PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG RANGKA BAJA DENGAN SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN (MOMENT RESISTING FRAMES)
Fajri Muhammad Ikhlas, Yurisman, Gusnedi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta Email :
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstrak Artikel ini membahas tentang perencanaan struktur rangka baja dengan metode sistem rangka pemikul momen. Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) merupakan suatu struktur rangka pemikul momen yang di pasang secara horizontal. Pada SRPM ada suatu segmen khusus yang terdiri dari beberapa panel dengan batang-batangnya yang dirancang secara khusus. SRPM direncanakan mengalami deformasi inelastis yang cukup besar pada segmen khusus saat memikul gaya-gaya akibat beban gempa rencana. Mekanisme keruntuhan dengan desain kerusakan harus direncanakan sehingga struktur dapat rusak pada level desain tanpa kerusakan. Pada segmen tersebut diharapkan terjadinya sendi plastis. Perencanaan desain strong columb weak beam salah satu cara desain struktur yang mampu berdeformasi pada saat terjadinya gempa. Perencanaan gedung rangka baja dengan tinggi bangunan 16m menggunakan profil IWF 400.200.8.13 untuk balok utama, profil IWF 350.175.7.11 untuk balok anak dan profil IWF 400.400.13.21 untuk kolom ini mampu menahan beban yang direncanakan sesuai ketentuan dan syarat yang ada. Dengan tanah keras baru tercapai pada kedalaman 14 meter, maka pondasi yang direncanakan adalah pondasi dalam yaitu dengan menggunakan pondasi tiang pancang. Kata kunci : sendi plastis, momen plastis, strong columb weak beam, deformasi, Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM)
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Yurisman, MT
Drs. Gusnedi, M.Si
PLANNING FRAMEWORK OF STEEL BUILDING STRUCTURE WITH MOMENT RESISTING FRAMES SYSTEM (MOMENT RESISTING FRAMES)
Fajri Muhammad Ikhlas, Yurisman, Gusnedi Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Planning, University of Bung Hatta Padang Email :
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstract This article describes about the steel frame structural design method of moment resisting frames. Moment Resisting Frame (MRF) is a truss bearers moments in pairs horizontally. At SRPM there is a special segment that consists of several panels with trunks specially designed. MRF planned run into inelastic deformation sizeable on specific segments currently carry the forces due to earthquake load plan. Failure mechanisms with the design of the damage must be planned so that the structure can be damaged at the level of design without any damage. In the segment expected occurrence plastic hinge. The planning of strong columb weak beam one way structural design capable of deforming at the time of the earthquake. Planning building with a steel frame building height of 16m using a profile for the main beam IWF 400.200.8.13, IWF 350.175.7.11 profile for joist and IWF 400.400.13.21 profile for this column is able to withstand the load that is planned on the existing terms and conditions. With the new hard ground is reached at a depth of 14 meters, the foundation planned is a pile foundation. Keywords : hinge, plastic moment, strong columb weak beam, deformation, Moment Resisting Frame (MRF)
Supervisor I
Supervisor II
Dr. Ir. Yurisman, MT
Drs. Gusnedi, M.Si
PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG RANGKA BAJA DENGAN SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN (MOMENT RESISTING FRAMES)
Fajri Muhammad Ikhlas, Yurisman, Gusnedi Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta Email :
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstrak Artikel ini membahas tentang perencanaan struktur rangka baja dengan metode sistem rangka pemikul momen. Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) merupakan suatu struktur rangka pemikul momen yang di pasang secara horizontal. Pada SRPM ada suatu segmen khusus yang terdiri dari beberapa panel dengan batang-batangnya yang dirancang secara khusus. SRPM direncanakan mengalami deformasi inelastis yang cukup besar pada segmen khusus saat memikul gaya-gaya akibat beban gempa rencana. Mekanisme keruntuhan dengan desain kerusakan harus direncanakan sehingga struktur dapat rusak pada level desain tanpa kerusakan. Pada segmen tersebut diharapkan terjadinya sendi plastis. Perencanaan desain strong columb weak beam salah satu cara desain struktur yang mampu berdeformasi pada saat terjadinya gempa. Perencanaan gedung rangka baja dengan tinggi bangunan 16m menggunakan profil IWF 400.200.8.13 untuk balok utama, profil IWF 350.175.7.11 untuk balok anak dan profil IWF 400.400.13.21 untuk kolom ini mampu menahan beban yang direncanakan sesuai ketentuan dan syarat yang ada. Dengan tanah keras baru tercapai pada kedalaman 14 meter, maka pondasi yang direncanakan adalah pondasi dalam yaitu dengan menggunakan pondasi tiang pancang. Kata kunci : sendi plastis, momen plastis, strong columb weak beam, deformasi, Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM)
kekuatan
PENDAHULUAN Dalam bertingkat,
pembangunan penggunaan
gedung
material
baja
merupakan salah satu pilihan yang cukup
tarik
dan
tekan
tanpa
membutuhkan banyak volume, baja juga mempunyai keuntungan kemudahan dalam hal pemasangan.
atraktif. Penggunaan baja sebagai bahan
Pesatnya pertumbuhan penduduk di
struktur utama suatu bangunan dimulai
Indonesia umumnya di kota-kota besar
pada akhir abad ke-19 ketika metode
memberikan dampak terhadap minimnya
pengolahan
ketersediaan
baja
yang
murah
lahan. para
Hal
tersebut
perencana
bangunan
dikembangkan dengan skala yang luas.
mendorong
Baja merupakan bahan yang mempunyai
untuk mendesain bangunan tingkat tinggi
sifat struktur yang baik. Selain memiliki
yang ramah terhadap gempa. Berdasarkan
kekuatan yang besar untuk menahan
geografis, Indonesia terletak diantara dua
lempeng bumi yang aktif, yaitu lempeng
Prosedur
perencanaan
gempa
Eurasia dan lempeng Australia. Hal ini
berpedoman pada peraturan SNI
mengakibatkan Indonesia menjadi wilayah
1726-20XX Standar Perencanaan
rawan terhadap gempa. Salah satu gempa
Ketahanan
besar yang terjadi yaitu di kota Padang
Bangunan
pada Oktober 2009. Bangunan yang tidak
Gedung .
didesain untuk mengakomodasikan beban tambahan
tersebut
Gedung
Untuk dan
Non
Setelah mempelajari literatur, tentukan
resiko
sistem struktur baja yang akan dipakai
terjadinya keruntuhan yang besar. Untuk
dalam perencanaan. Pada perencanaan
mengurangi resiko bencana yang terjadi
struktur ini penulis menerapkan sistem
akibat
struktur rangka pemikul momen. Setelah
gempa
memiliki
Gempa
diperlukan
konstruksi
bangunan yang ramah terhadap gempa. Untuk itu penulis mencoba melakukan perencanaan
mutu material yang akan digunakan. Untuk
struktur rangka baja, sehingga tugas akhir
data pembebanan penulis berpedoman
berjudul
bangunan
tempat bangunan yang akan didirikan serta
dengan
ini
suatu
itu tentukan fungsi dari bangunan, lokasi
“Perencanaan
Struktur
Gedung Rangka Baja Dengan Sistem Rangka
Pemikul
Momen
kepada
Peraturan
Perencanaan
Untuk
Rumah dan Gedung (PPURG-1987).
(Moment
Kemudian
dilakukan
desain
awal
Resisiting Frame) lokasi : Jln. By Pass -
(preliminary design) untuk menentukan
Padang, Sumatera Barat”.
profil baja elemen struktur. Langkah ini dilakukan
METODOLOGI
sistematis
ataupun
dengan cara coba-coba (trial error).
Dalam perencanaan ini dilakukan studi literatur
secara
pendalaman
materi
untuk
menentukan rumus-rumus dan aturanaturan berlaku yang akan dipakai. Dalam perencanaan kali ini penulis menggunakan tata cara perencanaan menurut Standar
Setelah data pembebanan dimasukkan, struktur di analisis menggunakan bantuan software SAP2000. Setelah itu dilakukan control desain. Jika profil tidak mampu menahan beban yang diberikan maka profil diganti kemudian di cek lagi.
Nasional Indonesia dan American Institute of Steel Construction yaitu :
Prosedur
perencanaan
struktur
mengacu pada peraturan SNI 031729-20XX dan American Institute For Steel Construction (AISC).
Baja Sebagai Bangunan
Material
Struktur
Sifat Mekanis Baja Menurut SNI 03-1729-2002 tentang
Tata Cara Perencanaan Struktur Baja
Untuk Bangunan Gedung, sifat mekanis
dalam bentuk struktur dapat terkendali
baja struktural yang digunakan dalam
dengan
perencanaan harus memenuhi persyaratan
diharapkan para ahli perencanaan sesuai
minimum
dengan prilaku yang diperkirakan dalam
yang diberikan pada
tabel
dibawah ini.
baik,
sehingga
apa
yang
perencanaan. 4. Kemudahan Dalam Pemasangan Semua bagian-bagian dari konstruksi baja yang telah dipersiapkan oleh bengkel, sehingga
kegiatan dilapangan hanya
tinggal pemasangan konstruksi baja yang
Tabel 1. Sifat Mekanis Baja
telah dipersiapkan.
Keuntungan dan Kekurangan Baja Sebagai Material Struktur Bangunan Adapun
keuntungan
baja
sebagai
Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Baja Tahan Gempa Pelaksanaan
konsep
perencanaan
material bangunan adalah sebagai berikut :
struktur adalah memperkirakan urutan
1. Daktilitas
terjadinya
Sifat baja yang dapat mengalami deformasi
berdasarkan
yang besar dibawah pengaruh tegangan
bekerja pada struktur.
tarik yang tinggi tanpa hancur atau putus
kegagalan
suatu
struktur
beban
maksimum
yang
Berdasarkan UBC (Uniform Building
hal ini disebut dengan daktilitas.
Code) 1997, tujuan desain bangunan tahan
2. Kekuatan Tinggi
gempa adalah untuk mencegah terjadinya
Baja diproduksi dengan dengan berbagai
kegagalan struktur dan kehilangan korban
kekuatan yang bisa dinyatakan dengan
jiwa, dengan tiga kriteria standar sebagai
kekuatan tegangan tekan lelehnya (Fy) atau
berikut :
tegangan tarik batas (Fu). Bahan baja
1. Ketika terjadi gempa kecil, tidak terjadi
walaupun
dari
kekuatannya,
jenis tetap
paling
rendah
mempunyai
kerusakan sama sekali. 2. Ketika
terjadi
gempa
perbandingan kekuatan per-volume lebih
diperbolehkan
tinggi bila dibandingkan dengan bahan-
arsitektural tetapi bukan kerusakan
bahan bangunan lainnya yang umum
struktural.
dipakai.
3. Ketika
terjadi
terjadi
sedang, kerusakan
gempa terjadi
kuat,
3. Keseragaman
diperbolehkan
kerusakan
Baja sebagai bahan bangunan maupun
struktural dan non-struktural namun
kerusakan yang terjadi tidak sampai
1983). Peta gempa ini membagi Indonesia
menyebabkan keruntuhan total.
menjadi 6 zona gempa. PPTI-UG 1983
Teori Perhitungan Struktur Beban Gempa Berdasarkan SNI 1726-2012
Kategori Resiko Bangunan
diperbaharui pada tahun 2002 dengan keluarnya
Tata
Ketahanan
Gempa
Cara untuk
Perencanaan Bangunan
Gedung SNI 03-1726-2002.
Untuk kategori resiko bangunan diatur dalam tabel 1 pada SNI 1726-2012
Parameter percepatan terpetakan
Faktor Keutamaan Gempa
Parameter Ss (percepatan batuan
Berdasarkan kategori resiko bangunan
dasar dengan periode pendek) dan S1
maka dapat ditentukan faktor keutamaan
(percepatan batuan dasar pada periode 1
gempa seperti tabel dibawah ini :
detik) harus ditetapkan masing-masing dari respons spektral percepatan 0,2 detik dan 1 detik dalam peta gerak tanah seismik pada pasal
Tabel 2. Faktor keutamaan gempa
14
dengan
kemungkinan
2%
terlampaui dalam 50 tahun (MCER, 2% dalam 50 tahun), dan dinyatakan dalam
Klasifikasi Situs
bilangan
decimal
terhadap
percepatan
Untuk mendapatkan percepatan maksimum
gravitasi. Bila S1 ≤ 0,04g dan Ss ≤ 0,15g,
dan respon spektra di permukaan tanah di
maka struktur bangunan boleh dimasukkan
suatu lokasi tinjauan, terlebih dahulu perlu
ke dalam kategori desain seismik A, dan
dilakukan klasifikasi site (jenis tanah).
cukup memenuhi persyaratan dalam 6.6
Klasifikasi site harus ditentukan untuk
dalam SNI 1726-2012.
lapisan setebal 30m sesuai dengan definisi dalam tabel 3 pada SNI 1726-2012 yang didasarkan atas korelasi hasil penyelidikan tanah lapangan dan laboratorium.
Koefisien Situs Untuk penentuan respons spektral
percepatan gempa MCER di permukaan tanah, diperlukan suatu amplifikasi seismik
Wilayah Respons
Gempa
dan
Spektrum
pada perioda 0,2 detik dan perioda detik. Faktor
amplifikasi
meliputi
faktor
Indonesia pertama kali mempunyai
amplifikasi getaran tekait percepatan yang
peta hazard gempa pada tahun 1983, yaitu
mewakili getaran perioda pendek (Fa) dan
dalam
Tahan
faktor amplifikasi terkait percepatan yang
Gempa Indonesia untuk Gedung (PPTI-UG
mewakili 1 detik (FV). Parameter spektrum
Peraturan
Perancangan
respon percepatan pada perioda pendek
o Untuk perioda yang lebih besar dari T0,
(SMS) dan perioda 1 detik (SM1) yang
spectrum respons percepatan desain
disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi
(Sa)
situs, harus ditentukan dengan perumusan
persamaan :
seperti berikut :
harus
ditentukan
Sa = SDS [0,4 + 0,6
SMS = Fa x Ss
sama dengan T0, dan lebih kecil dari
Keterangan : =
Parameter
respons
spektral
percepatan gempa MCER terpetakan untuk
=
Parameter
atau sama dengan Ts , spektrum respons percepatan desain (Sa) sama dengan SDS
perioda pendek (0,2 detik) SM1
SD1 ] T
o Untuk perioda lebih besar dari atau
SM1 = Fv x S1
SMS
dengan
respons
spektral
percepatan gempa MCER terpetakan untuk
o Untuk perioda lebih besar dari Ts , spektrum respons percepatan desain (Sa) diambil berdasarkan persamaan :
perioda 1,0 detik
Sa =
Fa
= Koefisien perioda pendek
Fv
= Koefisien perioda 1,0 detik
SD1 T
Keterangan : SDS = Parameter respons spektral
Parameter Desain
Percepatan
Spektral
percepatan desain pada perioda pendek SD1 = Parameter respons spektral
Parameter percepatan spectral desain untuk periode pendek, SDS dan periode 1,0 detik, SD1 harus ditentukan dengan rumus berikut :
percepatan desain pada perioda 1,0 detik T0 = 0,2 SD1/SDS TS = SD1/SDS
SDS = 2/3 SMS SD1 = 2/3 SM1
Spektrum Respons Desain Bila
spektrum
respons
desain
diperlukan oleh tata cara ini dan prosedur gerak
tanah
dari
spesifik-situs
tidak
digunakan, maka kurva spektrum respons desain
harus
dikembangkan
mengacu pada gambar dibawah ini :
dengan Gambar1Kurva Spektrum Respons Desain
Kategori Desain Seismik
Koefisien Respon Desain
Struktur harus ditetapkan memiliki
Sistem penahan-gaya gempa yang
suatu kategori desain seismik. Struktur
berbeda diijinkan untuk digunakan, untuk
dengan kategori risiko I, II, III yang
menahan gaya gempa di masing-masing
berlokasi
respons
arah kedua sumbu ortogonal struktur. Bila
spektral percepatan pada perioda 1 detik
sistem yang berbeda digunakan, masing-
(S1), lebih besar dari atau sama dengan
masing nilai R , Cd , dan Ω0 harus
0,75 harus ditetapkan sebagai struktur
dikenakan pada setiap sistem, termasuk
dengan kategori desain seismik E. Struktur
batasan sistem struktur yang termuat dalam
yang berkategori risiko IV yang berlokasi
tabel 9 SNI 1726-2012 (halaman 34).
dimana
dimana
parameter
parameter
respons
spektral
percepatan terpetakan pada perioda 1 detik
Gaya Lateral Ekivalen Gaya geser dasar seismik dalam arah
(S1) , lebih besar dari atau sama dengan 0,75, harus ditetapkan sebagai struktur dengan kategori desain seismik F. Semua
yang ditetapkan harus ditentukan sesuai dengan persamaan berikut : V = Cs . W
struktur lainnya harus ditetapkan kategori
Keterangan :
desain seismik-nya berdasarkan kategori
Cs = Koefisien respons gempa
risikonya dan parameter respons spektral percepatan
desainnya,
SDS
dan
W = Berat total struktur bangunan
SD1.
Kategori desain seismik diatur pada table 6
Koefisien respons gempa (Cs) dapat
dan 7 pada SNI 1729-2012.
dihitung sesuai dengan : SDS ( R/I )
Cs =
Perioda Fundamental Pendekatan Perioda fundamental pendekatan (Ta)
dalam
detik
harus
ditentukan
dari
persamaan berikut :
Keterangan : SDS
=
spektrum
parameter respons
percepatan
desain
dalam
rentang perioda pendek Ta = Ct . hnx Keterangan :
R
= faktor modifikasi respons
(tabel 9 SNI 1726-2012)
Ta = perioda fundamental alami
I
hn
Nilai Cs yang dihitung sesuai dengan
= tinggi struktur di atas tanah
Ct dan x
= koefisien yang bergantung
pada tipe/jenis struktur
= faktor keutamaan gempa
persamaan diatas tidak perlu melebihi berikut ini :
SD1 T(R/I)
Cs max =
tingkat i atau x k
= eksponen yang terkait dengan
Nilai cs harus lebih besar dari 0,01
perioda struktur sebagai berikut :
= 0,044 SDS I ≥ 0,01
Cs
0,5 S1 Cs = ( R/I )
perioda ≤ 0,5 detik
Keterangan : SD1
=
k = 1 untuk struktur dengan
k = 2 untuk struktur dengan perioda ≥ 2,5 detik
parameter percepatan
spektrum respons desain perioda 1,0
jika
mempunyai
perioda antara 0,5 s/d 2,5 detik
detik T
struktur
maka k harus sebesar 2 atau
= perioda fundamental struktur
harus di interpolasi
(detik) S1
=
parameter
percepatan
spektrum respons maksimum yang
Distribusi Horizontal Gaya Gempa Berdasarkan SNI 1726-201, gaya
dipetakan
geser tingkat desain gempa di semua
Distribusi Vertikal Gaya Gempa Berdasarkan
SNI
1726-2012
tingkat (Vx ) harus ditentukan dengan persamaan dibawah : n
V x Fi
distribusi gaya gempa lateral akibat beban
ix
gempa dihitung dengan rumus : Fx
Keterangan :
= Cvx . V Fi
dimana,
C vx
tingkat i
n
Wi . h
k i
Komponen Struktur
keterangan : Cvx = faktor distribusi vertikal = gaya lateral desain total atau geser di dasar struktur Wi dan Wx =
bagian dari gaya geser dasar
seismik (V) yang timbul akibat di
Wx . hxk i 1
V
=
bagian berat seismic
efektif total struktur (W) yang ditempatkan atau dikenakan pada tingkat i atau x hi dan hx = tinggi dari dasar sampai
Batang Tarik Batang
struktur
tarik baja
adalah
komponen
yang
hanya
memikul/mentransfer gaya aksial tarik antara dua titik pada (model) struktur. Secara
teoritis,
kekuatan
penampang
batang tarik dapat dimobilisasikan secara maksimal hingga mencapai keruntuhan
𝑁𝑛 = 𝐴𝑔 . 𝑓𝑐𝑟
Batang Tekan Batang
komponen
tekan
juga
struktur
𝑓𝑦
merupakan
yang juga
hanya
memikul/mentransfer gaya aksial antara
= 𝐴𝑔 . ( ω ) Nilai ω (koefisien tekuk) diambil sebesar 3 kemungkinan :
dua titik pada (model) struktur. Batang
1) Untuk 𝜆𝑐 ≤ 0,25 maka ω = 1,0
tekan adalah suatu komponen struktur yang
2) Untuk 0,25 < 𝜆𝑐 < 1,2 maka ω =
menahan gaya tekan konsentris akibat
1,43
beban terfaktor (𝑁𝑢 ), harus memenuhi
1,6−0,67.𝜆𝑐
3) Untuk 𝜆𝑐 ≥ 1,2 maka ω = 1,25 . 𝜆𝑐 2
persyaratan sebagai berikut : 1. 𝑁𝑢 ≤ ∅𝑁𝑛
𝜆𝑐 =
Dimana :
1 𝜋
.
𝐿𝑘 𝑟𝑦
𝑓
.(√ 𝑦 ) 𝐸
𝑁𝑢
= Gaya tekan terfaktor.
ø
= Faktor reduksi kekuatan,
Dimana,
𝑁𝑛
=
𝐴𝑔 = Luas tampang bruto/gross,mm2.
Kuat
tekan
nominal
𝑓𝑐𝑟 = Tegangan kritis tampang, Mpa.
komponen struktur. 2. Perbandingan Kelangsingan a. Kelangsingan
𝑓𝑦 = Tegangan leleh baja, Mpa.
elemen
penampang λelemen < 𝜆𝑟 . b. Kelangsingan
𝐿𝑘
terhadap sumbu y-y, mm.
komponen
struktur tekan , λbatang =
𝑟𝑦 = jari-jari girasi komponen struktut
𝐿𝑘 𝑟
<
=
Panjang tekuk komponen struktur tersusun pada arah tegak lurus sumbu, mm.
200
dengan, λelemen = Kelangsingan elemen
=
Kelangsingan
batas
(kritis). λbatang = Kelangsingan batang
L = Panjang kritis/ Skematis
maka berlaku :
yang
merupakan
memikul
transversal
seperti
balok.
komponen
struktur
yang
beban
Beberapa merupakan
katergori balok adalah balok lantai (baik
beam), balok jembatan (baik stringers komponen balok yang searah alur jalan
batang. λelemen =
lentur
sebagai joist, spandel beam, maupun main
desak.
Jika
Komponen elemen-elemen
batas (SNI,Tabel 7.5-1). 𝜆𝑟
Komponen Lentur
𝑏 𝑡
< 𝜆𝑟 (Kompak)
maupun girder balok yang tegak lurus jalan),
balok lintel dan gording pada
sistem atap.
Dalam kondisi lain, sering dijumpai
komponen struktur untuk
suatu komponen memikul gaya aksial
momen
(umumnya aksial tekan) dan momen lentur
sumbu x yang ditentukan
secara bersamaan. Komponen demikian
oleh 8.3 pada balok baja,
disebut komponen balok-kolom. Perilaku
atau butir 8.4 khusus untuk
komponen
ini
balok
keduanya.
Jika
merupakan
kombinasi
komponen
tersebut
didominasi gaya aksial, maka perilakunya
lentur
pelat
terhadap
berdinding
penuh, N-mm. 2. Tegangan Lentur dan Momen Plastis.
akan lebih cenderung seperti batang tarik
Momen plastis merupakan momen
atau batang tekan dan sebaliknya, jika
tahanan teoritis pada saat penampang
komponen tersebut didominasi gaya lentur,
leleh penuh (SNI-1729-2015)
maka perilakunya akan lebih cenderung
Distribusi tegangan pada sebuah
seperti komponen lentur.
penampang
akibat
momen
lentur,
1. Hubungan Antara Pengaruh Beban
diperlihatkan dalam gambar 2.3. Pada
Luar.
daerah beban layan, penampang masih
Untuk sumbu kuat (sb x) harus
elastik (gambar 2.3.1), kondisi elastik
memenuhi 𝑀𝑢𝑥 ≤ Ø𝑀𝑛𝑥 .
berlangsung hingga tegangan pada
Untuk sumbu lemah (sb y) harus
serat terluar mencapai kuat lelehnya
memenuhi 𝑀𝑢𝑦 ≤ Ø𝑀𝑛𝑦 .
(𝑓𝑦 ). Setelah mencapai tegangan leleh
𝑀𝑢𝑥 , 𝑀𝑢𝑦 = Momen lentur terfaktor
(εy), tegangan akan terus naik tanpa diikuti kenaikan tegangan.
arah sumbu x dan y dari
Ketika kuat leleh tercapai pada
momen lentur memotong
serat terluar (gambar 2.3.2), tahanan
arah y
momen nominal sama dengan momen
Ø
= Faktor reduksi (0,9).
leleh Myx, dan besarnya adalah :
𝑀𝑛𝑥
=
𝑀𝑛𝑦
=
Kuat
Kuat
nominal
nominal
𝑀𝑛𝑦 = 𝑀𝑦𝑥 = 𝑆𝑥 . 𝑓𝑦
dari
momen lentur penampang.
Dan
pada
saat
kondisi
pada
𝑀𝑛 diambil nilai yang lebih
gambar 2.3.4 tercapai, semua serat
kecil dari kuat nominal
dalam penampang melampaui regangan
penampang, untuk momen
lelehnya,
lentur terhadap sumbu x
plastis.
yang ditentukan oleh butir
dalam kondisi ini dinamakan momen
8.2,
plastis Mp, dan besarnya :
atau
kuat
nominal
dan Tahanan
dinamakan
kondisi
momen
nominal
𝑀𝑝 = 𝑓𝑦 . 𝑍 (1)
leleh, yaitu pada balok (ujung balok). Pada f < f y M < F M= yx f y
p
p
(2)
M = M yx
p
(3) p
(4)
Gambar2. Mekanisme Struktur Baja
F = f y
Myx <M< F Mp = f y M = M Luluh. p
segmen tersebut diharapkan terjadinya sendi plastis. Sendi plastis merupakan zona leleh yang terbentuk pada komponen struktur pada saat momen plastis tercapai. sedangkan momen plastis itu sendiri adalah momen
tahanan
teoritis
pada
saat
penampang leleh penuh (SNI 1729-2015). Sendi
plastis
ini
harus
mampu
berdeformasi secara inelastik dengan cara memindahkan energi gempa secara baik melalui proses pembentukan sendi plastis. Syarat terjadinya sendi plastis :
Struktur Baja Tahan Gempa Dengan Tipe Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM)
a. Balok
tidak
boleh
mengalami
kegagalan geser didaerah tumpuan, hal ini karena selain momen lentur yang
SRPM
merupakan
suatu
struktur
rangka batang pemikul momen yang di
besar, gaya geser di daerah tumpuan balok juga sangat besar.
pasang secara horizontal. Pada SRPM ada
b. Sambungan balok dan kolom tidak
suatu segmen khusus yang terdiri dari
boleh gagal sewaktu mentransfer gaya-
beberapa panel dengan batang-batangnya
gaya yang cukup besar dan balok ke
yang dirancang secara khusus. SRPM
kolom
direncanakan
mengalami
deformasi
inelastis yang cukup besar pada segmen khusus saat memikul gaya-gaya akibat beban gempa rencana.
c. Kolom harus lebih kuat daripada balok (Strong Columb Weak Beam). Konsep
desain
SRPMK,
Strong
Columb Weak Beam digunakan untuk memastikan tidak terjadinya sendi plastis
Mekanisme Penyerapan Energi Gempa Pada SRPMK
pada kolom selama gempa terjadi. Ketika terjadi gempa kuat, maka segmen yang
Mekanisme desain
kerusakan
keruntuhan harus
dengan
direncanakan
sehingga struktur dapat rusak pada level desain tanpa kerusakan. Pada SRPM ada suatu segmen yang di desain mengalami
leleh pada balok memberikan peringatan terlebih dahulu, sehingga orang-orang yang berada dalam bangunan tersebut bisa menyelamatkan diri sebelum bangunan itu runtuh total.
modifikasi.
Kemudian
dengan
model
perlemahan balok (Reduce Beam Section), merupakan modifikasi penampang balok dengan memberikan pengurangan luasan sayap pada jarak tertentu dari tumpuan.
Gambar3. Strong Columb Weak Beam Sebaliknya,
jika
suatu
struktur
memiliki kolom yang lemah, simpangan
Batasan-batasan Terhadap Balok dan Kolom
Tidak
antar lantai akan cenderung terpusat pada
ini
terjadi
ketika
baja
Pembuatan lubang dan pengguntingan lebar pelat sayap dapat
sifat daktail terlebih dahulu daripada balok.
selama
Mekanisme seperti ini yang menyebabkan
pengguna
memperlihatkan
mengembangkan sendi-sendi plastis.
untuk
menyelamatkan diri menjadi kecil.
pengujian
diijinkan
bahwa konfigurasi ini tetap dapat
suatu bangunan runtuh seketika sehingga para
terjadi
mendadak pada daerah sendi plastis.
yang
berfungsi sebagai kolom menunjukkan
kemungkinan
diperkenankan
perubahan luas sayap balok yang
satu lantai (soft story effect). Mekanisme seperti
Luas sayap balok
Rasio lebar terhadap tebal Balok-balok
harus
memenuhi
persyaratan λP pada tabel dibawah ini,
Gambar4. Weak Columb Strong Beam
Untuk menerapkan Strong Columb Weak Beam ada beberapa cara yaitu dengan modifikasi perkuatan sambungan yang menyebabkan nilai kapasitas leleh dan kapasitas ultimit struktur menjadi lebih besar
daripada
portal
biasa
tanpa
Tabel 2. Nilai batas perbandingan lebar terhadap tebal λP untuk elemen tekan (Sumber : SNI 03-1729-2012)
Perbandingan
momen
as balok dan as kolom.
kolom
M
terhadap momen balok Hubungan
berikut
ini
harus
M M
* pb
M
:
pc
1,00
as
jumlah
momen-momen
M
k pb
sambungan pada pertemuan antara as kolom dan as
M
balok. dengan
* pc
ditentukan
menjumlahkan
proyeksi kuat lentur nominal kolom, termasuk voute bila ada, diatas dan di bawah sambungan pada as balok dengan reduksi akibat gaya aksial
tekan
Diperkenankan
kolom. untuk
mengambil :
pc
Z c ( fye Nuc / Ag ) .
Bila as balok-balok yang
Diperkenankan
My
adalah
momen
tambahan akibat amplifikasi gaya geser dari lokasi sendi plastis ke as kolom.
Sebagai
alternative,
diperkenankan untuk hasil
pengujian
M
sesuai
*
dengan
persyaratan atau dengan analisis rasional
berdasarkan
pengujian.
Bila
sambungan
dibuat
menggunakan penampang balok yang
direduksi
M
k pb
(1,1R y f y Z M y ) ,
dengan Z adalah modulus plastis minimum pada penampang balok yang direduksi.
membentuk satu titik maka
fye
digunakan
Nuc : gaya aksial tekan terfaktor pada kolom
perhitungan. * pb
: jumlah momen-momen
balok pada pertemuan antara
: tegangan leleh penampang kolom
dapat dalam
maka
diperkenankan untuk mengambil:
Ag : luas penampang bruto
tengahnya
dari
pb
bertemu di sambungan tidak
titik
M
kolom.
(1,1R y M p M y ) ,
dengan
M
balok
untuk mengambil :
kolom di bawah dan di atas
k
nominal
didaerah sendi plastis pada
Keterangan : *
ditentukan dengan
lentur
* pc
pb
menjumlahkan proyeksi kuat
dipenuhi pada sambungan balok ke kolom :
*
Zc
: modulus plastis penampang kolom
bangunan sebagai gedung perkantoran.
Pemodelan Struktur Tugas akhir ini merencanakan model
Tinggi bangunan 16m.
struktur baja dengan tipe rangka pemikul
Material :
momen.
Mutu beton : 30 MPa (fc’) Ec D
: 4700 √fc’ = 25.742,96 N/mm2
Mutu Baja BJ 37 (fy) : 240 MPa C
B
Fu
: 370 MPa
Es
: 200.000 MPa
Preliminary Design A
1
2
3
4
5
6
Preliminary design Pelat Pelat yang direncanakan adalah pelat
Gambar5. Denah Bangunan
metal deck yaitu Union Floordeck W100 dari PT. Union Metal, Jakarta.
Preliminary design Balok Untuk perencanaan awal digunakan : o Untuk balok induk digunakan profil IWF 400.200.8.13 o Untuk balok anak digunakan profil IWF 350.175.7.11
Gambar6. Portal Bangunan Arah Sumbu x
Preliminary design Kolom Untuk perencanaan awal digunakan profil IWF 400.400.13.21
Perencanaan Pelat Data-data dan Asumsi Perencanaan Pelat yang direncanakan adalah metal deck. Pelat yang ditinjau adalah pelat yang Gambar7. Portal Bangunan Arah Sumbu y
diasumsikan menerima gaya yang paling besar yang tertumpu pada balok induk
Data-data Perencanaan Bangunan direncanakan di Jl. Air Pacah, By Pass Kota Padang dengan fungsi
maupun balok anak. Berikut data-data umum dan asumsi yang digunakan pada perencanaan pelat :
24 kg/m2
Berat sendiri keramik
:
Berat beton bertulang
: 2400 kg/m3
Berat plafond
:
17 kg/m2
Beban hidup lantai
:
250 kg/m2
Mutu beton (fc’)
:
30 Mpa
Kuat desak beton : Cmax = 0,85 f’c . beff . ts Kuat tarik baja : Tmax = As Fy Dipilih
Ec : 4730 √𝑓𝑐 = 4730√30
yang
sehingga
Metal deck yang digunakan
yang
lebih
adalah Union Floordeck W-
sambung geser yang dibutuhkan dapat
1000 dari PT. Union Metal,
dihitung dengan rumus :
Jakarta dengan spesifikasinya
banyak.
N=
sebagai berikut :
terbesar
menghasilkan jumlah alat sambung geser
= 25.907,28 MPa
dilaksanakan berdasarkan :
Luas penampang (As)
Banyaknya
C max T = max Qn Qn
Union Floordeck W-1000 t = 1,00 mm
:
alat
stud connector 3/4"-10cm
1.225,13 mm2
PROFIL BALOK BAJA
Gambar8. Pemasangan Shear Connector Gambar8. Penampang pelat Union Floordeck (Sumber : PT. Union Metal)
Perencanaan Struktur Bawah
Perencanaan Tulangan Wiremesh Data-data :
Perencanaan Tie Beam Tie
Beam
(Sloof)
adalah
balok
fc’
=
30 MPa
pengikat yang berfungsi sebagai pengaku
y
=
240 MPa
bangunan secara keseluruhan dan dengan
Mtx
= -12,98 KNm
adanya tie beam maka daya jepit kolom ke
Mty
= -4,67 KNm
pondasi semakin besar.
Tebal pelat (h)
=
110 mm
Tebal selimut (ts) =
20 mm
Lebar pelat (b)
=
Perencanaan Pondasi Sebelum ditetapkan pondasi apa yang
1000 mm
akan digunakan, terlebih dahulu dilakukan pengujian sondir untuk tanah yang ada
Penghubung Geser (Shear Connector) Alat digunakan
sambung stud
geser
connector.
biasanya Dalam
merencanakan alat sambung geser dapat
pada kawasan by pass kota Padang. Pada perencanaan ini data sondir diperoleh dari PT. Riska Engineering Consultant.
3. Hasil tahapan dan terbentuknya
Perencanaan Pile Cap Fungsi dari pile cap adalah untuk
sendi plastis
yang
Hasil analisis memperlihatkan tahapan
kemudian akan terus disebarkan ke tiang
dan posisi terbentuknya sendi plastis
pancang
pile
pada saat elemen struktur pertama
menerima 1/N dari beban oleh kolom dan
runtuh hingga kolom lantai bawah dan
harus ≤ daya dukung yang diijinkan (Y
seluruh struktur runtuh pada salah satu
ton) (N= jumlah kelompok pile). Jadi
portal seperti gambar berikut :
menerima
beban
dari
dimana
kolom
masing-masing
beban maksimum yang bisa diterima oleh pile cap dari suatu kolom adalah sebesar N x (Y ton).
HASIL PERHITUNGAN Dari hasil
perhitungan Tugas
Akhir ini, setelah dilakukan perencanaan struktur gedung rangka baja dengan Sistem
Gambar9. Sendi plastis yang terbentuk pada balok (Step 2)
Rangka Pemikul Momen yang bertempat di By. Pass Kota Padang, maka dapat diambil kesimpulan berupa perhitungan: Struktur Atas 1. Pelat Komposit
Tebal pelat
: 110 cm
Metal deck
:
Union Floordeck
W-1000 dari PT. Union Metal
Gambar10. Sendi plastis yang terbentuk pada balok (Step 3)
dengan ketebalan 1mm
Wiremesh: Tulangan arah x 9mm Tulangan arah y 6mm
2. Profil Baja yang digunakan
Balok anak: Profil IWF 350.175.7.11
Balok induk : Profil IWF 400.200.8.13 Kolom : Profil IWF 400.400.13.21
Gambar11. Sendi plastis yang terbentuk pada balok (Step 16)
Struktur Bawah
SARAN
1. Tie Beam
1. Untuk merencanakan suatu struktur
Dari hasil perhitungan penulis didapatkan
bangunan, harus digunakan peraturan-
tie beam dengan ukuran 350/500mm,
peraturan yang berlaku dan standar
dengan jumlah tulangan 6 D 19 untuk
yang disyaratkan pada saat ini.
tulangan tarik dan 4 D 19 untuk tulangan
2. Penggunaan
program
untuk
tekan. Untuk tulangan geser digunakan
menghitung
menghitung
gaya-gaya
tulangan Ø 8–200 mm
dalam pada struktur harus diimbangi
2. Pondasi
dengan
Dari hasil perhitungan penulis dapat direncanakan pondasi dengan tipe pondasi
kemampuan
teknis
secara
manual dan ketelitian, sehingga hasil yang didapatkan lebih akurat.
tiang Pancang dengan diameter 40 cm, dan
3. Kajian strong weak columb dan soft
3 buah tiang pancang dalam satu grup pada
first story pada bangunan merupakan
kedalaman 14 m.
kajian
3. Pile Cap
dipahami dengan baik untuk mencegah
Untuk pile cap, tebalnya 550 mm dan untuk penulangannya, untuk tulangan tarik
yang
harus
dipelajari
dan
keruntuhan struktur secara total. 4. Pemilihan pondasi harus adanya data
menggunakan 30 D 22 dan untuk tulangan
tanah
sehingga
pondasi
yang
tekan menggunakan 15 D 22.
direncanakan dapat menahan beban konstruksi diatasnya.
UCAPAN TERIMA KASIH Rasa syukur penulis kepada Allah SWT 30 D 22
550
15 D 22
atas segala nikmat dan kemudahan yang telah diberikan.Terima kasih kepada Ayah
Lantai Kerja 1:3:5 Pasir padat
dan Ibu beserta semua keluarga besar
Tiang Pancang Ø 40cm
penulis atas kasih sayang dan dukungan 1400
selama ini. Terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Yurisman, MT., Bapak Drs. Gusnedi, M.Si selaku pembimbing dan juga kepada semua pihak serta teman-teman yang telah
50
120
50
Gambar12. Struktur Pondasi
membantu dalam penyusunan tugas akhir ini semoga amal baiknya di balas oleh Allah SWT.Amin.
DAFTAR PUSTAKA Dewobroto, Wiryanto. 2015. Struktur Baja, Perilaku, Analisis & Desain – AISC
2010,
SNI
–2012,
1726
Penerbit : Lumina Press : Tangerang. Departemen Pekerjaan Umum. 201X. Ketentuan Seismik Untuk Bangunan Gedung Baja, RSNI 1729 –201X, Yayasan Badan Penerbit : PU. Departemen Pekerjaan Umum. 2012. Tata Cara Perencanan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, SNI 1726 –2012, Yayasan Badan Penerbit : PU. S. Moore. Kevin. 2007. Desain Of RBS Connection
for
Special
Moment
Frames. Califrnia : California Field Iron Workers Administrative Trust A Union Trust Fund A. Setiawan. 2008. Perencanaan Struktur Baja
dengan
(berdasarkan
Metoe
SNI
LRFD
03-1729-2002,
Penerbit : Erlangga : Semarang. Juniman
Silalahi.
2008.
Mekanika
Struktur Jilid 1. Penerbit : UNP Press : Padang. Putri, Prima Yane. 2007. Analisis dan Desain Struktur Rangka dengan SAP2000 versi Student. Penerbit : UNP Press : Padang FEMA-356.
2000.
Commentary
For
Rehabilitation
Of
Prestandard The Buildings.
and
Seismic Virginia.
American Society of Civil Engineers
