i

PERBANDINGAN PERILAKU ANTARA STRUKTUR

RANGKA PEMIKUL MOMEN (SRPM) DAN

STRUKTUR RANGKA BRESING KONSENTRIK

(SRBK) TIPE X-2 LANTAI

TUGAS AKHIR

Oleh :

I Gede Agus Krisnhawa Putra

NIM : 1104105075

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

ii

iii

iv

ABSTRAK

Penelitian tentang perilaku struktur rangka pemikul momen (SRPM) dan

struktur rangka bresing konsentrik tipe x-2 lantai, untuk selanjutnya disebut

SRBK dilakukan dengan memodel gedung 10 lantai pada SAP2000. Model SRPM

menggunakan sambungan balok-kolom kaku, sedangkan untuk SRBK dibedakan

antara sambungan kaku (SRBK-M) dan sambungan sendi (SRBK-S). Ketiga

model dianalisis agar memenuhi syarat kekakuan dan kekuatan (rasio tegangan)

yang sebanding untuk semua model. Dimensi akhir diperoleh melalui proses

iterasi atau coba-coba, kemudian dibandingkan kekakuan (simpangan), gaya-gaya

dalam (M, D, N) dan berat struktur. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa

ketiga model memiliki dimensi dan rasio tegangan yang berbeda-beda.

Berdasarkan simpangan maksimum arah x akibat beban gempa arah x, simpangan

model SRBK jauh lebih kecil dari model SRPM dengan rasio 39% dan 30% untuk

SRBK-S dan SRBK-M. Simpangan arah y akibat gempa arah y pada SRBK-S dan

SRBK-M masing-masing 81% dan 51% dari simpangan SRPM. Dari berat

struktur, model SRBK-S 5% lebih ringan dari SRPM, sedangkan SRBK-M 2%

lebih berat dari SRPM. Gaya-gaya dalam yang terjadi pada balok dan kolom

bervariasi tergantung dari posisinya terhadap bresing. Dengan demikian SRBK

dengan sambungan balok-kolom berupa sendi lebih efisien dari SRBK dengan

sambungan kaku, dengan kekakuan yang jauh lebih besar dari kekakuan SRPM.

Kata kunci: bresing, sambungan, rasio tegangan, simpangan, berat, dan gaya

gaya dalam.

v

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa karena atas

berkat rahmat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul

“Perbandingan Perilaku antara Struktur Rangka Pemikul Momen (SRPM) dan

Struktur Rangka Bresing Konsentrik (SRBK) Tipe X-2 Lantai”. Tersusunnya

Tugas Akhir ini tentunya tidak terlepas dari bantuan banyak pihak dalam

memberikan bimbingan, pengarahan, petunjuk, bantuan, informasi dan berbagai

bantuan lainnya.

Untuk itu melalui kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada

Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D, selaku Pembimbing I dan Bapak Ir. Ida

Bagus Dharma Giri, MT. selaku pembimbing II, kepada kedua orang tua yaitu I

Nyoman Nitar dan Ni Wayan Wetan atas dorongan semangat dan doa yang

diberikan, serta Ni Luh Putri Citrayani Sukma yang senantiasa menemani dan

memberikan semangat, teman-teman mahasiswa Teknik Sipil angkatan 2011, dan

semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu.

Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari

sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang

bermanfaat untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap

semoga Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kalangan ilmiah khususnya dan

masyarakat pembaca pada umumnya.

Denpasar, 13 Juni 2015

Penulis

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii

ABSTRAK ........................................................................................................... iv

UCAPAN TERIMA KASIH............................................................................... v

DAFTAR ISI ........................................................................................................ vi

DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………….viii

DAFTAR TABEL................................................................................................ ix

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... x

DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah..................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian .................................................................... 3

1.5 Ruang Lingkup/Batasan Masalah ............................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Struktur Rangka Pemikul Momen (SRPM) .............................. 4

2.2 Struktur Rangka Bresing (SRB) ............................................... 5

2.3 Pembebanan Struktur ................................................................ 8

2.4 Kombinasi Pembebanan ........................................................... 17

2.5 Tata Cara Perencanaan Menurut SNI 03-1729-2002 ............... 18

2.5.1 Perencanaan Komponen Lentur................................................ 18

2.5.2 Perencanaan Komponen Tekan ................................................ 23

2.5.3 Perencanaan Komponen Tarik.................................................. 25

2.5.4 Kombinasi Komponen Lentur dan Gaya Aksial ....................... 26

2.6 Simpangan Antar Lantai Tingkat ............................................. 27

2.7 Sambungan Struktur Baja ......................................................... 27

2.7.1 Alat Penyambung Konstruksi Baja........................................... 28

2.7.2 Klasifikasi Sambungan ............................................................. 32

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pemodelan Struktur .................................................................. 40

3.2 Data Struktur............................................................................. 41

3.3 Langkah-Langkah Penelitian .................................................... 43

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ....................................................................................... 45

4.2 Dimensi dan Rasio Tegangan ................................................... 45

4.3 Simpangan dan Berat Struktur .................................................. 62

4.3.1 Simpangan Struktur .................................................................. 62

4.3.2 Berat Struktur ........................................................................... 65

vii

4.3.3 Perbandingan Berat dan Simpangan Struktur ........................... 66

4.4 Gaya-Gaya Dalam .................................................................... 67

4.4.1 Momen ...................................................................................... 67

4.4.2 Gaya Geser ............................................................................... 71

4.4.3 Gaya Aksial .............................................................................. 74

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ............................................................................... 77

5.2 Saran ......................................................................................... 77

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 78

LAMPIRAN A PEMBEBANAN GEMPA........................................................ 79

LAMPIRAN B GAMBAR STRUKTUR DAN DIMENSI PROFIL BAJA ... 84

LAMPIRAN C RASIO TEGANGAN ............................................................... 95

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jenis-jenis konfigurasi SRBK ........................................................ 5

Gambar 2.2 Jenis-jenis konfigurasi SRBE ......................................................... 6

Gambar 2.3 Aliran gaya-gaya pada sistem rangka bresing ................................ 6

Gambar 2.4 Perilaku brace-frame ...................................................................... 7

Gambar 2.5 Perbandingan perilaku rangka bresing konsentrik ......................... 8

Gambar 2.6 Desain respon spektrum ................................................................. 15

Gambar 2.7 Beban gempa autoload pada SAP2000 .......................................... 15

Gambar 2.8 Nilai kc untuk kolom dengan ujung-ujung yang ideal .................... 24

Gambar 2.9 Nilai kc untuk komponen struktur tak bergoyang dan bergoyang .. 24

Gambar 2.10 Sambungan balok ke sayap kolom dengan las ............................... 33

Gambar 2.11 Jenis-jenis sambungan momen ....................................................... 34

Gambar 2.12 Sambungan balok ke sayap kolom dengan baut............................. 35

Gambar 2.13 Jenis-jenis sambungan sedni .......................................................... 36

Gambar 2.14 Sambungan bresing yang menggunakan sambungan sendi ........... 38

Gambar 2.15 Sambungan bresing yang terpasang ke kolom ............................... 38

Gambar 2.16 Sambungan bresing balok yang terpasang pada badan kolom ....... 39

Gambar 3.1 Denah struktur gedung dengan bresing .......................................... 40

Gambar 3.2 Model 3D struktur gedung dengan bresing .................................... 41

Gambar 3.3 Diagram alir penelitian ................................................................... 44

Gambar 4.1 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka 2-2 ............................. 46

Gambar 4.2 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka 4-4 ............................. 47

Gambar 4.3 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka B-B ............................ 48

Gambar 4.4 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka C-C ............................ 49

Gambar 4.5 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka 2-2 .......................... 50

Gambar 4.6 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka 4-4 .......................... 51

Gambar 4.7 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka B-B ......................... 52

Gambar 4.8 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka C-C ......................... 54

Gambar 4.9 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka 2-2 ......................... 55

Gambar 4.10 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka 4-4 ......................... 56

Gambar 4.11 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka B-B ....................... 57

Gambar 4.12 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka C-C ....................... 59

Gambar 4.13 Grafik simpangan rangka 2-2, rangka 4-4 akibat gempa x ............ 63

Gambar 4.14 Grafik simpangan rangka B-B, rangka C-C akibat gempa y.......... 65

Gambar 4.15 Perbandingan rasio simpangan dan berat masing-masing model... 66

Gambar 4.16 Momen pada balok model SRBK-S kombinasi D+L+Ex .............. 70

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Rasio tegangan model struktur ........................................................... 60

Tabel 4.2 Rasio tegangan rata-rata model struktur ............................................ 61

Tabel 4.3 Simpangan per-lantai rangka 2-2 akibat gempa arah x ...................... 62

Tabel 4.4 Simpangan per-lantai rangka 4-4 akibat gempa arah x ...................... 62

Tabel 4.5 Simpangan per-lantai rangka B-B akibat gempa arah y .................... 64

Tabel 4.6 Simpangan per-lantai rangka C-C akibat gempa arah y .................... 64

Tabel 4.7 Berat total masing-masing model struktur ......................................... 65

Tabel 4.8 Momen balok-kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+Ex ........ 67

Tabel 4.9 Gaya geser balok-kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+Ex ... 71

Tabel 4.10 Gaya aksial kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+Ex ............ 75

x

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Lampiran Pembebanan Gempa ................................................. 79

LAMPIRAN B Lampiran Gambar Struktur dan Dimensi Profil Baja ............... 84

LAMPIRAN C Lampiran Rasio Tegangan ......................................................... 95

xi

DAFTAR NOTASI

Ag : Luas penampang kotor

bf : Lebar pelat sayap, mm

Cd : Deflection amplification

Cm : faktor massa efektif yang diambil dari tabel 3.1 dari FEMA 356

Cs : Koefisien respons seismik yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012

pasal 7.8.1.1

Cvx : Faktor distribusi vertikal

C0 : Koefisien faktor bentuk, untuk merubah perpindahan spectral menjadi

perpindahan atap, umumnya memakai faktor partisipasi ragam yang

pertama (first mode participation factor)

C1 :Faktor modifikasi yang menghubungkan perpindahan inelastic maksimum

dengan perpindahan yang dihitung dari respon elastik linier

C2 : koefisien untuk memperhitungkan efek “pinching” dari hubungan beban

deformasi akibat degradasi kekakuan dan kekuatan, berdasarkan tabel 3-3

dari FEMA 356

C3 : Koefisien untuk memperhitungkan pembesaran lateral akibat adanya efek

P delta

d : Tinggi penampang baja

E : Modulus elastisitas

Eh : Pengaruh dari komponen horizontal gaya gempa

Fx : Gaya gempa lateral

fu : Tegangan putus baja

fy : Tegangan leleh baja, MPa

fcr : Tegangan kritis, MPa

G : Modulus geser

g : Percepatan gravitasi 9,81 m/det2

hn : Ketinggian struktur diatas dasar sampai tingkat tertinggi struktur

Ie : Faktor keutamaan hunian yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012

pasal 4.1.2

M : Momen

xii

Mp : Momen plastis

Mnx : Momen nominal arah sumbu x

Mny : Momen nominal arah sumbu y

Mux : Momen ultimit arah sumbu x

Muy : Momen ultimit arah sumbu y

M2 : Momen arah sumbu 2

M3 : Momen arah sumbu 3

Nn : Gaya aksial nominal

Nu : Gaya aksial ultimit

P : Gaya aksial

R : Rasio “kuat elastik perlu” terhadap “koefisien kuat leleh terhitung”

R : Faktor reduksi gempa struktur gedung

Ry : Faktor modifikasi tegangan leleh

Sa : Akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar

alami efektif pada arah yang ditinjau

SDS : Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang perioda

pendek seperti ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 6.3 atau 6.9

SD1 : Parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda sebesar 1,0

detik, seperti ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 6.10.4

S1 : Parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan yang

ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012 pasal 6.10.4

T : Perioda struktur dasar (detik) yang ditentukan pada SNI 1726-2012

pasal 7.8.2

Ta : Periode fundamental pendekatan

Te : Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastik

Ts : Waktu getar karakteristik yang diperoleh dari kurva respons spectrum

pada titik dimana terdapat transisi bagian akselerasi konstan ke bagian

kecepatan konstan

tw : Tebal pelat badan, mm

tbf : Tebal pelat sayap, mm

V : Gaya geser dasar

Vn : Kuat geser nominal link

xiii

Vp : Gaya geser penampang plastis

VT : Gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil analisis ragam

spektrum respons yang telah dilakukan

V1 : Gaya geser dasar nominal sebagai respon dinamik ragam yang pertama

W : Total beban mati dan beban hidup yang dapat tereduksi

Zx : Modulus plastis penampang

α : Rasio kekakuan pasca leleh terhadap kekakuan elastic efektif, di mana

gaya pepindahan diidealisasikan sebagai kurva bilinier

δ : Perpindahan (simpangan)

δt : Target perpindahan

θ : Sudut rotasi

∅𝑏 : Faktor reduksi kekuatan untuk komponen struktur lentur

∅𝑐 : Faktor reduksi kekuatan untuk komponen struktur tekan

Ω0 : Faktor kuat cadangan struktur

𝜌 : Massa jenis baja

v : Rasio poisson

𝜉 : Faktor pengali simpangan nominal