Perkuatan Seismik Struktur Rangka Beton Bertulang Menggunakan Breising Baja Tipe X Dengan dan Tanpa Bingkai.

(1)

HALAMAN JUDUL

PERKUATAN SEISMIK STRUKTUR RANGKA

BETON BERTULANG MENGGUNAKAN BREISING

TIPE X DENGAN DAN TANPA BINGKAI

TUGAS AKHIR

Oleh :

I Nyoman Surya Kurniawan 1204105075

JURUSAN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

(2)

HALAMAN PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya:

N a m a : I Nyoman Surya Kurniawan

NIM : 1204105075

Judul TA : Perkuatan Seismik Struktur Rangka Beton Bertulang

Menggunakan Breising Baja Tipe X Dengan dan Tanpa Bingkai

Dengan ini saya nyatakan bahwa dalam Laporan Tugas Akhir/Skripsi saya ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Denpasar, Juli 2016

I Nyoman Surya Kurniawan NIM. 1204105075

(3)

(4)

ABSTRAK

Perkuatan seismik pada struktur gedung menggunakan breising tanpa bingkai sudah sering dilakukan. Di negara jepang, perkuatan breising baja dimodifikasi dengan penambahan bingkai baja. Breising baja dengan bingkai telah banyak diterapkan pada bangunan - bangunan di Jepang. Selain itu, perkuatan tersebut dianggap unik dan sangat efektif karena memberikan kekuatan dan kekakuan struktur yang tinggi.

Pada penelitian ini dibuat 3 buah model yaitu, Model Rangka Terbuka (MRT), Model Rangka Breising X (MRBX) dan Model Rangka Breising X dengan Bingkai (MRBXF). Dari ketiga model tersebut dilakukan perbandingan perilaku struktur diantara lain simpangan, gaya-gaya dalam dan luas tulangan perlu pada struktur gedung beton bertulang tanpa perkuatan dan struktur gedung beton bertulang yang diperkuat menggunakan breising baja tipe X dengan dan tanpa bingkai. Struktur yang dianalisis diasumsikan memiliki fungsi bangunan perkantoran dengan jumlah lantai 3, 4, dan 5 lantai. Struktur yang diperkuat dengan breising baja tipe X dengan dan tanpa bingkai dianalisis secara bertahap dengan bantuan software SAP2000 v.17.

Hasil penelitian menunjukan bahwa perilaku struktur dengan perkuatan breising tipe X dengan dan tanpa bingkai mengalami penurunan simpangan struktur jika dibandingkan dengan model struktur tanpa perkuatan. Pada MRBX penurunan simpangan yang terjadi berkisar 79.26-87.03% dan pada MRBXF berkisar 89.59%-91.28%. Luas tulangan perlu dari struktur yang diperkuat breising mengalami penurunan, pada MRBX terjadi penurunan berkisar 28.50-73.42% % dan untuk MRBXF penurunan luas tulangan berkisar 41.96-80.00%.

(5)

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur saya panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nyalah, saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul

“Perkuatan Seismik Struktur Rangka Beton Bertulang Menggunakan Breising Tipe X Dengan dan Tanpa Bingkai”.

Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya tak lepas dari bimbingan, bantuan, dorongan semangat dari berbagai pihak, sehingga melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D. dan Bapak Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, serta Bapak Ir. I Gusti Raka Purbanto, MT. selaku Dosen Pembimbing Akademik. Orang tua dan keluarga yang memberikan dukungan penuh dalam penyelesaian studi S1 serta teman-teman yang selalu memberi semangat dan dukungannya.

Denpasar, Juli 2016

(6)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERNYATAAN ... 77

HALAMAN PENGESAHAN ... 78

ABSTRAK ... 79

UCAPAN TERIMA KASIH ... 80

DAFTAR ISI ... 81

DAFTAR GAMBAR ... 84

DAFTAR TABEL ... 87

DAFTAR NOTASI ... 89 BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined. 1.1. Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined. 1.2. Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3. Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 1.4. Manfaat ... Error! Bookmark not defined. 1.5. Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined. BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. 2.1. Beban Gempa ... Error! Bookmark not defined. 2.1.1 SNI 1726:2002 ... Error! Bookmark not defined. 2.1.2 SNI 1726:2012 ... Error! Bookmark not defined.

2.2. Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012Error! Bookmark not defined. 2.3. Simpangan Ijin ... Error! Bookmark not defined.

2.4. Metode Perkuatan Seismik Struktur ... Error! Bookmark not defined. 2.5. Breising ... Error! Bookmark not defined.

2.5.1 Sistem Rangka Breising Konsentrik BiasaError! Bookmark not defined.

2.5.2 Sistem Rangka Batang BreisingKonsentrik Khusus (SRBKK)Error! Bookmark not d 2.6. Penelitian Terkait Penggunaan Bresing Sebagai Perkuatan Struktur

(7)

2.6.1 Youssef et al (2007) ... Error! Bookmark not defined. 2.6.2 Massumi dan Absalan (2013) ... Error! Bookmark not defined. 2.6.3 Y.Yamamoto dan Umemura (1992) . Error! Bookmark not defined.

2.7. Penerapan Perkuatan Breising Baja dengan BingkaiError! Bookmark not defined. 2.8. Analisis Konstruksi Bertahap ... Error! Bookmark not defined.

2.9. Penelitian Terkait Analisis Konstruksi BertahapError! Bookmark not defined. 2.9.1 Yousuf Dinar et al. (2014) ... Error! Bookmark not defined.

2.9.2 K.M. Pathan et al. (2014) ... Error! Bookmark not defined. 2.9.3 Melina (2011) ... Error! Bookmark not defined. BAB III METODE PENELITIAN ... Error! Bookmark not defined. 3.1. Alur Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.2. Data Material ... Error! Bookmark not defined. 3.3. Data Geometri Struktur ... Error! Bookmark not defined. 3.4. Data Pembebanan ... Error! Bookmark not defined. 3.5. Pemodelan Breising ... Error! Bookmark not defined. 3.6. Pemodelan Link (Penghubung) ... Error! Bookmark not defined. 3.7. Analisis struktur ... Error! Bookmark not defined. 3.7.1 Tahapan Analisis Konstruksi BertahapError! Bookmark not defined. 3.7.2 Perbandingan Perilaku ... Error! Bookmark not defined. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... Error! Bookmark not defined. 4.1. Model Struktur ... Error! Bookmark not defined. 4.2. Perbandingan Model Struktur dengan SNI 1726 : 2002 dengan Model

Struktur dengan SNI 1726 : 2012 ... Error! Bookmark not defined. 4.2.1 Gaya Geser Dasar ... Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Simpangan ... Error! Bookmark not defined. 4.2.3 Luas Tulangan Perlu ... Error! Bookmark not defined. 4.3. Perbandingan Model Struktur Tanpa Perkuatan dengan Model Struktur

yang Diperkuat Menggunakan Breising X Dengan Dan Tanpa BingkaiError! Bookmark n 4.3.1 Dimensi Breising dan Bingkai ... Error! Bookmark not defined.

(8)

4.3.2 Simpangan ... Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Luas Tulangan Perlu ... Error! Bookmark not defined. 4.4. Gaya – Gaya Dalam ... Error! Bookmark not defined. 4.4.1 Gaya – gaya Dalam Balok ... Error! Bookmark not defined. 4.4.2 Gaya – gaya Dalam Kolom ... Error! Bookmark not defined. BAB V PENUTUP ... Error! Bookmark not defined. 5.1. Simpulan ... Error! Bookmark not defined. 5.2. Saran ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN ... Error! Bookmark not defined.

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk tipikal spektrum respons gempa rencana Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2 Spektrum respons desain ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.3 Keefektifan dinding dan breising .... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4 Tipe breising ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.5 (a) Detail dari Rangka Momen (b) Detail dari Rangka Bresing Error! Bookmark not d Gambar 2.6 Hubungan beban dan rasio simpangan Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.7 (a) Rangka Momen (b) Rangka Momen dengan Pelat Buhul (c)

Rangka Bresing beserta konektornya (d) Detail Pelat Buhul Error! Bookmark not defi Gambar 2.8 Pola Retak dari Pengujian ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.9 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement Error! Bookmark not defi Gambar 2.10 Gambar Model V – 1 ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.11 Grafik hubungan antara simpangan dan perpindahan pada struktur tanpa perkuatan dan struktur yang diperkuat menggunakan breising

dengan bingkai (Disarikan dari Yamamoto dan Umemura 1992) Error! Bookmark no Gambar 2.12 Penerapan Breising Baja Terbingkai pada Gedung Arsitektur,

Universitas Tohoku, Jepang. ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.13 Tahap dalam analisis konstruksi bertahap Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.14 (a) Analisis konvensional (b) Analisis konstruksi bertahap Error! Bookmark not defi Gambar 3.1 Tahapan Kegiatan Penelitian ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.2 (a) Denah Struktur (b) Portal Struktur 3 lantai (c) Portal Struktur 4 lantai (d) Portal Struktur 5 lantai ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3 Detail Rangka Breising dengan Bingkai Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.3 Metode menggambar breising cepat quick draw braces Error! Bookmark not defined. Gambar 3.4 Hasil Pemodelan Breising tipe X ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.5 Hasil Pemodelan Breising Tipe X dengan bingkai Error! Bookmark not defined. Gambar 3.6 Tahap 1 pembebanan analisis konstruksi bertahap Error! Bookmark not defined. Gambar 3.7 Tahap 2 pembebanan analisis konstruksi bertahap Error! Bookmark not defined. Gambar 3.8 Tahap 3 pembebanan analisis konstruksi bertahap Error! Bookmark not defined. Gambar 4.1 Model Gedung 3 Lantai ... Error! Bookmark not defined.

(10)

Gambar 4.2 Model Gedung 4 Lantai ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.3 Model Gedung 5 Lantai ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Perbandingan simpangan pada model MRT2002 dengan MRT2012

untuk struktur gedung 3 lantai ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.5 Perbandingan simpangan pada model MRT2002 dengan MRT2012

utnuk struktur gedung 4 lantai ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.6 Perbandingan simpangan pada model MRT2002 dengan MRT2012

utnuk struktur gedung 5 lantai ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.7 Luas Tulangan (mm2) MRT3 dengan beban gempa sesuai SNI 03 –

1726 – 2002 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.8 Luas Tulangan (mm2) MRT4 dengan beban gempa sesuai SNI 03 –

1726 -2002 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.9 Luas Tulangan (mm2) MRT5 dengan beban gempa sesuai SNI 03 –

1726 -2002 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10 Luas Tulangan (mm2_{) MRT3 dengan beban gempa sesuai SNI}

1726:2012 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.11 Luas Tulangan (mm2) MRT4 dengan beban gempa sesuai SNI

1726:2012 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.12 Luas Tulangan (mm2) MRT5 dengan beban gempa sesuai SNI

1726:2012 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.13 Perbandingan simpangan pada model MRBX, MRBXF, dan

MRT2012 pada struktur gedung 3 lantai Error! Bookmark not defined. Gambar 4.14 Perbandingan simpangan pada model MRBX, MRBXF, dan

MRT2012 pada struktur gedung 3 lantai Error! Bookmark not defined. Gambar 4.15 Perbandingan simpangan pada model MRBX, MRBXF, dan

MRT2012 pada struktur gedung 4 lantai Error! Bookmark not defined. Gambar 4.16 Luas Tulangan (mm2) MRBX3 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.17 Stress Ratio Bracing pada MRBX3 Error! Bookmark not defined. Gambar 4.18 Luas Tulangan (mm2_{) MRBXF3 .... Error! Bookmark not defined.}

Gambar 4.19 Stress Ratio Bracing pada MRBXF3 Error! Bookmark not defined. Gambar 4.20 Luas Tulangan (mm2) MRBX4 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.21 Stress Ratio Bracing pada MRBX4 Error! Bookmark not defined. Gambar 4.22 Luas Tulangan (mm2) MRBXF4 .... Error! Bookmark not defined.

(11)

Gambar 4.23 Stress Ratio Bracing pada MRBXF4 Error! Bookmark not defined. Gambar 4.24 Luas Tulangan (mm2) MRBX5 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.25 Stress Ratio Bracing pada MRBX 5 Error! Bookmark not defined. Gambar 4.26 Luas Tulangan (mm2) MRBXF5 .... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.27 Stress Ratio Bracing pada MRBXF 5 Error! Bookmark not defined.

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012Error! Bookmark not defined. Tabel 2.2 Simpangan antar lantai ijin (Δa) ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 2.3 Data model setelah dari hasil pengujian Error! Bookmark not defined. Tabel 2.4 Data Detail Spesimen Uji ... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.5 Hasil verifikasi program SAP2000 ... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.6 Dimensi komponen struktur ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.1 Dimensi Penampang Struktur Gedung 3 LantaiError! Bookmark not defined. Tabel 4.2 Dimensi Penampang Struktur Gedung 4 LantaiError! Bookmark not defined. Tabel 4.3 Dimensi Penampang Struktur Gedung 5 LantaiError! Bookmark not defined. Tabel 4.5 Simpangan Struktur Gedung 3 Lantai ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.6 Simpangan Struktur Gedung 4 Lantai ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.7 Simpangan Struktur Gedung 5 Lantai ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.8 Perbandingan Luas Tulangan pada model MRT3Error! Bookmark not defined. Tabel 4.9 Perbandingan Luas Tulangan pada model MRT4Error! Bookmark not defined. Tabel 4.10 Perbandingan Luas Tulangan pada Model MRT5Error! Bookmark not defined.

Tabel. 4.11 Dimensi Breising dan Bingkai Struktur Gedung 3 LantaiError! Bookmark not defined Tabel. 4.12 Dimensi Breising dan Bingkai Struktur Gedung 4 LantaiError! Bookmark not defined Tabel. 4.13 Dimensi Breising dan Bingkai Struktur Gedung 5 LantaiError! Bookmark not defined Tabel 4.14 Perbandingan Luas Tulangan MRT3-02 dengan MRBX3Error! Bookmark not defined. Tabel 4.15 Perbandingan Luas Tulangan MRT4-02 dengan MRBX4Error! Bookmark not defined. Tabel 4.16 Perbandingan Luas Tulangan MRT5-02 dengan MRBX5Error! Bookmark not defined. Tabel 4.17 Perbandingan Luas Tulangan MRT3-02 dengan MRBXF3Error! Bookmark not defined Tabel 4.18 Perbandingan Luas Tulangan MRT4-02 dengan MRBXF4Error! Bookmark not defined Tabel 4.19 Perbandingan Luas Tulangan MRT5-02 dengan MRBXF5Error! Bookmark not defined Tabel 4.20 Momen lapangan maksimum balok pada struktur gedung 3 lantaiError! Bookmark not Tabel 4.21 Momen lapangan maksimum balok pada struktur gedung 4 lantaiError! Bookmark not Tabel 4.22 Momen lapangan maksimum balok pada struktur gedung 5 lantaiError! Bookmark not

(13)

Tabel 4.23 Momen tumpuan maksimum balok pada struktur gedung 3 lantaiError! Bookmark not d Tabel 4.24 Momen tumpuan maksimum balok pada struktur gedung 4 lantaiError! Bookmark not d Tabel 4.25 Momen tumpuan maksimum balok pada struktur gedung 5 lantaiError! Bookmark not d Tabel 4.26 Gaya geser maksimum balok pada struktur gedung 3 lantaiError! Bookmark not define Tabel 4.27 Gaya geser maksimum balok pada struktur gedung 4 lantaiError! Bookmark not define Tabel 4.28 Gaya geser maksimum balok pada struktur gedung 5 lantaiError! Bookmark not define Tabel 4.29 Momen maksimum kolom pada struktur gedung 3 lantaiError! Bookmark not defined. Tabel 4.30 Momen maksimum kolom pada struktur gedung 4 lantaiError! Bookmark not defined. Tabel 4.31 Momen maksimum kolom pada struktur gedung 5 lantaiError! Bookmark not defined. Tabel 4.33 Gaya geser maksimum kolom pada struktur gedung 4 lantaiError! Bookmark not defin Tabel 4.34 Gaya geser maksimum kolom pada struktur gedung 5 lantaiError! Bookmark not defin Tabel 4.35 Gaya normal maksimum kolom pada struktur gedung 3 lantaiError! Bookmark not defi Tabel 4.36 Gaya normal maksimum kolom pada struktur gedung 4 lantaiError! Bookmark not defi Tabel 4.37 Gaya normal maksimum kolom pada struktur gedung 5 lantaiError! Bookmark not defi

(14)

DAFTAR NOTASI

Cs : Koefisien respon seismik

Ec : Modulus elastisitas beton (MPa) Es : Modulus elastisitas baja (MPa)

Eother : Modulus elastisitas material lainnya (MPa)

Fa : Koefisien situs untuk periode pendek (0,2 detik)

f’c : Kuat tekan beton (MPa)

Fi : Beban gempa nominal statik ekuivalen yang menangkap pada pusat massa pada taraf lantai tingkat ke-I struktur atas gedung

fu : Tegangan putus baja (MPa)

Fv : Koefisien situs untuk periode 1 detik fy : Tegangan leleh baja (MPa)

Hsx : Tinggi tingkat dibawah tingkat x

I : Faktor keutamaan gedung, faktor pengali dari pengaruh Gempa Rencana pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas dilampauinya pengaruh tersebut selama umur gedung itu dan penyesuaian umur gedung itu

Mr : Kekuatan lentur perlu (Nmm) Mc : Kekuatan lentur tersedia (Nmm) N : Jumlah tingkat

Pr : Kekuatan aksial perlu (N) Pc : Kekuatan aksial tersedia (N)

R : Faktor modifikasi respons dalam Tabel 9 pada SNI 1726:2012 SD1 : Parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda sebesar

1,0dt

S1 : Parameter percepatan respons spektral pada perioda 1 detik

SDS : Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentan perioda pendek

(15)

T : Waktu getar alami struktur gedung dinyatakan dalam detik yang menentukan besarnya Faktor Respons Gempa struktur gedung dam kurvanya ditampilkan dalam Spektrum Respons Gempa Rencana

V : Gaya lateral desain total atau gaya geser dasar struktur (kN) W : Berat seismic efektif struktur (kg)

X : Indeks sehubungan dengan sumbu kuat lentur Y : Indeks sehubungan dengan sumbu lemah lentur

γc : Berat jenis beton bertulang (kg/m3₎

γs : Berat jenis baja (kg/m3)

γother : Berat jenis material lainnya (kg/m3)

ζ : Faktor pengali dari simpangan struktur gedung akibat pengaruh beban gempa rencana pada taraf pembebanan nominal untuk mendapatkan simpangan maksimum struktur gedung pada saat mencapai kondisi diambang keruntuhan

ψ : Koefisien pengali dari percepatan puncak muka tanah (termasuk faktor keutamaannya) untuk mendapatkan faktor respons gempa vertikal, bergantung pada Wilayah Gempa.

(16)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Revisi SNI 03 – 1726 – 2002 mengenai Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Gedung dan Non Gedung menjadi SNI 1726 : 2012 menyebabkan pada beberapa wilayah di Indonesia mengalami peningkatan resiko yang dinyatakan dengan Kategori Desain Seismik (KDS) A, B, C untuk kategori rendah sampai sedang dan D, E, F untuk kategori yang tinggi. Selain hal tersebut, setiap perbaruan dari SNI lama ke SNI baru menghasilkan perbedaan karena semakin banyak data yang dirangkum sebagai dasar dalam pembuatan SNI terbaru. Oleh karena itu, bangunan yang telah dibangun menurut SNI 03 – 1726 – 2002 (SNI lama) umumnya relatif tidak kuat menahan beban gempa yang ada pada SNI 1726 : 2012 (SNI baru). Untuk mengatasi hal itu umumnya diadakan perkuatan pada bangunan tersebut untuk beradaptasi terhadap perubahan SNI tersebut.

Perkuatan struktur diperlukan akibat adanya ketidakmampuan dari struktur dalam menerima beban gempa yang terjadi, hasil kualitas pengecoran pada komponen struktur yang tidak memenuhi standar atau adanya perubahan fungsi dari bangunan eksisting. Terdapat beberapa metode yang sering dipergunakan untuk memperkuat struktur yang telah berdiri (exsisting), penambahan komponen struktur seperti kolom, dinding pengisi (infilled wall) atau dinding geser (shear wall), peningkatan kekuatan elemen struktur (pembesaran dimensi, penambahan lapisan berupa pelat baja atau bahan komposit), pengurangan berat komponen non struktur dan penambahan breising baja.

Rangka breising baja umumnya digunakan sebagai perkuatan pada struktur yang mengalami kendala dalam menahan beban lateral / beban gempa yang terjadi. Kelebihan dari pengunaan breising baja antara lain mampu meningkatkan kekuatan,

(17)

2 kekakuan sistem struktur, dan tidak memberi pengaruh signifikan pada berat struktur. (FEMA 547, 2006). Kemudian dalam pengerjaan metode perkuatan breising ini mampu dilakukan tanpa mengganggu aktifitas di dalam struktur tersebut.

Salah satu metode perkuatan breising yang mudah dan sering dilakukan pada struktur yang sudah berdiri adalah penambahan bresing berbentuk X. Di Jepang, perkuatan breising tipe X dimodifikasi dengan penambahan bingkai baja. Perkuatan breising tipe X yang ditambahkan dengan bingkai baja dianggap unik dan sangat efektif dipergunakan di Jepang, dengan penambahan bingkai baja struktur eksisting menjadi lebih kuat dan lebih kaku (Yamamoto dan Umemura, 1992).

Analisis struktur dengan tambahan breising perlu memperhitungkan kondisi struktur sebelum penambahan breising dilakukan, seperti lendutan yang telah terjadi. Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan analisis konstruksi bertahap. Analisis konstruksi bertahap pada struktur gedung akan memberikan hasil simpangan, lendutan, momen dan gaya geser yang lebih besar dibandingkan dengan analisis secara konvensional (Melina, 2014)

Berdasarkan uraian tersebut, maka dalam penelitian ini akan membandingkan perilaku pada struktur rangka beton bertulang tanpa perkuatan dengan struktur yang diperkuat menggunakan breising tipe X dengan dan tanpa bingkai yang dianalisis dengan analisis konstruksi bertahap. Model struktur diasumsikan berada di daerah Bali Selatan dan Jumlah lantai yang dipergunakan disesuaikan dengan peraturan gedung di Bali, dengan batasan tinggi gedung tidak boleh melebihi 5 lantai. Penambahan breising dilakukan pada bangunan yang sudah ada, sehingga pada analisis konstruksi bertahap, penambahan breising menjadi tahapan kedua dan pada tahap ketiga secara bersamaan ketika beban gempa telah dikerjakan.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan sebelumnya, maka pokok masalah yang akan dibahas dalam studi ini adalah bagaimanakah perilaku struktur beton bertulang yang diperkuat menggunakan breising baja tipe X dengan dan tanpa

(18)

3 bingkai. Perilaku yang ditinjau adalah simpangan, gaya – gaya dalam, dan kebutuhan tulangan.

1.3. Tujuan

Tujuan dari studi ini adalah untuk mengetahui perilaku dari pemodelan struktur rangka beton bertulang yang diperkuat menggunakan breising baja tipe X dengan dan tanpa bingkai.

1.4. Manfaat

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai bahan pertimbangan dengan memperkuat struktur rangka beton bertulang yang telah dibangun berdasarkan peraturan gempa SNI 03 – 1726 – 2002.

1.5. Batasan Masalah

Adapun batasan studi pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Tangga tidak dimodel pada pemodelan struktur. Karena perletakan pada tangga diasumsikan sebagai sendi-rol.

2. Tidak meninjau variasi penempatan posisi breising baja.

3. Tidak melakukan perhitungan manual dimensi kolom, balok, dan breising. Hasil yang ditinjau dari penelitian ini adalah gaya – gaya dalam, simpangan, dan kebutuhan tulangan pada struktur yang ditinjau.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Beban Gempa

Beban gempa adalah beban yang bekerja pada suatu struktur akibat dari pergerakan tanah yang disebabkan karena adanya gempa bumi (baik itu gempa tektonik atau vulkanik) yang mempengaruhi struktur tersebut.

2.1.1 SNI 1726:2002

Pada peraturan perencanaan beban gempa SNI 1726:2002 digunakan faktor-faktor yang disesuaikan dengan perencanaan suatu struktur yang terdiri dari wilayah gempa, percepatan puncak muka tanah (Ao), faktor keutamaan gedung (I), faktor

reduksi gempa (R), dan waktu getar alami (Tc). Faktor-faktor tersebut digunakan

untuk menghitung faktor respon gempa (C) dengan rumus:

(2. 1)

dengan

(2. 2)

(2. 3)

(2. 4) dimana:

Ar = Pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor Respons Gempa C

Am = Percepatan respons maksimum

T = Waktu getar alami struktur gedung (detik)

ζ = Koefisien pengali dari jumlah tingkat struktur gedung n = Jumlah tingkat

Gempa arah vertikal juga diperhitungkan dengan mencari nilai faktor respon gempa vertikal (Cv) dengan rumus:

(20)

(2. 5)

dengan ψ adalah koefisien yang disesuaikan dengan wilayah gempa tempat

struktur gedung berada.

2.1.2 SNI 1726:2012

Peraturan perencanaan beban gempa pada gedung-gedung di Indonesia yang berlaku saat ini diatur dalam SNI Gempa 1726:2012. Pada peraturan ini dijelaskan tentang faktor-faktor yang berhubungan dengan perhitungan untuk analisis beban gempa sebagai berikut:

1. Geografis

Perencanaan beban gempa pada sebuah gedung tergantung dari lokasi gedung tersebut dibangun. Hal ini disebabkan karena wilayah yang berbeda memiliki percepatan batuan dasar yang berbeda pula.

2. Faktor keutamaan gedung

Faktor ini ditentukan berdasarkan jenis pemanfaatan gedung. Gedung dengan kategori risiko I dan II memiliki faktor keutamaan gedung 1, untuk kategori resiko III memiliki faktor 1.25, dan kategori resiko IV memiliki faktor 1.5. 3. Kategori Desain Seismik

Pembagian kategori desain seismik dari rendah ke tinggi yaitu A, B, C, D, E, dan F. Penentuan kategori ini dapat dilihat pada lampiran A Tabel A5.

4. Sistem penahan gaya seismik

Struktur dengan sistem penahan gaya seismik memiliki faktor reduksi gempa atau koefisien modifikasi respon (R), faktor kuat lebih sistem (Ω0), dan faktor

pembesaran defleksi (Cd) yang berbeda-beda sesuai dengan Tabel A6 pada

lampiran A.

2.2. Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012

SNI-1726-2012 mengenai Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung merupakan peraturan gempa terbaru yang menggantikan SNI-1726-2002. Perubahan yang terdapat pada revisi tersebut

(21)

salah satunya terkait kategori desain seismik (KDS). Sebagai contoh daerah Bali selatan yang sebelumnya berada pada wilayah gempa V dengan resiko gempa sedang menjadi KDS D. Tabel 2.1 menunjukkan perbandingan dari kedua SNI tersebut.

Tabel 2.1 Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012

No SNI-1726-2002 SNI-1726-2012

1 Nilai faktor keutamaan diatur pada Tabel A.1 SNI-1726-2002. Pada SNI ini nilai I ditentukan berdasarkan perkalian nilai I1 dan I2 pada Tabel

A.1.

Dalam menentukan kategori risiko bangunan dan faktor keutamaan bangunan bergantung dari fungsi/jenis pemanfaatan bangunan tersebut. Nilai faktor keutamaan diatur pada Tabel A.2 SNI-1726-2012. 2 Jenis tanah pada SNI-1726-2002

Pasal 4.6.3 ditetapkan dalam tiga kategori, yakni tanah keras, tanah sedang dan tanah lunak.

Berdasarkan sifat-sifat tanah pada situs, maka situs harus diklasifikasi sebagai kelas situs SA, SB, SC, SD, SE, atau SF.

3 Penentuan wilayah gempa disesuaikan dengan lokasi/daerah pada Peta Wilayah Gempa Indonesia pada Pasal 4.7.1 SNI-1726-2002. Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 wilayah gempa, wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah 6 dengan kegempaan paling tinggi.

Parameter spektrum respons percepatan pada periode pendek (SMS) dan periode 1

detik (SD1) yang sesuai dengan pengaruh

klasifikasi situs, harus ditentukan dengan perumusan berikut.

SDS =

3 2

FaSs (2. 6)

SD1 =

3 2

FvS1 (2. 7)

4 Untuk menentukan pengaruh gempa rencana pada struktur gedung, maka untuk masing-masing wilayah gempa ditetapkan Spektrum Respons Gempa Rencana C-T, dengan bentuk tipikal seperti Gambar 2.1

Bila spektrum respons desain diperlukan oleh tata cara ini dan prosedur gerak tanah dari spesifik-situs tidak digunakan, maka kurva spektrum respons desain harus dikembangkan dengan mengacu pada Gambar 2.2 sesuai SNI-1726-2012

(22)

Tabel 2.1 Lanjutan

Gambar 2.1 Bentuk tipikal spektrum respons gempa rencana

Sumber: SNI-1726 (2002)

Gambar 2.2 Spektrum respons desain Sumber: SNI-1726 (2012) 5 Nilai faktor reduksi gempa ditentukan

berdasarkan tingkat daktilitas struktur dan jenis sistem struktur yang digunakan. Nilai maksimum faktor tersebut (Rm) untuk beberapa sistem struktur diatur pada Tabel 3 SNI-1726-2002.

Faktor koefisien modifikasi respon (R), pembesaran defleksi (Cd), dan

faktor kuat lebih sistem (Ωo)

ditentukan berdasarkan Tabel 9 SNI-1726-2012. Faktor-faktor tersebut ditentukan berdasarkan sistem penahan gaya seismik struktur bangunan. 6 Pasal 5.6 SNI-1726-2002 mengatur

pembatasan waktu getar alami

fundamental untuk mencegah

penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel. Nilai waktu getar alami fundamental T1 dari struktur

gedung harus dibatasi, bergantung pada koefisien ζ untuk wilayah gempa tempat struktur gedung berada dan jumlah tingkatnya n menurut persamaan

T1 < ζ . n (2. 8)

Untuk menentukan perioda

fundamental struktur (T), digunakan perioda fundamental pendekatan (Ta). Periode fundamental pendekatan (Ta) dalam detik, ditentukan dari persamaan berikut:

Ta = C_th_nx (2. 9)

Keterangan:

Hn = ketinggian struktur dalam (m) di atas dasar sampai tingkat tertinggi struktur

(23)

Tabel 2.1 Lanjutan

Keterangan:

ζ = koefisein sesuai wilayah gempa

(Tabel A.2 Lampiran A) n = jumlah tingkat

Koefisien Ct dan x ditentukan

berdasarkan Tabel A.9 Lampiran A.

Ta = 0,1N (2. 10)

Keterangan: N = jumlah tingkat 7. Gaya geser dasar dari metode statik

ekuivalen dihitung berdasarkan persamaan berikut.

V1 = Wt (2. 11)

Keterangan:

V1 = gaya geser dasar nominal

C1 = faktor respons gempa

untuk waktu getar fundamental I = faktor keutamaan R = faktor reduksi gempa Wt = berat total struktur

Persamaan yang digunakan dalam menghitung gaya geser dasar dalam metode statik ekuivalen adalah sebagai berikut:

V = Cs. W (2. 12) Keterangan:

V = gaya geser dasar

Cs = koefisien respons seismik W = berat bangunan

Cs =

      e DS I R S (2. 13)

Nilai Cs yang dihitung sesuai dengan persamaan tersebut tidak boleh kurang dari persamaan berikut:

Cs=0,044SDSIe>0,01 (2. 14)

Sebagai tambahan, untuk struktur yang berlokasi di daerah dengan S1 sama

dengan atau lebih besar dari 0,6 g, maka Cs harus tidak kurang dari persamaan berikut:

(24)

Tabel 2.1 Lanjutan

Cs=

      e I R S₁ 5 , 0 (2. 15)

8. Beban geser nominal (V) menurut Pasal 6.1.2 SNI-1726-2002 harus didistribusikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan:

Fi =



 n i i i i i z w z w 1

V (2. 16)

Keterangan:

Fi = gaya statik ekuivalen pada lantai ke-i

Wi = berat lantai ke-i (beban mati dan beban hidup)

Zi = ketinggian lantai ke-i dari dasar

Gaya gempa lateral di tingkat harus ditentukan dari persamaan berikut:

Fx= Cvx V (2. 17)

Dan,

Cvx =



 n i k i i k x x h w h w 1 (2. 18) Keterangan:

Cvx = faktor distribusi vertikal

wi dan wx = berat total bangunan

pada tingkat i atau x hi dan hx = tinggi dari dasar sampai

tingkat i atau x

k = eksponen yang terkait dengan perioda struktur

Sumber: SNI-1726-2002 dan SNI-1726-2012

2.3. Simpangan Ijin

Berdasarkan SNI 03-1726-2012 pasal 7.12.1, simpangan antar lantai tingkat desain (Δ) tidak boleh melebihi simpangan antar lantai ijin (Δa). Simpangan antar lantai ijin (Δa) dapat dilihat pada tabel berikut ini. Hsx pada tabel menunjukkan tinggi tingkat dibawah tingkat x.

(25)

Tabel 2.2 Simpangan antar lantai ijin (Δa)

Struktur Kategori risiko

I atau II III IV

Struktur, selain dari struktur dinding geser batu bata, 4 tingkat atau kurang dengan dinding interior, partisi, langit-langit dan sistem dinding eksterior yang telah didesain untuk mengakomodasi simpangan antar lantai tingkat.

0,025hsx 0,020hsx 0,015hsx

Struktur dinding geser kantilever batu bata

0,010hsx 0,010hsx 0,010hsx Struktur dinding geser batu bata lainnya 0,007hsx 0,007hsx 0,007hsx

Semua struktur lainnya 0,020hsx 0,015hsx 0,010hsx

Sumber : SNI 1726:2012

2.4. Metode Perkuatan Seismik Struktur

Metode perkuatan konvensional terdiri dari penambahan elemen struktur baru dan memperbesar dimensi elemen struktur. Penambahan dinding geser dan breising merupakan metode perkuatan yang paling banyak digunakan, karena kedua metode tersebut lebih efektif dan biayanya lebih ringan dibandingkan pembesaran dimensi kolom dan balok (IST Group, 2004). Keefektifan dari penambahan dinding dan breising dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Keefektifan dinding dan breising

Sumber: Sugano, S (1996)

Berdasarkan grafik hubungan gaya lateral dengan perpindahan di atas dapat kita lihat perbedaan besarnya simpangan antara struktur rangka terbuka dengan

(26)

struktur rangka dengan perkuatan. Penambahan dinding geser dan breising yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 adalah metode perkuatan struktur yang paling populer karena efektivitasnya, relatif mudah, dan biaya proyek keseluruhan yang lebih rendah dibandingkan dengan penambahan selimut beton pada kolom dan balok. Efektivitas dari berbagai dinding dan konfigurasi breising dibandingkan pada Gambar. 2.3. Dari gambar tersebut, terlihat bahwa dinding geser dan rangka dengan perkuatan breising baja adalah teknik perkuatan yang paling efektif. Perkuatan rangka dengan breising baja merupakan perkuatan yang memiliki daktilitas yang tinggi. Desain struktur dengan perkuatan breising baja diterapkan untuk menahan sebagian besar dari beban lateral yang terjadi pada struktur. Hal ini akan mengurangi gaya – gaya dalam yang terjadi pada balok dan kolom.

2.5. Breising

Penambahan breising baja diagonal pada struktur rangka momen eksisting merupakan salah satu metode untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan sistem struktur seperti pada Gambar 2.4. Breising baja dapat ditambahkan tanpa meningkatkan berat struktur secara signifikan. Breising yang umum digunakan adalah tipe breising konsentrik, karena breising eksentrik mahal dan sulit dalam pelaksanaannya karena menggunakan mekanisme link (FEMA547, 2006).

Pemasangan breising baja dapat dilakukan pada bagian dalam maupun bagian luar gedung. Pemasangan pada eksterior gedung umumnya memungkinkan untuk akses yang lebih mudah pada gedung dan biaya yang lebih sedikit (FEMA547, 2006). Penambahan breising pada gedung akan selalu berdampak pada arsitektur dan fungsi bangunan, sehingga pemilihan lokasi pemasangan breising harus dipertimbangkan, mengingat adanya tata ruang, lokasi koridor, pintu, jendela, MEP, pertimbangan struktural atau konstruksi.

(27)

Gambar 2.4 Tipe breising

Sumber: FEMA547 (2006)

2.5.1 Sistem Rangka Breising Konsentrik Biasa

Berdasarkan AISC (2010) rangka breising konsentrik biasa bisa diaplikasikan untuk rangka breising yang terhubung secara konsentris. Eksentrisitas yang lebih rendah dibandingkan panjang balok diizinkan jika breising diperhitungkan untuk momen eksentrik dengan perkuatan beban gempa. Rangka breising konsentrik biasa didesain dengan ketentuan yang diharapkan untuk memberikan kapasitas deformasi inelastik yang terbatas pada bagian dan koneksinya. Pada perencanaan SRBKB tidak memerlukan analisis tambahan. Rasio kelangsingan breising :

(2.19)

2.5.2 Sistem Rangka Batang BreisingKonsentrik Khusus (SRBKK)

Rangka batang breising konsentrik khusus adalah pengaplikasian untuk rangka breising yang terdiri dari batang yang terhubung secara konsentris. Kebutuhan

(28)

kekuatan dari kolom, balok, dan sambungan dalam rangka batang breising konsentrik khusus didasarkan pada kombinasi beban di fungsi penggunaan gedung, yang telah termasuk perkuatan beban seismik. Dalam menentukan perkuatan beban gempa, pengaruh dari gaya horizontal termasuk kuat lebih Emh harus diambil sebagai gaya

terbesar ditentukan dari 2 analisis berikut.

 Sebuah analisis yang semua breising diasumsikan untuk menahan kekuatan yang sesuai dengan kekuatan mereka diharapkan pada tekanan dan tarikan.

 Sebuah analisis yang semua breising di asumsikan untuk menahan gaya yang sesuai dengan kekuatan yang diharapkan dan semua breising dalam tekan diasumsikan untuk menahan kekuatan tekuk yang diharapkan.

Breising harus ditentukan untuk mengabaikan tekan atau tarik yang berasal dari beban gravitasi. Analisis harus mempertimbangkan kedua arah dari pembebanan rangka (AISC, 2010). Penjabaran kekuatan pasca tekuk breising harus diambil

maksimal 0,3 kali dari kekuatan breising pada tekanan yang diinginkan.

Untuk pendistribusian beban lateral breising, salah satu arah dari gaya pararel ke breising setidaknya 30% tetapi tidak lebih dari 70% dari total gaya horizontal sepanjang garis itu yang ditahan oleh tarik breising. Kecuali jika kekuatan yang tersedia dari setiap breising pada tekanan lebih besar dari kebutuhan kekuatan yang dihasilkan dari pengaplikasian dari kombinasi beban yang tepat ditentukan oleh kode bangunan yang berlaku termasuk perkuatan beban gempa. Untuk tujuan dari ketentuan ini, batang dari breising didefinisikan sebagai batang sendiri atau batang pararel dengan rencana mengimbangi dari 10% atau kurang dimensi bangunan tegak lurus pada batang breising. Kolom dan breising harus memenuhi persyaratan daktilitas yang tinggi dan untuk balok harus memenuhi kecukupan daktilitas.

(29)

Breising harus memenuhi persyaratan AISC, 2010 yaitu:

1. Kelangsingan breising memiliki rasio KL/r 200

2. Jarak konektor harus sedemikian sehingga rasio kelangsingan a/ri elemen

individual antara konektor tidak melebihi 0,4 kali rasio kelangsingan dari batang yang dibuat. Jumlah dari ketersediaan kekuatan geser dari konektor harus sama atau melampaui kekuatan tarik yang tersedia dari setiap elemen. Jarak konektor harus seragam, tidak kurang dari 2 konektor harus digunakan pada batang yang akan dibuat. Konektor harus tidak berada dalam tengah seperempat dari panjang breising. Kecuali dimana tekuk dari breising sekitar tekuk kritis tidak menyebabkan geser dalam koneksi desain konektor harus mematuhi ketentuan ini. 3. Luas bersih efektif breising harus tidak kurang dari luas kotor breising dimana tulangan pada breising dengan syarat. Spesifikasi minimum kekuatan leleh dari tulangan harus setidaknya spesifikasi minimum kekuatan leleh dari breising. Koneksi dari tulangan ke breising harus mempunyai kecukupan kekuatan untuk mengembalikan kekuatan tulangan yang diharapkan pada setiap sisi dari bagian yang direduksi.

Koneksi breising bisa berupa las atau koneksi antar balok dan kolom. Hal hal yang dibutuhkan untuk mempertimbangkan koneksi breising yaitu kekuatan tarik, kekuatan tekan dan akomodasi dari tekuk breising. Hubungan kolom harus memenuhi dimana alur pengelasan digunakan untuk membuat sambungan. Itu harus bisa melengkapi penetrasi join alur pengelasan. Hubungan kolom harus didesain untuk mengembangkan setidaknya 50% lebih rendah dari kekuatan flexurel yang tersedia pada sambungan breising.

2.6. Penelitian Terkait Penggunaan Bresing Sebagai Perkuatan Struktur Rangka Beton Bertulang

Penggunaan bresing sebagai perkuatan suatu struktur bukanlah hal yang baru dalam bidang konstruksi. Beberapa penelitian yang telah dilakukan untuk membuktikan keefektifan dari penggunaan bresing antara lain:

(30)

15 a

2.6.1 Youssef et al (2007)

Penelitian tentang kinerja seismik rangka bresing baja yang di perkuat dengan bresing baja konsentrik telah dilakukan oleh Youssef et al (2007) dengan membuat dan membebani 2 model struktur dengan skala yang diperkecil sebesar (2/5) dari aslinya. Model 1 rangka momen yang dirancang sesuai dengan persyaratan SRPMM, sedangkan model 2 rangka momen dengan bresing baja X dengan pendetailan biasa.

Gambar 2.5 (a) Detail dari Rangka Momen (b) Detail dari Rangka Bresing

Sumber : Youssef et.al (2007)

Kedua model dibebani siklik sampai runtuh dan hubungan antara beban dengan deformasi serta pola retak dicatat. Data-data pengujian disajikan pada tabel 2.3.

(31)

Tabel 2.3 Data model setelah dari hasil pengujian

Balok Kolom Beban

retak

Beban leleh

Beban Maks Model 1 140x160mm 140x160mm

30 kN

37,5 kN

55 kN

Tulangan memanjang

2M10 4M15

Sengkang 6-35 6-35

Model 2 140x160mm 140x160mm

90 kN

105 kN

140 kN

Tulangan memanjang

2M10 4M10

Sengkang 6-70 6-70

Bresing L25x25x3,2

Hasil pengujian menunjukan hubungan beban dan rasio simpangan seperti pada gambar 2.6. dimana kurva menunjukan dari rangka mulai retak hingga keadaan ultimit. Rangka bresing mampu menahan hingga 140 kN dan rangka momen hanya mampu menahan 55 kN. Hasil penelitian juga menunjukan bahwa:

 Rangka bresing jauh lebih kuat dan kaku dibandingkan dengan rangka momen dengan pendetailan khusus untuk seismik.

 Rangka bresing yang dirancang dengan faktor reduksi beban yang sama dengan faktor reduksi untuk SRPMM

 Perencanaan rangka bresing baja pada rangka bresing bisa dilakukan dengan cara konvensional tanpa pendetailan khusus

(32)

Gambar 2.6 Hubungan beban dan rasio simpangan (disarikan dari Youssef et al, 2007)

2.6.2 Massumi dan Absalan (2013)

Penelitian tentang interaksi antara sistem bresing dan rangka pemikul momen pada rangka beton bertulang dengan bresing baja telah dilakukan oleh Massumi dan Absalan (2013) dengan menguji dan memodel 2 buah rangka beton bertulang yang dirancang dengan peraturan lama. Satu rangka diperkuat dengan bresing baja BF1 sedangkan yang lain tidak diperkuat bresing baja (UBF1). Interaksi antara rangka momen dengan rangka dengan bresing dianalisis dengan membuat model tambahan mengunakan software ANSYS dimana bresing pada BF1 dihilangkan tetapi pelat baja sambungannya tetap (UBF2).

Detail struktur yang akan diujikan setelah diskala 1/2.5 menghasilkan panjang 1,92 m dengan tinggi 1,26m dengan ukuran pondasi panjang 0.8m lebar 0.3m dan tinggi 0.3m. Untuk ukuran balok dan kolom 120x120mm, bresing 20x20x2

dengan kuat leleh sekitar 240MPa dan kuat tekan beton f’c 25MPa. Untuk

pendetailan sambungan bresing digunakan plat gusset dengan ukuran L 100x100x10mm dan PL 100x100x8mm.

(33)

Gambar 2.7 (a) Rangka Momen (b) Rangka Momen dengan Pelat Buhul (c) Rangka Bresing beserta konektornya (d) Detail Pelat Buhul

Sumber : Massumi dan Absalan (2013)

Pengujian kedua model tersebut dilakukan dengan membebani dengan beban vertikal berupa beban gravitasi lantai yang dibantu dengan turnbukle yang tertancap ke bawah dan beban lateral.

Gambar 2.8 Pola Retak dari Pengujian

Sumber : Massumi dan Absalan (2013)

Hasil penelitian menunjukan bahwa penambahan bresing pada rangka beton bertulang meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan kapasitas absorpsi energi struktur. Disamping itu interaksi antara rangka beton bertulang dan sistem bresing memiliki dampak positif terhadap perilaku struktur yang dimana meningkatkan kekuatan ultimit struktur.

(34)

Hasil pengujian software ANSYS juga menghasilkan peningkat kekuatan yang signifikan untuk rangka dengan penambahan bresing. Dan ternyata plat buhul juga memberi kekuatan pada kepada rangka momen. Hasil interaksi keselurahan elemen tersebut menghasilkan perkuatan yang ditinjau dari penambahan masing masing elemen sampai 100%.

Peningkatan yang signifikan bisa dilihat gambar 2.5 untuk beban lateral yang mampu diterima oleh rangka bresing BF1 mencapai 60 kN dan rangka momen hanya mampu menahan 13 kN. Sedangkan untuk rangka dengan plat buhul mampu menahan sekitar 24 kN yang membuktikan adanya perkuatan yang dihasilkan plat buhul.

Gambar 2.9 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement (a) Rangka tanpa bresing UBF1 dan Rangka Bresing BF1, (b) rangka tanpa bresing UBF1 dan

rangka dengan plat buhul UBF2 (Disarikan dari Massumi dan Absalan 2013)

2.6.3 Y.Yamamoto dan Umemura (1992)

Penelitian mengenai perkuatan seismik menggunakan breising dengan bingkai baja yang dihubungan dengan penghubung berupa stud dan jarak antara beton dengan baja diisi dengan mortar telah dilakukan oleh Y. Yamamoto dan Umemura (1992) dengan menguji dan memodel 5 buah rangka beton bertulang. Model (RC-1) merupakan struktur eksisting yang belum diperkuat, model (RCS-1) merupakan struktur eksisting yang hanya diperkuat dengan bingkai baja, dan model (RCS-1, X-1,

b a

(35)

V-1, dan M-1) adalah struktur eksisting yang telah diperkuat dengan bingkai dan breising baja. Metode breising terbingkai ini dilakukan dengan cara memasangkan penghubung berupa stud di sekeliling sisi dalam dari struktur. Joint antara bingkai baja dan breising diasumsikan sambungan sendi.

Detail struktur yang akan diujikan dapat dilihat pada Gambar 2.10 dengan panjang 2,0 m dengan tinggi 1,32m. Untuk ukuran balok 300x350mm dan kolom 250x250mm, bresing h-80x80x4.5 dan h-80x80x6.0, mutu breising dan mutu beton ditampilkan pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Data Detail Spesimen Uji

Mutu Baja (MPa) PL – 4.5 = 297 PL – 6.0 = 305

Mutu Beton Fc (MPa) Mutu Mortar Fm (MPa)

RC – 1

Tanpa perkuatan bingkai dan

breising _20,7 _-

RCS - 1

Bingkai : h-80x80x4.5x6.0

21,2 31,9

X – 1

Bingkai : h-80x80x4.5x6.0

Breising : H-80x80x4.5x6.0 28,5 36,5

V – 1

Bingkai : h-80x80x4.5x6.0 Breising : H-80x80x6.0x6.0 Pengaku : H-80x80x6.0x6.0

22,1 33,0

M - 1

Bingkai : h-80x80x4.5x6.0 Breising : H-80x80x6.0x6.0 Pengaku : H-80x80x6.0x6.0

(36)

Gambar 2.10 Gambar Model V – 1 Sumber : Yamamoto dan Umemura (1992)

Hasil penelitian laboratorium dan pemodelan dengan komputer menunjukan bahwa penambahan bresing pada rangka beton bertulang meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan kapasitas absorpsi energi struktur. Peningkatan yang signifikan bisa dilihat gambar 2.11 untuk beban yang mampu diterima oleh model RC-1 mencapai 200 kN, model RCS – 1 mencapai 220 kN, model X – 1 mencapai 820 kN, model V-1 mencapai 780 kN dan model M-V-1 mencapai 740 kN.

(37)

Gambar 2.11 Grafik hubungan antara simpangan dan perpindahan pada struktur tanpa perkuatan dan struktur yang diperkuat menggunakan breising dengan bingkai

(Disarikan dari Yamamoto dan Umemura 1992)

2.7. Penerapan Perkuatan Breising Baja dengan Bingkai

Gambar 2.12 Penerapan Breising Baja Terbingkai pada Gedung Arsitektur, Universitas Tohoku, Jepang.

Sumber : http://www.eqclearinghouse.org

Gedung Arsitektur yang bertempat di Universitas Tohoku, Jepang ini telah rusak sejak tahun 1978 pada saat terjadinya gempa Miyak-ken Oki. Akibat dari gempa bumi yang terjadi kembali pada wilayah tersebut, tahun 2003 bangunan itu diperkuat dengan breising baja seperti pada Gambar 2.13.

(38)

2.8. Analisis Konstruksi Bertahap

Berdasarkan Analysis Reference Manual SAP2000 (2013), kenonlinieran struktur dapat digolongkan menjadi: kenonlinearan material seperti berbagai macam kenonlinieran sambungan dan batas tegangan pada elemen batang serta diagram tegangan regangan material, kenonlinieran geometri seperti analisis efek P-delta dan konstruksi bertahap.

Konstruksi bertahap merupakan bagian dari analisis statik nonlinier yang menganalisa struktur dalam beberapa fase tingkat/tahap (Analysis Reference Manual

SAP2000, 2013). Ide dasar dari analisis ini adalah pada tahap awal, kondisi awal struktur adalah nol. Semua elemen belum terbebani dan belum terjadi lendutan. Untuk tahapan analisis selanjutnya, merupakan kelanjutan dari analisis nonlinier pada tahapan sebelumnya dengan gaya-gaya dalam dan deformasi pada tahap sebelumnya diperhitungkan dalam analisis tahap berikutnya.

Berdasarkan Analysis Reference Manual SAP2000 (2013), analisis konstruksi bertahap merupakan bagian analisis nonlinier khusus yang memerlukan beberapa kondisi sehingga dapat diterima program. Konstruksi bertahap memungkinkan kita sebagai pengguna untuk menentukan tahapan yang ingin ditambahkan atau dikurangi dari struktur yang dianalisis, memilih secara selektif beban yang akan dikerjakan pada struktur, serta mempertimbangkan perilaku material struktur terhadap waktu, seperti usia, penyusutan dan rangkaknya.

Analisis konstruksi bertahap digolongkan menjadi analisis statik nonlinier karena dalam analisisnya struktur yang dianalisis dapat berubah seiring waktu. Oleh karena itu, analisis konstruksi bertahap dapat dikerjakan bersamaan dengan beberapa tahap yang melibatkan analisis nonlinier lainnya seperti Time History Analysis dan

Stiffness Basic Analysis. Dalam analisis konstruksi bertahap, hasil analisis pada tahap

terakhirlah yang akan digunakan sebagai acuan.

Dalam SAP2000, untuk setiap analisis nonlinier konstruksi bertahap, akan ditentukan beberapa tahapan yang akan digunakan. Tahapan-tahapan ini akan dianalisis sesuai dengan urutan tahapan yang ditentukan, mulai dari tahap pertama dan seterusnya. Pengguna dapat menentukan berapa banyak tahapan yang diinginkan

(39)

dalam satu Load Case. Analisis konstruksi bertahap juga dapat diteruskan dari satu

Load Case ke Load Case lainnya. Dalam tiap tahapan, perlu ditentukan beberapa hal

sebagai berikut:

a. Durasi, dalam hari. Hal ini akan digunakan untuk Time-dependent effects. Namun, jika analisis ini tidak ingin digunakan, atur durasinya menjadi nol.

b. Jumlah objek yang dikelompokkan dalam tahap tersebut ditambahkan ke struktur. Usia/umur objek merupakan fungsi dari Time-dependent effects jika diperhitungkan.

c. Jumlah objek yang dihilangkan dari struktur.

d. Jumlah objek yang akan dibebani ditentukan. Apakah seluruh objek yang ada akan dibebani ataukah hanya objek dalam grup yang baru ditambahkan dalam tahapan ini yang akan dibebani.

Objek dapat ditentukan secara detail dengan menggunakan kelompok. Pada umumnya penggunaan kelompok/grup ini akan sangat memudahkan, sehingga dalam analisis konstruksi bertahap, langkah pertama dalam analisis adalah untuk menentukan kelompok/grup untuk setiap tahapannya.

Setiap tahapan dalam analisis konstruksi bertahap dianalisis secara terpisah untuk tahapan yang telah ditentukan. Analisis setiap tahap memiliki dua bagian, yaitu:

1. Perubahan struktur dan pengaplikasian beban dianalisis.

2. Ketika ditentukan kondisi durasi sama dengan nol, kemudian dianalisis

time-dependent material effects. Selama masa ini, struktur tidak berubah dan

pengaplikasiannya beban diangap konstan.

Dalam analisis konstruksi bertahap ini, kondisi yang benar-benar dipakai adalah kondisi terakhir dari struktur. Jika suatu objek berada di beberapa kelompok, maka objek tersebut akan diasumsikan sesuai dengan kelompok terakhir yang mengikutsertakannya.

Program SAP2000 telah melakukan verifikasi dari analisis konstruksi bertahap pada program yang dibandingkan dengan hasil perhitungan manual dengan hasil seperti pada Tabel 2.2. Berdasarkan hasil tersebut, maka dapat disimpulkan

(40)

bahwa pada analisis konstruksi bertahap pada program SAP200 dapat dipergunakan dalam analisis struktur.

Tabel 2.5 Hasil verifikasi program SAP2000 Analysis Case

and Stage Output Parameter Sap2000 Independent

Percent Difference

NLSTAT1

(Stage 1) Uz (jt 2) in -0.42404 -0.42404 0.00%

NLSTAT1

(Stage 1) Fz (jt 1) kips 100 100 0.00%

NLSTAT1

(Stage 2) Uz (jt 2) in -0.43617 -0.43617 0.00%

NLSTAT1

(Stage 2) Fz (jt 1) kips 102.859 102.859 0.00%

NLSTAT1

(Stage 3) Uz (jt 2) in -0.53005 -0.53005 0.00%

NLSTAT1

(Stage 3) Fz (jt 1) kips 125 125 0.00%

Sumber: Computers and structure (2013)

2.9. Penelitian Terkait Analisis Konstruksi Bertahap

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk membuktikan keefektifan penerapan analisis konstruksi bertahap dalam pemodelan gedung. Berikut ini adalah beberapa penelitian mengenai analisis konstruksi bertahap pada struktur bangunan bertingkat.

2.9.1 Yousuf Dinar et al. (2014)

Yousuf Dinar et al. (2014) telah melakukan penelitian mengenai efek penerapan analisis konstruksi bertahap pada bangunan dengan material beton dan baja. Pada umumnya, struktur gedung dianalisis dalam satu tahap dengan menggunakan analisis statik linier, dengan asumsi struktur menerima beban secara bersamaan ketika struktur tersebut telah selesai dibangun. Pada kenyataannya, beban mati pada komponen struktur dikenakan secara terpisah pada tiap tahap pembangunan.

Pemodelan pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan software ETABS (analisis 3D) versi 9.7.2 dengan semua perpindahan diukur dalam mm, serta momen dan gaya-gaya aksial diukur masing-masing dalam kip-ft dan kip. Struktur

(41)

dimodel dengan membuat grup pada tiap tingkatan, sehingga software dapat mengidentifikasi tiap tahap dan melengkapi prosedur analisis. Analisis dilakukan pada tiap tahap dengan mempertimbangkan perilaku nonlinier material dari tahap sebelumnya.

Analisis konstruksi bertahap dilakukan dengan membuat 6 model dengan jumlah tingkatan yang berbeda. Variasi tingkatan adalah tingkat 5 – tingkat 30. Keenam model terdiri dari tingkat 5, 10, 15, 20, 25 dan 30, yang merupakan struktur dengan interval tingkatan sebesar 5 tingkat. Tiap tingkat memiliki tinggi 3m dengan lebar gedung adalah 5m. Beban lateral gempa diasumsikan terjadi dalam 2 arah dan menggunakan aturan UBC 94 pada gempa zona 2.

Untuk model struktur beton bertulang, digunakan kolom dengan dimensi 305x460 mm. Ketebalan pelat beton bertulang adalah 152,4 mm dengan mutu beton 20,68 MPa. Semua balok dirancang dengan dimensi yang sama 300x450 mm menggunakan mutu beton 24 MPa. Pada struktur baja, dimensi kolom yang digunakan sama dengan struktur beton bertulang sebesar 305x460 mm, tebal pelat 152,4 mm dengan mutu beton bertulang 20,68 MPa, dan semua balok berdimensi 300x450 mm dari penampang solid baja.

Hasil yang berbeda terlihat setelah dilakukan analisis secara linier dan nonlinier. Tinjauan dilakukan pada balok dan kolom kritis pada gedung tingkat 5. Analisis dilakukan dalam 5 tahap sesuai dengan jumlah tingkatan seperti pada Gambar 2.14.

Secara umum, perpindahan pada analisis konstruksi bertahap lebih besar dari analisis statik linier. Pada penelitian ini diperoleh nilai perpindahan yang lebih besar pada analisis konstruksi bertahap untuk semua jumlah tingkatan. Perpindahan pada struktur beton bertulang dengan analisis konstruksi bertahap pada tingkat 5 sampai tingkat 30 bervariasi dari 5,7-19,7 mm, sedangkan pada analisis statik linier perpindahan yang terjadi bervariasi dari 2,5-20 mm. Sedangkan pada struktur baja perpindahan yang terjadi pada analisis konstruksi bertahap bervariasi dari 1,4-4,3

(42)

mm, sedangkan pada analisis statik linier perpindahan yang terjadi bervariasi dari 0,69-3,8 mm. Ilustrasi pembebanan dan penambahan tingkatan pada analisis konstruksi bertahap diperlihatkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.13 Tahap dalam analisis konstruksi bertahap Sumber: Yousuf Dinar et.al (2014)

Berdasarkan hasil analisis pada gaya aksial, diperoleh hasil bahwa gaya pada kolom eksternal dengan analisis konstruksi bertahap memiliki nilai yang lebih kecil daripada analisis statik linier. Hal ini terjadi karena dengan analisis konstruksi bertahap, kolom pada balok kritis akan memberikan tegangan dibalok, sehingga menyebabkan tegangan dalam struktur yang akan memperkecil beban aksial pada kolom. Bila ditinjau dari segi momen, pada balok dengan analisis konstruksi bertahap akan terjadi momen yang lebih besar dari analisis statik linier.

2.9.2 K.M. Pathan et al. (2014)

Pathan et.al (2014) melakukan penelitian mengenai analisis konstruksi bertahap pada struktur beton bertulang. Dalam penelitiannya dianalisis beberapa jenis gedung bertingkat dengan material beton bertulang, yang dibedakan panjang dan lebarnya, tinggi tingkat, dan jumlah tingkat. Pemodelan dilakukan dengan bantuan

(43)

software STAADPro dengan mengikuti metode analisis konstruksi bertahap. Gedung dimodel dengan asumsi gedung berada pada gempa zona II dan mengikuti aturan IS 1893 : 2002.

Pemodelan struktur dilakukan dengan membuat model berbeda dari G+5 dan G+7 dengan 4 bentang panjang dan lebar. Model divariasikan dengan faktor kekakuan, tinggi gedung dan parameter dasar lainnya. Enam rangka gedung beton bertulang tingkat 5 dan tingkat 7 dengan bentang panjang/lebar 4m, 5m, dan 6m serta tinggi tingkat 3m, dimodel dan dianalisis dengan metode konvensional dan metode analisis konstruksi bertahap. Kemudian tiga rangka gedung beton bertulang tingkat 5 dan tingkat 7 dengan tinggi tingkat 4m, dan bentang panjang/lebar 4m, 5m, dan 6m dianalisis dengan kedua metode tersebut. Jadi terdapat 9 model yang digunakan untuk mengetahui respon berbagai gaya pada gaya aksial, momen dan gaya geser. Dimensi komponen struktur gedung pada pemodelan dapat dilihat pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6 Dimensi komponen struktur

Bentang 4m 5m 6m

Kolom (m x m) 0,23 x 0,60 0,30 x 0,60 0,30 x 0,75 Balok (m x m) 0,23 x 0,45 0,30 x 0,60 0,30 x 0,60

Ketebalan Pelat (mm) 150 150 200

Sumber: Pathan (2014)

Ilustrasi transfer beban pada rangka dengan metode konvensional dan metode analisis konstruksi bertahap dapat dilihat pada Gambar 2.15. Pembebanan yang diberikan pada model gedung terdiri dari beban mati dan beban hidup. Beban mati terdiri dari berat sendiri kolom dan balok, berat sendiri beton kering, berat sendiri beton basah dan beban mati pekerja (500 N/m2). Beban hidup yang diberikan sebesar 750 N/m2. Kombinasi beban yang digunakan adalah DL + LL. Aturan pembebanan yang digunakan adalah IS 14687:1999. Untuk beban gempa digunakan aturan IS 1893-2002 Part II dengan zona gempa II, gedung dibangun di Aurangabad kota dari Maharashtra.

(44)

(a) (b)

Gambar 2.14 (a) Analisis konvensional (b) Analisis konstruksi bertahap Sumber: Pathan (2014)

Berdasarkan hasil analisis diperoleh hasil sebagai berikut:

1. Kolom tepi merupakan kolom kritis dengan gaya geser maksimum terjadi pada metode analisis konstruksi bertahap.

2. Balok interior selalu kritis dalam konstruksi bertahap apabila ditinjau dari segi momen. Momen pada balok interior memiliki nilai lebih besar daripada momen pada metode konvensional dengan atau tanpa gempa.

3. Analisis konstruksi bertahap terbukti penting bahkan jika kekuatan gempa selama konstruksi tidak dipertimbangkan. Oleh karena itu, analisis konstruksi bertahap yang mempertimbangkan kekuatan gempa akan memberikan hasil yang lebih akurat dan metode ini direkomendasikan untuk diterapkan.

2.9.3 Melina (2011)

Melina (2014) telah melakukan penelitian mengenai analisis konstruksi bertahap pada struktur rangka dengan dinding pengisi. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui hasil analisis berupa gaya dalam dan deformasi pada struktur rangka beton bertulang dengan perbedaan model struktur dan metode analisis. Analisis struktur beton bertulang bangunan apertemen dimodel sebagai open frame (OF) dan

(45)

rangka dengan dinding pengisi (RDP) telah dilakukan dengan dua metode yaitu konvensional (AK) dan konstruksi bertahap (AB). Analisis konstruksi bertahap dibedakan antara metode pelaksanaan 1, AB1 (dinding dipasang bersamaan dengan rangka per tingkat) dan metode pelaksanaan 2, AB2 (dinding dipasang per tingkat setelah struktur rangka selesai didirikan).

Semua model pada penelitian ini dimodel dalm 3D dengan menggunakan

program SAP2000. Model dibuat dengan menggunakan mutu beton (f’c) 25 MPa dan

mutu DP (f’m) 5 MPa. Gedung dimodel dengan 4 tingkatan, masing-masing tingkat memiliki tinggi 3,5 m, bentang x adalah 5 m dan 2,5 m, sedangkan untuk bentang arah y adalah 4 m. Panjang, tebal dan tinggi DP berturut-turut 4,1 m, 0,15 m, dan 3,05 m. Sedangkan untuk multi strut, strut tepid an tengah berturut-turut memiliki lebar 0,174 m dan 0,348 m. Model yang dibuat kemudian dianalisis sesuai dengan tahapan yang direncanakan.

Berdasarkan hasil analisis diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Analisis konstruksi bertahap menghasilkan simpangan yang sedikit lebih besar dari analisis konvensional.

2. Analisis konstruksi bertahap menghasilkan lendutan yang sedikit lebih besar dari analisis konvensional pada lantai bawah, dan lebih kecil atau relatif sama pada lantai atas.

3. Analisis konstruksi bertahap memberikan gaya dalam yang sedikit lebih besar dari analisis konvensional.

(1)

bahwa pada analisis konstruksi bertahap pada program SAP200 dapat dipergunakan dalam analisis struktur.

Tabel 2.5 Hasil verifikasi program SAP2000

Analysis Case

and Stage Output Parameter Sap2000 Independent

Percent Difference NLSTAT1

(Stage 1) Uz (jt 2) in -0.42404 -0.42404 0.00% NLSTAT1

(Stage 1) Fz (jt 1) kips 100 100 0.00% NLSTAT1

(Stage 2) Uz (jt 2) in -0.43617 -0.43617 0.00% NLSTAT1

(Stage 2) Fz (jt 1) kips 102.859 102.859 0.00% NLSTAT1

(Stage 3) Uz (jt 2) in -0.53005 -0.53005 0.00% NLSTAT1

(Stage 3) Fz (jt 1) kips 125 125 0.00% Sumber: Computers and structure (2013)

2.9. Penelitian Terkait Analisis Konstruksi Bertahap

2.9.1 Yousuf Dinar et al. (2014)

(2)

(3)

Gambar 2.13 Tahap dalam analisis konstruksi bertahap Sumber: Yousuf Dinar et.al (2014)

2.9.2 K.M. Pathan et al. (2014)

(4)

software STAADPro dengan mengikuti metode analisis konstruksi bertahap. Gedung dimodel dengan asumsi gedung berada pada gempa zona II dan mengikuti aturan IS 1893 : 2002.

Tabel 2.6 Dimensi komponen struktur

Bentang 4m 5m 6m

Kolom (m x m) 0,23 x 0,60 0,30 x 0,60 0,30 x 0,75

Balok (m x m) 0,23 x 0,45 0,30 x 0,60 0,30 x 0,60

Ketebalan Pelat (mm) 150 150 200

Sumber: Pathan (2014)

(5)

(a) (b)

Gambar 2.14 (a) Analisis konvensional (b) Analisis konstruksi bertahap Sumber: Pathan (2014)

Berdasarkan hasil analisis diperoleh hasil sebagai berikut:

1. Kolom tepi merupakan kolom kritis dengan gaya geser maksimum terjadi pada metode analisis konstruksi bertahap.

2.9.3 Melina (2011)

(6)

Semua model pada penelitian ini dimodel dalm 3D dengan menggunakan

program SAP2000. Model dibuat dengan menggunakan mutu beton (f’c) 25 MPa dan

Berdasarkan hasil analisis diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Analisis konstruksi bertahap menghasilkan simpangan yang sedikit lebih besar dari analisis konvensional.

2. Analisis konstruksi bertahap menghasilkan lendutan yang sedikit lebih besar dari analisis konvensional pada lantai bawah, dan lebih kecil atau relatif sama pada lantai atas.

3. Analisis konstruksi bertahap memberikan gaya dalam yang sedikit lebih besar dari analisis konvensional.

Perkuatan Seismik Struktur Rangka Beton Bertulang Menggunakan Breising Baja Tipe X Dengan dan Tanpa Bingkai.