1

ANALISIS PERENCANAAN DINDING GESER DENGAN METODE

STRUT AND TIE MODEL

TUGAS AKHIR

05 0404 130 RIDWAN H PAKPAHAN

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK USU 2009

Universitas Sumatera Utara

2

ANALISIS PERENCANAAN DINDING GESER DENGAN METODE

STRUT AND TIE MODEL

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil

05 0404 130 RIDWAN H PAKPAHAN

Pembimbing Pertama Pembimbing Kedua

Ir. Nurjulisman NIP. 130 279 532 NIP.19500714 198003 2 002

Ir. Chainul Mahni

Diketahui:

Ketua Departemen Teknik Sipil

NIP. 19561224 198103 1 002 Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK USU 2009

Universitas Sumatera Utara

3

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, akhirnya penyusunan tugas akhir ini

dapat saya selesaikan dengan baik, dimana tugas akhir ini merupakan salah satu syarat

yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan program sarjana (S1) di Fakultas Teknik

Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara (USU).

Penulis menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak terlepas dari

bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini

penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga dalamnya

kepada:

1. Bapak Ir. Nurjulisman dan ibu Ir. Chainul Mahni selaku pembimbing dan Co

pembimbing, yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk

memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Mawardi S , Ir. Mawardi Lubis dan Ir. Daniel ,MT selaku pembanding

yamg telah memberi kritik dan masukan.

4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil

Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak/ ibu staf pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam

penyelesaian administrasi.

Universitas Sumatera Utara

4

7. Kedua orang tua dan seluruh keluarga tercinta, yang turut mendukung dalam doa

dan memberikan bantuan motivasi yang tiada henti.

8. Rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara

yang tidak mungkin disebutkan satu per satu namanya khususnya CIVIL 2005,

yang telah banyak memberikan bantuan dan motivasi sehingga selesainya tugas

akhir ini.

Penulis menyadari bahwa manusia tidak luput dari salah dan kekurangan,

demikian juga dengan tugas akhir ini yang masih memiliki banyak kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu, dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima segala saran dan kritik demi perbaikan tugas akhir ini. Harapan penulis, semoga tugas akhir dengan judul “Analisis Perencanaan Dinding Geser Dengan Metode Strut and Tie Model ” dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Medan, Februari 2010 Hormat Saya, Ridwan H Pakpahan 05 0404 130

Universitas Sumatera Utara

5

ABSTRAK

Pada bangunan tinggi tahan gempa umumnya gaya – gaya pada kolom cukup besar

untuk menahan beban gempa yang terjadi sehingga umumnya perlu menggunakan

elemen – elemen struktur kaku berupa dinding geser untuk menahan kombinasi gaya

geser , momen dan gaya aksial yang timbul akibat gempa. Dengan adanya dinding geser

sebagian besar beban gempa akan terserap oleh dinding geser tersebut.

Karena itu perencanaan struktur beton bertulang dapat dilakukan dengan cara STRUT

AND TIE MODEL. Metode ini cukup efektif dan praktis untuk diaplikasikan pada

komponen – komponen beton bertulang yang perencanaannya memakai cara – cara

empirik atau tidak tercakup dalam prosedur perencanaan yang konvensional. Elemen –

elemen sruktur yang telah dianalisis dipisahkan menjadi free body dengan gaya – gaya

yang bekerja dan selanjutnya elemen ini direncanakan dengan pendekatan truss analogi.

Dimana bagian yang tertekan dilawan oleh komponen beton dengan atau tanpa

penulangan sebagai STRUT, dan bagian tarik dipikul oleh baja tulangan sebagai TIE.

Dari hasil analisa data , bahwa untuk perencanaan penulangan dengan memakai metode

ini lebih praktis pemakaiannya dibandingkan dengan cara konvensional.Volume

tulangan yang diperoleh pada metode STRUT AND TIE lebih ekonomis dibandingakan

dengan cara konvensional. Pada metode ini gaya – gaya yang bekerja dianalisis bersama

– sama, sedangkan dengan cara konvensional tulangan lentur , geser , dan torsi

direncanakan secara terpisah. Dan metode ini dapat digunakan pada perencanaan bagian

struktur yang tidak umum atau tidak tercakup didalam pedoman perencanaan.

Kata kunci : static ekivalen, sistem ganda, dinding geser, metode strut and tie

model

Universitas Sumatera Utara

6

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ........................................................................................ i ABSTRAK ......................................................................................................... iii DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv DAFTAR NOTASI ............................................................................................. vii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1

1.2 Ruang Lingkup Pembahasan ............................................................... 5

1.3 Permasalahan ………………………………………………..6

1.5 Tujuan Penulisan ............................................................................... 7

1,.5embatasan Masalah ........................................................................... 7

1.6 Metodologi ……………………………………………………………7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 8

2.1 Umum ................................................................................................ 8 2.1.1 Type Struktur .......................................................................... 9

2.2 Perilaku Dinding Geser (Shear Wall) Akibat Gempa ........................... 10 2.2.1 Dinding Geser Kantilever ......................................................... 13 2.2.2 Interaksi Dinding Geser dan Portal ............................................ 14

2.3 Metode Analisa ................................................................................... 17 2.3.1 Analisis Struktur Beton dengan Model Penunjang dan Pengikat (Strut and Tie Model) .................................................................................. 23

2.4 Perencanaan Dinding Geser ............................................................... 23 2.4.1 Konsep Gaya Dalam……………………………………………..23 2.4.2 Konsep Desain Kapasitas………………………………………..25 2.5 Persyaratan Dinding Geser……………………………………………...26 BAB 3 METODE ANALISA ............................................................................... 29

3.1 Umum .............................................................................................. 29 3.2 Material Penyusunan Beton Bertulang ............................................... 30

3.3 Tulangan ........................................................................................... 31 3.4 Balok Beton ....................................................................................... 32 3.5 Mekanisme Geser Dalam Struktur Beton Bertulang ........................... 33 3.6 Tegangan Pada Balok yang Utuh ....................................................... 35 3.7 Metode model Pengikat Strut-and-Tie model, .................................... 38

3.7.1 Keseimbangan Kerangka .......................................................... 38

Universitas Sumatera Utara

7

3.7.2 Model Kerangka (truss) 450 ....................................................... 40

3.7.3 Model sudut Kerangka Yang Bervariasi .................................... 40

3.8 Model Penunjang dan Pengikat (Strut and Tie Model ), ...................... 42 3.9 Teory Penunjang dan Pengikat ............................................................ 45 3.10 Komponen dari Model Penunjang dan Pengikat ................................. 50 3.10.1 Analisa dari Penunjang............................................................ 50 3.10.1.2 Perencanaan Penunjang STRUT ........................................... 53

3.10.2 Analisa Pengikat ..................................................................... 55 3.10.3 Titik Nodal dan Daerah Nodal ................................................. 57 BAB 4 MODEL DAN APLIKASI ...................................................................... 62

4.1 Contoh Aplikasi ................................................................................. 62 4.2 Struktur Dinding Geser Beton ............................................................ 63 4.3 Perhitungan Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Struktur .......................... 66

4.3.a Perhitungan Berat Sendiri ......................................................... 66 4.3.b Beban Hidup ........................................................................... 70

4.3.c Berat Bangunan per Lantai akibat Beban Mati dan Hidup ........ 71

4.4 Analisa Statik Ekivalen ...................................................................... 72 4.5 gaya Gempa yang Terjadi .................................................................. 77

4.6 Metode Strut and Tie ......................................................................... 81 4.6.a Menghitung Gaya-Gaya Batang ................................................ 81 4.6.b Perencanaan Penulangan ........................................................... 86

4.7 Perencanaan Struktur Dinding Geser Beton Secara Konvensional ..... 92 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 104

5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 104 5.2 Saran ................................................................................................. 104

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 105 LAMPIRAN 1 .................................................................................................... 106 LAMPIRAN2 ..................................................................................................... 118

Universitas Sumatera Utara

8

DAFTAR NOTASI

kuat tekan beton yang disyaratkan (MPa).

kuat leleh tulangan non-prategang yang disyaratkan (MPa).

g percepatan gravitasi (mm/det2).

γb Berat jenis beton (kN/m3)

γk Berat jenis keramik (kN/m3)

Ec Modulus Elastisitas beton (Mpa )

L Panjang bentang (m)

n Banyak lantai

t Tebal pelat (cm)

a percepatan (mm/det2).

I faktor keutamaan gedung, faktor pengali dari pengaruh gempa rencana pada

berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan periode ulang gempa yang

berkaitan dengan penyesuaian probabilits dilampauinya pengaruh tersebut

selama umur gedung itu dan penyesuaian umur gedung itu.

R faktor reduksi gempa.

hn tinggi gedung (m).

C nilai faktor respons gempa yang dinyatakan dalam percepatan gravitasi yang

nilainya bergantung pada waktu getar alami struktur geung dan kurvanya

ditampilkan dalam spektrum respons gempa rencana.

Universitas Sumatera Utara

9

C1 nilai faktor respons gempa yang diperoleh dari spektrum respons gempa rencana

untuk waktu getar alami fundamental dari struktur gedung.

n jumlah tingkat dari struktur gedung.

T waktu getar alami struktur gedung dinyatakan dalam detik yang menentukan

besarnya faktor respons gempa struktur gedung dan kurvanya ditampilkan

dalam spektrum respons gempa rencana (detik).

T1 waktu getar alami fundamental struktur gedung beraturan maupun tidak

beraturan dinyatakan dalam detik (detik).

Tn waktu getar alami (detik).

ζ koefisien Pembatasan waktu getar alami fundamental

µ faktor daktilitas struktur gedung.

V Gaya geser pada potongan penampang

I Momen inersia dari potongan penampang

Q Statis momen

b Lebar dari balok dimana tegangan dihitung

Fns gaya tekan batas terfaktor

fcu

kekuatan tekan efektif dari beton pada penunjang

v (nu) faktor efektif beton

Ac luas efektif landasan strut,

φSTM

harga φ untuk penunjang, pengikat, dan daerah titik nodal pada model penunjang

dan pengikat,

sβ faktor efektif penunjang

Universitas Sumatera Utara

10

ƒ's tegangan tulangan tekan

A's luas tulangan tekan dalam batang tekan

Fnt gaya tarik batas terfaktor

Ast luas baja tulangan biasa

Aps luas baja tendon prategang

Fse tegangan efektif yang hilang didalam baja tendon prategang

Δfp penambahan gaya prategang disamping level load

Tn gaya tarik

ws

lebar dari penunjang

wt lebar efektif dari pengikat

lb panjang dari pelat penumpu dan

θ sudut antara sumbu dari penunjang dengan sumbu horizontal dari batang

Universitas Sumatera Utara

11

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1a.dinding geser tunggal ...........................................................................3

Gambar 1.1b.dinding geser core ..................................................................................3

Gambar1.2a.-1.2d.Variasi susunan dinding geser.......................................................3

Gambar 1.3a Pemodelan strut and tie pada dinding geser. .....................................5

Gambar 1.3b Pembesian dinding geser........................................................................5

Gambar 2.1. Deformasi portal terbuka dan dinding geser………………………….11

Gambar 2.2. Letak dinding geser................................................................................12

Gambar 2.3. Deformasi dinding geser……………………………………………..13

Gambar 2.4. Distribusi tegangan geser……………………………………………..14

Gambar 2.5. Deformasi geser ....................................................................................16

Gambar 2.6. Deformasi lentur……………………………………………………...20

Gambar 2.7 Rasio kekakuan efektif balok pembatas..................................................21

Gambar 2.8 Gaya gempa yang bekerja pada portal………………………………...22

Gambar 2.9 Deformasi dan diagram tegangan pada portal yang sebidang…………22

Gambar 2.10 Deformasi dan diagram tegangan portal akibat gaya gempa………...23

Gambar 2.11 Gaya lateral yang bekerja pada portal………………………………..24

Gambar 2.12 Deformasi dan diagram tegangan pada portal………………………..24

Gambar 2.13 Gambar momen perlawanan pada balok...............................................25

Gambar 2.14 Pemodelan dinding geser ……………………………………………27

Gambar 3.17 Penulangan dinding geser……………………………………………31

Gambar 3.1. Gaya-gaya dalam pada balok.................................................................40

Universitas Sumatera Utara

12

Gambar 3.2. Normal, geser dan tegangan utama pada balok homogen utuh.............42

Gambar 3.3 Trayektori tegangan tarik utama dan pola retak………………………43

Gambar. 3.4 Pola retak pada balok akibat beban P (lentur dan geser)……………..45

Gambar 3.5 Analogi kerangka untuk balok struktur bertulang menurut Mörsch......45

Gambar 3.6 Model untuk keseimbangan kerangka dengan sudut 45o ......................46

Gambar 3.7 Keadaan keseimbangan untuk sudut kerangka bervariasi yang digunakan

pada teori daerah tekan.........................................................47

Gambar 3.8 a. Model kerangka dengan sambungan sendi yang sederhana

b. Analogi kerangka ke distribusi dari gaya pada balok tinggi

c. Model kerangka dari elemen beton bertulang...............................48

Gambar 3.9 Geser pada balok………………………………………………………50

Gambar 3.10 Daerah D (bagian yang diarsir) dengan distribusi non linier akib……52

a. Diskontiniu geometrid dan b. statikal diskontiniu

Gambar 3.11a Kolom dengan beban titik ………………………….……………...54

Gambar 3.11b Balok dengan tegangan yang terjadi ……………………………….54

Gambar 3.12c Balok dengan tumpuan langsung ………………………………….55

Gambar 3.12d Variasi dari penunjang …………………………………………….57

Gambar 3.13 Tiga jenis dari penunjang (bentuk dasar medan tekan).........................58

Gambar 3.14. Tekanan bentuk kipas dan daerah tekan..............................................59

Gambar 3.15 Pengelompokan titik…………………………………………………60

Gambar 3.16 Perluasan titik nodal………………………………………………….61

Gambar 4.1a. Struktur dinding geser beton bertulang................................................68

Universitas Sumatera Utara

13

Gamnar 4.2 a Denah bangunan................................................................................70

Gambar 4b . dinding geser …………………………………...................................75

Gambar 4c denah bangunan……………………………………………..................78

Gambar 4d. gaya gempa yang terjadi pada bangunan…………………....................83

Gambar 4e. potongan 2 – 2 (grid 2)………………..……..….……………………83

Gambar 4f.gaya normal,.gaya lintang ,.momen………………………......................86

Gambar 4i , gaya- gaya yang terjadi ………………………………………….….87

Gambar 4j. gaya –gaya batang……………………………………………………...87

Gambar 4k. dimensi dinding geser………………………………………………….94

Universitas Sumatera Utara