JOSEPHINA YOLANDA M. NIM I

(1)

FAKTOR KINERJA SEISMIK PADA STRUKTUR BETON

DENGAN SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN DAN SISTEM

GANDA BERDASARKAN PROSEDUR FEMA P695

(Seismic Performance Factors in Concrete Structures with Moment Resisting Frame Systems and Dual Systems Based on FEMA P695 Procedure)

SKRIPSI

Disusun sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun Oleh :

JOSEPHINA YOLANDA M.

NIM I 0111059

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2015

(2)

(3)

(4)

It’s always seem impossible until it’s done

– Nelson Mandela-

(5)

LEMBAR PERSEMBAHAN

“In The Name of The Father, The Son, and The Holy Spirit”

Tuhan Yesus Kristus

Terima kasih atas segala berkat dan rahmat yang telah Engkau berikan karena semua ini dapat terjadi berkat cinta kasihMu kepada kami.

Papa, Yosef Tri Setyo Pribadi, dan Mama, Scholastika Indiyah Retno Cahyani

Papa dan Mama yang tak pernah kenal lelah membantu baik dalam jasmani dan rohani. Terima kasih untuk segala cinta dan kasih sayang. Kalian adalah anugerah terbesar dalam hidup ini.

Kakak, Joseph Biondi Mattovano, Adik-adik, Josephine Beata Mattovana dan Josepha Iona Mattovana

Mas dan ade-ade yang selalu sabar menghadapi mbak nya yang usil dan judes tapi juga selalu mendukung dan memberi semangat walaupun secara tidak langsung. Terima kasih ya dan tetap semangat untuk kita semua.

Prof. S.A. Kristiawan, S.T., MSc., Ph.D. dan Ir. Agus Supriyadi, M.T.

Dosen pembimbing yang selalu membantu dan membimbing dalam penyusunan skripsi. Terima kasih untuk segala ilmu yang diberikan dan waktu yang diluangkan untuk saya. Mohon maaf bila saya sudah merepotkan. Terima kasih banyak, Pak.

Ir. Djumari, M.T.

Dosen pembimbing akademik yang telah membimbing selama perkuliahan saya di Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS. Terima kasih banyak, Pak.

Dosen-dosen Teknik Sipil UNS beserta Karyawan Pengajaran

Mohon maaf jika selama kuliah di kampus UNS telah merepotkan banyak hal dan terima kasih atas ilmu pengetahuan yang diberikan.

Mutiara Puspahati Cripstyani

Partner skripsi dan teman yang selalu membantu ketika saya mengalami banyak kesulitan dalam menyusun skripsi. Terima kasih banyak Muti untuk ilmu dan dukungannya. Sukses terus untuk cita dan cinta.

(6)

Erlin Wijayanti

Partner skripsi yang awalnya bareng tapi akhirnya berjuang dengan topik masing-masing. Terima kasih untuk dukungan dan semangat bersama untuk kesuksesan kita.

Civil Engineering 2011

Teman-teman seperjuangan dari tahun 2011, terima kasih banyak untuk pelajaran hidup yang telah kalian berikan. Sukses buat kita semua.

Keluarga HMS

Keluarga yang telah mengajarkan banyak hal selama 4 tahun ini. Terima kasih untuk pengalaman dan pelajaran yang sudah dilewatkan bersama. Satu HMS! Hidup HMS UNS!

Sahabat Terbaikku, Janice, Nadia, Disa, Dyah, Bingky, dan Amri

Sahabat yang terpisah untuk mengejar cita-cita masing-masing dan selalu bikin kangen akan cerita, tawa, dan semuanya. You’re the bestfriend I’ve ever had and thank you for all your support.

BOBOHOLIC

Indri, Satya, Sitcha, Linda, Muti, Intan, Elfa, Meli, Tika. Orang-orang yang telah membuat saya tetap bertahan dengan kehidupan perkuliahan selama ini. Terima kasih untuk canda tawa, cerita, gosip, dan pengalaman yang sudah dilewatkan bersama. Sukses buat kita semua

AJENGERS

Para penghuni wisma ajeng (bukan kos ayam lagi), Febri, Irla, Avista, Dita, Satya, Sitcha, Visa, dan Erlin. Kalian yang selalu membuat kegaduhan dengan suara merdu dan membuat kenyamanan untuk tinggal di kota Solo. Terima kasih banyak ya sis.

Para Lelaki Manis Manja

Azmi, Demar, Ryan, Galih, Mawid, Chawib, Amoy, Hadio, Bagus, Heri, Irson, Pras, Reza. Terima kasih untuk gelak tawa dan tingkah laku luar biasa yang selalu membuat keramaian dan menghibur selama di Solo.

(7)

ABSTRAK

Josephina Yolanda M., 2015. Faktor Kinerja Seismik pada Struktur Beton dengan

Sistem Rangka Pemikul Momen dan Sistem Ganda Berdasarkan Prosedur FEMA P695. Skripsi. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Proses perancangan struktur bangunan berbeban gempa diperlukan standar dan peraturan perancangan bangunan untuk menjamin keselamatan penghuni terhadap gempa besar yang mungkin terjadi, serta menghindari dan meminimalisir kerusakan struktur bangunan dan korban jiwa akibat gempa bumi. Salah satu yang kurang diperhatikan dalam perancangan bangunan adalah faktor kinerja seismik (SPFs) yang meliputi koefisien modifikasi respon (faktor R), faktor kekuatan lebih (0), dan faktor

amplifikasi defleksi (Cd). Oleh sebab itu, standar metodologi struktural dibutuhkan

untuk menentukan faktor kinerja seismik tersebut dan telah ditentukan dalam

Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P695).

Penelitian ini bertujuan untuk mencari nilai faktor kinerja seismik (R, 0, dan Cd) pada

struktur beton dengan sistem rangka pemikul momen dan sistem ganda dengan rangka pemikul momen dengan variabel ketinggian gedung. Sistem struktur digunakan dalam penelitian karena struktur tersebut struktur yang paling sering digunakan dalam bangunan-bangunan di Indonesia. Proses mencari nilai faktor kinerja seismik (R, 0,

dan Cd) berdasarkan prosedur yang telah ditetapkan dalam FEMA P695 dengan

menganalisis kurva spektra kapasitas yang didapat dari analisis statik nonliniar

pushover dengan program SAP2000.

Kesimpulan dari penelitian ini menunjukan bahwa penambahan tinggi struktur mempengaruhi nilai R, 0, dan Cd pada sistem rangka pemikul momen dan distem

ganda dengan rangka pemikul momen. Nilai R dan Cd pada sistem rangka pemikul

momen berkurang sejalan dengan penambahan tinggi struktur tetapi nilai 0 bertambah

sejalan dengan penambahan tinggi struktur. Pada sistem ganda dengan rangka pemikul momen, nilai R, 0, dan Cd berkurang seiring dengan penambahan tinggi struktur.

Kata kunci : faktor kinerja seismik, koefisien modifikasi respon, faktor kekuatan lebih, faktor amplifikasi defleksi, FEMA P695

(8)

ABSTRACT

Josephina Yolanda M., 2015. Seismic Performance Factors in Concrete Structures

with Moment Resisting Frame Systems and Dual Systems Based on FEMA P695 Procedure. Thesis. Civil Engineering Departement of Engineering Faculty of Sebelas Maret University.

In the process of designing the structure of a building with a seismic load design, standards and regulations are necessary to ensure the safety of building occupants due to the massive earthquake that might occur and also to avoid and minimize structural damage to the buildings and the loss of life caused by the earthquake. One of the less noted in the design of the building is seismic performance factors (SPFs) which

includes response modification coefficient (R), the system over-strength factor (0),

and the deflection amplification factor (Cd). Therefore, a standard methodology for

determining the required structural performance of seismic performance factors has been specified in the Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P695)

This research aims to find the value of seismic performance factors (R, 0, and Cd) on

concrete structures with moment resisting frame systems and dual systems with moment resisting frame systems with variable height of the building. These structural systems are used in the study because they are the structures which most often used on building in Indonesia. The process of determining the value of seismic performance factors (R,

0, and Cd) based on FEMA P695 procedure by analyzing the capacity spectral

obtained from the nonlinear static pushover analysis with SAP2000 program.

The conclusions of this research showed that the addition of the height of structures

affects the value of R, 0, and Cd on moment resisting frame systems and dual systems

with moment resisting frame systems.The value of R and Cd on moment resisting frame

systems reduced in line with the addition of the height of structures but the value of 0

increased in line with the addition of the height of structures. On dual systems with

moment resisting frame systems, the value of R, 0, and Cd are reduced along with the

addition of the height of structures.

Key words: seismic performance factors, response modification coefficient, system over-strength factor, deflection amplification factor, FEMA P695

(9)

PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah melimpahkan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul Faktor Kinerja Seismik Pada Struktur Beton Dengan Sistem Rangka Pemikul Momen dan Sistem Ganda Berdasarkan Prosedur FEMA P695. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan akademik untuk menyelesaikan Program Sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Pada saat penyusunan skripsi, penulis telah mendapatkan bantuan dari berbagai pihak, diantaranya kepada:

1. Prof. S.A. Kristiawan, S.T., MSc., Ph.D., selaku Dosen Pembimbing I 2. Ir. Agus Supriyadi, MT, selaku Dosen Pembimbing II

3. Dosen Penguji Pendadaran dan Validasi

4. Mutiara Puspahati Cripstyani dan Erlin Wijayanti selaku partner skripsi 6. Semua pihak yang ikut berpartisipasi dalam penyusunan skripsi ini.

Penyusun menyadari keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca umumnya.

Surakarta, Agustus 2015

(10)

commit to user

DAFTAR ISI

JUDUL i

HALAMAN PERSETUJUAN ii

HALAMAN PENGESAHAN iii

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN iv

ABSTRAK vii

PENGANTAR ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR GAMBAR xiv

DAFTAR LAMPIRAN xviii DAFTAR NOTASI xix BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 4 1.3. Batasan Masalah 4 1.4. Tujuan Penelitian 5 1.5. Manfaat Penelitian 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka 6

2.2. Landasan Teori 9

2.2.1. Analisis Statis Nonlinier (Pushover) 9 2.2.2. Sistem Rangka Pemikul Momen 11 2.2.2.1. Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) 11 2.2.2.2. Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM) 12 2.2.2.3. Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa (SRPMB) 12 2.2.3. Sistem Ganda dengan Rangka Pemikul Momen 12

(11)

2.2.5.1. Sendi Plastis 20 2.2.6. Faktor Kinerja Seismik 22 BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1. Model Struktur yang Ditinjau 27

3.2. Tahapan Penelitian 29

3.2.1. Studi Literatur 29

3.2.2. Pemodelan Tiga Dimensi pada Program SAP2000 30 3.2.3. Perhitungan Pembebanan 31 3.2.4. Analisis Respon Spektrum 32 3.2.5. Perhitungan Beban Gempa 32 3.2.6. Penentuan Sendi Plastis 32 3.2.7. Pembebanan Pushover 33

3.3. Analisis Data 33

3.3.1. Analisis Output Pushover 33 3.3.2. Perhitungan Faktor Kinerja Seismik (R, Ω, dan Cd) 34

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1. Pembebanan dan Pemodelan Struktur 36 4.1.1. Perhitungan Beban Mati dan Beban Hidup 37 4.1.1.1. Perhitungan Beban Mati 37 4.1.1.2. Perhitungan Beban Hidup 38 4.1.2. Pembebanan Gempa 38 4.1.3. Pemodelan Tiga Dimensi 46 4.2. Analisis Pushover Struktur 50 4.2.1. Hasil Analisis Pushover 50

4.2.1.1. Kurva Kapasitas 54

4.3. Analisis dan Pembahasan Faktor Kinerja Seismik 62 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 78

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Nilai Parameter Perioda Pendekatan Ct dan x 14

Tabel 2.2. Koefisien Untuk Batas Atas Pada Perioda yang Dihitung 15 Tabel 2.3. Faktor Keutamaan Gempa 16 Tabel 2.4. Simpangan Antar Lantai Ijin (∆a) 19

Tabel 4.1. Berat Sendiri Struktur Tiap Lantai 37 Tabel 4.2. Beban Mati Tambahan Struktur 38 Tabel 4.3. Nilai T, I, SD1 dan SDS struktur yang ditinjau 39

Tabel 4.4. Distribus Vertikal Gaya Gempa Struktur M-1 (k=1,0954) 40 Tabel 4.5. Distribus Vertikal Gaya Gempa Struktur M-2 (k=1,2175) 41 Tabel 4.6. Distribus Vertikal Gaya Gempa Struktur M-3 (k=1,3362) 41 Tabel 4.7. Distribus Vertikal Gaya Gempa Arah Y Struktur M-4 (ky=1,2933) 42

Tabel 4.8. Distribus Vertikal Gaya Gempa Arah X Struktur M-4 (kx=1,1587) 42

Tabel 4.9. Distribus Vertikal Gaya Gempa Arah Y Struktur M-5 (ky=1,4493) 43

Tabel 4.11. Distribus Vertikal Gaya Gempa Arah Y Struktur M-6 (ky=1,5943) 44

Tabel 4.13. Penentuan Load Pattern dan Load Case pada Program SAP2000 49 Tabel 4.14. Tingkat Kategori Sendi Plastis pada Program SAP2000 54 Tabel 4.15. Gaya Geser Dasar (Base Shear) dan Simpangan Atap (Roof

Displacement) untuk Tiap Tipe Bangunan 58

Tabel 4.16. Perpindahan (δ), Perpindahan Elastik (δe), Simpangan Antar Tingkat

(∆), dan Simpangan Antar Tingkat Ijin (∆a) untuk Tipe Struktur M-1 59

(13)

Tabel 4.22. Koefisien Modifikasi Respon (faktor R), Nilai Kekuatan Lebih Sistem (), dan Faktor Amplifikasi Defleksi (Cd) Menurut Prosedur FEMA

P695 untuk Sistem Rangka Pemikul Momen 73 Tabel 4.23. Koefisien Modifikasi Respon (faktor R), Nilai Kekuatan Lebih Sistem

(), dan Faktor Amplifikasi Defleksi (Cd) Menurut Prosedur FEMA

(14)

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ilustrasi Pushover dan Capacity Curve 10 Gambar 2.2 Respons Struktur 20 Gambar 2.3 Posisi Sumbu Lokal Balok Struktur pada Program SAP2000 21 Gambar 2.4 Posisi Sumbu Lokal Kolom Struktur pada Program SAP2000 21 Gambar 2.5 Sendi Plastis yang Terjadi Pada Balok dan Kolom 22 Gambar 2.6 Ilustrasi Faktor Kinerja Seismik yang Didefinisikan oleh

NEHRP Recommended Provisions (FEMA, 2004) 23

Gambar 2.7 Ilustrasi Faktor Kinerja Seismik (R, Ω0, dan Cd) yang Didefinisikan

oleh Metodologi 24

Gambar 3.1. Denah Model Struktur untuk Sistem Rangka Pemikul Momen 27 Gambar 3.2. Denah Model Struktur untuk Sistem Ganda dengan Rangka

Pemikul Momen 28

Gambar 3.3. Sistem Koordinat yang Digunakan dalam Program SAP2000 30 Gambar 3.4. Diagram Alir Penelitian 35 Gambar 4.1. Respons Spektra Desain Wilayah Padang 39 Gambar 4.2. Modelisasi M-1 pada Program SAP2000 46 Gambar 4.3. Modelisasi M-2 pada Program SAP2000 47 Gambar 4.4. Modelisasi M-3 pada Program SAP2000 47 Gambar 4.5. Modelisasi M-4 pada Program SAP2000 48 Gambar 4.6. Modelisasi M-5 pada Program SAP2000 48 Gambar 4.7. Modelisasi M-6 pada Program SAP2000 49 Gambar 4.8. Sendi Plastis yang Terbentuk pada Step Pertama dan Step Terakhir

Struktur M-1 51

Gambar 4.9. Sendi Plastis yang Terbentuk pada Step Pertama dan Step Terakhir

Struktur M-2 51

(15)

Struktur M-4 52 Gambar 4.12. Sendi Plastis yang Terbentuk pada Step Pertama dan Step Terakhir

Struktur M-5 53

Struktur M-6 53

Gambar 4.14. Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover untuk Tipe Struktur M-1 55 Gambar 4.15. Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover untuk Tipe Struktur M-2 55 Gambar 4.16. Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover untuk Tipe Struktur M-3 56 Gambar 4.17. Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover untuk Tipe Struktur M-4 56 Gambar 4.18. Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover untuk Tipe Struktur M-5 57 Gambar 4.19. Kurva Kapasitas Hasil Analisis Pushover untuk Tipe Struktur M-6 57 Gambar 4.20. Percepatan MCE Spektral pada Periode Suatu Sistem (SMT) dalam

Kurva Spektra Kapasitas untuk Tipe Struktur M-1 63 Gambar 4.21. Percepatan MCE Spektral pada Periode Suatu Sistem (SMT) dalam

Kurva Spektra Kapasitas untuk Tipe Struktur M-6 65 Gambar 4.26. Koefisien Respon Seismik (Cs) dalam Kurva Spektra Kapasitas

Untuk Tipe Struktur M-1 66 Gambar 4.27. Koefisien Respon Seismik (Cs) dalam Kurva Spektra Kapasitas

(16)

Untuk Tipe Struktur M-6 68 Gambar 4.32. Kekuatan Maksimum dari yang Dihasilkan oleh Seluruh Sistem

(Smax) dalam Kurva Spektra Kapasitas untuk Tipe Struktur M-1 69

Gambar 4.33. Kekuatan Maksimum dari yang Dihasilkan oleh Seluruh Sistem (Smax) dalam Kurva Spektra Kapasitas untuk Tipe Struktur M-2 70

Gambar 4.38. Pengaruh Tinggi Struktur pada Koefisien Modifikasi Respon (faktor R) Berdasarkan Prosedur FEMA P695 dengan Sistem

Rangka Pemikul Momen 74 Gambar 4.39. Pengaruh Tinggi Struktur pada Nilai Kekuatan Lebih Sistem

() Berdasarkan Prosedur FEMA P695 dengan Sistem Rangka

Pemikul Momen 74

Gambar 4.40. Pengaruh Tinggi Struktur pada Faktor Amplifikasi Defleksi (Cd) Berdasarkan Prosedur FEMA P695 dengan Sistem Rangka

Pemikul Momen 75

Gambar 4.38. Pengaruh Tinggi Struktur pada Koefisien Modifikasi Respon (faktor R) Berdasarkan Prosedur FEMA P695 dengan Sistem

(17)

() Berdasarkan Prosedur FEMA P695 dengan Sistem Ganda

dengan Rangka Pemikul Momen Khusus 76 Gambar 4.40. Pengaruh Tinggi Struktur pada Faktor Amplifikasi Defleksi

(Cd) Berdasarkan Prosedur FEMA P695 dengan Sistem Ganda

(18)

commit to user

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Perhitungan Beban Gempa

LAMPIRAN B Langkah Analisis Pushover Menggunakan SAP2000 LAMPIRAN C Kurva Spektra Kapasitas Dari SAP2000

(19)

DAFTAR NOTASI

Cd = faktor amplifikasi defleksi

Cs = koefisien respons seismik

Ct = koefisien pendekatan untuk perioda alami

Cu = koefisien untuk batas atas pada perioda yang dihitung

Cvx = faktor distribusi vertikal

Hn = tinggi puncak bagian utama struktur ( m ).

hi dan hx = tinggi dari dasar sampai tingkat i atau x, dinyatakan dalam meter (m)

Ie = faktor keutamaan hunian

k = eksponen yang terkait dengan perioda struktur Ω = nilai kekuatan lebih

R = faktor modifikasi respon

S1 = parameter percepatan respons spectrum desain yang dipetakan

SDS = parameter percepatan spectrum respon desain dalam rentang periode

Smax = kekuatan maksimum dari yang dihasilkan oleh seluruh sistem

SMT = percepatan MCE spektral pada periode suatu sistem, T

T = periode struktur dasar (detik) Ta = perioda alami struktur

V = gaya lateral desain total atau geser di dasar struktur (kN)

wi dan wx = bagian berat seismik efektif total struktur (W) yang ditempatkan atau

dikenakan pada tingkat i atau x Wt = berat total gedung

x = koefisien dalam penentuan perioda alami δ = perpindahan

δe = perpindahan elastic

∆ = simpangan antar lantai tingkat ∆a = simpangan antar lantai tingkat ijin