5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Pengaku breising pada struktur berperilaku sebagai truss elemen yang hanya

menerima gaya aksial baik tekan maupun tarik. Penambahan breising terbukti dapat

mengefisienkan berat dari struktur dan kinerja yang lebih baik terhadap ketahanan

gempa seperti pada Patung Liberty, Woolworth Tower, dan Empire State Building

(Smith and Coull, 1991).

2.2 Struktur Rangka Pemikul Momen (SRPM)

Struktur rangka pemikul momen (SRPM) adalah struktur yang memiliki

rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul oleh

rangka pemikul momen melalui mekanisme lentur. SRPM terdiri dari elemen

vertikal berupa kolom dan elemen horizontal berupa balok yang terhubung secara

kaku membentuk sebuah kotak planar yang mampu menahan gaya lateral

berdasarkan kekakuan masing-masing elemen balok kolom.

Berdasarkan SNI 03-1729-2002, rangka baja SRPM dapat diklasifikasikan

menjadi, Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK), Struktur Rangka

Pemikul Momen Terbatas (SRPMT) dan Struktur Rangka Pemikul Momen Biasa

(SRPMB). SRPMK didesain untuk memiliki daktilitas yang lebih tinggi dan dapat

berdeformasi inelastik pada saat gaya gempa terjadi. Deformasi inelastik akan

meningkatkan redaman dan mengurangi kekakuan dari struktur, hal ini terjadi pada

saat gempa ringan bekerja pada struktur. Dengan demikian, SRPMK didesain pada

gaya gempa yang lebih ringan dibandingkan dengan gaya gempa yang bekerja pada

SRPMT dan SRPMB. Pada SRPMB, struktur diharapkan dapat mengalami

deformasi inelastik secara terbatas pada komponen struktur dan sambungan-

sambungannya akibat gaya gempa rencana. Dengan demikian, pada SRMPB

kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan kekakuan pada SRPMK namun

SRPMB memiliki daktilitas lebih kecil dari SRPMK untuk beban gempa yang

sama.

6

2.3 Struktur Rangka Pemikul Momen Biasa (SRPMB)

Berdasarkan SNI 1729:2002 pasal 15.9, SRPMB diharapkan dapat

mengalami deformasi inelastis secara terbatas pada komponen struktur dan

sambungan-sambungannya akibat gaya gempa rencana. SRPMB harus memenuhi

persyaratan pada butir-butir di bawah ini.

1. Sambungan balok-ke-kolom

Sambungan balok-ke-kolom harus menggunakan las atau baut mutu tinggi.

Dapat digunakan sambungan kaku atau sambungan semi kaku sebagai berikut:

a) Sambungan kaku yang merupakan bagian dari Sistem Pemikul Beban Gempa

harus mempunyai kuat lentur perlu Mu yang besarnya paling tidak sama dengan

yang terkecil dari:

i. 1,1RyM p balok atau gelagar, atau

ii. Momen terbesar yang dapat disalurkan oleh sistem rangka pada titik terebut.

Untuk sambungan dengan sambungan pelat sayap yang dilas, pelapis las dan

kelebihan las harus dibuang dan diperbaiki kecuali pelapis pelat sayap atas

yang tetap diperbolehkan jika melekat pada pelat sayap kolom dengan las sudut

menerus di bawah las tumpul sambungan penetrasi penuh. Las tumpul

penetrasi sebagian dan las sudut tidak boleh digunakan untuk memikul gaya

tarik pada sambungan; Sebagai alternatif, perencanaan dari semua sambungan

balok ke kolom yang digunakan pada Sistem Pemikul Beban Gempa harus

didasarkan pada hasil-hasil pengujian kualifikasi yang menunjukkan rotasi

inelastis sekurang-kurangnya 0,01 radian.

b) Sambungan semi kaku diizinkan jika syarat-syarat di bawah ini dipenuhi:

i. Sambungan tersebut harus memenuhi kekuatan Rn Ru;

ii. Kuat lentur nominal sambungan melebihi nilai yang lebih kecil daripada 50%

M p balok atau kolom yang disambungkan;

iii. Harus mempunyai kapasitas rotasi yang dibuktikan dengan uji beban siklik

sebesar yang dibutuhkan untuk mencapai simpangan antar lantai;

iv. Kekakuan dan kekuatan sambungan semi kaku ini harus diperhitungkan dalam

perencanaan, termasuk dalam perhitungan stabilitas rangka secara

keseluruhan.

7

2. Pelat terusan

Jika sambungan momen penuh dibuat dengan melas pelat sayap balok atau

pelat sambungan untuk sayap balok secara langsung ke pelat sayap kolom maka

harus digunakan pelat terusan untuk meneruskan gaya dari pelat sayap balok ke

pelat badan kolom. Pelat ini harus mempunyai ketebalan minimum sebesar tebal

pelat sayap balok atau pelat sambungan sayap balok. Sambungan pelat terusan ke

pelat sayap kolom harus dilakukan dengan las tumpul penetrasi penuh, atau las

tumpul penetrasi sebagian dari kedua sisi yang diperkuat dengan las sudut, atau las

sudut di kedua sisi dan harus mempunyai kekuatan sama dengan kuat rencana luas

bidang kontak antara pelat terusan dengan pelat sayap kolom. Sambungan pelat

terusan ke pelat badan kolom harus mempunyai kuat geser rencana sama dengan

yang terkecil dari persyaratan berikut:

a) Jumlah kuat rencana dari sambungan pelat terusan ke pelat sayap kolom;

b) Kuat geser rencana bidang kontak pelat terusan dengan pelat badan kolom;

c) Kuat rencana geser daerah panel;

d) Gaya sesungguhnya yang diteruskan oleh pengaku.

Pelat terusan tidak diperlukan jika model uji sambungan menunjukkan

bahwa rotasi plastis yang direncanakan dapat dicapai tanpa menggunakan pelat

terusan tersebut.

2.4 Struktur Rangka Breising Konsentrik (SRBK)

Mekanisme keruntuhan direncanakan terjadi pada elemen breising dan pelat

buhul sambungan bresing ke balok dan kolom. Pada saat terjadi gempa besar,

diharapkan terjadi tekuk pada batang bresing (akibat beban aksial yang

diterimanya) sehingga terjadi putaran sudut pada ujung bresing yang kemudian

menyebabkan pelat buhul pada sambungan ujung bresing leleh (terjadi sendi

plastis).

Struktur rangka breising konsentrik (SRBK) merupakan sistem struktur

yang elemen breising diagonalnya bertemu disatu titik. SRBK dapat

diklasifikasikan menjadi dua yaitu struktur rangka breising konsentrik biasa

(SRBKB) dan struktur rangka breising konsentrik khusus (SRBKK). Rangka

8

breising konsentrik memiliki beberapa tipe seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1

(SNI 1729:2002).

Gambar 2.1 Tipe-tipe breising konsentrik

(AISC, 2010)

Pada breising konsentrik tipe x-2 lantai merupakan rangka breising x yang

dipasang untuk ketinggian 2 lantai seperti terlihat pada Gambar 2.1 (e). Rangka

breising ini dapat menjadi pilihan yang baik bila dibandingkan dengan rangka

breising tipe v atau v-terbalik, bila terjadi tekuk pada batang tekan breising, balok

akan mengalami defleksi kebawah sebagai akibat dari adanya gaya-gaya yang tidak

seimbang pada balok. Defleksi ini dapat mengakibatkan kerusakan pada sistem

pelat lantai diatas sambungan tersebut. Sehingga untuk mengantisipasi terjadinya

defleksi kebawah pada balok maka diperlukan konfigurasi breising yang mencegah

terbentuknya gaya-gaya yang tidak seimbang tersebut dan mendistribusikannya

menuju lantai lain yang tidak mengalami defleksi tersebut (Utomo, 2011).

Perbandingan mengenai perilaku antara rangka breising konsentrik tipe x-2

lantai dengan tipe v-terbalik ditunjukkan oleh Hewitt, et al, (2009) melalui sebuah

skema yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.

(a). V-terbalik (b). X-2 lantai

Gambar 2.2 Perbandingan perilaku rangka breising konsentrik tipe v-terbalik dan

x-2 lantai (Hewitt, Sabelli, dan Bray, 2009)

9

Dapat dilihat pada Gambar 2.2 bahwa pada struktur rangka breising tipe x-

2 lantai, gaya-gaya tidak seimbang pada balok didistribusikan melalui batang tarik

breising yang berada dilantai atasnya. Hal ini akan mencegah terjadinya defleksi ke

bawah pada balok sehingga dapat mencegah kerusakan pada pelat lantai.

2.5 Struktur Rangka Breising Konsentrik Khusus (SRBKK)

Berdasarkan SNI 03 1729:2002, Sistem Rangka Bresing Konsentris Khusus

(SRBKK) direncanakan pada bangunan baja yang berada di wilayah gempa

menengah hingga besar. Bresing yang digunakan sebagai komponen penahan

lateral harus memenuhi parameter sebagai berikut :

Kelangsingan

Batang bresing harus memenuhi syarat kelangsingan yaitu

2625

Beban aksial terfaktor pada batang bresing tidak boleh melebihi Nc

Perbandingan lebar terhadap tebal penampang bresing tekan yang

berperilaku ataupun yang tidak diperkaku harus memenuhi persyaratan-persyaratan

berikut ini :

1. Batang bresing harus bersifat kompak, yaitu (

10

3. Balok yang besilangan dengan batang bresing harus direncanakan untuk memikul

pengaruh kombinasi pembebanan kecuali bahwa Qb harus disubtitusikan pada

suku E. Qb harus dihitung dengan menggunakan minimum sebesar Ny untuk

bresing dalam tarik dan maksimum sebesar 0,3 Nc untuk bresing tekan.

4. Sayap-sayap atas dan bawah balok pada titik persilangan dengan batang bresing

harus direncanakan mampu memikul gaya lateral yang besarnya sama dengan

2% kuat nominal sayap balok fy bf tbf

Kolom pada SRBKK harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

Perbandingan Lebar terhadap Tebal

Perbandingan lebar terhadap tebal penampang kolom dalam tekan yang diberi

pengaku ataupun yang tidak diberi pengaku, harus memenuhi persyaratan

untuk batang bresing pada penjelasan Perbandingan lebar terhadap tebal

sebelumnya

Penyambungan

Penyambungan kolom pada SRBKK juga harus direncanakan untuk mampu

memikul minimal kuat geser nominal dari kolom terkecil yang disambung dari

50% kuat lentur nominal penampang terkecil yang disambung.Penyambungan

harus ditempatkan di daerah 1/3 tinggi bersih kolom yang di tengah.

2.6 Kombinasi Beban

Berdasarkan SNI 1727:2013, kombinasi beban dipilih yang menghasilkan

efek yang paling tidak baik di dalam bangunan gedung, fondasi, atau komponen

struktural yang diperhitungkan. Efek dari satu atau lebih beban yang tidak bekerja

harus dipertimbangkan. desainnya sama atau melebihi efek dari beban terfaktor

dalam kombinasi berikut:

1. 1,4D

2. 1,2D + 1,6L + 0,5 (Lratau S atau R)

3. 1,2D + 1,6 (Lratau S atau R) + (L atau 0,5W)

4. 1,2D + 1,0W + L + 0,5 (Lr atau S atau R)

5. 1,2D + 1,0E + L + 0,2S

6. 0,9D + 1,0W

7. 0,9D + 1,0E

11

dimana:

D = beban mati

E = beban gempa

L = beban hidup

Lr = beban hidup atap

R = beban hujan

W = beban angin

2.7 Sambungan Sederhana

Berdasarkan SNI 1729:2015, sambungan sederhana mengabaikan adanya

momen. Pada analisis struktur, sambungan sederhana dianggap memungkinkan

terjadinya rotasi relatif tidak terkekang antara elemen yang tersambung bercabang.

Sambungan sederhana harus memiliki kapasitas rotasi yang cukup untuk

mengakomodasi rotasi perlu yang ditentukan melalui analisis struktur.

Sambungan sederhana atau sambungan sendi biasanya digunakan pada

sambungan balok anak ke balok induk, sambungan breising ke balok kolom, dan

sambungan pada dudukan kolom baja. Pada sambungan sederhana, momen yang

terjadi sama dengan nol, sehingga baut hanya memikul geser.

Ilustrasi sambungan sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.3, pada gambar

dapat dilihat bahwa sambungan hanya menggunakan baut dan pelat siku sederhana

tanpa perlu dilakukan pengelasan. Sambungan baut dilakukan di kedua elemen

struktur yang akan disambungkan, jika pada balok anak maka pada bagian web

balok anak dan bagian flange balok induk yang dipasangkan bolt dengan

dihubungkan oleh pelat siku.

12

Gambar 2.3 Jenis-jenis sambungan sendi (McCormac and Csernak, 2011)

13

2.8 Sambungan Momen

Pada Gambar 2.4 dapat dilihat jenis-jenis sambungan momen. Pada

sambungan momen, balok kolom terhubung secara rigid yang tidak memungkinkan

terjadi rotasi. Kebutuhan akan baut lebih banyak dibandingkan pada sambungan

sederhana.

Gambar 2.4 Jenis-jenis sambungan momen (McCormac and Csernak, 2011)

14

Berdasarkan SNI 1729:2015, terdapat dua tipe sambungan momen yang

boleh digunakan yaitu Tertahan Penuh (TP) dan Tertahan Sebagian (TS) seperti

disyaratkan di bawah ini.

a) Sambungan Momen Tertahan Penuh (TP)

Sambungan momen tertahan penuh (TP) menyalurkan momen

dengan rotasi yang boleh diabaikan antara komponen struktur yang

tersambung. Pada analisis struktur, sambungan ini diasumsikan untuk tidak

memungkinkan terjadinya rotasi relatif. Suatu sambungan TP harus

memiliki kekuatan dan kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut

antara komponen struktur yang tersambung pada kondisi batas kekuatan.

b) Sambungan Momen Tertahan Sebagian (TS)

Sambungan momen tertahan sebagian (TS) mampu menyalurkan

momen, tetapi rotasi antara komponen struktur yang tersambung tidak boleh

diabaikan. Pada analisis struktur harus mencakup karakteristik respons

gaya-deformasi sambungan. Karakteristik respons sambungan TS harus

terdokumentasi dalam literatur teknis atau ditetapkan dengan analisis atau

merupakan hasil rata-rata eksperimental. Elemen komponen sambungan TS

harus memiliki kekuatan, kekakuan dan kapasitas deformasi yang cukup

pada kondisi batas kekuatan.

2.9 Perencanaan Berbasis Kinerja

Menurut Dewobroto (2006), konsep perencanaan berbasis kinerja

(performance based design) merupakan kombinasi dari aspek tahanan dan aspek

layan, sehingga bisa diketahui kemampuan suatu struktur dalam menerima beban

gempa (kapasitas) dan besarnya beban gempa yang akan diterima oleh struktur

tersebut (demand), maka dari itu akan bisa direncanakan suatu stuktur tahan gempa

yang ekonomis. Sasaran kinerja terdiri dari kejadian gempa rencana yang

ditentukan (earthquake hazard), dan taraf kerusakan yang diizinkan atau level

kinerja (performance level) dari bangunan terhadap kejadian gempa tersebut seperti

pada Gambar 2.5. Mengacu pada Federal Emergency Management Agency

(FEMA)-273 (1997) yang menjadi acuan klasik bagi perencanaan berbasis kinerja,

kategori level kinerja struktur, adalah:

15

a. Bangunan dapat dihuni, namun tidak dapat digunakan sepenuhnya, perlu

dilakukan perbaikan dan pembersihan (IO = Immediate Occupancy),

b. Bangunan masih aman saat terjadi gempa, namun tidak setelahnya (LS =

Life-Safety),

c. Bangunan diambang kehancuran, kemungkinan rugi total (CP = Collapse

Prevention).

Analisis pushover menghasilkan kurva pushover (Gambar 2.5), kurva yang

menggambarkan hubungan antara gaya geser dasar (V) versus perpindahan titik

acuan pada atap (D). Pada proses pushover, struktur didorong sampai mengalami

leleh disatu atau lebih lokasi di struktur tersebut. Kurva kapasitas akan

memperlihatkan suatu kondisi linier sebelum mencapai kondisi leleh dan

selanjutnya berperilaku non-linier.

Gambar 2. 5 Rekayasa gempa berbasis kinerja (ATC 58) (Sumber: FEMA 273, 1997)

2.10 Metode Analisis Statik Non-Linier Pushover

Analisa statik non-linier merupakan prosedur analisa untuk mengetahui

perilaku keruntuhan bangunan terhadap gempa. Analisa statik non-linier juga

dikenal sebagai analisa pushover atau analisa beban dorong statik. Analisa pushover

dilakukan dengan memberikan suatu pola beban lateral statik pada struktur, yang

kemudian secara bertahap ditingkatkan dengan faktor pengali sampai satu target

16

perpindahan lateral dari suatu titik acuan tercapai. Biasanya titik tersebut adalah

titik pada struktur bagian atas.

Analisa pushover menghasilkan kurva kapasitas yang terlihat pada Gambar

2.6, kurva yang menggambarkan antara gaya geser dasar (V) terhadap perpindahan

titik acuan pada struktur bagian atas (D). Pada proses pushover struktur didorong

sampai mengalami leleh disatu atau lebih lokasi distruktur tersebut. Kurva kapasitas

akan memperlihatkan suatu kondisi linier sebelum mencapai kondisi leleh dan

selanjutnya berperilaku non-linier.

Kurva pushover dipengaruhi oleh pola distribusi gaya lateral yang

digunakan sebagai beban dorong. Tujuan analisa pushover adalah untuk

memperkirakan gaya maksimum dan deformasi yang terjadi serta untuk

memperoleh informasi bagian mana saja yang kritis. Selanjutnya dapat

diidentifikasi bagian-bagian yang memerlukan perhatian khusus untuk pendetailan

atau stabilitasnya.

Untuk mendapatkan nilai leleh pertama serta beban puncak dalam

menggunakan analisa dengan peraturan FEMA 356 dimana nilai beban leleh

pertama (Vy) dan beban maksimum (Vd) langsung ditentukan melalui penarikan

garis yang memotong kurva perpindahan hubungan antara gaya geser dasar (V)

terhadap perpindahan titik acuan pada struktur bagian atas (D).

Gambar 2.6 Definisi leleh pertama (Vy) dan leleh maksimum (Vd) (Sumber: FEMA 440, 2005)

17

Tahapan utama dalam analisa pushover adalah:

1. Menentukan titik kontrol untuk memonitor besarnya perpindahan struktur.

Rekaman besarnya perpindahan titik kontrol dan gaya geser dasar digunakan

untuk menyusun kurva pushover.

2. Membuat kurva pushover berdasarkan pola distribusi gaya lateral terutama yang

ekivalen dengan distribusi dari gaya inersia, sehingga diharapkan deformasi

yang terjadi hampir sama atau mendekati deformasi yang terjadi akibat gempa.

3. Estimasi besarnya perpindahan lateral saat gempa rencana (target perpindahan).

Titik kontrol didorong sampai taraf perpindahan tersebut, yang mencerminkan

perpindahan maksimum yang diakibatkan oleh intensitas gempa rencana yang

ditentukan.

4. Mengevaluasi level kinerja struktur ketika titik kontrol tepat berada pada target

perpindahan. Komponen struktur dan aksi perilakunya dapat dianggap

memuaskan jika memenuhi kriteria yang dari awal sudah ditetapkan, baik

terhadap persyaratan deformasi maupun kekuatan. Karena yang dievaluasi

adalah komponen maka jumlahnya relatif sangat banyak, oleh karena itu proses

ini sepenuhnya harus dikerjakan oleh computer (fasilitas pushover dan evaluasi

kinerja yang terdapat secara built-in pada program SAP 2000, mengacu pada

FEMA - 440).

2.11 Kurva Kapasitas

Kurva kapasitas hasil dari analisis statik beban dorong menunjukkan

hubungan antara gaya geser dasar (base shear) dan perpindahan atap akibat beban

lateral yang diberikan pada struktur dengan pola pembebanan tertentu sampai pada

kondisi ultimit atau target peralihan yang diharapkan (Gambar 2.7). Kurva

kapasitas akan memperlihatkan suatu kondisi linier sebelum mencapai kondisi leleh

dan selanjutnya berperilaku non-linier. Perubahan perilaku struktur dari linier

menjadi non-linier berupa penurunan kekakuan yang diindikasikan dengan

penurunan kemiringan kurva akibat terbentuknya sendi plastis pada balok dan

kolom. Sendi plastis akibat momen lentur terjadi pada struktur jika beban yang

bekerja melebihi kapasitas momen lentur yang ditinjau. Semakin banyak sendi

plastis yang terjadi berarti kinerja struktur semakin bagus karena semakin banyak

18

terjadi pemancaran energi melalui terbentuknya sendi plastis sebelum kapasitas

struktur terlampaui.

Gambar 2. 7 Kurva Kapasitas

(Dewobroto, 2005)

Kurva kapasitas dipengaruhi oleh pola distribusi gaya lateral yang

digunakan sebagai beban dorong. Pola pembebanan umumnya berupa respon

ragam-1 struktur (atau dapat juga berupa beban statik ekivalen) berdasarkan asumsi

bahwa ragam struktur yang dominan adalah ragam-1. Beban dorong statik lateral

diberikan pada pusat massa sampai dicapai target perpindahan. Tujuan lain analisa

pushover adalah untuk memperkirakan gaya maksimum dan deformasi yang terjadi,

serta untuk memperoleh informasi letak bagian struktur yang kritis. Selanjutnya

dapat diidentifikasi bagian-bagian yang memerlukan perhatian khusus untuk

pendetailan atau stabilitasnya (Dewobroto, 2005).

2.12 Batas Kinerja

Berdasarkan filosofi desain yang ada, tingkat kinerja struktur bangunan

akibat gempa rencana adalah Life Safety, yaitu walaupun struktur bangunan

mengalami tingkat kerusakan yang cukup parah namun keselamatan penghuni tetap

terjaga karena struktur bangunan tidak sampai runtuh. Pada Gambar 2.8, respon

linier dimulai dari titik A (unloaded component) dan kelelehan mulai terjadi pada

titik B. Respon dari titik B ke titik C merupakan respon elastis plastis. Titik C

merupakan titik yang menunjukkan puncak kekuatan komponen, dan nilai absisnya

yang merupakan deformasi menunjukkan dimulainya degradasi kekuatan struktur

(garis C-D). Pada titik D, respon komponen struktur secara substansial menghadapi

19

pengurangan kekuatan menuju titik E. Untuk deformasi yang lebih besar dari titik

E, kekuatan komponen struktur menjadi nol (FEMA 451, 2006).

Gambar 2. 8 Kurva Kriteria Keruntuhan (Sumber: FEMA 356, 2000)

Antara titik B dan C terdapat titik-titik yang merupakan level kinerja dari

struktur bangunan. Level kinerja bangunan berdasarkan ATC-40, (1996) dibedakan

menjadi:

1. Immediate Occupancy (IO)

Kondisi yang menjelaskan bahwa setelah terjadinya gempa, kerusakan

struktur sangat terbatas. Sistem penahan beban vertikal dan lateral bangunan

hamper sama dengan kondisi sebelum terjadinya gempa, dan resiko korban

jiwa akibat keruntuhan struktur dapat diabaikan.

2. Life Safety (LS)

Kondisi yang menjelaskan bahwa setelah terjadinya gempa, kerusakan yang

penting terhadap struktur terjadi. Komponen utama struktur tidak

terdislokasi dan runtuh, sehingga risiko korban jiwa terhadap kerusakan

struktur sangat rendah.

3. Structural Stability / Collapse Prevention (CP)

Pada tingkatan ini, kondisi struktur setelah terjadinya gempa sangat parah,

sehingga bangunan dapat mengalami keruntuhan struktur baik sebagian

maupun total. Meskipun struktur masih bersifat stabil, kemungkinan

terjadinya korban jiwa akibat kerusakan struktur besar. Dalam dokumen

FEMA 273, kondisi structural stability dikenal dengan istilah Collapse

Prevention (CP).

DEFORMATION

FO

RC

E