Kajian pengaruh durasi getaran kuat strong motion duration terhadap respons struktur bangunan

(1)

KAJIAN PENGARUH DURASI GETARAN KUAT/STRONG

MOTION DURATION TERHADAP RESPONS STRUKTUR

BANGUNAN

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil

Oleh :

HENDRA SUSILO

11 0404 114

SUBJURUSAN STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

Kata Pengantar

Puji syukur penulis ucapkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberi kasih karunia dan anugrah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Kajian pengaruh durasi getaran kuat/strong motion duration terhadap respons struktur bangunan”. Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi syarat-syarat dalam menempuh Ujian Sarjana di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan dan saran dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu dalam membimbing dan memberi saran dalam penyelesaian tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembanding yang telah memberi kritik dan saran yang membangun.

3. Bapak M. Agung Putra Handana, ST., MT, selaku Dosen Pembanding yang telah memberi kritik dan saran yang membangun.

4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku Koordinator Subjurusan Struktur. 5. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik

Sipil.

6. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil. 7. Mama dan papa, The One and Only Brother Hendry Gunawan, The One

and Only Sister Henny Setiawaty. Terima kasih buat segalanya.

8. Teman-teman stambuk 2011, terutama Andre “Brother Jon” Bachtiar Sihaloho, Andrew Samuel Erionkita Purba, Nikson Andreas Samosir, Stefano Manurung. May God Bless You wherever You go friends!

(3)

Penulis menyadari Tugas Akhir ini masih banyak memiliki kekurangan, oleh karena itu penulis berharap kritik dan saran yang membangun dari pembaca. Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Terima kasih.

Medan, November 2015 Penulis,

(4)

ABSTRAK

Gempa merupakan efek dari interaksi lempeng-lempeng yang ada pada kerak bumi. Saat terjadi gempa, maka pelepasan energi yang merambat ke permukaan tanah dalam bentuk getaran terjadi secara cepat. Getaran pada permukaan tanah ini disebut ground motion. Durasi getaran kuat/strong motion duration (SMD) berbeda dengan durasi gempa. Durasi SMD dibatasi oleh suatu nilai ambang batas. Biasanya nilai puncak percepatan tanah (PGA) atau Intensitas Arias.

Umumnya terdapat empat pengertian dari strong motion duration, yaitu: (1) bracketed duration, (2) uniform duration, (3) significant duration, dan (4)

effective duration. Namun, pengertian yang paling sering digunakan dalam memahami dan menggambarkan durasi getaran kuat adalah significant duration. Significant duration merupakan rentang durasi antara 5%-95% (T5-T95) dari

kumulatif energi yang ditentukan dengan persentase Intensitas Arias. Durasi ini mencakup kumulatif energi sebesar 90%. Defenisi ini dikemukakan oleh Trifunac dan Brady (1975).

Analisis pengaruh strong motion duration menggunakan metode analisis riwayat waktu (time history analysis) dan proses perhitungan dibantu dengan

software SAP 2000. Rekaman gempa yang dipakai adalah Imperial Valley, Tabas, Kobe, Northridge, Loma Prieta, dan San Fernando. Persentase strong motion duration masing-masing rekaman gempa tersebut adalah 53,15%, 50,14%, 47,81%, 42,17%, 34,73%, dan 28,94%.

Dari hasil perhitungan, dapat disimpulkan bahwa strong motion duration

tidak berpengaruh terhadap respons struktur bangunan. Hal ini bisa dilihat dari besarnya persentase strong motion duration tidak berbanding lurus terhadap respons struktur bangunan, baik perpindahan, rasio simpangan antar lantai, percepatan lantai, momen maksimum, geser maksimum ataupun normal maksimum balok dan kolom struktur bangunan.

(5)

Daftar Isi

Kata Pengantar ... i

Abstrak ... iii

Daftar Isi ... iv

Daftar Tabel ... vii

Daftar Gambar ... xi

Daftar Notasi ... xv

BAB I Pendahuluan ... 1

1.1Latar Belakang ... 1

1.2Dasar Teori ... 2

1.3Perumusan Masalah ... 3

1.4Tujuan ... 4

1.5Manfaat ... 4

1.6Pembatasan Masalah ... 4

1.7Metodologi Penulisan ... 4

1.8Sistematika Penulisan ... 6

BAB II Studi Pustaka ... 7

2.1Pendahuluan ... 7

2.2Pengertian Strong Motion Duration ... 7

2.3Metode Analisis Beban Gempa ... 10

2.3.1Metode Analisis Statik Ekivalen ... 10

(6)

2.3.2Metode Analisis Ragam Spektrum Respons ... 22

2.3.2.1 Prosedur Analisis Ragam Spektrum Respons .... 23

2.3.3Metode Analisis Riwayat Waktu (Time History Analysis) ... 24

2.3.3.1Metode Analisis Riwayat Waktu Linier ... 24

2.3.3.2Evaluasi Respons Dinamik Dengan Metode Numerik ... 26

BAB III Metodologi Analisis ... 30

3.1 Pembuatan Respons Spektra Desain ... 30

3.2 Pengolahan Rekaman Gempa ... 40

3.2.1 Rekaman Gempa Asli ... 40

3.2.2 Pencocokan/Matching Rekaman Gempa Asli Pada Respons Spektra Desain ... 42

3.2.3 Penskalaan PGA Rekaman Gempa Pada PGA Site (PGAM) ... 45

3.2.4 Significant Duration ... 48

3.3 Permodelan Struktur ... 55

3.3.1 Data Teknis Struktur ... 55

3.3.2 Pembebanan Struktur ... 56

3.3.3 Gambar Struktur ... 57

BAB IV Analisis dan Pembahasan ... 59

(7)

4.2 Analisis Struktur ... 60

4.3 Kontrol Hasil Analisis Struktur ... 63

4.4 Respons Struktur Hasil Analisis ... 66

4.4.1 Analisis Arah Memanjang ... 66

4.4.2 Analisis Arah Melintang ... 78

4.5 Pembahasan ... 90

BAB V Kesimpulan dan Saran ... 94

5.1 Kesimpulan ... 94

5.2 Saran ... 95

Daftar Pustaka ... xviii

(8)

Daftar Tabel

Tabel 2.3.1.1-1 : Faktor R, Cd, dan Ω0 Untuk Sistem Penahan Gaya

Gempa ... 13

Tabel 2.3.1.1-2 : Faktor Keutamaan Gempa ... 17

Tabel 2.3.1.1-3 : Nilai Parameter Perioda Pendekatan Ct dan x ... 18

Tabel 2.3.1.1-4 : Koefisien Untuk Batas Atas Perioda Yang Dihitung ... 18

Tabel 2.3.1.1-5 : Simpangan Antar Lantai Izin (∆a) ... 22

Tabel 3.1-1 : Kategori Resiko Bangunan ... 30

Tabel 3.1-2 : Faktor Keutamaan Gempa ... 33

Tabel 3.1-3 : Klasifikasi site ... 34

Tabel 3.1-4 : Koefisien Periode Pendek 0,2 Detik (Fa) ... 35

Tabel 3.1-5 : Koefisien Periode Pendek 1,0 Detik (Fv)... 36

Tabel 3.1-6 : Nilai Respons Spektra Desain ... 38

Tabel 3.2.3 : Faktor Amplifikasi Untuk PGA (FPGA) ... 46

Tabel 3.2.4 : Rekapitulasi Berbagai Rekaman Gempa Berdasarkan Significant Duration ... 55

Tabel 4.3-1 : Perioda Fundamental Struktur ... 64

Tabel 4.3-2 : Rasio Partisipasi Massa ... 64

Tabel 4.3-3 : Base Shear Pada Struktur Arah Memanjang ... 65

Tabel 4.3-4 : Base Shear Pada Struktur Arah Melintang ... 65

(9)

Tabel 4.4.1-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang ... 67

Tabel 4.4.1-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Time History Berbagai Rekaman Gempa Arah

Memanjang ... 68

Tabel 4.4.1-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Memanjang ... 69

Tabel 4.4.1-5 : Percepatan Lantai Maksimum Analisis Time History Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang ... 70

Tabel 4.4.1-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang ... 71

Tabel 4.4.1-11 : Normal Maksimum Balok Analisis Time History

Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang ... 76

Tabel 4.4.1-12 : Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

(10)

Tabel 4.4.2-1 : Perpindahan Maksimum Analisis Time History

Berbagai Rekaman Gempa Arah Melintang ... 78

Tabel 4.4.2-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Tabel 4.4.2-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Melintang ... 80

Tabel 4.4.2-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Melintang ... 81

Tabel 4.4.2-5 : Percepatan Lantai Maksimum Analisis Time History Berbagai Rekaman Gempa Arah Melintang ... 82

Tabel 4.4.2-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History

Tabel 4.4.2-11 : Normal Maksimum Balok Analisis Time History

(11)

Tabel 4.4.2-12 : Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

(12)

Daftar Gambar

Gambar 1.1 : Pertemuan Lempeng Indo-Australia, Lempeng

Pasifik, dan Lempeng Eurasia di Indonesia ... 1

Gambar 1.2 : Significant duration ... 3

Gambar 2.2-1 : Bracketed duration ... 8

Gambar 2.2-2 : Uniform duration ... 8

Gambar 2.2-3 : Significant duration ... 9

Gambar 2.2-4 : Effective duration ... 10

Gambar 2.3.1.1 : Penentuan Simpangan Antar Lantai ... 21

Gambar 2.3.2.1 : Respons spektrum umum ... 24

Gambar 2.3.3.2 : Notasi Metode Time-stepping ... 27

Gambar 3.1-1 : Respons Spektra Percepatan 0,2 Detik (SS) Untuk Daerah Medan ... 33

Gambar 3.1-2 : Respons Spektra Percepatan 1,0 Detik (S1) Untuk Daerah Medan ... 33

Gambar 3.1-3 : Respons Spektra Desain ... 39

Gambar 3.2.2-1 : Respons Spektra Desain dan Respons Spektra Masing-Masing Rekaman Gempa Sebelum Matching ... 42

(13)

Gambar 3.2.3 : Percepatan Puncak (PGA) Untuk Daerah

Medan ... 46

Gambar 4.2-1 : Beban Mati Pada Struktur Potongan Arah

Memanjang ... 61

Gambar 4.2-2 : Beban Hidup Pada Struktur Potongan Arah

Memanjang ... 61

Gambar 4.2-3 : Beban Mati Pada Struktur Potongan Arah

Melintang ... 62

Gambar 4.2-4 : Beban Hidup Pada Struktur Potongan Arah

Melintang ... 63

Gambar 4.4.1-1 : Perpindahan Maksimum Analisis Time History

Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang .... 66

Gambar 4.4.1-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Gambar 4.4.1-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Memanjang ... 68

Gambar 4.4.1-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Memanjang ... 69

Gambar 4.4.1-5 : Percepatan Lantai Maksimum Analisis Time History Berbagai Rekaman Gempa Arah Memanjang .... 70

Gambar 4.4.1-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History

(14)

Gambar 4.4.1-7 : Momen Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.1-8 : Momen Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.1-9 : Geser Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.1-10: Geser Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.1-11: Normal Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.1-12: Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.2-1 : Perpindahan Maksimum Analisis Time History

Gambar 4.4.2-2 : Perpindahan Minimum Analisis Time History

Gambar 4.4.2-3 : Rasio Simpangan Antar Lantai Maksimum Analisis

Melintang ... 80

Gambar 4.4.2-4 : Rasio Simpangan Antar Lantai Minimum Analisis

Melintang ... 81

(15)

Gambar 4.4.2-6 : Percepatan Lantai Minimum Analisis Time History

Gambar 4.4.2-7 : Momen Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.2-8 : Momen Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.2-9 : Geser Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.2-10: Geser Maksimum Kolom Analisis Time History

Gambar 4.4.2-11: Normal Maksimum Balok Analisis Time History

Gambar 4.4.2-12: Normal Maksimum Kolom Analisis Time History

(16)

Daftar Notasi

IA : intensitas Arias (cm/s)

ag(t) : percepatan tanah dasar (g)

td : durasi total rekaman gempa (s)

g : gravitasi (cm/s2)

V : geser dasar seismik (kg)

Cs : koefisien respons seismik

W : berat seismik efektif

R : faktor modifikasi respons

Cd : faktor pembesaran defleksi

Ω0 : faktor kuat-lebih sistem

Ie : faktor keutamaan gempa

SDS : parameter percepatan spektrum respons desain dalam

rentang perioda pendek

SD1 : parameter percepatan spektrum respons desain pada

perioda 1,0 detik

T : perioda fundamental

Ta : perioda fundamental pendekatan

Cu : koefisien untuk batas atas pada perioda yang dihitung

Ct dan x : parameter perioda pendekatan

hn : tinggi struktur (m)

(17)

AB : luas dasar struktur, m2

Ai : luas badan dinding geser “i” (m2)

Di : panjang dinding geser “i” (m)

hi : tinggi dinding geser “i” (m)

Fx : gaya lateral struktur (kN)

Cvx : faktor distribusi vertikal

δx : defleksi pusat massa di tingkat x

δxe : defleksi pada lokasi yang disyaratkan yang ditentukan dengan

analisis elastis

∆ : simpangan antar lantai desain

∆a : simpangan antar lantai izin

SS : parameter respons spektra percepatan gempa pada perioda

pendek 0,2 detik di batuan dasar

S1 : parameter respons spektra percepatan gempa pada perioda 1

detik di batuan dasar

SMS : parameter spektrum respons percepatan pada perioda pendek

(18)

Fa : koefisien periode pendek 0,2 detik

Fv : kofisien periode pendek 1,0 detik

SPGA : nilai PGA di batuan dasar

FPGA : faktor amplifikasi untuk PGA

PGAM : nilai percepatan puncak (PGA) di permukaan tanah

berdasarkan klasifikasi site