Pengaruh Bracing Pada Portal Struktur Baja (Studi Literatur)

PENGARUH BRACING PADA PORTAL STRUKTUR BAJA

(Studi Literatur)

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Melengkapi Tugas - Tugas dan Memenuhi Syarat Dalam Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh :

ADVENT HUTAGALUNG

080424014

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur yang sebesar–besarnya penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang diberikannya-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik, dimana Tugas Akhir ini merupakan persyaratan akademik yang harus dipenuhi untuk diajukan dalam ujian sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PENGARUH BRACING PADA PORTAL STRUKTUR BAJA.

(Studi Literatur)

Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak berupa dukungan moril, material, spritual, maupun dari segi administrasi. Oleh karena itu sudah selayaknya penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Zulkarnain A.Muis, M.Eng. Sc, selaku koordinator Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku dosen pembimbing.

5. Seluruh staf Pengajar dan Pegawai Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Kepada kedua orang tua H. Hutagalung dan S. br Sirait yang telah segenap hati membantu dalam Doa, Semangat, Kasih, Dukungan dan Meteri.

7. Buat adik-adik Christianita Hutagalung, Welman Hutagalung, Popiana Hutagalung dan Tobi Evanando Hutagalung saya ingin mengucapkan terima kasih karena telah memberikan dorongan semangat.

8. Kepada rekan–rekan semua anak ekstension 2008 yang turut membantu baik dari pikiran masukan dan tenaga dalam penyusunan tugas akhir ini.

9. Serta pihak lain yang turut berperan serta yang telah membantu dalam Penulisan Tugas Akhir ini yang tak bisa Penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini, masih banyak terdapat kekurangan terutama dalam segi penguraian maupun dalam pengkajiannya. Dengan kerendahan hati penulis mengharapkan kritik dan saran dari Bapak dan Ibu staf pengajar demi kemajuan skripsi ini.

Akhir kata penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis dan berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan bagi semua pembaca umumnya.

Medan, Agustus 2011 Hormat Saya

Penulis

Advent Hutagalung NIM : 080424014

ABSTRAK

Pengaruh gempa merupakan salah satu hal yang sangat penting untuk dianalisis dalam perencanaan struktur gedung, terutama bangunan-bangunan yang berada dalam wilayah yang sering dilanda gempa besar. Mengingat bahwa wilayah kepulauan Indonesia terletak didaerah rawan gempa. Oleh karena itu diperlukan suatu perencanaan bracing yang baik terhadap bahaya gempa agar tidak terjadi tingkat kecelakaan dan kerugian yang besar.

Dalam tugas akhir ini akan dibahas perencanaan tentang pengaruh bracing sebagai penahan gaya akibat gempa pada portal tanpa bracing dan dengan portal memakai bracing struktur baja sesuai dengan SNI 1726-2002 dan SNI 03-1729-2002. Terdapat dua portal penahan gempa yaitu sistem rangka pemikul momen (momen resisting frames) dan concentrically braced frames terdiri dari tipe X dan tipe V terbalik, dimana kedua portal tersebut diberikan pembebanan yang sama (beban mati dan beban hidup) dan beban gempa yang dianalisis dengan statik ekuivelen dengan zona gempa wilayah 4. Gaya dalam yang bekerja dihasilkan dengan menggunakan SAP 2000 V9 yang hasil outputnya dipilih gaya terbesar berdasarkan hasil kombinasi lalu dibuat langkah awal penentuan dimensi dengan preliminary atau memperkirakan dimensi elemen-elemen struktur yang mampu memikul beban yang bekerja.

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan menggunakan metode LRFD (load and resisting factor design) adalah tanpa bracing memiliki berat profil total 5002 kg dan dengan bracing yaitu concentrically braced frames terdiri dari tipe X memiliki berat profil total 5959,46 kg dan tipe V terbalik memiliki berat profil 4550 kg. Maka dengan bracing concentrically braced frames V terbalik memiliki berat profil total yang ringan. Dengan struktur biasa/tanpa bracing memiliki deformasi yang cukup besar sehingga memiliki daktalitas yang besar dan memiliki kekakuan yang rendah, Tetapi dengan struktur bracing concentrically braced frames tipe X yang memiliki kekakuan yang tinggi untuk menahan gaya lateral (gempa) karena bracing tipe X mampu berdeformasi inelastik yang besar tanpa kehilangan yang signifikan kekuatan dan kekakuan struktur.

Kata kunci : Bracing, Moment Resisting Frames (MRF), Concentrically Braced Frames (CBF).

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR NOTASI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Maksud dan Tujuan Penulisan ... 2

1.3 Permasalahan ... 3

1.4 Pembatasan Masalah ... 4

1.5 Manfaat Penulisan ... 5

1.6 Metodologi Penulisan ... 6

1.7 Sistematika Penulisan ... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mekanisme Terjadinya Gempa ... 8

2.2 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Baja Tahan Gempa ... 9

2.2.1 Waktu Getar Alami Struktur Gedung ... 11

2.2.2 Gaya Geser Dasar Rencana ... 13

2.2.3 Beban Gempa Perlantai ... 18

2.3 Persyaratan Bahan Untuk Struktur Baja Tahan Gempa ... 19

2.4 Konfigurasi Struktur ... 20

2.4.1 Moment Resisting Frames (MRF) ... 20

2.4.2 braced frames (BF) ... 22

2.4.2.1 Concentrically Braced Frames (CBF) ... 22

2.4.2.2 Eccentrically Braced Frames (EBF) ... 24

2.5 Perencanaan Elemen Struktur ... 26

2.5.2 Elemen Yang Memikul Gaya Aksial Tarik ... 27

2.5.3 Elemen Yang Memikul Momen ... 28

2.5.4 Elemen Yang Memikul Gaya Kombinasi ... 29

2.5.5 Sambungan Baut ... 31

2.5.6 Tata letak Baut ... 33

BAB III PEMODELAN STRUKTUR 3.1 Material ... 34

3.2 Pemodelan Struktur ... 34

3.2 Ketentuan Pembebanan ... 37

3.3 Pembebanan Struktur ... 37

3.4 Preliminary Desain ... 41

3.5 Kombinasi Pembebanan ... 43

3.6 Gaya Dalam Struktur ... 45

3.7 Aplikasi Bracing pada Bangunan ... 46

BAB IV APLIKASI PERHITUNGAN 4.1 Data-Data Pada Portal Struktur ... 49

4.2 Perhitungan Beban Mati, Beban Hidup, Dan Beban Gempa ... 50

4.2.1 Beban Mati ... 50

4.2.2 Beban Hidup ... 50

4.2.3 Beban Gempa ... 51

4.2.3.1 Perhitungan Berat Bangunan Tiap Lantai ... 51

4.2.3.2 Taksiran Waktu Getar Alami ... 54

4.2.3.3 Perhitungan V (Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekivalen) ... 54

4.2.3.4 Perhitungan Distribusi Fi ... 56

4.3 Pradimensi Untuk Balok, Bracing dan Kolom ... 57

4.4 Pembebanan pada Portal Sesuai SNI 03-1729-2002 ... 60

4.5 Perhitungan Kontrol Dimensi Profil Balok dan Kolom ... 61

4.5.1 Tanpa Bracing ... 61

4.5.1.2 Balok ... 62

4.5.1.3 Kolom ... 64

4.5.2 Dengan Bracing tipe X ... 72

4.5.2.1 Pemodelan struktur dengan bracing tipe X ... 72

4.5.2.2 Balok ... 72

4.5.2.3 Bracing ... 75

4.5.2.3.1 Bracing Tekan ... 75

4.5.2.3.2 Bracing Tarik ... 77

4.5.2.4 Kolom ... 78

4.5.3 Dengan Bracing tipe V Terbalik ... 85

4.5.3.1 Pemodelan struktur dengan bracing V terbalik ... 85

4.5.3.2 Balok ... 85

4.5.3.3 Bracing ... 88

4.5.3.3.1 Bracing Tekan ... 88

4.5.3.3.2 Bracing Tarik ... 90

4.5.3.4 Kolom ... 92

4.6 Rekapitulasi Dimensi Profil Metode Lrfd ... 99

4.7 Sambungan balok kolom ... 104

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 104

5.2 Saran ... 105

DAFTAR NOTASI

Ab luas penampang bruto. mm2 Ag luas penampang bruto kolom, mm2 Aw luas penampang pelat

bf lebar pelat sayap, mm

C Faktor respon gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi yang nilainya bergantung pada waktu getar alami struktur gedun dan kurvanya ditampilkan dalam spektrum respon gempa.

Cm Faktor yang menghubungkan diagram momen aktual dengan diagram momen ekivalen.

C1 Nilai faktor respon gempa yang didapat dari spektrum respon gempa rencana untuk waktu getar alami fundamental dari struktur gedung.

d Tinggi penampang, mm E Modulus elatisitas baja, MPa

Fi Beban gempa nominal statik ekivalen yang menangkap pada pusat massa pada taraf lantai tingkat ke-i struktur atas gedung.

fcr Tegangan kritis penampang tertekan, Mpa fu Tegangan tarik putus, Mpa

fy Tegangan leleh material, Mpa h Tinggi bersih badan baja profil, mm I Faktor kepentingan struktur

L Panjang bentang, m

M1 Momen ujung yang terkecil, N-mm M2 Momen ujung yang terbesar, N-mm Mp Momen plastis penampang

Mu Momen lentur terfaktor, N-mm Nn Kuat aksial nominal, N

Nu Beban aksial terfaktor, N

n Nomor lantai tingkat paling atas (lantai puncak) R Faktor reduksi gempa

T1 Waktu getar alami fundamental struktur gedung beraturan maupun tidak beraturan dinyatakan dalam detik.

tw Tebal pelat badan, mm

V Beban (gaya) geser dasar nominal statik ekivalen. Vu Gaya geser perlu, N

Vn Kuat geser nominal, N

Wt Berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai. Φ Faktor reduksi.

Φb Faktor reduksi kuat lentur. Φc Faktor reduksi kuat aksial tekan. λc Parameter kelangsingan

λr Batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang tak kompak. λp Batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang kompak. Ωo Faktor kuat cadangan struktur

δb adalah faktor amplikasi momen untuk komponen struktur yang tidak dapat bergoyang.

δs adalah faktor amplikasi momen untuk komponen struktur yang dapat bergoyang.

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram Alir Metodologi ... 6

Gambar 2.1 Struktur lapisan dalam bumi ... 8

Gambar 2.2 Respon spektrum gempa rencana ... 14

Gambar 2.3 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan periode ulang 500 tahun ... 16

Gambar 2.4 Moment Resisting Frames (MRF) ... 21

Gambar 2.5 Jenis-jenis concentrically braced frames ... 23

Gambar 2.6 Jenis-jenis eccentrically braced frames ... 25

Gambar 2.7 Panjang tekuk untuk beberapa kondisi perletakan ... 27

Gambar 3.1 Denah ... 35

Gambar 3.2 Momen resisting frames (MRF) ... 35

Gambar 3.3 Tipe CBF ... 36

Gambar 3.4 Pembebanan akibat beban mati ... 38

Gambar 3.5 Pembebanan akibat beban hidup ... 39

Gambar 3.6 Respon spectra gempa rencana ... 40

Gambar 3.7 Pembebanan akibat beban gempa ... 41

Gambar 3.8 Transfer gaya lateral pada bracing ... 45

Gambar 3.9 Transfer gaya lateral tanpa bracing ... 46

Gambar 3.10 Contoh bangunan yang memakai bracing ... 47

Gambar 4.1 Struktur portal yang direncanakan ... 49

Gambar 4.2 Respon spectra gempa rencana wilayah gempa 4 ... 54

Gambar 4.3 Pemodelan struktur tanpa bracing ... 61

Gambar 4.4 Nomor join pada portal tanpa bracing ... 65

Gambar 4.5 Nomogram mencari nilai K ... 67

Gambar 4.6 Steel stress ratio ... 71

Gambar 4.7 Pemodelan struktur dengan bracing tipe X (nomor frame) ... 72

Gambar 4.8 Nomor joint pada portal dengan bracing tipe X ... 79

Gambar 4.9 Nomogram mencari nilai K dengan bracing X ... 81

Gambar 4.10 Steel stress ratio ... 84

Gambar 4.11 Pemodelan struktur dengan bracing tipe V terbalik (nomor frame) ... 85

Gambar 4.12 Nomor join pada portal tanpa bracing ... 93

Gambar 4.13 Nomogram mencari nilai k tipe V terbalik ... 94

Gambar 4.14 Steel stress ratio ... 98

Gambar 4.15 Nomor frame tanpa bracing ... 104

Gambar A Sambungan balok kolom tanpa bacing ... 107

Gambar B Sambungan balok kolom tanpa bacing ... 107

Gambar 4.16 Nomor frame bracing tipe X ... 108

Gambar A Sambungan balok kolom dengan bacing tipe X ... 111

Gambar B Sambungan balok kolom dengan bacing tipe X ... 111

Gambar C Sambungan balok kolom dengan bracing tipe X ... 112

Gambar 4.17 Nomor frame bracing tipe V terbalik ... 108

Gambar A Sambungan balok kolom dengan bacing tipe V terbalik ... 116

Gambar B Sambungan balok kolom dengan bacing tipe V terbalik ... 116

Gambar C Sambungan balok kolom dengan bracing tipe V terbalik ... 117

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami struktur gedung ... 13

Tabel 2.2 Faktor reduksi beban gempa dan faktor kuat cadangan struktur Ωo 17 Tabel 2.3 Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori dan bangunan ... 18

Tabel 4.1 Ringkasan berat bangunan tanpa bracing ... 53

Tabel 4.2 Ringkasan berat bangunan dengan bracing tipe X ... 53

Tabel 4.3 Ringkasan berat bangunan dengan bracing tipe V terbalik ... 53

Tabel 4.4 Ringkasan perhitungan Fi tanpa bracing ... 56

Tabel 4.5Rangkuman perhitungan Fi dengan bracing tipe X ... 56

Tabel 4.6 Rangkuman perhitungan Fi dengan bracing tipe V terbalik ... 56

Tabel 4.7 Faktor kekakuan masing-masing eleman ... 66

Tabel 4.8 Faktor G tiap-tiap joint ... 66

Tabel 4.9 Faktor panjang k masing-masing kolom ... 67

Tabel 4.10 Faktor kekakuan masing-masing elemen dengan bracing X ... 80

Tabel 4.11 Faktor G tiap-tiap joint dengan bracing X ... 80

Tabel 4.12 Faktor panjang k masing-masing kolom dengan bracing X ... 81

Tabel 4.13 Faktor panjang k masing-masing elemen dengan bracing V ... 93

Tabel 4.14 Faktor G tiap-tiap joint dengan bracing V ... 94

Tabel 4.15 Faktor panjang k masing-masing elemen dengan bracing V ... 95

ABSTRAK

Pengaruh gempa merupakan salah satu hal yang sangat penting untuk dianalisis dalam perencanaan struktur gedung, terutama bangunan-bangunan yang berada dalam wilayah yang sering dilanda gempa besar. Mengingat bahwa wilayah kepulauan Indonesia terletak didaerah rawan gempa. Oleh karena itu diperlukan suatu perencanaan bracing yang baik terhadap bahaya gempa agar tidak terjadi tingkat kecelakaan dan kerugian yang besar.

Dalam tugas akhir ini akan dibahas perencanaan tentang pengaruh bracing sebagai penahan gaya akibat gempa pada portal tanpa bracing dan dengan portal memakai bracing struktur baja sesuai dengan SNI 1726-2002 dan SNI 03-1729-2002. Terdapat dua portal penahan gempa yaitu sistem rangka pemikul momen (momen resisting frames) dan concentrically braced frames terdiri dari tipe X dan tipe V terbalik, dimana kedua portal tersebut diberikan pembebanan yang sama (beban mati dan beban hidup) dan beban gempa yang dianalisis dengan statik ekuivelen dengan zona gempa wilayah 4. Gaya dalam yang bekerja dihasilkan dengan menggunakan SAP 2000 V9 yang hasil outputnya dipilih gaya terbesar berdasarkan hasil kombinasi lalu dibuat langkah awal penentuan dimensi dengan preliminary atau memperkirakan dimensi elemen-elemen struktur yang mampu memikul beban yang bekerja.

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan menggunakan metode LRFD (load and resisting factor design) adalah tanpa bracing memiliki berat profil total 5002 kg dan dengan bracing yaitu concentrically braced frames terdiri dari tipe X memiliki berat profil total 5959,46 kg dan tipe V terbalik memiliki berat profil 4550 kg. Maka dengan bracing concentrically braced frames V terbalik memiliki berat profil total yang ringan. Dengan struktur biasa/tanpa bracing memiliki deformasi yang cukup besar sehingga memiliki daktalitas yang besar dan memiliki kekakuan yang rendah, Tetapi dengan struktur bracing concentrically braced frames tipe X yang memiliki kekakuan yang tinggi untuk menahan gaya lateral (gempa) karena bracing tipe X mampu berdeformasi inelastik yang besar tanpa kehilangan yang signifikan kekuatan dan kekakuan struktur.

Kata kunci : Bracing, Moment Resisting Frames (MRF), Concentrically Braced Frames (CBF).

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Gempa bumi merupakan pergeseran tiba – tiba dari lapisan tanah di bawah permukaaan bumi. Ketika pergeseran terjadi timbul getaran yang disebut gelombang seismik. Gelombang ini menjalar menjauhi fokus gempa ke segala arah di dalam bumi. Ketika gelombang itu mencapai permukaan bumi, getarannya bisa merusak bangunan, runtuhnya gedung, rumah dan bangunan lainnya, dapat menimbulkan bencana yaitu korban jiwa dan kerugian harta benda.

Fenomena gempa bumi sering terjadi di Indonesia. Sebagai negara kepulauan yang terletak pada daerah pertemuan empat lempeng tektonik menyebabkan Indonesia mendapat ancaman gempa bumi yang cukup tinggi. Keempat lempeng tektonik itu adalah lempeng Eurasia, Indo-Australia, Pasifik, dan Filipina. Hal ini membuat terjadi banyak gerakan – gerakan tanah baik dalam bentuk gempa kecil maupun gempa besar.

Memperhatikan masalah – masalah yang berkaitan dengan gempa yaitu runtuhnya struktur dalam merancang suatu struktur merupakan hal yang penting untuk dilakukan, mengingat kerusakan yang timbul akibat gempa dapat menyebabkan penderitaan, kehilangan nyawa, dan harta benda. Dalam skala yang lebih luas dapat menyebabkan kesulitan yang sangat serius bagi suatu negara, misalnya saja terjadi kelumpuhan ekonomi.

Sampai sekarang ini manusia belum bisa memprediksi kapan terjadinya dan beberapa kekuatan gempa. Manusia hanya bisa menyiapkan segala sesuatu

untuk mengantisipasi bencana gempa. Salah satu yang dilakukan oleh ahli struktur dalam dunia konstruksi adalah perencanaan struktur tahan gempa. Saat ini, gaya gempa rencana yang digunakan mengacu kepada Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung (SNI 03-1726-2002). Ada beberapa cara yang dilakukan para ahli struktur untuk mendisain struktur sehingga mampu menahan gaya lateral yang ditimbulkan akibat gempa antara lain :

1. Pemasangan dinding geser (shearwall) pada struktur 2. Perbesaran dimensi kolom dan balok

3. Penambahan pengaku lateral (bracing) pada elemen strukur portal Salah satu solusi yang digunakan untuk meningkatkan kinerja struktur bangunan untuk menahan gaya lateral yang ditimbulkan akibat gempa adalah dengan penambahan pengaku (bracing) pada elemen struktur portal. Pengaku (bracing) yang diterapkan pada konstruksi baja ini bertujuan untuk memberikan kekakuan struktur sehingga dapat meminimalisir deformasi (goyangan) pada struktur yang ditimbulkan akibat gempa.

Berdasarkan latar belakang diatas, maka tugas akhir ini dimaksudkan untuk membahas pengaruh pengaku (bracing) pada portal struktur baja (studi literatur)

1.2Maksud dan Tujuan Penulisan

Maksud dan tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui karakteristik struktur pada struktur bangunan baja tanpa bracing dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF)

kemudian menganalisa model struktur bangunan baja tersebut berdasarkan peraturan SNI 03-1729-2002.

2. Mengetahui sistem pembebanan pada struktur bangunan baja tanpa bracing dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF). 3. Mengetahui pengaruh gaya lateral pada struktur bangunan baja tanpa

bracing dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF) berdasarkan perencanaan SNI 03-1726-2002.

1.3Permasalahan

Permasalahan – permasalahan yang akan dikaji dalam tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana karakteristik struktur pada bangunan struktur baja tanpa bracing dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF) ? 2. Bagaimana sistem pembebanan pada struktur bangunan baja tanpa

bracing dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF) ? 3. Bagaimana pengaruh gaya lateral (gempa) pada struktur bangunan

baja tanpa bracing dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF) ?

1.4Pembatasan Masalah

Ruang lingkup pembahasan Tugas Akhir ini adalah :

1. Mempelajari pengaruh pembebanan dan pengaruh gaya gempa berdasarkan SNI 03-1726-2002 pada portal struktur bangunan baja tanpa bracing dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF).

2. Struktur berada pada wilayah gempa 4 Indonesia dan kondisi tanah sedang.

3. Material struktur yang digunakan adalah material baja dengan profil baja WF.

4. Kajian yang dilakukan adalah kajian terhadap struktur biasa (konvensional) dan dengan bracing concentrically braced frames (CBF) tipe X dan tipe V terbalik bertingkat lima dan satu bentang dengan perletakan jepit.

5. Aspek – aspek yang ditinjau :

a. Dimensi balok, bracing dan Kolom b. Gaya dalam

c. Berat Struktur

6. Asumsi hubungan balok dan kolom merupakan sambungan kaku (rigid) dan tidak menganalisa plat buhul, sambungan dan torsi pada bracing.

7. Perhitungan gaya gempa menggunakan statik ekivalen. 8. Analisa pemodelan dengan menggunakan SAP 2000 versi 9

9. Perencanaan pembebanan struktur berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Rumah Dan Gedung (1987).

10.Pengaruh P delta (P delta effect) tidak diperhitungkan.

11.Perencanaan elemen struktur baja berdasarkan SNI 03-1729-2002 Tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung.

1.5Manfaat Penulisan

Adapun manfaat dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Sebagai bahan masukan bagi dunia perkonstruksian khususnya pada bangunan baja yang menggunakan bracing dan tanpa bracing pada struktur.

2. Sebagai bahan pertimbangan jenis bracing yang akan digunakan dalam mendisain konstruksi bangunan baja.

1.6Metodologi Penulisan

Prosedur penulisan Tugas Akhir ini mengikuti diagram alir sebagai berikut :

1.7Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini bertujuan untuk memberikan gambaran secara garis besar isi setiap bab yang akan dibahas pada tugas akhr ini. Sistematika peulisan tugas akhir ini adalah sebagia berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menyajikan penjelasan mengenai latar belakang masalah, maksud dan tujuan penulisan, permasalahan, pembatasan masalah, manfaat penulisan, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menyajikan penjelasan mengenai mekanisme gempa, konsep perencanaan struktur baja tahan gempa,

BAB III : PEMODELAN STRUKTUR

Bab ini menyajikan penjelasan mengenai cara memodelkan dan mendisain struktur baja serta analisa gempa dengan metode statik ekivalen serta hasil yang didapatkan dari analisa program SAP 2000 V9

BAB IV : APLIKASI PERHITUNGAN

Bab ini menyajika penjelasan mengenai perhitungan struktur baja untuk bangunan gedung sesuai persayaratan bangunan baja tahan gempa

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini menyajikan penjelasan mengenai kesimpulan yang dapat diambil dari hasil analisis yang dilakukan serta saran untuk pengembangan lebih lanjut.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mekanisme Terjadinya Gempa

Lapisan bumi terdiri atas lapisan kerak, mantel dan inti bumi seperti terlihat pada gambar 2.1 berikut ini.

Gambar 2.1 Struktur Lapisan Dalam Bumi

Lapisan kerak bumi atau disebut juga lithosphere mengapung diatas lapisan mantel/astenosfer yang bersifat setengah cair dan sangat panas. Kerak bumi tersebut menutupi seluruh permukaan bumi, namun akibat adanya aliran panas yang mengalir di dalam astenosfer menyebabkan kerak bumi ini pecah menjadi beberapa bagian yang lebih kecil yang disebut lempeng kerak bumi. Arus konveksi yang terjadi astenosfer merupakan sumber kekuatan utama yang menyebabkan terjadinya pergeseran lempeng. Lempeng – lempeng yang saling berinteraksi (begerak) tersebut terbagi menjadi 3 mekanisme yaitu saling mendekat (kovergen), saling menjauh (divergen), dan saling bepapasan (transform).

Pergerakan – pergerakan itulah yang menyebabkan terjadinya gempa bumi. Kulit bumi yang terdeformasi akibat pergerakan tersebut akan mengumpulkan energi. Energi deformasi ini akan terus terakumulasi sampai suatu saat energi ini tidak dapat lagi ditahan oleh kulit bumi sehingga terjadi pergeseran secara tiba – tiba yang menyebabkan terjadinya gempa bumi.

2.2 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Baja Tahan Gempa

Perencanaan struktur adalah kombinasi seni dan ilmu pengetahuan yang menggabungkan intuisi para ahli struktur mengenai perilaku struktur dengan pengetahuan prinsip – prinsip statika, dinamika, mekanika bahan dan analisa struktur, untuk menghasilkan struktur yang ekonomis dan aman selama masa layannya.

Metode perhitungan yang berdasarkan keilmuan harus menjadi pedoman dalam proses pengambilan keputusan. Kemampuan intuisi yang dirasionalkan oleh hasil – hasil perhitungan dapat menjadi dasar proses pengambilan keputusan yang baik.

Struktur dikatakan optimal dicirikan sebagai berikut : a. Biaya minimum

b. Bobot minimum

c. Periode konstruksi minimum d. Kebutuhan tenaga kerja minimum e. Biaya manufaktur minimum

Kerangka perencanaan struktur adalah proses penentuan jenis struktur dan pendimensian komponen struktur demikian sehingga beban kerja dapat dipikul secara aman, dan perpindahan yang terjadi masih dalam batas – batas yang diisyaratkan.

Prosedur perencanaan secara iterasi dilakukan sebagai berikut : 1. Perencanaan, Penetapan fungsi – fungsi struktur.

2. Penetapan konfigurasi struktur awal (preliminary) sesuai langkah 1 termasuk pemilihan jenis material yang akan digunakan.

3. Penetapan beban kerja struktur.

4. Pemilihan awal bentuk dan ukuran elemen struktur berdasarkan langkah 1,2,3

5. Analisa struktur, untuk memperoleh gaya – gaya dalam dan perpindahan elemen

6. Evaluasi, apakah perencanaan sudah optimum sesuai dengan yang diharapkan

7. Perencanaan ulang langkah 1 hingga 6

8. Perencanaan akhir, apakah langkah 1 hingga 7 sudah memberikan hasil optimum.

Struktur suatu bangunan bertingkat tinggi harus dapat memikul beban – beban yang bekerja pada struktur tersebut, diantaranya beban gravitasi dan beban lateral. Beban gravitasi adalah beban mati struktur dan beban hidup, sedangkan yang termasuk beban lateral adalah beban angin dan beban gempa.

Tujuan desain bangunan tahan gempa adalah untuk mencegah terjadinya kegagalan struktur dan kehilangan korban jiwa, dengan tiga kriteria standar sebagai berikut :

1. Gempa ringan, bangunan tidak boleh rusak secara struktural dan arsitektural (komponen arsitektural diperbolehkan terjadi kerusakan seminimum mungkin).

2. Gempa sedang, komponen struktural (balok dan kolom) tidak diperbolehkan rusak sama sekali tetapi komponen arsitektural diperbolehkan terjadi kerusakan (seperti : kaca)

3. Gempa berat, boleh terjadi kerusakan pada komponen struktural tetapi tidak menyebabkan keruntuhan bangunan.

Perencanaan struktur dapat direncanakan dengan mengetahui skenario keruntuhan dari struktur tersebut dalam menahan beban maksimum yang bekerja. Pelaksanaan konsep desain kapasitas struktur adalah memperkirakan urutan kejadian dari kegagalan suatu struktur berdasarkan beban maksimum yang dialami struktur sehingga kita merencanakan bangunan dengan elemen – elemen struktur tidak dibuat sama kuat terhadap gaya yang direncanakan, tetapi ada elemen – elemen struktur atau titik pada struktur yang dibuat lebih lemah dibandingkan dengan yang lain dengan harapan di elemen atau titik itulah struktur terjadi pada saat beban maksimum bekerja.

2.2.1 Waktu Getar Alami Struktur Gedung

Waktu getar alami struktur gedung diperlukan untuk mencari nilai C1, yaitu nilai faktor respon gempa yang di dapat dari spektrum respons gempa rencana.

Sebagai acuan awal nilai waktu getar alami struktur gedung (T) dapat ditentukan dengan persamaan dibawah ini .

T = 0.085 H3/4 untuk portal baja (2.1)

T = 0.06 H3/4 untuk portal beton (2.2)

T = V = H B 09 . 0

untuk struktur lain (2.3)

Dengan :

H = tinggi stuktur (m)

B = lebar struktur dalam arah gempa yang ditinjau

nilai yang didapat dari persamaan diatas hanya nilai T perkiraan awal yang selanjutnya akan ditentukan oeh persamaan dibawah ini.

T = 6,3

i i n

i

i i n

i

d

F

g

d

W

1 1

= =

∑

∑

(2.4) Dimana :

Wi = berat lantai tingkat ke-i

Fi = beban gempa statik ekivalen (beban gempa lantai ke-i) di = simpangan horizontal lantai ke-i

g = percepatan gravitasi = 9.81 m/det2

untuk mencegah penggunaan struktur bangunan gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu getar alami fundamental T dari struktur bangunan gedung harus dibatasi, bergantung pada koefisien ζ untuk wilayah gempa dan jenis struktur bangunan gedung, menurut persamaan :

Dimana :

H adalah tinggi total struktur dalam meter dan koefisien ζ ditetapkan menurut tabel 2.1

Tabel 2.1 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami struktur gedung

Wilayah Gempa ζ

1 2 3 4 5 6

0,20 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15 Sumber SNI 03-1726-2002

2.2.2 Gaya Geser Dasar Rencana

Menurut SNI 03-1726-2002, gaya geser dasar rencana total V pada suatu arah ditetapkan sebagai berikut :

V =

W

t

R

I

C

₁

(2.6)

Dimana :

V = gaya geser dasar rencana total Wt = berat total struktur

C1 = nilai faktor respon gempa

R = faktor modifikasi respon atau faktor reduksi beban gempa I = faktor keutamaan struktur

Berat total struktur Wt ditetapkan sebagai jumlah dari beban berikut : 1. Beban mati total dari struktur bangunan.

2. Bila digunakan dinding partisi pada perencanaan lantai maka harus diperhitungkan tambahan beban sebesar 0,5 Kpa.

3. Pada gudang dan tempat – tempat penyimpanan barang maka sekurang – kurangnya 25% dari beban hidup rencana harus dipertimbangkan.

4. Beban tetap total dari seluruh peralatan dalam struktur bangunan harus diperhitungkan.

Nilai faktor respon gempa (C1) didapat dari spectrum respon gempa rencana menurut gambar 2.2 untuk waktu getar alami fundamental (T).

Lanjutan Gambar 2.2 Respon Spektrum Gempa Rencana

Penentuan wilayah gempa di Indonesia ditentukan dari peta wilayah gempa Indonesia seperti terlihat pada gambar 2.3. Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 Wilayah Gempa, dimana Wilayah Gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan atas percepatan puncak batu dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan periode ulang 500 tahun. Wilayah gempa ringan adalah wilayah 1 dan 2, wilayah gempa sedang wilayah 3 dan 4, dan wilayah gempa berat adalah wilayah 5 dan 6.

Nilai R untuk tiap – tiap struktur dapat dilihat pada tabel 2.2 sedangkan faktor keutamaan I dapat dilihat pada tabel 2.3.

Tabel 2.2 faktor reduksi beban gempa dan faktor kuat cadang struktur Ωo

Sistem Struktur

Deskriptif Sistem Pemikul Beban Gempa

R Ωo

1. Sistem Dinding Penumpu

(Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing).

1. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan dan bresing

baja tarik 2,8 2,2

2. Rangka bresing dimana bresing memikul beban gravitasi 4,4 2,2 2. Sistem Rangka Bangunan

(Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing).

1. Sistem rangka bresing eksentris (SBRE) 7,0 2,8 2. Sistem rangka bresing konsentrik khusus biasa (SRBKB) 5,6 2,2 3. Sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK) 6,4 2,2 3. Sistem Rangka Pemikul Momen

(Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur).

1. Sistem rangka pemikul momen khusus (SRPMK) 8,5 2,8 2. Sistem rangka pemikul momen terbatas (SRPMT) 6,0 2,8 3. Sistem rangka pemikul momen biasa (SRPMB) 4,5 2,8 4. Sistem rangka batang pemikul momen khusus (SRBPMK) 6,5 2,8 4. Sistem Ganda

(Terdiri dari : 1) rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi; 2) pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah mampu memikul sekurang-kurangnya 25% dari seluruh beban lateral’ 3) kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersama-sama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi sistem ganda.).

1. Dinding gesar beton dengan SRPMB baja 4,2 2,8 2. SRBE baja

a. Dengan SRPMK baja 8,5 2,8

b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8

3. SRBKB baja

a. Dengan SRPMK baja 6,5 2,8

b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8

4. SRBKK baja

a. Dengan SRPMK baja 7,5 2,8

b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8

5. Sistem Bangunan Kolom Kantilever

(Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul beban lateral).

Komponen struktur kolom kantilever 2,2 2,0

Tabel 2.3 Faktor Keutamaan I Untuk Berbagai Kategori dan Bangunan

No Kategori gedung

Faktor keutaman (I)

I1 I2 I

1 Gedung umum seperti untuk penghunian,

perniagaan dan perkantoran 1,0 1,0 1,0

2 Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6

3

Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi.

1,4 1,0 1,4

4

Gedung untuk penyimpanan bahan berbahaya seperti gas, produksi minyak bumi, asam, bahan beracun.

1,6 1,0 1,6

5 Cerobong, tangki di atas menara 1,5 1,0 1,5

Sumber SNI 03-1726-2002

2.2.3 Beban Gempa Perlantai

Gaya geser dasar rencana V menurut persamaan 2.6 harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban – beban gempa nominal statik ekivalen Fi yang menangkap pada pusat massa lantai tinkat ke-i menurut persamaan :

Fi =

V

Z

W

Z

W

i i n

i i i

1 =

∑

(2.7)

Dimana :

Wi = berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai. Zi = ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral. n = nomor lantai tingkat paling atas.

Apabila rasio antara tinggi struktur bangunan gedung dan ukuran denahnya arah pembebanan gempa sama dengan atau melebihi 3, maka 0,1V harus dianggap sebagai beban horizontal terpusat yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat paling atas, sedangkan 0,9V sisanya harus dibagikan sepanjang tinggi struktur bangunan gedung menjadi beban – beban gempa nominal statik ekivalen berdasarkan persamaan 2.7.

2.3 Persyaratan Bahan Untuk Struktur Baja Tahan Gempa

Untuk struktur baja tahan gempa, bahan yang digunakan harus mempunyai sifat yang daktail. Hal ini bertujuan agar terjadi penyerapan energi secara efektif. Maka persyaratan bahan baja yang direncanakan sebagai komponen struktur pemikul beban gempa harus memenuhi ketentuan sebagai berikut :

a. Perbandingan tegangan lelah terhadap tegangan putus tariknya adalah kurang dari 0,85.

b. Hubungan regangan dan tegangan harus memperhatikan daerah plateau yang cukup panjang.

c. Pengujian uniaksial tarik pada spesimen baja memperhatikan perpanjangan maksimum tidak kurang dari 20% untuk daerah pengukuran sepanjang 50 mm.

d. Mempunyai sifat relatif mudah dilas.

Selain itu, tegangan leleh minimum dari bahan baja untuk komponen struktur dengan perilaku inelastis diharapkan akan terjadi berkenaan dengan kombinasi pembebanan tidak boleh melebihi 350 Mpa, kecuali bila dapat ditunjukkan secara eksperimen atau secara rasional bahwa bahan baja yang

digunakan sesuai untuk tujuan tersebut. Persyaratan ini tidak berlaku bagi kolom yang diharapkan perilaku inelastisnya hanya akan terjadi pada dasar kolom yang mengalami leleh pada tingkat paling bawah.

2.4 Konfigurasi struktur

Hingga saat ini terdapat beberapa jenis portal baja tahan gempa. Secara umum terdapat 2 jenis portal baja tahan gempa, yaitu Moment Resisting Frames dan braced frames. Masing – masing jenis portal baja tersebut memiliki karakteristik masing – masing yang berbeda.

2.4.1 Moment Resisting Frames (MRF)

Sistem struktur MRF memberikan ruang yang luas pada suatu bangunan. Oleh karena itu, sistem ini sering diminati oleh banyak arsitek dan juga banyak digunakan untuk struktur gedung institusi atau perkantoran yang memerlukan ruang yang luas. Pada sistem struktur MRF, sambungan antara balok dan kolom harus didesain cukup kuat untuk memperkuat kekuatan balok dan mengurangi resiko keruntuhan brittle pada sambungan balok dan kolom. Dengan rentang balok yang cukup lebar (tanpa pengaku), sistem rangka pemikul momen dapat memberikan deformasi yang cukup besar sehingga sistem ini memiliki daktalitas yang cukup besar dibandingkan dengan jenis portal baja tahan gempa lainnya. Walaupun demikian, dengan deformasi yang cukup besar, sistem MRF memiliki kekakuan yang rendah jika dibandingkan dengan portal baja tahan gempa lainnya.

Portal baja ini sering disebut juga moment frames. Pada sistem struktur MRF, elemen balok terhubung kaku pada kolom dan tahanan terhadap gaya lateral

diberikan terutama oleh momen lentur dan gaya geser pada elemen portal dan joint. Sistem struktur rangka penahan momen memiliki kemampuan menyerap energi yang besar tetapi memiliki kekakuan yang rendah. Pada sistem ini, untuk melakukan penyerapan energi yang besar diperlukan deformasi yang besar pada lantai strukturnya. Dengan demikian, jika dibandingkan dengan struktur portal baja jenis lainnya, sistem struktur ini memiliki ukuran elemen struktur yang jauh lebih besar untuk menjaga deformasi strukturnya.

Gambar 2.4 Moment Resisting Frames (MRF)

Portal baja MRF merupakan jenis portal baja yang sering digunakan dalam aplikasi struktur baja di dunia konstruksi. Berdasarkan daktalitasnya, portal baja MRF dibagi dalam 2 kategori, yaitu special moment resisting frames (SMRF) atau sistem rangka batang penahan momen khusus (SRBPMK) dan ordinary moment resisting frames atau sistem rangka penahan momen biasa (SRPMB). SRBPMK didesain untuk memiliki daktalitas yang lebih tinggi dan dapat

berdeformasi inelastik pada saat gaya gempa terjadi. Deformasi inelastik akan meningkatkan damping dan mengurangi kekakuan (stiffness) dari struktur. Hal ini terjadi pada saat gempa ringan bekerja pada struktur. Dengan demikian, SRBPMK dianjurkan untuk didesain pada gaya gempa yang jauh lebih ringan dibandingkan dengan gaya gempa yang bekerja pada SRPMB. Pada SRPMB kekakuan (stiffness) yang ada lebih besar dibandingkan dengan kekakuan pada SRBPMK. Secara umum, SRPMB memiliki kekakuan (stiffness) yang lebih besar dan kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan SRBPMK. Tetapi, SRPMB memiliki daktalitas yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan SRBPMK untuk kasus pembebanan gempa yang sama. Pada SRBPMK, untuk mendapatkan daktalitas yang tinggi, kehancuran harus terjadi pada saat baja mengalami leleh (yield).

2.4.2 Brace Frames ( BF )

Berbeda dengan sistem struktur MRF, portal braced frames memiliki elemen bresing untuk meningkatkan kekakuan strukturnya. Portal braced frames didesain untuk meminimalisir masalah kekakuan yang terdapat pada jenis portal MRF. Terdapat 2 jenis portal braced frames yaitu concentrically braced frames (CBF) dan eccentrically braced frames (EBF).

2.4.2.1Concentrically Braced Frames (CBF)

Berbeda dengan sistem portal MRF, struktur CBF merupakan sistem struktur untuk menahan beban lateral dengan kekakuan stuktur yang tinggi. Kekakuan yang tinggi pada struktur ini dihasilkan pada bresing diagonal yang

berfungsi untuk menahan beban lateral pada struktur. Pada struktur ini, elemen bresing diharapkan mempu berdeformasi inelastik yang besar tanpa terjadi kehilangan yang signifikan pada kekuatan dan kekakuan struktur.

Gambar 2.5 Jenis – Jenis Concentrically Braced Frames

Elemen bresing pada sistem CBF berfungsi untuk menahan kekakuan struktur karena dengan adanya bresing pada struktur, deformasi struktur akan menjadi lebih kecil sehingga kekakuan strukturnya meningkat. Pada sistem struktur CBF, kategori struktur dibagi menjadi dua yaitu sistem rangka bresing konsentrik biasa (SRBKB) dan sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK).

Pada sistem SRBKB, diharapkan sistem ini dapat mengalami deformasi inelastik secara terbatas apabila dibebani oleh gaya – gaya yang berasal dari beban gempa rencana. Berbeda dengan SRBKB, pada sistem SRBKK diharapkan struktur dapat berdeformasi inelastik cukup besar akibat gaya gempa rencana. Sistem SRBKK memiliki daktalitas yang lebih tinggi dibandingkan SRBKB dan penurunan kekuatan SRBKK lebih kecil pada saat terjadi tekuk pada bresing tekan.

Secara umum, sistem struktur CBF memiliki kekakuan yang lebih tinggi dibandingkan dengan struktur MRF karena adanya elemen bresing pada struktur. Namun demikian, kekakuan yang besar pada sistem CBF mengakibatkan deformasi yang terjadi pada struktur lebih terbatas sehingga daktalitas struktur CBF lebih rendah jika dibandingkan dengan sistem struktur MRF.

2.4.2.2Eccentrically Braced Frame (EBF)

Sistem struktur EBF merupakan struktur portal baja penahan gaya lateral yang merupakan kombinasi dari keunggulan struktur MRF dan CBF serta meminimalisir kekurangan yang terdapat pada struktur MRF dan CBF. Struktur EBF memiliki kekakuan yang lebih tinggi, respon yang stabil pada respon siklik lateral, daktalitas yang tinggi, dan kapasitas penyerapan energi yang besar. Pada struktur EBF terdapat elemen penting yang berpengaruh pada karakteristik EBF yang telah disebut diatas. Elemen tersebut berupa elemen balok pendek yang disebut link.

Gambar 2.6 Jenis – Jenis Eccentrically Braced Frames

Link merupakan elemen struktur yang direncanakan untuk berperilaku inelastik serta mampu untuk berdeformasi plastis yang besar pada saat terjadi beban lateral. Bagian link ini berfungsi menyerap energi pada saat terjadi beban lateral (gempa). Mekanisme leleh pada elemen link terdiri dari 2 mekanisme leleh yaitu kelelehan geser dan kelelehan lentur, tergantung dari panjang link (e) yang digunakan.

Pada sistem struktur EBF, kekakuan lateral merupakan fungsi antara panjang link (e) dengan panjang elemen balok (L). Jika panjang elemen link lebih pendek, maka struktur portal menjadi lebih kaku mendekati kekakuan struktur CBF dan jika panjang link lebih panjang, maka kekakuan struktur portal EBF mendekati struktur moment resisting frames (MRF).

Pada struktur EBF, elemen struktur di luar link direncanakan untuk berperilaku elastis sedangkan bagian link direncanakan untuk dapat berdeformasi inelastis pada saat terjadinya beban lateral (gempa).

2.5 Perencanaan Elemen Struktur

2.5.1 Elemen yang Memikul Gaya Aksial Tekan

Komponen struktur yang memikul gaya tekan (sering disebut batang tekan), harus direncanakan sedemikuan rupa sehingga selalu terpenuhi hubungan :

Nu≤ Φ Nn (2.8)

Keterangan :

Φ adalah faktor reduksi kekuatan = 0,85

Nn adalah kuat tekan nominal komponen struktur.

Nu adalah kuat tekan perlu, yaitu nilai gaya tekan akibat beban terfaktor, diambil nilai terbesar diantara berbagai kombinasi pembebanan yang diperhitungkan.

Tekuk lokal adalah peristiwa menekuknya elemen plat penampang sayap (sayap atau badan) akibat rasio tebal yang terlalu besar. Tekuk lokal mungkin terjadi sebelum batang/kolom menekuk lentur. Oleh karena itu, disyaratkan pula nilai maksimum bagi rasio lebar-tebal pelat penampang batang tekan.

Tekuk lentur adalah peristiwa menekuknya batang tekan pada arah sumbu lemahnya secara tiba-tiba ketika terjadi ketidakstabilan. Kuat tekan nominal pada kondisi batas ini dirumuskan dengan bentuk formula yang dikenal sebelumnya :

Nn = Ag.fcr = Ag.

ω

y f

(2.9) Dimana :

λc≤ 0,25 maka ω = 1 (untuk kondisi lelah umum) (2.10)

0,25 < λc < 1,2 ω =

c

λ . 67 , 0 6 , 1

43 , 1

− (untuk kondisi tekuk inelastis) (2.11)

dengan λc =

E f r Lk _. y

. 1

π (2.13)

keterangan :

Ag adalah luas penampang bruto, mm2 fcr adalah tegangan kritis penampang, Mpa fy adalah tegangan leleh material, Mpa

Gambar 2.7 Panjang Tekuk Untuk Beberapa Kondisi Perletakan (sumber SNI 03-1729-2002)

2.5.2 Elemen yang Memikul Gaya Aksial Tarik

Komponen struktur baja yang memikul gaya tarik (sering disebut batang tarik), harus direncanakan sedemikian rupa sehingga selalu terpenuhi hubungan :

Nu ≤ Φt.Nn (2.14)

Dimana :

Nu adalah kuat tarik perlu, yaitu nilai gaya tarik akibat beban terfaktor, diambil dari nilai terbesar antara berbagai kombinasi pembebanan yang diperhitungkan. Nn adalah kuat tarik nominal, yaitu gaya tarik pada kondisi batas

yang diperhitungkan. Untuk komponen yang memikul gaya tarik, kondisi batas yang diperhitungkan adalah :

1. Kelelahan penampang (yielding), yaitu lelah pada seluruh penampang (bruto).

2. Putus (fracture), yaitu terjadi retakan atau sobekan pada luas penampang efektif,

Kuat tarik rencana ditentukan oleh kedua kondisi diatas dengan ketentuan sebagai berikut :

a. Kondisi lelah

ΦNn = 0,9.Ag.fy (2.15)

b. Kondisi retak/robek

ΦNn = 0,75.Ae.fu (2.16)

Dimana :

Ag = luas penampang bruto, mm2 Ae = luas penampang efektif, mm2

Fy = tegangan leleh nominal baja profil yang digunakan dalam desain, Mpa Fu = tegangan putus yang digunakan dalam desain, Mpa

2.5.3 Elemen yang Memikul Momen

Sebuah balok yang memikul beban lentur murni terfaktor, Mu harus direncanakan sedemikian rupa sehingga selalu terpenuhi :

Mu≤ Φ.Mn (2.17)

Dimana :

Φ = faktor reduksi = 0,9

Mn = kuat nominal dari momen lentur penampang, N-mm Geser pada balok

Pelat badan yang memikul gaya geser perlu (Vu) harus memenuhi :

Vu≤ Φ.Vn (2.18)

Dimana :

Φ = faktor reduksi kuat gesar 0,9 Vn = kuat geser nominal,

2.5.4 Elemen yang Memikul Gaya Kombinasi

Komponen struktur yang mengalami momen lentur dan gaya aksial harus direncanakan memenuhi ketentuan sebagai berikut :

Untuk 0,2 . _n ≥

u N N φ (2.19) 0 , 1 . . 9 8 . _≤      + + ny b uy nx b ux n u M M M M N N φ φ φ (2.20)

Untuk 0,2 . n ≤

u N N φ (2.21) 0 , 1 . . .

2 _≤

     + + ny b uy nx b ux n u M M M M N N φ φ φ (2.22) Keterangan :

Nu adalah gaya aksial (tarik dan tekan) terfaktor, N Nn adalah kuat nominal penampang, N

Mux, Muy adalah momen lentur terfaktor terhadap sumbu-x dan sumbu-y, N-mm Φn = 0,90 (lelah) tarik

Φn = 0,75 (fraktur) tarik Φn = 0,85 tekan

Φb = 0,90 lentur

Faktor amplifikasi momen

a. Faktor amplifikasi momen akibat kelengkungan kolom yang tak bergoyang. Besarnya δb untuk masing-masing kolom dihitung sebagai berikut :

δb = 1

1

≥    

 

−

el u m

N N C

(2.23)

dimana :

Nu = gaya tekan aksial terfaktor

Nel = gaya tekan menurut Euler dengan kl/r terhadap sumbu lentur k ≤ 1,0 Cm = faktor modifikasi momen, memperhitungkan distribusi momen yang

tak seragam sepanjang kolom, dapat digunakan nilai-nilai sebagai berikut :

i. Kolom tak bergoyang tanpa beban transversal

Cm = 0,6 – 0,4βm (2.24)

Βm = (Mkecil/Mbesar) pada ujung-ujung kolom dengan harga (2.25) (+) : kelengkungan ganda pada kolom.

(-) : kelengkungan tunggal pada kolom.

ii. Kolom tak bergoyang dengan beban transversal Cm = 1,0 : ujung-ujung sendi, dapat berotasi Cm = 0,85 : ujung-ujung jepit, tidak dapat berotasi.

b. Faktor amplifikasi momen akibat kelengkungan kolom yang bergoyang δs. Faktor amplifikasi momen akibat goyangan lantai, δs dapat dihitung :

δs =

∑



     ∆ −

HL N oh

u

1

1

(2.26)

atau δs =

∑

∑

−

2

1 1

e u N

N (2.27)

dengan :

ΣNu adalah jumlah gaya aksial tekan terfaktor akibat beban gravitasi untuk seluruh kolom pada satu tingkat yang ditinjau.

Ne2 adalah sama dengan Ne1 namun dengan menggunakan k untuk komponen struktur bergoyang, k ≥ 1,0

Δoh adalah simpangan antar lantai pada tingkat yang sedang ditinjau.

ΣH adalah jumlah gaya horizontal yang menghasilkan Δoh pada tingkat yang di tinjau.

L adalah tinggi tingkat.

2.5.5 Sambungan Baut

Sambungan merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari sebuah struktur baja. Sambungan berfungsi untuk menyalurkan gaya-gaya dalam antar komponen-komponen yang disambung, sesuai dengan perilaku struktur yang direncanakan. Keandalan sebuah struktur baja untuk untuk bekerja dengan mekanisme yang direncanakan sangat tergantung oleh keandalan sambungan.

Berdasarkan perilaku struktur yang direncanakan, sambungan dapat dibagi menjadi :

1. Sambungan kaku adalah sambungan yang memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut diantara komponen-komponen struktur yang disambung. Hal ini disebabkan sambungan mampu memikul momen yang

bekerja, sehingga deformasi titik kumpul tidak terpengaruh terhadap distribusi gaya dalam maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur. 2. Sambungan semi kaku adalah sambungan yang tidak memiliki kekakuan

yang disambung. Akan tetapi memiliki kapasitas yang cukup untuk memberikan kekangan yang dapat diukur terhadap besarnya perubahan sudut-sudut tersebut.

3. Sambungan sederhana adalah sambungan yang tidak memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut-sudut diantara komponen struktur yang disambung. Ujung komponen struktur yang disambung dianggap tidak menahan kekangan sehingga dianggap bebas momen.

Suatu sistem sambungan terdiri dari :

a. Komponen struktur yang disambung, dapat berupa balok, kolom, batang tarik atau batang tekan.

b. Alat penyambung, dapat berupa pengencang, baut biasa, baut mutu tinggi, dan paku keling atau sambungan las seperti las tumpul, las sudut dan las pengisi.

c. Elemen penyambung berupa pelat buhul atau pelat penyambung.

Filosofi dasar perencanaan dasar sambungan harus direncanakan lebih kuat dari pada komponen struktur yang disambung dan deformasi yang terjadi pada sambungan masih berada dalam batas kemampuan deformasi sambungan. Dengan demikian keandalan struktur akan ditentukan oleh kekuatan elemen-elemennya.

2.5.6 Tata letak baut

tata letak baut sangat mempengaruhi kinerja sambungan. pengaturan ini dilakukan untuk mencegah kegagalan pada pelat dan untuk memudahkan pemasangan. akan tetapi, disarankan agar jarak antar baut tidak terlalu besar untuk mencegah pemborosan bahan yang akan disambung serta mengurangi variasi tegangan diantara baut dan mencegah korosi.

a. jarak minimum

Jarak antar baut ditentukan lebih besar dari 3 kali diameter baut yang digunakan dan jarak baut paling pinggir ke tepi pelat penyambung harus lebih besar dari 1,5 kali diameter baut.

b. jarak maksimum

Jarak antar baut ditentukan tidak boleh lebih besar dari 12 kali tebal pelat penyambung dan tidak boleh lebih besar dari 150 mm.

BAB III

PEMODELAN STRUKTUR

3.1 Material

Pada tugas akhir ini, material baja yang digunakan untuk pemodelan struktur portal moment resisting frames (MRF) dan concentrically braced frames (CBF) tipe X dan tipe V terbalik adalah material baja dengan properties sebagai berikut :

• Jenis baja : BJ 37

• Tegangan putus (fu) : 370 Mpa

• Tegangan leleh (fy) : 240 (Mpa)

• Modulus elastisitas (E) : 200.000 Mpa

3.2 Pemodelan struktur

Pemodelan struktur ini direncanakan untuk bangunan perkantoran. Pada bagian pemodelan struktur moment resisting frames (MRF) dengan elemen struktur (balok dan kolom), sedangkan pada bagian pemodelan struktur concentrically braced frames tipe X dan tipe V terbalik dengan elemen stuktur (balok, bresing, dan kolom). Pada masing – masing model tersebut kemudian akan dikerjakan kombinasi pembebanan. Model strukturnya adalah sebagai berikut :

Denah struktur yaitu :

Gambar 3.1 Denah

Gambar 3.3 Tipe CBF

Model struktur diatas terdiri dari 5 lantai dan 1 bentang. Tinggi untuk masing – masing lantai adalah 4 m (umum tinggi perlantai struktur di Indonesia) dan memiliki bentang panjang 6 m dengan perletakan yang digunakan adalah perletakan jepit, serta memiliki tinggi total portal 20 m (sudah terdapat gaya lateral/gempa). Pada pemodelan struktur ini dilakukan analisa 2 dimensi yaitu pada bidang x – z (pada SAP 2000) sehingga struktur tidak dianggap bergoyang kearah y.

3.2 Ketentuan Pembebanan

Perencanaan pembebanan ini digunakan beberapa acuan standar sebagai berikut :

a. Perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung menggunakan metode LRFD (SNI 03-1729-2002).

b. Standar perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung (SNI 03-1726-2002).

c. Pedoman perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung (SKBI-1971).

3.3 Pembebanan Struktur

Pada model struktur dikerjakan kombinasi pembebanan. Beban – beban yang bekerja pada struktur terdiri dari beban gravitasi (beban mati dan beban hidup) dan beban gempa. Untuk beban gempa yang bekerja pada struktur digunakan beban gempa statik ekivalen.

1. Beban mati

Beban mati adalah seluruh bagian bangunan yang bersifat tetap dan tidak terpisah dari bangunan yang dimaksud selama masa layannya. Beban mati yang diperhitungkan dalam model ini adalah antara lain :

• Berat sendiri profil baja balok, kolom dan bresing

• Berat sendiri plat beton bertulang sebesar 2400 kg/m3

• Berat partisi sebesar 100 kg/m2

• Berat plafon sebesar 11 kg/m2

• Berat spesi 1 cm sebesar 21 kg/m2

Gambar 3.4 Pembebanan akibat beban mati Keterangan :

qdead = beban akibat berat sendiri dan beban mati lannya

= berat sendiri balok, berat sendiri plat balok, berat plafon, partisi, spesi. Tegel.

h = tinggi portal perlantai. L = panjang portal seluruhnya.

2. Beban hidup

Beban hidup adalah beban gravitasi yang bekerja pada struktur dalam masa layannya, dan timbul akibat penggunaan suatu gedung. Termasuk beban ini adalah berat manusia, perabotan yang dapat dipindah – pindahkan, kendaraan dan lain – lain. Beban hidup yang direncanakan adalah sebagai berikut :

• Beban hidup yang diperitungkan adalah untuk bangunan perkantoran sebesar 250 kg/m2.

• Pada bangunan dengan atap yang dapat dicapai orang, dikenai beban hidup atap sebesar 100 kg/m2.

Gambar 3.5 Pembebanan akibat beban hidup Keterangan :

qlive = beban akibat beban hidup yang direncanakan. h = tinggi portal perlantai.

L = panjang portal seluruhnya. 3. Beban gempa

Beban gempa adalah beban yang timbul akibat percepatan getaran tanah pada saat terjadi gempa. Untuk merencanakan struktur bangunan tahan gempa, perlu diketahui percepatan yang terjadi pada batuan dasar. Berdasarkan hasil

penelitian yang telah dilakukan, wilayah Indonesia dapat dibagi kedalam 6 wilayah zona gempa.

Beban gempa sesuai dengan SNI 03-1726-2002 tentang cara perencanaan gempa untuk bangunan gedung dengan menggunakan analisa statik ekuivalen, dimana gaya geser dasar rencana dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung dan bekerja pada pusat massa tiap lantai.

Struktur bangunan yang akan direncanakan terletak pada wilayah gempa 4. Berikut ini adalah grafik tabel respon spectra pada wilayah gempa zona 4 untuk kondisi tanah lunak, sedang dan keras.

Gambar 3.6 Respon Spectra Gempa Rencana (sumber SNI 03-1726-2002)

Gambar 3.7 Pembebanan akibat beban gempa Keterangan :

Pquake = beban akibat beban gempa yang direncanakan. h = tinggi portal perlantai.

L = panjang portal seluruhnya.

3.4 Preliminary Desain

Langkah awal penentuan dimensi struktur adalah preliminary design. Dilakukan untuk memperkirakan dimensi elemen – elemen struktur yang mampu memikul beban yang bekerja. Pada tahap ini, penentuan dimensi struktur dilakukan secara sistematis ataupun dapat dilakukan dengan coba – coba. Setelah itu diberikan beban sesugguhnya yang selanjutnya dicek apakah profil yang digunakan kuat atau tidak dalam menahan beban ultimate. Jika ternyata profil baja tidak kuat, maka profil nantinya dapat diubah dengan profil yang lebih kuat dan memiliki rasio antara beban ultimate terhadap ketahanan struktur kurang dari 1.

• Tanpa bracing

a. Preliminary balok

Untuk perencanaan awal digunakan balok IWF 300 x 200 x 9 x 14 untuk semua lantai.

b. Preliminary kolom

Untuk perencanaan awal digunakan kolom IWF 450 x 200 x 9 x 14.

• Dengan bracing 1.Tipe X

a. Preliminary balok

Untuk perencanaan awal digunakan balok IWF 300 x 200 x 8 x 12 untuk semua lantai.

b. Preliminary bresing

Untuk perencanaan awal digunakan bresing IWF 150 x 150 x 7 x 10 c. Preliminary kolom

Untuk perencanaan awal digunakan balok IWF 350 x 175 x 7 x 11 2.Tipe V

d. Preliminary balok

Untuk perencanaan awal digunakan balok IWF 300 x 200 x 8 x 12 untuk semua lantai.

e. Preliminary bresing

Untuk perencanaan awal digunakan bresing IWF 125 x 125 x 6,5 x 9 f. Preliminary kolom

3.5 Kombinasi Pembebanan

Kombinasi pembebanan diperlukan dalam sebuah perencanaan struktur bangunan. Pada saat konstruksi, tentunya beban-beban yang bekerja pada struktur hanyalah beban-beban mati saja dan beban hidup sementara akibat dari pekerjaan bangunan. Sedangkan pada masa layan, beban-beban tersebut akan ditambah dengan beban-beban hidup permanen dari aktivitas pemakaian gedung dan barang-barang inventaris yang dapat bergerak di dalam gedung. Hal ini tentunya akan berdampak pada kekuatan rencana elemen struktur yang direncanakan berdasarkan kombinasi pembebanan terbesar akibat penjumlahan beban-beban yang bekerja dengan faktor beban LRFD (load resistance Factor Design). Adapun beban-beban berdasarkan SNI 03-1729-2002 yaitu :

1,4D (3.1)

1,2D + 1,6L + 0,5 (La atau H) (3.2)

1,2D + 1,6 (La atau H) + (γL L atau H) (3.3) 1,2D + 1,3W + γL L + 0,5 (La atau H) (3.4)

1,2D ± 1,0E + γL L (3.5)

0,9D ± (1,3W atau 1,0E) (3.6)

Keterangan :

D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap.

L beban mati yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain.

La adalah beban hidup diatap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang atau benda bergerak.

H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air. W adalah beban angin.

E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03-1726-2002 Dengan,

3.6 Gaya Dalam Struktur

Setelah mendapatkan pembebanan vertikal dan horizontal, maka selanjutnya adalah proses identifikasi elemen-elemen struktur yang menerima gaya-gaya dalam terutama gaya-gaya dalam yang menentukan (maksimum). Analisa gaya dalam menggunakan SAP 2000 v9

Gambar 3.9 Transfer gaya lateral tanpa bracing

3.7 Aplikasi Bracing Pada Bangunan

Aplikasi penggunaaan bracing ini banyak digunakan pada negara-negara atau wilayah-wlayah yang sering terjadi gempa besar, seperti taiwan dan jepang. Dalam perencanaan bangunan, beban gempa sangat diperhitungkan dalam analisanya sehingga walaupun bangunan tersebut terkena gempa tidak secara langsung rubuh melainkan timbul keretakan yang akan memperkecil korban jiwa. Pada analisa beban gempa sangat bergantung kepada struktur bangunan tersebut dimana bentuk dari denah dan ketinggian bangunan tersebut adalah faktor utama dalam memperhitungkan gaya akibat dan guncangan gempa tersebut.

Berikut adalah gambar dari bebarapa bangunan yang memakai bracing konsentrik yaitu :

BAB IV

APLIKASI PERHITUNGAN

Untuk mendapatkan dimensi dan besarnya profil yang akan digunakan dalam struktur portal ini, terlebih dahulu harus kita hitung besarnya momen maksimum yang terjadi pada portal. Momen yang terjadi diakibatkan oleh gaya – gaya yang bekerja pada struktur. Adapun gaya – gaya yang bekerja antara lain :

a. Beban mati b. Beban hidup

c. Beban akibat gempa

Beban – beban ini nantinya akan dikalikan dengan load factornya masing – masing sesuai dengan kombinasi yang telah dipaparkan pada bab sebelumnya. Untuk mendapatkan momen maksimum pada portal yang merupakan struktur statis tak tentu, kita menggunakan bantuan program SAP 2000 dalam melakukan analisa terhadap struktur tersebut.

4.1 DATA – DATA PADA PORTAL STRUKTUR

Gambar 4.1 Struktur portal yang akan direncanakan

Data – data yang diperlukan untuk perencanaan portal 5 tingkat diatas adalah :

a. Tinggi total portal (H) : 20 m

b. Tinggi perlantai portal (h) : 4 m

c. Jarak portal (L) : 6 m

d. Tegangan leleh baja (fy) : 2400 kg/cm2 e. Tebal pelat beton

Lantai : 12 cm

Atap : 10 cm

f. Berat sendiri balok profil IWF (taksiran) : 100 kg/m g. Berat sendiri kolom profil IWF (taksiran) : 100 kg/m h. Berat sendiri bracing profil IWF (taksiran) : 50 kg/m

i. Berat plafon : 11 kg/m2

j. Berat partisi : 100 kg/m2

k. Berat spesi/adukan semen : 21 kg/m2

l. Berat tegel : 24 km/m2

4.2 PERHITUNGAN BEBAN MATI, BEBAN HIDUP, dan BEBAN GEMPA 4.2.1 Beban Mati

Yang termasuk dalam kategori beban mati antara lain : berat sendiri profil, berat sendiri plat beton, berat plafon, berat spesi, dan berat tegel.

a. Berat sendiri profil balok IWF (taksiran) : 100 kg/m b. Berat sendiri pelat beton :

Lantai : 0.12 m x 2400 kg/m3 x 4 m : 1152 kg/m Atap : 0.10 m x 2400 kg/m3 x 4 m : 960 kg/m c. Berat partisi : 100 kg/m2 x 4 m : 400 kg/m d. Berat plafon : 11 kg/m2 x 4 m : 44 kg/m e. Berat spesi 1 cm : 21 kg/m2 x 4 m : 84 kg/m f. Berat tegel 1 cm : 24 kg/m2 x 4 m : 96 kg/m

Total beban mati lantai (q dead) : 1876 kg/m

Total beban mati atap (q dead) : 1684 kg/m

4.2.2 Beban Hidup

Beban hidup yang bekerja sesuai peruntukannya sebagai perkantoran, menurut SKBI 1987 adalah sebagi berikut :

a. Untuk lantai 1, 2, 3, dan 4

b. Untuk lantai 5 (atap)

Bekerja beban hidup sebesar 100 kg/m2 x 4m : 400 kg/m

4.2.3 Beban Gempa

Untuk menghitung beban gempa yang terjadi pada tiap – tiap lantai pada portal kita harus menghitung dulu beban geser dasr nominal statik ekuivelen V yang terjadi di tingkat dasar. Kemudian dari nilai V ini baru dibagi kan sepanjang tinggi struktur portal masing – masing lantai. Perhitungan beban gempa ini mengacu pada SNI 03-1726-2002.

4.2.3.1 Perhitungan Berat Bangunan Tiap Lantai

1. Lantai 1, 2, 3, dan 4 a. Balok

IWF (taksiran) : 100 kg/m x 6 m = 600 kg

b. Pelat beton

Tebal pelat beton 12 cm : 1152 kg/m x 6 m = 6912 kg c. Plafon

: 44 kg/m x 6 m = 264 kg d. Spesi

: 84 kg/m x 6 m = 504 kg e. Tegel

: 96 kg/m x 6 m = 576 kg f. Kolom

IWF (taksiran) : 100 kg/m x 4 m x 2 m = 800 kg g. Bracing

IWF (taksiran) : 50 kg/m x 7.211 m x 2 m = 721.1 kg h. Partisi

: 400 kg/m x 6 m = 2400 kg i. 30 % reduksi beban hidup

: 1000 kg/m x 6 m x 0.3 = 1800 kg

2. Lantai 5 (atap) a. Balok

IWF (taksiran) : 100 kg/m x 6 m = 600 kg

b. Pelat beton

Tebal pelat beton 10 cm : 960 kg/m x 6 m = 5760 kg c. Plafon

: 44 kg/m x 6 m = 264 kg d. Kolom

IWF (taksiran) : 100 kg/m x 4 m x 2 m = 800 kg e. Bracing

IWF (taksiran) : 50 kg/m x 7.211 m x 2 m = 721.1 kg f. 30 % reduksi beban hidup

Tabel 4.1 Ringkasan berat bangunan tanpa bracing dinyatakan dalam tabel berikut

lantai Balok

Pelat + Plafon + Spesi + Tegel

Kolom + Partisi

30% reduksi beban

hidup Jumlah

kg kg kg kg kg

5 600 6024 800 720 ₈₁₄₄

4 600 8256 3200 1800 ₁₃₈₅₆

3 600 8256 3200 1800 ₁₃₈₅₆

2 600 8256 3200 1800 13856

1 600 8256 3200 1800 ₁₃₈₅₆

Jumlah Berat Bangunan = 63568 kg

Tabel 4.2 Ringkasan berat bangunan dengan bracing tipe X dinyatakan dalam tabel berikut :

lantai Balok

Pelat + Plafon +

Spesi + Tegel Bracing

Kolom + Partisi

30% reduksi

beban hidup Jumlah

kg kg kg kg kg kg

5 600 6024 721.1 800 720 8865.1

4 600 8256 721.1 3200 1800 14577.1

3 600 8256 721.1 3200 1800 14577.1

2 600 8256 721.1 3200 1800 14577.1

1 600 8256 721.1 3200 1800 _14577.1

Jumlah Berat Bangunan = 67173.5 kg

Tabel 4.3 Ringkasan berat bangunan dengan bracing tipe V terbalik dinyatakan dalam tabel berikut :

lantai Balok

Pelat + Plafon +

Spesi + Tegel Bracing

Kolom + Partisi

30% reduksi

beban hidup Jumlah

kg kg kg kg kg kg

5 600 6024 500 800 720 8644

4 600 8256 500 3200 1800 14356

3 600 8256 500 3200 1800 14356

2 600 8256 500 3200 1800 14356

1 600 8256 500 3200 1800 14356

4.2.3.2 Taksiran Waktu Getar Alami

Rumus empiris memakai metode A berdasarkan UBC section 1630.2.2 adalah :

Tinggi gedung = 20 m

Ct = 0.0853

T = Ct x (h)3/4

= 0.0853 x (20)3/4 = 0.8067 detik

Struktur berapa pada wilayah gempa 4 dengan tanah sedang

Gambar 4.2 Respon Spectra gempa rencana wilayah gempa 4

5206 . 0 8067 . 0

42 . 0 42 .

0 _{= =}

=

T C

4.2.3.3 Perhitungan V (Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekuivalen)

Rumus yang dipakai untuk memperoleh V sesuai SNI 03-1726-2002 adalah :

t W R

xI C V = 1

Dimana :

V = beban geser dasar nominal statik ekuivalen (kg).

C1 = nilai faktor respon gempa yang didapat dari spektrum respon gempa rencana.

I = faktor keutamaan bangunan (1.0 untuk bangunan perkantoran). R = faktor reduksi gempa (tabel 2.2)

Wt = berat total gedung (kg) Maka :

a. Tanpa bracing, (faktor reduksi gempa R = 4.5)

t W R

xI C V = 1

kg kg

x x

V 63568 7354,111

5 . 4 0 . 1 5206 . 0 = =

b. Dengan bracing, (faktor reduksi gempa R = 5.6) 1. Tipe X

t W R

xI C V = 1

kg kg

x x

V 67173.5 6244,736

6 . 5 0 . 1 5206 . 0 = =

2. Tipe V terbalik

t W R

xI C V = 1

kg kg

x x

V 66068 6141,964

6 . 5 0 . 1 5206 . 0 = =

4.2.3.4 Perhitungan Distribusi Fi

Nilai V yang diperoleh didistribusikan sepanjang tinggi portal sesuai rumus : xV

z W

z W

F _n

i i i

i i i

1

.

= ∑ =

Tabel 4.4 rangkuman perhitungan Fi tanpa bracing

Lantai

Tinggi

Lantai Wi Wi x hi V Fi Fi

kg kg kg kg kg Ton

5 20 8144 162880 7354.111 1670.345 1.670

4 16 13856 221696 7354.111 2273.507 2.274

3 12 13856 166272 7354.111 1705.13 1.705

2 8 13856 110848 7354.111 1136.753 1.137

1 4 13856 55424 7354.111 568.3767 0.568

717120

Tabel 4.5 rangkuman perhitungan Fi dengan bracing tipe X

Lantai Tinggi Lantai Wi Wi x hi V Fi Fi

kg kg kg kg kg Ton

5 20 8865.1 177302 6244.736 1456.108 1.456

4 16 14577.1 233233.6 6244.736 1915.451 1.915

3 12 14577.1 174925.2 6244.736 1436.588 1.437

2 8 14577.1 116616.8 6244.736 957.726 0.958

1 4 14577.1 58308.4 6244.736 478.863 0.479

760386

Tabel 4.6 rangkuman perhitungan Fi dengan bracing tipe V terbalik

Lantai Tinggi Lantai Wi Wi x hi V Fi Fi

kg kg kg kg kg Ton

5 20 8644 172880 6141.964 1421.221 1.421

4 16 14356 229696 6141.964 1888.297 1.888

3 12 14356 172272 6141.964 1416.223 1.416

2 8 14356 114848 6141.964 944.149 0.944

1 4 14356 57424 6141.964 472.074 0.472

4.3 PRADIMENSI UNTUK BALOK, BRACING DAN KOLOM

Dalam bab ini, dimensi profil pada portal untuk kolom maupun balok ditentukan terlebih dahulu, kemudian dimensi profil tersebut baru dikontrol terhadap gaya – gaya dalam yang terjadi untuk menentukan apakah profil tersebut layak untuk digunakan pada portal bangunan tersebut. Metode demikian sering disebut metode pra-rencana atau pra-desain.

Oleh karena itu, profil yag direncanakan untuk ini adalah sebagai berikut : 1. Tanpa bracing

 Balok

Direncanakan profil IWF 300 x 200 x 9 x 14, dengan data – data sebagai berikut :

d = 298 mm rx = 12,6 cm b = 201 mm ry = 4,77 cm tw = 9 mm Ag = 83,36 cm2 tf = 14 mm qbs = 65,4 kg/m ro =18 mm

 Kolom

Direncanakan profil IWF 450 x 200 x 9 x 14, dengan data – data sebagai berikut :

d = 450 mm rx = 18,6 cm b = 200 mm ry = 4,40 cm tw = 9 mm Ag = 96,76 cm2 tf = 14 mm qbs = 76 kg/m ro = 18 mm

2. Dengan bracing a. Tipe X

 Balok

Direncanakan profil IWF 300 x 200 x 8 x 12, dengan data – data sebagai berikut :

d = 294 mm rx = 12,5 cm b = 200 mm ry = 4,71 cm tw = 8 mm Ag = 72,38 cm2 tf = 12 mm qbs = 56,8 kg/m ro =18 mm

 Bracing tekan dan tarik

Direncanakan profil IWF 150 x 150 x 7 x 10, dengan data – data sebagai berikut :

d = 150 mm rx = 6,39 cm b = 150 mm ry = 3,75 cm tw = 7 mm Ag = 40,14 cm2 tf = 10 mm qbs = 31,5 kg/m ro = 11 mm

 Kolom

Direncanakan profil IWF 350 x 175 x 7 x 11, dengan data – data sebagai berikut :

d = 350 mm rx = 14,7 cm b = 175 mm ry = 3,95 cm tw = 7 mm Ag = 52,68 cm2 tf = 11 mm qbs = 49,6 kg/m ro = 14 mm

b. Tipe V terbalik

 Balok

Direncanakan profil IWF 300 x 200 x 8 x 12, dengan data – data sebagai berikut :

d = 294 mm rx = 12,5 cm b = 200 mm ry = 4,71 cm tw = 8 mm Ag = 72,38 cm2 tf = 12 mm qbs = 56,8 kg/m ro =18 mm

 Bresing tekan dan tarik

Direncanakan profil IWF 125 x 125 x 6,5 x 9, dengan data – data sebagai berikut :

d = 125 mm rx = 5,29 cm b = 125 mm ry = 3,11 cm tw = 6,5 mm Ag = 30,31 cm2 tf = 9 mm qbs = 23,8 kg/m ro = 10 mm

 Kolom

Direncanakan profil IWF 350 x 175 x 6 x 9, dengan data – data sebagai berikut :

d = 346 mm rx = 14,5 cm b = 174 mm ry = 3,88 cm tw = 6 mm Ag = 52,68 cm2 tf = 9 mm qbs = 41,4 kg/m ro = 14 mm

4.4 PEMBEBANAN PADA PORTAL SESUAI SNI 03-1729-2002

Jenis – jenis kombinasi pembebanan yang direncanakan akan bekerja pada portal sesuai SNI 09-1729-2002, antara lain :

1. Kombinasi 1 : 1.4 D

2. Kombinasi 2 : 1.2 D + 1.6 L 3. Kombinasi 3 : 1.2 D + 1.0 L

4. Kombinasi 4 : 1.2 D + 1 L + 1 E 5. Kombinasi 5 : 1.2 D + 1 L - 1 E 6. Kombinasi 6 : 0.9 D + 1 E 7. Kombinasi 7 : 0.9 D – 1 E

4.5 PERHITUNGAN KONTROL DIMENSI PROFIL BALOK DAN KOLOM

4.5.1 Tanpa Bracing

4.5.1.1 Pemodelan struktur Tanpa Bracing

4.5.1.2 Balok

Balok pada pemodelan tanpa bracing dengan nomor : 11, 12, 13, 14, 15. Gaya – gaya dalam terbesar yang bekerja pada balok :

Mu = 20,3705 ton m (nomor 14 comb5) Vu = 13,6382 ton (nomor 14 comb 5) Nu = 3,4101 ton (nomor 11 comb 4) Mn = Mp = Zx.fy

Zx = 3 3

7 078 , 943 703 , 943078 240 9 , 0 10 . 3705 , 20

.f x mm cm

M y

u = = =

Φ

Sx = 842,033 3

12 , 1 078 , 943 12 , 1 cm

Zx = =

Coba profil IWF (300 x 200 x 9 x 14) d = 298 mm h = d – 2(tf+ro)

b = 201 mm = 298 – 2(14 + 18) = 234 mm tw = 9 mm rx = 12,6 cm

tf = 14 mm ry = 4,77 cm ro =18 mm Ag = 83,36 cm2 kelangsingan :

sayap λp = 10,9734

240 170 170 _{= =}

y f

λf = 7,178

14 2

201 2t = x =

b f f

< λp ... OK

badan λp = 108,4435

240 1680 1680 _{= =}

y f

λw = 26

9 234 ₌

=

Penampang Kompak

Zx = b x tf x (d-tf) + ¼ x tw x (d-2.tf)2

= 201 x 14 x (298-14) + ¼ x 9 x (298-2x14)2 = 799176 + 164025 = 963201 mm3

Mn = Mp = Zx.fy

= 963201 x 240 = 231168240 mm3 = 23,116 ton m ΦMn > Mu

ΦMn = 0.9 x 23,116 = 20,805 ton m > Mu = 20,3705 ton m ... OK Vn = 0.6 x fy x Aw Aw = luas pelat badan

= 0.6 x 240 x (h.tw) = 0.6 x 240 x (234 x 9)

= 303264 mm3 = 303,264 ton ΦVn > Vu

ΦVn = 0.9 x 303,264 = 272,937 ton > Vu = 13,6382 ton ... OK Interaksi geser dan lentur

375 , 1 . . 625 . 0

. + n ≤ u n u V V M M φ φ 375 , 1 937 , 272 6382 , 13 . 625 , 0 805 , 20 3705 , 20 ≤ +

0,9791 + 0,0312 ≤ 1,375

1,0103 ≤ 1,375 ... OK

Jadi dipakai profil IWF 300 x 200 x 9 x 14 mencukupi untuk memikul beban tersebut dengan desain LRFD.

Lendutan

Dimensi profil IWF 300 x 200 x 9 x 14 qdead = 1,876 t/m

qlive = 1,0 t/m qbs = 0,0654 t/m Ix = 13300 cm4

qtotal = 1,876 + 1,0 + 0,0654 = 2,9414 t/m M =

8 1 .q.L2 = 8 1

x 2,9414 x 62 = 13,2363 ton m = 13,2363 x 107 Nmm

Δ =

I E L M EI L q . . 48 . . 5 . 384 . .

5 4 2

=

= 18,6601

10 . 13300 10 . 2 48 6000 10 . 2363 , 13 5 4 5 2 7 = x x x x

mm < 25

240 6000 240 = =

L

mm ... OK

4.5.1.3 kolom

Kolom pada pemodelan tanpa bracing dengan nomor : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 Gaya – gaya dalam terbesar yang bekerja pada kolom :

Mu = 12,1293 ton m (nomor 1 comb5) Vu = 5,7193 ton (nomor 2 comb 5) Nu = 59,7256 ton (nomor 1 comb 5)

• aksi kolom

coba profil IWF 450 x 200 x 9 x 14 d = 450 mm h = d – 2(tf+ro)

b = 200 mm = 450 – 2(14 + 18) = 386 mm tw = 9 mm rx = 18,6 cm

tf = 14 mm ry = 4,40 cm ro = 18 mm Ag = 96,76 cm2

Dalam arah y kolom diasumsikan tertumpu sendi diujung atas dan bawahnya, sehingga ky = 1,0

Untuk arah x, nilai kx ditentukan dari nomogram sesuai faktor G berikut :

Tabel 4.7 faktor kekakuan masing – masing elemen

Elemen Profil I (cm4) L (cm) I/L

1 – 2 2 – 3 3 – 4 4 – 5 5 – 6 6 – 7 7 – 8 8 – 9 9 – 10 10 – 11 11 – 12

450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14 450 x 200 x 9 x 14

33500 33500 33500 33500 33500 33500 33500 33500 33500 33500 33500 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 83,75 83,75 83,75 83,75 83,75 83,75 83,75 83,75 83,75 83,75 83,75 2 – 11

3 – 10 4 – 9 5 – 8 6 – 7

300 x 200 x 9 x 14 300 x 200 x 9 x 14 300 x 200 x 9 x 14 300 x 200 x 9 x 14 300 x 200 x 9 x 14

13300 13300 13300 13300 13300 600 600 600 600 600 22,166 22,166 22,166 22,166 22,166

Tabel 4.8 Faktor G tiap – tiap joint :

Joint S (I/L)c / S (I/L)b G

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - (83,75+83,75)/22,166 (83,75+83,75)/22,166 (83,75+83,75)/22,166 (83,75+83,75)/22,166 83,75/22,166 83,75/22,166 (83,75+83,75)/22,166 (83,75+83,75)/22,166 (83,75+83,75)/22,166 (83,75+83,75)/22,166 - 1 7,56 7,56 7,56 7,56 3,78 3,78 7,56 7,56 7,56 7,56 1

Gambar 4.5 Nomogram Mencari Nilai k (Sumber : SNI 03-1729-2002) Tabel 4.9 faktor panjang k, masing – masing kolom :

Kolom Ga Gb K

1 – 2 2 – 3 3 – 4 4 – 5 5 – 6 7 – 8 8 – 9 9 – 10 10 – 11 11 – 12

1 7,56 7,56 7,56 7,56 3,78 7,56 7,56 7,56 7,56

7,56 7,56 7,56 7,56 3,78 7,56 7,56 7,56 7,56 1

1,81 2,68 2,68 2,68 2,28 2,28 2,68 2,68 2,68 1,81

Berdasarkan tabel diatas maka kolom dengan frame no 1 (joint 1-2) memiliki nilai k sebesar 1,81.

λx = 38,925 6 , 18 400 81 , 1 . = = x r L k x x x λ

y = 90,909

40 , 4 400 0 , 1 . = = x r L k y y y

maka, λy yang paling menentukan

λc = 1,002

10 . 2 240 909 , 90 1 . . . 1 5 =

= x x

E f r L k y y y y π π

untuk 0,25 < λc < 1,2 maka :

ω = 1,540

) 002 , 1 67 , 0 ( 6 , 1 43 , 1 . 67 , 0 6 , 1 43 , 1 ₌ − =

− λc x

Nn = Ag x fcr = Ag x

ω

y f

= 9676 x 540 , 1

240

= 150,794 ton

n u N N .

φ > 0,2

466 , 0 794 , 150 85 , 0 7256 , 59

.N = x = N

n u

φ > 0,2 ... OK • aksi balok

periksa apakah IWF 450 x 200 x 9 x 14 kompak atau tidak :

143 , 7 14 2 200 .

2t = x = b

f f

< λp = 10,973

240 170 170 _{= =}

y f 286 , 0 9676 240 9 , 0 10 7256 , 59 . 4 = = x x x N N y b u

φ > 0,125

λp =

y y

b u

y N f

N f 665 . 33 , 2 500 _≥         − = φ

λp =

(

)

42,925

240 665 970 , 65 286 , 0 33 , 2 240

500 _{= − = ≥ =}

λ = w o f w t r t d t

h ₌ −2( + )

= 42,889 9 ) 18 14 ( 2 450 = + −

< λp ... (Penampang Kompak)

Zx = b x tf x (d-tf) + ¼ x tw x (d-2.tf)2

= 200 x 14 x (450-14) + ¼ x 9 x (450-2.14)2 = 1220800 + 400689 = 1621489 mm3 Mp = Zx.fy

= 1621489 x 240 = 389157360 mm3 = 38,916 ton m Φb.Mnx = 0,9 x 38,916 = 35,024 ton m

• Perbesaran momen, δb

Untuk menghitung δb diperlukan rasio kelangsingan dari portal tak bergoyang

505 , 21 6 , 18 400 0 , 1

. ₌ x ₌ r L k x x x

Cm = 0,6 – 0,4 

     2 1 M

M _{= 0,6 – 0,4 }

    − 2758 , 4 9707 , 1 _=0,784

Nel =

(

)

(

21,505

)

41299681,93 9676 200000 / . . . 2 2 2 2 =

= x x

r L k

A E _g π π

mm3 = 4129,968 ton

Nu = 59,7256 ton

δb = 0,796

968 , 4129 7256 , 59 1 784 , 0 1 = − = − el u m N N C

ambil δb = 1,0

• Perbesaran momen, δs

Σ Nu = 2 x 59,7256 = 119,451 ton

Nel =

(

)

(

38,925

)

12605740,38 9676 200000 / . . . 2 2 2 2 =

= x x

r L k

A E g π

π

mm3 = 1260,574 ton Σ Nel = 2 x 1260,574 = 2521,148 ton

Gambar A Sambungan balok kolom dengan bracing tipe V terbalik

Gambar B Sambungan balok kolom dengan bracing tipe V terbalik

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari analisa yang dilakukan oleh penulis terhadap pengaruh bracing pada portal struktur baja maka dapat disimpulkan :

1 Ditinjau dari berat Profil terdapat perbedaan berat profil yaitu tanpa bracing berat profilnya 5002 kg dan dengan bracing concentrically braced frames terdiri dari dua tipe bracing X berat profilnya 5959,46 kg dan tipe bracing V terbalik berat profilnya 4550 kg, sehingga dengan tipe bracing V terbalik memiliki berat profil lebih ringan.

2 Bracing digunakan untuk menahan gaya lateral yaitu akibat gempa, Gaya lateral pada portal tanpa bracing diteruskan ke portal kolom balok sehingga ukuran profil kolom lebih besar dari pada balok, sedangkan portal dengan bracing gaya lateral diteruskan ke bracing dan kolom.

3 Dengan struktur biasa/tanpa bracing memiliki deformasi yang cukup besar sehingga memiliki daktalitas yang besar dan memiliki kekakuan yang rendah, Tetapi dengan struktur bracing concentrically braced frames tipe X yang memiliki kekakuan yang tinggi untuk menahan gaya lateral (gempa) karena bracing tipe X mampu berdeformasi inelastik yang besar tanpa kehilangan yang signifikan kekuatan dan kekakuan struktur.

4 Dengan adanya perbedaan nilai R yang digunakan (faktor modifikasi respon) menyebabkan beban lateral gempa tiap lantai pada jenis-jenis portal berbeda.

5.2 SARAN

1 Pembebanan gempa dengan menggunakan analisis statik ekivalen memberikan keterbatasan dalam hal tinggi struktur, oleh karena itu untuk penyempurnaan anlisis selanjutnya dapat dilakukan dengan analisis dinamik. 2 Perlu dilakukan analisa push over.

DAFTAR PUSTAKA

Chu-kia Wang. Ph.D, 1986, Statically Indeterminate Structure, Penerbit Yusandi, Surabaya.

Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah, 2002, Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002, Penerbit Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah.

Departemen Pekerjaan Umum, 1970. Peraturan Muatan Indonesia, Penerbit Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan, Bandung.

Englekirk Robert, 1996, Steel Structure ; Controlling Behaviour Design, University Of California A Los Angelas.

Gunawan T. ir, 1985, Teori dan Penyelesaian Mekanika Teknik I, Penerbit Delta Teknik Group, Jakarta.

Khadafi Tezar dan B Rohmat. 2007. Kajian Kinerja Portal Baja Berpengaku Eksentrik. Tugas Akhir : institut Teknologi Bandung, Bandung. Laboratorium Mekanika Struktur, 2000, Perencanaan Struktur Baja untuk

Bangunan Gedung Menggunakan Metode LRFD, Penerbit

Laboratorium Mekanika Struktur ITB, Bandung.

Ramelan Rubianto, Keandalan Model Struktur Bangunan Tinggi dengan Pola Bracing terhadap Pengaruh Gaya Lateral (Gempa Bumi), jurnal

Setiawan, Agus, 2008. Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD (berdasarkan SNI 03-1729-2002). Penerbit PT. Erlangga , Semarang. Stephen A, Mahin, Seismic Performance Assessment of Special Concentrically

Braced frames, jurnal

Salmon, Charles, 1996. Struktur Baja Desain dan Perilaku 3 dengan Penekanan pada Load and Resistance Factor Design, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Schodeck, Daniel L, 1998, Struktur, Penerbit PT. Refika Aditama, Bandung. S. Ahmadi. Heri dan Octaviana Ravi, 2008. Perencanaan Struktur Rangka Baja

Bresing Konsentrik Biasa dan Struktur Rangka Baja Bresing Konsentrik Khusus Tipe-X. Tugas Akhir ITB, Bandung.