studi perilaku struktur baja menggunakan sistem self...

1

STUDI PERILAKU STRUKTUR BAJA MENGGUNAKAN SISTEM SELF CENTERING DENGAN SISTEM PRATEKAN PADA BALOK DAN KOLOM AKIBAT BEBAN GEMPA

Nama Mahasiswa : Syaiful Rachman NRP : 3105 100 093 Jurusan : Teknik Sipil Dosen Pembimbing : 1. Budi Suswanto, ST.,MT.,Ph.D

Abstrak

Pada konsep desain struktur tahan gempa konvensional dimungkinkan terjadinya deformasi inelastis pada komponen struktur utama yang mencegah terjadinya keruntuhan struktur sehingga memberikan angka life safety yang dapat diterima terhadap penguni struktur gedung namun kerugian finansial dan ekonomi akibat kerusakan gedung yang tidak bisa diperbaiki menjadi sangat besar. Sistem struktur tahan gempa yang baru dan saat ini sedang dikembangkan yaitu Sistem Self Centering dengan perilaku gap opening mendisipasi energi tanpa deformasi inelastis dan kerusakan yang berarti pada struktur utamanya.Energi pemulihnya elastis yang diberikan srand baja pasca-tarik mengembalikan struktur keposisinya semula setelah gempa.

Namun dasar kolom pada tingkat dasar Sistem Struktur Self Centering Moment Resisting Frames (SC-MRFs) kemungkinan besar mengalami kerusakan akibat terjadinya sendi plastis. Formasi sendi plastis ini pada kolom-kolom dasar ini berpotensi mengurangi kemampuan struktur untuk berperilaku Self Centering.Untuk menghilangkan atau mengurangi terjadinya sendi plastis pada dasar kolom diberi perkuatan dengan penggunaan baja pratekan

Maka dari itu Tujuan dari Tugas Akhir ini difokuskan untuk Menganalisa struktur dengan menggunakan sistem Self Centering-Steel Moment Resisting Frame (SC-SMRF) dengan penggunaan kolom pratekan pada tingkat dasar . Untuk menganalisa kelayakan penggunaan kolom pratekan pada SC-MRFs

maka akan dilakukan pengujian secara analisis berupa struktur 6 tingkat dengan asumsi tanah keras dengan analisa statis nonlinier dan analisa dinamis.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Salah satu sistem struktur tahan

gempa yang cukup popular adalah Steel Moment Resisting Frame (SC-SMRF) atau sistem rangka baja penahan momen.

Dalam konsep desain struktur tahan gempa tersebut struktur diharapkan mampu bertahan ketika terjadi gempa ringan,sedang hingga gempa kuat,walaupun diijinkan terjadinya kerusakan. Pada gempa menengah hingga kuat struktur yang terkena gempa di desain akan mengalami kerusakan pada strukturnya dengan mekanisme Strong column Weak Beam.

Sistem struktur konvensional ini memberikan jaminan keamanan/life safety yang bisa diterima bahwa struktur tidak akan mengalami kegagalan tiba-tiba (getas) namun kerugian akibat dampak ekonomi dari deformasi inelastis struktur ini menjadi sangat signifikan.

Sistem struktur penahan gempa yang baru saat ini sedang dikembangkan,yaitu Sistem Self Centering (SC) dan telah dipelajari baik secara experimental maupun analitis. Sambungan balok-kolom sistem Self Centering terdiri dari strand baja Pasca tarik pada sambungan balok-kolom dan elemen pendisipasi energi yang dikembangkan (Reliability assessment of steel moment resisting frame systems by Ricles et al (2001) and Garlock (2002)) .Sistem tersebut menggunakan perilaku celah bukaan pada joint kritis yang dipilih antara komponen struktur utama, disepanjang elemen pendisipasi energi, untuk mengurangi perilaku non-linier,simpangan lateral,daktilitas,dan mendisipasi energi tanpa berdeformasi inelastis yang berlebihan/signifikan dan menyebabkan kerusakan pada elemen struktur utama. Gaya pemulih elastis yang diberikan oleh baja pascatarik pada joint

2

tersebut mengembalikan struktur keposisi awalnya seperti sebelum gempa,dan mengurangi simpangan lateral sehingga struktur utama tidak mengalami kerusakan yang berarti.

Namun pada saat terkena beban lateral gempa kolom dasar pada tingkat pertama Sistem Self Centering mengalami kerusakan akibat sendi plastis yang terjadi berdasar desain berbasis beban gempa. Formasi sendi plastis pada kolom dasar tersebut berpotensi mengurangi perilaku Self Centering seperti yang diharapkan. Maka dari itu dalam studi Tugas Akhir kali ini akan lebih difokuskan bagaimana menghilangkan atau mengurangi kerusakan pada kolom dasar akibat sendi plastis dengan memperkuat kemampuan daya Self Centering Struktur tersebut. Salah satu cara yang sedang dikembangkan dan telah dilakukan penelitian baik secara eksperimen maupun analitis (Hoseok chi and Judy liu 2006) adalah memberi gaya pratekan pada kolom dasar untuk menghilangkan atau setidaknya mengurangi potensi terjadinya sendi plastis sehingga perilaku Self Centering yang dikehendaki bisa terealisasi

1.2 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

1.3 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

1.4 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 model menggunakan

Analisis 2 dimensi 1.5 Manfaat

1) Memberikan alternatif baru dalam perencanaan gedung tahan gempa

2) Menambah wawasan baru tentang studi struktur tahan gempa di dunia Teknik Sipil khususnya para akademisi di Indonesia yang relatif masih baru

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Struktur baja telah digunakan secara

luas menggunakan sistem rangka penahan momen untuk perencanaan gedung tahan gempa. Sistem Rangka penahan momen terdiri dari rangka yang terdiri dari balok dan kolom sebagai struktur utama yang bekerja memikul beban gravitasi dan beban lateral gempa (rahmat purwono 2006) .Dalam perancangan struktur gedung tahan gempa sistem rangka penahan momen menggunakan filosofi desain sebagai berikut Struktur dapat menahan gempa kecil

(wilayah 1&2) tanpa mengalami kerusakan struktrur primer maupun sekunder

Struktur dapat menahan gempa sedang (wilayah 3&4) tanpa mengalami kerusakan primer walaupun

3

diperbolehkan terjadi kerusakan struktur sekunder sehingga masih bisa diperbaiki

Struktur dapat bertahan dari gempa kuat (wilayah 5&6) dan menghindari terjadinya keruntuhan struktur yang dapat mengakibatkan terjadinya korban jiwa manusia oleh runtuhnya struktur

Kegagalan banyak sambungan struktur

rangka penahan momen pada gempa besar Northridge 2004 dan gempa kobe tahun 2005 yang menyebabkan kerugian besar khususnya pada kerusakan struktur dan gangguan operasional bisnis telah berdampak signifikan berupa kerugian finansial yang besar kepada pemilik gedung. Hal ini membutuhkan pengembangan inovasi sistem struktur baru untuk zona gempa resiko tinggi.

Salah satu sistem struktur baru yang dikembangkan beberapa tahun terakhir yaitu Self Centering Steel Moment Resisting Frame (SC-MRF) atau sistem rangka baja pemikul momen dengan sistem sambungan self centering SC adalah Sistem struktur inovatif untuk desain tahan gempa yang memiliki potensi mengurangi atau mengeliminasi kerusakan struktur dan mengembalikannya keposisi vertikalnya semula setelah beban gempa (Ricles et al,Garlock 2001). 2.2 Sistem Self centering

Self Centering Moment Resisting Frame (SC-MRF) adalah sistem struktur tahan gempa yang terdiri dari elemen pendisipasi energi (energy dissipation) atau biasa disebut ED dan sistem tendon baja pasca-tarik yang bekerja parallel dengan balok (Ricles et al 2001 ,Garlock 2002).

Sambungan SC-MRF terdiri dari sistem

pasca-tarik (strand baja mutu tinggi atau tulangan baja) yang bekerja parallel dengan balok dan memampatkannya terhadap flens/sayap kolom. Jika balok dan kolom didesain secara benar maka balok dan kolom akan tetap bersifat elastis selama gerakan tanah yang kuat. Energi didisipasi melalui berbagai macam cara seperti profil baja siku dudukan dan puncak (Ricles 2001;garlock 2005), tulangan dilas pendisipasi energi (Christopoulus 2002), Gesekan (Rojas 2005; Wolski 2005) dan beberapa elemen pendisipasi energy yang lain (Chou 2006). Pada awalnya pengembangan sistem Self Centering bertujuan untuk menghindari kerusakan dan simpangan lateral

permanen akibat beban gempa. Ricles mengembangkan sambungan momen balok-kolom yang diberi gaya pasca tarik menggunakan strand baja mutu tinggi yang bekerja parallel terhadap balok,dengan profil baja siku yang dibaut pada dudukan dan atas balok sebagai elemen pendisipasi energi. Skema dari rangka self centering pasca tarik seperti pada gambar

Gambar 2.1.a Skema sambungan SC MRF dengan Top and seat angles disipators (Garlock 2004)

Gambar 2.1.b Skema sambungan SC MRF dengan Bottom flange friction device disipators (Iyama 2008)

Gambar 2.5 Detailing Strand (Gambar oleh Richard Sause)

4

Sistem Self Centering untuk struktur beton maupun baja sedikit berbeda namun memiliki kesamaan prinsip yaitu :

1. Balok pada rangka diberi gaya pasca

tarik dengan menggunakan strand atau tulangan baja mutu tinggi yang memberikan gaya pemulih pada sistem yang menghasilkan pemusatan diri atau biasa disebut self centering.

2. Disipasi energi diberikan elemen tambahan seperti profil siku,tulangan baja,pelat baja atau elemen gesek

3. Sambungan balok-kolom dicirikan dengan celah bukaan horizontal ( ) dan tutupan selama beban gempa bekerja sebagaimana ditunjukkan gambar.

2.3.2 Gambar Detailing Sambungan pasca Tarik

Perilaku Kolom Pratekan

Kolom dasar pratekan terdiri dari baja pratekan mutu tinggi, plat pendisipasi energy, dipasang secara vertical, dan bekerja dari tengah kolom pada tingkat dasar sampai dasar basement kolom. Baja Pratekan diangkurkan pada pelat pengangkur untuk mendistribusikan gaya dari beban gempa maksimum. Selama terjadi beban lateral gempa, celah bukaan dan tutupan (gap opening and closing) terjadi antara balok dan permukaan kolom tingkat dasar. Pelat pendisipasi energi, yang terpasang pada flens /sayap kolom dan plat keeper, mendisipasi energy dengan mekanisme pelelehan pada penampang ketika celah membuka dan menutup dan juga meningkatkanmomen kapasitas pada dasar kolom.

Gambar 2.2 a) Skema elevasi satu lantai SC-MRF b) Deformasi dari dekompresi SC-MRF c) Idealisasi perilaku hubungan pada sambungan SC-MRF

Gambar 2.6 Detailing Strand (Gambar oleh Richard Sause)

5

Gaya awal pratekan pada dasar kolom

harus ditentukan sehingga baja pratekan tetap berperilaku elastis terhadap beban gempa. Plat pendisipasi energy didesain untuk memastikan perilaku Self Centering pada dasar kolom sebagaimna yang terjadi pada rangka struktur. Kebutuhan kuat geser pada dasar kolom lebih besar daripada gaya gesek yang terjadi antara flens kolom dan flens balok pada tingkat pertama. Selain itu elemen tambahan penahan geser yang mengijinkan terjadinya celah bukaan diperlukan pada dasar kolom

BAB III

METODOLOGI

diagram alir (flowchart) dari tugas

akhir ini adalah :

Gambar 2.9 Skematik Kolom Pratekan Gambar 2.10 Momen Rotasi Dasar Kolom

3.3 Studi Kasus

Start

Studi Literatur: Jurnal dan Proceeding Self Centering

Preliminary design

Pembebanan (PPIUG 1983, SNI 2002) dan Pendimensian

Analisa Struktur dengan beban statik nonlinier memakai SAP 2000 ver 14

Perencanaan sambungan

Analisisa Pushover (SAP 2000 ver 14

Analisa Sistem struktur Self Centering :

Kesimpulan

Finish

Kontrol dimensi

YES

NO

Evaluasi kinerja struktur dengan ATC-40, FEMA 356, dan SNI 03-1726-2002

6

Data Bahan : Mutu bahan yang akan digunakan sebagai berikut : - Beton : f’c = 30 Mpa - Baja : Tipe profil WF

Profil Bj 41 : fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa

Kontrol Perhitungan Balok Kontrol Penampang (Local Buckling) (3.1) Pelat sayap Pelat badan Penampang kompak :

λ ≤ λp

λ = f

f

tb2

λ = wth

Mn = Mp

λp = yf

170 λp =

yf1680

Penampang tak kompak :

λp < λ ≤ λr

λr = ry ff −

370 λr =

yf2550

Mn = Mp – ( Mp – Mr )

prp

λλλλ

−−

fr = 10 ksi untuk baut Penampang langsing : fr = 16,5 ksi untuk las λr ≤ λ Mn = Mr (λr / λ)2

Kontrol Kuat Geser (3.3)

a. Jika y

n

w fEk

th 10,1≤ maka Vn = wyAf6,0

b. Jika y

n

wy

n

fEk

th

fEk

37,110,1 ≤≤

maka Vn =

w

y

n

wy

th

fEk

Af10,1

6,0

c. Jika wy

n

th

fEk

≤37,1 maka Vn =

2

9,0

twh

EkA nw

Vu ≤ Φ Vn ; Φ = 0,9

Kontrol Tarik (3.4) Leleh Φ = 0,9 ; Pn = Fy Ag Putus Φ = 0,75 ; Pn = Fu Ae

9

36

Denah Struktur Typicalsatuan (m)

630

Gambar 3.2 Model denah skematis SC-MRF with Pos Tensioned Column (Gambar oleh Hoseok chi and Judy Liu, 2006)

7

3.5 Pembebanan

Perencanaan pembebanan pada struktur ini berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983 dan SNI 03-1726-2002. Pembebanan tersebut antara lain : Beban Mati ( Bab 2 – PPIUG 1983 )

Beban mati terdiri atas berat seluruh material elemen struktur dan perlengkapan permanen pada gedung.

Beban Hidup (Bab 3 – PPIUG 1983) Beban hidup terdiri dari beban

yang diakibatkan oleh pemakaian gedung dan tidak termasuk beban mati, beban konstruksi dan beban akibat lingkungan (alam) seperti beban angin, beban salju, beban hujan, beban gempa atau beban banjir.

Beban Gempa ( SNI 03-1726-2002 ) Beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu. Dalam hal pengaruh gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa dinamik, maka yang diartikan dengan beban gempa disini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa itu. Gaya geser dasar rencana total, V, ditetapkan sebagai berikut:

Wt

RICV ×

×= 1

; T1 = 0.085 (hn)3/4 dimana : V = Gaya geser dasar Nominalstatik ekuivalen R = Faktor reduksi gempa T1 = Waktu getar alami fundamental Wt = Berat total gedung I = Faktor kepentingan struktur Hn = Tinggi total gedung C1 = Faktor respons gempa Pembatasan waktu getar alami fundamental (Pasal 5.6 SNI 03 – 1726 – 2002): T1 < ς n dimana : ς = Koefisien untuk wilayah gempa tempat struktur gedung berada (Tabel 8). n = Jumlah tingkatnya Simpangan antar lantai (SNI 03 – 1726 – 2002) - Kinerja batas layan : ∆S = 0.03 / R Ambil terkecil ∆S = 30 mm Dimana : R = RSRPMK Baja = 8.5 ............ (pasal 4.3.6) - Kinerja batas ultimit : ∆M = ∆S * ξ ............ (pasal 8.2)

Kombinasi Pembebanan : Untuk perhitungan secara AISC-LFRD

kombinasi yang digunakan adalah COMBO 1 : 1,4 D COMBO 2 : 1,2 D + 1,6 L COMBO 3 : 1,2 D + 0,5 L + 1 E COMBO 4 : 0,9 D + 1 E

Kontrol Perhitungan Kolom Kontrol Penampang (3.5) Pelat sayap Pelat badan

λ = f

f

tb2

λ = wth

λr = yf

250 λr =

yf665

λ ≤ λr (tidak langsing) λ ≤ λr (tidak langsing Kontrol Kekakuan Portal (3.6)

G =

∑

∑

b

b

c

c

LILI

Dari nilai G tersebut dapat diperoleh nilai k (faktor panjang tekuk)

Kontrol Komponen Tekan Nn = Ag fcr (3.7)

λc = Ef

rLkc y

π ; untuk λc ≤ 1,5 maka fcr = ( )c f

2658,0 λ

untuk λc > 1,5 maka fcr = yc

f

2

877,0λ

Nu ≤ φ Nn ; φ = 0,85

Kontrol Perhitungan Balok Kolom

Persamaan Interaksi Tekan – Lentur (3.9)

a. Jika 2,0≥n

u

NN

φ maka 0,1

98

≤

++

nyb

uy

nxb

ux

n

u

MM

MM

NN

φφφ

b. Jika 2,0<n

u

NN

φ maka 0,1

2≤

++

nyb

uy

nxb

ux

n

u

MM

MM

NN

φφφ

8

BAB IV

PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER

4.2 PELAT LANTAI 4.2.1 Data Perencanaan Pelat Lantai

Beban Hidup = 400 kg/m2 Beban Finishing = 90 kg/m2 Berat Beton kering = 2400 kg/m2 Berat Spesi = 21 kg/m2 Berat tegel = 24 kg/m2 Panjang Bentang Bondek = 450 cm Panjang Balok anak = 600 cm

4.2.2 Pembebanan Lantai Beban berguna :

• Beban hidup : - Untuk perkantoran ( Tabel 3.1.

PPI 1983 ) = 250 kg/m2

- Reduksi beban hidup (R) ( Tabel 3.3. PPI 1983 ) = 0.6

- Total beban hidup = 400 x 0,6 = 240 kg/m2

• Beban finishing : - Berat spesi (2cm) = 2 x 21kg/m2

= 42 kg/m2 - Berat tegel (2cm ) = 2 x 24kg/m2

= 48 kg/m2 - Berat plafond (11+7)

= 18 kg/m2 Total Beban (hidup+Finishing)

= 348 kg/m2

Data-data perencanaan berdasarkan brosur Lysaght tabel 2 BONDEK :

Untuk bentang = 4,5 m Tebal pelat = 14 cm dan tulangan

negatif = 5,58 cm2/m, berdasarkan Tabel 2. Tabel Perencanaan Praktis :

• Bentang 4,5 m dengan menggunakan satu baris penyangga.

• Bentang menerus dengan tulangan negatif.

• Beban berguna = 400 kg/m2.

• Dipakai tulangan Ø10, As = 0.7854 cm2

• Jumlah tulangan yang dibutuhkan tiap 1 m :

N = 7854,058,5

= 7,10 buah ≈

8 buah

• Jarak antar tulangan = 7

100 =

12,50 ≈ 13 cm • Jadi dipasang tulangan negatif

Ø10 – 100.

Beban mati yang bekerja pada pelat 1 m2 Beban mati : Berat pelat bondek = 10,1 kg/m2

Berat beton = 0,14 x 2400 = 336 kg/m2

Berat spesi, 2 cm = 2 x 21 = 42 kg/m2

Berat Tegel 2 cm = 2 x 24 = 48 kg/m2 Berat plafon = 18 kg/m2 Berat ducting dan plumbing = 30 kg/m2

♦ Panjang balok anak L = 6 m

+ (qD) = 484,1

kg/m2 4.3. Perencanaan Balok Anak

Data Perencanaan :

Balok Anak WF 350 x 250 x 8 x 12

(fy = 250 Mpa, fu = 410 Mpa)

W = 67,6 kg/m r = 13 mm

Zx = 1190 cm3 d = 336 mm

Ix = 18100 cm4 tf = 12 mm

h = d-2.(tf+r) = 286 mm iy = 5,92 cm

Panjang bentang yang dipikul balok anak = 4,5 m

Panjang balok anak = 6 m

9

• Beban mati

Pembebanan :

- Berat bondek = 10,1 x 4,5

= 45,45kg/m - Berat pelat beton = 4,5m x 0,14 x 2400 kg/m2 = 1512 kg/m - Berat Profil =

67,6 kg/m = 1625 kg/m

Berat Ikatan 10% x 1500 = 162,5 kg/m qD = 1787,5 kg/m

Beban hidup ( Tabel 3.1. PPI 1983 )

qL = 4,5 m x 400 kg/m2 = 1800 kg/m

Beban berfaktor = qU = (1.2 x qD) + (1.6 x qL) = (1.2 x 1787) + (1.6 x 1800) = 5000 kg/m

Mu =

+

81 x qU x L2 =

81 x 5000 x 6 2 =

22500 kg.m

Vu = 21 x qU x L =

21 x 5000 x 6 =

15000 kg

f

f

tb2

Kontrol Tekuk Lokal

Pelat sayap : λ = =)12(2

249 = 10,375

λp =yf

170=

250170

= 10.8

λ ≤ λp → 7.95 < 10.8 , maka penampang kompak

Pelat badan : λ = wth =

8300 = 35,75

λp = yf

1680 =

2501680

= 106.3

λ ≤ λp → 35,75 < 106.3 , maka penampang kompak Karena penampang kompak, maka Mn = Mp Mp = fy x Zx = 2500 kg/cm2 x 1190 cm3= 2975000 kg.cm

= 29750 kg.m Mu < φ Mn → 22500 kg.m < 0.9 x 29750 kg.m 22500 kg.m < 26775 kg.m ( OK )

yy

fEi76.1

Kontrol Tekuk Lateral Lb = 200 cm (asumsi jarak pengikat pelat bondek ke balok anak)

Lp = = 1.76 x 5,92 x

250200000

= 294,7 cm

Lb < Lp → 200 < 294,7 maka termasuk bentang pendek Karena bentang pendek, maka Mn = Mp Mp = fy x Zx = 2500 kg/cm2 x 1190 cm3= 2975000 kg.cm = 29750 kg.m Mu < φ Mn → 22500 kg.m < 0.9 x 29750 kg.m 22500 kg.m < 26775 kg.m ( OK )

wthKontrol Kuat Geser

= 35,75 = =

69,57

2501100

≤wth

→ 35,75 < 69,57

maka Vn = 0.6 fy Aw

= 0.6 x 2500 x ( 336 x 0.8 ) = 403200 kg

Vu < φ Vn → 15000 kg < 0.9 x 403200 kg

15000 kg < 362880 kg ( OK )

240L

Kontrol Lendutan

f ijin = = 240600 = 2.5 cm

q = qD + qL = 1787 + 1800 = 3587 kg/m

f ο = ExIqxLx

4

3845

10

= 181002000000

60087,35384

5 4

xxx

= 1.669≈ 1.67 cm f ο < f ijin → 1.67 cm < 2.5 cm ( OK )

BAB V PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA

5.1 Pembebanan Struktur Utama

Perhitungan pembebanan dilakukan untuk mengetahui distribusi beban-beban yang bekerja, sehingga dapat diketahui gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur.

5.2 Pembebanan Gravitasi 5.2.1 Berat bangunan

Ringkasan berat bangunan dinyatakan dalam Tabel 5.1 berikut ini :

Tabel 5.1 Berat struktur per lantai Lantai tinggi (m) Berat Lantai (kg)

6 24 587107,85 20 894067,84 16 922660,83 12 922660,82 8 943492,21 4 943492,2∑ 5213481,6

Jadi berat total bangunan = 5213481,6 kg

5.3 Pembebanan 5.3.1 Perhitungan Beban Mati Tabel 5.2 Daftar Beban Mati

Berat Sendiri Profil Baja (Self Weight)

Untuk berat sendiri profil baja sudah secara otomatis dimasukkan dalam perhitungan struktur utama.

Tabel 5.3 Daftar Profil Baja Terpakai

h d b tw tf Berat(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (Kg/m)

BALOKW36x135 824,8 903 303,5 15,2 20,1 200,9W36x182 824,8 922,8 306,7 18,4 30 270,8W36x194 824,8 926,8 307,7 19,4 32 288,7

KOLOMW14x283 289,6 425,2 409,2 32,8 52,6 421,1W14x342 289,7 445,5 415,5 39,1 62,7 509W14x398 289,6 464,6 421,4 45 72,3 592W36x170 824,9 918,7 305,6 17,3 27,9 253W36x194 824,8 926,8 307,7 19,4 32 288,7W36x328 799,9 942,1 422,4 25,9 47 488,1

Notasi

5.3.2 Perhitungan Beban Hidup

Tabel 5.4 Daftar Beban Hidup

Deskripsi Beban hidup 1.Lantai Perkantoran 250 kg/m2 2.Atap 100 kg/m2

5.3.3 Perhitungan Beban Gempa a). Wilayah Gempa : Zone 6 b). Jenis tanah : Tanah Lunak c). Percepatan gravitasi : 9.81 m/dt2 d). Faktor kepentingan (I) : 1(Perkantoran) e). Faktor reduksi gempa (R) : 8.5 (SRPMK) Tabel 5.5 Gaya gempa tiap lantai

tingkat Zi (m) Wi (ton) WiZi (ton m) 100% Fi x,y (ton) 30% Fi x,y (ton)6 24 587,1078 14090,5872 149,77 44,935 20 894,0678 17881,356 190,07 57,024 16 922,6608 14762,5728 156,92 47,083 12 922,6608 11071,9296 117,69 35,312 8 943,4922 7547,9376 80,23 24,071 4 943,4922 3773,9688 40,12 12,03

total 5213,4816 69128,352 h. Kontrol Analisa T Rayleigh akibat gempa arah sumbu X dan Y Besarnya T yang dihitung sebelumnya dengan

rumus empiris harus dibandingkan dengan Trayleigh , dengan rumus :

∑

∑

=

== n

i

n

i

diFig

diWiT

1

1

2

1

.

.3,6

Dimana besarnya T yang dihitung sebelumnya tidak boleh lebih dari 20 % hasil T Rayleigh sesuai SNI 1726 Pasal 6.2.2.

T Tabel 5.6 Analisa T rayleigh akibat gempa

11

tingkat Zi (m) Fi (ton) di (mm) Wi.di2 (tm2) Fi.di(tm)

6 24 149,77 121,47 8,663 18,1935 20 190,07 112,85 11,386 21,4494 16 156,92 95,09 8,343 14,9213 12 117,69 74,13 5,070 8,7242 8 80,23 50,2 2,378 4,0281 4 40,12 28,81 0,783 1,156∑ 482,55 36,623 68,471

47,689,8136,626,3Trayleight

×= = 1,47 detik

Nilai T yang diijinkan = 1,47-(20% x 1,47) = 1,176 detik Karena T1 = 0,7926 detik jauh dari T Rayleigh = 1,176 detik Maka T1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal 6.2.2. Dan juga T Rayleigh lebih dari syarat waktu getar alami. T Rayleigh < Waktur Getar Alami 1,176 > 0,9 maka digunakan 0,9 Perhitungan nya menjadi :

T1 = 0,9 detik

055,19,095,095,0

11 ===

TC

kgx

xVx 06,6470856,52134811055,1

5,8==

Tabel 5.8 Gaya gempa tiap lantai menggunakan T = 0,9

tingkat Zi (m) Wi (ton) WiZi (ton m) 100% Fi x,y (ton) 30% Fi x,y (ton)

6 24 587,1078 14090,5872 131,90 39,575 20 894,0678 17881,356 167,38 50,214 16 922,6608 14762,5728 138,19 41,463 12 922,6608 11071,9296 103,64 31,092 8 943,4922 7547,9376 70,65 21,201 4 943,4922 3773,9688 35,33 10,60

total 5213,4816 69128,352

Tabel 5.9. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x

drift ∆S syarat drift ∆m syarat

antar tingkat(mm) drift ∆s(mm) antar tingkat(mm) drift ∆m (mm)6 24 121,47 8,62 14,12 ok 51,289 80 ok5 20 112,85 17,76 14,12 notOK 105,672 80 notOK4 16 95,09 20,96 14,12 notOK 124,712 80 notOK3 12 74,13 23,93 14,12 notOK 142,3835 80 notOK2 8 50,2 21,39 14,12 notOK 127,2705 80 notOK1 4 28,81 28,81 14,12 notOK 171,4195 80 notOK

Lantai ke tinggi ket ketdrift ∆s

5.4 Perhitungan Kontrol Struktur 5.4.1 Kontrol Balok Lantai (lantai 1) Profil W 36x135 (L) = 9000 mm. Adapun data – data profil adalah sebagai berikut :

A = 367,7 cm2 Ix = 504004 cm4

W = 288,7 kg/m Iy = 15597 cm4

d = 926,8 mm Sx = 10876 cm3

bf = 307,7 mm Sy = 1014 cm3

tw = 19,4 mm Zx = 12559 cm3

tf = 32 mm Zy = 1601 cm3

r = 19 mm ix = 37,02 cm

h = 824,8 mm iy = 6,51 cm

Data Profil Balok W 36 x 194

Dari hasil output SAP 2000 untuk balok lantai 1, pada momen envelope ,didapatkan : Mumax = 477867 kgm

Vumax = 122034 kg

MA = 223515 kgm

MB = 21307 kgm

Mc = 218878 kgm

Mlap = 21307 kgm

Mtump kr = 419699 kgm

Mtump kn = 477867 kgm Kontrol Lendutan

Lendutan ijin (f’) adalah

cmLf 5,2360900

360' ===

12

)(101.(

485

..

2

kanantumpkiritumplapangan MMMEILf +−=

)44.7623212,37960(10113760.(

324710.10.2.48900.5

6

2

+−=

= 0.002270 cm < f’ .............OK Kontrol Kekuatan Penampang (Local

Buckling) Pelat Sayap :

8078.432.2

7,307.2

==tf

bf tf

bf.2

<

λp ...............OK

752,10250

170170===

fypλ

Pelat badan :

52.422,158,824

==twh

twh <

λp..............OK

25,106250

16801680===

fypλ

penampang kompak Kontrol Lateral Buckling Jarak penahan lateral Lb = 450 cm

cmxfyEiyLp 2,324

250010.2.51,676,1..76,1

6

===

Cari nilai LR

Lp = 324,21cm LB = 450cm LR = 1020,275cm Lp ≤ LB ≤ LR → termasuk balok bentang menengah Untuk komponen struktur yang memenuhi Lb ≤ Lp, kuat nominal komponen struktur adalah :

= 2,29 < 2,3 maka diambil nilai Cb = 2,29

Persyaratan : Mu ≤ φ Mn

….OK

13

BAB VI

PERENCANAAN SAMBUNGAN

6.1 Perhitungan Kontrol Sambungan 6.1.1 Sambungan Balok Anak dengan Balok

induk interior Sambungan yang digunakan adalah

sambungan baut karena balok anak terletak pada 2 tumpuan sederhana. Vu = 6796,12 kg ΣVu = 2Vu = 2. 6796,12 = 13538,1 kg Balok anak : WF 300 x 200 x

9 x 14 Balok induk : W 36X135

WF.300X200X8X12

25

50

50

25

L.60X60X6

∅ 16 mm

SAMBUNGAN BALOK ANAK

DENGAN BALOK INDUK

Tulangan negatif φ 10-200

100

WF.500X200X10X16

Gambar 6.1 Sambungan Balok Anak dengan

Balok induk a. Sambungan pada badan balok anak

Penentuan Jumlah Baut Direncanakan menggunakan baut ∅16 mm dengan Fy = 2500 kg/cm2 Fu = 4100 kg/cm2 (ulir pada bidang geser). Pelat siku dari profil ∟ 60 x 60 x 6 Ab = ¼ π d2 = ¼ π 1,62 = 2,01 cm2 Kuat geser (ФVn) ФFu.r1.Ab.m = 0,75 x 4100 x 0,4 x 2,01 x 2 = 4944,6 kg

VnVuφ

Kuat tumpu (ФVn) Ф 2,4.Fu.db.tp = 0,75 x 2,4 x 4100 x 1,6 x 0,6 0.6 < 0.8 = 7084,8 kg Dipakai ФVn = 4944,6 kg (menentukan) Jumlah baut yang diperlukan :

n = = 4944,6

13592,24 = 2,75 ≈ 3 buah

baut Vu ≤ n x ФVn 13592,24 kg ≤ 3 x 4944,6 kg = 14833,8 kg .....(OK) Kontrol jarak baut Jarak ke tepi = 1.5 db s.d (4tp+100 mm) atau 200 mm = 2,4 cm s.d. 12,4 cm, Terpasang = 2,5 cm Jarak antar baut = 3 db s.d 15 tp atau 200 mm = 4,8 cm s.d. 9 cm, Terpasang = 5 cm

b. Sambungan pada badan balok induk interior

Kontrol kekuatan pelat siku ∟ 60 x 60 x 6 Diameter pelemahan (dengan bor) : 16 + 1,5 = 17,5 mm = 1,75 cm Anv = (18 – 3 x 1,75) x 0,60 = 7,65 cm2

ФVn = 0,75 x 0,6 x Fu x Anv = 0,75 x 0,6 x 4100 × 7,65

= 14114,25 kg ФVn > Vu 14114,25 kg > 13538,1 kg ( OK )

Penentuan Jumlah Baut Direncanakan menggunakan baut ∅16 mm dengan Fy = 2500 kg/cm2 Fu = 4100 kg/cm2 (ulir pada bidang geser). Pelat siku dari profil ∟ 60 x 60 x 6 Ab = ¼ π d2 = ¼ π 1,62 = 2,01 cm2 Kuat geser (ФVn) Ф.Fu.r1.Ab.m = 0,75 x 4100 x 0,4 x 2,01 x 1 = 2472,3 kg Kuat tumpu (ФVn) Ф.2,4.Fu.db.tp = 0,75 x 2,4 x 4100 x 1,6 x 1,0 1,0 < 2*0.6 = 11808 kg Dipakai ФVn = 2472,3 kg (menentukan) Jumlah baut yang diperlukan :

14

n = Vn

Vuφ

= 2472,3

13592,24 = 5,49 ≈ 6 buah

baut Vu ≤ n x ФVn 13538,1 kg ≤ 6 x 2472,3 kg = 14833,8 kg .....(OK) Kontrol jarak baut Jarak ke tepi = 1.5 db s.d (4tp+100 mm) atau 200 mm = 2,4 cm s.d. 12,4 cm, Terpasang = 3 cm Jarak antar baut = 3 db s.d 15 tp atau 200 mm = 4,8 cm s.d. 9 cm, Terpasang = 6 cm

1.) Pemodelan geometri struktur dan pembebanan (mati+hidup +gempa)

Kontrol kekuatan pelat siku ∟ 60 x 60 x 6 Diameter pelemahan (dengan bor) : 16 + 1,5 = 17,5 mm = 1,75 cm Anv = (18 – 3 x 1,75) x 0,60 = 7,65 cm2

ФVn = 0,75 x 0,6 x Fu x Anv = 0,75 x 0,6 x 4100 × 7,65

= 14114,25 kg ФVn > Vu 14114,25 kg > 13592,24 kg ( OK )

ANALISA SISTEM SELF CENTERING 7.1 pemodelan struktur Langkah-langkah

2.) Define-tendon section-modify

3.) Draw-tendon section-modify

Isi

7.2 Memperkirakan kebutuhan minimum gaya prategang T

Diketahui

7.2.1 Gaya prategang di kolom dasar

Kolom dasar memakai profil W36x328 dengan data-data sebagai berikut

A = 621.9 cm2 Ix = 936348 cm4

W = 488.1 kg/m Iy = 59164 cm4

d = 942.1 mm Sx = 19878 cm3

bf = 422.4 mm Sy = 2801 cm3

tw = 25.9 mm Zx = 22635 cm3

tf = 47 mm Zy = 4344 cm3

r = 24.1 mm ix = 38.80 cm

h = 799.9 mm iy = 9.75 cm

Data Profil kolom W 36 x 328

Momen Akibat kombinasi beban lateral comb3 (1.2D+1L+1E)

= 6498.8 KN-m = 6498800000 N

Gaya Aksial = 2656.7 KN = 2656700 N

15

.

F=326.94-42.72= 284.21 Mpa

Teganga pd jarak di titik a =

Astrand=

Feff =106962.5 N = 10.9145 ton

Feff per strand = 5.457 ton

Fo= = 133,84 KN

7.2.2 Gaya prategang di balok lt1-2

Kolom dasar memakai profil W36x194 dengan data-data sebagai berikut

Data Profil Balok W 36 x 194 A = 367.7 cm2

Ix = 504004 cm4

W = 288.7 kg/m Iy = 15597 cm4

d = 926.8 mm Sx = 10876 cm3

bf = 307.7 mm Sy = 1014 cm3

tw = 19.4 mm Zx = 12559 cm3

tf = 32 mm Zy = 1601 cm3

r = 19 mm ix = 37.02 cm

h = 824.8 mm iy = 6.51 cm

Momen Akibat kombinasi beban lateral comb3 (1.2D+1L+1E)

= 4676.3 KN-m = 4676300000 N

Gaya Aksial = 200.23 KN = 200230 N

.

F=429,96-5,55 = 424.51 Mpa

Teganga pd jarak di titik a =

Astrand=

Feff =214998,2 N = 21,92 ton

Feff per strand = 10,96 ton

Fo= = 268,75 KN

8.1 Tahapan Analisa Tahap-tahap analisis sebagai berikut : (1). Menentukan tipe dan besar beban

Karena struuktur yang dianalisa berupa struktur 2 dimensi, sehingga tipe beban arah sumbu-utama menggunakan pola beban kombinasi arah-X Analisis dimulai dari beban gravitasi, beban mati dan + beban hidup

(2). Analisis beban dorong.

Selanjutnya dilakukan run analisis beban dorong. Dari analisis ini didapat kurva kapasitas yang menunjukkan hubungan gaya geser dasar terhadap peralihan, yang memperlihatkan perubahan perilaku struktur dari linier menjadi non-linier,

284.21 MPA

350m

211.2 MPA

424,52 MPA

350m

320,63

16

berupa penurunan kekakuan yang diindikasikan dengan penurunan kemiringan kurva akibat terbentuknya sendi plastis pada balok lantai dasar

8.2. Kurva Kapasitas Hasil analisis beban dorong berupa kurva kapasitas (capacity curve) ditampilkan dalam gambar sebagai berikut :

Gambar 8.1. Kurva Kapasitas

Pushover arah X

Dari gambar 8.1 di atas dapat dilihat bahwa pada saat terjadi displacement 0,162 m, base force yang terjadi untuk pushover arah X adalah 633898,3 kg

8.3. Distribusi Sendi Plastis

Sendi plastis akibat momen lentur terjadi pada struktur jika beban yang bekerja melebihi kapasitas momen lentur yang ditinjau. Sesuai dengan metode perencanaan kolom kuat-balok lemah, untuk desain pada struktur berdaktilitas penuh mekanisme tingkat tidak diperkenankan terjadi. Hasil analisis beban dorong berupa distribusi jumlah sendi plastis yang terjadi

Gambar 8.3 Pushover arah X step 1 (arah X)




17




8.4 Evaluasi Perilaku Seismik

y

u

δδ

µ =∆ , dan

R = ∆µ6,1

∆µ = dakti l i tas s truktur .

yδ = peralihan atap pada saat leleh pertama.

uδ = peralihan atap pada kondisi ult imit . dengan asumsi nilai peralihan atap pada saat leleh pertama dapat dilihat dari hasil analisis

dengan program SAP2000 ver 14.2.2, dan nilai peralihan saat terjadi collapse adalah pada saat tercapai nilai peralihan atap sesuai target displacement yang telah ditetapkan. Arah X :

03,357,18149,550

===∆y

u

δδ

µ

R = 85,403,36,16,1 =×=∆µ

Hasil ini menunjukkan bahwa µ∆ aktual masih lebih kecil daripada µ∆ desain maksimum yang disyaratkan (µ∆ = 5,2 untuk untuk Sistem Rangka pemikul Momen dengan SRPMK baja) dan R aktual juga lebih kecil dari R desain ( R = 8,5)

8.5 Evaluasi Performance-Based Design 8.5.1 Performance Point 8.5.1.1 Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 356)

Arah X : Te = 0,430 detik C0 = 1,4 (Tabel 3.2 FEMA 356) C1 = 1 untuk Te ≥ Ts Ts = 0,5 adalah waktu getar karakteristik dari

kurva respon spektrum wilayah 6 tanah lunak dimana terdapat transisi bagian akselerasi konstan ke bagian kecepatan konstan.

C2 = 1,0 C3 = 1,0 kekakuan pasca leleh adalah positif Sa = 0,95/T = 0,95/0,43 = 2,2 Maka target perpindahan (performance point)dapat dihitung sebagai berikut,

collapse

18

181,02

2

3210 =

= gTSCCCC e

aT πδ m

8.5.1.2 Metode Spektrum Kapasitas (ATC 40) Metode ini terdapat secara langsung pada ETABS V9.0.7, input yang diperlukan adalah sebagai berikut :

1. Dari kurva respon spektrum rencana SNI 03-1726-2006 untuk wilayah gempa 6 tanah keras diperoleh Ca = 0,38 dan Cv = 0,95

2. Parameter damping = 5 % 3. Family of Demand Spectra : 5%, 10%, 20%

dan 40% 4. Constant Period Line (T) : 1,5 detik, 2 detik,

3 detik dan 4 detik 5. Structural behavior : Type A (bangunan

baru)

Ca

Cv

Gambar 8.10. Penentuan Ca dan Cv dari Kurva Respons Spektrum SNI 03 - 1726 -

2002

Gambar 8.11. Capacity Spectrum arah X

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

8.5.1.3 Metode Koefisien Perpindahan yang Diperbaiki (FEMA 440)

181,02

2

3210 =

= gTSCCCC e

aT πδ

Arah X: Te = 0,430 detik C1 = 1,0 C2 = 1,0 C0 = 1,4 (Tabel 3.2 FEMA 356) C3 = 1,0 kekakuan pasca leleh adalah positif Sa = 0,95/T = 0,95/0,43 = 2,2 Maka target perpindahan dapat dihitung sebagai berikut,

m

8.5.1.4 Kinerja Batas Ultimit Menurut SNI 03-1726-2002 Berdasarkan hasil analisa struktur yang telah dibahas pada bab V didapatkan peralihan atap maksimum arah X = 0,0143 m dan Simpangan utimit yang terjadi : Arah X : X.ξ Dimana untuk gedung tidak beraturan nilai ξadalah

95,51

5,8.7,0.7,0===

FSRξ

Jadi, simpangan ultimit arah X = 0,01475 x 5,95 = 0,0877 m

8.5.2 Evaluasi Kinerja Rangkuman target perpindahan (performance point) disajikan dalam tabel 6.4

Tabel 8.1 Rangkuman Target Perpindahan

(Performance Point)

Kriteria Target Perpindahan

(m) Arah X

Koefisien Perpindahan FEMA 356 0.181 Spektrum Kapasitas ATC-40 0.09 Koefisien Perpindahan FEMA 440 0.181 Kinerja Batas Ultimit SNI 1726 0.0877

Tabel 8.1 menunjukkan dari keempat kriteria diatas diperoleh target perpindahan maksimum untuk arah X adalah 0,181 m (FEMA 356,

19

FEMA 440) . Ternyata dengan melihat tabel 8.1 dapat disimpulkan bahwa pada saat terjadi target perpindahan maksimum arah X struktur masih berkinerja immediate occupancy. Hal ini menunjukkan bahwa gedung yang direncanakan sudah memenuhi kinerja yang diharapkan karena tidak mengalami kerusakan yang signifikan pada struktur utama yaitu balok dan kolom.

BAB IX

PENUTUP

8.1 KESIMPULAN

1) Dari hasil analisa pushover didapatkan target peralihan yaitu

Kriteria Target Perpindahan (m)

Arah X Koefisien Perpindahan FEMA 356 0.181 Spektrum Kapasitas ATC-40 0.09 Koefisien Perpindahan FEMA 440 0.181 Kinerja Batas Ultimit SNI 1726 0.0877

2) Ternyata dengan melihat tabel 8.1 dapat disimpulkan bahwa pada saat terjadi target perpindahan maksimum arah X struktur masih berkinerja immediate occupancy. Hal ini menunjukkan bahwa gedung yang direncanakan sudah memenuhi kinerja yang diharapkan karena tidak mengalami kerusakan yang signifikan pada struktur utama yaitu balok dan kolom. Hal ini cukup sesuai dengan tujuan dari penggunaan sistem self centering itu sendiri yaitu menghindari kerusakan pada struktur utama akibat gempa

8.2 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...

Documents