APLIKASI SAP2000 UNTUK PEMBEBANAN GEMPA STATISDAN DINAMIS DALAM PERENCANAAN STRUKTUR

GEDUNG BAJA

TUGAS AKHIR

Oleh :

Made Hendra Prayoga(1104105132)

JURUSAN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

ii

ABSTRAK

Aplikasi SAP2000 untuk pembebanan gempa statis (metode statikekuivalen dan auto load) dan dinamis (metode response spectrum dan timehistory) telah dilakukan untuk menganalisis struktur gedung baja perkantoran 5lantai dengan perletakan sendi dan jepit. Bentang balok 8 m ke arah sumbu Yserta 6 m dan 8 m ke arah sumbu X dengan tinggi tingkat 3,5 m.

Kedua model 3D struktur dirancang dengan SRPMK (Sistem RangkaPemikul Momen Khusus) untuk menahan beban gempa dengan kategori desainseismik D dan kondisi tanah keras. Untuk struktur SRPMK, perbandingan momenkolom terhadap momen balok pada sambungan balok kolom harus lebih besar dari1. Masing-masing model struktur dengan perletakan sendi dan jepit, dibebanidengan 4 metode beban gempa yang berbeda. Pembebanan gempa mengacu padaSNI 1726-2012. Untuk beban gempa response spectrum, menggunakan dataspektrum respons desain dari Puskim (Pusat Penelitian dan PengembanganPermukiman) Kementerian Pekerjaan Umum. Sedangkan beban gempa timehistory menggunakan akselerogram gempa El-Centro. Setelah kedua modelstruktur memenuhi ketentuan kekuatan dan kekakuan menurut SNI 03-1729-2002,kemudian perilakunya dibandingkan, meliputi rasio tegangan, simpangan, gayageser dasar serta gaya-gaya dalam pada elemen struktur.

Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa, untuk perletakan jepit bebangempa statis menghasilkan rasio tegangan, simpangan, gaya geser dasar dan gaya-gaya dalam yang lebih besar daripada nilai-nilai akibat beban gempa dinamis.Simpangan maksimum arah X dan arah Y akibat beban gempa statis masing-masing 36,80% dan 38,05% lebih besar daripada simpangan akibat beban gempadinamis. Sedangkan untuk perletakan sendi, beban gempa statis menghasilkanrasio tegangan, gaya geser dasar, gaya normal dan gaya geser maksimum kolomyang lebih besar daripada nilai-nilai akibat beban gempa dinamis. Simpangan arahX pada lantai 1, 2 dan 3 akibat beban gempa statis lebih kecil daripada nilai akibatbeban gempa dinamis, dimana simpangan akibat beban gempa dinamis 42,96%lebih besar daripada simpangan akibat beban gempa statis. Untuk gaya-gayadalam yaitu momen maksimum balok dan kolom serta gaya geser maksimumbalok akibat beban gempa statis lebih kecil daripada nilai-nilai akibat bebangempa dinamis. Perletakan jepit menghasilkan rasio tegangan, simpangan, dangaya-gaya dalam kecuali gaya normal maksimum kolom yang lebih kecil daripadanilai-nilai untuk perletakan sendi. Sedangkan gaya geser dasar dan gaya normalmaksimum kolom untuk perletakan jepit lebih besar daripada nilai-nilai untukperletakan sendi.

Kata kunci: statik ekuivalen, auto load, response spectrum, time history,

SAP2000

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karenaberkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul“Aplikasi SAP2000 Untuk Pembebanan Gempa Statis dan Dinamis DalamPerencanaan Struktur Gedung Baja”.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis mendapat bantuan dariberbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasihkepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE, Ph.D. dan Bapak Ir. Dharma Putra,MCE selaku pembimbing serta kepada semua pihak yang telah membantupenyelesaian Tugas Akhir ini.

Jimbaran, Agustus 2015

Penulis

iv

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDULABSTRAK ......................................................................................................... iiUCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................... iiiDAFTAR ISI .........................................................................................................ivDAFTAR TABEL .................................................................................................viDAFTAR GAMBAR........................................................................................... viiDAFTAR NOTASI.................................................................................................x

BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang .......................................................................................11.2 Rumusan Masalah ..................................................................................21.3 Tujuan Penulisan....................................................................................21.4 Manfaat Penulisan..................................................................................31.5 Batasan Masalah ....................................................................................3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1 SAP 2000 ..............................................................................................4

2.1.1 Sejarah dan Perkembangannya ..................................................42.1.2 Model Struktur ...........................................................................52.1.3 Sistem Koordinat .......................................................................5

2.2 Metode Statik Ekuivalen........................................................................62.3 Metode Auto Load..................................................................................82.4 Metode Response Spectrum ...................................................................92.5 Metode Time History ...........................................................................112.6 Ketentuan Pembebanan Gempa SNI-1726-2012 .................................13

2.6.1 Struktur Bangunan Gedung Tidak Beraturan...........................132.6.2 Faktor Keutamaan (Ie) dan Kategori Risiko Struktur

Bangunan .................................................................................132.6.3 Wilayah Gempa dan Spektrum Respons..................................132.6.4 Kategori Desain Seismik..........................................................142.6.5 Faktor R, Cd dan Ωo .................................................................152.6.6 Penentuan Perioda....................................................................152.6.7 Batasan Simpangan Antar Lantai Tingkat ...............................16

2.7 Struktur Baja ........................................................................................172.7.1 Metode LRFD (Load and Resistance Factor Design) .............172.7.2 Komponen Struktur Lentur ......................................................192.7.3 Balok Kolom............................................................................232.7.4 Perbandingan Momen Kolom Terhadap Momen Balok ..........26

BAB III METODE PENELITIAN3.1 Umum….. ............................................................................................303.2 Data-data Struktur ................................................................................303.3 Prosedur Analisis .................................................................................32

v

3.4 Metode Statik Ekuivalen......................................................................383.5 Metode Auto Load................................................................................463.6 Metode Response Spectrum .................................................................573.7 Metode Time History ...........................................................................70

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Umum….. ............................................................................................824.2 Perhitungan Beban Gempa...................................................................84

4.2.1 Beban Gempa Statik Ekuivalen ...............................................864.2.2 Beban Gempa Auto Load .........................................................894.2.3 Beban Gempa Response Spectrum...........................................894.2.4 Beban Gempa Time History .....................................................90

4.3 Perbandingan Hasil ..............................................................................984.3.1 Dimensi Struktur dan Rasio Tegangan ....................................984.3.2 Simpangan..............................................................................107

4.3.2.1 Simpangan Arah X ......................................................1074.3.2.2 Simpangan Arah Y ......................................................110

4.3.3 Perioda dan Gaya Geser Dasar...............................................1124.3.3.1 Perioda dan Gaya Geser Dasar Arah X .......................1124.3.3.2 Perioda dan Gaya Geser Dasar Arah Y .......................113

4.3.4 Gaya-gaya Dalam...................................................................1144.3.4.1 Momen Balok ..............................................................1154.3.4.2 Gaya Geser Balok........................................................1174.3.4.3 Momen Kolom.............................................................1194.3.4.4 Gaya Normal Kolom ...................................................1214.3.4.5 Gaya Geser Kolom ......................................................123

BAB V SIMPULAN DAN SARAN5.1 Simpulan ............................................................................................1265.2 Saran ..................................................................................................127

DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................128

LAMPIRANLampiran A: Acuan Gempa Rencana ..................................................................130Lampiran B: Perioda dan Percepatan Spektrum Respons Desain .......................144Lampiran C: Data Percepatan Gempa El-Centro.................................................146Lampiran D: Perhitungan Perbandingan Momen Kolom Terhadap

Momen Balok……………………………………………………149

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Berat dan Tinggi Tiap Lantai .......................................................87Tabel 4.2 Rasio Tegangan Rata-rata Balok Rangka 5..................................100Tabel 4.3 Rasio Tegangan Rata-rata Balok Rangka C .................................102Tabel 4.4 Rasio Tegangan Rata-rata Kolom Rangka 5 ................................104Tabel 4.5 Rasio Tegangan Rata-rata Kolom Rangka C ...............................107Tabel 4.6 Kontrol Simpangan Antar Tingkat Arah X ..................................109Tabel 4.7 Kontrol Simpangan Antar Tingkat Arah Y ..................................111Tabel 4.8 Momen Maksimum Balok Untuk Perletakan Sendi.....................117Tabel 4.9 Momen Maksimum Balok Untuk Perletakan Jepit ......................117Tabel 4.10 Gaya Geser Maksimum Balok Untuk Perletakan Sendi ..............119Tabel 4.11 Gaya Geser Maksimum Balok Untuk Perletakan Jepit ................119Tabel 4.12 Momen Maksimum Kolom Untuk Perletakan Sendi ...................121Tabel 4.13 Momen Maksimum Kolom Untuk Perletakan Jepit.....................121Tabel 4.14 Gaya Normal Maksimum Kolom Untuk Perletakan Sendi ..........123Tabel 4.15 Gaya Normal Maksimum Kolom Untuk Perletakan Jepit............123Tabel 4.16 Gaya Geser Maksimum Kolom Untuk Perletakan Sendi .............125Tabel 4.17 Gaya Geser Maksimum Kolom Untuk Perletakan Jepit ..............125

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Spektrum Respons Desain..............................................................10Gambar 2.2 Contoh Rekaman Ground Motion ..................................................12Gambar 2.3 Balok Kolom ..................................................................................24Gambar 2.4 Asumsi Letak Sendi Plastis ............................................................28Gambar 3.1 Denah Struktur Lantai Tipikal........................................................31Gambar 3.2 Rangka 1-6 .....................................................................................31Gambar 3.3 Rangka A-C....................................................................................32Gambar 3.4 Kotak Dialog Frame Section ..........................................................33Gambar 3.5 Kotak Dialog Auto Select List .......................................................33Gambar 3.6 Pemilihan Profil Auto Select...........................................................34Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian..................................................................37Gambar 3.8 Diagram Alir Metode Statik Ekuivalen..........................................40Gambar 3.9 Kotak Dialog Joint Forces .............................................................46Gambar 3.10 Kotak Dialog Define Load Patterns ...............................................48Gambar 3.11 Load Patterns Gempa Auto Load Arah X......................................49Gambar 3.12 Load Patterns Gempa Auto Load Arah Y......................................49Gambar 3.13 Define Mass Source........................................................................50Gambar 3.14 Define Mass Source Untuk Contoh Model.....................................51Gambar 3.15 Assign Joint Constraint ..................................................................52Gambar 3.16 Diaphragm Constraint ...................................................................53Gambar 3.17 Define Load Combinations.............................................................54Gambar 3.18 Input Kombinasi Pembebanan........................................................55Gambar 3.19 Persiapan Analisis Struktur Beban Gempa Statis...........................55Gambar 3.20 Diagram Alir Metode Auto Load....................................................57Gambar 3.21 Diagram Alir Metode Response Spectrum .....................................58Gambar 3.22 Spektrum Respons Desain..............................................................59Gambar 3.23 Contoh Input Response Spectrum di MS Excel ..............................60Gambar 3.24 Copy dan Paste Data ke Editor Teks..............................................61Gambar 3.25 Kotak Dialog Define Response Spectrum Function ......................61Gambar 3.26 Input Data Response Spectrum dari Sumber Luar..........................62Gambar 3.27 Modifikasi Input Data Response Spectrum ....................................63Gambar 3.28 Modifikasi Input RS ke Format User Defined ...............................64Gambar 3.29 Kotak Dialog Analysis Case Response Spectrum...........................65Gambar 3.30 Analyis Case Gempa Response Spectrum Arah-X .........................66Gambar 3.31 Analyis Case Gempa Response Spectrum Arah-Y .........................67Gambar 3.32 Kotak Dialog Analysis Case Modal ...............................................68Gambar 3.33 Analysis Case Untuk Modal ...........................................................69Gambar 3.34 Persiapan Analisis Struktur Beban Gempa Dinamis......................70Gambar 3.35 Kotak Dialog Define Time History Function .................................71Gambar 3.36 Input Data Time History Dari Sumber Luar...................................72Gambar 3.37 Folder SAP2000.............................................................................72Gambar 3.38 Input Data Akselerogram Time History .........................................73Gambar 3.39 Modifikasi Input Data Time History ..............................................74Gambar 3.40 Input Teks Akselerogram El Centro...............................................74

viii

Gambar 3.41 Modifikasi Input Time History ke Format User Defined ...............76Gambar 3.42 Kotak Dialog Analysis Case Time History.....................................77Gambar 3.43 Analyis Case Gempa Time History Arah-X ...................................79Gambar 3.44 Analyis Case Gempa Time History Arah-Y ...................................79Gambar 3.45 Diagram Alir Metode Time History ...............................................81Gambar 4.1 Model 3D Struktur Pada SAP2000 ................................................82Gambar 4.2 Denah Struktur Lantai Tipikal........................................................83Gambar 4.3 Rangka 1 – 6...................................................................................83Gambar 4.4 Rangka A – D.................................................................................84Gambar 4.5 Beban Gempa Statik Ekuivalen Rangka X.....................................91Gambar 4.6 Beban Gempa Statik Ekuivalen Rangka Y.....................................92Gambar 4.7 Input Beban Gempa Statik Ekuivalen Arah X ...............................93Gambar 4.8 Input Beban Gempa Statik Ekuivalen Arah Y ...............................93Gambar 4.9 Input Beban Gempa Auto Load Arah X .........................................94Gambar 4.10 Input Beban Gempa Auto Load Arah Y .........................................94Gambar 4.11 Spektrum Respons Desain Lokasi Bangunan.................................95Gambar 4.12 Input Beban Gempa Response Spectrum Arah X...........................95Gambar 4.13 Input Beban Gempa Response Spectrum Arah Y...........................96Gambar 4.14 Akselerogram Gempa El Centro ....................................................96Gambar 4.15 Input Beban Gempa Time History Arah X.....................................97Gambar 4.16 Input Beban Gempa Time History Arah Y.....................................97Gambar 4.17 Profil dan Rasio Tegangan Balok Rangka 5 Sendi ........................99Gambar 4.18 Profil dan Rasio Tegangan Balok Rangka 5 Jepit ........................100Gambar 4.19 Profil dan Rasio Tegangan Balok Rangka C Sendi......................101Gambar 4.20 Profil dan Rasio Tegangan Balok Rangka C Jepit .......................101Gambar 4.21 Profil dan Rasio Tegangan Kolom Rangka 5 Sendi.....................103Gambar 4.22 Profil dan Rasio Tegangan Kolom Rangka 5 Jepit ......................103Gambar 4.23 Error pada Output Frame Details SAP2000................................104Gambar 4.24 Profil dan Rasio Tegangan Kolom dan Balok Rangka 5 Sendi ...105Gambar 4.25 Profil dan Rasio Tegangan Kolom Rangka C Sendi ....................106Gambar 4.26 Profil dan Rasio Tegangan Kolom Rangka C Jepit......................106Gambar 4.27 Simpangan Arah X Untuk Perletakan Sendi dan Jepit.................108Gambar 4.28 Simpangan Antar Tingkat Arah X Untuk Perletakan Sendi

dan Jepit........................................................................................109Gambar 4.29 Simpangan Arah Y Untuk Perletakan Sendi dan Jepit.................110Gambar 4.30 Simpangan Antar Tingkat Arah Y Untuk Perletakan Sendi

dan Jepit........................................................................................111Gambar 4.31 Gaya Geser Dasar Arah X Untuk Perletakan Sendi dan Jepit......113Gambar 4.32 Gaya Geser Dasar Arah Y Untuk Perletakan Sendi dan Jepit......114Gambar 4.33 Momen Balok Tiap Lantai Perletakan Sendi dan Jepit

Rangka 5.......................................................................................116Gambar 4.34 Momen Balok Tiap Lantai Perletakan Sendi dan Jepit

Rangka C ......................................................................................116Gambar 4.35 Gaya Geser Balok Tiap Lantai Perletakan Sendi dan

Jepit Rangka 5 ..............................................................................118Gambar 4.36 Gaya Geser Balok Tiap Lantai Perletakan Sendi dan

Jepit Rangka C..............................................................................118Gambar 4.37 Momen Kolom Tiap Lantai Perletakan Sendi dan Jepit

ix

Rangka 5.......................................................................................120Gambar 4.38 Momen Kolom Tiap Lantai Perletakan Sendi dan Jepit

Rangka C ......................................................................................120Gambar 4.39 Gaya Normal Kolom Tiap Lantai Perletakan Sendi dan

Jepit Rangka 5 ..............................................................................122Gambar 4.40 Gaya Normal Kolom Tiap Lantai Perletakan Sendi dan

JepitRangka C...............................................................................122Gambar 4.41 Gaya Geser Kolom Tiap Lantai Perletakan Sendi dan

Jepit Rangka 5 ..............................................................................124Gambar 4.42 Gaya Geser Kolom Tiap Lantai Perletakan Sendi dan

Jepit Rangka C..............................................................................124

x

DAFTAR NOTASI

A = Luas penampanga = Jarak antara dua pengaku verticalAB = Luas dasar strukturAf = Luas efektif pelat sayaAi = Luas badan dinding geser "i"Aw = Luas pelat badanbf = Lebar pelat sayapCB = Koefisien pengali momen tekuk torsi lateralCd = Faktor amplifikasi defleksiCm = Koefesien lenturCpr = Suatu faktor untuk meperhitungkan kekuatan sambunganCQC = Metoda Kombinasi Kuadrat LengkapCS = Koefisien respons gempaCt = Koefesien periode fundamental pendekatanCV = Rasio kuat geserCVX = Faktor distribusi verticalCw = Koefesien periode fundamental pendekatan untuk struktur dinding

geserd = Tinggi penampangdf = Jarak antara titik berat pelat sayapDi = Panjang dinding geser “ i ”E = Modulus elastisitas bajaEAL = Beban gempa auto loadERS = Beban gempa response spectrumESE = Beban gempa statik ekivalenETH = Beban gempa time historyFa = Koefisien situs untuk perioda pendekFv = Koefisien situs untuk perioda panjangFi, Fx = Bagian dari gaya geser dasar V pada tingkat i atau xfL = Tegangan leleh dikurangi tegangan sisafu = Tegangan putus minimum penampangfy = Tegangan lelehG = Modulus geser bajahi, hx = Tinggi dari dasar sampai tingkat i atau xhn = Ketinggian strukturIe = Faktor keutamaanIw = Konstanta puntir lengkungIy = Momen inersia terhadap sumbu lemahJ = Konstanta puntir torsiL = Panjang bentang antara dua pengekang lateral yang berdekatanLp = Panjang bentang maksimum untuk balok yang mampu menerima

momenLr = Panjang bentang minimum untuk balok yang kekuatannya mulai

ditentukan oleh momen kritis tekuk torsi lateralL’ = Jarak antara sendi plastis

xi

MA = Momen pada titik ¼ LMB = Momen pada titik ½ LMc = Momen pada titik ¾ LMcr = Momen kritis terhadap tekuk torsi lateralMf = Kuat lentur nominal dihitung hanya dengan pelat sayap sajaMltu = Momen lentur terfaktor orde pertama yang diakibatkan oleh beban-

beban yang dapat menimbulkan goyanganMmax = Momen maksimum sepanjang bentangMn = Momen lentur nominalMntu = Momen lentur terfaktor orde pertama yang diakibatkan oleh beban-

beban yang tidak menimbulkan goyanganMp = Momen plastis penampangMpr = Momen pada lokasi sendi plastisMr = Momen batas tekukMu = Momen lentur terfaktorMy = Momen tambahan akibat amplifikasi gaya geser pada sendi plastisN = Jumlah tingkatNcr = Beban kritis elastisNcrb = Beban kritis elastis untuk komponen struktur tak bergoyangNcrs = Beban kritis elastis untuk komponen struktur dengan goyanganNn = Kuat aksial nominal komponen strukturNu = Beban aksial terfaktorP = Beban terpusat pada balokR = Koefisien modifikasi responsRy = Faktor modifikasi tegangan lelehry = Jari-jari girasi terhadap sumbu lemahS1 = Parameter percepatan respons spektral pada perioda 1 detikSA = Batuan kerasSB = BatuanSC = Tanah keras, sangat padat dan batuan lunakSD = Tanah sedangSD1 = Parameter percepatan respons spektral pada perioda 1 detikSDS = Parameter percepatan respons spektral pada perioda pendekSE = Tanah lunakSF = Tanah khususSh = Jarak sendi plastis ke as kolomSM1 = Percepatan percepatan respons spektral MCE pada perioda 1 detikSMS = Parameter percepatan respons spektral MCE pada perioda pendekSRSS = Metoda Akar Kuadrat Jumlah KuadratSS = Parameter percepatan respons spektral pada perioda pendekTa = Periode fundamental pendekatantf = Tebal pelat sayaptw = Tebal pelat badanV = Geser desain total di dasar struktur dalam arah yang ditinjauVn = Kuat geser nominal balokVp = Gaya geser pada lokasi sendi plastisVu = Gaya geser perluW = Beban merata pada balok

xii

W = Berat seismik efektif bangunanWi, Wx = Berat seismik efektif bangunan pada tingkat i atau xX1 = Koefisien untuk perhitungan momen tekuk torsi lateralX2 = Koefisien untuk perhitungan momen tekuk torsi lateralZ = Modulus plastis penampangΒm = Perbandingan momen terkecil dan terbesar yang bekerja pada ujung-

ujung komponen struktur∆ = Simpangan antar lantai tingkat desain∆a = Simpangan antar lantai tingkat ijinΔoh = Simpangan antar lantai pada tingkat yang sedang ditinjauΣΗ = Jumlah gaya horizontal yang menghasilkan Δoh pada tingkat yang

ditinjauΣMpb = Jumlah momen-momen balok-balok pada pertemuan as balok dan as

kolomΣMpc = Jumlah momen-momen kolom di bawah dan di atas sambungan pada

pertemuan antar as kolom dan as balokΣΝu = Jumlah gaya aksial tekan terfaktor akibat beban gravitasi untuk

seluruh kolom pada satu tingkatδ = Faktor amplifikasi momenδb = Faktor amplifikasi momen untuk komponen struktur yang tidak dapat

bergoyangδs = Faktor amplifikasi momen untuk komponen struktur yang dapat

bergoyangφ = Faktor reduksiλ = Kelangsinganλp = Batas maksimum untuk penampang kompakλr = Batas maksimum untuk penampang tak-kompak