EVALUASI KINERJA STRUKTUR SISTEM GANDA TERHADAP

BEBAN GEMPA KUAT

TUGAS AKHIR

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

oleh :

Fadli Erwan Abdurrahman

15001094 15001110

Pembimbing :

Ir. Iswandi Imran, MASc. Ph.D

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2005

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS AKHIR

EVALUASI KINERJA STRUKTUR SISTEM GANDA TERHADAP BEBAN

GEMPA KUAT

Fadli Erwan Abdurrahman

15001094 15001110

DISETUJUI

oleh

PEMBIMBING

Ir. Iswandi Imran, MASc. Ph.D

NIP. 132 149 433

KOORDINATOR KELOMPOK BIDANG KEPAKARAN STUKTUR

Dr.Ir. Bambang Budiono,ME

NIP. 130 812 293

Bandung, 27 Juni 2005

Evaluasi Kinerja Struktur Sistem Ganda terhadap Beban Gempa Kuat

Tugas Akhir iii

ABSTRAK TUGAS AKHIR EVALUASI KINERJA STRUKTUR SISTEM GANDA TERHADAP BEBAN GEMPA KUAT, Fadli (15001094) dan Erwan Abdurrahman (15001110), Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Bandung, 2005. Gempa merupakan suatu peristiwa alam dimana terjadi pergerakan tanah yang diakibatkan oleh pergeseran lempeng-lempeng di kerak bumi. Salah satu jenis struktur gedung yang baik dalam mengatasi beban gempa adalah struktur dengan sistem ganda (dual system structure). Namun demikian struktur sistem ganda ini masih memiliki beberapa hal yang tidak konsisten dalam perilakunya sehingga menimbulkan beberapa perbedaan tentang bagaimana perilaku struktur sistem ganda ini dalam merespons beban gempa. Salah satu yang menunjukkan inkonsistensi ini adalah adanya perbedaan nilai parameter R (Response Modification Factor) untuk struktur sistem ganda berupa gabungan rangka daktail dengan shear wall daktail pada peraturan SNI-03-1726-2002 sebesar 8.5 sedangkan pada IBC 2003 sebesar 8. Sehingga menarik untuk dianalisis tentang berapa sebenarnya nilai R struktur serta bagaimana kinerja struktur sistem ganda ini. Dua buah model berupa gabungan rangka ruang beton bertulang dengan shear core wall yang memiliki tinggi 15 lantai dan 20 lantai disesain dengan perbandingan kekakuan tertentu antara rangka ruang dan shear core wall kemudian dianalisis dengan menggunakan metoda Static Non-Linear Pushover Analysis sehingga didapatkan kurva kapasitas struktur yang bersangkutan serta formasi sendi plastis yang terjadi pada struktur. Kemudian dengan menggunakan prosedur B pada ATC-40 report dapat ditentukan performance point struktur. Dari kurva kapasitas dan performance point ini bisa ditentukan parameter-paremeter f1, f2, f, µ dan R. Dari hasil analisis didapatkan bahwa over strength factor aktual lebih besar dari peratuaran sedangkan R aktual struktur lebih kecil dari peraturan. Hal ini berarti struktur aktual sebenarnya memiliki kekuatan yang lebih besar dibandingkan yang ditetapkan oleh peraturan dan parameter-parameter yang ada diperaturan membuat struktur dapat didesain dengan aman. Gaya gempa lateral yang mampu ditahan oleh subsistem rangka ruang terus berkurang seiring dengan terjadinya sendi plastis pada rangka ruang tersebut sedangkan gaya gempa lateral yang diterima shear wall menjadi semakin besar. Sehingga semakin tinggi struktur gedung kebutuhan shear wall akan meningkat namun demikian harus diperhatikan adanya penambahan base shear pada struktur akibat adanya shear wall. Kinerja struktur sistem ganda pada Tugas akhir ini memenuhi syarat batas kinerja yang ditetapkan oleh peraturan.

Kata kunci : gempa, kinerja, analisis pushover

Evaluasi Kinerja Struktur Sistem Ganda terhadap Beban Gempa Kuat

Tugas Akhir iv

“Janganlah kamu bersikap lemah, dan janganlah (pula) kamu bersedih hati, padahal kamulah

orang-orang yang paling tinggi (derajatnya), jika kamu orang-orang yang beriman.”

(QS.Ali’Imraan[3]:139):70)

Wahai dunia berkhidmatlah kepada orang-orang yang telah berkhidmat

kepada-Ku dan perbudaklah orang-orang yang mengabdi kepadamu.

(HQR al-Qudha’i),

Saya tak pernah mengenal orang yang bisa mencapai sukses tanpa kerja

keras. Rahasia sukses adalah kerja keras. Hal ini tidak selalu membawa

Anda ke puncak prestasi, tetapi pasti membawa Anda sangat dekat

dengan kesuksesan.

(Margaret Thatcher)

Seburuk atau sehebat apapun Anda hari kemarin tidaklah berarti apa-

apa, hari ini adalah hari pembuktian kepada dunia bahwa Anda tak

seburuk apa yang kemarin dilihat oleh dunia dan Anda lebih hebat dari

apa yang kemarin dilihat oleh dunia.

Evaluasi Kinerja Struktur Sistem Ganda terhadap Beban Gempa Kuat

Tugas Akhir v

KAMI PERSEMBAHKAN INI UNTUK KEDUA ORANG TUA KAMI TERCINTA

YANG TELAH MENJADI PENDORONG SERTA PENYEMANGAT BAGI KAMI,

UNTUK SEMUA GURU DAN DOSEN KAMI YANG TELAH MENGAJARKAN

TENTANG MAKNA KEHIDUPAN DAN SEMUA ORANG YANG MENCINTAI KAMI

KATA PENGANTAR

Evaluasi Kinerja Struktur Sistem Ganda terhadap Beban Gempa Kuat

Tugas Akhir vi

Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, atas berkat dan rahmat-Nya kami bisa

menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat serta salam semoga tetap dilimpahkan kepada Nabi

Muhammad SAW, para sahabatnya, para keluarganya dan seluruh umatnya yang senantiasa

menjalankan apa yang diajarkannya.

Kami ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu

dalam pengerjaan laporan Tugas Akhir ini, secara khusus kami sampaikan ucapan terima

kasih kepada:

1. Bapak Ir. Iswandi Imran, MASc. Ph.D selaku dosen pembimbing Tugas Akhir kami yang

telah meluangkan waktunya untuk kami dan selalu bersedia membimbing kami disetiap

kesempatan.

2. Bapak Dr. Ir. Bambang Budiono ME selaku koordinator kelompok bidang kepakaran

Struktur di Departemen Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung

3. Dr.Ir.Sigit Darmawan Selaku dosen penguji sidang laporan Tugas Akhir ini

4. Ir.Awal Surono, MT selaku dosen penguji sidang laporan Tugas Akhir ini

5. Orang tua kami yang dengan hebatnya bisa mengarahkan kami sehingga bisa sampai di

titik ini. Kami yakin, perjuangan kami tidak bisa dibandingkan dengan perjuangan

mereka.. Kami kagum, kami bangga. Semoga perjuangan ini menjadi awal dari

perjuangan- perjuangan yang bisa dibanggakan. Adik-adik dan kakak-kakak kami, Boy,

Heri, Kiki, Edi.

6. Dosen-dosen Teknik Sipil ITB: Ir.Harmein Rahman, MT, Guru-guru kami: Ustadz

Drs.Achmad Kurniawan dan Ibu Nur, Prof. Maman A. Jauhari (MA-ITB), Aa Gym,

karyawan TU: pak Emin, pak Oon, Bu Iin, Bu Tiktik, pak Agus, pak Kamal, pak Dede,

dan pak Lili ‘perpus’.

7. Kang Ujang (SI-99) dan Mas Agung (SI-00), Kang Firman (PN-99), Kang Yudi

(Biologi-99), Kang Ariel(TK-00), Lina (FK UNPAD-03) thanks for everything, Lano

(GL-00).

8. Seluruh teman-teman angkatan 2001: Gank Sunda (Arif, Insan, Fande, Dilly, Pirman,

Hanif, Yodi, Bram, Irfan, Jinbo, Victor, Rio, Surya, Goris, Teguh), Maskur-Asrul,

Cokorda-Fety, Andri-Erwin, Pramesti-Dimut dan semuanya yang tidak bisa kami

sebutkan satu persatu di sini.

9. Teman-teman kost-an: Buthonk, Chuenk, Mario, Edo, Pri, Eko.

10. Teman-teman di KSEP ITB yang membuat hari-hari kami terasa sibuk tapi penuh arti.

11. dan lain – lain yang tidak bisa disebutkan satu persatu. ‘thank you’.

Evaluasi Kinerja Struktur Sistem Ganda terhadap Beban Gempa Kuat

Tugas Akhir vii

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Karena itu, penulis

mengharapkan kebesaran hati pembaca untuk memaklumi apabila menemukan kekurangan-

kekurangan dalam laporan tugas akhir ini.

Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat dipahami dan bermamfaat bagi pembaca.

Bandung, Juni 2005

Penulis

viii

DAFTAR ISI

Halaman Judul.............................................................................................................................i

LEMBAR PENGESAHAN........................................................................................................................ii

ABSTRAK...............................................................................................................................iii Lembar Persembahan................................................................................................................iv

KATA PENGANTAR ............................................................................................................vi

DAFTAR ISI .........................................................................................................................viii DAFTAR TABEL ...................................................................................................................x DAFTAR GAMBAR ..............................................................................................................xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah..............................................................................................I-1 1.2 Tujuan Penulisan.........................................................................................................I-3 1.3 Ruang Lingkup Pembahasan.......................................................................................I-3 1.4 Sistematika Pembahasan .............................................................................................I-4

BAB II KONSEP PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG TERHADAP GAYA GEMPA 2.1 Beban Gempa............................................................................................................ II-1 2.2 Parameter Dinamika Struktur.................................................................................... II-2 2.2.1. Kekakuan .................................................................................................................. II-2 2.2.2. Redaman.................................................................................................................... II-4 2.3 Waktu Getar Alami Struktur ..................................................................................... II-4 2.4 Pemodelan Sistem Struktur ....................................................................................... II-5 2.5 Konsep Daktilitas ...................................................................................................... II-8 2.6 Konsep Desain Kapasitas Untuk Struktur Gedung ................................................... II-9 2.7 Gaya Geser Desain.................................................................................................. II-10 2.8 Respons Spektra ...................................................................................................... II-11 2.9 Response Modification Factor ................................................................................ II-13 2.10 Respons Struktur di Bawah Beban Gempa ............................................................. II-15 2.10.1 Analisis Beban Gempa Lateral Statik Ekivalen Terhadap Struktur........................ II-15 2.10.2 Model-Model Beban Lateral Ekivalen.................................................................... II-15 2.10.2.1 Distribusi Beban dengan Memperhitungkan Kontribusi Ragam Utama .............. II-16 2.10.2.2 Distribusi Beban Dengan Memperhitungkan Kontribusi Ragam Yang Lebih Tinggi ..................................................................................................................... II-16 BAB III DESAIN KINERJA STRUKTUR 3.1 Konsep Desain Kinerja Struktur (Performance Based Design) ............................... III-1 3.2 Redaman Ekivalen Sistem Inelastik......................................................................... III-4 3.3 Prosedur Penentuan Performance Point .................................................................. III-6

ix

BAB IV STRUKTUR SISTEM GANDA: RANGKA RUANG DENGAN DINDING GESER 4.1 Struktur Sistem Ganda (Dual System) .....................................................................IV-1 4.2 Karakteristik Dinding Geser ....................................................................................IV-1 4.3 Dinding Geser dengan Komponen Batas (Boundary Element)................................IV-2 4.4 Pemodelan Dinding Geser........................................................................................IV-4 4.5 Dinding Geser Inti (Shear Core Wall) .....................................................................IV-5 4.6 Pemodelan Sistem Rangka Ruang ...........................................................................IV-5 4.7 Interaksi Rangka-Dinding Geser..............................................................................IV-5

BAB V DESAIN STRUKTUR 5.1 Pemodelan Sistem Struktur ....................................................................................... V-1 5.2 Preliminari Desain..................................................................................................... V-3 5.3 Pembebanan Struktur ................................................................................................ V-3 5.4 Penentuan Periode Alami Struktur............................................................................ V-7 5.5 Daktilitas Rencana .................................................................................................... V-8 5.6 Perhitungan Gaya Lateral Gempa ............................................................................. V-8 5.7 Persentase Kekakuan Rangka Pemikul Momen...................................................... V-10 5.9 Formasi Sendi Plastis .............................................................................................. V-14 5.10 Verifikasi Dinamik.................................................................................................. V-14

BAB VI ANALISIS DAN PEMBAHASAN 6.1 Response Modification Factor Aktual .....................................................................VI-1 6.2 Analisis Keruntuhan Struktur dalam Pushover Analysis .........................................VI-6 6.3 Klasifikasi Keamanan (Performance Level) Struktur ............................................VI-14 6.4 Simpangan Antar Tingkat (Interstory Drift) Struktur............................................VI-16 6.4.1 Kinerja Batas Layan...............................................................................................VI-16 6.4.2 Kinerja Batas Ultimit .............................................................................................VI-18 6.4.3 Story Shear .............................................................................................................VI-20 6.4.4 Drift Level..............................................................................................................VI-23

BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1. Kesimpulan ............................................................................................................ VII-1 7.2. Saran....................................................................................................................... VII-2

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

Evaluasi Kinerja Struktur Sistem Ganda terhadap Beban Gempa Kuat

Tugas Akhir VII-1

BAB VII

KESIMPULAN DAN SARAN

7.1. Kesimpulan

Analisis dilakukan terhadap model struktur 15 lantai dan 20 lantai yang merupakan struktur

sistem ganda rangka ruang dan dinding geser. Struktur direncanakan dengan daktilitas, µ = 5

dan Respone Modification Factor, R = 8 berdasarkan IBC 2003.

Hasil analisis memberikan kesimpulan sebagai berikut:

1. Penggunaan shear wall dapat meningkatkan kemampuan struktur dalam

mengantisipasi gaya lateral seperti beban gempa. Tetapi harus diperhatikan bahwa

dengan adanya shear wall base shear struktur akan meningkat.

2. Semakin tinggi bangunan, distribusi gaya geser yang diterima tiap lantai akan

semakin besar sehingga kebutuhan adanya peran shear wall semakin meningkat.

3. R aktual yang diperoleh pada keruntuhan memiliki nilai lebih besar daripada R

desain. Hasil yang diperoleh dengan menggunakan pushover analysis:

Pada struktur 15 lantai, R arah X 12.84 dan R arah Y 12.62.

Pada struktur 20 lantai, R arah Y 9.23 dan R arah Y 8.27

R aktual yang diperoleh pada performance point memiliki nilai lebih kecil dari R

desain. Hasil yang diperoleh dengan menggunakan pushover analysis:

Pada struktur 15 lantai, R arah X 5.55 dan R arah Y 5.03

Pada struktur 20 lantai, R arah Y 3.7 dan R arah Y 3.67

Jadi semakin tinggi struktur, maka kebutuhan faktor reduksi akan semakin kecil dan

mendekati nilai minimum R desain dari peraturan. Pada saat performance point R

aktual struktur lebih kecil daripada R peraturan sehingg astruktur aman.

4. Nilai R untuk struktur sistem ganda pada peraturan baik SNI-03-1726-2002 maupun

pada IBC 2003 aman untuk digunakan karena lebih kecil dibandinkan nilai R

aktualnya.

5. Bangunan yang ditinjau adalah bangunan struktur tak beraturan. Verifikasi dengan

menggunakan analisis desain dinamik menunjukkan bahwa struktur yang didesain

dengan analisis statik menjadi lebih aman (konservatif).

6. Formasi sendi plastis yang terjadi pada struktur arah X sesuai dengan yang

diharapkan, yaitu sendi plastis terjadi pada ujung balok, kaki boundary element, dan

Evaluasi Kinerja Struktur Sistem Ganda terhadap Beban Gempa Kuat

Tugas Akhir VII-2

kaki kolom sehingga struktur tetap berdiri pada saat terjadi gempa kuat. Sedangkan

pada arah Y sendi plastis tidak terjadi pada kaki-kaki kolom dan boundary element.

7.2. Saran

Saran yang dapat penulis berikan setelah melakukan analisis struktur sistem 15 lantai dan 20

lantai dengan menggunakan shear wall untuk perbaikan dan pengembangan studi selanjutnya

antara lain:

1. Analisis dilakukan dengan jumlah model yang lebih banyak dengan variasi jumlah

lantai maupun lebar shear wall untuk dapat lebih memahami perilaku dari struktur

sistem ganda.

2. Untuk keperluan studi selanjutnya, analisis dilakukan tidak hanya untuk mengetahui

perilaku struktur terhadap beban gempa saja, tetapi juga terhadap pembebanan lain

seperti beban angin.

DAFTAR PUSTAKA

• International Building Code 2003

• CSI ETABS: Integrated Building Design Software: Concrete Frame Design Manual,

2002.

• Departemen Pekerjaan Umum, Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah

dan Gedung, SKBI-1.3.53.1987

• Departemen Pemukiman dan Pengembangan Prasarana Wilayah, Standar

Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung, SNI-03-1726-2002.

• Paz, Mario. Structural Dynamic, Van Nostrand Com. Inc, England, 1985.

• Taranath, Bungale S. Structural Analysis & Design of Tall Buildings. McGraw-Hill,

1988

• Fanella, A. David and Gosh, S.K.. Seismic and Design of Concrete Buildings(2000

IBC, ASCE 7-98, ACI 318-99).Northbrook, IL, June 2003

• Applied Technology Council (ATC)-40, 1996.

• FEMA-273, FEMA-250, FEMA-256.