KINERJA SISTEM STRUKTUR OUTRIGGER DAN BELT WALL PADA

GEDUNG TINGGI AKIBAT PEMBEBANAN GEMPA

Performance of Outrigger and Belt Wall Structural System

on Tall Building due to Earthquake Loading

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

Disusun oleh :

SATRIA ERLANGGA HARDIMAN

NIM. I1113078

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

i

KINERJA SISTEM STRUKTUR OUTRIGGER DAN BELT WALL PADA

GEDUNG TINGGI AKIBAT PEMBEBANAN GEMPA

Performance of Outrigger and Belt Wall Structural System

on Tall Building due to Earthquake Loading

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

Disusun oleh :

SATRIA ERLANGGA HARDIMAN

NIM. I1113078

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

iv

MOTTO

“Bila kau tak tahan lelahnya BELAJAR maka

kau harus tahan menanggung perihnya KEBODOHAN”

(Imam Syafi’i)

“Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan

orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat”.

(QS Al mujadilah:11)

“Sedekah yang paling utama adalah seorang muslim belajar suatu ilmu,

kemudian ia mengajarkannya kepada saudara muslim lainnya”

(HR. Ibnu Majah)

“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu”

(QS Al-Baqarah:45)

“Sesungguhnya Allah tidak merubah keadaan suatu kaum sehingga mereka

merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri”

(QS Ar-Rad :11)

“Nikmatilah manisnya buah perjuangan dalam

ketekunan, ketabahan, dan keikhlasan”

“Victoria Concordia Crescit”

(Arsenal FC.)

v

PERSEMBAHAN

ALLAH SWT

“Alhamdulillahirabbil’alamin”.

Ibu , Bapak, dan Kakak-kakak

Terima kasih atas doa dan upaya, waktu dan jerih payah, serta dukungan yang

tiada henti pada anak dan adikmu ini. “Semoga ini mampu memberi secercah

senyum bahagia”.

Bapak Ir. Mukahar, MSCE. dan Bapak Agus Setiya Budi, S.T., M.T.

Terima kasih atas bimbingan dan Ilmu yang diajarkan, serta semua saran dalam

proses hingga terselesaikanya skripsi ini. “Semoga sungai ilmu ini tidak

bermuara”.

Teman-teman perjuangan “Kendiaalll”

Terima kasih atas waktu, dukungan semangat - menyemangati, serta

kerjasamanya selama ini. “Tidak ada kata akhir untuk ikatan persaudaraan ini”.

Angkatan Transfer 2013 Universitas Sebelas Maret Surakarta.

“Terima kasih atas kerjasamanya. Sukses untuk semua”

.T ItawamtaF

“suksesmu adalah tujuan, upayamu adalah kendaraan, pengorbananmu adalah

bahan bakar, dan DOA-mu adalah awal suksesmu”. Terima kasih

Semua orang yang mendukung, menyemangati dan mendoakan saya.

“Siapapun kalian akan tercatat, dan terungkap di masa depan”.

Arsenal FC. “Semoga lekas menjadi juara , penantian the gooner ini”

vi

ABSTRAK

Satria Erlangga Hardiman, 2016, Kinerja Sistem Struktur Outrigger dan Belt

Wall pada Gedung Tinggi akibat Pembebanan Gempa, Skripsi, Program Studi

Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Bangunan yang berada di tanah pasti memiliki risiko akibat beban gempa bumi.

Dalam membatasi displacement lateral dan memperkecil risiko keruntuhan akibat

beban gempa dibutuhkan kekakuan bangunan yang berasal dari sistem penahan

lateral yang tepat. Sistem shearwall frame sering digunakan sebagai penahan

lateral disaat sistem open frame menjadi kurang ekonomis dan efektif. Namun,

pada ketinggian tertentu shearwall atau corewall menjadi terlalu langsing dan

kurang efektif dalam menahan drift (simpangan). Salah satu solusi adalah sistem

outrigger dan belt wall. Tujuan penelititan pada skripsi ini adalah menganalisis

kinerja sistem outrigger dan belt wall akibat beban gempa, dampak pada lokasi

pemasangan, dan tingkat kinerja struktur.

Penelitian ini adalah preliminary design terdiri dari tiga tahap dengan

menggunakan analisis gempa dinamik respons spektrum. Tahapan tersebut adalah

tahap input, analisis, dan output. Analisis struktur dilakukan dengan pemodelan

gedung 53 lantai dengan sistem penahan lateral yang terkomputerisasi secara tiga

dimensi (3D) pada program ETABS sebagai alat bantu, dan output dari penelitian

ini adalah perbandingan kinerja antara sistem open frame dianggap sebagai sistem

awal kronologi perancangan, sistem shearwall frame yang dianggap sebagai

gedung eksisting, serta sistem outrigger dan belt wall berdasarkan pengurangan

displacement, simpangan antar lantai terkait syarat batas kinerja struktur, tingkat

kinerja struktur berdasarkan ATC – 40, serta efisiensi terkait berat total struktur

dalam menunjukkan manfaat dalam aspek ekonomi.

Simpulan penelitian ini adalah sistem outrigger dan belt wall mampu mengatasi

kekurangan dari sistem open frame dan sistem shearwall frame seperti yang

tersaji dalam hasil analisis.

Kata kunci: kinerja, open frame, shearwall frame, outrigger dan belt wall, respons

spektrum, displacement, simpangan antar lantai, ETABS.

vii

ABSTRACT

Satria Erlangga Hardiman, 2016, Performance of Outrigger and Belt Wall

Structural System on Tall Building due to Earthquake Loading, A Thesis, Civilian

Engineering Department of Technical Faculty, Surakarta.

The building, which is stand on the earth, absolutely have a risk due to

earthquake load. An appropriate lateral resisting system is needed to create a

good bulding’s stiffness for limiting the lateral displacement and decreasing risk

of failure. The shearwall frame system is often implemented for lateral resisting

system when the open frame system is less economic and effective. However, on a

certain height the shearwall or the corewall will become slender and being not

effective to resist the drift. One of many solutions is outrigger and belt wall

system. The purpose of this thesis is to analyse the performance of outrigger and

belt wall system cause by earthquake load, the specific effect on the applied

location, and the level performance of building.

This research is a preliminary design that consist of three steps by implementing

dynamic analysis response spectrum method. The steps are input, analysis and

output. The structure analysis is done by modellling a 53th story tall building with

lateral resisting systems as a computerized three dimension (3D) model on

ETABS program as a tool, and the output of this research is a performance

comparisons among open frame system that is considered as the beginning system

in designing chronology, shearwall frame system that is considered as the existing

building, and also outrigger and belt wall system based on displacement’s

decrease, interstory drift about structure’s performance limit requirements,

structure’s performance level based on ATC – 40, and also an efficency that

related to total weight of structure on showing a benefit in economic aspect.

The conclusion of this research is the outrigger and belt wall system is able to

solve the weakness of open frame system and shearwall frame system as shown on

the analysed result.

Keywords: performance, open frame, shearwall frame, outrigger and belt wall,

response spectrum, displacement, interstory drift, ETABS.

viii

PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu melimpahkan

karunia dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan

judul “Kinerja Sistem Struktur Outrigger dan Belt Wall pada Gedung Tinggi

akibat Pembebanan Gempa” dengan baik dan lancar

Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Teknik pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas

Maret Surakarta. Dengan adanya penulisan skripsi ini diharapkan dapat

memberikan wacana dan manfaat khususnya bagi penulis sendiri dan bagi orang

lain pada umumnya.

Atas bantuan dan kerjasama yang baik dari semua pihak hingga selesainya skripsi

ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Kepala Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas

Maret Surakarta beserta staf,

2. Bapak Ir. Mukahar, MSCE. dan Bapak Agus Setiya Budi, S.T., M.T., selaku

dosen pembimbing,

3. Bapak Ir. Antonius Mediyanto, M.T., dan Bapak Dr. Ir. Agus Parwito

Rahmadi, MSCE., selaku dosen penguji.

4. Ibu dan Bapak, serta keluarga yang memotivasi penulis dalam menimba ilmu

dengan sebaik-baiknya dimanapun penulis berada,

5. Semua pihak yang banyak membantu dan memberi dorongan sampai

selesainya Skripsi ini.

Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan

pemikiran bagi pembaca, karena banyak kekurangan yang masih harus diperbaiki.

Kritik dan saran akan penulis terima untuk kesempurnaan tulisan ini.

Surakarta, Oktober 2016

Penyusun

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

HALAMAN PERSETUJUAN ii

HALAMAN PENGESAHAN iii

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN iv

ABSTRAK vi

PENGANTAR viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR GAMBAR xv

DAFTAR NOTASI & SIMBOL xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 2

1.3. Batasan Masalah 2

1.4. Tujuan penelitian 3

1.5. Manfaat Penelitian 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka 4

2.2 Landasan Teori 8

2.2.1. Dinamika Struktur 8

2.2.2. Respons Struktur 13

2.2.3. Analisis Dinamik 14

2.2.4. Sistem Penahan Lateral 15

2.2.5. Sistem Open Frame 16

2.2.6. Sistem Shearwall Frame 17

2.2.7. Sistem Outrigger dan Belt Wall 18

2.2.6.1. Lokasi Optimal Outrigger 20

2.2.8. Contoh Aplikasi di Lapangan 21

x

2.2.9. Kinerja Struktur 22

2.2.9.1. Kinerja Batas Layan 22

2.2.9.2. Kinerja Batas Ultimit 23

2.2.9.3. Tingkat Kinerja Struktur 24

2.2.10. Ketentuan Perencanaan Pembebanan 26

2.2.10.1. Beban Gempa 26

2.2.10.2. Beban Gravitasi Mati 27

2.2.10.3. Beban Gravitasi Hidup 27

2.2.11. Kombinasi Pembebanan 27

2.2.12. Persyaratan Material Konstruksi 28

2.2.12.1. Spesifikasi Material Beton 28

2.2.12.2. Spesifikasi Material Tulangan 29

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tahapan Analisis 30

3.2. Penjelasan Tahapan Analisis 32

3.2.1. Studi Literatur dan Pengumpulan Data 32

3.2.2. Kriteria Pemilihan Struktur 32

3.2.3. Data Pemodelan Struktur 33

3.2.4. Pembebanan 33

3.2.5. Pemodelan Struktur Dengan ETABS v 15.2.2 35

3.2.6. Input Pembebanan 36

3.2.7. Analisis Struktur 36

3.2.8. Hasil Analisis Struktur 36

3.2.9. Kontrol Kinerja Struktur 36

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1. Denah Bangunan 38

4.2. Model 3D Bangunan 40

4.3. Data Elevasi Gedung 42

4.4. Spesifikasi Material 42

4.4.1. Beton 42

xi

4.4.2. Baja Tulangan 43

4.4.3. Data Elemen Struktur 43

4.4.3.1. Pelat Lantai 43

4.4.3.2. Balok 43

4.4.3.3. Kolom 44

4.4.3.4. Wall 44

4.5. Pembebanan 45

4.5.1. Beban Mati 45

4.5.1.1. Perhitungan Berat Struktur 45

4.5.1.2. Perhitungan Beban Mati Tambahan 46

4.5.2. Beban Hidup 47

4.6. Berat Total Bangunan 48

4.7. Analisis 49

4.7.1. Klasifikasi Situs 49

4.7.2. Data Gempa 50

4.7.3. Penentuan Periode Fundamental Struktur (T) 52

4.7.4. Gaya Geser Dasar Seismik 53

4.8. Hasil dan Kontrol Gaya Geser Dasar Seismik 54

4.8.1. Hasil Gaya Geser Dasar Seismik 54

4.8.2. Kontrol Gaya Geser Dasar Seismik Awal 55

4.9. Kontrol Kinerja Struktur 56

4.9.1. Kontrol Partisipasi Massa 56

4.9.2. Kontrol Gaya Geser Dasar 57

4.9.3. Hasil Displacement 57

4.9.4. Kontrol Kinerja Batas Layan 59

4.9.5. Kontrol Kinerja Batas Ultimit 62

4.9.6. Kontrol Tingkat Kinerja Struktur Berdasarkan ATC – 40 66

4.9.7. Efisiensi Sistem Outrigger dan Belt Wall 67

xii

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan 69

5.2. Saran 70

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Rangkuman Hasil Kajian Pustaka 6

Tabel 2.2 Deformation Limit berbagai kinerja ATC – 40 (Redwood City

: ATC, 1996), Table 8 – 4 24

Tabel 4.1 Data Elevasi Gedung 42

Tabel 4.2 Mutu Beton 42

Tabel 4.3 Tipe Balok 43

Tabel 4.4 Tipe Kolom 44

Tabel 4.5 Tipe Wall 44

Tabel 4.6 Beban Mati Bahan dan Komponen Bangunan 45

Tabel 4.7 Beban Mati Struktur Lantai 1 (Model 1 – Shearwall frame) 45

Tabel 4.8 Beban Hidup 47

Tabel 4.9 Berat Bangunan (Model 1 – Open frame) 48

Tabel 4.10 Berat Bangunan (Model 2 – Shearwall frame) 48

Tabel 4.11 Berat Bangunan (Model 3 – Outrigger dan Belt Wall) 49

Tabel 4.12 Hasil Uji Laboraturium 49

Tabel 4.13 Desain Respons Spektrum 50

Tabel 4.14 Faktor Skala Respons Spektrum Gempa Rencana 51

Tabel 4.15 Rekapitulasi Analisis Modal Eigenvalue 53

Tabel 4.16 Rekapitulasi Periode Fundamental Struktur (T) 53

Tabel 4.17 Rekapitulasi Geser Dasar Seismik (V) 54

Tabel 4.18 Gaya Geser Dasar Seismik Statik 54

Tabel 4.19 Gaya Geser Dasar Seismik Dinamik Awal 55

Tabel 4.20 Gaya Geser Dasar Seismik Statik 85% 55

Tabel 4.21 Rekapitulasi Faktor Skala Respons Spektrum Baru 56

Tabel 4.22 Rekapitulasi Partisipasi Massa (ETABS) 56

Tabel 4.23 Gaya Geser Dasar Seismik Dinamik Baru 57

Tabel 4.24 Rekapitulasi Displacement 57

Tabel 4.25 Rekapitulasi Kontrol Kinerja Batas Layan 60

Tabel 4.26 Rekapitulasi Kontrol Kinerja Batas Ultimit 63

Tabel 4.27 Deformation Limit berbagai Kinerja ATC – 40 66

xiv

Tabel 4.28 Kontrol Tingkat Kinerja Struktur Berdasarkan ATC – 40 67

Tabel 4.29 Efisiensi Sistem Composite Outrigger dan Belt Wall 68

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Sistem outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 2

Gambar 2.1 Model matematika respon dinamik struktur elastik dengan

redaman ( Widodo, 2000) 8

Gambar 2.2 Idealisasi struktur sistem MDOF 11

Gambar 2.3 (a) Model matematika sistem MDOF, (b) free body diagram 12

Gambar 2.4 Respons struktur SDOF terhadap gempa (Dewobroto, 2006) 13

Gambar 2.5 Contoh pengaruh perbedaan massa dan kekakuan struktur

terhadap mode getar stuktur 14

Gambar 2.6 Efek P-∆ pada bangunan 16

Gambar 2.7 Deformasi open -frame 16

Gambar 2.8 Mekanisme shearwall dengan open frame 17

Gambar 2.9 Contoh rencana sistem outrigger dan belt wall (Taranath,

2010) 18

Gambar 2.10 Perilaku struktur outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 19

Gambar 2.11 Mekanisme kerja outrigger dan belt wall (Taranath, 2010) 19

Gambar 2.12 Lokasi optimal outrigger (Taranath, 2010) 20

Gambar 2.13 Penentuan inter-story drift berdasarkan SNI-1726-2012 23

Gambar 2.14 Defleksi lateral (Mc.Cormac, 1981) 24

Gambar 3.1 Diagram alir penyelesaian penelitian 30

Gambar 3.2 Diagram alir pembuatan grafik respon spektrum 34

Gambar 3.3 Diagram alir kontrol kinerja struktur 37

Gambar 4.1 Denah struktur hipotetik 40

Gambar 4.2 Model 3D bangunan 41

Gambar 4.3 Grafik Respons Spektrum 51

Gambar 4.4 Rekapitulasi displacement arah X dan arah Y 59

Gambar 4.5 Rekapitulasi kinerja batas layan arah X dan arah Y 62

Gambar 4.6 Rekapitulasi kinerja batas ultimit arah X dan arah Y 65

xvi

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL

R = Faktor Modifikasi Respon

Ω0 = Faktor Kuat Lebih Sistem

Cd = Faktor Pembesaran Defleksi

Ss = Parameter respon spektral percepatan gempa perioda pendek 0,2 detik

S1 = Parameter respon spektral percepatan gempa maksimum perioda

pendek 1,0 detik

Ie = Faktor Keutamaan Gempa

Fa = Koefisien Situs Pada Periode Pendek

Fv = Koefisien Situs Pada Periode 1,0 detik

SMS = Parameter respon spektra periode pendek

SM1 = Parameter respon spektra periode 1,0 detik

SDS = Parameter percepatan spektral desain untuk perioda pendek

SD1 = Parameter percepatan spektral desain untuk periode 1,0 detik

g = Gravitasi (9,81 m/s2)

Cu = Koefisien untuk batasan atas

T = Perioda Fundamental Struktur

V = Geser Dasar Seismik

Cs = Koefisien Respons Seismik

W = Berat Seismik Efektif Struktur

δ = Displacement

∆ = Simpangan Antar Lantai/ Interstory Drift

H = Tinggi Antar Lantai

⍴ = Faktor Redudansi Gedung

%W = Nilai rasio atau efisiensi

WA = Berat Total Struktur Sistem Shearwall Frame

WB = Berat Total Struktur Sistem Outrigger dan Belt Wall