RETROFITTING STRUKTUR BANGUNAN BETON BERTULANG DI BAWAH PENGARUH GEMPA KUAT

Transkripsi

1 RETROFITTING STRUKTUR BANGUNAN BETON BERTULANG DI BAWAH PENGARUH GEMPA KUAT TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL oleh : Hengki Putra Sahana Saga Hayyu Suyanto Putra DOSEN PEMBIMBING: PROF. DR. IR. R. BAMBANG BUDIONO, M. E. PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TUGAS AKHIR RETROFITTING STRUKTUR BANGUNAN GEDUNG BETON BERTULANG DIBAWAH PENGARUH BEBAN GEMPA KUAT Oleh HENGKI PUTRA SAHANA SAGA HAYYU SUYANTO PUTRA DISETUJUI Oleh Prof. Dr. Ir. BAMBANG BUDIONO, ME NIP: MENGETAHUI KOORDINATOR TUGAS AKHIR KK REKAYASA STRUKTUR KETUA PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL ITB Ir. MADE SUARJANA, M.Sc, Ph.D NIP: Dr. Ir. HERLIEN D. SETIO NIP:

3 ABSTRAK Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang dibawah Pengaruh Beban Gempa Kuat. Hengki Putra Sahana ( ) dan Saga Hayyu Suyanto Putra ( ) Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung 2008 Sebagaimana diketahui, negara Indonesia kerap dilanda gempa bumi. Gempa bumi yang terjadi bisa dikatakan cukup sulit untuk diprediksi besar percepatannya. Sebagai contoh, Salah satu gempa besar yang terjadi di Indonesia dalam kurun waktu terdekat adalah gempa Aceh, yang berkekuatan 9,3 Skala Richter, padahal sebelumnya prediksi kekuatan gempa daerah Aceh dan sekitarnya hanya sebesar 8,5 Skala Richter. Pada umumnya, struktur bangunan gedung didesain berdasarkan peraturan struktur tahan gempa yang berlaku ketika itu. Dengan adanya kejadian gempa besar seperti gempa Aceh, memaksa dilakukannya revisi terhadap peraturan gempa yang ada, sehingga banyak struktur bangunan yang tidak bisa bertahan dengan percepatan gempa berdasarkan peraturan gempa yang baru. Hal tersebut mengakibatkan perlunya dilakukan retrofitting pada struktur bangunan tersebut. Tugas Akhir ini bertujuan untuk menganalisis kinerja dari pengaruh retrofitting yang dilakukan pada struktur eksisting. Terlingkup daripadanya meneliti prilaku, mekanisme, kinerja, dan parameter-parameter aktualnya terkait dengan adanya pengaruh gempa rencana. Hal-hal tersebut diteliti dengan membandingkan antara struktur eksisting,yakni struktur beton bertulang sistem portal dengan elemen shearwall, dengan struktur hasil retrofitting-nya, yakni struktur eksisting yang diberi tambahan elemen pengaku diagonal, bressing, berupa profil baja. Di dalam tugas akhir ini, terdapat 3 buah model untuk struktur eksisting yang terdiri dari model dengan jumlah lantai 10, 15 dan 20 lantai. Setiap model kemudian dilakukan retrofitting yang selanjutnya akan dibandingkan dengan struktur eksisting. Analisis yang digunakan adalah dengan menggunakan analisis statik non linier yaitu metode push over. Berdasarkan metode tersebut, model-model yang digunakan diperiksa perilaku-perilaku yang terjadi sesuai dengan batasan hal yang akan dibandingkan. Dari hasil yang diperoleh berdasarkan analisis statik non linier dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah retrofitting dapat dengan melakukan penambahan elemen pengaku diagonal bracing, kemudian sebagai akibat dari retrofitting ; struktur menjadi lebih kaku ditandai dengan penurunan besarnya periode struktur, terjadi perbesaran titik kinerja, parameter kuat lebih meningkat, dan perpindahan lantai sebagai akibat gempa rencana yang bekerja menjadi menurun. Kata kunci : pushover, performance point, daktilitas, kekakuan, perpindahan Shearwall, bracing.

4 KATA PENGANTAR Mahasuci Allah SWT dengan segala rahmat dan hidayahnya, pujian serta salam tercurah pada-nya beserta rasul-nya Muhammad SAW, karena dengan rahmat dan karunia dari- Nya, kami,pada akhirnya, dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Laporan Tugas Akhir kami ini merupakan salah satu syarat kelulusan tahap sarjana di Program Studi Teknik Sipil. Selain itu, ini adalah lebih merupakan bukti aktualisasi kami dengan segala keilmuan yang telah kami peroleh dan tempuh selama kurun waktu kurang dari 4 tahun di ITB. Terlepas dari usaha dan kerja keras, tentunya, didalam penyelesaian Tugas Akhir ini, banyak pihak yang telah sangat berjasa membantu kami. Kami, dengan segala kerendahan ingin mengucapkan terima kasih yang teramat sangat kepada : 1. Orang tua tercinta, dengan doa nya kami diberikan kemudahan-kemudahan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang Budiono, ME., sebagai dosen pembimbing, pengajar, pendidik. dan motivator kami. Jasa Beliau pada kami lebih dari sekedar membimbing secara akademis, namun juga membimbing kami didalam mewujudkan suatu aktualisasi untuk menjadi seseorang yang berguna kelak, 3. Bapak Dr. Ir. Awal Surono, MS., selaku dosen penguji seminal dan sidang Tugas Akhir, 4. Bapak Dr. Ir. Ivindra Pane, selaku dosen penguji sidang Tugas Akhir, 5. Bapak Dr. Ir. Saptahari Sugiri, selaku dosen penguji seminar Tugas Akhir, 6. Dosen-dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil,

5 7. Teman-teman yang telah banyak memberi dukungan semangat, masukan dan saran didalam penyelesaian Tugas Akhir, 8. Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil yang telah membantu kelancaran berlangsungnya kegiatan tugas akhir, dan 9. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Segala daya dan upaya telah kami usahakan untuk mewujudkan kesempurnaan pada Tugas Akhir ini, namun kami sadari tidak ada barang suatu apa pun di dunia ini yang sempurna serta paripurna selain daripada Allah SWT. Oleh karena itu kami mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca untuk lebih memaksimalkan Tugas Akhir kami ini. Akhir kata, kami penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca yang memerlukan informasi terkait dengan lingkup penelitian mengenai desain struktur tahan gempa. Bandung, Juni Penulis

6 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR BAB I PENDAHULUAN I-1 I.1 Latar Belakang I-1 I.2 Tujuan Penulisan I-2 I.3 Ruang Lingkup Pembahasan I-2 I.4 Metodologi I-3 I.5 Sistematika Penulisan I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Konsep Dasar Mekanisme Gempa II.2 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa II.2.1 Respon Inelastis Struktur II.2.2 Daktilitas Struktur II.2.3 Faktor Kuat Lebih II.2.4 Mekanisme Keruntuhan II.3 Parameter Dinamika Struktur II.3.1 Kekakuan II.3.2 Redaman II.3.3 Waktu Getar Alami Struktur II.3.4 Pemodelan Sistem Struktur II.3.5 Sifat Elastoplastis Struktur II-1 II-1 II-3 II-6 II-8 II-9 II-11 II-14 II-14 II-15 II-16 II-17 II-21 iv

7 II.3.6 Respon Spektrum II.4 Retrofitting Struktur II.5 Elemen Struktur II.5.1 Dinding Geser II.5.2 Bressing II-23 II-23 II-24 II-24 II-27 BAB III METODE ANALISIS III.1 Pushover Analisis III.2 Performance Based Design III.3 Metode Penyederhanaan Analisis Non Linear III.4 Konsep Daktilitas III.5 Performance Point Struktur III-1 III-1 III-3 III-6 III-8 III-9 BAB IV PERMODELAN STRUKTUR IV.1 Deskripsi Model Struktur IV.2 Pembebanan Struktur IV.3 Pemodelan Elemen Struktur IV.4 Karakteristik Permodelan IV.5 Pemodelan Sendi Plastis IV.6 Batas Simpangan Antar Tingkat IV-1 IV-1 IV-5 IV-7 IV-10 IV-10 IV-12 BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN V-1 V.1 Periode Alami Struktur V-1 V.2 Analisis Statik Non Linear (Pushover Analisis) Untuk Struktur Dual V-2 System (DS) V.3 Penentuan Posisi Bracing Optimum V-3 V.4 Analisis Statik Non Linear (Pushover Analisis) Untuk Struktur Dual V-6 System Dengan Bracing (DSB) V.5 Perpindahan Lantai V-8 V.6 Analisis Kekakuan Struktur V-10 v

8 V.7 Parameter Aktual Non Linear V-14 V.8 Analisis Keruntuhan Struktur Dalam Pushover Analisis V-16 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN VI.1 Kesimpulan VI.2 Saran VI-1 VI-1 VI-2 vi

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 faktor resiko gempa (Irsyam,2005) Tabel 3.1 Tingkat Kerusakan Bangunan Tabel 3. 2 Level Gempa Rencana Tabel 3.3. Komponen Desain Berbasis Kinerja (ATC-40) Tabel 5.1 Koefisien yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung (SNI ) II-7 III-3 III-5 III-6 V-1 Tabel 5.2 Periode alami struktur V-2 Tabel 5.3 Pushover analisys dari struktur DS V-2 Tabel 5.4 Penentuan posisi bracing optimum gedung 10 lantai. V-3 Tabel 5.5 Penentuan posisi bracing optimum gedung 15 lantai. V-4 Tabel 5.6 Penentuan posisi bracing optimum gedung 20 lantai. V-6 Tabel 5.7 Pushover analisys dari struktur (DSB) V-7 Tabel 5.8 Perbandingan displacement maksimum struktur V-9 Tabel 5.9 Analisis secant stifness struktur gedung 10 lantai V-10 Tabel 5.10 Analisis secant stifness struktur gedung 15 lantai V-10 Tabel 5.11 Analisis secant stifness struktur gedung 20 lantai V-11 Tabel 5.12 Perbandingan kekakuan gedung 10 lantai V-11 Tabel 5.13 Perbandingan kekakuan gedung 10 lantai V-12 Tabel 5.14 Perbandingan kekakuan gedung 10 lantai V-13 Tabel 5.15 Parameter statik non linear V-15 vii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Lempeng benua I-1 Gambar 2.1 Pemisahan benua pangea II-1 Gambar 2.2 Struktur dalam bumi II-2 Gambar 2.3 Mekanisme Desain Bangunan Berdasarkan Faktor Daktilitas dan Kuat Lebih II-10 Gambar 2.4 Mekanisme keruntuhan Beam Sidesway Mechanism II-13 Gambar 2.5 Mekanisme keruntuhan Column Sidesway Mechanism II-13 Gambar 2.6 Sistem Struktur Berderajat Kebebasan Satu II-18 Gambar 2.7 Model Matematis untuk Sistem Berderajat Kebebasan Satu II-18 Gambar 2.8 Sistem Struktur Berderajat Kebebasan Banyak II-20 Gambar 2.9 Model Matematis untuk Sistem Berderajat Kebebasan Banyak untuk Lantai Kaku II-20 Gambar 2.10 Model Struktur Plastis II-21 Gambar 2.11 Gaya-gaya yang Bekerja pada Dinding Geser Biasa II-26 Gambar 2.12 Gaya-gaya yang Bekerja pada Dinding Geser dengan Boundary Element II-26 Gambar 2.13 Tipe Bressing Konsentrik atau CBF II-27 Gambar 2.14 Tipe Bressing Eksentrik atau EBF II-28 Gambar 2.15 Mekanisme Bressing II-28 Gambar 2.16 Mekanisme Plastisitas yang Direncanakan II-29 Gambar 3.1 Struktur Inelastik III-2 Gambar 3.2 Kurva Kapasitas ATC-40, Push-Over Analysis III-3 Gambar 3.3 Sasaran Kinerja Gempa III-4 Gambar 3.4 Komponen Desain Berbasis Kinerja Struktur III-6 Gambar 3.5 Kurfa family demand spectrum III-9 Gambar 3.6 Kurva demand spectrum dan capacity spectrum III-10 viii

11 Gambar 3.7 Kurva bilinear III-11 Gambar 3.8 Iterasi untuk menemukan Performance Point III-12 Gambar 3.9 Performance point struktur III-12 Gambar 4.1 Denah struktur VI-2 Gambar 4.2 Model struktur Dual system tampak 3 dimensi VI-3 Gambar 4.3 Model struktur retrofitting ( Dual system + bracing ) tampak 3 dimensi VI-4 Gambar 4.4 Model penampang balok T untuk struktur 10 lantai VI-8 Gambar 4.5 Model penampang kolom untuk struktur 10 lantai VI-9 Gambar 4.6 Model shearwall dan boundary element VI-9 Gambar 4.7 Feature pada ETABS 9.0 untuk pendefinisian frame hing VI-11 Gambar 5.1 Diagram momen shearwall struktur dual system 15 lantai V-4 Gambar 5.2 Diagram momen shearwall struktur dual system 20 lantai V-5 Gambar 5.3 Displacement kondisi PP model 10 lantai DS dan DSB V-8 Gambar 5.4 Displacement kondisi PP model 15 lantai DS dan DSB V-8 Gambar 5.5 Displacement kondisi PP model 20 lantai DS dan DSB V-9 Gambar 5.6 Gambar 5.7 Gambar 5.8 Kekakuan struktur 10 lantai pada kondisi baban gempa maksimum V-12 Kekakuan struktur 15 lantai pada kondisi baban gempa maksimum. V-13 Kekakuan struktur 20 lantai pada kondisi baban gempa maksimum. V-14 Gambar 5.9 Diagram beban-simpangan (diagram V- ) struktur gedung V-15 ix