EVALUASI KINERJA PORTAL BAJA 3 DIMENSI DENGAN PENGAKU LATERAL AKIBAT GEMPA KUAT BERDASARKAN PERFORMANCE BASED DESIGN

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR EVALUASI KINERJA PORTAL BAJA 3 DIMENSI DENGAN PENGAKU LATERAL AKIBAT GEMPA KUAT BERDASARKAN PERFORMANCE BASED DESIGN Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Pendidikan Program Studi Strata 1 (S-1) Pada Progam Studi Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang Disusun Oleh : Nama : Eva D Widhiastuti NIM : Nama : Meiko AC Simanjuntak NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2007

2 LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana Strata Satu (S-1) EVALUASI KINERJA PORTAL BAJA 3 DIMENSI DENGAN PENGAKU LATERAL AKIBAT GEMPA KUAT BERDASARKAN PERFORMANCE BASED DESIGN Oleh : Nama : Eva D Widhiastuti NIM : Nama : Meiko AC Simanjuntak NIM : Telah Diperiksa dan Disetujui : Pembimbing I Pembimbing II Agus Setiawan, ST., MT Ir. Tavio, MS, Ph.D Disahkan oleh : Dekan Fakultas Teknik Sipil Dr.Rr.M.I. Retno Susilorini, ST., MT

3 LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana Strata Satu (S-1) EVALUASI KINERJA PORTAL BAJA 3 DIMENSI DENGAN PENGAKU LATERAL AKIBAT GEMPA KUAT BERDASARKAN PERFORMANCE BASED DESIGN Oleh : Nama : Eva D Widhiastuti NIM : Nama : Meiko AC Simanjuntak NIM : Dosen Penguji I Telah Diperiksa dan Disetujui : Dosen Penguji II Dosen Penguji III Agus Setiawan, ST., MT Ir. David Widianto, MT Ir. Kiki Saptono, MT Disahkan oleh : Dekan Fakultas Teknik Sipil Dr.Rr.M.I. Retno Susilorini, ST., MT

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang selalu memberikan rahmat dan karunia-nya, terutama dalam menyelesaikan laporan tugas akhir " Evaluasi Kinerja Portal Baja 3 Dimensi dengan Pengaku Lateral ". Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar kesarjanaan (S1) pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan, dan bimbingan dari berbagai pihak selama pembuatan laporan tugas akhir ini hingga selesai. Ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada : 1. Bp. Agus Setiawan, ST., MT., selaku dosen pembimbing I yang telah banyak membimbing dan mengarahkan dalam pembuatan tugas akhir ini; 2. Bp. Ir. Tavio, MS., Ph.D., selaku dosen pembimbing II yang telah banyak membimbing dan mengarahkan dalam pembuatan tugas akhir ini; 3. Bp. Ir. David Widianto, MT., selaku dosen penguji yang selalu mendukung dan memberi masukan atau saran dalam pembuatan tugas akhir ini; 4. Bp. Ir. Kiki Saptono, MT., selaku dosen penguji yang selalu mendukung dan memberi masukan atau saran dalam pembuatan tugas akhir ini. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan karunia-nya kepada semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan dan bimbingan, sehingga laporan ini dapat terselesaikan dengan baik. Akhir kata semua laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan, baik bagi penulis maupun bagi semua orang yang membacanya. Semarang, Oktober 2007 Penulis iv

5 Proposal Tugas Akhir DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN. ii LEMBAR ASISTENSI iii KATA PENGANTAR. iv DAFTAR ISI v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL ix DAFTAR LAMPIRAN xi DAFTAR NOTASI. xii ABSTRAK... xv BAB I : PENDAHULUAN Latar Belakang Penulisan Tujuan Penulisan Pembatasan Masalah Sistematika Penyusunan.. 3 BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Pendahuluan Analisa Statik Non-inier (Pushover) Waktu Getar Alami Efektif Target Perpindahan ETABS Peraturan-peraturan Perancangan Berbasis Kinerja ATC Metoda Spektrum Kapasitas FEMA (Federal Emergency Management Agency) Metoda Koefisien Perpindahan FEMA Metoda Koefisien Perpindahan FEMA Pola Beban Dorong dari FEMA v

6 Proposal Tugas Akhir Kinerja Batas Ultimit Menurut SNI Pemodelan, Analisis, dan Desain Pemodelan Analisis Beban Dorong... A. Hinge Properties... B. Distribusi Sendi Plastis... C. Daktilitas Struktur ( µ ) dan Faktor Reduksi Gempa (R) Aktual Evaluasi Performance-Based Design... BAB III : METODOLOGI PENELITIAN Perumusan Masalah 3.2 Pemodelan Struktur 3.3 Tahapan-tahapan Dari Analisa Pushover Preliminary Design Pembebanan Diagram Alir Metodologi... BAB IV : PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA Preliminary Design Data-data Peraturan Yang Dipakai Pembebanan Perhitungan Beban Gravitasi Perhitungan Beban Lateral Perhitungan Berat Total Bangunan Perhitungan Gaya Geser Dasar Analisis Terhadap T Reyleigh Kontrol Drift Kinerja Batas Layan ( s) dan Kinerja Batas Ultimate ( m)... BAB V : ANALISA NON-LINEAR vi

7 Proposal Tugas Akhir 5.1 Output Analisa Non-Linear Kurva Kapasitas Nilai Daktilitas Target Displacement Tingkat Kinerja Struktur BAB VI : EVALUASI HASIL ANALISA Daktilitas Gaya Geser Dasar Kurva Kapasitas Sendi Plastis Target Displacement Rekapitulasi Hasil Perhitungan BAB VII : KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA vii

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ilustrasi Rekayasa Gempa Berbasis Kinerja... 7 Gambar 2.2 Parameter Waktu Getar Fundamental Efektif dari Kurva Pushover... 8 Gambar 2.3 Denah Bangunan Tipikal Gambar 2.4 Elevasi Portal Gambar 2.5 Penentuan Titik Kinerja Menurut Metode Spektrum Kapasitas Gambar 2.6 Parameter Data Respons Spektrum Rencana Gambar 2.7 Variasi Pola Distribusi Pembebanan Lateral Gambar 2.8 Default-M3 dan Default-PMM Hinge Properties Gambar 3.1 Model 1 Bresing X Gambar 3.2 Model 2 Bresing V Terbalik Gambar 3.3 Model 3 Bresing V Gambar 3.4 Model 4 Tanpa Bresing Gambar 3.5 Respons Spektrum Gempa Rencana Gambar 3.6 Flow Chart Gambar 4.1 Denah Penempatan Balok dan Kolom Gambar 5.1 Kurva Kapasitas Model Gambar 5.3 Kurva Kapasitas Model Gambar 5.4 Kurva Kapasitas Model Gambar 5.4 Kurva Kapasitas Model Gambar 5.5 Grafik Respon Spektrum Gambar 5.6 Kurva Kapasitas Tipikal Gambar 6.1 Kurva Kapasitas viii

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Target Perpindahan. 11 Tabel 2.2 Spektrum Respons Gempa Rencana Tabel 4.1 Pembebanan Pada Balok Lantai Atap 36 Tabel 4.1 Pembebanan Pada Balok Lantai Tabel 4.3 Pembebanan Tributary Area a. Model 1 (Bracing X ) Tabel 4.4 Berat Bangunan Lt Tabel 4.5 Berat Bangunan Lt Tabel 4.6 Berat Bangunan Lt Tabel 4.7 Berat Bangunan Lt Tabel 4.8 Berat Bangunan Lt Tabel 4.9 Berat Bangunan Lt b. Model 2 (Bracing V Terbalik) Tabel 4.10 Berat Bangunan Lt Tabel 4.11 Berat Bangunan Lt Tabel 4.12 Berat Bangunan Lt Tabel 4.13 Berat Bangunan Lt Tabel 4.14 Berat Bangunan Lt Tabel 4.15 Berat Bangunan Lt c. Model 3 (Bracing V) Tabel 4.16 Berat Bangunan Lt Tabel 4.17 Berat Bangunan Lt Tabel 4.18 Berat Bangunan Lt Tabel 4.19 Berat Bangunan Lt Tabel 4.20 Berat Bangunan lt Tabel 4.21 Berat Bangunan Lt d. Model 4 (Tanpa Bracing) Tabel 4.22 Berat Bangunan Lt ix

10 Tabel 4.23 Berat Bangunan Lt Tabel 4.24 Berat Bangunan Lt Tabel 4.25 Berat Bangunan Lt Tabel 4.26 Berat Bangunan lt Tabel 4.27 Berat Bangunan Lt Tabel 4.28 Rekap Berat Total Bangunan Tabel 4.29 Gaya Fi Model Tabel 4.30 Gaya Fi Model Tabel 4.31 Gaya Fi Model Tabel 4.32 Gaya Fi Model Tabel 4.33 T Reyleigh Model Tabel 4.34 T Reyleigh Model Tabel 4.35 T Reyleigh Model Tabel 4.36 T Reyleigh Model Tabel 4.37 Kontrol Drift Model Tabel 4.38 Kontrol Drift Model Tabel 4.39 Kontrol Drift Model Tabel 4.40 Kontrol Drift Model Tabel 5.1 Nilai Daktilitas Tiap Pemodelan Tabel 5.2 Tabel Nilai Faktor Modifikasi C Tabel 5.3 Tabel Nilai Faktor Modifikasi C Tabel 5.4 Harga Koefisien B s & B Tabel 5.5 Target Displacement Tiap-tiap Pemodelan Tabel 5.6 Batas Deformasi Tabel 6.1 Nilai Daktilitas Tiap Pemodelan Tabel 6.2 Nilai Geser Dasar Tiap Pemodelan Tabel 6.3 Perbandingan Nilai Target Displacement Tabel 6.4 Tabel Rekapitulasi Hasil Perhitungan x

11 DAFTAR LAMPIRAN Pola Keruntuhan Model 1... Pola Keruntuhan Model 2... Pola Keruntuhan Model 3... Pola Keruntuhan Model 4... Output Kurva Kapasitas Model 1... Output Kurva Kapasitas Model 2... Output Kurva Kapasitas Model 3... Output Kurva Kapasitas Model 4... L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L7 xi

12 DAFTAR NOTASI a = Konstanta a adalah sama dengan 130, 90 dan 60 untuk site kategori B, C dan D C 0 = koefisien faktor bentuk, untuk merubah perpindahan spektral menjadi perpindahan atap, umumnya memakai faktor partisipasi ragam yang pertama (first mode participation factor) atau berdasarkan Tabel 8-8 dari ATC-40 C 1 = faktor modifikasi yang menghubungkan perpindahan inelastis maksimum dengan perpindahan yang dihitung dari respon elastik linier. C 2 C 3 = faktor modifikasi representasi efek dari bentuk histeris pada saat respon simpangan maksimum = koefisien untuk memperhitungkan pembesaran lateral akibat adanya efek P-delta. Koefisen diperoleh secara empiris dari studi statistik analisa riwayat waktu non-linier dari SDOF dan diambil berdasarkan pertimbangan engineering judgement, dimana perilaku hubungan gaya geser dasar lendutan pada kondisi pasca leleh kekakuannya positif (kurva meningkat) maka C3 = 1, sedangkan jika perilaku pasca lelehnya negatif (kurva menurun) g = percepatan gravitasi 9.81 m/det 2 H = tinggi bangunan K e K i n R = kekakuan efektif lateral = kekakuan elastis lateral = nomor lantai tingkat paling atas = faktor reduksi gempa, rasio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh gempa rencana pada struktur gedung elastik penuh dan beban gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana pada struktur gedung daktail, bergantung pada faktor daktilitas struktur gedung tersebut. xii

13 S a S d T T i T e T S V y W W i X roof z i α s m δt δ m δ y = akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar alami efektif pada arah yang ditinjau = perpindahan spekra elastis = waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastis = waktu fundamental elastis = waktu getar efektif = waktu getar karakteristik yang diperoleh dari kurva respons spektrum pada titik dimana terdapat transisi bagian akselerasi konstan ke bagian kecepatan konstan = gaya geser dasar pada saat leleh, dari idealisasi kurva pushover menjadi bilinier. = total beban mati dan beban hidup yang dapat direduksi. = berat lantai tingkat ke i, termasuk termasuk beban hidup yang sesuai = perpindahan titik atap = ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral menurut pasal dan = rasio kekakuan pasca leleh terhadap kekakuan elastis efektif, dimana hubungan gaya lendutan diidealisasikan sebagai kurva bilinier = kinerja batas layan = kinerja batas ultimate = target perpindahan = simpangan maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan = simpangan struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada saat terjadinya pelelehan pertama ξ (ksi) = faktor pengali dari simpangan struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana pada taraf pembebanan nominal untuk mendapatkan simpangan maksimum struktur gedung pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan µ = faktor daktilitas struktur gedung xiii

14 D L La H W E = beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap = beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lainlain = beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak = beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air = beban angin = beban gempa, yang ditentukan menurut SNI , atau penggantinya dengan xiv

15 Akibat Gempa Kuat Berdasarkan Performance Based Design ABSTRAK Mengingat sebagian besar wilayah Indonesia terletak dalam wilayah gempa moderat hingga tinggi, maka perencanaan struktur tahan gempa sangatlah penting. Konsep perencanaan struktur tahan gempa yang digunakan adalah konsep perencanaan yang berbasis kinerja (performance-based design). Disini dipakai 4 (empat) pemodelan struktur dengan konfigurasi bracing yang berbeda, yang akan dianalisis tingkat kinerjanya terhadap beban gaya gempa dan diperbandingkan satu dengan yang lain untuk mendapatkan tingkat kinerja yang paling baik. Bracing menggunakan prinsip Sistem Ganda dengan SRBPMK. Nilai daktilitas yang dihasilkan dengan mengacu pada SNI sangat mempengaruhi tingkat kinerja dan kekuatan suatu struktur. Hasil studi kasus pada portal baja 3D menyimpulkan bahwa, model struktur menggunakan bracing X dengan nilai daktilitas (µ) = 2,9514 strukturnya lebih kuat dibandingkan dengan model bracing V (µ) = 3,4311, V terbalik (µ) = 3,3377 dan struktur tanpa bracing (µ) = 3,8862. Prinsip Sistem Ganda dengan SRBPMK tercapai untuk semua pemodelan. Pemeriksaan hasil evaluasi non-linear dengan menggunakan metode ATC-40 menunjukkan hasil yang relatif baik sehingga koefisien perpindahan yang didapat dari ATC-40 dapat dijadikan alternatif pemeriksaan kinerja struktur selain daktilitas perpindahan yang dipakai oleh SNI Kata kunci : struktur tahan gempa, performance-based design, sistem ganda, tingkat kinerja, daktilitas. xv