Dosen Pembimbing:Budi Suswanto, ST.,MT.,Ph.DData Iranata, ST.,MT.,PhD

Disusun Oleh:Nur HusainNRP 3104 100 052

SEMINAR TUGAS AKHIR

JURUSAN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2011

STUDI PERILAKU DINDING GESER PELAT BAJA (STEEL PLATE SHEAR WALL) PADA BANGUNAN STRUKTUR BAJA

AKIBAT BEBAN GEMPA

PENDAHULUAN

Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian

LATAR BELAKANG MASALAH

•Lahan pertanian mulai berkurang, sehingga banyak didirikan gedungtinggi sebagai alternatif pemanfaatan lahan secara efektif•Struktur gedung tinggi dan ramping mulai digemari para arsiteksehingga material baja digunakan sebagai bahan struktur utama•Makin tinggi suatu bangunan makin tinggi pula resiko yang diterima. Bangunan tingkat tinggi harus mampu menerima beban gempa yang kuat (zona 5 dan 6)•Struktur harus kuat dan daktail•Untuk menahan beban lateral (gempa dan angin) digunakan dindinggeser pelat baja (steel plate shear wall)

Dinding geser pelat baja (Steel Plate Shear Wall atau SPSW) adalahsebuah sistem penahan beban lateral yang terdiri dari pelat bajavertikal padat, menghubungkan balok dan kolom di sekitarnya, danterpasang dalam satu atau lebih plat sepanjang ketinggian strukturmembentuk sebuah dinding penopang (Proceedings of the 8th U.S.National Conference on Earthquake Engineering April 18-22, 2006,San Francisco, California, USA Paper no.1089)

Secara umum, dalam penelitian ini akan direncanakan sebuahbangunan gedung typical dengan dimensi bangunan 30x18 m (jarakbentang 6 m) dan 8 lantai dengan tinggi bangunan 32 m (tinggi antarlantai 4 m). Gedung yang didesain terletak di daerah rawan gempadengan mengambil Zona Gempa 6 berdasarkan SNI-03-1726-2002.Secara keseluruhan, perencanan struktur gedung ini akan dibuat daristruktur baja. Untuk analisa struktur secara umum akanmenggunakan program bantu SAP 2000 versi 14, untuk analisapenampang elemen struktur menggunakan software ABAQUS versi6.7

PERUMUSAN MASALAH Bagaimana perilaku atau respon inelastik (drift, gaya geser dasar,

simpangan atap) antara suatu bangunan dengan menggunakan steelplate shear wall dibandingkan struktur baja biasa tanpa shear wall(moment resisting frame)?

Bagaimana dampak pemakaian SPSW terhadap dimensi profilstruktur utama?

TUJUAN PENELITIAN

•Menghitung respon inelastik (drift, gaya geser dasar, simpangan atap) suatu bangunan dengan menggunakan steel plate shear wall dengan struktur rangka pemikul momen biasa (moment resisting frame)•Mengetahui dampak dari pemakaian SPSW terhapada dimensi struktur utama

BATASAN MASALAH

Jumlah lantai adalah 10 lantai. Dimana hanya membandingkan struktur menggunakan SPSW (4 bagian) dan struktur open frames biasa (momen resisting frame)

Program yang digunakan adalah SAP2000 v.14 dan Abaqus 6.7

Tidak menghitung Pondasi Tidak memperhitungkan biaya dan sambungan

MANFAAT PENELITIAN

Sebagai bahan masukan bagi dunia perkonstruksian khususnya pada bangunan baja dalam pengerjaan pengaku pada konstruksi.

Sebagai bahan pertimbangan jenis pengaku yang akan digunakan dalam mendesain konstruksi bangunan baja.

PENELITIAN SPSW SEBELUMNYA

POLA DESAIN SPSW

GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA SPSW

Flowchart Metode Studi

METODOLOGI

Gambar 2.5 Denah Bangunan

6.0 6.0 6.0 6.0 6.0

6.0

6.0

6.0 m

Balok indukBalok anak

m

m

mmmmm

18.0m

30.0m

PREMILINARY DESAIN

Gambar 2.6 Denah Bangunan Dengan SPSW

6.0 6.0 6.0 6.0 6.0

6.0

6.0

6.0

SPSW

Balok indukBalok anak

m

m

m

mmmmm

SPSW18.0

30.0m

Gambar 2.7 permodelan strukturtanpa Pengaku Tampak Depan

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

6.0 6.0 6.0 6.0 6.0

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

mmmmm± 0.00

+ 4.00

+ 8.00

+ 12.00

+ 16.00

+ 20.00

+ 24.00

+ 28.00

+32.00

+ 36.00

+ 40.00

30.0

40.0

m

m

Gambar 2.8 permodelan struktur tanpa Pengaku

Tampak samping

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

6.0 6.0 6.0

4.0

4.0

4.0 m

4.0

4.0

m

m

m

m

m

m

m

m

m

mmm± 0.00

+ 4.00

+ 8.00

+ 12.00

+ 16.00

+ 20.00

+ 24.00

+ 28.00

+32.00

+ 36.00

+ 40.00

40.0m

18.0 m

Gambar 2.9 permodelan struktur SPSW Tampak

Depan

Gambar 2.10 permodelan struktur SPSWTampak

Samping

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

6.0 6.0 6.0 6.0 6.0

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

mmmmm± 0.00

+ 4.00

+ 8.00

+ 12.00

+ 16.00

+ 20.00

+ 24.00

+ 28.00

+32.00

+ 36.00

+ 40.00

30.0

40.0

m

m

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

6.0 6.0 6.0

4.0

4.0

4.0 m

4.0

4.0

m

m

m

m

m

m

m

m

m

mmm± 0.00

+ 4.00

+ 8.00

+ 12.00

+ 16.00

+ 20.00

+ 24.00

+ 28.00

+32.00

+ 36.00

+ 40.00

40.0m

18.0 m

Gambar 2.10 permodelan struktur open frame biasa

tanpa pengaku 3D

Gambar 2.11 permodelan struktur SPSW 3D

3.1 Beban-beban pada struktur

3.1.1 Beban Mati (PPIUG 1983 Bab 2 )

3.1.2 Beban Hidup (PPIUG 1983 Bab 3)

3.1.3 Beban Angin (PPIUG 1983 - Bab 4)

3.1.4 Beban Gempa ( SNI 03-1726-2002 )

Beban gempa yang digunakan adalah statik eqivalenyang sudah disesuaikan dengan SNI 2002.

3.2 Peraturan

Peraturan yang digunakan dalam perencanaan adalah : SNI 03 – 1729 – 2002 tentang Tata Cara Perencanaan

Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung

(PPIUG) 1983. SNI 03 – 1726 – 2002 tentang Tata Cara Perencanaan

Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. Untuk check / kontrol dimensi digunakan SNI

3.3 Data Umum Bangunan

- Lokasi : Wilayah gempa 6 (SNI 2002).- Lebar bangunan : 18 m- Panjang bangunan : 30 m.- Tinggi bangunan : 40 m (10 lantai).- Sistem struktur : Struktur bangunan Baja dengan

menggunakan x-braced CBF dan Buckling Inhibited Braces (BIB).

3.4 Data Bahan

Mutu Baja yang akan digunakan sebagai berikut :Kolom (King Cross Mutu BJ 41): Fy = 250 Mpa

Fu = 410 MpaBalok (WF Mutu BJ 41): Fy = 250 Mpa

Fu = 410 MpaMutu Beton fc’ = 30 Mpa

PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER

Gambar 4.1 Penulangan Bondek Atap

Pelat atap dan lantai menggunakan tulangan negatif Ø = 10 mm – 200

Balok anak menggunakan dimensi WF 300.200.8.12

BALOK

Hasil kontrol yang diperoleh

Kontrol Kuat Geser : ΦVn ≥ Vu31752 kg ≥ 6796,12 kg……Ok

Kontrol Kuat Momen Nominal : Mu < Φ Mn10,194.17 kgm< 18,517.50 kgm…ok

BAB V

PERENCANAAN GEMPA DAN STRUKTUR UTAMA

Tabel 5.1 Berat Struktur Per Lantai

Berat total bangunan(open frame biasa) = 2988504 kg

Lantai Tinggi (m) Berat Lantai (kg)

10 40 184743.6

9 36 305043.6

8 32 305043.6

7 28 307962

6 24 307962

5 20 307962

4 16 317446.8

3 12 317446.8

2 8 317446.8

1 4 317446.8

∑ 2988504

Berat total bangunan(SPSW) = 3056200 kg

Tabel 5.2 Daftar Profil Baja Terpakai

Tabel 5.3 Daftar Beban HidupDeskripsi Beban hidup

1.Lantai Perkantoran 250 kg/m22.Atap 100 kg/m2

h B tw tf Berat (mm) (mm) (mm) (mm) (kg/m)

BalokWF300 300 200 8 12 56.8WF500 500 200 10 16 89.6KolomK346 346 174 6 9 82.8K400 400 200 8 13 113.2K600 600 200 11 17 212

Notasi

Tabel 5.4 Gaya gempa tiap lantai menggunakan T = 1.723

Tabel 5.5 Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x (moment resisting frame)

Tabel 5.5 Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x (SPSW)

gambar displacement open frame biasa tanpa SPSW arah sumbu x

gambar displacement dengan SPSW arah sumbu x

WF 500x200x10x16

XH 600x200x11x17

fVn ≥ Vu 67500 kg ≥ 17823.49

0,1..9

8

MnybMuy

MnxbMux

PnPu

fff

0,758 ≤ 1

Balok kuat memikul gaya geser

Kolom kuat memikul kuat

tekan dan lentur

STRUKTUR UTAMA

PERENCANAAN DINDING GESER

Direncanakan dimensi shear wall 300 x 200 dengan tebal 6 mm (Bj 41)

Tan4 α =

LIh

AHt

ALt

cbw

c

w

36011

21

3

30º <α = 36.8º < 45º OK

Panel aspek ratio 0.8 < L/h < 2,5Rasio = L/h

= 300/200 = 1.5 OK

h/tw<lp = 1,10

FywEKv /..h/tw<λp = 1,10

Kontrol penampang

λp = 359 h/tw < λp jadi penampang kompak

Gaya geser Nominal (Vn):Vn = 0.42 Fy. tw. Lc. Sin (2α)Vn = 0.42 x 2500x 40000 x 0.959Vn = 40278000 kg

Gaya geser yang dapat terjadi :Vyc = Cpr.Ry.VnCpr = (fy+fu)(2fy) = 1 + fy/2fuCpr = (2500+4100)/(2x2500)

= 1,32Vyc = Cpr. Ry. VnVyc = 1,32x1,1x40278000

= 58483656 kg

22

2

))(1(12..

twhv

KvE

Tegangan leleh yang mungkin terjadi:

fyc = Ry. Fyfyc = 1.1x2500

= 2750 kg/cm²> fy = 2500 kg/cm²

Tegangan Geser Kritis pada dinding geser :Tegangan tekuk kritis tidak boleh lebih kecil dari tegangan

leleh pada element plat. Dengan kata lain, tekuk dapat dicegahsebelum tegangan rata-rata sebesar fy tercapai.

fcr = 2847,524 kg/cm²> fy=2500kg/cm²..OK

fcr =

2.61

11

tb

M

26,0.20061

94,5

Kontrol tegangan dinding geser:Output dari SAP 2000 combo 7 W53:M11 = 5,94kgcmS11 = 279,23 kgcmDimensi dinding geser:b= 200cmt= 0,6cmσy = 2500 kg/cm²

= 269,23 +

= 269, 28 < σy (OK)

σ= S11 +

ANALISA SPSW DENGAN ABAQUS 6.7

PRE PROCESSING

Pemodelan geometrik struktur dengan bentuk yang diinginkan,beserta input data-data seperti jenis material yang digunakan, polabeban, rekatan antar elemen, jenis perletakan, dan messingelement. Adapun step-step dari abaqus dalam pemodelan yaitu:

Parts

Step ini merupakan penggambaran bentuk awal dari geometrik strukturdengan menggunakan titik-titik koordinat dalam penggambaran untukmasing-masing element struktur

Materials

•Step ini merupakan penentuan jenis material yang digunakan untuk masing-masing element. Dengan mengisi mass density, elastisitas material, dan plastisitas material.Density menu : •Mass density untuk baja= 6850 kg/cm³ = 7.7008E-005 N/mm³•Elastis menu : Modulus young baja 200000 Mpa dengan poison ratio 0.3•Plastis menu : •Yield stress (250,251,410); •Plastis Strain (0,0.0188,0.1988)

Assembly

Merupakan penggabungan dari element-element yang telahdibuat menjadi satu kesatuan. Dalam langkah ini dibagibeberapa langkah diantaranya instances (memanggil part-part untuk dibentuk dalam satu kesatuan), steps(pendefinisian element), constrain (input lekatan antarelement), loads (input beban yang ada), dab BCs (inputperletakan)

PROCESSING

Dalam hal ini abaqus mampu menganalisa linearanalisis dan non-linear analisis pada finite elementdengan ratusan parameter dalam banyak iterasi.Pemecahan analisa non linear dalam abaqusterdapat beberapa tahap yaitu:

Kombinasi dan berulang prosedur tambahan;Menggunakan metode newton untuk memecahkan

persamaan non linear Menentukan konvergensi; Menentukan beban sebagai fungsi waktu, dan Bertahap memilih waktu yang tepat secara otomatis.

Gambar Kurva perpindahan beban non-linear

Tujuan analisis adalah untuk menentukan respon ini. Dalam non linear analisissolusi tidak dapat dihitung dengan menyelesaikan system persamaan linear tunggal,seperti yang akan dilakukan dalam masalah linear. Sebaliknya, solusi ditemukandengan menetapkan loading sebagai fungsi dari waktu sehingga respon non lineardapat dipeoleh ketika melakukan iterasi.

Langkah kenaikan dan iterasiPada dasarnya simulasi terdiri dari 1 atau banyak langkah. Pendefenisian proses

kerja umumnya terdiri dari prosedur analisis, pembebanan dan permintaan output.Beban yang berbeda, kondisi batas, analisis prosedur, dan permintaan output yangdapat digunakan dalam setiap langkah.

KonvergensiDalam hal ini abaqus mempertimbangkan gaya eksternal (P) dan gaya Internal (I)

pada tubuh element. Beban internal bekerja pada sebuah nodal disebabkan olehtegangan dalam element-element yang melekat pada nodal itu)

Gambar 6.12. Gambar pemodelan beban internal dan eksternal

Gambar visualisasi SPSW pada abaqus

Gambar prilaku SPSW percobaan di lapangan

PENUTUP

Kesimpulan

•Dimensi Profil ;

Dari hasil perhitungan dan analisis yangtelah dilakukan pada struktur gedung,didapatkan hasil sebagai berikut :•SPSW :

Plat baja BJ 41 dengan tebal 6 mm•Balok anak

WF 300x200x8x12•Balok Induk Eksterior :

Untuk lantai 1 s/d 10WF 500x200x10x16•Balok Induk Interior :

Untuk lantai 1 s/d 10WF 500x200x9x14•Kolom :

Lantai 1 s/d 4 :K 700x300x13x24

Lantai 5 s/d 7 :K 600x200x11x17

Lantai 8 s/d 10 :K 400x200x8x13

Balok lantai 1-4Momen resisting frameMu max = 4,796,210.00 KgcmVu (-) = 19,421.32Kg

SPSWMu max = 2,824,594.00 KgcmVu (-) = 13,652.30 Kg

Balok lantai 5-10Momen resisting frameMu max = 4,200,607.00 KgcmVu (-) = 17,374.89KgSPSWMu max = 2,543,794.00 KgcmVu (-) = 12,673.20 Kg

Gaya dalam yang terjadi pada struktur saat Open

Frame tanpa pengaku, dan setelah menggunakan SPSW

Open Frame SPSW

Balok seg. bawah

Mu max( kgcm ) 4,796,210 2,824,594Vu max (kg) 19,421.32 13,652

Balok seg. Atas

Mu max( kgcm ) 4,200,607 2,543,794Vu max (kg) 17,374.89 12,673

Dari data Mu max dan Vu yang ada di atas, saat Struktur menggunakan SPSW berkurang ±1,7 kali terhadap terhadap struktur saat Open frame. Hal ini memberikan gambaran bahwa suatu struktur yang deberi SPSW, lebih bermaanfaat pada struktur berlantai 10. Sehingga dari momen yang mengalami pengurangan tersebut,dimensi Balok dapat dikurangi lagi hingga kondisi se optimum mungkin.

Pengaruh gaya gempa yang terjadi terhadap struktur Open Frame,dan SPSW dapat dilihat pada grafik dibawah ini:

Dari grafik terlihat Drift yang sangat besar terjadi saatOpen Frame (∆s= 383.78 mm),setelah SPSW menjadi ∆s=81.038 mm. Pengecilan drift ±4.7 kali ini menunjukkanmomen yang diterima oleh kolom dan balok akan mengecilpula.

Simpangan atap max SPSW = 81.04 mmSimpangan atap max Momen resisting frame = 383,78 mm

Base Shear max SPSW = 214892,3 kgBase Shear max Momen resisting frame = 834168,5 kg

Hal ini menunjukkan bahwa base shear struktur baja dengan menggunakan SPSW lebih kecil dibandingkan dengan struktur momen resisting frame Hal ini mengakibatkan profil struktur yang digunakan SPSW lebih kecil dibandingkan profil yang digunakan momen resisting frame

Dari semua hasil perbandingan diatas dapat disimpulkan bahwa struktur dengan menggunakan SPSW lebih efisien dan ekonomis dibandingkan dengan struktur dengan momen resisting frame

Saran•Perlu dilakukan analisa struktur gedung penuh danpenggunaan beban cyclic menggunakan softwareabaqus untuk menganalisa perilaku SPSW dengansempurna•Perlu pembelajaran program ABAQUS secara advanceuntuk melakukan percobaan bahan dengan teknologikomputer

Terima Kasih