DESAIN STRUKTUR PORTAL DINDING GESER DENGAN VARIASI DAKTILITAS SKRIPSI Oleh : UBAIDILLAH 04 03 01 071 2 DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GASAL 2007/2008
770/FT.01/SKRIP/01/2008 DESAIN STRUKTUR PORTAL DINDING GESER DENGAN VARIASI DAKTILITAS SKRIPSI Oleh : UBAIDILLAH 04 03 01 071 2 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GASAL 2007/2008 i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : DESAIN STRUKTUR PORTAL DINDING GESER DENGAN VARIASI DAKTILITAS yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Indonesia maupun Perguruan Tinggi atau Instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasi dicantumkan sebagaimana mestinya. Depok, 3 Januari 2008 Ubaidillah NPM 0403010712 ii
PENGESAHAN Skripsi dengan judul : DESAIN STRUKTUR PORTAL DINDING GESER DENGAN VARIASI DAKTILITAS Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi tanggal 3 Januari 2008 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok, 3 Januari 2008 Dr. Ir. Yuskar Lase NIP 131668155 iii
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada : Dr. Ir. Yuskar Lase Selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu memberi pengarahan, diskusi, dan bimbingan serta persetujuan sehingga skripsi ini dapat selesai dangan baik. iv
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii PENGESAHAN iii UCAPAN TERIMA KASIH iv ABSTRAK v ABSTRACT vi DAFTAR ISI vii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xvi DAFTAR LAMPIRAN xvii DAFTAR SIMBOL xviii BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERMASALAHAN 2 1.3 TUJUAN PENELITIAN 2 1.4 PEMBATASAN MASALAH 3 1.5 HIPOTESIS 3 1.6 SISTEMATIKA PENULISAN 4 BAB II DASAR TEORI 5 2.1 TEORI DINAMIKA STRUKTUR 5 2.1.1 Analisa Respon Spektrum Struktur Terhadap Gempa Bumi 5 2.1.2 Respon Spektrum 7 2.2 TEORI DAKTILITAS 8 2.3 KONFIGURASI STRUKTUR 11 2.4.1 Sistem Struktur 14 vii
2.3.1.1 Sistem Dinding Penumpu 14 2.3.1.2 Sistem Rangka 15 2.3.1.3 Sistem Ganda (Dual Frame) 15 2.4.2 Daktilitas Rencana 16 2.4.3 Pemodelan Beban Gempa Respon Spektrum 16 2.4.4 Pemodelan Beban Gempa Statik Ekivalen 17 2.4 DESAIN STRUKTUR 18 2.4.1 Kombinasi Beban 18 2.4.2 Desain Balok 19 2.4.3 Desain Kolom 20 2.4.4 Desain Dinding Geser 22 2.4.5 Metode Desain 22 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 24 3.1 MODELISASI STRUKTUR 24 3.1.1 Modelisasi Struktur Bangunan 24 3.1.2 Variasi Yang Dilakukan 26 3.2 INPUT DATA 27 3.2.1 Dimensi Struktur 27 3.2.2 Properties Material 29 3.2.3 Pembebanan 29 3.3 PROSEDUR ANALISA 31 BAB IV SIMULASI PARAMETRIK 33 4.1 PEMODELAN STRUKTUR 33 4.2 PENDEFINISIAN STRUKTUR PADA PROGRAM 34 4.3 PEMODELAN BEBAN GEMPA 41 4.4 PEMODELAN VARIASI PERSENTASE V Base FRAME 43 4.5 PENDEFINISIAN FAKTOR REDUKSI GEMPA (R) BERBOBOT 44 4.6 ANALISA STATIK EKIVALEN 46 4.7 TAHAP DESAIN 48 BAB V HASIL DAN DISKUSI 50 5.1 MATERI DISKUSI 50 viii
5.2 PENGOLAHAN MATERI DISKUSI 50 5.2.1 Berat Tulangan Balok 50 5.2.1.1 Perhitungan Tulangan Longitudinal Balok 51 5.2.1.2 Perhitungan Tulangan Geser Balok 51 5.2.2 Berat Tulangan Kolom 52 5.2.2.1 Perhitungan Tulangan Longitudinal Kolom 53 5.2.2.2 Perhitungan Tulangan Geser Kolom 53 5.2.3 Berat Tulangan Shear Wall 54 5.2.3.1 Perhitungan Tulangan Vertikal Shear Wall 54 5.2.3.2 Perhitungan Tulangan Horizontal Shear Wall 55 5.3 RASIONALISASI PARAMETER 55 5.4 DISKUSI 56 5.4.1 Berat Tulangan Balok Arah X 56 5.4.1.1 Tulangan Longitudinal Balok Arah X 56 5.4.1.2 Tulangan Geser Balok Arah X 59 5.4.2 Berat Tulangan Balok Arah Y 62 5.4.2.1 Tulangan Longitudinal Balok Arah Y 62 5.4.2.2 Tulangan Geser Balok Arah Y 65 5.4.3 Berat Tulangan Kolom 69 5.4.3.1 Tulangan Longitudinal Kolom 69 5.4.3.2 Tulangan Geser Kolom 72 5.4.4 Berat Tulangan Shear Wall 75 5.4.4.1 Tulangan Vertikal Shear Wall 75 5.4.4.2 Tulangan Horizontal Shear Wall 79 5.4.5 Jumlah Tulangan Frame 83 5.4.5.1 Model Struktur Dengan V base Frame < 10% 83 5.4.5.2 Model Struktur Dengan 15% < V base Frame < 25% 84 5.4.5.3 Model StrukturDengan V base Frame > 25% 85 5.4.5.4 Model Struktur Dengan R = 6,5 85 5.4.6 Jumlah Tulangan Shear Wall 86 5.4.6.1 Model Struktur Dengan V base Frame < 10% 86 ix
5.4.6.2 Model Struktur Dengan 15% < V base Frame < 25% 87 5.4.6.3 Model StrukturDengan V base Frame > 25% 88 5.4.6.4 Model Struktur Dengan R = 6,5 88 5.4.7 Jumlah Tulangan Total 89 5.4.7.1 Model Struktur Dengan V base Frame < 10% 89 5.4.7.2 Model Struktur Dengan 15% < V base Frame < 25% 90 5.4.7.3 Model StrukturDengan V base Frame > 25% 91 5.4.7.4 Model Struktur Dengan R = 6,5 92 BAB VI KESIMPULAN 93 DAFTAR PUSTAKA 95 LAMPIRAN x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Ketidakteraturan vertikal struktur versi UBC 1997 13 Gambar 2.2 Ketidakteraturan denah struktur versi UBC 1997 13 Gambar 2.3 Sistem dinding penumpu 14 Gambar 2.4 Sistem rangka 15 Gambar 2.5 Sistem ganda 16 Gambar 2.6 Grafik respon spektrum zona 3 18 Gambar 2.7 Penulangan longitudinal balok 20 Gambar 2.8 Penulangan geser balok 20 Gambar 2.9 Penulangan geser kolom 21 Gambar 2.10 Penulangan geser shear wall 22 Gambar 3.1 Modelisasi Struktur Bangunan 25 Gambar 3.2 Respon spektrum zona tanah lunak 27 Gambar 3.3 Denah lantai struktur (seragam) 28 Gambar 3.4 Denah atap struktur 29 Gambar 3.5 Diagram prosedur analisa 32 Gambar 4.1 Layout Lantai 35 Gambar 4.2 Potongan 1-1 35 Gambar 4.3 Potongan 3-3 35 Gambar 4.4 Potongan A-A 36 Gambar 4.5 Potongan B-B 36 Gambar 4.6 Potongan C-C 36 Gambar 4.7 Potongan E-E 37 Gambar 4.8 Kotak Dialog Property Material Satuan N mm 37 Gambar 4.9 Kotak dialog definisi frame section (satuan dalam m) 38 Gambar 4.10 Kotak dialog untuk modifikasi kekakuan 38 xi
Gambar 4.11 Kotak dialog definisi elemen pelat (satuan dalam m) 39 Gambar 4.12 Struktur 8 lantai 39 Gambar 4.13 Struktur 12 lantai 40 Gambar 4.14 Struktur 16 lantai 40 Gambar 4.15 Struktur 20 lantai 41 Gambar 4.16 Kotak dialog definisi sumber massa untuk analisis dinamik 42 Gambar 4.17 Kotak dialog definisi fungsi respon spektrum dengan R =5,5 42 Gambar 4.18 Kotak dialog definisi fungsi respon spektrum dengan R = 6,5 43 Gambar 4.19 Kotak dialog definisi fungsi respon spektrum dengan R = 8,5 43 Gambar 5.1 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok arah x; type 1; 20 Lantai variasi R 56 Gambar 5.2 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok arah x; type 2; 20 Lantai variasi R 57 Gambar 5.3 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok arah x; type 3; 20 Lantai variasi R 58 Gambar 5.4 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok arah x; R = 8,5; 20 Lantai variasi V base Frame 58 Gambar 5.5 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah x; type 1; 20 Lantai variasi R 59 Gambar 5.6 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah x; type 2; 20 Lantai variasi R 60 Gambar 5.7 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah x; type 3; 20 Lantai variasi R 61 Gambar 5.8 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah x; 12 lantai; R = 6,5 variasi V base Frame 62 Gambar 5.9 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok arah y; type 1; 20 Lantai variasi R 62 xii
Gambar 5.10 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok arah y; type 2; 16 Lantai variasi R 63 Gambar 5.11 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok y; type 3; 20 Lantai variasi R 64 Gambar 5.12 Grafik rasio berat tulangan longitudinal balok aray y; R = 8,5; 20 Lantai variasi V base Frame 65 Gambar 5.13 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah y; type 1; 20 Lantai variasi R 65 Gambar 5.14 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah y; type 2; 20 Lantai variasi R 66 Gambar 5.13 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah y; type 2; 20 Lantai variasi R 67 Gambar 5.14 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah y; type 3; 8 Lantai variasi R 68 Gambar 5.15 Grafik rasio berat tulangan geser balok arah y; R = 6,5; 20 Lantai variasi V base Frame 68 Gambar 5.16 Grafik rasio berat tulangan longitudinal kolom; type 1; 20 Lantai variasi R 69 Gambar 5.17 Grafik rasio berat tulangan longitudinal kolom; type 2; 20 Lantai variasi R 70 Gambar 5.18 Grafik rasio berat tulangan longitudinal kolom; type 3; 20 Lantai variasi R 70 Gambar 5.19 Grafik rasio berat tulangan longitudinal kolom; R = 8,5; 16 Lantai variasi V base Frame 71 Gambar 5.20 Grafik rasio berat tulangan longitudinal kolom; R = 8,5; 20 Lantai variasi V base Frame 72 Gambar 5.21 Grafik rasio berat tulangan geser kolom; type 1; 20 Lantai variasi R 73 Gambar 5.22 Grafik rasio berat tulangan geser kolom; type 1; 16 Lantai variasi R 73 Gambar 5.23 Grafik rasio berat tulangan geser kolom; type 2; 20 Lantai variasi R 74 xiii
Gambar 5.24 Grafik rasio berat tulangan geser kolom; type 3; 20 Lantai variasi R 74 Gambar 5.25 Grafik rasio berat tulangan geser kolom; R = 8,5; 20 Lantai variasi V base Frame 75 Gambar 5.26 Grafik rasio berat tulangan vertikal shear wall; type 1; 20 Lantai variasi R 76 Gambar 5.27 Grafik rasio berat tulangan vertikal shear wall; type 2; 20 Lantai variasi R 76 Gambar 5.28 Grafik rasio berat tulangan vertikal shear wall; type 2; 16 Lantai variasi R 77 Gambar 5.29 Grafik rasio berat tulangan vertikal shear wall; type 3; 20 Lantai variasi R 77 Gambar 5.30 Grafik rasio berat tulangan vertikal shear wall; R = 8,5 ; 20 Lantai variasi V base frame 78 Gambar 5.31 Grafik rasio berat tulangan vertikal shear wall; R = 8,5 ; 16 Lantai variasi V base frame 79 Gambar 5.32 Grafik rasio berat tulangan vertikal shear wall; R = 8,5 ; 12 Lantai variasi V base frame 79 Gambar 5.33 Grafik rasio berat tulangan horizontal shear wall; type 1; 20 Lantai variasi R 80 Gambar 5.34 Grafik rasio berat tulangan horizontal shear wall; type 1; 16 Lantai variasi R 80 Gambar 5.35 Grafik rasio berat tulangan horizontal shear wall; type 1; 12 Lantai variasi R 81 Gambar 5.36 Grafik rasio berat tulangan horizontal shear wall; type 2; 20 Lantai variasi R 81 Gambar 5.37 Grafik rasio berat tulangan horizontal shear wall; type 3; 20 Lantai variasi R 82 Gambar 5.38 Grafik rasio berat tulangan horizontal shear wall; R = 8,5; 16 Lantai variasi V base frame 83 Gambar 5.39 Grafik rasio berat tulangan frame struktur dengan V base frame < 10% variasi R dan tingkat 84 xiv
Gambar 5.40 Grafik rasio berat tulangan frame struktur dengan 15% < V base frame < 25% variasi R dan tingkat 84 Gambar 5.41 Grafik rasio berat tulangan frame struktur dengan V base frame > 25% variasi R dan tingkat 85 Gambar 5.42 Grafik rasio berat tulangan frame struktur dengan R = 6,5 variasi persentase V base frame dan tingkat 86 Gambar 5.43 Grafik rasio berat tulangan shear wall struktur dengan V base frame < 10% variasi R dan tingkat 87 Gambar 5.44 Grafik rasio berat tulangan shear wall struktur dengan 15% < V base frame < 25% variasi R dan tingkat 87 Gambar 5.45 Grafik rasio berat tulangan shear wall struktur dengan V base frame > 25% variasi R dan tingkat 88 Gambar 5.46 Grafik rasio berat tulangan shear wall struktur dengan R = 6,5 variasi persentase V base frame dan tingkat 89 Gambar 5.47 Grafik rasio berat tulangan total struktur dengan V base frame < 10% variasi R dan tingkat 90 Gambar 5.48 Grafik rasio berat tulangan total struktur dengan 15% < V base frame < 25% variasi R dan tingkat 90 Gambar 5.49 Grafik rasio berat tulangan total struktur dengan V base frame > 25% variasi R dan tingkat 91 Gambar 5.50 Grafik rasio berat tulangan shear wall struktur dengan R = 6,5 variasi persentase V base frame dan tingkat 92 xv
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Parameter daktilitas struktur gedung 9 Tabel 2.2 Faktor daktilitas maksimum, faktor reduksi gempa maksimum, faktor tehanan lebih struktur gedung dan faktor tahanan lebih total sistem ganda 10 Tabel 3.1 Tabel variasi struktur 27 Tabel 4.1 Tabel fungsi respon spektrum A vs T 36 Tabel 4.2 Persentase V base Frame Arah X 44 Tabel 4.3 Persentase V base Frame Arah Y 44 Tabel 4.4 Nilai R Berbobot Arah X Untuk Setiap Model Struktur 45 Tabel 4.5 Nilai R Berbobot Arah Y Untuk Setiap Model Struktur 45 Tabel 4.6 V base Hasil Analisa Statik Ekivalen (V S ) 47 Tabel 4.7 Contoh Perhitungan W i 47 xvi
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Denah Struktur Berdasarkan Variasi Tingkat Dan Persentase Gaya Geser Dasar Portal Lampiran B Tabel Berat Tulangan dan Grafik Rasio Jumlah Tulangan Pada Model Struktur V base Frame < 10% Lampiran C Tabel Berat Tulangan dan Grafik Rasio Jumlah Tulangan Pada Model Struktur 15% < V base Frame < 25% Lampiran D Tabel Berat Tulangan dan Grafik Rasio Jumlah Tulangan Pada Model Struktur V base Frame > 25% xvii
DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan c Redaman struktur f Kuat leleh f 1 Faktor Kuat Lebih R Faktor Reduksi Gempa Disain µ Daktilitas V F Gaya geser dasar pada frame V SW Gaya geser dasar pada shear wall V S Gaya geser dasar statik ekivalen V D Gaya geser dasar dinamik ρ Rasio luas tulangan terhadap luas potongan xviii