PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA BAJA BRESING TAHAN GEMPA

PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA BAJA BRESING TAHAN GEMPA Alderman Tambos Budiarto Simanjuntak NRP : 0221016 Pembimbing : Yosafat Aji Pranata, S.T.,M.T.

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA BANDUNG ABSTRAK Material baja sebagai bahan konstruksi telah digunakan sejak lama mengingat keunggulannya dibandingkan material konstruksi yang lain. Dalam perencanaan struktur bangunan, kita juga tidak boleh mengabaikan faktor gempa yang mungkin sewaktu-waktu dapat terjadi. Sebagaimana kita ketahui bersama, wilayah Indonesia merupakan daerah rawan terjadinya gempa. Dampak yang terjadi akibat gempa tentu akan mengakibatkan kerugian. Baik dari segi material maupun korban jiwa. Yang lebih parahnya lagi adalah, gempa dapat melumpuhkan aktivitas suatu daerah tertentu. Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah merencanakan struktur gedung baja tahan gempa dengan menggunakan Bresing tipe D dan Bresing tipe V terbalik. Pembahasan meliputi penentuan profil baja yang akan digunakan sebagai elemen struktur balok dan kolom, gaya geser, desain sambungan, penentuan profil Bresing. Hasil desain bangunan dengan menggunakan Bresing tipe D dan V terbalik memberikan hasil yang tidak jauh berbeda untuk nilai rasio P/M. Nilai gaya geser arah-y (Vy) mempunyai perbedaan sebesar 0,84%, sedangkan nilai gaya geser nominal arah-x (Vx) mempunyai perbedaan sebesar 8,23%. Hal ini terjadi karena perbedaan berat total dari kedua jenis bangunan. Perbedaan nilai Vu pada balok sebesar 25,24%, dan Mu memiliki perbedaan sebesar 7,13%. Perbedaan nilai Vu pada kolom memiliki perbedaan sebesar 57,77%, sedangkan untuk nilai Mu memiliki perbedaan sebesar 19,56%, dan untuk nilai Nu sebesar 33,49%. Sedangkan pada reaksi tumpuan, perbedaan yang terjadi untuk nilai Nu sebesar 37,73%, Vu sebesar 4,55%, dan Mu sebesar 22,19%. Pada desain sambungan terdapat perbedaan jumah baut pada sayap untuk desain sambungan balok-kolom sebesar 50% dan jumlah baut pada sambungan bresing sebesar 50%. Tebal las yang dibutuhkan juga tidak ada perbedaan, kecuali panjang las dimana mengalami perbedaan sebesar 25%. Secara umum, kedua jenis bresing ini tidak begitu berbeda, tetapi lebih baik menggunakan bresing tipe V terbalik.

x

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR .................................................... ii SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR .................................iii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iv PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN .................... v PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN .......................... vi ABSTRAK ......................................................................................................... x KATA PENGANTAR ..................................................................................... vii DAFTAR ISI ..................................................................................................... xi DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ......................................................xiii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv DAFTAR TABEL.......................................................................................... xvii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xix BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1 1.2 Tujuan Penulisan .............................................................................. 2 1.3 Ruang Lingkup Penulisan ................................................................ 2 1.4 Sistematika Penulisan....................................................................... 3 BAB 2 TINJAUAN LITERATUR .................................................................. 4 2.1 Baja ................................................................................................... 4 2.1.1 Perilaku Tegangan-Regangan ................................................. 6 2.1.2 Sifat Mekanis Baja .................................................................. 8 2.1.3 Jenis Profil Baja Struktur ........................................................ 8 2.1.4 Struktur Balok Baja WF .......................................................... 9 2.1.5 Lendutan (Deflection) ........................................................... 18 2.1.6 Sambungan ............................................................................ 19 2.1.7 Bracing .................................................................................. 22 2.2

Beban................................................................................. .......... 24 2.2.1 Beban Gravitasi .................................................................... 24 2.2.2 Beban Gempa ............................................................. .......... 25 xi

2.3 Peraturan Gempa SNI 1726 - 2002 ............................................... 26 2.3.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung ................................. 26 2.3.2 Struktur Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan ................. 31 2.3.3 Wilayah Gempa ..................................................................... 32 2.3.4 Pembatasan waktu getar alami fundamental ......................... 34 2.3.5 Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen ............................. 34 2.3.6 Waktu Getar Alami Fundamental ......................................... 35 2.3.7 Analisis Statik Ekuivalen ...................................................... 36 2.3.8 Kinerja Struktur Gedung ....................................................... 36 BAB 3 STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN ........................................... 37 3.1 Data Struktur dan Diagram Bagan Alir Studi ................................ 37 3.1.1 Data Gedung........................................................................... 39 3.1.2 Data Material .......................................................................... 39 3.1.3 Diagram Bagan Alir Studi ...................................................... 40 3.2 Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa ............................................... 42 3.2.1 Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa Untuk Gedung A .........43 3.2.2 Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa Untuk Gedung B..........53

3.3 Hasil Analisis Struktur dan Desain ................................................. 53 3.3.1 Hasil Analisis Struktur Gedung ............................................. 59 3.3.2. Desain Sambungan ................................................................ 64 3.4 Pembahasan ..................................................................................... 65 BAB 4 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 69 4.1 Kesimpulan .................................................................................... 69 4.2 Saran.............................................................................................. 70 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 71 LAMPIRAN ..................................................................................................... 72

xii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN A Ae Ag

Luas penampang profil melintang, mm2 Luas efektif per satuan panjang, mm2 Luas penampang bruto, mm2

An Aw bf Cb db Es fr

Luas penampang netto, mm2 Luas pelat badan, mm2 Lebar pelat sayap, mm Faktor untuk menghitung gradien momen kekuatan balok Diameter baut nominal pada daerah tak berulir, mm Modulus elastisitas baja, MPa Tegangan sisa; 70 MPa untuk penampang giling, 114 MPa untuk penampang las Tegangan putus minimum, MPa Tegangan leleh minimum, MPa

fu fy f cr fL f ub fuw G Ix Iy J kc kn L Lb Lp Lr M1 M2 M nx M ny m Mp Mr My n Nu

Tegangan tekan kritis, MPa Tegangan leleh dikurangi tegangan sisa, MPa Tegangan tarik putus baut, MPa Kuat nominal las, N Modulus geser baja Momen inersia sumbu-x, mm4 Momen inersia sumbu-y, mm4 Konstanta puntir, mm4 Faktor panjang tekuk Koefisien tekuk geser Panjang bentang, mm Jarak antara penopang lateral, mm Panjang penampang primer, mm Panjang bentang minimum untuk balok yang kekuatannya mulai ditentukan oleh momen kritis tekuk lateral, mm Momen ujung terkecil, N-mm Momen ujung terbesar, N-mm Momen lentur nominal penampang komponen struktur terhadap sumbu x Momen lentur nominal penampang komponen struktur terhadap sumbu y Jumlah bidang geser Momen lentur yang menyebabkan seluruh penampang mengalami tegangan leleh, N-mm Momen batas tekuk, Nmm Momen leleh, Nmm Jumlah baut Beban normal terfaktor, N xiii

Pu Pbr Py Rd Rn Ru ry

Beban aksial terfaktor, N Kuat minimal bresing, kips Gaya aksial leleh, Nmm Kuat rencana, N Kuat nominal, N

rx

Jari-jari girasi terhadap sumbu kuat, mm

Sx

Modulus elastis penampang pada sumbu-x, mm3

Sy T Td

Modulus elastis penampang pada sumbu-y, mm3 Kapasitas tarik leleh, N Kuat tarik rencana, N Tebal sayap, mm Tebal pelat, mm

tf tp tw Vd Vn Vu X1 X2 Z μ

c p r λw λf 

b ϕc ϕPn  Rn ϕRnw βbr

Beban terfaktor atau kuat perlu, N Jari-jari girasi terhadap sumbu lemah, mm

Tebal badan dari profil, mm Kuat geser rencana baut, N Kuat geser nominal baut, N Kuat geser nominal, N Koefisien untuk perhitungan momen tekuk lateral, MPa Koefisien untuk perhitungan momen tekuk lateral, MPa Modulus plastis Rasio poisson Parameter kelangsingan Batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang kompak Batas maksimum untuk penampang tak kompak Perbandingan lebar terhadap tebal badan Perbandingan lebar terhadap tebal sayap Faktor reduksi Faktor reduksi kuat lentur Faktor reduksi kuat tekan Batas leleh Kuat rencana menggunakan resultan, N/mm Tahanan las rencana, N/mm Ketebalan minimum bresing, kips/in

xiv

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Tegangan-Regangan Baja .......................................................... 7 Gambar 2.2 Profil-Profil Standar ................................................................................. 9 Gambar 2.3 Elemen Tarik dan Tekan Kondisi Elatis ................................................. 10 Gambar 2.4 Diagram Distribusi Tegangan Lentur ...................................................... 11 Gambar 2.5 Penampang Balok Profil IWF ................................................................. 12 Gambar 2.6 Balok yang Ditumpu Lateral ................................................................... 14 Gambar 2.7 Perilaku Balok ......................................................................................... 15 Gambar 2.8 Tata Letak Baut ....................................................................................... 22 Gambar 2.9 Respons Spektrum Gempa Rencana ....................................................... 33 Gambar 3.1 Model 3D................................................................................................. 39 Gambar 3.2 Diagram Bagan Alir ................................................................................ 41 Gambar 3.3 Gedung dengan Bresing tipe D ............................................................... 42 Gambar 3.4 Gedung dengan Bresing tipe V terbalik .................................................. 43 Gambar 3.5 Nilai Periode Getar .................................................................................. 44 Gambar 3.6 Input Beban Statis ................................................................................... 44 Gambar 3.7 Massa Bangunan A ................................................................................. 45 Gambar 3.8 Massa Bangunan B.................................................................................. 45 Gambar 3.9 Respons Spektrum Wilayah 4 ................................................................. 46 Gambar 3.10 Input Beban (Fy) pada Statik ekuivalen ................................................ 50 Gambar 3.11 Input Beban (Fx) pada Statik ekuivalen ................................................ 50 Gambar 3.12 Input Beban (Fy) pada Statik ekuivalen ................................................ 56 Gambar 3.13 Input Beban (Fx) pada Statik ekuivalen ................................................ 57 Gambar 3.14 Tampak atas Gedung dengan Bresing tipe D ........................................ 60 Gambar 3.15 Tampak Portal Potongan 1-1 ................................................................. 60 Gambar 3.16 Lendutan pada Balok B1 pada Portal 1-1.............................................. 61 Gambar 3.17 Tampak Portal Potongan 2-2 ................................................................. 61 Gambar 3.18 Lendutan pada Balok B2 pada Portal 2-2.............................................. 61 Gambar 3.19 Tampak atas Gedung dengan Bresing tipe V terbalik ........................... 62 Gambar 3.20 Tampak Portal Potongan 1-1 ................................................................. 63 Gambar 3.21 Lendutan pada Balok B3 pada Portal 1-1 ......................................................... 63

xv

Gambar 3.22 Tampak Portal Potongan 2-2 ............................................................................ 64 Gambar 3.23 Lendutan pada Balok B4 pada Portal 2 ............................................................. 64

xvi

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat Mekanis Baja ........................................................................................ 8 Tabel 2.2 Batas Lendutan Maksimum ....................................................................... 19 Tabel 2.3 Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung ............................ 25 Tabel 2.4 Faktor Keutamaan I Untuk Berbagai Kategori Gedung dan Bangunan...... 26 Tabel 2.5 Faktor Daktilitas Maksimum, Faktor Reduksi Gempa Maksimum, Faktor Tahanan Lebih Struktur dan Faktor Tahanan Lebih Total Beberapa Jenis Sistem dan Subsistem Struktur Gedung .............................. 27 Tabel 2.6 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung .......................................................................................................... 34 Tabel 3.1 Nilai Vby pada Bresing tipe D ..................................................................... 47 Tabel 3.2 Nilai Vbx pada Bresing tipe D ..................................................................... 47 Tabel 3.3 Nilai Fy Berdasarkan Bresing tipe D ........................................................... 48 Tabel 3.4 Nilai Fx Berdasarkan Bresing tipe D ........................................................... 49 Tabel 3.5 Nilai Ty(Ray) pada Bresing tipe D .............................................................. 51 Tabel 3.6 Nilai Tx(Ray) pada Bresing tipe D .............................................................. 52 Tabel 3.7 Nilai Vby pada Bresing tipe V terbalik ........................................................ 53 Tabel 3.8 Nilai Vbx pada Bresing tipe V terbalik ........................................................ 54 Tabel 3.9 Nilai Fy Berdasarkan Bresing tipe V terbalik.............................................. 55 Tabel 3.10 Nilai Fx Berdasarkan Bresing tipe V terbalik............................................ 55 Tabel 3.11 Nilai Ty(Ray) pada Bresing tipe V terbalik .............................................. 57 Tabel 3.12 Nilai Tx(Ray) pada Bresing tipe V terbalik ............................................... 58 Tabel 3.13 Perbandingan Nilai Fy ............................................................................... 65 Tabel 3.14 Perbandingan Nilai Fx ............................................................................... 65 Tabel 3.15 Perbandingan Waktu Getar Alami ............................................................ 66 Tabel 3.16 Perbandingan Nilai pada Gaya-Gaya Dalam dan Lendutan ..................... 66 Tabel 3.17 Perbandingan Nilai pada Gaya-Gaya Dalam pada Kolom........................ 67 Tabel 3.18 Perbandingan Nilai Reaksi Tumpuan ....................................................... 67 Tabel 3.19 Perbandingan Desain Sambungan Balok-Kolom ...................................... 67 Tabel 3.20 Perbandingan Nilai Desain Sambungan Balok Induk-Balok Anak .......... 68 Tabel 3.21 Perbandingan Nilai Desain Sambungan Balok Induk-Bresing ................. 68 xvii

Tabel 3.22 Perbandingan Tebal Las ............................................................................ 68 Tabel 3.23 Perbandingan Panjang Las ........................................................................ 69

xviii

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Pemodelan Gedung .................................................................................. 73 Lampiran 2 Nilai Periode Getar .................................................................................. 89 Lampiran 3 Pembahasan Rasio P/M ........................................................................... 93 Lampiran 4 Desain Sambungan ................................................................................ 122 Lampiran 5 Kuat Las Rencana .................................................................................. 145 Lampiran 6 Perhitungan Bresing ........................................................................ ..... 149 Lampiran 7 Preliminary Desain ......................................................................... ..... 152 Lampiran 8 Story Drift .............................................................................................. 158

xix