Tugas Akhir - USU-IR - Universitas Sumatera Utara

KAJIAN RESPON BANGUNAN SOFT STORY TERHADAP
PENGARUH GEMPA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas-Tugas Dan
Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
RIA SARI LUBIS
07 0404 140
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Sebuah tingkat/lantai lunak (soft story) dikenal sebagai lantai yang
lemah (weak story) didefenisikan sebagai tingkat pada gedung yang memiliki
sebagian besar kekakuan atau kapasitas untuk menyerap energinya sangat kecil
untuk melawan/menahan induksi tekanan akibat gempa terhadap gedung tersebut.
Gedung dengan tingkat lunak memiliki karakteristik dengan bukaan yang banyak
karena penggunaan dinding yang sedikit. Pada tugas akhir ini dianalisa pengaruh
penggunaan dinding yang memberikan efek besar pada bangunan. Pada bangunan
yang tidak menggunakan dinding pengisi pada lantai dasar (lantai yang dianggap
lunak) memberikan kekakuan yang lebih kecil daripada bangunan yang
menggunakan dinding pengisi pada lantai dasar. Pada analisa dipakai metode
diagonal tekan ekivalen oleh Saneinejad and Hobbs (1995).
Pembahasan tugas akhir ini dilakukan dengan analisa beban dorong
statik (pushover). Bangunan yang dianalisa adalah bangunan dengan 3 bentang
dengan panjang bentang tepi 8m dan bentang tengah 6m, sementara tinggi lantai
dasar sebagai lantai lunak 6m dan tingkat di atasnya 4m. Struktur dianalisa secara
bertahap, yaitu tanpa dinding di lantai dasar sebagai tahap awal kemudian dengan
menggunakan dinding pada tahap kedua.
Ketika bangunan yang tidak menggunakan dinding pada lantai dasar
memberikan kekakuan sebesar 10461,69 kg/cm, pada displacement 0,283959 m dan
base shear 84245,67 kg, bangunan hampir runtuh. Sementara pada bangunan
setelah menggunakan dinding pada lantai dasar memberikan kekakuan 194190,36
kg/cm dan pada displacement 0,977017 m bangunan mampu memikul beban sebesar
4629017,49 kg. Perbandingan yang diperoleh dari analisa untuk kekakuan sebesar
94,61 %, displacement 70,94 %, dan base shear 98,18 %.
Keyword :
Soft Story, Dinding Pengisi, Masonry, Gempa, Pushover, Diagonal
Tekan Ekivalen, Respon Spektra, Kekakuan, Displacement, Base Shear.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis sampaikan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan rahmat dan karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penulisan tugas akhir ini. Tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi syarat dalam
ujian Sarjana Teknik Sipil Bidang studi Struktur pada Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
Adapun judul dari tugas akhir ini adalah “Kajian Respon Bangunan Soft Story
Terhadap Pengaruh Gempa”.
Penulis mengucapkan terima kasih atas bimbingan dan bantuan yang diberikan untuk
terselesainya tugas akhir ini kepada :
1. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, sebagai pembimbing tugas akhir.
2. Bapak Prof. DR. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, sebagai Sekertaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Kepada Ibu tercinta (D. Aritonang) dan Opung yang telah banyak mendukung
serta mendoakan saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Juga kepada
adik-adikku, Samuel, Sarah, Surya, Irma, dan Teguh kuucapkan terima kasih
atas semangat yang selalu diberikan senantiasa.
5. Kepada Amangboru (U. Sitohang) dan juga Namboru (R. Sianturi) beserta
adik-adikku, terima kasih buat semua dukungannya kepada penulis.
Universitas Sumatera Utara
6. Kepada Daniel Sitohang yang selalu menyediakan waktunya untuk
membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis juga
berterima kasih kepada Bang Saor, Friska S, dan teman-teman stambuk 2007.
Penulis berusaha menyelesaikan tulisan ini sebaik mungkin, namun penulis
menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangannya. Keterbatasan
pengetahuan dan kurangnya pengalaman merupakan penyebab dari ketidak
sempurnaan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis, mengharapkan kritik dan saran
dari bapak dan ibu dosen serta rekan-rekan mahasiswa. Akhir kata, semoga tugas
akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Agustus 2011
RIA SARI LUBIS
07 0404 140
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK
i
KATA PENGANTAR
ii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR NOTASI
vii
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR TABEL
xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
5
1.3 Tujuan
6
1.4 Batasan Masalah
6
1.5 Metodologi Penulisan
7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
8
2.1.1 Pengertian Gempa
8
2.1.2 Gempa Di Indonesia
9
2.1.3 Pengaruh Gempa Terhadap Struktur
11
2.2 Desain Struktur Baja Tahan Gempa
13
2.2.1 Konsep Umum Struktur Tahan Gempa
13
2.2.2 Struktur Baja Tahan Gempa
18
Universitas Sumatera Utara
2.3 Struktur Tidak Beraturan (Irregular Structure)
19
2.3.1 Denah Tidak Simetris (Horizontal/Plan
Structural Irregularities)
20
2.3.2 Struktur Vertikal Tidak Reguler (Vertical Structural
24
Irregularities)
BAB III ANALISA PEMODELAN
3.1 Pengertian Soft Story
27
3.2 Perencanaan Balok Dan Kolom
29
3.2.1 Balok
29
3.2.2 Kolom
31
33
3.3 Kekakuan Kolom (Stiffness)
3.3.1 Kekakuan Kolom Jepit-Jepit
34
3.3.2 Kekakuan Kolom Menurut Cara Muto (1956,1975)
36
3.3 Dinding Pengisi (Masonry)
38
3.4.1 Mode Kehancuran Dinding Masonry
42
3.4.2 Perpindahan Lateral
44
3.3.3 Kekakuan (Stiffness)
44
3.3.4 Parameter Diagonal Tekan Ekivalen
45
3.4 Analisis Statik Beban Dorong (Push Over Analysis)
45
Universitas Sumatera Utara
3.6 Kriteria Kinerja Bangunan Tahan Gempa
48
BAB IV PEMBAHASAN/APLIKASI
4.1 Pendahuluan
51
4.2 Model Struktur
52
4.3 Pembebanan Struktur
53
4.3.1 Beban Gravitasi
53
4.3.2 Beban Gempa
54
4.4 Perencanaan Struktur
57
4.4.1 Kolom
57
4.4.2 Balok
62
4.5 Analisa Struktur Tanpa Dinding Pada Lantai Dasar
66
4.6 Pengontrolan Sendi Plastis
77
4.7 Analisa Pengaruh Dinding Pengisi (Brick Masonry) Pada Struktur
79
4.8 Kesimpulan Hasil Perhitungan
84
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
85
5.2 Saran
85
DAFTAR PUSTAKA
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
F
Gaya Inersia
V
Gaya Geser
ԑsh
Regangan Pada Saat Mulai Terjadi Efek Strain-Hardening
ԑy
Regangan Leleh
Φ
Faktor Reduksi Beban
Rn
Kuat Nominal Komponen Struktur
Ru
Pengaruh Aksi Terfaktor
Mt
Besarnya Momen Torsi Yang Terjadi
Rotasi Demand
Gaya Geser Yang Terjadi
Mn
Tahanan Momen Nominal
Mu
Momen Lentur Akibat Beban Terfaktor.
Mp
Tahanan Momen Plastis
Z
Modulus Plastis
Fy
Kuat Leleh Baja.
Fr
Tegangan Sisa
Universitas Sumatera Utara
S
Modulus Penampang.
Nn
Kuat Tekan Nominal Komponen Struktur
k
Faktor Panjang Tekuk.
K
Kekakuan
Km
Kekakuan Muto
Cm
Koefisien Kekakuan Muto
Kf
Kekakuan Kolom Jepit-Jepit
Cb
Koefisien Kekakuan Blume
Cag
Koefisien Kekakuan Aydin Dan Gonen
Α
Prosentase Panjang Bidang Kontak Dari Tinggi Atau Lebar Panel
h’, l’
Jarak Bersih Panel
µ
Koefisien Gesek Panel-Portal
C
Gaya Normal Pada Bidang Kontak
β0
Nominal Atau Batas Atas (Upper-Bound)
∆y
Peralihan Atap Pada Saat Leleh Pertama
∆u
Peralihan Pada Kondisi Ultimit Atau Target Peralihan.
Sds
Respon Spektra Percepatan Desain Untuk Perioda Pendek
Sd1
Respon Spektra Percepatan Desain Untuk Perioda 1.0 Detik (Sd1)
Universitas Sumatera Utara
Fa
Koefisien Perioda Pendek
Fv
Koefisien Perioda 1.0 Detik
λ
Kelangsingan
∆s
Simpangan Antar-Tingkat
I
Inersia
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Gedung dengan bukaan pada lantai bawah
2
Gambar 1.2
Kegagalan soft story
3
Gambar 1.3
Tumpuan didesain jepit berubah menjadi desain sendi
4
Gambar 1.4
Potongan dan denah bangunan
7
Gambar 2.1
Gelombang gempa merambat sampai ke permukaan tanah
9
Gambar 2.2
Peta wilayah aktif gempa di Indonesia
10
Gambar 2.3
Gaya Inersia
12
Gambar 2.4
Denah simetris
15
Gambar 2.5
Tonjolan-tonjolan pada gedung
15
Gambar 2.6
Loncatan bidang muka
16
Gambar 2.7
Denah bangunan dimana titik pusat massa tidak berimpit
dengan titik pusat kekakuan
21
Gambar 2.8
Besarnya eksentrisitas tak terduga
22
Gambar 2.9
Ketidakreguleran displacement
22
Gambar 2.10 Bangunan berbentuk L
23
Gambar 2.11 Bukaan pada bangunan
23
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Bangunan tidak seimbang
24
Gambar 2.13 Sistem tidak paralel
24
Gambar 2.14
25
Efek soft storey akibat gempa di Loma Prieta
Gambar 2.15 Geometri tidak reguler
26
Gambar 2.16 Bangunan yang tidak reguler
26
Gambar 3.1
Bangunan dengan soft story
28
Gambar 3.2
Struktur yang daktail
28
Gambar 3.3
Faktor panjang tekuk untuk beberapa kondisi perletakan
33
Gambar 3.4
Kolom jepit-jepit
34
Gambar 3.5
Kolom jepit-sendi
35
Gambar 3.6
(a) struktur pegas paralel (b) struktur pegas seri
36
Gambar 3.7
Kolom tepi, kolom tengah, dan kolom bawah
37
Gambar 3.8
Deformasi tanpa dinding pengisi pada
Gambar 3.9
bangunan second soft story
39
(a) Portal isi (b) Penopang diagonal bolak-balik
41
Gambar 3.10 Kesimbangan gaya pada portal isi
41
Gambar 3.11 Tekan diagonal (a) Blok tegangan ekivalen (b) Pita diagonal
43
Gambar 3.12 Diagram beban-simpangan (diagram V-δ) struktur gedung
47
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 Ilustrasi Rekayasa Gempa Berbasis Kinerja (ATC-58)
50
Gambar 4.1
(a) tampak depan struktur (b) denah struktur
52
Gambar 4.2
Bentuk tipikal respon spektra desain di permukaan tanah
55
Gambar 4.3
Grafik Respon Spektra Desain
57
Gambar 4.4
Dinding pengisi pada bangunan
68
Gambar 4.5
Hubungan force-deformation pada hinges
76
Gambar 4.6
Pushover curve
76
Gambar 4.7
Sendi plastis kolom lantai 1 pada step 7
77
Gambar 4.8
Dinding pengisi pada bangunan
77
Gambar 4.9
Grafik pushover
80
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka
tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia
11
Tabel 3.1 Nilai λ, λp, dan λr balok
31
Tabel 3.2 Nilai λ dan λr kolom
32
Tabel 3.3 Kriteria Kinerja
49
Tabel 4.1 Periode dan Spektra Percepatan Kota Medan
56
Tabel 4.2 Gaya aksial pada kolom lantai dasar
57
Tabel 4.3 Gaya aksial kolom lantai 2 – 7
60
Tabel 4.4 Momen yang terjadi pada balok
62
Tabel 4.5 Momen pada atap
64
Tabel 4.6 Simpangan maksimum struktur
71
Tabel 4.7 Distribusi penyebaran sendi plastis pada struktur
75
Tabel 4.8 Tabel pushover dengan menggunakan dinding
80
Tabel 4.9 Simpangan pada struktur dengan dinding pada lantai dasar
81
Tabel 4.10 Perbandingan antara penggunaan dinding dengan tanpa menggunakan
dinding pada lantai dasar
82
Universitas Sumatera Utara