EVALUASI KINERJA STRUKTUR BANGUNAN YANG MENGGUNAKAN SAMBUNGAN LEWATAN (LAP SPLICES) PADA UJUNG KOLOM

EVALUASI KINERJA STRUKTUR BANGUNAN YANG MENGGUNAKAN SAMBUNGAN LEWATAN (LAP SPLICES) PADA UJUNG KOLOM TUGAS AKHIR Oleh : Desindo Wijaya 100404163 Disetujui : Pembimbing

Ir. Besman Surbakti, MT.

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK Indonesia merupakan negara yang memiliki tingkat kerawanan gempa yang cukup tinggi. Oleh sebab itu, bangunan yang dibangun hendaknya memiliki tingkat daktilitas yang cukup untuk menghadapi bencana gempa yang mungkin akan terjadi. Standar-standar perencanaan yang menjadi pedoman perencanaan gedung di Indonesia telah menjadikan desain tahan gempa sebagai materi yang cukup penting. Namun, pada kenyataannya, di lapangan masih banyak dijumpai pelaksanaan konstruksi pembangunan yang kurang sesuai dengan apa yang telah ditentukan di dalam standar. Penggunaan sambungan lewatan pada ujung kolom merupakan salah satu faktor yang dapat mengakibatkan berkurangnya daktilitas dari suatu bangunan karena ujung kolom merupakan daerah sendi plastis. Pada umumnya panjang sambungan lewatan yang digunakan ini kurang dari ketentuan yang berlaku. Oleh sebab itu, dalam Tugas Akhir ini akan dikaji mengenai pengaruh penggunaan sambungan lewatan pada ujung kolom ini terhadap daktilitas dan kinerja bangunan. Dua macam penempatan sambungan lewatan pada kolom akan dianalisis yaitu pada ujung kolom dan tidak pada ujung kolom. Hasil analisis menunjukkan bahwa penggunaan sambungan lewatan pada ujung kolom akan mengurangi kapasitas deformasi inelastic dari bangunan. Pada kondisi gempa yang cukup besar, diyakini bahwa bangunan yang menempatkan sambungan lewatan pada ujung kolom akan mengalami keruntuhan lebih awal jika dibandingkan dengan bangunan yang menempatkan sambungan lewatan pada daerah di luar sendi plastis kolom.

Kata Kunci : Sambungan Lewatan (Lap Splices), Beban Gempa, Analisis Statik Nonlinear, Taraf Kinerja

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan berkat-Nya hingga selesainya tugas akhir ini dengan judul “Evaluasi Kinerja Struktur Bangunan Yang Menggunakan Sambungan Lewatan (Lap Splices) Pada Ujung Kolom”. Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang Studi Struktur pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU). Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis menerima saran kritik Bapak dan Ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan tugas akhir ini. Penulis juga menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak lepas dari bimbingan, dukungan dan bantuan semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Besman Surbakti, M.T., selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku ketua departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., selaku sekretaris departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 4. Teristimewa kepada kedua Orang Tua penulis, William Surya Wijaya, Harry Putra Wijaya dan Cindy Michelle yang telah mendukung, menyemangati serta mendoakan penulis di setiap kegiatan akademis penulis.

Universitas Sumatera Utara

5. Rudi Kirana, Deni Hermawan, John Thedy, Rudy Tiara, selaku teman seperjuangan penulis yang selalu mengingatkan dan memberikan dukungan moral kepada penulis hingga tugas akhir ini dapat selesai tepat waktu. 6. Erwin Kwok, selaku abang senior stambuk 2004 yang memberikan kontribusi besar kepada penulis dalam hal memberikan semangat dan arahan hingga selesainya tugas akhir ini. 7. Teman-teman jurusan Teknik Sipil, terutama teman-teman seangkatan 2010 khususnya Ricky Bokir yang senantiasa membantu dikala penulis menemui kendala, abang/ kakak stambuk 2007, 2008 dan 2009 serta adik-adik 2013 terima kasih atas dukungan dan informasi mengenai kegiatan sipil selama ini. 8. Para pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU atas ketersediannya untuk mengurus administrasi Tugas akhir ini. 9. Berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Terima kasih untuk semuanya.

Medan, 12 Agustus 2014

Penulis

DESINDO WIJAYA 10 0404 163

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................................................. i KATA PENGANTAR ...............................................................................................................ii DAFTAR ISI ............................................................................................................................ iv DAFTAR GAMBAR ..............................................................................................................vii BAB II .....................................................................................................................................vii BAB III ....................................................................................................................................vii BAB IV .................................................................................................................................. viii DAFTAR TABEL .................................................................................................................... ix DAFTAR NOTASI .................................................................................................................. xi BAB I PENDAHULUAN........................................................................................................ 1 1.1. Umum ....................................................................................................................... 1 1.2. Latar Belakang .......................................................................................................... 3 1.3. Studi Literatur ........................................................................................................... 6 1.4. Perumusan Masalah .................................................................................................. 8 1.5. Pembatasan Masalah ................................................................................................. 9 1.6. Maksud dan Tujuan Penelitian ................................................................................ 10 1.7. Metodologi Penulisan ............................................................................................. 10 1.8. Sistematika Penulisan ............................................................................................. 11 BAB II PENDAHULUAN .................................................................................................... 12 2.1. Peraturan Pembebanan Gempa Berdasarkan RSNI2 03-1726-201x ...................... 12 2.1.1. Gempa Rencana dan Faktor Keutamaan ..................................................... 12 2.1.2. Klasifikasi Situs dan Parameter ................................................................... 14 2.1.3. Parameter Percepatan Gempa ...................................................................... 17

Universitas Sumatera Utara

2.1.4. Parameter Percepatan Spektral Desain ........................................................ 18 2.1.5. Periode Fundamental Pendekatan................................................................ 20 2.1.6. Kinerja Struktur Gedung ............................................................................. 20 2.2. Peraturan Pembebanan Berdasarkan RSNI 03-1727-201x ..................................... 22 2.2.1. Beban Mati .................................................................................................. 22 2.2.2. Beban Hidup ................................................................................................ 24 2.3. Sambungan Lewatan (Lap Splice) .......................................................................... 28 BAB III ANALISIS BEBAN DORONG (NONLINEAR STATIC PUSHOVER) .......... 42 3.1. Pengertian Analisis Beban Dorong ......................................................................... 42 3.2. Analisis Beban Dorong Berdasarkan ATC-40 (Capacity-Spectrum Method)......... 42 3.2.1. Kapasitas (Capacity) ................................................................................... 42 3.2.2. Permintaan (Demand) .................................................................................. 43 3.2.3. Kinerja (Performance)................................................................................. 50 3.3. Analisis Beban Dorong Berdasarkan FEMA-356 (Target Displacement) .............. 52 3.4. Analisis Beban Dorong Berdasarkan FEMA-440 (Displacement Coefficient Method) ................................................................................................................... 56 3.5. Analisis Beban Dorong Berdasarkan FEMA-440 (Linearization Method) ............ 57 3.6. Sendi Plastis ............................................................................................................ 59 3.6.1. Hasil Analisis Sendi Plastis ......................................................................... 60 3.6.2. Distribusi Sendi Plastis ................................................................................ 62 3.6.3. Mekanisme Pembentukan Sendi Plastis ...................................................... 63 3.7. Taraf Kinerja Struktur ............................................................................................. 68 3.8. Klasifikasi Deformasi Batas ................................................................................... 69 BAB IV PEMBAHASAN ..................................................................................................... 71 4.1

Pemodelan Struktur ................................................................................................. 71

Universitas Sumatera Utara

4.2

Data Material .......................................................................................................... 74

4.3

Pembebanan Struktur .............................................................................................. 75

4.4

Pra-Dimensi Komponen Struktur ........................................................................... 76

4.5

Kombinasi Pembebanan ......................................................................................... 79

4.6

Analisa Struktur untuk Menentukan Gaya-Gaya Dalam Komponen Struktur ....... 79

4.7

Dimensi Penulangan Pada Kolom dan Kekuatan Kolom ....................................... 80

4.8

Dimensi Penulangan Pada Balok dan Kekuatan Balok .......................................... 85

4.9

Analisis Beban Dorong dengan SAP2000 .............................................................. 87

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................ 96 5.1

Kesimpulan ............................................................................................................. 96

5.2

Saran ....................................................................................................................... 97

LAMPIRAN A Perhitungan Beban Gempa Statik Ekivalen ............................................ 98 LAMPIRAN B Hasil Output Analisis Penampang dengan XTRACT........................... 104 LAMPIRAN C Analisis Beban Dorong Dengan SAP2000 .............................................. 107 LAMPIRAN D Penyebaran Sendi Plastis Pada Analisis Beban Dorong ....................... 129 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... xiii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

BAB I Gambar 1.1 Kurva histerisis kolom (Sumber: Kim, T.H, dkk 2006) ......................................... 7 BAB II Gambar 2.1 Spektrum respons desain...................................................................................... 19 Gambar 2.2 Gaya-gaya yang bekerja pada balok .................................................................... 29 Gambar 2.3 Hubungan antara tegangan tulangan dengan average bond stress....................... 29 Gambar 2.4 Tegangan rekatan rata-rata akibat lentur .............................................................. 31 Gambar 2.5 Mekanisme bond-transfer .................................................................................... 32 Gambar 2.6 Tipikal kegagalan akibat retakan permukaan (splitting failure) .......................... 34 Gambar 2.7 Sketsa letak sambungan lewatan yang baik pada kolom ..................................... 36 Gambar 2.8 Distribusi tegangan .............................................................................................. 37 BAB III Gambar 3.1 Kurva kapasitas (ATC-40) ................................................................................... 43 Gambar 3.2 Kurva kapasitas dan spektrum kapasitas (ATC-40) ............................................. 45 Gambar 3.3 Respons spektrum tradisional dan demand spectrum (ATC-40) .......................... 46 Gambar 3.4 Spektrum kapasitas yang dicantumkan bersama demand spectrum (ATC-40) .... 46 Gambar 3.5 Representasi bilinier dari spektrum kapasitas (ATC-40) ..................................... 47 Gambar 3.6 Enerji redaman (ATC-40)..................................................................................... 48 Gambar 3.7 Enerji regangan maksimum (ATC-40) ................................................................. 48 Gambar 3.8 Grafik perpotongan spektrum kapasitas dengan demand spectrum (ATC-40) .... 51 Gambar 3.9 Tahapan Direct Coefficient Method (DCM) berdasarkan FEMA-356 ................. 53 Gambar 3.10 Grafik hubungan periode efektif dengan redaman dalam format ADRS

Universitas Sumatera Utara

(FEMA-440)........................................................................................................ 57 Gambar 3.11 Perkiraan peralihan maksimum .......................................................................... 59 Gambar 3.12 Kurva hubunagn momen-rotasi, setipe dengan kurva hubungan gayaperpindahan (FEMA-356) ................................................................................... 61 BAB IV Gambar 4.1 Pemodelan gedung 3-D ........................................................................................ 72 Gambar 4.2 Denah gedung ...................................................................................................... 73 Gambar 4.3 Diagram interaksi kolom C700×700 20D22 mm................................................. 81 Gambar 4.4 Kapasitas lentur kolom pada sudut bangunan ...................................................... 81 Gambar 4.5 Kapasitas lentur kolom pada tepi bangunan ........................................................ 82 Gambar 4.6 Kapasitas lentur kolom pada tengah bangunan .................................................... 82 Gambar 4.7 Detail penampang dan penulangan kolom ........................................................... 84 Gambar 4.8 Kurva kapasitas .................................................................................................... 90 Gambar 4.9 Respon spektrum desain untuk beberapa tingkat kekuatan gempa ...................... 91

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL BAB II Tabel 2.1

Faktor keutaman untuk berbagai kategori gedung dan bangunan (RSNI 031726-201x) .......................................................................................................... 13

Tabel 2.2

Faktor keutaman gempa (RSNI 03-1726-201x) .................................................. 14

Tabel 2.3

Klasifikasi situs ................................................................................................... 15

Tabel 2.4

Koefisien situs, Fa ............................................................................................... 17

Tabel 2.5

Koefisien situs, Fv ............................................................................................... 18

Tabel 2.6

Koefisien Ct dan x ............................................................................................... 20

Tabel 2.7

Simpangan antar lantai izin (Δa).......................................................................... 21

Tabel 2.8

Berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung (RSNI 03-1727-201x) ... 22

Tabel 2.9

Beban hidup pada lantai gedung (RSNI 03-1727-201x) ..................................... 24

Tabel 2.10 Panjang penyaluran batang ulir dan kawat ulir (SK-SNI 03-2847-2002) ........... 38 Tabel 2.11

Faktor penyaluran batang ulir dan kawat ulir (SK-SNI 03-2847-2002) ............. 39

BAB III Tabel 3.1

Nilai k (ATC-40) ................................................................................................. 50

Tabel 3.2

Nilai SRAmin dan SRVmin (ATC-40) ...................................................................... 50

Tabel 3.3

Tipe struktur (ATC-40)........................................................................................ 50

Tabel 3.4

Faktor modifikasi Cm berdasarkan FEMA-356 ................................................... 54

Tabel 3.5

Faktor modifikasi C2 berdasarkan FEMA-356 ................................................... 55

Tabel 3.6

Modeling parameters and numerical acceptance criteria untuk prosedur nonlinear – kolom beton bertulang (FEMA-356) ............................................... 65

Tabel 3.7

Modeling parameters and numerical acceptance criteria untuk prosedur nonlinear –balok beton bertulang (FEMA-356) .................................................. 66

Tabel 3.8

Deformasi batas untuk berbagai tingkat kinerja (ATC-40) ................................. 70

Universitas Sumatera Utara

BAB IV Tabel 4.1

Informasi model bangunan yang akan dianalisis ................................................ 71

Tabel 4.2

Parameter percepatan Ss dan S1 untuk beberapa kota di Indonesia ..................... 74

Tabel 4.3

Dimensi awal rencana komponen-komponen struktur bangunan ....................... 78

Tabel 4.4

Gaya-gaya dalam maksimum pada balok dan kolom ......................................... 80

Tabel 4.5

Variasi kekuatan kolom pada beban aksial yang berbeda ................................... 83

Tabel 4.6

Detail penulangan pada balok ............................................................................. 87

Tabel 4.7

Kinerja struktur untuk struktur yang tidak menggunakan sambungan lewatan pada ujung kolom (WOLS) untuk beban dorong arah X .................................... 92

Tabel 4.8

Kinerja struktur untuk struktur yang tidak menggunakan sambungan lewatan pada ujung kolom (WOLS) untuk beban dorong arah Y .................................... 93

Tabel 4.9

Kinerja struktur untuk struktur yang menggunakan sambungan lewatan pada ujung kolom (WLS) untuk beban dorong arah X................................................ 94

Tabel 4.10 Kinerja struktur untuk struktur yang menggunakan sambungan lewatan pada ujung kolom (WLS) untuk beban dorong arah Y ................................................ 95

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Ag

=

Luas bruto penampang (mm2)

Ash

=

Luas penampang total tulangan transversal, termasuk sengkang pengikat (mm2)

As,max

=

Luas tulangan maximum (mm2)

As,min

=

Luas tulangan minimum (mm2)

a

=

Panjang pelat (mm)

b

=

Lebar pelat (mm)

bw

=

Lebar badan penampang persegi (mm)

D

=

Beban mati

d

=

Jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik (mm)

E

=

Beban gempa

Fa

=

Koefisien situs untuk perioda pendek (pada perioda 0,2 detik)

Fv

=

Koefisien situs untuk perioda panjang (pada perioda 1 detik)

f’c

=

Kuat tekan Beton (MPa)

fy

=

Kuat leleh tulangan (MPa)

hx

=

Spasi horizontal maksimum untuk kaki-kaki sengkang tertutup atau sengkang ikat pada semua muka kolom (mm)

Ie

=

Faktor keutamaan Gempa

L

=

Beban Hidup

ld

=

Panjang Sambungan Lewatan`

P

=

Gaya aksial terfaktor (N)

PF1

=

Modal participation factor untuk mode 1

R

=

Faktor reduksi gempa

Ss

=

Parameter percepatan respons spectral MCE dari peta gempa pada perioda

Universitas Sumatera Utara

pendek, redaman 5 persen S1

=

Parameter percepatan respons spectral MCE dari peta gempa pada perioda 1 detik, redaman 5 persen

SDS

=

Parameter percepatan respons spectral pada perioda pendek, redaman 5 persen

SD1

=

Parameter percepatan respons spectral pada perioda 1 detik, redaman 5 persen

SMS

=

Parameter percepatan respons spectral MCE pada perioda pendek yang sudah disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs

SM1

=

Parameter percepatan respons spectral MCE pada perioda 1 detik yang sudah disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs

S

=

Spasi tulangan transversal (mm)

Sx

=

Spasi tulangan transversal (mm)

t

=

Tebal pelat (mm)]

T

=

Perioda fundamental bangunan

∆roof

=

Peralihan atap

ADRS =

Acceleration-Displacement Response Spectra

ATC

=

Applied Technology Council

IO

=

Immediate Occupancy

DC

=

Damage Control

FEMA =

Federal Emergency Management Agency

SRPMK =

Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus

Universitas Sumatera Utara