TUGAS AKHIR. Disusun oleh : CLAUDYA B. BENEDICTA Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP

Transkripsi

1 ANALISIS KEKAKUAN STRUKTUR PORTAL TERBUKA DIBANDINGKAN DENGAN PEMANFAATAN DINDING BATA SEBAGAI BRACING TERHADAP GAYA GEMPA SECARA MODAL ANALYSIS 2D DAN PROGRAM ETABS 3D TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan studi S1 di Departemen Teknik Sipil Disusun oleh : CLAUDYA B. BENEDICTA Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2017

2 ABSTRAK Salah satu sistem struktur yang paling banyak digunakan di Indonesia adalah struktur portal beton bertulang dengan dinding bata. Umumnya, dinding bata pada struktur hanya difungsikan sebagai partisi dan dalam perencanaan diperhitungkan sebagai beban mati tambahan struktur. Namun, ternyata beberapa penelitian menunjukkan bahwa dengan perencanaan yang baik, dinding bata dapat menambah kekakuan dan kekuatan struktur. Tugas akhir ini akan membandingkan antara portal terbuka (open frame) di mana dinding dianggap sebagai partisi dan portal dengan dinding sebagai elemen struktur (infilled frame). Dinding bata dimodelkan sebagai bracing dengan metode equivalent diagonal strut oleh FEMA. Perbandingan akan ditinjau dari gaya geser dasar, perioda getar, deformasi, dan gaya dalam struktur. Analisis dilakukan dalam dua tahap, yaitu membandingkan hasil analisis manual 2D dengan hasil analisis program ETABS 2D, lalu dilanjutkan dengan analisis respons spektrum 3D oleh program ETABS. Dari penelitian diperoleh bahwa hasil modal analysis tidak jauh berbeda dengan program ETABS. Gaya geser dasar, perioda getar, dan gaya normal pada infilled frame lebih tinggi dibandingkan portal terbuka. Sedangkan deformasi struktur, momen, dan gaya lintang dari infilled frame lebih kecil dari portal terbuka. Kata kunci : dinding bata, equivalent diagonal strut, analisis respons spektrum

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas setiap berkat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir ini sebagai syarat yang harus dipenuhi untuk memperoleh gelar sarjana tekik program studi teknik sipil dari Fakultas Teknik. Adapun judul dari tugas akhir ini adalah Analisis Kekakuan Struktur Portal Terbuka Dibandingkan dengan Pemanfaatan Dinding Bata Sebagai Bracing Terhadap Gaya Gempa Secara Modal Analysis 2D dan Program ETABS 3D. Penulis menyadari bahwa penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, dan bantuan dari semua pihak baik secara moral maupun material. Untuk itu, pada bagian ini penulis ingin memberikan apresiasi serta ucapan terima kasih yang tulus kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku dosen pembimbing yang telah mengarahkan, membuka wawasan penulis, membantu, dan memotivasi penulis selama melakukan penelitian serta penulisan hingga akhirnya tugas akhir ini selesai. Terima kasih untuk banyaknya waktu yang telah disediakan bagi penulis dan banyaknya pengertian terhadap ketidakmampuan penulis; 2. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. dan Bapak Ir. Besman Surbakti, M.T. selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak masukan dan arahan dalam penyempurnaan tugas akhir ini; 3. Dr. Ir. Medis Sejahtera Surbakti, M.T. selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik ;

4 4. Ir. Andy Putra Rambe, MBA selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik ; 5. Bapak dan Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmunya selama penulis menempuh masa studi S1; 6. Bapak dan Ibu Staf Pegawai Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara; 7. Yang teristimewa, kedua orang tua penulis, Simon Dertha Tarigan dan Ida Rohriani Damanik, yang telah memberi dukungan, pengertian, dan kepercayaan serta telah menjadi salah satu sumber inspirasi bagi penulis. Terima kasih juga kepada kedua adik penulis, Natasha Ilauina dan Amanda Christie, yang telah mendukung penulis dalam doa dan menyemangati penulis; 8. Yang teristimewa, partner seperjuangan penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini, Joshua Manggala Reksoraharjo, yang selalu ada untuk memberikan bantuan, dukungan, waktu, dan tenaganya; 9. Seluruh Angkatan 2012 Departemen Teknik Sipil USU, di antaranya kepada Aditya Manalu, Nurlely, Astrya, Ecy, Agita, Anastasya, George Tobing, Michael Candra, Brian Halomoan, Frans Nainggolan, Ahmed, dan teman-teman lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu; 10. Anak-anak sekolah minggu GBKP Pasar IV Medan yang telah memberi inspirasi dan semangat di tengah-tengah perjuangan menyelesaikan tugas akhir.

5 Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis. Oleh sebab itu, penulis memohon maaf untuk setiap kekurangan dalam tugas akhir ini dan sangat mengharapkan kritik dan saran sebagai perbaikan di masa mendatang. Akhir kata, penulis berharap kiranya tugas akhir ini dapat memberikan sumbangsih sebagai kemajuan ilmu teknik sipil khususnya di bidang struktur. Medan, Mei 2017 Hormat saya, Penulis Claudya B. Benedicta

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR NOTASI... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konsep Dasar Mekanisme Gempa Analisis Beban Gempa Pengaruh Gempa Terhadap Struktur Dinding Bata pada Struktur Beton Bertulang... 14

7 2.4.1 Sifat-sifat Batu Bata Pengaruh Dinding Bata Terhadap Struktur Beton Bertulang Pemodelan Dinding Bata dengan Equivalent Diagonal Strut Derajat Kebebasan (Degree of Freedom, DOF) Prinsip Bangunan Geser (Shear Building) Sistem Single Degree of Freedom Dinamik Karakteristik Struktur Bangunan Massa Kekakuan Redaman Sistem Multi Degree of Freedom Modal Analysis pada Undamped Free Vibration Sistem SDOF Frekuensi Natural, Perioda Getar, dan Mode Shape Gaya Gempa Ketentuan Umum Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung Sesuai SNI Gempa Faktor Keutamaan Kombinasi Beban untuk Metoda Ultimit Parameter Percepatan Terpetakan Kelas Situs... 52

8 Koefisien Situs dan Parameter Respons Spektral Percepatan Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Risiko-Tertarget (MCE R ) Parameter Percepatan Spektral Desain Penentuan Kategori Desain Seismik Pemilihan Sistem Struktur Analisis Statis Ekivalen Gaya Geser Dasar Statis Penentuan Perioda Fundamental Sruktur Distribusi Vertikal Beban Gempa Distribusi Horizontal Analisis Respons Spektrum Spektrum Respons Jumlah Ragam Parameter Respons Ragam Parameter Respons Terkombinasi Gaya Geser Dinamis Perpindahan dan Simpangan Antar Lantai 63 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Studi Literatur Pemodelan Struktur Konfigurasi Struktur Karakteristik Material... 71

9 3.3.3 Dimensi Elemen Struktur Bracing ekivalen Pembebanan Beban Mati Beban Hidup Beban Gempa Kategori Desain Seismik (KDS) Struktur Analisis 2D pada Salah Satu Bentang Portal Secara Manual dan dengan Program ETABS Kombinasi Pembebanan Analisis 3D dengan Program ETABS Perioda Fundamental Struktur Gaya Geser Dasar Perpindahan dan Simpangan Antar Lantai Gaya-gaya Dalam Kolom Perbandingan Hasil Kesimpulan BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Pembebanan Struktur Beban Mati (Dead Load) Beban Hidup (Live Load) Perhitungan Dimensi Diagonal Strut Analisis 2D dengan Modal Analysis Analisis 2D Struktur Portal Terbuka... 88

10 4.3.2 Analisis 2D Struktur Infilled Frame Perbandingan Hasil Modal Analysis dan ETABS Analisis 3D Struktur Portal Terbuka Analisis Statis Ekivalen pada Portal Terbuka Analisis Respons Spektrum pada Portal Terbuka Kontrol Desain Struktur Perpindahan dan Simpangan Antar Lantai Analisis 3D Struktur Portal Terbuka Analisis Statis Ekivalen pada Portal Terbuka Analisis Respons Spektrum pada Portal Terbuka Perpindahan dan Simpangan Antar Lantai Diskusi Perbandingan Perioda Fundamental Struktur Perbandingan Gaya Geser Dasar Struktur Perbandingan Perpindahan dan Simpangan Antar Lantai Perbandingan Gaya-gaya Dalam pada Kolom BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xx

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Prosedur Analisis yang Boleh Digunakan (SNI ).. 11 Tabel 2.2 Faktor Koreksi Kuat Tekan Batu Bata (ASTM C ) Tabel 2.3 Kategori Risiko Gedung (SNI ) Tabel 2.4 Faktor Keutamaan Gempa (SNI ) Tabel 2.5 Klasifikasi Situs (SNI ) Tabel 2.6 Koefisien Kelas Situs FF aa (SNI ) Tabel 2.7 Koefisien Kelas Situs FF vv (SNI ) Tabel 2.8 KDS Berdasarkan Parameter Respons Percepatan Perioda Pendek (SNI ) Tabel 2.9 KDS Berdasarkan Parameter Respons Percepatan Perioda 1 Detik (SNI ) Tabel 2.10 Koefisien CC uu (SNI ) Tabel 2.11 Koefisien CC tt (SNI ) Tabel 2.12 Simpangan Antar Lantai Ijin, aa (SNI ) Tabel 3.1 Konfigurasi Struktur Tabel 3.2 Dimensi Elemen Struktur Tabel 3.3 Karakteristik Bata, Mortar, dan Dinding Bata Tabel 3.4 Beban Mati Struktur Tabel 4.1 Massa Portal Terbuka 2D Hasil Analisis ETABS Tabel 4.2 Nilai Perioda Fundamental Portal Terbuka 2D Hasil Analisis ETABS... 92

12 Tabel 4.3 Perbandingan Nilai Perioda Fundamental Portal Terbuka Hasil Modal Analysis dan ETABS Tabel 4.4 Perbandingan Nilai Gaya Geser Dasar Portal Terbuka Hasil Modal Analysis dan ETABS Tabel 4.5 Nilai Perioda Fundamental Infilled Frame 2D Hasil Analisis ETABS Tabel 4.6 Perbandingan Nilai Perioda Fundamental Infilled Frame Hasil Modal Analysis dan ETABS Tabel 4.7 Perbandingan Nilai Gaya Geser Dasar Infilled Frame Hasil Modal Analysis dan ETABS Tabel 4.8 Perbandingan Nilai Perioda Fundamental dengan Modal Analysis dan ETABS Tabel 4.9 Perbandingan Nilai Gaya Geser Dasar dengan Modal Analysis dan ETABS Tabel 4.10 Perioda Fundamental Portal Terbuka Hasil Analisis ETABS, TT. 106 Tabel 4.11 Berat Struktur Portal Terbuka Tabel 4.12 Selisih Nilai Perioda Fundamental Portal Terbuka Tabel 4.13 Partisipasi Massa Ragam Portal Terbuka Tabel 4.14 Perbandingan VV dd dan 85% VV ss Portal Terbuka Tabel 4.15 Perpindahan Elastis Portal Terbuka Tabel 4.16 Simpangan Antar Lantai Desain Portal Terbuka Tabel 4.17 Perioda Fundamental Infilled Frame Hasil Analisis ETABS, TT Tabel 4.18 Selisih Nilai Perioda Fundamental Infilled Frame Tabel 4.19 Partisipasi Massa Ragam Infilled Frame

13 Tabel 4.20 Perbandingan V d dan 85% V s Infilled Frame Tabel 4.21 Perpindahan Elastis Infilled Frame Tabel 4.22 Simpangan Antar Lantai Desain Infilled Frame Tabel 4.23 Perbandingan Perioda Fundamental Setiap Struktur Tabel 4.24 Perpindahan Portal Terbuka Per Mode Tabel 4.25 Perpindahan Portal Terbuka Per Mode Tabel 4.26 Perbandingan Gaya Geser Dasar Tabel 4.27 Perbandingan Perpindahan Arah X (δδ xx ) Tabel 4.28 Perbandingan Perpindahan Arah Y (δδ yy ) Tabel 4.29 Perbandingan Simpangan Antar Lantai Arah X ( xx ) Tabel 4.30 Perbandingan Simpangan Antar Lantai Arah Y ( yy ) Tabel 4.31 Perbandingan Momen pada Kolom Akibat Beban Gempa Tabel 4.32 Perbandingan Gaya Lintang pada Kolom Akibat Beban Gempa Tabel 4.33 Perbandingan Gaya Normal pada Kolom Akibat Beban Gempa.. 127

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Prosedur Analisis yang Boleh Digunakan (SNI )... 1 Gambar 1.2 Struktur 6 Lantai yang Ditinjau (Paudel dan Adhikari, 2015).. 2 Gambar 2.1 Lempeng Tektonik Utama (FEMA P-749,2010)... 7 Gambar 2.2 Mekanisme Gaya Gempa ( 9 Gambar 2.3 Ketidakstabilan Struktur Kolom dan Balok terhadap Beban Horisontal (Schodek, 1999) Gambar 2.4 Metode untuk Menjamin Kestabilan Struktur (Schodek, 1999) Gambar 2.5 Detail Penulangan Struktur Portal Benda Uji (Tanjung dan Maidiawati, 2016) Gambar 2.6 Hasil Uji Ketahanan dan Perpindahan Lateral Benda Uji (Tanjung dan Maidiawati, 2016) Gambar 2.7 Portal Terbuka dan Infilled Frame yang Diuji (Paudel dan Adhikari, 2015) Gambar 2.8 Perilaku Bracing Ekivalen dari Dinding (Paulay dan Pristley, 1992) Gambar 2.9 Ilustrasi Pemodelan Bracing Ekivalen Gambar 2.10 Detail Angkur Antara Dinding Pengisi dan Struktur Rangka Ketika Dinding Bata Diintegrasikan dengan Struktur Rangka (Murty et al, 2006) Gambar 2.11 Konstruksi Dinding Bata dan Kolom (Boen et al, 2010)... 28

15 Gambar 2.12 Pola Goyangan Struktur Bertingkat Banyak (Pranoto, 2008).. 30 Gambar 2.13 Pemodelan Struktur SDOF (Clough dan Penzien, 2003) Gambar 2.14 Matriks Massa untuk Model dengan 1 DOF Gambar 2.15 Lumped-Mass pada Struktur Tiga Tingkat Gambar 2.16 Struktur 3 DOF, Model Matematik, dan Diagram Free-body (Pranoto, 2012) Gambar 2.17 Gaya Gempa pada Struktur MDOF Gambar 2.18 Spektrum Respons Desain (SNI ) Gambar 2.19 Simpangan Antar Lantai (SNI ) Gambar Diagram Alir Analisis 2D Gambar 3.2 Diagram Alir Analisis 3D Gambar 3.3 Denah Struktur Gambar 3.4 Pemodelan 3D Portal Terbuka Gambar 3.5 Portal Terbuka Arah X Gambar 3.6 Portal Terbuka Arah Y Gambar 3.7 Infilled Frame Arah X Gambar 3.8 Infilled Frame Arah Y Gambar 3.9 Peta Gempa Perioda Pendek, SS SS Gambar 3.10 Peta Gempa Perioda Pendek, SS SS Gambar 3.11 Kurva Respons Spektrum Kota Medan dengan Kondisi Tanah Sedang Gambar 4.1 Beban Mati Pelat Lantai Gambar 4.2 Beban Mati Pelat Atap Gambar 4.3 Beban Mati pada Balok Arah X... 85

16 Gambar 4.4 Beban Mati pada Balok Arah Y Gambar 4.5 Beban Hidup pada Pelat Lantai Gambar 4.6 Beban Hidup pada Pelat Atap Gambar 4.7 Pemodelan 2D Portal Terbuka Gambar 4.8 Pemodelan Kekakuan Portal Terbuka Gambar 4.9 Distribusi Gaya Geser Tiap Tingkat Portal Terbuka 2D Gambar 4.10 Pemodelan 2D Infilled Frame Gambar 4.11 Pemodelan Kekakuan Struktur Infilled Frame Gambar 4.12 Distribusi Gaya Geser Tiap Tingkat Infilled Frame 2D Gambar 4.13 Capacity Ratio pada Kolom Gambar 4.14 Capacity Ratio pada Balok Gambar 4.15 Mode Shape pada Struktur Portal Terbuka Gambar 4.16 Mode Shape pada Struktur Infilled Frame Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Gaya Geser Dasar Arah X Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Gaya Geser Dasar Arah Y Gambar 4.19 Perpindahan Elastis Arah X Gambar 4.20 Perpindahan Elastis Arah Y Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Δx Setiap Struktur Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Δy Setiap Struktur Gambar 4.23 Bidang Momen Kolom pada Portal Terbuka Akibat Beban Gempa Gambar 4.24 Bidang Momen Kolom pada Infilled Frame Akibat Beban Gempa Gambar 4.25 Bidang Lintang pada Portal Terbuka Akibat Beban Gempa

17 Gambar 4.26 Bidang Lintang pada Infilled Frame Akibat Beban Gempa Gambar 4.27 Bidang Normal pada Portal Terbuka Akibat Beban Gempa Gambar 4.28 Bidang Normal pada Infilled Frame Akibat Beban Gempa

18 DAFTAR NOTASI aa cc CC dd CC SS EE EE ffff EE h EE mmmm EE vv FF aa FF DD FF II FF SS FF vv FF xx gg h cc HH EE,ii h iiiiii h nn = lebar bracing ekivalen = koefisien redaman = faktor amplifikasi defleksi = koefisien respons seismik = Modulus elastisitas material = modulus elastisitas material portal (beton) = pengaruh beban gempa horisontal = modulus elastisitas material dinding pengisi = pengaruh beban gempa vertikal = koefisien situs pada perioda pendek = gaya redaman = gaya inersia = gaya pegas = koefisien situs pada perioda 1 detik = gaya gempa lateral yang timbul di semua tingkat = percepatan gravitasi = tinggi kolom di antara as-balok = gaya gempa setiap mode = tinggi dinding pengisi = ketinggian struktur dalam meter di atas dasar sampai tingkat tertinggi struktur II = momen inersia

19 II cc II ee kk kk LL LL iiiiii mm mm ee,ii PP(tt) = inersia penampang kolom = faktor keutamaan gempa = kekakuan elemen struktur = eksponen yang terkait perioda struktur = Panjang bentang kolom = panjang dinding pengisi = massa struktur = massa pendekatan dari n massa ke satu massa = beban dinamis QQ EE qq nn (tt) RR rr iiiiii SS aa SS DDDD SS DD1 SS MM1 = pengaruh gaya gempa horisontal dari VV atau FF PP = variasi waktu perpindahan dengan gerakan harmonis sederhana = faktor modifikasi respons = panjang diagonal dinding pengisi = respons spektral percepatan = parameter percepatan spektral desain untuk perioda pendek = parameter percepatan spektral desain untuk perioda 1 detik = parameter respons spektral percepatan gempa MCE R untuk perioda 1,0 SS MMMM TT TT aa tt iiiiii uu detik = parameter respons spektral percepatan gempa MCE pendek = perioda fundamental struktur = perioda fundamental pendekatan = tebal dinding pengisi = perpindahan R untuk perioda

20 uu uu VV WW aa δδ xxxx δδ xx θθ λλ 1 ρρ ωω φφ nn = kecepatan = percepatan = gaya lateral total atau geser di dasar struktur = berat seismik efektif = simpangan antar lantai desain = simpangan antar lantai ijin = perpindahan elastis yang diperoleh dari analisis elastis pada program = perpindahan yang diperbesar = sudut antara tinggi dan panjang dinding pengisi = koefisien yang digunakan untuk menentukan lebar efektif strut = faktor redundansi = frekuensi natural = mode shape