SKRIPSI
STUDI PENGARUH PENEMPATAN DINDING GESER TERHADAP KINERJA STRUKTUR GEDUNG BETON
BERTULANG SISTEM GANDA DENGAN KETIDAKBERATURAN SISTEM NONPARALEL
TAUFAN RAHMAN SANTOSO NPM: 6101801041
PEMBIMBING: Lidya Fransisca Tjong, Ir., M.T.
KO-PEMBIMBING: Liyanto Eddy, Ph.D.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
(Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 11370/SK/BAN-PT/AK-ISK/S/X/2021)
BANDUNG JANUARI
2022
SKRIPSI
STUDI PENGARUH PENEMPATAN DINDING GESER TERHADAP KINERJA STRUKTUR GEDUNG BETON
BERTULANG SISTEM GANDA DENGAN KETIDAKBERATURAN SISTEM NONPARALEL
NAMA: TAUFAN RAHMAN SANTOSO NPM: 6101801041
PEMBIMBING: Lidya Fransisca Tjong, Ir., M.T.
KO-
PEMBIMBING: Liyanto Eddy, Ph.D.
PENGUJI 1: Dr. Johannes Adhijoso Tjondro
PENGUJI 2: Helmy Hermawan Tjahjanto, Ph.D.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
(Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 11370/SK/BAN-PT/AK-ISK/S/X/2021)
BANDUNG JANUARI
2022
i
STUDI PENGARUH PENEMPATAN DINDING GESER TERHADAP KINERJA STRUKTUR GEDUNG BETON
BERTULANG SISTEM GANDA DENGAN KETIDAKBERATURAN SISTEM NONPARALEL
Taufan Rahman Santoso NPM: 6101801041
Pembimbing: Lidya Fransisca Tjong, Ir., M.T.
Ko-Pembimbing: Liyanto Eddy, Ph.D.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
(Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT Nomor: 11370/SK/BAN-PT/AK-ISK/S/X/2021)
BANDUNG 2022
ABSTRAK
Dinding geser (shear wall) merupakan salah satu jenis elemen vertikal penahan gaya lateral yang umum digunakan pada struktur gedung tingkat tinggi. Dinding geser berguna untuk menahan gaya geser dan menambah kekakuan struktur sehingga dapat mengurangi deformasi akibat beban gempa.
Agar dapat berfungsi secara efektif, penempatan dinding geser haruslah tepat dan strategis. Dinding geser biasanya dipasang saling tegak lurus pada kedua arah bangunan. Namun dalam beberapa kasus, kondisi tersebut tidak dapat dipenuhi karena terbatas oleh kepentingan arsitektur di mana dinding geser terpaksa dimiringkan mengikuti bentuk denah yang tidak simetris yang menyebabkan terjadinya ketidakberaturan sistem nonparalel. Dari permasalahan tersebut, studi ini bertujuan untuk menganalisis perilaku dinamik struktur dengan ketidakberaturan sistem nonparalel serta menentukan lokasi penempatan dinding geser yang paling efektif berdasarkan kinerjanya. Model yang dianalisis merupakan struktur gedung beton bertulang sistem ganda 15 lantai yang berlokasi di Kota Bandung. Denah yang digunakan berbentuk jajar genjang dengan satu sisi sejajar sumbu X dan sisi lain dimiringkan 15° dari sumbu Y. Terdapat tiga model struktur yang dibedakan berdasarkan letak dinding gesernya, yaitu dinding geser pada posisi berdekatan dengan pusat massa (Model 1), menengah (Model 2), dan perimeter (Model 3). Rasio D/C elemen struktur antar model diusahakan bernilai sama atau setara. Berdasarkan hasil analisis respons spektrum, diperoleh bahwa Model 1 memerlukan ketebalan dinding geser yang paling besar yaitu 1200 mm, sedangkan Model 2 sebesar 700 mm, dan Model 3 sebesar 1000 mm. Ketebalan dinding geser berpengaruh pada kekakuan struktur menyebabkan urutan kekakuan tingkat terbesar dimulai dari Model 1, Model 3, dan Model 2. Berdasarkan hasil pemeriksaan simpangan antar tingkat, diperoleh bahwa Model 2 memiliki simpangan antar tingkat terbesar, diikuti oleh Model 3, dan Model 1. Simpangan antar tingkat arah Y bernilai lebih besar dibandingkan arah X dengan perbedaan rata-rata sebesar 0,20 mm pada Model 1, 0,25 mm pada Model 2, dan 0,25 mm pada Model 3. Sedangkan menurut analisis riwayat waktu nonlinier, Model 1 merupakan model yang memiliki jumlah kemunculan sendi plastis paling sedikit di antara ketiga model dan memiliki tingkat kinerja paling minimum berupa IO (Immediate Occupancy). Walaupun respons dinamik Model 1 paling baik di antara ketiga model, penempatan dinding geser Model 3 tetap yang paling efektif karena tidak terpengaruh oleh ketebalan dinding geser dan memiliki performa paling baik dalam menahan rotasi pada struktur. Hal ini dapat diterima selama Model 3 masih memenuhi persyaratan sistem ganda dan simpangan antar tingkat izin.
Kata kunci: penempatan dinding geser, ketidakberaturan sistem nonparalel, perilaku dinamik struktur, analisis riwayat waktu nonlinier, tingkat kinerja
ii
STUDY OF THE EFFECT OF SHEAR WALL PLACEMENT ON THE PERFORMANCE OF DUAL SYSTEM REINFORCED
CONCRETE BUILDING STRUCTURE WITH NON- PARALLEL SYSTEM IRREGULARITY
Taufan Rahman Santoso NPM: 6101801041
Advisor: Lidya Fransisca Tjong, Ir., M.T.
Co-Advisor: Liyanto Eddy, Ph.D.
PARAHYANGAN CATHOLIC UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING
DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING
(Accreditated by SK BAN-PT Nomor: 11370/SK/BAN-PT/AK-ISK/S/X/2021)
BANDUNG 2022
ABSTRACT
Shear wall is a type of lateral resisting vertical element which is commonly used in high-rise building structures. Shear walls are useful for resisting shear forces and increasing structure stiffness so as to reduce the deformation due to earthquake loads. To function effectively, the placement of the shear walls must be precise and strategic. Shear walls are usually installed perpendicular to each other in both directions of the building. However, in some cases, this condition cannot be fulfilled because there is an architectural limitation where the shear walls have to be tilted to follow the asymmetrical plan of the building which causes non-parallel system irregularity. From that problem, this study aims to analyze the dynamic behavior of the structures with non-parallel system irregularity and determine the most effective shear wall placement based on the structural performance. The model is a 15-story dual system reinforced concrete building located in the city of Bandung. The architectural plan is in the form of a parallelogram with one side parallel to the X-axis and the other side is tilted 15° from the Y-axis. There are three structural models that are distinguished by the location of the shear walls, that is in the position close to the center of mass (Model 1), intermediate (Model 2) and perimeter (Model 3) of the building. The D/C ratio of the structural element between models is attempted to be equal or equivalent. Based on the response spectrum analysis results, it is found that Model 1 requires the largest shear wall thickness of 1200 mm, while Model 2 is 700 mm and Model 3 is 1000 mm. The shear wall thickness affects the stiffness of the structure causing the highest order of story stiffness starting from Model 1, Model 3 and Model 2. Based on the inter- story drift investigation, it is found that Model 2 has the largest inter-story drift, followed by Model 3 and Model 1. The inter-story drift in the Y direction is greater than the X direction with an average difference of 0.20 mm in Model 1, 0.25 mm in Model 2 and 0.25 mm in Model 3. Meanwhile, according to the nonlinear time history analysis, Model 1 has the least number of plastic hinge occurences among the three models and has the minimum performance level in IO (Immediate Occupancy). Although the dynamic responses of Model 1 is the best among the three models, the placement of shear walls in Model 3 is still the most effective because it is not affected by the shear wall thickness and has the best performance in resisting rotation in the structure. This is acceptable as long as Model 3 still meets the dual system requirement and inter-story drift limit.
Keywords: shear wall placement, non-parallel system irregularity, dynamic behavior, nonlinier time history analysis, performance level
x
fc’ : Mutu beton
fy : Mutu baja tulangan
g : Percepatan gravitasi
H : Tinggi kolom
Hn : Tinggi bersih kolom
h : Tinggi balok
hsx : Tinggi struktur
hu : Tinggi tingkat
hw : Tinggi dinding geser
I : Momen inersia
IO : Immediate Occupancy
Ie : Faktor keutamaan
K : Kekakuan tingkat
KDS : Kategori Desain Seismik
LL : Beban hidup
LS : Life Safety
Lbe : Panjang horizontal elemen batas khusus dinding geser
Ln : Bentang bersih balok
Lr : Beban hidup atap
L0 : Panjang sendi plastis lw : Panjang dinding geser
MCER : Maximum Considered Earthquake Risk
Mt : Momen torsi bawaan
Mta : Momen torsi tak terduga
Mn : Momen nominal
Mpr : Momen plastis
Mu : Momen ultimit
m : Massa
NEHRP : National Earthquake Hazards Reduction Program n : Jumlah tulangan longitudinal
ns : Jumlah tingkat
nkaki : Jumlah kaki sengkang
xi Pu : Gaya aksial ultimit
R : Koefisien modifikasi respons SCWB : Strong Column-Weak Beam SDL : Beban mati tambahan
SDS : Parameter percepatan spektral desain untuk periode pendek SD1 : Parameter percepatan spektral desain untuk periode 1 detik SMS : Parameter spektrum respons percepatan pada periode pendek SM1 : Parameter spektrum respons percepatan pada periode 1 detik SNI : Standar Nasional Indonesia
SRPMK : Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus
SW : Shear wall
Sa : Spektrum respons percepatan desain
Ss : Percepatan gempa MCER terpetakan untuk periode pendek S1 : Percepatan gempa MCER terpetakan untuk periode 1 detik s : Spasi tulangan transversal
T : Periode fundamental getaran struktur TL : Transisi periode panjang
Ta : Periode bangunan pendekatan
Ts, T0 : Parameter periode untuk respons desain seismik
Tu : Momen torsi ultimit
tw : Ketebalan dinding geser
V : Gaya geser tingkat
Vc : Kekuatan geser nominal yang disediakan beton
Ve : Gaya geser desain
Veb : Gaya geser desain berdasarkan kapasitas balok Vec : Gaya geser desain berdasarkan kapasitas kolom Vg : Gaya geser akibat kombinasi beban 1,2D+L
Vn : Kekuatan geser nominal
Vs : Kekuatan geser nominal yang diberikan oleh penulangan geser
Vu : Gaya geser ultimit
XCM, YCM : Pusat massa arah X, arah Y XCR, YCR : Pusat kekakuan arah X, arah Y
xii
β1 : Faktor yang menghubungkan tinggi tekan dan tinggi sumbu netral
Δ : Simpangan antar tingkat
Δa : Simpangan antar tingkat izin δ : Perpindahan lateral tingkat
γc : Berat jenis beton
γs : Berat jenis baja
λ : Faktor beton berat normal
Ωv : Overstrength factor
Ω0 : Faktor kuat lebih sistem
ωv : Dynamic shear amplification factor ϕ : Faktor reduksi kekuatan lentur ϕs : Faktor reduksi kekuatan geser
ρ : Rasio tulangan
ρs : Rasio tulangan spiral ρt : Rasio tulangan transversal
θ : Sudut gempa yang bekerja pada struktur
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Tampak 3D Model 1 ... 1-5 Gambar 1.2 Denah Lantai Tipikal Model 1 ... 1-5 Gambar 1.3 Potongan As 3 Model 1 ... 1-6 Gambar 1.4 Tampak 3D Model 2 ... 1-6 Gambar 1.5 Denah Lantai Tipikal Model 2 ... 1-7 Gambar 1.6 Potongan As 2 Model 2 ... 1-7 Gambar 1.7 Tampak 3D Model 3 ... 1-8 Gambar 1.8 Denah Lantai Tipikal Model 3 ... 1-8 Gambar 1.9 Potongan As 1 Model 3 ... 1-9 Gambar 1.10 Diagram Alir Penelitian ... 1-10
Gambar 2.1 Ketidakstabilan pada susunan kolom-dan-balok ... 2-2 Gambar 2.2 Tiga metode untuk menjamin kestabilan struktur sederhana: bracing diagonal, dinding geser, dan titik hubung kaku ... 2-2 Gambar 2.3 Mekanisme tarik dan tekan di kedua ujung dinding geser ... 2-4 Gambar 2.4 Tipe dinding geser berdasarkan letak dan fungsinya ... 2-5 Gambar 2.5 Tipe dinding geser berdasarkan geometrinya ... 2-5 Gambar 2.6 Tipe dinding geser berdasarkan bentuk penampangnya ... 2-6 Gambar 2.7 Mekanisme sistem ganda ... 2-7 Gambar 2.8 Parameter gerak tanah, 𝑆𝑠, gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko-tertarget (MCER) wilayah Indonesia untuk spektrum respons 0,2-detik (redaman kritis 5%) ... 2-11 Gambar 2.9 Parameter gerak tanah, 𝑆1, gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko-tertarget (MCER) wilayah Indonesia untuk spektrum respons 1-detik
(redaman kritis 5%) ... 2-11 Gambar 2.10 Parameter gerak tanah, 𝑆1, gempa maksimum yang
dipertimbangkan risiko-tertarget (MCER) wilayah Indonesia untuk spektrum respons 1-detik (redaman kritis 5%) ... 2-11 Gambar 2.11 Spektrum respons desain ... 2-14
xiv
Gambar 2.12 Peta transisi periode panjang, TL, wilayah Indonesia ... 2-14 Gambar 2.13 Diagram fleksibel... 2-20 Gambar 2.14 Diagram fleksibel... 2-20 Gambar 2.15 Ketidakberaturan horizontal ... 2-24 Gambar 2.16 Ketidakberaturan vertikal ... 2-28 Gambar 2.17 Ketidakberaturan vertikal ... 2-28 Gambar 2.18 Faktor pembesaran torsi, 𝐴𝑥 ... 2-35 Gambar 2.19 Penentuan simpangan antar tingkat ... 2-36 Gambar 2.20 Kurva tegangan-regangan ... 2-43 Gambar 2.21 Tahapan keruntuhan sendi plastis ... 2-44
Gambar 3.1 Grafik respons spektra Kota Bandung untuk tanah lunak (SE) ... 3-4 Gambar 3.2 Sudut utama bangunan ... 3-5
Gambar 4.1 Rasio D/C maksimum kolom lantai 1 – 5 dan 6 – 15 pada Model 1 (As 2) ... 4-45 Gambar 4.2 Rasio D/C maksimum kolom lantai 1 – 5 pada Model 2 (As 3)...
... 4-45 Gambar 4.3 Rasio D/C maksimum kolom lantai 6 – 15 pada Model 2 (As 2).
... ...4-46 Gambar 4.4 Rasio D/C maksimum kolom lantai 1 – 5 dan 6 – 15 pada Model 3 (As 3) ... 4-46 Gambar 4.5 Pemeriksaan SCWB pada Model 1 (As 1) ... 4-47 Gambar 4.6 Pemeriksaan SCWB pada Model 2 (As 1) ... 4-48 Gambar 4.7 Pemeriksaan SCWB pada Model 3 (As 1) ... 4-48 Gambar 4.8 Perbandingan kekakuan tingkat arah X dan Y pada Model 1, 2, dan 3 ... 4-52 Gambar 4.9 Perbandingan besar perpindahan lateral tingkat arah X dan Y pada Model 1, 2, dan 3 ... 4-53 Gambar 4.10 Perbandingan simpangan antar tingkat arah X dan Y pada Model 1, 2, dan 3 ... 4-55
xv
Gambar 4.11 Metode lateral force-deformation untuk mengestimasi kekakuan tingkat ... 4-56 Gambar 4.12 Perbandingan kekakuan tingkat arah X dan Y pada Model 1, 2, dan 3 dalam kondisi setara dimensi ... 4-62 Gambar 4.13 Perbandingan simpangan antar tingkat arah X dan Y pada Model 1, 2, dan 3 dalam kondisi setara dimensi ... 4-64
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kategori risiko bangunan gedung dan nongedung untuk beban gempa ... ...2-8 Tabel 2.2 Faktor keutamaan gempa... 2-8 Tabel 2.3 Klasifikasi situs ... 2-9 Tabel 2.4 Koefisien situs, 𝐹𝑎 ... 2-12 Tabel 2.5 Koefisien situs, 𝐹𝑣 ... 2-12 Tabel 2.6 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada periode pendek ... 2-16 Tabel 2.7 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada periode 1 detik ... 2-16 Tabel 2.8 Faktor 𝑅, 𝐶𝑑, dan 𝛺0 untuk sistem pemikul gaya seismik ... 2-17 Tabel 2.9 Ketidakberaturan horizontal pada struktur ... 2-21 Tabel 2.10 Ketidakberaturan vertikal pada struktur ... 2-25 Tabel 2.11 Prosedur analisis yang diizinkan ... 2-30 Tabel 2.12 Koefisien untuk batas atas pada periode yang dihitung ... 2-32 Tabel 2.13 Nilai parameter periode pendekatan 𝐶𝑡 dan 𝑥 ... 2-33 Tabel 2.14 Simpangan antar tingkat izin, ∆𝑎 ... 2-36 Tabel 2.15 Performance level berdasarkan roof drift ratio ... 2-45
Tabel 3.1 Data parameter gempa Kota Bandung... 3-4 Tabel 3.2 Dimensi dan tulangan balok Model 1, 2, dan 3 ... 3-7 Tabel 3.3 Dimensi dan tulangan kolom Model 1 ... 3-7 Tabel 3.4 Dimensi dan tulangan kolom Model 2 ... 3-8 Tabel 3.5 Dimensi dan tulangan kolom Model 3 ... 3-8 Tabel 3.6 Dimensi dan tulangan dinding geser Model 1 ... 3-9 Tabel 3.7 Dimensi dan tulangan dinding geser Model 2 ... 3-10 Tabel 3.8 Dimensi dan tulangan dinding geser Model 3 ... 3-10
xvii
Tabel 4.1 Gerak dominan struktur Model 1 ... 4-1 Tabel 4.2 Gerak dominan struktur Model 2 ... 4-1 Tabel 4.3 Gerak dominan struktur Model 3 ... 4-1 Tabel 4.4 Rasio partisipasi massa ragam Model 1 ... 4-3 Tabel 4.5 Rasio partisipasi massa ragam Model 2 ... 4-3 Tabel 4.6 Rasio partisipasi massa ragam Model 3 ... 4-4 Tabel 4.7 Pemeriksaan ketidakberaturan horizontal tipe 1a dan 1b arah X pada Model 1 ... 4-5 Tabel 4.8 Pemeriksaan ketidakberaturan horizontal tipe 1a dan 1b arah Y pada Model 1 ... 4-5 Tabel 4.9 Pemeriksaan ketidakberaturan horizontal tipe 1a dan 1b arah X pada Model 2 ... 4-6 Tabel 4.10 Pemeriksaan ketidakberaturan horizontal tipe 1a dan 1b arah Y pada Model 2 ... 4-7 Tabel 4.11 Pemeriksaan ketidakberaturan horizontal tipe 1a dan 1b arah X pada Model 3 ... 4-7 Tabel 4.12 Pemeriksaan ketidakberaturan horizontal tipe 1a dan 1b arah Y pada Model 3 ... 4-8 Tabel 4.13 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1a arah X pada Model 1 ... ...4-10 Tabel 4.14 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1a arah Y pada Model 1 ... ...4-11 Tabel 4.15 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1a arah X pada Model 2 ... ...4-11 Tabel 4.16 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1a arah Y pada Model 2 ... ...4-12 Tabel 4.17 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1a arah X pada Model 3 ... ...4-13 Tabel 4.18 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1a arah Y pada Model 3 ... ...4-13 Tabel 4.19 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1b arah X pada Model 1 ... ...4-14
xviii
Tabel 4.20 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1b arah Y pada Model 1 ... ...4-15 Tabel 4.21 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1b arah X pada Model 2 ... ..4-16 Tabel 4.22 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1b arah Y pada Model 2 ... ..4-16 Tabel 4.23 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1b arah X pada Model 3 ... ..4-17 Tabel 4.24 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 1b arah Y pada Model 3 ... ..4-18 Tabel 4.25 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 2 pada Model 1 ... 4-19 Tabel 4.26 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 2 pada Model 2 ... 4-19 Tabel 4.27 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 2 pada Model 3 ... 4-20 Tabel 4.28 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 5a dan 5b arah X pada Model 1 ... 4-22 Tabel 4.29 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 5a dan 5b arah Y pada Model 1 ... 4-22 Tabel 4.30 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 5a dan 5b arah X pada Model 2 ... 4-23 Tabel 4.31 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 5a dan 5b arah Y pada Model 2 ... 4-24 Tabel 4.32 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 5a dan 5b arah X pada Model 3 ... 4-24 Tabel 4.33 Pemeriksaan ketidakberaturan vertikal tipe 5a dan 5b arah Y pada Model 3 ... 4-25 Tabel 4.34 Pemeriksaan syarat sistem ganda arah X pada Model 1 ... 4-26 Tabel 4.35 Pemeriksaan syarat sistem ganda arah Y pada Model 1 ... 4-27 Tabel 4.36 Pemeriksaan syarat sistem ganda arah X pada Model 2 ... 4-28 Tabel 4.37 Pemeriksaan syarat sistem ganda arah Y pada Model 2 ... 4-28 Tabel 4.38 Pemeriksaan syarat sistem ganda arah X pada Model 3 ... 4-29 Tabel 4.39 Pemeriksaan syarat sistem ganda arah Y pada Model 3 ... 4-30
xix
Tabel 4.40 Bukti terpenuhinya syarat sistem ganda apabila gaya geser kolom lantai 5 diterapkan pada kolom lantai 1 – 5 ... 4-31 Tabel 4.41 Pemeriksaan pengaruh torsi bawaan pada Model 1 ... 4-32 Tabel 4.42 Pemeriksaan pengaruh torsi bawaan pada Model 2 ... 4-32 Tabel 4.43 Pemeriksaan pengaruh torsi bawaan pada Model 3 ... 4-33 Tabel 4.44 Pemeriksaan simpangan antar tingkat arah X pada Model 1 ... 4-35 Tabel 4.45 Pemeriksaan simpangan antar tingkat arah Y pada Model 1 ... 4-36 Tabel 4.46 Pemeriksaan simpangan antar tingkat arah X pada Model 2 ... 4-36 Tabel 4.47 Pemeriksaan simpangan antar tingkat arah Y pada Model 2 ... 4-37 Tabel 4.48 Pemeriksaan simpangan antar tingkat arah X pada Model 3 ... 4-38 Tabel 4.49 Pemeriksaan simpangan antar tingkat arah Y pada Model 3 ... 4-38 Tabel 4.50 Pemeriksaan pengaruh P-Delta arah X pada Model 1 ... 4-40 Tabel 4.51 Pemeriksaan pengaruh P-Delta arah Y pada Model 1 ... 4-40 Tabel 4.52 Pemeriksaan pengaruh P-Delta arah X pada Model 2 ... 4-41 Tabel 4.53 Pemeriksaan pengaruh P-Delta arah Y pada Model 2 ... 4-42 Tabel 4.54 Pemeriksaan pengaruh P-Delta arah X pada Model 3 ... 4-42 Tabel 4.55 Pemeriksaan pengaruh P-Delta arah Y pada Model 3 ... 4-43 Tabel 4.56 Rasio D/C maksimum antar model ... 4-44 Tabel 4.57 Perbandingan gaya geser yang diterima dan ketebalan dinding geser yang digunakan pada Model 1, 2, dan 3 ... 4-50 Tabel 4.58 Perbedaan simpangan antar tingkat arah X dan Y pada Model 1 dan 2 ... 4-54 Tabel 4.59 Perbedaan simpangan antar tingkat arah X dan Y pada Model 3 ... 4-54 Tabel 4.60 Jumlah sendi plastis yang terbentuk akibat gempa El Centro ... 4-57 Tabel 4.61 Jumlah sendi plastis yang terbentuk akibat gempa Northridge ... 4-57 Tabel 4.62 Jumlah sendi plastis yang terbentuk akibat gempa Chi-Chi ... 4-58 Tabel 4.63 Tingkat kinerja struktur ... 4-59 Tabel 4.64 Kekakuan tingkat arah X dan Y pada Model 1 dan 2 dalam kondisi setara dimensi ... 4-61 Tabel 4.65 Kekakuan tingkat arah X dan Y pada Model 3 dalam kondisi setara dimensi ... 4-61
xx
Tabel 4.66 Simpangan antar tingkat arah X dan Y pada Model 1, 2, dan 3 dalam kondisi setara dimensi ... 4-63 Tabel 4.67 Gerak dominan struktur Model 1 dalam kondisi setara dimensi ... 4-65 Tabel 4.68 Gerak dominan struktur Model 2 dalam kondisi setara dimensi ... 4-65 Tabel 4.69 Gerak dominan struktur Model 3 dalam kondisi setara dimensi ... 4-65
1-1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebagai salah satu negara yang terus berkembang, jumlah penduduk di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. Pertambahan jumlah penduduk berdampak pada semakin tingginya kebutuhan lahan untuk kepentingan tempat tinggal dan perekonomian. Pada kenyataannya, jumlah ketersediaan lahan, khususnya di daerah perkotaan, semakin lama semakin menyusut. Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan membangun gedung bertingkat demi memperluas ruang aktivitas masyarakat.
Dalam perencanaan gedung bertingkat di Indonesia, perlu adanya perhatian khusus terhadap kondisi geologi Indonesia. Sebagai jalur pertemuan tiga lempeng tektonik, yaitu Lempeng Indo-Australia, Eurasia, dan Pasifik, menyebabkan Indonesia rawan gempa bumi. Pada struktur gedung bertingkat, beban gempa akan bekerja sebagai gaya lateral yang dapat menyebabkan gedung mengalami simpangan (drift). Apabila simpangan yang terjadi melebihi syarat kapasitas ketahanan gedung, maka gedung tersebut dapat mengalami keruntuhan. Oleh sebab itu, parameter gempa menjadi salah satu aspek yang perlu diperhitungkan dalam perencanaan gedung bertingkat.
Struktur gedung tingkat tinggi, tidak akan lengkap apabila tidak didukung oleh elemen penahan gaya lateral gempa, salah satunya yaitu dinding geser (shear wall). Dinding geser merupakan dinding beton atau pelat baja yang dipasang vertikal secara menerus dari tingkat bawah hingga tingkat atas pada sisi tertentu gedung yang berguna untuk menahan gaya geser dan mengurangi simpangan pada gedung akibat gempa. Agar dapat berfungsi secara optimal dalam menyerap gaya geser, penempatan dinding geser harus tepat dan strategis.
Selain lokasi penempatan, arah pemasangan dinding geser juga perlu diperhatikan. Biasanya, dinding geser akan lebih efektif apabila dipasang saling tegak lurus pada kedua arah bangunan agar dapat menyerap gaya lateral yang ditimbulkan oleh gempa dengan baik. Namun, dalam beberapa kasus, kondisi
1-2
tersebut tidak dapat dipenuhi karena terbatas oleh kepentingan arsitektur demi menambah nilai visual dan estetika bangunan, sehingga arah dinding geser terpaksa dimiringkan mengikuti bentuk denah. Hal ini menyebabkan terjadinya ketidakberaturan sistem nonparalel yang dapat berpengaruh terhadap kinerja dan perilaku dinamik struktur.
Menurut SNI 1726:2019, ketidakberaturan sistem nonparalel ada jika elemen vertikal penahan gaya lateral, seperti misalnya kolom dan dinding geser, letaknya tidak paralel terhadap sumbu ortogonal utama sistem pemikul gaya seismik. Biasanya ketidakberaturan ini terdapat pada gedung yang dibangun mengikuti bentuk lahan yang sisi-sisinya tidak paralel akibat dari keterbatasan lahan atau dibatasi oleh persimpangan jalan yang tidak saling tegak lurus.
Walaupun beberapa bangunan memiliki ketidakberaturan sistem nonparalel, bangunan tersebut masih dapat dibangun dengan perencanaan struktur yang tepat.
Maka dari itu, perlu dilakukan sebuah studi perbandingan kinerja struktur dengan ketidakberaturan sistem nonparalel berdasarkan perbedaan letak dinding gesernya dengan meninjau gerak dominan, nilai kekakuan tingkat, perpindahan lateral tingkat, simpangan antar tingkat, dan tingkat kinerjanya.
1.2 Inti Permasalahan
Salah satu cara alternatif untuk menambah kekakuan lateral struktur gedung adalah dengan memasang dinding geser. Namun, dalam beberapa kasus, dinding geser dipasang mengikuti bentuk denah sehingga arahnya menjadi tidak sejajar dengan sumbu utama gedung. Kondisi ini menyebabkan adanya ketidakberaturan sistem nonparalel sehingga performa dan tata letak dinding geser perlu dikaji lebih lanjut dengan membandingkan parameter respons dinamik strukturnya.
1-3
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan skripsi ini, antara lain:
1. Menganalisis perbandingan perilaku dinamik struktur pada arah sumbu X akibat orientasi dinding geser yang sejajar dengan sumbu X dan pada arah sumbu Y akibat orientasi dinding geser yang tidak sejajar (miring 15°) dari sumbu Y.
2. Menganalisis perbandingan perilaku dinamik struktur untuk tiga variasi letak dinding geser (berdekatan dengan pusat massa, menengah, dan perimeter) akibat gempa arah sumbu X dan Y.
3. Menentukan letak dinding geser yang paling efektif berdasarkan kinerja ketiga model struktur, meliputi: gerak dominan, kekakuan tingkat, perpindahan lateral tingkat, simpangan antar tingkat, dan tingkat kinerja struktur.
1.4 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah dalam skripsi ini adalah sebagai berikut.
1. Bangunan merupakan struktur gedung beton bertulang 15 lantai dengan ketinggian tipikal antar lantainya 3,5 m. Jarak antar kolom pada arah sumbu X adalah 8 m dan jarak antar kolom pada arah miring 15° dari sumbu Y (nonparalel) adalah 8 m, seperti yang terlihat pada Gambar 1.2.
2. Fungsi bangunan adalah sebagai gedung perkantoran yang terletak di Kota Bandung dengan kelas situs Tanah Lunak (SE).
3. Komponen struktur berupa balok, kolom, pelat lantai, dan dinding geser didesain menggunakan mutu beton 𝑓𝑐′ = 30 MPa dan mutu baja tulangan 𝑓𝑦= 420 MPa.
4. Sistem struktur adalah sistem ganda dinding beton bertulang khusus dengan sistem rangka bangunan berupa Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) yang mampu menahan paling sedikit 25% gaya seismik yang ditetapkan.
5. Dinding geser yang digunakan berupa dinding geser tipe kantilever (tanpa bukaan) dan berbentuk persegi panjang.
1-4
6. Terdapat 3 model yang akan dianalisis yang dibedakan berdasarkan letak dinding geser, yaitu:
- Model 1: dinding geser terletak pada posisi berdekatan dengan pusat massa struktur
- Model 2: dinding geser terletak pada posisi menengah (di antara pusat massa dan perimeter struktur)
- Model 3: dinding geser terletak pada perimeter (sisi terluar) struktur 7. Analisis dinamik yang dipakai yaitu analisis respons spektrum yang
digunakan untuk memperoleh respons struktur dalam pengecekan kekuatan desain dan analisis riwayat waktu nonlinier yang digunakan untuk memperoleh tingkat kinerja ketiga model struktur.
8. Sendi plastis dimodelkan mengikuti model ASCE 41-17.
9. Desain fondasi, tangga, dan ruang lift tidak diperhitungkan.
10. Peraturan-peraturan yang digunakan adalah:
- SNI 1726:2019
Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Nongedung
- SNI 1727:2020
Beban Minimum untuk Perancangan Gedung dan Struktur Lain - SNI 2847:2019
Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung dan Penjelasan - ACI 318-19
Building Code Requirements for Structural Concrete - FEMA 356
Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Building
1-5
Gambar 1.2Denah Lantai Tipikal Model 1
8 m
15°
Gambar 1.1Tampak 3D Model 1
1-6
Gambar 1.3 Potongan As 3 Model 1
Gambar 1.4Tampak 3D Model 2
1-7
Gambar 1.6Potongan As 2 Model 2
Gambar 1.5Denah Lantai Tipikal Model 2
1-8
Gambar 1.8Denah Lantai Tipikal Model 3
Gambar 1.7Tampak 3D Model 3
1-9
1.5 Metode Penulisan
Metode penulisan dalam skripsi ini adalah sebagai berikut.
1. Studi Literatur
Studi literatur digunakan untuk mencari referensi demi menambah pengetahuan dan memperkaya konsep untuk mendukung tahap analisis.
Referensi yang dikumpulkan bersumber dari buku, jurnal, skripsi, dan peraturan-peraturan SNI.
2. Pemodelan dan Studi Analisis
Pemodelan dilakukan menggunakan program ETABS untuk memperoleh data respons struktur untuk kemudian dianalisis.
Gambar 1.9Potongan As 1 Model 3
1-10
Analisis Riwayat Waktu Nonlinier
Analisis Riwayat Waktu Nonlinier
Analisis Riwayat Waktu Nonlinier
Tingkat Kinerja
Kesimpulan
Selesai Analisis Respons
Spektrum
Analisis Respons Spektrum
Analisis Respons Spektrum
Pembebanan Pembebanan Pembebanan
Mulai
Studi Literatur
Variasi Penempatan Dinding Geser
Model 1 Model 2 Model 3
Preliminary Design Preliminary Design Preliminary Design
Struktur Aman?? Ya
Tidak
Tingkat Kinerja Tingkat Kinerja
Struktur Aman?? Ya
Tidak
Struktur Aman?? Ya
Tidak
Gambar 1.10 Diagram Alir Penelitian
