HALAMAN PERNYATAAN. Yang bertanda tangan dibawah ini, saya:

Transkripsi

1 HALAMAN PERNYATAAN Yang bertanda tangan dibawah ini, saya: Nama : I Nyoman Yogi Mertawiasa NIM : Judul TA : Analisis Perilaku Struktur Rangka Dinding Pengisi Berlubang Eksentris dengan Perkuatan Dengan ini saya nyatakan bahwa dalam Laporan Tugas Akhir/Skripsi saya ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Bukit Jimbaran, Juli 2017 I Nyoman Yogi Mertawiasa NIM i

2 ABSTRAK Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana perilaku struktur rangka dengan dinding pengisi berlubang eksentris baik yang dimodel dengan elemen shell maupun strat diagonal. Pada tahap awal dilakukan dengan membuat model validasi yang sesuai dengan hasil uji laboratorium. Setelah itu dilanjutkan memodel struktur rangka sederhana satu tingkat dengan penambahan dinding pengisi penuh dan berlubang dengan variasi bukaan 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dan 60% dengan memperhitungkan sudut strat yang dibentuk untuk mendapatkan persamaan lebar strat yang sesuai dengan perilaku model elemen shell dengan variasi sudut strat 33 o, 39 o, 45 o, 51 o. Persamaan lebar strat diaplikasikan pada model struktur rangka 3 tingkat dengan penambahan dinding pengisi pada tengah portal sebagi perkuatan. Kemudian dilakukan perbandingan perilaku antara model strat diagonal dengan model elemen shell. Analisis dilakukan dengan analisis liner dan statik nonlinear (pushover). Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemodelan dinding pengisi dengan strat diagonal dan elemen shell mampu menirukan hasil laboratorium. Dari analisis lebar strat didapatkan persamaan lebar strat W eo =. Ce, dimana d adalah panjang diagonal dinding; c e adalah koefisien kekakuan pasangan dinding dengan berlubang eksentrik dengan perkuatan (c e = 0.641r r ); r adalah rasio bukaan dinding, dan θ adalah sudut strat diagonal. Aplikasi persamaan W eo pada model rangka 3 tingkat menunjukkan model strat diagonal memiliki perilaku sebanding dengan perilaku model elemen shell. Dari perbandingan drift ratio menunjukan semakin kecil sudut strat diagonal maka semakin besar kekakuan struktur. Dari hasil analisis statik nonlinier pushover, model RDP mampu menahan gaya geser dasar lebih besar dibandingkan model OF. Semakin besar bukaan dinding dan sudut strat kekuatan dan kekakuan struktur semakin kecil. Kata kunci: dinding pengisi berlubang, elemen shell, lintel, persamaan lebar strat diagonal, strat diagonal, eksentris ii

3 UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Analisis Perilaku Struktur Rangka Dinding Pengisi Berlubang dengan Perkuatan. Selesainya tugas ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, saran, dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D. dan Ibu Ir.I.A.M Budiwati, MSc., Ph.D selaku Dosen Pembimbing, kedua orang tua atas semangat dan doa yang diberikan dan semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu. Bukit Jimbaran, Juli 2017 iii

4 DAFTAR ISI HALAMAN PERNYATAAN... i ABSTRAK... ii UCAPAN TERIMA KASIH... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Batasan Masalah... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Rangka dengan Dinding Pengisi Model Strat Diagonal Model Elemen Shell Karakteristik Material Beton Pasangan Dinding ( Masonry) Drift Rasio Analisis Statik Nonlinier (Pushover) Sendi Plastis Penelitian Terkait Penelitian RDP Berlubang tanpa Perkuatan Lintel di Laboratorium Penelitian Tentang Pengaruh Penambahan Lintel di Sekeliling Lubang Penelitian RDP Berlubang dengan Perkuatan Lintel di Laboratorium iv

5 BAB II METODE PENELITIAN Metode Penelitian Metode Pemodelan Model Validasi Data Material Data Geometri Struktur Pemodelan Strat Diagonal Pemodelan Elemen Shell Pembebanan Pemodelan Rangka Sederhana Data Material Data Geometri Struktur Aplikasi Persamaan Lebar Strat Pada Model Rangka 3 Tingkat Data Geometri Struktur Pembebanan Analisis Struktur Analisis Linier Analisis Statik Nonlinier (Pushover) Mendefinisikan Sendi Plastis Model Validasi Mendefinisikan Beban Statik Pushover Model Validasi Mendefinisikan Sendi Plastis Model Aplikasi Mendefinisikan Beban Statik Pushover Model Aplikasi BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Validasi Model Kurva Gaya-Perpindahan Model RDP Dinding Penuh dengan Elemen Shell dan Strat Diagonal Kurva Gaya-Perpindahan Model RDP Berlubang dengan Elemen Shell dan Strat Diagonal Sensitifitas Kekakuan Gap (Kg) Analisis Lebar Strat Diagonal pada Model Rangka Sederhana v

6 4.2.1 Model Rangka Sederhana Hasil Analisis Rangka Sederhasa Lebar Strat Aplikasi Persamaan Lebar Strat pada Model Rangka Struktur Beton Bertulang 3 Tingkat Hasil Analisi Model Rangka dengan Sudut Strat 33º Hasil Analisi Model Rangka dengan Sudut Strat 39º Hasil Analisi Model Rangka dengan Sudut Strat 45º Hasil Analisi Model Rangka dengan Sudut Strat 51º Perbandingan Drift Rasio Model Rangka 3 Tingkat Hasil Analisis Statik Nonlinier (Pushover) pada Model Aplikasi Pengaruh Sudut Strat Terhadap Kinerja Struktur BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E LAMPIRAN F LAMPIRAN G LAMPIRAN H vi

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Analogi Strat Diagonal 6 Gambar 2. 2 Bentuk Kurva Tegangan-Regangan Beton 10 Gambar 2. 3 Bentuk Kurva Tegangan-Regangan Pasangan Dinding Bata...11 Gambar 2. 4 Kurva deformasi plastis untuk gaya - perpindahan..14 Gambar 2.5 Beberapa Pola Keruntuhan Benda Uji Kakaletsis dan Karayannis (2009) Gambar 2.6 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan 18 Gambar 2.7 Parameter Geometrik Untuk Posisi Eksentrik 19 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian.. 23 Gambar 3.2 Model RDP Dinding Penuh (2/III).25 Gambar 3.3 Model RDP dengan Bukaan Pintu 3/II (a), Model RDP dengan Bukaan Jendela 4/II(b) 25 Gambar 3. 4 Cara Me-release Momen pada Strat..26 Gambar 3.5 Cara Me-release Gaya Tarik pada Strat..26 Gambar 3. 6 Konfigurasi Elemen Shell..27 Gambar 3. 7 Cara Memasukan Kekakuan Gap pada software SAP Gambar 3.8 Geometrik Struktur Model Rangka Sederhana Persentase lubang 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, dan 60% Gambar 3.9 Geometri Struktur Rangka (a) M333, (b) M339, (c) M345, (d) M Gambar 3.10 Variasi Lubang pada Dinding Pengisi yang Dimodel pada Model Rangka (Portal) 33 Gambar 3.11 Pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI Gambar 3.12 Pengaturan Automatic Hange Balok pada SAP 2000 Model Validasi 36 Gambar 3.13 Pengaturan Automatic Hange Kolom pada SAP 2000 Model Validasi Gambar 3.14 Titik-titik A-B-C-D-E untuk sendi plastis strut 37 Gambar 3.15 Pengaturan Automatic Hange Strat pada SAP 2000 Model Validasi.. 37 vii

8 Gambar 3.16 Pengaturan load case dead SAP 2000 Model Validasi 38 Gambar 3.17 Pengaturan load case pushover SAP 2000 Model Validasi. 38 Gambar 3.18 Pengaturan Automatic Hange Kolom pada SAP 2000 Model Aplikasi Gambar 3.19 Pengaturan Automatic Hange Balok pada SAP 2000 Model Aplikasi Gambar 3.20 Pengaturan Automatic Hange Strat pada SAP 2000 Model Aplikasi.. 40 Gambar 3.21 Pengaturan load case gravity SAP 2000 Model Aplikasi 40 Gambar 3.22 Pengaturan load case pushover pada SAP 2000 Model Aplikasi. 41 Gambar 4.1 Model dengan Elemen Shell (a) Model RDP Penuh (MSsh), (b) Model RDP dengan Bukaan Pintu Eksentris (MDOsh-Ex), (c) Model RDP dengan Bukaan Jendela Eksentris (MWOsh-Ex) 42 Gambar 4.2 Model dengan Strat Diagonal (a) Model RDP Penuh (MSst), (b) Model RDP dengan Bukaan Pintu Eksentris (MDOst-Ex), (c) Model RDP dengan Bukaan Jendela Eksentris (MWOst-Ex).. 43 Gambar 4.3 Kurva Gaya-Perpindahan Model 2/III (MS)...45 Gambar 4.4 Kontur Tegangan Model MSsh saat Beban Lateral 163 kn...46 Gambar 4.5 Kurva Gaya-Perpindahan Model 3/II (MDO-Ex)...47 Gambar 4.6 Kontur Tegangan Model MDOsh-Ex saat Beban Lateral 124 kn..48 Gambar 4.7 Kurva Gaya-Perpindahan Model 4/II (MWO-Ex)..49 Gambar 4. 8 Kontur Tegangan Model MWOsh-Ex saat Beban Lateral 131 kn 50 Gambar 4.9 Simpangan Model Rangka Sederhana Element Shell dan Strat Diagonal. 52 Gambar 4.10 Hubungan antara Persentase Lubang (r) terhadap Koefisien Kekakuan Dinding (c e ). 54 Gambar 4.11 Simpangan Elastis Linier Model Rangka dengan Sudut Strat 33º 56 Gambar 4.12 Simpangan pada Atap Hasil Analisis dengan Variasi EI Model Rangka dengan Sudut Strat Gambar 4.13 Simpangan Elastis Linier Model Rangka dengan Sudut Strat 39º 57 Gambar 4.14 Simpangan pada Atap Hasil Analisis dengan Variasi EIModel Rangka dengan Sudut Strat Gambar 4.15 Simpangan Elastis Linier Model Rangka dengan Sudut Strat 45º 59 viii

9 Gambar 4.16 Simpangan pada Atap Hasil Analisis dengan Variasi EIModel Rangka dengan Sudut Strat Gambar 4.17 Simpangan Elastis Linier Model Rangka dengan Sudut Strat 51º 60 Gambar 4.18 Simpangan pada Atap Hasil Analisis dengan Variasi EI Model Rangka dengan Sudut Strat Gambar 4.19 Nilai Drift Rasio Model Strat untuk Bukaan 10% s.d 60%...62 Gambar 4.20 Kurva Kapasitas Model M333st 63 Gambar 4.21 Kurva Kapasitas Model M339st Gambar 4.22 Kurva Kapasitas Model M345st Gambar 4.23 Kurva Kapasitas Model M351st Gambar 4.24 Kurva Kapasitas Model M3 dengan Variasi Sudut Strat untuk Bukaan Dinding 10% ix

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Simpangan Antar Lantai Tingkat Ijin ( a)...12 Tabel 2.2 Kapasitas Beban Lateral pada Tingkat Drift / Damage Tertentu..20 Tabel 2.3 Nilai Kekakuan pada Berbagai Tingkat Kerusakan..20 Tabel 3.1 Kode Penamaan Model Validasi...23 Tabel 3.2 Pembebanan Model Validasi Tabel 3.3 Kode Penamaan Model Rangka Sederhana.. 28 Tabel 3.4 Nilai h, a, b, x, dan y Masing-masing Model Rangka Sederhan...29 Tabel 3.5 Kode Penamaan Model Rangka 3 Tingkat Tabel 3.6 Nilai h, a, b, x, dan y Masing-masing Model Rangka 3 Tingkat...32 Tabel 4. 1 Lebar Strat Diagonal Model Validasi Tabel 4.2 Simpangan Model MDOsh dengan Variasi Kekakuan Gap Tabel 4.3 Simpangan Model MWOsh dengan Variasi Kekakuan Gap 50 Tabel 4.4 Dimensi Bukaan Dinding Rangka Sederhana Tabel 4.5 Lebar Strat Pada Model Rangka Sederhana Tabel 4.6 Gaya Geser Dasar dan Simpangan Efektif Model M333st Tabel 4.7 Gaya Geser Dasar dan Simpangan Efektif Model M339st Tabel 4.8 Gaya Geser Dasar dan Simpangan Efektif Model M345st Tabel 4.9 Gaya Geser Dasar dan Simpangan Efektif Model M35st x

11 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam perancangan struktur gedung, biasanya pengaruh dinding terhadap kekuatan dan kekakuan struktur portal tidak diperhitungkan dalam analisis, apalagi jika pada dinding terdapat bukaan atau lubang. Dinding biasanya hanya diperhitungkan sebagai beban garis pada balok ataupun pelat lantai sehingga struktur dianggap sebagai rangka terbuka (RT). Banyak penelitian yang menguji dan menganalisis perilaku struktur dengan dinding pengisi (RDP) dan terbukti bahwa rangka dengan dinding pengisi dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan pada struktur bangunan (Asteris, et al., 2012). Walaupun pada dinding terdapat bukaan baik bukaan pintu dan jendela, dinding masih berkontribusi dalam meningkatkan kekakuan struktur. Hal itu terbukti dari hasil uji laboratorium yang dilakukan oleh Kakaletsis dan Karayannis (2009). Dimana uji laboratorium dilakukan pada specimen rangka terbuka (RT), specimen RDP dinding penuh dan specimen RDP berlubang. Hasil penelitian menunjukan model RDP berlubang lebih kaku dibandingkan model rangka terbuka (RT) tetapi lebih lemah dibandingkan model RDP dinding penuh. Specimen RDP berlubang selalu mengalami kerusakan terbesar pada sudut-sudut lubang. Kerusakan itu dikarenakan tegangan yang besar terjadi pada sudut lubang sehingga perlu perkuatan berupa balok-kolom praktis (lintel) di sekeliling lubang (Sukrawa,2015 ). Pada penelitian yang dilakukan Sukrawa (2015) menunjukan bahwa dengan menambahkan perkuatan di sekeliling lubang mampu memperkecil tegangan pada sudut lubang sampai 34%. Uji laboratorium untuk RDP berlubang dengan perkuatan lintel sudah dilakukan oleh Sigmund & Penava (2012). Pada penelitian tersebut memberikan hasil bahwa keberadaan kolom praktis tersebut memberi pengaruh terhadap pola keruntuhan struktur, daktilitas dan perilaku struktur secara keseluruhan. 1

12 Selain itu dalam penelitian tersebut menunjukan pada persentase lubang tertentu RDP berlubang dengan perkuatan di sekeliling lubang lebih kaku dari RDP dinding penuh. Dalam memodel RDP telah berkembang beragam metode pemodelan. Secara umum dinding pengisi dimodel berdasarkan metode strat diagonal dan elemen shell. Tentunya dari kedua metode tersebut memiliki beberapa keunggulan didalamnya. Metode elemen shell dapat menggambarkan perilaku struktur seperti tegangan yang terjadi pada dinding. Sedangkan metode strat diagonal lebih sederhana dalam pemodelannya, karena dianggap sebagai batang diagonal. Walaupun lebih sederhana tentunya dalam model strat diagonal harus diketahui berapa lebar strat yang digunakan di dalam pemodelan untuk mewakili bidang kontak dinding sebagai batang tekan agar sesuai dengan kondisi real. Banyak penelitian yang dilakukan untuk mencari persamaan lebar strat diagonal yang dapat menirukan perilaku struktur yang mendekati model shell. Beberapa diantaranya adalah persamaan Mainstone (1971), Paulay and Priestley (1992), dan FEMA-356. Untuk RDP berlubang Asteris (2012) mengusulkan faktor reduksi kekakuan dinding berlubang untuk menghitung persamaan lebar strat. Namun persamaan yang diusulkan hanya untuk RDP berlubang tanpa perkuatan. Terkait permasalahan tersebut, maka perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan persamaan lebar strat RDP berlubang dengan perkuatan di sekeliling lubang. Posisi lubang yang ditinjau adalah eksentris dengan memperhitungkan sudut strat (θ) yang relevan pada bangunan gedung. Sudut strat yang ditinjau adalah sudut 31, 39, 45, 51. Persamaan lebar strat yang dicari untuk keperluan design dengan variasi rasio lubang (r) 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%. Setelah didapatkan persamaan lebar strat selanjutnya dilakukan pemodelan struktur RDP tiga tingkat sebagai tahap pengaplikasian persamaan lebar strat. Model struktur dimodel dengan model elemen shell dan strat diagonal dengan r 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dan dianalisis dengan analisis linier dan analisis statik nonlinier (pushover). Dari model yang dibuat kemudian dilakukan perbandingan perilaku struktur antara model elemen shell dan strat diagonal berupa simpangan dan drift 2

13 rasio. Pada analisis nonlinear dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh dinding terhadap kekakuan dan daktilitas struktur pada model RT baik itu pada kondisi leleh, titik kinerja dan kondisi batas. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut didapat rumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimanakah persamaan lebar strat yang diperlukan untuk memodel strat diagonal sebagai dinding pengisi berlubang eksentris dengan perkuatan dan dengan sudut strat yang berbeda? 2. Bagaimana respon struktur RDP model elemen shell dan strat diagonal pada pengaplikasian persamaan lebar strat? 3. Bagaimana pengaruh dinding pengisi terhadap kekuatan dan kekakuan struktur? 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan penelitian ini adalah: 1. Untuk mendapatkan persamaan lebar strat diagonal pada rangka dinding pengisi berlubang eksentris dengan perkuatan. 2. Untuk mendapatakan perbandingan perilaku berupa simpangan dan drift rasio RDP element shell dengan model RDP strat diagonal. 3. Untuk mengetahui pengaruh dinding pengisi terhadap kekuatan dan kekakuan struktur. 1.4 Manfaat Dalam penulisan penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat bagi perancang bangunan dengan menambah pengetahuan mengenai peranan dinding pengisi dalam meningkatkan kekakuan suatu struktur bangunan, terutama memberi ulasan mengenai variasi lebar strat yang diperoleh dari persamaan lebar strat untuk memodelkan dinding pengisi. 3

14 1.5 Batasan Masalah Dalam penulisan tugas akhir ini, pembahasan permasalahan dibatasi pada: 1. Posisi lubang yang ditinjau adalah eksentris. 2. Variasi lubang hanya dilakukan dengan persentase lubang 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, dan 60%. 3. Kenonlinieran material dan penampang tidak diperhitungkan pada struktur rangka terhadap analisis lebar strat. 4. Kekakuan balok dan kolom tidak ditinjau dalam analisis lebar strat. 5. RDP berlubang dengan perkuatan dimodel dengan strat tunggal dan elemen shell. 6. RDP dianggap sebagai perkuatan pada bentang tengah portal bidang pada model struktur rangka 3 tingkat. 4