ANALISIS PERILAKU STRUKTUR PELAT DATAR ( FLAT PLATE ) SEBAGAI STRUKTUR RANGKA TAHAN GEMPA TUGAS AKHIR

ANALISIS PERILAKU STRUKTUR PELAT DATAR ( FLAT PLATE ) SEBAGAI STRUKTUR RANGKA TAHAN GEMPA

TUGAS AKHIR

SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

Oleh : Yose Mahedi Tampubolon 15004105

Pembimbing : Ivindra Pane, Ph. D

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009 i   

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS AKHIR ANALISIS PERILAKU STRUKTUR PELAT DATAR ( FLAT PLATE ) SEBAGAI STRUKTUR RANGKA TAHAN GEMPA

oleh

Yose Mahedi Tampubolon 15004105

Disetujui oleh PEMBIMBING

Ivindra Pane, Ph.D 999086603 MENGETAHUI KOORDINATOR TUGAS AKHIR KELOMPOK KEPAKARAN STRUKTUR

Ir. Made Suarjana, MSC. Ph.D. 131 667 735

KETUA PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

Dr. Ir. Herlien D. Setio 131 121 658

BANDUNG, MARET 2009 ii   

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatNya hingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan judul Analisis Perilaku Struktur Pelat Datar ( Flat Plate ) Sebagai Struktur Rangka Tahan Gempa. Tugas ini dibuat sebagai salah satu syarat guna menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik S1 di Program Studi Teknik Sipil. Tak lupa penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, antara lain : 1. Ivindra Pane. Ph.D., selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu selama pengerjaan Tugas Akhir ini. 2. Ir. Iswandi Imran, M. Sc, Ph.D., dan Ir. R. Muslinang Moestopo, M. Sem., Ph.D., atas masukannya selama seminar dan juga sebagai penguji dalam Tugas Akhir ini. 3. Staf Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil yang banyak membantu dalam persoalan administratif. 4. Orangtua dan rekan-rekan yang telah memberikan dorongan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini masih banyak memiliki kekurangan dan kelemahan, sehingga penulis mengharapkan saran dan kritik untuk hasil yang lebih baik di masa yang akan datang. Demikianlah pengantar dari penulis, semoga Laporan ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan pada pembaca umumnya. Akhir kata penulis mengucapkan Terimakasih.

Bandung, Maret 2009

Penulis

iii   

ABSTRAK

Struktur bangunan flat plate telah berkembang dan banyak digunakan dalam konstruksi suatu bangunan. Khusus untuk wilayah gempa tinggi, struktur ini masih jarang untuk digunakan, karena memang sifat dari struktur ini sangat lemah terhadap geser. Perencanaan dilakukan dengan Sistem Rangka Pemikul Momen, yang meninjau pada objek portal terbuka 10 lantai. Pada peraturan SNI-03-2847-2002, belum terdapat desain khusus terhadap struktur flate plate untuk kondisi SRPMK. Sehingga peninjauan terhadap elemen pelat, menggunakan SRPMM sedangkan pada balok adalah SRPMK. Analisis sebenarnya meninjau pada struktur dalam bentuk 3 Dimensi. Akan tetapi, sangat sulit untuk melihat perilaku dari kegagalan pelat tersebut. Sehingga dilakukan pemodelan 2 dimensi dalam bentuk rangka ekivalen, dengan lebar pengaruh efektif terhadap beban lateral. Pemodelan secara sepenuhnya dilakukan dengan bantuan perangkat lunak SAP 2000 v.11.0.0. Untuk mengetahui perilaku model terhadap beban lateral, maka dilakukan analisis beban dorong static, (pushover analysis) yang merepresentasikan beban tersebut sebagai gempa. Dari hasil analisis akan dapat dilihat, letak kegagalan dan kelemahan dari struktur flat plate apabila terjadi pembebanan lateral yang cukup tinggi. Dari hasil analisis akan dapat dilihat, titik kegagalan struktur secara umum sangat didominasi oleh kegagalan geser. Khususnya untuk bagian interior dari model tersebut. Kata kunci : SRPMM, SRPMK, Strong Column Weak Beam, Pushover.

iv   

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................... ii KATA PENGANTAR ........ ....................................................................................... v ABSTRAK ................................................................................................................ vi DAFTAR ISI .............................................................................................................. vii DAFTAR TABEL ...................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xi

BAB I

BAB II

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang …………………………………………………… I-1

1.2

Maksud dan Tujuan ……………………………………………… I-2

1.3

Ruang Lingkup Pembahasan ……………………………………. I-3

1.4

Metodologi Pembahasan ………………………………………… I-3

1.5

Sistematika Pembahasan ………………………………………… I-4

KAJIAN LITERATUR DAN DASAR TEORI

2.1

2.2

2.3

Sistem Pelat Dua Arah …………………………………………… II-1 2.1.1

Flat Plate …………………………………………………. II-1

2.1.2

Waffle Slab ………………………………………………… II-2

2.1.3

Flat Slab …………………………………………………… II-2

2.1.4

Pelat Lantai Dengan Balok ………………………………… II-3

Material …………………………………………………………… II-4 2.2.1

Beton ………………………………………………………. II-4

2.2.2

Baja Tulangan ……………………………………………... II-6

Perencanaan Struktur ……………………………………………. II-7 2.3.1 Perencanaan Tahan Gempa ………………………………… II-7 vii

2.4

2.3.2

Beban Gempa ……………………………………………… II-7

2.3.3

Daktilitas Bangunan dan Faktor Reduksi Gempa ………… II-8

2.3.4

Perencanaan Kapasitas …………………………………….. II-13

2.3.5

Respon Spektra ……………………………………………. II-13

2.3.6

Waktu Getar Alami Struktur ………………………………. II-19

2.3.7

Gaya Geser Desain ………………………………………… II-19

2.3.8

Metode Statik Ekivalen …………………………………… II-22

Sistem Struktur Bangunan Tahan Gempa ……………………… II-23 2.4.1 Sistem Dinding Struktural ( SDSB dan SDSK ) ……………. II-24 2.4.2 Sistem Rangka Pemikul Momen ( SRPMB, SRPMM, SRPMK ) …………………………….. II-24 2.4.2.1 Pelat ( Dua Arah Tanpa Balok ) …………………… II-25 2.4.2.2 Kolom ……………………………………………… II-32

2.5

Pemodelan Struktur Flat Plate Sebagai Rangka Ekivalen ……. II-33

2.6

Analisis Pushover …………………………………………………. II-34 2.6.1 Tahapan Utama Analisis Pushover …………………………. II-35  2.6.2

Kurva Pushover ……………………………………………. II-36 

2.6.3

Spektrum Demand …………………………………………. II-36 

2.6.4

Titik Kinerja Struktur ( Performance Point ) ……………… II-38 

2.6.5

Tingkat Kerusakan Struktur ……………………………….. II-39 

BAB III STUDI KASUS

3.1

Dimensi Struktur ………………………………………………… III-1

3.2

Pembebanan Pada Struktur ……………………………………... III-3 3.2.1 Beban Mati ( DL ) ………………………………………….. III-3 3.2.2 Beban Hidup ………………………………………………... III-3 3.2.3 Beban Gempa ……………………………………………….. III-4 3.2.4 Kombinasi Pembebanan …………………………………….. III-4 3.2.5 Preliminari Desain ………………………………………….. III-5 3.2.5.1 Pelat ………………………………………………... III-6 3.2.5.2 Kolom ……………………………………………… III-10

viii

3.3

Validasi Model 3D ke Dalam Bentuk Model Rangka 2D Terhadap Gaya Geser Dasar …………………………………….. III-13 3.3.1 Penentuan Periode Alami Struktur ………………………….. III-13 3.3.2 Penentuan Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekivalen ( Base Shear ) ………………………………………………. III-13

3.4

Pemodelan Analisis Pushover …………………………………… III-17 3.4.1 Pendefinisian Kasus Statik Non Linier Pada Analisis Pushover ……………………………………………………. III-18 3.4.2 Pendefinisian Sendi Plastis …………………………………. III-19

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1

Umum ……………………………………………………………… IV-1

4.2

Evaluasi Kinerja Struktur ……………………………………….. IV-1 4.2.1 Titik Kinerja Struktur ………………………………………. IV-1 4.2.2 Hubungan Gaya dan Simpangan ……………………………. IV-4

BAB V

4.3

Mekanisme Keruntuhan …………………………………………. IV-5

4.4

Kondisi Struktur di Wilayah Gempa yang Berbeda …………… IV-10

4.5

Analisis Terhadap Elemen Pemikul Momen ……………………. IV-12

4.6

Analisis Terhadap Lebar Elemen Pelat Pemikul Momen ……… IV-15

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan ………………………………………………………... V-1

5.2

Saran ………………………………………………………………. V-2

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………… xiii LAMPIRAN

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

: Penentuan Tebal Pelat 2 Arah ……………………………………. II-4

Tabel 2.2

: Parameter Daktilitas Struktur Gedung …………………………… II-10

Tabel 2.3

: Faktor Daktilitas Maksimum, Faktor Reduksi Gempa Maksimum, FaktorTahanan Lebih Struktur dan Faktor Tahanan Lebih Total Beberapa Jenis Sistem dan Subsistem Struktur Gedung ……………………………………….. II-11

Tabel 2.4

: Percepatan Puncak Batuan Dasar dan Percepatan Puncak Muka Tanah untuk Masing-masing Wilayah Gempa Indonesia …………. II-16

Tabel 2.5

: Spektrum Respons Gempa Rencana ……………………………… II-17

Tabel 2.6

: Koefisien ζ untuk Struktur Gedung ................................................ II-19

Tabel 2.7

: Faktor Kategori Gedung ................................................................. II-20

Tabel 2.8

: Klasifikasi Peraturan Gempa Berdasarkan Resiko Kegempaannya .................................................................................. II-23

Tabel 2.9

: Batasan Deformasi ( FEMA 440 ) .................................................. II-41

Tabel 3.1

: Lebar Efektif Pelat Yang dimodel sebagai Balok ………………... III-5

Tabel 3.2

: Tabel Perhitungan Geser Tanpa adanya Transfer Momen ………. III-7

Tabel 3.3

: Tabel Perhitungan Geser dengan Adanya Transfer Momen …….. III-8

Tabel 3.4

: Tulangan Pelat ( balok ) …………………………………………. III-9

Tabel 3.5

: Ukuran Kolom yang Digunakan …………………………………. III-11

Tabel 3.6

: Tulangan Kolom dan Nilai λ nya ………………………………… III-12

Tabel 3.7

: Berat Struktur Secara Keseluruhan ( 3D ) ……………………….. III-15

Tabel 3.8

: Berat Struktur Model Rangka Ekivalen ( 2D ) …………………… III-15

Tabel 4.1

: Kinerja Struktur ………………………………………………….. IV-2

Tabel 4.2

: Rangkuman Hasil Titik Kinerja Struktur ………………………… IV-3

Tabel 4.3

: Performance Level ……………………………………………….. IV-3

Tabel 4.4

: Hubungan Gaya dengan Simpangan ……………………………... IV-5

Tabel 4.5

: Perbandingan Geser dengan Kapasitas Geser …..………………... IV-12

Tabel 4.6

: Kapasitas Geser untuk kondisi Pengurangan Kapasitas Lentur ..... IV-13

Tabel 4.7

: Kapasitas Geser untuk kondisi Pengurangan Lebar Efektif …….. IV-17  x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1

: Peta Pergerakan Lempeng Bumi ………………………………. I-1

Gambar 1.2

: Diagram Alir Sistematika Pembahasan ………………………... I-5

Gambar 2.1

: Stuktur Flat Plate ……………………………………………… II-1

Gambar 2.2

: Struktur Waffle Slab …………………………………………… II-2

Gambar 2.3

: Struktur Flat Slab ………………………………………………. II-3

Gambar 2.4

: Struktur Pelat Lantai dengan Balok ……………………………. II-3

Gambar 2.5

: Diagram Tegangan vs Regangan pada Beton ………………….. II-5

Gambar 2.6

: Perbedaan Baja Keras dengan Baja Lunak …………………….. II-6

Gambar 2.7

: Diagram Beban-Perpindahan pada Struktur Daktail ................... II-8

Gambar 2.8

: Mekanisme Keruntuhan Ideal Suatu Struktur Gedung denganSendi Plastis Terbentuk pada Ujung-ujung Balok, Kaki Kolom ……………………………………………………… II-13

Gambar 2.9

: Gambar Respon Kurva Tripartite ................................................ II-14

Gambar 2.10

: Respon Spektra Desain UBC 1997 ............................................. II-14

Gambar 2.11

: Wilayah Gempa Indonesia dengan Percepatan Puncak Batuan Dasar dengan Perioda Ulang 500 Tahun ………………... II-15

Gambar 2.12

: Respons Spektrum Gempa Rencana Wilayah 1 dan 2 …………. II-17

Gambar 2.13

: Respons Spektrum Gempa Rencana Wilayah 3 dan 4 …………. II-18

Gambar 2.14

: Respons Spektrum Gempa Rencana Wilayah 5 dan 6 …………. II-18

Gambar 2.15

: Keruntuhan Geser 1 Arah ( A ) dan Dua Arah ( B ) …………… II-25

Gambar 2.16

: Jarak Kritis dan Tributary Area Geser 1 Arah dan 2 Arah …….. II-26

Gambar 2.17

: Mekanisme Geser antara Pelat dan Kolom …………………….. II-28

Gambar 2.18

: Perimeter Geser Kritis pada Kolom Interior …………………… II-29

Gambar 2.19

: Perimeter Geser Kritis pada Kolom Tepi ………………………. II-30

Gambar 2.20

: Perimeter Geser Kritis pada Kolom Sudut …………………….. II-30

Gambar 2.21

: Lebar Efektif Penyaluran Momen ke Kolom …………………… II-31

Gambar 2.22

: Lebar Efektif Slab Ekivalen untuk Rangka Flat Plate ................. II-33

Gambar 2.23

: Kurva Kapasitas ........................................................................... II-36

xi

Gambar 2.24

: Spektrum Respon yang Ditampilkan dalam Format Tradisional dan ADRS ................................................................... II-37

Gambar 2.25

: Reduksi Respon Spektrum ........................................................... II-38

Gambar 2.26

: Performance Point pada Capacity Spectrum Method ………….. II-39

Gambar 2.27

: Gambaran Level Kinerja Struktur ( FEMA 440 ) ……………… II-40

Gambar 3.1

: Tampak Atas Model Struktur dalam SAP 2000 ……………….. III-2

Gambar 3.2

: Perspektif Model Struktur dalam SAP 2000 …………………... III-2

Gambar 3.3

: Respon Spektra Wilayah Gempa 5 …………………………….. III-4

Gambar 3.4

: Perbandingan Berat Struktur 3D dan Model Rangka 2D …….. III-14

Gambar 3.5

: Perspektif Model Rangka 2-D Struktur dalam SAP 2000 ……... III-17

Gambar 3.6

: Tampilan Pendefenisian Kasus Pembebanan Gravitasi ………... III-18

Gambar 3.7

: Tampilan Pendefenisian Kasus Pembebanan Lateral ………….. III-19

Gambar 3.8

: Tampilan Pendefenisian Sendi Plastis di Kolom ………………. III-20

Gambar 3.9

: Tampilan Pendefenisian Sendi Plastis di Balok (Pelat) ………. III-21

Gambar 4.1

: Titik Kinerja Struktur ………………………………………….. IV-2

Gambar 4.2

: Kurva Pushover ………………………………………………... IV-4

Gambar 4.3

: Sendi Plastis pada Performance Point …………………………. IV-7

Gambar 4.4

: Titik Performance Point Pada Kurva Pushover ………………... IV-8

Gambar 4.5

: Sendi Plastis pada Tahap Maksimum ………………………….. IV-8

Gambar 4.6

: V Shear Zona 5 ……………………………………………….. IV-10

Gambar 4.7

: V Shear Zona 5 dan 6 ………………………………………… IV-11

Gambar 4.8

: Iterasi Kapasitas Tulangan …………………………………….. IV-13

Gambar 4.9

: Kolom Sebagai Pemikul Momen ...……………………………. IV-14

Gambar 4.10

: Mekanisme Soft Story pada Kolom ……………………………. IV-15

Gambar 4.11

: Iterasi Terhadap Lebar Pelat …………………………………… IV-16

xii