PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK … · Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik...
-
Upload
vuongduong -
Category
Documents
-
view
259 -
download
0
Transcript of PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK … · Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik...
KINERJA SISTEM STRUKTUR OUTRIGGER DAN BELT WALL PADA
GEDUNG TINGGI AKIBAT PEMBEBANAN GEMPA
Performance of Outrigger and Belt Wall Structural System
on Tall Building due to Earthquake Loading
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Surakarta
Disusun oleh :
SATRIA ERLANGGA HARDIMAN
NIM. I1113078
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
i
KINERJA SISTEM STRUKTUR OUTRIGGER DAN BELT WALL PADA
GEDUNG TINGGI AKIBAT PEMBEBANAN GEMPA
Performance of Outrigger and Belt Wall Structural System
on Tall Building due to Earthquake Loading
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Surakarta
Disusun oleh :
SATRIA ERLANGGA HARDIMAN
NIM. I1113078
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
iv
MOTTO
“Bila kau tak tahan lelahnya BELAJAR maka
kau harus tahan menanggung perihnya KEBODOHAN”
(Imam Syafi’i)
“Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan
orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat”.
(QS Al mujadilah:11)
“Sedekah yang paling utama adalah seorang muslim belajar suatu ilmu,
kemudian ia mengajarkannya kepada saudara muslim lainnya”
(HR. Ibnu Majah)
“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu”
(QS Al-Baqarah:45)
“Sesungguhnya Allah tidak merubah keadaan suatu kaum sehingga mereka
merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri”
(QS Ar-Rad :11)
“Nikmatilah manisnya buah perjuangan dalam
ketekunan, ketabahan, dan keikhlasan”
“Victoria Concordia Crescit”
(Arsenal FC.)
v
PERSEMBAHAN
ALLAH SWT
“Alhamdulillahirabbil’alamin”.
Ibu , Bapak, dan Kakak-kakak
Terima kasih atas doa dan upaya, waktu dan jerih payah, serta dukungan yang
tiada henti pada anak dan adikmu ini. “Semoga ini mampu memberi secercah
senyum bahagia”.
Bapak Ir. Mukahar, MSCE. dan Bapak Agus Setiya Budi, S.T., M.T.
Terima kasih atas bimbingan dan Ilmu yang diajarkan, serta semua saran dalam
proses hingga terselesaikanya skripsi ini. “Semoga sungai ilmu ini tidak
bermuara”.
Teman-teman perjuangan “Kendiaalll”
Terima kasih atas waktu, dukungan semangat - menyemangati, serta
kerjasamanya selama ini. “Tidak ada kata akhir untuk ikatan persaudaraan ini”.
Angkatan Transfer 2013 Universitas Sebelas Maret Surakarta.
“Terima kasih atas kerjasamanya. Sukses untuk semua”
.T ItawamtaF
“suksesmu adalah tujuan, upayamu adalah kendaraan, pengorbananmu adalah
bahan bakar, dan DOA-mu adalah awal suksesmu”. Terima kasih
Semua orang yang mendukung, menyemangati dan mendoakan saya.
“Siapapun kalian akan tercatat, dan terungkap di masa depan”.
Arsenal FC. “Semoga lekas menjadi juara , penantian the gooner ini”
vi
ABSTRAK
Satria Erlangga Hardiman, 2016, Kinerja Sistem Struktur Outrigger dan Belt
Wall pada Gedung Tinggi akibat Pembebanan Gempa, Skripsi, Program Studi
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Bangunan yang berada di tanah pasti memiliki risiko akibat beban gempa bumi.
Dalam membatasi displacement lateral dan memperkecil risiko keruntuhan akibat
beban gempa dibutuhkan kekakuan bangunan yang berasal dari sistem penahan
lateral yang tepat. Sistem shearwall frame sering digunakan sebagai penahan
lateral disaat sistem open frame menjadi kurang ekonomis dan efektif. Namun,
pada ketinggian tertentu shearwall atau corewall menjadi terlalu langsing dan
kurang efektif dalam menahan drift (simpangan). Salah satu solusi adalah sistem
outrigger dan belt wall. Tujuan penelititan pada skripsi ini adalah menganalisis
kinerja sistem outrigger dan belt wall akibat beban gempa, dampak pada lokasi
pemasangan, dan tingkat kinerja struktur.
Penelitian ini adalah preliminary design terdiri dari tiga tahap dengan
menggunakan analisis gempa dinamik respons spektrum. Tahapan tersebut adalah
tahap input, analisis, dan output. Analisis struktur dilakukan dengan pemodelan
gedung 53 lantai dengan sistem penahan lateral yang terkomputerisasi secara tiga
dimensi (3D) pada program ETABS sebagai alat bantu, dan output dari penelitian
ini adalah perbandingan kinerja antara sistem open frame dianggap sebagai sistem
awal kronologi perancangan, sistem shearwall frame yang dianggap sebagai
gedung eksisting, serta sistem outrigger dan belt wall berdasarkan pengurangan
displacement, simpangan antar lantai terkait syarat batas kinerja struktur, tingkat
kinerja struktur berdasarkan ATC – 40, serta efisiensi terkait berat total struktur
dalam menunjukkan manfaat dalam aspek ekonomi.
Simpulan penelitian ini adalah sistem outrigger dan belt wall mampu mengatasi
kekurangan dari sistem open frame dan sistem shearwall frame seperti yang
tersaji dalam hasil analisis.
Kata kunci: kinerja, open frame, shearwall frame, outrigger dan belt wall, respons
spektrum, displacement, simpangan antar lantai, ETABS.
vii
ABSTRACT
Satria Erlangga Hardiman, 2016, Performance of Outrigger and Belt Wall
Structural System on Tall Building due to Earthquake Loading, A Thesis, Civilian
Engineering Department of Technical Faculty, Surakarta.
The building, which is stand on the earth, absolutely have a risk due to
earthquake load. An appropriate lateral resisting system is needed to create a
good bulding’s stiffness for limiting the lateral displacement and decreasing risk
of failure. The shearwall frame system is often implemented for lateral resisting
system when the open frame system is less economic and effective. However, on a
certain height the shearwall or the corewall will become slender and being not
effective to resist the drift. One of many solutions is outrigger and belt wall
system. The purpose of this thesis is to analyse the performance of outrigger and
belt wall system cause by earthquake load, the specific effect on the applied
location, and the level performance of building.
This research is a preliminary design that consist of three steps by implementing
dynamic analysis response spectrum method. The steps are input, analysis and
output. The structure analysis is done by modellling a 53th story tall building with
lateral resisting systems as a computerized three dimension (3D) model on
ETABS program as a tool, and the output of this research is a performance
comparisons among open frame system that is considered as the beginning system
in designing chronology, shearwall frame system that is considered as the existing
building, and also outrigger and belt wall system based on displacement’s
decrease, interstory drift about structure’s performance limit requirements,
structure’s performance level based on ATC – 40, and also an efficency that
related to total weight of structure on showing a benefit in economic aspect.
The conclusion of this research is the outrigger and belt wall system is able to
solve the weakness of open frame system and shearwall frame system as shown on
the analysed result.
Keywords: performance, open frame, shearwall frame, outrigger and belt wall,
response spectrum, displacement, interstory drift, ETABS.
viii
PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu melimpahkan
karunia dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan
judul “Kinerja Sistem Struktur Outrigger dan Belt Wall pada Gedung Tinggi
akibat Pembebanan Gempa” dengan baik dan lancar
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta. Dengan adanya penulisan skripsi ini diharapkan dapat
memberikan wacana dan manfaat khususnya bagi penulis sendiri dan bagi orang
lain pada umumnya.
Atas bantuan dan kerjasama yang baik dari semua pihak hingga selesainya skripsi
ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kepala Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta beserta staf,
2. Bapak Ir. Mukahar, MSCE. dan Bapak Agus Setiya Budi, S.T., M.T., selaku
dosen pembimbing,
3. Bapak Ir. Antonius Mediyanto, M.T., dan Bapak Dr. Ir. Agus Parwito
Rahmadi, MSCE., selaku dosen penguji.
4. Ibu dan Bapak, serta keluarga yang memotivasi penulis dalam menimba ilmu
dengan sebaik-baiknya dimanapun penulis berada,
5. Semua pihak yang banyak membantu dan memberi dorongan sampai
selesainya Skripsi ini.
Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan
pemikiran bagi pembaca, karena banyak kekurangan yang masih harus diperbaiki.
Kritik dan saran akan penulis terima untuk kesempurnaan tulisan ini.
Surakarta, Oktober 2016
Penyusun
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PERSETUJUAN ii
HALAMAN PENGESAHAN iii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN iv
ABSTRAK vi
PENGANTAR viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR GAMBAR xv
DAFTAR NOTASI & SIMBOL xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 2
1.3. Batasan Masalah 2
1.4. Tujuan penelitian 3
1.5. Manfaat Penelitian 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka 4
2.2 Landasan Teori 8
2.2.1. Dinamika Struktur 8
2.2.2. Respons Struktur 13
2.2.3. Analisis Dinamik 14
2.2.4. Sistem Penahan Lateral 15
2.2.5. Sistem Open Frame 16
2.2.6. Sistem Shearwall Frame 17
2.2.7. Sistem Outrigger dan Belt Wall 18
2.2.6.1. Lokasi Optimal Outrigger 20
2.2.8. Contoh Aplikasi di Lapangan 21
x
2.2.9. Kinerja Struktur 22
2.2.9.1. Kinerja Batas Layan 22
2.2.9.2. Kinerja Batas Ultimit 23
2.2.9.3. Tingkat Kinerja Struktur 24
2.2.10. Ketentuan Perencanaan Pembebanan 26
2.2.10.1. Beban Gempa 26
2.2.10.2. Beban Gravitasi Mati 27
2.2.10.3. Beban Gravitasi Hidup 27
2.2.11. Kombinasi Pembebanan 27
2.2.12. Persyaratan Material Konstruksi 28
2.2.12.1. Spesifikasi Material Beton 28
2.2.12.2. Spesifikasi Material Tulangan 29
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Tahapan Analisis 30
3.2. Penjelasan Tahapan Analisis 32
3.2.1. Studi Literatur dan Pengumpulan Data 32
3.2.2. Kriteria Pemilihan Struktur 32
3.2.3. Data Pemodelan Struktur 33
3.2.4. Pembebanan 33
3.2.5. Pemodelan Struktur Dengan ETABS v 15.2.2 35
3.2.6. Input Pembebanan 36
3.2.7. Analisis Struktur 36
3.2.8. Hasil Analisis Struktur 36
3.2.9. Kontrol Kinerja Struktur 36
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1. Denah Bangunan 38
4.2. Model 3D Bangunan 40
4.3. Data Elevasi Gedung 42
4.4. Spesifikasi Material 42
4.4.1. Beton 42
xi
4.4.2. Baja Tulangan 43
4.4.3. Data Elemen Struktur 43
4.4.3.1. Pelat Lantai 43
4.4.3.2. Balok 43
4.4.3.3. Kolom 44
4.4.3.4. Wall 44
4.5. Pembebanan 45
4.5.1. Beban Mati 45
4.5.1.1. Perhitungan Berat Struktur 45
4.5.1.2. Perhitungan Beban Mati Tambahan 46
4.5.2. Beban Hidup 47
4.6. Berat Total Bangunan 48
4.7. Analisis 49
4.7.1. Klasifikasi Situs 49
4.7.2. Data Gempa 50
4.7.3. Penentuan Periode Fundamental Struktur (T) 52
4.7.4. Gaya Geser Dasar Seismik 53
4.8. Hasil dan Kontrol Gaya Geser Dasar Seismik 54
4.8.1. Hasil Gaya Geser Dasar Seismik 54
4.8.2. Kontrol Gaya Geser Dasar Seismik Awal 55
4.9. Kontrol Kinerja Struktur 56
4.9.1. Kontrol Partisipasi Massa 56
4.9.2. Kontrol Gaya Geser Dasar 57
4.9.3. Hasil Displacement 57
4.9.4. Kontrol Kinerja Batas Layan 59
4.9.5. Kontrol Kinerja Batas Ultimit 62
4.9.6. Kontrol Tingkat Kinerja Struktur Berdasarkan ATC – 40 66
4.9.7. Efisiensi Sistem Outrigger dan Belt Wall 67
xii
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan 69
5.2. Saran 70
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rangkuman Hasil Kajian Pustaka 6
Tabel 2.2 Deformation Limit berbagai kinerja ATC – 40 (Redwood City
: ATC, 1996), Table 8 – 4 24
Tabel 4.1 Data Elevasi Gedung 42
Tabel 4.2 Mutu Beton 42
Tabel 4.3 Tipe Balok 43
Tabel 4.4 Tipe Kolom 44
Tabel 4.5 Tipe Wall 44
Tabel 4.6 Beban Mati Bahan dan Komponen Bangunan 45
Tabel 4.7 Beban Mati Struktur Lantai 1 (Model 1 – Shearwall frame) 45
Tabel 4.8 Beban Hidup 47
Tabel 4.9 Berat Bangunan (Model 1 – Open frame) 48
Tabel 4.10 Berat Bangunan (Model 2 – Shearwall frame) 48
Tabel 4.11 Berat Bangunan (Model 3 – Outrigger dan Belt Wall) 49
Tabel 4.12 Hasil Uji Laboraturium 49
Tabel 4.13 Desain Respons Spektrum 50
Tabel 4.14 Faktor Skala Respons Spektrum Gempa Rencana 51
Tabel 4.15 Rekapitulasi Analisis Modal Eigenvalue 53
Tabel 4.16 Rekapitulasi Periode Fundamental Struktur (T) 53
Tabel 4.17 Rekapitulasi Geser Dasar Seismik (V) 54
Tabel 4.18 Gaya Geser Dasar Seismik Statik 54
Tabel 4.19 Gaya Geser Dasar Seismik Dinamik Awal 55
Tabel 4.20 Gaya Geser Dasar Seismik Statik 85% 55
Tabel 4.21 Rekapitulasi Faktor Skala Respons Spektrum Baru 56
Tabel 4.22 Rekapitulasi Partisipasi Massa (ETABS) 56
Tabel 4.23 Gaya Geser Dasar Seismik Dinamik Baru 57
Tabel 4.24 Rekapitulasi Displacement 57
Tabel 4.25 Rekapitulasi Kontrol Kinerja Batas Layan 60
Tabel 4.26 Rekapitulasi Kontrol Kinerja Batas Ultimit 63
Tabel 4.27 Deformation Limit berbagai Kinerja ATC – 40 66
xiv
Tabel 4.28 Kontrol Tingkat Kinerja Struktur Berdasarkan ATC – 40 67
Tabel 4.29 Efisiensi Sistem Composite Outrigger dan Belt Wall 68
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Sistem outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 2
Gambar 2.1 Model matematika respon dinamik struktur elastik dengan
redaman ( Widodo, 2000) 8
Gambar 2.2 Idealisasi struktur sistem MDOF 11
Gambar 2.3 (a) Model matematika sistem MDOF, (b) free body diagram 12
Gambar 2.4 Respons struktur SDOF terhadap gempa (Dewobroto, 2006) 13
Gambar 2.5 Contoh pengaruh perbedaan massa dan kekakuan struktur
terhadap mode getar stuktur 14
Gambar 2.6 Efek P-∆ pada bangunan 16
Gambar 2.7 Deformasi open -frame 16
Gambar 2.8 Mekanisme shearwall dengan open frame 17
Gambar 2.9 Contoh rencana sistem outrigger dan belt wall (Taranath,
2010) 18
Gambar 2.10 Perilaku struktur outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 19
Gambar 2.11 Mekanisme kerja outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 19
Gambar 2.12 Lokasi optimal outrigger (Taranath, 2010) 20
Gambar 2.13 Penentuan inter-story drift berdasarkan SNI-1726-2012 23
Gambar 2.14 Defleksi lateral (Mc.Cormac, 1981) 24
Gambar 3.1 Diagram alir penyelesaian penelitian 30
Gambar 3.2 Diagram alir pembuatan grafik respon spektrum 34
Gambar 3.3 Diagram alir kontrol kinerja struktur 37
Gambar 4.1 Denah struktur hipotetik 40
Gambar 4.2 Model 3D bangunan 41
Gambar 4.3 Grafik Respons Spektrum 51
Gambar 4.4 Rekapitulasi displacement arah X dan arah Y 59
Gambar 4.5 Rekapitulasi kinerja batas layan arah X dan arah Y 62
Gambar 4.6 Rekapitulasi kinerja batas ultimit arah X dan arah Y 65
xvi
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL
R = Faktor Modifikasi Respon
Ω0 = Faktor Kuat Lebih Sistem
Cd = Faktor Pembesaran Defleksi
Ss = Parameter respon spektral percepatan gempa perioda pendek 0,2 detik
S1 = Parameter respon spektral percepatan gempa maksimum perioda
pendek 1,0 detik
Ie = Faktor Keutamaan Gempa
Fa = Koefisien Situs Pada Periode Pendek
Fv = Koefisien Situs Pada Periode 1,0 detik
SMS = Parameter respon spektra periode pendek
SM1 = Parameter respon spektra periode 1,0 detik
SDS = Parameter percepatan spektral desain untuk perioda pendek
SD1 = Parameter percepatan spektral desain untuk periode 1,0 detik
g = Gravitasi (9,81 m/s2)
Cu = Koefisien untuk batasan atas
T = Perioda Fundamental Struktur
V = Geser Dasar Seismik
Cs = Koefisien Respons Seismik
W = Berat Seismik Efektif Struktur
δ = Displacement
∆ = Simpangan Antar Lantai/ Interstory Drift
H = Tinggi Antar Lantai
⍴ = Faktor Redudansi Gedung
%W = Nilai rasio atau efisiensi
WA = Berat Total Struktur Sistem Shearwall Frame
WB = Berat Total Struktur Sistem Outrigger dan Belt Wall