studi perilaku struktur baja menggunakan sistem self centering … · model analisis non-linier. 3....

STUDI PERILAKU STRUKTUR BAJA

MENGGUNAKAN SISTEM SELF CENTERING

DENGAN SISTEM PRATEKAN PADA BALOK

DAN KOLOM AKIBAT BEBAN GEMPA

Oleh

Syaiful Rachman

3105 100 093

Dosen Pembimbing:

Budi Suswanto, ST.,MT.,Ph.D

PRESENTASI TUGAS AKHIR

I. LATAR BELAKANG

1.1 LATAR BELAKANG

Ketika terjadi gempa terjadi berbagai macam kerugian baikfisik,ekonomi maupun jiwa

Pada Desain Struktur Tahan Gempa Konvensional strukturbangunan didesain berdeformasi inelastis dan mengalami simpanganlateral agar bisa bertahan dari keruntuhan (collapse)

Dalam konsep desain struktur tahan gempa tersebut strukturdiharapkan mampu bertahan ketika terjadi gempa ringan,sedang hinggagempa kuat,walaupun diijinkan terjadinya kerusakan

Pada gempa menengah hingga kuat struktur yang terkenagempa di desain akan mengalami kerusakan pada strukturnyadengan mekanisme Strong column Weak Beam

Kerugian berupa korban jiwa selama ini relatif bisa diatasidengan namun Kerugian Finansial dan Ekonomi akibat rusaknyagedung yang tidak mudah diperbaiki lagi menjadi sangatsignifikan karena Struktur utama seperti balok dan kolommengalami kerusakan

Maka dari itu dikembangkanlah suatu sistem struktur tahangempa yang tidak hanya mempertimbangkan aspek life safetypenghuninya tapi juga desain struktur yang mampu meminimalisirkerugian ekonomi akibat rusaknya gedung yang tidak mudahdiperbaiki

Struktur Self Centering merupakan sistem yang terdiri daristrand baja pasca tarik dan elemen pendisipasi energi padasambungan balok kolom yang mampu mengurangi kerusakanstruktur secara signifikan dan mengembalikan struktur keposisisemula pasca beban gempa (Ricles 2001 et.al dan Garlock 2002)

Untuk mengeliminasi potensi timbulnya sendi plastis padadasar kolom yang dapat mengurangi perilaku self centeringstruktur maka diberi kabel strand prategang pada kolom dasaruntuk meminimalisir potensi terjadinya sendi plastis

RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana mendesain dan menganalisa

struktur tahan gempa sistem Self Centering

Steel Moment Resisting Frame (SC-MRF)

2. Bagaimana menganalisa beban gempa dengan

model analisis non-linier.

3. Bagaimana perilaku kolom dasar yang diberi

perkuatan strand baja pratekan setelah diberi

beban gempa

4. Bagaimana mengevaluasi perilaku struktur self

centering setelah terjadi gempa dengan analisa

pushover berdasarkan criteria performance based

design

TUJUAN

1. Mendesain dan Menganalisa struktur tahan gempa

dengan menggunakan sistem Self Centering-Steel Moment

Resisting Frame (SC-SMRF)

2. Menganalisa beban gempa dengan model analisis non

linier

3. Menganalisa perilaku kolom dasar setelah diberi beban

gempa

4. Mengevaluasi perilaku struktur Self Centering setelah

terjadi gempa dengan analisa pushover berdasarkan

kriteria performance based design

BATASAN MASALAH

1.Pada studi ini tidak membahas mengenai metode

pelaksanaan konstruksi bangunan

2.Tidak meninjau aspek analisis biaya

3.Tidak membahas bangunan bawah

4.Analisa hanya menggunakan pendekatan rumus

dari jurnal-jurnal yang ada

5.Analisa model menggunakan Analisis 2 dimensi

1.5 MANFAAT PENULISAN

Memberikan alternatif baru dalam

perencanaan gedung tahan gempa

Menambah wawasan baru tentang studi

struktur tahan gempa di dunia Teknik Sipil

khususnya para akademisi di Indonesia yang

relatif masih baru

II. TINJAUAN PUSTAKA

KONSEP SELF CENTERINF SISTEM

Self Centering Moment Resisting Frame (SC-MRF) adalahsistem struktur tahan gempa yang terdiri dari elemen pendisipasienergi (energy dissipation) atau biasa disebut ED dan strand bajaprategang yang bekerja parallel dengan balok (Ricles et al 2001,Garlock 2002).

Pada saat menerima beban lateral gempa struktur melakukanrespon dengan mekanisme gap opening (celah membuka) pada jointbalok-kolom dimana gaya strand prategang membeerikan restoringforce (gaya pemulih) untuk menutup gap yang terjadi selama gempa

MEKANISME GAP OPENING

GAMBAR 2.2 A) SKEMA ELEVASI SATU LANTAISC-MRF B) DEFORMASI DARI DEKOMPRESISC-MRF C) IDEALISASI PERILAKUHUBUNGAN PADA SAMBUNGANSC-MRF

Pada SC-SMRF strands bekerja parallel dengan

balok dan memampatkan balok ke permukaan kolom.

Ketika moment pada sambungan telah melewati moment

tahanan oleh strands pasca tarik,rotasi relatif terjadi

antara balok dan kolom () (Ricles and garlock 2001

&2002).

DETAIL SAMBUNGAN SC MRF

Gambar 2.9 Skematik Kolom Prategang

Gambar 2.10 Momen Rotasi Dasar Kolom

III. METODOLOGI

Mulai

Studi Literatur:

Jurnal dan Proceeding Self

Centering

Preliminary design

Pembebanan (PPIUG 1983, SNI 2002)

dan Pendimensian

Pemodelan dan Analisa Struktur dengan

SAP 2000 ver 14

Kontrol Dimensi

Perencanaan Sambungan

A

A

Analisa Sistem struktur Self

Centering :

Analisisa Pushover dengan SAP 2000 ver14.2.2

Evaluasi kinerja struktur dengan ATC-40, FEMA 356, dan SNI 03-1726-

2002

Kesimpulan

Selesai

OK

OK

Not

OK

Not

OK

3.2 STUDI KASUS

Gambar 3.1 Model denah tipikal Struktur Rangka Baja Pemikul Momen Sistem Self

Centering

(Gambar oleh Hoseok chi and Judy Liu, 2006)

4@9m

6@4m

lantai 6 (Atap)Beban MatiBalok Anak WF 250 x 250 x 14 x 14 = 82,2 x 6 x 20 = 9864 kgBalok Induk W36x135 = 200,9 x 6 x 49 = 59065 kgKolom

kolom eksterior W14x283 = 421,1 x 4 x 18 = 30319 kgkolom interior W36x170 = 253 x 4 x 12 = 12144 kg

Pelat Atap = 374,1 x 30 x 36 = 404028 kg= 515420 kg

Beban Hidup 0,3x = 100 x 30 x 36 = 32400 kg547820 kg

lantai 5

Beban Mati

Balok Anak WF 350 x 250 x 8 x 12 = 87 x 6 x 20 = 10440 kg

Balok Induk W36x135 = 200,9 x 6 x 49 = 59064,6 kg

Kolom

kolom eksterior W14x283 = 421,1 x 4 x 18 = 30319,2 kgkolom interior W36x170 = 253 x 4 x 12 = 12144 kg

Pelat lantai = 484,1 x 30 x 36 = 522828 kg

= 634796 kg

Beban Hidup 0,3x = 250 x 30 x 36 = 81000 kg

715796 kg

lantai 3-4

Beban Mati



Kolom

kolom eksterior W14x342 = 509 x 4 x 18 = 36648 kg

kolom interior W36x210 = 312,5 x 4 x 12 = 15000 kg


= 664531 kg


745531 kg

lantai 1-2

Beban Mati



Kolom

kolom eksterior W14x398 = 592 x 4 x 18 = 42624 kg

kolom interior W36x328 = 488,1 x 4 x 12 = 23428,8 kg


= 684199 kg


765199 kg

TAKSIRAN WAKTU GETAR ALAMI T

SECARA EMPIRIS

Perhitungan waktu getar alami memakai rumusan empiris (perkiraan awal) berdasarkan method A (UBC 1630.2.2). dengan perumusan:

Tx = Ty = Ct . (H)3/4

dimana:

Ct = 0,0731 untuk sistem struktur rangka pemikul momen (UBC section 1630.2.2)

H = 24 m ( Tinggi gedung )

Pada arah B-T (arah X)

T1 = Ct (H)3/4 = 0,0731 (24)3/4 = 0,7926 detik

Berdasarkan pasal 5.6 SNI 03 – 1726 – 2002, waktu getar alami struktur gedung ( T1 ) dibatasi oleh T1 < ζ n

dimana:

= 0,15 Untuk zona Gempa 6,(tabel 8 SNI 03-1726-2002)

n = jumlah tingkat = 6

T1 < x n

0,7926 detik < 0,15 x 6= 0,9 detik OK

C diperoleh dari gambar 2 respon spektrum gempa

rencana (SNI 03-1726-2002).

Untuk Tx = Ty = 0,7926 detik, Zone 6 dan jenis

tanah lunak, diperoleh

C1=0,95/T1 =0,95/0,7926 = 1,198

GAYA GEMPA TIAP LANTAI

KONTROL KINERJA BATAS LAYAN DAN

KINERJA BATAS ULTIMATE

ANALISA PUSHOVER

DISTRIBUSI SENDI PLASTIS

STEP 1

STEP 2

STEP 3

STEP 4

STEP 5

STEP 6

STEP 7

collapse

EVALUASI PERILAKU SEISMIK

Hasil ini menunjukkan bahwa µ∆ aktual masih lebih kecil daripada µ∆desain maksimum yang disyaratkan (µ∆ = 5,2 untuk untuk SRPMK dan R aktualjuga lebih kecil dari R desain R = 8,5

1). Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 273/356)

Arah X :

Te = 0,430 detik (lihat waktu getar alami efektif)C0 = 1,4 (Tabel 3.2 FEMA 356 untuk bangunan lebih dari 10 lantai)C1 = 1 untuk Te ≥ TsTs = 1 adalah waktu getar karakteristik dari kurva respon spektrum wilayah 6

tanah lunak dimana terdapat transisi bagian akselerasi konstan ke bagiankecepatan konstan.

C2 = 1,0C3 = 1,0 kekakuan pasca leleh adalah positifSa = 0,42/T = 0,42/1,636 = 0,257Maka target perpindahan (performance point)dapat dihitung sebagai berikut,

mgTSCCCC eaT 181,0

2

2

3210

2). Metode Spektrum Kapasitas (ATC 40)

Family of Demand Spectra : 5%, 10%, 20% dan 40%

Parameter damping = 5 %

Structural behavior : Type A (bangunan baru)

Ca

Cv

2). Metode Spektrum Kapasitas (ATC 40)

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa performance point arah X tercapaipada peralihan 0,090 meter dan gaya geser sebesar 382830,5 kg

3). Metode Koefisien Perpindahan yang Diperbaiki (FEMA 440)

Arah X:

Te = 0,430 detik (lihat waktu getar alami efektif)C1 = 1,0C2 = 1,0C0 = 1,4 (Tabel 3.2 FEMA 356 untuk bangunan lebih dari 10 lantai)C3 = 1,0 kekakuan pasca leleh adalah positifSa = 0,95/T = 0,42/1,636 = 2,2Maka target perpindahan dapat dihitung sebagai berikut,

181,02

2

3210 gTSCCCC eaT

4). Kinerja Batas Ultimit Menurut SNI 03-1726-2002

Tabel di atas menunjukkan dari keempat kriteria diatas diperoleh target perpindahanmaksimum untuk arah X adalah 0,181 m (FEMA 356, FEMA 440). Ternyata denganmelihat tabel distribusi sendi plastis dapat disimpulkan bahwa pada saat terjadi targetperpindahan maksimum arah X, struktur masih berkinerja immediate occupancy. Halini menunjukkan bahwa gedung yang direncanakan sudah memenuhi kinerja yangdiharapkan karena tidak mengalami kerusakan yang signifikan pada struktur utamayaitu balok dan kolom. Bahkan pada saat balok pertama kali mengalami collapsekolom dasar belum mengalami sendi plastis

PENUTUP

KESIMPULAN

1) Dari analisa pushover didapatkan target peralihan (performance point)sebagai berikut :

2) Ternyata dengan melihat tabel 8.1 dapat disimpulkan bahwa pada saat terjadi targetperpindahan maksimum arah X struktur masih berkinerja immediate occupancy. Hal inimenunjukkan bahwa gedung yang direncanakan sudah memenuhi kinerja yang diharapkankarena tidak mengalami kerusakan yang signifikan pada struktur utama yaitu balok dankolom. Hal ini cukup sesuai dengan tujuan dari penggunaan sistem self centering itusendiri yaitu menghindari kerusakan pada struktur utama akibat gempa

SARAN

1) Salah satu parameter untuk menilai perilaku self centering dari

struktur yaitu tidak adanya residual drift/residual drift sangat kecil

dalam batas toleransi yaitu 0,02. Namun untuk mengetahui nilai

residual drift perlu melakukan penelitian berdasarkan hasil

eksperimental yang dibandingkan dengan hasil analitis.

Untuk itu dikemudian hari diperlukan tidak hanya penelitian yang

bersifat analitis teoritis tapi juga berdasarkan hasil eksperimental

2) Studi tentang struktur self centering masih perlu diperdalam

mengingat cakupan bahasannya yang masih sangat luas agar didapat

hasil studi yang lebih baik dan komprehensif

studi perilaku struktur baja menggunakan sistem self centering … · model analisis non-linier. 3....

Documents