JURNAL TEKNIK POMITS
1
STUDI PERBANDINGAN SPECIAL TRUSS MOMENT FRAME SISTEM VIERENDEEL DAN SISTEM BRESING-X PADA STRUKTUR BANGUNAN BAJA DENGAN MENGGUNAKAN PUSH OVER ANALYSIS SembrilianaKaruniaAlelang, Budi Suswanto, ST.,MT.,Ph.D; Ir. Isdarmanu,M.Sc Program S-1 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) E-mail:
[email protected] ;
[email protected]
Abstrak - Special Truss Moment Frame (STMF) adalah sistem pada bangunan baja daktail untuk struktur bentang panjang. STMF memiliki segmen daktail khusus di tengah bentang yang berfungsi mendisipasikan beban-beban dinamik sehingga STMF dapat digunakan sebagai alternative perencanaan untuk konstruksi gedung baja tahan gempa dengan bentang lebih besar dari 10 m. Dalam Tugas Akhir ini membahas tentang perbandingan 2 tipe STMF yaitu sistem Vierendeel dan sistem Bresing-X. Dari gedung baja 10 lantai diambil portal paling bawah yang mendapa tgaya dalam paling besar yang didapa dari analisa SAP 2000 v.14. Kemudian penampang STMF dianalisa lebih detail dengan Push Over Analysis. Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk mengetahui hasil analisa dan komparasi 2 tipe STMF yang berbeda ditinjau darisegi kekuatan. Selain itu untuk mengetahui pengaruh pemasangan STMF tipe Vierendeel dan tipe Bresing-X terhadap simpangan struktur portal akibat beban dorong (push over analysis) maupun beban gempadari arah kiri dan kanan serta mengetahui bagaimana perilaku penampang STMF tipeVierendeel dan tipe Bresing-X itu sendiri (deformasi, kontur tegangan, regangan dan tipe kegagalan struktur) terhadap gaya- gaya yang bekerja akibat beban dorong (push over analysis) maupun beban gempa dari arah kiri dan kanan. Kata Kunci : STMF, Vierendeel, Bresing-X, Push Over Analysis I. PENDAHULUAN Pada umumnya, struktur baja untuk gedung membutuhkan frame dengan bentang 6-8 m, sedangkan untuk bentang lebih besar dari 10 m, struktur baja menjadi tidak efektif karena dengan bentang yang lebih besar dari 10 m, ukuran balok
yang direncanakan menjadi besar sehingga mengakibatkan struktur menjadi mahal dan berat, selain itu dapat mengakibatkan terjadinya lendutan yang besar padastrukturbajatersebut. Oleh karena itu, diperlukan satu sistem struktur yang bias menahan beban dengan bentang lebih besar dari 10 m dan struktur tersebut ringan serta dapat menahan beban lateral seperti beban gempa. Special Truss Moment Frame, STMF adalah sistem struktur yang mempunyai berat relative kecil dan diakui sebagai sistem tahan gempa menurut ketentuan peraturan gempa (AISC, 2010). Pada sistem struktur ini, rangka dirancang agar tetap elastic supaya meningkatkan sistem struktur, keselamatan dan ekonomi. Dalam hal ini, tipe STMF yang akan digunakan adalah tipe Vierendeel dan tipe bresing-X. Tugas akhir ini merupakan studi untuk membahas Perbandingan Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (Special Truss Moment Frame, STMF) tipe Vierendeel dan tipe Bresing-X menggunakan Push Over Analysis. II. METODOLOGI Data Perencanaan : Fungsi Bangunan = Perkantoran = 10 tingkat Jumlah tingkat Lebar Portal = 12 m Tinggi Portal = 4 m (per lantai) Sistem Struktur = Special Truss MomentFrame(STMF) dengan tipe segmen vierendeel dan segmen bresing-x Lokasi = Zone 6 Mutu Baja BJ 41 : fy = 250 MPa fu = 410 MPa
JURNAL TEKNIK POMITS
2
Flowchart Metode Studi :
Gambar 3.2 Portal eksterior dengan STMF tipe bresing-X 10 lantai
2. . III. DATA DAN HASILANALISA 1. Perencanaan Gedung
Gambar 3.1 Portal eksterior dengan STMF Tipe vierendeel 10 lantai
Data Struktur Profil Balok IndukSTMF : Batang tepi: 2L 200x200x25 Berat Profil= 73.6 kg/m Batang diagonal :2L 100x100x10 Berat Profil= 15.1 kg/m Batang vertikal: 2L 100x100x10 Berat Profil= 15.1 kg/m BeratTotal Profil :103.8 kg/m
Profil Balok Anak STMF : Batang tepi: 2L 200x200x20 Berat Profil=59.7 kg/m Batang diagonal:2L100x100x10 Berat Profil= 15.1 kg/m Batang vertikal: 2L 100x100x10 Berat Profil= 15.1 kg/m BeratTotal Profil :89.9 kg/m
Profil Balok Induk : Lantai 1-6 :WF400.200.8.13 Berat Profil : 66 kg/m Lantai 7-10 : WF 300.200.9.14 Berat Profil : 65.4 kg/m
Profil Kolom Lantai 1-5 : Box Steel 500.500.20 Lantai5-10 : Box Steel 400.400.20
3. AnalisaPerilakuStruktur a. AnalisaPush Over Hasil analisa statik push-over digambarkan sebagai kurva kapasitas (Capacity Curve) yang merupakan hubungan antara gaya geser dasar (Base Shear) dengan perpindahan lateral (Displacement). Hasil analisa ini juga untuk mengetahui urutan bagian penampang
JURNAL TEKNIK POMITS
3
yang akan mengalami kelelehan pada masingmasing penampang tersebut. Hal itu dapat dilihat dari sendi plastis yang akan muncul setelah run analysis selesai. Pada gedung ini diharapkan kelelehan struktur akan terjadi terlebih dahulu pada elemen STMF. Berikut hasil analisa akibat beban Pushover :
Tabel 9.1 Tabel keterangan PushOver
Berikut tabel dari analisastatic pushover arah X
Gambar 3.3Hasil deformed shape Sistem Vierendeel
Tabel 9.2Tabel Hubungan Displacemet dan Base Force Sistem Vierendeel 10 Lantai
Gambar 3.4Hasil deformed shape Sistem Bresing-X
Tabel 9.3Tabel Hubungan Displacemet dan Base Force Sistem Bresing-X 10 Lantai
JURNAL TEKNIK POMITS
Grafik 9.1 Perbandingan Displacemet dan Base Force Sistem Vierendeel dan Bresing-X 10 Lantai
Dari grafik tersebut menunjukan bahwa STMF sistem Bresing-X memiliki defleksi yang lebih kecil dibandingkan dengan STMF sistem Vierendeel sehingga sistem Bresing-X lebih kaku dibandingan sistemVierendeel. b. Analisa Push Over Portal (2 story)
4 SistemVierendeel Beban Tegangan Regangan (N) (N/mm2) 2745763 146.441 0.000732 3288136 175.367 0.000877 3491526 186.215 0.000931 3694915 197.062 0.000985 2186441 116.610 0.000583 16949 0.904 0.000005 2220339 118.418 0.000592 Tabel9.4Tabel kurva hubungan Tegangan dan Regangan sistem Vierendeel Portal 2 Lantai SistemBresing-X Beban Tegangan Regangan (N) (N/mm2) 2779661 3338983 3525424 3677966 2220339 2237288 16949
Gambar 3.5 Hasil deformed shape Sistem Vierendeel Lantai 1
Gambar3.6Hasil deformed shape Sistem Bresing-X Lantai 1
148.249 178.079 188.023 196.158 118.418 119.322 0.904
0.000741 0.000890 0.000940 0.000981 0.000592 0.000597 0.000005
Tabel9.5 Tabel kurva hubungan Tegangan dan Regangan sistem Vierendeel Portal 2 Lantai
Grafik9.2 Grafik perbandingan hubungan Tegangan dan Regangan sistem Vierendeel dan sistem Bresing-X Portal 2 Lantai
JURNAL TEKNIK POMITS
5
c. Analisa Perilaku Struktur Perilaku Penampang STMF Vierendeel
Gambar 9.10 Simpangan rangka STMF Vierendeel step 4 Gambar 9.7 Simpangan rangka STMF Vierendeel step 1
Gambar 9.11 Simpangan rangka STMF Vierendeel step 5 Gambar 9.8 Simpangan rangka STMF Vierendeel step 2
Perilaku Tegangan dan Penampang STMF Vierendeel
Regangan
Dalam analisa, akan ditinjau 2 titik (1 titik pada kolom, 1 titik pada special segment). Peninjauan tersebut berdasarkan perilakunya dari segi tegangan, regangan, dan deformasi. 2 1
Gambar 9.9 Simpangan rangka STMF Vierendeel step 3 Gambar9.12 Titik Acuan pada analisa STMF Sistem Vierendeel
JURNAL TEKNIK POMITS
6
a. Titik 1 (Tengah Bentang KolomVierendeel)
b. Titik 2 (Tengah Bentang Special Segmen Vierendeel) Gambar9.15 Simpangan rangka STMF Bresing-X step 3
Perilaku Penampang STMF Bresing-X
Gambar9.16 Simpangan rangka STMF Bresing-X step 4
Gambar 9.13 Simpangan rangka STMF Bresing-X step 1
Gambar9.17 Simpangan rangka STMF Bresing-X step 5
Gambar 9.14 Simpangan rangka STMF Bresing-X step 2
Perilaku Tegangan dan Penampang STMF Bresing-X
Regangan
Dalam analisa, akan ditinjau 2 titik (1 titik pada kolom, 1 titik pada special segment). Peninjauan tersebut berdasarkan perilakunya dari segi tegangan, regangan, dan deformasi.
JURNAL TEKNIK POMITS
7
2 1
Gambar 9.18 Titik Acuan pada analisa STMF Sistem Bresing-X c. Titik 1 (Tengah Bentang Special Segmen Bresing-X)
d. Titik 2 (Tengah Bentang Special Segmen Bresing-X)
Dari grafik tersebut, menunjukan bahwa sistem Bresing-X memiliki tegangan yang lebih besar dari pada sistem Vierendeel. Kelelehan yang terjadi dapat mengakibatkan penampang mengalami collapse. Ini ditunjukan dengan hasil displacement yang telah mencapai nilai sangat besar dan regangan yang telah melebihi nilai regangan maksimum baja. Dari grafik tersebut, menunjukan bahwa sistem Bresing-X memiliki tegangan yang lebih besar dari pada sistem Vierendeel. Kelelehan yang terjadi mengakibatkan penampang mengalami collapse. Ini ditunjukan dengan hasil displacement yang telah mencapai nilai sangat besar dan regangan yang telah melebihi nilai regangan maksimum baja. 1.
Grafik Hubungan Tegangan dan Regangan Berikut hasil analisa STMF yang berupa grafik antara tegangan dengan regangan
2.
3.
4.
5.
IV. KESIMPULAN Sistem STMF yang dianalisa adalah Sistem Vierendel dan Sistem Bresing-X. Keduanya di analisadengan menggunakan metode Push Over. Jenis pembebanan yang diberikan adalah beban pressure yang dibebankan pada ujung atas portal dengan load factor 2x, 3x, 4x, hingga 5x hingga struktur mencapai kondisi collepse. Hasil analisa Push Over (two story) menunjukkan bahwa penampang sistem Bresing-X mengalami kelelehan terlebih dahulu dibandingkan dengan penampang sistem Vierendeel. STMF sistem Bresing-X memiliki defleksi yang lebih kecil dibandingkan dengan STMF sistem Vierendeel sehingga sistem Bresing-X lebih kaku dibandingkan sistem Vierendeel yang memiliki sifat lebih daktail. STMF sistem Bresing-X memiliki tegangan yang lebih besar dari pada sistem Vierendeel.
JURNAL TEKNIK POMITS DAFTAR PUSTAKA
1.
AISC. 2010. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Chicago, Illinois : American Institute of Steel Construction 2. Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung. Bandung: Ditjen Cipta Karya Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan 3. Deulkar, dkk. 2010. ”Special Truss Moment Frame for Vibration Control of Building Structure”. IJRRAS 4, 363-372 4. Engelheardt dan Michael D. 2007. Design of Seismic Resistant Steel Building Structures. University of Texas 5. Gary dan Paul. 2012. ”Seismic Performance of Special Truss Moment Frame with Eccentric Configurations”. Journal of Structural Engineering, ASCE, 345-353 6. Larry, dkk.2007. ”Seismic Response and Performance of Special Truss Moment Frames”. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1195-1204 7. Marwan dan Isdarmanu. 2006. Struktur Baja 1. Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya 8. Qiang Xie. 2004. ”State of the art of Special Truss Moment Frame in Asia”.Journal of Conctructional Steel Research 61,727-748 9. Sahoo dan Chao. 2010. ”PerformacedBasic Plastic design method of Special Truss Moment Frame”. Engineering Structures 32,2950-2958 10. Standar Nasional Indonesia. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung. Badan Standarisasi Nasional.
8
