1
STUDI PERILAKU KNEE BRACED FRAME DENGAN KONFIGURASI X-BRACED Galih Reza Ardian, Budi Suswanto, R. Soewardojo. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Knee Braced Frame (KBF) adalah salah satu sistem rangka penahan gempa yang efektif untuk digunakan di daerah rawan gempa seperti di Indonesia. KBF merupakan hasil penggabungan sistem rangka antara rangka pemikul momen (Momen Resisting Frame/ MRF) dan rangka berpangku konsentrik (Concentrically Braced Frame/CBF) sehingga memiliki kekakuan yang lebih baik dari MRF dan Daktilitas yang lebih baik dari CBF Metode yang digunakan untuk mengevaluasi perilaku Knee Braced Frame dengan membuat desain bangunan fiktif yang nantinya diberi beban gempa. Evaluasi perilaku ini meliputi daktilitas, energi disipasi, kekakuan, kekuatan akibat pemberian beban gempa. Studi ini juga dibantu oleh program bantu struktur SAP 2000 V.14 .2.2 untuk mengetahui gaya dalam pada struktur dan ABAQUS untuk mengetahui perilaku dari KBF. Di dalam sistem ini, knee element merupakan ductile fuse sehingga ketika terjadi gempa berkekuatan kecil, knee element mampu untuk tetap elastis. Disaat gempa berkekuatan sedang knee element mampu mendisipasi energi sehingga dapat melindungi rangka utama. Pada saat gempa besar, knee element mampu mendisipasi terlebih dahulu energi yang masuk sehingga energi yang diterima rangka utama tidak sebesar energi awal
dalam sistem ini knee element bertindak sebagai ductile fuse, sehingga diharapakan knee element leleh terlebih dahulu pada saat terjadinya gempa.
Gambar 1 Struktur rangka baja tahan gempa : (a. Momen resisting frame (MRF) (b. Concentric braced Frame (CBF) (c. Eccentric braced frame (EBF) (d. Knee brace frame (KBF) KBF dirancang untuk mampu menyediakan kapasitas deformasi inelastis yang signifikan terutama melali geser atau lentur di knee element. Pada KBF, knee element merupakan bagian terlemah dari KBF jadi pada setiap kegagalan atau keruntuhan pada struktur harus terjadi kerusakan dahulu pada knee element dan juga harus memiliki daktilitas yang tinggi. Sedangkan pengaku diagonal, kolom dan segmen balok untuk sisa tegangan elastik dibawah tegangan maksimum yang dapat dihasilkan oleh knee element pada saat leleh.[1]
Kata kunci : Knee Braced Frame (KBF), Knee Element, Bangunan tahan gempa. .
S
I. PENDAHULUAN
stem yang umum dipakai untuk menahan beban gempa dalah Momen Resisting Frame (MRF) dan Concentrically Braced Frame (CBF). MRF bersifat daktail tetapi kurang kaku untuk memenuhi persyaratan drift control sedangkan CBF bersifat kaku tetapi memiliki kemampuan menyalurkan energi yang terbatas.. Knee Braced Frame (KBF) ditemukan oleh Aristizabal Ochoa (1986) dan dikembangkan pertama kali oleh T.Balendra dan kawan-kawan (1990,1991 dan 2000) dan setelah itu dikembangkan oleh beberapa peneliti termasuk Clement dan kawan-kawan (2002 dan 2004) Naemi dan Bozorg (2009) Kangavar (2012) M.Shoukohian dan kawankawan (2012) dan lain-lain. KBF sama dengan EBF yang merupakan hasil penggabungan dari MRF dan CBF yang memiliki kekakuan sebesar CBF. Berbeda dengan EBF, di
Gambar 2 Desain KBF: (a. K-KBF, (b. X-KBF, (c. Single KBF dengan satu knee element, (d. Single KBF dengan dua knee element [1]. KBF adalah konsep yang secara paten diperkenalkan oleh Aristazabal Ochoa (1986) dan setelahnya dikembangkan oleh Bourhala (1990) dan Balendra (1990 dan 1995). Dalam KBF, croos-Brace utama tersambung dengan knee element yang pendek yang terbentang secara diagonal terhadap sambungan beton-kolom. Knee element didesain untuk tetap elastis dalam gempa bumi berskala kecil. Disaat gempa bumi berskala sedang, semua energy di dissipasi oleh knee element untuk melindungi rangka utama. Dalam gempa bumi berskala besar, ketika beberapa kerusakan pada rangka utama tidak mungkin dihindarkan, energi telah didisipasi oleh knee element sehingga
2 mengurangi energy yang seharusnya diterima oleh rangka utama [2].
strukturnya dan variabelnya dapat dilihat pada Gambar dibawah
Gambar 3 Contoh knee element [1] II. URAIAN PENELITIAN
Gambar 4 Denah bangunan dan letak pengaku
A. Jenis dan Konsep Penelitian Penelitian ini menganalisa perilaku KBF. Untuk mengetahui kegagalan struktur maka parameter yang digunakan yaitu tegangan dan regangan yang terjadi pada setiap elemen. Dari hasil analisa tersebut dapat diketahui elemen terlemah dari KBF. B. Proses Penelitian Proses penelitian ini ditampilkan dalam sebuah diagram alir metodologi yang dapat dilihat pada diagram alir dibawah ini :
Gambar 5 X-KBF sepuluh tingkat
C. Desain Perencanaan KBF Dalam studi kasus kali ini yang akan dipelajari secara detail adalah perilaku elemen struktur pada KBF. Jenis struktur yang akan digunakan adalah KBF dengan Konfigutasi X-braced , adapun model
Gambar 7 Detail Pengaku
3.3.1.
Preleminary Design Untuk mendapatkan kinerja maksimal dari link yang ditinjau digunakan, pembebanan gempa diasumsikan dengan beban gempa dari Zona 6 Tabel 1 Desain Perencanaan Profil Struktural
Elemen Struktur
Dimensi Penampang
Knee Element
WF 250.250.14.14
Balok
WF 400.300.10.16
Balok anak
WF 250.125.6.9
Bracing
WF 250.250.14.14
Kolom lantai 1-5
KC 700.300.13.24
Kolom lantai 6-10
KC 600.300.12.20
III.
HASIL DAN DISKUSI
A. Analisa Pushover Hasil analisa pushover dari software analisa struktur sebagai berikut
300000 200000 100000 0 0.00 1.50 3.00 4.50 6.00 7.50 8.94 10.53 12.43 14.35 14.35 15.00
H = 4m, h = 80cm B = 5m, b = 100 cm
Base Force (kg)
3
Displacement (cm)
Gambar 9 kurva Antara base force dan displacement Daktilitas = =
….SNI 03-1726-2002 =1,61
B. Analisa Hasil Program Bantu Finite Element Analysis Pada bagian ini akan dibahas perilaku dari struktur knee brace frame dengan menggunakan piranti lunak ABAQUS versi 6.10. piranti lunak ini digunakan untuk menganalisa portal dan memiliki hasil yang lebih detail daripada SAP.
Input beban akan diberikan pada balok yang diasumsikan sebagai beban pressure 1 ton yang diberikan merata pada penampang profil, dan nantinya akan diberikan secara bertahap. Q = 1000 . g / Abalok Q = 1000 . 9.81 / 136 Q = 72.1324 N/mm2 Tabel 2 beban pasa programbantu finite element analysis
Gambar 8 step-step pembentukan sendi plastis pada struktur tersebut
Dari hasil analisa pushover dapat kurva antara base force dan displacement yang terjadi. Selanjutnya dari hari hasil diagram base force dan displacement akan dicari tingkat daktilitas sistem struktur tersebut
no
Tahapan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Besaran beban 2 (N/mm ) 7.21324 14.42648 21.63972 28.85296 36.0662 43.27944 50.49268 57.70592 64.91916 72.1324
4
Balok Tegangan
300 200 100 0
Regangan Gambar 9 posisi beban Q di ABAQUS
Kolom Tegangan
Dalam permodelan ABAQUS, hasil yang ditinjau adalah tegangan pada elemen struktur KBF, yang nantinya akan dibandingkan antara elemen struktur tersebut. Berikut hasil dari program ABAQUS
Gambar 7. 2 Diagram tegagan dan regangan balok
300 200 100 0
Regangan Gambar 7. 3 Diagram tegagan dan regangan kolom
Diagram Perbandingan Gambar 9 Hasil ABAQUS
Tegangan
knee element 300 200 100 0
Tegangan
300 200
Kolom
100
knee element
0
Balok Regangan
Gambar 7. 4 Diagram perbandingan antar elemen
KESIMPULAN Regangan Gambar 7. 1 Diagram tegagan dan Q knee element
Setelah dilakukan analisa struktur dengan software SAP dan ABAQUS maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: - Dari hasil analisa pushover maka diketahui bahwa struktur KBF dengan konfigurasi x-braced ini memilik daktilitas sebesar 1,61 - Pada proses leleh dan runtuh, elemen KBF akan terkena leleh terlebih dahulu yaitu knee element. Selanjutnya kolom dan balok - Knee element akan mencapai kelelehan saat regangan mencapai 0,0058
5
Saran - Diperlukan peneletian lebih lanjut untuk membandingkan tingkat keandalan struktur KBF dibandingkan struktur lain DAFTAR PUSTAKA Williams, M. and Clement, D., 2004, Application of Pushover Analysisi to The Design of Structures Containing Disspative Elements [2] Naeemi, M. and Bozorg, M. , 2009, Seismic Performance of Knee Braced Frame [3] Kangavar, M., 2012, Seismic Propensity of Knee Braced Frame (KBF) As Weighed Against Concentric Braced Frame (CBF) Utilizing ETABS and OPENSEES, [4] Reza Ardian , Galih, STUDI PERILAKU KNEE BRACED FRAME DENGAN KONFIGURASI XBRACED, Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember (2014). [1]
