PERBANDINGAN PERILAKU STRUKTUR BANGUNAN TANPA DAN DENGAN DINDING GESER BETON BERTULANG
TUGAS AKHIR
Oleh : I Putu Bagus Brahmantya Karna 1104105070
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
i
ABSTRAK Dinding geser sebagai elemen penahan gaya lateral memiliki keuntungan utama karena menyediakan kontinuitas vertikal pada sistem lateral struktur gedung. Struktur gedung dengan dinding geser sebagai elemen penahan gaya lateral pada umumnya memiliki performance yang cukup baik pada saat gempa. Dengan penambahan dinding geser akan mengakibatkan kekakuan struktur bangunan bertambah besar. Sehingga menyebabkan perilaku sebuah struktur bangunan menjadi berubah ketika ditambahkannya dinding geser. Untuk memperoleh informasi mengenai perilaku suatu struktur dengan dinding geser maka perlu dilakukannya suatu analisis. Proses analisis untuk struktur dengan dinding geser beton bertulang dan tanpa dinding geser beton bertulang menggunakan program SAP 2000 V.15, dimulai dengan membuat masing-masing model struktur, dimana model pertama ialah M1 (Struktur Rangka Terbuka), kemudian model kedua yaitu M2 (Struktur Rangka Terbuka+Dinding Geser Beton Bertulang), dan model ketiga adalah M3 (Perubahan Dimensi Struktur Rangka Terbuka+Dinding Geser Beton Bertulang). Ketiga model struktur tersebut akan dianalisis menggunakan menggunakan beban gempa auto lateral load IBC 2009 dan respons spektrum yang mengacu pada ketentuan SNI 03-1726-2012. Berdasarkan analisis didapatkan simpangan struktur arah x, simpangan yang terbesar terjadi pada M1 pada tingkat ke-7, dengan presentase 36,11% lebih besar dari M2 dan lebih besar 32,70 % dari M3. Untuk simpangan struktur arah y, simpangan yang terbesar terjadi pada M1 pada tingkat ke-7, dengan presentase 46,27% lebih besar dari M2 dan lebih besar 41,43 % dari M3. Pengunaan dinding geser mengakibatkan bertambahnya berat struktur sebesar 3,98% sehingga perlu dilakukannya perubahan dimensi struktur seperti balok dan kolom mengakibatkan berat struktur hanya sedikit bertambah sebesar 0,55%.
Kata kunci : dinding geser beton bertulang, SNI 03-1726-2012, SAP 2000 V.15
i
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa karena atas karunia-Nya Tugas Akhir ini, yang berjudul “PERBANDINGAN PERILAKU STRUKTUR BANGUNAN TANPA DAN DENGAN DINDING GESER BETON BERTULANG” dapat tersusun hingga selesai. Dalam menyusun Tugas Akhir ini, penulis telah melibatkan berbagai pihak, untuk itu tidak lupa ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT, selaku pembimbing I dan Ir. Dharma Putra, MCE, selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan masukan – masukan dalam menyusun Tugas Akhir ini; kepada orang tua penulis Bapak I Ketut Sadia dan Ibu Made Meri serta adik penulis Ayu Mirah Iswari Karna yang selalu memberikan doa dan dukungannya kepada penulis; kepada Hendra Prayoga, Riskiawan, Ronny, Marcel, Kebon dan Landepi yang selalu membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini; kepada teman-teman TTMON (To The MAX Or Nothing), Penyobekan ST, Satlat Boxer UNUD, dan teman-teman Teknik Sipil Udayana angkatan 2011 yang tidak dapat disebutkan satu per satu serta semua pihay yang telah membantu penyelesaian Tugas Akhir ini. Penulis menyadari dalam menyusun Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Untuk itu, segala saran dan kritik yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini.
Denpasar, Juli 2015 Penulis
ii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ABSTRAK .................................................................................................. UCAPAN TERIMAKASIH ....................................................................... DAFTAR ISI ............................................................................................... DAFTAR GAMBAR................................................................................... DAFTAR TABEL ....................................................................................... DAFTAR NOTASI...................................................................................... BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................... 1.2 Rumusan Masalah .............................................................. 1.3 Tujuan Penulisan ................................................................ 1.4 Manfaat Penulisan............................................................... 1.5 Batasan Masalah .................................................................
i ii iii v vi vii
1 2 2 3 3
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Dinding Geser .................................................. 4 2.2 Elemen Struktur Dinding Geser ......................................... 5 2.3 Perilaku Struktur Rangka Kaku, Dinding Geser, dan Struktur Rangka-Dinding Geser (Dual System) ................................ 6 2.3.1 Perilaku Struktur Rangka Kaku (Rigid Frame) ...... 6 2.3.2 Perilaku Dinding Geser (Shearwall/Cantilever Wall) ................................................................................. 8 2.3.3 Perilaku Struktur Rangka-Dinding Geser (Dual System) ................................................................................. 8 2.4 Penulangan Longitudinal dan Transversal Dinding Geser.. 10 2.5 Persyaratan SRPMK .......................................................... 10 2.5.1 Balok ...................................................................... 10 2.5.2 Kolom...................................................................... 11 2.6 Beban Gempa ..................................................................... 12 2.7 Beban Gempa Auto Load .................................................... 12 2.7.1 Menentukan Spektral Percepatan (ss dan S1)......... 13 2.7.2 Menetukan Kelas Situs Bangunan ........................... 13 2.7.3 Menentukan Kategori Resiko Bangunan dan Faktor Keutamaan Bangunan (Ie) ....................................... 13 2.7.4 Menentukan Faktor R,Cd, dan Ωo .......................... 14 2.7.5 Menentukan Periode Fundamental Alami (T) ......... 15 2.7.6 Penentuan Massa Struktur ....................................... 17 2.8 Metode Respone Spectrum ................................................. 21 2.8.1 Input Data Response Spectrum di SAP 2000........... 21 2.8.2 Definisi Tipe Analisis Response Spectrum.............. 26 2.8.3 Analisis Modal......................................................... 29 2.8.4 Penentuan Massa Struktur ....................................... 31 2.8.5 Definisi Pelat Lantai Sebagai Diafragma ................ 31 2.8.6 Menambahkan Kombinasi Pembenanan ................. 31 2.8.7 Melakukan Analisis ................................................. 31 iii
2.9 Batasan Simpangan ............................................................ 2.10 Kombinasi Pembebanan......................................................
32 32
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum ................................................................................ 3.2 Langkah-langkah Pemodelan Dengan SAP 2000 v.15....... 3.3 Data Struktur ...................................................................... 3.4 Pembebanan Struktur.......................................................... 3.4.1 Pembebanan Pada Pelat Atap ................................. 3.4.2 Pembebanan Pada Pelat Lantai...............................
34 37 38 39 39 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Penentuan Model Gedung .................................................... 4.2 Analisa Perilaku Struktur .................................................... 4.2.1 Struktur Gedung Rangka Terbuka .......................... 4.2.2 Struktur Gedung Rangka Terbuka + Dinding Geser ................................................................................ 4.2.3 Perubahan Dimensi Stuktur Gedung Rangka Terbuka + Dinding Geser......................................................... 4.3 Hasil Analisis ...................................................................... 4.3.1 Perbandingan Perilaku dan Efisiensi Struktur ........ 4.3.1.1 Perbandingan Perilaku Struktur................. 4.3.1.2 Perbandingan Efisiensi Struktur ................
41 43 43 47 49 50 53 53 61
BAB IV PENUTUP 5.1 Simpulan ................................................................................ 5.2 Saran ................................................................................
63 63
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................
64
LAMPIRAN LAMPIRAN A Acuan Gempa Rencana ..................................................... LAMPIRAN B Periode dan Perecepatan Spektrum Respons Desain..........
65 72
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bearing walls (a), Frame wall (b), Core walls (c) ............................... 5 Gambar 2.2 Respons Lentur balok dan kolom ....................................................... 7 Gambar 2.3 Simpangan pada struktur rangka kaku ................................................ 7 Gambar 2.3 Superimpos mode individu dari deformasi.......................................... 9 Gambar 2.5 Kotak Dialog Define Load Patterns ................................................. 15 Gambar 2.6 Load Patterns Gempa Auto Load Arah X......................................... 16 Gambar 2.7 Load Patterns Gempa Auto Load Arah Y......................................... 17 Gambar 2.8 Define Mass Source........................................................................... 18 Gambar 2.9 Define Mass Source Untuk Contoh Model ....................................... 20 Gambar 2.10 Spektrum Respon Desain ................................................................ 21 Gambar 2.11 Contoh Input Response Spectrum di MS Excel .............................. 22 Gambar 2.12 Copy dan Paste Data ke Editor Teks .............................................. 23 Gambar 2.13 Kotak Dialog Define Response Spectrum Function........................ 23 Gambar 2.14 Input Data Response Spectrum dari Sumber Luar .......................... 24 Gambar 2.15 Input Data Teks Grafik Response Spectrum ................................... 24 Gambar 2.16 Modifikasi Input Data Response Spectrum ..................................... 26 Gambar 2.17 Modifikasi Input RS ke Format User Defined ................................ 27 Gambar 2.18 Kotak Dialog Analysis Case............................................................ 27 Gambar 2.19 Analysis Case Gempa Response Spectrum Arah-X ........................ 27 Gambar 2.20 Analysis Case Gempa Response Spectrum Arah-Y ........................ 29 Gambar 2.21 Kotak Dialog Analysis Case............................................................ 29 Gambar 2.22 Analysis Case Untuk Modal............................................................ 30 Gambar 2.23 Persiapan Analisis Struktur ............................................................. 31 Gambar 2.24 Simpangan Antar Lantai tingkat ijin ............................................... 32 Gambar 4.1 Struktur Rangka Terbuka Dalam Bentuk 3 Dimensi ........................ 41 Gambar 4.2 Struktur Rangka Terbuka+Dinding Geser Dalam Bentuk 3 Dimensi42 Gambar 4.3 Denah Struktur Rangka Terbuka....................................................... 42 Gambar 4.4 Denah Struktur Rangka Terbuka+Dinding Geser ............................ 43 Gambar 4.5 Denah yang ditinjau .......................................................................... 51 Gambar 4.6 Portal 1-1 (arah X)............................................................................. 51 Gambar 4.7 Portal 3-3 (arah X)............................................................................. 52 Gambar 4.8 Portal F-F ( Arah Y) .......................................................................... 52
v
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel 4.9
Data Struktur .................................................................................... 38 Syarat lebar balok berdasarkan tinggi balok ....................................... 43 Syarat dimensi penampang terpendek kolom persegi ......................... 44 Partisipasi massa ................................................................................. 44 Gaya geser dasar dengan metode static dan dinamis .......................... 45 Simpangan struktur gedung rangka..................................................... 46 Kontrol Batasan Simpangan antar Tingkat Struktur Rangka Terbuka 46 Syarat lebar balok berdasarkan tinggi balok ....................................... 47 Syarat dimensi penampang terpendek kolom persegi.......................... 47 Nilai Persentase dalam menahan gempa antara gaya geser dasar SRPM dan dinding geser dari kombinasi beban............................................. 48 Tabel 4.10 Kontrol Batasan Simpangan antar Tingkat Struktur Rangka terbuka + Dinding Geser (M2) ............................................................................ 48 Tabel 4.11 Syarat lebar balok berdasarkan tinggi balok ....................................... 49 Tabel 4.12 Syarat dimensi penampang terpendek kolom persegi......................... 49 Tabel 4.13 Simpangan Perubahan Dimensi Stuktur Gedung Rangka Terbuka + Dinding Geser (M3) ............................................................................ 50 Tabel.4.14 Tabel 4.14 Kontrol batasan simpangan antar tingkat Perubahan Dimensi Stuktur Gedung Rangka Terbuka + Dinding Geser (M3) .... 50 Tabel 4.15 Simpangan arah x................................................................................ 53 Tabel 4.16 Simpangan arah Y............................................................................... 54 Tabel 4.17 Simpangan antar tingkat arah X pada portal 1-1................................. 55 Tabel 4.18 Simpangan antar tingkat arah Y pada portal F-F ................................ 56 Tabel 4.19 Gaya-gaya dalam pada balok arah X struktur rangka terbuka (M1), struktur rangka terbuka+dinding geser (M2) dan perubahan dimensi rangka terbuka+ dinding geser (M3)................................................... 57 Tabel 4.20 Gaya-gaya dalam pada kolom arah X struktur rangka terbuka (M1), rangka terbuka+dinding geser (M2) dan perubahan dimensi rangka terbuka+ dinding geser (M3)............................................................... 58 Tabel 4.21 Lanjutan .................................................................................... 60 Tabel 4.22 Berat total masing-masing model struktur .......................................... 61
vi
DAFTAR NOTASI
Cd Cs Cvx g hn Ie R S1 SA SB SC SD SD1 SDS SE SF SM1 SMS Sa SDS SD1 S1 T Ta Te Ts W ∆ ∆a
: luas penampang total dinding structural : Deflection amplification : Koefisien respons seismik yang ditentukan sesuai dengan SNI 17262012 pasal 7.8.1.1 : Faktor distribusi vertikal : Percepatan gravitasi 9,81 m/det2 : Ketinggian struktur diatas dasar sampai tingkat tertinggi struktur : Faktor keutamaan hunian yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012 pasal 4.1.2 : Faktor reduksi gempa struktur gedung : Parameter percepatan respons spektral pada perioda 1 detik : Batuan keras : Batuan : Tanah keras, sangat padat dan batuan lunak : Tanah sedang : Parameter percepatan respons spektral pada perioda 1 detik : Parameter percepatan respons spektral pada perioda pendek : Tanah lunak : Tanah khusus : Percepatan percepatan respons spektral MCE pada perioda 1 detik : Parameter percepatan respons spektral MCE pada perioda pendek : 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 : Perioda struktur dasar (detik) yang ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 7.8.2 : Periode fundamental pendekatan : Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastik : Waktu getar karakteristik yang diperoleh dari kurva respons spektrum pada titik dimana terdapat transisi bagian akselerasi konstan ke bagian kecepatan konstan : Total beban mati dan beban hidup yang dapat tereduksi : Simpangan antar lantai tingkat desain : Simpangan antar lantai tingkat ijin
vii
8
