KESIMPULAN DAN SARAN
TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Struktur Rangka Baja
2.3.3 Rangka Baja Berpengaku Eksentris (EBF)
harus kuat menahan penyimpangan inelastic yang besar tanpa kehilangan kekuatan dan kekakuan.
Gambar 2.1 Skema inelastic CBF
Untuk mendapatkan struktur dengan ketahanan gempa yang sesuai, CBF harus didisain dengan kekuatan dan daktilitas yang sesuai. Bracing harus didisain khusus untuk menahan deformasi plastis dan energy disipasi yang stabil terhadap tekuk karena tekanan dan leleh karena tegangan. Disain dirancang untuk memastikan deformasi plastis hanya terjadi di bracing tanpa merusak kolom dan balok sehingga struktur tahan terhadap gempa tanpa kehilangan kekuatan untuk menahan beban gravitasi.
2.3.3 Rangka Baja Berpengaku Eksentris (EBF)
Diawal tahun 1970, system rangka baja berpengaku eksentris pertama kali diperkenalkan dijepang oleh (Fujimoto dkk. 1972, Tanabashi dkk. 1974). Struktur rangka baja berpengaku eksentris atau eccentric braced frames (EBF) adalah system rangka baja yang menggabungkan keuntungan dari kekakuan dan daktalitas rangka yang besar. System ini mendisipasi energy gempa dengan mengontrol leleh geser di sebuah bagian balok yang dinamakan link, dimana link membuat struktur tidak berpotongan disatu titik atau jarak
28 antara perpotongan komponen struktur (eksentrisitas,e) lebih besar dari komponen struktur terkecil yang disambung. Pengaku (bracing) yang terhubung dengan link tersebut harus didisain 1.25 kali lebih kuat dari balok link. Tujuannya untuk memastikan link meleleh tanpa terjadi pembengkokkan bracing dan kolom.
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Umum
Dewasa ini, Indonesia merupakan salah satu Negara yang memiliki perkembangan yang pesat. Hal ini ditandai dengan peningkatan ekonomi Indonesia yang cukup stabil setiap tahunnya, sehingga menarik minat para investor luar maupun lokal untuk berinvestasi diIndonesia. Sebagai contoh investasi adalah semakin banyaknya pembangunan gedung-gedung bertingkat untuk dijadikan hotel, apartemen, mal dan perkantoran. Akan tetapi, Indonesia merupakan Negara yang rawan terhadap gempa. Fenomena gempa bumi sering terjadi di Indonesia. Gempa bumi merupakan pergeseran tiba – tiba dari lapisan tanah di bawah permukaaan bumi. Ketika pergeseran terjadi timbul getaran yang disebut gelombang seismik. Gelombang ini menjalar menjauhi fokus gempa ke segala arah di dalam bumi. Sehingga ketika gelombang itu mencapai permukaan bumi, getarannya bisa merusak bangunan, runtuhnya gedung, rumah dan bangunan lainnya, dapat menimbulkan bencana korban jiwa dan kerugian harta benda. Mengingat kerusakan yang timbul akibat gempa dapat menyebabkan penderitaan, kehilangan nyawa, dan harta benda. Dalam skala yang lebih luas bahkan dapat menyebabkan kesulitan yang sangat serius bagi suatu Negara, misalnya terjadi kelumpuhan ekonomi.
Oleh sebab itu, desain bangunan tahan terhadap gempa merupakan salah satu tantangan terbesar yang harus dihadapi oleh seorang insinyur bangunan. Salah satu hal yang dilakukan oleh seorang ahli struktur untuk mendapatkan bangunan tahan gempa adalah dengan perencanaan struktur tahan gempa. Struktur bangunan tahan gempa hendaknya memiliki kekuatan dan kekakuan serta daktilitas yang cukup untuk dapat mengakomodasikan gempa yang terjadi. Sampai saat ini, terdapat beberapa jenis struktur bangunan yang sudah umum digunakan yaitu struktur baja dan struktur beton bertulang. Struktur beton bertulang memiliki metode pelaksanaan yang lebih sederhana, namun jenis struktur ini memiliki beberapa kekurangan seperti berat sendiri komponen struktur yang sangat besar serta juga terdapat masalah keramahan lingkungan karena beton merupakan bahan yang kurang dapat diperbaharui jika dibandingkan dengan material baja.
2
Sedangkan baja memiliki keunggulan dibandingkan dengan beton yaitu memiliki elastisitas dan kekuatan yang jauh lebih tinggi. Walaupun baja memiliki berat jenis struktur yang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan beton, namun dengan kekuatan yang jauh lebih besar, sekitar sepuluh kali lipat, sistem struktur yang menggunakan material baja dapat menghasilkan struktur dengan berat sendiri yang lebih ringan daripada beton karena minimnya volume baja yang diperlukan untuk dapat memikul beban-beban yang timbul pada sistem struktur. Namun, biaya dan metode pelaksanaan yang relatif lebih besar dari jika dibandingkan dengan struktur beton bertulang menjadi salah satu faktor yang perlu dipertimbangkan untuk menggunakan struktur baja. Oleh sebab itu, tugas akhir ini akan difokuskan kepada struktur baja dalam kaitannya sebagai struktur penahan beban gempa.
Seiring dengan semakin berkembangnya dunia konstruksi bangunan, beberapa metode telah digunakan dalam mendisain struktur bangunan.Beberapa diantaranya seperti metode tegangan izin (working stress design), metode gaya (strength desing), metode disain berdasarkan kapasitas komponen struktur (capacity design), metode disain plastis (plastic design), dan yang metode disain yang berdasarkan kepada perpindahan struktur (displacement design) serta metode disain berdasarkan kinerja bangunan (performance based design). Pada saat ini, metode yang sedang berkembang dan mulai banyak mendapat perhatian dari perencana adalah metode disain berdasarkan kinerja bangunan. Tujuan dari metode disain berdasarkan kinerja bangunan ini adalah untuk memprediksi dan mensimulasi kinerja struktur dengan memberikan beban gempa, sehingga perencana akan mendapatkan gambaran dan menentukan tingkat kerusakan struktur yang diharapkan pada saat terjadi bencana berupa gempa. Metode disain berdasarkan kepada kinerja bangunan masih dalam tahap perkembangan, namun beberapa rekomendasi prosedur untuk melakukan disain dengan menggunakan metode ini telah diterbitkan sejak beberapa tahun yang lalu seperti ATC 40, FEMA 356 dan FEMA 440. FEMA 440 merupakan revisi dari FEMA 356 dengan melakukan beberapa perubahan koefisien dan ATC digunakan didalam analisa struktur nonlinear statik. Namun, prosedur disain masih mengacu kepada ATC 40 dan FEMA 356. Dalam tugas akhir ini, kedua prosedur analisis yang terdapat dalam ATC 40 dan FEMA 356 akan digunakan untuk menilai kinerja bangunan yang akan dianalisis. Koefisien yang diperlukan akan diadopsi dari FEMA 440.
3 1.2 Latar Belakang
Pada umumnya, konstruksi bangunan diIndonesia menggunakan struktur beton bertulang atau sering disebut dengan struktur komposit, yaitu gabungan dari campuran beton dan tulangan baja. Pada struktur komposit ini, beton yang memiliki kekuatan tekan yang tinggi berfungsi untuk memikul gaya tekan yang terjadi pada komponen struktur. Namun pada bagian yang mengalami gaya tarik, ditambahkan tulangan baja yang tahan terhadap gaya tarik sehingga dapat bekerja bersama untuk menahan gaya luar yang timbul. Bangunan-bangunan yang dibangun dengan struktur komposit cenderung memiliki kekuatan yang lebih besar dan berperilaku lebih baik dalam menahan gaya lateral seperti gaya lateral akibat dari gempa ataupun beban angin.
Disisi lain, penggunaan struktur baja sebagai bahan konstruksi tahan gempa untuk gedung bertingkat masih tergolong sedikit jika dibandingkan dengan struktur komposit, padahal struktur baja mempunyai kualitas yang lebih bagus dalam hal ketahanan terhadap gempa. Dewasa ini terdapat beberapa jenis sistem struktur baja tahan gempa. Secara umum terdapat 2 jenis sistem struktur tahan gempa, yaitu sistem struktur rangka penahan momen atau Moment Resisting Frame (MRF) dan sistem struktur rangka berpengaku atau braced frames. Masing – masing sistem struktur baja tersebut memiliki karakteristik masing – masing yang berbeda.
Sistem struktur MRF memberikan ruang yang luas pada suatu bangunan. Oleh karena itu, sistem ini sering diminati oleh banyak arsitek dan juga banyak digunakan untuk struktur gedung institusi atau perkantoran yang memerlukan ruang yang luas. Dengan rentang balok yang cukup lebar (tanpa pengaku), sistem rangka pemikul momen dapat memberikan deformasi yang cukup besar sehingga sistem ini memiliki daktalitas yang cukup besar dibandingkan dengan sistem portal baja tahan gempa lainnya. Walaupun demikian, dengan deformasi yang cukup besar, sistem MRF memiliki kekakuan yang rendah jika dibandingkan dengan sistem portal baja tahan gempa lainnya Sistem struktur rangka penahan momen memiliki kemampuan menyerap energi yang besar tetapi memiliki kekakuan yang rendah. Dengan demikian, jika dibandingkan dengan system struktur portal baja jenis lainnya, sistem struktur ini memiliki ukuran elemen struktur
4
yang jauh lebih besar untuk menjaga deformasi strukturnya. Meskipun sistem struktur MRF memiliki kestabilan inelastis dan respon yang stabil pada respon siklik lateral, akan tetapi sistem ini terlalu lentur dan umumnya disain struktur MRF didisain dengan membatasi pergeseran struktur untuk mengurangi kerusakan struktur. Berikut adalah contoh gambar sistem MRF :
Gambar 1.4 : Moment Resisting Frames (MRF)
Berbeda dengan sistem struktur MRF, sistem struktur braced frames memiliki elemen bresing atau pengaku untuk meningkatkan kekakuan strukturnya. Sistem struktur braced frames didesain untuk meminimalisir masalah kekakuan yang terdapat pada jenis sistem portal MRF. Sistem struktur braced frames terbagi jadi , yaitu jenis sistem struktur rangka berpengaku konsentris atau Concentrically Braced Frames (CBF) dan sistem struktur rangka berpengaku eksentris atau Eccentrically Braced Frames (EBF). Sistem struktur CBF merupakan sistem struktur untuk menahan beban lateral dengan kekakuan stuktur yang tinggi. Kekakuan yang tinggi pada sistem struktur ini dihasilkan dari bresing diagonal yang berfungsi untuk menahan beban lateral pada struktur. Pengaku pada sistem CBF berfungsi untuk memperbesar kekakuan struktur. Karena dengan adanya pengaku pada struktur, deformasi struktur akan menjadi lebih kecil namun kekakuan strukturnya meningkat. Secara umum, sistem struktur CBF memiliki kekakuan yang lebih tinggi dibandingkan dengan struktur MRF karena adanya pengaku pada struktur. Namun demikian, kekakuan yang besar pada sistem CBF mengakibatkan deformasi yang terjadi
5
pada struktur lebih terbatas sehingga daktalitas struktur CBF lebih rendah jika dibandingkan dengan sistem struktur MRF. Disisi lain, bila bresing atau pengaku pada struktur CBF mengalami tekuk karena beban lateral berlebih, maka kekakuan struktur dan kapasitas penyerapan energinya akan hilang. Berikut adalah beberapa contoh gambar sistem CBF :
Gambar 1.5 : Concentrically Braced Frames (CBF)
Sistem struktur EBF merupakan struktur portal baja penahan gaya lateral yang merupakan kombinasi dari keunggulan sistem struktur MRF dan CBF berupa daktalitas dan kekakuan lateral yang serta meminimalisir kekurangan yang terdapat pada sistem struktur MRF dan CBF dengan mengurangi perilaku inelastis dan mampu menjaga pengaku atau bresing tetap elastis tanpa mengalami tekuk serta memiliki kekakuan lateral yang besar pada saat terjadi gempa. Pada sistem struktur EBF terdapat elemen penting
6
yang berpengaruh pada karakteristik EBF yang berupa elemen balok pendek yang disebut link. Link merupakan elemen struktur yang direncanakan untuk berperilaku inelastik serta mampu untuk berdeformasi plastis yang besar pada saat terjadi beban lateral (gempa). Bagian link ini berfungsi menyerap energi pada saat terjadi beban lateral (gempa). Mekanisme leleh pada elemen link terdiri dari 2 mekanisme leleh yaitu kelelehan geser dan kelelehan lentur, tergantung dari panjang link (e) yang digunakan. Pada sistem struktur EBF, elemen struktur di luar link direncanakan untuk berperilaku elastis sedangkan pada bagian link direncanakan untuk dapat berdeformasi inelastis pada saat terjadinya beban lateral (gempa). Berikut adalah contoh gambar sistem EBF :
Gambar 1.6 : Eccentrically Braced Frames (EBF)
Tugas akhir ini akan mengevaluasi kinerja dari struktur baja berpengaku eksentris (EBF) dan struktur baja tanpa pengaku terhadap gempa.