i Abstract
Perencanaan st rukt ur bangunan baja t ahan gempa sangat pent ing, karena Indonesia sebagian w ilayahnya memiliki keraw anan yang t inggi t erhadap gempa. St rukt ur bangunan yang dirancang t ahan gempa adalah syst em st rukt ur bangunan rangka baja dan syst em st rukt ur bangunan rangka baja berpengaku. Sist em st rukt ur berpengaku dibagi menjadi sist em rangka bracing konsent ris dan sist em rangka bracing eksent ris. Sist em ini sangat kuat dan kaku sehingga mampu menahan gaya lat eral yang lebih besar dari syst em rangka baja t anpa pengaku/ bracing.
Bangunan baja yang dianalisis t erdiri dari 7 gedung dengan spesifikasi yang sama, kecuali ada t idaknya penambahan bracing. Bracing yang digunakan adalah t ipe diagonal dan t ipe V. Gedung 1 ( t anpa bracing ), gedung 2 ( dengan bracing konsent ris (e=0) t ipe diagonal ) , gedung 3 ( dengan bracing konsent ris (e=0) t ipe V ), gedung 4 ( dengan bracing eksent ris (e=0.5m) t ipe diagonal ) , gedung 5 ( dengan bracing eksent ris (e=1m) t ipe diagonal), gedung 6 ( dengan bracing eksent ris (e=0.5m) t ipe V) , gedung 7 ( dengan bracing eksent ris (e=1m) t ipe V) t erdiri dari 12 lant ai ( t ermasuk at ap) dengan t inggi t ot al 42 m , dan t erlet ak di w ilayah gempa 3 t anah keras. Fungsi bangunan adalah perkant oran. Seluruh gedung direncanakan dengan analisis st at ik ekuivalen. Selanjut nya seluruh gedung akan dilakukan analisis pushover, sehingga didapat perilaku seismik dan kinerja st rukt urnya dari masing-masing gedung.
Berdasarkan FEM A 356, hasil analisis pushover menunjukkan bahw a seluruh gedung, berdasarkan t arget perpindahan masih mem iliki t araf kinerja im m ediat e occupancy. Kurva kapasit as hasil analisis pushover menunjukkan rasio perpindahan at ap pada st rukt ur gedung 1 arah X sebesar 0.0085 dan arah Y sebesar 0.0087. Unt uk gedung 2 rasio perpindahan at ap arah X sebesar 0.0016 dan arah Y sebesar 0.0011. Unt uk gedung 3 rasio perpindahan at ap arah X sebesar 0.0010 dan arah Y sebesar 0.0008. Unt uk gedung 4 rasio perpindahan at ap arah X sebesar 0.0018 dan arah Y sebesar 0.0022. Unt uk gedung 5 rasio perpindahan at ap arah X sebesar 0.0022 dan arah Y sebesar 0.0015. Unt uk gedung 6 rasio perpindahan at ap arah X sebesar 0.0012 dan arah Y sebesar 0.0010. Unt uk gedung 7 rasio perpindahan at ap arah X sebesar 0.0019 dan arah Y sebesar 0.0015.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan berkat-Nya hingga
selesainya tugas akhir ini dengan judul “Evaluasi Kinerja Struktur Bangunan Baja dengan Menggunakan Pengaku Eksentris (EBF)”. Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam ujian sarjana Teknik Sipil bidang Studi Struktur pada Departemen
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Hal ini disebabkan
keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus
penulis menerima saran kritik Bapak dan Ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan tugas
akhir ini.
Penulis juga menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak lepas dari bimbingan, dukungan dan
bantuan semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan ucapan terima kasih
kepada :
1. Bapak Ir. Torang Sitorus, M.T., selaku pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku ketua departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., selaku sekretaris departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
4. Teristimewa kepada kedua Orang Tua penulis, Dickson dan Jessalyn Rotan yang telah mendukung, menyemangati serta mendoakan penulis di setiap kegiatan akademis penulis.
iii
5. John Thedy , Desindo Wijaya, Rudi Kirana, Deni Hermawan, Shendy Wijaya, Agus Pranoto, Agus Salim Jadi dan Bapak Sanjaya Aryatnie yang selalu mengingatkan dan memberikan dukungan moral kepada penulis hingga tugas akhir ini dapat selesai.
6. Erwin Kwok, selaku abang senior stambuk 2004 yang memberikan kontribusi besar kepada penulis dalam hal memberikan semangat dan arahan hingga selesainya tugas akhir ini.
7. Teman-teman jurusan Teknik Sipil, terutama teman-teman seangkatan 2010, abang/ kakak stambuk 2007, 2008 dan 2009 serta adik-adik 2013 terima kasih atas dukungan dan informasi mengenai kegiatan sipil selama ini.
8. Para pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU atas ketersediannya untuk mengurus administrasi Tugas akhir ini.
9. Berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Terima kasih untuk semuanya.
Medan, Maret 2015 Penulis
COWENS WIJAYA 10 0404 171
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR NOTASI ... xiii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1 1.1Umum ... 1 1.2 Latar Belakang ... 3 1.3 Studi Literatur ... 6 1.4 Perumusan Masalah... 7 1.5 Pembatasan Masalah ... 8
1.6 Maksud dan Tujuan Penelitian... 10
1.7 Manfaat Penelitian ... 10
1.8 Metodologi Penulisan ... 10
1.9 SistematikaPenulisan ... 10
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 12
2.1 Peraturan Pembebanan Gempa Berdasarkan RSNI2 03-1726-201x ... 12
2.1.1 Gempa Rencana dan Faktor Keutamaan ... 12
2.1.2 Klasifikasi Situs dan Parameter ... 15
2.1.3 Parameter Percepatan Gempa ... 17
2.1.4 Parameter Percepatan Spektral Desain... 19
2.1.5 Perioda Fundamental Pendekatan. ... 20
v
2.2 Peraturan Pembebanan Bedasarkan RSNI 03-1727-201x ... 21
2.2.1 Beban Mati ... 21
2.2.2 Beban Hidup ... 23
2.3 Struktur Rangka Baja ... 26
2.3.1 Rangka Baja Penahan Momen (MRF) ... 26
2.3.2 Rangka Baja Berpengaku Konsentris (CBF) ... 26
2.3.3 Rangka Baja Berpengaku Eksentris (EBF) ... 27
BAB III. ANALISIS BEBAN DORONG (NONLINEAR STATIC PUSHOVER) ... 29
3.1 Pengertian Analisis Beban Dorong ... 29
3.2 Analisis Beban Dorong Berdasarkan ATC-40 (Capacity-Spectrum Method) ... 29
3.3.1 Kapasitas (Capacity) ... 29
3.3.2 Permintaan (Demand) ... 30
3.3.3 Kinerja (Performance) ... 36
3.3 Analisis Beban Dorong Berdasarkan FEMA-356 (Target Displacement) ... 38
3.4 Analisis Beban Dorong Berdasarkan FEMA-440 (Displacement Coefficient Method)……….41
3.5 Analisis Beban Dorong Berdasarkan FEMA-440 (Linerization Method) ... 41
3.6 Sendi Plastis ... 44
3.6.1 Hasil Analisis Sendi Plastis ... 45
3.6.2 Distribusi Sendi Plastis ... 46
3.6.3 Mekanisme Pembentukkan Sendi Plastis ... 47
3.7 Taraf Kinerja Struktur ... 47
3.8 Klasifikasi Deformation Limit ... 49
BAB IV. PEMBAHASAN ... 50
4.1 Permodelan Struktur ... 50
4.1.1 Data Struktur... 50
vi
4.1.2.1 Sistem Struktur Rangka Penahan Momen (MRF) ... 51
4.1.2.2 Sistem Struktur Rangka Konsentris (CBF) ... 55
4.1.2.3 Sistem Struktur Rangka Eksentris (EBF) ... 63
4.1.3 Data Material ... 79
4.1.3.1 Baja ... 79
4.1.3.2 Beton ... 79
4.1.4 Pembebanan Struktur ... 79
4.1.4.1 Berat Sendiri ... 79
4.1.4.2 Beban Mati Tambahan (Superimposed Dead Load) ... 79
4.1.4.3 Beban Hidup ... 80
4.1.5 Dimensi Penampang Struktur ... 80
4.1.5.1 Dimensi Balok ... 80
4.1.5.2 Dimensi Kolom ... 81
4.1.5.3 Dimensi Bracing ... 81
4.1.5.4 Dimensi Plat ... 82
4.2 Pembahasan dan Diskusi Analisis Beban Dorong ... 82
4.2.1 Penyebaran Sendi Plastis ... 82
4.2.1.1 Sistem Struktur Rangka Penahan Momen (MRF) ... 83
4.2.1.2 Sistem Struktur Rangka Konsentris (CBF) ... 85
4.2.1.3 Sistem Struktur Rangka Eksentris (EBF) ... 89
4.3 Design Response Spectrum ... 97
4.4 Analisis Beban Dorong... 98
4.5 Hasil Analisis Beban Dorong ... 102
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 106
5.1 Kesimpulan ... 106
5.2 Saran ... 107
vii
DAFTAR GAMBAR
BAB I
Gambar 1.1 : Moment Resisting Frames (MRF) ... 4
Gambar 1.2 : Concentrically Braced Frames (CBF) ... 5
Gambar 1.3 : Eccentrically Braced Frames (EBF) ... 6
Gambar 1.4 : Permodelan Gedung 3D ... 9
BAB II Gambar 2.1 Skema Inelastic CBF ...27
Gambar 2.2 Contoh Struktur Baja Berpengaku Eksentris ...28
BAB III Gambar 3.1 : Kurva Kapasitas (ATC-40) ...30
Gambar 3.2 : Kurva Kapasitas dan Spektrum Kapasitas (ATC-40) ...32
Gambar 3.3 : Respons Spektrum Tradisional dan Demand Spectrum (ATC-40) ...33
Gambar 3.4 : Plot Spektrum Kapasitas dan Demand Spektrum (ATC-40) ...33
Gambar 3.5 : Representasi Bilinear dari Spektrum Kapasitas (ATC-40)...34
Gambar 3.6 : Damping Energi (ATC-40) ...34
Gambar 3.7 : Hysteretic Damping memperlihatkan Maximum Strain Energy (ATC-40) ....35
Gambar 3.8 : Grafik Perpotongan Kurva Kapasitas dengan Demand Spektrum (ATC-40) 37 Gambar 3.9 : Tahapan DCM berdasarkan FEMA 356 ...39
Gambar 3.10: Grafik Hubungan Periode Efektif dengan Damping dalam Format ADRS, Acceleration-Displacement Response Spectrum (FEMA 440) ...43
Gambar 3.11: Perkiraan Peralihan Maksimum (ATC-40) ...45
Gambar 3.12: Kurva Hubungan Momen-Rotasi, Setipe dengan Kurva Hubungan Force-Displacement (FEMA 356) ...46
viii BAB IV
Gambar 4.1 : Permodelan Gedung 3D ...52
Gambar 4.2 : Denah Gedung ...53
Gambar 4.3 : Permodelan Struktur Arah XZ ...54
Gambar 4.4 : Permodelan Struktur Arah XZ ...55
Gambar 4.5 : Permodelan Gedung 3D ...56
Gambar 4.6 : Denah Gedung ...57
Gambar 4.7 : Permodelan Struktur Arah XZ ...58
Gambar 4.8 : Permodelan Struktur Arah XZ ...59
Gambar 4.9 : Permodelan Gedung 3D ...60
Gambar 4.10: Denah Gedung ...61
Gambar 4.11: Permodelan Struktur Arah XZ ...62
Gambar 4.12: Permodelan Struktur Arah XZ ...63
Gambar 4.13: Permodelan Gedung 3D ...64
Gambar 4.14: Denah Gedung ...65
Gambar 4.15: Permodelan Struktur Arah XZ ...66
Gambar 4.16: Permodelan Struktur Arah XZ ...67
Gambar 4.17: Permodelan Gedung 3D ...68
Gambar 4.18: Denah Gedung ...69
Gambar 4.19: Permodelan Struktur Arah XZ ...70
Gambar 4.20: Permodelan Struktur Arah XZ ...71
Gambar 4.21: Permodelan Gedung 3D ...72
Gambar 4.22: Denah Gedung ...73
Gambar 4.23: Permodelan Struktur Arah XZ ...74
Gambar 4.24: Permodelan Struktur Arah XZ ...75
Gambar 4.25: Permodelan Gedung 3D ...76
ix
Gambar 4.27: Permodelan Struktur Arah XZ ...78
Gambar 4.28: Permodelan Struktur Arah XZ ...79
Gambar 4.29: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur MRF, kondisi Step 6 ...84
Gambar 4.30: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur MRF, kondisi Step 11...84
Gambar 4.31: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur MRF, kondisi Step 7 ...85
Gambar 4.32: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur MRF, kondisi Step 11 ...85
Gambar 4.33: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur CBF tipe Diagonal Braced, kondisi Step12 ...86
Gambar 4.34: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur CBF tipe Diagonal Braced, kondisi Step24 ...86
Gambar 4.35: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur CBF tipe Diagonal Braced, kondisi Step1 ...87
Gambar 4.36: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur CBF tipe Diagonal Braced, kondisi Step34 ...87
Gambar 4.37: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur CBF tipe V Braced, kondisi
Step1 ...88
Gambar 4.38: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur CBF tipe V Braced, kondisi Step29 ...88
Gambar 4.39: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur CBF tipe V Braced, kondisi
Step1 ...89
Gambar 4.40: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur CBF tipe V Braced, kondisi Step14 ...89
Gambar 4.41: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe Diagonal Braced
dengan panjang e=0.5m, kondisi Step 12 ...90
Gambar 4.42: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe Diagonal Braced dengan panjang e=0.5m, kondisi Step 23 ...90
Gambar 4.43: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe Diagonal Braced
dengan panjang e=0.5m, kondisi Step 2 ...91
Gambar 4.44: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe Diagonal Braced
dengan panjang e=0.5m, kondisi Step 32 ...91
Gambar 4.45: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe Diagonal Braced
x Gambar 4.46: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe Diagonal Braced
dengan panjang e=1m, kondisi Step 22...92 Gambar 4.47: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe Diagonal Braced
dengan panjang e=1m, kondisi Step 4 ...93 Gambar 4.48: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe Diagonal Braced
dengan panjang e=1m, kondisi Step 23...93
Gambar 4.49: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe V Braced dengan panjang e=0.5m, kondisi Step 1 ...94 Gambar 4.50: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe V Braced dengan
panjang e=0.5m, kondisi Step 27 ...94 Gambar 4.51: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe V Braced dengan
panjang e=0.5m, kondisi Step 1 ...95 Gambar 4.52: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe V Braced dengan
panjang e=0.5m, kondisi Step 9 ...95 Gambar 4.53: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe V Braced dengan
panjang e=1m, kondisi Step 2...96 Gambar 4.54: Sendi Plastis PUSHOVER-X pada struktur EBF tipe V Braced dengan
panjang e=1m, kondisi Step 26 ...96 Gambar 4.55: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe V Braced dengan
panjang e=1m, kondisi Step 2...97 Gambar 4.56: Sendi Plastis PUSHOVER-Y pada struktur EBF tipe V Braced dengan
xi
DAFTAR TABEL
BAB II
Tabel 2.1 : Faktor Keutamaan I untuk Berbagai Kategori gedung dan Bangunan (RSNI
03-1726-201x) ... 13
Tabel 2.2 : Faktor keutamaan gempa (RSNI 03-1726-201x) ... 15
Tabel 2.3 : Klasifikasi Sirtu ... 16
Tabel 2.4 : Koefisien situs, ... 18
Tabel 2.5 : Koefisien situs, ... 18
Tabel 2.6 : Koefisien dan x ... 20
Tabel 2.7 : Simpangan Antar Lantai Ijin (Δa) ... 21
Tabel 2.8 : Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung (ASCE 7-10) ... 22
Tabel 2.9 : Beban Hidup Pada Lantai Gedung (RSNI 03-1727-201x) ... 23
BAB III Tabel 3.1 : Nilai k (ATC-40) ... 35
Tabel 3.2 : Nilai SRAmin dan SRVmin(ATC-40)... 36
Tabel 3.3 : Tipe Struktur (ATC-40) ... 36
Tabel 3.4 : Faktor Modifikasi Cm berdasarkan FEMA 356 ... 39
Tabel 3.5 : Faktor Modifikasi C2 berdasarkan FEMA 356 ... 40
Tabel 3.6 : Deformation Limit untuk berbagai Tingkat Kinerja (ATC-40) ... 49
BAB IV Tabel 4.1 : Kinerja Struktur untuk rangka penahan momen (MRF) ...102
Tabel 4.2 : Kinerja Struktur untuk rangka baja berpengaku konsentris (CBF) tipe diagonal brace ...102 Tabel 4.3 : Kinerja Struktur untuk rangka baja berpengaku konsentris (CBF) tipe v- brace. 103
xii Tabel 4.4 : Kinerja Struktur untuk rangka baja berpengaku eksentris (EBF) tipe diagonal
brace dengan panjang e=0.5m ...103 Tabel 4.5 : Kinerja Struktur untuk rangka baja berpengaku eksentris (EBF) tipe diagonal
brace dengan panjang e=1m ...104 Tabel 4.6 : Kinerja Struktur untuk rangka baja berpengaku eksentris (EBF) tipe v-brace
dengan panjang e=0.5m ...104 Tabel 4.7 : Kinerja Struktur untuk rangka baja berpengaku eksentris (EBF) tipe v-brace
xiii
DAFTAR NOTASI
Ag = Luas bruto penampang (mm2)
Ash = Luas penampang total tulangan transversal, termasuk sengkang pengikat (mm2)
As,max = Luas tulangan maximum (mm2)
As,min = Luas tulangan minimum (mm2)
a = Panjang pelat (mm)
b = Lebar pelat (mm)
bw = Lebar badan penampang persegi (mm)
D = Beban mati
d = Jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik (mm)
E = Beban gempa
e = Panjang Link
Fa = Koefisien situs untuk perioda pendek (pada perioda 0,2 detik)
Fv = Koefisien situs untuk perioda panjang (pada perioda 1 detik)
f’c = Kuat tekan Beton (MPa)
fy = Kuat leleh tulangan (MPa)
hx = Spasi horizontal maksimum untuk kaki-kaki sengkang tertutup atau sengkang
ikat pada semua muka kolom (mm)
Ie = Faktor keutamaan Gempa
L = Beban Hidup
ld = Panjang Sambungan Lewatan`
P = Gaya aksial terfaktor (N)
PF1 = Modal participation factor untuk mode 1
xiv Ss = Parameter percepatan respons spectral MCE dari peta gempa pada perioda
pendek, redaman 5 persen
S1 = Parameter percepatan respons spectral MCE dari peta gempa pada perioda 1
detik, redaman 5 persen
SDS = Parameter percepatan respons spectral pada perioda pendek, redaman 5 persen
SD1 = Parameter percepatan respons spectral pada perioda 1 detik, redaman 5 persen
SMS = Parameter percepatan respons spectral MCE pada perioda pendek yang sudah
disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs
SM1 = Parameter percepatan respons spectral MCE pada perioda 1 detik yang sudah
disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs
S = Spasi tulangan transversal (mm)
Sx = Spasi tulangan transversal (mm)
t = Tebal pelat (mm)]
T = Perioda fundamental bangunan ∆roof = Peralihan atap
ADRS = Acceleration-Displacement Response Spectra
ATC = Applied Technology Council
IO = Immediate Occupancy
DC = Damage Control
FEMA = Federal Emergency Management Agency
CBF = Concentriccally Braced Frames