PERILAKU STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI DENGAN BUKAAN PADA GEDUNG EMPAT LANTAI TUGAS AKHIR Oleh: Gusti Putu Satria Eka Pratama NIM: 1104105013 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
ABSTRAK Dinding Pengisi sering digunakan sebagai penyekat atau pemisah antara satu ruangan dengan ruangan yang lain yang biasanya terbuat dari pasangan bata, batako, atau beton ringan yang dihubungkan dengan sambungan mortar. Dinding pengisi dipasang setelah struktur utama telah selesai dikerjakan atau bersamaan dengan pekerjaan finishing, sehingga seringkali dalam perencanaannya dinding pengisi hanya dianggap sebagai komponen non structural dan dianggap tidak memberikan pengaruh kekakuan pada struktur yang ditempatinya. Namun sebenarnya dinding pengisi mempunyai kecenderungan berinteraksi dengan portal yang ditempatinya dan turut menyumbangkan kekakuan lateral pada struktur. Untuk memperoleh informasi mengenai pengaruh dinding pengisi dengan bukaan pada struktur portal suatu bangunan maka dilakukan pemodelan struktur portal dengan mengambil objek gedung Sekolah empat lantai. Sebelum membuat model gedung empat lantai terlebih dahulu dibuat Model Awal yang dibandingkan dengan hasil eksperimen dari Kakaletsis and Karayannis (2009), yang bertujuan untuk mengetahui apakah cara yang digunakan untuk memodel pada program SAP 2000v15 sudah benar dan bisa dilanjutkan untuk memodel gedung empat lantai. Setelah hasil pemodelan Model Awal sudah mendekati hasil eksperimen maka selanjutnya dilakukan pemodelan gedung empat lantai sebanyak tiga model. Model yang pertama adalah M1 (Open Frame) yaitu menganggap dinding hanya sebagai beban saja. Model yang kedua adalah M2 (Open Frame + dinding pengisi penuh) yaitu hanya dinding tanpa bukaan yang dimodel dengan Shell Elemen sedangkan dinding yang terdapat bukaan hanya akan dianggap sebagai beban saja. Model yang ketiga adalah M3 (Open Frame + dinding pengisi dengan bukaan) yaitu semua dinding yang ada baik penuh maupun dengan bukaan dimodel dengan Shell Elemen. Berdasarkan hasil analisis didapatkan bahwa simpangan arah x M1 lebih besar 67,274% dari M2 dan 67,444% dari M3. Sedangkan untuk arah y didapatkan bahwa M1 lebih besar 0,445% dari M2 dan 24,411% dari M3. Tegangan tekan dan geser yang terjadi pada dinding masih dalam batas kekuatan bahan dinding yang diijinkan, namun untuk tegangan tarik tidak memenuhi persyaratan kuat tarik. Berdasarkan analisis juga diperoleh jika gaya dalam seperti momen dan gaya geser pada kolom dan balok untuk struktur tanpa dinding pengisi menghasilkan nilai yang lebih besar jika dibandingkan dengan struktur yang dimodel dengan dinding pengisi. Namun untuk aksial yang terjadi pada kolom struktur dengan dinding pengisi menghasilkan aksial yang lebih besar daripada struktur tanpa dinding pengisi. Selain itu diketahui juga bahwa struktur tanpa dinding pengisi memerlukan kebutuhan tulangan yang lebih besar daripada struktur yang dimodel dengan dinding pengisi. Kata kunci : dinding pengisi, dinding dengan bukaan, shell element i
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa karena atas karunia-nya Tugas Akhir ini, yang berjudul PERILAKU STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI DENGAN BUKAAN PADA GEDUNG EMPAT LANTAI dapat tersusun hingga selesai. Dalam menyusun Tugas Akhir ini, penulis telah melibatkan berbagai pihak, untuk itu tidak lupa ucapan terima kasih penyusun sampaikan kepada Bapak Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT, selaku pembimbing I dan Ir. Dharma Putra, MCE, selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan masukan masukan dalam menyusun Tugas Akhir ini, serta semua pihak, teman teman yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun guna penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat berguna sebagaimana mestinya. Denpasar, Mei 2015 Penulis ii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ABSTRAK... UCAPAN TERIMAKASIH... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... i ii iii vi DAFTAR TABEL... viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3 1.4 Batasan Masalah... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Rangka Dinding Pengisi... 5 2.1.1 Interaksi Dinding Pengisi Dengan Struktur Rangka.. 6 2.1.2 Tegangan Pada Dinding Pengisi... 8 2.1.3 Modulus Elastisitas Dinding Pengisi... 12 2.2 Pemodelan Dalam SAP 2000... 15 2.2.1 Elemen Frame... 15 2.2.2 Elemen Shell... 16 2.2.3 Elemen Gap... 18 2.3 Keruntuhan Dinding Pengisi... 19 2.4 Penelitian RDP... 21 2.5 Pembebanan... 28 iii
2.5.1 Beban Vertikal... 28 2.5.2 Beban Horisontal... 29 2.6 Kombinasi Pembebanan... 32 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum... 34 3.2 Penentuan Parameter Model Awal... 34 3.2.1 Data Material Struktur Rangka... 35 3.2.2 Data Material Dinding... 35 3.2.3 Material Beton dan Dinding Nonlinier... 36 3.2.4 Pembebanan Model Awal... 39 3.3 Penentuan Parameter Struktur Gedung Empat Lantai... 40 3.3.1 Data Material Struktur Rangka... 41 3.3.2 Data Material Dinding... 41 3.3.3 Pembebanan Struktur... 42 3.4 Penetapan Model... 43 3.4.1 Model Awal... 43 3.4.2 Pemodelan Struktur Gedung Empat Lantai... 46 3.5 Tahapan Penelitian... 48 3.5.1 Langkah langkah Pemodelan Struktur... 49 3.5.2 Pemodelan Elemen Shell... 50 3.5.3 Pendefinisian Joint Link Gap... 50 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pemodelan Model Awal... 52 4.1.1 Deformasi Struktur Model Awal... 53 iv
4.1.2 Tegangan yang Terjadi Pada Dinding... 54 4.2 Pemodelan Struktur Gedung Empat Lantai... 56 4.2.1 Pemodelan Struktur Rangka Terbuka (Open Frame).. 56 4.2.2 Pemodelan Struktur Rangka Dinding Pengisi Penuh. 57 4.2.3 Pemodelan Struktur Rangka Dinding Pengisi Dengan bukaan... 58 4.3 Hasil Pemodelan Struktur... 59 4.3.1 Simpangan Struktur... 59 4.3.2 Tegangan Pada Dinding... 64 4.3.3 Perbandingan Momen, Geser dan Aksial pada Portal. 69 4.3.4 Perbandingan Luas Tulangan pada Portal... 75 BAB IV PENUTUP 5.1 Simpulan... 80 5.2 Saran... 81 DAFTAR PUSTAKA... 82 LAMPIRAN A Perhitungan Momen dan Kuat Geser Nominal... 84 LAMPIRAN B Langkah langkah Pemodelan dengan SAP 2000v15... 90 v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perilaku struktur rangka dengan dinding... 6 Gambar 2.2 Keruntuhan Rangka Dinding Pengisi... 7 Gambar 2.3 Panjang Interaksi Dinding Terhadap Kolom... 11 Gambar 2.4 Bentuk Kurva Tegangan Regangan Untuk Beton... 13 Gambar 2.5 Bentuk Kurva Tegangan Regangan Untuk Dinding Bata... 14 Gambar 2.6 Sistem Koordinat Persegi (Cartesian) dalam SAP 2000... 16 Gambar 2.7 Sambungan Joint Elemen Area dan Bidang Mukanya (a) Elemen Shell Quadrilateral (b) Elemen Shell Triangulr... 17 Gambar 2.8 Mesh Elemen Shell Pada Daerah Transisi... 18 Gambar 2.9 Gap Properti... 19 Gambar 2.10 Pola Keruntuhan CC dan DC... 20 Gambar 2.11 Pola Keruntuhan SS, DK, dan FF... 20 Gambar 2.12 Spesimen Struktur RDP (a) Detail Tulangan Struktur Rangka Beton Bertulang (b) Unit Bata... 22 Gambar 2.13 Penyiapan Benda Uji DO4... 24 Gambar 2.14 Hubungan antara lateral load dan lateral displacement serta pola kegagalan specimens struktur RDP dengan bukaan pintu berbagai ukuran (a) dan (b) la/l = 0.25, (c) dan (d) la/l = 0.38, dan (e) dan (f) l /l = 0.50....25 Gambar 2.15 Hubungan Antara Lateral Load dan Lateral Displacement, Eveloves (a) Struktur RDP Bukaan... 27 Gambar 3.1 Hubungan Antara Tegangan dan Regangan Material Dinding... 36 Gambar 3.2 Modulus Secant (Esi) Pada Kurva Tegangan Regangan Matrial Beton Model Awal... 37 Gambar 3.3 Modulus Secant (Esi)Pada Kurva Tegangan Regangan Material Dinding Model Awal... 38 Gambar 3.4 Hubungan Antara Lateral Load dan Lateral Displacement, Enveloves... 40 Gambar 3.5 Hubungan Antara Tegangan dan Regangan vi
Material Dinding... 42 Gambar 3.6 Geometri dan Dimensi Struktur Rangka (a) Penulangan Struktur Rangka, (b) Dimensi Bata... 45 Gambar 3.7 Model RDP Bukaan Pintu... 45 Gambar 3.8 Denah Struktur... 46 Gambar 3.9 Denah Arsitektur... 47 Gambar 3.10 Diagram Alir Tahapan Penelitian... 48 Gambar 3.11 Pengaturan Gap Pada SAP 2000... 51 Gambar 4.1 Model RDP bukaan pintu... 52 Gambar 4.2 Hubungan beban lateral dan deformasi antara Eksperimen dengan Model Awal...53 Gambar 4.3 (a) Tegangan S11 dan (b) Tegangan S12 pada beban lateral puncak MDO2...54 Gambar 4.4 Pola kegagalan yang terjadi pada Spesimen Model Awal hasil pengujian...54 Gambar 4.5 Pemodelan 3Dimensi (a) Portal as 3-3 portal tanpa dinding pengisi (b)...57 Gambar 4.6 Pemodelan 3Dimensi (a) Portal as 3-3 portal rangka dinding pengisi (b)...58 Gambar 4.7 Pemodelan 3Dimensi (a) Portal as C -C portal rangka dinding pengisi dengan bukaan (b)...59 Gambar 4.8 Simpangan struktur arah x pada portal 4 akibat beban kombinasi..61 Gambar 4.9 Simpangan struktur arah y pada portal C akibat beban kombinasi.61 Gambar 4.10 Kontur tegangan tekan dan tarik pada Dinding Pengisi Penuh akibat pengaruh beban Kombinasi...65 Gambar 4.11 Kontur tegangan tekan dan tarik pada Dinding Pengisi dengan Bukaan akibat pengaruh beban Kombinasi...66 Gambar 4.12 Kontur tegangan geser pada dinding pengisi penuh...66 Gambar 4.13 Penomoran komponen struktur pada portal...70 Gambar 4.14 Penomoran komponen struktur pada portal...75 vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesimen Eksperimen... 22 Tabel 2.2 Sifat Material Yang Digunakan... 23 Tabel 2.3 Perbandingan Karakteristik Histeresis Untuk Spesimen... 26 Tabel 3.1 Modulus Secant (Esi) Beton dan dinding... 37 Tabel 3.2 Koefisien penurunan momen inersia elemen struktur pada Model Awal... 39 Tabel 4.1 Momen dan gaya geser balok... 55 Tabel 4.2 Simpangan struktur arah x pada portal 4 akibat beban kombinasi... 60 Tabel 4.3 Simpangan struktur arah y pada portal C akibat beban kombinasi... 60 Tabel 4.4 Simpangan antar tingkat arah x pada portal 4 akibat beban kombinasi... 63 Tabel 4.5 Simpangan antar tingkat arah y pada portal C akibat beban kombinasi... 64 Tabel 4.6 Tegangan tekan pada dinding... 67 Tabel 4.7 Tegangan tarik pada dinding... 68 Tabel 4.8 Tegangan geser pada dinding... 69 Tabel 4.9 Momen pada kolom... 70 Tabel 4.10 Gaya geser pada kolom... 71 Tabel 4.11 Aksial pada kolom... 72 Tabel 4.12 Momen pada balok... 73 Tabel 4.13 Gaya geser pada balok... 74 Tabel 4.14 Rekapitulasi luas tulangan pada kolom struktur M1, M2 dan M3... 76 Tabel 4.15 Rekapitulasi luas tulangan pada kolom Struktur M1, M2 dan M3... 77 Tabel 4.16 Rekapitulasi luas tulangan longitudinal maksimum pada balok struktur M1, M2 dan M3... 78 viii
Tabel 4.17 Rekapitulasi luas tulangan Transversal maksimum pada balok struktur M1, M2 dan M3... 79 ix