ABSTRAK
Penelitian tentang analisis struktur rangka beton bertulang dengan perkuatan dinding geser, bracing dan pembesaran dimensi dilakukan menggunakan SAP 2000 v17 dengan model struktur yang di desain berdasarkan pembebanan gempa SNI 03-1726-2002 sebagai acuan perbandingan. Penelitian diawali dengan mendesain struktur eksisting gedung beraturan 5 lantai dengan tinggi tiap tingkat 3,6m dan jarak antar portal 5m berdasarkan pembebanan gempa SNI 03-1726-2002 dan dianalisis kembali berdasarkan beban gempa baru SNI 03-1726-2012 dengan metode konstruksi bertahap. Struktur eksisting yang mengalami tegangan berlebih (Over Stressed) akibat beban gempa baru kemudian diperkuat dengan 3 cara, yaitu dengan penambahan dinding geser (MRDG), bracing (MRBS) dan pembesaran dimensi (MRPD). Hasil penelitian menunjukan bahwa struktur eksisting dengan penambahan dinding geser (MRDG), bracing (MRBS) dan pembesaran dimensi (MRPD) pada struktur eksisting akan mampu mengurangi kebutuhan tulangan kolom dan balok induk saat dibebani beban gempa SNI 03-1726-2012. Penurunan kebutuhan tulangan kolom adalah 80,97% dan balok induk adalah sebesar 5,77% sampai dengan 56,62% dan 10,25% sampai dengan 44,46% pada MRDG dan MRBS, sedangkan pada MRDP penurunan kebutuhan tulangan kolom diperoleh sebesar 24,28% sampai dengan 80,97% dan pada balok induk diperoleh penurunan kebutuhan tulangan sebesar 25,18% sampai dengan 49,33%. Penurunan simpangan tingkat maksimum struktur eksisting yang diperkuat dengan MRDG, MRBS dan MRPD berturut-turut adalah sebesar 88,65%, 70,35% dan 20,91%. Penurunan momen ultimit terbesar pada kolom struktur eksisting yang diperkuat dengan dinding geser, bracing dan pembesaran dimensi berturut turut adalah sebesar 75,78%, 62,80% dan 2,65%, selain itu penurunan gaya geser ultimit terbesar yang diperoleh berturut turut adalah sebesar 76,87%, 60,76% dan 9,71%. Pada struktur eksisting yang diperbesar dimensi diperoleh peningkatan momen ultimit dan gaya geser ultimit terbesar pada kolom lantai 1 yaitu sebesar 135,56% dan 140,21%. Selanjutnya, berdasakan harga material perkuatan yang telah dianaisis pada penelitian ini, perkuatan dengan penambahan bracing pada struktur eksisting merupakan jenis perkuatan yang lebih ekonomis dibandingkan dengan penambahan dinding geser dan pembesaran dimensi. Kata kunci: perkuatan, struktur rangka beton bertulang, dinding geser, bracing, pembesaran dimensi, perilaku.
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat dan karunia-Nya Tugas Akhir dengan judul “Analisis Struktur Rangka Beton Bertulang Dengan Perkuatan Dinding Geser, Bracing, dan Pembesaran Dimensi” ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Pada kesempatan ini saya mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada pihak yang telah turut membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam proses dan penulisan Tugas Akhir ini. Terima kasih secara khusus disampaikan kepada Bapak I Ketut Sudarsana, ST., PhD. dan Bapak Ida Bagus Rai Widiarsa, ST., MASc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing, kepada kedua orang tua dan seluruh keluarga atas dorongan semangat serta dukungan doa yang diberikan. Terima kasih pula kepada teman-teman mahasiswa Teknik Sipil angkatan 2012 dan teman-teman kelompok belajar civic yang turut memberikan semangat dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan karena keterbatasan ilmu yang saya miliki. Untuk itu, saya mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Atas perhatiannya saya ucapkan terima kasih.
Jimbaran, 29 Juli 2016
Penulis
iv
DAFTAR ISI
PERNYATAAN ...................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR ................................ ii ABSTRAK ............................................................................................................ iii UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................... iv DAFTAR ISI...........................................................................................................v DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii DAFTAR TABEL ................................................................................................ ix DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xi DAFTAR NOTASI.............................................................................................. xii BAB I .......................................................................................................................1 PENDAHULUAN ..................................................................................................1 1.1 Latar Belakang ..........................................................................................1 1.2 Rumusan Masalah .....................................................................................2 1.3 Tujuan........................................................................................................2 1.4 Manfaat ......................................................................................................2 1.5 Batasan Masalah ........................................................................................2 BAB II .....................................................................................................................4 TINJAUAN PUSTAKA .........................................................................................4 2.1 Perilaku Struktur Terhadap Beban Gempa ................................................4 2.2 Perbandingan SNI 03-1726-2002 dengan SNI 03-1726-2012 ..................6 2.3 Metode Perkuatan Seismik Struktur ........................................................10 2.4 Dinding Geser .........................................................................................11 2.4.1 Pola Keruntuhan Dinding Geser ................................................................11 2.4.2 Pemodelan Dinding Geser .........................................................................12 2.4.3 End Offset ..................................................................................................16 2.5 Struktur Rangka Bresing Konsentrik ......................................................18 2.6 Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa .................................................19 2.7 Analisis Konstruksi Bertahap ..................................................................20 BAB III ..................................................................................................................23 METODOLOGI PENELITIAN .........................................................................23 3.1 Prosedur Analisis.....................................................................................23 3.2 Pemodelan Model Gedung Perkantoran .......................................................25 3.2.1 Data Material .............................................................................................25 3.2.2 Data Geometri Struktur ..............................................................................26 3.2.3 Pemodelan Struktur Dengan SAP 2000 .....................................................27 3.3 Analisis Konstruksi Bertahap Pada Model ...................................................29 BAB IV ..................................................................................................................31 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................31 4.1 Perhitungan Beban Gempa ...........................................................................31 4.1.1 Perhitungan Beban Gempa Desain ............................................................31 4.1.2 Perhitungan Beban Gempa Re-Analisis ....................................................35 4.2 Model Rangka Struktur Eksisting .................................................................40 4.2 Model Rangka Struktur Eksisting Dengan Perkuatan ..................................47
v
4.2.1 Model Rangka Struktur Eksisting Dengan Perkuatan Dinding Geser (MRDG) ..............................................................................................................48 4.2.2 Model Rangka Struktur Eksisting Dengan Perkuatan Bracing (MRBS) ...53 4.2.3 Model Rangka Struktur Eksisting Dengan Pembesaran Dimensi (MRPD) ............................................................................................................................57 4.3 Perbandingan Gaya-gaya Dalam ...................................................................61 4.4 Perbandingan Kebutuhan Tulangan Struktur Eksisting Dengan Perkuatan..66 4.2.4 Perbandingan Simpangan Struktur Rangka Eksisting ...............................68 4.3 Perbandingan Harga Perkuatan .....................................................................70 4.3.1 Data Material Perkuatan ............................................................................70 BAB V ...................................................................................................................73 PENUTUP .............................................................................................................73 5.1 Simpulan .......................................................................................................73 5.2 Saran .............................................................................................................74 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................75 LAMPIRAN A ....................................................................................................76 LAMPIRAN B ....................................................................................................78 LAMPIRAN C ....................................................................................................80
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Peta spektra 0,2 detik di batuan dasar untuk periode ulang gempa 50 tahun .........................................................................................................................4 Gambar 2. 2 Peta spektra 1 detik di batuan dasar untuk periode ulang gempa 50 tahun .........................................................................................................................4 Gambar 2. 3 Mekanisme keruntuhan ideal suatu struktur gedung dengan sendi plastis terbentuk pada ujung ujung balok dan kaki kolom .......................................5 Gambar 2. 4 Bentuk tipikal spektrum respons gempa rencana ................................7 Gambar 2. 5 Spektrum respons desain .....................................................................7 Gambar 2. 6 Keefektifan dinding geser dan bresing ..............................................10 Gambar 2. 7 Deformation of structural wall under lateral loads ..........................13 Gambar 2. 8 Equivalent Mathematical Model of a Structural Wall ......................14 Gambar 2. 9 Mathematical Model of a Frame-Wall Structure ..............................15 Gambar 2. 10 End Offset Pada Element Frame .....................................................17 Gambar 2. 11 Sistem Rangka Bresing Konsentrik ................................................19 Gambar 3. 1 Diagram Alir Analisis .......................................................................24 Gambar 3. 2 Denah Gedung Beraturan Lantai 1 sampai dengan lantai 5 ..............26 Gambar 3. 3 Potongan A-A ...................................................................................27 Gambar 3. 13 Analisis konstruksi bertahap (Staged Construction) pada SAP 2000 ................................................................................................................................29 Gambar 3. 14 Tahapan pada analisis konstruksi bertahap .....................................30 Gambar 4. 1 Peta gempa dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun ......................................................................................................32 Gambar 4. 2 Penginputan beban gempa desain (kg) arah x dan y pada struktur eksisting berdasarkan SNI 03-1726-2002 ..............................................................35 Gambar 4. 3 Peta Gempa dengan perioda respons spektral 0,2 detik ....................36 Gambar 4. 4 Peta Gempa dengan perioda respons spektral 1 detik .......................36 Gambar 4. 5 Penginputan beban gempa Re-Analisis (kg) arah x dan y pada struktur eksisting berdasarkan SNI 03-1726-2012 ..............................................................40 Gambar 4. 6 Model Rangka Struktur Eksisting (MRE) .........................................40 Gambar 4. 7 Luas kebutuhan tulangan struktur eksisting portal 2-2 .....................42 Gambar 4. 8 Luas kebutuhan tulangan struktur eksisting Re-Analisis Portal 2-2 .44 Gambar 4. 9 Denah rencana penempatan dinding geser dan bracing ....................47 Gambar 4. 10 Potongan A-A dan B-B gambaran penempatan perkuatan struktur; (A) Dinding Geser, (B) Bracing dan Pembesaran dimensi (C)..............................47 Gambar 4. 11 Model rangka terbuka strukur eksisting Portal 2-2 dengan perkuatan dinding geser (MRDG) ..........................................................................................48 Gambar 4. 12 Luas kebutuhan tulangan MRDG ...................................................50 Gambar 4. 13 Model rangka terbuka strukur eksisting Portal 2-2 dengan perkuatan bracing (MRBS) ....................................................................................................53 Gambar 4. 14 Luas kebutuhan tulangan MRBS ....................................................54 Gambar 4. 15 Model rangka terbuka strukur eksisting Portal 2-2 dengan pembesaran dimensi (MRPD) ................................................................................57 Gambar 4. 16 Luas kebutuhan tulangan MRPD ....................................................59 Gambar 4. 17 Perbandingan simpangan struktur rangka eksisting ........................69 vii
Gambar 4. 18 Perbandingan simpangan struktur eksisting dan struktur eksisting dengan perkuatan ...................................................................................................69
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Perbandingan SNI 03-1726-2002 dengan SNI 03-1726-2012 ................6 Tabel 2. 2 Hasil verifikasi program SAP2000 .......................................................22 Tabel 4. 1 Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk wilayah gempa Indonesia .............................................................................32 Tabel 4. 2 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung ....................................................................................................................33 Tabel 4. 3 Berat Bangunan Tiap Lantai .................................................................34 Tabel 4. 4 Perhitungan beban gempa nominal pada tiap kolom SNI 1726-2002 ..34 Tabel 4. 5 Koefisien Situs Fa .................................................................................37 Tabel 4. 6 Tabel Koefisien Situs Fv.......................................................................37 Tabel 4. 7 Berat Bangunan Tiap Lantai .................................................................38 Tabel 4. 8 Perhitungan beban gempa nominal pada tiap kolom SNI 1726-2012 ..39 Tabel 4. 9 Dimensi komponen struktur eksisting 5 lantai......................................41 Tabel 4. 10 Gaya-gaya dalam pada balok induk Portal 2-2 MRE .........................41 Tabel 4. 11 Tulangan pasang pada kolom struktur eksisting Portal 2-2 ................42 Tabel 4. 12 Tulangan pasang pada balok induk struktur eksisting ........................43 Tabel 4. 13 Gaya-gaya dalam akibat pengaruh penyesuaian beban gempa SNI 031726-2012 ..............................................................................................................43 Tabel 4. 14 Luas kebutuhan tulangan kolom struktur eksisting Re-Analisis.........44 Tabel 4. 15 Luas kebutuhan tulangan balok induk struktur eksisting Re-Analisis 45 Tabel 4. 16 Kontrol luas kebutuhan tulangan komponen struktur pada struktur eksisting .................................................................................................................46 Tabel 4. 17 Dimensi komponen struktur eksisting 5 lantai MRDG.......................49 Tabel 4. 18 Gaya-gaya dalam pada balok induk dan kolom Portal 2-2 MRDG ....49 Tabel 4. 19 Luas kebutuhan tulangan kolom MRDG ............................................50 Tabel 4. 20 Luas kebutuhan tulangan balok induk MRDG ...................................51 Tabel 4. 21 Kontrol luas kebutuhan tulangan komponen struktur MRDG ............52 Tabel 4. 22 Dimensi komponen struktur eksisting 5 lantai dengan MRBS ...........53 Tabel 4. 23 Gaya-gaya dalam pada balok induk dan kolom Portal 2-2 MRBS .....54 Tabel 4. 24 Luas kebutuhan tulangan kolom MRBS .............................................55 Tabel 4. 25 Luas kebutuhan tulangan balok induk MRBS ....................................56 Tabel 4. 26 Kontrol luas kebutuhan tulangan komponen struktur MBS ...............56 Tabel 4. 27 Dimensi komponen struktur eksisting 5 lantai dengan MRPD ...........58 Tabel 4. 28 Gaya-gaya dalam pada balok induk dan kolom Portal 2-2 MRPD.....58 Tabel 4. 29 Luas kebutuhan tulangan kolom MRPD .............................................60 Tabel 4. 30 Luas kebutuhan tulangan balok induk MRPD ....................................60 Tabel 4. 31 Kontrol luas kebutuhan tulangan komponen struktur MRPD ............61 Tabel 4. 32 Momen ultimit maksimum balok induk Portal 2-2 tiap lantai ............62 Tabel 4. 33 Momen ultimit maksimum kolom Portal 2-2 tiap lantai .....................63 Tabel 4. 34 Gaya geser ultimit maksimum balok induk Portal 2-2 tiap lantai ......64 Tabel 4. 35 Gaya geser ultimit maksimum kolom Portal 2-2 tiap lantai ...............64 Tabel 4. 36 Gaya aksial maksimum tiap tingkat kolom Portal 2-2 ........................65 Tabel 4. 37 Kontrol luas tulangan tiap tingkat pada kolom Portal 2-2 MRDG dan MRBS ....................................................................................................................66 ix
Tabel 4. 38 Kontrol Luas Tulangan tiap tingkat pada kolom Portal 2-2 MRPD ...67 Tabel 4. 39 Kontrol luas tulangan pada balok induk Portal 2-2 MRDG dan MRBS ................................................................................................................................67 Tabel 4. 40 Kontrol luas tulangan pada balok induk Portal 2-2 MRPD ................68 Tabel 4. 41 Kontrol simpangan ijin .......................................................................70 Tabel 4. 42 Harga material perkuatan dengan Dinding Geser ...............................71 Tabel 4. 43 Harga material perkuatan dengan Bracing .........................................71 Tabel 4. 44 Harga material perkuatan dengan Pembesaran Dimensi ....................71
x
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A ....................................................................................................76 LAMPIRAN B ....................................................................................................78 LAMPIRAN C ....................................................................................................80
xi
DAFTAR NOTASI
Ao I Tc C Ar Am Tc ζ n Cv ψ Sa SDS SD1 S1 R Cd Ωo
: Percepatan puncak muka tanah : Faktor keutamaan gedung : Waktu getar alami : Faktor respon gempa : Pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor Respons Gempa C : Percepatan respons maksimum : Waktu getar alami struktur gedung (detik) : Koefisien pengali dari jumlah tingkat struktur gedung : Jumlah tingkat : Nilai faktor respon gempa vertikal (Cv) : Koefisien yang disesuaikan dengan wilayah gempa tempat struktur gedung berada : Akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar alami efektif pada arah yang ditinjau : Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang perioda pendek seperti ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 6.3 atau 6.9 : Parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda sebesar 1,0 detik, seperti ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 6.10.4 : Parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012 pasal 6.10.4 : Faktor koefisien modifikasi respon : Pembesaran defleksi : Faktor kuat lebih sistem
xii
