ANALISIS KONSTRUKSI BERTAHAP STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN DINDING PENGISI BERLUBANG COVER TUGAS AKHIR Oleh: Komang Kurniawan Adhi Kusuma 1204105018 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016
ABSTRAK Analisis konstruksi bertahap struktur rangka beton bertulang dengan perkuatan dinding pengisi (RPD) berlubang telah dilakukan. Awalnya, gedung perkantoran rangka beton bertulang berlantai 3, 4, dan 5 didesain dengan SNI gempa 2002 kemudian dikontrol menggunakan SNI gempa 2012. Dengan menggunakan metode finite element (FEM): SAP2000 V.17, dari hasil simulasi terdapat kenaikan luas tulangan pada komponen struktur. Untuk mengatasi kenaikan luas tulangan, strategi perkuatan pada rangka beton dengan dinding pengisi berlubang dengan variasi rasio lubang 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, dan 60% disertai lintel sebagai perkuatan lubang. Dinding pengisi dimodel menggunakan shell elemen dan elemen gap disertakan sebagai interksi dinding dengan rangka. Perbandingan antara gedung rangka dinding pengisi dianalisis berdasarkan konstruksi bertahap dan analisis konvensional untuk menentukan integritas strukturnya. Dari hasil semua analisis model gedung dapat disimpulkan bahwa penambahan dinding pengisi pada struktur dapat meningkatkan kekakuan dan kekuatan strukur. Hal ini dapat dilihat berdasarkan simpangan dan gaya-gaya dalam yang terjadi. Simpangan pada model RDP memiliki nilai yang lebih kecil hingga 66% jika dibandingkan dengan model RT. Momen lentur berkurang hingga 21% pada balok, gaya gesernya berkurang hingga 15%, momen kolom berkurang hingga 45%, dan gaya geser kolom berkurang hingga 35%. Sementara gaya aksial kolom di sekitar dinding meningkat sebesar 2-10%. Hasil analisis konstruksi bertahap memiliki hasil yang sedikit lebih besar jika dibandingkan dengan analisis konvensional. Perbedaan yang terjadi sebesar 1% untuk simpangan, 0,2-2%. pada momen dan gaya geser balok, 0,1-7% pada momen dan gaya geser kolom, dan 3-12 % pada kolom disekitar dinding pengisi. Disimpulkan pula bahwa tidak semua model RDP memiliki luas tulangan yang lebih kecil dari pada luas tulangan terpasang. Hanya model RDP dengan rasio lubang 10% dan 20% yang memiliki luas tulangan lebih kecil dibandingkan luas tulangan terpasang. Lintel dan kolom praktis yang berada disekitar lubang memberikan peningkatan yang signifikan terhadap kekakuan dan kekuatan struktur. Kata kunci: analisis konstruksi bertahap, dinding pengisi berlubang, lintel, perkuatan seismik, struktur beton bertulang, i
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penyusunan Tugas Akhir yang berjudul Analisis Konstruksi Bertahap Struktur Rangka Beton Bertulang dengan Perkuatan Dinding Pengisi Berlubang ini dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya tak lepas dari bimbingan, bantuan, dorongan semangat dari berbagai pihak, sehingga melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D. dan Bapak I Gede Adi Susila, ST., MSc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, serta Bapak Dr. Ir. I Wayan Suweda, MSP., Mphil. selaku Dosen Pembimbing Akademik. Orang tua, keluarga, dan temanteman yang memberikan dukungan penuh dalam penyelesaian studi S1. Terima kasih pula kepada I Nyoman Widiana Surya dan Made Hendra Prayoga atas bantuannya dalam proses pengerjaan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna baik dari isi maupun teknis penulisannya, untuk itu penulis menerima segala kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk penulisan yang lebih baik nantinya. Denpasar, Mei 2016 Penulis ii
DAFTAR ISI ABSTRAK... i UCAPAN TERIMA KASIH... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR...v DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN... Error! 1.1. Latar Belakang... Error! 1.2. Rumusan Masalah... Error! 1.3. Tujuan... Error! 1.4. Manfaat... Error! 1.5. Batasan Masalah... Error! BAB II TINJAUAN PUSTAKA... Error! 2.1. Beban Gempa Berdasarkan SNI 1726:2002... Error! 2.2. Beban Gempa Berdasarkan 1726:2012... Error! 2.3. Perbandingan SNI 03:1726:2002 dengan SNI 1726:2012...Error! Bookmark not 2.4. Perkuatan Struktur... Error! 2.5. Dinding Pengisi... Error! 2.5.1 Definisi... Error! 2.5.2 Rangka dengan Dinding Pengisi... Error! 2.6. Pemodelan Dinding Pengisi dengan Strat Diagonal... Error! Bookmark not 2.7. Pemodelan DInding Pengisi dengan Elemen Shell... Error! Bookmark not 2.8. Pemodelan Hubungan antara Rangka dengan Dinding Pengisi... Error! 2.9. Sifat Nonlinear Material Beton dan Dinding Pengisi... Error! Bookmark not 2.10. Analisis Konstruksi Bertahap... Error! 2.11. Penelitian Terkait... Error! 2.11.1. Kakaletsis and Karayannis (2009)... Error! 2.11.2. Sigmund and Penava (2012)... Error! iii
2.11.3. Sukrawa (2015)... Error! BAB III METODE PENELITIAN... Error! 3.1 Kerangka Penelitian... Error! 3.2 Validasi Metode Pemodelan... Error! 3.2.1 Data Material... Error! 3.2.2 Data Geometri Struktur... Error! 3.2.3 Pemodelan Elemen Shell... Error! 3.2.4 Analisis Linier dengan Reduksi EI... Error! 3.3 Pemodelan Struktur Gedung 3, 4 dan 5 Tingkat... Error! Bookmark not 3.3.1 Data Material... Error! 3.3.2 Data Geometri Struktur... Error! 3.3.3 Pembebanan... Error! 3.3.4 Analisis Konstruksi Bertahap... Error! BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... Error! 4.1 Validasi... Error! 4.1.1 Diagram Gaya-Perpindahan Model Rangka Dinding Penuh (MRDP)... Error! 4.1.2 Diagram Gaya-Perpindahan Model Rangka Dinding Pengisi dengan Bukaan Pintu (M1/II)... Error! 4.1.3 Diagram Gaya-Perpindahan Model Rangka Dinding Pengisi dengan Bukaan Jendela (M2/II)... Error! 4.2 Model Gedung 3, 4, dan 5 Lantai... Error! 4.3 Model Gedung 3, 4, dan 5 Lantai dengan Perkuatan Dinding Pengisi. Error! 4.3.1 Simpangan... Error! 4.3.2 Gaya-Gaya Dalam... Error! 4.3.3 Perbandingan Luas Tulangan... Error! BAB V PENUTUP... Error! 5.1. Simpulan... Error! 5.2. Saran... Error! DAFTAR PUSTAKA... Error! LAMPIRAN A... Error! iv
LAMPIRAN B... Error! LAMPIRAN C... Error! v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Bentuk tipikal spektrum respons gempa rencana... Error! Bookmark not Gambar 2. 2 Spektrum respons desain... Error! Gambar 2.3 Efektifitas Perkuatan Struktur... Error! Gambar 2.4 Rangka dengan Dinding Pengisi... Error! Gambar 2.5 Model Dinding Pengisi Sebagai Strat DiagonalError! Bookmark not Gambar 2.6 Elemen Gap... Error! Gambar 2.7 Kurva Hubungan Tegangan dan Regangan Dinding Pengisi... Error! Gambar 2.8 Perbandingan Momen Analisis Konvensional dan Analisis Konstruksi Bertahap... Error! Gambar 2.9 Spesimen struktur RDP (a) detail tulangan struktur rangka beton bertulang, (b) unit bata, (c) struktur RDP dengan bukaan jendela dan (d) struktur RDP dengan bukaan pintu, dalam mm.... Error! Gambar 2.10 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji S... Error! Gambar 2.11 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji WO2... Error! Gambar 2.12 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji DO2... Error! Gambar 2.13 Dimensi dan penulangan dari rangka beton bertulang dan potongan melintang (Sumber: Sigmund and Penava (2012))... Error! Gambar 2.14 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji 1/III (RT) dan Benda Uji 2/III... Error! Gambar 2.16 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji 1/II dan Benda Uji 2/II... Error! Gambar 2. 23 Geometri Rangka diuji (baris pertama) dan model yang sesuai dengan menggunakan strut dan elemen shell (baris kedua)... Error! Gambar 2. 24 kurva beban-deformasi model IFS, IFO, dan BF (kiri) dan IFOL dan IFO (kanan)... Error! Gambar 2. 25 Kontur tegangan maksimum WO4 tanpa lintel (kiri) dan WO4L dengan lintel (kanan)... Error! Gambar 2. 26 kurva beban - deformasi di arah Y: 3 lantai (kiri); 4 lantai (tengah); 5 lantai (kanan)... Error! Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... Error! vi
Gambar 3.2 Kurva Tegangan Regangan Dinding Pengisi... Error! Bookmark not Gambar 3.3 Konfigurasi Elemen Shell... Error! Gambar 3.4 Kurva Tegangan Regangan Dinding Pengisi... Error! Bookmark not Gambar 3.5 Geometri Struktur Gedung (a) Denah, (b) Portal Gedung 3 Tingkat, (c) Portal Gedung 4 Tingkat, (d) Portal Gedung 5 Tingkat... Error! Gambar 3.6 Variasi Lubang Dinding Pengisi... Error! Gambar 3.7 Tahapan Anlaisa Konstruksi Bertahap (a) Tahap 1, (b) Tahap 2, (c) Tahap 3... Error! Gambar 3.8 Pendefinisian Load Case Analisis Konstruksi Bertahap (a) Tahap 1, (b) Tahap 2, (c) Tahap 3... Error! Gambar 4. 1 Kurva Gaya-Perpindahan MRDP... Error! Gambar 4. 2 Kurva Gaya-Perpindahan M1/II... Error! Gambar 4. 3 Kurva Gaya-Perpindahan M2/II... Error! Gambar 4.4 Model Gedung 3 Lantai... Error! Gambar 4.5 Model Gedung 4 Lantai... Error! Gambar 4.6 Model Gedung 5 Lantai... Error! Gambar 4.7 Luas tulangan (mm 2 ) Portal X Gedung 3 Lantai (SNI 1726-2002)... Error! Gambar 4.8 Luas tulangan (mm 2 ) Portal X Gedung 4 Lantai (SNI 1726-2002)... Error! Gambar 4.9 Luas tulangan (mm 2 ) Portal X Gedung 5 Lantai (SNI 1726-2002)... Error! Gambar 4.11 Luas tulangan (mm 2 ) Portal X Gedung 4 Lantai (SNI 1726-2012)... Error! Gambar 4.12 Luas tulangan (mm 2 ) Portal X Gedung 5 Lantai (SNI 1726-2012)... Error! vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan SNI 03:1726:2002 dengan SNI 1726:2012... Error! Tabel 2.2 Spesimen eksperimen... Error! Tabel 2.3 Sifat material yang digunakan... Error! Tabel 2.4 Spesimen eksperimen... Error! Tabel 2.5 Sifat material yang digunakan... Error! Tabel 3.1 Penamaan Model... Error! Tabel 3.2 Variasi Beban dan EI... Error! Tabel 4.1 Dimensi penampang struktur... Error! Tabel 4.2 Perbandingan Gaya Geser Dasar model RT... Error! Bookmark not Tabel 4.3 Perbandingan Luas Tulangan RT3... Error! Tabel 4.4 Perbandingan Luas Tulangan RT4... Error! Tabel 4.5 Perbandingan Luas Tulangan RT5... Error! Tabel 4.12 Perbandingan Luas Tulangan Model Gedung 3 Lantai... Error! Tabel 4.13 Perbandingan Luas Tulangan Model Gedung 4 Lantai... Error! Tabel 4.14 Perbandingan Luas Tulangan Model Gedung 5 Lantai... Error! viii