studi pengaruh aplikasi sliding hinge joint sebagai
TRANSCRIPT
SKRIPSI
STUDI PENGARUH APLIKASI SLIDING HINGE
JOINT SEBAGAI SAMBUNGAN BALOK-KOLOM
TERHADAP PERILAKU NONLINEAR STRUKTUR
GEDUNG BAJA RANGKA PEMIKUL MOMEN
KHUSUS
ADELINE WONG
NPM: 2016410171
PEMBIMBING: Helmy Hermawan Tjahjanto, Ph.D.
KO-PEMBIMBING: Sisi Nova Rizkiani, S.T., M.T.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL (Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT No. 1788/SK/BAN-PT/Akred/S/VII/2018)
BANDUNG
DESEMBER 2019
SKRIPSI
STUDI PENGARUH APLIKASI SLIDING HINGE
JOINT SEBAGAI SAMBUNGAN BALOK-KOLOM
TERHADAP PERILAKU NONLINEAR STRUKTUR
GEDUNG BAJA RANGKA PEMIKUL MOMEN
KHUSUS
ADELINE WONG
NPM: 2016410171
BANDUNG, 19 DESEMBER 2019
PEMBIMBING: KO-PEMBIMBING:
Helmy Hermawan Tjahjanto, Ph.D. Sisi Nova Rizkiani, S.T.,
M.T.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL (Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT No. 1788/SK/BAN-PT/Akred/S/VII/2018)
BANDUNG
DESEMBER 2019
i
STUDI PENGARUH APLIKASI SLIDING HINGE JOINT SEBAGAI
SAMBUNGAN BALOK-KOLOM TERHADAP PERILAKU NONLINEAR
STRUKTUR GEDUNG BAJA RANGKA PEMIKUL MOMEN KHUSUS
Adeline Wong
NPM: 2016410171
Pembimbing: Helmy Hermawan Tjahjanto, Ph.D.
Ko-Pembimbing: Sisi Nova Rizkiani, S.T., M.T.
UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYNGAN
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL (Terakreditasi Berdasarkan SK BAN-PT No. 1788/SK/BAN-PT/Akred/S/VII/2018)
BANDUNG
DESEMBER 2019
ABSTRAK
Sliding hinge joint merupakan sebuah inovasi baru dari sambungan struktur baja
yang telah diaplikasikan di New Zealand dan merupakan sambungan yang dapat
meminimalisasi kerusakan pada sistem struktur serta memiliki kemungkinan kecil
akan perpindahan sistem struktur secara permanen yang besar. Studi ini dimulai
dengan mendesain sistem portal baja. Desain kapasitas dan analisis elastis
dilakukan untuk mendapatkan komponen struktur yang optimum. Komponen hasil
desain elastis dimodelkan menjadi 3 variasi berdasarkan jenis sambungan balok-
kolom yaitu model pertama sambungan rigid, model kedua sliding hinge joint, dan
ketiga sliding hinge joint dengan penambahan baut. Berdasarkan analisis statik
pushover, model struktur yang tidak menggunakan sliding hinge joint memiliki
kapasitas gaya geser dasar maksimum struktur, faktor modifikasi respons, faktor
kuat lebih, cadangan kapasitas dan cadangan deformasi terbesar. Namun, pada
model struktur kedua dan ketiga yang menggunakan sliding hinge joint memiliki
faktor daktilitas dan faktor pembesaran defleksi lebih besar. Selain itu, sliding hinge
joint merupakan komponen yang mengalami kelelehan pada struktur dan tidak
menimbulkan sendi plastis pada balok dan kolom saat dilakukan pembebanan
pushover.
Kata Kunci: sliding hinge joint, analisis pushover, rangka pemikul momen
ii
STUDY OF SLIDING HINGE JOINT APPLICATION AS BEAM END
CONNECTION EFFECT ON INELASTIC BEHAVIOR OF STEEL
SPECIAL MOMENT FRAME
Adeline Wong
NPM: 2016410171
Advisor: Helmy Hermawan Tjahjanto, Ph.D.
Co-Advisor: Sisi Nova Rizkiani, S.T., M.T.
PARAHYANGAN CATHOLIC UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING DEPARTMENT OF CIVIL
ENGINEERING (Accredited by SK BAN-PT Number: 1788/SK/BAN-PT/Accred/S/VII/2018)
BANDUNG
DECEMBER 2019
ABSTRACT
Sliding hinge joint is a new innovation from steel structure connection that has been
applied in New Zealand and is a connection that can minimize damage to the
structural system and has a small possibility of permanent displacement of the
structural system. Therefore, this study was conducted to determine the effect of
the sliding hinge joint connection on the inelastic behaviour of the steel moment
frame structure. This study begins by designing a steel portal system. Capacity
design and elastic analysis are carried out to obtain optimum structural components.
Components resulting from elastic design are modeled into 3 variations based on
beam-column connection types, with first model use rigid connection, the second
model use sliding hinge joint, and the third model use sliding joint with bolt
addition. Based on the static pushover analysis, structural models that do not use
sliding hinge joint have the biggest value of structure base shear capacity, seismic
response modification coefficient, system overstrength factors, reserve capacity and
deformation reserves. However, the second and third structural models that use
sliding joint hinges have a greater ductility factor and deflection magnification
factor. In addition, sliding joint hinges sustain yielding in the structure and does not
produce any plastic hinge at beam or column during pushover loading.
Keywords: sliding hinge joint, pushover analysis, special moment frame
iii
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan
penyertaan-Nya yang tidak pernah berhenti sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan skripsi yang berjudul “Studi Pengaruh Aplikasi Sliding Hinge Joint
Sebagai Sambungan Balok-Kolom Terhadap Perilaku Nonlinear Struktur Gedung
Baja Rangka Pemikul Momen Khusus” dengan baik. Penyusunan skripsi ini
merupakan salah satu syarat akademik dalam menyelesaikan studi tingkat Sarjana
di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Sipil, Universitas Katolik Parahyangan,
Bandung. Mata kuliah skripsi ini merupakan mata kuliah wajib berbobot 6 SKS dan
dapat ditempuh setelah lulus 120 SKS.
Selama proses penyusunan skripsi ini, penulis menghadapi berbagai macam
pengalaman dan hambatan baik selama proses persiapan, pelaksanaan pengujian,
maupun penulisan. Penulis menyadari bahwa tanpa doa, semangat, dukungan, dan
serta bantuan dari berbagai pihak selama proses penyusunan skripsi ini, maka
penyusunan skripsi ini tidak dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu.
Sebagai penghargaan dan ucapan terima kasih, penulis ingin menyampaikan terima
kasih sedalam-dalamnya kepada:
1. Orang tua penulis yang selalu memberikan dukungan, bantuan, dan doa setiap
saat dalam proses penyusunan skripsi ini.
2. Helmy Hermawan Tjahjanto, Ph.D. selaku dosen pembimbing dan Sisi Nova
Rizkiani, S.T., M.T. selaku dosen ko-pembimbing yang senantiasa membantu
dan membimbing serta memberikan saran selama proses penyusunan skripsi ini.
3. Para dosen penguji skripsi yang telah hadir baik saat seminar judul, seminar isi,
dan sidang, yang telah memberikan banyak saran dan masukan.
4. Iola Novianti, Josephine Wijaya, Monica Hilarry dan Joshua Kuswardi yang
senantiasa memberikan semangat serta membantu penulis selama penyusunan
skripsi.
5. Teman-teman seperjuangan skripsi yang senantiasa membantu dan memberi
semangat kepada penulis selama penyusunan skripsi ini.
6. Semua pihak yang telah membantu dan memberikan semangat yang tidak dapat
disebutkan satu per satu.
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
ABSTRACT ........................................................................................................ i
PRAKATA ........................................................................................................ iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... v
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ........................................................ viii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN................................................................................ 1-1
1.1. Latar Belakang.................................................................................... 1-1
1.2. Rumusan Masalah ............................................................................... 1-3
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................ 1-3
1.4. Batasan Masalah ................................................................................. 1-3
1.5. Metode Penelitian ............................................................................... 1-5
1.6. Sistematika Penulisan ......................................................................... 1-6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 2-1
2.1. Rangka Baja Pemikul Momen Berdasarkan SNI 1726:2012 ................ 2-1
2.1.1. Sistem Rangka Baja Pemikul Momen Khusus................................. 2-1
2.2. Sambungan Momen Berdasarkan AISC 360-16 .................................. 2-2
2.3. Sambungan Baja Terprakualifikasi Berdasarkan AISC 358-16 ............ 2-3
2.4. Pembebanan Gempa untuk Stuktur Gedung Berdasarkan SNI 1726:2012
........................................................................................................... 2-3
2.5. Sliding Hinge Joint ............................................................................. 2-6
2.5.1. Mekanisme Sliding Hinge Joint ...................................................... 2-7
2.5.2. Efek dari Interaksi M-V-P Baut pada Sliding Hinge Joint ................ 2-9
2.5.3. Metodologi Desain Sliding Hinge Joint ........................................ 2-11
vi
2.6. Analisis Statik Nonlinear .................................................................. 2-14
2.6.1. Analisis Pushover ......................................................................... 2-14
2.6.2. Sendi Plastis ................................................................................. 2-15
2.6.3. Target Perpindahan Berdasarkan ASCE 41-13 .............................. 2-16
2.6.4. Performance Point Berdasarkan ATC-40 ...................................... 2-18
2.6.5. Tingkat Kinerja Struktur ............................................................... 2-19
BAB 3 PEMODELAN DAN DESAIN ............................................................ 3-1
3.1. Umum................................................................................................. 3-1
3.2. Data Struktur Bangunan ...................................................................... 3-2
3.3. Data Material ...................................................................................... 3-3
3.4. Sistem Struktur ................................................................................... 3-4
3.5. Komponen Struktur............................................................................. 3-6
3.5.1.Kolom ............................................................................................. 3-7
3.5.2.Balok ............................................................................................... 3-7
3.5.3.Metal Deck dan Diafragma .............................................................. 3-8
3.6. Pembebanan ........................................................................................ 3-8
3.6.1.Beban Mati ...................................................................................... 3-9
3.6.2.Beban Mati Tambahan ..................................................................... 3-9
3.6.3.Beban Hidup.................................................................................... 3-9
3.6.4.Beban Gempa .................................................................................. 3-9
3.6.5.Kombinasi Pembebanan ................................................................ 3-10
3.7. Analisis Statik Ekuivalen .................................................................. 3-11
3.8. Pemeriksaan Kapasistas Komponen Struktur..................................... 3-13
3.9. Simpangan Antar Lantai dan Simpangan Antar Lantai Izin ............... 3-15
3.10. Desain Sliding Hinge Joint ............................................................ 3-17
3.11. Analisis Statik Nonlinear Pushover ............................................... 3-21
vii
3.12. Pemodelan Letak Sendi Plastis ...................................................... 3-21
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ...................................................... 4-1
4.1. Kurva Pushover .................................................................................. 4-1
4.2. Simpangan Antar Lantai ..................................................................... 4-4
4.3. Faktor Pembesaran Defleksi ................................................................ 4-4
4.4. Persebaran Sendi Plastis...................................................................... 4-5
4.5. Faktor Kuat Lebih ............................................................................... 4-8
4.6. Faktor Modifikasi Respons (R) ........................................................... 4-9
4.7. Faktor Daktilitas ............................................................................... 4-10
4.8. Performance Point ............................................................................ 4-11
4.9. Target Perpindahan ........................................................................... 4-13
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 5-1
5.1. Kesimpulan......................................................................................... 5-1
5.2. Saran .................................................................................................. 5-3
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... xv
LAMPIRAN 1 .................................................................................................L-1
LAMPIRAN 2 .................................................................................................L-6
LAMPIRAN 3 ............................................................................................... L-17
LAMPIRAN 4 ............................................................................................... L-23
LAMPIRAN 5 ............................................................................................... L-36
LAMPIRAN 6 ............................................................................................... L-44
LAMPIRAN 7 ............................................................................................... L-51
viii
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
ASCE = American Society of Civil Engineers
Ag = Luas gross penampang
Cd = Faktor pembesaran defleksi
Cs = Koefisien respons seismik
Ct = Parameter untuk menentukan periode fundamental struktur
Cm = Faktor massa efektif
CP = Collapse Prevention
D = Beban mati
E = (1) Beban gempa; (2) Modulus elastisitas
Fa = Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode
pendek
Fv = Faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran periode
1 detik
Fi = Gaya gempa total pada lantai i
Fnt = Kuat tarik nominal baut
Fnv = Kuat geser nominal baut
Fy = Tegangan leleh minimum
Fu = Kekuatan tarik minimum
G = Modulus geser
FEMA = Federal Emergency Management Agency
hsx = Tinggi struktur di bawah tingkat x
Ie = Faktor keutamaan gempa
Ix = Modulus inersia terhadap sumbu x
Iy = Modulus inersia terhadap sumbu y
IO = Immediate Occupancy
JIS = Japan Industrial Standards
kN = Kilo Newton
Ke = Kekakuan lateral efektif struktur
L = Beban hidup
Lb = Panjang tidak terkekang lateral
ix
Lr = Beban hidup atap
LS = Life Safety
Mp = Momen plastis
MPa = Mega Pascal
Mn = Kapasitas momen elemen struktur
Mu = Momen ultimit
N = Newton
NEHRP = National Earthquake Hazards Reduction Program
Pu = Gaya akibat kombinasi pembebanan
Pn = Kapasitas elemen
R = Faktor modifikasi respons
S = Modulus elastis penampang
SDS = Parameter percepatan spektral desain untuk periode pendek
SD1 = Parameter percepatan spektral desain untuk perioda 1 detik
S1 = Parameter respons spektral percepatan gempa terpetakan untuk
periode 1 detik
Ss = Parameter respons spektral percepatan gempa terpetakan untuk
periode pendek
T = Periode getar fundamental struktur
Ta = Periode getar fundamental pendekatan
Te = Periode getar fundamental efektif
SNI = Standar Nasional Indonesia
V = Gaya geser dasar seismik
W = Berat seismik efektif
WF = Wide Flange
Zx = Modulus plastis terhadap sumbu x
bf = Lebar flens penampang
d = Tinggi penampang
db = Diameter lubang baut
fuf = Tegangan tarik ultimit baut
𝑓𝑐’ = Kuat tekan beton
g = Percepatan gravitasi
x
leb = Jarak baut ke tepi
m = Meter
mm = Milimeter
n = jumlah baut
rx = Radius girasi penampang terhadap sumbu x
s = Spasi antar baut
tf = Tebal flens penampang
tw = Tebal web penampang
w = Ukuran las
µ = (1) Faktor daktilitas; (2) Koefisien friksi
Ω0 = Faktor kuat lebih
Δ = Simpangan antar lantai
ρ = Faktor redundansi
δt = Target perpindahan titik kontrol sesuai dengan ASCE/SEI 41-13
γ = Berat jenis
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Rancangan Sliding Hinge Joint (Tidak Berskala) ......................... 1-2
Gambar 1. 2 Denah Tipikal Struktur ................................................................ 1-4
Gambar 1. 3 Struktur Rangka Perimeter .......................................................... 1-4
Gambar 2. 1 Gambar Skematik Sliding Hinge Joint (Tidak Berskala) .............. 2-7
Gambar 2. 2 Mekanisme Penghilangan Energi oleh Gaya Gesek ..................... 2-8
Gambar 2. 3 Deformasi Baut Secara Ideal ....................................................... 2-9
Gambar 2. 4 Gaya Eksternal pada Komponen .................................................. 2-9
Gambar 2. 5 Kurva Statik Pushover yang Diidealisasi ................................... 2-15
Gambar 2. 6 Kurva Gaya-Deformasi Tergeneralisasi ..................................... 2-16
Gambar 2. 7 Grafik Performance Point .......................................................... 2-19
Gambar 3. 1 Pemodelan 3D Struktur ............................................................... 3-1
Gambar 3. 2 Grid Pemodelan pada Sumbu X-Y ............................................... 3-4
Gambar 3. 3 Grid Pemodelan pada Sumbu X-Z ............................................... 3-4
Gambar 3. 4 Pemodelan Moment Release Pada Rangka Interior Sumbu 2-5 dan B-
E ....................................................................................................................... 3-5
Gambar 3. 5 Pemodelan Moment Release Pada Rangka Eksterior Sumbu 1, 6, A
dan F ................................................................................................................. 3-5
Gambar 3. 6 Posisi dan Orientasi Kolom di Setiap Lantai ................................ 3-6
Gambar 3. 7 Konfigurasi Struktur Rangka Penahan Beban Lateral .................. 3-7
Gambar 3. 8 Pemodelan Balok Induk dan Balok Anak Tipikal Story 1-4 ......... 3-8
Gambar 3. 9 Rasio Interaksi P-M Pemodelan Struktur pada Potongan Sumbu 1 ....
....................................................................................................................... 3-14
Gambar 3. 10 Rasio Interaksi P-M Pemodelan Struktur pada Potongan Sumbu 2
....................................................................................................................... 3-14
Gambar 3. 11 Rasio Interaksi P-M Pemodelan Struktur pada Potongan Lantai 1 ...
....................................................................................................................... 3-15
Gambar 3. 12 Simpangan Antar Lantai dan Simpangan Antar Lantai Izin ...... 3-16
Gambar 3. 13 Detail Sliding Hinge Joint Tampak Samping (mm) .................. 3-19
Gambar 3. 14 Detail Sliding Hinge Joint Tampak Atas (Flens Atas) (mm)..... 3-20
xii
Gambar 3. 15 Detail Sliding Hinge Joint Tampak Bawah (Flens Bawah) (mm) ....
....................................................................................................................... 3-20
Gambar 3. 16 Kurva Hubungan Momen dan Rotasi Untuk Sendi Plastis Balok.....
....................................................................................................................... 3-22
Gambar 3. 17 Kurva Hubungan Momen dan Rotasi Untuk Sendi Plastis Sliding
Hinge Joint Model 2 ........................................................................................ 3-23
Gambar 3. 18 Kurva Hubungan Momen dan Rotasi Untuk Sendi Plastis Sliding
Hinge Joint Model 3 ........................................................................................ 3-23
Gambar 3. 19 Pemodelan Letak Sendi Plastis pada Rangka Eksterior Model 1
Sumbu 1.......................................................................................................... 3-24
Gambar 3. 20 Pemodelan Letak Sendi Plastis pada Rangka Eksterior Model 2 Dan
3 Sumbu A ...................................................................................................... 3-25
Gambar 4. 1 Kurva Pushover dari Setiap Model Struktur ................................. 4-2
Gambar 4. 2 Grafik Simpangan Antar Lantai Setiap Model Struktur Hasil Analisis
Inelastis ............................................................................................................ 4-4
Gambar 4. 3 Persebaran Sendi Plastis pada Model Struktur Tanpa Sliding Hinge
Joint .................................................................................................................. 4-6
Gambar 4. 4 Persebaran Sendi Plastis pada Model Struktur dengan Sliding Hinge
Joint .................................................................................................................. 4-6
Gambar 4. 5 Persebaran Sendi Plastis pada Model Struktur dengan Sliding Hinge
Joint dengan Penambahan Baut ......................................................................... 4-7
Gambar 4. 6 Hasil Kurva Performance Point pada Model Struktur Tanpa Sliding
Hinge Joint ..................................................................................................... 4-11
Gambar 4. 7 Hasil Kurva Performance Point pada Model Struktur dengan Sliding
Hinge Joint ..................................................................................................... 4-12
Gambar 4. 8 Hasil Kurva Performance Point pada Model Struktur Sliding Hinge
Joint Penambahan Baut ................................................................................... 4-12
Gambar 4. 9 Kurva Target Perpindahan Model Struktur Tanpa Sliding Hinge Joint
....................................................................................................................... 4-14
Gambar 4. 10 Kurva Target Perpindahan Model Struktur Dengan Sliding Hinge
Joint ................................................................................................................ 4-15
xiii
Gambar 4. 11 Kurva Target Perpindahan Model Struktur Dengan Sliding Hinge
Joint dan Penambahan Baut ............................................................................ 4-15
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Sambungan Momen Terprakualifikasi .............................................. 2-3
Tabel 2. 2 Observasi Ke-efektif-an dari Material Shims yang Berbeda ........... 2-12
Tabel 2. 3 Tingkat Kinerja Struktur sesuai ATC-40 ........................................ 2-18
Tabel 3. 1 Parameter Respons Spektra Dan Parameter Sistem Struktur ........... 3-10
Tabel 3. 2 Partisipasi Massa Ragam dan Perioda Alami Struktur .................... 3-11
Tabel 3. 3 Massa Struktur ............................................................................... 3-12
Tabel 3. 4 Gaya Geser Dasar Hasil Analisis Respon Spektrum ....................... 3-12
Tabel 3. 5 Pengecekan Simpangan Antar Lantai untuk Beban Gempa Sumbu X
..................................................................................................................... ..3-16
Tabel 3. 6 Pengecekan Simpangan Antar Lantai untuk Beban Gempa Sumbu Y
..................................................................................................................... ..3-16
Tabel 3. 7 Perbandingan Hasil Desain Sliding Hinge Joint ............................. 3-20
Tabel 4. 1 Data Peralihan dan Gaya Geser Dasar Setiap Model Struktur ........... 4-1
Tabel 4. 2 Simpangan Antar Lantai Setiap Model Struktur Hasil Analisis Inelastis
......................................................................................................................... 4-4
Tabel 4. 3 Faktor Pembesaran Defleksi (Cd) pada Setiap Model Struktur ......... 4-5
Tabel 4. 4 Kemunculan Sendi Plastis Pertama Kali di Setiap Model Struktur .... 4-8
Tabel 4. 5 Faktor Kuat Lebih pada Setiap Model Struktur ................................ 4-9
Tabel 4. 6 Faktor Modifikasi Respons pada Setiap Model Struktur ................. 4-10
Tabel 4. 7 Faktor Daktilitas pada Setiap Model Struktur ................................. 4-10
Tabel 4. 8 Level Kinerja Struktur Pada Setiap Model Struktur ........................ 4-13
Tabel 4. 9 Hasil Perhitungan Cadangan Kapasitas dan Deformasi................... 4-14
1-1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Gempa bumi merupakan getaran pada permukaan bumi akibat pelepasan energi
yang terjadi secara tiba-tiba. Getaran pada gempa bumi dapat merusak struktur pada
bangunan yang menyebabkan banyak korban jiwa karena kerusakan bangunan
tersebut. Oleh karena itu, konstruksi bangunan struktur tahan gempa yang sesuai
standar perlu diterapkan agar kerusakan yang terjadi akibat gempa bumi pada
bangunan dapat dikurangi dan tidak menimbulkan korban jiwa.
Salah satu material struktur gedung tahan gempa yang semakin diminati
pada masa kini adalah baja. Hal ini dikarenakan baja merupakan material konstruksi
yang memiliki sifat daktail dan kekuatan yang tinggi. Sifat daktail yang tinggi dari
baja membuatnya menjadi salah satu material yang cocok untuk dipakai sebagai
material utama struktur gedung tahan gempa. Selain itu, pekerjaan konstruksi
struktur gedung yang menggunakan material baja tergolong lebih cepat
dibandingkan dengan menggunakan material beton.
Dalam perencanaan struktur gedung tahan gempa, elemen-elemen struktur
didesain agar dapat mengalami deformasi melampaui batas elastis tanpa kehilangan
kapasitas kekuatan yang signifikan. Salah satu macam sistem struktur untuk
bangunan tahan gempa adalah rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen
merupakan struktur yang beban lateral khususnya gempa ditransfer melalui
mekanisme lentur antara balok dan kolom.
Pada desain struktur tahan gempa rangka pemikul momen generasi ketiga
(Clifton et al, 2010), dapat terjadi peristiwa yang disebut “beam-growth” atau
“beam-elongation” yang membuat adanya tuntutan tambahan pada kolom dan dapat
merusak bagian kolom. “Beam-growth” atau “beam-elongation” adalah kondisi
dimana semakin terbuka celah antara kolom dan balok, maka jarak antara garis
tengah kolom akan semakin besar dengan kolom terdorong oleh balok. Hal ini dapat
terjadi jika terdapat pelat dalam struktur. Pada struktur gedung tahan gempa
generasi keempat, struktur tidak hanya bertujuan untuk mempunyai kerusakan yang
diijinkan pada level desain pada elemen struktur yang telah didesain untuk menahan
1-2
sifat inelastis, tetapi juga merencanakan untuk tidak terjadinya kerusakan pada
elemen struktur lainnya. Pada rangka pemikul momen generasi keempat, beam end
connection didesain sebagai elemen utama dalam menahan permintaan inelastis.
Tipe sistem rangka ini dispesifikasikan agar energi dapat dihilangkan tanpa
menyebabkan perpanjangan pelat di atas balok yang signifikan dan tanpa terjadinya
“beam-growth”. Dari syarat tersebut, dikembangkan sambungan sliding hinge joint
oleh Clifton. Pada awalnya, penelitian sliding hinge joint ditemukan dan
dikembangkan dari tahun 1999 sampai 2005, yang kemudian dilanjutkan dengan
penelitian lainnya yang dapat dirujuk dalam karya ilmiah ini. Gambar skematik dari
sambungan sliding hinge joint dapat dilihat pada Gambar 1.1.
Gambar 1. 1 Rancangan Sliding Hinge Joint (Tidak Berskala)
(sumber: Clifton et al, 2010)
Saat terjadinya pembebanan pada sambungan, bagian ujung atas balok yang
terhubung dengan kolom akan menjadi titik rotasi yang dapat dilihat pada Gambar
1.1. Apabila beban melebihi ketahanan gesek, maka gaya gesek akan terjadi pada
pelat flens bagian bawah. Saat beban dan deformasi semakin besar, maka baut pada
flens bagian bawah juga akan bergerak dan membuat terjadinya gaya gesek pada
pelat paling bawah. Sambungan ini didesain agar gesekan yang terjadi dapat
menahan beban gempa dan sambungan dapat kembali menjadi kaku saat beban
gempa mengecil dan hilang. Untuk beban selain beban gempa, sambungan didesain
untuk menjadi sambungan kaku.
Sambungan sliding hinge joint yang telah ditemukan digunakan sebagai
sambungan antara balok dengan kolom dan bersifat semi-rigid. Sambungan ini
dapat didesain untuk mengakomodasi rotasi sebesar 0,04 radian atau lebih. Hal ini
1-3
membuatnya cocok untuk dipakai di wilayah yang mempunyai aktifitas seismik
yang sangat tinggi. Keuntungan utama dari sambungan sliding hinge joint adalah
sambungan ini tidak sensitif pada pembukaan celah antara kolom dan balok yang
meminimalisasi interaksi dengan pelat lantai. Selain itu, sambungan ini telah
dipakai di konstruksi aktual di New Zealand dan memiliki kemungkinan untuk
dipakai lebih lanjut di masa depan.
1.2. Rumusan Masalah
Pengaruh sliding hinge joint terhadap perilaku nonlinear struktur gedung baja
rangka pemikul momen perlu dikaji sebab sambungan ini merupakan sebuah
inovasi baru dari sambungan struktur baja yang telah diaplikasikan di New Zealand
dan merupakan sambungan yang dapat meminimalisasi kerusakan pada sistem
struktur serta memiliki kemungkinan kecil akan perpindahan sistem struktur secara
permanen yang besar.
1.3. Tujuan Penelitian
Penelitian yang dilakukan mempunyai tujuan sebagai berikut:
1. Mendesain sliding hinge joint sebagai sambungan balok-kolom dan
melakukan pemodelan nonlinear pada sistem struktur baja tahan gempa.
2. Mengetahui pengaruh dari sambungan sliding hinge joint terhadap perilaku
inelastis struktur gedung baja rangka pemikul momen.
1.4. Batasan Masalah
Batasan masalah yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pemodelan yang dilakukan pada studi ini adalah rangka baja tiga dimensi
dengan analisis nonlinear pushover satu arah.
2. Untuk pemodelan struktur, panjang bentang antar kolom 6 meter dan tinggi
antar tingkat 4 meter. Pemodelan struktur dapat dilihat pada Gambar 1.2
dan Gambar 1.3.
1-4
Gambar 1. 2 Denah Tipikal Struktur
Gambar 1. 3 Struktur Rangka Perimeter
6 m
6 m
6 m
6 m
6 m
6 m6 m6 m6 m6 m
4 m
4 m
4 m
4 m
6 m 6 m 6 m 6 m 6 m
x
x
z
x
STORY 3
STORY 4
STORY 2
STORY 1
BASE
= rangka pemikul momen
x
x
y
1-5
3. Struktur berfungsi sebagai perkantoran dan berlokasi diatas tanah sedang
(SD) di Surabaya dengan SS = 0,70 dan S1 = 0,30.
4. Material baja yang digunakan memiliki mutu BJ-37 dengan Fy = 240 MPa
dan Fu = 370 MPa.
5. Sambungan antara balok dan kolom yang dipakai dalam rangka pemikul
momen adalah sliding hinge joint dengan mutu baut A490 dan mutu shims
G400 dengan spesifikasi fu = 1300 MPa, fy = 1100 MPa dan hardness = 400
HBW.
6. Profil baja yang digunakan adalah profil JIS (Japanese Industrial
Standards).
7. Peraturan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a. AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings.
b. AISC 341-16, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings.
c. AISC 358-16, Prequalified Connections Seismic.
d. SNI 1726:2012, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk
Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.
e. SNI 1727:2013, Beban Minimum untuk Perancangan Bangunan
Gedung dan Struktur Lain.
1.5. Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan mempelajari buku, artikel, skripsi
pembanding, jurnal, dan referensi lainnya yang berhubungan dengan objek
penelitian yang berguna untuk menambah ilmu dan pengetahuan yang
diperlukan dalam melaksanakan penelitian.
2. Analisis Struktur dan Sambungan
Analisis Struktur pada penelitian dilakukan dengan menggunakan bantuan
perangkat lunak ETABS dan analisis sambungan dilakukan dengan
perhitungan yang mengacu pada jurnal yang terkait dengan penelitian yang
dilakukan.
1-6
1.6. Sistematika Penulisan
BAB 1 PENDAHULUAN
Pada bab ini, terdapat latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan
penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika
penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini, terdapat dasar-dasar teori tentang objek penelitian dan
referensi yang akan digunakan sebagai acuan dalam pelaksanaan penelitian
ini.
BAB 3 PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR
Pada bab ini akan dibahas mengenai desain dan tahapan-tahapan melakukan
pemodelan gedung yang akan digunakan untuk analisis sliding hinge joint
pada rangka pemikul momen.
BAB 4 HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini, terdapat hasil dan pembahasan analisis pengaruh sliding hinge
joint pada perilaku nonlinear rangka pemikul momen.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini, terdapat kesimpulan dari hasil analisis dan pembahasan yang
telah dilakukan serta saran berdasarkan kesimpulan yang diperoleh untuk
penelitian selanjutnya.