ANALISIS LEBAR STRAT DIAGONAL PADA STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN DINDING PENGISI BERLUBANG SENTRIS TUGAS AKHIR

ANALISIS LEBAR STRAT DIAGONAL PADA STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN DINDING PENGISI BERLUBANG SENTRIS

TUGAS AKHIR

Oleh: I PUTU AGUS PUTRA WIRAWAN NIM: 1204105050

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

2016

HALAMAN PERNYATAAN

i

HALAMAN PENGESAHAN

ii

ABSTRAK Analisis lebar strat diagonal pada struktur rangka beton bertulang dengan dinding pengisi berlubang sentris dengan balok dan kolom praktis di tepi lubang (lintel) telah dilakukan dengan memodel dinding sebagai elemen shell dan strat diagonal. Pada tahap awal dilakukan validasi model rangka dinding pengisi (RDP) penuh dan RDP berlubang satu tingkat untuk mendapatkan respon model RDP penuh dan RDP berlubang sama dengan hasil uji laboratorium. Setelah itu dilanjutkan memodel struktur rangka sederhana satu tingkat dengan penambahan dinding pengisi penuh dan berlubang dengan variasi bukaan 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dan 60% untuk mendapatkan persamaan lebar strat yang sesuai dengan perilaku model elemen shell. Persamaan yang didapat kemudian diaplikasikan pada model rangka 2, 3 dan 4 tingkat dengan penambahan dinding pengisi berlubang dengan variasi bukaan 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dan 60% untuk membandingkan perilaku antara model strat diagonal dengan model elemen shell. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemodelan dinding pengisi dengan strat diagonal dan elemen shell mampu menirukan hasil laboratorium. Dengan membandingkan respon struktur RDP berlubang dengan lintel yang dimodel menggunakan elemen shell dan strat diagonal serta membandingkannya dengan hasil eksperimen, diperoleh persamaan lebar strat Wds = , dimana d adalah panjang diagonal dinding; c adalah koefisien kekakuan pasangan dinding dengan lintel (c = 1.0565r2 - 2.281r + 1.3764); r adalah rasio bukaan dinding. Aplikasi persamaan lebar strat pada struktur rangka 2, 3 dan 4 tingkat model strat menunjukkan perilaku yang bersesuaian dengan perilaku model elemen shell. Hanya saja model dengan persentase lubang 50% dan 60% pada lantai teratas model strat lebih kaku 4-10% dibandingkan dengan model elemen shell. Kata kunci: dinding pengisi berlubang, elemen shell, lintel, persamaan lebar strat diagonal, simpangan.

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji dan syukur dipanjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya Tugas Akhir ini, yang berjudul “Analisis Lebar Strat Diagonal Pada Struktur Rangka Beton Bertulang Dengan Dinding Pengisi Berlubang Sentris” dapat terselesaikan. Selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, saran, dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini diucapkan terima kasih pada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE, Ph.D dan Ibu Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing. Terima kasih pula kepada Nyoman Widiana Surya atas bantuannya dalam proses pengerjaan Tugas Akhir ini.

Bukit Jimbaran, 22 April 2016

Penulis

iv

DAFTAR ISI HALAMAN PERNYATAAN ............................... Error! Bookmark not defined. HALAMAN PENGESAHAN ............................... Error! Bookmark not defined. ABSTRAK ............................................................................................................. iii UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................. iv DAFTAR ISI ........................................................................................................... 1 DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. 3 DAFTAR TABEL ................................................................................................... 5 DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... 6 BAB I PENDAHULUAN ...................................... Error! Bookmark not defined. 1.1.

Latar Belakang ........................................ Error! Bookmark not defined.

1.2.

Rumusan Masalah ................................... Error! Bookmark not defined.

1.3.

Tujuan...................................................... Error! Bookmark not defined.

1.4.

Manfaat .................................................... Error! Bookmark not defined.

1.5.

Batasan Masalah ...................................... Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................... Error! Bookmark not defined. 2.1.

Dinding Pengisi ....................................... Error! Bookmark not defined.

2.1.1

Definisi ............................................. Error! Bookmark not defined.

2.1.2

Rangka dengan Dinding Pengisi ...... Error! Bookmark not defined.

2.2.

Strat Diagonal .......................................... Error! Bookmark not defined.

2.3.

Elemen Shell ........................................... Error! Bookmark not defined.

2.4.

Elemen Gap ............................................. Error! Bookmark not defined.

2.5.

Material Nonlinier ................................... Error! Bookmark not defined.

2.6.

Penelitian Terkait .................................... Error! Bookmark not defined.

2.6.1 Eksperimen yang Dilakukan oleh Imran dan Aryanto (2009) . Error! Bookmark not defined. 2.6.2

Kakaletsis and Karayannis (2009) ... Error! Bookmark not defined.

2.6.3

Sigmund & Penava (2012) ............... Error! Bookmark not defined.

2.6.4

Sukrawa (2015) ................................ Error! Bookmark not defined.

BAB III METODE PENELITIAN ........................ Error! Bookmark not defined. 3.1

Kerangka Berpikir ................................... Error! Bookmark not defined.

3.2

Validasi Metode Pemodelan.................... Error! Bookmark not defined.

3.2.1

Data Material ................................... Error! Bookmark not defined.

3.2.2

Data Geometri Struktur .................... Error! Bookmark not defined.

3.2.3

Pemodelan Strat Diagonal................ Error! Bookmark not defined.

1

3.2.4

Pemodelan Elemen Shell ................. Error! Bookmark not defined.

3.3

Analisis Linier dengan Reduksi EI.......... Error! Bookmark not defined.

3.4

Pemodelan Rangka Sederhana ................ Error! Bookmark not defined.

3.4.1

Data Geometri ................................. Error! Bookmark not defined.

3.5 Pemodelan Struktur Rangka 2, 3, dan 4 Tingkat ... Error! Bookmark not defined. 3.5.1

Data Material ................................... Error! Bookmark not defined.

3.5.2

Data Geometri Struktur .................... Error! Bookmark not defined.

3.5.3

Aplikasi Pemodelan ......................... Error! Bookmark not defined.

3.5.4

Pembebanan ..................................... Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............... Error! Bookmark not defined. 4.1

Validasi Model ........................................ Error! Bookmark not defined.

4.1.1 Kurva Gaya-Perpindahan dengan Elemen Shell .. Error! Bookmark not defined. 4.1.2 Kurva Gaya-Perpindahan dengan Strat Diagonal. Error! Bookmark not defined. 4.2 Analisis Lebar Strat Diagonal pada Model Rangka Sederhana ...... Error! Bookmark not defined. 4.2.1

Model Rangka Sederhana ................ Error! Bookmark not defined.

4.2.2

Simpangan ....................................... Error! Bookmark not defined.

4.2.3

Lebar Strat ....................................... Error! Bookmark not defined.

4.3 Aplikasi Persamaan Lebar Strat pada Model Rangka .. Error! Bookmark not defined. 4.3.1

Model 2 Tingkat .............................. Error! Bookmark not defined.

4.3.2

Model 3 Tingkat .............................. Error! Bookmark not defined.

4.3.3

Model 4 Tingkat .............................. Error! Bookmark not defined.

BAB V PENUTUP ................................................ Error! Bookmark not defined. 5.1

Kesimpulan.............................................. Error! Bookmark not defined.

5.2

Saran ........................................................ Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ............................................ Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN A ....................................................... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN B ....................................................... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN C ....................................................... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN D ....................................................... Error! Bookmark not defined.

2

3

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rangka dengan Dinding Pengisi ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2 Model Dinding Pengisi Sebagai Strat DiagonalError! Bookmark not defined. Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Faktor Reduksi dengan Persentase Lubang pada Dinding. ...... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4 Elemen shell segiempat ...................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5 Elemen shell segitiga ........................ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6 Tegangan pada elemen shell ............. Error! Bookmark not defined. Gambar 2.7 Elemen Gap ........................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.8 Grafik hubungan antara kekakuan dinding dan kekakuan gap .. Error! Bookmark not defined. Gambar 2.9 Spesimen rangka beton bertulang dengan dinding pengisi ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10 Gambaran dari susunan eksperimen Error! Bookmark not defined. Gambar 2.11 Set up pengujian ............................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.12 Program pembebanan pada pengujian ........... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.13 Detail penulangan ............................ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.14 Pola retak akhir pada model eksperimen 1 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.15 Pola retak akhir pada model eksperimen 2 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.16 Kurva beban-perpindahan histeretis untuk model 1 dan model 2 ................................................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.17 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji S............... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.18 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji WO2 .... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.19 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji DO2 ..... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.20 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen S, WO2, dan DO2 ................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.21 Desain Tulangan Rangka Benda Uji Error! Bookmark not defined. Gambar 2.22 Kurva Gaya Lateral dan Perpindahan dari Masing-Masing Benda Uji .................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.23 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen DP, Door, dan Window ................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.24 Geometri Struktur (a) Rangka diuji dan (b) model yang sesuai dengan menggunakan strat dan elemen shell. Error! Bookmark not defined. Gambar 2.25 kurva beban-deformasi model IFS, IFO, dan BF (kiri) dan IFOL dan IFO (kanan) ..................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.26 Kontur tegangan maksimum WO4 tanpa lintel (kiri) dan WO4L dengan lintel (kanan) ....................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.27 kurva beban - deformasi di arah Y: 3 lantai (kiri); 4 lantai (tengah); 5 lantai (kanan) ................................ Error! Bookmark not defined. 4

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ..................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.2 Geometrik struktur model validasi ..... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3 Cara Me-release Momen pada Strat .. Error! Bookmark not defined. Gambar 3.4 Cara Me-release Gaya Tarik pada Strat ........... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.5 Konfigurasi Elemen Shell .................. Error! Bookmark not defined. Gambar 3.6 Data Geometri Model Rangka Sederhana ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 3.7 Geometri Struktur Rangka (a) Rangka 2 Tingkat, (b) Rangka 3 Tingkat, (c) Rangka 4 Tingkat......... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.8 Variasi Lubang Dinding Pengisi ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 3.9 Pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 2012 ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.1 Model dengan Elemen Shell (a) Model RDP Penuh (MSsh), (b) Model RDP dengan Bukaan Pintu (MDOsh), dan (c) Model RDP dengan Bukaan Jendela (MWOsh) ..... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.2 Model dengan Strat Diagonal (a) Model RDP Penuh (MSst), (b) Model RDP dengan Bukaan Pintu (MDOst), dan (c) Model RDP dengan Bukaan Jendela (MWOst) ...... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.3 Kurva Gaya-Perpindahan MSsh ......... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Kurva Gaya-Perpindahan MDOsh ..... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.5 Kurva Gaya-Perpindahan MWOsh .... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.6 Kurva Gaya-Perpindahan MSst.......... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.7 Kurva Gaya-Perpindahan MDOst ...... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.8 Kurva Gaya-Perpindahan MWOst ..... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.9 Model Rangka Sederhana dengan Elemen Shell (a) dinding penuh, (b) luas lubang 10%, (c) luas lubang 20%, (d) luas lubang 30%, (e) luas lubang 40%, (f) luas lubang 50%, dan (g) luas lubang 60% ............................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10 Model Rangka Sederhana dengan Strat Diagonal (a) dinding penuh, (b) luas lubang 10%, (c) luas lubang 20%, (d) luas lubang 30%, (e) luas lubang 40%, (f) luas lubang 50%, dan (g) luas lubang 60% ............................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.11 Perbandingan Simpangan Rangka sederhana Model Elemen Shell ................................................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.12 Perbandingan Simpangan Rangka sederhana Model Strat Diagonal ............................................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.13 Perbandingan Simpangan Rangka sederhana Model Strat Diagonal dan Elemen Shell ................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.14 Hubungan antara Persentase Lubang (r) terhadap koefisien kekakuan dinding (c) .......................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.15 Perbandingan Simpangan Rangka 2 Tingkat . Error! Bookmark not defined. Gambar 4.16 Perbandingan Simpangan Rangka 3 Tingkat . Error! Bookmark not defined. Gambar 4.17 Perbandingan Simpangan Rangka 4 Tingkat . Error! Bookmark not defined.

5

6

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Properti material rata-rata ...................... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.2 Rekapitulasi hasil eksperimen................ Error! Bookmark not defined. Tabel 2.3 Rekapitulasi dari rasio daktilitas spesimen ......... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.4 Tipe Benda Uji Dinding Pengisi dengan Bukaan Error! Bookmark not defined. Tabel 2.5 Material yang Digunakan dan Sifat-Sifatnya ....... Error! Bookmark not defined. Tabel 3.1 Kode Penamaan Setiap Model ............... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.1 Variasi Beban dan EI ............................. Error! Bookmark not defined. Tabel 4.2 Lebar Strat Diagonal .............................. Error! Bookmark not defined. Tabel 4.3 Dimensi Bukaan Dinding pada Rangka Sederhana .... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.4 Lebar Strat Pada Model Rangka Sederhana ........ Error! Bookmark not defined. Tabel 4.5 Dimensi Penampang Struktur Rangka 2 Tingkat. Error! Bookmark not defined. Tabel 4.6 Dimensi Penampang Struktur Rangka 3 Tingkat. Error! Bookmark not defined. Tabel 4.7 Dimensi Penampang Struktur Rangka 4 Tingkat. Error! Bookmark not defined. Tabel 4.8 Perbedaan Simpangan Antara Model Elemen Shell dan Strat Diagonal ............................................................... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.9 Perbedaan Simpangan Antara Model Elemen Shell dan Strat Diagonal ............................................................... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.10 Perbedaan Simpangan Antara Model Elemen Shell dan Strat Diagonal ............................................................... Error! Bookmark not defined.

7

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Ketentuan Pembebanan Gempa ................................................. 73 Tabel A.1 Faktor Keutamaan gempa ..................... Error! Bookmark not defined. Tabel A.2 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda 1 detik............................... Error! Bookmark not defined. Tabel A.3 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk Sistem Penahan Gaya Gempa ........... Error! Bookmark not defined. Gambar A.1 SS, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER), kelas situs SB.......................... Error! Bookmark not defined. Gambar A.2 S1, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko-tertarget (MCER), kelas situs SB ......................... Error! Bookmark not defined. Lampiran B Dimensi Strat Diagonal ................................................................ 76 Tabel B.1 Lebar Strat untuk Model Validasi ......... Error! Bookmark not defined. Tabel B.2 Lebar Strat pada model Rangka Sederhana ........ Error! Bookmark not defined. Tabel B.3 Lebar Strat pada model Rangka 2, 3 dan 4 tingkatError! Bookmark not defined. Lampiran C Data Beban dan Perpindahan...................................................... 77 Tabel C.1 Data Beban dan Perpindahan Model MSsh ........ Error! Bookmark not defined. Tabel C.2 Data Beban dan Perpindahan Model MDOsh ..... Error! Bookmark not defined. Tabel C.3 Data Beban dan Perpindahan Model MWOsh .... Error! Bookmark not defined. Tabel C.4 Data Beban dan Perpindahan Model MSst ......... Error! Bookmark not defined. Tabel C.5 Data Beban dan Perpindahan Model MDOst ...... Error! Bookmark not defined. Tabel C.6 Data Beban dan Perpindahan Model MWOst ..... Error! Bookmark not defined. Tabel C.7 Data Perpindahan Model Rangka Sederhana ...... Error! Bookmark not defined. Tabel C.8 Data Perpindahan Model Rangka Dua Tingkat .. Error! Bookmark not defined. Tabel C.9 Data Perpindahan Model Rangka Tiga Tingkat .. Error! Bookmark not defined. Tabel C.10 Data Perpindahan Model Rangka Empat TingkatError! Bookmark not defined. Lampiran D Model Struktur Rangka 2, 3, dan 4 Tingkat ............................. 83 Gambar D.1 Model Rangka 2 Tingkat dengan Elemen Shell (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ..... Error! Bookmark not defined. Gambar D.2 Model Rangka 2 Tingkat dengan Strat Diagonal (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ..... Error! Bookmark not defined.

8

Gambar D.3 Model Rangka 3 Tingkat dengan Elemen Shell (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ..... Error! Bookmark not defined. Gambar D.4 Model Rangka 3 Tingkat dengan Strat Diagonal (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ..... Error! Bookmark not defined. Gambar D.5 Model Rangka 4 Tingkat dengan Elemen Shell (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ..... Error! Bookmark not defined. Gambar D.6 Model Rangka 4 Tingkat dengan Strat Diagonal (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ..... Error! Bookmark not defined.

9