KINERJA SISTEM STRUKTUR OUTRIGGER DAN BELT WALL PADA GEDUNG TINGGI AKIBAT PEMBEBANAN GEMPA.
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
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
MOTTO
“Bila kau tak tahan lelahnya BELAJAR maka
kau harus taha
e a ggu g perih ya KEBODOHAN
(I a
“yafi’i)
Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan
orang-ora g ya g diberi il u pe getahua 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)
Nik atilah manisnya buah perjuangan dalam
keteku a , ketabaha , da keikhlasa
Victoria Concordia Crescit
(Arsenal FC.)
iv
PERSEMBAHAN
ALLAH SWT
Alha dulillahirabbil’ala i .
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 i i .
Angkatan Transfer 2013 Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Teri a kasih atas kerjasamanya. Sukses untuk se ua
.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. “e oga lekas
e jadi juara , pe a tia the goo er i i
v
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.
vi
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.
vii
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
viii
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.
21
Contoh Aplikasi di Lapangan
ix
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.
26
Ketentuan Perencanaan Pembebanan
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
x
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
xi
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Simpulan
69
5.2.
Saran
70
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Rangkuman Hasil Kajian Pustaka
Tabel 2.2
Deformation Limit berbagai kinerja ATC – 40 (Redwood City
6
: 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
xiii
Tabel 4.28
Kontrol Tingkat Kinerja Struktur Berdasarkan ATC – 40
67
Tabel 4.29
Efisiensi Sistem Composite Outrigger dan Belt Wall
68
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Sistem outrigger dan belt wall (Taranath, 2010)
Gambar 2.1
Model matematika respon dinamik struktur elastik dengan
2
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
xv
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
xvi
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
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
MOTTO
“Bila kau tak tahan lelahnya BELAJAR maka
kau harus taha
e a ggu g perih ya KEBODOHAN
(I a
“yafi’i)
Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan
orang-ora g ya g diberi il u pe getahua 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)
Nik atilah manisnya buah perjuangan dalam
keteku a , ketabaha , da keikhlasa
Victoria Concordia Crescit
(Arsenal FC.)
iv
PERSEMBAHAN
ALLAH SWT
Alha dulillahirabbil’ala i .
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 i i .
Angkatan Transfer 2013 Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Teri a kasih atas kerjasamanya. Sukses untuk se ua
.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. “e oga lekas
e jadi juara , pe a tia the goo er i i
v
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.
vi
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.
vii
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
viii
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.
21
Contoh Aplikasi di Lapangan
ix
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.
26
Ketentuan Perencanaan Pembebanan
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
x
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
xi
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Simpulan
69
5.2.
Saran
70
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Rangkuman Hasil Kajian Pustaka
Tabel 2.2
Deformation Limit berbagai kinerja ATC – 40 (Redwood City
6
: 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
xiii
Tabel 4.28
Kontrol Tingkat Kinerja Struktur Berdasarkan ATC – 40
67
Tabel 4.29
Efisiensi Sistem Composite Outrigger dan Belt Wall
68
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Sistem outrigger dan belt wall (Taranath, 2010)
Gambar 2.1
Model matematika respon dinamik struktur elastik dengan
2
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
xv
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
xvi