ANALISIS TIME HISTORY BANGUNAN TAHAN GEMPA DENGAN PENEMPATAN DAMPER KARET DIANTARA BRACING DAN BALOK (STUDI LITERATUR) SAMUEL A.M.

Transkripsi

1 ANALISIS TIME HISTORY BANGUNAN TAHAN GEMPA DENGAN PENEMPATAN DAMPER KARET DIANTARA BRACING DAN BALOK (STUDI LITERATUR) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil oleh: SAMUEL A.M.HUTASOIT BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa,yang selalu memberikan kasih dan perlindungan-nya yang besar kepada penulis,hingga penulis mampu meyelesaikan Tugas Akhir ini.adapun judul Tugas Akhir yang telah diselesaikan oleh penulis adalah Analisis Time History Bangunan Tahan Gempa dengan Penempatan Damper Karet diantara Bracing dan Balok.Tugas akhir ini disusun ntuk diajukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam Ujian Sarjana Teknik Sipil Bidag Struktur pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik (USU). Penulis menyadari bahwa tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan.hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.dengan tangan terbuka dan kerendahan hati penulis menerima saran dan kritik bapak dan ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.penulis juga menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak lepas dari bimbingan,dukungan dan bantuan semua pihak.untuk itu,pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang tulus kepada pihak yang terlibat tersebut,terutama kepada kedua orang tua yang selalu penulis kasihi dan banggakan yang telah memberikan segalanya kepada penulis hingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan ini dan dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3 Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada: 1. Bapak Prof.DR.Ing.Johannes Tarigan,selaku Ketua Departemen Teknik Sipil. 2. Bapak Ir.Syahrizal,MT,selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir.Torang Sitorus,MT selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu,tenaga dan pikiran dalam memeberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir.Daniel Rumbi Teruna,MT selaku co-pembimbing yang telah memberikan waktu,tenaga dan pikiran dalam membantu menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil. 6. Kedua Orang Tua penulis yang tercinta yang selalu dan tiada henti memberikan dukungan finansial dan dukungan moral serta doa kepada penulis.terima kasih juga atas kasih sayang yangtak berkesudahan serta seluruh adik-adik tercinta Rahel,Rahmat,Riska,Boy. 7. Terima kasih terkhusus buat Marni Kristiani Sagala,ST yang selalu memberi dukungan,waktu tenaga dan pikiran serta doa dalam setiap pekerjaan yang penulis lakukan. 8. Teman-teman stambuk 06,UntungST,Gabelusi,Alexringo,Gom-gom,Vega ST, Ruspan, Alboin, Royanto, Riki malinton, Dionserius, Ivan, Sinar, Nasib, Eka,Hagai, Jenlion, Sintong,Riki malau, Olim hunter, Rinaldi, Muhajirin, praku Hendra, Benny, Atha, Khair, Lasthreeda, Dina ST,Jaenette,Maya,stambuk 2006 yang lain.dan kepada teman-teman satu perguruan Erick, Samuel Kristian silaen(muel), Lae guntur, Paulus, Raymond, Pudur.

4 9. Rekan-rekan mahsiswa UKM KMK,terkhusus buat Kak Cahaya yang selalu memberi semangat. 10. Abang/Kakak stambuk 2003, 2004, 2005 dan adik-adaik stambuk 2007, 2008, 2009, Medan, 2011 SAMUEL.A.M.HUTASOIT Nim:

5 ABSTRAK Indonesia merupakan daerah yang sangat rawan gempa,jadi banyak bangunan di Indonesia yang hancur serta memakan banyak korban nyawa dan kerugian material yang tidak sedikit setiap terjadi gempa.kerusakan bangunan akibat gempa secara konvensional dapat dicegah dengan memeperkuat struktur bangunan terhadap gaya gempa yang bekerja pada struktur tersebut.namun,hasil ini sering tidak memuaskan karena kerusakan element baik struktural ataupun non struktural umumnya disebabkan adanya perbedaan simpangan antar tingkat.untuk memperkecil simpangan tersebut dapat dilakukan dengan memperkaku bangunan dalam arah lateral.tetapi,hal ini akan mempebesar gaya gempa yang bekerja pada bangunan. Untuk mengatasi masalah tersebut para pemikir-pemikir menemukan metode yang lebih baik dan sederhana adalah dengan meredam energi gempa sampai pada tingkat yang tidak membahayakn bangiunan.sejalan dengan perkembangan teknologi bahan/sistem untuk anti gempa,telah ditemukan bahan anti gempa yang disebut dengan Damper dalam hal ini yaitu Damper Karet dengan menggunakan bahan Lead Rubber Bearing (LRB).Metode perencanaan struktur tahan gempa dapat dibagi menjadi dua,yaitu metode konvensional yang mengutamakan bentuk-bentuk struktur yang kaku dan daktalita yang tinggi metode teknologi dengan menambahkan alat-alat peredam gempa ke struktur.damper karet bekerja dengan mendissipasi energi melalui pelelehan bahan damper yaitu adalah LRB,yaitu jenis damper yang dilapisi karet dan baja serta memiliki timah di intinya.pada Tugas Akhir ini akan digunakan metode Nonlinier Time History dengan bantuan perhitungan program SAP 2000 versi 11.Pada analisa ini akan diperoleh displacement,momen,gaya lintang,dan gaya normal. Struktur yang digunakan adalah struktur baja profil IWF.Struktur yang dianalisa adalah struktur konvensional,dengan menggunakan bracing dan damper karet.dimana,struktur dengan menggunakan damper karet ini dapat dapat memperkecil percepatan gempa pada struktur bangunan dibandingkan struktur lainnya.sehingga simpangan antar struktur akan menjadi lebih kecil dan struktur akan lebih aman.perbandingan percepatan gempa,gaya-gaya yang bekerja (momen,gaya lintang,gaya normal dan simpangan pada struktur dengan menggunakan damper karet yang didapatkan dari hasil analisa akan memperoleh momen sekitar 45.5%,gaya lintag sekitar 45,7%,gaya normal sekitar 16.1% lebih kecil dibandingkan dengan struktur konvensional dan struktur dengan menggunakan bracing.

6 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR NOTASI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN BAB I.PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan Tujuan Permasalahan Pembatasan Masalah Metode Pembahasan...8 BAB II TEORI DASAR Umum Konsep Perencanaan Struktur Tahan Gempa Model Matematik dan Persamaan diferensial Struktur Tanpa Redaman Struktur dengan Menggunakan Redaman Derajat Kebebasan(Degree Of Freedom,DOF) Karakteristik Struktur Bangunan Massa...21

7 1.5.2 Kekakuan Redaman Persamaan Diferensial Struktur Pada SDOF Persamaan Diferensial Struktur SDOF Akibat Base Motion Persamaan Diferensial Pada Tiap-Tiap Tipe Getaran Periode Getar (T),Frekuensi Sudut (ω),dan Frekuensi Alami (f) Persamaan Diferensial Pada Struktur MDOF Jenis-Jenis Perhitungan Beban Gempa...40 BAB III PEMODELAN DAMPER KARET Umum Lead Rubber Damper Pemodelan Struktur dengan Menggunakan Damper Karet Konsep Struktural Fuse Penelitian dan Aplikasi Lead Rubber Damper pada Bangunan...78 BAB IV APLIKASI DAN ANALISIS Pendahuluan Pengerjaan Model Struktur Prosedur Perencanaan Bangunan Tahan Gempa dengan Damper Karet Analisis Time History Pemodelan Struktur Prosedur Analisa Sap 2000 versi Hasil Perhitungan Tanpa Menggunakan Damper dan dengan Menggunakan Damper Output Momen,Gaya Lintang,Gaya Normal Tanpa Menggunakan Damper...126

8 4.9 Output Momen,Gaya Lintang,Gaya Normal Dengan Menggunakan Damper BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Umum Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA...139

9 DAFTAR NOTASI q m p k w g E I h F I F F D S ӳ ý y c A kd α v Gr beban pada struktur massa struktur gaya horizontal kekuan berat bangunan gaya gravitasi modulus elastisitas inersia tinggi gaya inersia gaya redam gaya pegas percepatan kecepatan simpangan koefisien redaman amplitudo kekauan damper koreksi modulus elastisitas longitudinal modulus geser karet β= ξ factor damping Kr Ap kekauan lateral damper luas penampang timah

10 Ar αα Kf Kb Kd Ka kt fu fy DL LL SR Te Ke R U luas penampang karet modulus geser timah kekauan kolom struktur kekakuan bracing kekakuan damper karet total kekuan bracing dan damper kekuan total ka dan kf tegangan putus baja tegangan leleh baja dead load (beban mati) live load(beban hidup) stiffness ratio tebal total lapisan karet kekauan hoizontal damper daktalitas struktur simpangan

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Bangunan Bertingkat...1 Gambar 1.2 Posisi Lempeng Dunia...2 Gambar 1.3 Pembagian Daerah Gempa (SNI )...3 Gambar 1.4 Komponen Penyusun Lead Rubber Bearing...6 Gambar 2.1.Lapisan penyusun bumi...10 Gambar 2.2.Teori konveksi...11 Gambar 2.3.Pemodelan struktur...16 Gambar2.4 Model Matematik Struktur yang mempunyai redaman...19 Gambar 2.5 Pemodelan Struktur SDOF...27 Gambar 2.6 Struktur SDOF akibat base motion...30 Gambar 2.7 Struktur 3 DOF dengan redaman...35 Gambar 2.8 Keseimbangan Gaya Dinamik dengan f s,f d dan f I (chopra,1995)...38 Gambar 2.9 Respons Spektrum Gempa Rencana...42 Gambar 2.10 percepatan gempa...48 Gambar 3.1 Komponen Lead Rubber Bearing...55 Gambar 3.2 model hysteresis loop LRB...57 Gambar 3.3 penampang damper karet...64 Gambar 3.4 Penampang LRB ketika diberi beban...65 Gambar 3.5 struktur SDOF dengan damper karet...65 Gambar 3.6 model matematik dengan kf,kd,dan kb...66 Gambar 3.7 model matematik dengan kf dan ka...67 Gambar 3.8 model matematik dengan K T...67 Gambar 3.9 Free Body Diagram...68

12 Gambar 3.10 Strktur 3-DOF dengan damper karet...69 Gambar 3.11 Model matematik 3-DOF dengan kf,kd,dan kb...69 Gambar 3.12 model matematik 3-DOF dengan kf dan ka...70 Gambar 3.13 model matematik 3-DOF dengan KT...71 Gambar 3.14 Free body diagram 3-DOF...72 Gambar 3.15 Kurva push over...75 Gambar 3.16 lead rubber damper...80 Gambar 3.17 aplikasi bangunan...82 Gambar 4.1 Struktur tanpa menggunakan damper karet...84 Gambar 4.2 Struktur Menggunakan damper karet...85 Gambar 4.3 Percepatan Gempa El-Cento Gambar 4.4 struktur dengan menggunakan damper karet dan tanpa damper karet...94 Gambar 4.5 pemodelan struktur Gambar 4.6 Pemodelan bracing...109

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masingmasing wilayah gempa Indonesia...45 Tabel 2.2 faktor keutamaan I untuk berbagai kategori gedung...45 Tabel 2.3 percepatan tanah asli...47 Tabel 4.1 Displacement struktur tanpa menggunakan damper karet Tabel 4.2 :Drift Antar Tingkat maksimum arah x ( S 1 ) tanpa damper karet Tabel 4.3 drift Antar Tingkat maksimum arah z ( S 3 ) tanpa damper karet Tabel 4.4 Kinerja Batas Ultimit maksimum arah sumbu x ( m1) tanpa damper karet Tabel 4.5 Kinerja Batas Ultimit Maksimum arah z ( m3) tanpa damper karet Tabel 4.6 Displacement struktur tanpa menggunakan damper karet Tabel 4.7 :Drift Antar Tingkat maksimum arah x ( S 1 ) dengan damper karet Tabel 4.8 drift Antar Tingkat maksimum arah z ( S 3 ) dengan damper karet Tabel 4.9 Kinerja Batas Ultimit maksimum arah sumbu x ( m1) dengan damper karet Tabel 4.10 Kinerja Batas Ultimit Maksimum arah z ( m3) dengan damper karet

14 Tabel 4.11 Momen Kolom pada struktur tanpa damper karet Tabel 4.12 Momen Balok pada struktur tanpa damper karet Tabel 4.13 Gaya lintang Kolom pada struktur tanpa damper karet Tabel 4.14 Gaya lintang Balok pada struktur tanpa damper karet Tabel 4.15 Gaya Normal Kolom pada struktur tanpa damper karet Tabel 4.16 Momen Kolom pada struktur dengan damper karet Tabel 4.17 Momen balok pada struktur dengan damper karet Tabel 4.18 Gaya lintang kolom pada struktur dengan damper karet Tabel 4.19 Gaya lintang kolom pada struktur dengan damper karet Tabel 4.20 Momen balok pada struktur dengan damper karet Tabel 4.21 perbandingan Momen,gaya lintang,gaya normal maksimum tanpa damper dan dengan menggunakan damper...136