Analisa Tiga Dimensi Rekayasa Penempatan Posisi Damper pada Struktur Multistory Frame dengan Tipe Pengaku Bracing

(1)

ANALISA TIGA DIMENSI REKAYASA PENEMPATAN

POSISI DAMPER PADA STRUKTUR MULTISTORY FRAME

DENGAN TIPE PENGAKU BRACING

TUGAS AKHIR

Disusun oleh :

ADRIAN

100404048

Dosen Pembimbing :

Ir.Daniel Rumbi Teruna, M.T.

NIP 19480206 198003 1003

SUB JURUSAN STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISA TIGA DIMENSI REKAYASA PENEMPATAN POSISI DAMPER PADA

STRUKTUR MULTISTORY FRAME DENGAN TIPE PENGAKU BRACING

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi syarat dalam Menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh :

ADRIAN 10 0404 048

Dosen Pembimbing

Ir. Daniel Rumbi Teruna , MT. NIP. 19480206 198003 1003

Dosen Penguji I Dosen Penguji II

Prof Dr. Ing Johannes Tarigan Ir. Torang Sitorus, M.T.

NIP. 19561224 198103 1 002 NIP. 19571002 198601 1 001

Disetujui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19561224 198103 1 002

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

ABSTRAK

Pada studi analisa struktur dalam bidang teknik sipil terdapat beberapa hal yang penting dalam mendesain dan merencanakan tipe – tipe bangunan yang tahan terhadap gempa, yakni bentuk geometri bangunan itu sendiri maupun elemen pelengkap lainnya seperti peredam energi ( damper ) , basic isolator maupun adanya pemasangan bracing. Penelitian yang dilakukan oleh para ahli dalam bidang gempa untuk membuat bangunan tahan gempa telah dilaksanakan sejak terjadinya peristiwa gempa yang pernah terjadi di berbagai belahan bumi. Kerusakan akibat gempa dicatat dan dipelajari penyebabnya sehingga peraturan tentang building code terus diperbaharui demi kestabilan struktur maupun kekokohan elemen bangunan.

Damper sebagai seismic devices telah banyak diteliti sebagai salah satu alat untuk meredam energi yang timbul akibat gempa. Sebagai alat peredam energi damper memiliki beberapa jenis yaitu viscous damper, metallic damper, tuned mass damper dan lain – lain. Metallic damper dipasang pada struktur bracing pada pertemuan antara balok dan kolom sebagai sambungannya. Damper jenis ini mempunyai suatu ukuran kekakuan yaitu stiffness ratio ( SR ) antara kekakuan bracing dengan damper yang kisaran angkanya lebih dari 2. Kajian mengenai damper dapat dilihat pada posisi dan pemasangannya dalam mendukung bangunan secara struktural dalam respons primer terhadap percepatan gempa.

Analisa gempa dalam ilmu teknik sipil dapat dikategorikan dalam beberapa bagian yaitu analisa modal, respons spektra, time history dan analisa statik ekivalen. Semuanya memiliki cakupan perhitungan yang luas dan detail. Data gempa yang dipakai adalah data yang dicatat dalam accelerogram dalam bentuk satuan gravitasi ( g ). Data percepatan tersebut harus disesuaikan terlebih dahulu dengan menggunakan program Seismosoft yaitu Seismomatch. Setelah itu, untuk analisa pemodelan biasa dapat digunakan data gempa artifisial yang dibuat melalui program Seismoartif. Kajian mengenai analisa dalam tugas akhir ini menggunakan metode non linear time history untuk mendapatkan output perpindahan ( displacement ) dan gaya dasar ( base shear ) dalam membandingkan pengaruh damper dan bracing terhadap perilaku respons bangunan. Dari data gempa tersebut dapat dibuat kurva input energi yang memperlihatkan pengaruh penambahan seismic devices dalam struktur bangunan tahan gempa.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan berkat-Nya

hingga selesainya tugas akhir ini dengan judul “Analisa Tiga Dimensi Rekayasa Penempatan Posisi Damper Pada Struktur Multistory Frame Dengan Tipe Pengaku

Bracing ”. 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. Daniel Rumbi Teruna, 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 dan sebagai pembanding yang telah memberikan masukan demi

perbaikan Tugas Akhir .

3. Bapak Ir. Torang Sitorus , M.T , selaku pembanding yang telah memberikan masukan

demi perbaikan Tugas Akhir.

4. Bapak Ir.Syahrizal, M.T., selaku sekretaris departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera

(5)

5. Teristimewa kepada kedua Orang Tua Saya dan saudara penulis, yang telah mendukung

Saya dengan memberikan semangat dan doa agar Saya dapat dengan cepat menyelesaikan

tugas akhir.

6. Hendrik Wijaya , selaku teman penulis yang senantiasa memberikan masukan dan ide

dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

7. Hendra Susilo , selaku teman penulis yang memberikan dukungan dan bantuan sehingga

Tugas Akhir ini dapat selesai dengan tepat waktu.

8. Akbar Soesilo , selaku teman penulis yang memberikan dukungan moral kepada penulis

sehingga Tugas Akhir ini dapat selesai dengan tepat waktu.

9. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Sipil, terutama teman-teman seangkatan 2010,

adik-adik 2011, 2012, 2013 dan abang/ kakak stambuk 2009, 2008 dan 2007, terima kasih

atas dukungannya selama ini.

Medan, 5 Oktober 2015

Penulis

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR NOTASI... xviii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Studi Literatur ... 6

1.3 Perumusan Masalah ... 13

1.4 Maksud dan Tujuan ... 14

1.5 Pembatasan Masalah ... 14

1.6 Metodologi Penulisan ... 15

1.7 Sistematika Penulisan ... 16

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 17

2.1 Kajian Damper Sebagai Seismic Devices ... 17

2.2 Karakteristik Damper ... 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 35

3.1 Perumusan Desain Pemodelan ... 35

3.2 Desain dimensi frame ... 45

3.3 Analisa kerjasama kekakuan bracing dan sistem frame 3 dimensi ... 49

3.3.1 Space Frame ... 69

3.3.2. Space Truss ... 86

(7)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 104

4.1 Umum ... 104

4.2 Hasil Analisa ... 121

4.2.1 Analisa modal dan fundamental period ( T ) ... 121

4.2.2 Analisa Perpindahan ... 127

4.2.2.1 Perpindahan Sumbu X ... 127

4.2.2.2 Perpindahan Sumbu Z ... 133

4.2.3 Interstory Drift ... 139

4.2.4 Perbandingan Antara Ketiga Model... 140

4.2.4.1 Analisa Perpindahan ... 140

4.2.4.2 Perbandingan besar gaya geser pada reaksi dasar ( base reaction ) ... 144

4.2.4.3 Total Input energi dari respons struktur ... 147

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 149

5.1 Kesimpulan ... 149

5.2 Saran ... 150

DAFTAR PUSTAKA ... 152

(8)

DAFTAR GAMBAR

BAB I - Gambar 1 : Kerusakan bangunan akibat gempa ... 2

Gambar 2 : Struktur dengan pengaku bracing ... 4

Gambar 3 : Perbedaan frame dengan device dan tanpa device ... 4

Gambar 4 : Perkuatan bangunan dengan pemasangan steel damper ... 5

Gambar 5 : Tipe hysteretic steel damper ... 6

Gambar 6 : Struktur bracing dengan penambahan damper ... 9

Gambar 7 : Kinerja dari steel damper dalam konfigurasi Chevron ... 10

Gambar 8 : Empat spesimen dalam percobaan uji damper ... 11

Gambar 9 : Kurva histeretik empat spesimen dalam percobaan uji damper .. 12

Gambar 10 : Kurva skeleton dan Bauschinger ... 13

Gambar 11 : (a). Gambar struktur dengan pengaku bracing tanpa damper . 14 (b) . Gambar struktur dengan pengaku bracing ditambah damper... 14

Gambar 12 : Skema alur penulisan Tugas Akhir ... 15

BAB II - Gambar 13 : Bangunan Wallace F. Bennett Federal ... 18

Gambar 14 : Foto pemasangan damper pada bracing ... 18

Gambar 15 : MenaraTorre Mayor ... 19

Gambar 16 : Fluid damper ... 19

Gambar 17 : Tampak Depan Bangunan Parque Araucano ... 20

Gambar 18 : Kontainer berisi partikel damper pada saat pelaksanaan konstruksi ... 20

Gambar 19 : Ukuran bola metal dengan partikel damper ... 20

(9)

Gambar 21 : Tampak samping foto pengambilan partikel damper ... 21

Gambar 22 : Struktur metallic damper dengan kombinasi bracing ... 23

Gambar 23 : ( a ) . Contoh pemodelan sistem struktur bermassa satu dengan 3 kekakuan ekivalen ... 24

( b ) . Pemodelan struktur bermassa satu dengan 1 kekakuan ekivalen. ... 24

Gambar 24 : Sistem penempatan damper untuk single story frame ... 24

Gambar 25 : Model bilinear dari damper devices ... 26

Gambar 26 : Model antara kekakuan sistem dan bracing dari damper devices... 28

Gambar 27 : Dekomposisi dari kurva histeretik ... 28

Gambar 28 : ( a ) . Tampak samping alat loading test untuk percobaan ... 29

( b ) . Tampak depan alat loading test untuk percobaan ... 29

Gambar 29 : Tampak depan dari alat eksperimental ... 30

Gambar 30 : Tampak samping dari alat eksperimental ... 30

Gambar 31 : Gambar perpindahan untuk loading test ... 31

Gambar 32 : Gambar plot nominal stress dengan normal strain ... 32

Gambar 33 : Diagram perpindahan , tegangan – regangan , dan hubungan kekakuan efektif dengan gaya – perpindahan ... 32

Gambar 34 : Perbandingan dari kurva skeleton dan aproksimasi trilinear untuk keempat spesimen ... 33

Gambar 35 : Tabel perbandingan antara jenis – jenis damper ... 34

BAB III - Gambar 36 : Tampak depan model 3D untuk struktur bertingkat dengan bracingtanpa damper ( Centroid Bracing Frame atauCBF ) ... 36

(10)

Gambar 38 : Tampak bidang YZ untuk struktur bertingkatdengan

bracing tanpa damper ( CBF ) ... 38

Gambar 39 : Tampak depan model 3D untuk struktur bertingkat dengan _{bracing dan tambahan damper} _{(Damper Resisting Frame} atauDRF ) ... 39

Gambar 40 : Tampak bidang XY untuk struktur bertingkat dengan bracing dan tambahan damper ( DRF ) ... 40

Gambar 41 : Tampak bidang YZ untuk struktur bertingkat dengan bracing dan tambahan damper ( DRF ) ... 41

Gambar 42 : Tampak depan model 3D untuk struktur bertingkat _{tanpa bracing maupun damper} _{(Bare Frame atau}_{BF ) ... 42}

Gambar 43 : Tampak bidang XY untuk struktur bertingkat tanpa bracing dan damper ( BF )... 43

Gambar 44 : Tampak bidang YZ untuk struktur bertingkat tanpa bracing dan damper ( BF )... 44

Gambar 45 : Ukuran frame tiap lantai ... 45

Gambar 46 : Section Properties dari profil I ... 46

Gambar 47 : Klasifikasi kolom pada frame ... 46

Gambar 48 : Section Properties dari profil II ... 47

Gambar 49 : Bentuk penampang bracing pada frame ... 48

Gambar 50 : Penampakan 3 dimensi ( x,y,z ) per lantai / single story ... 49

Gambar 51 : Bidang XY untuk Z = 0 , Z = 5 , Z = 10 , Z = 15 , Z = 20 , Z = 25 ... 49

Gambar 52 : Bidang YZ untuk X = 0 , X = 5 , X = 10 , X = 15 , X = 20 , X = 25 ... 50

Gambar 53 : Penampakan bidang XY untuk Z = 0 ( huruf tebal = nodal ) ... 50

(11)

Gambar 55 : DOF elemen n,m,e,t ... 51

Gambar 56 : DOF elemen j,i,h,v ... 51

Gambar 57 : DOF elemen c,d,s ... 51

Gambar 58 : DOF elemen f,g,u ... 52

Gambar 59 : DOF elemen damper 1,2 ... 52

Gambar 60 : DOF elemen p,o ... 52

Gambar 61 : DOF elemen l,k ... 52

Gambar 62 : Penampakan bidang XY untuk Z = 10 ( huruf tebal = nodal ) ... 53

Gambar 63 : DOF elemen aii , qii ,bii , rii ... 53

Gambar 64 : DOF elemen nii ,mii,eii,tii ... 53

Gambar 65 : DOF elemen jii, iii, hii, vii ... 54

Gambar 66 : DOF elemen cii, dii, sii ... 54

Gambar 67 : DOF elemen fii ,gii,uii ... 54

Gambar 69 : DOF elemen pii,oii ... 55

Gambar 70 : DOF elemen lii,kii ... 55

Gambar 71 : Penampakan bidang XY untuk Z = 25 ( huruf tebal = nodal ) ... 55

Gambar 72 : DOF elemen av , qv,bv,rv ... 56

Gambar 73 : DOF elemen nv, mv,ev,tv ... 56

Gambar 74 : DOF elemen jv, iv, hv,vv ... 56

Gambar 75 : DOF elemen cv,dv,sv ... 57

Gambar 76 : DOF elemen f v,gv,uv ... 57

Gambar 78 : DOF elemen pv,ov ... 57

(12)

Gambar 80 : Penampakan bidang YZ untuk X = 0

( huruf tebal = nodal ) ... 58

Gambar 81 : DOF elemen bvi,rvi ... 58

Gambar 82 : DOF elemen cvi,dvi,svi ... 59

Gambar 83 : DOF elemen evi, tvi ... 59

Gambar 84 : DOF elemen fvi,gvi,uvi ... 59

Gambar 85 : DOF elemen hvi, vvi ... 60

Gambar 87 : DOF elemen pvi,ovi ... 60

Gambar 88 : DOF elemen ivi,jvi ... 60

Gambar 89 : Penampakan bidang YZ untuk X = 10 ( huruf tebal = nodal ) ... 61

Gambar 90 : DOF elemen bviii,rviii ... 61

Gambar 91 : DOF elemen cviii,dviii,sviii ... 61

Gambar 92 : DOF elemen eviii, tviii ... 62

Gambar 93 : DOF elemen fviii,gviii,uviii ... 62

Gambar 94 : DOF elemen hviii, vviii ... 62

Gambar 96 : DOF elemen pviii,oviii ... 63

Gambar 97 : DOF elemen iviii,jviii ... 63

Gambar 98 : Penampakan bidang YZ untuk X = 25 ( huruf tebal = nodal ) ... 63

Gambar 99 : DOF elemen bxi ,rxi ... 64

Gambar 100 : DOF elemen cxi,dxi,sxi ... 64

Gambar 101 : DOF elemen exi, txi ... 65

Gambar 102 : DOF elemen fxi,gxi,uxi ... 65

(13)

Gambar 105 : DOF elemen pxi,oxi ... 66

Gambar 106 : DOF elemen ixi,jxi ... 66

Gambar 107 : Bidang salib sumbu x,y dan z ... 69

Gambar 108 : Bidang sejajar gaya gempa ... 92

Gambar 109 : Bidang tegak lurus gempa ... 98

Gambar 110 : Alur / Flowchart Penelitian ... 103

BAB IV - Gambar 111 : Spectrum desain ... 104

Gambar 112 : Chi chi original ... 105

Gambar 113 : Imperial Valley original ... 106

Gambar 114 : Loma Prieta original ... 107

Gambar 115 : Kobe original ... 108

Gambar 116 : Northridge original... 109

Gambar 117 : Data unmatched gempa ... 110

Gambar 118 : Data Matched gempa ... 111

Gambar 119 : Matched Chi chi ... 112

Gambar 120 : Matched Imperial Valley ... 113

Gambar 121 : Matched Kobe ... 114

Gambar 122 : Matched Loma Prieta ... 115

Gambar 123 : Matched Northridge ... 116

Gambar 124 : Mean Spectrum ... 117

Gambar 125 : Gempa Artifisial 1... 118

Gambar 128 : Mode 1 T = 1,122 s ; ω= 5,6 rad /s ... 121

(14)

Gambar 133 : Mode 6 T = 0,701 s ; ω=8,963 rad /s ... 122

(15)

Gambar 157 : Mode 10 T = 0,305 s ; ω=20,601 rad /s ... 126 Gambar 158 : Hasil perbandingan perpindahan lantai 4

untuk sumbu x ( gempa artifisial 1 ) ... 127 Gambar 159 : Hasil perbandingan perpindahan lantai 4

untuk sumbu z ( gempa artifisial 1 ) ... 133 Gambar 165 : Hasil perbandingan perpindahan lantai 4

(16)

Gambar 172 : Interstory drift akibat gempa artifisial 3 ... 139 Gambar 173 : Diagram perbandingan perpindahan untuk

ketiga model pada sumbu x... 143 Gambar 174 : Diagram perbandingan perpindahan untuk

ketiga model akibat sumbu z... 143 Gambar 175 : Besar reaksi gaya geser dasar total adalah

penjumlahan dari reaksi masing – masing gaya

pada perletakan secara superposisi. ... 144 Gambar 176 : Diagram perbandingan base shear untuk ketiga model

akibat gempa artifisial 1 ... 146 Gambar 177 : Diagram perbandingan base shear untuk ketiga model

akibat gempa artifisial 2 ... 146 Gambar 178 : Diagram perbandingan base shear untuk ketiga model

akibat gempa artifisial 3 ... 147 Gambar 179 : Diagram perbandingan input energi untuk ketiga model

(17)

DAFTAR TABEL

BAB II - Tabel 1 : Efek Penambahan Metallic Yielding Device dalam struktur ... 22

Tabel 2 : Efek Penambahan Viscous Fluid Device dalam struktur ... 23

BAB III - Tabel 3 : Section Properties dari profil I ... 46

Tabel 4 : Section Properties dari profil II ... 47

Tabel 5 : Data inersia, elastisitas dan jarak antar lantai ... 47

Tabel 6 : Bidang XY koordinat Z = 0 ... 67

Tabel 12 : Bidang YZ koordinat X = 0 ... 68

Tabel 18 : Anggota elemen sejajar sumbu y ... 70

Tabel 19 : Anggota elemen sejajar sumbu x ... 70

Tabel 20 : Anggota elemen sejajar sumbu z ... 70

Tabel 21 : Data matriks rotasi elemen ... 74

(18)

Tabel 24 : Elemen sumbu z ... 77

Tabel 25 : Data elemen kekakuan kolom ... 78

Tabel 26 : Data DOF elemen kolom ... 79

Tabel 27 : Data elemen kekakuan sumbu x ... 80

Tabel 28 : Data DOF elemen sumbu x ( 1 ) ... 81

Tabel 29 : Data DOF elemen sumbu x ( 2 ) ... 82

Tabel 30 : Data elemen kekakuan sumbu z ... 83

Tabel 31 : Data DOF elemen sumbu z ( 1 ) ... 84

Tabel 32 : Data DOF elemen sumbu z ( 2 ) ... 85

Tabel 33 : Data anggota elemen bracing ... 86

Tabel 34 : Data sudut elemen bracing ... 87

Tabel 35 : Data DOF elemen bracing ( 1 ) ... 88

Tabel 43 : Data DOF elemen damper ( 1 ) ... 91

Tabel 44 : Data DOF elemen damper ( 2 ) ... 92

Tabel 45 : Data Kekakuan Struktur ... 97

Tabel 46 : Data Stiffness Ratio ( SR ) ... 98

(19)

Tabel 48 : Hasil deformasi maksimum untuk sumbu X ... 140

Tabel 49 : Hasil deformasi maksimum untuk sumbu Z ... 141

Tabel 50 : Hasil rasio perpindahan dari ketiga model ... 141

Tabel 51 : Faktor reduksi perpindahan untuk rasio ketiga model ... 142

Tabel 52 : Perbandingan gaya geser dasar ... 145

(20)

DAFTAR NOTASI

g = Percepatan gravitasi ( 9,8 m/s2 ) = Kekakuan elastis

= Panjang bentang antara damper dan bracing = Sudut kemiringan damper

= Sudut kemiringan bracing

= Tegangan leleh baja

= Modulus elastis

= Momen Inersia

= Momen lentur

= Gaya geser

= beban terbagi merata

= Luas penampang

= Modulus geser

= tinggi balok

= Energi

= Perioda getar ( fundamental period ) = waktu ( sekon )

(21)

ABSTRAK

Pada studi analisa struktur dalam bidang teknik sipil terdapat beberapa hal yang penting dalam mendesain dan merencanakan tipe – tipe bangunan yang tahan terhadap gempa, yakni bentuk geometri bangunan itu sendiri maupun elemen pelengkap lainnya seperti peredam energi ( damper ) , basic isolator maupun adanya pemasangan bracing. Penelitian yang dilakukan oleh para ahli dalam bidang gempa untuk membuat bangunan tahan gempa telah dilaksanakan sejak terjadinya peristiwa gempa yang pernah terjadi di berbagai belahan bumi. Kerusakan akibat gempa dicatat dan dipelajari penyebabnya sehingga peraturan tentang building code terus diperbaharui demi kestabilan struktur maupun kekokohan elemen bangunan.

Damper sebagai seismic devices telah banyak diteliti sebagai salah satu alat untuk meredam energi yang timbul akibat gempa. Sebagai alat peredam energi damper memiliki beberapa jenis yaitu viscous damper, metallic damper, tuned mass damper dan lain – lain. Metallic damper dipasang pada struktur bracing pada pertemuan antara balok dan kolom sebagai sambungannya. Damper jenis ini mempunyai suatu ukuran kekakuan yaitu stiffness ratio ( SR ) antara kekakuan bracing dengan damper yang kisaran angkanya lebih dari 2. Kajian mengenai damper dapat dilihat pada posisi dan pemasangannya dalam mendukung bangunan secara struktural dalam respons primer terhadap percepatan gempa.

Analisa gempa dalam ilmu teknik sipil dapat dikategorikan dalam beberapa bagian yaitu analisa modal, respons spektra, time history dan analisa statik ekivalen. Semuanya memiliki cakupan perhitungan yang luas dan detail. Data gempa yang dipakai adalah data yang dicatat dalam accelerogram dalam bentuk satuan gravitasi ( g ). Data percepatan tersebut harus disesuaikan terlebih dahulu dengan menggunakan program Seismosoft yaitu Seismomatch. Setelah itu, untuk analisa pemodelan biasa dapat digunakan data gempa artifisial yang dibuat melalui program Seismoartif. Kajian mengenai analisa dalam tugas akhir ini menggunakan metode non linear time history untuk mendapatkan output perpindahan ( displacement ) dan gaya dasar ( base shear ) dalam membandingkan pengaruh damper dan bracing terhadap perilaku respons bangunan. Dari data gempa tersebut dapat dibuat kurva input energi yang memperlihatkan pengaruh penambahan seismic devices dalam struktur bangunan tahan gempa.

(22)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pembangunan konstruksi di Indonesia saat ini menjadi perhatian utama . Hal ini

disebabkan akibat adanya pertumbuhan infrastruktur dan ekonomi yang semakin pesat.

Dengan adanya pertambahan dari segi permintaan (demand) akan tempat tinggal ( rumah

atau bangunan tingkat tinggi) maka perlu diimbangi dengan penyediaan sarana

pembangunan konstruksi bangunan. Selain itu, pembangunan konstruksi bangunan

didesain sedemikian rupa sehingga sesuai dengan tipe pertambahan jumlah dan

kepadatan penduduk serta penggunaan tata guna lahan. Maka, para desainer bangunan

sering menggunakan tipe bangunan bertingkat ( apartemen ) untuk kepadatan penduduk

yang tinggi seperti di kota – kota besar. Jadi, pembangunan dari bangunan tingkat tinggi

sering digunakan sebagai standar pertumbuhan penduduk. Namun, perlu adanya

kebijakan untuk mengatur dan mengatasi masalah – masalah yang mungkin timbul baik

dari segi demografi maupun segi teknis struktural bangunan sendiri. Dari kedua sektor

ini yang berperan penting dalam kaidah pembangunan gedung bertingkat adalah

kenyamanan bagi penghuni dan ketahanan bangunan sendiri dalam mendukung beban.

Sehingga tidak tertutup kemungkinan untuk membahas mengenai ketahanan struktur

bangunan dalam menghadapi kemungkinan beban yang mungkin terjadi seperti gaya

gempa maupun angin. Hal ini disebabkan banyak kasus seperti kejadian gempa bumi

yang mengguncang kota besar lalu mengakibatkan bangunan yang sebelumnya dianggap

(23)

Kejadian gempa bumi sering kali melanda permukiman penduduk yang padat dan

mengakibatkan kerugian yang tidak sedikit. Peraturan mengenai building code perlu

direvisi supaya dapat meminimalisir resiko kemungkinan terjadinya retak dan bangunan

menjadi runtuh. Dengan demikian, pembangunan gedung atau bangunan bertingkat

dapat membuat penghuni yang tinggal merasa nyaman dan aman terhadap kemungkinan

bencana yang mungkin terjadi seperti gempa bumi.

Penerapan ide bangunan tahan gempa menjadi kajian atau isu yang sering

dibicarakan oleh para peneliti dan teknisi ( enginner ) dalam membahas kaitan antara

hubungan struktur dengan ketahanan gempa. Konsep keselamatan penghuni dan

ketahanan struktur menjadi bagian yang tak terpisahkan dalam mendesain bangunan

struktur tahan gempa.

Gambar 1 : Kerusakan bangunan akibat gempa

( Sumber : Teruna.D.R,Majid.T.A,Budiono.B.2014. The Use of Steel Damper for Enhancing the Seismic Performance of R/C Frame with Soft First Story, Journal of Civil Engineering Research 2014, 4(3A): 191-202)

Gempa bumi mengakibatkan terjadinya gerakan vertikal dan horizontal pada

permukaan bumi yang tergantung pada jenis dan kondisi tanah. Dengan adanya faktor

(24)

semula sehingga perlu adanya sistem perkuatan pada bagian yang menahan gaya lateral

seperti kolom. Pada dasarnya ada beberapa hal yang bisa dilakukan untuk mereduksi

atau memperkecil kerusakan yang terjadi, yaitu :

1. Membuat sistem pengaku ( bracing ) pada bagian struktur tertentu seperti sambungan

antara kolom.

2. Memasang shear wall ( dinding geser ) atau core untuk menambah kekakuan struktur

3. Membuat sistem seismic devices seperti damper ( peredam) atau basic isolator .

4. Memperkecil jarak antar sengkang pada kolom atau memperbesar ukuran kolom

sehingga daktilitas daripada struktur menjadi lebih kokoh.

Dari keempat hal diatas, yang menjadi pokok pembahasan atau kajian utama dari

peneliti atau ilmuwan adalah seismic devices seperti damper dan basic isolator. Hingga

saat ini, banyak alat untuk meredam energi gempa telah diciptakan untuk memperkecil (

mereduksi ) kerusakan yang terjadi. Kajian damper pada sistem struktur menjadi topik

yang hangat dibicarakan karena kebanyakan struktur memakai sistem seperti ini. Ada

(25)

Gambar 2 : Struktur dengan pengaku bracing

( Sumber : Symans,dkk.2008.Energy Dissipation Systems for Seismic Applications: Current Practice and Recent DevelopmentsVol. 134, No. 1 )

Damper pasif relatif lebih murah dan mudah dipasang sedangkan

kekurangannya bila terjadi gaya gempa yang bersifat menerus dan acak. Jadi,

pembangunan gedung harus memperhatikan beberapa faktor tersebut. Damper yang

dipasang umumnya berada di bagian yang mengalami penyerapan energi gempa yang

besar. Sehingga dalam mendesain bangunan yang tahan terhadap gempa harus

memperhatikan banyak aspek diantaranya daktilitas, keretakan , soft story, dan

sebagainya.

Gambar 3 : Perbedaan frame dengan device dan tanpa device

(26)

Posisi dan perletakan damper menjadi penting dalam bangunan terutama untuk

penghematan biaya (cost). Penempatan yang benar akan membuat bangunan menjadi

kokoh dan stabil. Selain itu, penempatan damper memiliki analisis tertentu yang

membuat posisinya berada pada daerah sumbu terlemah baik akibat gaya, momen

maupun torsi. Jika dilakukan analisis tiga dimensi pada struktur bangunan secara

menyeluruh maka dapat diperhitungkan dampak yang timbul serta alternatif

pencegahannya secara dini. Pemasangan damper dapat meredam energi tambahan akibat

respon dari gempa yang signifikan tersebut melalui deformasi inelastis atau gesekan

yang terjadi tergantung pada jenis damper, seperti : metallic yielding damper.

Gambar 4 : Perkuatan bangunan dengan pemasangan steel damper

Damper telah banyak dikembangkan oleh para ahli dan digunakan secara meluas

dalam dunia konstruksi. Beberapa jenis steel hysteretic damper yaitu X – ADAS, TADAS,

Rhombic, Shear Panel, Slit damper, Honeycomb damper, DFMD damper, CPD damper,

(27)

Gambar 5 : Tipe hysteretic steel damper

(Sumber : Teruna.D.R,Majid.T.A,Budiono.B.2015.Experimental Study of Hysteretic Steel Damper for Energy Dissipation Capacity, Hindawi Publishing Corporation,Volume 2015, Article ID 631726)

1.2. Studi Literatur

Damper adalah struktur yang berfungsi sebagai disipator energi dengan

mekanisme mereduksi simpangan atau deformasi yang terjadi bila sebuah struktur

(28)

Chopra (1995) menganalisis persamaan matematis gaya damper menjadi :

fD = c.u

dimana fD = gaya damping dan c adalah koefisien damping

Damper merupakan struktur yang berhubungan dengan daktalitas dan kestabilan

bangunan dimana pemasangan damper dapat mengurangi deformasi dari struktur

sehingga dapat meningkatkan daktalitas yang berpengaruh terhadap kurva hysteretic

damper. (Dowrick ,1977) .

Clough dan Penzien (1993) menyatakan bahwa metode paling sederhana untuk

menentukan damping ratio adalah melalui percobaan free vibration pada struktur dan

ditentukan dari besaran reduksi simpangan yang berurutan antara dua gelombang

simpangan. Sementara itu, Widodo (2000) menganalisis bahwa struktur damper dapat

mereduksi energi gelombang yang terjadi dan secara efektif dapat meningkatkan

kestabilan dari struktur.

Charleson (2008) membahas desain bangunan dengan sistem damper atau seismic

device untuk struktur bangunan tahan gempa dan menyatakan bahwa sistem metallic

damper dan jenis damper lainnya dapat memperkecil resiko kerusakan dan meningkatkan

daktalitas struktur karena pemasangannya tepat di bagian struktur dengan penyaluran

energi gempa yang paling besar.

Pembahasan tentang damper telah banyak dibuat oleh para ahli dan praktisi desain

bangunan. Beberapa hasil penelitiannya yaitu :

Menurut Symans,dkk (2008) penambahan energi disipator berupa damper

memberikan pengaruh dalam mereduksi DM ( Damage Measure ) dari struktur bangunan

(29)

damper pada bangunan mampu menyerap dan mengurangi energi yang diserap oleh

struktur. Damper mampu mendissipasi energi gempa dengan membentuk hysterestic loop

dari keadaan elastis menjadi plastis. Hubungan antara penambahan damper dan DM

adalah berbanding terbalik.

Zheng, dkk (2012) dalam penelitian mengenai damper memberikan hasil bahwa

penambahan partikel damper dapat mereduksi respons dinamik primer dari struktur.

Beberapa jenis beban seperti free vibration dan gaya gempa yang dieksitasi secara nyata

dapat dikurangi dan menjaga keberlangsungan transfer beban dalam struktur kolom.

Kiran dan Shivalingappa (2013) dalam studi penambahan damper pada struktur

bangunan bermassa banyak ( MDOF ) dengan 3 lantai memberikan dampak yang

signifikan terhadap perpindahan ( displacement ). Pemberian damper pada struktur

memberikan reduksi beban secara berkala serta memperkuat daktilitas dari segi

ketahanan terhadap gempa.

Dalam penelitian Tovar dan Lopez (2004) tentang efek damper pada analisa

mengenai interstory drift memberikan pengaruh yang baik serta dapat mengurangi resiko

simpangan yang besar.

Pembahasan dan evaluasi yang dilakukan oleh Florin dan Sunai (2010) memberikan

hasil bahwa pemberian damper dapat memodifikasi respons dengan damping kritikal

(30)

Gambar 6 : Struktur bracing dengan penambahan damper

( Sumber : Symans,dkk.2008.Energy Dissipation Systems for Seismic Applications: Current Practice and Recent DevelopmentsVol. 134, No. 1 )

Penelitian yang dilakukan oleh Daniel R.Teruna,dkk (2014) tentang analisa damper

yang dimodelkan dalam bentuk hysteretic memberikan hasil bahwa damper yang baik

harus stabil dan memiliki kurva hysteretic yang besar serta kapasitas rotasional harus

kuat untuk menahan deformasi inelastik .

Elemen damper dapat dilihat sebagai seismic device ditambah dengan dua bracing

dan kekakuan horizontal damper dapat dirumuskan sebagai :

Dimana : Ka = kekakuan horizontal damper

Kb = kekakuan bracing

(31)

Pemodelan dari steel damper dipengaruhi oleh kekakuan elastis (Ke) ,

perpindahan yielding (dy) , gaya yielding ( Py ) dan dapat dibuat dalam bentuk model

bilinear. Energi hysteretic bisa dilihat dalam bentuk persamaan :

Dimana : Wd = luasan kurva hysteretic

= Kp / Ke ( rasio kekakuan elastik dan kekakuan plastis )

Gambar 7 : Kinerja dari steel damper dalam konfigurasi Chevron

(Sumber : Teruna.D.R,Majid.T.A,Budiono.B.2015.Experimental Study of Hysteretic Steel Damper for Energy Dissipation Capacity, Hindawi Publishing Corporation, Volume 2015, Article ID 631726)

Daniel R.Teruna,dkk (2015) melakukan eksperimen tentang karakteristik energi

hysteretic damper dengan empat spesimen yaitu DHSD1, DHSD2, DHSD3, dan DHSD4.

Hasilnya adalah kuva hysteretic yang menunjukkan hubungan antara gaya dengan

(32)

Gambar 8 : Empat spesimen dalam percobaan uji damper

(Sumber : Teruna.D.R,Majid.T.A,Budiono.B.2015.Experimental Study of Hysteretic Steel Damper for Energy Dissipation Capacity, Hindawi Publishing Corporation,Volume 2015, Article ID 631726)

DHSD - 1

(33)

[image:33.595.98.509.78.482.2]

Gambar 9 : Kurva histeretik empat spesimen dalam percobaan uji damper

DHSD - 3

(34)

Gambar 10 : Kurva skeleton dan Bauschinger

(Sumber : Teruna.D.R,Majid.T.A,Budiono.B.2015.Experimental Study of Hysteretic

Steel Damper for Energy Dissipation Capacity, Hindawi Publishing Corporation ,Volume 2015, Article ID 631726)

Penelitian lebih lanjut yang dilakukan oleh Daniel R.Teruna, dkk (2013) tentang

efek eksitasi gempa terhadap bangunan 7 lantai dengan steel damper mendapatkan hasil

bahwa maksimum interstory drift, energi hysteretic didistribusikan hampir mendekati

pertengahan dari jumlah lantai.

1.3. Perumusan Masalah

Pada perancangan penempatan damper yang dipasang pada struktur bangunan

bertingkat perlu pengetahuan yang lebih detail mengenai kondisi dan keadaan struktur.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, dianalisa secara 3 dimensi rekayasa penempatan

struktur metallic damper yang dipasang pada bracing untuk tipe multistory frame serta

membandingkan efisiensinya dengan struktur bracing tanpa damper yang berada dalam

keadaan variabel yang sama. Pengerjaan analisisnya dengan memakai bantuan program

(35)

Gambar 11 : (a). Gambar struktur dengan pengaku bracing tanpa damper (b) . Gambar struktur dengan pengaku bracing ditambah damper.

1.4. Maksud dan Tujuan

Maksud dan tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui secara lebih

mendalam mengenai perilaku penempatan damper pada struktur bracing secara 3 dimensi

serta menganalisa pengaruh penambahan damper tersebut dan membandingkannya

dengan struktur bracing tanpa damper pada kondisi kekakuan portal (frame) yang sama.

Selain itu, penulis juga membahas mengenai struktur bertingkat yang sama tanpa bracing

dan damper untuk dibandingkan dan dipelajari.

1.5. Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

a. Bentuk struktur yang digunakan adalah tipe struktur bangunan portal bertingkat

yang beraturan (simetri) dengan pengaku bracing.

b. Analisis yang digunakan adalah metode time history dengan peninjauan

perpindahan, interstory drift, base shear, serta input energi .

c. Gaya gempa diasumsikan bekerja pada arah horizontal dengan dua sumbu x dan z

(36)

e. Damper yang digunakan adalah metallic damper.

1.6. Metodologi Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah studi literatur

dengan memakai data karakteristik damper dari hasil kajian literatur dan eksperimen

serta masukan – masukan dari dosen pembimbing.

[image:36.595.124.550.295.716.2]

Alur atau langkah penulisan Tugas Akhir ini adalah :

Gambar 12 : Skema alur penulisan Tugas Akhir

Mulai

Menentukan judul dan latar belakang

Studi Literatur berupa :

1. Jurnal – jurnal 2. Buku referensi

Perumusan Masalah

Menentukan parameter beban yang bekerja , analisa time history

dan karakteristik damper

Analisa dengan program SAP 2000 dengan 3 pemodelan

Pembahasan dan perbandingan hasil

Kesimpulan dan Saran

(37)

1.7 Sistematika Penulisan

Gambaran garis besar penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN, terdiri dari latar belakang, studi literatur, perumusan

masalah, maksud dan tujuan, pembatasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika

penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA, berisi tentang penjelasan umum dan teori –

teori yang mendukung dalam penyusunan tugas akhir beserta aplikasinya di lapangan

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN, berisi perhitungan analisis yang

dilakukan berdasarkan pada pemodelan yang diilustrasikan.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN, berisi hasil perhitungan dan

perbandingan yang didapat dari data yang diperoleh pada tugas akhir.

BAB IV : KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dan saran dalam

tugas akhir ini.

(38)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Damper Sebagai Seismic Devices

Pengaruh gempa terhadap struktur yang dibangun di atas permukaan tanah

menjadi problematika yang sering dibahas oleh para ilmuwan dan engineer teknik sipil.

Gempa bumi merupakan suatu bentuk pelepasan energi dari dalam lempeng tektonik atau

aktivitas vulkanik bumi. Pada hakikatnya permukaan lapisan bawah tanah selalu

bergerak ( dinamis ) karena adanya aktivitas pergerakan lempeng bumi yang terjadi.

Hasil dari pertemuan antar lempeng baik di daratan benua ( continental ) maupun lautan

berupa gesekan yang menimbulkan terjadinya goncangan dan gerakan percepatan tanah

dengan amplitudo yang tergantung pada jenis tanah. Hal ini menyebabkan terjadinya

pergerakan dan bangunan yang diatas tanah mengalami pergeseran. Akumulasi dari

gerakan permukaan tanah dan perambatan energi antar medium menyebabkan kerusakan

pada bangunan seperti soft story dan bagian kolom yang miring dan roboh.

Pada saat ini ilmuwan berusaha mengembangkan seismic devices yang bertujuan

mereduksi energi yang diserap oleh bangunan serta memperkecil resiko kerusakan.

Sistem dissipasi energi gempa yang paling efisien untuk digunakan pada dasarwasa ini

adalah sistem kontrol pasif dan base isolator. Keduanya menjadi perhatian utama dalam

mendesain bangunan tahan gempa di berbagai belahan dunia. Meskipun relatif mahal

untuk bangunan dengan tingkat kepentingan biasa seperti perumahan namun kajian

mengenai kontrol pasif telah dikenal luas dan banyak ahli teknik sipil yang melakukan

(39)

Sistem kontrol pasif berdasarkan cara pemasangannya terdiri dari viscous damper,

friction damper, viscoelastic damper dan yielding damper. Setiap damper memiliki

keterbatasan dan sifatnya masing-masing. Gempa yang pernah terjadi pada daerah rawan

gempa di dunia dicatat dan dipelajari tipe – tipe kerusakan bangunan sehingga peraturan

tentang gempa selalu diperbaharui dan dibahas dalam forum internasional. Pada dasarnya

bangunan tingkat tinggi telah memakai damper sebagai seismic devices.

Gambar 13 : Bangunan Wallace F. Bennett Federal

(40)

Gambar 15 : MenaraTorre Mayor

(41)

Berikut beberapa foto sistem penempatan partikel damper pada bangunan berlantai Parque

Araucano :

Gambar 17 : Tampak Depan Bangunan Parque Araucano

Gambar 18 : Kontainer berisi partikel damper pada saat pelaksanaan konstruksi

(42)

( Sumber : Masri.S, Wensheng.L,Xilin.L,Zheng.L (2011), Experimental studies of the effects of buffered particle dampers attached to a multi-degree-of-freedom system under dynamic loads, Journal of Sound and Vibration 331 (2012) 2007–2022 )

Gambar 20 : Partikel damper ditempatkan di sebuah kontainer untuk dipindahkan

(43)

2.2 Karakteristik Damper

Damper sebagai disipator energi memiliki karakteristik tersendiri dalam mengurangi

respons serta ukuran derajat kerusakan ( Damage Measure ) dari bangunan. Para ahli

mendefinisikan Damage Factor sebagai berikut :

dimana Demand dan EDemand merupakan maksimum daktilitas perpindahan dan kumulatif

energi histeretik untuk disipasi sistem atau komponen. Capacity dan ECapacity merupakan

kapasitas untuk daktalitas dan kapasitas energi histeretik untuk satu siklus deformasi

inelastik dari sistem atau komponen serta  = faktor kalibrasi. Faktor kalibrasi merupakan

faktor yang tergantung pada material dan kinerja struktur. Faktor ini dihasilkan dari

akomodasi respons material pada keadaan DM = 0 ( keadaan ketika struktur tidak hancur )

dan DM = 1 ketika struktur keadaan hampir collapse ( runtuh ).

Efek dari penambahan damper menurut Symans ( 2008 ) dapat dilihat pada tabel berikut :

(44)

Dari data tabel diatas, dapat terlihat bahwa penambahan damper memperkecil resiko

kerusakan. Untuk damper jenis metallic biasanya dipasang pada bagian diatas bracing yang

menghubungkan kolom dan balok. Pemasangan tersebut berfungsi menyalurkan energi

akibat gempa serta mereduksi respons dinamik.

(45)

Gambar 23 : ( a ) . Contoh pemodelan sistem struktur bermassa satu dengan 3

kekakuan ekivalen dan ( b ) . Pemodelan struktur bermassa satu

dengan 1 kekakuan ekivalen.

Gambar 24 : Sistem penempatan damper untuk single story frame

Elemen damper dapat dilihat sebagai seismic device ditambah dengan dua bracing dan

kekakuan horizontal damper dapat dirumuskan sebagai : a

(46)

dimana :

Kbd = kekakuan gabungan bracing dan damper

Kb = kekakuan bracing

Kd = kekakuan damper

B/D = rasio dari kekakuan 2 buah bracing dan kekakuan damper

Xia dan Hanson dalam D.R Teruna,dkk (2014) mendefinisikan stiffness ratio

(SR) sebagai rasio dari kekakuan elemen horizontal damper dengan kekakuan

elemen tanpa damper . Secara matematis dirumuskan :

SR = K

bd

/ K

f

dimana : Kbd = kekakuan elemen gabungan devices bracing

Kf = kekakuan sistem frame

Menurut Xia dan Hanson dalam D.R Teruna,dkk (2014) nilai SR yang baik

tidak berada di bawah 2 meskipun parameter ini kurang efektif dalam mengontrol

rasio maksimum daktilitas dari device.

Hubungan antara energi histeretik dan strain energy

Hubungan antara disipasi energi histeretik dengan dengan strain energy adalah :

dengan Wd = energi histeretik damper β = faktor rasio damping

(47)

Energi hysteretic model bilinear dapat ditinjau sebagai luasan dari kurva histeretik yaitu :

Dimana : Wd = luasan kurva hysteretic Py = Kd . Δyd

= Kp / Ke ( rasio kekakuan elastik dan kekakuan plastis )

Gambar 25 : Model bilinear dari damper devices

Ws adalah energi regangan akibat adanya tegangan dengan rumus sebagai berikut :

W_S 



K_S.K_d_yd



2

1

dimana Ks = Kekakuan struktur , Δ = perpindahan elemen , Kd = kekakuan damper ,

(48)

Strain energy berperan penting dalam mereduksi energi akibat gempa. Wd

merupakan faktor penting dari damper untuk bekerja dalam deformasi inelastik.

Besarnya tergantung pada karakteristik dan material damper.

Damping Efektif

Ws

W

_D

eff







4





Dimana : _eff = damping efektif

Wd = luasan kurva histeretik damper Ws = strain energi

β= faktor damping rasio ( biasa diambil 0,05 )

Damping efektif bisa juga dituliskan sebagai berikut :

2

.

2







eff D eff

K

W







Dimana : eff = damping efektif

Wd = luasan kurva histeretik damper Keff = kekakuan efektif

 = faktor damping rasio ( biasa diambil 0,05 )

Δ = perpindahan elemen

Damping efektif merupakan hasil dari kinerja damper untuk menambah

reduksi respons akibat gaya gempa. Selain itu, faktor – faktor energi histeretik menjadi

(49)

Gambar 26 : Model antara kekakuan sistem dan bracing dari damper devices

( Sumber : Teruna.D.R,Majid.T.A,Budiono.B.2014. Improvement Of Seismic Performance Of Seven Story Steel Building With Hysteretic Steel Dampers Under Severe Seismic Excitation, The 6 th Civil Engineering Conference in The Asia Region Hotel Brobudur, Jakarta, Indonesia August, 20-22,2013)

(50)

Mekanisme dari kehilangan energi untuk tipe viscous damping sistem akan

memiliki sifat proporsionalitas dengan frekuensi sistem seperti dalam metallic damper.

Percobaan di laboratorium menunjukkan konsep koefisien viscous damping mendekati

kenyataan. Model matematis dengan properti atau ciri khas yang bebas dari pengaruh

frekuensi memunculkan istilah konsep histeretika damping.

D.R.Teruna,dkk (2014) melakukan percobaan damper dengan dimensi tertentu

seperti sampel DHSD untuk studi eksperimental di laboratorium Institut Teknologi Bandung

( ITB ) . Alat loading test yang dipakai ditunjukkan oleh gambar di bawah :

(51)

Gambar 29 : Tampak depan dari alat eksperimental

Gambar 30 : Tampak samping dari alat eksperimental

(Sumber : Teruna.D.R,Majid.T.A,Budiono.B.2015.Experimental Study of Hysteretic Steel

(52)

Energi absorpsi dari histeretik damper bergantung pada loading history. Untuk

mempelajari dependansi dari karakteristik ini, hubungan antara tegangan – regangan dari

material baja dalam pembebanan siklus bisa didekomposisikan menjadi tiga bagian yaitu

skeleton , Bauschinger dan elastik untuk unloading. Dekomposisi ini menjadi berguna untuk

mendeskripsikan karakteristik histeretik dari struktur dimana bagian skeleton memiliki

kesamaan sifat dengan hubungan tegangan – regangan di bawah pembebanan monotonik.

Pembagian pembebanan oleh loading test menjadi hubungan siklus karena terbagi atas

dua segmen yaitu segmen positif dan segmen negatif. Jadi, kurva skeleton didapat dari

koneksi antara segmen – segmen. Sisa dari kurva dibagi untuk diagram elastik ketika

unloading dengan slope yang dekat dengan inisial kekakuan elastis dan kurva Bauschinger.

Energi plastis terdisipasi oleh komponen baja di setiap pembebanan ( loading ) sampai

keretakan terjadi dan dibentuk dari gabungan kurva skeleton dan Bauschinger.

WD = WS + WB

dimana WD adalah total energi disipasi plastis dari komponen, WS dan WB adalah total energi

plastis disipasi dari domain positif dan negatif dari skeleton dan bagian Bauschinger.

Gambar pembebanan deformasi dapat ditunjukkan oleh diagram berikut :

(53)

Gambar 33 : Diagram perpindahan , tegangan – regangan , dan hubungan kekakuan efektif dengan gaya – perpindahan

(54)

D.R. Teruna ( 2015 ) juga melakukan pendekatan tentang model trilinear empat

spesimen untuk mempelajari karakteristik parameter dari perkembangan gaya – deformasi

karena dari segi kemudahan dalam mengaplikasikannya ke dalam software. Gambar di bawah

ini menunjukkan perbandingan antara model trilinear dan kurva skeleton dari percobaan.

1

 dan ₂ adalah rasio kekakuan elastis dan rasio kekakuan plastis.

Gambar 34 : Perbandingan dari kurva skeleton dan aproksimasi trilinear untuk keempat spesimen

(55)

Gambar 35 : Tabel perbandingan antara jenis – jenis damper

( Sumber : Symans,dkk.2008.Energy Dissipation Systems for Seismic Applications:

(56)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Perumusan Desain Pemodelan

Penelitian pengaruh damper dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah studi analisa

perbandingan dimana terdapat 3 model yaitu :

a. Struktur frame bertingkat 3D dengan bracing tanpa pemasangan damper

b. Struktur frame bertingkat 3D dengan bracing dan pemasangan damper.

c. Satu model tambahan dimana struktur tidak dipasang bracing maupun damper.

Analisa dilakukan dengan variabel dimensi frame dan jumlah bracing yang sama

untuk melihat pengaruh perilaku damper. Data kekakuan bracing antar lantai dibuat sama

dan simetris. Selain itu, juga dibuat model struktur bertingkat tanpa bracing dan damper

untuk dipelajari pada bagian pembahasan. Hubungan antara kedua pemodelan tersebut

akan ditampilkan dalam bentuk grafik dan tabel. Studi ini dilakukan dengan bantuan

program SAP 2000 v.14. Data – data gempa dan kekakuan damper dicari dari data – data

referensi dan percobaan para peneliti terdahulu. Metode analisa gempa yang dipakai

adalah analisa time history dengan tipe spesifikasi matched acceleration atau data waktu

dan percepatan dalam satuan faktor (gravitasi ). Satuan gravitasi yang dipakai adalah m/s2.

Data gempa yang tercatat di accelerogram diinterpretasikan dengan tabel dan grafik untuk

dikaji. Penulisan Tugas Akhir ini menggunakan rumus – rumus kekakuan yang ada dalam

data – data referensi atau literatur. Analisa ini merupakan hasil rangkaian penulis dalam

membentuk pemodelan struktur bangunan bertingkat sederhana dan simetris supaya lebih

terintegrasi dalam hal efektifitas dan keakuratan hasil. Data tentang ukuran frame dan

(57)

Pemodelan dari Tugas Akhir ini adalah :

a). Struktur frame bertingkat 8 lantai dengan pengaku bracing tanpa damper di setiap lantai

pada frame tertentu .

[image:57.595.130.482.193.683.2]

Gambar 36 : Tampak depan model 3D untuk struktur bertingkat dengan bracing tanpa damper ( Centroid Bracing Frame atau CBF )

X Y

(58)

Berikut bentuk tampak bidang XY dari pemodelan CBF :

Gambar 37 : Tampak bidang XY untuk struktur bertingkat dengan bracing tanpa damper ( CBF )

Keterangan : Struktur bracing tersebut juga terdapat pada sumbu Z = 5 ,

Z = 10 , Z = 15 , Z = 20 , Z = 25 .

(59)

Berikut bentuk tampak bidang YZ dari pemodelan CBF :

Gambar 38 : Tampak bidang YZ untuk struktur bertingkat dengan bracing tanpa damper (CBF)

Keterangan : Struktur bracing tersebut juga terdapat pada sumbu X = 5 ,

X = 10 , X = 15 , X = 20 , X = 25 .

(60)

b). Struktur frame bertingkat 8 lantai dengan pengaku bracing dan tambahan damper di setiap

lantai pada frame yang sama dengan model a .

Gambar 39 : Tampak depan model 3D untuk struktur bertingkat dengan bracing dan tambahan damper ( Damper Resisting Frame atau DRF )

X Y

(61)

Berikut bentuk tampak bidang XY dari pemodelan DRF :

Gambar 40 : Tampak bidang XY untuk struktur bertingkat dengan bracing dan tambahan damper ( DRF )

Keterangan : Struktur bracing tersebut juga terdapat pada sumbu Z = 5 ,

Z = 10 , Z = 15 , Z = 20 , Z = 25 .

(62)

Berikut bentuk tampak bidang YZ dari pemodelan DRF :

Gambar 41 : Tampak bidang YZ untuk struktur bertingkat dengan bracing dan tambahan damper ( DRF )

Keterangan : Struktur bracing tersebut juga terdapat pada sumbu X = 5 ,

X = 10 , X = 15 , X = 20 , X = 25 .

(63)

c). Struktur tambahan dengan frame bertingkat 8 lantai tanpa bracing maupun damper

Gambar 42 : Tampak depan model 3D untuk struktur bertingkat tanpa bracing maupun damper ( Bare Frame atau BF )

X Y

(64)

[image:64.595.163.507.133.622.2]

Berikut bentuk tampak bidang XY dari pemodelan BF :

Gambar 43 : Tampak bidang XY untuk struktur bertingkat tanpa bracing dan damper ( BF )

Keterangan : Tidak terdapat struktur bracing maupun damper

(65)

Berikut bentuk tampak bidang YZ dari pemodelan BF :

Gambar 44 : Tampak bidang YZ untuk struktur bertingkat tanpa bracing dan damper ( BF )

Keterangan : Tidak terdapat struktur bracing maupun damper

(66)

3.2 Desain dimensi frame

a. Desain jarak antar frame

Gambar 45 : Ukuran frame tiap lantai

Keterangan :

Jarak antara kolom = 5 m

Jarak antara lantai ( story ) = 5 m

Jumlah lantai = 8

Jenis perletakan di lantai dasar = jepit

Jumlah kolom yang sejajar = 6

5 m 5 m 5 m 5 m 5 m

5 m

(67)

Data – data kolom :

Lantai 1 sampai lantai 4 digunakan profil IWF 500 x 200 dengan spesifikasi sebagai berikut :

Indeks ukuran 500 x 200 ( mm )

Berat 79,5 kg / m

Kedalaman dari profil ( A ) 496 mm

Lebar flens ( B ) 199 mm

Tebal web ( t1 ) 9 mm

Tebal flens ( t2 ) 14 mm

Radius sudut ( r ) 20 mm

Luas penampang 101,3 cm2 Inersia ( Ix ) 41.900 cm4 Inersia ( Iy ) 1.840 cm4 Jari - jari girasi ( ix ) 20,3 cm

Jari - jari girasi ( iy ) 4,27 cm t2

t1 r

A

B

Profil kolom dari lantai 1 – 4 : IWF 500 x 200 Profil kolom dari lantai 5 - 8 : IWF 400 x 200 Gambar 46 : Section

[image:67.595.158.540.234.714.2]

Properties dari profil I

[image:67.595.205.529.429.721.2]

Tabel 3 : Section Properties dari profil I

(68)

Lantai 5 sampai lantai 8 digunakan profil IWF 400 x 200 dengan spesifikasi

sebagai berikut :

Dari data di atas didapatkan tabel sebagai berikut :

Lantai Inersia ( Iy ) Elastisitas ( E ) Jarak antar lantai ( h )

1 1840 cm4 200.000 MPa 5 m

2 1840 cm4 200.000 MPa 5 m

3 1840 cm4 200.000 MPa 5 m

4 1840 cm4 200.000 MPa 5 m

5 1450 cm4 200.000 MPa 5 m

6 1450 cm4 200.000 MPa 5 m

7 1450 cm4 200.000 MPa 5 m

8 1450 cm4 200.000 MPa 5 m

Indeks ukuran 400 x 200 ( mm )

Berat 56,6 kg / m

Kedalaman dari profil ( A ) 396 mm

Lebar flens ( B ) 199 mm

Tebal web ( t1 ) 7 mm

Tebal flens ( t2 ) 11 mm

Radius sudut ( r ) 16 mm

Luas penampang 72,16 cm2 Inersia ( Ix ) 20.000 cm4 Inersia ( Iy ) 1.450 cm4 Jari - jari girasi ( ix ) 16,7 cm

Jari - jari girasi ( iy ) 4,48 cm t2

t1 r

A

[image:68.595.126.546.122.377.2]

B

Gambar 48 : Section Properties dari profil II

Tabel 4 : Section Properties dari profil II

(69)

c. Kekakuan bracing

Gambar 49 : Bentuk penampang bracing pada frame

Bracing menghubungkan antar kolom dengan bagian balok dan fungsinya untuk

menyalurkan beban. Bracing didesain berbentuk lingakaran ( circular ) dengan diameter

sebesar 0,040 m untuk semua lantai. Maka, kita dapat menghitung luas penampang

yaitu :

.

2

4

1

d

A







.(

3

,

14

).

(

0

,

040

)

2



4

1

A

0

,

00126

m

2

Lalu panjang bracing ( L ) dapat ditentukan dari :

L



5

2



2

,

5

2



5

,

59

m

Dari data di atas didapat bahwa dengan spesifikasi bracing tersebut, kita dapat

menghitung kekakuan bracing. Karena terdapat 2 buah bracing yang menyokong

damper, maka rumus kekakuan juga dikalikan 2 .

5 m

2,5 m beban

Kolom

Bracing

Metallic damper

(70)

3.3 Analisa kerjasama kekakuan bracing dan sistem frame 3 dimensi

Analisa mengenai kekakuan untuk sistem bracing dan frame 3 dimensi dapat dilihat

pada contoh pemodelan single story ( satu tingkat ) untuk bracing dengan frame. Kita dapat

meninjau pengaruh posisinya dalam analisis matriks kekakuan untuk space frame ( 3D ) dan

space truss ( 3D ).

Gambar 50 : Penampakan 3 dimensi ( x,y,z ) per lantai / single story

Gambar 51 : Bidang XY untuk Z = 0 , Z = 5 , Z = 10 , Z = 15 , Z = 20 , Z = 25 Y

X

F

GEMPA x

F

GEMPA z Y

X Z

Y

(71)

Perumusan elemen, nodal dan kekakuan

Sebelum merumuskan kekakuan kita mendefinisikan elemen dan nodal. Dalam

analisa ini dipakai gabungan antara space frame untuk kolom – balok dan space truss

untuk struktur bracing karena hanya menerima gaya aksial saja dari gempa. Berikut ini

akan ditampilkan contoh penomoran DOF bidang XY untuk Z = 0 , Z = 10, Z = 25 dan

YZ untuk X = 0 , X = 10, X = 25.

a b Y Z d

c e _f g h

i j k l m n o p q

r _s _t _u _v

Y X a Z 2 1 3 4

5 ₆

12 11

1 2

3 ₄ ₅ 6

8

7 8

9 10 11 12 13 ₁₄

q

14

13

15

16 17 ₁₈

24 23

20 Gambar 54 :

DOF elemen a,q,b,r

b

r

arah kode nodal awal ke nodal akhir

Gambar 52 : Bidang YZ untuk X = 0 , X = 5 , X = 10 , X = 15 , X = 20 , X = 25

(72)

n

26

25

27

28 29 ₃₀

31 33 34 36 35 32 m 38 37 39 40 41 ₄₂