“STUDI BANDING EFEKTIFITAS SISTEM STRUKTUR TUBE DENGAN
SISTEM STRUKTUR SHEARWALL DI BAWAH BEBAN GEMPA”
TUGAS AKHIR
SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
Oleh:
Kalihputro Fachriansyah
I Made Ranadipta Nugraha
150 04 057
150 04 091
Pembimbing:
Prof. Dr. Ir. Bambang Budiono, ME.
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL ITB
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
TUGAS AKHIR
STUDI BANDING EFEKTIFITAS SISTEM STRUKTUR TUBE DENGAN SISTEM STRUKTUR SHEARWALL
DI BAWAH BEBAN GEMPA Oleh
KALIHPUTRO FACHRIANSYAH I MADE RANADIPTA N.
150 04 057 150 04 091 DISETUJUI oleh PEMBIMBING
PROF. DR. IR. R. BAMBANG BUDIONO, M. E. NIP : 130 812 293
MENGETAHUI
KOORDINATOR TUGAS AKHIR KETUA PROGRAM STUDI KK REKAYASA STRUKTUR TEKNIK SIPIL ITB
Ir. MADE SUARJANA, M.Sc.Ph.D Dr. Ir. HERLIEN D. SETIO NIP : 131 667 735 NIP : 131 121 658
ABSTRAK
Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa
Kalihputro Fachriansyah (15004057) dan I Made Ranadipta Nugraha (15004091) Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung
2008
Berkembangnya teknologi telah melahirkan berbagai sistem struktur bangunan tahan gempa, seperti penggunaan sistem dinding geser (dual system) dan sistem tube. Keduanya memiliki karakteristik yang berbeda dalam menahan beban lateral akibat gempa, dimana sistem shearwall memanfaatkan mekanisme lentur (shearwall) sebagai unsur utama dan geser (rangka terbuka) sebagai unsur sekunder, sedangkan sistem tube memiliki mekanisme lentur yang sangat dominan dibandingkan dengan mekanisme geser. Kinerja kedua sistem tersebut dalam menahan beban lateral dibandingkan dengan membuat model 3D struktur ETABS 9.1.4 yang memiliki grid struktur yang identik diantara keduanya untuk 10, 15, dan 20 lantai dan dilakukan static push-over analysis hingga pada model terbentuk sendi plastis dan tercapai performance point. Demand spectra yang digunakan pada analisa push-over ini adalah respons spectra pada wilayah gempa zona 4 - tanah sedang. Kedua model sistem struktur dibuat sedemikian rupa sehingga gaya geser dasar keduanya memiliki nilai yang kurang-lebih sama pada saat titik kinerja (performance point ). Kinerja kedua sistem struktur dibandingkan dengan membandingkan parameter-parameter gempa (R, f1, dan f2) pada saat titik kinerja dan perpindahan maksimum.
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena atas berkat Rahmat dan karunia-Nya, kami telah dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Berkat Bimbingan-Nya kami dapat menjalani proses pengerjaan Tugas Akhir ini dari awal sampai akhir. Laporan Tugas Lahir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan tahap sarjana di Program Studi Teknik Sipil dan mencakup Studi Banding Efektifitas Sistem Struktur Tube dengan Sistem Struktur Shearwall di Bawah Beban Gempa, dengan menggunakan analisis pushover dengan permodelan struktur tiga dimensi.
Dalam mengerjakan tugas akhir ini, banyak pihak yang telah membantu penulis, antara lain: 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Bambang Budiono, ME., sebagai dosen pembimbing, pengajar
sekaligus pendidik penulis. Beliau banyak memberikan saran, arahan, dan kritik yang membangun selama penyelesaian tugas akhir ini,
2. Orang tua kami, yang menunjang segala kebutuhan dalam terlaksananya hidup kami sejauh ini, khususnya pada saat penyusunan tugas akhir ini.
3. Ibu Dr. Ir. Dyah Kusumastuti, selaku dosen penguji seminar dan sidang tugas akhir, 4. Ibu Dr. Ir. Herlien D. Setyo, selaku dosen penguji sidang tugas akhir,
5. Bapak Dr. Ir. Irvindra Pane, MT., selaku dosen penguji seminar tugas akhir, 6. Keluarga penulis atas dukungannya,
7. Dosen-dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil,
8. Saga, Sinjaya, Hengky, Fazrin, Cosmas, dan Hendrolie yang telah menjadi partner diskusi tugas akhir dengan ide-ide cemerlangnya,
9. Teman-teman HMS 2004 yang telah banyak memberi semangat yang tak hilang karena lelah,
10. Teman-teman HMS 2002, 2003, 2005, dan 2006 yang telah menginspirasikan kami selama kuliah di Teknik Sipil ITB,
11. Teman-teman Kartipah yang menemani malam-malam penyusunan tugas akhir kami,
12. Butterfly girl yang masih saja menginspirasi penulis hingga saat ini,
13. Teman-teman Awaiting Bremen yang memberikan kesegaran pikiran disaat penulis jenuh,
14. Teman-teman Cakar Gajah (Lenong, Julian, dan Aheng) yang telah rela ditinggal wisuda oleh penulis,
15. Isser Gokil yang selalu sensasional dan menginspirasi penulis dalam membuahkan ide kreatif,
16. Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil yang telah membantu kelancaran berlangsungnya kegiatan tugas akhir,
17. dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis telah berusaha mengerjakan tugas akhir ini semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan dan membutuhkan banyak sekali perbaikan dan penelitian yang lebih luas. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca untuk pengembangan yang lebih baik. Akhir kata, kami penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca yang memerlukan informasi tentang penggunaan elemen dinding geser atau tube dalam desain bangunan tahan gempa.
Bandung, Juni 2008
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii ABSTRAK ... iii KATA PENGANTAR ... iv BAB I PENDAHULUAN ... I-1 1.1 Latar Belakang ... I-1
1.2 Tujuan Penulisan ... I-2 1.3 Ruang Lingkup Pembahasan ... I-2 1.4 Sistematika Penulisan ... I-3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1
2.1 Konsep Dasar Mekanisme Gempa ... II-1 2.2 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa ... II-2 2.3 Rekayasa kegempaan secara umum ... II-4 2.3.1 Seismic Respons Spektra ... II-5 2.3.2 Gaya geser desain ... II-9 2.3.3 Penentuan Daktilitas Bangunan dan Faktor Reduksi Beban Gempa . II-10 2.3.4 Penentuan Periode Struktur ... II-13 2.3.5 Efek Peredam (damping) terhadap Struktur ... II-13 2.3.6 Kinerja Batas Layan ... II-14 2.3.7 Kinerja Batas Ultimit ... II-14 2.4 Sistem Struktur ... II-14 2.4.1 Dual System (Shearwall) ... II-15 2.4.2 Sistem Struktur Tube ... II-18
BAB III METODE ANALISA NON LINIER ... III-1
3.1 Performance Based Design ... III-1 3.2 Analisa Gempa Statik ... III-3 3.3 Analisa Statik Non Linier ... III-5 3.3.1 Kurva Kapasitas ... III-5 3.3.2 Kurva Demand ... III-6 3.3.3 Performance Point Metode Kapasitas Spektra ... III-8
BAB IV PEMODELAN STRUKTUR ... IV-1
4.1 Pembebanan Struktur ... IV-1 4.2 Pemodelan Elemen Struktur ... IV-2 4.2.1 Pelat ... IV-2 4.2.2 Pondasi... IV-3 4.2.3 Balok ... IV-3 4.2.4 Kolom ... IV-3 4.2.5 Shearwall ... IV-3 4.3 Karakteristik Pemodelan ... IV-4
4.3.1 Pemodelan Sendi Plastis ... IV-4 4.3.2 Pengecekan Mode Dominan pada Model Struktur ... IV-5 4.3.3 Pembatasan Waktu Getar Alami Fundamental ... IV-6 4.3.4 Pengecekan Kinerja Batas Layan ... IV-6 4.3.5 Kinerja Batas Ultimit ... IV-8 4.4 Deskripsi Model Struktur ... IV-10
4.4.1 Model struktur 10 lantai ... IV-12 4.4.2 Model struktur 15 lantai ... IV-14 4.4.3 Model struktur 20 lantai ... IV-16
BAB V ANALISA DAN PEMBAHASAN ... V-1
5.1 Kurva Kapasitas ... V-1 5.2 Performance Point ... V-4 5.3 Formasi Sendi Plastis... V-4 5.3.1 Model struktur 10 lantai ... V-5 5.3.2 Model struktur 15 lantai ... V-8 5.3.3 Model struktur 20 lantai ... V-10 5.4 Parameter Gempa ... V-13 5.2 Displacement Struktur ... V-17 5.3 Inter-story Drift (Simpangan Antar Tingkat) ... V-22 5.7 Performance Level ... V-26
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
... VI-16.1 Kesimpulan ... VI-1 6.2 Saran ... VI-1
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Peta Lempeng Tektonik di Indonesia ... I-1 Gambar 2.1 Mekanisme pergerakan pelat tektonik ... II-1 Gambar 2.2 Mekanisme penjalaran gempa ke bangunan ... II-2 Gambar 2.3 Ground Acceleration ... II-5 Gambar 2.4 Pseudo acceleration, velocity, dan displacement ... II-6 Gambar 2.5 Respon spektra pada skala tripartite ... II-6 Gambar 2.6 Respons spektra desain pada peraturan ... II-7 Gambar 2.7 Respon spektra SNI 03-1726-2003 ... II-8 Gambar 2.8 Kurva ADRS ... II-8 Gambar 2.9 Diagram beban-perpindahan pada struktur ... II-10 Gambar 2.10 Berbagai sistem struktur untuk jumlah lantai yang berbeda-beda ... II-15 Gambar 2.11 Mekanisme transfer beban lateral pada dual system (shearwall) ... II-16 Gambar 2.12 Gaya-gaya yang bekerja pada dinding geser biasa ... II-17 Gambar 2.13 Gaya-gaya yang bekerja pada dinding geser dengan boundary element
dan mekanisme plastis yang terjadi ... II-18 Gambar 2.14 Denah umum sistem tube... II-19 Gambar 2.15 Mekanisme transfer beban lateral pada struktur sistem tube ... II-19
Gambar 3.1 Earthquake performance level ... III-2 Gambar 3.2 Level kinerja struktur ... III-3 Gambar 3.3 Kurva kapasitas secara umum ... III-6 Gambar 3.4 Kurva respons spektra ... III-7 Gambar 3.5 Transformasi respons spektra tradisional menjadi ADRS ... III-7 Gambar 3.6 Titik kinerja struktur ... III-8
Gambar 4.1 Respon spektrum gempa rencana ... IV-2 Gambar 4.2 Boundary element pada shearwall ... IV-4 Gambar 4.3 Denah model sistem shearwall ... IV-10 Gambar 4.4 Denah model sistem tube ... IV-11 Gambar 4.5 Model 3D sistem shearwall 10 lantai ... IV-12 Gambar 4.6 Model 3D sistem tube 10 lantai ... IV-13
Gambar 4.7 Model 3D sistem shearwall 15 lantai ... IV-14 Gambar 4.8 Model 3D sistem tube 15 lantai ... IV-15 Gambar 4.9 Model 3D sistem shearwall 20 lantai ... IV-16 Gambar 4.10 Model 3D sistem tube 20 lantai ... IV-17
Gambar 5.1 Kurva kapasitas struktur sistem shearwall 10 lantai ... V-1 Gambar 5.2 Kurva kapasitas struktur sistem tube 10 lantai ... V-1 Gambar 5.3 Kurva kapasitas struktur sistem shearwall 15 lantai ... V-2 Gambar 5.4 Kurva kapasitas struktur sistem tube 15 lantai ... V-2 Gambar 5.5 Kurva kapasitas struktur sistem shearwall 20 lantai ... V-3 Gambar 5.6 Kurva kapasitas struktur sistem tube 20 lantai ... V-3 Gambar 5.7 Formasi sendi plastis sistem shearwall 10 lantai saat performance point .. V-5 Gambar 5.8 Formasi sendi plastis sistem shearwall 10 lantai saat displacement
maximum ... V-5 Gambar 5.9 Formasi sendi plastis sistem tube 10 lantai saat performance point ... V-6 Gambar 5.10 Formasi sendi plastis sistem tube 10 lantai saat displacement maximum .. V-7 Gambar 5.11 Formasi sendi plastis sistem shearwall 15 lantai saat performance point .. V-8 Gambar 5.12 Formasi sendi plastis sistem shearwall 15 lantai Saat displacement
maximum ... V-8 Gambar 5.13 Formasi sendi plastis sistem tube 15 lantai saat performance point ... V-9 Gambar 5.14 Formasi sendi plastis sistem tube 15 lantai saat performance point ... V-9 Gambar 5.15 Formasi sendi plastis sistem shearwall 20 lantai saat performance point .. V-10 Gambar 5.16 Formasi sendi plastis sistem shearwall 20 lantai saat displacement
maximum ... V-11 Gambar 5.17 Formasi sendi plastis sistem tube 20 lantai saat performance point ... V-11 Gambar 5.18 Formasi sendi plastis sistem tube 20 lantai saat performance point ... V-12 Gambar 5.19 Parameter gempa model sistem shearwall 10 lantai ... V-15 Gambar 5.20 Story displacement struktur 10 lantai pada maximum displacement ... V-17 Gambar 5.21 Story displacement struktur 10 lantai pada performance point ... V-17 Gambar 5.22 Story displacement struktur 15 lantai pada maximum displacement ... V-18 Gambar 5.23 Story displacement struktur 15 lantai pada performance point ... V-18 Gambar 5.24 Story displacement struktur 20 lantai pada maximum displacement ... V-19 Gambar 5.25 Story displacement struktur 20 lantai pada performance point ... V-19
Gambar 5.26 Inter-story drift struktur 10 lantai (max displacement) ... V-22 Gambar 5.27 Inter-story drift struktur 10 lantai (performance point) ... V-22 Gambar 5.28 Inter-story drift struktur 15 lantai (max displacement) ... V-23 Gambar 5.29 Inter-story drift struktur 10 lantai (performance point) ... V-23 Gambar 5.30 Inter-story drift struktur 20 lantai (max displacement) ... V-24 Gambar 5.31 Inter-story drift struktur 10 lantai (performance point) ... V-24
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 klasifikasi peraturan gempa berdasarkan resiko kegempaan ... II-4 Tabel 2.2 Faktor Keutamaan Gedung ... II-9
Tabel 3.1 Batasan performance level ... III-1
Tabel 4.1 Dominansi ragam getar mode 1 pada model yang digunakan ... IV-5 Tabel 4.2 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung IV-6 Tabel 4.3 Periode model struktur Shearwall dan Tube ... IV-6 Tabel 4.4 Kinerja batas layan model struktur 10 lantai ... IV-7 Tabel 4.5 Kinerja batas layan model struktur 15 lantai ... IV-7 Tabel 4.6 Kinerja batas layan model struktur 20 lantai ... IV-8 Tabel 4.7 Kinerja batas ultimit model struktur 10 lantai ... IV-8 Tabel 4.8 Kinerja batas ultimit model struktur 15 lantai ... IV-9 Tabel 4.9 Kinerja batas ultimit model struktur 20 lantai ... IV-9 Tabel 4.10 Data elemen struktur pada model struktur Shearwall 10 lantai ... IV-12 Tabel 4.11 Data elemen struktur pada model struktur tube 10 lantai ... IV-13 Tabel 4.12 Data elemen struktur pada model struktur Shearwall 15 lantai ... IV-14 Tabel 4.13 Data elemen struktur pada model struktur tube 15 lantai ... IV-15 Tabel 4.14 Data elemen struktur pada model struktur Shearwall 20 lantai ... IV-16 Tabel 4.15 Data elemen struktur pada model struktur tube 20 lantai ... IV-17
Tabel 5.1 Performance point model struktur ... V-4 Tabel 5.2 Parameter gempa model struktur ... V-14 Tabel 5.3 Tabel perbandingan f1 antara sistem struktur shearwall dan system struktur
tube ... V-15 Tabel 5.4 Tabel perbandingan f2 antara sistem struktur shearwall dan sistem struktur
tube ... V-16 Tabel 5.5 Perbandingan displacement tube terhadap shearwall untuk struktur 10 lantai V-20 Tabel 5.6 Perbandingan displacement tube terhadap shearwall untuk struktur 15 lantai V-20 Tabel 5.7 Perbandingan displacement tube terhadap shearwall untuk struktur 20 lantai V-21 Tabel 5.8 Performance level ... V-14
DAFTAR NOTASI
Ag Luas Penampang Eleven Yang ditinjau
c Redaman struktur
ccr Redaman kritis
C Faktor respon gempa
Cr Redaman Generalisasi = 2ζ rΜrωr E Modulus Elastisitas FD Gaya Redaman FI Gaya Inersia FS Gaya Pegas F(t) Gaya Luar
Ft Gaya geser tambahan yang diaplikasikan pada atap bangunan
fy Kuat leleh elemen
f1 Faktor kuat lebih struktur akibat kekuatan aktual material
f2 Redundancy atau faktor kuat lebih struktur akibat mekanime sendi plastis
yang terjadi
fu Kuat leleh ultimit
hi Tinggi lantai yang ditinjau
I Faktor keutamaan bangunan
k Kekakuan Struktur
L Panjang elemen yang ditinjau
m Massa
Mr Massa Generalisasi
PF1 Faktor partisipasi mode 1
r Jari-jari girasi
R Faktor reduksi gempa
Sa Percepatan spektra
Sd Perpindahan spektra
T Waktu getar alami struktur
Vb, Vn, Gaya gempa rencana dengan tingkat daktilitas umum
Ve Gaya gempa kuat rencana yang dapat diserap oleh struktur bangunan gedung
Vm Gaya gempa maksimum yang diserap oleh struktur dengan adanya tambahan faktor kuat lebih dan berada dalam kondisi plastis diambang keruntuhan
Vy Gaya gempa yang terjadi pada struktur saat terjadi leleh pertama
Wt Berat total gedung (termasuk beban hidup yang sesuai)
Wi Berat lantai tingkat ke- i (termasuk beban hidup yang sesuai)
Xb Simpangan struktur saat gempa rencana
Xe=Xm Simpangan maksimum struktur dan berada di ambang keruntuhan
Xy Simpangan struktur saat leleh pertama
) (t y Perpindahan ) (t y& Kecepatan ) (t y& & Percepatan
∆Μ Perpindahan maksimum inelastik struktur
∆roof Perpindahan atap
∆s Perpindahan maksimum elastik struktur
∆xi Deformasi lateral lantai yang ditinjau
µ Daktilitas struktur
Ω, f Overstrength factor atau Faktor kuat lebih total
λr Faktor modal eksitasi
α1 Koefisien massa mode 1
ξ Indikator MPF struktur
ωn Frekuensi alami (radian/detik)
φ i,1 Amplitudo dari mode 1 pada tingkat ke-i
[M ] Matriks massa
[K ] Matriks kekakuan internal struktur
[φ ]r Ragam getar (mode struktur)
{r} Matriks satuan
