Porgram Sarjana Lintas JalurFakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya2016

MODIFIKASI PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNGMARVELL CITY HIGH SCHOOL MENGGUNAKAN BAJA

SISTEM BUCKLING RESTRAINED BRACED FRAMES (BRBF)

Oleh:Agung Hadi Suprapto

3114105059

Dosen Pembimbing I:Budi Suswanto, ST., MT., Ph.D197301281998021002

Tugas Akhir

Dosen Pembimbing II:Data Iranata, ST., MT., Ph.D198004302005011002

OUTLINE

PENDAHULUANTINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGIHASIL

KESIMPULANDAFTAR PUSTAKA

PENDAHULUAN1. Latar Belakang

Struktur baja merupakan salah satu solusi dalam suatuperencanaan struktur bangunan tahan gempa

Banyak gedung di Indonesia direncanakanmenggunakan baja sistem Momen

ResistingFrames (MRF)

Baja sistem Buckling Restrained Braced Frames(BRBF) memiliki perilaku histeristik yang daktail,

stabil dan berulang-ulang

Bagaimana merencanakan gedung baja dengan sistemBuckling Restrained Braced Framed (BRBF)

current state

ideal state

close the GAP

PENDAHULUAN

2. Rumusan Masalah

1. Masalah UtamaBagaimana merencanakan struktur baja gedung Marvell City High Schooldengan sistem BRBF beserta pondasinya sesuai dengan peraturan yang berlaku.

2. Detail Permasalahan• Bagaimana merencanakan struktur sekunder yang meliputi pelat, balok anak dan

tangga ?• Bagaimana merencanakan struktur primer yang meliputi balok induk, kolom,

dan bressing ?• Bagaimana merencanakan struktur bawah yang meliputi pondasi dan balok

sloof• Bagaimana menuangkan hasil bentuk desain dan analisa ke dalam bentuk

gambar teknik ?

PENDAHULUAN3. Tujuan Penulisan

1. Tujuan UtamaMendapatkan hasil perencanaan struktur baja gedung Marvell City High Schooldengan sistem BRBF beserta pondasinya sesuai dengan peraturan yang berlaku..

2. Detail Tujuan• Mendapatkan dimensi struktur sekunder yang meliputi pelat, balok anak dan

tangga .• Mendapatkan dimensi struktur primer yang meliputi balok induk, kolom, dan

bressing .• Mendapatkan dimensi struktur bawah yang meliputi pondasi dan balok sloof• Dapat menuangkan hasil bentuk desain dan analisa ke dalam bentuk gambar

teknik.

PENDAHULUAN

4. Batasan Masalah.1. Konfigurasi BRB yang dipakai pada portal adalah berupa kofigurasi

Inverted V- braced dengan penampang Persegi.2. Perencanaan gedung ini dimaksudkan sebagai bahan studi sehingga tidak

mempertimbangkan aspek ekonomi3. Desain struktur berdasarkan pada SNI 1729:20154. Pembebanan dihitung berdasarkan PPIUG 19835. Pembebanan dihitung berdasarkan SNI 1727:20136. Perhitungan beban gempa berdasarkan SNI 1726:20127. Tidak membahas detail metode pelaksanaan.

PENDAHULUANTINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGIHASIL

KESIMPULANDAFTAR PUSTAKA

OUTLINE

PRINSIP BRBF

TINJAUAN PUSTAKA

• Pengembangan sistem rangka pengaku konsentrik (CBF).

• balok, kolom, dan bresing diatur untuk mebentuk rangka batang,aksi dari rangka batang berfungsi untuk menahan beban lateralakibat gempa.

• Jenis bresing khusus: Buckling-Restrained Braces (BRBs). BRBSmenghasilkan Tarik dan tekan yang hamper sama - no buckling !!

• Mengembangkan keuletan daktilitas melalui aksi inelastik(tekanan siklik dan Tarik leleh) di BRBs.

• Sistem yang menggabungkan kekakuan tinggi dengan daktilitastinggi

TINJAUAN PUSTAKA

Casing

Steel Core

Buckling-Restrained Brace:Steel Core+Casing

TINJAUAN PUSTAKA

Buckling-Restrained Brace:Steel Core+Casing

AA

Section A-A

Steel Core

Debonding material

Casing

Steel jacketMortar

TINJAUAN PUSTAKA

Tension Brace: Yields Compression Brace: Yields

Contoh Gedung Dengan Sistem BRBF

PENDAHULUANTINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGIHASIL

KESIMPULANDAFTAR PUSTAKA

OUTLINE

METODOLOGI Bagan Alir

Mulai

Studi Literatur

Variable design

Preliminary Design

Pemodelan Struktur

Pembebanan

Analisis Struktur

A

NOT OK

OK

Kontrol Desain

A

Gambar Teknik

Selesai

OK

Perencanaan Sambungan

Perencanaan StrukturBawah

METODOLOGI

• Studi literatur1. SNI 1729:2015 (SNI Baja)2. PPIUG 1987 (Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk

Rumah dan Gedung)3. SNI 1726:2012 (SNI Gempa)4. SNI 2847:2013 (SNI Beton)

• Variabel Design

Sistem struktur menggunakan sistem BUCKLINGRESTRAINED BRACED FRAMES (BRBF) yang dipasangsesuai dengan letak yang direncanakan.

METODOLOGIPreliminary Design• Nama : Gedung Marvell City High School• Lokasi : Kota Surabaya• Fungsi : Sekolah• Struktur Atas : Baja• Sistem Struktur : BRBF• Struktur Bawah : Tiang Pancang• Jumlah Lantai : 13 Lantai

Data Material• Profil Kolom : Profil HSS (BJ 41)

fy = 250 Mpafu = 410 Mpa

• Profil Balok : Profil WF (BJ 41)fy = 250 Mpafu = 410 Mpa

• Profil Bracing : Profil WF (BJ 41)fy = 250 Mpafu = 410 Mpa

METODOLOGI

• Permodelan StrukturPermodelan portal baja menggunakanBresing Inverted – V

BRBF

BRBF

BRBFBRBF

O-1 O-2 O-3 O-4 O-5 O-6

O-F

O-E

O-D

O-C

O-B

O-A

KC

BA

BI

BA BA BA BABA BA

KC KC KC

KC KC KC KC KC KC

KC KC KC KC KC KC

KC KC KC KC KC KC

KC KC KC KC KC KC

KC KC KC KC

BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA

BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA

BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA BA

BABA BA BA BA BABA BABA

BI BI

BI BI BI BI BI

BI BI BI BI BI

BI BI BI BI BI

BI BI BI BI BI

BI BI BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

BI

O-1O-2O-15O-17 O-2O-2

Denah ModifikasiPotongan Melintang

PENDAHULUANTINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGIHASIL

KESIMPULANDAFTAR PUSTAKA

OUTLINE

Pelat lantai atap dan lantai sekolah direncanakanmenggunakan bondek dari PT. Super Steel Indah dengantebal 0,75 mm.

Pelat Lantai

Pelat Atap

Pelat Lantai

Balok Anak

Puqu

L

Balok Anak Atap:WF 400 x 200 x 8 x 13

Balok Anak Sekolah:WF 400 x 200 x 8 x 13

0,59u

n

M

M

0,87u

n

M

M

KC KC

BA

BA

BA

BI

BI

BI

BI

Balok Penggangtung Lift

Lift 3 car

Balok Penggantung Lift MenggunakanWF 400 x 200 x 8 x 13

• Tipe lift : Passenger Elevators• Merek : HYUNDAI• Dimensi ruang mesin (3 Car) : 8300 x 2280

mm2

• Beban reaksi ruang mesin :R1 = 8500 kgR2 = 6800 kg

Permodelan Pembebanan

RA RB

X1=(L-X2) X2

L

PU

Data Teknis Perencanaan Tangga Mutu baja = BJ-41 Tinggi antar lantai = 360 cm Tinggi bordes = 360 cm Panjang tangga = 815 cm Lebar tangga = 180 cm Lebar bordes = 100 cm Lebar injakan (i) = 27 cm Sudut kemiringa tangga = 33,69O

Tangga adalah sebuah konstruksiyang dirancang untuk menghubungidua tingkat vertikal yang memilikijarak satu sama lain.

Tangga

FFL +11.720

Permodelan Struktur

Kombinasi respons untuk gaya geser dasar ragam dinamik (Vt) harus lebihbesar 85% dari gaya geser dasar statik (V) atau (Vdinamik ≥ 0,85 Vstatik).

Ket Vdinamik (kg) Vstatik (kg) Vdinamik ≥ Vstatik

RSX 363353.62331848.68

OKRSY 379738 OK

A. Kontrol Nilai Akhir Respon Spektrum

Partisipasi massa harus menyertakan jumlah ragam terkombinasi minimal90% dari massa aktual yang berasal dari masing-masing arah horizontalorthogonal yang ditinjau.

B. Kontrol Partisipasi Massa

OutputCase Steptype StepNum SumUX Sum UY

Text Text Unitless Unitless UnitlessModal Mode 10 0.935 0.847

Modal Mode 25 0.935 0.942

Permodelan Struktur

Perkiraan periode alami fundamental (Ta) dalam detik, dan ditentukandengan persamaan: Ta = Ct. hnx

Ta = 0.0731 44.7 0.75 = 1.264 detikSehingga periode sruktur yang diijinkan adalah :T = Ta. Cu = 1.4 1.264 = 1.769 detik

C. Kontrol Waktu Getar Alami Fundamental

TABLE: Modal Periods And Frequencies

OutputCase StepType StepNum Period Frequency

Text Text Unitless Sec Cyc/sec

MODAL Mode 1 1.720339 0.58128

MODAL Mode 2 0.703084 1.4223

MODAL Mode 3 0.425769 2.3487

MODAL Mode 4 0.284027 3.5208

MODAL Mode 5 0.225056 4.4433

Tabel ini sengaja dikosongkan

MODAL Mode 240.0853

7111.714

MODAL Mode 250.0852

3511.732

Dari tabel Tc = 1,7203 s,maka berdasarkan kontrolwaktu getar alamifundamental, nilai T masihlebih kecil dari Cu.T. Jadianalisis memenuhi syarat.

D. Kontrol Simpangan (Drift)

Kontrol Simpangan Arah-X Kontrol Simpangan Arah-Y

Permodelan Struktur

Gempa Arah X

Ket.Lantai Tinggi Lantai Simpangan Arah X

D dei di Dam mm mm mm mm

A B C D E F G

13 44.7 42.99 2.53 8.433333 36 OK12 41.1 40.46 3.35 11.16667 36 OK11 37.5 37.11 4.03 13.43333 36 OK10 33.9 33.08 4.47 14.9 36 OK9 30.3 28.61 4.59 15.3 36 OK8 26.7 24.02 4.8 16 36 OK7 23.1 19.22 4.86 16.2 36 OK6 19.5 14.36 4.51 15.03333 36 OK5 15.9 9.85 3.95 13.16667 36 OK4 12.3 5.9 3.53 11.76667 36 OK3 8.7 2.37 2.37 7.9 36 OK2 5.1 0 0 0 36 OK1 0 0 0 0 36 OK

Gempa Arah Y

Ket.Lantai Tinggi Lantai Simpangan Arah X

D dei di Dam mm mm mm mm

A B C D E F G13 44.7 30.4 3.05 10.16667 36 OK12 41.1 27.35 2.57 8.566667 36 OK11 37.5 24.78 1.9 6.333333 36 OK10 33.9 22.88 1.69 5.633333 36 OK9 30.3 21.19 1.98 6.6 36 OK8 26.7 19.21 2.61 8.7 36 OK7 23.1 16.6 3.33 11.1 36 OK6 19.5 13.27 3.67 12.23333 36 OK5 15.9 9.6 3.6 12 36 OK4 12.3 6 3.5 11.66667 36 OK3 8.7 2.5 2.5 8.333333 36 OK2 5.1 0 0 0 36 OK1 0 0 0 0 36 OK

Hasil Struktur PrimerElemen Balok WF 700.300.13.24Mu = 44697.51 kgmVu = 29301.62 kgf = 0.356 cm

3006.25

2 2 24f

f

b

t x

52 100.38 0.38 10.75

250py

E

f

6.25 10.96p

59645.85

13w

w

h

t

52 103.76 3.76 106.35

250py

E

f

45.85 106.35p

•Kontrol penampang profil terhadap gaya lentur•Kontrol penampang terhadap tekuk lokalPelat sayap

penampang sayap kompak

penampang badan kompak

Pelat badan

Karena penampang kompak, maka Mn = Mp

Mp = fy . Zx = 2500 6249 = 15622500 kgcm= 156225 kgm

Cek kemampuan penampangØb . Mn ≥ Mu

Øb . Mn = 0.9 156225= 140602.5 kgm > 44697.51 kgm ... OK !

Kontrol penampang terhadap tekuk lateralPanjang tak terkekang adalah jarak antar separator beam

sesuai tabel perencanaan bondex sehingga Lb = 280 cm.62 10

1.76 1.76 7.08 352.45 cm2500p y

y

EL i

f

280 cm 352.45 cmb rL L bentang pendek

Karena bentang pendek, maka Mn = Mp

Mp = fy . Zx = 2500 6249 = 15622500 kgcm= 156225 kgm

Cek kemampuan penampang

Øb . Mn ≥ Mu

Øb . Mn = 0.9 156225= 140602.5 kgm > 44697.51 kgm ... OK!

• Kontrol penampang profil terhadap gaya geser596

45.8513

w

w

h

t

62 101.10 1.10 5 69.57

2500vy

Ek

f

1.10 45.85 69.57wv

w y

h Ek

t f 00.1vC

0.6 0.6 2500 70 1.3 1.00 136500 kgn y w vV f A C

karena maka ; sehingga

Ø Vn ≥ VuØ Vn = 0.9 136500

= 122858 kg > 29301.62 kg ... OK !

• Kontrol lendutan

8402.33 cm > 0.356 ...OK!

360 360ijin

Lf

Elemen Balok Jenis ProfilKontrol

MomenΦMn >Mu

Lendutan

f ijin f max

Lantai 1-4WF 700.300.14.24 0,376 OK 0,27 2,26

WF 500.200.10.16 0,504 OK 0,35 1,75

Lantai 5-8WF 600.200.11.17 0,376 OK 0,56 2,21

WF 400.200.8.13 0,582 OK 0,59 1,75

Lantai 9-13WF 500.200.10.16 0,671 OK 0,83 2,21

WF 400.200.8.13 0,649 OK 0,59 1,75

Hasil Struktur Primer

Hasil Struktur Primer

Elemen Bressing

Panjang pengaku (L) = 5.5137 m. pengaku direncanakanmenggunakan BRB dengan Luas steel core 42.75 cm2

Pu max = 98907.1 kg

a. Kontrol Tekan

Kontrol Rasio Tebal terhadap lebar elemen tekan

15010

15f

f

b

t

52 100.45 0.45 12.73

250py

E

f

13.75 12.73p penampang non-langsing

Kontrol Kelangsingan

max

1 551.37174.48

3.16y

KL x

i

52 104.71 0.45 133.42

250py

E

f

4.71y y

KL E

i f 0.877cr eF F

2 2 62

2 2

2 10648.39 kg/cm

174.48e

E xF

KL

r

0.877 0.877 648.39 568.63cr eF F x

42.75 568.39 24309.28 kgn g crP A F x

Ø . Pn ≥ Pu

Ø . Pn = 0.9 24309.28= 21878.35 kg

Kekuatan RencanaØ . Pysc = 0.95 fysc Asc

= 0.95 x 2500 x 42.75Pmax = 101531.25 kg

b. Kontrol Tarik

Kondisi Leleh

0.9 42.75 2500 96187.5 kgn g yP A F x x

Kondisi Putus0.75 0.75 42.75 4100 98592.19 kgn e uP A F x x x

Tmax = 98592.19 kg

c. Perhitungan β dan ω

max

max

101531.25

98592.19 1.03

P

T

max

98592.19

2500 42.75 0.92

ysc sc

T

f A

x

d. Penyesuaian Kapasitas Kekuatan Tarik dan Tekan

0.92 1.5 42.75 2500

147487.5 kg

u Tarik y yscP R P

x x x

1.03 0.92 1.5 42.75 2500

151912.13 kg

u Tekan y yscP R P

x x x x

Struktur Primer

Sambungan Bresing & Kolom

Sambungan Bresing & Balok

Potongan A-A

HasilStruktur Primer

Kolom

Nu = 741145.44 kgMu = -1183.32 kg.m

Mu = 2573.37 kg.m

Beban Gravitasi

X

Nu = 741145.44 kgMu = 368.7 kg.m

Mu = 801.81 kg.m

Beban Gravitasi

Y

Mu = 18065.81 kg.m

Beban Lateral

X

Mu = 16214.49 kg.m

Beban Lateral

Y

781159.030.31 0.2

0.90 2482606.08r r

c c n

P P

P P x

0.19

8

cy

ry

cx

rx

c

r

M

M

M

M

P

P

781159.03 8 41043.7 450.317

0.90 2482

0815.4

331965 33196606.08 9 5x

Pada perencanaan ini ditunjukkan contoh perhitungan kolom lantai 1. Direncanakan komposit CFT denganprofil HSS 800 800 16 dan panjang kolom 510 cm

ElemenKolom

Jenis ProfilKontrol

Interaiksi < 1

Lantai 1-4 HSS 800.800.16 0,32 OK

Lantai 5-8 HSS 700.700.16 0,24 OK

Lantai 9-13 HSS 600.600.16 0,33 OK

Struktur PrimerBase Plate

max 0.85 '

= 0.65 0.85 30

= 16.58 MPa

p c cf f

x x

max 16.58 950 15751 N/mmq x

max

741145

2 2

950 =

2 2 15751 = 239.73 m

4.

m

4

ukritis

PNe

q

x

= = 54.59403

mm9162

<00

741145239.73

4.m

4mu

kritisu

Me e

P

Direncanakan diameter baut = 22 mmDirencanakan Dimensi Baseplate 95x95 cm (A2=9025 cm2),

Dipakai baut angkur A307 Ø22 mm (fu = 60ksi = 4219,8kg/cm2)•Kuat rencana geser dan tumpu (1 bidang geser)

f1. . . .b

f u br f A m. Vn = Vd =

= 0,75 . 0,4 . 4219,8 . (¼. π. 2.2 2). 1= 4812.25 kg (menentukan)

f 2,4. . . .f b p ud t f. Rn = Rd =

= 2,4 . 0,75 . 2.5 . 3 . 4100= 48708 kg

.uy

f n

V

V11441.96

4812.25

•Jumlah baut angkur yang dibutuhkan (diambil jumlah yangterbesar antara gaya geser Vux dan Vuy

N = = = 2,38

SambunganSambungan pada struktur sekunder dianalisa sebagai sambungan sendi

Sambungan B.Induk & B.Anak

Sambungan B.Ut.Tangga &B. Pen.Tangga

Sambungan pada struktur primer dianalisa sebagai sambungankaku

Sambungan Kolom - Balok Sambungan Kolom Beda Dimensi

Sambungan

Struktur Bawah

Denah Pondasi

Potongan A-A

Produksi menggunakan tiang pancang bulatberongga dari produk PT.WIKA BETON denganspesikasi:• Klasifikasi : A1• Diameter tiang : 300 mm• Tebal tiang : 75 mm

Struktur Bawah

Balok Sloof

Hasil perhitungan kolom pedestal adalahsebagai berikut:b = 1200 mmh = 1200 mmMutu bahan :f’c = 30 Mpafy = 400 Mpa

Kolom Pedestal

Hasil perhitungan kolom pedestal adalahsebagai berikut:b = 400 mmh = 600 mmMutu bahan :f’c = 30 Mpafy = 400 Mpa

PENDAHULUANTINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGIHASIL

KESIMPULANDAFTAR PUSTAKA

OUTLINE

Kesimpulan1. Elemen-elemen struktur penampang ekonomis yang dipakai dalam struktur.

1.1 Dari hasil perhitungan struktur sekunder didapatkan :a. Plat lantai menggunakan bondek PT. Super Steel Indah t = 0.75 mm, dengan tebal plat beton :- Lantai atap t = 90 mm- Lantai Sekolah t = 90 mmb. Balok anak- Lantai atap WF 400 200 8 13- Lantai Sekolah WF 400 200 8 13c. Balok tangga :- Utama WF 300 150 6.5 9d. Balok lift- Penumpu WF 400 200 8 13

1.2 Dari hasil perhitungan struktur primer didapatkan :a. Balok induk :- Lantai 1-4 WF 700 300 13 24- Lantai 5-8 WF 600 200 11 17- Lantai 9-13 WF 500 200 10 16b. Kolom condotel :- Lantai 1-4 Komposit HSS 800 800 16- Lantai 5-8 HSS 700 700 16- Lantai 9-13 HSS 600 600 16c. Bracing :- Memanjang HSS 200 200 10

STEEL CORE 150.15- Melintang HSS 200 200 10

STEEL CORE 175.15

2. Dengan didapatkan penampang ekonomis yang sudah dipaparkan diatas dapatdisimpulkan bahwa kapasitas penampang mampu menahan beban-beban yangdirencanakan.

3. Banguan gedung tinggi yang direncanakan sebagai bangunan tahan gempa harusdikontrol terhadap : Kontrol berat bangunan hasil manual dengan SAP2000 Kontrol partisipasi massa. Kontrol periode getar struktur. Kontrol nilai akhir respon spektrum. Kontrol batas simpangan (drift)Dari hasil pembahasan disimpulkan bahwa kontrol diatas memenuhi.

4. Pondasi struktur menggunakan tiang pancang PT. Wika Beton dengan dimensi diameter30cm dengan kedalaman 30 m berdasarkan hasil penyelidikan tanah SPT (Standard

Penetration Test).

Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

AISC. 2010. “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”.Chicago: American Institute Of Steel Construction.

Badan Standardisasi Nasional. 2012. ”Tata Cara PerencanaanKetahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI-1726-2012)”. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.

Badan Standardisasi Nasional. 2002. ”Tata Cara PerencanaanStruktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI-1729-2002)”. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.

BRUNEAU, M., ET AL. 1985. Design Ductile of Steel Structure,New York, Mc-Graw-Hill.

Departemen Pekerjaan Umum. 1987. Peraturan PembebananIndonesia Untuk Gedung (PPIUG 1987). Bandung :Direktorat Jenderal Cipta Karya.

FeiXu, Ju Chen, Wei-liang Jin, 2014. “ ExperimentalInvestigation of Thin-Walled Concrete-Filled Steel TubeColumns With Reinforced lattic Angle”. China:Departement of Civil Engineering Zhejiang University.

SAIF HUSSAIN, S. E., PAUL VAN BENSCHOTEN, S. E.,MOHAMED AL SATARI, P. D. & SILIAN LIN, P.D. 2005. Buckling Restrained Braced Frame(BRBF) Structures: Analysis, Design and Approvals.Coffman Engineers, Inc..

TERIMA KASIH