Kajian Efektifitas Sistem Struktur Tube Dengan Sistem Struktur Tube In Tube Di Bawah Beban Gempa

(1)

TUGAS AKHIR

“ KAJIAN EFEKTIFITAS SISTEM STRUKTUR TUBE DENGAN SISTEM STRUKTUR TUBE IN TUBE DI BAWAH BEBAN GEMPA“

OLEH :

050404037

DIAN FRISCA SIHOTANG

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

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.

(3)

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 Universitas Sumatera Utara;

2. Bapak Ir.Teruna Jaya, sebagai Wakil Ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara;

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;

(4)

6. Dosen dosen pengajar di Departemen Teknik Sipil;

7. Teman teman terbaikq Ndoeth ( 001 ), Inang ( 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

(5)

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 ...

(6)

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 ...

(7)

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 ...

(8)

5.6 Performance Level ... BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN...

6.1 Kesimpulan ... 6.2 Saran ... DAFTAR PUSTAKA ...

(9)

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

(10)

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 Formasi sendi plastis sistem tube 10 lantai saat displacement

max…. ... Gambar 5.10 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

(11)

Gambar 5.15 Formasi sendi plastis sistem tube in tube 15 lantai saat displacemen maximum ... Gambar 5.16 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

(12)

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 4.4 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 ...

(13)

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 ...

(14)

DAFTAR NOTAS

Ag Luas Penampang Elevan yang ditinjau (m2)

c Redaman Struktur

c c r Redaman kritis

C Faktor respon gempa

Cr Redaman Generalisasi

E Modulus Elastisitas(KN/m2)

FD Gaya Redaman (KN)

Fi Gaya Inersia (KN)

Fs Gaya Pegas (KN)

F(t) Gaya Luar (KN)

Ft Gaya geser tambahan yang diaplikasikan pada atop bangunan (KN)

fy Kuat leleh elemen (MPa)

fi Faktor kuat lebih struktur akibat kekuatan aktual material

f2 Redundancy atau faktor kuat lebih struktur akibat mekanime sendi plastis

yang terjadi

fu Kuat leleh ultimit

hi Tinggi lantai yang ditinjau (m)

I Faktor keutamaan bangunan

(15)

L Panjang elemen yang ditinjau

m Massa (kg)

Mr Massa Generalisasi (KN)

PF1 Faktor partisipasi mode 1

r Jari jari girasi (m)

R Faktor reduksi gempa

Sa Percepatan spectra (g)

Sd Perpindahan spectra (m)

T Waktu getar alami struktur (detik)

Vb, Vn Gaya gempa rencana dengan tingkat daktilitas umum (kN)

Ve Gaya gempa kuat rencana yang dapat diserap oleh struktur bangunan gedung

elastic (kN)

Vm Gaya gempa maksimum yang diserap oleh struktur dengan adanya

tambahan faktor kuat lebih dan berada dalam kondisi plastis

diambang keruntuhan(KN)

Vy Gaya gempa yang terjadi pada struktur saat terjadi leleh

pertama(KN)

Wt Berat total gedung (termasuk beban hidup yang sesuai)(KN)

Wi Berat lantai tingkat ke- i (termasuk beban hidup yang sesuai)(KN)

Xb Simpangan struktur saat gempa rencana(m)

Xe=Xm Simpangan maksimum struktur dan berada di ambang

(16)

Xy Simpangan struktur saat leleh pertama(m)

y(t) Perpindahan(m)

ý(t) Kecepatan

ÿ(t) Percepatan

ΔM Perpindahan maksimum inelastik struktur

Δ roof Perpindahan atap(m)

Δs Perpindahan maksimum elastik struktur

Δxi Deformasi lateral lantai yang ditinjau

µ Daktilitas struktur

Ω, f Overstrength factor atau Faktor kuat lebih total

r

λ Faktor modal eksitasi

1

α Koefisien massa mode 1

ξ Indikator MPF struktur

n

ω Frekuensi alami (radian/detik)

1 , i

φ Amplitudo dari mode 1 pada tingkat ke-i

[M] Matriks massa

[K] Matriks kekakuan internal struktur

[ ]

φ r Ragam getar (mode struktur)

{r} Matriks satuan

(17)

{ }

x Percepatan gerak dalam arah simpangan

{ }

x Vektor simpangan struktur

{ }

y Kecepatan gerak

(18)

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.

(19)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dampak proses urbanisasi yang telah dimulai sejak revolusi industri pada abad ke sembilan belas, hingga kini masih berkembang di seluruh belahan dunia yang mengakibatkan semakin bertambahnya kepadatan kota. Dengan bertambahnya kepadatan penduduk kota mengakibatkan semakin meningkatnya kebutuhan ruang. Salah satu upaya untuk mengatasi hal tersebut, terutama di negara negara yang lahan tanahnya cukup terbatas adalah dengan mendirikan gedung gedung bertingkat tinggi.

Para ahli konstruksi mendisain bangunan bangunan bertingkat tinggi dengan komponen struktur yang dapat menahan gaya gaya lateral yang sangat berpengaruh antara lain oleh angin dan gempa. Akibat dari gaya gaya lateral tersebut maka momen momen yang bekerja pada komponen struktur menjadi cukup besar, sehingga akan mengganggu ruang dan arsitekturnya tidak terpenuhi.

Untuk mengatasi kondisi ini maka dirancang suatu struktur shearwall, tube atau core yang mampu menahan sebahagian besar gaya gaya lateral dan sebahagian kecil di tahan oleh frame. Jadi materi kolom dan balok yang digunakan akan lebih kecil sehingga tidak mengganggu pengguna ruang atau arsitektur bangunan yang direncanakan.

(20)

Tube

Sistem struktur 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.

Beberapa bentuk dari tube :

 Hollow Tube , antara lain: • Frame Tube

• Trussed Tube

• Column trussed tube • Lattice trussed tube

 Interior Braced tube

• Tube with parallel shear wall • Tube in tube

• Modified tube

• Fremed tube with rigid frames • Tube in semitube

• Modular tube

(21)

digunakan pada tingkat tertentu supaya diperoleh penggunaan sistem struktur yang optimal pada kolom dan balok dengan tetap mempertahankan fungsi dan kekuatannya.

Contoh sistem struktur tube dan sistem struktur tube in tube yang akan dikaji ditunjukan pada gambar 1.

a. Struktur Tube b. Struktur Tube in tube

Gambar 1. 1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan Tugas akhir ini adalah :

1. Memperlihatkan formasi dan urutan terbentuknya sendi plastis akibat static pushover analysis pada model yang dibuat.

2. Melakukan desain kinerja struktur terhadap model yang dikaji.

(22)

1.3 Ruang Lingkup Pembahasan

Dalam kajian ini,penulis melakukan beberapa batasan batasan, antara lain : 1. Struktur berbentuk persegi, beraturan dan simetris dengan ukuran 36 m x

36 m.

2. Semua perletakan diasumsikan perletakan jepit.

3. Pembebanan struktur berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia untuk gedung.

4. Peninjauan sendi plastis di anggap hanya terjadi pada ujung ujung balok, dan kaki kolom bawah.

5. Analisa perbandingan dilakukan pada model struktur bangunan 10, 15, dan 20 lantai tiga dimensi dengan sistem grid struktur yang identik ( panjang, lebar, dan tinggi sama) akan tetapi memiliki sistem struktur yang berbeda yaitu sistem tube dan tube in tube sebagai elemen pemikul gaya lateral. 6. Perilaku struktur dianalisis dengan menggunakan analisis pushover dengan

bantuan program ETABS 9.0

1.4 Metodologi

(23)

Berikut ini adalah metodologi yang digunakan dalam tugas akhir ini : 1. Bab I Pendahuluan

2. Bab II Tinjauan Pustaka

3. Bab III Metode Analisa Non Linier 4. Bab III Pemodelan Struktur

(24)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Konsep Dasar Mekanisme Gempa.

Kerak bumi terdiri dari beberapa lapisan tektonik keras yang disebut litosfir (lithosphere) yang mengapung diatas medium fluida yang lebih lunak yang disebut mantel, sehingga kerak bumi ini dapat bergerak. Teori yang dipakai untuk menerangkan terjadinya pergerakan pergerakan gerak bumi tersebut adalah Teori Perekahan Dasar Laut (Sea Floor Spreading Theory) yang dikembangkan oleh F. V. Vine dan D. H. Mathew pada tahun 1963 (Irsyam, 2005).

Bersatunya massa batu atau plat satu sama lain dicegah oleh gaya gaya friksional, apabila tahanan ultimit friksional tercapai karna adanya gerakan kontiniu dari fluida di bawahnya dua plat yang akan bertubrukan satu sama lain akan menimbulkan gerakan tiba tiba yang bersifat transient yang menyebarkan dari satu titik ke segala arah yang disebut gempa bumi (M. T. Zein). Gempa bumi yang menimbulkan kerusakan yang paling luas adalah gempa tektonik. Gempa bumi tektonik disebabkan oleh terjadinya pergeseran kulit bumi ( lithosphere ) yang umumnya terjadi di daerah patahan kulit bumi.

(25)

gerakan tanah, yaitu kecepatan tanah puncak, percepatan tanah puncak, dan perpindahan tanah puncak menjadi parameter parameter utama dalam disain struktur tahan gempa.

Beberapa parameter dasar gempa bumi yang perlu kita ketahui, yaitu :

1. Hypocenter, yaitu tempat terjadinya gempa atau pergeseran tanah di dalam bumi.

2. Epicenter, yaitu titik yang diproyeksikan tepat berada di atas hypocenter pada permukaan bumi.

3. Bedrock, yaitu tanah keras tempat mulai bekerjanya gaya gempa.

4. Ground acceleration, yaitu percepatan pada permukaan bumi akibat gempa bumi.

5. Amplification factor, yaitu factor pembesaran percepatan gempa yang terjadi pada permukaan tanah akibat jenis tanah tertentu.

(26)

dikatakan sebagai intensitas gempa bumi. Di Indonesia digunakan skala intensitas MMI (Modified Mercarlli Intensity) versi tahun 1931. Perbandingan intensitas skala MMI dari nilai I sampai XII dapat dilihat pada table 2.1.

Tabel 2.1. Skala intensitas gempa MMI Skala

MMI Deskripsi

I Getaran gempa tidak terasa, hanya dapat dideteksi oleh alat.

II Dapat dirasakan oleh beberapa orang. Benda benda yang ada digantung dapat bergerak

III Dirasakan lebih keras. Kendaraan atau benda lain yang berhenti dapat bergerak.

IV Dirasakan lebih keras baik didalam bangunan atau diluar. Jendela dan pintu mulai bergetar

V Dirasakan hamper oleh semua orang. Piguran di dinding mulai berjatuhan, jendela kaca pecah.

VI Dirasakan oleh semua orang. Orang mulai ketakutan. Kerusakan mulai Nampak.

VII Setiap orang mulai lari keluar. Bisa dirasakan didalam kendaraan yang bergerak.

VIII Sudah membahayakan bagi setiap orang.Bangunan lunak mulai runtuh. IX Mulai dengan kepanikan. Sudah ada kerusakan yang berarti bagi semua

bangunan.

X Kepanikan lebih hebat, hanya gedung gedung kuat dapat bertahan. Terjadi longsor dan rekahan.

XI Hampir semua bangunan runtuh. Jembatan rusak. Retakan yang lebar di tanah.

XII Kerusakan total. Gelombang terlihat di tanah. Benda Benda beterbangan.

2.2 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa.

(27)

perhatian khusus dalam proses disain, sedangkan pergerakan lateral akan memberikan beban lateral kepada struktur yang dapat menyebabkan struktur runtuh.

Berdasarkan UBC 1997, tujuan desain bangunan tahan gempa adalah untuk mencegah terjadinya kegagalan struktur dan kehilangan korban jiwa, dengan tiga faktor standar, sebagai berikut :

1. Tidak terjadi kerusakan sama sekali pada gempa kecil.

2. Ketika terjadi gempa sedang, diperbolehkan terjadi kerusakan arsitektural tetapi bukan merupakan kerusakan struktural.

3. Diperbolehkan terjadinya kerusakan stuktural dan non-struktural pada gempa kuat, namun kerusakan yang terjadi tidak sampai menyebabkan bangunan runtuh.

Maka perencanaan bangunan struktur tahan gempa harus dapat memperhitungkan dampak dari gaya lateral yang bersifat siklus (bolak-balik) yang dialami oleh struktur selama terjadinya gempa bumi. Untuk memikul gaya lateral yang dialami oleh bangunan, struktur harus dapat memiliki daktilitas yang memadai di daerah joint atau elemen struktur tahan gempa seperti tube.

(28)

tetapi ada elemen elemen struktur atau titik pada struktur yang dibuat lebih lemah dibandingkan dengan yang lain dengan harapan di elemen atau titik itulah kegagalan struktur terjadi pada saat beban maksimum bekerja. Dalam hal ini kita merancang supaya sendi - sendi plastis yang terjadi pada daerah daerah yang dapat menunjang tujuan desain bangunan tahan gempa. Konsep desain kapasitas ini dikenal dengan konsep “strong column weak beam”, yaitu merancang supaya sendi-sendi plastis terjadi pada balok balok dan kaki kolom bawah.

Dengan konsep mekanisme keruntuhan ini, sendi plastis akan terjadi pada balok terlebih dahulu baru pada tahap tahap akhir plastis terjadi pada ujung ujung bawah kolom. Hal ini dilakukan supaya sejumlah besar sendi plastis terbentuk pada struktur secara daktail yang dapat memencarkan energi melalui proses pelelehan struktur dan diharapkan dapat menyerap beban gempa. Secara matematis konsep “strong column weak beam” dapat ditulis dalam bentuk persamaan sebagai berikut :

∑

M

nkolom

>

M

nbalok

5

6

( 2 – 1 )

(29)

akibat ground motion dengan memperhatikan respon faktor struktur, faktor redudan, kuat lebih, dan daktilitas struktur.

2.3 Rekayasa Kegempaan secara Umum.

Pada umumnya struktur didesain berperilaku plastis pada saat gempa kuat terjadi dengan tingkat daktilitas tertentu. Desain struktur tahan gempa yang berperilaku elastis pada saat gempa kuat terjadi sangatlah tidak ekonomis. Hal ini karena gempa kuat jarang terjadi. Untuk memperoleh hasil desain yang lebih efisien dan ekonomis, sistem struktur dapat didesain dalam kondisi tidak elastik penuh, sehingga tingkat tahanan dapat direduksi ( R ) pada rentang 1,6 hingga 8,5 pada batas daktail penuh.

(30)

Tabel 2.2 Faktor daktalitas maksimum, factor reduksi gempa maksimum, factor tahanan lebih struktur dan factor tahanan lebih total beberapa jenis sistem dan subsistem struktur gedung.

Sistem dan subsistem struktur gedung

Uraian sistem pemikul beban gempa Mm Rm Pers. (6)

f Pers. (39)

1. Sistem dinding penumpu (Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding

1. Dinding geser beton bertulang 2,7 4,5 2,8

2. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan dan bresing tarik

1,8 2,8 2,2

3. Rangka bresing di mana bresingnya memikul beban gravitasi

a.Baja 2,8 4,4 2,2

b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 1,8 2,8 2,2

2. Sistem rangka gedung (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap.

Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing).

1. Rangka bresing eksentris baja (RBE) 4,3 7,0 2,8

2. Dinding geser beton bertulang 3,3 5,5 2,8

3. Rangka bresing biasa

a.Baja 3,6 5,6 2,2

b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 3,6 5,6 2,2 4. Rangka bresing konsentrik khusus

a.Baja 4,1 6,4 2,2 momen (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap.

Beban lateral dipikul rangka pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur)

1. Rangka pemikul momen khusus (SRPMK)

a.Baja 5,2 8,5 2,8 rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi; 2) pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah mampu memikul sekurang-kurangnya 25% dari seluruh beban lateral; 3) kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersama-sama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi /sistem ganda)

1. Dinding geser

a.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang 5,2 8,5 2,8

b.Beton bertulang dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8

c. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang 4,0 6,5 2,8 2. RBE baja

c.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)

4,0 6,5 2,8

d.Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)

2,6 4,2 2,8

4. Rangka bresing konsentrik khusus

a.Baja dengan SRPMK baja 4,6 7,5 2,8

b.Baja dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8

5. Sistem struktur gedung kolom kantilever: (Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk

Sistem struktur kolom kantilever 1,4 2,2 2

6. Sistem interaksi dinding geser dengan rangka

Beton bertulang biasa (tidak untuk Wilayah 3, 4, 5 & 6)

3. Rangka terbuka beton bertulang dengan balok

(31)

gedung secara keseluruhan) 4. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail penuh.

4,0 6,5 2,8

Uraian sistem pemlkul beban gempa Mm Rm Pers.

(6)

f Pers. (39)

5. Dinding geser beton bertulang kantilever

daktail parsial 3,3 5,5 2,8

Tabel 2.3 Klasifikasi peraturan Gempa berdasarkan resiko Kegempaan.

Resiko Gempa

Jenis Struktur yang

dapat digunakan

Factor Modifikasi

Respons

Rendah

Sistem rangka Pemikul Momen

• SRPMB (Bab 3-20)

• SRPMM (Pasal 23.10)

• SRPMK (Pasal 23.3-23.5)

3 – 3,5

Sistem Rangka Pemikul Momen

• SRPMM

• SRPMK

Sistem rangka Pemikul Momen

• SDSB

Sistem rangka Pemikul momen

• SRPMK

Sistem Rangka Pemikul Momen

• SDSK

8 - 8,5

(32)

2.3.1 Sesmic Respon Spektra.

Dalam respon spektra, efek dari ukuran dan tipe gelombang getar yang terjadi saat gempa disimplifikasi dari garis-garis yang bergelombang menjadi suatu garis tertentu. Respon spektra yang digunakan dalam perencanaan adalah respon percepatan ( Sa,g ) dengan periode (T).

Respon spektra adalah plot dari respons maksimum struktur yang diperoleh dari analisa riwayat waktu suatu gempa. Secara umum ada tiga jenis respon spektrum tergantung pada jenis respon yang digunakan, yaitu :

• Spektrum respons perpindahan (deformation response spectrum)

Spekturm respon perpindahan μo adalah plot perpindahan terhadap waktu getar alami Tnuntuk ξn tertentu.

• Spektrum respons kecepatan semu (pseudo – velocity response spectrum)

Spektrum respons kecepatan semu úo adalah plot kecepatan terhadap waktu getar alami Tnuntuk ξn tertentu.

• Spektrum respons percepatan semu (pseudo – acceleration response

spectrum).

Spektrum respons percepatan semu üo adalah plot kecepatan terhadap waktu getar alami Tnuntuk ξn tertentu.

(33)

Gambar 2.1 Ground acceleration

a. b. c.

Gambar 2.2 .(a) spectrum respons percepatan semu ; (b) spectrum response kecepatan semu ; (c) spectrum response perpindahan.

(34)

kecepatan dan dua buah sumbu diagonal yang merupakan respon percepatan dan perpindahan. Contoh tripartite dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2.3 Spektrum respons gabungan perpindahan, kecepatan semu, dan

percepatan semu untuk pergerakan tanah akibat gempa EI Centro; ξ =

0,2,5,10, dan 20%.

(35)

Salah satu contoh respons spektra yang digunakan dalam peraturan Uniform Building Code 1995 ( UBC 1995 ) dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.4 Respons spektra desain pada peraturan

(36)

Gambar 2.5 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar

(37)

(38)

2.3.2 Gaya Geser Desain

Nilai dari gaya geser desain ditentukan oleh respon spektra desain dari struktur tersebut berdasarkan peraturan yang digunakan, keutamaan bangunan (I), periode bangunan dan berat bangunan (W). Untuk beban gempa statik ekivalen, menurut SNI 1726 - 2003, gaya geser dasar dapat dihitung dengan persamaan :

t

C1 = Faktor respon gempa yang dapat ditentukan dari response spektra gempa rencana dan jenis tanah dibawah bangunan untuk waktu getar alami fundamental T.

I = Factor keutamaan bangunan yang nilainya bervariasi tergantung dari jenis bangunan, dapat dilihat pada table 2.4

W = Berat bangunan efektif saat terjadi gempa, nilai W dapat ditentukan sebagai jumlah dari bebab beban berikut : beban mati total dari struktur bangunan gedung dan beban hidup efektif yang mungkin ada pada saat terjadi gempa, dapat diambil sebesar 30% dari beban hidup.

(39)

Tabel 2.4 Factor keutamaan bangunan

Kategori Gedung atau Bangunan

Faktor Keutamaan

I Gedung Umun Seperti untuk penghunian,perniagaan dan

perkantoran

1

Monumen dan bangunan monumental 1

Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit,instalasi air bersih,pembangkit tenaga listrik,pusat penyelamatan dalam keadaan arurat,fasilitas radio dan televise.

1.5 Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas,produk

minyak bumi,asam,bahan beracun. 1.5

Cerobong,tangki diatas menara. 1.25

2.3.3 Penentuan Daktalitas bangunan dan Faktor Reduksi Beban Gempa.

Gambar berikut ini menjelaskan hubungan antara beberapa parameter yang menjadi acuan untuk menentukan besarnya beban gempa nominal pada suatu struktur.

(40)

Keterangan :

Vn = gaya geser nominal (desain)

Vy = gaya gesr pada leleh pertama

Vm = gaya geser maksimum

Ve = gaya geser elastic

δn = perpindahan pada V = Vn

δy = perpindahan pada leleh pertama

δm = perpindahan maksimum

f1 = kuat lebih disain

f2 = kuat cabang bahan

f = kuat cabang struktur

R = factor reduksi beban gempa

µ = factor daktalitas struktur gedung

(41)

gedung tersebut tetap berdiri walaupun sudah berada dalam kondisi diambang keruntuhan.

Struktur dengan tingkat daktalitas tertentu akan memungkinkan terjadinya sendi plastis secara bertahap pada elemen elemen struktur yang telah ditentukan. Dengan terbentuknya sendi plastis pada elemen struktur, maka struktur akan mampu menahan beban gempa maksimum tanpa memberikan kekuatan yang berlebihan pada elemen struktur karena energi kinetik akibat gerakan tanah dasar yang akan diterima akan dipencarkan pada sendi plastis tersebut. Semakin banyak terbentuk sendi plastis pada elemen struktur, semakin besar pula energi gempa yang dipencarkan. Setelah terjadi sendi plastis pada suatu elemen, defleksi struktur serta rotasi plastis masih terus bertambah.

Daktilitas struktur direncanakan dengan terdapat faktor modifikasi respon mewakili faktor kuat lebih dan kapasitas komponen struktur secara keseluruhan dalam kondisi daktail, dan selanjutnya dikenal dengan lambang µ. Daktilitas bangunan yang didesain dengan faktor modifikasi respon juga harus dibatasi berdasarkan kriteria perencanaan berikut :

(42)

2. Agar struktur gedung tinggi memiliki daktilitas yang tinggi, harus diupayakan supaya sendi sendi plastis yang terjadi akibat beban gempa maksimum ada di dalam balok balok dan tidak terjadi dalam kolom kolom, kecuali pada kaki kolom yang paling bawah dan pada bagian atas kolom penyangga atap. Hal ini dapat tercapai bila kapasitas ( momen leleh ) kolom lebih tinggi daripada kapasitas ( momen leleh ) balok yang bertemu pada kolom tersebut ( konsep strong column weak beam ).

3. Besarnya displacement yang terjadi harus dibatasi untuk menjaga integritas bangunan dan menghindari jatuhnya korban jiwa.

Daktilitas didefenisikan sebagai perbandingan antara deformasi maksimum yang terjadi dengan deformasi pada saat terjadi leleh pertama.

µ = ( 2 – 3 )

dimana faktor daktilitas maksimum yang digunakan untuk bangunan beton bertulang adalah 5,3.

Karna kekuatan bahan yang terpasang pada pelaksanaan umumnya berlebih, maka kekuatan material aktual lebih besar dari kekuatan material yang direncanakan. Faktor tersebut disebut faktor kuat lebih bahan atau beban.

(43)

Akibat adanya kehiperstatikan struktur gedung, terjadi redistribusi gaya gaya oleh proses pembentukan sendi plastis yang tidak bersamaan ( dimana mekanisme jumlah sendi plastis yang direncanakan pada bangunan lebih besar dari satu ), maka akan ada kenaikan base shear sebesar Vm. Kuat lebih struktur didefinisikan sebagai berikut :

y

Faktor amplifikasi gaya gempa menyatakan faktor kuat lebih total yang selanjutnya disebut sebagai overstrength factor dengan lambing f. Perkalian antara faktor kuat lebih beban atau bahan dengan faktor kuat lebih struktur akan menghasilkan faktor kuat lebih total:

n

Sedangkan ratio antara beban gempa maksimum akibat pengaruh gempa rencana pada struktur elastik penuh dan beban gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana pada struktur daktail disebut faktor reduksi gempa.

(44)

2.3.4 Penentuan Periode Struktur.

Periode struktur merupakan representasi dari fleksibilitas struktur yang merupakan fungsi dari kekakuan dan massa. Periode struktur pada kondisi elastik dihitung berdasarkan SNI 03-1726-2002 dapat didekati dengan berikut:

To = 0,0731(h)3/4 ( 2 – 8 )

dimana h adalah tinggi total stuktur dalam satuan meter.

2.3.5 Efek Peredam ( damping ) terhadap Stuktur.

Damping pada struktur menyebabkan terjadinya kehilangan energi pada saat struktur dibebani. Energi yang hilang berubah bentuk menjadi retak, friksi, leleh pada tulangan, dan lain lain. Nilai damping pada struktur berpengaruh terhadap respon spektra, dimana semakin besar nilai damping struktur, maka akselerasi spektral dari respon spektra yang bersangkutan akan semakin kecil.

(45)

2.3.6 Kinerja Batas Layan.

Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar tingkat akibat pengaruh gempa rencana, hal ini untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, selain itu untuk mencegah kerusakan nonstruktur dan ketidaknyamanan penghuni. Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, simpangan antar tingkat struktur gedung tidak boleh melampaui 0,03 / R kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm, bergantung yang mana yang nilainya terkecil.

2.3.7 Kinerja Batas Ultimit.

Kinerja batas ultimit struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana dalam kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa manusia dan untuk mencegah benturan berbahaya antar gedung. Simpangan dan simpangan antar tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan dengan suatu faktor pengali ξ, sebagai berikut :

- untuk struktur gedung beraturan :

(46)

- untuk struktur gedung tidak beraturan :

ξ = 0.7 R / Faktor Skala ( 2 – 10 )

di mana R adalah faktor reduksi gempa struktur gedung tersebut.

Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar tingkat yang dihitung dari persamaan di atas tidak boleh melampaui 0,02 kali tinggi tingkat yang bersangkutan.

2.4 Sistem Struktur.

Bertambahnya tinggi suatu bangunan maka aksi gaya lateral semakin berarti. Pada ketinggian tertinggi ayunan lateral bangunan semakin besar sehingga dengan pertimbangan kekuatan, kekakuan ( stiffness ), mutu bahan akan mempengaruhi rancangan suatu gedung bertingkat tinggi. Derajad kekakuan tergantung pada jenis sistem yang dipilih. Efisiensi suatu sistem tertentu berkaitan langsung dengan jumlah bahan yang digunakan. Dengan demikian, optimasi suatu struktur untuk kebutuhan ruang tertentu haruslah menghasilkan kekakuan maksimum, tetapi dengan berat sekecil mungkin.

(47)

2.4.1 Sistem Struktur Tube

Sistem struktur tube dapat didefenisikan sebagai suatu sistem struktur bahwa gedung itu berprilaku sebagai suatu tabung kosong. Untuk memhami perilaku dari sistem struktur tube terlebih dahulu lihat gambar 2.8. Dinding tabung terbuat dari kolom kolom berjarak sangat rapat di sekeliling bangunan yang diikat dengan balok pengikat yang tinggi. Diasumsikan bahwa kolom bagian dalam hanya berfungsi untuk menahan beban akibat berat sendiri, kemampuan untuk menahan gaya lateral diabaikan. Lantai dianggap sebagai rigid diafragma dan diasumsikan untuk mendistribusikan gaya gaya lateral ke komponen penahan gaya gaya lateral sesuai dengan kekakuannya.

Perancangan sistem tabung rangka sangat ideal apabila dinding eksterior merupakan suatu kesatuan yang reaksinya terhadap beban lateral mengikuti lentur kantilever murni. Apabila demikian, maka semua kolom yang merupakan bagian dari tabung akan mengalami tarikan aksial atau tekan. Kolom interior yang berfunsi untuk menahan beban gravitasi saja membuatnya bias didisain lebih ramping, sehingga ruang lantai yang ada lebih luas. Adapun karakteristik umum system tube antara lain :

1. Transfer gaya gempa melalui mekanisme lentur sehingga diperlukan banyak kolom di daerah parimeter (sehingga meyerupai shearwall di sekeliling bangunan)

(48)

Gambar 2.8 Skematik Bangunan Struktur Tube

Akan tetapi, perilaku tabung sebenarnya adalah diantara kantilever murni dengan rangka murni. Sisi sisi tabung yang sejajar dengan arah angin akan cenderung berprilaku sebagai rangka yang multitrave yang independen dengan adanya fleksibilitas dari balok pengikat. Fleksibilitas ini menghasilkan tekuk pada rangka karna gaya geser. Maka lentur terjadi pada kolom dan balok.

(49)

2.4.2 Sistem Struktur tube in tube.

Pada sistem struktur ini mekanisme transfer beban lateral sama dengan sistem struktur tube, namun kekakuan sistem tabung yang kosong ditingkatkan dengan inti yang tidak hanya untuk menahan beban gravitasi, tetapi juga untuk menahan beban lateral. Struktur lantai mengikat tabung interior bersama eksterior dan berlaku sebagai satu kesatuan terhadap gaya gaya lateral. Reaksi suatu sistem tabung dalam tabung terhadap angin menyerupai struktur rangka dengan dinding geser. Struktur akan lebih daktail dari struktur tube dan displacement yang terjadi lebih besar.

Tabung eksterior menahan hampir semua angin di bagian atas bangunan, sedangkan inti memikul sebagian besar beban di bagian bawah bangunan.(lihat gambar 2.9 )

(50)

BAB III

METODE ANALISA STATIK NON LINIER

Metode analisa riwayat waktu atau Time History analysis merupakan metode analisa yang paling lengkap dan representatif, akan tetapi metode tersebut terlalu rumit dan tidak praktis digunakan secara umum. Metode alternatif untuk menganalisa seperti yang diuraikan oleh ATC 40 adalah metode analisa statik non linier, yang didalamnya juga terdapat metode spektrum kapasitas atau Capacity Spectrum Method ( CSM ), dimana nilai estimasi perpindahan lantai maksimum dapat diketahui untuk menentukan apakah bangunan tersebut cukup aman dari segi kinerja struktur bangunan.

3.1 Performance Based Design

Performance based design merupakan metode desain bangunan dimana perilaku bangunan pada saat terjadi gempa dengan level tertentu dijadikan sebagai acuan. Bangunan didesain agar memiliki level kinerja {performance) tertentu pada level gempa tertentu.

(51)

1. Fully Operational or Serviceable

Bangunan masih bisa beroperasi secara penuh meskipun sudah terkena gempa.

2. Operational or Functional

Bangunan masih bisa terus beroperasi dengan sedikit kerusakan pada bagian struktural dan sedikit degradasi fungsi pada beberapa unit pelayanan yang tidak vital.

3. Life Safety

Keselamatan pengguna gedung terjaga, gedung masih digunakan walaupun tidak dapat dioperasikan sepenuhnya, tingkat kerusakan menengah hingga tinggi.

4. Near Collapse / impending.

(52)

Gambar 3.1 Earthquake Performance Level ( SEAOC Vision 2000 Committee )

Pada umumnya performance level yang diinginkan adalah life safety untuk gempa kuat / jarang ( periode ulang 475 tahun ) atau near collapse pada gempa sangat jarang ( periode ulang > 970 tahun ). Di Indonesia, performance level yang umum dijadikan acuan adalah life safety pada gempa kuat.

(53)

Tabel 3.1 Batasan performance level (ATC-40).

Max. Total Roof Displ.

Ratio (Xmzx/H) 0.01 0.01 – 0.02 0.02 0.03 Vi/Pi

Max. Inelastic drift 0.005 0.005 – 0.015 No Limit No Limit

Gambar 3.2 Level kinerja struktur ( ATC-40 )

(54)

3.2 Analisa Gempa Statik

UBC 1997 memberikan dua metode dalam menentukan beban gempa pada struktur, analisa statis dan dinamik. Secara umum, setiap struktur sebaiknya didesain dengan analisa gempa dinamik sementara beberapa struktur harus didesain dengan menggunakan analisa statik. Metode analisa statis dapat digunakan hanya apabila :

1. Struktur regular ( beraturan ) dengan tinggi kurang dari 240 ft (73 m) dengan sistem penahan lateral yang tersedia dalam UBC 1997, kecuali bangunan yang terletak pada tanah keriteria SF dengan periode alami kurang dari 0.7 detik.

2. Struktur Irregular dengan tinggi kurang dari 5 lantai atau kurang dari 65ft (20 m)

3. Struktur dengan bagian atas yang fleksibel namun ditopang oleh alas yang kaku dengan memenuhi syarat berikut :

a. Masing masing bagian ditinjau sendiri merupakan struktur yang regular.

b. Kekakuan lantai dibawah alas lebih dari 10 kali kekakuan rata rata struktur atasnya.

(55)

Sementara itu stuktur beraturan didefenisikan sebagai berikut :

1. Denah struktur gedung adalah persegi panjang tanpa tonjolan dan kalaupun mempunyai tonjolan, panjang tonjolan tersebut tidak melebihi 25% dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah tonjolan tersebut.

2. Denah struktur tidak ada coakan sudut, kalau pun ada coakan sudut, panjang sisi coakan tersebut tidak melebihi 15% dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah sisi coakan tersebut.

3. Sistem struktur gedung terbentuk oleh subsistem-subsistem penahan beban lateral yang arahnya saling tegak lurus dan sejajar dengan sumbu-sumbu utama ortogonal dengan struktur gedung secara keseluruhan.

4. Sistem struktur gedung tidak menunjukkan loncatan bidang muka dan kalaupun mempunyai loncatan bidang muka, ukuran dari denah struktur bagian gedung yang menjulang dalam masing-masing arah tidak kurang dari 75% dari ukuran terbesar denah struktur bagian gedung sebelah bawahnya. Dalam hal ini, struktur rumah atap yang tingginya tidak lebih dari 2 tingkat tidak perlu dianggap menyebabkan adanya loncatan bidang muka.

(56)

6. Sistem struktur mempunyai berat lantai tingkat yang beraturan, artinya setiap lantai tingkat memiliki berat yang tidak melebihi 150% dari berat lantai tingkat diatasnya atau dibawahnya. Berat atap atau rumah atap tidak perlu memenuhi ketentuan ini.

7. Sistem struktur gedung memiliki unsur-unsur vertikal dari sistem penahan beban lateral yang menerus, tanpa perpindahan titik beratnya, kecuali bila perpindahan tersebut tidak lebih dari setengah ukuran unsur dalam arah perpindahan tersebut.

8. Sistem struktur gedung memiliki lantai tingkat yang menerus, tanpa lubang atau bukaan yang luasnya melebihi 50% dari luas lantai tingkat. Kalaupun ada lantai tingkat dengan lubang atau bukaan seperti itu, jumlahnya tidak boleh melebihi 20% dari jumlah lantai tingkat seluruhnya.

3.3 Analisa Statik Non-linier

(57)

Push-over merupakan salah satu pendekatan dalam melakukan analisa performance based design dalam rekayasa kegempaan, pendekatan lain yang dapat dilakukan adalah metode dinamis nonlinear dan metode respon spektrum (time history). Diantara ketiga metode itu, metode statik ekivalen (push-over) merupakan yang paling sederhana walaupun lebih konservatif namun dianggap sudah cukup dapat merepresentasikan perilaku struktur ketika dibebani oleh gempa.

Prosedur perhitungan push-over adalah dengan melakukan perhitungan kapasitas dan demand. Demand merepresentasikan beban gempa yang bekerja dan kapasitas merupakan kemampuan struktur untuk menahan beban gempa demand tersebut. Pertemuan dari kapasitas dan demand akan menunjukkan performance dari bangunan tersebut yaitu kemampuan kapasitas untuk mengatasi demand. Dengan kata lain, struktur yang direncanakan haras memiliki kapasitas yang cukup untuk mengatasi demand supaya performancenya sesuai dengan yang diharapkan.

3.3.1 Kurva kapasitas.

(58)

terpenuhi. Tiap pertambahan perpindahan dan base shear dicatat dan diplot hingga terbentuk kurva base shear terhadap roof displacement. Dalam tugas akhir ini, capacity curve diperoleh melalui piranti lunak ETABS 9.0

Agar bisa membandingkan kapasitas struktur dengan demand gempa, kurva kapasitas yang telah diperoleh hams diubah menjadi spektra kapasitas yang merupakan hubungan antara spektra perpindahan dan spektra percepatan. Spektra kapasitas ini disebut juga Acceleration-Displacement Response Spektrum ( ADRS, Gambar 3.1 ). Dari spektra ini, dapat dihitung demand yang harus dipenuhi dan dapat dicari performance point dari struktur.

3.3.2 Kurva Demand

(59)

Gambar 3.3 Kurva Respon Spektra

Nilai damping ekivalen yang disebutkan di atas merapakan penjumlahan dari damping akibat hysteretic loop dan damping inherent atau damping initial struktur sebesar 5 %. Damping ikibat hysteretic loop berbeda-beda besarnya tergantung dari jenis-jenis bangunan dan direpresentasikan oleh faktor reduksi kappa (К).

Tipe-tipe bangunan diklasifikasikan dari besar faktor reduksi kappa (K):

• Tipe A, к = l, merupakan bangunan stabil dan dalam kondisi bagus atau baru, sehingga memungkinkan terjadinya hysteretic loop secara sempurna. • Tipe B, К =2/3,merupakan bangunan dalam kondisi menengah misalnya

bangunan berumur sedang.

(60)

Gambar 3.4 Transformasi respons spectra tradisional menjadi ADRS (ATC-40 )

3.3.3 Performance Point Metode kapasitas Spektra.

Titik Performance Point, harus berada di lokasi yang memenubi syarat berikut:

1. Harus berada pada spektra kapasitas untuk merepresentasikan struktur pada displacement tertentu.

2. Harus berada pada spektra demand yang telah direduksi yang merepresentasikan demand pada displacement yang sama dengan displacement struktur.

(61)

Gambar 3.5 Titik Kerja Struktur

(62)

BAB IV

PEMODELAN STRUKTUR

Dalam tugas akhir ini akan dilakukan analisa statik non linier bagi dua sistem struktur yang menggunakan sistem penahan gaya lateral yang berbeda yaitu tube dan tube in tube, dengan gaya geser dasar pada saat performance point yang sama. Struktur dimodelkan tiga dimensi sebagai portal terbuka dengan menggunakan piranti lunak ETABS 9.0.Portal merupakan menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dengan asumsi berada di lokasi wilayah gempa 5 dan berada di lokasi tanah lunak.

4.1 Data analisis pembebanan struktur. • Mutu Bahan :

• Beban Mati Tambahan ( partisipasi, flapon, tegel + spesi, M dan E) Atap : 0,8 KN/m2

Lantai : 0,8 KN/m2

(63)

Gambar 4.1 Respons spektrum gempa rencana

Dengan kombinasi beban yang digunakan adalah sebagai berikut : • Kombinasi 1 (comb 1) = 1,4 D

• Kombinasi 2 (comb 2) = 1,2 D + 1,6 L • Kombinasi 3 (comb 3) = 0,9 D + 1,0 E • Kombinasi 4 (comb 4) = 0,9 D – 1,0 E

• Kombinasi 5 (comb 5) = 1,2 D + 1,0 L + 1,0 E • Kombinasi 6 (comb 6) = 1,2 D + 1,0 L – 1,0 E

Dimana : D = beban mati

L = beban hidup

(64)

4.2 Pemodelan elemen struktur

Elemen elemen struktur dimodelkan dalam program ETABS sebagai berikut :

1. Pelat

Dalam program ETABS, pelat lantai dapat dimodelkan menjadi tiga tipe yang berbeda, antara lain :

a) Shell

Tipe pla lantai shell memiliki kekakuan membrane pada kedua arah tegak lurus bidang dan out of plane bending stiffness

b) Membrane

Pelat lantai dengan jenis ini hanya memiliki kekakuan membrane pada kedua arah tegak lurus bidangnya.

c) Plate

Plat lantai jenis ini hanya memiliki out of lane plate bending stiffness.

(65)

2. Pondasi

Pemodelan pondasi dilakukan dengan menganggap bahwa pondasi memberikan kekangan translasi dan rotasi yang cukup pada semua arah sumbu bangunan. Berdasarkan asumsi yang digunakan tersebut, pondasi dimodelkan sebagai perletakan jepit pada lantai dasar bangunan, yaitu pada ujung ujung bawah kolom lantai dasar.

3. Balok

Balok dimodelkan sebagai elemen frame dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku sehingga momen momen maksimum tempat terjadinya sendi plastis adalah pada kedua ujung balok.

4. Kolom

Kolom dimodelkan sebagai elemen rangka dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku sehingga momen momen maksimum tempat terjadinya sendi plastis adalah pada kedua ujung kolom, namun bagian kolom yang diperbolehkan plastis hanya kaki kaki kolom lantai dasar.

4.3 Deskripsi Model Struktur

(66)

Gambar 4.2 Denah struktur bangunan Tube.

(67)

1. Model struktur 10 lantai

Tabel 4.1 Data elemen struktur 10 lantai

Gambar 4.4 Modal 3D sistem struktur 10 lantai Tingkat

Portal 10 tingkat Balok

(cm)

Kolom dalam (cm)

Kolom luar (cm)

1 - 5 30x60 55x50 60x60

(68)

2. Model Struktur 15 lantai

(cm)

Kolom dalam (cm)

Kolom luar (cm)

1 - 5 30x60 55x50 65x65

6 - 10 30x60 40x40 50x45

(69)

3. Model struktur 20 lantai.

(cm)

Kolom dalam (cm)

Kolom luar (cm)

1 - 5 30x60 60x60 70x70

6 - 10 30x60 55x55 60x60

11 - 15 30x60 45x45 50x50

(70)

4.4 Karakteristik Pemodelan

Pemodelan yang dibuat dalam tugas akhir ini memiliki beberapa karakteristik perencanaan sebagai batasan analisa yakni diantaranya sebagai berikut :

1. Pemodelan sendi plastis

Untuk analisa elastik elemen elemen struktur kaku tidak membentuk sendi sehingga tidak memberikan pengaruh bagi perilaku elastic struktur, sementara pada analisa nonlinier terjadi perubahan perilaku elemen dari yang awalnya kaku menjadi sendi sehingga perlu dilakukan pendefinisian sendi plastis dalam model yang dieksekusi. Properti sendi plastis yang di define pada rangka memberikan batasan perpindahan akibat gaya dan rotasi akibat momen sehingga terbentuk sendi plastis pada lokasi yang ditentukan. Untuk berbagai tipe elemen struktur yang diizinkan membentuk sendi plastis pada elemen struktur yang diizinkan untuk plastis didefinisikan pada program ETABS sebagai berikut :

a. Balok.

(71)

b. Kolom

Hanya kolom lantai dasar saja yang didefinisikan mengalami sendi plastis. Pada kolom, sendi plastis dapat terbentuk pada kedua ujungnya akibat kombinasi lentur tekan pada kedua arah bekerjanya beban gempa, sehingga sendi plastis di-define sebagai default-PM-M-0 dan default-PM-M-1.

Kolom lantai teratas boleh didefinisikan mengalami sendi plastis, akan tetapi pada model diasumsikan tidak terjadi sendi plastis.

2. Pengecekan Mode Dominan pada Model struktur

Pada analisa static pushover hanya bias dilakukan apabila ragam getar mode 1 adalah mode yang dominan (>70%) pada struktur bangunan terhadap beban lateral, karna itu perlu pengecekan dominasi mode 1 pada model yang digunakan. Pada program ETABS, modal participation factor dapat diketahui dari out put table. Berikut ini adalah hasil yang diberikan program ETABS :

Tabel 4.4 Dominasi ragam getar mode 1 pada model yang digunakan.

(72)

4.5 Pembatasan waktu getar alami

Pembatasa Waktu Getar Alami Fundamental untuk mencegah penggunaan stuktur gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu getar alami fundamental T1 dari struktur gedung harus dibatasi, bergantung pada

koefisien ξ untuk wilayah gempa tempat struktur gedung beraga dan

jumlah tingkatnya n menurut persamaan T1< ξ n

Tabel 4.5 Koefisien ξ yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung

Dimana koefisien ξ yang digunakan adalah 0,16 ( wilayah gempa 5 )

Tabel 4.6 Periode model struktur Tube dan Tube in Tube

Jumlah lantai (n)

Max T1 yang diizinkan

(73)

4.6 Pengecekan Kinerja Batas Layan

Kinerja batas layan struktur gedung dicek apakah memenuhi yang diizinkan atau tidak. Berikut ini adalah hasil pengecekan kinerja batas layan model :

Contoh Perhitungan 10 Lantai

Simpangan Tingkat ke 10 Sistem struktur tube :

Simpangan Tingkat ke 10 : 0.087532 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Simpangan Tingkat ke 9 : 0.078701 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Selisih simpangan antara tingkat 10 : 0.087532 - 0.078701 = 0.009 m Simpangan Maksimum yang diijinkan : 0.03*H/R = 0.03*4/8.5 = 0.014 m. Simp. antar tingkat 10 < Simp. maks ijin. (pasal 8.1.1 SNI 03-1726-2002) 0,009 m < 0,014 m ……… ok!

Simpangan Tingkat ke 9 : 0.078701 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Simpangan Tingkat ke 8 : 0.069091 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Selisih simpangan antara tingkat 9 : 0.078701 - 0.069091 = 0.010 m Simpangan Maksimum yang diijinkan : 0.03*H/R = 0.03*4/8.5 = 0.014 m. Simp. antar tingkat 9 < Simp. maks ijin. (pasal 8.1.1 SNI 03-1726-2002). 0,010 m < 0,014 m ……… ok!

Simpangan Tingkat ke 10 Sistem struktur tube in tube :

(74)

Selisih simpangan antara tingkat 10 : 0.115584 - 0.10987 = 0.006 m Simpangan Maksimum yang diijinkan : 0.03*H/R = 0.03*4/8.5 = 0.014 m. Simp. antar tingkat 10 < Simp. maks ijin. (pasal 8.1.1 SNI 03-1726-2002) 0,006 m < 0,014 m ……… ok!

Simpangan Tingkat ke 9 : 0.10987 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Simpangan Tingkat ke 8 : 0.101039 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Selisih simpangan antara tingkat 9 : 0.10987 – 0.101039 = 0.009 m Simpangan Maksimum yang diijinkan : 0.03*H/R = 0.03*4/8.5 = 0.014 m. Simp. antar tingkat 9 < Simp. maks ijin. (pasal 8.1.1 SNI 03-1726-2002) 0,009 m < 0,014 m ……… ok!

Table 4.7 Kinerja batas layan model struktur 10 lantai

Story

Simpangan antar

tingkat (m) Simpangan max ijin (m) Keterangan Tube Tube in Tube 0.03*H/R 30mm Tube Tube in Tube

(75)

Simpangan Tingkat ke 14 : 0.1166 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Selisih simpangan antara tingkat 15 : 0.1236 – 0.1166 = 0.007 m

Simpangan Maksimum yang diijinkan : 0.03*H/R = 0.03*4/8.5 = 0.014 m. Simp. antar tingkat 15 < Simp. maks ijin. (pasal 8.1.1 SNI 03-1726-2002) 0.007 m < 0,014 m ……… ok!

Simpangan Tingkat ke 14 : 0.1166 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Simpangan Tingkat ke 13 : 0.1091 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Selisih simpangan antara tingkat 14 : 0.1166 – 0.1091 = 0.008 m

(76)

Table 4.8 Kinerja batas layan model struktur 15 lantai

Story

(77)

Simpangan Tingkat ke 20 : 0.18494 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Simpangan Tingkat ke 19 : 0.17896 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Selisih simpangan antara tingkat 20 : 0.18494 – 0.17896 = 0.006 m Simpangan Maksimum yang diijinkan : 0.03*H/R = 0.03*4/8.5 = 0.014 m. Simp. antar tingkat 20 < Simp. maks ijin. (pasal 8.1.1 SNI 03-1726-2002) 0.006 m < 0,014 m ……… ok!

(78)

Tabel 4.9 Kinerja batas layan model struktur 20 lantai

Kinerja batas ultimit struktur gedung dicek apakah memenuhi yang diizinkan atau tidak. Berikut ini adalah hasil pengecekan kinerja batas layan pada model :

Contoh Perhitungan 10 Lantai Tingkat ke 10 Sistem struktur tube :

(79)

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan maksimum adalah 0.02 x h = 0.02 x 40 m = 0.8 m

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 0.521m < 0.8m …. Ok! Tingkat ke 9 Sistem struktur tube :

Simpangan Tingkat ke 9 : 0.078701 m (diperoleh dari ETABS 9.0 ) Kinerja batas ultimit : 0.7 x 8.5 x 0.078701 = 0.468 m.

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 0.468m < 0.72m …. Ok! Tingkat ke 10 Sistem struktur tube in tube :

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 0.688m < 0.8 m …. Ok! Tingkat ke 9 Sistem struktur tube in tube :

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

(80)

Tabel 4.10 Kinerja batas ultimit model strukt ur 10 lantai.

Story

0.7xRx Simpangan (m)

Simpangan max

ultimit (m) Keterangan Tube Tube in Tube 2% x h Tube Tube in Tube

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 0.736 m < 1.2 m …. Ok! Tingkat ke 14 Sistem struktur tube :

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

(81)

Tingkat ke 15 Sistem struktur tube in tube :

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 0.850 m < 1.2m …. Ok! Tingkat ke 14 Sistem struktur tube in tube :

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 0.821 m < 1.12m …. Ok! Tabel 4.11 Kinerja batas ultimit model strukt ur 15 lantai.

Story

Simpangan max

(82)

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 0.971 m < 1.6m …. Ok! Tingkat ke 19 Sistem struktur tube :

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

(83)

Sesuai pasal 8.2.1 SNI 03-1726-2002,

Simpangan struktur < Simpangan maksimum ; 1.065 m < 1.52m …. Ok! Tabel 4.12 Kinerja batas ultimit model strukt ur 20 lantai.

Story

Simpangan max

(84)

BAB V

ANALISA DAN PEMBAHASAN 5.1 Kurva Kapasitas

Kurva Kapasitas menunjukkan hubungan antara gaya gempa dan perpindahan yang terjadi hingga struktur runtuh. Berikut ini adalah kurva kapasitas dari model model yang dibuat, dimana perpindahan yang ditinjau adalah perpindahan atap dan gaya gempa adalah gaya geser dasar.

Gambar 5.1 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube 10 lantai

(85)

Gambar 5.3 Kurva Kapasitas sistem struktur Tube 15 lantai

(86)

Gambar 5.5 Kurva Kapasitas struktur sistem Tube 20 lantai

(87)

Gambar 5.7 Gabungan Kurva Kapasitas model struktur. 5.2 Performance Point

Performance point diperoleh secara langsung dari program ETABS yang mengacu pada penentuan performance point metode kapasitas spectra prosedur A yang terdapat pada ATC 40. Berikut ini adalah hasil yang diperoleh :

Table 5.1 Performance Point model struktur

Model Keterangan Tube Tube in Tube

10 lantai

V ( x103kN ) 14,527 14,717 Roof displacement (m) 0,287 0,347

15 lantai

V ( x103kN ) 15,300 15,960 Roof displacement (m) 0,937 0,434 20 lantai V ( x10

3

kN ) 17,111 17,618

Roof displacement (m) 0,499 0,552

0,00

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10

(88)

5.3 Formasi sendi Plastis

Sendi plastis yang direncanakan agar sesuai dengan mekanisme yang direncanakan yaitu beam sidesway mechanism, dimana sendi plastis terjadi di semua balok dan di beberapa kolom lantai dasar.

Urutan terbentuknya sendi plastis pada gambar gambar berikut ini dapat diketahui dari warna sendi plastis yang menyatakan status sendi plastis tersebut (B,IO,LS,CP,D, dan E). Saat pertama kali terbentuk, sendi plastis akan berwarna ungu (B), kemudian pada step berikutnya berubah warna menjadi biru (IO), biru muda (LS), hijau (CP) dan seterusnya hingga merah (E). Berikut ini adalah formasi sendi plastis yang terjadi pada stuktur.

5.3.1 Model struktur 10 lantai

a. Sistem struktur Tube

(89)

Gambar 5.8 Formasi sendi plastis sistem Tube 10 lantai saat performance point.

Gambar 5.9 Formasi sendi plastis sistem Tube 10 lantai saat displacement maximum.

(90)

b. Sistem Struktur Tube in Tube