PERBANDINGAN PERILAKU ANTARA STRUKTUR RANGKA PEMIKUL MOMEN (SRPM) DAN STRUKTUR RANGKA BRESING KONSENTRIK (SRBK) TIPE X-2 LANTAI
TUGAS AKHIR
Oleh : I Gede Agus Krisnhawa Putra NIM : 1104105075
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
i
ii
iii
ABSTRAK Penelitian tentang perilaku struktur rangka pemikul momen (SRPM) dan struktur rangka bresing konsentrik tipe x-2 lantai, untuk selanjutnya disebut SRBK dilakukan dengan memodel gedung 10 lantai pada SAP2000. Model SRPM menggunakan sambungan balok-kolom kaku, sedangkan untuk SRBK dibedakan antara sambungan kaku (SRBK-M) dan sambungan sendi (SRBK-S). Ketiga model dianalisis agar memenuhi syarat kekakuan dan kekuatan (rasio tegangan) yang sebanding untuk semua model. Dimensi akhir diperoleh melalui proses iterasi atau coba-coba, kemudian dibandingkan kekakuan (simpangan), gaya-gaya dalam (M, D, N) dan berat struktur. Hasil yang didapat menunjukkan bahwa ketiga model memiliki dimensi dan rasio tegangan yang berbeda-beda. Berdasarkan simpangan maksimum arah x akibat beban gempa arah x, simpangan model SRBK jauh lebih kecil dari model SRPM dengan rasio 39% dan 30% untuk SRBK-S dan SRBK-M. Simpangan arah y akibat gempa arah y pada SRBK-S dan SRBK-M masing-masing 81% dan 51% dari simpangan SRPM. Dari berat struktur, model SRBK-S 5% lebih ringan dari SRPM, sedangkan SRBK-M 2% lebih berat dari SRPM. Gaya-gaya dalam yang terjadi pada balok dan kolom bervariasi tergantung dari posisinya terhadap bresing. Dengan demikian SRBK dengan sambungan balok-kolom berupa sendi lebih efisien dari SRBK dengan sambungan kaku, dengan kekakuan yang jauh lebih besar dari kekakuan SRPM.
Kata kunci: bresing, sambungan, rasio tegangan, simpangan, berat, dan gaya gaya dalam.
iv
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat rahmat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Perbandingan Perilaku antara Struktur Rangka Pemikul Momen (SRPM) dan Struktur Rangka Bresing Konsentrik (SRBK) Tipe X-2 Lantai”. Tersusunnya Tugas Akhir ini tentunya tidak terlepas dari bantuan banyak pihak dalam memberikan bimbingan, pengarahan, petunjuk, bantuan, informasi dan berbagai bantuan lainnya. Untuk itu melalui kesempatan ini penyusun mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D, selaku Pembimbing I dan Bapak Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT. selaku pembimbing II, kepada kedua orang tua yaitu I Nyoman Nitar dan Ni Wayan Wetan atas dorongan semangat dan doa yang diberikan, serta Ni Luh Putri Citrayani Sukma yang senantiasa menemani dan memberikan semangat, teman-teman mahasiswa Teknik Sipil angkatan 2011, dan semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu. Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bermanfaat untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kalangan ilmiah khususnya dan masyarakat pembaca pada umumnya.
Denpasar, 13 Juni 2015
Penulis
v
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii ABSTRAK ........................................................................................................... iv UCAPAN TERIMA KASIH............................................................................... v DAFTAR ISI ........................................................................................................ vi DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………….viii DAFTAR TABEL................................................................................................ ix DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... x DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xi BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang.......................................................................... 1.2 Rumusan Masalah..................................................................... 1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................... 1.4 Manfaat Penelitian .................................................................... 1.5 Ruang Lingkup/Batasan Masalah .............................................
1 2 3 3 3
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Struktur Rangka Pemikul Momen (SRPM) .............................. 4 2.2 Struktur Rangka Bresing (SRB) ............................................... 5 2.3 Pembebanan Struktur................................................................ 8 2.4 Kombinasi Pembebanan ........................................................... 17 2.5 Tata Cara Perencanaan Menurut SNI 03-1729-2002 ............... 18 2.5.1 Perencanaan Komponen Lentur................................................ 18 2.5.2 Perencanaan Komponen Tekan ................................................ 23 2.5.3 Perencanaan Komponen Tarik.................................................. 25 2.5.4 Kombinasi Komponen Lentur dan Gaya Aksial....................... 26 2.6 Simpangan Antar Lantai Tingkat ............................................. 27 2.7 Sambungan Struktur Baja ......................................................... 27 2.7.1 Alat Penyambung Konstruksi Baja........................................... 28 2.7.2 Klasifikasi Sambungan ............................................................. 32
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pemodelan Struktur .................................................................. 40 3.2 Data Struktur............................................................................. 41 3.3 Langkah-Langkah Penelitian .................................................... 43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ....................................................................................... 45 4.2 Dimensi dan Rasio Tegangan ................................................... 45 4.3 Simpangan dan Berat Struktur .................................................. 62 4.3.1 Simpangan Struktur .................................................................. 62 4.3.2 Berat Struktur ........................................................................... 65 vi
4.3.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 BAB V
Perbandingan Berat dan Simpangan Struktur ........................... 66 Gaya-Gaya Dalam .................................................................... 67 Momen ...................................................................................... 67 Gaya Geser ............................................................................... 71 Gaya Aksial .............................................................................. 74
PENUTUP 5.1 Kesimpulan ............................................................................... 77 5.2 Saran ......................................................................................... 77
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 78 LAMPIRAN A PEMBEBANAN GEMPA........................................................ 79 LAMPIRAN B GAMBAR STRUKTUR DAN DIMENSI PROFIL BAJA ... 84 LAMPIRAN C RASIO TEGANGAN ............................................................... 95
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 2.16 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16
Jenis-jenis konfigurasi SRBK ........................................................ 5 Jenis-jenis konfigurasi SRBE ......................................................... 6 Aliran gaya-gaya pada sistem rangka bresing ................................ 6 Perilaku brace-frame ...................................................................... 7 Perbandingan perilaku rangka bresing konsentrik ......................... 8 Desain respon spektrum ................................................................. 15 Beban gempa autoload pada SAP2000 .......................................... 15 Nilai kc untuk kolom dengan ujung-ujung yang ideal .................... 24 Nilai kc untuk komponen struktur tak bergoyang dan bergoyang .. 24 Sambungan balok ke sayap kolom dengan las ............................... 33 Jenis-jenis sambungan momen ....................................................... 34 Sambungan balok ke sayap kolom dengan baut............................. 35 Jenis-jenis sambungan sedni .......................................................... 36 Sambungan bresing yang menggunakan sambungan sendi ........... 38 Sambungan bresing yang terpasang ke kolom ............................... 38 Sambungan bresing balok yang terpasang pada badan kolom ....... 39 Denah struktur gedung dengan bresing .......................................... 40 Model 3D struktur gedung dengan bresing .................................... 41 Diagram alir penelitian ................................................................... 44 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka 2-2 ............................. 46 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka 4-4 ............................. 47 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka B-B ............................ 48 Dimensi dan rasio tegangan SRPM rangka C-C ............................ 49 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka 2-2 .......................... 50 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka 4-4 .......................... 51 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka B-B ......................... 52 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-S rangka C-C ......................... 54 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka 2-2 ......................... 55 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka 4-4 ......................... 56 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka B-B ....................... 57 Dimensi dan rasio tegangan SRBK-M rangka C-C ....................... 59 Grafik simpangan rangka 2-2, rangka 4-4 akibat gempa x ............ 63 Grafik simpangan rangka B-B, rangka C-C akibat gempa y.......... 65 Perbandingan rasio simpangan dan berat masing-masing model... 66 Momen pada balok model SRBK-S kombinasi D+L+Ex .............. 70
viii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel 4.9 Tabel 4.10
Rasio tegangan model struktur ........................................................... 60 Rasio tegangan rata-rata model struktur ............................................ 61 Simpangan per-lantai rangka 2-2 akibat gempa arah x ...................... 62 Simpangan per-lantai rangka 4-4 akibat gempa arah x ...................... 62 Simpangan per-lantai rangka B-B akibat gempa arah y .................... 64 Simpangan per-lantai rangka C-C akibat gempa arah y .................... 64 Berat total masing-masing model struktur ......................................... 65 Momen balok-kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+Ex ........ 67 Gaya geser balok-kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+Ex ... 71 Gaya aksial kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+Ex ............ 75
ix
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A Lampiran Pembebanan Gempa ................................................. 79 LAMPIRAN B Lampiran Gambar Struktur dan Dimensi Profil Baja ............... 84 LAMPIRAN C Lampiran Rasio Tegangan ......................................................... 95
x
DAFTAR NOTASI Ag
: Luas penampang kotor
bf
: Lebar pelat sayap, mm
Cd
: Deflection amplification
Cm
: faktor massa efektif yang diambil dari tabel 3.1 dari FEMA 356
Cs
: Koefisien respons seismik yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012 pasal 7.8.1.1
Cvx
: Faktor distribusi vertikal
C0
: Koefisien faktor bentuk, untuk merubah perpindahan spectral menjadi perpindahan atap, umumnya memakai faktor partisipasi ragam yang pertama (first mode participation factor)
C1
:Faktor modifikasi yang menghubungkan perpindahan inelastic maksimum dengan perpindahan yang dihitung dari respon elastik linier
C2
: koefisien untuk memperhitungkan efek “pinching” dari hubungan beban deformasi akibat degradasi kekakuan dan kekuatan, berdasarkan tabel 3-3 dari FEMA 356
C3
: Koefisien untuk memperhitungkan pembesaran lateral akibat adanya efek P delta
d
: Tinggi penampang baja
E
: Modulus elastisitas
Eh
: Pengaruh dari komponen horizontal gaya gempa
Fx
: Gaya gempa lateral
fu
: Tegangan putus baja
fy
: Tegangan leleh baja, MPa
fcr
: Tegangan kritis, MPa
G
: Modulus geser
g
: Percepatan gravitasi 9,81 m/det2
hn
: Ketinggian struktur diatas dasar sampai tingkat tertinggi struktur
Ie
: Faktor keutamaan hunian yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012 pasal 4.1.2
M
: Momen
xi
Mp
: Momen plastis
Mnx
: Momen nominal arah sumbu x
Mny
: Momen nominal arah sumbu y
Mux
: Momen ultimit arah sumbu x
Muy
: Momen ultimit arah sumbu y
M2
: Momen arah sumbu 2
M3
: Momen arah sumbu 3
Nn
: Gaya aksial nominal
Nu
: Gaya aksial ultimit
P
: Gaya aksial
R
: Rasio “kuat elastik perlu” terhadap “koefisien kuat leleh terhitung”
R
: Faktor reduksi gempa struktur gedung
Ry
: Faktor modifikasi tegangan leleh
Sa
: Akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar alami efektif pada arah yang ditinjau
SDS
: Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang perioda pendek seperti ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 6.3 atau 6.9
SD1
: Parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda sebesar 1,0 detik, seperti ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 6.10.4
S1
: Parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726-2012 pasal 6.10.4
T
: Perioda struktur dasar (detik) yang ditentukan pada SNI 1726-2012 pasal 7.8.2
Ta
: Periode fundamental pendekatan
Te
: Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastik
Ts
: Waktu getar karakteristik yang diperoleh dari kurva respons spectrum pada titik dimana terdapat transisi bagian akselerasi konstan ke bagian kecepatan konstan
tw
: Tebal pelat badan, mm
tbf
: Tebal pelat sayap, mm
V
: Gaya geser dasar
Vn
: Kuat geser nominal link
xii
Vp
: Gaya geser penampang plastis
VT
: Gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil analisis ragam spektrum respons yang telah dilakukan
V1
: Gaya geser dasar nominal sebagai respon dinamik ragam yang pertama
W
: Total beban mati dan beban hidup yang dapat tereduksi
Zx
: Modulus plastis penampang
α
: Rasio kekakuan pasca leleh terhadap kekakuan elastic efektif, di mana gaya pepindahan diidealisasikan sebagai kurva bilinier
δ
: Perpindahan (simpangan)
δt
: Target perpindahan
θ
: Sudut rotasi
∅𝑏
: Faktor reduksi kekuatan untuk komponen struktur lentur
∅𝑐
: Faktor reduksi kekuatan untuk komponen struktur tekan
Ω0
: Faktor kuat cadangan struktur
𝜌
: Massa jenis baja
v
: Rasio poisson
𝜉
: Faktor pengali simpangan nominal
xiii
