TESIS
RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL PENUH DAN PARSIAL
PUTU RATNA SURYANTINI
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015
RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL PENUH DAN PARSIAL
Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Teknik Sipil Program Pascasarjana Universitas Udayana
PUTU RATNA SURYANTINI NIM 1091561015
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL 23 DESEMBER 2015
Pembimbing I
Pembimbing II
Ir. Made Sukrawa, MSCE, Ph.D Ir. Ida Ayu Budiwati, MSc, Ph.D NIP. 19620223 198702 1 002 NIP. 19680405 199412 2 001
Mengetahui,
Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Direktur Program Pascasarjana Program Pascasarjana Universitas Udayana Universitas Udayana
Putu Alit Suthanaya, ST., MengSc., PhDProf.Dr.dr.A.A Raka Sudewi, Sp.S (K) NIP. 19690805 199503 1 001 NIP. 19590215198510 2 001
Lembar Penetapan Panitia Penguji Tesis
Tesis ini Telah Diuji pada Tanggal 23 Desember 2015
Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana, No.4288/UN.14.4/HK/2015 Tanggal 18 Desember 2015
Ketua : Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D Anggota : 1. Ir. Ida Ayu Budiwati, MSc., Ph.D 2. Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA 3. I Ketut Sudarsana, ST., Ph.D 4. Ida Bagus Rai Widiarsa, ST, MASc, Ph.D
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
NAMA
: PUTU RATNA SURYANTINI
NIM
: 1091561015
PROGRAM STUDI : MAGISTER TEKNIK SIPIL JUDUL TESIS :RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL FULL DAN PARSIAL
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah tesis ini bebas dari plagiat.
Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai Peraturan Mendiknas RI No.17 Tahun 2010 dan peraturan perundangan yang berlaku.
Denpasar, 23 Desember 2015 Yang menyatakan,
Putu Ratna Suryantini NIM 1091561015
UCAPAN TERIMA KASIH
Pertama-tama perkenankanlah penulis memanjatkan puji syukur ke hadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/ Tuhan Yang Maha Esa, karena hanya atas asung wara nugraha- Nya/ kurnia-Nya tesis ini dapat diselesaikan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D, pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan, dan saran selama penulis mengikuti program magister, khususnya dalam penyelesaian tesis ini. Terima kasih sebesar-besarnya pula penulis sampaikan kepada Ibu Ir. Ida Ayu Budiwati, MSc., Ph., pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah memberikan bimbingan dan saran kepada penulis.Ucapan yang sama juga ditujukan kepada para penguji tesis, yaitu Bapak Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA, I Ketut Sudarsana, ST., Ph.D, dan Ida Bagus Rai Widiarsa, ST, MASc, Ph.D., yang telah memberikan masukan, saran, sanggahan, dan koreksi sehingga tesis ini dapat terwujud seperti ini. Pada kesempatan ini pula penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus disertai penghargaan kepada Ibu, blitut agus, mok made ayu, atas dorongan, semangat, serta doanya untuk segera menyelesaikan tesis ini dan kepada seorang terkasih Prima Widiantara, yang merupakan teman seangkatan, teman seperjuangan, teman berdebat, teman diskusi yang astungkara akan menjadi teman hidup, terima
kasih atas semua kesabaran dan semangat yang tanpa henti sehingga penulis dapat menyelesaian tesis ini. Serta semua pihak yang telah membantu penulisan tesis ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, maka penulis mengharapkan saran dan masukan demi penyempurnaan tesis ini. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa/ Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya dan kasih sayang kepada semua pihak yang telah membantu penulisan dan penyelesaian tesis ini. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini dapat berguna bagi kalangan ilmiah khususnya dan masyarakat pembaca pada umumnya.
Denpasar, Desember 2015 Penulis,
Putu Ratna Suryantini NIM 1091561015
ABSTRAK
RESPON SEISMIK STRUKTUR RANGKA DINDING PENGISI YANG DIMODEL DENGAN ELEMEN SHELL PENUH DAN PARSIAL
Abstrak: Penelitian tentang respon seismik struktur rangka dinding pengisi telah dilakukan dengan memodel dinding pengisi sebagai elemen shell penuh dan parsial. Pada model shell penuh, dinding dianggap aktif sampai dengan beban maksimum, sedangkan pada model shell parsial, analisis dilakukan dengan beban bertahap dimana elemen shell yang mengalami tegangan yang melampaui kekuatan dinding dianggap tidak aktif. Model yang dibuat yaitu gedung hotel empat lantai dengan dinding penuh ke arah memendek (y) dan dinding dengan bukaan pada arah memanjang (x). Sebelum memodel struktur empat lantai, dilakukan model validasi dengan mengacu pada hasil penelitian laboratorium oleh Imran dan Aryanto (2009). Dalam validasi model dibuat lima model rangka 2D yang berbeda, model open frame M1, model strut tunggal M2, model strut ganda M3, model shell penuh M4, dan model shell parsial M5. Dari model validasi diperoleh bahwa model shell parsial M5 mampu menirukan grafik hubungan beban dan displacement eksperimen lebih baik daripada model lainnya. (M2,M3,M4,M1). Untuk gedung empat lantai dibuat empat model yaitu Mxy shell penuh, Mxy shell parsial, My shell penuh, dan My shell parsial. Dimana pada Mxy, semua dinding dimodelkan sedangkan pada My, hanya dinding arah y yang dimodelkan. Di samping itu juga dibuat dua model dengan strut diagonal Mxy strut dan My strut. Model tanpa memperhitungkan dinding, MOF, dibuat sebagai pembanding. Hasil analisis menunjukkan bahwa simpangan arah x model rangka dinding pengisi Mxy shell penuh, Mxy shell parsial, Mxy strut lebih kecil daripada simpangan pada model MOF sebesar masing-masing 89%, 85%, 84%. Dengan mengabaikan dinding kearah memanjang maka simpangan arah x 6,8 kali lebih besar daripada simpangan yang terjadi pada model yang memperhitungkan dinding pada arah tersebut. Penyertaan dinding pada struktur juga dapat memperkecil gaya dalam balok dan kolom serta menyebabkan waktu getar alami (perioda) menjadi mengecil.
Kata Kunci :Infilled frame, Model analisis, partial and full infilled frame.
ABSTRACT SEISMIC RESPONSE OF INFILLED FRAME STRUCTURES MODELED BY FULL AND PARTIALLY SHELL ELEMENT
Abstract: Research on the seismic response of in-filled frame structure has been done with in-filled frame model as full and partial shell elements. The wall is considered active until the maximum load on the full shell models, while the partial shell model using the gradual load with the strength of the wall is considered inactive if the stress of the wall exceeded the wall strenght The model are using four storey building model with a full wall on the short side (y) and a wall with an opening in the long side (x). Prior to model the structure of the four-story, performed the validation models with reference to the results of laboratory studies by Imran and Aryanto (2009). Validation model are made with 5 different 2d frame models, open frame models M1, single strut models M2, dual struts model M3, full shell, models M4 and the Partial shell model M5. Validation of the model showed that the partial shell M5 models capable of mimicking a graph load and displacement experiment better than other models. (M2, M3, M4, M1). For a four-storey building are made of four models, namely Mxy full shell, the shell Mxy partial, My shell is full, and My partial shell. Mxy models are modeled with wall on the x and y direction, but on the My models only use the wall at y direction only. In addition it also made two models with diagonal strut, which is Mxy struts and My strut. Open frame models are modeled for the comparison. The analysis showed that the displacement of the x direction in-filled frame models which is Mxy full shell, Mxy partial shell, Mxy strut are smaller than the displacement in MOF models for each 89%, 85%, 84%. By ignoring the wall on the x side, the displacement for the x direction are 6.8 times greater than the displacement for the models that are using wall at that direction. In-filled wall for structure analysis can also reduce the work force on the beams and columns as well as causing a natural vibrating time (period) become smaller.
Key Words: Infilled frame, analysis models, partial and full infilled frame
DAFTAR ISI
Halaman Cover .........................................................................................................................
i
Halaman Judul...........................................................................................................
ii
Lembar Pengesahan ..................................................................................................
iii
Lembar Penetapan Panitia Penguji Tesis ..................................................................
iv
Surat Persyaratan Bebas Plagiat ................................................................................
v
Ucapan Terima Kasih................................................................................................
vi
Abstrak ...................................................................................................................... viii Abstract .....................................................................................................................
ix
Daftar Isi....................................................................................................................
x
Daftar Gambar ........................................................................................................... xiii Daftar Tabel .............................................................................................................. xvi Daftar Lampiran ........................................................................................................ xvii BAB I PENDAHULUAN
BAB II
1.1 Latar Belakang....................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ..............................................................................
3
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ................................................................................
3
KAJIAN PUSTAKA 2.1 Struktur Rangka Dinding Pengisi .......................................................
5
2.2 Karakteristik Material ........................................................................
7
2.2.1 Beton.........................................................................................
7
2.2.2 Pasangan Dinding Bata.............................................................
9
2.3 Perilaku Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi akibat Beban Lateral ................................................................................................. 12 2.4 Ragam Kegagalan Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi ............ 14 2.5 Kekuatan Dinding Pengisi .................................................................. 22 2.6 Analisis dan Pemodelan Struktur ....................................................... 25
2.7 Model Validasi ................................................................................... 40 2.8 Tegangan pada Struktur Rangka Dinding Pengisi.............................. 45 2.8.1 Tegangan Geser pada Dinding Pengisi.....................................
46
2.8.2 Tegangan Tarik pada Dinding Pengisi ...................................... 47 2.8.3Tegangan Tekan pada Dinding Pengisi ...................................... 48 2.9 Pembebanan .......................................................................................
48
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian .........................................................................
51
3.2 Data Model Validasi ...........................................................................
52
3.3 Data Struktur ......................................................................................
56
3.4 Variabel Penelitian .............................................................................
61
3.5 Instrumen Penelitian ..........................................................................
62
3.6 Prosedur Penelitian ............................................................................
62
3.7 Pembebanan Struktur..........................................................................
70
3.7.1 Perencanaan Akibat Beban Gravitasi .......................................
70
3.7.2 Perencanaan Akibat Beban Gempa ........................................... 72 3.8 Analisis Data ......................................................................................
73
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Dimensi Struktur ................................................................................
74
4.2 Hasil Validasi Model ..........................................................................
75
4.3 Simpangan dan Perioda ......................................................................
78
4.2.1 Simpangan ................................................................................
78
4.2.2 Perioda ....................................................................................... 87 4.4 Gaya-gaya Dalam Balok.....................................................................
89
4.3.1 Gaya Geser Balok .....................................................................
89
4.3.2 Momen Balok ............................................................................ 91 4.5 Gaya-gaya Dalam Kolom ...................................................................
94
4.4.1 Gaya Aksial Kolom ..................................................................
94
4.4.2 Gaya Geser Kolom .................................................................... 96 4.4.3Momen Kolom............................................................................ 98 4.6 Nilai Tegangan dan Pola Retak
4.5.1 Nilai Tegangan ......................................................................... 101 4.5.2 Kontur dan Pola Retak............................................................... 104 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 109 5.2 Saran ................................................................................................... 109 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 110 LAMPIRAN ........................................................................................................... 115
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1Bentuk kurva tegangan-regangan untuk beton Sumber : Mander et al (1984) ................................................................................................
9
Gambar 2.2. Bentuk kurva tegangan-regangan untuk pasangan dinding bata Sumber : Kaushik et al (2007) ........................................................................
11
Gambar 2.3. (a) Keretakan Diagonal Bertahap;(b)Kegagalan Geser Sumber : Crisafulli 1997 ...................................................................................
13
Gambar 2.4.Klasifikasi Ragam Kegagalan Menurut Liaw and Kwan (1983) ........
15
Gambar 2.5.Ragam KEgagalan Tipikal Struktur Rangka dengan Dinding Pengisi
17
Gambar 2.6. Pola Keruntuhan Rangka dengan Dinding Pengisi .............................
19
Gambar 2.7.Portal dengan Dinding dalam Penelitian Mehrabi ...............................
20
Gambar 2.8.Kondisi Keruntuhan Portal Penelitian Mehrabi (Mehrabi et al 1996) .
21
Gambar 2.9 .Enam Model Analisis Dinding Pengisi (Kaushik et al,2008) .............
30
Gambar 2.10.Perbandingan Resultan Gaya Maksimum pada Kolom .....................
30
Gambar 2.11.Perbandingan Resultan Gaya Maksimum pada Balok ......................
31
Gambar 2.12. Kondisi Akhir Model MESp (Ajus Prawira, 2014) ..........................
32
Gambar 2.13.Kontur Tegangan S11,S22, dan S12 untuk Model MESp .................
33
Gambar 2.14.Specimens Struktur RDP ...................................................................
34
Gambar 2.15.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement...........
35
Gambar 2.16.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement...........
36
Gambar 2.17.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement...........
37
Gambar 2.18.Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement...........
38
Gambar 2.19.Model Eksperimen Dinding Pengisi Bata .........................................
41
Gambar 2.20. Susunan dan Program Pembebanan Eksperimen ..............................
42
Gambar 2.21.Detail Penulangan ..............................................................................
42
Gambar 2.22.Pola Retak pada Model 1 ...................................................................
43
Gambar 2.23. Pola Retak pada Model 2 ..................................................................
43
Gambar 2.24.Kurva Histeretis Model 1 dan Model 2 .............................................
44
Gambar 3.1.Portal Struktur 3D ................................................................................
58
Gambar 3.2.Denah Gedung dan Penempatan Dinding Pengisi ...............................
58
Gambar 3.3. Denah Struktur Gedung ......................................................................
59
Gambar 3.4. Struktur pada Arah-y dengan Dinding Penuh .....................................
59
Gambar 3.5.Struktur pada Arah –x dengan Bukaan pada Dinding .........................
60
Gambar 3.6.Pemodelan Model Shell Element Parsialpada Arah-y dengan Dinding Penuh ......................................................................
60
Gambar 3.7.Pemodelan Model Shell Element Parsialpada Arah-x dengan Bukaan pada Dinding ............................................................
61
Gambar 3.8. (a) Pemodelan Model Shell Element Parsialdengan Dinding Penuh; (b) Pemodelan Model Shell Element Parsialdengan Bukaan pada Dinding; ..........................................................................................
61
Gambar 3.9.Diagram Alir (Flowchart) Penelitian...................................................
63
Gambar 4.1. (a) M1 Open Frame ; (b) M2 Single Strut ; (c) M3 Multi Strut ; (d) M4 Elemen shell penuh ; (e) Elemen shell parsial...................................
76
Gambar 4.2. Hasil pemodelan validasi ....................................................................
77
Gambar 4.3.Simpangan arah X akibat kombinasi beban (D+L+Ex).......................
79
Gambar 4.4.Simpangan arah Y akibat kombinasi beban (D+L+Ex).......................
82
Gambar 4.5. Simpangan arah X akibat kombinasi beban (D+L+Ey)......................
83
Gambar 4.6.Simpangan arah Y akibat kombinasi beban (D+L+Ey).......................
84
Gambar 4.7.Gaya Geser Balok akibat kombinasi beban (D+L+Ex) .......................
90
Gambar 4.8.Gaya Geser Balok akibat kombinasi beban (D+L+Ey) .......................
91
Gambar 4.9. Momen Balok akibat kombinasi beban(D+L+Ex) .............................
92
Gambar 4.10.Momen Balok akibat kombinasi beban(D+L+Ey) ............................
93
Gambar 4.11. Gaya Aksial Kolom akibat kombinasi beban (D+L+Ex) .................
95
Gambar 4.12. Gaya Aksial Kolomakibat kombinasi beban (D+L+Ey) ..................
95
Gambar 4.13. Gaya Geser Kolom akibat kombinasi beban (D+L+Ex) ..................
97
Gambar 4.14. Gaya Geser Kolom akibat kombinasi beban(D+L+Ey) ...................
98
Gambar 4.15. Momen Kolom akibat kombinasi beban(D+L+Ex) ..........................
99
Gambar 4.16. Momen Kolom akibat kombinasi beban (D+L+Ey) ........................ 100
Gambar 4.17. Kontur tegangan S11 Mxy Shell penuh (D+L+Ey) ......................... 105 Gambar 4.18. Kontur tegangan S11 Mxy Shell parsial (D+L+Ey) ......................... 105 Gambar 4.19. Kontur tegangan S11 My Shell penuh (D+L+Ey) ............................ 106 Gambar 4.20. Kontur tegangan S11 My Shell parsial (D+L+Ey) ........................... 107 Gambar 4.21. Kontur tegangan yang terjadi pada arah memanjang struktur pada model penuh(D+L+Ex) ..................................................................... 108 Gambar 4.22. Kontur tegangan yang terjadi pada arah memanjang struktur pada model parsial (D+L+Ex) ................................................................... 108
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1Hasil Penelitian Mehrabi ...........................................................................
21
Tabel 3.1. Data material ...........................................................................................
49
Tabel 3.2. Rekapitulasi hasil eksperimen .................................................................
52
Tabel 3.3. Rekapitulasi dari rasio daktilitas spesimen .............................................
52
Tabel 3.1. Pembebanan pada model validasi............................................................
54
Tabel 3.2. Koefisien Penurunan Momen Inersia Kolom ..........................................
55
Tabel 3.3. Penamaan Model .....................................................................................
62
Tabel 3.4. Variabel, nilai dan skala faktor untuk gempa tanah sedang ....................
73
Tabel 4.1.Nilai Perioda Model Struktur ...................................................................
88
Tabel 4.2. Tegangan maksimum yang terjadi pada dinding..................................... 102
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A.Nilai Simpangan ................................................................................. 115 Lampiran B.Simpangan Antar Lantai Ijin ............................................................... 116 Lampiran C.Perhitungan Lebar Strut ...................................................................... 121 Lampiran D.Gaya-Gaya Dalam ............................................................................... 126
