PERKUATAN SEISMIK STRUKTUR GEDUNG BETON BERTULANG MENGGUNAKAN BREISING BAJA TIPE-X
TUGAS AKHIR
Oleh : A A AYU SRI INDRAWATI 1204105013
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016
ABSTRAK Pada penelitian ini dilakukan perbandingan simpangan, gaya-gaya dalam dan luas tulangan struktur gedung beton bertulang dengan dan tanpa perkuatan breising baja tipe-X (SRB). Struktur yang dianalisis diasumsikan berfungsi sebagai perkantoran dengan jumlah lantai 3, 5 dan 10. Model struktur berupa struktur beton bertulang dengan sistem rangka pemikul momen (SRPM) yang dibebani dengan beban gempa SNI 2002 dan SNI 2012 sebagai model pembanding serta struktur breising konsentrik tipe-X (SRB) yang dianalisis secara konvensional dan bertahap. Analisis dilakukan dengan menggunakan bantuan software SAP2000 v.17. Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa dengan dimensi elemen struktur yang sama, model SRB memiliki kekakuan dan kekuatan yang lebih besar dari model OF. Hal ini dapat dilihat berdasarkan simpangan dan gaya-gaya dalam model SRB yang lebih kecil dari OF. Simpangan mengecil dengan persentase 75,99%, 78,99%, dan 65,86% untuk struktur 3, 5, dan 10 lantai.. Momen balok berkurang hingga 34,47%, 36,37% dan 29,46% %, gaya geser balok berkurang hingga 22,83%, 25,39%, dan 19,79%, momen kolom berkurang hingga 43,86%, 51,38%, dan 37,33%, gaya geser kolom berkurang hingga 44,68%, 50,13%, dan 37,15% untuk gedung 3, 5 dan 10 lantai. Dari hasil analisis juga diperoleh kesimpulan bahwa analisis konstruksi bertahap memiliki nilai gaya-gaya dalam yang sedikit lebih besar dari analisis konvensional dengan persentase dengan persentase dengan persentase 0,40%, 0,18%, dan 1,08% pada momen balok, 0,11%, 0,10%, dan 0,55% pada gaya geser balok, 0,09%, 0%, dan 0,71% pada momen kolom, 9,13%, 0,11%, dan 0% pada gaya geser kolom, serta 0,05%, 1,51% dan 1,61% pada gaya normal kolom. Penambahan breising juga menyebabkan luas tulangan perlu dari elemen struktur menurun, baik pada analisis konvensional maupun analisis bertahap. Pada analisis konstruksi bertahap luas tulangan kolom rata-rata menurun 47,41%, 61,32%, dan 35,08%, tulangan tumpuan balok rata-rata menurun 24,44%, 35,99%, dan 26,33%, tulangan lapangan balok rata-rata menurun 17,36, 12,43% dan 26,33% untuk struktur 3, 5, dan 10 lantai. Pada analisis konvensional luas tulangan kolom rata-rata menurun 51,41%, 61,81%, dan 33,50%, tulangan tumpuan balok rata-rata menurun 36,81%, 42,97%, dan 33,50%, tulangan lapangan balok rata-rata menurun 37,31%, 24,94%, dan 36,60% untuk struktur 3, 5, dan 10 lantai. Pada penelitian ini, teknik perkuatan yang direncanakan tidak mampu memperkuat struktur gedung 10 lantai, sehingga perlu melakukan studi lebih lanjut mengenai konfigurasi atau penempatan breising pada gedung 10 lantai. Kata kunci : analisis konstruksi bertahap, breising baja, perkuatan seismik, struktur beton bertulang.
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penyusunan Tugas Akhir yang berjudul “Perkuatan Seismik Struktur Gedung Beton Bertulang Menggunakan Breising Baja Tipe-X” ini dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya tak lepas dari bimbingan, bantuan, dorongan semangat dari berbagai pihak, sehingga melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE.,Ph.D. dan Ibu Ir. I.A.M Budiwati, MSc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, serta Bapak Dr. Ir. I Wayan Suweda, MSP., Mphil. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
2.
Orang tua dan keluarga yang memberikan dukungan penuh dalam penyelesaian studi S1.
3.
Teman-teman yang selalu memberi semangat dan dukungannya. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna baik dari isi maupun teknis
penulisannya, untuk itu penulis menerima segala kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk penulisan yang lebih baik nantinya.
Denpasar, April 2016
Penulis
DAFTAR ISI HALAMAN PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR ABSTRAK ........................................................................................................................................ UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................................................ DAFTAR ISI .....................................................................................................................................
DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR NOTASI BAB I 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
BAB II 2.1 2.2
2.3
2.4
2.5 2.6 2.7
BAB III
i ii iii
v vii viii
PENDAHULUAN Latar Belakang.......................................................................................... Rumusan Masalah......................................................................................................... Tujuan Penelitian .......................................................................................................... Manfaat Penelitian ........................................................................................................ Batasan Masalah .......................................................................................
1 2 2 3 3
TINJAUAN PUSTAKA Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012 ....................................... Metode Perkuatan Struktur ........................................................................................ 2.2.1 Pembesaran Dimensi ..................................................................................... 2.2.2 Penambahan Breising .................................................................................... 2.2.3 Penambahan Dinding Geser dan Dinding Pengisi ......................................... Sistem Rangka Breising Konsentrik................................................................ 2.3.1 Sistem Rangka Breising Konsentrik Biasa .................................................... 2.3.2 Sistem Rangka Breising Konsentrik Khusus ................................................. Penelitian Terkait Penggunaan Breising sebagai Perkuatan Struktur Rangka Beton Bertulang ............................................................................................................ 2.4.1 Youssef et al (2007)........................................................................................ 2.4.2 Massumi dan Absalan (2013) ......................................................................... 2.4.3 Massumi dan Tasmini (2008) ......................................................................... 2.4.4 Visvanath et al (2010)..................................................................................... 2.4.5 Ismail et al (2015)........................................................................................... 2.4.6 Maheri (2009)................................................................................................. Beton…......................................................................................................................... Analisis Konstruksi Bertahap ....................................................................................... Penelitian Terkait Analisis Konstruksi Bertahap .......................................................... 2.6.1 Yousuf Dinar et al (2014) ............................................................................... 2.6.2 K.M Pathan et al (2014) ................................................................................. 2.6.3 Melina (2011) .................................................................................................
4 8 8 11 12 12 13 13 14 14 16 19 20 21 22 24 25 28 28 30 32
METODE PENELITIAN
3.1 ................................................................................................................................ P rosedur Penelitian ......................................................................................................... 33 3.2 ................................................................................................................................ P emodelan Struktur Gedung 3, 5, dan 10 Tingkat .......................................................... 35 3.2.1 Data Material ................................................................................................. 35 3.2.2 Data Geometri Struktur.................................................................................. 35 3.2.3 Data Pembebanan .......................................................................................... 38 3.3 ................................................................................................................................ P emodelan Breising ........................................................................................................ 39 3.3.1 Metode Analisis Konvensional...................................................................... 41 3.3.2 Metode Analisis Konstruksi Bertahap ........................................................... 41
3.4 ................................................................................................................................ A nalisis Model................................................................................................................. 45 3.5 Perbandingan Perilaku .................................................................................................. 45
BAB IV 4.1 4.2 4.3
4.4 4.5
BAB V 5.1 5.2
HASIL DAN PEMBAHASAN Model Gedung ............................................................................................................. Simpangan ................................................................................................................... Gaya-gaya dalam ......................................................................................................... 4.3.1 Gaya-gaya dalam Balok................................................................................. 4.3.2 Gaya-gaya dalam Kolom ............................................................................... Perbandingan Luas Tulangan....................................................................................... Gaya-gaya pada breising..............................................................................................
46 52 55 55 58 61 64
PENUTUP Kesimpulan ................................................................................................................... 67 Saran ............................................................................................................................ 68
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................ LAMPIRAN A................................................................................................................................... LAMPIRAN B ................................................................................................................................... LAMPIRAN C................................................................................................................................... LAMPIRAN D...................................................................................................................................
69 71 74 81 88
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk tipikal spektrum respon gempa rencana 5 Gambar 2.2 Spektrum respons desain 5 Gambar 2.3 Keefektifan dinding dan breising 8 Gambar 2.4 Metode konstruksi jaket kolom 9 Gambar 2.5 Steel jacketing 10 Gambar 2.6 Belitan serat karbon 10 Gambar 2.7 Tipe breising 11 Gambar 2.8a Detail rangka momen 15 Gambar 2.8b Detail rangka breising 15 Gambar 2.9 Hubungan beban dan rasio simpangan 16 Gambar 2.10a Rangka momen 17 Gambar 2.10b Rangka momen dengan pelat buhul 17 Gambar 2.10c Rangka breising konsentrik 17 Gambar 2.10d Detail pelat buhul 17 Gambar 2.11 Pola retak dari pengujian 18 Gambar 2.12a Rangka tanpa breising UBF1 dan rangka breising BF1 18 Gambar 2.12b Rangka tanpa breising UBF1 dan rangka dengan pelat buhul UBF2 18 Gambar 2.13a Kurva tegangan-regangan beton normal 25 Gambar 2.13b Kurva tegangan-regangan beton mutu tinggi 25 Gambar 2.14 Tahap dalam analisis konstruksi bertahap 29 Gambar 2.15a Gambar 2.15b Gambar 3.1 Gambar 3.2a Gambar 3.2b Gambar 3.2c Gambar 3.2d Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7
Analisa konvensional.............................................................................................. Analisa kostruksi bertahap...................................................................................... Kerangka analisis.................................................................................................... Denah struktur ........................................................................................................ Portal struktur lantai 3 ............................................................................................ Portal struktur lantai 5 ............................................................................................ Portal struktur lantai 10 .......................................................................................... Cara me-releases momen pada breising ................................................................. Hasil releases ujung-ujung breising ....................................................................... Pembebanan SRB-K ............................................................................................... Tahap 1 pembebanan SRB-AB............................................................................... Tahap 2 pembebanan SRB-AB............................................................................... Tahap 3 pembebanan SRB-AB............................................................................... Tahap 1 pemodelan SRB-AB ................................................................................. Tahap 2 pemodelan SRB-AB ................................................................................. Tahap 3 pemodelan SRB-AB ................................................................................. Model gedung 3D 3 lantai ...................................................................................... Model gedung 3D 5 lantai ...................................................................................... Model gedung 3D 10 lantai .................................................................................... Luas tulangan model gedung 3 lantai dengan beban gempa SNI 1726:2002 pada portal X................................................................................................................... Luas tulangan model gedung 3 lantai dengan beban gempa SNI 1726:2012 pada portal X................................................................................................................... Luas tulangan model gedung 5 lantai dengan beban gempa SNI 1726:2012 pada portal X .................................................................................................................. Luas tulangan model gedung 5 lantai dengan beban gempa SNI 1726:2012 pada portal X...................................................................................................................
31 31 34 36 36 37 37 40 40 41 42 42 43 44 44 45 46 47 48 49 49 50 50
Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15
Potongan luas tulangan model gedung 10 lantai dengan beban gempa SNI 1726:2012 pada portal X ........................................................................................ Potongan luas tulangan model gedung 10 lantai dengan beban gempa SNI 1726:2012 pada portal X ........................................................................................ Perbandingan simpangan pada model OF 2002, OF 2012, SRB-K dan SRB-AB portal 3 lantai.......................................................................................................... Perbandingan simpangan pada model OF 2002, OF 2012, SRB-K dan SRB-AB portal 5 lantai.......................................................................................................... Perbandingan simpangan pada model OF 2002, OF 2012, SRB-K dan SRB-AB portal 10 lantai ........................................................................................................ Gaya normal untuk gedung 3 lantai........................................................................ Gaya normal untuk gedung 5 lantai........................................................................ Gaya normal untuk gedung 10 lantai......................................................................
51 51 52 53 53 65 65 66
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 45 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Tabel 4.9 Tabel 4.10 Tabel 4.11 Tabel 4.12 Tabel 4.13 Tabel 4.14 Tabel 4.15 Tabel 4.16 Tabel 4.17 Tabel 4.18 Tabel 4.19 Tabel 4.20 Tabel 4.21 Tabel 4.22 Tabel 4.23 Tabel 4.24 Tabel 4.25 Tabel 4.26 Tabel 4.27 Tabel 4.28
Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012 .................... Data model hasil pengujian............................................................... Hasil verifikasi program SAP2000 ................................................... Dimensi komponen struktur.............................................................. Dimensi struktur................................................................................ Drift ratio tiap lantai struktur gedung 3 lantai .................................. Drift ratio tiap lantai struktur gedung 3 lantai .................................. Drift ratio tiap lantai struktur gedung 3 lantai .................................. Momen lapangan maksimum balok pada struktur gedung 3 lantai .. Momen lapangan maksimum balok pada struktur gedung 5 lantai .. Momen lapangan maksimum balok pada struktur gedung 10 lantai Momen tumpuan maksimum balok pada struktur gedung 3 lantai ... Momen tumpuan maksimum balok pada struktur gedung 5 lantai ... Momen tumpuan maksimum balok pada struktur gedung 10 lantai . Gaya geser maksimum balok pada struktur gedung 3 lantai............. Gaya geser maksimum balok pada struktur gedung 5 lantai............. Gaya geser maksimum balok pada struktur gedung 10 lantai........... Momen maksimum kolom pada struktur gedung 3 lantai................. Momen maksimum kolom pada struktur gedung 5 lantai................. Momen maksimum kolom pada struktur gedung 10 lantai............... Gaya geser maksimum kolom pada struktur gedung 3 lantai ........... Gaya geser maksimum kolom pada struktur gedung 5 lantai ........... Gaya geser maksimum kolom pada struktur gedung 10 lantai ......... Gaya normal maksimum kolom pada struktur gedung 3 lantai ........ Gaya normal maksimum kolom pada struktur gedung 5 lantai ........ Gaya normal maksimum kolom pada struktur gedung 10 lantai ...... Perbandingan luas tulangan kolom gedung 3 lantai.......................... Perbandingan luas tulangan kolom gedung 5 lantai.......................... Perbandingan luas tulangan kolom gedung 10 lantai........................ Perbandingan luas tulangan balok gedung 3 lantai ........................... Perbandingan luas tulangan balok gedung 5 lantai ........................... Perbandingan luas tulangan balok gedung 10 lantai .........................
4 15 27 30 47 55 55 55 56 56 56 57 57 57 58 58 58 59 59 60 60 60 61 61 61 62 63 63 63 63 64 64
DAFTAR NOTASI
Cs
: Koefisien respon seismik
Ec
: Modulus elastisitas beton (MPa)
Es
: Modulus elastisitas baja (MPa)
Fa
: Koefisien situs untuk periode pendek (0,2 detik)
f’c
: Kuat tekan beton (MPa)
Fi
: Beban gempa nominal static ekuivalen yang menangkap pada pusat massa pada taraf lantai tingkat ke-i struktur atas gedung
fu
: Tegangan putus baja (MPa)
Fv
: Koefisien situs untuk periode 1 detik
fy
: Tegangan leleh baja (MPa)
I
: Faktor keutamaan gedung, faktor pengali dari pengaruh Gempa Rencana pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas dilampauinya pengaruh tersebut selama umur gedung itu dan penyesuaian umur gedung itu.
N
: Jumlah tingkat
R
: Faktor modifikasi respons dalam Tabel 9 pada SNI 1726-2012
SD1
: Parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda sebesar
S1
: Parameter percepatan respons spektral pada periode 1 detik
SDS
: Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentan perioda
1,0 dt.
pendek Ss T
: Parameter percepatan respons spectral pada periode pendek : Waktu getar alami struktur gedung dinyatakan dalam detik yang menentukan besarnya Faktor Respons Gempa struktur gedung dan ditampilkan dalam Spektrum Respons Gempa Rencana
V
: Gaya lateral desain total atau gaya geser dasar struktur (kN)
W
: Berat seismik efektif struktur (kg)
γc
: Berat jenis beton bertulang (kg/m3)
ζ
: Faktor pengali dari simpangan struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana pada taraf pembebanan nominal untuk mendapatkan simpangan maksimum struktur gedung pada saat mencapai kondisi diambang keruntuhan
ψ
: Koefisien pengali dari percepatan puncak muka tanah (termasuk faktor keutamaannya) untuk mendapatkan faktor respons gempa vertical, bergantung pada Wilayah Gempa.
kurvanya
