ANALISA PORTAL YANG MEMPERHITUNGKAN KEKAKUAN
DINDING BATA DARI BEBERAPA NEGARA PADA
BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN PUSHOVER
TESIS
Oleh
SRI FRAPANTI
147016002
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISA PORTAL YANG MEMPERHITUNGKAN KEKAKUAN
DINDING BATA DARI BEBERAPA NEGARA PADA
BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN PUSHOVER
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Sipil pada Program Pascasarjana
Universitas Sumatera Utara
Oleh
SRI FRAPANTI
147016002
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Telah diuji pada
Tanggal : 21 Januari 2016
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Anggota : Dr. Ade Faisal, ST., M.Sc.
Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE Dr. Ing. Hotma Panggabean
ABSTRAK
Penerapan teknologi dan ilmu pengetahuan dalam bidang pembangunan konstruksi teknik sipil mengalami perkembangan yang pesat dengan berkembangnya zaman sehingga menuntut kita untuk lebih kreatif terutama dalam hal perancangan struktur. Di Indonesia, tantangan yang dihadapi dalam kontruksi gedung bertingkat adalah adanya resiko akibat gempa. Salah satu metode untuk menganalisis beban gempa
adalah analisis pushover. Analisis pushover merupakan prosedur analisis untuk
mengetahui perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa. Penelitian dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekakuan dan kekuatan dinding dengan melakukan eksperimen kuat tekan dari beberapa tipe batu bata yang diambil benda uji batu bata dari Lubuk Pakam, Deli Serdang, Sumatera Utara, Indonesia dengan mengambil data Modulus Elatisitas batu bata dan dibandingkan dengan beberapa Negara, yaitu Modulus Elastisitas batu bata dari Australia, Eropa dan India. Struktur bangunan dimodelkan sebagai portal 2 dimensi yang terdiri dari 3 bentang
yaitu Portal berdinding penuh, Portal terbuka dengan menggunakan analisa Pushover
dan bantuan Program ETABS. Hasil analisis dalam penelitian ini menunjukkan bahwa kontribusi dinding pengisi yang terbuat dari dinding bata mempengaruhi kekakuan lateral struktur bangunan. Pada bangunan portal berdinding penuh memiliki nilai kekakuan lebih besar dibandingkan bangunan pada portal. Model portal berdinding memiliki kekakuan dinding elastis dan kekakuan pasca elastis yang terbesar sedangkan pada model portal terbuka memiliki nilai terkecil. Semakin tinggi nilai kuat tekan batu bata maka nilai kekakuan dan gaya geser bangunan akan semakin besar pula. Nilai kekakuan elastis pada model portal berdinding terbesar 25794,45 kN/m dan. pada model portal terbuka nilai terbesarnya 18082,09 kN/m pada tipe batu bata 1. Untuk Kekakuan Pasca Elastis pada portal berdinding 19629,30 kN/m dan pada portal terbuka 15317,23 kN/m pada tipe batu bata 1. Dari hasil analisis pada portal berdinding untuk batu bata negara Australia persentase perubahan gaya geser dasar terbesar terjadi pada bata 40,79 % lebih kecil terhadap portal terbuka pada negara India. Pada batu bata semakin besar nilai modulus elastisistas maka semakin tinggi kekakuan dan kekuatan bangunan dan untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas tinggi pada batu bata dipengaruhi proses pembuatan dan sumber bahan dasar batu bata. Secara keseluruhan model portal berdinding portal terbuka memiliki nilai kekuatan dan kekakuan lebih besar pada batu bata tipe 1 dibandingkan batu bata tipe 2 dan 3. Jadi dinding merupakan salah satu yang mempengaruhi kekakuan untuk perpindahan arah lateral terutama gaya gempa.
Kata Kunci: Portal terbuka, Portal berdinding, tipe batu bata, analisis pushover,
ABSTRACT
Application of technology and science in the field of civil engineering construction experienced rapid development with the development of the times that requires us to be more creative, especially in terms of structural design. In Indonesia, the challenges faced in the construction of multi-storey building is the risk caused by the earthquake. One method for analyzing seismic pushover analysis. Pushover analysis is an analysis procedure to determine the behavior of the collapse of a building against earthquakes. The study was conducted to determine how much influence the rigidity and strength of the wall by doing experiments compressive strength of several types of bricks taken the test object bricks of Lubukpakam, Deli Serdang, North Sumatra, Indonesia by taking the data Modulus of elasticity bricks and compared with some countries , the modulus of elasticity of bricks from Australia, Europe and India. The building structure is modeled as a two-dimensional portal that consists of three spans that full-walled Portal, Portal open using Pushover analysis and assistance program ETABS. The results of the analysis in this study shows that the contribution of infill walls made of brick wall affects the lateral stiffness of the structure. In building a full-walled portal has a stiffness greater than the value of the buildings on the portal. Walled portal model has an elastic wall stiffness and rigidity of the largest post-elastic while on the open portal model has the smallest value. The higher the value of the compressive strength of the bricks, the stiffness and shear force values of the building will be greater. Value elastic stiffness in the largest walled portal model 25794.45 kN / m and. on the model of an open portal greatest value 18082.09 kN / m on the type of brick 1. For Post-Elastic Stiffness in the walled portal 19629.30 kN / m and the open portal 15317.23 kN / m on the type of brick 1. From the analysis the portal to the brick-walled country Australia percentage change in shear force occurs in the largest base of brick 40.79% less against the open portal on the Indian state. On the larger brick elastisistas modulus value, the higher the stiffness and strength of the building and to get a high modulus of elasticity in the affected brick manufacturing process and material resources base of bricks. Overall walled open portal portal model has a value greater strength and stiffness of the brick type 1 compared to brick type 2 and 3. Thus, the wall is one that affects the stiffness for displacement laterally especially seismic forces.
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas karunia dan
rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul “Analisa
Portal yang Memperhitungkan Kekakuan Dinding Bata dari Beberapa Negara Pada Bangunan Bertingkat Dengan Pushover” sebagai salah satu syarat dalam
menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Sipil, Konsentrasi
Struktur Bangunan di Universitas Sumatera Utara.
Dalam proses penulisan dan pelaksanaan tesis ini banyak pihak yang telah
turut menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu
penyusun tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang
terhormat:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku dosen Pembimbing I yang telah
banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pemikiran untuk memberikan
bimbingan dalam menyelesaikan tesis ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE , Dr. Ing. Hotma Panggabean dan
Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc sebagai pembanding dan
penguji yang telah memberikan masukan dan saran demi perbaikan tesis ini.
3. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT, selaku Sekretaris Program Studi Magister
4. Seluruh staf pengajar Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas
Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua tercinta yang begitu sabar dan ikhlas terus memberikan
semangat, doa, dan dukungan moril maupun materil.
6. Keluarga tercinta terutama suami H. Surianda Lubis, MA yang begitu sabar
dan ikhlas terus memberikan semangat, doa, dan dukungan moril maupun
materil. Ananda Najiyullah Subhani Lubis, Atqiya Annazfi Lubis, Zaidan
Arham Lubis dan Aliya Syamila Lubis yang turut memotivasi dan mendoakan
umi supaya selesai tesis nya dengan tepat waktu.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, semoga tesis ini
memberikan manfaat bagi pembaca. Demikianlah yang dapat penulis sampaikan
dengan harapan semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya
kepada kita semua. Amin.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Medan, Desember 2016
RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
Nama : Sri Frapanti
Alamat : Jl.Mistar no.76 Medan
Tempat/Tanggal Lahir : Pangkalan Susu, 23 Januari 1971
No. HP : 0813 9755 2437
Alamat e-mail : sri_prafanti@yahoo.co.id
Jenis Kelamin : Perempuan
Agama : Islam
Kewarganegaraan : Indonesia
B. RIWAYAT PENDIDIKAN
1977 – 1983 : SD Alwashliyah Pangkalan Susu
1983 – 1986 : MTsS Alwasahliyah Pangkalan Susu
1986 – 1989 : MAN I Medan
1989 – 1991 : D3 Jurusan Teknik Sipil Politeknik USU Medan
1998 – 2002 : S1 Fakultas Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara
2014– 2016 : Magister Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara
C. RIWAYAT PEKERJAAN
1991 – 1996 : Guru Fisika SMA Gajah Mada Medan
1996 – 2002 : Konsultan Teknik di CV. Salman Medan
2015 – Sekarang : Staf Pengajar Fakultas Teknik Sipil Universitas
PERNYATAAN Judul Tesis
“ANALISA PORTAL DENGAN MEMPERHITUNGKAN KEKAKUAN
DINDING BATA PADA BANGUNAN BERTINGKAT DENGAN PUSHOVER”
Dengan ini penulis menyatakan bahwa tesis ini disusun sebagai syarat untuk
memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Sekolah
Pascasarjana Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan hasil karya penulis
sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian
tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan tesis ini, telah penulis cantumkan
sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan ilmiah.
Apabila di kemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian tesis ini
bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian tertentu,
penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis sandang
dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku.
Medan, 4 Agustus 2016 Penulis,
DAFTAR ISI
2.3 Konsep Perencanaan Struktur Tahan Gempa ... 9
2.4 Perencanaan Tahan Gempa Berbasis Kinerja ... 11
2.5 Dinding Pengisi ... 13
2.5.2 Nilai Modulus Elastisitas Batu Bata yang Standardari
Negara Lain ... 16
2.6 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Saneinejad-Hobbs ... 16
2.7 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Berdasarkan FEMA 273 ... 29
2.9.6 Capasity Spectrum Method ... 42
2.9.7 Kurva Kapasitas ... 43
2.10 Spektrum Kebutuhan (Demand Spectrum) ... 44
2.11 Metode Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa ... 45
2.11.1 Metode Statik Ekivalen ... 45
2.11.2 Metode Respon Spektrum ... 50
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 52
3.1 Metodologi Penelitian ... 52
BAB IV HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN... 68
4.1 Uji Kuat Tekan Batu Bata ... 69
4.2 Analisa Statik Non Linier Pushover ... 70
4.2.1 Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) ... 71
4.2.1.1 Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) untuk Batu BataTipe 1... 71
4.2.1.2 Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) untuk Batu Bata Tipe 2... 73
4.2.1.3 Portal Berdinding (Fully Infilled Wall Frame) untuk Batu Bata Tipe 3 ... 75
4.2.2. Portal Terbuka pada Dinding Bentang Tengah (Open Frame) 78 4.2.2.1 Portal Terbuka pada Dinding Bentang Tengah (Open Frame) pada Batu BataTipe 1 ... 78
4.2.2.2 Portal Terbuka pada Dinding Bentang Tengah (Open Frame) pada Batu BataTipe 2 ... 80
4.3 Perbandingan Batu Bata dengan Analisa Pushover dari Beberapa
Negara ... 85
4.4 Kekakuan... 91
4.4.1 Kekakuan Portal Berdinding Batu Bata pada Tipe 1,2,3 .... 91
4.4.2 Kekakuan Portal Terbuka untuk Batu Bata pada Tipe 1,2,3 92 4.5 Simpangan Target ... 96
4.6 Gaya Geser Dasar ... 97
4.7 Deformasi dari Pushover pada program ETABS ... 99
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 101
5.1 Kesimpulan ... 101
5.2 Saran ... 104
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Kriteria Kinerja ... 12
2.2 Nilai Modulus Elastisitas Batu Bata dari 3 Negara ... 16
2.3 Faktor Keutamaan I untuk Berbagai Ketegori Gedung dan Bangunan... 46
2.4 Parameter Daktilitas Struktur Gedung ... 46
2.5 Jenis-jenis Tanah ... 47
3.1 Hasil Uji Kuat Tekan Batu Bata... 61
3.2 Rata-rata Propertis Fisik Bata Merah ... 63
4.1 Hasil Nilai Kuat Tekan Batu Bata dalam Mpa... 69
4.2 Nilai Modulus Elastisitas Batu Bata ... 70
4.3 Tabel Pushover Fully Infilled Wall Frame pada Batu Bata Tipe 1... 73
4.4 Tabel Pushover Fully Infilled Wall Frame pada Batu Bata Tipe 2... 74
4.5 Tabel Pushover Fully Infilled Wall Frame pada Batu bata tipe 3... 76
4.6 Tabel Pushover Open Frame untuk Grid 3 pada Batu Bata Tipe 1 ... 80
4.7 Tabel Pushover Open Frame untuk Grid 3 pada Batu Bata Tipe 2 ... 82
4.8 Tabel Pushover Open Frame untuk Grid 3 pada Batu Bata Tipe 3 ... 83
4.9 Perbandingan Pushover pada Portal Berdinding untuk Batu Bata di Negara Australia, Eropa dan India ... 87
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1 Struktur Gedung dengan Soft Storey pada Lantai 1 ... 8
2.2 Tingkat Kehancuran pada Bangunan ... 12
2.3 a) Portal isi; b) Penopang Diagonal Bolak-Blik (Saneinejad dan Hobbs,1995) ... 17
2.4 Keseimbangan Gaya pada Portal Isi (Saneinejad dan Hobbs,1995) ... 19
2.5 Faktor Reduksi Kekakuan Dinding Pengisi λ yang Berhubungan dengan Persentase Bukaan (case B) (Asteris 2003) ... 31
2.6 Model Struktur Rangka Bertingkat dengan DOF yang Disederhanakan ... 33
2.7 Konversi Spectrum Desain Elastis Menjadi Format ADRS ATC-40 ... 39
3.3 Pemodelan Struktur dengan Kondisi Portal Berdinding dan Portal Terbuka ... 58
3.4 Pemodelan Struktur dengan Portal 3 Bentang dan 3 Lantai yang Berdinding Penuh ... 59
3.5 Pemodelan Struktur dengan Portal 3 Bentang dan 3 Lantai yang Berdinding Terbuka di Tengah Bentang ... 59
3.6 Propertis Batu Bata Ukuran Batu Bata... 63
3.7 Spektrum Respon Gempa Zona Gempa 3 ... 64
3.8 Hubungan Momen-Rotasi pada Ujung-Ujung Elemen (Rozman dan Fajfar, 2009) ... 65
3.9 Kurva Kapasitas dari Analisis Pushover ... 66
4.1 Kurva Kapasitas Portal Berdinding pada Batu Bata Tipe 1 ... 72
4.2 Kurva Kapasitas Portal Berdinding pada Batu Bata Tipe 2 ... 74
4.3 Kurva Kapasitas Portal Berdinding pada Batu Bata Tipe 3 ... 76
4.4 Perbandingan Kurva Kapasitas pada Grid 1 dengan Gabungan Beberapa Tipe Batu Bata (Tipe 1, 2, 3)... 78
4.5 Kurva Kapasitas Portal Terbuka pada Bentang Tengah pada Batu Bata Tipe 1 79 4.6 Kurva kapasitas Portal Terbuka di Bentang Tengah pada Batu Bata Tipe 2 ... 81
4.7 Kurva Kapasitas Portal Terbuka di Bentang Tengah pada Batu Bata Tipe 3 ... 82
4.8 Kurva Kapasitas pada Grid 3 dengan Gabungan Beberapa Tipe Batu Bata (Tipe 1, 2, 3) ... 84
4.9 Perbandingan Kurva Kapasitas untuk Portal Berdinding dengan Portal Terbuka pada Batu Bata untuk Tipe 1, Tipe 2, Tipe 3 ... 85
4.10 Kurva Kapasitas pada Batu Bata dari 4 Negara yaitu (Australia, Eropa, India dan Indonesia Khususnya Lubuk Pakam) pada Grid 1 Portal Berdinding Penuh (M1-G1) ... 86
4.11 Kurva Pushover pada Batu Bata dari 4 Negara yaitu (Australia, Eropa, India dan Indonesia Khususnya Lubuk Pakam) pada Grid (Portal Terbuka) ... 89
4.12 Kekakuan Elastis dan Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Berdinding (Grid 1) ... 92
4.13 Kekakuan Elastis dan Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Terbuka (Grid 3) ... 93
4.14 Perbandingan Diagram Kekakuan Elastis dan Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Berdinding dan Portal Terbuka dengan Beberapa Tipe Batu Bata .... 94
4.15 Diagram Perbandingan Kekakuan Bata dari Kekakuan Pasca Elastis pada Portal Berdinding dan Portal Terbuka dengan Beberapa Tipe Batu Bata yang Diuji dan Bata dari Negara Australia, Eropa dan India ... 95
4.16 Perbandingan Simpangan Target dengan Beberapa Pemodelan ... 97
4.17 Perbandingan Gaya Geser Dasar Target dengan Beberapa Pemodelan ... 98
4.18 Batas-Batas Deformasi dengan Pushover pada Portal Berdinding ... 99
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Perhitungan beban akibat gaya gravitasi
Lampiran II Perhitungan gaya geser dasar horizontal total akibat gempa
berdasarkan analisa statik ekivalen
Lampiran III Perhitungan Dimensi Strut
Lampiran IV Perhitungan kekakuan diagonal compression strut Saneinejad-Hobbs
(1995)
Lampiran V Dokumentasi Foto Kegiatan Pengujian Kuat Tekan Batu Bata di
DAFTAR NOTASI
a = Lebar efektif strut
α = Prosentase panjang bidang kontak dari tinggi atau lebar panel, sub-skrip
c = kolom dan b = balok
β0 = Nominal atau batas atas (upper-bound)
C = Gaya normal pada bidang kontak
C1 = Nilai faktor respons gempa
∆ = Simpangan, perpindahan
E = Modulus elastisitas
ɛc = Regangan pada tegangan maksimum
F = Gaya geser, sub-skrip c = kolom dan b = balok
fc = Tegangan tekan efektif dari dinding pengisi
f'c = Kuat tekn beton
Fi = Gaya lateral yang bekerja pada lantai ke-i
H = Tinggi struktur bangunan
h = Tinggi as ke as panel, lebar struktur
h' = Tinggi bersih panel
I = Faktor keutamaan, Inersia
I1 = Faktor keutamaan untuk menyesuaikan perode ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung
I2 = Faktor keutamaan untuk menyelesaikan perode ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian umur gedung tersebut
K = Kekakuan
l = Lebar as ke as panel, lebar struktur
l' = Lebar bersih panel
λ1 = Koefisien yang digunakan untuk menentukan lebar efektif strut
Mn = Momen nominal
My = Momen leleh
N = Gaya aksial
µ = Koefisien gesek panel-portal, daktilitas struktur
θ = Sudut yang dibentuk antara tinggi dan panjang dinding pengisi
θp = Rotasi pasca leleh (rotasi plastis)
θpc = Rotasi pasca kondisi plastis
θy = Rotasi leleh
R = Faktor reduksi gempa, gaya diagonal tekan
rinf = Panjang diagonal dinding pengisi
S = Gaya geser
Sa = Spektral percepatan
Sd = Spektral perpindahan
T = Waktu getar bangunan, periode
tinf = Tebal dinding pengisi
V = Gaya geser dasar nominal statik ekivalen
Wt = Berat total bangunan
Wi = Berat lantai tingkat ke-i
wi = Lebar ekivalen dinding pengisi
ζ = Rasio redaman
DAFTAR SINGKATAN
ADRS = Acceleration Displacement Response Spectra
CC = Corner Crushing
CP = Collapse Prevention
CSM = Capasity Spectrum Method
DC = Diagonal Compression
IO = Immediate Occupancy
LS = Life Safety
MDOF = Multi Degree of Freedom System
SDOF = Single Degree of Freedom System
