ANALISIS PENGARUH PENEMPATAN ALAT PEREDAM VISKOS TERHADAP RESPONS STRUKTUR GEDUNG TINGGI DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALISIS RIWAYAT WAKTU

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH PENEMPATAN ALAT PEREDAM VISKOS TERHADAP RESPONS STRUKTUR GEDUNG TINGGI DENGAN MENGGUNAKAN METODE ANALISIS RIWAYAT WAKTU TUGAS AKHIR Disusun Oleh : VINCE Disetujui : Dosen Pembimbing Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, Ph.D, IP-U NIP BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2 ABSTRAK Seiring dengan perkembangan teknologi dalam perencanaan bangunan tahan gempa, aplikasi dari beberapa tipe alat peredam gempa (seismic devices) telah dikembangkan termasuk alat peredam viscos (fluid viscous damper). Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui keefektifan aplikasi dari alat peredam viscos dari segi penempatan pada bangunan bertingkat tinggi. Respon bangunan beton dengan jumlah lantai 20 tingkat akan dievaluasi berdasarkan tiga jenis pola penempatan, alat peredam viskos dengan jumlah yang sama akan dianalisis. Metode analisa riwayat waktu linear dinamik berdasarkan kepada FEMA356 diimplementasikan untuk meninjau respon model bangunan. Data percepatan tanah yang digunakan adalah data percepatan tanah gempa El Centro yang diskalakan dengan respons spektrum disain untuk daerah Aceh yang ditentukan sesuai dengan SNI. Besar respons maksimum pada struktur pada keempat model yang dianalisis akan dibandingkan untuk mendapatkan pola penempatan alat damper yang lebih efisien. Kata Kunci: Alat Peredam Viskos, Analisis Riwayat Waktu, Fluid Viscous Damper, Gempa

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan berkat-nya hingga selesainya tugas akhir ini dengan judul Analisis Pengaruh Penempatan Alat Peredam Viskos Terhadap Respons Struktur Gedung Tinggi dengan menggunakan Metode Analisis Riwayat Waktu. Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang Studi Struktur pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik (USU). Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis menerima saran 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 ingin mengucapkan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T., Ph.D, IP-U, selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, S.T, M.T., selaku ketua departemen Teknik Sipil. 3. Bapak Ir. Andy Putra Rambe MBA, selaku sekretaris departemen Teknik Sipil. 4. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T. & Bapak M. Agung Putra Handana, S.T., M.T., selaku pembanding yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan masukkan-masukkan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. i

4 5. Teristimewa kepada kedua Orang Tua penulis, yang telah mendukung, menyemangati serta mendoakan penulis di setiap kegiatan akademis penulis. 6. Erwin Kwok, S.T, M.Sc.Eng selaku abang senior stambuk 2004 dan Hendrik Wijaya, S.T, selaku teman seangkatan 2011 yang telah memberikan kontribusi besar kepada penulis dalam hal memberikan semangat dan arahan hingga selesainya tugas akhir ini. 7. Teman-teman jurusan Teknik Sipil, terutama teman-teman seangkatan 2011 yang senantiasa membantu dikala penulis menemui kendala, abang/ kakak stambuk 2008,2009 dan 2010 serta adik-adik angkatan 2012 sampai 2016 terima kasih atas dukungan dan informasi mengenai kegiatan sipil selama ini. 8. Para pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU atas ketersediannya untuk mengurus administrasi Tugas akhir ini. 9. Berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Terima kasih untuk semuanya. Medan, Juli 2017 Penulis VINCE ii

5 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vi BAB II... vi BAB III... vii BAB IV... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN Umum Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Maksud dan Tujuan Penelitian Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Filisofi Desain Bangunan Tahan Gempa Peraturan Pembebanan Gempa Berdasarkan SNI Gempa Rencana dan Faktor Keutamaan Klasifikasi Situs dan Parameter Parameter Percepatan Gempa Parameter Percepatan Spektral Desain Periode Fundamental Pendekatan iii

6 Kinerja Struktur Gedung Peraturan Pembebanan Berdasarkan SNI Beban Mati Beban Hidup Karakteristik Dinamik Struktur Bangunan Massa Kekakuan Redaman Derajat Kebebasan (Degree of Freedom) Persamaan Differensial pada Struktur SDOF Persamaan Differensial pada Struktur SDOF akibat Pergerakan Dasar Persamaan Differensial pada Struktur MDOF Pengenalan Jenis-Jenis Alat-Alat Seismik (Seismic Devices) Alat peredam friksi (Friction Damper) Alat Peredam Leleh Metal (Metallic Yielding Damper) Alat Peredam Visko-Elastis Solid (Solid Viscoelastic Device) Alat Peredam Viskos Cair (Fluid Viscous Damper) BAB III Desain Bangunan Tahan Gempa yang Menggunakan Alat Peredam Viskos Pendahuluan Properti Mekanik dari Alat Peredam Viskos Rasio Redaman Efektif untuk Struktur yang Menggunakan Alat Peredam Viskos Linier Prosedur Desain Bangunan yang Menggunakan Alat Peredam Viskos BAB IV PEMBAHASAN Pemodelan Struktur iv

7 4.2 Data Material Pembebanan Struktur Dimensi Komponen Struktur Kombinasi Pembebanan Analisis Modal untuk Menentukan Perioda Fundamental Bangunan Kekakuan Lateral dari Struktur Bangunan Massa Bangunan yang dapat Beraksi terhadap Pergerakan Tanah Akibat Gempa Hasil Analisis Modal Desain Bangunan dengan Menggunakan Alat Peredam Analisa Riwayat Waktu terhadap Bangunan dengan Alat Peredam Viskos Hasil Analisa Riwayat Waktu terhadap Bangunan dengan Alat Peredam Viskos Rasio Redaman Bangunan dengan Alat Peredam Perpindahan Antar Tingkat pada Bangunan dengan Alat Peredam Rasio Kekuatan Kolom pada Bangunan dengan Alat Peredam Gaya Geser Dasar Bangunan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran LAMPIRAN A Perhitungan Parameter Respons Spektrum DAFTAR PUSTAKA v

8 DAFTAR GAMBAR BAB I Gambar 1.1 Pemakaian alat peredam viskos pada struktur bangunan... 3 Gambar 1.2 Bangunan kampus di Yogyakarta, Indonesia setelah terjadi gempa... 4 BAB II Gambar 2.1 Spektrum respons desain Gambar 2.2 Pemodelan struktur SDOF Gambar 2.3 Pemodelan struktur SDOF akibat pergerakan dasar Gambar 2.4 Keseimbangan gaya dinamik dengan F s, F D, dan F I (Chopra, 1995) Gambar 2.5 Desain konvensional struktur bangunan tahan gempa Gambar 2.6 Alat-alat seismik (a) base isolation, (b) alat peredam energy, (c) peredam getaran dinamis Gambar 2.6 Sumitomo friction damper (sumber: Aiken et al., 1992.Passive Energy Dissipation Device for Seismic Applications. Hal : 14) Gambar 2.8 Perilaku ideal histeretik dari friction damper (a) friction device pada kekakuan bresing, (b) friction device dilengkapi dengan flexible support Gambar 2.9 Kurva histeretik yang dihasilkan oleh model Bouc-Wen dalam pembebanan sinusoidal untk nilai frekuensi dan amplitudo deformasi yang berbeda (a) bresing kaku ( = 0.9, = 0.1, = 25, = 1), (b) bresing fleksibel ( = 0.9, = 0.1, = 25, = 1) Gambar 2.10 Kemungkinan kombinasi dari parameter desain friction damper pada tingkatan yang berbeda (a) distribusi seragam dari gaya slip dan rasio, (b) kekakuan yang konstan dari beragam gaya slip, (c) variasi gaya slip dan rasio 52 Gambar 2.11 Jenis-jenis metallic yielding damper untuk bangunan struktur (a) ADAS vi

9 device, (b) TADAS device Gambar 2.12 (a) bentuk pemasangan metallic yielding damper pada komponen struktur, (b) parameter kelelehan elemen bresing dan alat peredam, (c) sifat kekakuan pada preangkat bresing Gambar 2.13 Solid viscoelastic device untuk struktur penahan gempa Gambar 2.14 Fluid viscous damper Gambar 2.15 Fluid viscous damper untuk struktur penahan gempa Gambar 2.16 Bagian-bagian fluid viscous damper Gambar 2.17 Cara kerja fluid viscous damper Gambar 2.18 Aplikasi penggunakan fluid viscous damper pada bangunan gedung Gambar 2.19 Jenis konfigurasi pemasangan fluid viscous damper, (a) chevron brace, (b) diagonal bracing, (c) toggle brace-damper system Gambar 2.20 Model pergeseran struktur dengan fluid viscous damper BAB III Gambar 3.1 Kurva respons struktur dengan damping yang berbeda Gambar 3.2 Penampang longitudinal dari fluid viscous damper Gambar 3.3 Hubungan antara gaya peredam dengan kecepatan dari viscous damper Gambar 3.4 Loop histeretik dari peredam dengan perilaku viskos murni dan visko-elastis.. 69 Gambar 3.5 Definisi dari W D dan W S pada sistem SDOF dengan alat peredam viskos Gambar 3.6 Model MDOF dari struktur yang menggunakan alat peredam viskos BAB IV Gambar 4.1 Pemodelan gedung 3-D Gambar 4.2 Denah gedung Gambar 4.3 Data percepatan gerakan tanah gempa El-Centro yang diskalakan dengan vii

10 respons spektrum dedain untuk daerah Aceh Gambar 4.4 Pola goyangan bangunan pada moda kedua Gambar 4.5 Bangunan dengan alat peredam Tipe-A Gambar 4.6 Bangunan dengan alat peredam Tipe-B Gambar 4.7 Bangunan dengan alat peredam Tipe-C Gambar 4.8 Riwayat perpindahan atap untuk model MRF Gambar 4.9 Riwayat perpindahan atap untuk model DAMP-A Gambar 4.10 Riwayat perpindahan atap untuk model DAMP-B Gambar 4.11 Riwayat perpindahan atap untuk model DAMP-C Gambar 4.12 Ilustrasi osilasi getaran bebas dengan redaman Gambar 4.13 Perpindahan antar lantai pada saat perpindahan atap maksimum (MRF) Gambar 4.14 Perpindahan antar lantai pada saat perpindahan atap maksimum (DAMP-A). 111 Gambar 4.15 Perpindahan antar lantai pada saat perpindahan atap maksimum (DAMP-B) 112 Gambar 4.16 Perpindahan antar lantai pada saat perpindahan atap maksimum (DAMP-C) 112 viii

11 DAFTAR TABEL BAB II Tabel 2.1 Faktor keutaman untuk berbagai kategori gedung dan bangunan (SNI ) Tabel 2.2 Faktor keutaman gempa (SNI ) Tabel 2.3 Klasifikasi situs Tabel 2.4 Koefisien situs, Fa Tabel 2.5 Koefisien situs, Fv Tabel 2.6 Koefisien C t dan x Tabel 2.7 Simpangan antar lantai izin (Δ a) Tabel 2.8 Berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung (SNI ) Tabel 2.9 Beban hidup pada lantai gedung (SNI ) BAB III Tidak ada tabel pada bab ini. BAB IV Tabel 4.1 Informasi model bangunan yang akan dianalisis Tabel 4.2 Parameter respons spektral percepatan gempa untuk daerah Aceh Tabel 4.3 Dimensi komponen-komponen struktur bangunan yang digunakan dalam analisis Tabel 4.4 Massa tiap lantai dan pola goyangan pada moda kedua Tabel 4.5 Konfigurasi tata letak alat peredam yang didesain Tabel 4.6 Perhitungan konstanta alat peredam (tata letak alat peredam tipe A) Tabel 4.7 Perhitungan konstanta alat peredam (tata letak alat peredam tipe B) Tabel 4.8 Perhitungan konstanta alat peredam (tata letak alat peredam tipe C) ix

12 Tabel 4.9 Bangunan yang dianalisis secara riwayat waktu Tabel 4.10 Respons perpindahan atap maksimum Tabel 4.11 Rasio redaman bangunan yang dihitung dengan persamaan (4-2) Tabel 4.12 Perpindahan tiap lantai pada saat perpindahan atap maksimum terjadi Tabel 4.13 Perpindahan antar lantai pada saat perpindahan atap maksimum terjadi Tabel 4.14 Rasio kekuatan maksimum pada kolom interior dan eksterior Tabel 4.15 Perbandingan rasio kekuatan antara model DAMP-A, DAMP-B, dan DAMP- C Tabel 4.16 Respons perpindahan atap maksimum model DAMP-A dan DAMP-B dengan nilai konstanta redaman yang sama besar Tabel 4.17 Perbandingan rasio kekuatan antara model DAMP-A dengan DAMP-B yang menggunakan konstanta redaman yang sama Tabel 4.18 Gaya geser dasar bangunan (base shear) x

13 DAFTAR NOTASI C = Konstanta Redaman dari alat peredam DAMP = Damper DL = Beban mati DL+ = Beban mati tambahan d = Jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik (mm) E = Modulus Elastisitas EI = Energi Input Gempa E k = Energi Kinetik EQ = Beban gempa F a = Koefisien situs untuk perioda pendek (pada perioda 0,2 detik) FD = Gaya Redaman Fv = Koefisien situs untuk perioda panjang (pada perioda 1 detik) f c = Kuat tekan Beton (MPa) f y = Kuat leleh tulangan (MPa) H BI = Tinggi Balok Induk HBA = Tinggi Balok Anak I = Inertia I e = Faktor keutamaan Gempa K = Kekakuan Kolom L = Panjang Bentang LL = Beban Hidup MRF = Bangunan Tanpa Alat Peredam P = Gaya aksial terfaktor (N) PF 1 = Modal participation factor untuk mode 1 xi

14 R = Faktor reduksi gempa Ss = Parameter percepatan respons spectral MCE dari peta gempa pada perioda pendek, redaman 5 persen S 1 = Parameter percepatan respons spectral MCE dari peta gempa pada perioda 1 detik, redaman 5 persen SDS = Parameter percepatan respons spectral pada perioda pendek, redaman 5 persen SD1 = Parameter percepatan respons spectral pada perioda 1 detik, redaman 5 persen S MS = Parameter percepatan respons spectral MCE pada perioda pendek yang sudah disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs S M1 = Parameter percepatan respons spectral MCE pada perioda 1 detik yang sudah disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs t = Tebal pelat (mm) T = Perioda fundamental bangunan Vn = Perpindahan Atap Maksimum pada Siklus ke-n W = Berat Struktur (kn) ξ = Rasio Redaman φ rj = Perpindahan Horizontal Relatif roof = Peralihan atap ADRS = Acceleration-Displacement Response Spectra IO = Immediate Occupancy DC = Damage Control FEMA = SDOF = MDOF = Federal Emergency Management Agency Single Degree Of Freedom Multi Degree Of Freedom xii