Desain Tahan Gempa Struktur Rangka Baja Penahan Momen Khusus Berdasarkan Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung SNI 03-1729-2002 dan Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002.
DESAIN TAHAN GEMPA STRUKTUR RANGKA BAJA
PENAHAN MOMEN KHUSUS BERDASARKAN TATA CARA
PERENCANAAN STRUKTUR BAJA UNTUK BANGUNAN
GEDUNG SNI 03 – 1729 – 2002 DAN TATA CARA
PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA UNTUK BANGUNAN
GEDUNG SNI 03 – 1726 – 2002
Denley Martin Sudewo NRP : 9921010
Pembimbing : Djoni Simanta ., Ir.,MT FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA BANDUNG
ABSTRAK
Salah satu bahan untuk struktur bangunan, disamping beton dan kayu adalah baja. Baja mempunyai beberapa sifat yang menguntungkan dibanding beton, sehingga baja banyak digunakan sebagai bahan bangunan. Indonesia merupakan daerah gempa aktif, jadi struktur rangka baja juga harus dihitung agar dapat menahan beban yang dihasilkan gempa.Dalam penulisan tugas akhir ini, dibahas mengenai struktur rangka baja penahan momen khusus, berupa perhitungan seperti perbandingan momen kolom terhadap momen balok apakah memenuhi persyaratan strong column weak beam dan perhitungan tebal Doubler Plate.
Dari hasil pendesainan struktur rangka baja pada tugas akhir ini disimpulkan bahwa struktur tersebut memenuhi persyaratan strong column weak beam dan kolom sudah cukup kuat sehingga tidak perlu tambahan doubler plate
(2)
DAFTAR ISI
Halaman
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ………i
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ………..ii
ABSTRAK ………....iii
PRAKATA ………...………...iv
DAFTAR ISI ………..………..vi
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ……….…x
DAFTAR GAMBAR ………..……...xiv
DAFTAR LAMPIRAN ….. ………xv
DAFTAR TABEL ...……….xvi
BAB 1 PENDAHULUAN………..1
1.1Latar Belakang ………..1
1.2Tujuan Penulisan………2
1.3Ruang Lingkup Pembahasan ……….2
1.4Sistematika Pembahasan ………...3
BAB 2 KRITERIA DESAIN TAHAN GEMPA MENURUT TATA CARA PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA UNTUK BANGUNAN GEDUNG MENURUT (SNI 03 – 1726 – 2002) ………..…4
2.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung ……….4
2.2 Wilayah Gempa dan Spektrum Respons ……….…………..6
2.3 Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen ………10
2.4 Ketentuan untuk analisis respon dinamik ………...11
2.5 Analisis Ragam Spektrum Respons ………12
(3)
2.6 Kinerja Batas Layan ………14
BAB 3 KRITERIA DESAIN SISTEM RANGKA BAJA PEMIKUL MOMEN KHUSUS ………..15
3.1 PenjelasanSingkat Mengenai Sistem Rangka Baja Pemikul Momen Khusus ……….15
3.2 Sambungan Balok-ke- Kolom ………16
3.3 Daerah Panel pada Sambungan Balok-ke-Kolom ……….…………..18
3.4 Batasan-batasan Terhadap Balok Dan Kolom ………19
3.5 Perbandingan momem kolom terhadap momen balok ………20
3.6 Perhitungan Tebal Doubler Plate……….22
BAB 4 STUDI KASUS ………...28
4.1 Data Struktur ………..………28
4.2 Ringkasan Struktural ………..……….29
4.3 Pembebanan ……….………...29
4.4 Kombinasi Pembebanan ……….………30
4.5 Dimensi Balok, Kolom, Balok anak dan Ukuran Bondek …..……...30
4.6 Pemodelan Struktur ……….31
4.7 Analisis Kinerja Batas Layan………...33
BAB 5 ANALISIS KASUS ………..………..37
5.1 Analisis Balok dan Kolom ………..37
5.1.1 Analisis Balok B29 Lantai 2……….39
5.1.2 Analisis Balok B30 Lantai 2……….48
5.1.3 Analisis Balok B29 Lantai 5……….57
5.1.4 Analisis Balok B30 Lantai 5 ………66
(4)
5.1.5 Analisis Balok B29 Atap ………..75
5.1.6 Analisis Balok B30 Atap ………..84
5.1.7 Analisis Kolom C4 Lantai 2 …..………..93
5.1.8 Analisis Kolom C13 Lantai 2 ……..………..108
5.1.9 Analisis Kolom C18 Lantai 2 ……….123
5.1.10 Analisis Kolom C4 Lantai 5 ………138
5.1.11 Analisis Kolom C13 Lantai 5 ………...153
5.1.12 Analisis Kolom C18 Lantai 5 ………...168
5.2 Tabel Hasil-hasil Perhitungan Balok dan Kolom ………..183
5.2.1 Perhitungan Pu balok ……..………...183
5.2.2 Perhitungan Vux Balok ………..189
5.2.3 Perhitungan Vuy Balok ………..195
5.2.4 Perhitungan Mux Balok ……….201
5.2.5 Perhitungan Muy Balok ……….206
5.2.6 Perhitungan Pu kolom ………...211
5.2.7 Perhitungan Vux kolom ……….213
5.2.8 Perhitungan Vuy kolom ……….215
5.2.9 Perhitungan Mux kolom ……….217
5.2.10 Perhitungan Muy kolom ………..219
5.2.11 Output Balok As 3…. ………..221
5.2.12 Output kolom As 3. ……….222
5.3 Kesimpulan Pembahasan ………..223
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN ………..………...225
6.1 Kesimpulan………225
(5)
6.2 Saran………...226 DAFTAR PUSTAKA ...………227
LAMPIRAN ……….………..228
(6)
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Faktor Keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan [1].5 Tabel 2.2 Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka
tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia. [1]…………6
Tabel 2.3 Spektrum respons gempa rencana [1] ………8
Tabel 4.1 Diaphgram Drift Final ………..30
Tabel 5.2.1 Perhitungan Pu Balok………...183
Tabel 5.2.2 Perhitungan Vux Balok ………...189
Tabel 5.2.3 Perhitungan Vuy Balok ………...195
Tabel 5.2.4 Perhitungan Mux Balok ………...201
Tabel 5.2.5 Perhitungan Muy Balok ………...206
Tabel 5.2.6 Perhitungan Pu kolom ………...211
Tabel 5.2.7 Perhitungan Vux kolom ………...213
Tabel 5.2.8 Perhitungan Vuy kolom ………...215
Tabel 5.2.9 Perhitungan Mux kolom ………...217
Tabel 5.2.10 Perhitungan Muy kolom………..219
Tabel 5.2.11 Output Balok As 3………...221
Tabel 5.2.12 Output kolom As 3………...222
Tabel 5.13 Rasio Persamaan Interaksi Momen Lentur dan Gaya Aksial (Demand/Capacity Ratio) dan Rasio Tegangan (Stress Ratio) …..223
Tabel 5.14 Kapasitas Rasio Momen Kolom terhadap Momen Balok Arah Sumbu Major dan Arah Sumbu Minor ………...223
Tabel 5.15 Tebal Doubler Plate ………...………...224
(7)
DAFTAR GAMBAR
Halaman gambar 2.1 Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar
dengan perioda ulang 500 tahun [1]………7
gambar 2.2 Respons spektrum gempa rencana [1]………..9
gambar 3.1 Doubler Plate ..………22
gambar 3.2 Diagram Alir Kapasitas Momen (1/2) ………....24
gambar 3.3 Diagram Alir Kapasitas Momen (2/2) ………25
gambar 3.4 Diagram Alir Kapasitas Geser ………...………26
gambar 3.5 Diagram Alir Kapasitas Aksial ……….…….27
gambar 4.1 Floor Deck ….………..……….31
gambar 4.2 Denah lantai………31
gambar 4.3 Tampak samping ………32
gambar 4.4 Tampak 3D………..32
gambar5.1 Denah Portal Pada As 3………38
(8)
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 Print out ETABS ………228
(9)
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
Ag = adalah luas penampang bruto kolom, mm2
Am = Percepatan respons maksimum
Ao = Percepatan Muka Tanah
Aw = Luas total pelat badan = d × Tw a = jarak pengaku pelat badan
C = Faktor Respons Gempa
d =tinggi daerah panel di antara pelat terusan, mm
dc = Tinggi profil kolom, mm
Dead = Beban mati
dn = Tinggi profil balok.mm
DSTLn = Design Steel ke n
E = Elastisitas baja, MPa
Fy = Tegangang leleh baja, MPa
ƒyc = adalah tegangan leleh penampang kolom, MPa
f = Faktor skala
hr = Tebal dek, mm
I = Faktor Keutamaan
I1 = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung
(10)
I2 = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut. Faktor – faktor Keutamaan I1, I2 dan I ditetapkan menurut tabel 2.1
Kn = 5+5/(a/h)2
= 5 jika tak ada pengaku
Live = Beban hidup
Mp = momen plastis, Nmm
∗
∑Mpc = adalah jumlah momen-momen kolom di bawah dan di atas
sambungan pada pertemuan antara as kolom dan as balok
∗
∑Mpb = adalah jumlah momen-momen balok-balok pada pertemuan as balok dan as kolom
Muxn = Momen terfaktor pada balok ke-n, balok yang menempel pada pertemuan as balok dan as kolom
Nuc = adalah gaya aksial tekan terfaktor pada kolom, N adalah modulus
plastis penampang kolom, mm3
R = faktor reduksi gempa
Rv = gaya geser nominal pada pertemuan as balok dan as kolom
SDL = Beban mati tambahan
SNI = Standar Nasional Indonesia
Sr = Jarak antar rusuk, mm
t = adalah tebal pelat badan penampang kolom atau pelat pengganda pada daerah panel, mm
Tc = Waktu getar alami sudut
tc = Tebal pelat, mm
(11)
tdp = Tebal Doubler plate, mm
tfn = Tebal sayap balok, mm
tr = tebal badan kolom minimal, mm Tw = tebal pelat badan, mm
tw = Tebal badan kolom yang digunakan, mm
V = gaya geser dasar nominal
V1 = gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik ragam yang pertama saja
Vt = gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil analisis ragam spektrum respons yang telah dilakukan.
Vp = Gaya geser pada pertemuan as balok dan as kolom Vua = Gaya geser kolom yang ada diatas kolom yang dihitung
w: = adalah lebar daerah panel di antara kedua sayap kolom, mm
wr = Lebar rusuk dek, mm
Daftar Notasi dan Singkatan pada MATHCAD Ag = Luas penampang profil baja, mm2 bf = Lebar Sayap profil baja, mm
d = Tebal profil baja, mm
Es = Elastisitas baja, MPa
Fy = Tegangan leleh baja, MPa
Fr = Tegangan sisa, MPa
Ix = Momen inersia arah sumbu x, mm4 Iy = Momen inersia arah sumbu y, mm4
(12)
Lb = Bentang tak tertumpu, mm
Mp = Momen Plastis, Nmm
ФMnx = Momen nominal arah sumbu x, Nmm
ФMny = Momen nominal arah sumbu y, Nmm Mux = Momen terfaktor arah sumbu x, Nmm Muy = Momen terfaktor arah sumbu y Nmm
ФPn = Gaya aksial nominal, N Pu = Gaya aksial terfaktor, N tf = tebal sayap profil baja, mm tw = tebal badan profil baja, mm
ФVnx = Gaya geser nominal arah sumbu x, N
ФVnx = Gaya geser nominal arah sumbu x, N Vux = Gaya geser terfaktor arah sumbu x, N Vuy = Gaya geser terfaktor arah sumbu y, N Zx = Modulus plastis arah sumbu x, mm3 Zy = Modulus plastis arah sumbu y, mm3
(13)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1Latar BelakangIndonesia merupakan daerah gempa aktif yang sebagian besar teritorialnya terletak pada pertemuan dari 4(empat) sistem tektonik yang aktif yaitu tapal batas lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng Filipina, dan lempeng Pasifik. Karena hal ini bangunan-bangunan di Indonesia harus didesain agar dapat menahan gempa mulai dari gempa sedang sampai gempa kuat. Begitu juga dengan struktur bangunan baja yang juga harus direncanakan agar tahan gempa. Akhir-akhir ini rangka baja banyak digunakan sebagai struktur gedung karena pengerjaannya relatif lebih singkat daripada beton bertulang.
(14)
2
Sistem rangka baja pemikul momen khusus adalah suatu struktur rangka kaku pemikul momen yang didesain secara khusus. Pada sistem ini ada suatu segmen yang direncanakan secara khusus, segmen khusus tersebut direncanakan mengalami deformasi inelastis yang cukup besar saat memikul gaya-gaya akibat beban gempa rencana.
1.2Tujuan Penulisan
1. Tujuan dari penulisan ini adalah untuk menerapkan “Tata Cara Perhitungan Struktur Baja Untuk Rumah dan Gedung SNI 03-1729- 2002” dan “Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002” agar dapat mendesain struktur bangunan baja pemikul momen khusus yang tahan gempa.
2. Mengoperasikan program ETABS dan MATHCAD sebagai alat bantu dalam menganalisis dan mendesain bangunan bertingkat baja tahan gempa. 3. Menganalisis perlu tidaknya Doubler Plate untuk memperkuat kolom agar
dapat menahan geser balok. 1.3Ruang Lingkup Pembahasan
Ruang lingkup dari penulisan ini adalah:
1. Model struktur bangunan tingkat tinggi (6 lantai), struktur bangunan dari baja yang akan dianalisis dan di desain terhadap beban gravitasi dan beban gempa.
2. Bangunan direncanakan berdasarkan Persyaratan untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (Tata Cara Perhitungan Struktur Baja Untuk Rumah dan Gedung SNI 03 – 1729 – 2002).
(15)
3
3. Menggunakan alat bantu ETABS V.8 dan MATHCAD 4. Bangunan terletak di wilayah gempa 6
1.4Sistematika Penulisan
Dalam Tugas Akhir ini, dibagi menjadi 5 bab , antara lain :
Bab 1 Pendahuluan, bab ini menguraikan mengenai latar belakang, tujuan penulisan, ruang lingkup pembahasan, dan sistematika penulisan.
Bab 2 Kriteria desain tahan gempa menurut Tata cara perencanaan ketahan gempa untuk bangunan gedung menurut SNI 03 – 1726 – 2002, bab ini menjelaskan tentang pembebanan gempa dan prosedur analisis bangunan baja tahan gempa.
Bab 3 Kriteria desain sistem rangka baja pemikul momen khusus ,bab ini menjelaskan tentang syarat dan cara mendesain struktur baja tahan gempa penahan momen khusus.
Bab 4 Studi kasus , pada bab ini dilakukan pembahasan desain tahan gempa struktur rangka baja penahan momen khusus.
Bab 5 Analisis Kasus, pada bab ini dilakukan analisis desain tahan gempa struktur rangka baja penahan momen khusus
Bab 6 Kesimpulan dan saran, pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil perhitungan dan analisa, dan saran-saran untuk mendesain suatu bangunan baja tahan gempa
(16)
BAB 6
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan1. Balok dan Kolom sanggup menahan gaya momen, geser, aksial akibat gravitasi dan gempa
2. Pada Beam/Column capacity ratio kapasitas balok lebih kecil dari kolom sehingga tercipta keadaan Strong Column Weak Beam sehingga memenuhi persyaratan Desain Tahan Gempa Struktur Rangka Baja Penahan Momen Khusus.
3. Kolom sudah cukup kuat untuk menahan gaya geser pada joint sehingga tidak diperlukan tambahan Doubler Plate
4. Penggunaan Program ETABS untuk desain tahan gempa lebih mudah dibanding program lainnya
(17)
220
5. Kekurangan program Etabs adalah tidak dapat menampilkan prosedur pengerjaan hanya langsung keluar hasil karena itu untuk memeriksa pengerjaan agak sulit.
6.2 Saran –saran
1. Agar penambahan Doubler Plate tidak perlu dilakukan maka tebal badan profil baja harus lebih besar dari tebal badan minimal
2. Ukuran profil Balok sebaiknya diambil lebih kecil atau sama dengan setengah dari profil kolom agar lebih mudah memenuhi persyaratan Strong Column Weak Beam
(18)
227
DAFTAR PUSTAKA
1. Adang Surahman ,”KONSEP LRFD”, Laboratorium Mekanika Struktur Pusat Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung.
2. Charles G. Salmon, John E. Johnson,1996,”STRUKTUR BAJA DESAIN DAN PERILAKU ” , PT Gramedia Pustaka Utama.
3. Charles K. Erdey ,SE PE ,Adjunct Professor, CSULB, 2000, “Seismic Design of Steel Moment-Resisting Frames and Wind analysis”, Structural Guidelines Series Publications.
4. Departemen Pekerjaan Umum, 2002, “Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan” (SNI 03 – 1726 – 2002), Badan Standardisasi Nasional.
5. Departemen Pekerjaan Umum, 2002, “Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung” (SNI 03 – 1728 – 2002), Badan Standardisasi Nasional.
(1)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1Latar BelakangIndonesia merupakan daerah gempa aktif yang sebagian besar teritorialnya terletak pada pertemuan dari 4(empat) sistem tektonik yang aktif yaitu tapal batas lempeng Eurasia, lempeng Indo-Australia, lempeng Filipina, dan lempeng Pasifik. Karena hal ini bangunan-bangunan di Indonesia harus didesain agar dapat menahan gempa mulai dari gempa sedang sampai gempa kuat. Begitu juga dengan struktur bangunan baja yang juga harus direncanakan agar tahan gempa. Akhir-akhir ini rangka baja banyak digunakan sebagai struktur gedung karena pengerjaannya relatif lebih singkat daripada beton bertulang.
(2)
Sistem rangka baja pemikul momen khusus adalah suatu struktur rangka kaku pemikul momen yang didesain secara khusus. Pada sistem ini ada suatu segmen yang direncanakan secara khusus, segmen khusus tersebut direncanakan mengalami deformasi inelastis yang cukup besar saat memikul gaya-gaya akibat beban gempa rencana.
1.2Tujuan Penulisan
1. Tujuan dari penulisan ini adalah untuk menerapkan “Tata Cara Perhitungan Struktur Baja Untuk Rumah dan Gedung SNI 03-1729- 2002” dan “Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002” agar dapat mendesain struktur bangunan baja pemikul momen khusus yang tahan gempa.
2. Mengoperasikan program ETABS dan MATHCAD sebagai alat bantu dalam menganalisis dan mendesain bangunan bertingkat baja tahan gempa. 3. Menganalisis perlu tidaknya Doubler Plate untuk memperkuat kolom agar
dapat menahan geser balok. 1.3Ruang Lingkup Pembahasan
Ruang lingkup dari penulisan ini adalah:
1. Model struktur bangunan tingkat tinggi (6 lantai), struktur bangunan dari baja yang akan dianalisis dan di desain terhadap beban gravitasi dan beban gempa.
2. Bangunan direncanakan berdasarkan Persyaratan untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (Tata Cara Perhitungan Struktur Baja Untuk Rumah dan Gedung SNI 03 – 1729 – 2002).
(3)
3
3. Menggunakan alat bantu ETABS V.8 dan MATHCAD 4. Bangunan terletak di wilayah gempa 6
1.4Sistematika Penulisan
Dalam Tugas Akhir ini, dibagi menjadi 5 bab , antara lain :
Bab 1 Pendahuluan, bab ini menguraikan mengenai latar belakang, tujuan penulisan, ruang lingkup pembahasan, dan sistematika penulisan.
Bab 2 Kriteria desain tahan gempa menurut Tata cara perencanaan ketahan gempa untuk bangunan gedung menurut SNI 03 – 1726 – 2002, bab ini menjelaskan tentang pembebanan gempa dan prosedur analisis bangunan baja tahan gempa.
Bab 3 Kriteria desain sistem rangka baja pemikul momen khusus ,bab ini menjelaskan tentang syarat dan cara mendesain struktur baja tahan gempa penahan momen khusus.
Bab 4 Studi kasus , pada bab ini dilakukan pembahasan desain tahan gempa struktur rangka baja penahan momen khusus.
Bab 5 Analisis Kasus, pada bab ini dilakukan analisis desain tahan gempa struktur rangka baja penahan momen khusus
Bab 6 Kesimpulan dan saran, pada bab ini berisi kesimpulan dari hasil perhitungan dan analisa, dan saran-saran untuk mendesain suatu bangunan baja tahan gempa
(4)
BAB 6
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan1. Balok dan Kolom sanggup menahan gaya momen, geser, aksial akibat gravitasi dan gempa
2. Pada Beam/Column capacity ratio kapasitas balok lebih kecil dari kolom sehingga tercipta keadaan Strong Column Weak Beam sehingga memenuhi persyaratan Desain Tahan Gempa Struktur Rangka Baja Penahan Momen Khusus.
3. Kolom sudah cukup kuat untuk menahan gaya geser pada joint sehingga tidak diperlukan tambahan Doubler Plate
4. Penggunaan Program ETABS untuk desain tahan gempa lebih mudah dibanding program lainnya
(5)
220
5. Kekurangan program Etabs adalah tidak dapat menampilkan prosedur pengerjaan hanya langsung keluar hasil karena itu untuk memeriksa pengerjaan agak sulit.
6.2 Saran –saran
1. Agar penambahan Doubler Plate tidak perlu dilakukan maka tebal badan profil baja harus lebih besar dari tebal badan minimal
2. Ukuran profil Balok sebaiknya diambil lebih kecil atau sama dengan setengah dari profil kolom agar lebih mudah memenuhi persyaratan Strong Column Weak Beam
(6)
DAFTAR PUSTAKA
1. Adang Surahman ,”KONSEP LRFD”, Laboratorium Mekanika Struktur Pusat Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung.
2. Charles G. Salmon, John E. Johnson,1996,”STRUKTUR BAJA DESAIN DAN PERILAKU ” , PT Gramedia Pustaka Utama.
3. Charles K. Erdey ,SE PE ,Adjunct Professor, CSULB, 2000, “Seismic Design of Steel Moment-Resisting Frames and Wind analysis”, Structural Guidelines Series Publications.
4. Departemen Pekerjaan Umum, 2002, “Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan” (SNI 03 – 1726 – 2002), Badan Standardisasi Nasional.
5. Departemen Pekerjaan Umum, 2002, “Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung” (SNI 03 – 1728 – 2002), Badan Standardisasi Nasional.