KINERJA SISTEM STRUKTUR OUTRIGGER DAN BELT WALL PADA GEDUNG TINGGI AKIBAT PEMBEBANAN GEMPA
Performance of Outrigger and Belt Wall Structural System on Tall Building due to Earthquake Loading
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun oleh :
SATRIA ERLANGGA HARDIMAN NIM. I1113078
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
i
KINERJA SISTEM STRUKTUR OUTRIGGER DAN BELT WALL PADA GEDUNG TINGGI AKIBAT PEMBEBANAN GEMPA
Performance of Outrigger and Belt Wall Structural System on Tall Building due to Earthquake Loading
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun oleh :
SATRIA ERLANGGA HARDIMAN NIM. I1113078
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
iv
MOTTO
“Bila kau tak tahan lelahnya BELAJAR maka kau harus taha e a ggu g perih ya KEBODOHAN
(I a “yafi’i)
Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan
orang-ora g ya g diberi il u pe getahua beberapa derajat .
(QS Al mujadilah:11)
Sedekah yang paling utama adalah seorang muslim belajar suatu ilmu,
kemudian ia mengajarkannya kepada saudara muslim lainnya
(HR. Ibnu Majah)
Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu
(QS Al-Baqarah:45)
Sesungguhnya Allah tidak merubah keadaan suatu kaum sehingga mereka
merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri
(QS Ar-Rad :11)
Nik atilah manisnya buah perjuangan dalam keteku a , ketabaha , da keikhlasa
Victoria Concordia Crescit
v
PERSEMBAHAN
ALLAH SWT
Alha dulillahirabbil’ala i .
Ibu , Bapak, dan Kakak-kakak
Terima kasih atas doa dan upaya, waktu dan jerih payah, serta dukungan yang
tiada henti pada anak dan adikmu ini. Semoga ini mampu memberi secercah
senyum bahagia .
Bapak Ir. Mukahar, MSCE. dan Bapak Agus Setiya Budi, S.T., M.T.
Terima kasih atas bimbingan dan Ilmu yang diajarkan, serta semua saran dalam
proses hingga terselesaikanya skripsi ini. Semoga sungai ilmu ini tidak
bermuara .
Teman-teman perjuangan “Kendiaalll”
Terima kasih atas waktu, dukungan semangat - menyemangati, serta
kerjasamanya selama ini. Tidak ada kata akhir untuk ikatan persaudaraan i i .
Angkatan Transfer 2013 Universitas Sebelas Maret Surakarta. Teri a kasih atas kerjasamanya. Sukses untuk se ua
.T ItawamtaF
suksesmu adalah tujuan, upayamu adalah kendaraan, pengorbananmu adalah
bahan bakar, dan DOA-mu adalah awal suksesmu . Terima kasih
Semua orang yang mendukung, menyemangati dan mendoakan saya.
Siapapun kalian akan tercatat, dan terungkap di masa depan .
vi
ABSTRAK
Satria Erlangga Hardiman, 2016, Kinerja Sistem Struktur Outrigger dan Belt Wall pada Gedung Tinggi akibat Pembebanan Gempa, Skripsi, Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Bangunan yang berada di tanah pasti memiliki risiko akibat beban gempa bumi.
Dalam membatasi displacement lateral dan memperkecil risiko keruntuhan akibat beban gempa dibutuhkan kekakuan bangunan yang berasal dari sistem penahan lateral yang tepat. Sistem shearwall frame sering digunakan sebagai penahan lateral disaat sistem open frame menjadi kurang ekonomis dan efektif. Namun, pada ketinggian tertentu shearwall atau corewall menjadi terlalu langsing dan kurang efektif dalam menahan drift (simpangan). Salah satu solusi adalah sistem outrigger dan belt wall. Tujuan penelititan pada skripsi ini adalah menganalisis kinerja sistem outrigger dan belt wall akibat beban gempa, dampak pada lokasi pemasangan, dan tingkat kinerja struktur.
Penelitian ini adalah preliminary design terdiri dari tiga tahap dengan menggunakan analisis gempa dinamik respons spektrum. Tahapan tersebut adalah tahap input, analisis, dan output. Analisis struktur dilakukan dengan pemodelan gedung 53 lantai dengan sistem penahan lateral yang terkomputerisasi secara tiga dimensi (3D) pada program ETABS sebagai alat bantu, dan output dari penelitian ini adalah perbandingan kinerja antara sistem open frame dianggap sebagai sistem awal kronologi perancangan, sistem shearwall frame yang dianggap sebagai gedung eksisting, serta sistem outrigger dan belt wall berdasarkan pengurangan displacement, simpangan antar lantai terkait syarat batas kinerja struktur, tingkat kinerja struktur berdasarkan ATC – 40, serta efisiensi terkait berat total struktur dalam menunjukkan manfaat dalam aspek ekonomi.
Simpulan penelitian ini adalah sistem outrigger dan belt wall mampu mengatasi kekurangan dari sistem open frame dan sistem shearwall frame seperti yang tersaji dalam hasil analisis.
vii
ABSTRACT
Satria Erlangga Hardiman, 2016, Performance of Outrigger and Belt Wall Structural System on Tall Building due to Earthquake Loading, A Thesis, Civilian Engineering Department of Technical Faculty, Surakarta.
The building, which is stand on the earth, absolutely have a risk due to earthquake load. An appropriate lateral resisting system is needed to create a good bulding’s stiffness for limiting the lateral displacement and decreasing risk of failure. The shearwall frame system is often implemented for lateral resisting system when the open frame system is less economic and effective. However, on a certain height the shearwall or the corewall will become slender and being not effective to resist the drift. One of many solutions is outrigger and belt wall system. The purpose of this thesis is to analyse the performance of outrigger and belt wall system cause by earthquake load, the specific effect on the applied location, and the level performance of building.
This research is a preliminary design that consist of three steps by implementing dynamic analysis response spectrum method. The steps are input, analysis and output. The structure analysis is done by modellling a 53th story tall building with lateral resisting systems as a computerized three dimension (3D) model on ETABS program as a tool, and the output of this research is a performance comparisons among open frame system that is considered as the beginning system in designing chronology, shearwall frame system that is considered as the existing building, and also outrigger and belt wall system based on displacement’s decrease, interstory drift about structure’s performance limit requirements,
structure’s performance level based on ATC – 40, and also an efficency that related to total weight of structure on showing a benefit in economic aspect.
The conclusion of this research is the outrigger and belt wall system is able to solve the weakness of open frame system and shearwall frame system as shown on the analysed result.
viii
PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu melimpahkan karunia dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul “Kinerja Sistem Struktur Outrigger dan Belt Wall pada Gedung Tinggi akibat Pembebanan Gempa” dengan baik dan lancar
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dengan adanya penulisan skripsi ini diharapkan dapat memberikan wacana dan manfaat khususnya bagi penulis sendiri dan bagi orang lain pada umumnya.
Atas bantuan dan kerjasama yang baik dari semua pihak hingga selesainya skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kepala Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta beserta staf,
2. Bapak Ir. Mukahar, MSCE. dan Bapak Agus Setiya Budi, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing,
3. Bapak Ir. Antonius Mediyanto, M.T., dan Bapak Dr. Ir. Agus Parwito Rahmadi, MSCE., selaku dosen penguji.
4. Ibu dan Bapak, serta keluarga yang memotivasi penulis dalam menimba ilmu dengan sebaik-baiknya dimanapun penulis berada,
5. Semua pihak yang banyak membantu dan memberi dorongan sampai selesainya Skripsi ini.
Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan pemikiran bagi pembaca, karena banyak kekurangan yang masih harus diperbaiki. Kritik dan saran akan penulis terima untuk kesempurnaan tulisan ini.
Surakarta, Oktober 2016
ix
1.4. Tujuan penelitian 3
1.5. Manfaat Penelitian 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka 4
2.2 Landasan Teori 8
2.2.1. Dinamika Struktur 8
2.2.2. Respons Struktur 13
2.2.3. Analisis Dinamik 14
2.2.4. Sistem Penahan Lateral 15
2.2.5. Sistem Open Frame 16
2.2.6. Sistem Shearwall Frame 17
2.2.7. Sistem Outrigger dan Belt Wall 18
2.2.6.1. Lokasi Optimal Outrigger 20
x
2.2.9. Kinerja Struktur 22
2.2.9.1. Kinerja Batas Layan 22
2.2.9.2. Kinerja Batas Ultimit 23
2.2.9.3. Tingkat Kinerja Struktur 24
2.2.10. Ketentuan Perencanaan Pembebanan 26
2.2.10.1. Beban Gempa 26
2.2.10.2. Beban Gravitasi Mati 27
2.2.10.3. Beban Gravitasi Hidup 27
2.2.11. Kombinasi Pembebanan 27
2.2.12. Persyaratan Material Konstruksi 28
2.2.12.1. Spesifikasi Material Beton 28
2.2.12.2. Spesifikasi Material Tulangan 29
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Tahapan Analisis 30
3.2. Penjelasan Tahapan Analisis 32
3.2.1. Studi Literatur dan Pengumpulan Data 32
3.2.2. Kriteria Pemilihan Struktur 32
3.2.3. Data Pemodelan Struktur 33
3.2.4. Pembebanan 33
3.2.5. Pemodelan Struktur Dengan ETABS v 15.2.2 35
3.2.6. Input Pembebanan 36
3.2.7. Analisis Struktur 36
3.2.8. Hasil Analisis Struktur 36
3.2.9. Kontrol Kinerja Struktur 36
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1. Denah Bangunan 38
4.2. Model 3D Bangunan 40
4.3. Data Elevasi Gedung 42
4.4. Spesifikasi Material 42
xi
4.5.1.1. Perhitungan Berat Struktur 45
4.5.1.2. Perhitungan Beban Mati Tambahan 46
4.5.2. Beban Hidup 47
4.6. Berat Total Bangunan 48
4.7. Analisis 49
4.7.1. Klasifikasi Situs 49
4.7.2. Data Gempa 50
4.7.3. Penentuan Periode Fundamental Struktur (T) 52
4.7.4. Gaya Geser Dasar Seismik 53
4.8. Hasil dan Kontrol Gaya Geser Dasar Seismik 54
4.8.1. Hasil Gaya Geser Dasar Seismik 54
4.8.2. Kontrol Gaya Geser Dasar Seismik Awal 55
4.9. Kontrol Kinerja Struktur 56
4.9.1. Kontrol Partisipasi Massa 56
4.9.2. Kontrol Gaya Geser Dasar 57
4.9.3. Hasil Displacement 57
4.9.4. Kontrol Kinerja Batas Layan 59
4.9.5. Kontrol Kinerja Batas Ultimit 62
xii
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan 69
5.2. Saran 70
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rangkuman Hasil Kajian Pustaka 6
Tabel 2.2 Deformation Limit berbagai kinerja ATC – 40 (Redwood City : ATC, 1996), Table 8 – 4 24
Tabel 4.6 Beban Mati Bahan dan Komponen Bangunan 45 Tabel 4.7 Beban Mati Struktur Lantai 1 (Model 1 – Shearwall frame) 45
Tabel 4.8 Beban Hidup 47
Tabel 4.9 Berat Bangunan (Model 1 – Open frame) 48 Tabel 4.10 Berat Bangunan (Model 2 – Shearwall frame) 48 Tabel 4.11 Berat Bangunan (Model 3 – Outrigger dan Belt Wall) 49
Tabel 4.12 Hasil Uji Laboraturium 49
Tabel 4.13 Desain Respons Spektrum 50
Tabel 4.14 Faktor Skala Respons Spektrum Gempa Rencana 51 Tabel 4.15 Rekapitulasi Analisis Modal Eigenvalue 53 Tabel 4.16 Rekapitulasi Periode Fundamental Struktur (T) 53 Tabel 4.17 Rekapitulasi Geser Dasar Seismik (V) 54
Tabel 4.18 Gaya Geser Dasar Seismik Statik 54
Tabel 4.19 Gaya Geser Dasar Seismik Dinamik Awal 55 Tabel 4.20 Gaya Geser Dasar Seismik Statik 85% 55 Tabel 4.21 Rekapitulasi Faktor Skala Respons Spektrum Baru 56 Tabel 4.22 Rekapitulasi Partisipasi Massa (ETABS) 56 Tabel 4.23 Gaya Geser Dasar Seismik Dinamik Baru 57
Tabel 4.24 Rekapitulasi Displacement 57
xiv
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Sistem outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 2 Gambar 2.1 Model matematika respon dinamik struktur elastik dengan
redaman ( Widodo, 2000) 8
Gambar 2.2 Idealisasi struktur sistem MDOF 11
Gambar 2.3 (a) Model matematika sistem MDOF, (b) free body diagram 12 Gambar 2.4 Respons struktur SDOF terhadap gempa (Dewobroto, 2006) 13 Gambar 2.5 Contoh pengaruh perbedaan massa dan kekakuan struktur
terhadap mode getar stuktur 14
Gambar 2.6 Efek P-∆ pada bangunan 16
Gambar 2.7 Deformasi open -frame 16
Gambar 2.8 Mekanisme shearwall dengan open frame 17 Gambar 2.9 Contoh rencana sistem outrigger dan belt wall (Taranath,
2010) 18
Gambar 2.10 Perilaku struktur outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 19 Gambar 2.11 Mekanisme kerja outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 19 Gambar 2.12 Lokasi optimal outrigger (Taranath, 2010) 20 Gambar 2.13 Penentuan inter-story drift berdasarkan SNI-1726-2012 23 Gambar 2.14 Defleksi lateral (Mc.Cormac, 1981) 24 Gambar 3.1 Diagram alir penyelesaian penelitian 30 Gambar 3.2 Diagram alir pembuatan grafik respon spektrum 34 Gambar 3.3 Diagram alir kontrol kinerja struktur 37
Gambar 4.1 Denah struktur hipotetik 40
Gambar 4.2 Model 3D bangunan 41
Gambar 4.3 Grafik Respons Spektrum 51
xvi
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL
R = Faktor Modifikasi Respon Ω0
=
Faktor Kuat Lebih SistemCd
=
Faktor Pembesaran DefleksiSs = Parameter respon spektral percepatan gempa perioda pendek 0,2 detik S1 = Parameter respon spektral percepatan gempa maksimum perioda
pendek 1,0 detik
Ie = Faktor Keutamaan Gempa
Fa = Koefisien Situs Pada Periode Pendek Fv = Koefisien Situs Pada Periode 1,0 detik SMS = Parameter respon spektra periode pendek SM1 = Parameter respon spektra periode 1,0 detik
SDS = Parameter percepatan spektral desain untuk perioda pendek SD1 = Parameter percepatan spektral desain untuk periode 1,0 detik g = Gravitasi (9,81 m/s2)
Cu = Koefisien untuk batasan atas T = Perioda Fundamental Struktur V = Geser Dasar Seismik
Cs = Koefisien Respons Seismik W = Berat Seismik Efektif Struktur δ = Displacement
∆ = Simpangan Antar Lantai/ Interstory Drift H = Tinggi Antar Lantai
⍴ = Faktor Redudansi Gedung %W = Nilai rasio atau efisiensi
WA = Berat Total Struktur Sistem Shearwall Frame
