STUDI PARAMETRIK KINERJA DINDING PENGISI BATA
MERAH PADA STRUKTUR BETON BERTULANG AKIBAT
BEBAN GEMPA
TESIS
Oleh
MIZANUDDIN SITOMPUL 117016008/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
STUDI PARAMETRIK KINERJA DINDING PENGISI BATA
MERAH PADA STRUKTUR BETON BERTULANG AKIBAT
BEBAN GEMPA
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar MagisterTeknik dalam Program Studi Teknik Sipil pada Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
Oleh
MIZANUDDIN SITOMPUL 117016008/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Judul Tesis : STUDI PARAMETRIK KINERJA DINDING PENGISI BATA MERAH PADA STRUKTUR BETON
BERTULANG AKIBAT BEBAN GEMPA Nama Mahasiswa : Mizanuddin Sitompul
Nomor Pokok : 117016008
Program Studi : Teknik Sipil
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
(Ade Faisal, ST, M.Sc, Ph.D) (Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT)
Ketua Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)
Telah diuji pada
Tanggal : 21 April 2015
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Ade Faisal, ST, M.Sc, Ph.D Anggota : Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Studi Parametrik Kinerja Dinding Pengisi Bata Merah pada Struktur Beton Bertulang Akibat Beban Gempa”
adalah karya saya dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam
daftar pustaka.
.
Medan, 21 April 2015
Penulis,
Mizanuddin Sitompul
ABSTRAK
Pada umumnya dinding pengisi hanya diperhitungkan sebagai beban yang disalurkan ke struktur sehingga mengakibatkan pengaruh kekuatan dan kekakuan dinding pengisi tidak diperhitungkan dalam perencanaan suatu bangunan. Biasanya dalam perencanaan, bangunan diasumsikan sebagai struktur open frame dengan dinding bata non struktural hanya sebagai beban gravitasi yang bekerja pada balok. Hal ini bertentangan dengan kenyataan karena sebenarnya dinding pengisi ini dapat merubah perilaku dari struktur. Tesis ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekakuan, kekuatan dan penempatan (konfigurasi) dinding bata terhadap struktur. Struktur bangunan dimodelkan sebagai portal 2 dimensi dan terdiri dari 5 model yaitu struktur open frame, struktur fully-infilled wall frame, struktur fully-infilled wall frame dengan bukaan 16%, struktur fully-infilled wall frame dengan bukaan 40%, dan struktur open first-story frame. Hasil analisis menunjukkan bahwa kontribusi dinding pengisi yang terbuat dari dinding bata sangat mempengaruhi kekakuan lateral struktur. Adanya dinding pengisi yang kaku di sebuah level tingkat dan pada level tingkat lain tidak ada dapat menyebabkan efek tingkat lemah (soft story). Hasil studi juga menunjukkan bahwa faktor bukaan juga sangat mempengaruhi kekuatan dinding pengisi. Dinding dengan bukaan 40% ternyata tidak begitu mempengaruhi kinerja dari struktur utama. Pemasangan dinding pengisi bata ternyata dapat meningkatkan kapasitas dari struktur itu sendiri. Hal ini ditunjukkan oleh model struktur dengan menggunakan dinding pengisi memiliki kapasitas yang lebih besar dengan peningkatan sebesar 12,833% pada zona gempa 4 dan 28,931% pada zona gempa 6. Untuk model struktur dengan bukaan 16% terjadi peningkatan sebesar 3,015% pada zona gempa 4 dan 7,135% pada zona gempa 6. Berbanding terbalik dengan kapasitas, keberadaan dinding bata bisa mengurangi daktilitas struktur, dari studi ini diperoleh pengurangan sebesar 56,344% pada zona gempa 4 dan 71,405% pada zona gempa 6.
ABSTRACT
In general, the clay brick infill panels is only considered as a load channeled into the structure. So that it influences the strength and stiffness of the wall not considered in planning building construction. Usually, in planning building construction, the building is assumed as an open frame structure with non structural clay brick panels just as gravity loads on the beam. This is contrary to the reality because the panels can change the condition of the structure. The aim of this thesis was to find out the influence of the stiffness, strength and configuration of the clay brick panels on structure. The building structure is modeled as a two-dimensional portal and consists of 5 models: open frame structure, fully-infilled wall frame structure, fully-infilled wall frame structure with opening 16%, fully-infilled wall framestructure with opening 40%, and open first-story frame structure.The result of analysis shows that the contribution of infill panels made of clay brick has significant influence on the stiffness of lateral structure. The existence of the stiff panels at one level and the other does not, can cause the soft story effect. The result of the study also shows that openings also had significant influence on the strength of the panels. Panels with openings of 40% did not have significant influences the performance of the main structure. Installation of the clay brick infill panels can increase the capacity of the structure itself. Which indicates by the structure model by using the infill panels which has a higher capacity with an increase of 12.833% in the earthquake zone 4 and 28.931% in the earthquake zone 6. For the structure model with openings 16% it increase to almost 3.015% in the earthquake zone 4 and 7.135% in the earthquake zone 6. Inversely proportional the capacity, the existence of infill panels can reduce the structure ductility. There is also a reduction of 56.344% in the earthquake zone 4 and 7.405% in the earthquake zone 6.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah
melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis
yang berjudul “Studi Parametrik Kinerja Dinding Pengisi Bata Merah pada
Struktur Beton Bertulang Akibat Beban Gempa” sebagai salah satu persyaratan
untuk menyelesaikan program Magister bidang Rekayasa Struktur, Program Studi
Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa selesainya tesis ini tidak terlepas dari bimbingan,
dukungan dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis
ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga dalamnya
kepada Bapak Prof. Subhlihar, Ph.D selaku Pejabat Rektor Universitas Sumatera
Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik,
Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku Ketua Program Studi Magister Teknik
Sipil.
Penulis juga menyampaikan hormat dan terimakasih kepada Bapak Ade
Faisal, ST, M.Sc, Ph.D selaku Ketua Komisi Pembimbing, Bapak Ir. Daniel Rumbi
Teruna, MT selaku anggota Komisi Pembimbing, serta Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes
Tarigan, Dr. Ing. Hotma Panggabean dan Ir. Sanci Barus, MT selaku Komisi Penguji.
Hormat dan terimakasih juga penulis ucapkan kepada seluruh staf pengajar Program
diajarkan dan seluruh staf pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan
dalam penyelesaian administrasi.
Teristimewa kepada kedua orangtuaku tercinta, Ayahanda Nasyaruddin
Sitompul dan Ibunda Ernawati Harahap yang begitu sabar dan ikhlas terus
memberikan semangat, do’a, kritikan, dan dukungan moril maupun materil.
Penulis menyadari manusia tidak luput dari salah dan kekurangan, demikian
juga dengan tesis ini yang masih memiliki banyak kekurangan walaupun penulis telah
berusaha semaksimal mungkin. Oleh sebab itu, dengan tangan terbuka dan hati yang
tulus penulis akan menerima segala saran dan kritik demi perbaikan tesis ini. Harapan
penulis, semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 21 April 2015
Penulis,
Mizanuddin Sitompul
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
A.DATA PRIBADI
Nama : Mizanuddin Sitompul
Tempat / Tanggal Lahir : Padangsidimpuan, 13 Juli 1987
Alamat : Jln. Ompu Napotar No. 3, Padangsidimpuan
Email : sitompul_mizan@yahoo.co.id
Jenis Kelamin : Laki-laki
Agama : Islam
B.RIWAYAT PENDIDIKAN
1993 – 1999 : SDN 144432, Padangsidimpuan
1999 – 2002 : SMPN 4, Padangsidimpuan
2002 – 2005 : SMAN 4, Padangsidimpuan
2005 – 2010 : Universitas Sumatera Utara, Fakultas Teknik,
Jurusan Teknik Sipil
2011 – 2015 : Universitas Sumatera Utara, Fakultas Teknik,
Program Studi Magister Teknik Sipil,
Konsentrasi Struktur Bangunan
C.RIWAYAT PEKERJAAN
2012 – sekarang : Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN ... PERNYATAAN ...
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
RIWAYAT HIDUP ... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR NOTASI ... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
DAFTAR SINGKATAN ... xix
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Permasalahan ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Ruang Lingkup Penelitian ... 4
1.5 Metodologi Penelitian ... 5
1.6 Sistematika Penulisan ... 7
2.1 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa ... 9
2.2 Dinding Pengisi ... 11
2.3 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Saneinejad- Hobbs (1995) ... 13
2.3.1 Prinsip Analisis ... 13
2.3.2 Asumsi Dasar ... 15
2.3.3 Penurunan Rumus ... 18
2.3.3.1 Kondisi Keseimbangan ... 18
2.3.3.2 Gaya-Gaya Portal ... 19
2.3.3.3 Beban Runtuh ... 20
2.3.3.4 Tegangan Kontak Nominal ... 20
2.3.3.5 Panjang Bidang Kontak Portal - Dinding Isi ... 21
2.3.3.6 Tegangan Kontak ... 22
2.3.3.7 Beban Runtuh Ultimate ... 23
2.3.3.8 Beban Lateral Penyebab Retak pada Dinding Pengisi .. 24
2.3.3.9 Perpindahan Lateral ... 24
2.3.3.10 Kekakuan (Stiffness) ... 25
2.3.4 Perencanaan Umum... 25
2.3.4.1 Metode Dasar ... 25
2.3.4.2 Diagonal Tekan Ekivalen ... 26
2.3.4.3 Kekakuan Diagonal Tekan Ekivalen ... 29
2.4 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) berdasarkan FEMA 273 ... 29
2.6 Portal-Isi Hasil Riset Eksperimen Mehrabi et al (1996) ... 33
2.7 Daktilitas Struktur Bangunan ( ) ... 36
2.8 Gempa Nominal Statik Ekivalen ... 39
2.9 Analisis Ragam Spektrum Respons ... 41
2.10 Simpangan Antarlantai ... 41
2.11 Analisa Beban Dorong Statik (Static Pushover Analysis) ... 45
2.12 Capasity Spectrum Method ... 47
2.13 Kurva Kapasitas ... 50
2.14 Spektrum Kebutuhan (Demand Spectrum) ... 53
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pemodelan Struktur ... 54
3.2 Pembebanan ... 56
3.2.1 Beban Gravitasi ... 56
3.2.2 Beban Gempa ... 59
3.2.2.1 Analisa Statik Ekivalen ... 59
3.2.2.2 Analisa Ragam Spektrum Respon ... 62
3.3 Propertis Bata ... 64
3.4 Perhitungan Dimensi Strut ... 66
3.4.1 Strut 1 (bentang 5 m dan tinggi 4 m) ... 67
3.5 Perhitungan Kekuatan Diagonal Compression Strut Saneinejad- Hobbs (1995) ... 70
3.5.1 Penetapan Parameter ... 70
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kekakuan Lateral ... 79
4.2 Simpangan Tingkat dan Simpangan Antartingkat ... 80
4.3 Analisa Statik Nonlinier Pushover ... 87
4.3.1 Struktur Open Frame ... 87
4.3.1.1 Struktur Open Frame pada Zona Gempa 4 ... 87
4.3.1.2 Struktur Open Frame pada Zona Gempa 6 ... 89
4.3.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame... 92
4.3.2.1 Struktur Fully Infilled Wall Frame pada Zona Gempa 4 ... 92
4.3.2.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame pada Zona Gempa 6 ... 94
4.3.3 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 16% ... 97
4.3.3.1 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 16% pada Zona Gempa 4 ... 97
4.3.3.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 16% pada Zona Gempa 6 ... 99
4.3.4 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 40% ... 102
4.3.4.1 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 40% pada Zona Gempa 4 ... 102
4.3.4.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 40% pada Zona Gempa 6 ... 104
4.3.5 Struktur Open First-Story Frame ... 107
4.3.5.2 Struktur Open First-Story Frame pada Zona
Gempa 6 ... 110
4.4 Pembahasan Hasil Analisis ... 112
BAB V SARAN DAN KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan... 117
5.2 Saran ... 118
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
2.1 Hasil eksperimen Mehrabi et al (1996) dan analisis portal-isi
diagonal tekan ekivalen Saneinejad-Hobbs (1995) ... 36
2.2 Parameter daktilitas struktur gedung berdasarkan SNI-03-1726-2002 ... 39
3.1 Distribusi beban gempa statik ekivalen Fi untuk zona gempa 4 ... 63
3.2 Distribusi beban gempa statik ekivalen Fi untuk zona gempa 6 ... 63
3.3 Rata-rata propertis fisik bata merah... 65
3.4 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut ... 69
3.5 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut dengan bukaan 16% ... 69
3.6 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut dengan bukaan 40% ... 70
3.7 Kekuatan strut ... 75
3.8 Nilai properti sendi plastis pada salah satu balok ... 77
4.1 Perbandingan kekakuan struktur berbagai model ... 80
4.2 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas layan model 1 pada zona gempa sedang ... 81
4.3 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas layan model 1 pada zona gempa kuat ... 81
4.4 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas layan model 2 pada zona gempa sedang ... 82
4.6 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas
layan model 3 pada zona gempa sedang ... 83
4.7 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas layan model 3 pada zona gempa kuat ... 83
4.8 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 1 pada zona gempa sedang ... 84
4.9 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 1 pada zona gempa kuat ... 84
4.10 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 2 pada zona gempa sedang ... 85
4.11 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 2 pada zona gempa kuat ... 85
4.12 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 3 pada zona gempa sedang ... 86
4.13 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 3 pada zona gempa kuat ... 86
4.14 Tabel pushover open frame zona 4 ... 89
4.15 Tabel pushover open frame zona 6 ... 91
4.16 Tabel pushover fully infilled wall frame zona 4 ... 94
4.17 Tabel pushover fully infilled wall frame zona 6 ... 96
4.18 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 16% zona 4 ... 98
4.19 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 16% zona 6 .... 101
4.20 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 40% zona 4 .... 104
4.21 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 40% zona 6 .... 106
4.23 Tabel pushover open first-story frame zona 6 ... 111
4.24 Perbandingan titik kinerja (performance point) dan daktilitas dari
model struktur ... 113
4.25 Persentase peningkatan dan penurunan titik kinerja (performance point)
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
1.1 Lempeng-lempeng tektonik utama di dunia ... 1
1.2 Bagan alir ... 7
2.1 Keruntuhan soft-storey yang terjadi di kota Padang tahun 2009 ... 12
2.2 a) Portal isi ; b) Penopang diagonal bolak-balik ... 14
2.3 Keseimbangan gaya pada portal isi ... 16
2.4 Faktor reduksi kekakuan dinding pengisi yang berhubungan dengan persentase bukaan (case B) ... 32
2.5 Faktor reduksi kekakuan dinding pengisi yang berhubungan dengan persentase bukaan dengan posisi bukaan yang berbeda ... 32
2.6 Posisi bukaan (case A, B, dan C) dan persentase bukaan ... 33
2.7 Portal-isi universitas colorado ... 34
2.8 Respons spektrum gempa rencana ... 42
2.9 Konversi spektrum desain elastis menjadi format ADRS ATC-40... 46
2.10 Konversi kurva kapasitas menjadi spektrum kapasitas ATC-40 ... 47
2.11 Performance point pada capasity spectrum method ... 48
2.12 Beberapa titik kinerja dalam satu grafik dalam capasity spectrum method ... 50
2.13 Kurva kapasitas ... 51
3.2 Spektrum respon gempa a) Untuk zona gempa 4;
b) Untuk zona gempa 6 ... 64
3.3 Rata-rata dimensi bata merah ... 66
3.4 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut... 67
3.5 Hubungan momen-rotasi pada ujung-ujung elemen ... 77
3.6 Kurva kapasitas dari analisis pushover ... 78
4.1 Pemodelan struktur sebagai kantilever ... 79
4.2 Kurva kapasitas open frame pada zona 4 ... 88
4.3 Kurva kapasitas open frame pada zona 6 ... 90
4.4 Kurva kapasitas fully infilled wall frame pada zona 4 ... 92
4.5 Kurva kapasitas fully infilled wall frame pada zona 6 ... 95
4.6 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 16% pada zona 4 ... 97
4.7 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 16% pada zona 6 ... 100
4.8 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 40% pada zona 4 ... 102
4.9 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 40% pada zona 6 ... 105
4.10 Kurva kapasitas open first-story frame pada zona 4 ... 107
4.11 Kurva kapasitas open first-story frame pada zona 6 ... 110
4.12 Perbandingan kurva kapasitas pada zona gempa 4 ... 114
DAFTAR NOTASI
a = Lebar efektif strut
α = Prosentase panjang bidang kontak dari tinggi atau lebar panel,
sub-skrip c = kolom dan b = balok.
β0 = Nominal atau batas atas (upper-bound)
C = Gaya normal pada bidang kontak
C1 = Nilai faktor respons gempa
Δ = Simpangan, perpindahan
E = Modulus elastisitas
c = Regangan pada tegangan maksimum
F = Gaya geser, subskrip c = kolom dan b = balok
fc = Tegangan tekan efektif dari dinding pengisi
f’c = Kuat tekan beton
Fi = Distribusi beban gempa statik ekivalen
fim = Kuat tekan prisma dinding pengisi
h = Tinggi as ke as panel, lebar struktur
h’ = Tinggi bersih panel
I = Faktor keutamaan, Inersia
K = Kekakuan
l = Lebar as ke as panel, lebar struktur
l’ = Lebar bersih panel
1 = Koefisien yang digunakan untuk menentukan lebar efektif strut
Mn = Momen Nominal
My = Momen leleh
= Koefisien gesek panel-portal, daktilitas strukur
θ = Sudut yang dibentuk antara tinggi dan panjang dinding pengisi θp = Rotasi pasca leleh (rotasi plastis)
θpc = Rotasi pasca kondisi plastis θy = Rotasi leleh
R = Faktor reduksi gempa, koefisien modifikasi respon, gaya
diagonal tekan
rinf = Panjang diagonal dinding pengisi
Sa = Spektral percepatan
Sd = Spektral perpindahan
T = Waktu getar bangunan, periode
tinf = Tebal dinding pengisi
V = Gaya geser dasar nominal statik ekivalen
Wt = Berat total gedung termasuk beban hidup yang sesuai
wi = Lebar ekivalen dinding pengisi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan gaya aksial tekan ultimate Saneinejad dan Hobbs (1995)
dengan portal isi universitas colorado (Mehrabi et al, 1996)
DAFTAR SINGKATAN
ADRS = Acceleration Displacement Responce Spectra
CC = Corner Crushing
CP = Collapse Prevention
CSM = Capasity Spectrum Method
DC = Diagonal Compression
IO = Immediate Occupancy
LS = Life safety
MDOF = Multi Degree of Freedom System
ABSTRAK
Pada umumnya dinding pengisi hanya diperhitungkan sebagai beban yang disalurkan ke struktur sehingga mengakibatkan pengaruh kekuatan dan kekakuan dinding pengisi tidak diperhitungkan dalam perencanaan suatu bangunan. Biasanya dalam perencanaan, bangunan diasumsikan sebagai struktur open frame dengan dinding bata non struktural hanya sebagai beban gravitasi yang bekerja pada balok. Hal ini bertentangan dengan kenyataan karena sebenarnya dinding pengisi ini dapat merubah perilaku dari struktur. Tesis ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekakuan, kekuatan dan penempatan (konfigurasi) dinding bata terhadap struktur. Struktur bangunan dimodelkan sebagai portal 2 dimensi dan terdiri dari 5 model yaitu struktur open frame, struktur fully-infilled wall frame, struktur fully-infilled wall frame dengan bukaan 16%, struktur fully-infilled wall frame dengan bukaan 40%, dan struktur open first-story frame. Hasil analisis menunjukkan bahwa kontribusi dinding pengisi yang terbuat dari dinding bata sangat mempengaruhi kekakuan lateral struktur. Adanya dinding pengisi yang kaku di sebuah level tingkat dan pada level tingkat lain tidak ada dapat menyebabkan efek tingkat lemah (soft story). Hasil studi juga menunjukkan bahwa faktor bukaan juga sangat mempengaruhi kekuatan dinding pengisi. Dinding dengan bukaan 40% ternyata tidak begitu mempengaruhi kinerja dari struktur utama. Pemasangan dinding pengisi bata ternyata dapat meningkatkan kapasitas dari struktur itu sendiri. Hal ini ditunjukkan oleh model struktur dengan menggunakan dinding pengisi memiliki kapasitas yang lebih besar dengan peningkatan sebesar 12,833% pada zona gempa 4 dan 28,931% pada zona gempa 6. Untuk model struktur dengan bukaan 16% terjadi peningkatan sebesar 3,015% pada zona gempa 4 dan 7,135% pada zona gempa 6. Berbanding terbalik dengan kapasitas, keberadaan dinding bata bisa mengurangi daktilitas struktur, dari studi ini diperoleh pengurangan sebesar 56,344% pada zona gempa 4 dan 71,405% pada zona gempa 6.
ABSTRACT
In general, the clay brick infill panels is only considered as a load channeled into the structure. So that it influences the strength and stiffness of the wall not considered in planning building construction. Usually, in planning building construction, the building is assumed as an open frame structure with non structural clay brick panels just as gravity loads on the beam. This is contrary to the reality because the panels can change the condition of the structure. The aim of this thesis was to find out the influence of the stiffness, strength and configuration of the clay brick panels on structure. The building structure is modeled as a two-dimensional portal and consists of 5 models: open frame structure, fully-infilled wall frame structure, fully-infilled wall frame structure with opening 16%, fully-infilled wall framestructure with opening 40%, and open first-story frame structure.The result of analysis shows that the contribution of infill panels made of clay brick has significant influence on the stiffness of lateral structure. The existence of the stiff panels at one level and the other does not, can cause the soft story effect. The result of the study also shows that openings also had significant influence on the strength of the panels. Panels with openings of 40% did not have significant influences the performance of the main structure. Installation of the clay brick infill panels can increase the capacity of the structure itself. Which indicates by the structure model by using the infill panels which has a higher capacity with an increase of 12.833% in the earthquake zone 4 and 28.931% in the earthquake zone 6. For the structure model with openings 16% it increase to almost 3.015% in the earthquake zone 4 and 7.135% in the earthquake zone 6. Inversely proportional the capacity, the existence of infill panels can reduce the structure ductility. There is also a reduction of 56.344% in the earthquake zone 4 and 7.405% in the earthquake zone 6.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebagai negara kepulauan yang terletak pada daerah pertemuan 4 (empat)
lempeng tektonik, yaitu lempeng Indo-Australia, lempeng Eurasia, lempeng Pasifik
dan lempeng Filipina (seperti yang terlihat pada Gambar 1.1 di bawah), Indonesia
dikenal sebagai wilayah pertemuan antara bagian yang disebut “Ring of Fire”
(wilayah yang rawan akan ancaman dari bahaya gempa tektonik, letusan gunung
berapi dan tsunami).
Gambar 1.1 Lempeng-lempeng tektonik utama di dunia
Gempa bumi tidak bisa ditebak kapan akan terjadi. Oleh karena itu, cara yang
efektif untuk mengurangi resiko kerusakannya adalah dengan kesiapan akan
terjadinya gempa bumi (pendekatan struktural dan melakukan sosialisasi kepada
masyarakat).
Bata merah merupakan salah satu material yang sering digunakan sebagai
dinding pengisi pada bangunan, terutama sebagai penutup luar ataupun partisi
pemisah di bagian dalam untuk kebutuhan arsitektural maupun kepentingan estetika
bangunan khususnya untuk bangunan rendah dan bertingkat sedang. Hal ini
dikarenakan bata merah memiliki sifat harga yang ekonomis, mudah didapat, dan
tahan terhadap cuaca.
Pada umumnya dinding pengisi hanya diperhitungkan sebagai beban yang
disalurkan ke struktur sehingga mengakibatkan pengaruh kekuatan dan kekakuan
dinding pengisi tidak diperhitungkan dalam perencanaan suatu bangunan. Dinding
pengisi ini akan memberikan sumbangan kekakuan yang cukup berarti pada struktur
terutama saat menahan gaya lateral seperti gempa. Biasanya dalam perencanaan,
bangunan diasumsikan sebagai struktur open frame dengan dinding bata non
struktural hanya sebagai beban gravitasi yang bekerja pada balok.
Dalam beberapa kasus gempa dapat diamati pada berbagai kasus gedung
dengan pengaruh gempa, ternyata dinding bata ikut memikul beban lateral. Keretakan
dinding bata. Selain itu, pada beberapa bangunan terjadi mekanisme keruntuhan
soft-story. Keruntuhan soft-story diakibatkan karena konfigurasi dinding pengisi yang
berbeda antara lantai satu dengan lantai-lantai di atasnya.
1.2 Permasalahan
Di Indonesia pada umumnya dinding pengisi hanya diperhitungkan sebagai
beban yang disalurkan ke struktur sehingga mengakibatkan pengaruh kekuatan dan
kekakuan dinding pengisi tidak diperhitungkan dalam perencanaan suatu bangunan.
Hal ini bertentangan dengan kenyataan karena sebenarnya dinding pengisi ini dapat
merubah perilaku dari struktur. Dari latar belakang tersebut, penelitian ini akan
membahas seberapa besar pengaruh kekakuan, kekuatan dan penempatan
(konfigurasi) dinding bata terhadap struktur.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian pada tesis ini adalah:
1. Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekakuan, kekuatan dan
penempatan (konfigurasi) dinding bata terhadap struktur.
2. Untuk membandingkan kinerja antara struktur open frame, struktur
struktur fully-infilled wall frame dengan bukaan 40%, dan struktur open
first-story frame.
1.4 Ruang Lingkup Penelitian
Adapun ruang lingkup dari penelitian ini adalah:
1. Struktur bangunan yang digunakan adalah struktur beton bertulang.
2. Menggunakan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur
Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002.
3. Menggunakan Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan
Gedung 1987.
4. Struktur bangunan dimodelkan sebagai portal 2 dimensi dan terdiri dari 5
model yaitu portal terbuka (open frame), portal dengan dinding pengisi di
keseluruhan struktur (fully-infilled wall frame), portal dengan dinding
pengisi di keseluruhan struktur dengan bukaan 16%, portal dengan dinding
pengisi di keseluruhan struktur dengan bukaan 40%, dan portal dengan
dinding pengisi di seluruh struktur kecuali lantai satu (open first-story
frame).
5. Dinding bata dengan portal terkoneksi dengan baik.
6. Bangunan berada pada wilayah gempa 4 dan 6 serta terletak di atas tanah
7. Parameter yang akan ditinjau antara lain simpangan atap, simpangan antar
lantai (story drift), kekakuan, daktilitas, dan kapasitas struktur.
8. Analisa struktur yang digunakan adalah Analisa Statik Ekivalen dan
Analisa Ragam Spektrum Respons, khusus untuk analisa perilaku non
liniernya menggunakan Analisa Beban Dorong Statik (Static Pushover
Analysis).
9. Dinding bata dimodelkan sebagai Equivalent Diagonal Strut yang
diusulkan oleh Saneinejad dan Hobbs (1995), FEMA 273, dengan
memperhatikan faktor bukaan pada dinding pengisi (seperti pintu dan
jendela) yang diusulkan oleh Asteris (2003).
1.5 Metodologi Penelitian
Penelitian yang akan dilakukan pada tesis ini akan melalui tahapan proses
sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Tahapan ini dilakukan dengan mempelajari sejumlah referensi, baik berupa
peraturan dan jurnal-jurnal yang berkaitan langsung maupun tidak langsung
dengan tema yang diusung oleh penelitian ini.
Pada tahapan ini dilakukan pemodelan struktur yang akan dikaji. Struktur
bangunan dimodelkan sebagai portal 2 dimensi dan terdiri dari 5 model
yaitu portal terbuka (open frame), portal dengan dinding pengisi di
keseluruhan struktur (fully-infilled wall frame), portal dengan dinding
pengisi di keseluruhan struktur dengan bukaan 16%, portal dengan dinding
pengisi di keseluruhan struktur dengan bukaan 40%, dan portal dengan
dinding pengisi di seluruh struktur kecuali lantai satu (open first-story
frame). Kemudian akan dilakukan preliminary design.
3. Analisis data
Pada kelima model akan dilakukan analisis statik berupa Analisa Statik
Ekivalen dan Analisa Ragam Spektrum Respons, dan untuk analisa
perilaku non liniernya menggunakan Analisa Beban Dorong Statik (Static
Pushover Analysis).
4. Hasil dan pembahasan
Pada tahapan ini akan dilakukan perbandingan performa, kinerja dan
perilaku dari kelima model.
5. Kesimpulan
Hasil dari analisis data yang telah dilakukan, kemudian ditarik beberapa
kesimpulan sesuai dengan tujuan penelitian.
Metodologi penelitian di atas dapat dirangkum ke dalam bagan alir seperti
Gambar 1.2 Bagan alir
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tesis ini adalah sebagai berikut: Mulai
Studi Literatur
Pembuatan Model Portal dengan 5 Variasi
Preliminary Design
Analisa Statik Ekivalen
Analisa Ragam Spektrum Respons
Analisa Statik Pushover Non Linier
Menganalisa dan Membandingkan Performa, Kinerja dan Perilaku Ketiga Model
Kesimpulan
BAB I Pendahuluan
Bab ini berisikan penjelasan mengenai latar belakang masalah, tujuan penulisan,
ruang lingkup, metodologi, dan sistematika penulisan thesis.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini berisi penjelasan tentang konsep perencanaan struktur tahan gempa, dinding
bata, Equivalent Diagonal Strut, daktilitas, analisa statik ekivalen, analisa ragam
spektrum respons, dan analisa beban dorong statik.
BAB III Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang pemodelan struktur, prosedur analisa dan variabel analisa
yang akan digunakan.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Bab ini berisikan tentang hasil analisis yang diperoleh yang disajikan dalam bentuk
gambar, grafik, dan tabel beserta pembahasannya.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan penjelasan mengenai kesimpulan yang dapat diambil dari hasil
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa
Dalam perencanaan struktur bangunan tahan gempa, diperlukan standar dan
peraturan perencanaan bangunan untuk menjamin keselamatan penghuni terhadap
gempa besar yang mungkin terjadi serta menghindari dan meminimalisasi kerusakan
struktur bangunan dan korban jiwa terhadap gempa bumi yang sering terjadi
(Budiono dan Supriatna, 2011).
Oleh karena itu, struktur bangunan tahan gempa harus memiliki kekuatan,
kekakuan, dan stabilitas yang cukup untuk mencegah terjadinya keruntuhan
bangunan. Filosofi dan konsep dasar perencanaan bangunan tahan gempa adalah
(Budiono dan Supriatna, 2011):
1. Pada saat terjadi gempa ringan, struktur bangunan dan fungsi bangunan
harus dapat tetap berjalan (servicable) sehingga struktur harus kuat dan
tidak ada kerusakan baik pada elemen struktural dan elemen nonstruktural
bangunan.
2. Pada saat terjadi gempa moderat atau medium, struktur diperbolehkan
mengalami kerusakan pada elemen nonstruktural, tetapi tidak
3. Pada saat terjadi gempa besar, diperbolehkan terjadi kerusakan pada
elemen struktural dan nonstruktural, namun tidak boleh sampai
menyebabkan bangunan runtuh sehingga tidak ada korban jiwa atau dapat
meminimalkan jumlah korban jiwa.
Pelaksanaan konsep desain kapasitas struktur adalah memperkirakan urutan
kejadian dari kegagalan suatu struktur berdasarkan beban maksimum yang dialami
struktur. Sehingga kita merencanakan bangunan dengan elemen-elemen struktur tidak
dibuat sama kuat terhadap gaya yang direncanakan, 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
gempa maksimum bekerja (Wibisono dan Lie, 2008).
Dalam hal ini kita merancang supaya sendi-sendi plastis 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. 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”
ini dapat dituliskan sebagai berikut:
2.2 Dinding Pengisi
Dinding pengisi yang digunakan dalam penelitian ini adalah dinding batu bata
merah, karena sangat banyak digunakan hampir di seluruh bangunan-bangunan pada
wilayah negara Indonesia. Hal ini dikarenakan bata merah memiliki sifat harga yang
ekonomis, mudah didapat, dan tahan terhadap cuaca.
Bata merah (clay brick) adalah bahan bangunan yang digunakan untuk
pembuatan konstruksi bangunan, dibuat dari tanah liat dengan atau tanpa campuran
bahan-bahan lainnya yang dibentuk persegi panjang, dibakar pada suhu yang tinggi
hingga tidak dapat hancur lagi bila direndam dalam air.
Dinding pengisi bata biasa digunakan pada struktur bangunan beton bertulang
ataupun struktur bangunan baja. Dinding dapat menutupi tembok bangunan secara
keseluruhan dan ada juga yang memiliki bukaan untuk pintu dan jendela. Namun
dalam perencanaan struktur bangunan, dinding pengisi hanya diperlakukan sebagai
sekat atau partisi tanpa fungsi struktural. Padahal apabila terjadi gempa dinding
pengisi dapat mempengaruhi kekakuan dan kekuatan struktur yang efeknya kadang
tidak menguntungkan pada struktur tersebut sehingga dapat menimbulkan kerusakan
(Dewobroto, 2005).
Gambar 2.1 menunjukkan salah satu efek yang tidak menguntungkan pada
struktur akibat perilaku dinding bata, yaitu terjadinya keruntuhan soft-storey akibat
penggunaan dinding pengisi yang sangat minim pada bagian dasar bangunan. Ketika
terjadi gempa akan menimbulkan pergerakan lateral pada tanah sehingga lantai di atas
yang lebih berat merespon gaya lateral yang lebih besar. Karena kolom di bawah
yang lebih lemah, maka terjadi keruntuhan pada kolom bawah (soft-storey
mechanism). Dan telah kita ketahui bersama bahwa tujuan utama sebuah kolom
adalah memikul gaya aksial desak dan juga menopang balok, lantai dan seluruh beban
di lantai sehingga kolom seharusnya tidak boleh runtuh sebelum balok.
Bangunan dengan perilaku soft storey tidak memenuhi kaidah “kolom kuat
balok lemah” (strong column weak beam). Struktur gedung harus memenuhi
persyaratan “kolom kuat balok lemah” ini agar ketika struktur memikul pengaruh
gaya gempa, sendi-sendi plastis di dalam struktur tersebut hanya boleh terjadi pada
ujung-ujung balok dan pada kaki kolom saja.
Dinding pengisi ini bersifat getas, selain itu juga dapat hancur jauh lebih awal,
berat struktur jadi bertambah dan base shear desain menjadi bertambah. Dalam
analisa tidak linear elemen dinding pengisi ini dimodelkan melalui sebuah elemen
garis yang disebut dengan elemen tekan (strut atau compressional member). Elemen
ini memiliki sifat kekuatan dan simpangan yang getas (brittle).
Perilaku portal dengan dinding bata terhadap pembebanan lateral telah lama
diselidiki, misalnya oleh Holmes (1961), Smith (1966), Dawe dan Sheah (1989),
Mehrabi et al (1996), Mehrabi dan Shing (1997), Madan et al (1997) dan lain-lain.
Dari beberapa penelitian yang ada, pemodelan dinding bata sebagai bracing tekan
yang diteliti oleh Saneinejad dan Hobbs (1995) dinilai paling sederhana namun
representatif. Metode ini telah memperhitungkan perilaku elastis dan plastis portal isi
dengan mempertimbangkan adanya daktilitas yang terbatas dari material dinding
pengisi. Metode ini lebih dikenal dengan nama metode Equivalent Diagonal Strut.
Dalam tesis ini untuk penentuan perilaku dinding pengisi menggunakan metode
Equivalent Diagonal Strut yang diusulkan oleh Saneinejad dan Hobbs (1995), FEMA
273, dan formula yang diusulkan oleh Asteris (2003).
2.3 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Saneinejad-Hobbs
2.3.1 Prinsip Analisis
Portal-Isi dapat dianggap sebagai portal tidak bergoyang (braced framed),
diagonal strut). Diagonal tekan ekivalen hanya kuat terhadap gaya tekan saja.
Pengaruh beban lateral bolak-balik akibat gempa dapat diatasi dengan terbentuknya
diagonal tekan pada arah lain yang juga mengalami tekan (lihat Gambar 2.2). Apabila
properti mekanik (luas penampang, Ad dan modulus elastisitas, Ed) dari diagonal
tekan ekivalen dapat dicari maka portal-isi dapat dianalisis sebagai “portal terbuka
dengan diagonal tekan ekivalen”, tentu saja “diagonal” harus ditempatkan sedemikian
agar hanya mengalami tekan saja (compressional member).
Properti mekanik yang dicari dengan metode tersebut didasarkan pada kondisi
keruntuhan yang bersifat non-linier dan sekaligus diperoleh juga resistensi atau kuat
nominal dari diagonal tekan ekivalen. Dengan konsep perencanaan berbasis kuat
batas atau beban terfaktor, selanjutnya portal berpenopang ekivalen (equivalent
braced frame) dapat dianalisis dengan cara manual atau komputer sebagai portal
berpenopang biasa (ordinary braced frame) (Dewobroto, 2005).
Gambar 2.2 a) Portal isi; b) Penopang diagonal bolak-balik (Saneinejad dan Hobbs,
�− �� �′ ��
�′
θ θ’
2.3.2 Asumsi Dasar
Untuk mendapatkan properti mekanik dari diagonal tekan ekivalen yang
bersifat lowerbound yang konsisten dan rasional, Saneinejad dan Hobbs (1995)
berdasarkan tes percobaan dan penelitian analitis “m.e.h” mengambil asumsi berikut
sebagai dasarnya:
1. Deformasi lateral terjadi sebanding dengan besarnya beban lateral yang ada
sampai suatu batas dimana dinding pengisi secara bertahap hancur dan
kekuatannya akan drop akibat daktilitas dinding yang terbatas. Ada tiga
mode kehancuran yang teridentifikasi secara jelas pada portal-isi akibat
pembebanan lateral, yaitu:
a. Corner crushing (CC); bagian sudut hancur, minimal salah satu ujung
diagonal.
b. Diagonal compression (DC); dinding pengisi hancur pada bagian tengah
diagonal.
c. Shear (S); keruntuhan geser arah horizontal pada nat sambungan
dinding.
Timbulnya retak diagonal sejajar arah gaya bukan indikasi kehancuran
tetapi hanya digunakan sebagai sebagai persyaratan batas untuk kondisi
2. Panjang blok tegangan desak yang diusulkan tidak lebih dari 0,4 tinggi
panel pengisi:
0,4 ′ 0,4 ′ (2.2)
dimana α adalah prosentase panjang bidang kontak dari tinggi atau lebar
panel, sub-skrip c = kolom dan b = balok. Notasi h atau l untuk jarak
as-ke-as portal; sedangkan h’ dan l’adalah jarak bersih panel, lihat Gambar 2.2.
3. Interaksi panel / dinding pengisi dengan portal ditunjukkan dengan
besarnya gaya geser yang diperoleh dari rumus berikut:
= 2 = 2.3
dimana = koefisien gesek panel-portal; C = gaya normal pada bidang
kontak; F = gaya geser (lihat Gambar 2.3); subskrip c = kolom dan b =
balok; r = h/l < 1,0
4. Terjadinya sendi plastis pada bagian sudut yang dibebani umumnya terjadi
pada beban puncak (peak load) dan dapat dituliskan sebagai berikut:
= = 2.4
dimana MA dan MC = bending momen pada sudut yang dibebani (titik A
dan C pada Gambar 2.3); Mpj = tahanan momen plastis paling kecil dari
Gambar 2.3 Keseimbangan gaya pada portal isi (Saneinejad dan Hobbs, 1995)
5. Karena dinding pengisi mempunyai daktilitas yang terbatas, maka
deformasi portal pada beban puncak juga terbatas kecuali pada bagian
sudut yang dibebani, dengan demikian portal masih dalam kondisi elastis.
= = < 2.5
Saneinejad dan Hobb, (1995) menetapkan:
Blok tegangan usulan
Diagram momen Blok tegangan sebenarnya
0 = 0,2 0 = 0,2 2.7
dimana β0 = nominal atau batas atas (upper-bound), nilai dari faktor
reduksi β.
2.3.3 Penurunan Rumus
2.3.3.1 Kondisi Keseimbangan
Gambar 2.3 memperlihatkan keseimbangan gaya balok atas dan kolom kiri
dari portal-isi dengan beban diagonal sampai beban puncak (peak). Dalam analisanya,
dianggap bagian tepi dinding berada pada garis netral portal, sehingga h’≅ h dan l’≅
l. Gaya interaksi dianggap terdistribusi merata sepanjang panjang bidang kontak
ekivalen yang diusulkan, yaitu αch dan αbl . Panjang bidang kontak aktual harus
diatur agar sesuai dengan blok tegangan persegi yang diusulkan. Keseimbangan gaya
pada portal-isi menjadi:
= tan� 2.8
= + + 2 2.8
= + + 2 2.8
2− 2 − 2− 2− 2 + 2 = 0 2.9
dimana
= � ; = � 2.10 ,
=� ; =� 2.11 ,
dimana H dan V adalah komponen horizontal dan vertikal dari gaya luar; S dan N
adalah gaya geser dan gaya aksial berturut-turut sepanjang bidang kontak dari kolom;
dan adalah tegangan kontak normal dan geser merata yang diusulkan dari dinding
pengisi; dan θ adalah sudut diagonal tekan.
2.3.3.2 Gaya-Gaya Portal
Jika statis momen gaya-gaya yang beraksi pada kolom dan balok diambil
terhadap titik A (lihat Gambar 2.3) dan diselesaikan untuk geser dan gaya aksial
kolom akan menghasilkan:
= −0,5 � 2 + + 2.12
=−0,5 � 2 + + 2.12
Catatan, S dan N juga mewakili gaya aksial dan geser diluar bidang kontak
Pengaruh Mj terhadap beban runtuh umumnya kecil yaitu kurang dari 2% sehingga
dapat diabaikan.
2.3.3.3 Beban Runtuh
Jika gaya kontak Cc & Fb dan juga gaya geser kolom S dari Pers.(2.10a),
(2.11b) dan (2.12a) disubstitusikan Pers.(2.8b) maka dihasilkan beban runtuh
(collapse load) sebagai berikut:
= � 1− +� + 2 + 2.13
2.3.3.4 Tegangan Kontak Nominal
Pada beban puncak, dinding pengisi yang mengalami kerusakan (failure)
akibat kombinasi tegangan normal dan geser beraksi pada bidang kontak dibagian
sudut yang dibebani. Kriteria leleh terkenal Tresca Hexagonal yang dijelaskan Chen
(1982) secara matematik mencukupi untuk menunjukkan kombinasi tegangan
tersebut, sebagai berikut:
�2+ 3�2 = 2 2.14
Dimana fc adalah tegangan tekan efektif dari dinding pengisi, bilamana tegangan
tersebut dapat dianggap sebagai blok tegangan persegi seperti terlihat pada Gambar
2.3, maka Pers.(2.3) dapat juga ditulis dalam terminologi tegangan kontak sebagai
� = 2� � = � 2.15
Dengan mengkombinasikan Pers.(2.14) dan (2.15) dapat diperoleh nilai batas
atas (upperbound) nominal dari tegangan normal kontak sebagai berikut:
�0 =
1 + 3 2 4 ; � 0 = 1 + 3 2 2.16
2.3.3.5 Panjang Bidang Kontak Portal - Dinding Isi
Solusi eksak matematik untuk menghitung panjang bidang kontak portal –
dinding isi relatif kompleks dan perlu trial-error, sehingga perlu cara pendekatan
tetapi relatif teliti. Pada Gambar 2.3, tanda slope dari diagram momen pada kolom
terletak pada lokasi yang relatif berdekatan dengan daerah pemisahan portal dengan
dinding-isi yang diusulkan yaitu titik E. Dengan demikian, gaya geser pada titik E
relatif kecil dan dapat diabaikan. Statis momen dari gaya-gaya yang bekerja pada
kolom sepanjang E-A adalah:
+ −0,5 2� = 0 2.17
Hubungan yang sama juga dapat dituliskan untuk komponen balok yaitu:
Substitusikan Mc dan Mb dari Pers.(2.6) ke Pers.(2.17), sehingga panjang
bidang kontak dapat diperoleh sebagai berikut:
= 2 + 2
� 0,4 ′ 2.18
= 2 + 2
� 0,4 ′ 2.18
Jika salah satu, apakah βc atau βb akan mendekati nilai batas atas, β0 = 0.2,
pada saat bidang kontak yang dimaksud mengembangkan tegangan normal nominal
yang berkaitan, sehingga panjang bidang kontak dapat dianggap bernilai sembarang.
Substitusikan nilai nominal dan dikombinasikan dengan Pers.(2.2) akan
menghasilkan:
= 2 + 2 0
�0
0,4 ′ 2.19
= 2 + 2 0
� 0
0,4 ′ 2.19
2.3.3.6 Tegangan Kontak
Kerusakan (failure) dinding pengisi pada sudut yang dibebani tidak perlu
hanya menjadi batas atas nominal tegangan kontak. Masukkan Pers.(2.10) dan (2.11)
ke Pers.(2.9) akan memberikan:
� 1− − = 2� 1− − 2.20
Hubungan diatas hanya akan terpenuhi pada bidang kontak yang sebenarnya,
dihasilkan dari tegangan kontak nominal pada Pers.(2.16) sebagai berikut:
> � =� 0 � = �0 2.21
< � =�0 � = � 0 2.21
dimana
= 2�0 1− − = 2� 0 1− − 2.22 ,
2.3.3.7 Beban Runtuh Ultimate
Ketika lendutan portal bertambah setelah melampui beban puncak, dinding
pengisi akan kehilangan kekuatannya karena sifatnya alaminya getas (brittle).
Meskipun demikian, Mj akan meningkat sampai tahanan momen plastis pada
sambungan Mpj. Karena pada Pers.(2.13) sumbangan tahanan dari dinding pengisi
=4 2.23
Nilai ini menunjukkan kekuatan portal tanpa dinding pengisi.
2.3.3.8 Beban Lateral Penyebab Retak pada Dinding Pengisi
Beban lateral penyebab retak pada dinding dapat didekati dengan:
= 2 2 ′ 2� 2.24
Selanjutnya kontribusi portal dipertimbangkan dengan menganggap bahwa
prosentasi yang diterima portal pada waktu meninjau retak nilainya sama dengan
prosentasi yang diterima portal pada waktu beban runtuh total sehingga dapat ditulis:
=
+ + 1,0 2.24
2.3.3.9 Perpindahan Lateral
Membandingkan dengan diagram beban-lendutan yang dihasilkan dalam
analisa NLFE maka Saneinejad dan Hoob (1995) mencari hubungan empiris untuk
memprediksi perpindahan lateral pada beban puncak dan menghasilkan:
2.3.3.10 Kekakuan (Stiffness)
Kekakuan sekan dari portal-isi pada saat beban puncak didefinisikan sebagai:
=
∆ 2.26
Diagram beban-lendutan portal-isi adalah berbentuk parabolik, sedangkan
kekakuan awal (initial) dari portal-isi didekati sebagai dua kali nilai kekakuan secant
dan hal tersebut sudah dibuktikan dengan NLFE (Saneinejad dan Hoob, 1995).
0 = 2∆ 2.26
Perpindahan lateral portal-isi dipengaruhi oleh adanya celah atau gap antara
panel dan portal, sedangkan nilai-nilai diatas dianggap tidak ada celah (rapat),
kalaupun ada dianggap cukup kecil sehingga relatif diabaikan.
2.3.4 Perencanaan Umum
2.3.4.1 Metode Dasar
Portal-isi tunggal yang dibebani secara diagonal sampai tahap puncak ternyata
tidak mengalami mekanisme keruntuhan plastis, tetapi hanya mengalami lentur yang
besarnya tidak terlalu signifikan yaitu pada sudut yang tidak dibebani. Selanjutnya
disimpulkan bahwa perilaku portal-isi dengan panel tunggal sama dengan perilaku
portal-isi dengan banyak panel seperti yang terdapat pada gedung bertingkat.
Konklusi yang dapat diambil bahwa apabila properti mekanik dinding pengisi
diperoleh maka selanjutnya dapat dimodelkan sebagai batang diagonal tekan
pengganti dan dianalisis seperti struktur rangka umumnya.
2.3.4.2 Diagonal Tekan Ekivalen
Dikaitkan dengan struktur portal bertingkat dengan dinding pengisi, Mj dapat
dihilangkan dari Pers.(2.13), sehingga daya dukung horizontal dari portal isi adalah
= � 1− +� + 2 2.27
Term ke-1 dan ke-2 adalah tahanan dinding pengisi, lalu term ke-3 adalah
tahanan portal yang dibebani sampai kondisi batas. Dengan demikian bagian dinding
pengisi dapat digantikan dengan tahanan diagonal penopang ekivalen sebagai berikut:
= cos�+ 2 2.28
dimana R tergantung dari tiga macam keruntuhan yang terjadi dan dipilih yang paling
kecil (menentukan).
Mode keruntuhan sudut atau ujung diagonal (CC = corner crushing) maka
tahanan diagonal dapat dihitung dari:
= = 1− � + �
cos� 2.29 b. Keruntuhan Tekan Diagonal (DC = Diagonal Compression)
Dinding pengisi yang langsing dapat mengalami keruntuhan tekan diagonal
ditengah panel. Kehancuran tersebut akibat ketidak-stabilan dinding
pengisi akibat timbulnya diagonal tekan yang besarnya dapat dihitung dari:
= =0,5
′
cos� 2.30
Kuat tekan aktual dinding masonri tergantung dari arah tegangan tetapi
pendekatan dengan kuat prisma fm’dari ACI 530-88 dapat digunakan
sehingga
= 1−
40 2
, = 0,6 ∅ ′ ; ∅= 0,65 2.31
Panjang efektif pita diagonal tergantung dari panjang bidang kontak dan
geometri panel pengisi dan secara konservatif dapat diambil sebagai
berikut:
= 1− 2 ′2 + ′2 2.32
Dinding pengisi dari masonri dapat mengalami retak horizontal sepanjang
panel akibat gaya geser yang berlebihan. Gaya geser horizontal total yang
menyebabkan keruntuhan (S) dapat dihitung sebagai berikut:
=
′
1−0,45 tan�< 0,83
′ 2.33
Gaya diagonal tekan yang berkesuaian dengan gaya horizontal tersebut
adalah
= =
′
1−0,45 tan�′ tan� <
0,83 ′
cos� 2.34
tan�′ = 1−
′
′ 2.35
Properti Luas Penampang Diagonal Tekan Ekivalen
Diagonal gaya dengan tegangan tekan merata ekivalen, fc, dapat
diproporsikan dengan menggabung Pers. (2.29), (2.30), (2.32) dan (2.34)
lalu dibagi dengan fc untuk mendapatkan luas penampang batang tekan
ekivalen sebagai berikut:
=
1− � + �
cos� 0,5
′
cos�
′
1−0,45 tan�′ 0,83 ′
2.3.4.3 Kekakuan Diagonal Tekan Ekivalen
Modulus elastisitas sekan dari diagonal tekan ekivalen pada kondisi beban
puncak dihitung sebagai berikut:
=
� = ∆ 2.37
dimana ∆d= ∆hcos θ dan d = panjang diagonal panel.
Dengan mengganti ∆y dan d maka rumus diatas dapat ditulis dalam bentuk
lendutan horizontal puncak sebagai berikut:
=
∆ 2� 2.38
Modulus elastisitas (initial) yang digunakan pada analisis dapat diambil dua
kali nilai modulus secant sebagai berikut:
0 = 2
∆ 2� 2.39
2.4 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) berdasarkan FEMA 273
Lebar efektif diagonal compression strut yang digunakan untuk menganalisis
kekuatan dan kekakuan dinding pengisi bata berdasarkan model FEMA 273 dihitung
= 0,175 1 −0,4 2.40
1 =
sin 2� 4
1 4
2.41
dimana:
hcol = tinggi kolom di antara as-balok
hinf = tinggi dinding pengisi
Efe = modulus elastisitas material portal
Eme = modulus elastisitas material dinding pengisi
Icol = inersia penampang kolom
Linf = panjang dinding pengisi
rinf = panjang diagonal dinding pengisi
tinf = tebal dinding pengisi
θ = sudut yang dibentuk antara tinggi dan panjang dinding pengisi
1 = koefisien yang digunakan untuk menentukan lebar efektif strut
2.5 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Berdasarkan Asteris (2003)
Asteris (2003) mengajukan sebuah formula dalam penentuan lebar efektif
diagonal compression strut dengan menambahkan sebuah faktor koreksi ke model
FEMA 273 yang merupakan faktor reduksi kekakuan akibat adanya bukaan pada
dinding pengisi (pintu, jendela, dan lain-lain) sesuai persamaan:
= 2.42
dimana
= faktor reduksi kekakuan dengan menggunakan Gambar 2.6 dan Gambar
2.7
a = lebar efektif strut sesuai dengan FEMA 273, sesuai Pers. (2.40) dan (2.41)
Gambar 2.4 menunjukkan faktor reduksi kekakuan dinding pengisi untuk
case B, Gambar 2.5 menunjukkan faktor reduksi kekakuan dinding pengisi dengan
posisi bukaan yang berbeda, sedangkan untuk posisi bukaan dengan persentase yang
Gambar 2.4 Faktor reduksi kekakuan dinding pengisi yang berhubungan dengan
persentase bukaan (case B) (lihat Gambar 2.7) (Asteris, 2003)
Gambar 2.5 Faktor reduksi kekakuan dinding pengisi yang berhubungan dengan
persentase bukaan dengan posisi bukaan yang berbeda (lihat Gambar
Fakt
or
reduks
i ke
kaku
an
Fakt
or
reduks
i ke
kaku
an
Persentase bukaan (%)
Gambar 2.6 Posisi bukaan (case A, B, dan C) dan persentase bukaan (Asteris, 2003)
2.6 Portal-Isi Hasil Riset Eksperimen Mehrabi et al (1996)
Portal-isi yang akan dianalisis adalah konfigurasi yang digunakan pada
dibandingkan dengan analisis portal-isi diagonal tekan ekivalen yang diajukan
Saneinejad-Hobbs (1995). Portal-isi memakai struktur beton bertulang. Penelitian
tersebut juga menguji portal terbuka tanpa dinding pengisi. Konfigurasi portal-isi
ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Pelat beton pengikat pada sampel uji diatas diikat dengan baut baja khusus
pada lantai kaku laboratorium sehingga kolom dapat dianggap terjepit penuh. Untuk
mensimulasi adanya beban gravitasi dari lantai diatasnya (bangunan sebenarnya)
maka pada kedua kolom sampel uji diberikan beban vertikal konstan Pv sebesar 294
kN. Sedangkan beban lateral Ph diberikan secara bertahap monotonik sampai terjadi
runtuh (Dewobroto, 2005).
Pv
Pv
Ph
Dinding pengisiUntuk dinding pengisi digunakan masonri dari blok beton padat ukuran 194 x
92 x 92 mm yang dilekatkan dengan mortar. Masonri diuji secara individu maupun
dalam bentuk terpasang (bentuk prisma masonri tiga lapis). Parameter-parameternya
sebagai berikut:
1. Parameter individu masonri dan mortar:
a. Kuat tekan unit bata 15,57 Mpa
b. Kuat tekan rata-rata mortar 15,98 Mpa
2. Parameter dinding pengisi:
a. Kuat tekan prisma dinding pengisi (fm’) 15,09 Mpa
b. Modulus secant dinding pengisi 9515 Mpa
c. Kuat Lekat/ bond pasangan bata 0,39 MPa
d. Regangan pada tegangan maksimum, c = 0,0029
Dari hasil uji eksperimen portal-isi dan portal-terbuka yang dilakukan oleh
Mehrabi et al (1996) kemudian akan dibandingkan hasilnya dengan analisis portal-isi
diagonal tekan ekivalen yang diajukan Saneinejad-Hobbs (1995). Perbandingan hasil
tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1. Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa metode
portal terbuka dan portal isi dan hasilnya dalam batas-batas yang mencukupi (lower
bound).
Tabel 2.1 Hasil eksperimen Mehrabi et al (1996) dan analisis portal-isi diagonal tekan
ekivalen Saneinejad-Hobbs (1995)
Sampel
Secant Stiffnes (kN/mm)
Hasil pengujian maks Beban
(kN)
Selisih (%)
Lendutan (mm)
Selisih (%)
Portal terbuka 4,21 106,31 - 65,28 -
hasil eksperimen
Portal isi hasil 129,65 277,68 161 3,3 95
eksperimen
Analisis Diagonal 40,327 211,729 99 10,5 84
Tekan Ekivalen
2.7 Daktilitas Struktur Bangunan (μ)
Daktilitas adalah kemampuan suatu struktur gedung untuk mengalami
simpangan pasca-elastik yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat beban
gempa di atas beban gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama, sambil
mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur gedung
tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan.
Perilaku ini sangatlah penting, sebab selama proses pelelehan, elemen struktur
Terkait dengan desain rancangan untuk suatu struktur bangunan, akan menjadi
tidak ekonomis apabila desain struktur bangunan tersebut direncanakan memiliki
respon elastis terhadap gempa kuat. Hal ini dikarenakan gempa kuat tersebut jarang
sekali terjadi. Oleh sebab itu, agar ekonomis, struktur bangunan yang direncanakan
diharapkan berespon inelastis dengan tingkat daktilitas tertentu (Wibisono dan Lie,
2008).
Struktur dengan tingkat daktilitas 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 sebab energi kinetik akibat gerakan tanah dasar yang 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 (Yuliari dan Suhelda, 2008).
Pada struktur rencana, daktilitas struktur tersebut digambarkan dengan faktor
modifikasi respon yang turut mewakili faktor kuat lebih (overstrenght factor) serta
kapasitas komponen struktur secara keseluruhan dalam kondisi daktail. Faktor
modifikasi respon ini dilambangkan dengan simbol μ. Batasan-batasan terkait dengan
kriteria perencanaan desain daktilitas bangunan dengan menggunakan faktor
1. Kekakuan dan kekuatan struktur ketika direncanakan untuk memenuhi
kondisi di atas pun perlu direncanakan agar dapat memberikan kemampuan
yang cukup kepada struktur bangunan untuk melakukan deformasi yang
bersifat elastoplastik tanpa runtuh, bila mengalami gempa rencana
maksimum.
2. Untuk memperoleh daktilitas yang tinggi pada struktur gedung tinggi yang
direncanakan, harus diupayakan agar sendi-sendi plastis yang terbentuk
akibat beban gempa maksimum hanya terjadi 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 terpenuhi
apabila kapasitas (momen leleh) kolom lebih tinggi dibandingkan dengan
kapasitas (momen leleh) balok yang bertemu pada kolom tersebut.
3. Perlu dilakukan pembatasan terkait besarnya perpindahan (displacement)
yang terjadi. Hal ini tidak lain untuk menjaga integritas bangunan serta
untuk menghindari jatuhnya korban jiwa pada saat gempa rencana
maksimum terjadi.
Pada Tabel 2.2 di bawah ini disajikan nilai R untuk berbagai nilai μ yang
bersangkutan. Nilai faktor daktilitas struktur gedung μ dalam perencanaan struktur
dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan tetapi tidak boleh melampaui nilai faktor
daktilitas maksimum μm yang dapat dikerahkan oleh masing-masing subsistem
Tabel 2.2 Parameter daktilitas struktur gedung berdasarkan SNI 03-1726-2002
Taraf kinerja struktur gedung
μ R
Elastis penuh 1,0 1,6
Daktail parsial 1,5
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0
Daktail penuh 5,3 8,5
2.8 Gempa Nominal Statik Ekivalen
Apabila kategori gedung memiliki Faktor Keutamaan I dan strukturnya untuk
suatu arah sumbu utama denah struktur dan sekaligus arah pembebanan gempa
rencana memiliki faktor reduksi gempa R menurut Tabel 2.2 dan waktu getar alami
fundamental T1, dihitung menurut Pers. (2.43) berikut:
= 1 2.43
dimana:
C1 = nilai faktor respons gempa yang didapat dari spektrum respons gempa rencana
menurut Gambar 2.8 untuk waktu getar alami fundamental T1.
Beban geser dasar nominal V menurut pasal 6.1.2 harus dibagikan sepanjang
tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekivalen Fi yang
menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut Pers. (2.44) berikut:
= =1
2.44
Persamaan diatas berlaku jika,
3 2.45
dimana:
Wi = berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai.
zi = ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral, dimana struktur
atas dapat dianggap terjepit lateral pada taraf lantai dasar, selanjutnya struktur
bawah dapat dianggap struktur tersendiri yang berada di dalam tanah.
n = nomor lantai tingkat paling atas.
H = tinggi bangunan.
B = lebar bangunan.
Dan jika,