ANALISISKINERJA STRUKTUR METODE PERFORMANCE BASED DESIGN TERHADAP GEDUNG DENGAN KETIDAKBERATURAN HORISONTAL

(1)

commit to user

i

METODE PERFORMANCE BASED DESIGN TERHADAP GEDUNG DENGAN KETIDAKBERATURAN HORISONTAL

Performance AnalysisofThe Structure of Performance Based Design Methods forBuildingsWith HorizontalIrregularity

SKRIPSI

Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan MemperolehGelarSarjanaTeknik Pada JurusanTeknikSipil Fakultas Teknik

UniversitasSebelasMaret Surakarta

DisusunOleh:

ARIFIN PERHYANGAN I1109007

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2013

(2)

commit to user

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

ANALISIS KINERJA STRUKTUR

Performance Analysis ofThe Structure of Performance Based Design Methods for BuildingsWith HorizontalIrregularity

SKRIPSI

Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan MemperolehGelarSarjanaTeknik Pada JurusanTeknikSipil Fakultas Teknik

UniversitasSebelasMaret Surakarta DisusunOleh: ARIFIN PERHYANGAN I1109007 Persetujuan, DosenPembimbing I DosenPembimbing II

Wibowo, S.T., DEA Endah Safitri, S.T., M.T.

(3)

commit to user

iii

ANALISIS KINERJA STRUKTUR

Performance Analysis ofThe Structure of Performance Based Design Methods for BuildingsWith HorizontalIrregularity

SKRIPSI Disusun Oleh:

ARIFIN PERHYANGAN I1109007

Dipertahankan dihadapan Tim Penguji Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima guna memenuhi persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada hari Rabu, 19 Juni 2013:

1. Wibowo, S.T., DEA (………) NIP. 19681007 199502 1 001 2. Endah Safitri, S.T., M.T. (………) NIP. 19701212 200003 2 001 3. Edy Purwanto, S.T., M.T. (………) NIP. 19680912 199702 1 001

4. Agus Setiya Budi, S.T., M.T. (………)

NIP. 19700909 199802 1 001

Mengetahui, Mengesahkan,

Ketua Jurusan Teknik Sipil Ketua Program Non Reguler

Fakultas Teknik UNS Fakultas Teknik UNS

Ir. Bambang Santosa, M.T. Edy Purwanto, S.T., M.T.

(4)

commit to user

iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

“ Bacalahdengan(menyebut)namaTuhanmu Yang menciptakan.

Diatelahmenciptakanmanusiadarisegumpaldarah.Bacalah,dan

TuhanmulahYangMahaPemurah.Yang mengajar (manusia)

denganperantaraankalam.Diamengajarkanmausiaapa yang

tidakdiketahuinya”.(Al-Alaq: 1-5)

“ Make no little plans, they have no magic to stir man’s blood. Make big plans, for a noble document once recorded will never die”.

“ Carilah ilmu setinggi langit!”.

PERSEMBAHAN

“ Allah Azza wa Jalla” “ Bapak, ibu dan adikku” “RinaAkromahHafizi”

“ Mahasiswa Teknik Sipil Transfer 2009”

(5)

commit to user

v

ABSTRAK

Arifin Perhyangan, 2013.Analisis Kinerja Struktur Metode Performance Based Design Terhadap Gedung Dengan Ketidakberaturan Horisontal.Skripsi. Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Indonesia berpotensi besar terhadap terjadinya gempa, karena berada pada pertemuan lempeng India Australia, lempeng Pasifik, dan lempeng Eurasia, serta pertemuan jalur gempa Sirkum Pasifik dan jalur gempa Alpide Transasiatic. Bencana gempa dapat mengakibatkan kerusakan struktur bangunan, oleh karena itu perlu dilakukan evaluasi kinerja bangunan gedung untuk memprediksikan perilaku kerusakan bangunan akibat gempa berdasarkan data yang ada.Tujuan penelitian ini untuk mengetahui kinerja bangunan gedung berdasarkan analisis ragam spektrum respons, yang berupa perpindahan (displacement) tingkat dan selisih perpindahan antar tingkat (drift), sesuai dengan kinerja batas layan dan kinerja batas ultimit yang tercantum dalam SNI 03-1726-2002, serta level kinerja struktur sesuai Applied Technology Council (ATC-40).

Metode analisis ini menggunakan ragam spektrum respon dengan beban gempa mengacu pada RSNI 1726-2010 dan perhitungan analisis struktur menggunakan perangkat lunak SAP2000 dalam model tiga dimensi. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui kinerja gedung berdasarkan mekanisme terbentuknya sendi plastis pada balok dan kolom serta hubungan bese shear dengan displacment pada kurva pushover dan kurva seismic demand.

Hasil analisis menunjukkan bahwa gaya geser dasar dari analisis pushover sebesar 1.355,521 ton, gaya geser dasar tersebut lebih besar dari gaya geser dasar rencana sebesar 132,829 ton. Maksimum total drift sebesar 7,3625x10-5 m, nilai displacement sebesar 1,178x10-3 m jadi displacement pada gedung tidak melampaui displacement maksimal dan simpangn atap dari analisa struktur software sebesar 0,0001178 m, Prosedur A adalah suatu analisis manual untuk menentukan titik kinerja yang menggabungkan antara spektrum kapasitas dan spektrum demand dari metode Capacity Spectrum ATC-40 yaitu sebesar 0,0004119 m dan Prosedur B adalah analisis kinerja struktur dengan menggunakan metode Modal Pushover Analysis yang memperhitungkan pengaruh ragam tinggi yaitu sebesar 0,0004081 m, jadi struktur gedung tersebut dalam level kinerja Immediate Occupancy (IO). Perilaku plastis struktur pada sebagian besar kolom lantai 1, 2 dan sebagian lantai 3 dan 4 menunjukkan terjadinya mekanisme sendi plastis pada elemen tersebut sehingga kemungkinan terjadi kegagalan struktur yang fatal dan gedung perpotensi mengalami torsi sebagai akibat ketidakberaturan horisontal

(6)

commit to user

vi

ABSTRACT

ArifinPerhyangan, 2013.Performance AnalysisofThe Structure of Performance Based Design Methods forBuildings With HorizontalIrregularity.Final Project. Departement of Civil Engeneering Faculty of EngineeringSebelasMaret University of Surakarta.

Indonesian archipelago has a great potential to the occurrence of earthquakes, because it is located on 3 major active tectonic plates (Indian-Australian plate, Pacific plate, and Eurasian plate). It is also located between Circum Pacific and AlpideTransasiatic seismic belt. Earthquake can cause damage for building structure. Therefore, it is necessary to evaluate the building performance in order to predict the behavior of building damage caused by earthquake based on existing data. The purpose of this research is to determine the building performance based on analysis of various response spectrum i.e. story displacement and inter-story drift, which refer to the serviceability limit and ultimate limits performance listed in SNI 03-1726-2002, and performance level of structure refers to Applied Technology Council (ATC-40).

The analyst was using the analysis of response spectrum, which the earthquake load refers to RSNI 1726-2010. Calculation of structure analysis was using SAP2000 software in a three-dimensional model.The aims of this study iss to determine the performance of buildings ased on the mechanism of formation plastic hinge at the beams and columns and the relationship with the base shear displacement pusshover curve and the curve on the seismic demand.

The results showed that the shear force pushover evaluation of 1.355,521 ton, base shear force is greater than the shear force plan 132,829 ton. Total drift maximum is 7,3625x10-5 m, displacement value is 1,178x10-3 m so displacement on building does not exceed the maximum displacement and displacement roof from software structure analysis is 0,0001178 m, Procedure A is a manual analysis to establish performance point that add together between capacity spectrum and demand spectrum from Capacity Spectrum Method ATC-40 is 0,0004119 m dan Procedure B is a structure performance analysis with establish Modal Pushover Analysis Method that has been calculated influence high mode is 0,0004081 m, so the buildings included in the Immediate Occupancy performance level (IO). Behavior structure plastis on much of the column in floors 1, 2 and for those of in floors 3 and 4 to strung out plastis hinge mechanism that element so probability has failuredstrucure that fatal and the buiding has been torsion. Keywords:capacity spectrum and pushover

(7)

commit to user vii

KATA PENGANTAR

PujisyukurAlhamdullilahpenulisucapkankehadirat Allah SWT atassegalalimpahanrahmatdanhidayah-Nya, sehinggapenulisdapatmenyelesaikanpenyusunanskripsiini. Penyusunanskripsiinimerupakansalahsatusyaratuntukmemperolehgelarsarjanapada JurusanTeknikSipilFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret

Surakarta.Penulismenyusunskripsidenganjudul“Analisis Kinerja Struktur Metode Performance Based Design Terhadap Gedung Dengan Ketidakberaturan Horisontal”.Penulismenyadarisepenuhnyabahwatanpabantuandariberbagaipihakpe nulissulitmewujudkanskripsiini.Olehkarenaitu,

dalamkesempataninipenulismengucapkanterimakasihsebesar-besarnya kepada: 1. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Ir. Bambang Santosa, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil. 3. Wibowo, S.T., DEAselakuDosenPembimbing I.

4. Endah Safitri, S.T., M.T.selakuDosenPembimbing II.

5. Edy Purwanto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Non Reguler Teknik Sipil Transfer dan Dosen Penguji.

6. Agus Setiya Budi, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji. 7. Ir. Suyatno K, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

8. Halwan Alfisa S, S.T, M.T. yang telah membantu analisis pushover program SAP2000.

9. Lilik Hendri Suryo Anom yang telah bersama-sama mengerjakan skripsi ini.

Akhir kata penulisberharapskripsiinidapatbermanfaatbagipembaca.

Surakarta, Juni 2013

(8)

commit to user viii

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iv

ABSTRAK ... v

ABSTRACK ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... xv

BAB 1PENDAHULUAN 1.1. LatarBelakang ... 1

1.2. RumusanMasalah... 4

1.3. BatasanMasalah ... 4

1.4. Tujuandan Manfaat Penelitian ... 4

BAB 2TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka... 6

2.1.1. Bentuk Bangunan ... 7

2.1.2. Tinjauan Tentang Gempa ... 9

2.1.2.1. Penyebab Terjadinya Gempa dan Patahan ... 9

2.1.2.2. Jalur Gempa Bumi Dunia ... 10

2.1.2.3. Gelombang Gempa ... 11

2.1.2.4. Pengukuran Gempa... 13

2.1.2.5. Penyebab Tanah Akibat Gempa dan Spektrum Respon15 2.1.2.6. Parameter Dinamika Struktur ... 19

(9)

commit to user

ix

2.1.2.8. Redaman (Damping)... 19

2.1.2.9. Waktu Getar Alami Struktur ... 20

2.2. Landasan Teori ... 20

2.2.1. Metode Struktur Analisis Terhadap Beban Gempa ... 20

2.2.2. Cara Pemilihan Analisis ... 25

2.2.3. Konsep Pembebanan ... 26

2.2.3.1. Beban-beban pada Struktur ... 26

2.2.3.2. Faktor Beban dan Kombinasi Pembebanan ... 30

2.2.3.3. Faktor Reduksi Kekuatan ... 31

2.2.4. Konsep Perencanaan Gedung Tahan Gempa ... 32

2.2.4.1. Kriteria Perencanaan ... 32

2.2.4.2. Waktu Getar Alami Fundamental ... 33

2.2.4.3. Eksentrisitas Rencana ... 33

2.2.4.4. Wilayah Gempa, Resiko Gempa dan Syarat Pendetailan ... 34

2.2.4.5. Kategori Gedung,Konfigurasi Struktur Gedung dan Prosedur Analisa ... 35

2.2.5. Konsep Performance Based Seismic Engineering ... 38

2.2.5.1. Konsep PBSE ... 38

2.2.5.2. Tahapan Evaluasi Metode Spektrum Kapasitas ATC-40 38 2.2.5.3. Prosedur Statik Non Linier ... 39

2.2.5.4. Metode Spektrum Kapasitas (ATC-40) ... 40

2.2.5.5. Modal Pushover Analysis/MPA ... 46

2.2.5.6. Kriteria Kinerja Struktur ... 48

BAB 3METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Model Struktur Gedung ... 54

3.2. Data Gedung . ... 55

3.3. Tahapan Analisis ... 56

(10)

commit to user

x BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisa Struktur ... 59

4.1.1. Pembebanan ... 59

4.1.2. Waktu Alami Struktur ... 63

4.1.3. Daktilitas Struktur ... 63

4.1.4. Analisis Statik Nonlinier ... 64

4.1.5. Tinjauan Struktur Gedung ... 64

4.2. Perhitungan Pembebanan ... 65

4.3. Analisis Statik Ekuivalen SNI2010 ... 67

4.4. Prosedur SAP2000 ... 70

4.4.1. PembebananElemen ... 71

4.4.2. Analisis Pushover ... 71

4.4.3. Hasil Analisis Pushover ... 75

4.4.4. Pembahasan ... 76

4.4.5. Perhitungan Kurva Kapasitas Menjadi Kurva Spektrum ... 77

4.5. Prosedur A ... 78

4.5.1. Perubahan Capacity Curve ke Capacity Spectrum ... 78

4.5.2. Perubahan Demand Curve ke Demand Spectrum ... 80

4.5.3. Menentukan Nilai ay dan dy ... 82

4.5.4. Persamaan Garis Linier pada Kurva Kapasitas ... 83

4.5.5. Perhitungan Nilai dpi dan api ... 83

4.5.6. Performance Level ... 87

4.6. Prosedur B ... 88

4.6.1. Menentukan Nilai ay dan dy ... 88

4.6.2. Koordinat dpi dan api ... 88

4.7. Skema Distribusi Sendi Plastis ... 92

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 99

5.2. Saran ... 100

(11)

commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Efek Kekuatan Gempa ... 14

Tabel 2.2. Harga Relatif Faktor Pembesaran Spektrum ... 17

Tabel 2.3. Faktor Keutamaan Struktur ... 21

Tabel 2.4. Beban Mati pada Struktur ... 27

Tabel 2.5. Beban Hidup pada Lantai Bangunan ... 28

Tabel 2.6. Reduksi Kekuatan ... 32

Tabel 2.7. Ketentuan Resiko Gempa dan Syarat Pendetailan. ACI/UBC dan SNI... 34

Tabel 2.8. Syarat Pendetailan ... 35

Tabel 2.9. Persyaratan Gedung Struktur Beraturan ... 36

Tabel 2.10. Tahapan Evaluasi Sesuai ATC-40 ... 38

Tabel 2.11. Nilai l ... 43

Tabel 2.12. Nilai Maksimum yang Diijinkan untuk SRA dan SRV ... 44

Tabel 2.13. Tipe Perilaku Struktur ... 44

Tabel 2.14. Batasan Rasio Drift Atap Menurut ATC-40 ... 53

Tabel 4.1. Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung ... 59

Tabel 4.2. Cek List Persyaratan Struktur Gedung ... 61

Tabel 4.3. Nilai Fungsi Respon Spektrum Rencana Wilayah Gempa 3 ... 62

Tabel 4.4. Data Kolom ... 64

Tabel 4.5. Data Balok ... 64

Tabel 4.6. Data Pelat ... 65

Tabel 4.7. Data Sloof... 65

Tabel 4.8. Beban Mati Lantai 1 dan 2 ... 65

Tabel 4.9. Beban Mati Tambahan Lantai 1 dan 2 ... 65

Tabel 4.10. Beban Mati Lantai 3 ... 66

Tabel 4.11. Beban Mati Tambahan Lantai 3 ... 66

Tabel 4.12. Beban Mati Lantai 4 ... 66

(12)

commit to user

xii

Tabel 4.14. Beban Struktur Per Lantai ... 67

Tabel 4.15. Distribusi Beban Lateral Tiap Lantai ... 70

Tabel 4.16. Beban Lateral Searah Sumbu X dan Y ... 70

Tabel 6.17. Batasan Rasio Drift Atap Menurut ATC-40 ... 77

Tabel 4.18 Nilai Displacement Tiap Lantai ... 77

Tabel 4.19. Faktoradan MPF ... 78

Tabel 4.20. Capacity Curve dan Capacity Spectrum ... 79

Tabel 4.21. Koordinat dpi dan api ... 88

Tabel 4.22. Perhitungan dpi dan api Baru ... 91

Tabel 4.23. Tingkat Kerusakan Struktur Akibat Sendi Plastis ... 98

(13)

commit to user

xiii

Halaman

Gambar 1.1. Peta Wilayah Gempa Indonesia ... 1

Gambar 1.2. KonsepKriteriaKinerjaGedungBerdasarkan FEMA 274 ... 2

Gambar 2.1. Celah Pemisah Membantu PenyederhanaanDenah Bangunan . 8 Gambar 2.2. Peta Lempeng Tektonik Dunia ... 9

Gambar 2.3. Jalur Gempa Dunia ... 11

Gambar 2.4. Body Wave ... 13

Gambar 2.5. Surface Wave ... 13

Gambar 2.6. Model Bilinier Hubungan Gaya-Perpindahan ... 17

Gambar 2.7. Spektrum Respon Sistem Inelastic-Yield, Sistem Elastic Plastic Redaman 5% Komponen S90W dari Gempa El-Centro 18 Gambar 2.8. Pembuatan Spektrum Percepatan dan Perpindahan Total Sisem Tak Elastik dari Spektrum Sistem Elastik ... 19

Gambar 2.9. Respon Spektrum Gempa ... 22

Gambar 2.10. Konversi Spektrum Tradisional Menjadi Spektrum ADRS ... 41

Gambar 2.11. Konversi Spektrum Kapasitas ... 42

Gambar 2.12. Penentuan Performance Point dengan Prosedur A ... 45

Gambar 2.13. Penentuan Performance Point dengan Prosedur B ... 46

Gambar 2.14. Mode Shape Tiga Mode Pertama dan Periode Naturalnya ... 47

Gambar 2.15. Kurva Pushover Masing –masing Modes ... 48

Gambar 2.16. Parameter Kekuatan Struktur ... 50

Gambar 2.17. Kurva Kapasitas ... 52

Gambar 3.1. Denah Gedung ... 54

Gambar 3.2. Dagram Alur Kerja ... 58

Gambar 4.1. ResponSpektrumGempaRencana Wilayah Gempa 3 ... 62

Gambar 4.2. Respon Spektra ... 69

Gambar 4.3. DiafragmaUntukMasing-masingLantai ... 71

Gambar 4.4. Static Load Case Names ... 72

Gambar 4.5. IdentitasAnalisisGravitasidan Pushover ... 72

(14)

commit to user

xiv

Gambar 4.7. Properti Data Push ... 73

Gambar 4.8. Hinge Properti ... 74

Gambar 4.9. Analisis Push ... 74

Gambar 4.10. KurvaKapasitas ... 75

Gambar 4.11 KurvaKapasitasSpektrum ... 75

Gambar 4.12. Parameter KapasitasSpektrum ... 76

Gaambar 4.13.Capacity Curve ... 79

Gambar 4.14. Capacity Spectrum ... 80

Gambar 4.15. Demand Curve ... 81

Gambar 4.16. Demand Spectrum ... 82

Gambar 4.17. Garis Bantu ... 82

Gambar 4.18. Titik Potong ... 83

Gambar 4.19. Performance Point ProsedurA ... 87

Gambar 4.20. Garis dpi dan api ... 88

Gambar 4.21. Performance Point Prosedur B ... 90

Gambar 4.22. Gambar 2D Portal Sendi Plastis Step 0 ... 92

(15)

commit to user

xv

A = Beban atap

A = Luas per lantai

ADRS = Acceleration displacement response spectrum ATC = Applied technology council

b = Tegak lurus arah pembebanan gempa

C = Faktor respon gempa dalam SNI 03-1726-2002

D = Beban mati

e = Eksentrisitas rencana

E = Beban gempa

ED = Energi yang di disipasi oleh redaman/damping

ES = Energi regangan maksimum

f = Frekuensi

f = Faktor reduksi

f’c = Kuat tekan beton

Fa = Parameter respons spektra percepatan untuk gempa maksimum yang ditinjau, bergantung pada kelas lokasi dan nilai SS (g)

Fi = Gaya lateral statik ekuivalen

Fv = Parameter respons spektra percepatan untuk gempa maksimum yang ditinjau, bergantung pada kelas lokasi dan nilai S1 (g)

g = Percepatan gravitasi

hn = Tinggi gedung tingkat ke-n I = Faktor keutamaaan struktur

m = Massa

n = Nomorlantaitingkat paling atas

k = Kekakuan

L = Bebanhidup

Pi = Jumlah total bebangrafitasi yang bekerjapadalantaike-i PFi = Modal participation factor mode-1

PBD = Performance based design

(16)

commit to user

xvi

R = Bebanhujan

R = Faktor reduksi gempa

Rx = Faktor reduksi gempa arah X Ry = Faktor reduksi gempa arah Y Sai = Spectralacceleration

Sdi = Spectral displacement

SDS = Parameter respons spektra percepatan desain. (2/3.Fa.SS) SD1 = Parameter respons spektra percepatan desain. (2/3.Fv.S1)

SS = Parameter respons spektra percepatan pada perioda pendek, yang didapat dari Peta Wilayah gempa di Indonesia untuk SS (g)

S1 = Parameter respons spektra percepatan pada perioda 1-detik, yang didapat dari Peta Wilayah gempa di Indonesia untuk S1 (g)

T = Periode

Tl = Faktor alami fundamental

U = Kuat Perlu

V = Beban gempa dasar nominal

Vbd = Gaya gempa rencana (statik ekivalen) struktur berdasarkan tingkat daktilitas dan perioda alami struktur

Vbp = Gaya gempa pada titik performance

Vc = Gaya gempa maksimum yang terjadi pada struktur elastis penuh yang berada diambang keruntuhan yang nilainya

V1 = Gaya geser dasar

Vm = Gaya gempa maksimum yang terjadi pada struktur dalam kondisi plastis yang berada diambang keruntuhan

Vx = Faktor gaya geser dasar arah X Vy = Faktor gaya geser dasar arah Y

W = Bebanangin

Wi = Beratlantaitingkatke-i Wt = Berat total struktur X atau D = Perpindahan Xroof = Perpindahan atap

(17)

commit to user

xvii

wn = Frekuensi alami

f1,roof = Amplitudopadaroof level, mode-1

l = Faktor modifikasi redaman dari kurva bilinier spektrum kapasitas

b0 = Hysteretic damping

dm = Deformasi struktur pada ambang keruntuhan maksimum