JUDUL PENELITIAN
ANALISIS KONSTRUKSI BERTAHAP PADA STRUKTUR RANGKA TERBUKA BETON BERTULANG DENGAN PERKUTAN BRESING BAJA
Oleh : Ir. Made Sukrawa., MSCE, Ph.D Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
ABSTRAK Pedoman lama tentang perencanaan tahan gempa untuk bangunan gedung (SNI-1726-2002), telah diganti dengan pedoman baru (SNI 1726: 2012) yang diresmikan pada tahun 2014. Pedoman baru ini diyakini lebih akurat daripada yang lama, sehingga struktur yang dibangun berdasarkan pedoman lama bisa jadi tidak memenuhi persyaratan pedoman baru yang menuntut pendetailan lebih ketat. Dengan demikian, bangunan-bangunan yang sudah ada perlu diperiksa menggunakan pedoman baru, untuk memastikan keamanan dan kinerja struktur. Jika kebutuhan tulangan tidak memenuhi (over stressed), maka struktur tersebut perlu diperkuat. Untuk memperkuat struktur, ada beberapa metode yang tersedia seperti penguatan komponen dan penambahan komponen struktur. Penambahan bresing baja pada struktur rangka merupakan salah satu metode perkuatan struktur yang sudah sering digunakan. Karena bresing ditambahkan setelah bangunan berdiri, maka harus dianalisis dengan metode konstruksi bertahap (stage construction analysis). Penelitian ini merupakan perkuatan seismik dari rangka beton bertulang (RBB) 3, 4, dan 5 lantai menggunakan bresing baja. Tiga model struktur rangka terbuka 2D 3, 4 dan 5 lantai dibuat dan dianalisis dalam SAP2000 v17 dengan pendetailan menengah (sway ordinary) sesuai ketentuan SNI 1726:2002. Struktur tersebut terdiri dari 3 bentang dengan panjang bentang 6 m dan tinggi tingkat 3,5 m. Setelah mendapatkan dimensi struktur berdasarkan SNI 1726:2002, kemudian dianalisis kembali dengan pendetailan khusus (sway special) sesuai ketentuan SNI 1726:2012. Struktur rangka terbuka yang telah dianalisis dengan ketentuan SNI 1726:2012, kemudian ditambahkan bresing sebagai perkuatan seismik. Digunakan 2 tipe bresing yaitu X dan V terbalik konsentrik serta dianalisis dengan analisis konvensional dan konstruksi bertahap (stage construction analysis) sesuai tahapan pelaksanaannya. Dari hasil analisis didapat bahwa, terjadi tegangan berlebih (over stressed) pada beberapa elemen struktur jika dianalisis dengan ketentuan SNI 1726:2012. Perkuatan struktur rangka terbuka beton bertulang dengan bresing baja sangat efektif dalam meningkatkan kekakukan dan kekuatan struktur. Dari analisis konstruksi bertahap, perkuatan dengan bresing X mampu memperkecil simpangan sampai 92,29 %, 87,96 % dan 82,48 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan perkuatan dengan bresing V terbalik konsentrik memperkecil simpangan sampai 92,66 %, 88,80 % dan 83,71 %. Untuk struktur dengan bresing X, simpangan yang dianalisis dengan metode analisis konstruksi bertahap 14,38 %, 13,62 % dan 9,98 % lebih besar dibandingka dengan nilai pada analisis konvensional untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan pada struktur dengan bresing V terbalik simpangan 15,83 %, 14,29 % dan 10,09 % lebih besar dari nilai analisis konvensional. Gaya-gaya dalam yang terjadi pada struktur dengan perkuatan sebagian besar lebih kecil daripada gaya-gaya dalam pada struktur rangka terbuka, sehingga membutuhkan luas tulangan yang lebih kecil. Kata kunci: analisis konstruksi bertahap, bresing konsentrik, perkuatan seismik
ii
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Penelitian yang berjudul “Analisis Konstruksi Bertahap Pada Struktur Rangka Terbuka Beton Bertulang Dengan Perkuatan Bresing Baja”. Dalam penyusunan Penelitian ini penulis mendapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Program Pasca Sarjana Teknik Sipil Universitas Udayana sebagai pendana dalam penelitian ini.
Denpasar,
September 2015
iii
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ABSTRAK ........................................................................................................... ii UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................... iii DAFTAR ISI ......................................................................................................... iv DAFTAR TABEL ................................................................................................ vi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................................1 1.2 Tujua Khusus .........................................................................................2 1.3 Keutamaan Penelitian.............................................................................3 1.4 Potensi Hasil yang Diharapkan ..............................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Rangka Batang Bresing Konsentrik ...........................................4 2.2 Sistem Rangka Batang Bresing Konsentrik Khusus (SRBKK) .............5 2.3 Penelitian Terkait Penggunaan Bresing Sebagai Perkuatan Struktur Rangka Beton Bertulang .......................................................................7 2.3.1 Youssef et al (2007) .....................................................................7 2.3.2 Massumi dan Absalan (2013) .......................................................9 2.3.3 Jirsa (2000) .................................................................................11 2.3.4 Massumi dan Tasnimi (2008).....................................................12 2.3.5 Maheri (2009) .............................................................................13 2.3.6 Viswanath et al (2010) ...............................................................16 2.3.7 Ismail et al (2015) ......................................................................17 2.4 Material Beton ......................................................................................18 2.5 Beban Gempa .......................................................................................21 2.5.1 Beban Gempa Berdasarkan SNI 1726:2002...............................21 2.5.2 Beban Gempa Berdasarkan SNI 1726:2012...............................25 2.6 Analisis Konstruksi Bertahap ...............................................................28 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Alur Penelitian….. ...............................................................................31 3.2 Model Struktur 3, 4 dan 5 Lantai .........................................................32 3.2.1 Data Geometrik...........................................................................32 3.2.2 Data Material ..............................................................................33 3.2.3 Data Pembebanan .......................................................................34 3.3 Analisis Konstruksi Bertahap (Stage Construction Analysis)..............36 3.4 Penetapan Metode Analisis dan Model untuk Perkuatan Seismik .......38 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Model Gedung….. ................................................................................39 4.2 Perkuatan Struktur dengan Bresing ......................................................47
iv
4.3 Tahapan Analisis Konstruksi Bertahap ................................................48 4.4 Simpangan ............................................................................................49 4.5 Gaya-gaya Dalam ..................................................................................53 4.5.1 Gaya-gaya Dalam Balok ............................................................53 4.5.2 Gaya-gaya Dalam Kolom ...........................................................55 4.6 Perbandingan Luas Tulangan ...............................................................56
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ..............................................................................................62 5.2 Saran .....................................................................................................63 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................64 LAMPIRAN Lampiran A: Acuan Gempa Rencana ....................................................................66 Lampiran B: Diagram Momen ...............................................................................82 Lampiran C: Diagram Gaya Geser .........................................................................91 Lampiran D: Diagram Gaya Normal....................................................................100 Lampiran E: Anggaran Penelitian ........................................................................109
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Data Model Setelah dari Hasil Pengujian .............................................8 Tabel 4.1 Dimensi Penampang Struktur Gedung 3 Lantai .................................40 Tabel 4.2 Dimensi Penampang Struktur Gedung 4 Lantai .................................40 Tabel 4.3 Dimensi Penampang Struktur Gedung 5 Lantai .................................41 Tabel 4.4 Simpangan Antar Lantai Portal 3 Lantai..............................................51 Tabel 4.5 Simpangan Antar Lantai Portal 4 Lantai..............................................52 Tabel 4.6 Simpangan Antar Lantai Portal 5 Lantai..............................................52 Tabel 4.7 Drift Ratio Tiap Lantai Portal 3 Lantai ................................................52 Tabel 4.8 Drift Ratio Tiap Lantai Portal 4 Lantai ................................................53 Tabel 4.9 Drift Ratio Tiap Lantai Portal 5 Lantai ................................................53 Tabel 4.10 Gaya-gaya Dalam Maksimum Balok pada Struktur 3 Lantai .............54 Tabel 4.11 Gaya-gaya Dalam Maksimum Balok pada Struktur 4 Lantai .............54 Tabel 4.12 Gaya-gaya Dalam Maksimum Balok pada Struktur 5 Lantai .............54 Tabel 4.13 Gaya-gaya Dalam Maksimum Kolom pada Struktur 3 Lantai ...........55 Tabel 4.14 Gaya-gaya Dalam Maksimum Kolom pada Struktur 4 Lantai ...........55 Tabel 4.15 Gaya-gaya Dalam Maksimum Kolom pada Struktur 5 Lantai ...........55 Tabel 4.16 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Kolom Model 3 Lantai..............56 Tabel 4.17 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Balok Model 3 Lantai ...............57 Tabel 4.18 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Kolom Model 4 Lantai..............57 Tabel 4.19 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Balok Model 4 Lantai ...............58 Tabel 4.20 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Kolom Model 5 Lantai...............59 Tabel 4.21 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Balok Model 5 Lantai ................59
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Detail Rangka Momen (b) Detail Rangka Bresing ........................7 Gambar 2.2 Hubungan Beban dan Rasio Simpangan .............................................8 Gambar 2.3 a) Rangka Momen (b) Rangka Momen dengan Pelat Buhul (c) Rangka Bresing Beserta Konektornya (d) Detail Pelat Buhul ............9 Gambar 2.4 Pola Retak dari Pengujian .................................................................10 Gambar 2.5 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 .................................................................................................11 Gambar 2.6 Kurva Tegangan Regangan ...............................................................20 Gambar 2.7 Kurva Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan Regangan ..........................................................................................21 Gambar 2.8 Bentuk Tipikal Spektrum Respons Gempa Rencana ........................22 Gambar 3.1 Tahapan Kegiatan Penelitian .............................................................31 Gambar 3.2 Struktur rangka terbuka (RT) 3, 4 dan 5 tingkat ...............................32 Gambar 3.3 Variasi tipe bresing untuk masing-masing tingkat ............................33 Gambar 3.4 Pengaturan UBC 97 yang Disesuaikan dengan SNI 1726:2002 .......35 Gambar 3.5 Pengaturan IBC 2009 yang Disesuaikan dengan SNI 1726:2012 .....35 Gambar 3.6 Kotak Dialog Analysis Case..............................................................36 Gambar 3.7 Kotak Dialog Analysis Case Data .....................................................37 Gambar 4.1 Model Gedung 2D RT 3 ....................................................................39 Gambar 4.2 Model Gedung 2D RT 4 ....................................................................39 Gambar 4.3 Model Gedung 2D RT 5 ....................................................................40 Gambar 4.4 Luas Tulangan Model Gedung 3 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2002 .....................................................................41 Gambar 4.5 Luas Tulangan Model Gedung 4 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2002 .....................................................................42 Gambar 4.6 Luas Tulangan Model Gedung 5 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2002 .....................................................................43 Gambar 4.7 Luas Tulangan Model Gedung 3 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2012 .....................................................................44 Gambar 4.8 Luas Tulangan Model Gedung 4 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2012 .....................................................................45 Gambar 4.9 Luas Tulangan Model Gedung 5 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2012 .....................................................................46 Gambar 4.10 Pemodelan Bresing Portal 3 Tingkat ................................................47 Gambar 4.11 Analisis Konstruksi Bertahap Portal 3 .............................................49 Gambar 4.12 Perbandingan Simpangan Model RT dan RT + Bresing Portal 3 Lantai ...................................................................................50 Gambar 4.13 Perbandingan Simpangan Model RT dan RT + Bresing Portal 4 Lantai ...................................................................................50 Gambar 4.14 Perbandingan Simpangan Model RT dan RT + Bresing Portal 5 Lantai ...................................................................................51
vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Perubahan fungsi bangunan dan peraturan perencanaan merupakan alasan
dilakukannya perkuatan terhadap struktur bangunan yang sudah berdiri. Sebagai contoh, dengan ditetapkannya SNI 1726:2012 (SNI baru) sebagai revisi terhadap SNI-03-1726-2002 (SNI lama) tentang tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung, maka beberapa wilayah di Indonesia mengalami peningkatan risiko yang dinyatakan dengan kategori disain seismik (KDS) A, B, C untuk risiko rendah sampai sedang dan D, E, F untuk risiko tinggi. Daerah Bali selatan berdasarkan SNI lama termasuk wilayah gempa V dengan risiko gempa sedang berubah menjadi KDS D. Perubahan ini berakibat pada peningkatan beban gempa rencana dan peningkatan syarat pendetailan struktur. Secara teori, struktur gedung yang dirancang menggunakan SNI lama akan mengalami tegangan berlebih (over stressed) kalau menerima beban gempa rencana menurut SNI baru. Tegangan berlebih ini dapat menyebabkan kegagalan struktur ringan sampai berat yang tidak hanya menyebabkan kerugian materi, tetapi juga bisa menimbulkan korban jiwa. Adapun revisi dari SNI lama ke SNI baru didasarkan pada catatan kejadian gempa yang lebih lengkap dan akurat sehingga lebih terpercaya (reliable). Untuk itu, pemerintah dan masyarakat terkait perlu melakukan evaluasi terhadap keamanan struktur bangunannya masing-masing. Puspem Badung merupakan salah satu bangunan pemerintah yang sudah dievaluasi oleh Dinas Cipta Karya bekerja sama dengan tim ahli dari Himpunan Ahli Konstruksi Indonesia (HAKI, 2012). Ternyata struktur bangunan yang dirancang dengan SNI 2002 akan mengalami tegangan berlebih pada beberapa komponen strukturnya jika dikenakan beban gempa rencana yang diatur dalam SNI 2012. Untuk
1
itu, beberapa komponen struktur gedung tersebut perlu diperkuat untuk mencegah terjadinya kegagalan akibat gempa. Ada beberapa metode yang sering digunakan untuk perkuatan struktur yang sudah berdiri (existing) antara lain penambahan komponen struktur (kolom, dinding), peningkatan kekuatan elemen struktur (pembesaran dimensi, penambahan lapisan berupa pelat baja (steel jacket) atau bahan komposit seperti FRP), pengurangan berat komponen non struktur dan kombinasi lainnya. Di negara-negara berkembang banyak menggunakan bresing baja sebagai perkuatan terhadap struktur rangka yang telah berdiri karena sangat efektif meningkatkan kekakuan dan kekuatan struktur (Youssef et.al, 2006; Massumi and Absalan, 2013; Maheri, 2009). Salah satu metode perkuatan yang mudah dilakukan pada struktur yang sudah berdiri adalah penambahan bresing berbentuk V (terbalik) dan X. Penambahan bresing pada struktur yang sudah berdiri akan memperkuat struktur dalam menahan beban lateral akibat gempa. Dengan metode perkuatan ini fungsi awal bangunan masih bisa digunakan seperti biasa tanpa menggangu, karena bresing dapat diletakkan pada posisi yang dikehendaki dan tipe bresing yang dipilih masih memungkinkan adanya bukaan jendela maupun pintu. Pada struktur yang sudah berdiri, struktur sudah mengalami deformasi akibat beban-beban yang bekerja (beban mati dan hidup). Pada saat dilakukan perkuatan struktur dengan penambahan bresing baja, struktur sudah dalam keadaan berdeformasi. Sehingga analisis struktur setelah ditambahkan perkuatan bresing harus memperhitungkan deformasi yang sudah terjadi. Salah satu metode analisis yang bisa digunakan adalah analisis konstruksi bertahap (stage construction analysis). 1.2
Tujuan Khusus Secara khusus penelitian ini diperlukan untuk mendapatkan perilaku model
struktur rangka beton bertulang dengan perkuatan seismik berupa bresing baja yang
2
dianalisis sesuai tahapan pelaksanaannya yaitu analisis konstruksi bertahap (stage construction analysis). 1.3
Keutamaan Penelitian Pengujian laboratorium terkait struktur rangka beton bertulang dengan
perkuatan bresing baja telah dilakukan. Analisis tentang efek penambahan bresing terhadap perilaku struktur rangka beton bertulang juga sudah banyak dilakukan. Namun demikian, analisis konstruksi bertahap terhadap efek penambahan bresing terhadap struktur rangka beton bertulang yang telah berdiri belum dilakukan. Untuk itu, penelitian ini sangat diperlukan untuk mengetahui efek penambahan bresing terhadap perilaku struktur yang telah berdiri dan berdeformasi dibandingkan dengan struktur yang telah diberi bresing sejak awal. 1.4
Potensi Hasil yang Diharapkan Dari hasil penelitian ini akan diperoleh sumbangan kekuatan dan kekakuan
dari bresing baja terhadap kekuatan dan kekakuan rangka terbuka beton bertulang dalam menahan beban gempa untuk diaplikasikan sebagai metode perkuatan struktur yang telah berdiri yang murah dan mudah dilakukan.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Perubahan peta gempa nasional dan juga perubahan peraturan perencanaan bangunan tahan gempa merupakan salah satu upaya meminimalisir dampak yang ditimbulkan oleh gempa yang terjadi. Banyak metode yang bisa digunakan guna meminimalisir dampak gempa tersebut. Penelitian tentang metode perkuatan terhadap gempa telah banyak dilakukan oleh peneliti di seluruh dunia. Salah satu metode yang lumrah digunakan adalah bresing. Bresing merupakan metode yang sangat efisien dan ekonomis untuk menahan gaya horisontal pada struktur rangka. 2.1.
Sistem Rangka Batang Bresing Konsentrik Sistem rangka batang bresing konsentrik (SRBK) merupakan sistem
struktur untuk menahan beban lateral dengan kekakuan struktur yang tinggi, karena adanya bresing diagonal yang berfungsi untuk menahan beban lateral pada struktur. Elemen bresing pada sistem SRBK berfungsi untuk menahan kekakuan struktur, sehingga deformasi struktur akan menjadi lebih kecil. Elemen bresing diharapkan mampu berdeformasi inelastik yang besar tanpa terjadi kehilangan yang signifikan pada kekuatan dan kekakuan struktur. Pada sistem struktur SRBK, kategori struktur dibagi menjadi dua yaitu sistem rangka bresing konsentrik biasa (SRBKB), dan sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK). Perbedaan dari kedua sistem tersebut terletak
pada deformasi yang
diharapkan. Pada SRBKB, diharapkan dapat mengalami deformasi inelastik secara terbatas apabila dibebani oleh gaya-gaya yang berasal dari beban gempa rencana. Sedangkan pada SRBKK struktur diharapkan dapat berdeformasi inelastik cukup besar akibat gaya gempa rencana. SRBKK memiliki daktilitas yang lebih tinggi dibandingkan SRBKB dan penurunan kekuatan lebih kecil pada saat terjadi tekuk pada bresing tekan (AISC, 2012).
4
2.2.
Sistem Rangka Batang Bresing Konsentrik Khusus (SRBKK) Rangka batang bresing konsentrik khusus adalah pengaplikasian untuk
rangka bresing yang terdiri dari batang yang terhubung secara konsentris. Kebutuhan kekuatan dari kolom, balok, dan sambungan dalam rangka batang bresing 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 bresing diasumsikan untuk menahan kekuatan yang sesuai dengan kekuatan mereka diharapkan pada tekanan dan tarikan.
Sebuah analisis yang semua bresing di asumsikan untuk menahan gaya yang sesuai dengan kekuatan yang diharapkan dan semua bresing dalam tekan diasumsikan untuk menahan kekuatan tekuk yang diharapkan. Bresing 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 bresing harus diambil maksimal 0,3 kali dari kekuatan bresing pada tekanan yang diinginkan. Sedangkan untuk penjabaran dari kekuatan tarik bresing dirumuskan sebagai beriku: Ry = Fy.Ag
(2.1)
Keterangan: Ry = ratio dari tegangan leleh yang diinginkan Fy = tegangan leleh minimum dari baja yang digunakan (MPa) Ag = luas kotor (mm2) Untuk pendistribusian beban lateral bresing, salah satu arah dari gaya pararel ke bresing setidaknya 30% tetapi tidak lebih dari 70% dari total gaya horizontal sepanjang garis itu yang ditahan oleh tarik bresing. Kecuali jika kekuatan yang tersedia dari setiap bresing pada tekanan lebih besar dari kebutuhan kekuatan yang dihasilkan dari pengaplikasian dari kombinasi beban yang tepat
5
ditentukan oleh kode bangunan yang berlaku termasuk perkuatan beban gempa. Untuk tujuan dari ketentuan ini, batang dari bresing didefinisikan sebagai batang sendiri atau batang pararel dengan rencana mengimbangi dari 10% atau kurang dimensi bangunan tegak lurus pada batang bresing. Kolom dan bresing harus memenuhi persyaratan daktilitas yang tinggi dan untuk balok harus memenuhi kecukupan daktilitas. Bresing harus memenuhi persyaratan AISC, 2010 yaitu: 1. Kelangsingan bresing 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 bresing. Kecuali dimana tekuk dari bresing sekitar tekuk kritis tidak menyebabkan geser dalam koneksi desain konektor harus mematuhi ketentuan ini. 3. Luas bersih efektif bresing harus tidak kurang dari luas kotor bresing dimana tulangan pada bresing dengan syarat. Spesifikasi minimum kekuatan leleh dari tulangan harus setidaknya spesifikasi minimum kekuatan leleh dari bresing. Koneksi dari tulangan ke bresing harus mempunyai kecukupan kekuatan untuk mengembalikan kekuatan tulangan yang diharapkan pada setiap sisi dari bagian yang direduksi. Koneksi bresing bisa berupa las atau koneksi antar balok dan kolom. Hal hal yang dibutuhkan untuk mempertimbangkan koneksi bresing yaitu kekuatan tarik, kekuatan tekan dan akomodasi dari tekuk bresing. 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 bresing.
6
2.3.
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: 2.3.1.
Youssef et al (2007) Penelitian tentang kinerja seismik rangka bresing baja yang diperkuat
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.
a
b
Gambar 2.1 (a) Detail Rangka Momen (b) Detail 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 2.1.
7
Tabel 2.1 Data model setelah dari hasil pengujian Balok Kolom Beban retak Model 1 140x160mm 140x160mm Tulangan 2M10 4M15 30 kN memanjang Sengkang ∅6-35 ∅6-35 Model 2 140x160mm 140x160mm Tulangan 2M10 4M10 memanjang 90 kN Sengkang ∅6-70 ∅6-70 bresing L25x25x3,2
Beban leleh
Beban Maks
37,5 kN
55 kN
105 kN
140 kN
Hasil pengujian menunjukan hubungan beban dan rasio simpangan seperti pada gambar 2.1. 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.
Gambar 2.2 Hubungan Beban dan Rasio Simpangan Sumber: Youssef et.al (2007)
8
2.3.2.
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 1,26 m dengan ukuran pondasi yaitu panjang 0,8 m lebar 0,3 m dan tinggi 0,3 m. Untuk ukuran balok dan kolom yaitu 120x120 mm, bresing 20x20x2 mm dengan kuat leleh sekitar 240 MPa dan kuat tekan beton f’c 25 MPa. Untuk pendetailan sambungan bresing digunakan plat gusset dengan ukuran L 100x100x10 mm dan PL 100x100x8 mm.
b
a
c
d
Gambar 2.3 (a) Rangka Momen (b) Rangka Momen dengan Pelat Buhul (c) Rangka Bresing Beserta Konektornya (d) Detail Pelat Buhul Sumber: Massumi dan Absalan (2013)
9
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 2.4 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, dimana meningkatkan kekuatan ultimit struktur. Hasil pengujian software ANSYS juga menghasilkan peningkat kekuatan yang signifikan untuk rangka dengan penambahan bresing. Ternyata plat buhul juga memberi kekuatan pada rangka momen. Hasil interaksi keselurahan elemen tersebut menghasilkan perkuatan yang ditinjau dari penambahan masing masing elemen sampai 100 %. Peningkatan yang signifikan bisa dilihat pada Gambar 2.5. 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.
10
Gambar 2.5 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 Sumber: Massumi dan Absalan (2013)
2.3.3.
Jirsa (2000) Jirsa (2000) merangkum beberapa pertemuan antara US dan Jepang
mengenai rehabilitasi akibat gempa pada struktur beton bertulang. Pertemuan antara US dan Jepang untuk saling bertukar pengetahuan terhadap penanganan struktur yang akan direhabilitasi akibat gempa. Pada simposium juni (2000) membahas tentang: rehabilitasi keadaan seismik, target kinerja dari rehabilitasi, rehabilitasi dari bagian dengan jaket, rehabilitasi dari rangka struktur, rehabilitasi kontrol respon dan teknik baru rehabilitasi gempa. Pertemuan sebelumnya pada tahun 1980-1982 yang diorganisir oleh Universitas Michigan dilaksanakan di Los Angeles, Tsukuba dan San Francisco membahas tentang: perbandingan US dengan Jepang dalam prosedur rehabilitasi, mengumpulkan masalah yang ditemui pada pengembangan perbaikan dan desain perkuatan dan konstruksi. Pada pertemuan 1883-1885 yang diorganisir oleh Universitas Cornell dilaksanakan di Tsukuba, Berkeley dan Tokyo membahas tentang evaluasi teknik untuk struktur yang sudah dibangun: tipe struktur apa yang bisa dievaluasi dengan metode yang diberikan, level keamanan dari implikasi metode dan apa kriteria penerimaan/penolakannya serta
11
berapa banyak usaha yang diperlukan untuk melakukan evaluasi. Pada tahun 1987, seminar diadakan di Tsukuba tentang perbaikan dan perkuatan dari struktur. Berdasarkan topik tersebut dilakukan pencarian dalam: penggunaan dari material baru, pengembangan dari teknik inovatif, evaluasi dari efek pondasi, pengaruh dari respon bagian pada respon struktur dan implementasi dari teknik analisis dikalibari dari hasil eksperimen. Dari beberapa metode yang ada, metode yang paling banyak digunakan untuk merehabilitasi bangunan pasca gempa adalah penggunaan jaket pada kolom dan balok, pembuatan dinding baru, sistem bresing kabel dan sistem bresing baja. Dari hasil beberapa pertemuan tersebut, US melalui FEMA mengeluarkan berbagai pedoman untuk merehabilitasi bangunan yang hancur akibat gempa. FEMA terus melakukan pembaruan dari setiap pedoman-pedoman itu, sehingga pada setiap pembaruannya membutuhkan standar implementasi. Pedoman yang dibuat FEMA merupakan hasil dari beberapa penelitian dan pengalaman yang didapat para enginer. Pengembangan evaluasi dan rehabilitasi yang dihasilkan dalam pertemuan antara US dan Jepang menjadi hal yang penting dan masih banyak yang perlu diselesaikan. Dari kegiatan tersebut akan menjadi sebuah wadah bertemu untuk bertukar pengetahuan dan membagi pengalaman yang akan menjadi nilai dari kedua organisasi dan profesi. 2.3.4.
Massumi dan Tasnimi (2008) Penelitian tentang pengaruh perbedaan detail koneksi bresing X pada
struktur beton bertulang yang diperkuat sistem bresing telah dilakukan oleh Massumi dan Tasnimi (2008). Penelitian dilakukan untuk menemukan keefektifan detail koneksi bresing pada rangka beton dengan membuat 8 benda uji untuk koneksi bresing yang berbeda yang telah diskala 1:2,5. Dibuat 2 rangka tanpa bresing dengan kode UBF 11 dan UBF12 sebagai kontrol spesimen dan 5 dengan pendetailan koneksi yang berbeda. Untuk 5 koneksi bresing dengan pendetailan yang berbeda dibagi menurut kodenya masing-masing. BF 11 dan BF 12 menggunakan baut dan nuts sebagai koneksi
12
bresing pada rangka batang. Pada BF11 koneksi baut tertancap pada kolom dan balok sedangkan untuk BF 12 hanya tertancap pada kolom. BF 21, 22 dan 23 menggunakan kotak jaket. Pada BF 21 tidak ada bagian dari bresing merekat pada balok atau kolom sedangkan pada BF 22 dan 23 digunakan perekat epoxy untuk menyatukan jaket baja ke permukaan kolom beton dan bagian dari balok. Pada BF 31 bresing telah ditetapkan pada pojok kolom dan balok dengan pengelasan sebelum pengecoran. Sampel dites dibawah beban lateral yang berulang dan beban vertikal sebesar 18 KN. Antara 5 tipe dari detail koneksi bresing X, BF 11 dengan koneksi baut yang terhubung dengan balok dan kolom mampu meningkatkan kekakuan rangka sehingga bisa digunakan untuk bangunan rendah sampai sedang. Sedangkan BF 12 yang dengan koneksi hanya pada kolom tidak cukup kuat dan kerusakannya sangat signifikan walaupun bisa digunakn untuk langkah awal. BF 21 tidak direkomendasikan karena detail dengan bentuk jaket tanpa perekat epoxy menyebabkan slip pada sistem bresing. Untuk tipe BF 22 dan BF 23 yang direkatkan dengan perekat epoxy serta BF 31 yang diletakan pada beton memiliki performance yang lebih baik dari rangka batang lainnya. Beban siklik menyebabkan kekuatan dan kekakuan berkurang dan perpindahan meningkat pada perilaku inelastik. Sebagai faktanya, tarik bresing X pada beton bertulang yang dibresing mendukung sebagian besar gaya lateral, tetapi keruntuhan rangka disebabkan oleh leleh dari tarik bresing dan terjadi setelah kegagalan tekuk dari tekanan bresing. 2.3.5.
Maheri (2009) Penelitian tentang bresing baja internal pada rangka beton bertulang telah
dilakukan oleh Maheri (2009). Penelitian dilakukan pada beberapa parameter respon seismik seperti uji pushover, uji siklik dan faktor perilaku seismik, kemudian ditambah koneksi kuat lebih dan alat pelepas tekan. Pada pengujian uji pushover dibuat 4 model yang diskala 1:3,2 yaitu model tanpa bresing dan 2 model dengan bresing dengan semua unit rangka daktail. Hasil dari pengujian pushover menunjukkan bahwa, terjadi 3,5 kali
13
peningkatan untuk kapasitas beban lateral. Peningkatan juga terjadi pada kekakuan sampai bresing tersebut mengalami kegagalan atau tekuk. Kekakuan juga ditunjukan pada kurva perpindahan. Penggunaan bresing mengakibatkan 5 kali peningkatan kekakuan yang mengindikasi penyerapan energi yang besar. Untuk daktilitas, kuat lebih dan faktor kinerja menunjukan bahwa bresing lebih cocok untuk desain berdasarkan kekuatan daripada desain daktail. Penelitian tentang uji siklik dilakukan dengan memodel rangka momen beton bertulang dengan rangka bresing X beton bertulang yang di skala 2/5. Rangka momen F1 didesain menurut ACI 318-02 dengan pendetailan khusus untuk desain gempa. Detail penulangan untuk rangka momen yaitu 4M10 untuk balok dan 4M15 untuk kolom dengan sengkang 35 mm. Sedangkan bresing balok dan kolom menggunakan 4M10 dengan sengkang 70 mm. Bresing dihubungkan ke tulangan dengan pelat gusset dengan ukuran 150x150x8 mm yang dihubungkan dengan baut. Pada sistem bresing dibuat 2 jenis tipe bresing yaitu FX1 penampang sudut ganda 2L 25x25x32 mm dan FX2 penampang kanal C 3x35 mm. Uji siklik dilakukan dengan memberi beban gravitasi menggunakan hydraulik. Dari hasil tes menunjukan bahwa, rangka bresing FX1 memiliki kekakuan 2 kali lipat dari kekakuan lateral rangka pemikul momen. Tetapi kekakuan akan sama seperti rangka pemikul momen setelah terjadi tekuk. Hal itu juga berlaku pada rangka bresing FX2 walaupun memiliki kekakuan lateral yang lebih baik dari rangka bresing FX1. Untuk hasil kekekaran dari ketiga model tersebut, rangka bresing memiliki kinerja yang lebih baik dari rangka momen pada kapasitas kekakuan dan kelenturan. Penambahan bresing menyebabkan penurunan daktilitas dari rangka daktail, tetapi penurunan daktilitas tersebut tidak mempengaruhi kapasitas kehilangan energi dari rangka. Faktor perilaku gempa atau R merupakan faktor reduksi gaya yang digunakan untuk mengurangi respon spektra elastis linear ke respon spektra inelastis. Ini diberikan untuk keperluan daktilitas yang berbeda yang merupakan kisaran yang berlaku umum untuk respon daktilitas. Beberapa parameter yang mempengaruhi nilai dari faktor R yaitu tinggi rangka, pembagian sistem bresing, beban yang bekerja dan tipe dari sistem bresing. Efek signifikan terhadap faktor R
14
didapat dari jumlah tingkat pada rangka bresing X beton bertulang, yang berarti batang bresing yang lebih pendek menghasilkan daktilitas yang lebar dari rangka yang tinggi. Koneksi bresing langsung pada interaksi diantara kapasitas kekuatan dari rangka beton bertulang dan sistem bresing merupakan pertimbangan yang penting. Penelitian ini dilakukan dengan membuat 3 model benda uji yang diskala 1:3,5 dengan 1 rangka momen dan 2 rangka bresing yang dites dengan beban siklik. Penelitian ini menunjukan bahwa penambahan sistem bresing ke rangka beton bertulang mengakibatkan kapasitas dari rangka beton bertulang meningkat melebihi kapasitas dari sistem bresing. Kemudian untuk mengetahui evaluasi dari kuat lebih dibuat skala penuh dari bresing X pada rangka beton bertulang. Model dianalisis dengan The Open SEES (Open System for Earthquake Engginering Simulation) dengan model validasi yang diambil dari tes siklik rangka momen dan rangka bresing. Hasil analisis menunjukkan bahwa koneksi mengurangi panjang efektif dari balok dan kolom rangka beton bertulang dan kekakuan efektif rangka beton bertulang dengan koneksi rangka bresing sesuai dengan kekakuan dari rangka berkurang. Untuk meningkatkan daktilitas dan mempertahankan kekuatan dan kapasitas kekakuan dari rangka bresing, penambahan bresing pada setiap sudut dan alat pelepas tekan di rekomendasikan berdasarkan hasil tes. Bresing sudut digunakan pada konstruksi baja untuk meningkatkan daktilitas dan untuk meningkatkan ketahan gempa pada rangka. Analisis dilakukan dengan membuat 4 model rangka untuk dites pushover yaitu 2 rangka tanpa bresing dan 2 dengan bresing sudut. Dari tes tersebut didapatkan bahwa kapasitas ultimit dari bresing sudut lebih besar 2,5 kali dari rangka tanpa bresing. Bresing sudut memungkinkan rangka untuk memiliki kapasitas dan kekakuan yang cukup dengan kapasitas yang baik untuk menyerap energi. Kurva pushover juga menunjukan peningkatan daktilitas rangka dengan bresing sudut dibandingkan bresing X. Alat pelepas tekan dipasang pada batang bresing untuk melepas gaya tekan. Batang dibagi 2 bagian dan dilas diujung dengan plat baja dari alat pelepas tekan. Dibuat 2 benda uji dengan alat tersebut kemudian dibandingkan dengan 2
15
benda uji tanpa bresing dan 2 dengan bresing X. Pengujian dilakukan dengan beban yang sama dan berulang ulang. Parameter gempa dievaluasi dari hasil tes termasuk degradasi kekakuan, kapasitas kehilangan energi dan daktilitas. Pada degradasi kekakuan dengan penggunaan alat pelepas tekan, dapat meminimalkan keretakan pada rangka beton bertulang dan penahanan kekakuan lateral dari rangka hampir konstan. Pada penggunaan alat pelepas tekan, terjadi peningkatan kapasitas kehilangan energi ke level yang lebih tinggi dari rangka tanpa alat pelepas tekan. Pada daktilitas pengaruh alat pelepas tekan mampu meningkatkan daktilitas pada rangka bresing. 2.3.6.
Viswanath et al (2010) Penelitian tentang tipe bresing terbaik sebagai perkuatan rangka beton
dalam menahan beban gempa telah dilakukan oleh Viswanath et al (2010). Penggunaan bresing sebagai perkuatan terhadap beban gempa sudah umum dilakukan oleh para insinyur di dunia. Ada banyak tipe bresing yang bisa digunakan sebagai perkuatan. Sehingga perlu dilakukan penelitian tentang tipe bresing yang paling efektif untuk digunakan. Dalam pemodelan struktur gedung digunakan software STAAD Pro V8i dan beban lateral yang diaplikasikan ke gedung adalah berdasarkan India Standards. Gedung ini berada pada zona gempa IV sesuai dengan IS 1893:2002. Perletakan dari struktur tersebut diasumsikan sebagai jepit dan interaksi antara struktur dengan tanah diabaikan. Terdapat 4 tipe bresing yang digunakan sebagai perbandingan dalam hal perkuatan pada struktur gedung bertingkat 4 tersebut, yaitu bresing diagonal, bresing K, bresing X dan bresing X terpotong. Selain keempat tipe bresing tersebut, analisis juga dilakukan terhadap struktur yang tidak diperkuat dengan bresing. Sehingga akan dibuat 5 model struktur bangunan bertingkat 4 tersebut. Untuk bangunan bertingkat 8, 12 dan 16 dianalisis dalam zona gempa IV dan diperkuat dengan bresing tipe X. Hasil analisis gedung bertingkat 4 tersebut dibagi kedalam 2 parameter, yaitu perpindahan lateral struktur, gaya-gaya dalam maksimum dan momen pada kolom. Dari segi perpindahan lateral, penggunaan bresing terbukti mereduksi
16
perpindahan lateral maksimum pada struktur tersebut. Dari segi gaya-gaya dalam maksimum dan momen pada kolom, didapatkan kesimpulan bahwa terjadi peningkatan gaya aksial maksimum yang dapat diterima pada struktur yang diperkuat dengan bresing dibandingkan dengan struktur yang tidak diperkuat bresing. Selain menyebabkan terjadinya penurunan momen dan gaya geser pada kolom, bresing juga memperbesar gaya aksial yang diterima oleh kolom yang terhubung dengannya. Dari kedua parameter tersebut, bresing tipe X terbukti lebih efektif dalam memperkuat struktur gedung bertingkat 4. Berdasarkan hasil analisis gedung bertingkat 4, pada analisis gedung bertingkat 8, 12 dan 16 digunakan bresing tipe X sebagai perkuatan struktur gedung tersebut. Setelah dilakukan analisis, didapatkan hasil bahwa pada gedung yang diperkuat bresing terjadi reduksi perpindahan maksimum sebesar 62-74 % jika dibandingkan dengan gedung tanpa perkuatan bresing. Jadi, tipe bresing X merupakan tipe yang paling efektif dalam perkuatan struktur gedung bertingkat. 2.3.7.
Ismail et al (2015) Ismail et al (2015) telah melakukan penelitian tentang perkuatan gedung
dengan menggunakan bresing baja yang dilakukan pada Gedung STKIP ADZKIA Padang, dimana kondisi gedung tersebut telah rusak (banyak balok melendut, dll). Akibat dari kondisi yang tidak memadai serta ketidakmampuan gedung eksisting menahan beban sendiri, maka harus dilakukan perkuatan struktur untuk memperkuat gedung tersebut. Salah satu metode perkuatan yang umum dilakukan adalah perkuatan global. Perkuatan global adalah metode perkuatan struktur bangunan dengan cara menambahkan elemen penahan beban lateral pada struktur seperti dinding geser dan
bresing.
Dalam
penelitian
ini,
metode
perkuatan
struktur
yang
direkomendasikan dan dianalisis adalah pemasangan bresing baja. Untuk mengetahui pengaruh dari perkuatan struktur dengan bresing baja tersebut, maka gedung STKIP ADZKIA dimodel dan dianalisis dengan bantuan software analisis struktur ETABS 9.7.1.
17
Setelah pemodelan struktur, selanjutnya dilakukan analisis struktur gedung yang telah diperkuat dengan bresing baja. Hasil analisis menunjukkan bahwa, pemasangan bresing baja pada struktur lantai menyebabkan penurunan gaya-gaya dalam
yang
cukup
signifikan
dalam
balok
yaitu
mencapai
± 70 % dibandingkan kondisi eksisting. Simpangan maksimum yang terjadi pada struktur menurun, dimana simpangan maksimum gedung untuk arah X menurun sekitar 60 % dan untuk arah Y sekitar 65 %. Sebelum dilakukan pemasangan bresing, terlebih dahulu dilakukan perbaikan pada balok yang rusak dengan cara melakukan injeksi dengan air semen atau bahan-bahan epoxy untuk retak-retak kecil pada balok (lebar celah kurang dari 0,6 cm). Selanjutnya dilakukan pemasangan bresing baja pada balok bentang panjang. 2.4.
Material Beton Beton (concrete) merupakan campuran semen portland atau semen
hidrolis lainnya, agregat halus, agregat kasar dan air dengan atau tanpa bahan campuran tambahan (admixture) (SNI Beton Bertulang, 2013). Parameter utama yang mempengaruhi dari kualitas beton adalah kekuatan dan ketahanan. Efek merugikan jangka panjang dengan cepat bisa mengurangi kekuatan dan bisa mengakibatkan kegagalan tak terduga. Maka ukuran harus diambil untuk memastikan kontrol kualitas yang ketat dan jaminan kualitas di berbagai tahap produksi. Menurut (Nawy, 2009) properti kekerasan beton dibagi menjadi 2 kategori yaitu properti dari jangka pendek dan properti dari jangka panjang. Untuk properti jangka pendek kekuatan dalam tekanan, tarik dan geser serta kekakuan diukur dengan modulus elastisitas. Properti jangka panjang bisa diklasifikasikan pada susut dan rangkak. Kekuatan tekan beton berdasarkan standar diameter 6 in dan tinggi 12 in. Silinder dites pada beban dengan tingkat tertentu pada umur 28 hari. Untuk tes kekuatan, menurut spesifikasi kode ACI digunakan rata-rata 2 silinder dari sampel yang sama untuk di test pada hari yang sama juga, yang biasanya 28 hari. Adapun frekuensi dari pengujian, kode menetapkan bahwa kekuatan kelas individu beton
18
dapat dianggap memuaskan jika rata-rata semua set tiga tes kekuatan consective sama atau melebihi yang dibutuhkan f’c dan tidak ada uji kekuatan individu ratarata dua silinder turun di bawah f'c yang dibutuhkan. Kekuatan beton rata-rata untuk campuran beton harus dirancang melebihi f'c dengan jumlah yang tergantung pada keseragaman produksi. Kekuatan tarik beton relatif lemah. Kekuatan tarik beton yang baik berkisar 0,10 f’c < fer < 0,20 f’c. Lebih susah mengukur kekuatan tarik daripada kekuatan tekan beton. Untuk batang yang mengalami lentur, nilai dari modulus keruntuhan digunakan dalam desain daripada kekuatan tarik belah. Modulus keruntuhan digunakan untuk pengukuran dengan pengujian untuk mengukur balok beton polos 6 in2 dengan panjang 18 in dan dibebani apa tiga poin (ASTM C-78). Modulus keruntuhan memiliki nilai yang lebih tinggi daripada kekuatan tarik belah. Nilai normal dari modulus keruntuhan adalah 0,75√𝑓’𝑐. Kekuatan geser lebih susah didapatkan karena susah memisahkan geser dari tegangan lainnya. Karena alasan inilah variasi besar dari nilai kekuatan geser dilaporkan pada literature bervariasi dari 20 % sampai 85 % dari kekuatan tekan, pada kasus dimana geser langsung telah berkombinasi dengan tekanan. Hubungan
dari
tegangan
dan
regangan
sangat
penting
untuk
pengembangan analisis dan desain serta prosedur pada struktur beton. Gambar 2. menunjukan kurva tegangan regangan yang didapatkan dari tes menggunakan beton silinder yang dibebani selama beberapa menit. Bagian pertama dari kurva dapat dianggap linear, hampir 40 % merupakan kekuatan ultimit f’c. Setelah sekitar 70 % dari kegagalan tegangan, material kehilangan sebagain besar dari kekakuannya yang meningkatkan kelinieran kurva dari diagram. Pada beban ultimit, retak pararel terhadap arah dari beban datang menjadi jelas terlihat dan kebanyakan akan menjadi kegagalan.
19
Gambar 2.6 Kurva Tegangan Regangan Modulus elastisitas beton adalah perbandingan antara tegangan dan regangan beton. Beton tidak memiliki modulus elastisitas yang pasti. Nilainya bervariasi tergantung dari kekuatan beton, umur beton, jenis pembebanan, karakteristik, perbandingan semen dan agregat. Peraturan gedung menurut ACI memberikan modulus elastisitas Ec dengan persamaan sebagai berikut. Ec =33wc1.5√𝑓’𝑐 psi (0.043wc1.5√𝑓’𝑐) untuk 90 < wc < 155 lb/ft3
(2.2)
atau Ec = 57000 √𝑓’𝑐 psi (4700√𝑓’𝑐 Mpa)
(2.3)
Keterangan: wc = berat jenis dari beton f’c = kekuatan tekan beton
20
Titik Leleh
Gambar 2.7 Kurva Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan Regangan 2.5
Beban Gempa
2.5.1
Beban Gempa Berdasarkan SNI 1726:2002
1. Faktor Keutamaan Nilai faktor keutamaan (I) tergantung dari jenis kategori penggunaan gedung. Nilai faktor keutamaan (I) diatur pada Tabel 1 SNI 1726:2002. Nilai I ditentukan dari perkalian nilai I1 dan I2. I1 adalah faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung. Sedangkan I2 adalah faktor keutamaan untuk menyesuikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut.
2. Jenis Tanah Jenis kategori tanah dalam SNI 1726:2002 dibedakan menjadi tanah keras, sedang, lunak dan khusus. Penentuan jenis tanah ini berdasarkan Pasal 4.6.3 SNI
21
1726:2002 ditentukan dari hasil penyelidikan tanah, dengan kriteria penggolongan seperti pada Tabel 4 SNI 1726:2002. 3. Wilayah Gempa Penentuan wilayah gempa disesuikan 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 gempa 6 dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini didasarkan pada percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan periode ulang 500 tahun. 4. Respon Spektrum Gempa Rencana 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 pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Bentuk Tipikal Spektrum Respons Gempa Rencana Sumber: SNI 1726:2002
Dalam gambar tersebut C adalah faktor respons gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi dan T adalah waktu getar alami struktur gedung dinyatakan dalam detik. A0 adalah nilai percepatan gempa di permukaan tanah, diatur pada Tabel 5 SNI 1726:2002. Am adalah percepatan maksimum ditetapkan sebesar 2,5 kali nilai A0 dan Ar dihitung sebagai Am.Tc. Nilai Am dan Ar diatur pada Tabel 6
22
SNI 1726:2002. Nilai waktu getar alami sudut (Tc) adalah sebesar 0,5 detik untuk jenis tanah keras, 0,6 detik untuk tanah sedang dan 1 detik untuk tanah lunak.
5. Faktor Reduksi Gempa Nilai faktor reduksi gempa ditentukan berdasar tingkat daktilitas struktur dan jenis sistem struktur yang digunakan. Nilai maksimum dari faktor tersebut (Rm) untuk beberapa sistem struktur diatur pada Tabel 3 SNI 1726:2002.
6. Waktur Getar Alami Fundamental Nilai faktor respons gempa (C) dalam grafik spektrum respons gempa rencana dibaca berdasarkan waktu getar alami struktur. Untuk perhitungan faktor respons gempa, diperlukan estimasi untuk waktu getar alami fundamental (mode pertama,T1). Untuk estimasi awal nilai T1 tersebut, dalam UBC (Uniform Building Code) 1997 Section 1630.2.2 diberikan persaman sebagai berikut. T = Ct (hn)3/4
(2.4)
Keterangan: Ct = 0,0853 (struktur portal baja) = 0,0731 (portal beton bertulang) = 0,0488 (sistem struktur lain) hn = tinggi total struktur gedung (dalam m) Dalam pasal 5.6 SNI 1726:2002 juga ditentukan pembatasan nilai maksimum waktu getar alami fundamental, untuk mencegah struktur yang menjadi terlalu fleksibel. T1 < . n
(2.5)
Keterangan = koefesien sesuai wilayah gempa (Tabel 8 SNI 1726:2002) n = jumlah tingkat
23
7. Metode Statik Ekuivalen Beban gempa statik ekuivalen dihitung dengan mempertimbangkan data wilayah kegempaan, jenis sistem struktur, fungsi bangunan dan berat total struktur. Gaya geser dasar dari metode statik ekuivalen dihitung berdasarkan persamaan berikut.
V1 =
𝐶1.I 𝑅
Wt
(2.6)
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 Nilai C1 diperoleh/dibaca dari grafik spektrum respon gempa rencana, disesuaikan untuk wilayah gempa yang sesuai dan jenis tanahnya, serta waktu getar alami fundamental struktur. Sedangkan berat total struktur dihitung dari beban mati dan beban hidup yang dianggap tetap yang besarnya bisa berkisar 2530 % beban hidup total (Imran, 2010). Beban geser dasar nominal tersebut merupakan gaya gempa statik ekuivalen total yang bekerja pada struktur, yang selanjutnya didistribusikan ke lantai-lantai bangunan sesuai ketinggian dan berat lantai yang terkait dengan persamaan berikut.
Fi =
wi z i
V
n
w z i
(2.7)
i
i 1
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/taraf penjepitan lateral
24
2.5.2
Beban Gempa Berdasarkan SNI 1726:2012
1. Faktor Keutamaan (Ie) dan Kategori Risiko Struktur Bangunan Dalam menentukan kategori risiko bangunan dan faktor keutamaan bangunan bergantung dari jenis pemanfaatan bangunan tersebut. Kategori risiko struktur untuk bangunan gedung dan non gedung diatur pada Tabel 1 SNI 1726:2012. Sedangkan pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu faktor keutamaan (Ie) menurut Tabel 2 SNI 1726:2012.
2. Parameter Percepatan Terpetakan Parameter Ss merupakan percepatan batuan dasar pada perioda pendek sedangkan S1 merupakan percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik. Parameter-parameter tersebut ditetapkan masing-masing dari respons spektral percepatan 0,2 detik dan 1 detik dalam peta gerak tanah seismik pada Pasal 14 SNI 1726:2012 dengan kemungkinan 2 persen terlampaui dalam 50 tahun (MCER, 2 persen dalam 50 tahun) dan dinyatakan dalam bilangan desimal terhadap percepatan gravitasi.
3. Kelas Situs Berdasarkan sifat-sifat tanah pada situs, maka situs harus diklasifikasi sebagai kelas situs SA, SB, SC, SD ,SE, atau SF. Bila sifat-sifat tanah tidak teridentifikasi secara jelas sehingga tidak bisa ditentukan kelas situs-nya, maka kelas situs SE dapat digunakan kecuali jika pemerintah/dinas yang berwenang memiliki data geoteknik yang dapat menentukan kelas situs SF.
4. Parameter Percepatan Spektral Desain Parameter percepatan spektral desain untuk perioda pendek (SDS) dan pada perioda 1 detik (SD1), ditentukan dengan rumus sebagai berikut. SDS =
2 FaSs 3
SD1 =
2 FvS1 3
(2.8) (2.9)
25
Keterangan: Fa
= faktor amplifkasi getaran terkait percepatan pada getaran perioda pendek
Fv
= faktor amplifikasi terkait percepatan pada getaran perioda 1 detik
Koefisien situs Fa, dan Fv diatur pada Tabel 4 dan 5 SNI 1726:2012.
5. Kategori Desain Seismik Kategori desain seismik bangunan ditetapkan berdasarkan kategori risiko bangunan dan parameter respons spektral percepatan desain yaitu S DS dan S DI.Masing-masing bangunan dan struktur harus ditetapkan ke dalam kategori desain seismik berdasarkan Tabel 6 dan 7 SNI 1726:2012. 6. Faktor R, Cd dan Ωo Faktor koefesien 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. 7. Penentuan Perioda Untuk menentukan perioda fundamental struktur (T), digunakan perioda fundamental pendekatan (Ta).Perioda fundamental pendekatan (Ta) dalam detik, ditentukan dari persamaan berikut. Ta = C t h nx
(2.10)
Keterangan: hn = ketinggian struktur dalam (m) di atas dasar sampai tingkat tertinggi struktur Koefisien Ct dan x ditentukan dari Tabel 15 SNI 1726:2012. Sebagai alternatif, diijinkan untuk menentukan perioda fundamental pendekatan (Ta) dalam detik, dari persamaan berikut untuk struktur dengan ketinggian tidak melebihi 12 tingkat, dimana sistem penahan gaya gempa terdiri dari rangka penahan momen beton atau baja keseluruhan dan tinggi tingkat paling sedikit 3 m.
26
Ta = 0,1N
(2.11)
Keterangan: N = jumlah tingkat
8. Metode Statik Ekuivalen Besarnya gaya geser dasar dari metode statik ekuivalen bergantung dari koefesien respon seismik (Cs) dan berat total bangunan (W). 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
= koefesien respons seismik
W
= berat bangunan
Penentuan koefesien respon seismik dihitung berdasarkan Pasal 7.8.1.1 SNI 1726:2012 dengan ketentuan sebagai berikut. Cs =
S DS R Ie
(2.13)
Nilai Cs yang dihitung sesuai dengan persamaan diatas tidak boleh melebihi persamaan berikut. Cs =
S DI R T Ie
(2.14)
Nilai Cs yang dihitung sesuai dengan persamaan tersebut tidak boleh kurang dari persamaan berikut. Cs = 0,044SDSIe> 0,01
(2.15)
Sebagai tambahan, untuk struktur yang berlokasi di daerah di mana S1 sama dengan atau lebih besar dari 0,6g , maka Cs harus tidak kurang dari persamaan
27
berikut. Cs =
0 ,5 S 1 R Ie
(2.16)
Sedangkan gaya gempa lateral di tiap tingkat harus ditentukan dari persamaan berikut. Fx = Cvx V
(2.17)
Dan Cvx =
w x h xk n
w i hik
(2.18)
i 1
Keterangan: Cvx
= faktor distribusi vertikal
widan 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 sebagai berikut.
Untuk struktur yang mempunyai perioda sebesar 0,5 detik atau kurang k = 1, untuk struktur yang mempunyai perioda sebesar 2,5 detik atau lebih k = 2, untuk struktur yang mempunyai perioda antara 0,5 dan 2,5 detik k harus sebesar 2 atau harus ditentukan dengan interpolasi linier antara 1 dan 2.
2.6.
Analisis Konstruksi Bertahap Berdsarkan Analysis Reference Manual SAP2000, 2002, kenonlinieran
struktur dapat digolongkan menjadi: kenonlinieran 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 statis nonlinier yang menganalisa struktur dalam beberapa fase tingkat/tahap (Analysis Reference Manual SAP2000, 2002). Ide dasar dari analisis ini adalah pada tahap awal, kondisi awal struktur adalah nol. Semua elemen belum terbebani dan belum 28
terjadi lendutan. Untuk tahapan analisis selanjutnya, merupakan kelanjutan dari analisis nonlinier pada tahapan sebelumnya. Maksud dari pernyataan ini yaitu gaya-gaya dalam dan deformasi pada tahap sebelumnya diikutsertakan pada analisis tahap berikutnya. Berdasarkan Analysis Reference Manual SAP2000, 2002, 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 nonlinier statik 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 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.
29
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 kelompokkelompok. 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 timedependent 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.
30
BAB III METODE PENELITIAN
3.1.
Alur Penelitian Alur penelitian pada studi ini disajikan pada Gambar 3.1. Pada tahap awal
akan dilakukan pemodelan struktur rangka terbuka 3, 4, 5 lantai dengan ketentuan SNI 1726:2002. Setelah mendapatkan dimensi struktur berdasarkan SNI 1726:2002, kemudian dianalisis kembali dengan ketentuan SNI 1726:2012 dan diharapkan terjadi tegangan berlebih pada elemen struktur. Struktur rangka terbuka yang telah dianalisi dengan ketentuan SNI 1726:2012 ditambahkan bresing sebagai perkuatan seismik. Digunakan 2 tipe bresing yaitu X dan V terbalik. Struktur dengan perkuatan bresing akan dianalisis dengan analisis konvensional dan analisis konstruksi bertahap (Stage Construction Analysis) sesuai dengan tahapan pelaksanaannya.
Latar belakang penelitian SNI gempa 2012 menuntut kekuatan dan daktilitas struktur yang lebih besar sehingga bangunan-bangunan yang dirancang dengan SNI gempa 2002 akan mengalami tegangan berlebih sehingga memerlukan perkuatan
Tujuan penelitian Membuat model struktur RBB dengan tambahan sistem bresing sebagai perkuatan seismik dengan analisis konvensional dan konstruksi bertahap
Studi Pustaka Pengujian struktur rangka dengan sistem bresing Analisis konstruksi bertahap pada SAP2000
Pemodelan struktur Pemodelan 2D struktur rangka terbuka pada bangunan 3, 4, 5 lantai dengan ketentuan SNI gempa 2002 dan 2012 Pemodelan 2D struktur rangka bresing pada bangunan 3, 4, 5 lantai
Penetapan metode analisis yang sesuai untuk analisis struktur rangka bresing Kesimpulan dan saran
Penetapan model yang sesuai sebagai perkuatan seismik pada struktur bangunan 3, 4 dan 5 lantai
Gambar 3.1 Tahapan Kegiatan Penelitian
31
3.2.
Model Struktur 3, 4 dan 5 Lantai
3.2.1. Data Geometrik Model struktur RT dua dimensi 3, 4 dan 5 lantai terdiri dari tiga bentang dengan panjang bentang 6 m dan tinggi tingkat 3,5 m (Gambar 3.2) yang dirancang sesuai SNI 1726:2002 dengan pendetailan menengah. SNI 1726:2012 dengan pendetailan khusus digunakan untuk memeriksa kinerja 3 model struktur RT tersebut sehingga diharapkan terjadi tegangan berlebih pada beberapa komponen strukturnya. Struktur RT tersebut kemudian diperkuat dengan bresing tipe X dan V terbalik (Gambar 3.3).
6m
6m
6m
3.5 m
3.5 m
3.5 m
3.5 m
3.5 m
6m
6m
6m
6m
6m
6m
3.5 m
3.5 m
6m
6m
6m
3.5 m 6m 3.5 m 3.5 m
6m
3.5 m 3.5 m
6m
Gambar 3.2 Struktur rangka terbuka (RT) 3, 4 dan 5 tingkat
32
(a) Tipe X
(b) Tipe V terbalik
Gambar 3.3 Variasi tipe bresing untuk masing-masing tingkat Dari model struktur RT dan struktur dengan bresing yang akan dibuat diawali dengan penentuan dimensi struktur RT yang memenuhi ketentuan SNI 1726:2002. Kemudian dilanjutkan dengan pemodelan struktur dengan bresing untuk dianalisis menggunakan SNI 1726:2012. 3.2.2. Data Material 1. Material Beton Struktur Utama Kuat tekan puncak (f’c) = 25 MPa Berat Beton (wc) = 2000 kg/m3 Modulus elastisitas (Ec) didapat menggunakan persamaan 2.2 = 19230.185 MPa 2. Material Tulangan Tegangan leleh (fy) = 320 MPa Tegangan putus (fu) = 400 MPa Modulus elastisitas (Es) = 200000 Mpa 3. Material Bresing Tegangan leleh (fy) = 250 Mpa Tegangan putus (fu) = 410 Mpa Modulus elastisitas (Es) = 200000 Mpa
33
3.2.3. Data Pembebanan Beban yang dikerjakan pada model struktur ini adalah sebagai berikut: 1. Beban mati Berat sendiri (dihitung secara otomatis oleh program SAP2000) Penutup lantai
= 100 kg/m2
Plafond & penggantung = 20 kg/m2 MEP
= 40 kg/m2
Total beban mati tambahan = 160 kg/m2 2. Beban hidup Atap
= 100 kg/m2
Lantai
= 250 kg/m2
Pertama, struktur dimodel sebagai gedung dengan geometri seperti pada Gambar 3.2 berdasarkan peraturan pembebanan gempa SNI 1726:2002 untuk mendesain dimensi penampangnya. Pada tahap ini struktur dimodel sebagai sistem rangka pemikul momen biasa (SRPMB) atau pada program didefinisikan sebagai sway ordinary. Selanjutnya dianalisis kembali menggunakan beban gempa berdasarkan SNI 1726:2012 dengan sistem rangka pemikul momen khusus (SRPMK) atau sway special. Dalam mendefinisikan beban gempa pada program digunakan pengaturan Auto Lateral Load berdasarkan aturan UBC 97 untuk peraturan gempa SNI 1726:2002 dan IBC 2009 untuk peraturan gempa SNI 1726:2012. Pengaturan pada UBC 97 dan IBC 2009 dapat dilihat seperti pada Gambar 3.4 dan 3.5.
34
Gambar 3.4 Pengaturan UBC 97 yang Disesuaikan dengan SNI 1726:2002
Gambar 3.5 Pengaturan IBC 2009 yang Disesuaikan dengan SNI 1726:2012
35
3.3.
Analisis Konstruksi Bertahap (Stage Construction Analysis) Struktur dengan perkuatan bresing akan dianalisis sesuai tahapan
pelaksanaannya dengan analisis konstruksi bertahap (Stage Construction Analysis) dan dibandingkan dengan hasil analisis konvensional. Langkah-langkah mendefinisikan analisis konstruksi bertahap pada SAP2000 sebagai berikut: a. Pada menu Define, pilih Load Pattern. Disini ditentukan jenis beban apa saja yang bekerja pada struktur yaitu:
Beban mati struktur Beban mati tambahan berupa beban penutup lantai, plafond dan penggantung serta MEP.
Beban hidup Beban gempa b. Pada menu Define pilih Load Case. Kemudian akan muncul kotak dialog Analysis Case seperti pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Kotak Dialog Analysis Case c. Pada kotak dialog yang muncul pilih tab Add New Load Case, maka akan muncul kotak dialog Analysis Case Data seperti pada Gambar 3.7.
36
Gambar 3.7 Kotak Dialog Analysis Case Data d. Pada pilihan Analysis Type, pilih Nonlinier Stage Construction. e. Pada kolom Load Case Name, tentukan nama case analisis, dengan mengubahnya pada Set Def Name f. Klik Notes Modify/Show untuk memberikan definisi spesifik untuk Load Case yang akan dibuat. g. Klik tombol Design untuk mengakses Design Load Type. Disini pilih apakah Load Case yang digunakan menggunakan default dari program yang disediakan SAP2000 (Program Determined) atau menggunakan pilihan User Specified untuk menentukan segala ketentuannya sendiri. h. Pada Stage Definition, ditentukan tahapan-tahapan analisis yang akan digunakan. i. Selain pilihan Stage Definition, dapat juga digunakan Data for Stage dengan mengisi daftar isian yang tersedia yaitu Daftar Operation, yang terdiri dari:
37
Add Structure, untuk menambahkan bagian dari struktur yang termasuk dalam tahapan tersebut. Change Section, untuk memilih elemen struktur dari struktur yang sudah ditambahkan sebelumnya seperti element frame dan area. Change Section and Age, untuk memilih elemen struktur pada waktu tertentu. Load Objects, untuk menambahkan Load Pattern yang akan diterima oleh grup struktur pada tahap tersebut. Load Objects if Added, untuk menambahkan load yang harus ditambahkan pada tahap yang sama. Remove Structure, untuk menghilangkan struktur sebelumnya. 3.4.
Penetapan Metode Analisis dan Model untuk Perkuatan Seismik Dari perbandingan hasil analisis antara metode analisis konvensional dan
konstruksi bertahap, akan diketahui metode mana yang lebih konservatif. Dari hasil analisis, juga akan diketahui model yang memberikan peningkatan kekuatan, kekakuan dan kinerja yang baik. Model ini ditetapkan sebagai model yang direkomendasikan untuk perkuatan seismik pada struktur bangunan untuk masingmasing jumlah tingkat.
38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Model Gedung
Gedung 3, 4 dan 5 lantai dimodel 2D pada SAP2000 seperti pada Gambar 4.1, 4.2 dan 4.3. Model tersebut terdiri dari 3 bentang dengan panjang bentang 6 m dan tinggi lantai 3,5 m. B7 K9
K1
B8 K10 K1
K1
B4 K5
K1
B5 K6
B1 K1
K11
K1
K1
K7
K1
K8 K1
K1
K1
K12
B6
B2 K2
K1
K1
K1
K1
K1
K1
B9
B3 K3
K1
K4
K1
Gambar 4.1 Model Gedung 2D RT 3 B10
B11
B12
K1
K1
K1
K13
K14
K15
K16
K1
K1
K1
K1
B7
B8
B9
K1
K1
K1
K9 K1
K10
K11
K12
K1
K1
K1
B4
B5
B6
K1
K1
K1
K5
K6
K7
K8
K1
K1
K1
K1
B1
B2
B3
K1
K1
K1
K1
K2
K3
K4
K1
K1
K1
K1
Gambar 4.2 Model Gedung 2D RT 4 39
B13
B14
B15
K1
K1
K1
K17
K18
K19
K20
K1
K1
K1
K1
B10
B11
B12
K1
K1
K1
K13
K14
K15
K1
K1
K16 K1
K1
B7
B8
B9
K1
K1
K1
K9 K1
K10
K11
K12
K1
K1
K1
B4
B5
B6
K1
K1
K1
K5
K6
K7
K1
K1
K8 K1
K1
B1
B2
B3
K1
K1
K1
K1
K2
K3
K4
K1
K1
K1
K1
Gambar 4.3 Model Gedung 2D RT 5 Berdasarkan desain struktur gedung dengan beban gempa sesuai SNI 1726:2002 didapat dimensi balok dan kolom seperti pada Tabel 4.1, 4.2 dan 4.3. Tabel 4.1 Dimensi Penampang Struktur Gedung 3 Lantai Balok Kolom Lantai (mm) (mm) 1 250/400 300/300 2 250/400 300/300 3 250/400 250/250 Tabel 4.2 Dimensi Penampang Struktur Gedung 4 Lantai Balok Kolom Lantai (mm) (mm) 1 250/400 350/350 2 250/400 300/300 3 250/400 300/300 4 250/400 250/250
40
Tabel 4.3 Dimensi Penampang Struktur Gedung 5 Lantai Balok Kolom Lantai (mm) (mm) 1 250/400 400/400 2 250/400 350/350 3 250/400 300/300 4 250/400 300/300 5 250/400 300/300 Luas tulangan yang didapat berdasarkan desain sesuai dengan SNI 1726:2002 seperti pada Gambar 4.4, 4.5, dan 4.6. Terlihat bahwa penampang yang digunakan tidak mengalami tegangan berlebih (O/S).
Gambar 4.4 Luas Tulangan Model Gedung 3 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2002
41
Gambar 4.5 Luas Tulangan Model Gedung 4 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2002
42
Gambar 4.6 Luas Tulangan Model Gedung 5 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2002
43
Jika model gedung 2D 3, 4 dan 5 lantai yang telah didesain dengan ketentuan SNI 1726:2002 dengan dimensi pada Tabel 4.1, 4.2 dan 4.3 dianalisis kembali menggunakan peraturan gempa SNI 1726:2012, maka struktur akan mengalami peningkatan luas tulangan seperti pada Gambar 4.7, 4.8 dan 4.9. Tulangan kolom meningkat 11,03 %, 7,32 % dan 4,84 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan tulangan balok meningkat 1,10 %, 2,19 % dan 2,52 %.
Gambar 4.7 Luas Tulangan Model Gedung 3 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2012
44
Gambar 4.8 Luas Tulangan Model Gedung 4 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2012
45
Gambar 4.9 Luas Tulangan Model Gedung 5 Lantai dengan Beban Gempa SNI 1726:2012
46
4.2.
Perkuatan Struktur dengan Bresing Setelah didesain kembali sesuai dengan SNI 1726:2012, terjadi
peningkatan luas tulangan yang menyebabkan tegangan berlebih pada beberapa elemen struktur. Struktur rangka terbuka tersebut kemudian diperkuat dengan bresing yaitu bresing tipe X dan V terbalik. Gambar 4.10 memperlihatkan pemodelan struktur portal 3 lantai dengan perkuatan bresing yang dimodel sebagai elemen frame. Bresing menggunakan profil IWF 200.200.49,9 dengan material baja BJ 41. Pemodelan bresing hanya dibuat pada bagian tengah bentang.
(a) RT 3
(b) RT 3X
(C) RT 3V Gambar 4.10 Pemodelan Bresing Portal 3 Tingkat
47
4.3.
Tahapan Analisis Konstruksi Bertahap Struktur rangka terbuka dengan perkuatan bresing selain dianalisis dengan
analisis konvensional juga akan dianalisis sesuai tahapan pelaksanaannya yaitu analisis konstruksi bertahap (stage construction analysis). Analisis konstruksi bertahap ini terdiri dari 3 tahap seperti pada Gambar 4.11 yaitu: a. Tahap 1 Tahap 1 terdiri dari struktur rangka terbuka tanpa perkuatan bresing. Kondisi awal adalah sama dengan nol, yaitu kondisi dimana struktur belum dibebani. Beban-beban yang bekerja pada struktur adalah beban mati yaitu berat sendiri struktur dan beban mati tambahan serta beban hidup. b. Tahap 2 Pada tahap 2, struktur rangka terbuka diperkuat dengan penambahan bresing. Kondisi awal adalah lanjutan dari kondisi akhir tahap 1. Beban-beban yang bekerja pada struktur adalah beban mati yaitu berat sendiri bresing. c. Tahap 3 Pada tahap 3, struktur rangka terbuka dengan perkuatan bresing dibebani dengan beban gempa sesuai SNI 1726:2012. Kondisi awal adalah lanjutan dari kondisi akhir tahap 2. Beban-beban yang bekerja pada struktur adalah beban mati yaitu berat sendiri struktur dan beban mati tambahan, beban hidup serta beban gempa.
48
(a) Tahap 1
(b) Tahap 2
(c) Tahap 3 Gambar 4.11 Analisis Konstruksi Bertahap Portal 3 Tingkat 4.4
Simpangan Dari model portal dengan tiga lantai yang berbeda didapat simpangan total
pada tiap lantai seperti pada Gambar 4.12, 4.13, dan 4.14. Dalam perbandingan simpangan total tiap lantai, digunakan kombinasi beban mati, hidup dan gempa tanpa faktor beban (D + L + E). Berdasarkan perbandingan simpangan dari semua model, terlihat bahwa struktur dengan perkuatan bresing jauh memperkecil simpangan yang terjadi baik pada model 3, 4, dan 5 lantai. Dari analisis konstruksi bertahap, perkuatan dengan bresing X mampu memperkecil simpangan sampai 92,29 %, 87,96 % dan 82,48 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan perkuatan dengan bresing V terbalik memperkecil simpangan sampai 92,66 %, 88,80 % dan 83,71 %. Untuk struktur dengan bresing X, simpangan yang
49
dianalisis dengan metode analisis konstruksi bertahap 14,38 %, 13,62 % dan 9,98 % lebih besar dibandingka dengan nilai pada analisis konvensional untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan pada struktur dengan bresing V terbalik simpangan 15,83 %, 14,29 % dan 10,09 % lebih besar dari nilai pada analisis konvensional.
Gambar 4.12 Perbandingan Simpangan Model RT dan RT + Bresing Portal 3 Lantai
Gambar 4.13 Perbandingan Simpangan Model RT dan RT + Bresing Portal 4 Lantai
50
Gambar 4.14 Perbandingan Simpangan Model RT dan RT + Bresing Portal 5 Lantai Simpangan yang terjadi pada setiap model juga dikontrol terhadap simpangan antar lantai tingkat ijin sesuai persyaratan SNI 1726:2012 yaitu sebesar 0,02.hsx dengan hsx adalah tinggi tingkat. Tabel 4.4, 4.5 dan 4.6 menampilkan simpangan antar lantai dari masing-masing model. Tabel 4.4 Simpangan Antar Lantai Portal 3 Lantai Simpangan Antar Lantai (mm) Lantai
hsx (mm2)
RT
RT 3X
SNI 2002
SNI 2012
Simpangan RT 3V
Ijin
Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap
(mm)
3
3500
5,95
8,36
0,36
0,49
0,32
0,42
70
2
3500
6,85
9,61
0,35
0,47
0,36
0,46
70
1
3500
6,13
8,52
0,54
0,50
0,49
0,51
70
51
Tabel 4.5 Simpangan Antar Lantai Portal 4 Lantai Simpangan Antar Lantai (mm) Lantai
hsx (mm2)
RT
RT 4X
SNI 2012 7,36
Simpangan RT 4V
4
3500
SNI 2002 5,61
3
3500
6,62
9,09
0,68
0,82
2
3500
8,22
11,35
0,67
1
3500
4,55
6,28
0,65
Konvensional Bertahap Konvensional 0,60 0,78 0,51
Ijin Bertahap 0,65
(mm) 70
0,62
0,75
70
0,82
0,69
0,79
70
0,59
0,58
0,61
70
Tabel 4.6 Simpangan Antar Lantai Portal 5 Lantai Lantai
5 4 3 2 1
hsx (mm2) 3500 3500 3500 3500 3500
RT SNI 2002 28,60 25,11 18,85 10,57 3,67
Simpangan Antar Lantai (mm) RT 5X
RT 5V SNI 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 38,11 4,51 1,00 4,19 0,82 33,69 3,69 1,19 3,51 1,08 25,35 2,67 1,19 2,57 1,12 14,20 1,62 0,93 1,57 0,91 4,90 0,78 0,70 0,72 0,73
Dari Tabel 4.4, 4.5 dan 4.6 dapat dilihat bahwa simpangan antar lantai yang terjadi dari seluruh model masih lebih kecil dibandingkan simpangan antar lantai ijin sehingga syaratnya telah terpenuhi. Dari simpangan antar lantai didapat drift ratio setiap lantai seperti pada Tabel 4.7, 4.8 dan 4.9. Tabel 4.7 Drift Ratio Tiap Lantai Portal 3 Lantai Dr (%) RT RT 3X Lantai SNI SNI 2002 2012 Konvensional Bertahap 3 0,170 0,239 0,010 0,014 2 0,196 0,275 0,010 0,013 1 0,175 0,243 0,015 0,014
RT 3V Konvensional 0,009 0,010 0,014
Bertahap 0,012 0,013 0,015
52
Simpangan Ijin (mm) 70 70 70 70 70
Tabel 4.8 Drift Ratio Tiap Lantai Portal 4 Lantai Dr (%) RT RT 4X Lantai SNI SNI 2002 2012 Konvensional Bertahap 4 0,160 0,210 0,017 0,022 3 0,189 0,260 0,019 0,023 2 0,235 0,324 0,019 0,023 1 0,130 0,179 0,019 0,017
Tabel 4.9 Drift Ratio Tiap Lantai Portal 5 Lantai Dr (%) RT RT 5X Lantai SNI SNI 2002 2012 Konvensional Bertahap 5 0,100 0,126 0,023 0,029 4 0,179 0,238 0,029 0,034 3 0,237 0,319 0,030 0,034 2 0,197 0,266 0,024 0,027 1 0,105 0,140 0,022 0,020
RT 4V Konvensional 0,015 0,018 0,020 0,017
Bertahap 0,019 0,021 0,023 0,017
RT 5V Konvensional 0,019 0,027 0,029 0,024 0,021
Bertahap 0,023 0,031 0,032 0,026 0,021
Berdasarkan Pasal 7.12.1 SNI 1726-2012 Drift Ratio tiap lantai harus memenuhi syarat yaitu lebih kecil dari 2 %. Dari Tabel 4.7, 4.8 dan 4.9 dapat dilihat bahwa Drift Ratio tiap lantai dari semua model sudah lebih kecil dari 2 %, sehingga syaratnya telah terpenuhi. 4.5
Gaya-gaya Dalam Dalam perbandingan gaya-gaya dalam, digunakan kombinasi beban mati,
hidup dan gempa tanpa faktor beban (D + L + E). Dibandingkan gaya-gaya dalam maksimum untuk balok dan kolom. Gaya-gaya dalam untuk seluruh elemen struktur ditampilkan pada Lampiran B, C dan D. 4.5.1
Gaya-gaya Dalam Balok Penambahan bresing pada struktur rangka terbuka berpengaruh terhadap
gaya-gaya dalam yang terjadi pada balok. Pada Tabel 4.10, 4.11, dan 4.12 terlihat
53
bahwa penambahan bresing pada struktur rangka terbuka sebagai perkuatan mampu memperkecil momen dan gaya geser yang terjadi pada balok. Tabel 4.10 Gaya-gaya Dalam Maksimum Balok pada Struktur 3 Lantai RT
Gaya-gaya No Dalam
SNI 2002
RT 3X SNI 2012
RT 3V
Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap
1
Momen (kNm)
112,92 123,57
89,02
89,07
77,15
88,63
2
Gaya geser (kN)
92,96
84,47
84,48
81,75
84,33
96,80
Tabel 4.11 Gaya-gaya Dalam Maksimum Balok pada Struktur 4 Lantai RT Gaya-gaya RT 4X RT 4V No SNI SNI Dalam 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 1 Momen (kNm) 113,50 124,51 89,63 90,02 77,52 89,08 2 Gaya geser (kN) 92,53 96,44 84,73 84,85 81,95 84,56
Tabel 4.12 Gaya-gaya Dalam Maksimum Balok pada Struktur 5 Lantai RT Gaya-gaya RT 5X RT 5V No SNI SNI Dalam 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 1 Momen (kNm) 115,01 126,35 89,95 90,2 79,47 89,25 2 Gaya geser (kN) 92,76 96,76 84,31 84,43 81,53 84,13 Perkuatan struktur rangka terbuka dengan bresing X yang dianalisis dengan metode konstruksi bertahap, mampu memperkecil gaya-gaya dalam pada balok sampai 15,12 %, 14,49 % dan 15,27 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan perkuatan struktur rangka terbuka dengan bresing V terbalik memperkecil gaya-gaya dalam sampai 15,40 %, 15,06 % dan 15,85 %. Gaya-gaya dalam pada balok yang dianalisis dengan metode analisis konstruksi bertahap, 0,03 %, 0,29 % dan 0,28 % lebih besar dibandingka dengan nilai-nilai pada analisis konvensional untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai dengan bresing X. Sedangkan pada struktur dengan bresing V terbalik, gaya-gaya dalam pada balok hasil analisis metode konstruksi bertahap 8,01 %, 8,03 % dan 7,02 % lebih besar dibandingkan nilai-nilai hasil analisis metode konvensional.
54
4.5.2
Gaya-gaya Dalam Kolom Penambahan bresing pada struktur rangka terbuka juga berpengaruh
terhadap gaya-gaya dalam yang terjadi pada kolom. Pada Tabel 4.13, 4.14 dan 4.15 terlihat bahwa penambahan bresing pada struktur rangka terbuka mampu memperkecil momen dan gaya geser yang terjadi pada kolom. Sedangkan gaya normal yang terjadi pada kolom meningkat akibat perkuatan struktur rangka terbuka dengan bresing. Tabel 4.13 Gaya-gaya Dalam Maksimum Kolom pada Struktur 3 Lantai Gaya-gaya No 1 2 3
Dalam Momen (kNm) Gaya geser (kN) Gaya normal (kN)
RT
RT 3X RT 3V SNI SNI 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 51,35 57,88 36,14 36,72 38,74 36,56 28,38 31,87 20,21 20,58 21,72 20,48 454,54 456,46 505,79 548,82 472,22 520,33
Tabel 4.14 Gaya-gaya Dalam Maksimum Kolom pada Struktur 4 Lantai RT Gaya-gaya RT 4X RT 4V No SNI SNI Dalam 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 1 Momen (kNm) 50,38 61,67 37,38 38,02 39,45 37,62 2 Gaya geser (kN) 27,23 32,20 20,47 20,82 21,58 20,58 3 Gaya normal (kN) 623,06 625,22 738,90 790,29 693,21 753,88
Tabel 4.15 Gaya-gaya Dalam Maksimum Kolom pada Struktur 5 Lantai RT Gaya-gaya RT 5X RT 5V No SNI SNI Dalam 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 1 Momen (kNm) 57,79 71,46 40,99 41,57 43,18 41,42 2 Gaya geser (kN) 32,17 36,21 21,88 22,32 23,08 22,21 3 Gaya normal (kN) 789,64 791,58 990,17 1041,10 931,39 998,91
Perkuatan bresing tipe X pada struktur rangka terbuka yang dianalisis dengan metode konstruksi bertahap, mampu memperkecil momen dan gaya geser pada kolom sampai 27,99 %, 24,04 % dan 29,34 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan perkuatan struktur dengan bresing V terbalik memperkecil
55
momen dan gaya geser sampai 28,32 %, 24,87 % dan 29,64 %. Terjadi peningkatan gaya normal pada struktur rangka terbuka yang diperkuat dengan bresing. Pada struktur dengan bresing X gaya normal meningkat 17,18 %, 21,16 % dan 24,15 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan pada struktur dengan bresing V terbalik gaya normal meningkat 12,64 %, 17,35 % dan 20,95 %. Gaya-gaya dalam pada kolom hasil analisis metode konstruksi bertahap 3,74 %, 3,29 % dan 2,75 % lebih besar dibandingka dengan nilai-nilai pada analisis konvensional untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai dengan bresing X. Sedangkan untuk struktur dengan bresing V terbalik, momen dan gaya geser hasil analisis metode konstruksi bertahap lebih kecil daripada nilai-nilai hasil analisis konvensional. Momen dan gaya geser hasil analisis metode konstruksi bertahap 5,67 %, 4,64 % dan 3,92 % lebih kecil dari hasil analisis konvensional untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Untuk gaya normal kolom, hasil analisis metode konstruksi bertahap 9,25 %, 8,05 % dan 6,76 % lebih besar dari nilai hasil analisis konvensional unuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. 4.6
Perbandingan Luas Tulangan Model struktur rangka terbuka didesain dengan pembebanan gempa sesuai
SNI 1726:2002 memiliki luas tulangan terpasang seperti pada Tabel 4.16 sampai 4.21. Setelah struktur rangka terbuka tersebut didesain dengan pembebanan gempa sesuai SNI 1726:2012 terjadi peningkatan luas tulangan perlu. Tulangan kolom meningkat 11,03 %, 7,32 % dan 4,84 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan tulangan balok meningkat 1,10 %, 2,19 % dan 2,52 %. Struktur rangka terbuka tersebut kemudian diperkuat dengan sistem bresing dan dibandingakan luas tulangannya dengan luas tulangan terpasang berdasarkan pembebanan gempa sesuai dengan SNI 1726:2002. Tabel 4.16 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Kolom Model 3 Lantai As RT As RT + Bresing (mm2) (mm2) No Kolom SNI SNI RT + Bresing X RT + Bresing V 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 1 K1 900 1086 900 900 900 900 2 K2 900 982 900 900 900 900
56
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12
900 900 1513 900 900 1513 1697 625 625 1697
982 1086 1754 900 900 1754 2187 655 655 2187
900 900 1308 900 900 1308 1091 625 625 1091
900 900 1327 900 900 1327 1100 625 625 1100
900 900 1468 900 900 1468 1224 625 625 1224
900 900 1326 900 900 1326 1099 625 625 1099
Tabel 4.17 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Balok Model 3 Lantai As RT As RT + Bresing (mm2) (mm2) No Balok SNI SNI RT + Bresing X RT + Bresing V 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap B1 Tumpuan 1435 1552 1434 1434 1212 1434 1 B1 Lapangan 1184 1184 1184 720 1210 720 B2 Tumpuan 1313 1379 1315 1313 623 1313 2 B2 Lapangan 1124 1124 1124 578 286 578 B3 Tumpuan 1435 1552 1434 1434 1212 1434 3 B3 Lapangan 1184 1184 1184 720 1210 720 B4 Tumpuan 1439 1439 1446 1438 1230 1439 4 B4 Lapangan 1182 1182 1182 733 1208 733 B5 Tumpuan 1314 1314 1313 1313 703 1314 5 B5 Lapangan 1128 1128 1128 578 292 578 B6 Tumpuan 1439 1439 1446 1438 1230 1439 6 B6 Lapangan 1182 1182 1182 733 1208 733 B7 Tumpuan 873 873 875 872 758 873 7 B7 Lapangan 671 671 671 546 697 546 B8 Tumpuan 814 814 815 814 599 815 8 B8 Lapangan 524 524 524 366 191 366 B9 Tumpuan 873 873 875 872 758 873 9 B9 Lapangan 671 671 671 546 697 546 Tabel 4.18 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Kolom Model 4 Lantai As RT As RT + Bresing (mm2) (mm2) No Kolom SNI SNI RT + Bresing X RT + Bresing V 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 1 K1 1225 1225 1225 1225 1225 1225 2 K2 1225 1225 1225 1225 1225 1225
57
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 K11 K12 K13 K14 K15 K16
1225 1225 1073 900 900 1073 1484 900 900 1484 1700 625 625 1700
1225 1225 1606 900 900 1606 1642 900 900 1642 2017 625 625 2017
1225 1225 900 900 900 900 1315 900 900 1315 1124 625 625 1124
1225 1225 900 900 900 900 1327 900 900 1327 1135 625 625 1135
1225 1225 900 900 900 900 1458 900 900 1458 1353 625 625 1353
1225 1225 900 900 900 900 1325 900 900 1325 1134 625 625 1134
Tabel 4.19 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Balok Model 4 Lantai As RT As RT + Bresing (mm2) (mm2) No Balok SNI SNI RT + Bresing X RT + Bresing V 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap B1 Tumpuan 1410 1563 1399 1406 1205 1406 1 B1 Lapangan 1173 1173 1172 696 1195 696 B2 Tumpuan 1304 1418 1307 1304 545 1304 2 B2 Lapangan 1128 1128 1127 586 296 585 B3 Tumpuan 1410 1563 1399 1406 1205 1406 3 B3 Lapangan 1173 1173 1172 696 1195 696 B4 Tumpuan 1393 1533 1401 1392 1191 1392 4 B4 Lapangan 1177 1177 1177 703 1201 703 B5 Tumpuan 1301 1395 1300 1301 568 1301 5 B5 Lapangan 1129 1129 1129 589 295 588 B6 Tumpuan 1393 1533 1401 1392 1191 1392 6 B6 Lapangan 1177 1177 1177 703 1201 703 B7 Tumpuan 1416 1416 1422 1415 1210 1416 7 B7 Lapangan 1184 1184 1184 737 1210 737 8 B8 Tumpuan 1311 1311 1311 1311 702 1311 B8 Lapangan 1129 1129 1129 580 292 580 B9 Tumpuan 1416 1416 1422 1415 1210 1416 9 B9 Lapangan 1184 1184 1184 737 1210 737 B10 Tumpuan 860 860 863 859 744 860 10 B10 Lapangan 671 671 671 545 698 545 11 B11 Tumpuan 808 808 809 807 588 808
58
12
B11 Lapangan B12 Tumpuan B12 Lapangan
527 860 671
527 860 671
527 863 671
366 859 545
188 744 698
366 860 545
Tabel 4.20 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Kolom Model 5 Lantai As RT As RT + Bresing (mm2) (mm2) No Kolom SNI SNI RT + Bresing X RT + Bresing V 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap 1 K1 1600 1600 1600 1600 1600 1600 2 K2 1600 1600 1600 1600 1600 1600 3 K3 1600 1600 1600 1600 1600 1600 4 K4 1600 1600 1600 1600 1600 1600 5 K5 1225 1225 1225 1225 1225 1225 6 K6 1225 1225 1225 1225 1225 1225 7 K7 1225 1225 1225 1225 1225 1225 8 K8 1225 1225 1225 1225 1225 1225 9 K9 1110 1593 900 900 900 900 10 K10 900 900 900 900 900 900 11 K11 900 900 900 900 900 900 12 K12 1110 1593 900 900 900 900 13 K13 1289 1494 900 900 1078 900 14 K14 900 900 900 900 900 900 15 K15 900 900 900 900 900 900 16 K16 1289 1494 900 900 1078 900 17 K17 1458 1524 1384 1402 1468 1400 18 K18 900 900 900 900 900 900 19 K19 900 900 900 900 900 900 20 K20 1458 1524 1384 1402 1468 1400
Tabel 4.21 Perbandingan Luas Tulangan Perlu Balok Model 5 Lantai As RT As RT + Bresing (mm2) (mm2) No Balok SNI SNI RT + Bresing X RT + Bresing V 2002 2012 Konvensional Bertahap Konvensional Bertahap B1 Tumpuan 1377 1514 1346 1355 1207 1356 1 B1 Lapangan 1157 1157 1157 656 1172 656 B2 Tumpuan 1302 1428 1295 1292 417 1291 2 B2 Lapangan 1132 1132 1131 597 313 596 B3 Tumpuan 1377 1514 1346 1355 1207 1356 3 B3 Lapangan 1157 1157 1157 656 1172 656
59
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
B4 Tumpuan B4 Lapangan B5 Tumpuan B5 Lapangan B6 Tumpuan B6 Lapangan B7 Tumpuan B7 Lapangan B8 Tumpuan B8 Lapangan B9 Tumpuan B9 Lapangan B10 Tumpuan B10 Lapangan B11 Tumpuan B11 Lapangan B12 Tumpuan B12 Lapangan B13 Tumpuan B13 Lapangan B14 Tumpuan B14 Lapangan B15 Tumpuan B15 Lapangan
1429 1167 1331 1131 1429 1167 1374 1180 1302 1128 1374 1180 1360 1170 1295 1135 1360 1170 812 636 774 545 812 636
1586 1167 1470 1131 1586 1167 1483 1180 1368 1128 1483 1180 1360 1170 1295 1135 1360 1170 812 636 774 545 812 636
1371 1167 1294 1132 1371 1167 1380 1180 1302 1128 1380 1180 1368 1170 1295 1136 1368 1170 817 636 774 545 817 636
1364 681 1295 594 1364 681 1372 711 1302 588 1372 711 1357 705 1295 594 1357 705 810 474 773 366 810 474
1190 1187 493 305 1190 1187 1174 1205 580 293 1174 1205 1176 1192 616 304 1176 1192 705 660 472 152 705 660
1365 681 1294 593 1365 681 1373 711 1302 587 1373 711 1358 705 1295 594 1358 705 811 474 774 366 811 474
Dari tabel 4.16 sampai 4.21 didapat bahwa struktur dengan perkuatan bresing dapat memperkecil luas tulangan perlu. Pada analisis konstruksi bertahap, presentase penurunan luas tulangan balok dan kolom antara perkuatan dengan bresing X dan V terbalik relatif sama. Luas tulangan kolom rata-rata menurun 7,91 %, 7,49 % dan 5,29 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai dengan bresing X. Sedangkan untuk struktur dengan bresing V terbalik tulangan kolom rata-rata menurun 7,93 %, 7,52 % dan 5,31 %. Untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai, tulangan balok rata-rata menurun 17,76 %, 18,80 % dan 20,67 % untuk struktur dengan bresing X serta 18,78 %, 18,79 % dan 20,65 % untuk struktur dengan bresing V terbalik. Pada analisis konvensional, luas tulangan kolom rata-rata menurun 8,21 %, 7,67 % dan 5,42 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai dengan bresing X. Sedangkan pada struktur dengan bresing V terbalik, tulangan kolom rata-rata menurun 5,14
60
%, 4,79 % dan 3,92 %. Pada struktur dengan bresing V terbalik, penurunan luas tulangan balok jauh lebih besar daripada bresing X. Tulangan balok menurun 35,35 %, 36,78 % dan 39,16 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai dengan bresing V terbalik. Untuk struktur dengan bresing X, tulangan balok rata-rata hanya menurun 0,02 %, 0,12 % dan 0,73 %. Disamping penurunan luas tulangan, juga terjadi peningkatan yang cukup kecil pada luas tulangan daerah lapangan balok. Tetapi jika diasumsikan jumlah tulangan terpasang pada daerah lapangan balok, didapat jumlah tulangan yang sama antara kondisi awal dengan kondisi setelah diperkuat dengan bresing. Untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai, tulangan balok ratarata meningkat 0,28 %, 0,38 % dan 0,43 % untuk struktur dengan bresing X serta 2,76 %, 2,53 % dan 2,16 % untuk struktur dengan bresing V terbalik.
61
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
5.1
Simpulan Dari hasil analisis dan pembahasan dalam BAB IV, dapat disimpulkan
beberapa hal sebagai berikut. 1. Perkuatan struktur rangka terbuka beton bertulang dengan bresing baja dapat digunakan. Perkuatan struktur dengan bresing jauh memperkecil simpangan lateral struktur. Perkuatan dengan bresing X mampu memperkecil simpangan sampai 92,29 %, 87,96 % dan 82,48 % untuk struktur 3, 4 dan 5 lantai. Sedangkan perkuatan dengan bresing V terbalik memperkecil simpangan sampai 92,66 %, 88,80 % dan 83,71 %. 2. Pada struktur 3, 4 dan 5 lantai terjadi penurunan momen dan gaya geser pada balok dan kolom akibat perkuatan struktur dengan bresing. Sedangkan gaya normal kolom meningkat akibat perkuatan struktur dengan bresing. 3. Perkuatan struktur dengan bresing menyebabkan terjadinya penurunan luas tulangan balok dan kolom pada struktur 3, 4 dan 5 lantai. Luas tulangan tersebut lebih kecil dari luas tulangan terpasang pada struktur tanpa perkuatan. 4. Metode analisis konstruksi bertahap menghasilkan hasil analisis berupa simpangan, gaya-gaya dalam dan luas tulangan yang berbeda dari nilai-nilai hasil analisis konvensional.
5.2
Saran Dari hasil pembahasan dan kesimpulan, dapat disarankan beberapa hal
sebagai berikut. 1. Perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai perkuatan struktur dengan bresing pada model gedung.
62
2. Dalam analisis struktur dengan perkuatan, sebaiknya menggunakan analisis konstruksi bertahap.
63
DAFTAR PUSTAKA
AISC, ANSI/ASCE 341-10. 2010. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago. BSN. 2002. Tata Cara Perencanan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung SNI 031729-2002. Badan Standarisasi Negara, Jakarta. BSN. 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 1726:2002. Badan Standarisasi Negara, Jakarta. BSN. 2012. Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung SNI 1726:2012. Badan Standarisasi Negara, Jakarta. BSN. 2013. Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung SNI 2847:2013. Badan Standarisasi Negara, Jakarta Computers and Structures, Inc. 2002. Analysis Reference SAP2000. Ismail dkk. 2015. “Analisa Perkuatan (Retrofitting) Gedung STKIP ADZKIA Padang dengan Menggunakan Bresing Baja”. Prosiding Seminar Nasional Teknik Sipil 1 (SeNaTS), Sanur-Bali. Maheri, M.R. 2009. “Internal Steel Bracing of RC Frames”. 3rd International Conference on Concrete & Development, Tehran, Iran. Massumi, A. and Absalan, A. 2013. “Interaction Between Bracing System and Moment Resisting Frame in Braced Frame”. Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 13, 260-268. Massumi, A. and Tasnimi, A.A. 2008. “Strengthening of Low Ductile Reinforced Concrete Frames Using Steel X-Bracing with Different Details”. Proceedings of the Fourteen World Conference on Earthquake Engineering (14WCEE), Beijing, China. 64
Nawy, E.G. 2009. Prestressed Concrete Fifth Edition Upgrade: ACI, AASHTO, IBC 2009 Codes Version.. Pearson Education Inc. Smith, B.S. and Coull, A. 1991. Tall Building Structures; Analysis and Design. John Wiley and Sons Inc. Viswanath, K.G, Prakash, K.B and Anant, D. 2010. “Seismic Analysis of Steel Braced Reinforced Concrete Frames”. International Jurnal of Civil and Structure Engineering, Vol. 1 (1), 114-122.
65
