Perilaku Dan Kinerja Struktur Rangka Baja Dengan Dinding Pengisi dan Tanpa Dinding Pengisi.
PERILAKU DAN KINERJA STRUKTUR RANGKA
BAJA DENGAN DINDING PENGISI DAN TANPA
DINDING PENGISI
HALAMAN JUDUL
(TUGAS AKHIR)
Oleh:
FIRMAN HADI SUPRAPTO
NIM: 1204105043
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertandatangan di bawah ini, saya:
Nama
: Firman Hadi Suprapto
NIM
: 1204105043
Judul TA
: Perilaku dan Kinerja Struktur Rangka Baja Dengan
Dinding Pengisi dan Tanpa Dinding Pengisi
Dengan ini saya nyatakan bahwa dalam Laporan Tugas Akhir/Skripsi saya
ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar
kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak
terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain,
kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar
pustaka.
Denpasar,
Juni 2016
Firman Hadi Suprapto
NIM. 1204105043
i
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR
Tugas akhir ini telah diujikan dan dinyatakan lulus, sudah direvisi serta telah
mendapat persetujuan pembimbing sebagai salah satu persyaratan untuk
menyelesaikan Program S-1 pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik
Universitas Udayana.
Judul Tugas Akhir
:
Perilaku dan Kinerja Struktur Rangka Baja Dengan
Dinding Pengisi dan Tanpa Dinding Pengisi
Nama
:
Firman Hadi Suprapto
NIM
:
1204105043
Jurusan
:
Teknik Sipil
Diuji Tanggal
:
27 Mei 2016
Bukit Jimbaran,
Juni 2016
Menyetujui:
Pembimbing I
Pembimbing II
(Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT.)
NIP. 19640228 199103 1 002
(I Gede Adi Susila, ST, MSc, Ph.D.)
NIP. 19710708 200112 1 005
Mengetahui:
Ketua Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Udayana
(I Ketut Sudarsana ST, Ph.D.)
NIP. 19691016 199601 1 001
ii
ABSTRAK
Penelitian tentang perilaku dan kinerja struktur rangka baja dengan dinding
pengisi dan tanpa dinding pengisi menggunakan aplikasi SAP 2000 v17 dengan
model open frame sebagai acuan perbandingan. Penelitian struktur dilakukan pada
model dinding pengisi penuh tanpa meninjau adanya bukaaan. Kinerja struktur
dinding pengisi akan dilakukan pada model strat diagonal.
Analisis dilakukan dengan memodel 3 struktur, yaitu: model 1 Model Open
Frame (MOF), model 2 Model Strat Diagonal (MSD), dan model 3 Model Shell
Elemen (MSE). Ketiga model struktur dibebani dan dirancang berdasarkan
pedoman perencanaan SNI 03-2847-2002 (Beton) dan SNI 03-1729-2015 (Baja).
Untuk model validasi akan dianalisis secara linier dengan penurunan nilai
elastisitas pada material dinding, material balok dan kolom. Kinerja struktur
bangunan open frame dan struktur dinding pengisi yang dimodel dengan strat
diagonal akan dianalisis secara nonlinier.
Dari hasil analisis didapatkan hasil bahwa perilaku model open frame
memiliki simpangan 46,21 mm, model dinding pengisi dengan strat diagonal
memiliki simpangan 8,99 mm dan model dinding pengisi dengan shell elemen
memiliki simpangan 15,97 mm. Gaya-gaya dalam yang bekerja baik model strat
diagonal atau model shell elemen memiliki nilai yang lebih kecil dari pada gayagaya dalam yang bekerja pada model open frame kecuali gaya aksial kolom yang
memiliki nilai yang hampir sama dengan model open frame. Perbandingan kinerja
dengan struktur dinding pengisi dengan model strat diagonal memiliki kinerja
yang lebih baik dari pada model open frame dengan besar nilai batas perpindahan
untuk model open frame sebesar 1.039,556 mm dengan gaya geser sebesar
4213,15 kN, sedangkan nilai batas perpindahan untuk model strat diagonal
sebesar 701,84 mm dengan nilai gaya geser sebesar 8.146,6 kN. Sedangkan untuk
nilai daktilitas model open frame sebesar 5,93 sedangkan untuk gedung yang
dimodel dengan strat diagonal memiliki nilai daktilitas sebesar 4,15.
Kata kunci : perilaku, kinerja, analisis pushover dan struktur baja
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur Saya panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa karena berkat
tuntunanterselesaikan. Tugas Akhir ini merupakan persyaratan dalam menyelesaikan studi
strata 1 (satu) di Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana.
Terwujudnya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, saran,
dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis
menyampaikan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT dan Bapak I Gede Adi Susila, ST, MSc,
Ph.D selaku dosen pembimbing serta Bapak Dr. Ir. Ngakan Made Anom
Wiryasa selaku dosen pembimbing akademik.
2. Bapak, Ibu dan segenap keluarga yang telah banyak membantu, mendoakan
dan memberikan dorongan moril maupun material sehingga Tugas Akhir ini
dapat terselesaikan.
3. Etika Prima Artini yang senantiasa menemani, mendukung dan menyemangati
dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Penelitian ini masih banyak terdapat kekurangan,
karena keterbatasan ilmu yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan
saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tuga Akhir ini.
Atas perhatiannya penulis ucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapa
memberikan manfaat bagi pembaca.
Denpasar,
Juni 2016
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL............................................................................................... 1
LEMBAR PERNYATAAN ..................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR ................................. ii
ABSTRAK ............................................................................................................. iii
UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................. iv
DAFTAR ISI ........................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... x
DAFTAR NOTASI ............................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1.
Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................................ 3
1.3
Tujuan Penuliasan ................................................................................ 3
1.4
Manfaat Penulisan ................................................................................ 3
1.5
Batasan Masalah................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 5
2.1
Dinding Pengisi .................................................................................... 5
2.1.1 Definisi ................................................................................................... 5
2.1.2 Rangka Dengan Dinding Pengisi ........................................................... 5
2.2
Pemodelan ............................................................................................ 6
2.2.1 Analisis Pendahuluan ............................................................................. 6
2.2.2 Analisis Menengah dan Final................................................................. 7
2.2.3 Pendekatan Gabungan untuk Analisis Pendahuluan dan Final .............. 7
2.3
Strat Diagonal ....................................................................................... 7
2.4
Elemen Shell ........................................................................................ 8
2.5
Elemen Gap .......................................................................................... 9
2.6
Perilaku Dinding Pengisi .................................................................... 10
2.7
Penelitian Struktur Rangka Baja Dengan Dinding Pengisi ................ 12
2.8
Pembebanan ....................................................................................... 15
2.8.1 Beban Mati ........................................................................................... 15
2.8.2 Beban Hidup ........................................................................................ 16
v
2.8.3 Beban Horizontal ( SNI 1726:2012) .................................................... 16
2.8.4 Kombinasi Pembebanan....................................................................... 17
2.9
Tegangan Dinding Pengisi dalam Pendekatan Empiris ..................... 17
2.9.1 Tegangan Geser pada Dinding Pengisi .............................................. 18
2.9.2 Tegangan Tarik pada Dinding pengisi ............................................... 18
2.9.3 Tegangan Tekan Dinding Pengisi ...................................................... 19
2.10
Tingkat Daktalitas .............................................................................. 19
2.10.1 Daktalitas Struktur ............................................................................. 21
2.10.2 Daktalitas Elemen .............................................................................. 22
2.11
Analisis Kinerja Struktur.................................................................... 23
2.11.1 Kenonlinieran Material ...................................................................... 25
2.11.2 Sendi Plastis ...................................................................................... 25
2.11.3 Kontrol Pembebanan ....................................................................... 27
BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 28
3.1
Prosedur Analisis................................................................................ 28
3.2
Validasi Metode Permodelan ............................................................. 30
3.2.1 Data Material ....................................................................................... 31
3.2.2 Data Geometri Struktur ........................................................................ 31
3.2.3 Pemodelan Strat Diagonal ................................................................... 31
3.2.4 Pemodelan Elemen Shell ...................................................................... 32
3.3
Pemodelan Struktur Gedung 5 Lantai ................................................ 34
3.3.1 Data Material ....................................................................................... 34
3.3.2 Data Geometri Struktur ........................................................................ 35
3.3.3 Aplikasi Pemodelan ............................................................................. 37
3.4
Analisis Kinerja .................................................................................. 40
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 43
4.1
Validasi............................................................................................... 43
4.1.1 Model Open Frame ............................................................................. 43
4.1.2 Model Strat Diagonal .......................................................................... 46
4.1.3 Model Shell Elemen ............................................................................. 51
4.2
Model Gedung .................................................................................... 53
4.2.1 Model Gedung Dengan Strat Diagonal ............................................. 54
vi
4.3
Model Portal ....................................................................................... 56
4.3.1 Simpangan yang terjadi........................................................................ 56
4.3.2 Gaya Geser Kolom .............................................................................. 58
4.3.3 Gaya Geser Balok ............................................................................... 59
4.3.4 Gaya Aksial Kolom ............................................................................ 59
4.3.5 Momen pada Kolom ............................................................................ 60
4.3.6 Momen pada Balok .............................................................................. 60
4.4
Tegangan Pada Dinding Pengisi ........................................................ 61
4.4.1 Model Strat Diagonal......................................................................... 61
4.4.2 Model Shell Elemen ........................................................................... 63
4.5
Steel Design Pada Masing-masing Model .......................................... 63
4.6
Analisis Pushover............................................................................... 66
4.6.1 Analisis Kurva Pushover ..................................................................... 66
4.6.2 Target Perpindahan .............................................................................. 68
4.7
Evaluasi Kinerja Struktur ................................................................... 70
4.7.1 Model Open Frame (MOF) ................................................................. 71
4.7.2 Model Strat Diagonal......................................................................... 72
4.7.3 Evaluasi Kinerja Struktur Berdasarkan Jumlah Sendi Plastis .............. 74
4.8
Analisis Daktilitas Struktur ................................................................ 74
BAB V PENUTUP............................................................................................... 75
5.1
Simpulan............................................................................................. 75
5.2
Saran ................................................................................................... 76
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 77
LAMPIRAN A : Data Perencanaan Bebean Gempa............................................. 78
LAMPIRAN B : Gaya-gaya Dalam Portal X ........................................................ 83
LAMPIRAN C : Step Pushover ............................................................................ 91
LAMPIRAN D : Pemodelan Shell Elemen ......................................................... 103
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangka dengan dinding pengisi .......................................................... 5
Gambar 2.2 Model dinding pengisi sebagai strat diagonal ..................................... 8
Gambar 2.3 Elemen gap .......................................................................................... 9
Gambar 2.4 Struktur rangka terbuka ..................................................................... 11
Gambar 2.5 Struktur rangka dengan dinding pengisi............................................ 12
Gambar 2.6 Struktur rangka soft story .................................................................. 12
Gambar 2.7 Dimensi model eksperimen .............................................................. 13
Gambar 2.8 Penelitian rangka dinding pengisi ..................................................... 13
Gambar 2.9 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan rangka terbuka
............................................................................................................................... 14
Gambar 2.10 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan rangka dengan
dinding pengisi ...................................................................................................... 15
Gambar 2. 11 Pola pembentukan sendi plastis...................................................... 21
Gambar 2. 12 Analisis kinerja struktur ................................................................. 25
Gambar 2. 13 Kurva hubungan gaya perpindahan serta karakeristik sendi plastis
dan informasi level kinerja bangunan ................................................................... 26
30
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...
Gambar 3.2 Cara me-release momen pada strut ................................................... 32
Gambar 3.3 Cara me-release gaya tarik pada strut .............................................. 32
Gambar 3.4 Konfigurasi elemen shell ................................................................... 33
Gambar 3.5 Konfigurasi elemen gap .................................................................... 34
Gambar 3.6 Denah lantai....................................................................................... 35
Gambar 3. 7 Potongan melintang gedung 5 lantai ................................................ 36
Gambar 3.8 Denah peninjauan dinding hotel ........................................................ 37
Gambar 3.9 Gempa X pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 201239
Gambar 3. 10 Gempa Y pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 2012
............................................................................................................................... 39
Gambar 3. 11 Sendi plastis untuk kolom .............................................................. 41
Gambar 3. 12 Sendi plastis untuk balok ............................................................... 41
Gambar 3.13 Pengaturan sendi plastis pada strut ................................................. 42
Gambar 4. 1 Kurva gaya lateral dan perpindahan MO
44
viii
Gambar 4. 2 Kurva gaya lateral dan perpindahan MOF ....................................... 46
Gambar 4. 3 Kurva gaya lateral dan perpindahan MSD ....................................... 48
Gambar 4. 4 Gaya lateral dan perpindahan MSD ................................................. 50
Gambar 4. 5 Gaya lateral dan perpindahan MSE .................................................. 53
Gambar 4. 6 Simpangan kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey portal 3-3 .................. 57
Gambar 4. 7 Simpangan kombinasi 1,2D+1L+1Ey+0,3Ex portal F-F ................. 58
Gambar 4. 8 Steel design open frame ................................................................... 64
Gambar 4. 9 Steel design strat diagonal ............................................................... 64
Gambar 4. 10 Steel design shell elemen ................................................................ 65
Gambar 4. 11 Titik peninjauan ............................................................................. 66
Gambar 4.12 Perbandingan kurva pushover arah X (push-X) masing-masing
model ..................................................................................................................... 67
Gambar 4. 13 Perilaku keruntuhan struktur model open frame arah X ................ 71
Gambar 4. 14 Perilaku keruntuhan struktur model strat diagonal arah X ............ 73
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Sifat material yang digunakan.............................................................. 14
44
Tabel 4.1 Gaya dan perpindahan
Tabel 4. 2 Besar Reduksi yang dilakukan ............................................................. 45
Tabel 4. 3 Gaya dan perpindahan setelah reduksi nilai elastisitas ........................ 45
Tabel 4. 4 Gaya dan perpindahan dengan metode strat diagonal ......................... 48
Tabel 4. 5 Besar reduksi yang dilakukan pada material balok dan kolom ............ 49
Tabel 4. 6 Besar reduksi yang dilakukan pada material dinding pengisi .............. 49
Tabel 4. 7 Gaya dan perpindahan dengan metode strat diagonal setelah reduksi
nilai elastisitas ....................................................................................................... 50
Tabel 4. 8 Gaya dan perpindahan dengan metode shell elemen ........................... 52
Tabel 4. 9 Dimensi penampang struktur gedung 5 lantai...................................... 54
Tabel 4. 10 Simpangan lantai arah X akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey .... 56
Tabel 4. 11 Simpangan lantai arah Y akibat kombinasi 1,2D+1L+1Ey+0,3Ex.... 57
Tabel 4. 12 Gaya geser kolom akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey ............... 58
Tabel 4. 13 Gaya geser balok akibat kombinasi 1,2D+1,0L-1,0Ex+0,3Ey .......... 59
Tabel 4. 14 Gaya aksial kolom akibat kombinasi 1,2D+1,0L-1,0Ex+0,3Ey ........ 59
Tabel 4. 15 Momen pada kolom akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey ............ 60
Tabel 4. 16 Momen pada balok akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey ............. 61
Tabel 4. 17 Gaya aksial batang strat diagonal ...................................................... 62
Tabel 4. 18 Gaya aksial strat diagonal arah vertikal ............................................ 62
Tabel 4. 19 Gaya aksial strat diagonal arah horizontal ........................................ 62
Tabel 4. 20 Tegangan tekan dinding ..................................................................... 62
Tabel 4. 21 Tegangan geser dinding ..................................................................... 62
Tabel 4. 22 Tegangan tarik dinding ...................................................................... 63
Tabel 4. 23 Tegangan geser dinding ..................................................................... 63
Tabel 4. 24 Tegangan tekan dinding ..................................................................... 63
Tabel 4. 25 Gaya geser dasar masing-masing model arah X pada kurva pushover.
............................................................................................................................... 68
Tabel 4. 26 Perpindahan masing-masing model arah X pada kurva pushover. ... 68
x
Tabel 4. 27 Nilai parameter target perpindahan .................................................... 69
Tabel 4. 28 Nilai performance point ..................................................................... 70
Tabel 4. 29 Nilai periode dan redaman masing-masing struktur .......................... 70
Tabel 4. 30 Tabel mekanisme terjadi sendi plastis model open frame arah X...... 71
Tabel 4. 31 Tabel mekanisme terjadi sendi plastis model strat diagonal arah X . 72
Tabel 4. 32 Jumlah sendi plastis yang terjadi pada kondisi perpindahan tertentu 74
Tabel 4. 33 Perbandingan daktilitas model struktur.............................................. 74
xi
DAFTAR NOTASI
= lebar strat diagonal
a
= Beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk
dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, & peralatan layan tetap.
= Beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 1726 2012.
fe
= Modulus elatisitas kolom
me
= Modulus elastisitas dinding pengisi
m
= Modulus elastisitas mortar
u
= Modulus elastisitas dinding pengisi
g
= Percepatan gravitasi 9,81 m/det2
Gm
= Modulus geser mortar
Gu
= Modulus geser dinding pengisi
hcol
= tinggi kolom
hinf
= tinggi dinding
hm
= Tebal mortar
Icol
= Inersia Kolom
Ie
= Faktor keutamaan hunian.
k
= Eksponen yang terkait dengan perioda struktur.
= Beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut,
tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, & lain-lain
= Beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,
peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan
benda bergerak.
Mn
= Momen lentur rencana.
Mu
= Momen lentur perlu.
Mp
= Momen plastis penampang.
R
= Beban hujan
R
= Faktor modifikasi respons.
rinf
= Panjang strut
SA
= Batuan keras.
xii
SB
= Batuan.
SC
= Tanah keras, sangat padat dan batuan lunak.
SD
= Tanah sedang.
SE
= Tanah lunak.
SF
= Tanah khusus, yang membutuhkan investigasi geoteknik spesifik.
S1
= Parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan.
SDS
= Parameter percepatan spektrum respons disain dalam rentang perioda pendek.
SD1
= Parameter percepatan spektrum respons disain pada perioda 1 detik.
T
= Perioda struktur dasar (detik).
Te
= Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastic.
Ts
= Waktu getar karakteristik.
tf
= Tebal flens.
tw
= Tebal Wet.
V
= Gaya lateral disain total.
Vp
= Gaya geser plastis penampang.
Vy
= Gaya geser dasar pada saat leleh.
W
= Beban angin
wi dan wx = Bagian berat seismik efektif total struktur yang ditempatkan atau
dikenakan pada tingkat I atau x.
Zx
= Modulus plastis penampang.
= Rasio kekakuan pasca leleh terhadap kekakuan elastis efektif.
= Sudut yang dibentuk dari strur diagonal
= Faktor reduksi lentur.
p
= Plastic story drift .
.
p
= Maksimum curvature yang diharapkan.
= Yield cuvature.
p
= Sudut rotasi link belam.
= Simpangan maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa
Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan.
= Simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama.
xiii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dinding adalah salah satu bagian bangunan nonstruktural yang umumnya
dikategorikan sebagai beban pada suatu bangunan. Penetapan dinding sebagai
bagian nonstruktural pada Standar Nasional Indonesia (SNI) membuat dinding
tidak diperhitungkan sebagai komponen struktur dalam perencanaan. Kinerja
dinding nonstruktural juga tidak diperhitungkan berkontribusi sebagai ketahanan
lateral struktur dan secara umum akan membebani bangunan struktural.
Komponen struktur yang menerima beban dinding umumnya memiliki dimensi
yang lebih besar daripada bangunan struktural tanpa dinding.
Dinding memiliki banyak kegunaan diantaranya dinding digunakan untuk
penyekat ruangan dan penutup suatu bangunan. Biasanya penyekat ruangan
(dinding) umumnya dilakukan secara bertahap atau dilakukan setelah bangunan
struktur utama selesai dilaksanakan. Dalam perencanaannya dinding sering
diasumsikan sebagai beban yang merata tanpa melibatkannya sebagai bagian
struktur bangunan. Bahan jenis penyusun dinding pengisi yang bervariasi
membuat kinerja bangunan struktur secara menyeluruh juga berbeda-beda.
Kenyataan
di
lapangan
sangat
bertolak
belakang
dengan
proses
perencanaannya. Perencanaan struktur menganggap dinding hanya sebuah beban
merata yang tidak memberi efek apapun terhadap bangunan struktur. Padahal
dinding yang memiliki luas yang besar akan memiliki nilai inersia yang cukup
besar sehingga membuatnya lebih kaku. Keberadaan dinding memberikan efek
kekakuan dan kekuatan dalam pembangunan struktur bangunan. Efek kekakuan
yang diberikan dinding akan membuat kinerja bangunan struktural lebih ringan.
Meskipun tidak membantu secara signifikan dibandingkan dengan tipe perkuatan
lainnya (dinding geser, bressing dan pembesaran dimensi) tapi kinerja dinding
sangat membantu untuk mengurangi atau memperlambat proses keruntuhan akibat
beban-beban gravitasi maupun lateral.
1
Dinding pengisi memiliki perilaku untuk membuat struktur menjadi lebih
kaku dan menambahkan kekuatan. Perilaku dinding pengisi sering diasumsikan
sebagai gaya tekan dinding. Gaya tekan yang ditimbulkan dinding akan diterima
oleh struktur utama sehingga membantu kerja struktur menerima beban. Perilaku
dinding pengisi umumnya akan membuat struktur baja maupun beton bertulang
lebih kaku daripada struktur rangka terbuka.
Kinerja struktur perlu diketahui dan bermanfaat bagi perencana dan pemilik
bangunan untuk dapat mengetahui ketahanan terhadap beban-beban yang bekerja.
Kinerja struktur dinding pengisi dapat kita ketahui dengan menggunakan software
dengan metode analisis pushover. Analisis pushover adalah analisis yang
dilakukan pada struktur dengan menambahkan beban horizontal secara bertahap
hingga struktur mengalami kegagalan struktur dan mencapai simpangan yang
telah ditentukan. Data yang dihasilkan dari analisa memberikan informasi tentang
gaya dan simpangan yang menunjukan perilaku struktur secara menyeluruh,
sebagai gambaran perilaku bangunan saat terjadi gaya horizontal yang disebabakn
oleh gempa.
Dinding pengisi perlu dimodelkan agar dapat dianalisis dengan metode
pushover. Metode yang telah dikembangkan dalam memodel dinding pengisipun
beragam. Secara umum pemodelan dinding pengisi dapat dibagi menjadi dua
kategori: model yang berdasarkan metode strat diagonal, dan model yang
berdasarkan metode elemen shell. Pemodelan dengan cara strat diagonal memiliki
beberapa kelemahan akibat kesederhanaannya, salah satunya adalah tidak mampu
memodel dinding dengan bukaan atau lubang. Dinding pengisi yang dimodelkan
dengan elemen shell memiliki banyak kelebihan berupa mampu memodel dinding
yang memiliki lubang yang berupa jendela dan pintu.
Perkembangan kemajuan teknologi membuat bangunan dengan struktur baja
semakin hari semakin meningkat dan dinding pengisi sebagai penyekat ruangan
semakin bervariasi. Berdasarkan masalah tersebut diperlukan analisis untuk
mengetahui perilaku dan kinerja struktur rangka baja dengan dinding pengisi dan
tanpa dinding pengisi. Namun telah ada penelitian y
Perilaku Struktur Rangka Baja Dengan dan Tanpa Din
2
Made Ratih Nawang Sari tahun 2014. Penelitian tersebut membahas mengenai
perilaku dinding pengisi pada struktur rangka baja tanpa meninjau adanya bukaan
(pintu dan jendela). Pada Tugas Akhir ini akan lebih mengembangkan dan
menambahkan langkah penelitian yang akan dilakukan. Interaksi dinding pengisi
dengan rangka baja akan menerima gaya lateral yang berupa beban gempa yang
akan dianalisis nonlinier dengan menggunakan software. Bangunan yang akan
dianalisis berupa bangunan hotel lima lantai yang merupakan bangunan fiktif
yang digunakan dalam tugas akhir ini.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang ditinjau dari studi ini adalah:
1. Bagaimana perilaku struktur rangka baja yang dimodel dengan dinding
pengisi dan tanpa dinding pengisi yang ditinjau dari simpangan dan gayagaya dalam yang terjadi.
2. Bagaimana kinerja struktur rangka baja dengan dinding pengisi dan tanpa
dinding pengisi.
1.3
Tujuan Penuliasan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini untuk mengetahui perilaku struktur
dengan tinjauan simpangan yang terjadi serta gaya-gaya dalam yang bekerja pada
struktur dan mengetahui kinerja struktur dengan dinding pengisi dan tanpa
dinding pengisi.
1.4
Manfaat Penulisan
Adapun manfaat dari studi ini adalah mendapatkan informasi tentang
perilaku yang diberikan oleh dinding pengisi terhadap struktur rangka baja dan
mengetahui kinerja struktur rangka baja dengan dinding pengisi dan tanpa dinding
pengisi. Perilaku dan kinerja struktur tersebut akan memberikan gambaran tentang
kapasitas lateral struktur rangka baja dengan dinding pengisi diperencanaan. Bagi
pembaca adalah untuk bahan referensi untuk lebih memperdalam ilmu dalam
memodel suatu bangunan yang menggunakan dinding pengisi.
3
1.5
Batasan Masalah
Dalam penulisan tugas akhir ini, pembahasan permasalahan dibatasi pada:
1. Permodelan yang dianalisis menggunakan pushover adalah model
rangka baja yang menggunakan pendekatan dengan strat diagonal.
2. Penelitian tidak meninjau adanya bukaan (pintu, jendela, dan bukaan
lainnya) pada dinding.
3. Analisis kinerja struktur berupa grafik perbandingan gaya geser dan
perpindahan dibuat menggunakan analisis statik nonlinier pushover
yang tersedia pada program SAP 2000 versi 17.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Dinding Pengisi
2.1.1 Definisi
Dinding pengisi adalah bagian bangunan nonstruktural yang umumnya
difungsikan sebagai penyekat ruangan, penutup bangunan dan bangunan eksterior
untuk
keperluan estetika (memperindah) ruangan. Dinding pengisi memiliki
banyak variasi pada elemen penyusunnya diantaranya batu bata merah, batako,
bata ringan dan lain-lain. Dalam kenyataan di lapangan umumnya dinding pengisi
berguna untuk meningkatkan kekakuan dan kekuatan pada struktur beton
bertulang maupun struktur rangka baja.
2.1.2 Rangka Dengan Dinding Pengisi
RDP (infilled frame) ialah struktur yang terdiri atas kolom dan balok
berbahan baja atau beton bertulang dengan dinding pengisi berbahan batu-bata
ataupun batako. Rangka dengan dinding pengisi memiliki dua model yaitu rangka
dinding pengisi yang terdapat lubang ditengahnya dan model dinding pengisi
penuh tanpa ada bukaan. Dinding pengisi dengan bukaan dan tanpa bukaan
dimodel dengan metode yang sama tetapi pada model dinding yang terdapat
bukaan mengalami reduksi pada lebar strutnya. Reduksi lebar strat tergantung
persentase lebar bukaan yang digunakan. Besar bukaan yang digunakan akan jadi
patokan besar nilai reduksi yang digunakan.
Gambar 2.1 Rangka dengan dinding pengisi
5
Perilaku struktur rangka akibat adanya dinding pengisi tentu berbeda
dengan struktur rangka tanpa dinding pengisi. Perilaku seperti deformasi dan
gaya-gaya dalam pada struktur akan diterima pula oleh dinding pengisi yang
berarti dinding pengisi akan mendistribusikan gaya-gaya yang ada pada struktur
sampai pada batas kemampuannya. Adanya kontak antara dinding dan struktur
yang mengelilinginya dan perilaku struktur ketika mendapat beban lateral
mengakibatkan dinding pengisi mengalami pola keruntuhan tertentu. Keruntuhan
yang terjadi pada dinding salah satunya terjadi pada bagian sudut-sudutnya.
Ketika menerima beban lateral, struktur rangka akan menekan dinding bagian
ujung, sementara dinding akan menahan gaya tersebut. Konsep inilah yang
menjadi dasar untuk memodelkan dinding pengisi sebagai sebuah strat diagonal.
2.2
Pemodelan
Analisis pemodelan untuk struktur bangunan yang tinggi bergantung pada
beberapa keadaan dan pendekatan yang berhubungan dengan tipe dan ukuran
struktur dan banyaknya tingkat dalam desain rancangan. Pemodelan struktur
berkembang dengan cepat seiring dengan dukungan teknologi komputer yang
makin canggih. Kemudahan yang diberikan dalam pemodelan struktur dengan
komputer dapat mempercepat proses perhitungan, sehingga yang menjadi fokus
para
perancang
bangunan
adalah
bagaimana
cara
menginterpretasikan
permasalahan yang ada ke dalam model struktur yang dapat diproses komputer.
Menurut Smith & Coull (1991) dijelaskan bahwa pendekatan dalam pemodelan
dibagi menjadi tiga yaitu, analisis pendahuluan, analisis menengah dan final serta
pendekatan gabungan untuk analisis pendahuluan dan final.
2.2.1 Analisis Pendahuluan
Analisis pendahuluan biasanya dilakukan pada tahap awal. Perhitungan
analisis dilakukan untuk menentukan dimensi struktur agar didapat seproporsional
dan seefektif mungkin. Maka dari itu analisis ini menuntut kecepatan dari
prosesnya sehingga pada pelaksanaannya tidak memodel struktur secara
mendetail. Pemodelan dengan cara ini memiliki simpangan sekitar 15% dari
analisis yang lebih detail (Smith & Coull, 1991).
6
2.2.2 Analisis Menengah dan Final
Analisi ini dilakukan dengan memodel struktur secara apa adanya dengan
menekankan hasil yang didapat haruslah seakurat mungkin. Sehingga model yang
akan dibuat menjadi detail sebagaimana kemampuan program yang digunakan
untuk
mengerjakannya.
Kelemahan
dari
cara
ini
berada pada
waktu
pengerjaannya. Semakin kompleks suatu model yang dibuat, semakin banyak
parameter yang harus diperhitungkan, dan semakin lama pula proses analisanya.
Bahkan dengan semakin rumit perhitungan yang dilakukan, resiko terjadinya
kesalahan juga semakin besar.
2.2.3 Pendekatan Gabungan untuk Analisis Pendahuluan dan Final
Ketika sebuah struktur dimodel dengan sangat detail sehingga kinerja
program menjadi sangat berat, maka dapat menggunakan cara analisis pendekatan.
Analisis ini bertujuan untuk membuat model yang lebih sederhana namun tetap
menghasilkan
analisis
yang
cukup
akurat.
Caranya
adalah
dengan
menyederhanakan bentuk dari suatu elemen namun tidak menghilangkan
kontribusinya dalam mempengaruhi perilaku struktur secara keseluruhan.
2.3
Strat Diagonal
Dinding pengisi yang dimodel sebagai strat diagonal sudah lama diterapkan
dan sudah banyak pula referensi terkait hal tersebut. Dinding pengisi diasumsikan
menerima gaya dari struktur rangka disekelilingnya yang telah menerima gaya
lateral sehingga dinding mengalami gaya tekan, gaya geser, lentur dan gaya yang
menyebabkan sliding dan guling. Gaya yang diberikan oleh struktur rangka
tersebut akan ditahan oleh dinding secara diagonal. Perumpamaan tersebut yang
menjadi dasar untuk memodel dinding pengisi sebagai strat. Strat dalam
desainnya juga hanya mampu menerima gaya aksial tekan atau tidak menerima
gaya tarik. Asumsinya bahwa dinding pengisi tersusun atas material yang tidak
homogen sehingga kuat tarik yang dimiliki material ini diabaikan. Perumusan
untuk lebar strat pun sudah banyak berkembang. Salah satu rumus yang cukup
banyak digunakan termasuk dalam peraturan FEMA-356 terkait analisis dinding
pengisi.
7
Gambar 2.2 Model dinding pengisi sebagai strat diagonal
(2.1)
1
adalah:
(2.2)
Dengan a adalah lebar strat diagonal, rinf adalah panjang strat, Eme adalah
modulus elastisitas dinding pengisi, Efe Icol adalah modulus elastisitas dan momen
inersia kolom, tinf adalah tebal dinding dan tebal strat, hcol adalah tinggi kolom
diantara as balok, hinf adalah tinggi dinding pengisi, dan
adalah sudut yang
dibentuk oleh strat diagonal.
2.4
Elemen Shell
Elemen shell merupakan suatu bentuk sistem struktur berbentuk bidang
(area) yang dapat dikerjakan gaya sejajar bidang maupun tegak lurus bidang
(Dewobroto, 2013). Pada program SAP 2000, penggunaan elemen shell dapat
dibagi menjadi tiga sesuai dengan perilakunya yaitu:
1.
Membran
Elemen membran hanya dapat memperhitungkan gaya-gaya yang bekerja
sejajar dengan bidang (in-plane) dan momen drilling (momen yang bekerja
dengan sumbu putar tegak lurus arah bidang). Elemen ini dapat digunakan jika
ingin memodel suatu bidang tanpa memperhitungkan gaya tegak lurus bidang.
8
2.
Pelat
Elemen pelat merupakan kebalikan dari elemen membran, yaitu hanya dapat
menerima gaya tegak lurus arah bidang (out-of-plane). Model pelat pondasi yang
memiliki rasio ketebalan yang kecil dapat menggunakan elemen pelat ini.
3.
Shell
Jika dibutuhkan suatu elemen dengan perilaku gabungan antara elemen
membran dan elemen pelat, maka elemen shell merupakan pilihannya. Elemen
shell memiliki kemampuan untuk menahan gaya searah maupun tegak lurus
bidang.
Bentuk bidang elemen shell berdasarkan pendekatan finite elemen model
dapat dibagi menjadi dua: segiempat dan segitiga. Jika nodal yang terdapat pada
satu bidang elemen berjumlah 4 buah (j1, j2, j3, j4) maka bentuknya berupa segi
empat (quadrilateral) dan jika terdapat tiga buah nodal (j1, j2, j3) maka
bentuknya berupa segitiga (triangular).
2.5
Elemen Gap
Elemen gap merupakan elemen yang menghubungkan dua material yang
berbeda dengan tujuan untuk menyalurkan gaya yang berasal dari masing-masing
material tersebut. Pada program SAP 2000 terdapat fitur link element atau elemen
penghubung yang dapat digunakan sebagai elemen gap. Elemen ini bekerja
dengan cara mengikat dua buah titik simpul dan dapat dilepas sesuai kondisi
tertentu. Gambar 2.3 menunjukkan elemen gap dan komponennya, dengan i dan j
sebagai simpul (titik ujung) dari elemen gap. Simpul atau titik ujung yang
dimaksud nodal dari elemen frame dan nodal elemen shell sedangkan k
merupakan nilai kekakuan dari elemen gap.
Gambar 2.3 Elemen gap
9
Aplikasi elemen kontak ini pada dinding pengisi salah satunya dibahas
dalam penelitian dari Dorji & Thambiratnam (2009). Pada penelitian tersebut
dijelaskan tentang perbandingan kekakuan yang dimiliki oleh elemen gap dengan
kekakuan dari dinding pengisi.
nominal dan kekakuan geser (
,
) dari jarak antara balok struktur dengan
dinding yang digunakan sebagai berikut:
=
(
)
(2.3)
=
(
)
(2.4)
Dimana :
: Modulus Elastisitas Unit
: Modulus Elastisitas Mortar
: Tebal Mortar
: Modulus Geser Dinding
: Modulus Geser Mortar
2.6
Perilaku Dinding Pengisi
Dinding pengisi pada struktur rangka sering dianggap sebagai komponen
nonstruktur dan hanya berfungsi sebagai penutup rangka. Meskipun dianggap
sebagai komponen nonstruktur, keberadaan dinding pengisi mempunyai
kecendrungan berinteraksi dengan rangka yang ditempatinya terutama apabila
terjadi gempa. Dinding pengisi memberikan sumbangan besar terhadap kekakuan
dan kekuatan struktur sehingga perilaku keruntuhannya berbeda dibandingkan
dengan rangka terbuka (Dewebroto, 2005).
Dinding pengisi dari bata berperilaku seperti batang diagonal tekan dan
menambah kekakuan pada struktur rangka beton bertulang maupun struktur
rangka baja pada suatu bangunan. Penambahan kekakuan tergantung dari
ketebalan dinding, kuat tekan dinding dan kuat tekan mortar berserta jumlah panel
struktur rangka yang mempunyai dinding bata pengisi. Penambahan kekakuan
pada bangunan yang diakibatkan oleh adanya dinding pengisi akan mengurangi
kemampuan struktur rangka untuk melentur dan berdeformasi. Pada struktur
10
rangka daktail beton bertulang, dinding pengisi dari bata akan menghalangi
elemen utama struktur (seperti kolom dan balok) untuk berperilaku daktail,
sebaliknya beberapa struktur memperlihatkan perilaku yang getas (tidak daktail).
Ini akan mencapai puncaknya dalam suatu keruntuhan yang tiba-tiba dan sangat
dramatis. Bagaimanapun, sebagian besar bangunan berstruktur rangka beton
bertulang maupun struktur baja dengan dinding pengisi dari bata tidak didesain
untuk memperhitungkan pengaruh perilaku dinding bata (C.V.R. Murty dkk,
2009).
Kegagalan struktur pada dinding pengisi sering terjadi akibat kegagalan
geser pada rangka ataupun dinding. Selain itu jenis kegagalan lain yang terjadi
pada struktur portal dengan dinding pengisi adalah kegagalan tekan bagian pojok
atas dinding dan kegagalan tarik yang terjadi pada kolom struktur bagian bawah
(Smith and Coull, 1991).
Interaksi struktur rangka terbuka dapat dilihat pada gambar 2.4. Struktur
rangka terbuka akan mengalami reaksi lentur pada bagian kolom dan baloknya.
Sedangkan interaksi dinding pengisi pada struktur rangka dapat dilihat pada
gambar 2.5. Struktur dengan dinding pengisi pada bagian kolom dan lentur tidak
mengalami kondisi lentur tetapi terjadi gaya aksial yang diterima oleh kolom
maupun balok. Dinding sendiri mengalami gaya tekan diagonal akibat beban
lateral yang terjadi.
Gambar 2.4 Struktur rangka terbuka
11
Gambar 2.5 Struktur rangka dengan dinding pengisi
Gambar 2.6 Struktur rangka soft story
2.7
Penelitian Struktur Rangka Baja Dengan Dinding Pengisi
Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004) melakukan penelitian laboratorium
mengenai perilaku struktur rangka baja dengan dinding pengisi. Dalam
penelitiannya, terdapat dua model berupa penelitian rangka terbuka dan rangka
dengan dinding. Elemen penyusun dinding pengisi berupa bata ringan yang
memiliki tebal 120 mm. Penelitian ini dilakukan dengan membuat rangka baja dua
dimensi yang terdiri dari dua tingkat. Rangka yang dibuat kemudian diberi beban
yang ditingkatkan secara bertahap sebesar 10 kN sampai mengalami keruntuhan
pada bagian struktur utamanya.
12
Rincian untuk struktur rangka baja ditunjukkan pada Gambar 2.7. Dimensi
balok menggunkan profil IWF 300.120.12 dan dimensi kolom menggunakan
profil IWF 250.200.12 mm. Pasangan bata dinding pengisi dalam spesimen
memiliki ketinggian (H) = 2350 mm dan panjang (l) = 4500 mm.
Gambar 2.7 Dimensi model eksperimen
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
Gambar 2.8 Penelitian rangka dinding pengisi
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
13
Tabel 2. 1 Sifat material yang digunakan
Sifat Mekanik
Pasangan Bata Ringan
Kuat Tekan
Modulus Elastisitas
Rangka Baja
Fy
Fu
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
Nilai yang Terukur
3 MPa
562 MPa
235 MPa
410 MPa
Hasil utama dari eksperimen laboratorium adalah grafik hubungan antara
beban lateral dan perpindahan, selain itu ditampilkan pola kegagalan yang terjadi
pada struktur, disajikan pada gambar beikut:
Gambar 2.9 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan
rangka terbuka
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
14
Gambar 2.10 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan
rangka dengan dinding pengisi
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
Berdasarkan hasil penelitian laboratorium tersebut disimpulkan bahwa
terjadi retakan pada mortar dengan beban yang bekerja sebesar 40 kN. Kemudian
pada beban yang bekerja sebesar 65 kN terjadi retakan pada elemen penyusun
dinding pengisi. Dari hasil penelitian juga didapatkan bahwa perilaku rangka baja
yang terdapat dinding pengisi memiliki struktur yang lebih kaku dari struktur
rangka baja terbuka.
2.8
Pembebanan
Perencanaan struktur gedung ini akan menggunakan peraturan yang sedang
berlaku baik untuk beban vertikal dan beban horizontal. Secara jelas akan
diuraikan sebagai berikut:
2.8.1 Beban Mati
Beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang bersifat tetap,
termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta
peralatan yang tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu
ditambah beban mati tambahan dan beban dinding.
15
2.8.2 Beban Hidup
Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau
penggunaan suatu gedung termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari
barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta peralatan yang tidak
merupakan bagian tak terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa
hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembeban lantai
2.8.3 Beban Horizontal ( SNI 1726:2012)
Peraturan
perencanaan beban gempa pada gedung-gedung di Indonesia
yang berlaku saat ini diatur dalam SNI Gempa 1726:2012. Pada peraturan ini
dijelaskan tentang faktor-faktor yang berhubungan dengan perhitungan untuk
analisis beban gempa sebagai berikut:
1. Geografis
Perencanaan beban gempa pada sebuah gedung tergantung dari
lokasi gedung tersebut dibangun. Hal ini disebabkan karena wilayah
yang berbeda memiliki percepatan batuan dasar yang berbeda pula.
2. Faktor Keutamaan Gedung
Faktor ini ditentukan berdasarkan jenis pemanfaatan gedung.
Gedung dengan kategori risiko I dan II memiliki faktor keutamaan
gedung 1, untuk kategori resiko III memiliki faktor 1.25, dan kategori
resiko IV memiliki faktor 1.5.
3. Kategori Desain Seismik
Pembagian kategori desain seismik dari rendah ke tinggi yaitu
A, B, C, D, E, dan F. Penentuan kategori ini dapat dilihat pada
lampiran A Tabel A5.
4. Sistem Penahan Gaya Seismik
Struktur dengan sistem penahan gaya seismik memiliki faktor
reduksi gempa atau koefisien modifikasi respon (R), faktor kuat lebih
0),
dan faktor pembesaran defleksi (Cd) yang berbeda-beda
sesuai dengan Tabel A6 pada lampiran A.
16
2.8.4 Kombinasi Pembebanan
Untuk pemodelan rangka dengan pembebanan gempa berdasarkan SNI
1726 2012 adalah sebagai berikut:
1,4 D
(2.5)
1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr atau R)
(2.6)
1,2 D + 1,6 L (Lr atau R) + (L atau 0,5W)
(2.7)
1,2 D + 1,0 W + L + 0,5 (Lr atau R)
(2.8)
1,2 D + 1,0 E + L
(2.9)
0,9 D + 1,0 E
(2.10)
Keterangan:
= Beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen,
termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan
peralatan layan tetap.
=Beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk
kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan
lain-lain.
= Beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,
peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan
benda bergerak.
= Beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air.
= Beban angin.
=Beban gempa, yang ditentukan menurut SNI1726 2012
2.9
Tegangan Dinding Pengisi dalam Pendekatan Empiris
Tegangan pada dinding pengisi meliputi tegangan geser, tegangan tarik dan
tegangan tekan. Ketiga jenis tegangan ini dapat menimbulkan kegagalan pada
dinding pengisi berupa kegagalan geser, kegagalan tarik diagonal dan kegagalan
tekan diagonal. Sehingga dalam perencanaanya dinding pengisi harus dapat
menahan ketiga jenis kegagaln yang diakibatkan beban yang terjadi pada struktur
rangka.
17
2.9.1
Tegangan Geser pada Dinding Pengisi
Kegagalan geser yang terjadi pada dinding pengisi berkaitan dengan
tegangan geser yang terdapat pada dinding ketika struktur tersebut menerima gaya
lateral. Pada analisis model elemen diperoleh bahwa nilai tegangan geser kritis
terjadi pada bagian tengah dinding pengisi (Smith and Coull, 1991). Nilai
tegangan geser empiris dirumuskan sebagai berikut:
(2.11)
Dengan :
Q
: Gaya Horizontal Struktur Rangka
L
: Panjang Dinding Pengisi Struktur
t
: Tebal Dinding Pengisi
FEMA-273 ( Federal Emergency Management Agency) dalam Bell and
Davidson (2001) menyebutkan bahwa walaupun tegangan geser pada dinding
pengisi melampaui kuat geser yang diijinkan namun dinding pengisi tersebut tetap
mampu menahan geser sampai empat kali tegangan ijin. Dinding pengisi yag
menerima beban geser yang kuat akan mengalami keretakan namun masih mampu
menahan geser struktur untuk memperlambat deformasi yang terjadi.
2.9.2 Tegangan Tarik pada Dinding pengisi
Tegangan taruk diagonal dipengaruhi oleh jenis dinding pengisi yang
digunakan. Tegangan ini juga dipengaruhi oleh kekakuan struktur rangka karena
terjadi dibagian pojok bawah dan tengah dinding pengisi (Smith and Coull, 1991).
Keruntuhan tarik diagonal pada dinding pengisi berkaitan dengan dengan
tegangan tarik diagonal maksimum yang terjadi pada dinding. Berdasarkan hasil
analisis yang dilakukan Smith and Coull (1991) tegangan tarik diagonal dapat
dirumuskan sebagai berkut:
18
(2.12)
Dengan :
Q
: Gaya Horizontal Struktur Rangka
L
: Panjang Dinding Pengisi Struktur
t
: Tebal Dinding Pengisi
Besarnya kuat tarik diagonal dinding pengisi belum dapat dipastikan sehingga
masih dalam batas pendekatan yang tetap dapat digunakan sebagai pedoman
dalam menganalisis tegangan tarik dinding pengisi (Smith and Coull, 1991).
2.9.3 Tegangan Tekan Dinding Pengisi
Kolom yang lebih kaku menyebabkan tekanan gaya lateral pada kolom
menjadi semakin luas sehingga tekanan tekan yang terjadi pada dinding pengisi
lebih keci (Smith and Coull, 1991). Pada penelitian tersebut diperoleh jika
keruntuhan dinding pengisi bagian atas diperkirakan sama dengan panjang
keruntuhan pada dinding pengisi didekat kolom. Tegangan tekan pada dinding
pengisi secara empiris dirumuskan sebagai berikut:
(2.13)
Dengan :
Q
: Gaya Horizontal Struktur Rangka
L
: Panjang Dinding Pengisi Struktur
t
: Tebal Dinding Pengisi
h
: tinggi dinding
2.10 Tingkat Daktalitas
Tujuan untuk mengendalikan dan mempertahankan prilaku elastic-plastis
dalam struktur pad
BAJA DENGAN DINDING PENGISI DAN TANPA
DINDING PENGISI
HALAMAN JUDUL
(TUGAS AKHIR)
Oleh:
FIRMAN HADI SUPRAPTO
NIM: 1204105043
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertandatangan di bawah ini, saya:
Nama
: Firman Hadi Suprapto
NIM
: 1204105043
Judul TA
: Perilaku dan Kinerja Struktur Rangka Baja Dengan
Dinding Pengisi dan Tanpa Dinding Pengisi
Dengan ini saya nyatakan bahwa dalam Laporan Tugas Akhir/Skripsi saya
ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar
kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak
terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain,
kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar
pustaka.
Denpasar,
Juni 2016
Firman Hadi Suprapto
NIM. 1204105043
i
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR
Tugas akhir ini telah diujikan dan dinyatakan lulus, sudah direvisi serta telah
mendapat persetujuan pembimbing sebagai salah satu persyaratan untuk
menyelesaikan Program S-1 pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik
Universitas Udayana.
Judul Tugas Akhir
:
Perilaku dan Kinerja Struktur Rangka Baja Dengan
Dinding Pengisi dan Tanpa Dinding Pengisi
Nama
:
Firman Hadi Suprapto
NIM
:
1204105043
Jurusan
:
Teknik Sipil
Diuji Tanggal
:
27 Mei 2016
Bukit Jimbaran,
Juni 2016
Menyetujui:
Pembimbing I
Pembimbing II
(Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT.)
NIP. 19640228 199103 1 002
(I Gede Adi Susila, ST, MSc, Ph.D.)
NIP. 19710708 200112 1 005
Mengetahui:
Ketua Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Udayana
(I Ketut Sudarsana ST, Ph.D.)
NIP. 19691016 199601 1 001
ii
ABSTRAK
Penelitian tentang perilaku dan kinerja struktur rangka baja dengan dinding
pengisi dan tanpa dinding pengisi menggunakan aplikasi SAP 2000 v17 dengan
model open frame sebagai acuan perbandingan. Penelitian struktur dilakukan pada
model dinding pengisi penuh tanpa meninjau adanya bukaaan. Kinerja struktur
dinding pengisi akan dilakukan pada model strat diagonal.
Analisis dilakukan dengan memodel 3 struktur, yaitu: model 1 Model Open
Frame (MOF), model 2 Model Strat Diagonal (MSD), dan model 3 Model Shell
Elemen (MSE). Ketiga model struktur dibebani dan dirancang berdasarkan
pedoman perencanaan SNI 03-2847-2002 (Beton) dan SNI 03-1729-2015 (Baja).
Untuk model validasi akan dianalisis secara linier dengan penurunan nilai
elastisitas pada material dinding, material balok dan kolom. Kinerja struktur
bangunan open frame dan struktur dinding pengisi yang dimodel dengan strat
diagonal akan dianalisis secara nonlinier.
Dari hasil analisis didapatkan hasil bahwa perilaku model open frame
memiliki simpangan 46,21 mm, model dinding pengisi dengan strat diagonal
memiliki simpangan 8,99 mm dan model dinding pengisi dengan shell elemen
memiliki simpangan 15,97 mm. Gaya-gaya dalam yang bekerja baik model strat
diagonal atau model shell elemen memiliki nilai yang lebih kecil dari pada gayagaya dalam yang bekerja pada model open frame kecuali gaya aksial kolom yang
memiliki nilai yang hampir sama dengan model open frame. Perbandingan kinerja
dengan struktur dinding pengisi dengan model strat diagonal memiliki kinerja
yang lebih baik dari pada model open frame dengan besar nilai batas perpindahan
untuk model open frame sebesar 1.039,556 mm dengan gaya geser sebesar
4213,15 kN, sedangkan nilai batas perpindahan untuk model strat diagonal
sebesar 701,84 mm dengan nilai gaya geser sebesar 8.146,6 kN. Sedangkan untuk
nilai daktilitas model open frame sebesar 5,93 sedangkan untuk gedung yang
dimodel dengan strat diagonal memiliki nilai daktilitas sebesar 4,15.
Kata kunci : perilaku, kinerja, analisis pushover dan struktur baja
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur Saya panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa karena berkat
tuntunanterselesaikan. Tugas Akhir ini merupakan persyaratan dalam menyelesaikan studi
strata 1 (satu) di Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Udayana.
Terwujudnya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, saran,
dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis
menyampaikan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT dan Bapak I Gede Adi Susila, ST, MSc,
Ph.D selaku dosen pembimbing serta Bapak Dr. Ir. Ngakan Made Anom
Wiryasa selaku dosen pembimbing akademik.
2. Bapak, Ibu dan segenap keluarga yang telah banyak membantu, mendoakan
dan memberikan dorongan moril maupun material sehingga Tugas Akhir ini
dapat terselesaikan.
3. Etika Prima Artini yang senantiasa menemani, mendukung dan menyemangati
dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Penelitian ini masih banyak terdapat kekurangan,
karena keterbatasan ilmu yang penulis miliki. Untuk itu penulis mengharapkan
saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tuga Akhir ini.
Atas perhatiannya penulis ucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapa
memberikan manfaat bagi pembaca.
Denpasar,
Juni 2016
Penulis
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL............................................................................................... 1
LEMBAR PERNYATAAN ..................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR ................................. ii
ABSTRAK ............................................................................................................. iii
UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................. iv
DAFTAR ISI ........................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... x
DAFTAR NOTASI ............................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1.
Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ................................................................................ 3
1.3
Tujuan Penuliasan ................................................................................ 3
1.4
Manfaat Penulisan ................................................................................ 3
1.5
Batasan Masalah................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 5
2.1
Dinding Pengisi .................................................................................... 5
2.1.1 Definisi ................................................................................................... 5
2.1.2 Rangka Dengan Dinding Pengisi ........................................................... 5
2.2
Pemodelan ............................................................................................ 6
2.2.1 Analisis Pendahuluan ............................................................................. 6
2.2.2 Analisis Menengah dan Final................................................................. 7
2.2.3 Pendekatan Gabungan untuk Analisis Pendahuluan dan Final .............. 7
2.3
Strat Diagonal ....................................................................................... 7
2.4
Elemen Shell ........................................................................................ 8
2.5
Elemen Gap .......................................................................................... 9
2.6
Perilaku Dinding Pengisi .................................................................... 10
2.7
Penelitian Struktur Rangka Baja Dengan Dinding Pengisi ................ 12
2.8
Pembebanan ....................................................................................... 15
2.8.1 Beban Mati ........................................................................................... 15
2.8.2 Beban Hidup ........................................................................................ 16
v
2.8.3 Beban Horizontal ( SNI 1726:2012) .................................................... 16
2.8.4 Kombinasi Pembebanan....................................................................... 17
2.9
Tegangan Dinding Pengisi dalam Pendekatan Empiris ..................... 17
2.9.1 Tegangan Geser pada Dinding Pengisi .............................................. 18
2.9.2 Tegangan Tarik pada Dinding pengisi ............................................... 18
2.9.3 Tegangan Tekan Dinding Pengisi ...................................................... 19
2.10
Tingkat Daktalitas .............................................................................. 19
2.10.1 Daktalitas Struktur ............................................................................. 21
2.10.2 Daktalitas Elemen .............................................................................. 22
2.11
Analisis Kinerja Struktur.................................................................... 23
2.11.1 Kenonlinieran Material ...................................................................... 25
2.11.2 Sendi Plastis ...................................................................................... 25
2.11.3 Kontrol Pembebanan ....................................................................... 27
BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 28
3.1
Prosedur Analisis................................................................................ 28
3.2
Validasi Metode Permodelan ............................................................. 30
3.2.1 Data Material ....................................................................................... 31
3.2.2 Data Geometri Struktur ........................................................................ 31
3.2.3 Pemodelan Strat Diagonal ................................................................... 31
3.2.4 Pemodelan Elemen Shell ...................................................................... 32
3.3
Pemodelan Struktur Gedung 5 Lantai ................................................ 34
3.3.1 Data Material ....................................................................................... 34
3.3.2 Data Geometri Struktur ........................................................................ 35
3.3.3 Aplikasi Pemodelan ............................................................................. 37
3.4
Analisis Kinerja .................................................................................. 40
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 43
4.1
Validasi............................................................................................... 43
4.1.1 Model Open Frame ............................................................................. 43
4.1.2 Model Strat Diagonal .......................................................................... 46
4.1.3 Model Shell Elemen ............................................................................. 51
4.2
Model Gedung .................................................................................... 53
4.2.1 Model Gedung Dengan Strat Diagonal ............................................. 54
vi
4.3
Model Portal ....................................................................................... 56
4.3.1 Simpangan yang terjadi........................................................................ 56
4.3.2 Gaya Geser Kolom .............................................................................. 58
4.3.3 Gaya Geser Balok ............................................................................... 59
4.3.4 Gaya Aksial Kolom ............................................................................ 59
4.3.5 Momen pada Kolom ............................................................................ 60
4.3.6 Momen pada Balok .............................................................................. 60
4.4
Tegangan Pada Dinding Pengisi ........................................................ 61
4.4.1 Model Strat Diagonal......................................................................... 61
4.4.2 Model Shell Elemen ........................................................................... 63
4.5
Steel Design Pada Masing-masing Model .......................................... 63
4.6
Analisis Pushover............................................................................... 66
4.6.1 Analisis Kurva Pushover ..................................................................... 66
4.6.2 Target Perpindahan .............................................................................. 68
4.7
Evaluasi Kinerja Struktur ................................................................... 70
4.7.1 Model Open Frame (MOF) ................................................................. 71
4.7.2 Model Strat Diagonal......................................................................... 72
4.7.3 Evaluasi Kinerja Struktur Berdasarkan Jumlah Sendi Plastis .............. 74
4.8
Analisis Daktilitas Struktur ................................................................ 74
BAB V PENUTUP............................................................................................... 75
5.1
Simpulan............................................................................................. 75
5.2
Saran ................................................................................................... 76
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 77
LAMPIRAN A : Data Perencanaan Bebean Gempa............................................. 78
LAMPIRAN B : Gaya-gaya Dalam Portal X ........................................................ 83
LAMPIRAN C : Step Pushover ............................................................................ 91
LAMPIRAN D : Pemodelan Shell Elemen ......................................................... 103
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangka dengan dinding pengisi .......................................................... 5
Gambar 2.2 Model dinding pengisi sebagai strat diagonal ..................................... 8
Gambar 2.3 Elemen gap .......................................................................................... 9
Gambar 2.4 Struktur rangka terbuka ..................................................................... 11
Gambar 2.5 Struktur rangka dengan dinding pengisi............................................ 12
Gambar 2.6 Struktur rangka soft story .................................................................. 12
Gambar 2.7 Dimensi model eksperimen .............................................................. 13
Gambar 2.8 Penelitian rangka dinding pengisi ..................................................... 13
Gambar 2.9 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan rangka terbuka
............................................................................................................................... 14
Gambar 2.10 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan rangka dengan
dinding pengisi ...................................................................................................... 15
Gambar 2. 11 Pola pembentukan sendi plastis...................................................... 21
Gambar 2. 12 Analisis kinerja struktur ................................................................. 25
Gambar 2. 13 Kurva hubungan gaya perpindahan serta karakeristik sendi plastis
dan informasi level kinerja bangunan ................................................................... 26
30
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian...
Gambar 3.2 Cara me-release momen pada strut ................................................... 32
Gambar 3.3 Cara me-release gaya tarik pada strut .............................................. 32
Gambar 3.4 Konfigurasi elemen shell ................................................................... 33
Gambar 3.5 Konfigurasi elemen gap .................................................................... 34
Gambar 3.6 Denah lantai....................................................................................... 35
Gambar 3. 7 Potongan melintang gedung 5 lantai ................................................ 36
Gambar 3.8 Denah peninjauan dinding hotel ........................................................ 37
Gambar 3.9 Gempa X pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 201239
Gambar 3. 10 Gempa Y pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 2012
............................................................................................................................... 39
Gambar 3. 11 Sendi plastis untuk kolom .............................................................. 41
Gambar 3. 12 Sendi plastis untuk balok ............................................................... 41
Gambar 3.13 Pengaturan sendi plastis pada strut ................................................. 42
Gambar 4. 1 Kurva gaya lateral dan perpindahan MO
44
viii
Gambar 4. 2 Kurva gaya lateral dan perpindahan MOF ....................................... 46
Gambar 4. 3 Kurva gaya lateral dan perpindahan MSD ....................................... 48
Gambar 4. 4 Gaya lateral dan perpindahan MSD ................................................. 50
Gambar 4. 5 Gaya lateral dan perpindahan MSE .................................................. 53
Gambar 4. 6 Simpangan kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey portal 3-3 .................. 57
Gambar 4. 7 Simpangan kombinasi 1,2D+1L+1Ey+0,3Ex portal F-F ................. 58
Gambar 4. 8 Steel design open frame ................................................................... 64
Gambar 4. 9 Steel design strat diagonal ............................................................... 64
Gambar 4. 10 Steel design shell elemen ................................................................ 65
Gambar 4. 11 Titik peninjauan ............................................................................. 66
Gambar 4.12 Perbandingan kurva pushover arah X (push-X) masing-masing
model ..................................................................................................................... 67
Gambar 4. 13 Perilaku keruntuhan struktur model open frame arah X ................ 71
Gambar 4. 14 Perilaku keruntuhan struktur model strat diagonal arah X ............ 73
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Sifat material yang digunakan.............................................................. 14
44
Tabel 4.1 Gaya dan perpindahan
Tabel 4. 2 Besar Reduksi yang dilakukan ............................................................. 45
Tabel 4. 3 Gaya dan perpindahan setelah reduksi nilai elastisitas ........................ 45
Tabel 4. 4 Gaya dan perpindahan dengan metode strat diagonal ......................... 48
Tabel 4. 5 Besar reduksi yang dilakukan pada material balok dan kolom ............ 49
Tabel 4. 6 Besar reduksi yang dilakukan pada material dinding pengisi .............. 49
Tabel 4. 7 Gaya dan perpindahan dengan metode strat diagonal setelah reduksi
nilai elastisitas ....................................................................................................... 50
Tabel 4. 8 Gaya dan perpindahan dengan metode shell elemen ........................... 52
Tabel 4. 9 Dimensi penampang struktur gedung 5 lantai...................................... 54
Tabel 4. 10 Simpangan lantai arah X akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey .... 56
Tabel 4. 11 Simpangan lantai arah Y akibat kombinasi 1,2D+1L+1Ey+0,3Ex.... 57
Tabel 4. 12 Gaya geser kolom akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey ............... 58
Tabel 4. 13 Gaya geser balok akibat kombinasi 1,2D+1,0L-1,0Ex+0,3Ey .......... 59
Tabel 4. 14 Gaya aksial kolom akibat kombinasi 1,2D+1,0L-1,0Ex+0,3Ey ........ 59
Tabel 4. 15 Momen pada kolom akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey ............ 60
Tabel 4. 16 Momen pada balok akibat kombinasi 1,2D+1L-1Ex+0,3Ey ............. 61
Tabel 4. 17 Gaya aksial batang strat diagonal ...................................................... 62
Tabel 4. 18 Gaya aksial strat diagonal arah vertikal ............................................ 62
Tabel 4. 19 Gaya aksial strat diagonal arah horizontal ........................................ 62
Tabel 4. 20 Tegangan tekan dinding ..................................................................... 62
Tabel 4. 21 Tegangan geser dinding ..................................................................... 62
Tabel 4. 22 Tegangan tarik dinding ...................................................................... 63
Tabel 4. 23 Tegangan geser dinding ..................................................................... 63
Tabel 4. 24 Tegangan tekan dinding ..................................................................... 63
Tabel 4. 25 Gaya geser dasar masing-masing model arah X pada kurva pushover.
............................................................................................................................... 68
Tabel 4. 26 Perpindahan masing-masing model arah X pada kurva pushover. ... 68
x
Tabel 4. 27 Nilai parameter target perpindahan .................................................... 69
Tabel 4. 28 Nilai performance point ..................................................................... 70
Tabel 4. 29 Nilai periode dan redaman masing-masing struktur .......................... 70
Tabel 4. 30 Tabel mekanisme terjadi sendi plastis model open frame arah X...... 71
Tabel 4. 31 Tabel mekanisme terjadi sendi plastis model strat diagonal arah X . 72
Tabel 4. 32 Jumlah sendi plastis yang terjadi pada kondisi perpindahan tertentu 74
Tabel 4. 33 Perbandingan daktilitas model struktur.............................................. 74
xi
DAFTAR NOTASI
= lebar strat diagonal
a
= Beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk
dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, & peralatan layan tetap.
= Beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 1726 2012.
fe
= Modulus elatisitas kolom
me
= Modulus elastisitas dinding pengisi
m
= Modulus elastisitas mortar
u
= Modulus elastisitas dinding pengisi
g
= Percepatan gravitasi 9,81 m/det2
Gm
= Modulus geser mortar
Gu
= Modulus geser dinding pengisi
hcol
= tinggi kolom
hinf
= tinggi dinding
hm
= Tebal mortar
Icol
= Inersia Kolom
Ie
= Faktor keutamaan hunian.
k
= Eksponen yang terkait dengan perioda struktur.
= Beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut,
tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, & lain-lain
= Beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,
peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan
benda bergerak.
Mn
= Momen lentur rencana.
Mu
= Momen lentur perlu.
Mp
= Momen plastis penampang.
R
= Beban hujan
R
= Faktor modifikasi respons.
rinf
= Panjang strut
SA
= Batuan keras.
xii
SB
= Batuan.
SC
= Tanah keras, sangat padat dan batuan lunak.
SD
= Tanah sedang.
SE
= Tanah lunak.
SF
= Tanah khusus, yang membutuhkan investigasi geoteknik spesifik.
S1
= Parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan.
SDS
= Parameter percepatan spektrum respons disain dalam rentang perioda pendek.
SD1
= Parameter percepatan spektrum respons disain pada perioda 1 detik.
T
= Perioda struktur dasar (detik).
Te
= Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastic.
Ts
= Waktu getar karakteristik.
tf
= Tebal flens.
tw
= Tebal Wet.
V
= Gaya lateral disain total.
Vp
= Gaya geser plastis penampang.
Vy
= Gaya geser dasar pada saat leleh.
W
= Beban angin
wi dan wx = Bagian berat seismik efektif total struktur yang ditempatkan atau
dikenakan pada tingkat I atau x.
Zx
= Modulus plastis penampang.
= Rasio kekakuan pasca leleh terhadap kekakuan elastis efektif.
= Sudut yang dibentuk dari strur diagonal
= Faktor reduksi lentur.
p
= Plastic story drift .
.
p
= Maksimum curvature yang diharapkan.
= Yield cuvature.
p
= Sudut rotasi link belam.
= Simpangan maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa
Rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan.
= Simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama.
xiii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dinding adalah salah satu bagian bangunan nonstruktural yang umumnya
dikategorikan sebagai beban pada suatu bangunan. Penetapan dinding sebagai
bagian nonstruktural pada Standar Nasional Indonesia (SNI) membuat dinding
tidak diperhitungkan sebagai komponen struktur dalam perencanaan. Kinerja
dinding nonstruktural juga tidak diperhitungkan berkontribusi sebagai ketahanan
lateral struktur dan secara umum akan membebani bangunan struktural.
Komponen struktur yang menerima beban dinding umumnya memiliki dimensi
yang lebih besar daripada bangunan struktural tanpa dinding.
Dinding memiliki banyak kegunaan diantaranya dinding digunakan untuk
penyekat ruangan dan penutup suatu bangunan. Biasanya penyekat ruangan
(dinding) umumnya dilakukan secara bertahap atau dilakukan setelah bangunan
struktur utama selesai dilaksanakan. Dalam perencanaannya dinding sering
diasumsikan sebagai beban yang merata tanpa melibatkannya sebagai bagian
struktur bangunan. Bahan jenis penyusun dinding pengisi yang bervariasi
membuat kinerja bangunan struktur secara menyeluruh juga berbeda-beda.
Kenyataan
di
lapangan
sangat
bertolak
belakang
dengan
proses
perencanaannya. Perencanaan struktur menganggap dinding hanya sebuah beban
merata yang tidak memberi efek apapun terhadap bangunan struktur. Padahal
dinding yang memiliki luas yang besar akan memiliki nilai inersia yang cukup
besar sehingga membuatnya lebih kaku. Keberadaan dinding memberikan efek
kekakuan dan kekuatan dalam pembangunan struktur bangunan. Efek kekakuan
yang diberikan dinding akan membuat kinerja bangunan struktural lebih ringan.
Meskipun tidak membantu secara signifikan dibandingkan dengan tipe perkuatan
lainnya (dinding geser, bressing dan pembesaran dimensi) tapi kinerja dinding
sangat membantu untuk mengurangi atau memperlambat proses keruntuhan akibat
beban-beban gravitasi maupun lateral.
1
Dinding pengisi memiliki perilaku untuk membuat struktur menjadi lebih
kaku dan menambahkan kekuatan. Perilaku dinding pengisi sering diasumsikan
sebagai gaya tekan dinding. Gaya tekan yang ditimbulkan dinding akan diterima
oleh struktur utama sehingga membantu kerja struktur menerima beban. Perilaku
dinding pengisi umumnya akan membuat struktur baja maupun beton bertulang
lebih kaku daripada struktur rangka terbuka.
Kinerja struktur perlu diketahui dan bermanfaat bagi perencana dan pemilik
bangunan untuk dapat mengetahui ketahanan terhadap beban-beban yang bekerja.
Kinerja struktur dinding pengisi dapat kita ketahui dengan menggunakan software
dengan metode analisis pushover. Analisis pushover adalah analisis yang
dilakukan pada struktur dengan menambahkan beban horizontal secara bertahap
hingga struktur mengalami kegagalan struktur dan mencapai simpangan yang
telah ditentukan. Data yang dihasilkan dari analisa memberikan informasi tentang
gaya dan simpangan yang menunjukan perilaku struktur secara menyeluruh,
sebagai gambaran perilaku bangunan saat terjadi gaya horizontal yang disebabakn
oleh gempa.
Dinding pengisi perlu dimodelkan agar dapat dianalisis dengan metode
pushover. Metode yang telah dikembangkan dalam memodel dinding pengisipun
beragam. Secara umum pemodelan dinding pengisi dapat dibagi menjadi dua
kategori: model yang berdasarkan metode strat diagonal, dan model yang
berdasarkan metode elemen shell. Pemodelan dengan cara strat diagonal memiliki
beberapa kelemahan akibat kesederhanaannya, salah satunya adalah tidak mampu
memodel dinding dengan bukaan atau lubang. Dinding pengisi yang dimodelkan
dengan elemen shell memiliki banyak kelebihan berupa mampu memodel dinding
yang memiliki lubang yang berupa jendela dan pintu.
Perkembangan kemajuan teknologi membuat bangunan dengan struktur baja
semakin hari semakin meningkat dan dinding pengisi sebagai penyekat ruangan
semakin bervariasi. Berdasarkan masalah tersebut diperlukan analisis untuk
mengetahui perilaku dan kinerja struktur rangka baja dengan dinding pengisi dan
tanpa dinding pengisi. Namun telah ada penelitian y
Perilaku Struktur Rangka Baja Dengan dan Tanpa Din
2
Made Ratih Nawang Sari tahun 2014. Penelitian tersebut membahas mengenai
perilaku dinding pengisi pada struktur rangka baja tanpa meninjau adanya bukaan
(pintu dan jendela). Pada Tugas Akhir ini akan lebih mengembangkan dan
menambahkan langkah penelitian yang akan dilakukan. Interaksi dinding pengisi
dengan rangka baja akan menerima gaya lateral yang berupa beban gempa yang
akan dianalisis nonlinier dengan menggunakan software. Bangunan yang akan
dianalisis berupa bangunan hotel lima lantai yang merupakan bangunan fiktif
yang digunakan dalam tugas akhir ini.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang ditinjau dari studi ini adalah:
1. Bagaimana perilaku struktur rangka baja yang dimodel dengan dinding
pengisi dan tanpa dinding pengisi yang ditinjau dari simpangan dan gayagaya dalam yang terjadi.
2. Bagaimana kinerja struktur rangka baja dengan dinding pengisi dan tanpa
dinding pengisi.
1.3
Tujuan Penuliasan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini untuk mengetahui perilaku struktur
dengan tinjauan simpangan yang terjadi serta gaya-gaya dalam yang bekerja pada
struktur dan mengetahui kinerja struktur dengan dinding pengisi dan tanpa
dinding pengisi.
1.4
Manfaat Penulisan
Adapun manfaat dari studi ini adalah mendapatkan informasi tentang
perilaku yang diberikan oleh dinding pengisi terhadap struktur rangka baja dan
mengetahui kinerja struktur rangka baja dengan dinding pengisi dan tanpa dinding
pengisi. Perilaku dan kinerja struktur tersebut akan memberikan gambaran tentang
kapasitas lateral struktur rangka baja dengan dinding pengisi diperencanaan. Bagi
pembaca adalah untuk bahan referensi untuk lebih memperdalam ilmu dalam
memodel suatu bangunan yang menggunakan dinding pengisi.
3
1.5
Batasan Masalah
Dalam penulisan tugas akhir ini, pembahasan permasalahan dibatasi pada:
1. Permodelan yang dianalisis menggunakan pushover adalah model
rangka baja yang menggunakan pendekatan dengan strat diagonal.
2. Penelitian tidak meninjau adanya bukaan (pintu, jendela, dan bukaan
lainnya) pada dinding.
3. Analisis kinerja struktur berupa grafik perbandingan gaya geser dan
perpindahan dibuat menggunakan analisis statik nonlinier pushover
yang tersedia pada program SAP 2000 versi 17.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Dinding Pengisi
2.1.1 Definisi
Dinding pengisi adalah bagian bangunan nonstruktural yang umumnya
difungsikan sebagai penyekat ruangan, penutup bangunan dan bangunan eksterior
untuk
keperluan estetika (memperindah) ruangan. Dinding pengisi memiliki
banyak variasi pada elemen penyusunnya diantaranya batu bata merah, batako,
bata ringan dan lain-lain. Dalam kenyataan di lapangan umumnya dinding pengisi
berguna untuk meningkatkan kekakuan dan kekuatan pada struktur beton
bertulang maupun struktur rangka baja.
2.1.2 Rangka Dengan Dinding Pengisi
RDP (infilled frame) ialah struktur yang terdiri atas kolom dan balok
berbahan baja atau beton bertulang dengan dinding pengisi berbahan batu-bata
ataupun batako. Rangka dengan dinding pengisi memiliki dua model yaitu rangka
dinding pengisi yang terdapat lubang ditengahnya dan model dinding pengisi
penuh tanpa ada bukaan. Dinding pengisi dengan bukaan dan tanpa bukaan
dimodel dengan metode yang sama tetapi pada model dinding yang terdapat
bukaan mengalami reduksi pada lebar strutnya. Reduksi lebar strat tergantung
persentase lebar bukaan yang digunakan. Besar bukaan yang digunakan akan jadi
patokan besar nilai reduksi yang digunakan.
Gambar 2.1 Rangka dengan dinding pengisi
5
Perilaku struktur rangka akibat adanya dinding pengisi tentu berbeda
dengan struktur rangka tanpa dinding pengisi. Perilaku seperti deformasi dan
gaya-gaya dalam pada struktur akan diterima pula oleh dinding pengisi yang
berarti dinding pengisi akan mendistribusikan gaya-gaya yang ada pada struktur
sampai pada batas kemampuannya. Adanya kontak antara dinding dan struktur
yang mengelilinginya dan perilaku struktur ketika mendapat beban lateral
mengakibatkan dinding pengisi mengalami pola keruntuhan tertentu. Keruntuhan
yang terjadi pada dinding salah satunya terjadi pada bagian sudut-sudutnya.
Ketika menerima beban lateral, struktur rangka akan menekan dinding bagian
ujung, sementara dinding akan menahan gaya tersebut. Konsep inilah yang
menjadi dasar untuk memodelkan dinding pengisi sebagai sebuah strat diagonal.
2.2
Pemodelan
Analisis pemodelan untuk struktur bangunan yang tinggi bergantung pada
beberapa keadaan dan pendekatan yang berhubungan dengan tipe dan ukuran
struktur dan banyaknya tingkat dalam desain rancangan. Pemodelan struktur
berkembang dengan cepat seiring dengan dukungan teknologi komputer yang
makin canggih. Kemudahan yang diberikan dalam pemodelan struktur dengan
komputer dapat mempercepat proses perhitungan, sehingga yang menjadi fokus
para
perancang
bangunan
adalah
bagaimana
cara
menginterpretasikan
permasalahan yang ada ke dalam model struktur yang dapat diproses komputer.
Menurut Smith & Coull (1991) dijelaskan bahwa pendekatan dalam pemodelan
dibagi menjadi tiga yaitu, analisis pendahuluan, analisis menengah dan final serta
pendekatan gabungan untuk analisis pendahuluan dan final.
2.2.1 Analisis Pendahuluan
Analisis pendahuluan biasanya dilakukan pada tahap awal. Perhitungan
analisis dilakukan untuk menentukan dimensi struktur agar didapat seproporsional
dan seefektif mungkin. Maka dari itu analisis ini menuntut kecepatan dari
prosesnya sehingga pada pelaksanaannya tidak memodel struktur secara
mendetail. Pemodelan dengan cara ini memiliki simpangan sekitar 15% dari
analisis yang lebih detail (Smith & Coull, 1991).
6
2.2.2 Analisis Menengah dan Final
Analisi ini dilakukan dengan memodel struktur secara apa adanya dengan
menekankan hasil yang didapat haruslah seakurat mungkin. Sehingga model yang
akan dibuat menjadi detail sebagaimana kemampuan program yang digunakan
untuk
mengerjakannya.
Kelemahan
dari
cara
ini
berada pada
waktu
pengerjaannya. Semakin kompleks suatu model yang dibuat, semakin banyak
parameter yang harus diperhitungkan, dan semakin lama pula proses analisanya.
Bahkan dengan semakin rumit perhitungan yang dilakukan, resiko terjadinya
kesalahan juga semakin besar.
2.2.3 Pendekatan Gabungan untuk Analisis Pendahuluan dan Final
Ketika sebuah struktur dimodel dengan sangat detail sehingga kinerja
program menjadi sangat berat, maka dapat menggunakan cara analisis pendekatan.
Analisis ini bertujuan untuk membuat model yang lebih sederhana namun tetap
menghasilkan
analisis
yang
cukup
akurat.
Caranya
adalah
dengan
menyederhanakan bentuk dari suatu elemen namun tidak menghilangkan
kontribusinya dalam mempengaruhi perilaku struktur secara keseluruhan.
2.3
Strat Diagonal
Dinding pengisi yang dimodel sebagai strat diagonal sudah lama diterapkan
dan sudah banyak pula referensi terkait hal tersebut. Dinding pengisi diasumsikan
menerima gaya dari struktur rangka disekelilingnya yang telah menerima gaya
lateral sehingga dinding mengalami gaya tekan, gaya geser, lentur dan gaya yang
menyebabkan sliding dan guling. Gaya yang diberikan oleh struktur rangka
tersebut akan ditahan oleh dinding secara diagonal. Perumpamaan tersebut yang
menjadi dasar untuk memodel dinding pengisi sebagai strat. Strat dalam
desainnya juga hanya mampu menerima gaya aksial tekan atau tidak menerima
gaya tarik. Asumsinya bahwa dinding pengisi tersusun atas material yang tidak
homogen sehingga kuat tarik yang dimiliki material ini diabaikan. Perumusan
untuk lebar strat pun sudah banyak berkembang. Salah satu rumus yang cukup
banyak digunakan termasuk dalam peraturan FEMA-356 terkait analisis dinding
pengisi.
7
Gambar 2.2 Model dinding pengisi sebagai strat diagonal
(2.1)
1
adalah:
(2.2)
Dengan a adalah lebar strat diagonal, rinf adalah panjang strat, Eme adalah
modulus elastisitas dinding pengisi, Efe Icol adalah modulus elastisitas dan momen
inersia kolom, tinf adalah tebal dinding dan tebal strat, hcol adalah tinggi kolom
diantara as balok, hinf adalah tinggi dinding pengisi, dan
adalah sudut yang
dibentuk oleh strat diagonal.
2.4
Elemen Shell
Elemen shell merupakan suatu bentuk sistem struktur berbentuk bidang
(area) yang dapat dikerjakan gaya sejajar bidang maupun tegak lurus bidang
(Dewobroto, 2013). Pada program SAP 2000, penggunaan elemen shell dapat
dibagi menjadi tiga sesuai dengan perilakunya yaitu:
1.
Membran
Elemen membran hanya dapat memperhitungkan gaya-gaya yang bekerja
sejajar dengan bidang (in-plane) dan momen drilling (momen yang bekerja
dengan sumbu putar tegak lurus arah bidang). Elemen ini dapat digunakan jika
ingin memodel suatu bidang tanpa memperhitungkan gaya tegak lurus bidang.
8
2.
Pelat
Elemen pelat merupakan kebalikan dari elemen membran, yaitu hanya dapat
menerima gaya tegak lurus arah bidang (out-of-plane). Model pelat pondasi yang
memiliki rasio ketebalan yang kecil dapat menggunakan elemen pelat ini.
3.
Shell
Jika dibutuhkan suatu elemen dengan perilaku gabungan antara elemen
membran dan elemen pelat, maka elemen shell merupakan pilihannya. Elemen
shell memiliki kemampuan untuk menahan gaya searah maupun tegak lurus
bidang.
Bentuk bidang elemen shell berdasarkan pendekatan finite elemen model
dapat dibagi menjadi dua: segiempat dan segitiga. Jika nodal yang terdapat pada
satu bidang elemen berjumlah 4 buah (j1, j2, j3, j4) maka bentuknya berupa segi
empat (quadrilateral) dan jika terdapat tiga buah nodal (j1, j2, j3) maka
bentuknya berupa segitiga (triangular).
2.5
Elemen Gap
Elemen gap merupakan elemen yang menghubungkan dua material yang
berbeda dengan tujuan untuk menyalurkan gaya yang berasal dari masing-masing
material tersebut. Pada program SAP 2000 terdapat fitur link element atau elemen
penghubung yang dapat digunakan sebagai elemen gap. Elemen ini bekerja
dengan cara mengikat dua buah titik simpul dan dapat dilepas sesuai kondisi
tertentu. Gambar 2.3 menunjukkan elemen gap dan komponennya, dengan i dan j
sebagai simpul (titik ujung) dari elemen gap. Simpul atau titik ujung yang
dimaksud nodal dari elemen frame dan nodal elemen shell sedangkan k
merupakan nilai kekakuan dari elemen gap.
Gambar 2.3 Elemen gap
9
Aplikasi elemen kontak ini pada dinding pengisi salah satunya dibahas
dalam penelitian dari Dorji & Thambiratnam (2009). Pada penelitian tersebut
dijelaskan tentang perbandingan kekakuan yang dimiliki oleh elemen gap dengan
kekakuan dari dinding pengisi.
nominal dan kekakuan geser (
,
) dari jarak antara balok struktur dengan
dinding yang digunakan sebagai berikut:
=
(
)
(2.3)
=
(
)
(2.4)
Dimana :
: Modulus Elastisitas Unit
: Modulus Elastisitas Mortar
: Tebal Mortar
: Modulus Geser Dinding
: Modulus Geser Mortar
2.6
Perilaku Dinding Pengisi
Dinding pengisi pada struktur rangka sering dianggap sebagai komponen
nonstruktur dan hanya berfungsi sebagai penutup rangka. Meskipun dianggap
sebagai komponen nonstruktur, keberadaan dinding pengisi mempunyai
kecendrungan berinteraksi dengan rangka yang ditempatinya terutama apabila
terjadi gempa. Dinding pengisi memberikan sumbangan besar terhadap kekakuan
dan kekuatan struktur sehingga perilaku keruntuhannya berbeda dibandingkan
dengan rangka terbuka (Dewebroto, 2005).
Dinding pengisi dari bata berperilaku seperti batang diagonal tekan dan
menambah kekakuan pada struktur rangka beton bertulang maupun struktur
rangka baja pada suatu bangunan. Penambahan kekakuan tergantung dari
ketebalan dinding, kuat tekan dinding dan kuat tekan mortar berserta jumlah panel
struktur rangka yang mempunyai dinding bata pengisi. Penambahan kekakuan
pada bangunan yang diakibatkan oleh adanya dinding pengisi akan mengurangi
kemampuan struktur rangka untuk melentur dan berdeformasi. Pada struktur
10
rangka daktail beton bertulang, dinding pengisi dari bata akan menghalangi
elemen utama struktur (seperti kolom dan balok) untuk berperilaku daktail,
sebaliknya beberapa struktur memperlihatkan perilaku yang getas (tidak daktail).
Ini akan mencapai puncaknya dalam suatu keruntuhan yang tiba-tiba dan sangat
dramatis. Bagaimanapun, sebagian besar bangunan berstruktur rangka beton
bertulang maupun struktur baja dengan dinding pengisi dari bata tidak didesain
untuk memperhitungkan pengaruh perilaku dinding bata (C.V.R. Murty dkk,
2009).
Kegagalan struktur pada dinding pengisi sering terjadi akibat kegagalan
geser pada rangka ataupun dinding. Selain itu jenis kegagalan lain yang terjadi
pada struktur portal dengan dinding pengisi adalah kegagalan tekan bagian pojok
atas dinding dan kegagalan tarik yang terjadi pada kolom struktur bagian bawah
(Smith and Coull, 1991).
Interaksi struktur rangka terbuka dapat dilihat pada gambar 2.4. Struktur
rangka terbuka akan mengalami reaksi lentur pada bagian kolom dan baloknya.
Sedangkan interaksi dinding pengisi pada struktur rangka dapat dilihat pada
gambar 2.5. Struktur dengan dinding pengisi pada bagian kolom dan lentur tidak
mengalami kondisi lentur tetapi terjadi gaya aksial yang diterima oleh kolom
maupun balok. Dinding sendiri mengalami gaya tekan diagonal akibat beban
lateral yang terjadi.
Gambar 2.4 Struktur rangka terbuka
11
Gambar 2.5 Struktur rangka dengan dinding pengisi
Gambar 2.6 Struktur rangka soft story
2.7
Penelitian Struktur Rangka Baja Dengan Dinding Pengisi
Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004) melakukan penelitian laboratorium
mengenai perilaku struktur rangka baja dengan dinding pengisi. Dalam
penelitiannya, terdapat dua model berupa penelitian rangka terbuka dan rangka
dengan dinding. Elemen penyusun dinding pengisi berupa bata ringan yang
memiliki tebal 120 mm. Penelitian ini dilakukan dengan membuat rangka baja dua
dimensi yang terdiri dari dua tingkat. Rangka yang dibuat kemudian diberi beban
yang ditingkatkan secara bertahap sebesar 10 kN sampai mengalami keruntuhan
pada bagian struktur utamanya.
12
Rincian untuk struktur rangka baja ditunjukkan pada Gambar 2.7. Dimensi
balok menggunkan profil IWF 300.120.12 dan dimensi kolom menggunakan
profil IWF 250.200.12 mm. Pasangan bata dinding pengisi dalam spesimen
memiliki ketinggian (H) = 2350 mm dan panjang (l) = 4500 mm.
Gambar 2.7 Dimensi model eksperimen
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
Gambar 2.8 Penelitian rangka dinding pengisi
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
13
Tabel 2. 1 Sifat material yang digunakan
Sifat Mekanik
Pasangan Bata Ringan
Kuat Tekan
Modulus Elastisitas
Rangka Baja
Fy
Fu
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
Nilai yang Terukur
3 MPa
562 MPa
235 MPa
410 MPa
Hasil utama dari eksperimen laboratorium adalah grafik hubungan antara
beban lateral dan perpindahan, selain itu ditampilkan pola kegagalan yang terjadi
pada struktur, disajikan pada gambar beikut:
Gambar 2.9 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan
rangka terbuka
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
14
Gambar 2.10 Grafik hubungan beban horizontal dengan simpangan
rangka dengan dinding pengisi
Sumber: Yu-Shu Liu, Guo-Qiang LI (2004)
Berdasarkan hasil penelitian laboratorium tersebut disimpulkan bahwa
terjadi retakan pada mortar dengan beban yang bekerja sebesar 40 kN. Kemudian
pada beban yang bekerja sebesar 65 kN terjadi retakan pada elemen penyusun
dinding pengisi. Dari hasil penelitian juga didapatkan bahwa perilaku rangka baja
yang terdapat dinding pengisi memiliki struktur yang lebih kaku dari struktur
rangka baja terbuka.
2.8
Pembebanan
Perencanaan struktur gedung ini akan menggunakan peraturan yang sedang
berlaku baik untuk beban vertikal dan beban horizontal. Secara jelas akan
diuraikan sebagai berikut:
2.8.1 Beban Mati
Beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang bersifat tetap,
termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta
peralatan yang tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu
ditambah beban mati tambahan dan beban dinding.
15
2.8.2 Beban Hidup
Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau
penggunaan suatu gedung termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari
barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta peralatan yang tidak
merupakan bagian tak terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa
hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembeban lantai
2.8.3 Beban Horizontal ( SNI 1726:2012)
Peraturan
perencanaan beban gempa pada gedung-gedung di Indonesia
yang berlaku saat ini diatur dalam SNI Gempa 1726:2012. Pada peraturan ini
dijelaskan tentang faktor-faktor yang berhubungan dengan perhitungan untuk
analisis beban gempa sebagai berikut:
1. Geografis
Perencanaan beban gempa pada sebuah gedung tergantung dari
lokasi gedung tersebut dibangun. Hal ini disebabkan karena wilayah
yang berbeda memiliki percepatan batuan dasar yang berbeda pula.
2. Faktor Keutamaan Gedung
Faktor ini ditentukan berdasarkan jenis pemanfaatan gedung.
Gedung dengan kategori risiko I dan II memiliki faktor keutamaan
gedung 1, untuk kategori resiko III memiliki faktor 1.25, dan kategori
resiko IV memiliki faktor 1.5.
3. Kategori Desain Seismik
Pembagian kategori desain seismik dari rendah ke tinggi yaitu
A, B, C, D, E, dan F. Penentuan kategori ini dapat dilihat pada
lampiran A Tabel A5.
4. Sistem Penahan Gaya Seismik
Struktur dengan sistem penahan gaya seismik memiliki faktor
reduksi gempa atau koefisien modifikasi respon (R), faktor kuat lebih
0),
dan faktor pembesaran defleksi (Cd) yang berbeda-beda
sesuai dengan Tabel A6 pada lampiran A.
16
2.8.4 Kombinasi Pembebanan
Untuk pemodelan rangka dengan pembebanan gempa berdasarkan SNI
1726 2012 adalah sebagai berikut:
1,4 D
(2.5)
1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr atau R)
(2.6)
1,2 D + 1,6 L (Lr atau R) + (L atau 0,5W)
(2.7)
1,2 D + 1,0 W + L + 0,5 (Lr atau R)
(2.8)
1,2 D + 1,0 E + L
(2.9)
0,9 D + 1,0 E
(2.10)
Keterangan:
= Beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen,
termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan
peralatan layan tetap.
=Beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk
kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan
lain-lain.
= Beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,
peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan
benda bergerak.
= Beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air.
= Beban angin.
=Beban gempa, yang ditentukan menurut SNI1726 2012
2.9
Tegangan Dinding Pengisi dalam Pendekatan Empiris
Tegangan pada dinding pengisi meliputi tegangan geser, tegangan tarik dan
tegangan tekan. Ketiga jenis tegangan ini dapat menimbulkan kegagalan pada
dinding pengisi berupa kegagalan geser, kegagalan tarik diagonal dan kegagalan
tekan diagonal. Sehingga dalam perencanaanya dinding pengisi harus dapat
menahan ketiga jenis kegagaln yang diakibatkan beban yang terjadi pada struktur
rangka.
17
2.9.1
Tegangan Geser pada Dinding Pengisi
Kegagalan geser yang terjadi pada dinding pengisi berkaitan dengan
tegangan geser yang terdapat pada dinding ketika struktur tersebut menerima gaya
lateral. Pada analisis model elemen diperoleh bahwa nilai tegangan geser kritis
terjadi pada bagian tengah dinding pengisi (Smith and Coull, 1991). Nilai
tegangan geser empiris dirumuskan sebagai berikut:
(2.11)
Dengan :
Q
: Gaya Horizontal Struktur Rangka
L
: Panjang Dinding Pengisi Struktur
t
: Tebal Dinding Pengisi
FEMA-273 ( Federal Emergency Management Agency) dalam Bell and
Davidson (2001) menyebutkan bahwa walaupun tegangan geser pada dinding
pengisi melampaui kuat geser yang diijinkan namun dinding pengisi tersebut tetap
mampu menahan geser sampai empat kali tegangan ijin. Dinding pengisi yag
menerima beban geser yang kuat akan mengalami keretakan namun masih mampu
menahan geser struktur untuk memperlambat deformasi yang terjadi.
2.9.2 Tegangan Tarik pada Dinding pengisi
Tegangan taruk diagonal dipengaruhi oleh jenis dinding pengisi yang
digunakan. Tegangan ini juga dipengaruhi oleh kekakuan struktur rangka karena
terjadi dibagian pojok bawah dan tengah dinding pengisi (Smith and Coull, 1991).
Keruntuhan tarik diagonal pada dinding pengisi berkaitan dengan dengan
tegangan tarik diagonal maksimum yang terjadi pada dinding. Berdasarkan hasil
analisis yang dilakukan Smith and Coull (1991) tegangan tarik diagonal dapat
dirumuskan sebagai berkut:
18
(2.12)
Dengan :
Q
: Gaya Horizontal Struktur Rangka
L
: Panjang Dinding Pengisi Struktur
t
: Tebal Dinding Pengisi
Besarnya kuat tarik diagonal dinding pengisi belum dapat dipastikan sehingga
masih dalam batas pendekatan yang tetap dapat digunakan sebagai pedoman
dalam menganalisis tegangan tarik dinding pengisi (Smith and Coull, 1991).
2.9.3 Tegangan Tekan Dinding Pengisi
Kolom yang lebih kaku menyebabkan tekanan gaya lateral pada kolom
menjadi semakin luas sehingga tekanan tekan yang terjadi pada dinding pengisi
lebih keci (Smith and Coull, 1991). Pada penelitian tersebut diperoleh jika
keruntuhan dinding pengisi bagian atas diperkirakan sama dengan panjang
keruntuhan pada dinding pengisi didekat kolom. Tegangan tekan pada dinding
pengisi secara empiris dirumuskan sebagai berikut:
(2.13)
Dengan :
Q
: Gaya Horizontal Struktur Rangka
L
: Panjang Dinding Pengisi Struktur
t
: Tebal Dinding Pengisi
h
: tinggi dinding
2.10 Tingkat Daktalitas
Tujuan untuk mengendalikan dan mempertahankan prilaku elastic-plastis
dalam struktur pad