TUGAS AKHIR KAJIAN EFEKTIFITAS SISTEM STRUKTUR TUBE DENGAN SISTEM STRUKTUR TUBE IN TUBE DI BAWAH BEBAN GEMPA OLEH : DIAN FRISCA SIHOTANG 050404037 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2010
ABSTRAK Kajian Efektifitas Sistem Struktur Tube dengan Sistem Struktur Tube in Tube di Bawah Beban Gempa Berkembangnya teknologi telah melahirkan berbagai sistem struktur bangunan tahan gempa, seperti penggunaan sistem tube.tube adalah merupakan frame penahan gaya yang menahan gaya gaya lateral dengan struktur kantilever kotak yang memiliki jarak kolom yang berdekatan yang dipasang pada sekeliling gedung, sehingga penampilan wajah depan gedung seperti lubang jendela jendela yang terbuka. Rancangan tube ini kemudian dimodifikasi lagi dengan menambah pengaku pada bagian dalam ( konsep tube in tube ). Kinerja kedua sistem tersebut dalam menahan beban lateral dibandingkan dengan membuat model 3D struktur ETABS 9.0 yang memiliki grid struktur yang identik diantara keduanya untuk 10, 15, dan 20 lantai dan dilakukan static push over analysis hingga pada model terbentuk sendi plastis dan tercapai performance point. Dimend spectra yang digunakan pada analisa push over ini adalah respons spectra pada wilayah 5 - tanah lunak. Kedua model sistem struktur dibuat sedemikian rupa sehingga gaya geser keduanya memiliki nilai yang kurang lebih sama pada saat titik kinerja (performance point). Kinerja kedua sistem struktur dibandingkan dengan membandingkan parameter paremeter gempa (R,f1,dan f2) pada saat titik kinerja dan perpindahan maksimum. Dari hasil analisa data, perbandingan f 1 tube in tube /f 1 tube semakin mengecil dengan bertambahnya tinggi bangunan. Ini dapat menunjukkan bahawa, disain dengan sistem struktur tube in tube lebih optimal dibandingkan sistem struktur tube bila dihubungkan dengan ketinggian atau tingkat bangunan. Perbandingan f 2 tube in tube / f 2 tube semakin membesar dengan bertambahnya tinggi bangunan atau tingkat bangunan. Ini menunjukkan bahwa, sendi plastis yang terbentuk lebih banyak untuk sistem struktur tube in tube. Dan Sistem tube mempunyai Raktual yang lebih besar dibanding sistem tube in tube.
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis sampaikan kehadirat Tuhan YME, karna atas berkat Rahmat dan KaruniaNya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Berkat bimbingannya kami dapat menjalani proses pengerjaan Tugas Akhir ini dari awal sampai akhir. Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan tahap sarjana di Program Studi Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah Kajian Efektifitas Sistem Struktur Tube dengan Sistem Struktur Tube in Tube di Bawah Beban Gempa. Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, banyak pihak yang telah membantu penulis, antara lain: 1. Bapak Prof.Ing.Johanes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil ; 2. Bapak Ir.Teruna Jaya, sebagai Wakil Ketua Departemen Teknik Sipil ; 3. Bapak Ir.Sanci Barus, MT, Koordinator Program Pendidikan S1 Subjurusan Struktur Departemen Teknik Sipil. 4. Bapak Ir.Daniel Rumbi Teruna, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan saran, arahan, dan kritik yang membangun selama menyelesaikan Tugas Akhir ini; 5. Orang Tua saya yang menunjang segala kebutuhan dalam terlaksananya tugas akhir ini terkhusus buat motivasi dan doanya;
6. Dosen dosen pengajar di Departemen Teknik Sipil; 7. Teman teman terbaikq Ndoeth ( 05-001 ), Inang ( 05-029 ), Echa ( 05-129 ), n ketrin yang selalu sabar mendengarkan segala keluhanku; heddy, tere, sondank dan semua teman teman stambuk 05. 8. Abangq tersayang yang terus memberikan semangat, motivasi dan suka marah marah, OkTa1 S. Sembirink. 9. Doa Teman KTB, B ifen, saor, cahaya, grace, trisna, Imelda, n elli. 10. Adik- adikq tersayang Epphi, Deyva, Iethyne, Putri mora, Elis, n Chan. Anak anak berdikari 66, Rima(roommate); cute 2 (novita); cute1 (eva); n CAS(tetty) yang selalu mengganggu. 11. Dan pihak pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis telah berusaha mengerjakan tugas akhir ini semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan dan membutuhkan banyak sekali perbaikan dan penelitian yang lebih luas. Oleh sebab itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca untuk pengembangan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca yang memerlukan informasi tentang penggunaan sistem struktur tube dalam disain bangunan tahan gempa. Medan, Mei 2010 Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR NOTASI... BAB I PENDAHULUAN... 1.1 Latar Belakang... 1.2 Tujuan Penulisan... 1.3 Ruang Lingkup Pembahasan... 1.4 Sistematika Penulisan... BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 2.1 Konsep Dasar Mekanisme Gempa... 2.2 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa... 2.3 Rekayasa Kegempaan secara Umum... 2.3.1 Seismic Respons Spektra... 2.3.2 Gaya geser desain...
2.3.3 Penentuan Daktalitas bangunan dan Faktor Reduksi Beban Gempa... 2.3.4 Penentuan Periode Struktur... 2.3.5 Efek Peredam (Damping) terhadap struktur... 2.3.6 Kinerja Batas Layan... 2.3.7 Kinerja Batas Ultimit... 2.4 Sistem Struktur... 2.4.1 Sistem Struktur Tube... 2.4.2 Sistem Struktur Tube in Tube... BAB III METODE ANALISA NON LINIER... 3.1 Performance based design... 3.2 Analisa Gempa Statik... 3.3 Analisa Statik Non Linier... 3.3.1 Kurva Kapasitas... 3.3.2 Kurva Demand... 3.3.3 Performance Point Metode kapasitas Spektra... BAB IV PEMODELAN STRUKTUR... 4.1 Pembahasan Struktur... 4.2 Pemodelan Elemen Struktur... 4.2.1 Pelat... 4.2.2 Pondasi...
4.2.3 Balok... 4.2.4 Kolom... 4.3 Deskripsi Model struktur... 4.3.1 Model Struktur 10 Lantai... 4.3.2 Model Struktur 15 Lantai... 4.3.3 Model Struktur 20 Lantai... 4.4 Karakteristik Pemodelan... 4.4.1 Pemodelan Sendi Plastis... 4.4.2 Pengecekan Mode Dominan pada Model Struktur... 4.4.3 Pembatasan Waktu Getar Alami Fundamental... 4.4.4 Pengecekan KInerja Batas Layan... 4.4.5 Kinerja Batas Layan Ultimit... BAB V ANALISA PEMBAHASAN... 5.1 Kurva Kapasitas... 5.2 Performance Point... 5.3 Formasi sendi Plastis... 5.3.1 Model Struktur 10 Lantai... 5.3.2 Model Struktur 15 Lantai... 5.3.3 Model Struktur 20 Lantai... 5.4 Parameter Gempa... 5.5 Inter-story Drif (Simpangan Antar Tingkat)...
5.6 Performance Level... BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 6.1 Kesimpulan... 6.2 Saran... DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Struktur tube dan gambar struktur tube in tube... Gambar 2.1 Ground Acceleration... Gambar 2.2 Percepatan semu, kecepatan semu dan perpindahan... Gambar 2.3 Spektrum respons gabungan... Gambar 2.4 Respons spectra desain pada peraturan... Gambar 2.5 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan periode ulang 500 tahun... Gambar 2.6 Respons spekrtum gempa rencana... Gambar 2.7 Diagram beban-perpindahan pada struktur... Gambar 2.8 Skematik bangunan struktur tube... Gambar 2.9 Struktur tube mampu menahan hampir semua beban angin dibagian atas... Gambar 3.1 Earthquake performance level... Gambar 3.2 Level kinerja struktur... Gambar 3.3 Kurva respons spectra... Gambar 3.4 Transpormasi respons spectra tradisional menjadi ADRS... Gambar 3.5 Titik kinerja Struktur... Gambar 4.1 Respons spectrum gempa rencana... Gambar 4.2 Denah struktur bangunan tube... Gambar 4.3 Denah struktur tube in tube...
Gambar 4.4 Model 3D sistem struktur 10 lantai... Gambar 4.5 Model 3D sistem struktur 15 lantai... Gambar 4.6 Model 3D sistem struktur 20 lantai... Gambar 5.1 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube 10 lantai... Gambar 5.2 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube in Tube 10 lantai... Gambar 5.3 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube 15 lantai... Gambar 5.4 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube in Tube 15 lantai... Gambar 5.5 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube 20 lantai... Gambar 5.6 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube in Tube 20 lantai... Gambar 5.7 Gabungan Kurva Kapasitas model struktur... Gambar 5.8 Formasi sendi plastis sistem tube 10 lantai saat performance point.. Gambar 5.9 Gambar 5.10 Formasi sendi plastis sistem tube 10 lantai saat displacement max.... Formasi sendi plastis sistem tube in tube 10 lantai saat performance point... Gambar 5.11 Formasi sendi plastis sistem tube in tube 10 lantai saat displacement max... Gambar 5.12 Formasi sendi plastis sistem tube 15 lantai saat performance point Gambar 5.13 Formasi sendi plastis sistem tube 15 lantai saatdisplacement maximum... Gambar 5.14 Formasi sendi plastis sistem tube in tube 15 lantai saat performance point...
Gambar 5.15 Gambar 5.16 Formasi sendi plastis sistem tube in tube 15 lantai saat displacemen maximum... Formasi sendi plastis sistem tube 20 lantai saat performance point Gambar 5.17 Formasi sendi plastis sistem tube 20 lantai saat displacement maximum... Gambar 5.18 Formasi sendi plastis sistem tube in tube 20 lantai saat performance point... Gambar 5.19 Formasi sendi plastis sistem tube in tube 20 lantai saat displacement maximum... Gambar 5.20 Parameter gempa model sistem tube 10 lantai... Gambar 5.21 Inter-story drift struktur 10 lantai (max displacement)... Gambar 5.22 Inter-story drift struktur 10 lantai (performance point)... Gambar 5.23 Inter-story drift struktur 15 lantai (max displacement)... Gambar 5.24 Inter-story drift struktur 15 lantai (performance point)... Gambar 5.25 Inter-story drift struktur 20 lantai (max displacement)... Gambar 5.26 Inter-story drift struktur 20 lantai (performance point)...
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Skala Intensitas gempa MMI... Tabel 2.2 Faktor daktilitas maksimum, factor reduksi gempa maksimum, factor tahanan lebih struktur dan factor tahanan lebih total beberapa jenis system dan subsistem struktur gedung... Tabel 2.3 Klasifikasi peraturan gempa berdasarkan resiko kegempaan... Tabel 2.4 Faktor keutamaan gempa... Tabel 3.1 Batasan performance level... Tabel 4.1 Data elemen struktur 10 lantai... Tabel 4.2 Data elemen struktur 15 lantai... Tabel 4.3 Data elemen struktur 20 lantai... Tabel 4.4 Dominasi ragem getar mode 1 pada model yang digunakan... Tabel 4.5 Koefisien ξ yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung Tabel 4.6 Periode model struktur tube dan tube in tube... Tabel 4.7 Kinerja batas layan model struktur 10 lantai... Tabel 4.8 Kinerja batas layan model struktur 15 lantai... Tabel 4.9 Kinerja batas layan model struktur 20 lantai... Tabel 4.10 Kinerja batas ultimit model struktur 10 lantai...
Tabel 4.11 Kinerja batas ultimit model struktur 15 lantai... Tabel 4.12 Kinerja batas ultimit model struktur 20 lantai... Tabel 5.1 Performance point model struktur... Tabel 5.2 Prameter gempa model struktur... Tabel 5.3 Performance level...
DAFTAR NOTAS Ag Luas Penampang Elevan yang ditinjau (m 2 ) c Redaman Struktur c c r Redaman kritis C Cr Faktor respon gempa Redaman Generalisasi E Modulus Elastisitas(KN/m 2 ) F D Gaya Redaman (KN) Fi Fs F(t) Ft fy fi f2 Gaya Inersia (KN) Gaya Pegas (KN) Gaya Luar (KN) Gaya geser tambahan yang diaplikasikan pada atop bangunan (KN) Kuat leleh elemen (MPa) Faktor kuat lebih struktur akibat kekuatan aktual material Redundancy atau faktor kuat lebih struktur akibat mekanime sendi plastis yang terjadi f u Kuat leleh ultimit hi I k Tinggi lantai yang ditinjau (m) Faktor keutamaan bangunan Kekakuan Struktur
L m Panjang elemen yang ditinjau Massa (kg) M r Massa Generalisasi (KN) PF 1 Faktor partisipasi mode 1 r R S a Jari jari girasi (m) Faktor reduksi gempa Percepatan spectra (g) Sd T Vb, V n Perpindahan spectra (m) Waktu getar alami struktur (detik) Gaya gempa rencana dengan tingkat daktilitas umum (kn) V e Gaya gempa kuat rencana yang dapat diserap oleh struktur bangunan gedung elastic (kn) V m Gaya gempa maksimum yang diserap oleh struktur dengan adanya tambahan faktor kuat lebih dan berada dalam kondisi plastis diambang keruntuhan(kn) V y Gaya gempa yang terjadi pada struktur saat terjadi leleh pertama(kn) W t Wi Xb Berat total gedung (termasuk beban hidup yang sesuai)(kn) Berat lantai tingkat ke- i (termasuk beban hidup yang sesuai)(kn) Simpangan struktur saat gempa rencana(m) X e =X m Simpangan maksimum struktur dan berada di ambang keruntuhan(m)
X y y(t) ý(t) ÿ(t) Simpangan struktur saat leleh pertama(m) Perpindahan(m) Kecepatan Percepatan Δ M Perpindahan maksimum inelastik struktur Δ roof Perpindahan atap(m) Δ s Perpindahan maksimum elastik struktur Δxi Deformasi lateral lantai yang ditinjau µ Daktilitas struktur Ω, f Overstrength factor atau Faktor kuat lebih total λ r Faktor modal eksitasi α 1 Koefisien massa mode 1 ξ Indikator MPF struktur ω n Frekuensi alami (radian/detik) φ i,1 Amplitudo dari mode 1 pada tingkat ke-i [M] [K] Matriks massa Matriks kekakuan internal struktur [ φ ] r Ragam getar (mode struktur) {r} { x } Matriks satuan Vektor simpangan struktur
{ x } { x } { y } { y } Percepatan gerak dalam arah simpangan Vektor simpangan struktur Kecepatan gerak Percepatan gerak dalam arah simpangan