DAFTAR ISI KATA PENGANTAR.... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xiii BAB I. PENDAHULUAN... 1 I.1. Latar Belakang Masalah... 1 I.2 Perumusan Masalah... 4 I.3 Batasan Masalah... 4 I.4 Maksud dan Tujuan... 5 I.5 Metode Penelitian... 6 I.6 Sistematika Penulisan... 7 BAB II. TEORI DASAR... 8 2.1. Umum... 8 2. 2. Dinamik Karakteristik Struktur Bangunan... 10 2. 2. 1. Massa... 11 2. 2. 1. 1. Model Lumped Mass... 11 2. 2. 1. 2. Consistent Mass Matrix... 12 2. 2. 2. Kekakuan... 13 2. 2. 3. Redaman... 14
2. 2. 3. 1. Damping Klasik (Clasical Damping)... 15 2. 2. 3. 2. Damping Nonklasik (Non Clasical Damping)... 15 2. 3. Derajat Kebebasan (Degree Of Freedom)... 16 2. 3. 1. Persamaan Differensial Pada Struktur Sdof... 16 2. 3. 2. Persamaan Differensial Struktur Sdof Akibat Base Motions... 18 2. 3. 3. Persamaan Differensial Struktur Mdof... 20 2. 3. 3. 1. Matriks Massa, Matriks Kekakuan Dan Matriks Redaman... 21 2. 4. Analisis Dinamik... 23 2. 4. 1. Spektrum Respon... 24 2. 4. 2. Analisis Respon Dinamik Riwayat Waktu... 24 BAB III. ANALISIS FLUID VISCOUS DAMPER PADA BANGUNAN... 28 3. 1. Getaran Dan Damping... 28 3. 2. Viscous Damping... 30 3. 3. Fluid Viscous Damper... 32 3. 3. 1. Sejarah... 32 3. 3. 2. Bagian-Bagian Fluid Viscous Damper... 35 3. 3. 3. Metode Disipasi Energi FVD... 36 3. 3. 4. Kekakuan FVD... 38 3. 3. 5. Pola Penempatan FVD... 39 BAB IV. ANALISIS DAN PEMBAHASAN... 45 4. 1 Pendahuluan... 45 4. 2 Data Struktur... 45 4. 3 Pengerjaan Model Struktur... 47
4. 4 Perhitungan Beban Struktur... 48 4. 4. 1 Beban Mati... 48 4. 4. 2 Beban Hidup... 48 4. 4. 3 Beban Gempa... 48 4. 4. 4 Kombinasi Pembebanan... 49 4. 5 Data Fluid Viscous Damper... 50 4. 6 Hasil Perhitungan... 52 4. 6. 1 Simpangan Antar Tingkat... 52 4. 6. 1. 1 Simpangan Antar Tingkat Tanpa Menggunakan Fluid Viscous Damper... 52 4. 6. 1. 2 Simpangan Antar Tingkat Dengan Menggunakan Fluid Viscous Damper Dengan Pola 1... 55 4. 6. 1. 3 Simpangan Antar Tingkat Dengan Menggunakan Fluid Viscous Damper Dengan Pola 2... 58 4. 6. 1. 4 Simpangan Antar Tingkat Dengan Menggunakan Fluid Viscous Damper Dengan Pola 3... 61 4. 6. 2 Momen... 65 4. 6. 2. 1 Momen Tanpa Menggunakan Damper... 65 4. 6. 2. 2 Momen Dengan Menggunakan Damper Pola 1... 67 4. 6. 2. 3 Momen Dengan Menggunakan Damper Pola 2... 68 4. 6. 2. 4 Momen Dengan Menggunakan Damper Pola 3... 69 4. 6. 3 Gaya Lintang... 71
4. 6. 2. 1 Gaya Lintang Tanpa Menggunakan Damper... 71 4. 6. 2. 2 Gaya Lintang Dengan Menggunakan Damper Pola 1... 72 4. 6. 2. 3 Gaya Lintang Dengan Menggunakan Damper Pola 2... 74 4. 6. 2. 4 Gaya Lintang Dengan Menggunakan Damper Pola 3... 75 4. 6. 4 Gaya Normal... 77 4. 6. 2. 1 Gaya Normal Tanpa Menggunakan Damper... 77 4. 6. 2. 2 Gaya Normal Dengan Menggunakan Damper Pola 1... 77 4. 6. 2. 3 Gaya Normal Dengan Menggunakan Damper Pola 2... 78 4. 6. 2. 4 Gaya Normal Dengan Menggunakan Damper Pola 3... 79 4. 6. 5 Perbandingan Simpangan Maksimum Struktur Tanpa Damper Dengan Struktur Dengan 3 Pola Damper... 79 4. 6. 6 Perbandingan Gaya-Gaya Maksimum Struktur Tanpa Damper Dengan Struktur Dengan 3 Pola Damper... 81 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 83 5.1 Kesimpulan... 83 5. 2 Saran... 84 DAFTAR PUSTAKA... 85 LAMPIRAN... 86
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Lempeng Tektonik... 1 Gambar 1.2 Denah Bangunan... 5 Gambar 1.3 Pola penempatan Fluid Viscous Damper... 6 Gambar 2.1 Pemodelan Struktur SDOF... 17 Gambar 2.2 Struktur SDOF akibat Base Motion... 19 Gambar 2.3 Keseimbangan Gaya Dinamik dengan f S, f D dan f I (Chopra, 1995)... 23 Gambar 3.1. Getaran Bebas dengan Damping... 29 Gambar 3.2. Lembar Paten R. Peo s Rotary Shock Absorber... 33 Gambar 3.3. Fluid Viscous Damper yang Diaplikasikan pada Bangunan... 34 Gambar 3.3. Bagian Bagian Fluid Viscous Damper... 35 Gambar 3.4. Grafik Hubungan Gaya Damping dengan Kecepatan... 38 Gambar 3.5. Basic Mounting Attachment Styles... 39 Gambar 3.6 The San Fransisco Pasific Center Office Building... 39 Gambar 3.7 Pemasangan Damper The Hotel Woodland, Woodland, California... 40 Gambar 3.8 Pasific Northwest Baseball Stadium, Sheattle, Washington... 40 Gambar 3.9 Penempatan Damper Pola 1... 41 Gambar 3.40 Penempatan Damper Pola 2... 42 Gambar 3.41 Penempatan Damper Pola 3... 43 Gambar 4.1 Tampak perspektif Permodelan Struktur... 47 Gambar 4.2 Tampak depan... 47 Gambar 4.3 Input Data Damper Pada SAP... 51
Gambar 4.4 Struktur Tanpa Damper... 52 Gambar 4.5 Struktur Tanpa dengan Damper Pola 1... 55 Gambar 4.6 Struktur Tanpa dengan Damper Pola 2... 59 Gambar 4.7 Struktur Tanpa dengan Damper Pola 3... 62
DAFTAR TABEL Tabel 2.1: Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing wilayah gempa di Indonesia... 25 Tabel 2.2: Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori gedung... 25 Tabel 4.1 Hasil displacemen maksimum tanpa menggunakan fluid viscous damper... 53 Table 4.2 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah X tanpa menggunakan fluid viscous damper... 53 Table 4.3 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Y tanpa menggunakan fluid viscous damper... 54 Table 4.4 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Z tanpa menggunakan fluid viscous damper... 54 Tabel 4.5 Hasil displacemen maksimum dengan menggunakan fluid viscous damper pola 1.... 56 Table 4.6 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah X dengan menggunakan fluid viscous damper pola 1... 57 Table 4.7 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Y tanpa menggunakan fluid viscous damper pola 1... 57 Table 4.8 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Z dengan menggunakan fluid viscous damper pola 1... 58 Tabel 4.9 Hasil displacemen maksimum dengan menggunakan fluid viscous damper pola 2.... 59 Table 4.10 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah X dengan menggunakan fluid
viscous damper pola 2... 60 Table 4.11 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Y tanpa menggunakan fluid viscous damper pola 2... 60 Table 4.12 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Z dengan menggunakan fluid viscous damper pola 2... 61 Tabel 4.13 Hasil displacemen maksimum dengan menggunakan fluid viscous damper pola 3... 62 Table 4.14 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah X dengan menggunakan fluid viscous damper pola 3... 63 Table 4.15 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Y tanpa menggunakan fluid viscous damper pola 3... 63 Table 4.16 Simpangan Antar Tingkat maksimum arah Z dengan menggunakan fluid viscous damper pola 3... 64 Tabel 4.17 Momen maksimum pada kolom tanpa fluid viscous damper... 65 Tabel 4.18 Momen maksimum pada balok tanpa fluid viscous damper... 66 Tabel 4.19 Momen maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 1... 67 Tabel 4.20 Momen maksimum pada balok dengan fluid viscous damper pola 1... 67 Tabel 4.21 Momen maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 2... 68 Tabel 4.22 Momen maksimum pada balok dengan fluid viscous damper pola 2... 69 Tabel 4.23 Momen maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 3... 69 Tabel 4.24 Momen maksimum pada balok dengan fluid viscous damper pola 3... 70 Tabel 4.25 Gaya Lintang maksimum pada kolom tanpa fluid viscous damper... 71
Tabel 4.26 Gaya Lintang maksimum pada balok tanpa fluid viscous damper... 71 Tabel 4.27 Gaya Lintang maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 1.. 72 Tabel 4.28 Gaya Lintang maksimum pada balok dengan fluid viscous damper pola 1... 73 Tabel 4.29 Gaya Lintang maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 2.. 74 Tabel 4.30 Gaya Lintang maksimum pada balok dengan fluid viscous damper pola 2... 75 Tabel 4.31 Gaya Lintang maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 3.. 75 Tabel 4.32 Gaya Lintang maksimum pada balok dengan fluid viscous damper pola 3... 76 Tabel 4.33 Gaya Normal maksimum pada kolom tanpa fluid viscous damper.... 77 Tabel 4.34 Gaya Normal maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 1... 78 Tabel 4.35 Gaya Normal maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 2... 78 Tabel 4.36 Gaya Normal maksimum pada kolom dengan fluid viscous damper pola 3... 79 Tabel 4.37 Perbandingan displacement maksimum struktur tanpa damper dan dengan damper... 79 Tabel 4.38 Perbandingan Simpangan antar tingkat maksimum struktur tanpa damper dan dengan damper... 80 Tabel 4.39 Perbandingan Gaya-gaya maksimum pada Kolom struktur tanpa damper dan dengan damper... 81 Tabel 4.40 Perbandingan Gaya-gaya maksimum pada balok struktur tanpa damper dan dengan damper... 81
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Masalah Indonesia terletak di daerah dengan tingkat aktivitas gempa tinggi. Hal tersebut sebagai akibat bertemunya tiga lempeng tektonik utama dunia yakni : Samudera India Australia di sebelah selatan, Samudera Pasifik di sebelah Timur dan Eurasia, dimana sebagian besar wilayah Indonesia berada di dalamnya. Pergerakan relatif ketiga lempeng tektonik tersebut dan dua lempeng lainnya, yakni laut Philipina dan Carolina mengakibatkan terjadinya gempa-gempa bumi di daerah perbatasan pertemuan antar lempeng dan juga menimbulkan terjadinya sesar-sesar regional yang selanjutnya menjadi daerah pusat sumber gempa juga. Gambar 1.1. Lempeng Tektonik
Wilayah Indonesia dibagi dalam 6 (enam) wilayah gempa dengan masingmasing tingkat kerawanan terjadinya gempa. Gempa bumi tidak bisa dicegah dan sulit untuk memprediksi kapan terjadinya, maka dari itu perlu dilakukan usaha-usaha untuk memperkecil kerugian dan kerusakan yang ditimbulkannya. Pada perencanaan bangunan, parameter gempa bumi yang langsung mempengaruhi perencanaan adalah percepatan tanah yang ditimbulkan oleh gelombang seismic yang bekerja pada bangunan. Besarnya tergantung pada beberapa faktor, antara lain besarnya kekuatan gempa, jarak episenter ke daerah tempat bangunan berdiri, kedalaman pusat gempa, jenis tanah, sistem pondasi, massa, geometri bangunan, dan lain sebagainya. Secara konvensional, kerusakan bangunan akibat gaya gempa dapat dicegah dengan memperkuat struktur bangunan terhadap gaya gempa yang terjadi padanya. Kerusakan elemen baik struktural maupun nonstruktural umumnya disebabkan adanya interstory dift (perbedaan simpangan antar tingkat). Untuk memperkecil interstory drift dapat dilakukan dengan memperkaku bangunan dalam arah lateral. Konsekwensinya, pada bangunan dimana kekakuan lateralnya cukup besar akan mengalami percepatan lantai yang besar, sementara pada bangunan flexible akan mengalami perpindahan lateral yang besar sehingga jika terjadi gempa kuat, struktur akan mengalami kerusakan yang signifikan. Seiring dengan perkembangan teknologi dalam perencanaan bangunan tahan gempa, saat ini telah dikembangkan pendekatan desain untuk mengurangi resiko kerusakan bangunan akibat gempa. Pendekatan ini bukan dengan memperkuat
struktur itu sendiri, tetapi dengan mereduksi gaya gempa yang bekerja pada bangunan. System ini disebut dengan peredam atau damper. Peredam ini dikhususkan untuk diaplikasikan pada bangunan yang beresiko mengalami percepatan dan perpindahan lateral yang besar bila terkena beban dinamis. Struktur yang dimaksud seperti gedung bertingkat tinggi, jembatan dengan bentang panjang, dan menara. Pemasangan peredam dengan kata lain seperti menerapkan teknlogi kontrol pada struktur. Kontrol pada struktur diklasifikasikan dalam beberapa jenis yaitu tipe pasif, tipe aktif, dan tipe hibrid yang merupakan tipe kombinasi. Metode pengendali aktif menggunakan sensor pengukur percepatan struktur, aktuator pembangkit gaya luar dan kontroller yang mengatur pemberian energi luar. Metode pasif tidak memerlukan energy luar. Metode hibrid merupakan kombinasi dari kedua metode tersebut. Kelebihan control aktif adalah karakteristik dinamik struktur dapat beradapasi dengan beban dinamis yang timbul, sedangkan kelebihan control pasif adalah karena kesederhanaan dalam desain, pemasangan, dan terutama pemeliharaannya ( W.F.Tjong). Sistem control pasif terdiri atas Tuned Mass Damping, Energy Disappation, Seismic Isolation (D.J. Dowrick, Earthquake Resistent Design And Risk Reduction, 2003). Salah satu alat kontrol pasif pada struktur yang tergolong dalam system Energy Disappation adalah Fluid Viscous Damper (FVD). FVD dapat dipasang pada berbagai jenis struktur, antara lain: gedung bertingkat, menara, dan jembatan dengan bentang panjang. Tujuan pemasangan FVD adalah untuk memperkecil respon simpangan struktur dan getaran yang timbul karena adanya beban dinamis yang
bekerja. Beban dinamis yang dimaksud dapat berupa gempa, angin, dan getaran mesin. Pada struktur gedung bertingkat yang menggunakan FVD, damper tersebut dipasang pada bagian atas bangunan, baik pada sebagian lantai teratas, ataupun pada setiap lantai, tergantung pada daerah gempa dimana gedung berdiri. Dalam tugas akhir ini saya akan menyajikan studi efektifitas penempatan FVD (Fluid Viscous Damper) pada bangunan bertingkat yaitu struktur rangka 12 lantai, dalam mereduksi respons struktur terhadap beban gempa. I.2 Perumusan Masalah Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah efektifitas penempatan FVD (Fluid Viscous Damper) pada struktur portal beton, diamana akan diperoleh perbandingan respons struktur pada bangunan yang menggunakan FVD dengan pola penempatan yang berbeda. I.3 Batasan Masalah berikut: Adapun batasan masalah dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai 1. Struktur berada pada wilayah gempa di Indonesia 2. Struktur yang direncanakan adalah portal beton 12 lantai yang memiliki dimensi yang sama (struktur bangunan gedung beraturan). 3. Analisis struktur dilakukan dengan analisis nonlinear time history 4. Struktur dipasangkan Fluid Viscous Damper (FVD)
I.4 Maksud dan Tujuan Adapun tujuan penulisan dari tugas akhir ini adalah: 1. Menghitung momen, gaya lintang, gaya normal, dan perpindahan antar lantai akibat gaya gempa pada bangunan tersebut. 2. Membandingkan pada pola penempatan mana yang menghasilkan respons struktur lebih kecil. Gambar 1.2 Denah Bangunan
I.5 Metode Penelitian Gambar 1.3 Pola penempatan Fluid Viscous Damper Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah studi literature yaitu dengan mengumpulkan data data dan keterangan dari buku dan jurnal yamg berhubungan dengan pembahasan pada tugas akhir ini, serta masukan dari dosen pembimbing. Analisa struktur dilakukan dengan program computer yaitu dengan program SAP 2000 versi 14.00. I.6 Sistematika Penulisan Adapun sistematika dalam pembuatan tugas akhir ini dibagi dalam 5 (lima) bab sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN Bersisikan tentang latar belakang pembuatan tugas akhir, perumusan masalah, batasan masalah, tujuang penelitian, dan metode analisis yang digunakan serta sistematika penulisan tugas akhir yang digunakan. BAB II. LANDASAN TEORI Berisikan uraian teori yang didapat dari berbagai literatur yang berhubungan dengan tugas akhir yang dikerjakan. Dalam hal ini membahas tentang konsep kerja Fluid Viscous Damper (FVD) pada bangunan struktur bertingkat. BAB III. ANALISIS DAMPER PADA BANGUNAN Berisikan tentang sistem kerja viscous damper khusunya fluid viscous damper pada bangunan. BAB IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN MASALAH Berisikan tentang pengolahan data dan penyajiannya yang dikerjakan dengan program SAP 2000 untuk mencapai tujuan dari tugas akhir ini. BAB V. KESIMPULAN Berisikan kesimpulan kesimpulan yang dirumuskan berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan, serta memuat saran yang bertujuan untuk memberikan masukan supaya dapat dikembangkan lagi.