PERBANDINGAN PERILAKU DAN KINERJA

STRUKTUR RANGKA BAJA DENGAN

SISTEM BREISING KONSENTRIK TIPE-X DAN

SISTEM BREISING EKSENTRIK V-TERBALIK

COVER

TUGAS AKHIR

Oleh :

I Dewa Gede Amertha Semadi

1204105003

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2016

i

HALAMAN PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya :

Nama : I Dewa Gede Amertha Semadi

NIM : 1204105003

Judul TA : Perbandingan Perilaku dan Kinerja Struktur Rangka Baja dengan

Sistem Breising Konsentrik Tipe-X dan Sistem Breising Eksentrik

V-Terbalik.

Dengan ini saya nyatakan bahwa dalam Laporan Tugas Akhir/Skripsi saya

ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan

di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat

karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali

secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan daalam daftar pustaka.

Denpasar, 07 April 2016

ii

HALAMAN PENGESAHAN

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

Tugas akhir ini telah diujikan dan dinyatakan lulus, sudah direvisi serta telah

mendapat persetujuan pembimbing sebagai salah satu persyaratan untuk

menyelesaikan Program S-1 pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik

Universitas Udayana.

Judul Tugas Akhir : Perbandingan Perilaku dan Kinerja Struktur

Rangka Baja dengan Sistem Breising Konsentrik

Tipe-X dan Sistem Breising Eksentrik

V-Terbalik.

Nama : I Dewa Gede Amertha Semadi

NIM : 1204105003

Jurusan : Teknik Sipil

Diuji Tanggal : 15 April 2016

Bukit Jimbaran, 26 April 2016

Menyetujui:

iii

ABSTRAK

Pada penelitian ini dilakukan perbandingan perilaku struktur baja yang

terdiri atas simpangan, kekuatan, kekakuan, dan daktilitas, serta kinerja struktur

baja dengan breising konsentrik tipe-X dan breising eksentrik V-terbalik. Struktur

yang dianalisis diasumsikan sebagai gedung perkantoran 7 lantai yang terletak di

tanah lunak (SE). Model struktur yang dianalisis terdiri atas struktur baja dengan

sistem rangka pemikul momen (SRPM) sebagai model acuan dan pembanding serta

struktur baja dengan sistem rangka breising konsentrik tipe-X (SRBK), dan sistem

rangka breising eksentrik V-terbalik (SRBE).

Analisis dilakukan dengan menggunakan bantuan software ETABS 2015.

Analisis tahap awal dilakukan terhadap model SRPM untuk memperoleh dimensi

elemen struktur yang memenuhi kriteria kekuatan elemen struktur dengan nilai

stress ratio kurang dari 0,95. Dimensi yang sama digunakan pada model SRBK dan

SRBE sehingga dapat diketahui perilaku dan kinerja masing-masing model struktur

berdasarkan hasil analisis linear dan analisis statik nonlinear pushover.

Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa dengan dimensi elemen

struktur yang sama, model SRBK memiliki simpangan yang lebih besar hingga

32% dibandingkan dengan model SRBE. Kekuatan model SRBK lebih besar 23%

dibandingkan model SRBE. Model SRBK memiliki kekakuan 10% lebih besar

dibandingkan dengan model SRBE. Model SRBK memiliki nilai daktilitas 26%

lebih kecil dibandingkan dengan model SRBE. Hasil analisis menunjukkan bahwa

model SRBK dan SRBE berada pada level kinerja yang sama yaitu Life Safety (LS).

Kata kunci : Struktur rangka baja, Breising konsentrik, Breising eksentrik,

Pushover, Perilaku, Kinerja.

iv

UCAPAN TERIMAKASIH

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena

berkat rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan

judul “Perbandingan Perilaku dan Kinerja Struktur Rangka Baja dengan Sistem

Breising Konsentrik Tipe-X dan Sistem Breising Eksentrik V-terbalik” tepat pada

waktunya.

Pada tahap penyusunan tugas akhir ini, penulis mendapat bimbingan,

arahan, dukungan serta berbagai informasi yang berkaitan dengan tugas akhir ini

dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada

Bapak I Gede Adi Susila, ST., MSc., Ph.D. dan Ibu Ir. Ida Ayu Made Budiwati,

MSc., Ph.D. selaku pembimbing tugas akhir yang telah memberikan pengetahuan,

bimbingan, dan dorongan kepada penulis. Terima kasih juga penulis ucapkan

kepada keluarga yang senantiasa memberikan nasihat dan motivasi. Tidak lupa

penulis juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman di Jurusan Teknik

Sipil, Universitas Udayana, khususnya teman-teman Imagineer yang telah

memberikan banyak bantuan selama masa perkuliahan berlangsung.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak

kekurangan, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari para

pembaca sebagai bahan penyempurnaan dalam penyusunan tugas akhir ini. Akhir

kata, semoga tugas akhir ini dapat memberikan informasi dan inspirasi bagi para

pembaca sehingga dapat bermanfaat bagi para pembaca pada bidang Teknik Sipil.

Bukit Jimbaran, 10 April 2016

Penulis

v

DAFTAR ISI

HALAMAN PERNYATAAN............................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. ii ABSTRAK .......................................................................................................... ii

UCAPAN TERIMAKASIH ................................................................................ iv DAFTAR ISI ....................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................... x

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ........................................................... xii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang....................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 3

1.3 Tujuan ................................................................................................... 3 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................. 3

1.5 Batasan Penelitian .................................................................................. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 5

2.1 Umum ................................................................................................... 5 2.2 Sistem Rangka Breising Konsentrik (SRBK) ......................................... 5

2.3 Sistem Rangka Breising Eksentrik (SRBE) ............................................ 6 2.3.1 Elemen Link.................................................................................... 8

2.3.2 Kekuatan Geser dan Batasan Panjang Link ...................................... 9 2.3.3 Sudut Rotasi Link.......................................................................... 11

2.4 Sistem Sambungan............................................................................... 12 2.5 Pelat Komposit .................................................................................... 14

2.6 Analisis Modal..................................................................................... 14 2.7 Pembebanan......................................................................................... 15

2.7.1 Beban Mati ................................................................................... 15

2.7.2 Beban Hidup ................................................................................. 15 2.7.3 Beban Gempa ............................................................................... 16

2.8 Kombinasi Pembebanan ....................................................................... 19 2.9 Batasan Simpangan Antar Lantai Tingkat ............................................ 20

2.10 Perilaku Struktur Terhadap Beban Gempa ........................................ 21 2.10.1 Daktilitas Struktur......................................................................... 22

2.11 Kinerja Struktur................................................................................ 23 2.12 Analisis Statik Nonlinear Pushover .................................................. 26

2.12.1 Mekanisme Sendi Plastis .............................................................. 28 2.12.2 Idealisasi Kurva Pushover ............................................................. 29

2.13 Target Perpindahan .......................................................................... 30 2.13.1 Prosedur Statik Nonlinear (ASCE 41-13 NSP) .............................. 30

2.13.2 Metode Spektrum Kapasitas (FEMA 440 EL) ............................... 32 2.14 Penelitian Terkait Dengan Penggunaan Breising Pada Struktur Baja 35

2.14.1 Kotabagi et al. (2015) ................................................................... 35 2.14.2 Kalibhat et al. (2014) .................................................................... 36

2.14.3 Tafheem and Khusru (2013) ......................................................... 38 2.14.4 Sudarsana, dkk. (2015) ................................................................. 40

2.14.5 Pradhana (2014)............................................................................ 41 2.14.6 Tama (2013) ................................................................................. 43

vi

BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 45

3.1 Kerangka Penelitian ............................................................................. 45 3.2 Data Struktur ....................................................................................... 47

3.2.1 Geometri Struktur ......................................................................... 47 3.2.2 Data Material ................................................................................ 50

3.3 Pembebanan Struktur ........................................................................... 51 3.3.1 Beban Vertikal .............................................................................. 51

3.3.2 Beban Lateral (Gempa) ................................................................. 52 3.3.3 Kombinasi Beban ......................................................................... 58

3.4 Pemodelan Struktur.............................................................................. 58 3.5 Analisis Statik Pushover ...................................................................... 60

3.6 Perilaku dan Kinerja Struktur ............................................................... 63 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 65

4.1 Dimensi Penampang dan Stress Ratio .................................................. 65 4.2 Kontrol Terhadap Link ........................................................................ 69

4.2.1 Kontrol Terhadap Panjang Link .................................................... 69 4.2.2 Tipe Keruntuhan Link ................................................................... 70

4.3 Analisis Modal..................................................................................... 71 4.4 Simpangan Antar Lantai Tingkat ......................................................... 73

4.5 Analisis Statik Nonlinear Pushover ...................................................... 76 4.5.1 Kurva kapasitas Struktur ............................................................... 76

4.5.2 Perbandingan Kurva kapasitas Struktur ......................................... 80 4.6 Kekuatan Struktur ................................................................................ 82

4.7 Kekakuan Struktur ............................................................................... 84 4.8 Daktilitas Struktur ................................................................................ 85

4.9 Target Perpindahan .............................................................................. 87 4.9.1 Target Perpindahan Berdasarkan FEMA 440 EL ........................... 87

4.9.2 Target Perpindahan Berdasarkan ASCE 41-13 NSP ...................... 90 4.10 Kinerja Struktur................................................................................ 93

4.10.1 Pola Keruntuhan Struktur.............................................................. 93 4.10.2 Level Kinerja Struktur .................................................................. 98

BAB V PENUTUP .......................................................................................... 100 5.1 Simpulan ........................................................................................... 100

5.2 Saran ................................................................................................. 101 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 102

LAMPIRAN A KETENTUAN PEMBEBANAN VERTIKAL......................... 105 LAMPIRAN B KETENTUAN PEMBEBANAN GEMPA BERDASARKAN SNI

1726:2012 ........................................................................................................ 108 LAMPIRAN C PROPERTI SENDI PLASTIS ASCE 41-13 ............................ 110

LAMPIRAN D HASIL ANALISIS .................................................................. 111

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tipe sistem rangka breising konsentrik (SRBK) 6

Gambar 2.2 Tipe sistem rangka breising eksentrik (SRBE) 7

Gambar 2.3 Pengaruh variasi e/L terhadap kekakuan elastik EBF 9

Gambar 2.4 Rotasi link pada struktur rangka breising eksentrik V-terbalik 11

Gambar 2.5 Sambungan sederhana 12

Gambar 2.6 Sambungan momen 13

Gambar 2.7 (a) Tebal pelat ekivalen (Dp) 14

Gambar 2.7 (b) Diagram tegangan pelat komposit 14

Gambar 2.8 Persyaratan pelat komposit 14

Gambar 2.9 Spektrum respon desain 19

Gambar 2.10 Mekanisme leleh pada struktur gedung 22

Gambar 2.11 Roof drift ratio pada struktur 25

Gambar 2.12 Kurva pushover 27

Gambar 2.13 Grafik hubungan gaya vs perpindahan 28

Gambar 2.14 Kurva pushover (positive post-yield slope) 29

Gambar 2.15 Kurva pushover (negative post-yield slope) 29

Gambar 2.16 Kurva ADRS 33

Gambar 2.17 Penentuan titik kinerja dengan prosedur A 33

Gambar 2.18 Penentuan titik kinerja dengan prosedur B 34

Gambar 2.19 Penentuan titik kinerja dengan prosedur C 34

Gambar 2.20 Model struktur rangka breising konsentrik 35

Gambar 2.21 Simpangan struktur arah X dan Y akibat beban gempa 35

Gambar 2.22 Simpangan struktur arah X dan Y akibat beban angin 36

Gambar 2.23 Model struktur 3 lantai dan 5 lantai 37

Gambar 2.24 Grafik perbandingan simpangan vs gaya geser dasar 37

Gambar 2.25 Portal arah X model struktur breising tipe-X dan tipe-V 39

Gambar 2.26 Grafik simpangan struktur arah Y dan arah X 39

Gambar 2.27 Portal struktur SRPMK dan SRBE 40

Gambar 2.28 Grafik pushover masing-masing model struktur 40

Gambar 2.29 Grafik perbandingan berat masing-masing model struktur 41

Gambar 2.30 Model struktur SRPM dan SRBE dengan L/H bervariasi 42

Gambar 2.31 Grafik pushover struktur SRPM dan SRBE dengan L/H bervariasi 42

viii

Gambar 2.32 Model struktur SRPM, SRBE, dan SRBK 43

Gambar 2.33 Grafik pushover struktur SRPM dan SRBE dengan e bervariasi 44

Gambar 3.1 Kerangka penelitian 45

Gambar 3.2 Denah struktur SRPM (model acuan dan pembanding) 47

Gambar 3.3 Denah struktur SRB (model SRBK dan SRBE) 48

Gambar 3.4 Portal 1-arah X (SRPM) 48

Gambar 3.5 Portal 1-arah X (SRBK) 49

Gambar 3.6 Portal 1-arah X (SRBE) 49

Gambar 3.7 Lysaght Smartdek 50

Gambar 3.8 Grafik respon spektrum desain 55

Gambar 3.9 Definisi fungsi respon spektrum pada ETABS 2015 56

Gambar 3.10 Input parameter respon spektrum pada ETABS 2015 56

Gambar 3.11 Definisi beban gempa arah x dengan metode respon spektrum 57

Gambar 3.12 Definisi berat seismik efektif pada software ETABS 2015 58

Gambar 3.13 Model SRPM pada ETABS 2015 59

Gambar 3.14 Model SRBK pada ETABS 2015 59

Gambar 3.15 Model SRBE pada ETABS 2015 60

Gambar 3.16 Kurva kapasitas pada analisis statik nonlinear pushover 60

Gambar 3.17 Properti sendi plastis pada kolom 61

Gambar 3.18 Properti sendi plastis pada balok 62

Gambar 3.19 Properti sendi plastis pada breising 62

Gambar 3.20 Properti sendi plastis pada link 63

Gambar 4.1 Stress ratio portal SRPM arah X 64

Gambar 4.2 Stress ratio portal SRPM arah Y 67

Gambar 4.3 Stress ratio portal SRBKarah X 67

Gambar 4.4 Stress ratio portal SRBK arah Y 68

Gambar 4.5 Stress ratio portal SRBEarah X 68

Gambar 4.6 Stress ratio portal SRBE arah Y 69

Gambar 4.7 Bentuk mode struktur model SRPM 71

Gambar 4.8 Bentuk mode struktur model SRBK 71

Gambar 4.9 Bentuk mode struktur model SRBE 72

Gambar 4.10 Grafik simpangan struktur arah X akibat beban gempa 73

Gambar 4.11 Grafik simpangan struktur arah Y akibat beban gempa 74

Gambar 4.12 grafik simpangan antar lantai tingkat arah X 75

ix

Gambar 4.13 grafik simpangan antar lantai tingkat arah Y 75

Gambar 4.14 Kurva kapasitas model SRPM arah X 77

Gambar 4.15 Kurva kapasitas model SRPM arah Y 77

Gambar 4.16 Kurva kapasitas model SRBK arah X 78

Gambar 4.17 Kurva kapasitas model SRBK arah Y 79

Gambar 4.18 Kurva kapasitas model SRBE arah X 79

Gambar 4.19 Kurva kapasitas model SRBE arah Y 80

Gambar 4.20 Kurva kapasitas model struktur arah X 81

Gambar 4.21 Kurva kapasitas model struktur arah Y 81

Gambar 4.22 Grafik perbandingan kekuatan struktur 83

Gambar 4.23 Grafik perbandingan kekakuan struktur 84

Gambar 4.24 Grafik perbandingan daktilitas struktur 86

Gambar 4.25 Kurva ADRS model SRPM arah X 87

Gambar 4.26 Kurva ADRS model SRPM arah Y 88

Gambar 4.27 Kurva ADRS model SRBK arah X 88

Gambar 4.28 Kurva ADRS model SRBK arah Y 88

Gambar 4.29 Kurva ADRS model SRBE arah X 89

Gambar 4.30 Kurva ADRS model SRBE arah Y 89

Gambar 4.31 Kurva bilinear dan kapasitas model SRPM arah X 90

Gambar 4.32 Kurva bilinear dan kapasitas model SRPM arah Y 91

Gambar 4.33 Kurva bilinear dan kapasitas model SRBK arah X 91

Gambar 4.34 Kurva bilinear dan kapasitas model SRBK arah Y 91

Gambar 4.35 Kurva bilinear dan kapasitas model SRBE arah X 92

Gambar 4.36 Kurva bilinear dan kapasitas model SRBE arah Y 93

Gambar 4.37 Pola keruntuhan model SRPM arah X 94

Gambar 4.38 Pola keruntuhan model SRPM arah Y 94

Gambar 4.39 Pola keruntuhan model SRBK arah X 95

Gambar 4.40 Pola keruntuhan model SRBK arah Y 96

Gambar 4.41 Pola keruntuhan model SRBE arah X 97

Gambar 4.42 Pola keruntuhan model SRBE arah Y 98

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien situs, Fa 16

Tabel 2.2 Koefisien situs, Fv 17

Tabel 2.3 Kategori desain seismic berdasarkan nilai SDS 17

Tabel 2.4 Kategori desain seismic berdasarkan nilai SD1 17

Tabel 2.5 Simpangan antar lantai tingkat ijin 21

Tabel 2.6 Daktilitas struktur 23

Tabel 2.7 Level kinerja bangunan 24

Tabel 2.8 Level kinerja struktur 25

Tabel 2.9 Gaya geser dasar masing-masing model struktur 38

Tabel 2.10 Simpangan atap (RD) masing-masing model struktur 38

Tabel 3.1 Tabulasi nilai Sa untuk masing-masing nilai T 55

Tabel 4.1 Dimensi dan stress ratio elemen struktur 65

Tabel 4.2 Kontrol terhadap panjang link beam 70

Tabel 4.3 Penentuan tipe keruntuhan link beam 70

Tabel 4.4 Periode dan frekuensi alami struktur 72

Tabel 4.5 Kekuatan struktur arah X 82

Tabel 4.6 Kekuatan struktur arah Y 82

Tabel 4.7 Kekakuan struktur arah X 84

Tabel 4.8 Kekakuan struktur arah Y 84

Tabel 4.9 Daktilitas struktur arah X 85

Tabel 4.10 Daktilitas struktur arah Y 86

Tabel 4.11 Parameter pada titik kinerja struktur 90

Tabel 4.12 Target perpindahan dan gaya geser dasar model struktur 92

Tabel 4.13 Level kinerja struktur berdasarkan target perpindahan FEMA 440 EL 99

Tabel 4.14 Level kinerja struktur berdasarkan target perpindahan ASCE 41-13 NSP 99

Tabel A.1 Beban hidup untuk hunian 107

Tabel B.1 Kategori resiko bangunan 108

Tabel B.2 Faktor keutamaan gempa 109

Tabel B.3 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk sistem penahan gaya gempa 109

Tabel C.1 Properti sendi plastis pada balok, kolom, dan link beam 110

Tabel C.2 Properti sendi plastis pada breising 110

Tabel D.1 Hasil analisis modal struktur SRPM 111

xi

Tabel D.2 Hasil analisis modal struktur SRBK 111

Tabel D.3 Hasil analisis modal struktur SRBE 112

Tabel D.4 Hasil analisis pushover model SRPM arah X 112

Tabel D.5 Hasil analisis pushover model SRPM arah Y 113

Tabel D.6 Hasil analisis pushover model SRBKarah X 113

Tabel D.7 Hasil analisis pushover model SRBK arah Y 114

Tabel D.8 Hasil analisis pushover model SRBE arah X 114

Tabel D.9 Hasil analisis pushover model SRBE arah Y 115

xii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

Ag : Luas penampang

Cm : Faktor massa efektif

C0 : Faktor modifikasi nilai spektral perpindahan ekivalen

C1 : Faktor modifikasi perpindahan inelastik

C2 : Koefisien untuk memperhitungkan efek “pinching”

D : Beban mati

d : Tinggi penampang baja

e : Panjang elemen link beam

E : Beban gempa

E : Modulus elastisitas baja

Ec : Modulus elastisitas beton

Eh : Pengaruh gempa horisontal

Ev : Pengaruh gempa vertikal

Fa : Koefisien situs berdasarkan nilai SS

Fu : Tegangan ultimate baja

Fv : Koefisien situs berdasarkan nilai S1

Fy : Tegangan leleh baja

f’c : Mutu beton

g : Percepatan gravitasi

h : Tinggi tingkat

hsx : Tinggi tingkat dibawah tingkat x

Ie : Faktor keutamaan gempa

K : Faktor panjang efektif

KR : Kategori risiko

L : Beban hidup

L : Panjang tanpa breising dari komponen struktur

Lr : Beban hidup atap

Mp : Momen plastis penampang

Pc : Kekuatan leleh aksial nominal

Pr : Kekuatan aksial perlu kombinasi LRFD

QE : Pengaruh gaya gempa horizontal dari V atau Fp

xiii

r : Radius girasi

R : Beban hujan

R : Faktor reduksi beban gempa

S : Beban salju

Sa : Spektral percepatan

Sd : Spektral perpindahan

SdS : Parameter percepatan spektral desain untuk periode pendek

Sd1 : Parameter percepatan spektral desain untuk periode 1 detik

SMS : Parameter spektrum respon percepatan pada periode pendek

SM1 : Parameter spektrum respon percepatan pada periode 1 detik

Ss : Spektral percepatan pada periode pendek ( T=0,2 detik)

S1 : Spektral percepatan pada periode 1 detik

T : Periode alami struktur

td : Tebal dek baja

Te : Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi elastik.

tf : Tebal sayap penampang baja

Ts : Waktu getar karakteristik

tw : Tebal badan penampang baja

V : Gaya geser dasar

Vc : Kekuatan leleh geser nominal

Vp : Kekuatan geser

Vr : Kekuatan geser perlu kombinasi LRFD

Vy : Gaya geser dasar pada saat leleh

W : Beban angin

W : Berat seismik efektif struktur

Z : Modulus plastis penampang

α : Faktor kelas situs

∆ : Simpangan antar lantai tingkat desain

∆a : Simpangan antar lantai tingkat ijin

∆p : Plastic story drift

γp : Sudut rotasi link

δ : Perpindahan pada titik kontrol

xiv

δm : Perpindahan struktur pada kondisi di ambang keruntuhan

δy : Perpindahan struktur pada kondisi leleh

μ : Daktilitas struktur

μstrength : Rasio elastik antara kekuatan perlu dengan kekuatan leleh.

ω : Frekuensi alami struktur

ρ : Faktor redudansi, diambil 1,3

ρ' : Perbandingan nilai Pr/Pc dengan nilai Vr/Vc

θp : Besar sudut story drift