TUGAS AKHIR STUDI PERBANDINGAN BEBERAPA BENTUK PENAMPANG BRESING ANTI TEKUK PADA STRUKTUR BANGUNAN BAJA AKIBAT BEBAN GEMPA DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE MIDAS FEA Oleh : Irsyad Septian B.
(3111105010)
Dosen Pembimbing I : Budi Suswanto ST., MT., Ph.D Dosen Pembimbing II : Hidayat Soegihardjo., Ir., MS., Dr.
PENDAHULUAN (Buckling Restrained Brace) atau Bresing Anti Tekuk berfungsi sebagai penahan gaya lateral yang bekerja pada suatu portal sehingga dapat meminimalisir deformasi dan goyangan yang terjadi.
BRB
Salah
satu kelebihan BRB dibandingkan dengan pengaku lainnya adalah kuat menahan gaya tekan maupun tarik.
CONTOH GEDUNG DENGAN BRB
BAGIAN – BAGIAN BRB
PENAMPANG YANG AKAN DIBANDINGKAN Steel Tube
Steel Tube
Concrete
Concrete Core Steel
Core Steel
Penampang Lingkaran dengan baja inti silang
Penampang Persegi dengan baja inti silang Steel Tube
Core Steel
Penampang Multibox
BENTUK KONFIGURASI
BRB Balok WF
Kolom King Cross
Two Story X-bracing
RENCANA DENAH GEDUNG 10 LANTAI
6m
6m
6m
6m
Balok Induk WF
Balok Anak WF
6m
6m
BRB 6m
6m
6m
6m
Kolom King Cross
4m
4m
4m
4m
4m
4m
4m
4m
4m
4m
TAMPAK SAMPING GEDUNG
RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana pengaruh pemasangan dari BRB dengan berbagai bentuk penampang terhadap simpangan struktur portal akibat mendapat beban mati, hidup maupun beban gempa dari arah kiri dan kanan? 2. Bagaimana dengan perilaku penampang BRB itu sendiri (deformasi, kontur tegangan, dan regangan) dengan berbagai bentuk penampang terhadap gaya-gaya yang bekerja?
BATASAN MASALAH
Portal hanya 2 tingkat (two story) yang diambil dari gedung baja 10 lantai dengan BRB. Konfigurasi BRB yang dipakai pada portal adalah berupa kofigurasi two story X braced dengan 3 penampang berbeda (persegi, lingkaran, dan multibox). Program yang digunakan adalah MIDAS FEA dan SAP 2000 v.14. Tidak membahas masalah manajemen konstruksi serta metode pelaksanaan. Tidak membahas perencanaan pondasi dan struktur sekunder. Tidak terlalu mendetail dalam perencanaan sambungan.
FLOWCHART
Tidak OK
OK
PERENCANAAN DIMENSI
Dimensi Balok Anak : BJ 41 Jenis Profil : WF 350.175.7.11 Dimensi Balok Induk : BJ 41 Lantai 1 – 3 : WF 450.300.10.15 Lantai 4 – 6 : WF 450.200.9.14 Lantai 7 – 10 : WF 450.200.8.12 Dimensi Kolom Lantai 1 – 3 Lantai 4 – 6 Lantai 7 – 10
: BJ 41 : K 700.300.13.24 : K 588.300.12.20 : K 500.200.10.16
KOMBINASI BEBAN
COMB. 1 : 1,4 D COMB. 2 : 1,2 D + 1,6 L COMB. 3 : 1,2 D + 1,0 L + 1,3 W COMB. 4 : 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E COMB. 5 : 0,9 D ± 1,0 E
Keterangan : D = Beban Mati L = Beban Hidup W = Beban Angin E = Beban Gempa
HASIL PEMODELAN SAP 2000 Gaya Aksial
Gaya Geser
Momen
PEMBAHASAN
Untuk pembahasan akan difokuskan kepada analisa BRB, diantaranya adalah : 1. Analisa kapasitas penampang BRB 2. Analisa pushover dengan SAP 2000 3. Analisa Midas FEA
PERHITUNGAN KAPASITAS BRB
Kuat Nominal Tekan (Nn) Nn = Ag . fcr = Ag . (fy/ ω) Dimana : Nn = Daya dukung nominal (kg) Ag = Luas Penampang utuh (cm2) fcr = Tegangan kritis penampang (kg/cm2) fy = Tegangan leleh penampang (kg/cm2) Untuk BRB (Buckling Restrained Braces) : ω=1 Nn = 59 . (2500/1) = 147500 kg Beban aksial tekan dari SAP didapat = 88388,6 kg Kontrol : Nu ≤ Ø . Nn 88388,6 ≤ 0,85 . 147500 88388,6 kg ≤ 125375 kg ........................................... OK
PERHITUNGAN KAPASITAS BRB
Kuat Nominal Tarik (Rn) Kuat nominal leleh : Rn = Ag . fy = 59 . 2500 = 147500 kg Kuat nominal putus : Karena pada tengah batang tidak ada sambungan maka Ae = Ag, sehingga : Rn = Ae . fu = 59 . 4100 = 241900 kg Karena Ru akibat leleh < Ru akibat putus, maka diambil yang paling kritis yaitu Ru akibat leleh. Beban aksial tarik dari SAP didapat = 88388,55 kg Kontrol : Ru ≤ Ø . Rn 88388,55 ≤ 0,90 . 147500 88388,55 kg ≤ 132750 kg .....................................OK
ANALISA STATIC PUSHOVER
Hasil analisa static push-over digambarkan sebagai kurva kapasitas (Capacity Curve) yang merupakan hubungan antara gaya geser dasar (Base Shear) dengan perpindahan lateral (Displacement). Pada gedung ini diharapkan kelelehan struktur akan terjadi terlebih dahulu pada elemen bresing anti tekuknya. Berikut hasil analisa akibat beban Pushover arah X.
Deformed shape step 8
Deformed shape step 12
ANALISA STATIC PUSHOVER
Berikut kurva hasil analisa static pushover arah X. TABLE: Pushover Curve - POA-X Step
Disp
BaseForce
cm
Kgf
0
0
0
1
5.333
665695.72
2
7.777
970747.87
3
7.848
978931.92
4
13.18
1385198.3
5
18.51
1791464.7
6
23.85
2197731.1
7
29.18
2603997.5
8
34.92
3010154.9
9
41.23
3408459.1
10
44.36
3577984.2
11
49.83
3745638.8
12
53.71
3842949.6
Tabel analisa static pushover arah X
Kurva analisa static pushover arah X
ANALISA MIDAS FEA
Titik-titik penampang yang ditinjau
8
1 7
2
6 5
3 4
PENAMPANG BRB PERSEGI
Titik 1 Tegangan (N/mm2)
Regangan
Displacement (mm)
Step
1
41.159
0.000535
6.09
1
42.513
0.000535
4.176
2
81.807
0.00106
14.957
2
83.916
0.00106
10.312
3
117.174
0.00156
42.2854
3
116.206
0.00156
30.91
4
81.026
39.115
-
4
110.128
43.1318
-
5
81.526
44.509
-
5
65.274
43.1633
-
Regangan
Displacement
Step
Titik 2 Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
Titik 4
Titik 3 Step
Tegangan
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
42.115
0.000547
2.768
2
84.613
0.00109
6.979
3
121.511
0.00377
4
129.538
5
40.6103
Step
Tegangan (N/mm2)
(mm)
21.03
1 2 3
39.997 83.555 125.6
0.00052 0.00108 0.0045
2.715 6.8614 20.52
61.7184
-
4
103.665
61.6535
-
5
63.139
28.512 28.648
-
PENAMPANG BRB PERSEGI
Titik 5 Step
Titik 6 Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
38.933
0.000506
3.85
1
36.672
0.000477
5.627
2
77.313
0.001
9.58
2
72.564
0.00094
14.039
3
110.634
0.00144
29.424
3
110.131
0.00143
40.9
4
102.624
63.187
-
4
94.087
15.0888
-
5
101.662
62.996
-
5
72.922
15.0231
-
Regangan
Displacement
Titik 8
Titik 7 Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
1.024
0.0000133
5.622
2
2.555
0.0000332
13.821
3
9.1266
0.000118
4
142.67
5
136.622
Step
Tegangan (N/mm2)
(mm)
39.032
1 2 3
6.56 15.333 38.739
0.0000853 0.000199 0.000504
6.605 16.234 45.906
12.198
-
4
74.704
0.0174
-
13.0012
-
5
118.534
0.234
-
PENAMPANG BRB LINGKARAN
Titik 1 Step
Titik 2 Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
34.616
0.00045
6.168
1
40.465
0.000526
4.33
2
63.579
0.000826
14.873
2
79.949
0.00104
10.525
3
95.336
0.00128
41.425
3
110.702
0.00144
30.9215
4
87.047
6.6325
6143.35
4
91.4
0.889
-
5
60.239
21.246
114416
5
106.247
30.5317
-
Regangan
Displacement
Titik 4
Titik 3 Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
39.838
0.000517
2.716
2
82.948
0.00108
6.732
3
123.835
0.0041
4
45.35
5
90.483
Step
Tegangan (N/mm2)
(mm)
19.795
1 2 3
33.505 66.893 110.297
0.000435 0.000869 0.00267
2.695 6.651 19.548
10.9034
-
4
70.688
25.9069
30.2978
-
5
22.695
138.984
-
PENAMPANG BRB LINGKARAN
Titik 5 Step
Titik 6 Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
38.737
0.000504
3.962
1
32.624
0.000424
5.705
2
77.908
0.00101
9.631
2
60.653
0.000788
13.959
3
109.637
0.00142
29.0753
3
91.8045
0.00124
40.106
4
133.992
24.6304
-
4
100.725
8.324
-
5
132.891
38.9249
-
5
123.048
20.259
-
Regangan
Displacement
Titik 8
Titik 7 Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
2.494
0.0000324
5.269
2
5.314
0.0000691
12.71
3
12.8604
0.000167
4
142.662
5
76.731
Step
Tegangan (N/mm2)
(mm)
35.34
1 2 3
6.137 14.294 36.7494
0.0000798 0.000186 0.000478
6.465 15.642 43.7657
0.00222
-
4
82.975
0.00108
-
0.034
-
5
111.236
0.0764
-
PENAMPANG BRB MULTIBOX
Titik 1 Step
Titik 2 Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
50.2095
0.000653
7.293
1
52.0546
0.00068
5.51
2
102.605
0.00133
17.181
2
107.983
0.0014
13.055
3
95.3122
0.261
-
3
98.034
0.4423
-
4
71.008
14.6352
-
4
2.789
0.443
-
5
88.427
16.1366
-
5
114.455
0.0073
-
Regangan
Displacement
Titik 4
Titik 3 Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
44.82
0.00058
3.84
2
93.426
0.0012
9.211
3
86.542
8.562
4
32.75
5
120.22
Step
Tegangan (N/mm2)
(mm)
-
1 2 3
43.7833 97.8235 4.273
0.000569 0.00147 0.2126
3.799 9.126 -
8.832
-
4
101.299
0.623
-
10.153
-
5
125.908
2.005
-
PENAMPANG BRB MULTIBOX
Titik 5 Step
Titik 6 Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
32.35
0.00042
5.152
1
47.2576
0.000614
7.192
2
62.603
0.000814
12.194
2
87.914
0.00147
17.094
3
123.709
0.469
-
3
32.097
0.0362
-
4
104.624
0.414
-
4
61.645
0.439
-
5
116.243
0.298
-
5
67.7936
1.476
-
Regangan
Displacement
Titik 8
Titik 7 Step
Tegangan
Regangan
(N/mm2)
Displacement (mm)
1
6.6
0.0000858
6.746
2
13.386
0.000174
15.925
3
67.6368
0.047
4
6.754
5
20.267
Step
Tegangan (N/mm2)
(mm)
-
1 2 3
6.237 14.137 139.332
0.0000823 0.00018 1.897
7.804 18.373 -
0.259
-
4
17.622
1.898
-
0.3119
-
5
48.66
1.9
-
GRAFIK HUBUNGAN TEGANGAN DENGAN REGANGAN
Titik 1
Titik 2
140 120 100 80 60 40 20 0
BRB PERSEGI BRB LINGKARAN
Grafik Tegangan - Regangan Titik 2 Tegangan
Tegangan
Grafik Tegangan - Regangan Titik 1
BRB MULTIBOX 0
10
20
30
40
140 120 100 80 60 40 20 0
50
BRB PERSEGI BRB LINGKARAN BRB MULTIBOX 0
Regangan
20
30
40
50
Regangan
Titik 4
Titik 3 140 120 100 80 60 40 20 0
BRB PERSEGI BRB LINGKARAN BRB MULTIBOX 0 10 20 30 40 50 60 70 Regangan
Grafik Tegangan - Regangan Titik 4 Tegangan
Grafik Tegangan - Regangan Titik 3 Tegangan
10
140 120 100 80 60 40 20 0
BRB PERSEGI BRB LINGKARAN BRB MULTIBOX 0
30 60 90 120 150 Regangan
GRAFIK HUBUNGAN TEGANGAN DENGAN REGANGAN
Titik 5
Titik 6
140 120 100 80 60 40 20 0
Grafik Tegangan - Regangan Titik 6 150
BRB PERSEGI BRB LINGKARAN
Tegangan
Tegangan
Grafik Tegangan - Regangan Titik 5
BRB MULTIBOX
100 BRB PERSEGI
50
BRB LINGKARAN BRB MULTIBOX
0
0 10 20 30 40 50 60 70
0
Regangan
10
15
20
25
Regangan
Titik 8
Titik 7 Grafik Tegangan - Regangan Titik 7 150 125 100 75 50 25 0
BRB PERSEGI BRB LINGKARAN BRB MULTIBOX 0
3
6
9
Regangan
12
15
Grafik Tegangan - Regangan Titik 8 Tegangan
Tegangan
5
140 120 100 80 60 40 20 0
BRB PERSEGI BRB LINGKARAN BRB MULTIBOX 0
0.4 0.8 1.2 1.6 Regangan
2
KESIMPULAN & SARAN
1.
2.
3.
4.
5.
Kesimpulan Berikut ini adalah hasil yang dapat disimpulkan berdasarkan pemodelan penampang baja BRB dengan midas FEA dan juga analisa manual dalam menentukan penampang BRB yang paling efektif. Jenis BRB yang dianalisa adalah baja inti silang dengan berbagai casing yang berbeda, diantaranya yaitu penampang kotak dengan beton, penampang bulat dengan beton, serta penampang baja multibox. Ketiganya dimodelkan dengan program bantu Midas FEA. Jenis pembebanan yang diberikan adalah beban pressure yang dibebankan pada ujung atas portal sebesar 50N/mm2 dengan beban rencana dengan load factor 2x, 3x, 4x, hingga 5x. Dan didapatkan bahwa pada step ke-4 BRB telah collapse. Penampang BRB dengan tegangan yang paling besar adalah penampang persegi, dilihat dari grafik pada titik 1, 2, 3, 4, dan 7. Sedangkan penampang multibox memiliki tegangan dan regangan yang rendah, dilihat dari grafik 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7. Bagian terlemah pada penampang persegi, lingkaran, dan penampang multibox seluruhnya terjadi pada inti baja. Antara inti baja dengan beton ataupun casing terdapat material unbonding, sehingga yang menerima gaya aksial hanyalah inti baja sedangkan casing dan beton hanya berfungsi mencegah tekuk pada inti baja. Hasil analisa pushover portal (two story) menunjukkan bahwa penampang bressing juga mengalami kelelehan terlebih dahulu dibanding dengan penampang yang lainnya.
KESIMPULAN & SARAN 1.
2.
3. 4.
5.
Saran Saran yang dapat diberikan sesuai dengan Tugas Akhir ini adalah : Studi lebih lanjut mengenai perbandingan penampang BRB yang berbeda bentuk namun memiliki luasan yang sama, contohnya dengan penampang baja inti WF, atau dengan penampang baja inti persegi panjang. Studi lebih lanjut mengenai perbandingan penampang BRB lainnya yang dimodelkan dengan konfigurasi yang berbeda, contohnya dengan konfigurasi diagonal dibandingkan dengan konfigurasi V atau inverted V. Studi lebih lanjut dalam menentukan penampang BRB yang paling optimum dengan mempertimbangkan faktor pelaksanaan dan juga harga. Rekomendasi untuk studi selanjutnya bisa dilakukan tes secara langsung dengan material maupun konfigurasi yang sama untuk lebih bisa mendapatkan hasil yang lebih sesuai dengan keadaan yang sebenarnya. Untuk analisa Midas FEA bisa dicoba untuk melakukan pemodelan dan pembebanan hanya pada bressing-nya saja untuk lebih mendapat hasil yang akurat.
DAFTAR PUSTAKA AISC. 2010. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Chicago, Illinois : American Institute of Steel Construction. Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung. Bandung : Ditjen Cipta Karya Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan. Deulkar, dkk. 2010. “Buckling Restrained Braces for Vibration Control of Building Structure”. IJRRAS 4, 363-372. Engelheardt dan Michael D. 2007. Design of Seismic Resistant Steel Building Structures. University of Texas. Gary dan Paul. 2012. “Seismic Performance of Buckling-Restrained Braced Frames with Eccentric Configurations”. Journal of Structural Engineering, ASCE, 345-353. Larry, dkk. 2007. “Seismic Response and Performance of Buckling-Restrained Braced Frames”. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1195-1204. Marwan dan Isdarmanu. 2006. Struktur Baja 1. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Qiang Xie. 2004. “State of the Art of Buckling-Restrained Braces in Asia”. Journal of Constructional Steel Research 61, 727-748. Rahai, dkk. 2008. “Cyclic Performance of Buckling Restrained Composite Braces Composed of Selected Materials”. International Journal of Civil Engineering, Vol. 7, No. 1, 1-8. Sahoo dan Chao. 2010. “Performance-based plastic design method for buckling-restrained braced frames”. Engineering Structures 32, 2950-2958. Standar Nasional Indonesia. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung. Badan Standardisasi Nasional. Talebi dan Zahmatkesh. 2010. “Performance of BRBF System and Comparing it with the OCBF”. World Academy of Science, Engineering
SEKIAN DAN TERIMA KASIH
