gedung dan Prosedur Analisa Konsep Performance Based Seismic Engineering Konsep PBSE Tahapan Evaluasi Metode Spektrum Kapasitas ATC Prosedur Statik Non Linier Metode Spektrum Kapasitas (ATC-40) Modal Pushover Analysis/MPA Kriteria Kinerja Struktur BAB 3METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Model Struktur Gedung Data Gedung Tahapan Analisis Kerangka Pikir ix

10 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisa Struktur Pembebanan Waktu Alami Struktur Daktilitas Struktur Analisis Statik Nonlinier Tinjauan Struktur Gedung Perhitungan Pembebanan Analisis Statik Ekuivalen SNI Prosedur SAP PembebananElemen Analisis Pushover Hasil Analisis Pushover Pembahasan Perhitungan Kurva Kapasitas Menjadi Kurva Spektrum Prosedur A Perubahan Capacity Curve ke Capacity Spectrum Perubahan Demand Curve ke Demand Spectrum Menentukan Nilai ay dan dy Persamaan Garis Linier pada Kurva Kapasitas Perhitungan Nilai dpi dan api Performance Level Prosedur B Menentukan Nilai ay dan dy Koordinat dpi dan api Skema Distribusi Sendi Plastis BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA x

11 LAMPIRAN DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Efek Kekuatan Gempa Tabel 2.2. Harga Relatif Faktor Pembesaran Spektrum Tabel 2.3. Faktor Keutamaan Struktur Tabel 2.4. Beban Mati pada Struktur Tabel 2.5. Beban Hidup pada Lantai Bangunan Tabel 2.6. Reduksi Kekuatan Tabel 2.7. Ketentuan Resiko Gempa dan Syarat Pendetailan. ACI/UBC dan SNI Tabel 2.8. Syarat Pendetailan Tabel 2.9. Persyaratan Gedung Struktur Beraturan Tabel Tahapan Evaluasi Sesuai ATC Tabel Nilai l Tabel Nilai Maksimum yang Diijinkan untuk SR A dan SR V Tabel Tipe Perilaku Struktur Tabel Batasan Rasio Drift Atap Menurut ATC Tabel 4.1. Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung Tabel 4.2. Cek List Persyaratan Struktur Gedung Tabel 4.3. Nilai Fungsi Respon Spektrum Rencana Wilayah Gempa Tabel 4.4. Data Kolom Tabel 4.5. Data Balok Tabel 4.6. Data Pelat Tabel 4.7. Data Sloof Tabel 4.8. Beban Mati Lantai 1 dan Tabel 4.9. Beban Mati Tambahan Lantai 1 dan Tabel Beban Mati Lantai Tabel Beban Mati Tambahan Lantai Tabel Beban Mati Lantai Tabel Beban Mati Tambahan Lantai xi

12 Tabel Beban Struktur Per Lantai Tabel Distribusi Beban Lateral Tiap Lantai Tabel Beban Lateral Searah Sumbu X dan Y Tabel Batasan Rasio Drift Atap Menurut ATC Tabel 4.18 Nilai Displacement Tiap Lantai Tabel Faktoradan MPF Tabel Capacity Curve dan Capacity Spectrum Tabel Koordinat dpi dan api Tabel Perhitungan dpi dan api Baru Tabel Tingkat Kerusakan Struktur Akibat Sendi Plastis Tabel 5.1. PerbandinganProsedur SAP2000 denganadan B xii

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1. Peta Wilayah Gempa Indonesia... 1 Gambar 1.2. KonsepKriteriaKinerjaGedungBerdasarkan FEMA Gambar 2.1. Celah Pemisah Membantu PenyederhanaanDenah Bangunan. 8 Gambar 2.2. Peta Lempeng Tektonik Dunia... 9 Gambar 2.3. Jalur Gempa Dunia Gambar 2.4. Body Wave Gambar 2.5. Surface Wave Gambar 2.6. Model Bilinier Hubungan Gaya-Perpindahan Gambar 2.7. Spektrum Respon Sistem Inelastic-Yield, Sistem Elastic Plastic Redaman 5% Komponen S90W dari Gempa El-Centro 18 Gambar 2.8. Pembuatan Spektrum Percepatan dan Perpindahan Total Sisem Tak Elastik dari Spektrum Sistem Elastik Gambar 2.9. Respon Spektrum Gempa Gambar Konversi Spektrum Tradisional Menjadi Spektrum ADRS Gambar Konversi Spektrum Kapasitas Gambar Penentuan Performance Point dengan Prosedur A Gambar Penentuan Performance Point dengan Prosedur B Gambar Mode Shape Tiga Mode Pertama dan Periode Naturalnya Gambar Kurva Pushover Masing masing Modes Gambar Parameter Kekuatan Struktur Gambar Kurva Kapasitas Gambar 3.1. Denah Gedung Gambar 3.2. Dagram Alur Kerja Gambar 4.1. ResponSpektrumGempaRencana Wilayah Gempa Gambar 4.2. Respon Spektra Gambar 4.3. DiafragmaUntukMasing-masingLantai Gambar 4.4. Static Load Case Names Gambar 4.5. IdentitasAnalisisGravitasidan Pushover Gambar 4.6. Properti Data Gravitasi xiii

14 Gambar 4.7. Properti Data Push Gambar 4.8. Hinge Properti Gambar 4.9. Analisis Push Gambar KurvaKapasitas Gambar 4.11 KurvaKapasitasSpektrum Gambar Parameter KapasitasSpektrum Gaambar 4.13.Capacity Curve Gambar Capacity Spectrum Gambar Demand Curve Gambar Demand Spectrum Gambar Garis Bantu Gambar Titik Potong Gambar Performance Point ProsedurA Gambar Garis dpi dan api Gambar Performance Point Prosedur B Gambar Gambar 2D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 3D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 2D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 3D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 2D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 3D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 2D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 3D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 2D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 3D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 2D Portal Sendi Plastis Step Gambar Gambar 3D Portal Sendi Plastis Step xiv

15 DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN A = Beban atap A = Luas per lantai ADRS = Acceleration displacement response spectrum ATC = Applied technology council b = Tegak lurus arah pembebanan gempa C = Faktor respon gempa dalam SNI D = Beban mati e = Eksentrisitas rencana E = Beban gempa E D E S f f f c Fa F i Fv g h n I m n k L P i PF i PBD = Energi yang di disipasi oleh redaman/damping = Energi regangan maksimum = Frekuensi = Faktor reduksi = Kuat tekan beton = Parameter respons spektra percepatan untuk gempa maksimum yang ditinjau, bergantung pada kelas lokasi dan nilai SS (g) = Gaya lateral statik ekuivalen = Parameter respons spektra percepatan untuk gempa maksimum yang ditinjau, bergantung pada kelas lokasi dan nilai S1 (g) = Percepatan gravitasi = Tinggi gedung tingkat ke-n = Faktor keutamaaan struktur = Massa = Nomorlantaitingkat paling atas = Kekakuan = Bebanhidup = Jumlah total bebangrafitasi yang bekerjapadalantaike-i = Modal participation factor mode-1 = Performance based design Q = Beban xv

16 R R R x R y Sa i Sd i S DS S D1 S S S 1 T T l U V V bd V bp V c V 1 V m V x V y W W i W t X atau D Xroof z i = Bebanhujan = Faktor reduksi gempa = Faktor reduksi gempa arah X = Faktor reduksi gempa arah Y = Spectralacceleration = Spectral displacement = Parameter respons spektra percepatan desain. (2/3.Fa.SS) = Parameter respons spektra percepatan desain. (2/3.Fv.S1) = Parameter respons spektra percepatan pada perioda pendek, yang didapat dari Peta Wilayah gempa di Indonesia untuk S S (g) = Parameter respons spektra percepatan pada perioda 1-detik, yang didapat dari Peta Wilayah gempa di Indonesia untuk S1 (g) = Periode = Faktor alami fundamental = Kuat Perlu = Beban gempa dasar nominal = Gaya gempa rencana (statik ekivalen) struktur berdasarkan tingkat daktilitas dan perioda alami struktur = Gaya gempa pada titik performance = Gaya gempa maksimum yang terjadi pada struktur elastis penuh yang berada diambang keruntuhan yang nilainya = Gaya geser dasar = Gaya gempa maksimum yang terjadi pada struktur dalam kondisi plastis yang berada diambang keruntuhan = Faktor gaya geser dasar arah X = Faktor gaya geser dasar arah Y = Bebanangin = Beratlantaitingkatke-i = Berat total struktur = Perpindahan = Perpindahan atap = Ketinggianlantaitingkatke-i xvi

17 x w n f 1,roof l b 0 d m d y = Koefisien presentase redaman untuk struktur beton bertulang = Frekuensi alami = Amplitudopadaroof level, mode-1 = Faktor modifikasi redaman dari kurva bilinier spektrum kapasitas = Hysteretic damping = Deformasi struktur pada ambang keruntuhan maksimum = Deformasi struktur pada saat leleh pertama xvii