ANALISA PORTAL YANG MEMPERHITUNGKAN KEKAKUAN DINDING BATA DARI BEBERAPA NEGARA PADA BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN PUSHOVER TESIS.

Transkripsi

1 ANALISA PORTAL YANG MEMPERHITUNGKAN KEKAKUAN DINDING BATA DARI BEBERAPA NEGARA PADA BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN PUSHOVER TESIS Oleh SRI FRAPANTI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 ANALISA PORTAL YANG MEMPERHITUNGKAN KEKAKUAN DINDING BATA DARI BEBERAPA NEGARA PADA BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN PUSHOVER TESIS Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Sipil pada Program Pascasarjana Oleh SRI FRAPANTI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

3

4 Telah diuji pada Tanggal : 21 Januari 2016 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Anggota : Dr. Ade Faisal, ST., M.Sc. Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Dr. Ing. Hotma Panggabean Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc.

5 i ABSTRAK Penerapan teknologi dan ilmu pengetahuan dalam bidang pembangunan konstruksi teknik sipil mengalami perkembangan yang pesat dengan berkembangnya zaman sehingga menuntut kita untuk lebih kreatif terutama dalam hal perancangan struktur. Di Indonesia, tantangan yang dihadapi dalam kontruksi gedung bertingkat adalah adanya resiko akibat gempa. Salah satu metode untuk menganalisis beban gempa adalah analisis pushover. Analisis pushover merupakan prosedur analisis untuk mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa. Penelitian dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekakuan dan kekuatan dinding dengan melakukan eksperimen kuat tekan dari beberapa tipe batu bata yang diambil benda uji batu bata dari Lubuk Pakam, Deli Serdang, Sumatera Utara, Indonesia dengan mengambil data Modulus Elatisitas batu bata dan dibandingkan dengan beberapa Negara, yaitu Modulus Elastisitas batu bata dari Australia, Eropa dan India. Struktur bangunan dimodelkan sebagai portal 2 dimensi yang terdiri dari 3 bentang yaitu Portal berdinding penuh, Portal terbuka dengan menggunakan analisa Pushover dan bantuan Program ETABS. Hasil analisis dalam penelitian ini menunjukkan bahwa kontribusi dinding pengisi yang terbuat dari dinding bata mempengaruhi kekakuan lateral struktur bangunan. Pada bangunan portal berdinding penuh memiliki nilai kekakuan lebih besar dibandingkan bangunan pada portal. Model portal berdinding memiliki kekakuan dinding elastis dan kekakuan pasca elastis yang terbesar sedangkan pada model portal terbuka memiliki nilai terkecil. Semakin tinggi nilai kuat tekan batu bata maka nilai kekakuan dan gaya geser bangunan akan semakin besar pula. Nilai kekakuan elastis pada model portal berdinding terbesar 25794,45 kn/m dan. pada model portal terbuka nilai terbesarnya 18082,09 kn/m pada tipe batu bata 1. Untuk Kekakuan Pasca Elastis pada portal berdinding 19629,30 kn/m dan pada portal terbuka 15317,23 kn/m pada tipe batu bata 1. Dari hasil analisis pada portal berdinding untuk batu bata negara Australia persentase perubahan gaya geser dasar terbesar terjadi pada bata 40,79 % lebih kecil terhadap portal terbuka pada negara India. Pada batu bata semakin besar nilai modulus elastisistas maka semakin tinggi kekakuan dan kekuatan bangunan dan untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas tinggi pada batu bata dipengaruhi proses pembuatan dan sumber bahan dasar batu bata. Secara keseluruhan model portal berdinding portal terbuka memiliki nilai kekuatan dan kekakuan lebih besar pada batu bata tipe 1 dibandingkan batu bata tipe 2 dan 3. Jadi dinding merupakan salah satu yang mempengaruhi kekakuan untuk perpindahan arah lateral terutama gaya gempa. Kata Kunci: Portal terbuka, Portal berdinding, tipe batu bata, analisis pushover, kekakuan elastis dan pasca elastis, modulus elastisitas. i

6 ABSTRACT Application of technology and science in the field of civil engineering construction experienced rapid development with the development of the times that requires us to be more creative, especially in terms of structural design. In Indonesia, the challenges faced in the construction of multi-storey building is the risk caused by the earthquake. One method for analyzing seismic pushover analysis. Pushover analysis is an analysis procedure to determine the behavior of the collapse of a building against earthquakes. The study was conducted to determine how much influence the rigidity and strength of the wall by doing experiments compressive strength of several types of bricks taken the test object bricks of Lubukpakam, Deli Serdang, North Sumatra, Indonesia by taking the data Modulus of elasticity bricks and compared with some countries, the modulus of elasticity of bricks from Australia, Europe and India. The building structure is modeled as a two-dimensional portal that consists of three spans that full-walled Portal, Portal open using Pushover analysis and assistance program ETABS. The results of the analysis in this study shows that the contribution of infill walls made of brick wall affects the lateral stiffness of the structure. In building a full-walled portal has a stiffness greater than the value of the buildings on the portal. Walled portal model has an elastic wall stiffness and rigidity of the largest post-elastic while on the open portal model has the smallest value. The higher the value of the compressive strength of the bricks, the stiffness and shear force values of the building will be greater. Value elastic stiffness in the largest walled portal model kn / m and. on the model of an open portal greatest value kn / m on the type of brick 1. For Post-Elastic Stiffness in the walled portal kn / m and the open portal kn / m on the type of brick 1. From the analysis the portal to the brick-walled country Australia percentage change in shear force occurs in the largest base of brick 40.79% less against the open portal on the Indian state. On the larger brick elastisistas modulus value, the higher the stiffness and strength of the building and to get a high modulus of elasticity in the affected brick manufacturing process and material resources base of bricks. Overall walled open portal portal model has a value greater strength and stiffness of the brick type 1 compared to brick type 2 and 3. Thus, the wall is one that affects the stiffness for displacement laterally especially seismic forces. Keywords: open Portal, Portal-walled, brick types, pushover analysis, elastic and post-elastic stiffness, modulus of elasticity. ii

7 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas karunia dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul Analisa Portal yang Memperhitungkan Kekakuan Dinding Bata dari Beberapa Negara Pada Bangunan Bertingkat Dengan Pushover sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Sipil, Konsentrasi Struktur Bangunan di. Dalam proses penulisan dan pelaksanaan tesis ini banyak pihak yang telah turut menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu penyusun tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku dosen Pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pemikiran untuk memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tesis ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, Dr. Ing. Hotma Panggabean dan Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc sebagai pembanding dan penguji yang telah memberikan masukan dan saran demi perbaikan tesis ini. 3. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT, selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil. iii

8 4. Seluruh staf pengajar Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 5. Kedua orang tua tercinta yang begitu sabar dan ikhlas terus memberikan semangat, doa, dan dukungan moril maupun materil. 6. Keluarga tercinta terutama suami H. Surianda Lubis, MA yang begitu sabar dan ikhlas terus memberikan semangat, doa, dan dukungan moril maupun materil. Ananda Najiyullah Subhani Lubis, Atqiya Annazfi Lubis, Zaidan Arham Lubis dan Aliya Syamila Lubis yang turut memotivasi dan mendoakan umi supaya selesai tesis nya dengan tepat waktu. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, semoga tesis ini memberikan manfaat bagi pembaca. Demikianlah yang dapat penulis sampaikan dengan harapan semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-nya kepada kita semua. Amin. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Medan, Desember 2016 Sri Frapanti iv

9 RIWAYAT HIDUP A. DATA PRIBADI Nama : Sri Frapanti Alamat : Jl.Mistar no.76 Medan Tempat/Tanggal Lahir : Pangkalan Susu, 23 Januari 1971 No. HP : Alamat sri_prafanti@yahoo.co.id Jenis Kelamin : Perempuan Agama : Islam Kewarganegaraan : Indonesia B. RIWAYAT PENDIDIKAN : SD Alwashliyah Pangkalan Susu : MTsS Alwasahliyah Pangkalan Susu : MAN I Medan : D3 Jurusan Teknik Sipil Politeknik USU Medan : S1 Fakultas Teknik Sipil : Magister Teknik Sipil C. RIWAYAT PEKERJAAN : Guru Fisika SMA Gajah Mada Medan : Konsultan Teknik di CV. Salman Medan 2015 Sekarang : Staf Pengajar Fakultas Teknik Sipil Universitas Al-Azhar Medan v

10 PERNYATAAN Judul Tesis ANALISA PORTAL DENGAN MEMPERHITUNGKAN KEKAKUAN DINDING BATA PADA BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN PUSHOVER Dengan ini penulis menyatakan bahwa tesis ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana adalah benar merupakan hasil karya penulis sendiri. Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan tesis ini, telah penulis cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan ilmiah. Apabila di kemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian tesis ini bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian tertentu, penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku. Medan, 4 Agustus 2016 Penulis, Sri frapanti vi

11 DAFTAR ISI ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... RIWAYAT HIDUP... LEMBAR PERNYATAAN... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... DAFTAR NOTASI... DAFTAR SINGKATAN... i ii iii v vi vii xi xii xiv xv xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Metode Penelitian Sistematika Pembahasan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Konsep Perencanaan Portal Bangunan Soft Storey Konsep Perencanaan Struktur Tahan Gempa Perencanaan Tahan Gempa Berbasis Kinerja Dinding Pengisi Persyaratan yang Standart Untuk Batu Bata vii

12 2.5.2 Nilai Modulus Elastisitas Batu Bata yang Standar dari Negara Lain Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Saneinejad-Hobbs Prinsip Analisis Asumsi Dasar Penurunan Rumus Kondisi Keseimbangan Gaya-gaya Portal Beban Runtuh Tegangan Kontak Nominal Panjang Bidang Kontak Portal Dinding Isi Tegangan Kontak Beban Runtuh Ultimate Beban Lateral Penyebab Retak pada Dinding Pengisi Perpindahan Lateral Kekakuan (stiffness) Metoda Perencanaan Umum Metoda Dasar Diagonal Tekan Ekivalen Kekakuan Diagonal Tekan Ekivalen Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Berdasarkan FEMA Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Berdasarkan Diftesh Das dan CVR Murty (2004) Konsep Dasar Metoda Analisa Pushover Umum Dasar Teori Prosedur Perhitungan Analisa Pushover Prosedur Cara Kerja Analisa Pushover Prosedur Analisa Pushover pada ETABS viii

13 2.9.6 Capasity Spectrum Method Kurva Kapasitas Spektrum Kebutuhan (Demand Spectrum) Metode Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa Metode Statik Ekivalen Metode Respon Spektrum BAB III METODOLOGI PENELITIAN Metodologi Penelitian Bagan Alir Penelitian Pemodelan Struktur Analisa Pengujian Propertis Batu Bata Tahapan Penelitian Parameter yang Ditinjau BAB IV HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN Uji Kuat Tekan Batu Bata Analisa Statik Non Linier Pushover Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) untuk Batu BataTipe Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) untuk Batu Bata Tipe Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) untuk Batu Bata Tipe Portal Terbuka pada Dinding Bentang Tengah (Open Frame) Portal Terbuka pada Dinding Bentang Tengah (Open Frame) pada Batu BataTipe Portal Terbuka pada Dinding Bentang Tengah (Open Frame) pada Batu BataTipe Portal Terbuka pada Dinding Bentang Tengah (Open Frame) pada Batu BataTipe ix

14 4.3 Perbandingan Batu Bata dengan Analisa Pushover dari Beberapa Negara Kekakuan Kekakuan Portal Berdinding Batu Bata pada Tipe 1,2, Kekakuan Portal Terbuka untuk Batu Bata pada Tipe 1,2, Simpangan Target Gaya Geser Dasar Deformasi dari Pushover pada program ETABS BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA x

15 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1 Kriteria Kinerja Nilai Modulus Elastisitas Batu Bata dari 3 Negara Faktor Keutamaan I untuk Berbagai Ketegori Gedung dan Bangunan Parameter Daktilitas Struktur Gedung Jenis-jenis Tanah Hasil Uji Kuat Tekan Batu Bata Rata-rata Propertis Fisik Bata Merah Hasil Nilai Kuat Tekan Batu Bata dalam Mpa Nilai Modulus Elastisitas Batu Bata Tabel Pushover Fully Infilled Wall Frame pada Batu Bata Tipe Tabel Pushover Fully Infilled Wall Frame pada Batu Bata Tipe Tabel Pushover Fully Infilled Wall Frame pada Batu bata tipe Tabel Pushover Open Frame untuk Grid 3 pada Batu Bata Tipe Tabel Pushover Open Frame untuk Grid 3 pada Batu Bata Tipe Tabel Pushover Open Frame untuk Grid 3 pada Batu Bata Tipe Perbandingan Pushover pada Portal Berdinding untuk Batu Bata di Negara Australia, Eropa dan India Perbandingan Pushover pada Portal terbuka untuk Batu Bata di Negara Australia, Eropa dan India xi

16 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1 Struktur Gedung dengan Soft Storey pada Lantai Tingkat Kehancuran pada Bangunan a) Portal isi; b) Penopang Diagonal Bolak-Blik (Saneinejad dan Hobbs,1995) Keseimbangan Gaya pada Portal Isi (Saneinejad dan Hobbs,1995) Faktor Reduksi Kekakuan Dinding Pengisi λ yang Berhubungan dengan Persentase Bukaan (case B) (Asteris 2003) Model Struktur Rangka Bertingkat dengan DOF yang Disederhanakan Konversi Spectrum Desain Elastis Menjadi Format ADRS ATC Prosedur Analisa Pushover Performance Point pada Capacity Spectrum Method Kurva Kapasitas Peta Wilayah Gempa Indonesia Respons Spektrum Gempa Rencan Bagan Alir Penelitian Denah Struktur Bangunan Berdasarkan Grid Portal Pemodelan Struktur dengan Kondisi Portal Berdinding dan Portal Terbuka Pemodelan Struktur dengan Portal 3 Bentang dan 3 Lantai yang Berdinding Penuh Pemodelan Struktur dengan Portal 3 Bentang dan 3 Lantai yang Berdinding Terbuka di Tengah Bentang Propertis Batu Bata Ukuran Batu Bata Spektrum Respon Gempa Zona Gempa Hubungan Momen-Rotasi pada Ujung-Ujung Elemen (Rozman dan Fajfar, 2009) Kurva Kapasitas dari Analisis Pushover Kurva Kapasitas Akibat Adanya Dinding dari Analisis Pushover xii

17 4.1 Kurva Kapasitas Portal Berdinding pada Batu Bata Tipe Kurva Kapasitas Portal Berdinding pada Batu Bata Tipe Kurva Kapasitas Portal Berdinding pada Batu Bata Tipe Perbandingan Kurva Kapasitas pada Grid 1 dengan Gabungan Beberapa Tipe Batu Bata (Tipe 1, 2, 3) Kurva Kapasitas Portal Terbuka pada Bentang Tengah pada Batu Bata Tipe Kurva kapasitas Portal Terbuka di Bentang Tengah pada Batu Bata Tipe Kurva Kapasitas Portal Terbuka di Bentang Tengah pada Batu Bata Tipe Kurva Kapasitas pada Grid 3 dengan Gabungan Beberapa Tipe Batu Bata (Tipe 1, 2, 3) Perbandingan Kurva Kapasitas untuk Portal Berdinding dengan Portal Terbuka pada Batu Bata untuk Tipe 1, Tipe 2, Tipe Kurva Kapasitas pada Batu Bata dari 4 Negara yaitu (Australia, Eropa, India dan Indonesia Khususnya Lubuk Pakam) pada Grid 1 Portal Berdinding Penuh (M1-G1) Kurva Pushover pada Batu Bata dari 4 Negara yaitu (Australia, Eropa, India dan Indonesia Khususnya Lubuk Pakam) pada Grid (Portal Terbuka) Kekakuan Elastis dan Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Berdinding (Grid 1) Kekakuan Elastis dan Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Terbuka (Grid 3) Perbandingan Diagram Kekakuan Elastis dan Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Berdinding dan Portal Terbuka dengan Beberapa Tipe Batu Bata Diagram Perbandingan Kekakuan Bata dari Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Berdinding dan Portal Terbuka dengan Beberapa Tipe Batu Bata yang Diuji dan Bata dari Negara Australia, Eropa dan India Perbandingan Simpangan Target dengan Beberapa Pemodelan Perbandingan Gaya Geser Dasar Target dengan Beberapa Pemodelan Batas-Batas Deformasi dengan Pushover pada Portal Berdinding Batas-Batas Deformasi Pushover pada Portal Berdinding dengan Bentang Tengah Terbuka xiii

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran I Lampiran II Lampiran III Lampiran IV Lampiran V Perhitungan beban akibat gaya gravitasi Perhitungan gaya geser dasar horizontal total akibat gempa berdasarkan analisa statik ekivalen Perhitungan Dimensi Strut Perhitungan kekakuan diagonal compression strut Saneinejad-Hobbs (1995) Dokumentasi Foto Kegiatan Pengujian Kuat Tekan Batu Bata di Laboratorium Beton Fakultas Teknik Sipil USU xiv

19 DAFTAR NOTASI a α β 0 C C 1 E ɛ c F f c f'c F i H h h' I I 1 I 2 K l l' λ 1 M n M p = Lebar efektif strut = Prosentase panjang bidang kontak dari tinggi atau lebar panel, sub-skrip c = kolom dan b = balok = Nominal atau batas atas (upper-bound) = Gaya normal pada bidang kontak = Nilai faktor respons gempa = Simpangan, perpindahan = Modulus elastisitas = Regangan pada tegangan maksimum = Gaya geser, sub-skrip c = kolom dan b = balok = Tegangan tekan efektif dari dinding pengisi = Kuat tekn beton = Gaya lateral yang bekerja pada lantai ke-i = Tinggi struktur bangunan = Tinggi as ke as panel, lebar struktur = Tinggi bersih panel = Faktor keutamaan, Inersia = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perode ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung = Faktor keutamaan untuk menyelesaikan perode ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut = Kekakuan = Lebar as ke as panel, lebar struktur = Lebar bersih panel = Koefisien yang digunakan untuk menentukan lebar efektif strut = Momen nominal = Momen plastis xv

20 M y N = Momen leleh = Gaya aksial µ = Koefisien gesek panel-portal, daktilitas struktur θ = Sudut yang dibentuk antara tinggi dan panjang dinding pengisi θ p θ pc θ y R r inf S S a S d T t inf V Wt W i w i ζ z i = Rotasi pasca leleh (rotasi plastis) = Rotasi pasca kondisi plastis = Rotasi leleh = Faktor reduksi gempa, gaya diagonal tekan = Panjang diagonal dinding pengisi = Gaya geser = Spektral percepatan = Spektral perpindahan = Waktu getar bangunan, periode = Tebal dinding pengisi = Gaya geser dasar nominal statik ekivalen = Berat total bangunan = Berat lantai tingkat ke-i = Lebar ekivalen dinding pengisi = Rasio redaman = Tinggi lantai ke-i diukur dari penjepitan lateral xvi

21 DAFTAR SINGKATAN ADRS CC CP CSM DC IO LS MDOF SDOF SRPM = Acceleration Displacement Response Spectra = Corner Crushing = Collapse Prevention = Capasity Spectrum Method = Diagonal Compression = Immediate Occupancy = Life Safety = Multi Degree of Freedom System = Single Degree of Freedom System = Sistem Rangka Pemikul Momen xvii