STUDI PARAMETRIK KINERJA DINDING PENGISI BATA
MERAH PADA STRUKTUR BETON BERTULANG AKIBAT
BEBAN GEMPA
TESIS
Oleh
MIZANUDDIN SITOMPUL
117016008/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
STUDI PARAMETRIK KINERJA DINDING PENGISI BATA
MERAH PADA STRUKTUR BETON BERTULANG AKIBAT
BEBAN GEMPA
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar MagisterTeknik dalam Program Studi Teknik Sipil pada Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
Oleh
MIZANUDDIN SITOMPUL
117016008/TS
FAKULTAS TEKNIK
Judul Tesis : STUDI PARAMETRIK KINERJA DINDING PENGISI BATA MERAH PADA STRUKTUR BETON
BERTULANG AKIBAT BEBAN GEMPA
Nama Mahasiswa : Mizanuddin Sitompul
Nomor Pokok : 117016008
Program Studi : Teknik Sipil
Menyetujui, Komisi Pembimbing
(Ade Faisal, ST, M.Sc, Ph.D) (Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT)
Ketua Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)
Telah diuji pada
Tanggal : 21 April 2015
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Ade Faisal, ST, M.Sc, Ph.D
Anggota : Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
Dr. Ing. Hotma Panggabean
Ir. Rudi Iskandar, MT
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Studi Parametrik Kinerja Dinding Pengisi Bata Merah pada Struktur Beton Bertulang Akibat Beban Gempa”
adalah karya saya dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam
daftar pustaka.
.
Medan, 21 April 2015
Penulis,
ABSTRAK
Pada umumnya dinding pengisi hanya diperhitungkan sebagai beban yang disalurkan ke struktur sehingga mengakibatkan pengaruh kekuatan dan kekakuan dinding pengisi tidak diperhitungkan dalam perencanaan suatu bangunan. Biasanya dalam perencanaan, bangunan diasumsikan sebagai struktur open frame dengan dinding bata non struktural hanya sebagai beban gravitasi yang bekerja pada balok. Hal ini bertentangan dengan kenyataan karena sebenarnya dinding pengisi ini dapat merubah perilaku dari struktur. Tesis ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekakuan, kekuatan dan penempatan (konfigurasi) dinding bata terhadap struktur. Struktur bangunan dimodelkan sebagai portal 2 dimensi dan terdiri dari 5 model yaitu struktur open frame, struktur fully-infilled wall frame, struktur fully-infilled wall frame dengan bukaan 16%, struktur fully-infilled wall frame dengan bukaan 40%, dan struktur open first-story frame. Hasil analisis menunjukkan bahwa kontribusi dinding pengisi yang terbuat dari dinding bata sangat mempengaruhi kekakuan lateral struktur. Adanya dinding pengisi yang kaku di sebuah level tingkat dan pada level tingkat lain tidak ada dapat menyebabkan efek tingkat lemah (soft story). Hasil studi juga menunjukkan bahwa faktor bukaan juga sangat mempengaruhi kekuatan dinding pengisi. Dinding dengan bukaan 40% ternyata tidak begitu mempengaruhi kinerja dari struktur utama. Pemasangan dinding pengisi bata ternyata dapat meningkatkan kapasitas dari struktur itu sendiri. Hal ini ditunjukkan oleh model struktur dengan menggunakan dinding pengisi memiliki kapasitas yang lebih besar dengan peningkatan sebesar 12,833% pada zona gempa 4 dan 28,931% pada zona gempa 6. Untuk model struktur dengan bukaan 16% terjadi peningkatan sebesar 3,015% pada zona gempa 4 dan 7,135% pada zona gempa 6. Berbanding terbalik dengan kapasitas, keberadaan dinding bata bisa mengurangi daktilitas struktur, dari studi ini diperoleh pengurangan sebesar 56,344% pada zona gempa 4 dan 71,405% pada zona gempa 6.
Kata kunci: dinding pengisi, faktor bukaan, analisis pushover, kekakuan, daktilitas,
ABSTRACT
In general, the clay brick infill panels is only considered as a load channeled into the structure. So that it influences the strength and stiffness of the wall not considered in planning building construction. Usually, in planning building construction, the building is assumed as an open frame structure with non structural clay brick panels just as gravity loads on the beam. This is contrary to the reality because the panels can change the condition of the structure. The aim of this thesis was to find out the influence of the stiffness, strength and configuration of the clay brick panels on structure. The building structure is modeled as a two-dimensional portal and consists of 5 models: open frame structure, fully-infilled wall frame structure, fully-infilled wall frame structure with opening 16%, fully-infilled wall framestructure with opening 40%, and open first-story frame structure.The result of analysis shows that the contribution of infill panels made of clay brick has significant influence on the stiffness of lateral structure. The existence of the stiff panels at one level and the other does not, can cause the soft story effect. The result of the study also shows that openings also had significant influence on the strength of the panels. Panels with openings of 40% did not have significant influences the performance of the main structure. Installation of the clay brick infill panels can increase the capacity of the structure itself. Which indicates by the structure model by using the infill panels which has a higher capacity with an increase of 12.833% in the earthquake zone 4 and 28.931% in the earthquake zone 6. For the structure model with openings 16% it increase to almost 3.015% in the earthquake zone 4 and 7.135% in the earthquake zone 6. Inversely proportional the capacity, the existence of infill panels can reduce the structure ductility. There is also a reduction of 56.344% in the earthquake zone 4 and 7.405% in the earthquake zone 6.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah
melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis
yang berjudul “Studi Parametrik Kinerja Dinding Pengisi Bata Merah pada
Struktur Beton Bertulang Akibat Beban Gempa” sebagai salah satu persyaratan
untuk menyelesaikan program Magister bidang Rekayasa Struktur, Program Studi
Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa selesainya tesis ini tidak terlepas dari bimbingan,
dukungan dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis
ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga dalamnya
kepada Bapak Prof. Subhlihar, Ph.D selaku Pejabat Rektor Universitas Sumatera
Utara, Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik,
Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE selaku Ketua Program Studi Magister Teknik
Sipil.
Penulis juga menyampaikan hormat dan terimakasih kepada Bapak Ade
Faisal, ST, M.Sc, Ph.D selaku Ketua Komisi Pembimbing, Bapak Ir. Daniel Rumbi
Teruna, MT selaku anggota Komisi Pembimbing, serta Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes
Tarigan, Dr. Ing. Hotma Panggabean dan Ir. Sanci Barus, MT selaku Komisi Penguji.
Hormat dan terimakasih juga penulis ucapkan kepada seluruh staf pengajar Program
diajarkan dan seluruh staf pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan
dalam penyelesaian administrasi.
Teristimewa kepada kedua orangtuaku tercinta, Ayahanda Nasyaruddin
Sitompul dan Ibunda Ernawati Harahap yang begitu sabar dan ikhlas terus
memberikan semangat, do’a, kritikan, dan dukungan moril maupun materil.
Penulis menyadari manusia tidak luput dari salah dan kekurangan, demikian
juga dengan tesis ini yang masih memiliki banyak kekurangan walaupun penulis telah
berusaha semaksimal mungkin. Oleh sebab itu, dengan tangan terbuka dan hati yang
tulus penulis akan menerima segala saran dan kritik demi perbaikan tesis ini. Harapan
penulis, semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 21 April 2015
Penulis,
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
A.DATA PRIBADI
Nama : Mizanuddin Sitompul
Tempat / Tanggal Lahir : Padangsidimpuan, 13 Juli 1987
Alamat : Jln. Ompu Napotar No. 3, Padangsidimpuan Email : sitompul_mizan@yahoo.co.id
Jenis Kelamin : Laki-laki Agama : Islam
B.RIWAYAT PENDIDIKAN
1993 – 1999 : SDN 144432, Padangsidimpuan 1999 – 2002 : SMPN 4, Padangsidimpuan 2002 – 2005 : SMAN 4, Padangsidimpuan
2005 – 2010 : Universitas Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil
2011 – 2015 : Universitas Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Program Studi Magister Teknik Sipil,
Konsentrasi Struktur Bangunan
C.RIWAYAT PEKERJAAN
2.1 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa ... 9
2.2 Dinding Pengisi ... 11
2.3 Diagonal Tekan Ekivalen (Equivalent Diagonal Strut) Saneinejad- Hobbs (1995) ... 13
2.3.3.8 Beban Lateral Penyebab Retak pada Dinding Pengisi .. 24
2.3.3.9 Perpindahan Lateral ... 24
2.3.3.10 Kekakuan (Stiffness) ... 25
2.3.4 Perencanaan Umum... 25
2.3.4.1 Metode Dasar ... 25
2.3.4.2 Diagonal Tekan Ekivalen ... 26
2.3.4.3 Kekakuan Diagonal Tekan Ekivalen ... 29
2.6 Portal-Isi Hasil Riset Eksperimen Mehrabi et al (1996) ... 33
2.7 Daktilitas Struktur Bangunan (μ) ... 36
2.8 Gempa Nominal Statik Ekivalen ... 39
2.9 Analisis Ragam Spektrum Respons ... 41
2.10 Simpangan Antarlantai ... 41
2.11 Analisa Beban Dorong Statik (Static Pushover Analysis) ... 45
2.12 Capasity Spectrum Method ... 47
3.2.2.1 Analisa Statik Ekivalen ... 59
3.2.2.2 Analisa Ragam Spektrum Respon ... 62
3.3 Propertis Bata ... 64
3.4 Perhitungan Dimensi Strut ... 66
3.4.1 Strut 1 (bentang 5 m dan tinggi 4 m) ... 67
3.5 Perhitungan Kekuatan Diagonal Compression Strut Saneinejad- Hobbs (1995) ... 70
3.5.1 Penetapan Parameter ... 70
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kekakuan Lateral ... 79
4.2 Simpangan Tingkat dan Simpangan Antartingkat ... 80
4.3 Analisa Statik Nonlinier Pushover ... 87
4.3.1 Struktur Open Frame ... 87
4.3.1.1 Struktur Open Frame pada Zona Gempa 4 ... 87
4.3.1.2 Struktur Open Frame pada Zona Gempa 6 ... 89
4.3.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame... 92
4.3.2.1 Struktur Fully Infilled Wall Frame pada Zona Gempa 4 ... 92
4.3.2.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame pada Zona Gempa 6 ... 94
4.3.3 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 16% ... 97
4.3.3.1 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 16% pada Zona Gempa 4 ... 97
4.3.3.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 16% pada Zona Gempa 6 ... 99
4.3.4 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 40% ... 102
4.3.4.1 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 40% pada Zona Gempa 4 ... 102
4.3.4.2 Struktur Fully Infilled Wall Frame dengan Bukaan 40% pada Zona Gempa 6 ... 104
4.3.5.2 Struktur Open First-Story Frame pada Zona
Gempa 6 ... 110 4.4 Pembahasan Hasil Analisis ... 112
BAB V SARAN DAN KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan... 117 5.2 Saran ... 118
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
2.1 Hasil eksperimen Mehrabi et al (1996) dan analisis portal-isi
diagonal tekan ekivalen Saneinejad-Hobbs (1995) ... 36
2.2 Parameter daktilitas struktur gedung berdasarkan SNI-03-1726-2002 ... 39
3.1 Distribusi beban gempa statik ekivalen Fi untuk zona gempa 4 ... 63
3.2 Distribusi beban gempa statik ekivalen Fi untuk zona gempa 6 ... 63
3.3 Rata-rata propertis fisik bata merah... 65
3.4 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut ... 69
3.5 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut dengan bukaan 16% ... 69
3.6 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut dengan bukaan 40% ... 70
3.7 Kekuatan strut ... 75
3.8 Nilai properti sendi plastis pada salah satu balok ... 77
4.1 Perbandingan kekakuan struktur berbagai model ... 80
4.2 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas layan model 1 pada zona gempa sedang ... 81
4.3 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas layan model 1 pada zona gempa kuat ... 81
4.6 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas
layan model 3 pada zona gempa sedang ... 83
4.7 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas layan model 3 pada zona gempa kuat ... 83
4.8 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 1 pada zona gempa sedang ... 84
4.9 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 1 pada zona gempa kuat ... 84
4.10 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 2 pada zona gempa sedang ... 85
4.11 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 2 pada zona gempa kuat ... 85
4.12 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 3 pada zona gempa sedang ... 86
4.13 Perhitungan simpangan antartingkat (story drift) kinerja batas ultimate model 3 pada zona gempa kuat ... 86
4.14 Tabel pushover open frame zona 4 ... 89
4.15 Tabel pushover open frame zona 6 ... 91
4.16 Tabel pushover fully infilled wall frame zona 4 ... 94
4.17 Tabel pushover fully infilled wall frame zona 6 ... 96
4.18 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 16% zona 4 ... 98
4.19 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 16% zona 6 .... 101
4.20 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 40% zona 4 .... 104
4.21 Tabel pushover fully infilled wall frame dengan bukaan 40% zona 6 .... 106
4.23 Tabel pushover open first-story frame zona 6 ... 111 4.24 Perbandingan titik kinerja (performance point) dan daktilitas dari
model struktur ... 113 4.25 Persentase peningkatan dan penurunan titik kinerja (performance point)
DAFTAR GAMBAR
2.4 Faktor reduksi kekakuan dinding pengisi λ yang berhubungan dengan persentase bukaan (case B) ... 32
2.5 Faktor reduksi kekakuan dinding pengisi λ yang berhubungan dengan persentase bukaan dengan posisi bukaan yang berbeda ... 32
2.6 Posisi bukaan (case A, B, dan C) dan persentase bukaan ... 33
2.7 Portal-isi universitas colorado ... 34
2.8 Respons spektrum gempa rencana ... 42
2.9 Konversi spektrum desain elastis menjadi format ADRS ATC-40... 46
2.10 Konversi kurva kapasitas menjadi spektrum kapasitas ATC-40 ... 47
2.11 Performance point pada capasity spectrum method ... 48
2.12 Beberapa titik kinerja dalam satu grafik dalam capasity spectrum method ... 50
2.13 Kurva kapasitas ... 51
3.2 Spektrum respon gempa a) Untuk zona gempa 4;
b) Untuk zona gempa 6 ... 64
3.3 Rata-rata dimensi bata merah ... 66
3.4 Penampang ekivalen dinding pengisi sebagai strut... 67
3.5 Hubungan momen-rotasi pada ujung-ujung elemen ... 77
3.6 Kurva kapasitas dari analisis pushover ... 78
4.1 Pemodelan struktur sebagai kantilever ... 79
4.2 Kurva kapasitas open frame pada zona 4 ... 88
4.3 Kurva kapasitas open frame pada zona 6 ... 90
4.4 Kurva kapasitas fully infilled wall frame pada zona 4 ... 92
4.5 Kurva kapasitas fully infilled wall frame pada zona 6 ... 95
4.6 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 16% pada zona 4 ... 97
4.7 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 16% pada zona 6 ... 100
4.8 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 40% pada zona 4 ... 102
4.9 Kurva kapasitas fully infilled wall frame dengan bukaan 40% pada zona 6 ... 105
4.10 Kurva kapasitas open first-story frame pada zona 4 ... 107
4.11 Kurva kapasitas open first-story frame pada zona 6 ... 110
4.12 Perbandingan kurva kapasitas pada zona gempa 4 ... 114
DAFTAR NOTASI
a = Lebar efektif strut
α = Prosentase panjang bidang kontak dari tinggi atau lebar panel,
sub-skrip c = kolom dan b = balok. fc = Tegangan tekan efektif dari dinding pengisi
f’c = Kuat tekan beton
Fi = Distribusi beban gempa statik ekivalen fim = Kuat tekan prisma dinding pengisi
λ1 = Koefisien yang digunakan untuk menentukan lebar efektif strut
My = Momen leleh
μ = Koefisien gesek panel-portal, daktilitas strukur
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, koefisien modifikasi respon, gaya diagonal tekan
rinf = Panjang diagonal dinding pengisi 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 gedung termasuk beban hidup yang sesuai wi = Lebar ekivalen dinding pengisi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan gaya aksial tekan ultimate Saneinejad dan Hobbs (1995) dengan portal isi universitas colorado (Mehrabi et al, 1996)
DAFTAR SINGKATAN
ADRS = Acceleration Displacement Responce Spectra CC = Corner Crushing
CP = Collapse Prevention
CSM = Capasity Spectrum Method DC = Diagonal Compression IO = Immediate Occupancy LS = Life safety
