ANALISIS PERBANDINGAN PERILAKU STRUKTUR GEDUNG BERATURAN AKIBAT BEBAN ANGIN DAN BEBAN GEMPA UNTUK KATEGORI DESAIN SEISMIK A, B, C, D, E, & F TUGAS AKHIR Oleh : I Gd Angga Wira Saputra P NIM: 1019151025 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
ABSTRAK Wilayah Indonesia dikenal sebagai wilayah yang rawan terhadap bencana gempa dan angin puting beliung. Bencana gempa bumi dan angin puting beliung disebabkan oleh yang salah satunya adalah beban gempa dan beban angin. Namun dalam tahap perencanaan struktur bangunan dengan ketinggian dibawah 40 meter perencana diperbolehkan untuk mengabaikan beban angin. Padahal sampai saat ini di Indonesia tidak sedikit pula kerusakan atau kehancuran yang disebabkan oleh bencana angin puting beliung. Maka dalam tugas ini akan dibahas tentang analisis perbandingan perilaku struktur akibat beban angin dan beban gempa. Bangunan yang dimodelkan dalam penelitian ini adalah bangunan gedung perkantoran 5 lantai dan 10 lantai. Pemodelan struktur dilakukan dalam sebuah program, yaitu ETABS 2015 dengan model 3D yang dimensinya telah disiapkan. Selanjutnya dilakukan pengerjaan beban pada struktur akibat beban mati, beban hidup, beban angin (SNI 1727-2013) dan beban gempa (1726-2012). Kemudian definisikan kombinasi pembebanan sesuai SNI 1726-2012. Struktur akan dianalisis untuk mendapatkan perilaku struktur gedung beraturan 5 dan 10 lantai agar dapat membandingkan perilaku struktur akibat beban gempa dan beban angin. Dari hasil analisis dan pembahasan dapat diperoleh, bahwa perbandingan perilaku struktur gedung beraturan akibat beban angin (menurut SNI 1727-2013) dan beban gempa (menurut SNI 1726-2012) untuk Kategori Desain Seismik (KDS) A, B, C, D, E, dan F pada struktur gedung 5 lantai dan 10 lantai, yaitu: Simpangan gedung, untuk gedung 5 lantai simpangan akibat beban angin dengan simpangan 15 mm lebih dominan dibandingkan beban gempa 8 mm (KDS A) dan 15 mm (KDS B) sedangkan untuk KDS yang lain beban gempa yang lebih mendominasi. Dan untuk simpangan gedung 10 lantai simpangan akibat beban angin dengan simpangan 64 mm lebih dominan dibandingkan dengan beban gempa 46 mm (KDS A) sedangkan untuk KDS yang lain beban gempa yang lebih mendominasi. Gaya geser gedung, untuk gedung 5 lantai gaya geser akibat beban angin (257 kn) lebih dominan dibandingkan beban gempa KDS A (108 kn) dan KDS B (216 kn) sedangkan untuk KDS yang lain beban gempa yang lebih mendominasi. Dan untuk gedung 10 lantai gaya geser akibat beban angin (866 kn) lebih dominan dibandingkan dengan beban gempa KDS A (446 kn) sedangkan untuk KDS yang lain beban gempa yang lebih mendominasi. Momen guling gedung, untuk gedung 5 lantai momen guling akibat beban angin (1025 knm) lebih dominan dibandingkan beban gempa KDS A (501 knm) dan KDS B (1002 knm) sedangkan untuk KDS yang lain beban gempa yang lebih mendominasi. Dan untuk gedung 10 lantai momen guling akibat beban angin (9126 knm) lebih dominan dibandingkan dengan beban gempa KDS A (4026 knm) dan KDS B (8051 knm) sedangkan untuk KDS yang lain beban gempa yang lebih mendominasi. Kata kunci : perilaku struktur,beban angin, beban gempa, simpangan, gaya geser, momen guling. i
Ucapan Terima Kasih Memanjatkan puji syukur ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat dan karunia-nya penelitian ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Laporan penelitian dengan judul Analisis Perbandingan Perilaku Struktur Pada Gedung Beraturan Akibat Beban Angin Dan Beban Gempa Untuk Kategori Desain Seismik A, B, C, D, E, dan F merupakan persyaratan dalam menyelesaikan studi strata 1 (satu) di Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. Pada kesempatan ini menyampaikan terima kasih yang sebesar besarnya kepada pihak pihak yang telah turut membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam proses penelitian maupun saat penulisan penelitian. Terima kasih secara khusus disampaikan kepada Bapak I Ketut Sudarsana, ST., PhD. dan Bapak Ir. Dharma Putra, MCE., selaku Dosen Pembimbing Penelitian, Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, kepada kedua orang tua, dan seluruh keluarga atas dorongan semangat dan doa yang diberikan. Terima kasih pula kepada teman-teman mahasiswa Teknik Sipil angkatan 2010 dan semua yang tidak bias disebutkan namanya satu persatu. Akhir kata, mohon maaf apabila terjadi kekeliruan dan kesalahan, baik pada saat penelitian, maupun pada saat penyusunan penelitian ini. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Denpasar, September 2015 Penulis ii
DAFTAR ISI ABSTRAK... i UCAPAN TERIMA KASIH... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vi DAFTAR LAMPIRAN... viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penulisan... 2 1.5 Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Angin... 4 2.1.1 Proses Terjadinya Angin... 4 2.1.2 Kecepatan Angin... 4 2.2 Pembebanan Angin Berdasarkan SNI 1727:2013... 4 2.2.1 Kecepatan Angin Dasar... 5 2.2.2 Perkiraan Kecepatan Angin Dasar... 5 2.2.3 Arah Angin... 6 2.2.4 Eksposur... 7 2.2.4.1 Arah dan Sektor Angin... 7 2.2.4.2 Kategori Kekasaran Permukaan... 7 2.2.4.3 Kategori Eksposur... 7 2.2.4.4 Persyaratan Eksposur... 8 2.2.5 Faktor Topografi... 8 2.3 Metode Perhitungan Beban Angin Menurut SNI 1727:2013... 15 2.3.1 Menentukan Beban Angin... 15 2.3.2 Tekanan Percepatan... 16 2.3.3 Bangunan Tertutup dan Sebagian Tertutup... 17 2.4 Gempa... 18 2.4.1 Penyebab Terjadinya Gempa... 18 2.5 Pembebanan Gempa Berdasarkan SNI 1726-2012... 19 2.5.1 Kategori Desain Seismik Gempa... 23 iii
2.5.2 Struktur Bangunan Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan... 24 2.5.3 Gaya Geser Dasar Gempa dan Beban Lateral Gempa... 25 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pemodelan Struktur... 27 3.2 Data Struktur... 29 3.3 Prosedur Analisis... 32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pembebanan Struktur... 35 4.2 Hasil Analisis Struktur... 45 4.3 Dimensi Struktur... 50 4.4 Kontrol Simpangan... 50 4.5 Gaya Geser Tingkat... 53 4.6 Momen Guling Tingkat... 55 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan... 58 5.2 Saran... 59 DAFTAR PUSTAKA... 60 iv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Peta Spektra 0,2 detik untuk Periode Ulang Gempa 2500 tahun... 19 Gambar 2.2 Peta Spektra 1 detik untuk Periode Ulang Gempa 2500 tahun... 19 Gambar 3.1 Denah Tipikal Bangunan... 27 Gambar 3.2 Portal Tipikal Gedung 5 Lantai... 28 Gambar 3.3 Portal Tipikal Gedung 10 Lantai... 29 Gambar 3.4 Diagram Alir... 32 Gambar 4.1 Peta Gempa dengan perioda respons spektral 0,2 detik... 38 Gambar 4.2 Peta Gempa dengan perioda respons spektral 1 detik... 39 Gambar 4.3 Model Awal SRPMK Gedung 5 Lantai... 45 Gambar 4.4 Model Awal SRPMK Gedung 10 Lantai... 46 Gambar 4.5 Pembebanan beban angin arah x pada gedung 5 lantai... 47 Gambar 4.6 Pembebanan beban gempa arah x pada gedung 5 lantai... 48 Gambar 4.7 Kontrol kekuatan struktur terhadap gaya dalam pada SRPMK portal A Gedung 5 Lantai... 48 Gambar 4.8 Kontrol kekuatan struktur terhadap gaya dalam pada SRPMK portal A Gedung 10 Lantai... 49 Gambar 4.9 Simpangan Antar Lantai Gedung 5 Lantai... 52 Gambar 4.10 Simpangan Antar Lantai Gedung 10 Lantai... 53 Gambar 4.11 Gaya Geser Antar Lantai Gedung 5 Lantai... 54 Gambar 4.12 Gaya Geser Antar Lantai Gedung 10 Lantai... 55 Gambar 4.13 Momen Guling Antar Lantai Gedung 5 Lantai... 56 Gambar 4.14 Momen Guling Antar Lantai Gedung 10 Lantai... 57 v
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Faktor Arah Angin (K d )... 6 Tabel 2.2 Faktor Topografi K ZT... 9 Tabel 2.3 Parameter Untuk Kecepatan Diatas Bukit dan Tebing Curam... 11 Tabel 2.4 Faktor Daerah Eksposur... 13 Tabel 2.5 Koefisien Tekanan Internal (G.C pi )... 14 Tabel 2.6 Koefisien Kecepatan Tekanan Eksposur (K z atau K h )... 17 Tabel 2.7 Koefisien Tekanan Pada Tembok (C p )... 18 Tabel 2.8 Koefisien Situs Fa... 21 Tabel 2.9 Koefisien Situs Fv... 21 Tabel 2.10 Klasifikasi Situs... 23 Tabel 2.11 Kategori Risiko Bangunan Gedung & Non Gedung Untuk Beban Gempa... 24 Tabel 2.12 Faktor Keutamaan Gempa... 24 Tabel 2.13 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Respons Percepatan Pada Periode Pendek... 25 Tabel 2.14 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Respons Percepatan Pada Periode 1 Detik... 25 Tabel 4.1 Perhitungan Beban Angin Per Lantai... 37 Tabel 4.2 Koefisien Situs Fa... 39 Tabel 4.3 Koefisien Situs Fv... 40 Tabel 4.4 Perhitungan Gaya Geser Dasar Gedung 5 Lantai... 41 Tabel 4.5 Perhitungan Gaya Geser Dasar Gedung 10 Lantai... 41 Tabel 4.6 Perhitungan Beban Gempa KDS A Gedung 5 Lantai... 42 Tabel 4.7 Perhitungan Beban Gempa Menurut KDS Gedung 5 Lantai. 43 Tabel 4.8 Perhitungan Beban Gempa KDS A Gedung 10 Lantai... 43 Tabel 4.9 Perhitungan Beban Gempa Menurut KDS Gedung 10 Lantai... 44 Tabel 4.10 Beban-beban pada struktur gedung 5 lantai... 46 Tabel 4.11 Beban-beban pada struktur gedung 10 lantai... 47 Tabel 4.12 Dimensi Struktur Gedung... 50 Tabel 4.13 Simpangan Akibat Beban Gempa dan Beban Angin Gedung 5 Lantai... 51 Tabel 4.14 Simpangan Akibat Beban Gempa dan Beban Angin Gedung 10 Lantai... 51 Tabel 4.15 Simpangan Antar Lantai Arah X dan Y Gedung 5 Lantai... 51 Tabel 4.16 Simpangan Antar Lantai Arah X dan Y Gedung 10 Lantai.. 52 Tabel 4.17 Gaya Geser Antar Lantai Arah X dan Y Gedung 5 Lantai... 53 vi
Tabel 4.18 Gaya Geser Antar Lantai Arah X dan Y Gedung 10 Lantai.. 54 Tabel 4.19 Momen Guling Antar Lantai Arah X dan Y Gedung 5 Lantai... 55 Tabel 4.20 Momen Guling Antar Lantai Arah X dan Y Gedung 10 Lantai... 56 vii
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A Parameter Perencanaan... 61 LAMPIRAN B Langkah-Langkah Menggunakan ETABS 2015... 66 ix