commit to user
i
PERBANDINGAN NILAI SIMPANGAN HORISONTAL
(DRIFT)
PADA STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA
DENGAN MENGGUNAKAN BRESING V DAN INVERTED V
Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure
by V and Inverted V Bracing
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun oleh :
ADITYA JAYA M.
I 0105028
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
PERBANDINGAN NILAI SIMPANGAN HORISONTAL
(DRIFT)
PADA STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA
DENGAN MENGGUNAKAN BRESING V DAN INVERTED V
Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure
by V and Inverted V Bracing
Disusun oleh :
ADITYA JAYA M.
I 0105028
Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Persetujuan Dosen Pembimbing:
Pembimbing I
Ir. Munawar HS NIP. 19470828 197603 1 001
Pembimbing II
commit to user
iii
PERBANDINGAN NILAI SIMPANGAN HORISONTAL
(DRIFT)
PADA STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA
DENGAN MENGGUNAKAN BRESING V DAN INVERTED V
Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure
by V and Inverted V Bracing
SKRIPSI
Disusun oleh :
ADITYA JAYA M.
NIM. I 0105028
Telah dipertahankan di depan tim penguji pendadaran Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Hari : Jumat
Tanggal : 28 Januari 2011
1. Ir. Munawar H.S.
NIP. 19470828 197603 1 001
2. Purnawan Gunawan, ST, MT NIP. 19731209 199802 1 001
3. Edy Purwanto, ST, MT NIP. 19680912 199702 1 001
4. Agus Setiya Budi, ST, MT NIP. 19700909 199802 1 001
Mengetahui, Fakultas Teknik a.n. Dekan Fakultas Teknik
Pembantu Dekan I
Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 19561112 198403 2 007
Disahkan oleh, Jurusan Teknik Sipil Ketua Jurusan Teknik Sipil
commit to user
iv
Motto:
· “Maka sesungguhnya setelah kesulitan ada kemudahan. Sungguh
setelah kesulitan itu (benar-benar) ada kemudahan”.
(QS Al-Insyirah : 5-6)
· From nothing to be something.
(Anonime)
· Imposible is nothing.
(Anonime)
· Do what you faith for.
(My Father)
· Do the best and prepare for the worst.
(Anonime)
· Saat kau berusaha mewujudkan impian dan harapan orang lain, maka
sungguh sebenarnya kau sedang mewujudkan apa yang menjadi
impian dan harapanmu sendiri. Karena doa yang mujarab adalah
justru doa yang telupakan.
(Me)
· Kemarin adalah masa lalu, sedangkan esok masih belum pasti. Maka
lakukan yang terbaik untuk hari ini, ‘tuk ciptakan masa lalu yang
indah dan merancang masa depan yang cerah.
commit to user
v
Persembahan:
Kedua orangtua yang aku cintai dan hormati
Terima kasih atas cinta kasih, doa, dan pengorbanannya, bapak ibu sungguh
istimewa. Insyaalloh pasti akan aku perjuangkan apa yang menjadi impian bapak &
ibu. Amien…
Adik-adikku (Amarta, Bergas, Ridwan)
Aku lahir pertama untuk memberikan jalan bagi kalian. Doakan kakakmu ini…
The C-4 (C-Bosha, C-Doel, C-Jhe, C-Faq)
Kita sungguh luar biasa…
JFC Corp. (Zee, Jack, Jump, Cyber-X, …)
We are the champions…brotherhood foreva!
Mellysa Nanda L.
Cepat sembuh…
Sholeh, Heru, Didik, Gdon, Wigogon, Hafid, Adi, Bagus, …
Kita mungkin yang terakhir, tapi kita yang terbaik kawan… Semangat!
Mavioso Civilliano Rowengulimo
Kita yang terbuang, kita yang terasing, kita yang tersolid, kita yang terbaik, dan kita
commit to user
vi
ABSTRAK
Aditya Jaya Mardika, 2011, Perbandingan Besar Nilai Simpangan Horisontal (Dirft) Pada Struktur Gedung Tahan Gempa dengan Menggunakan Bresing V dan Inverted V, Skripsi, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki populasi penduduk yang besar serta kepadatan penduduk tinggi terutama di kota-kota besarnya. Salah satu solusi untuk permasalahan tersebut adalah bangunan bertingkat. Penggunaan struktur baja pada bangunan bertingkat menguntungkan dari segi berat struktur, karena pada umumnya ukuran tampang baja relatif kecil. Keberadaan serta fungsi struktur menyebabkan munculnya beban vertikal maupun beban horizontal. Tetapi pada gedung bertingkat terjadi gaya lateral akibat angin maupun gempa. Gaya-gaya tersebut mengakibatkan berkurangnya stabilitas struktur, sehingga diperlukan batang bresing sebagai penguat. Penelitian dilakukan untuk membandingkan perubahan drift struktur baja bangunan gedung tanpa bresing, gedung dengan bresing V, dan gedung dengan bresing inverted V yang diberi beban gravitasi (beban mati dan beban hidup) dan beban horisontal (beban angin atau beban gempa).
Model penelitian berupa analisis struktur baja tanpa bresing, struktur baja dengan bresing V dan struktur baja dengan bresing inverted V. Pembebanan gempa dihitung dengan menggunakan analisis spektrum respon dinamik. Hasil dari analisis ini adalah simpangan masing-masing tingkat, simpangan antar tingkat, simpangan antar tingkat maksimum, kemudian dari hasil tersebut dianalisis untuk mengontrol kinerja batas layan, kinerja batas ultimit dan untuk mengetahui perubahan drift yang terjadi.
Penurunan nilai simpangan horisontal arah X paling besar pada bresing inverted V
yaitu sebesar 22,94%. Begitupun pada arah Y, penurunan nilai simpangan horisontal yang paling besar adalah pada bresing inverted V yaitu sebesar 22,15%. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan bresing dapat meningkatkan kekakuan, kekuatan dan stabilitas struktur.
commit to user
vii
ABSTRACT
Aditya Jaya Mardika, 2011, Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure by V and Inverted V Bracing, Thesis, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta.
Indonesia is one of the state that have big resident population and also high density especially in towns of level. One of solution for the problems is multistory building. The use of steel structures in multistory buildings (multistory building)
benefit in terms of structural weight, because in general the size of the steel looks relatively smaller. The existence and function of the structure gave rise to the vertical and horizontal loads. But the rise building occurred due to lateral forces of wind and earthquake. These forces result in reduced structural stability, so necessary as bresing strenghtened. The study was conducted to compare drift steel structure changing of the building without bresing, building with V brace, and building with inverted V brace which given gravity load (dead and live load) and horizontal loads (wind or earthquake load).
Model studies of the analysis are the building without bresing, building with V brace, and building with inverted V brace. The imposition of an earthquake bresing calculated using the response dinamic spectrum. The results of this analysis are the point displacement, drift, maximum drift, then the results are analyzed to control the limit performance counter, performance limits and to know the drift changes occured.
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Alloh SWT, karena dengan rahmat,
hidayah, serta karuniaNya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Perbandingan Besar Nilai Simpangan Horisontal (Drift) Pada Struktur Gedung
Tahan Gempa Dengan Menggunakan Bresing V Dan Inverted V”.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Atas bantuan dan kerjasama yang baik dari semua pihak hingga selesainya skripsi
ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
3. Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
4. Ibu Ir. Noegroho Djarwanti, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Bapak Ir. Munawar HS dan Bapak Purnawan Gunawan, ST, MT selaku
pembimbing skripsi Pertama dan Kedua.
6. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil Angkatan 2005.
Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan
pemikiran bagi pembaca. Karena banyak kekurangan yang masih harus diperbaiki,
kritik dan saran akan penulis terima untuk kesempurnaan tulisan ini.
Surakarta, Januari 2011
commit to user
ix
DAFTAR ISI
Hal.
Halaman Judul ... i
Halaman Pengesahan ... ii
Motto ... iv
Persembahan ... v
Abstrak ... Abstract... vi vii Kata Pengantar ... viii
Daftar Isi ... ix
Daftar Tabel ... xii
Daftar Gambar ... xiv
Daftar Notasi ... xvi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Tujuan Penelitian ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
BAB 2 DASAR TEORI ... 4
2.1. Tinjauan Pustaka ... 4
2.2. Konsep Dasar Perancangan... 7
2.2.1. Analisis Pembebanan... 7
2.2.2. Struktur Tanpa Bresing... 9
2.2.3. Defleksi Lateral... 10
2.2.4. Struktur Bresing Vertikal Eksentrik... 11
2.2.5. Sistem Penopang Vertikal Konsentrik... 11
2.2.5.1. Sistem Bresing Inverted V... 13
commit to user x 2.2.6 2.2.7. 2.2.7.1. 2.2.7.2. 2.2.7.3
Perancangan Kondisi Kekakuan Lateral Ketika Beban Bekerja...
Perancangan Kondisi kekuatan dan Stabilitas pada beban Ultimit
Rencana...
Kekuatan yang Dibutuhkan...
Kesetabilan yang Dibutuhkan...
Kelangsingan Bresing... 14 16 16 17 17
2.3. Perancanan Ketahan gempa... 18
2.3.1. 2.3.2. Gempa Rencana dan Kategori Gedung... Struktur Gedung Beraturan dan Tidak beraturan... 18 19 2.3.3. Waktu Getar Alami Fundamental... 21
2.3.4. Arah Pembebanan Gempa... 21
2.3.5. Faktor Reduksi Maksimum (Rm)... 22
2.3.6. Pembatasan Waktu Getar Alami Fundamental... 23
2.3.7. Faktor Respon Gempa... 23
2.3.8. Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen... 24
2.3.9. Analisis Dinamik... 24
2.3.10. 2.3.10.1 Kinerja Struktur Gedung... Kinerja Batas Layan... 25 26 2.3.10.2. Kinerja Batas Ultimit... 27
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 28
3.1. 3.1.1. Model Struktur... Model Struktur tanpa Bresing... 28 28 3.1.2. Model Struktur dengan Bresing V... 30
3.1.3. Model Struktur dengan Bresing inverted V... 31
3.2 3.2.1. Metodologi Penelitian... Metodologi Penelitian... 32 32 3.2.2. Tahapan Penelitian ... 32
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 36
4.1. Analisis ... 36
commit to user
xi
4.2.1. Denah dan Model Struktur... 36
4.2.2. Kriteria Perancangan... 38
4.2.3. Perhitungan Beban………... 40
4.2.3.1. Perhitungan Beban Mati pada Pelat……….. 40
4.2.3.2. Perhitungan Beban Angin………... 41
4.2.3.3. Perhitungan Beban Gempa... 43
4.2.3.4. Analisis Gempa Dinamik... 48
4.2.3.5. Hasil Analisis Simpangan Horisontal dengan Kombinasi Beban... 50
4.3. Struktur Gedung dengan Bresing V ... 55
4.3.1. Denah dan Model Struktur………... 55
4.3.2. Perhitungan Beban……… ... 56
4.3.2.1. Perhitungan Beban Gempa ... 56
4.3.2.2. Analisis Gempa Dinamik... 60
4.3.2.3. Hasil Analisis Simpangan Horisontal dengan Kombinasi Beban... 61
4.4. Struktur Gedung dengan Bresing Inverted V... 68
4.4.1 Denah dan Model Struktur………... 68
4.4.2. Perhitungan Beban……… ... 69
4.4.2.1. 4.4.2.2. 4.4.2.3. 4.5. Perhitungan Beban Gempa ... Analisis Gempa Dinamik... Hasil Analisis Simpangan Horisontal dengan Kombinasi Beban... Pembahasan………... 69 73 74 81 BAB 5 Kesimpulan dan Saran……….…... 83
5.1. Kesimpulan ………... 83
5.2. Saran……….…... 83
DAFTAR PUSTAKA ... xviii
commit to user
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Faktor Keutamaan (I) untuk Berbagai Kategori Gedung dan
Bangunan... 19
Tabel 2.3. Faktor Reduksi Maksimum (Rm)... 22
Tabel 2.4. Koefisien z yang Membatasi Waktu Getar Alam Fundamental Struktur………... 24
Tabel 4.1. Beban Angin pada Arah x dan Arah y... 43
Tabel 4.2. Berat Mati Lantai 1 Struktur Tanpa Bresing... 44
Tabel 4.3. Berat Mati Lantai 2-6 Tanpa Bresing... 44
Tabel 4.4. Berat Mati Lantai 7 Tanpa Bresing... 45
Tabel 4.5. Berat Mati Lantai 8 Tanpa Bresing... 45
Tabel 4.6. Berat Bangunan Tanpa Bresing... 46
Tabel 4.7. Simpangan Horisontal Terbesar dengan Kombinasi Beban 50 Tabel 4.8. Kontrol Simpangan Antar Tingkat Struktur Gedung Arah X 51 Tabel 4.9. Kontrol Simpangan Antar Tingkat Struktur Gedung Arah Y 52 Tabel 4.10. Kontrol Batas Layan dan Batas Ultimit Struktur Arah X... 53
Tabel 4.11. Kontrol Batas Layan dan Batas Ultimit Struktur Arah Y... 53
Tabel 4.12. Berat Mati Lantai 1 Struktur dengan Bresing V... 57
Tabel 4.13. Berat Mati Lantai 2-6 Struktur dengan Bresing V... 57
Tabel 4.14 . Berat Mati Lantai 7 Struktur dengan Bresing V... 58
Tabel 4.15. Berat Mati Lantai 8 Struktur dengan Bresing V... 58
Tabel 4.16. Berat Struktur Bangunan dengan Bresing V... 59
Tabel 4.17. Simpangan Horisontal Terbesar dengan Kombinasi Beban.. 61
Tabel 4.18. Kontrol Simpangan Antar Tingkat Struktur Arah X... 63
Tabel 4.19. Kontrol Simpangan Antar Tingkat Struktur Arah Y... 63
commit to user
xiii
Tabel 4.21. Kontrol Batas Layan dan Batas Ultimit Arah Y... 64
Tabel 4.22. Berat Mati Lantai 1 Struktur dengan Bresing Inverted V... 70
Tabel 4.23. Berat Mati Lantai 2-6 Struktur dengan Bresing Inverted V... 70
Tabel 4.24. Berat Mati Lantai 7 Struktur dengan Bresing Inverted V... 71
Tabel 4.25. Berat Mati Lantai 8 Struktur dengan Bresing V... 71
Tabel 4.26. Berat Struktur Bangunan dengan Bresing V... 72
Tabel 4.27. Simpangan Horisontal Terbesar dengan Kombinasi Beban.. 74
Tabel 4.28. Kontrol Simpangan Antar Tingkat Struktur Arah X... 76
Tabel 4.29. Kontrol Simpangan Antar Tingkat Struktur Arah Y... 76
Tabel 4.30. Kontrol Batas Layan dan Batas Ultimit Arah X... 77
Tabel 4.31. Kontrol Batas Layan dan Batas Ultimit Arah Y... 77
Tabel 4.32. Rekapitulasi Perbandingan Perubahan drift... 81
commit to user
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Kestabilan struktur portal... 6
Gambar 2.3. Struktur Tanpa Bresing... 10
Gambar 2.4. Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Defleksi Lateral... Eccentrically braced frame... Struktur Bresing Vertikal Konsentrik... Bresing Inverted V... Bresing V... 10 11 12 14 14 Gambar 2.9. Batang Bresing Vertikal yang Mengalami Defleksi Lateral Tingkat... 14
Gambar 2.10. Faktor-fakor yang mendukung terjadinya defleksi lateral pada sistem penopang vertikal... 15
Gambar 2.11. Respon spektrum gempa rencana... 24
Gambar 3.1. Denah struktur tanpa bresing... 29
Gambar 3.2. Model 3 dimensi struktur tanpa bresing... 29
Gambar 3.3. Denah struktur dengan bresing V... 30
Gambar 3.4. Model 3 dimensi struktur dengan bresing V... 30
Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Denah struktur dengan bresing Inverted V... Model 3 dimensi struktur dengan bresing Inverted V... Diagram alir metodologi penelitian... 31 31 34 Gambar 4.1 Denah struktur tanpa bresing... 36
Gambar 4.2 Model 3 dimensi struktur tanpa bresing... 37
Gambar 4.3. Beban angin... 41
Gambar 4.4 Respon spektrum gempa rencana... 47
Gambar 4.5 Hasil nilai C dan T dalam notepad... 48
Gambar 4.6 Memasukkan respon spektrum ke ETABS... 48
Gambar 4.7 Memastikan grafik respon spektrum telah sesuai... 49
Gambar 4.8. Memasukkan respon spektrum case... 49
Gambar 4.9. Grafik simpangan tingkat struktur gedung tanpa bresing arah X 50
Gambar 4.10. Grafik simpangan tingkat struktur gedung tanpa bresing arah Y 51
Gambar 4.11. Grafik kontrol terhadap kinerja batas layan dan ultimit struktur
tanpa bresing arah X... 53
commit to user
xv
tanpa bresing arah X... 54
Gambar 4.13. Denah perletakan bresing V... 55
Gambar 4.14. Model 3 dimensi struktur dengan bresing V... 68
Gambar 4.15. Grafik simpangan tingkat struktur dengan bresing V arah X... 62
Gambar 4.16. Grafik simpangan tingkat struktur gedung bresing V arah Y... 62
Gambar 4.17. Grafik kontrol terhadap kinerja batas layan dan ultimit struktur dengan bresing V arah X... 65 Gambar 4.18. Grafik kontrol terhadap kinerja batas layan dan ultimit struktur dengan bresing V arah Y... 65 Gambar 4.19. Denah struktur dengan bresing inverted V... 68
Gambar 4.20. Model 3 dimensi struktur dengan bresing inverted V... 69
Gambar 4.21. Grafik simpangan tingkat struktur dengan bresing inverted V arah X... 75 Gambar 4.22 Grafik simpangan tingkat struktur gedung bresing inverted V arah Y... 75 Gambar 4.23. Grafik kontrol terhadap kinerja batas layan dan ultimit struktur dengan bresing inverted V arah X... 78 Gambar 4.24. Grafik kontrol terhadap kinerja batas layan dan ultimit struktur dengan bresing inverted V arah Y... 78 Gambar 4.25. Perbandingan simpangan struktur arah X... 82
commit to user
xvi
DAFTAR NOTASI
A : Luas dimensi profil batang
Am : Percepatan respons maksimum
B : Panjang gedung pada arah gempa yang ditinjau
C1 : Faktor respons gempa yang didapat dari spektrum respons gempa Rencana
di : Simpangan tingkat
E : Modulus elastisitas
En : Beban gempa nominal
Fi : Beban-beban gempa nominal statik ekuivalen yang menangkap pada pusat
massa lantai tingkat
Fy : Tegangan leleh profil batang
g : Percepatan gravitasi
H : Tinggi puncak bagian utama struktur
Hw : Tinggi dinding geser
I : Faktor keutamaan gedung
I1 : Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung
I2 : Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian umur gedung tersebut
kc : Faktor panjang tekuk
L : Lebar rangka berpenopang
Lb : Panjang batang penopang diagonal
Le : Panjang efektif dari penopang diagonal
Leq : Pusat berat massa
Ln : Beban hidup nominal
lw : Lebar dinding geser
R : Faktor reduksi gempa
Rn : Kekuatan nominal struktur gedung
Ru : Kekuatan ultimit struktur gedung
t : Tebal penampang
T : Waktu getar alami struktur gedung
T1 : Waktu getar alami fundamental
Tc : Waktu getar alami sudut
commit to user
xvii
V : Beban geser dasar nominal statik ekuivalen
Wi : Berat lantai tingkat
Wt : Berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai
Zi : Ketinggian lantai tingkat diukur dari taraf penjepitan lateral
S H1 : Geser tingkat akibat beban lateral
D : Deformasi lateral
δm : Simpangan antar tingkat
f : Faktor reduksi kekuatan
g : Faktor beban
z : Koefisien yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur
ξ : Faktor pengali simpangan struktur antar tingkat akibat pembebanan gempa
commit to user
xviii
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2005. Buku Pedoman Penulisan Tugas Akhir. Jurusan Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Anonim. 2002. SNI 03-1726-2002 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk
Bangunan Gedung. BSN. Bandung.
Anonim. 2002. SNI 03-1729-2002 Tata Cara Struktur Baja Tahan Gempa Untuk
Bangunan Gedung. Bandung: BSN.
American Institute of Steel Construction. 1995. Load & Resistance Factor Design. 2nd Ed. USA: American Institute of Steel Construction, Inc.
Arvianto, M. 2008. Perubahan Drift yang Terjadi Pada Struktur Baja Bangunan Gedung
Tahan Gempa dengan Kombinasi Bresing Diagonal dan Bresing Inverted V.
Surakarta.
McCormac, J C. 2004. Desain Beton Bertulang. Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
McDonald, A J. 2002. Struktur & Arsitektur. Edisi Kedua. Erlangga. Jakarta.
Salmon, C G., dan John E. J. 1991. Struktur Baja: Disain dan Perilaku. Edisi kedua.
Jakarta: Erlangga.
Salmon, C G., dan John E. J. 1992. Struktur Baja: Disain dan Perilaku 1 dengan
Penekanan pada Load an Resistance Factor Design. Edisi ketiga. Jakarta: PT
Gramedia Pustaka Utama.
Schodek, D L. 1999. Struktur. Edisi kedua. Jakarta: Erlangga.
Standar Nasional Indonesia. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002). Jakarta.
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah
Sebagian besar wilayah Indonesia berada pada wilayah rawan gempa. Sehingga
merupakan fakta jika Indonesia sering kali dilanda gempa. Gempa banyak
menghancurkan bangunan-bangunan terutama bangunan bertingkat yang tidak
mempunyai kekakuan yang memadai. Karena semakin tinggi bangunan maka
semakin besar pula efek gempa dan angin yang diterima oleh bangunan tersebut.
Salah satu cara untuk memperoleh kekakuan pada bangunan adalah dengan
memasang bresing (bracing) untuk bangunan tinggi. Dalam pelaksanaannya
bresing memiliki banyak bentuk dan konfigurasinya, yaitu bentuk ”Z” atau
diagonal, ”X”, ”V”, invertedV ”Λ”, dan ”K”.
Braced frame adalah portal yang dilengkapi dengan batang penopang (bracing)
untuk mengurangi perpindahan lateral atau untuk memperoleh stabilitas struktur.
Penambahan penopang (bracing) pada struktur gedung akan meningkatkan
kekakuan hal ini disebabkan karena penggunaan (bracing) akan memperpendek
jarak balok atau kolom sehingga struktur menjadi lebih kaku. Selain itu dapat pula
meningkatkan kekuatan bangunan ini disebabkan karena besarnya gaya-gaya yang
terjadi akan didistribusikan ke semua elemen struktur termasuk penopang
(bracing) sehingga momen yang terjadi akan lebih kecil.
Alasan penambahan bresing pada struktur bangunan untuk menambah kekuatan
dan kekakuan struktur sehingga secara efektif dapat mengurangi drift dan
menahan deformasi pada suatu bangunan tinggi. Penggunaan penopang (bracing)
dapat mengurangi waktu getar alami stuktur. Massa bangunan dan kekakuan akan
berpengaruh pada waktu getar alami. Hal ini disebabkan karena massa bangunan
akan bertambah besar karena adanya penopang (bracing), jarak antar balok atau
commit to user
menyebabkan waktu getar alami struktur berpenopang (bracing) akan berkurang
dibandingkan dengan struktur yang tidak berpenopang.
Penelitian ini menganalisis besarnya drift yang terjadi terhadap suatu gedung
konstruksi baja tanpa bresing dengan gedung yang sama yang telah dipasang
bresing dengan dimensi dan kualitas beton tertentu. Serta membandingkan besar
pengaruh penggunaan beberapa jenis penopang/bresing.
1.2
Rumusan Masalah
Rumusan yang dapat diambil dari uraian diatas adalah bagaimana kecenderungan
pengaruh penambahan bresing inverted V dan bresing V pada struktur portal dari
suatu gedung konstruksi baja yang menerima beban gravitasi (beban mati dan
beban hidup) dan beban horisontal (beban gempa dan beban angin) terhadap besar
simpangan horisontal yang terjadi.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
a. Penelitian berupa analisis struktur terhadap sebuah gedung 8 lantai ukuran
30x50 m dengan fungsi bangunan untuk perdagangan, yang diberi bresing
inverted V, dan yang dipasang bresing V.
b. Analisis struktur bangunan terhadap gaya gempa di Zona 4 beradasarkan
SNI-1726-2002 pada tanah keras dengan Sistem Rangka Pemikul Momen
Biasa (SRPMB).
c. Struktur portal bidang menggunakan profil baja yang ada di LRFD dengan
mutu baja A36 dan dimensi profil menyesuaikan beban yang dikenakan
padanya.
d. Analisis ditinjau dalam 3 dimensi menggunakan bantuan software ETABS
v.9.0.
commit to user
f. Kontrol struktur hanya berdasarkan nilai defleksi lateral yang tidak
melampaui drift indeks maksimum yang diijinkan.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui dan membandingkan perubahan drift
(simpangan horiontal) pada suatu gedung konstruksi baja yang menerima beban
gempa dan beban angin setelah dilakukan pemasangan bresing inverted V dan
bresing V.
1.5
Manfaat Penelitian
a. Pengembangan ilmu pengetahuan di bidang teknik sipil khususnya dalam
perancangan struktur gedung tingkat tinggi dengan penambahan bresing
inverted V dan bresing V.
b. Memberikan rekomendasi terhadap suatu kesulitan pencapaian struktur
dengan nilai drift yang kecil dalam pembangunan gedung tingkat tinggi.
c. Mengetahui pengaruh pemasangan jenis bracing terhadap besar drift suatu
commit to user
4
BAB 2
DASAR TEORI
2.1
Tinjauan Pustaka
Gempa bumi terjadi karena fenomena getaran dengan kejutan pada kerak bumi.
Faktor utama adalah benturan pergesekan kerak bumi yang mempengaruhi
permukaan bumi. Gempa bumi ini menjalar dalam bentuk gelombang. Gelombang
ini mempunyai suatu energi yang dapat menyebabkan permukaan bumi dan
bangunan di atasnya menjadi bergetar. Getaran ini nantinya akan menimbulkan
gaya-gaya pada struktur karena struktur cenderung mempunyai gaya untuk
mempertahankan dirinya dari gerakan (Schodek, 1999).
Suatu struktur bangunan akan dikenakan gaya alamiah (geofisik) dan gaya akibat
buatan manusia. Gaya-gaya geofisik terjadi karena adanya perubahan dari alam
misalnya : gaya gravitasi, meteorologi dan seismologi. Sedangkan gaya-gaya
buatan manusia berasal dari aktivitas manusia misalnya : kendaraan bermotor,
pergerakan manusia dan barang. Baik gaya dari alam maupun buatan manusia
akan berpengaruh pada kestabilan struktur, kekuatan struktur. Gaya seismologi
sangat berpengaruh pada struktur, apabila struktur mendapat gaya seismologi yang
besar maka akan terjadi simpangan horisontal (drift) yang besar pula yang dapat
menyebabkan keruntuhan struktur, sehingga diperlukan cara untuk mengatasi hal
tersebut (Schueller, 1998).
Dalam merancang suatu struktur bangunan harus diperhatikan kekakuan,
kestabilan struktur dalam menahan segala pembebanan yang dikenakan padanya,
bagaimana perilaku struktur untuk menahan beban tersebut. Pada struktur stabil
apabila dikenakan beban, struktur tersebut akan mengalami perubahan bentuk
(deformasi) yang lebih kecil dibandingkan struktur yang tidak stabil. Hal ini
disebabkan karena pada struktur yang stabil memiliki kekuatan dan kestabilan
dalam menahan beban. Struktur stabil ini misalnya struktur dengan bresing
commit to user
Gaya lateral pada struktur bangunan harus dipertimbangkan sama seperti gaya
gravitasi. Gaya lateral dapat berupa tekanan angin atau gempa dari samping
bangunan yang dapat menimbulkan defleksi lateral. Hal yang perlu diperhatikan
adalah kekuatan bangunan yang memadai untuk memberikan kenyamanan bagi
penghuninya terutama lantai atas. Semakin tinggi gedung defleksi lateral yang
terjadi juga semakin besar pada lantai atas (Cormak, 1995).
Dalam mendesain suatu bangunan tahan gempa, seorang perencana harus
memperhatikan standar yang dipakai dalam perencanaan. Karena kita tidak bisa
merencanakan struktur gedung dengan ketahanan gempa yang sama di tempat
yang berbeda dikarenakan beban gempa yang terjadi di setiap wilayah akan
berbeda. Beban gempa yang akan ditanggung oleh struktur atau elemen struktur
tidak selalu dapat diramalkan dengan tepat sebelumnya, maka seorang perencana
dituntut untuk dapat lebih memahami tentang perancangan struktur tahan gempa
sehingga tidak hanya sekedar mengikuti begitu saja dalam mendesain gedung
tetapi harus sesuai dengan standar yang berlaku. Standar ini merupakan
persyaratan minimum perencanaan suatu gedung yang bertujuan:
a. Menghindari korban jiwa manusia oleh runtuhnya gedung akibat gempa yang
kuat
b. Membatasi kerusakan gedung akibat gempa ringan sampai sedang, sehingga
masih dapat diperbaiki.
c. Membatasi ketidaknyamanan penghunian bagi penghuni gedung ketika terjadi
gempa ringan sampai sedang.
d. Mempertahankan setiap layanan vital dari fungsi gedung
(SNI 03-1726 2002).
Sistem bresing konsentris merupakan sistem bresing dimana sumbu utamanya
bertemu dan saling saling memotong dalam satu titik. Sistem sangat cocok dipakai
dalam perencanaan karena akan memberikan kekuatan untuk menahan
beban-beban yang bekerja. Sistem ini mempunyai 5 tipe bentuk bresing, yaitu bentuk
commit to user
Gaya tarik yang ditimbulkan pada sistem bresing vertikal konsentris ini akan
melawan gaya desak sehingga secara umum struktur akan mengalami tekuk akibat
desakan gaya lateral tersebut (Brockenbrough dan Martin, 1994).
Stabilitas merupakan hal sulit di dalam perencanaan struktur yang merupakan
gabungan dari elemen-elemen. Untuk memperjelas mengenai kestabilitas struktur
akan diilustrasikan dalam Gambar 2.1
(a) Susunan kolom dan balok (b) Ketidakstabilan terhadap beban
horizontal
(c) Tiga metode dasar untuk menjamin kestabilan struktur sederhana meliputi : bresing diagonal, bidang geser dan titik hubung kaku.
(d) Setiap metode yang dipakai untuk menjamin kestabilan pada struktur harus dipasang secara simetris. Apabila tidak, dapat terjadi efek torsional pada struktur.
commit to user
Pada Gambar 2.1 (a) struktur stabil karena struktur belum mendapatkan gaya dari
luar, apabila suatu struktur dikenakan gaya horisontal maka akan terjadi deformasi
seperti yang terlihat pada Gambar 2.1 (b). Hal ini disebabkan karena struktur tidak
mempunyai kapasitas yang cukup untuk menahan gaya horisontal dan struktur
tidak mempunyai kemampuan untuk mengembalikan bebtuk struktur ke bentuk
semula apabila beban horisontal dihilangkan sehingga akan terjadi simpangan
horisontal (drift) yang berlebihan yang dapat menyebabkan keruntuhan. Terdapat
beberapa cara untuk menjamin kestabilan struktur seperti pada Gambar 2.1 (c)
Cara pertama dengan menambahkan elemen struktur diagonal pada struktur,
sehingga struktur tidak mengalami deformasi menjadi jajaran genjang seperti pada
Gambar 2.1 (b). Hal ini disebabkan karena dengan menambahkan elemen struktur
diagonal gaya-gaya yang dikenakan pada struktur akan disebarkan ke seluruh
bagian termasuk ke elemen diagonal, gaya- gaya yang diterima masing-masing
struktur akan brerkurang sehingga simpangan yang dihasilkan lebih kecil. Cara
kedua adalah dengan menggunakan dinding geser. Elemennya merupakan elemen
permukaan bidang kaku, yang tentunya dapat menahan deformasi akibat beban
horisontal dan simpangan horisontal yang akan dihasilkan akan lebih kecil. Cara
ketiga adalah dengan mengubah hubungan antara elemen struktur sedemikian
rupa sehingga perubahan sudut untuk suatu kondisi pembebanan tertentu. Hal ini
dengan membuat titik hubung kaku diantara elemen struktur sebagai contoh, meja
adalah struktur stabil karena adanya titik hubung kaku di antara setiap kaki meja
dengan permukaan meja yang menjamin hubungan sudut konstan di antara elemen
tersebut, sehingga struktur menjadi lebih kaku. Dalam menentukan letak bresing
maupun dinding geser hendaknya simetris. Hal ini untuk menghindari efek
torsional (Schodek, 1999).
2.2
Konsep Perancangan
2.2.1 Analisis Pembebanan
Dalam melakukan perencanaan struktur bangunan, seorang perencana harus
memperhatikan beban-beban yang akan terjadi pada bangunan tersebut. Seringkali
commit to user
asumsi mendekati beban yang sebenarnya. Beberapa jenis beban yang digunakan
dalam bangunan gedung meliputi :
a. Beban Akibat Gaya luar, yang terdiri :
1) Beban Gempa
Perubahan simpangan horisontal (drift) dapat disebabkan karena kemampuan
struktur bangunan menahan gaya gempa yang terjadi. Apabila struktur memiliki
kekakuan yang besar untuk melawan gaya gaya gempa maka struktur akan
mengalami simpangan horisontal yang lebih kecil dibandingkan dengan struktur
yang tidak memiliki kekakuan yang cukup besar. Gempa bumi terjadi karena
adanya kerusakan kerak bumi yang terjadi secara tiba-tiba yang umumnya diikuti
dengan terjadinya sesar/patahan (fault). Timbulnya patahan atau sesar tersebut
karena adanya gerakan plat-plat tektonik/lapis kerak bumi yang saling
bertubrukan, bergeser atau saling menyusup satu dengan yang lain (Widodo,
2000).
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 pasal 5.8.2 menyatakan untuk mensimulasikan
arah pengaruh Gempa Rencana yang sembarang terhadap struktur gedung,
pengaruh pembebanan gempa dalam arah utama harus dianggap efektif 100% dan
harus dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh gempa dalam arah tegak lurus
pada arah utama tadi tetapi efektifitasnya hanya 30%. Gaya gempa terletak di
pusat massa lantai-lantai tingkat.
2) Beban Angin
Semua struktur pasti akan terkena angin. Namun selain jembatan-jembatan
panjang, hanya struktur dari bangunan tiga lantai atau lebih saja yang
membutuhkan pertimbangan secara khusus (Salmon dan Johnson, 1992).
Beban angin merupakan beban horisontal yang harus dipertimbangkan dalam
mendesain struktur. Pada daerah tertantu tekanan angin yang besar dapat
menyebabkan rubuhnya bangunan. Besarnya tekanan yang diakibatkan angin pada
commit to user
ditinjau pada stuktur, perilaku permukaan struktur, bentuk geometris struktur,
dimensi struktur (Schodek,1999).
b. Beban Gravitasi, yang terdiri :
1) Beban Mati
Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat tetap
berupa balok, kolom, dinding, dan juga termasuk segala unsur tambahan,
finishing, mesin-mesin serta peralatan-peralatan tetap yang merupakan bagian
yang tidak tepisahkan dari gedung itu (Tata Cara Perencanaan Ketahanan
Gempa Untuk Bangunan Gedung – SNI 03-1726-2002).
Beban mati merupakan beban gaya berat pada suatu posisi tertentu. Beban ini
desebut demikian karena ia bekerja terus menerus menuju arah bumi pada saat
struktur telah berfungsi (Salmon dan Johnson, 1992).
2) Beban Hidup
Besarnya beban pada suatu bangunan dapat berubah-ubah, tergantung pada fungsi
bangunan tersebut. Beban hidup dapat menimbulkan lendutan pada struktur,
sehingga harus dipertimbangkan dalam mendesain sehingga struktur tetap aman
menurut peraturan yang berlaku. Beban yang disebabkan oleh isi benda-benda di
dalam atau di atas suatu bangunan dimanakan beban penghunian (occupancy
load). Beban ini mencakup beban peluang untuk berat manusia, perabot partisi
yang dapat dipindahkan, lemari besi, buku, lemari arsip, perlengkapan mekanis
seperti misalnya komputer (Schueller, 1998).
2.2.2 Struktur Tanpa Bresing
Struktur tidak berbresing (unbraced frames) merupakan sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban
lateral dipikul oleh rangka terutama melalui mekanisme lentur. Gambar 2.3
commit to user
Gambar 2.3 Struktur Tanpa Bresing
2.2.3 Defleksi Lateral
Besarnya simpangan horisontal (drift) harus dipertimbangkan sesuai dengan
peraturan yang berlaku, yaitu untuk kinerja batas layan struktur dan kinerja batas
ultimit. Simpangan struktur dapat dinyatakan dalam bentuk Drift Indeks
(Cormac, 1981). Seperti yang digambarkan pada Gambar 2.4, D merupakan
defleksi lateral dari suatu struktur portal.
Gambar 2.4 Defleksi Lateral
Drift Indeks dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.2 :
Drift Indeks =
h D
(2.2)
Dimana :
D = besar defleksi maksimum yang terjadi (m)
h = ketinggian struktur portal (m)
commit to user
e/L
h
L
Besarnya drift Indeks tergantung pada besarnya beban-beban yang dikenakan
pada struktur misalnya beban mati, beban hidup, beban angin, beban gempa.
Dengan ketinggian struktur yang sama, semakin besar defleksi maksimum yang
terjadi semakin besar pula drift Indeks. Besarnya drift indeks berkisar antara 0,01
sampai dengan 0,0016. Kebanyakan, besar nilai drift indeks yang digunakan
antara 0,0025 sampai 0,002 (AISC, 2005).
2.2.4 Stuktur Bresing Vertikal Eksentrik
Eccentrically Braced Frame (EBF) adalah sambungan dari kolom, balok dan
bresing dimana masing-masing bresing akan terhubung dengan balok sehingga
akan memperpendek jarak balok, selain itu itu dapat juga terhubung dengan
kolom dan memperpendek jarak kolom (Gambar 2.5). Tujuan dari sistem EBF ini
adalah untuk menciptakan kekakuan link. Hasil ini adalah penyelesaian dari
bresing diagonal, kolom dan bagian balok diluar link utama yang dapat
memberikan kekakuan yang lebih baik (LRFD volume I, 1995).
Gambar 2.5 Eccentrically Braced Frame
2.2.5 Stuktur Bresing Vertikal Konsentrik
Sistem bresing vertikal konsentris merupakan sistem bresing dimana sumbu
commit to user Vertical Bracing System
konsentris ini bertujuan untuk menimbulkan gaya tarik untuk melawan gaya desak
akibat beban yang terjadi sehingga akan terjadi tekuk.
Gaya tarik yang ditimbulkan pada sistem bresing vertikal konsentris ini akan
melawan gaya desak sehingga secara umum struktur akan mengalami tekuk akibat
desakan gaya lateral tersebut. Sistem ini mempunyai 5 tipe bentuk bresing, yaitu
bentuk “ X “, “ V ”, inverted V “ Λ “, “ K “ dan “ Z “ atau diagonal
[image:30.595.117.516.155.504.2](Brockenbrough dan Martin, 1994).
Gambar 2.6 Struktur Bresing Vertikal Konsentrik
Gambar 2.6 merupakan salah satu contoh struktur dengan menggunakan sistem
bresing vertikal konsentrik.
Stuktur berbresing vertikal konsentrik dibagi menjadi 2 yaitu :
a. Sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK)
SRBKK diharapkan dapat mengalami deformasi inelastis yang cukup besar akibat
gaya gempa rencana. SRBKK memiliki tingkat daktilitas yang lebih tinggi
daripada tingkat daktilitas Sistem Rangka Bresing Konsentrik Biasa (SRBKB)
mengingat penurunan kekuatannya yang lebih kecil pada saat terjadinya tekuk
pada bresing tekan.
b. Sistem rangka bresing konsentrik biasa (SRBKB)
SRBKB diharapkan dapat mengalami deformasi inelastis secara terbatas apabila
commit to user 2.2.5.1 Sistem Bresing Inverted V
Pada sistem bresing inverted V seperti dalam Gambar 2.7, kedua batang diagonal
akan sama-sama menahan beban horisontal. Beban gravitasi juga mengakibatkan
gaya aksial bresing inverted V. Ketika bresing ini menahan balok pada tengah
bentang, akan megurangi bentang balok efektif dan kapasitas momen plastis yang
[image:31.595.114.491.236.517.2]terjadi (ASCE, 1971).
Gambar 2.7. Bresing inverted V
Kerugian bresing inverted V:
a. Memiliki bentang yang lebih panjang bila dibandingkan dengan bresing
diagonal.
b. Bresing juga harus dapat menahan beban gravitasi.
Keuntungan bresing inverted V:
a. Kedua batang bresing akan sama-sama menahan beban horisontal.
b. Secara arsitektural memungkinkan adanya pintu, jendela atau bagian terbuka
ditengah bentang.
c. Dapat mengurangi profil dimensi balok sehingga secara ekonomi lebih
commit to user 2.2.5.2 Sistem Bresing V
Pada sistem bresing V seperti dalam Gambar 2.8, sama seperti pada bresing
inverted V yaitu kedua batang diagonal akan sama-sama menahan
bebanhorisontal. Beban gravitasi juga mengakibatkan gaya aksial bresing V.
Secara seismik, sistem bresing V ini tidak jauh berbeda dengan sistem bresing
inverted V, jadi sistem bresing ini memiliki kerugian maupun keuntungan yang
[image:32.595.197.397.556.736.2]hampir sama dengan sistem bresing inverted V.
Gambar 2.8. Bresing V
2.2.6 Perancangan Kondisi Kekakuan Lateral Ketika Beban Bekerja
Dengan mempertimbangkan rangka berbresing ABCD dengan lebar L dan tinggi
h seperti dalam Gambar 2.9 dan dikenakan pembebanan gravitasi dan lateral,
panjang batang diagonal BC (Lb) dan luasan dimensi bresing (Ab) diperlakukan
sebagai tegangan tarik. Ini dapat disimpulkan bahwa batang diagonal AD tidak
dapat menahan tegangan tekan.
commit to user
Defleksi lateral dari titik B relatif terhadap titik D yang ditentukan dengan
[image:33.595.112.517.130.488.2]pemanjangan atau pemendekan yang hal ini dapat dilihat dengan garis tebal pada
gambar tersebut.
(a) Defleksi lateral pada rangka akibat pemanjangan bresing
(b) Defleksi lateral pada rangka akibat pemendekan balok
(c) Defleksi lateral pada rangka akibat pemanjangan dan pemendekan kolom
Gambar 2.10. Faktor-fakor yang mendukung terjadinya defleksi lateral pada sistem bresing vertikal
Luas dimensi, Ab dari bresing diagonal tarik BC dapat dihitung dengan Persamaan
2.3 :
dimana :
E = modulus elastisitas
Fb = Gaya tarik pada batang diagonal BC (Gambar 2.9) akibat beban lateral
dan gaya geser P-D
ec = jumlah dari pemanjangan kolom CE ditambah pemendekan kolom DF
(Gambar 2.10) akibat beban lateral dan gaya geser P-D
sg = tegangan tekan aksial pada balok CD (Gambar 2.9)
D = Db + Dg + Dc (Gambar 2.10)
h Ee L EL
L F A
c g
b b
b = D- 2
-2
commit to user
2.2.7 Perancangan Kondisi Kekuatan dan Stabilitas Pada Beban Ultimit
Rencana
Untuk memelihara kekakuan aksial yang cukup pada tiang batang sistem bresing
vertikal, disarankan gaya aksial tiap batang dibatasi tidak lebih dari 0,85 kali dari
hasil gaya beban aksial, karena pertimbangan sebagai berikut :
a. Untuk membatasi pengurangan dari kekakuan aksial yang berakibat dari hasil
parsial dalam kaitan dengan mengkombinasikan gaya aksial dan tekan sisa.
b. Untuk menyediakan suatu cadangan kapasitas momen plastis untuk mengatasi
momen sekunder dalam sistem bresing vertikal yang diabaikan denga asumsi
bahwa sistem ini diperlakukan sebagai sambungan rangka batang untuk
analisa.
c. Untuk membatasi tingkat tekuk puntiran lateral yang mempengaruhi perilaku
batang-tekan lateral dalam sistem bresing vertikal.
2.2.7.1 Kekuatan Yang Dibutuhkan
Kekuatan yang dibutuhkan pada kondisi beban kombinasi, sistem bresing vertikal
harus dapat menahan beban lateral dan gaya geser P-D. Berdasar Gambar 2.9 dan
2.10, luas dimensi bresing yang dibutuhkan, Ab, dari bresing diagonal dapat dicari
dengan Persamaan 2.4 :
1 2 2 3 1 85 . 0 85 . 0 85 .
0 L P
e L Eh L EhL L H L L A y c b y g b b y b
b ÷÷å
ø ö ç ç è æ + + + å = s s s s (2.4) dimana :
S H1 = geser tingkat akibat beban lateral
SP1 = total beban gravitasi yang bekerja diatas tingkat yang memberi
kontribusi gaya geser PD pada tingkat tersebut
sy = tegangan leleh dari bresing diagonal.
commit to user
ec = jumlah dari pemanjangan kolom CE ditambah pemendekan kolom DF
(Gambar 2.8) akibat beban lateral dan gaya geser P-D
Lb = panjang bresing
L = lebar portal pada tingkat yang ditinjau
h = tinggi pada tingkat yang ditinjau
sg = tegangan tekan aksial pada balok CD (Gambar2.9).Besarnya σg sama
dengan besar nilai Fcr bresing yang ditinjau.
2.2.7.2 Kestabilan Yang Dibutuhkan
Sistem bresing vertikal harus dapat menyediakan kekakuan lateral yang cukup
untuk mencegah terjadinya tekuk atau ketidakstabilan rangka akibat beban
gravitasi dan berat sendiri struktur. Luas yang dibutuhkan, Ab dari bresing
diagonal tarik dapat dihitung dengan Persamaan 2.5:
2 2 2 3 85 . 0 85 .
0 L P
e L Eh L EhL L A y c b y g b b
b ÷÷å
ø ö ç ç è æ + + = s s s (2.5)
dimana S P2 adalah total beban gravitasi di bawah tingkat yang ditinjau yang
menyebabkab adanya gaya geser pada tingkat yang ditinjau.
2.2.7.3 Kelangsingan Bresing
Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban
gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing.
Menurut SNI 03-1729-2002, batang bresing harus memenuhi syarat kelangsingan,
pada Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus (SRBKK) yaitu menggunakan
Persamaan 2.6 :
y c f r L k 2625 £ (2.6)
sedangkan untuk Sistem Rangka Bresing Konsentrik Biasa (SRBKB) yaitu
commit to user y c
f r
L
k 1900
£ (2.7)
Menurut AISC kelangsingan batang bresing dapat dicari dengan perasamaan 2.8 :
300 e b
L
r £ (2.8)
dimana :
rb = jari-jari penampang dari batang bresing
Le = panjang efektif dari bresing diagonal
2.3
Perencanaan Ketahanan Gempa
Perencanaan ketahanan gempa mengacu pada SNI 03-1726-2002 mengenai tata
cara perencanaan ketahananan gempa untuk bangunan gedung.
2.3.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung
Gempa rencana yang ditetapkan mempunyai perioda ulang 500 tahun, agar
probabilitas terjadinya terbatas pada 10 % selama umur gedung 50 tahun. Untuk
berbagai kategori gedung, bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan
struktur gedung selama umur gedung dan umur gedung tersebut yang diharapkan,
pengaruh Gempa Rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu Faktor
Keutamaan I menurut Persamaan 2.9 :
I = I1. I2 (2.9)
di mana :
I1 = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung.
I2 = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian umur gedung tersebut.
commit to user
Tabel 2.1. Faktor Keutamaan (I) untuk berbagai kategori gedung dan bangunan
Catatan : untuk semua gedung yang ijin penggunaan diterbitkan sebelum berlakunya standar ini
maka Faktor Keutamaan I, dapat dikalikan 80%. ( SNI-1726-2001 hal 12 )
2.3.2 Struktur Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan
Struktur gedung ditetapkan sebagai struktur gedung beraturan, apabila memenuhi
ketentuan sebagai berikut :
a. Tinggi struktur gedung diukur dari taraf penjepitan lateral tidak lebih dari 10
tingkat atau 40 m.
b. Denah struktur gedung adalah persegi panjang tanpa tonjolan dan kalaupun
mempunyai tonjolan, panjang tonjolan tersebut tidak lebih dari 25% dari
ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah tonjolan tersebut.
c. Denah struktur gedung tidak menunjukkan coakan sudut dan kalaupun
mempunyai coakan sudut, panjang sisi coakan tersebut tidak lebih dari 15%
dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah sisi coakan tersebut.
d. Sistem struktur gedung terbentuk oleh subsistem-subsistem penahan beban
lateral yang arahnya saling tegak lurus dan sejajar dengan sumbu-sumbu
utama ortogonal denah struktur gedung secara keseluruhan.
e. Sistem struktur gedung tidak menunjukkan loncatan bidang muka dan
kalaupun mempunyai loncatan bidang muka, ukuran dari denah struktur
Kategori gedung Faktor Keutamaan
I1 I2 I
Gedung umum seperti untuk perniagaan,
penghunian dan perkantoran. 1,0 1,0 1,0
Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6
Gedung penting pasca gempa seperti rumah
sakit, instalasi air bersih, pembankit listrik,
pasar penyelamatan dalam keadaan darurat,
fasilitas radio dan televisi.
1,4 1,0 1,4
Gedung untuk menyimpan bahan
berbahaya seperti gas, produk minyak
bumi, asam beracun
1,6 1,0 1,6
commit to user
bagian gedung yang menjulang dalam masing-masing arah, tidak kurang dari
75% ukuran terbesar denah struktur bagian gedung sebelah bawahnya. Dalam
hal ini, struktur rumah atap yang tingginya tidak lebih dari 2 tingkat tidak
perlu dianggap menyebabkan adanya loncatan bidang muka.
f. Sistem struktur gedung memiliki kekakuan lateral yang beraturan, tanpa
adanya tingkat lunak. Yang dimaksud dengan tingkat lunak adalah suatu
tingkat, di mana kekakuan lateralnya adalah kurang dari 70% kekakuan lateral
tingkat di atasnya atau kurang dari 80% kekakuan lateral rata-rata 3 tingkat di
atasnya. Dalam hal ini, yang dimaksud dengan kekakuan lateral suatu tingkat
adalah gaya geser yang bila bekerja di tingkat itu menyebabkan satu satuan
simpangan antar-tingkat.
g. Sistem struktur gedung memiliki berat lantai tingkat yang beraturan, artinya
setiap lantai tingkat memiliki berat yang tidak lebih dari 150% berat lantai
tingkat di atasnya atau di bawahnya. Berat atap atau rumah atap tidak perlu
memenuhi ketentuan ini.
h. Sistem struktur gedung memiliki unsur-unsur vertikal dari sistem penahan
beban lateral yang menerus, tanpa perpindahan titik beratnya, kecuali bila
perpindahan tersebut tidak lebih dari setengah ukuran unsur dalam arah
perpindahan tersebut.
i. Sistem struktur gedung memiliki lantai tingkat yang menerus, tanpa lubang
atau bukaan yang luasnya lebih dari 50% luas seluruh lantai tingkat. Kalaupun
ada lantai tingkat dengan lubang atau bukaan seperti itu, jumlahnya tidak
boleh lebih dari 20% jumlah lantai tingkat seluruhnya.
Untuk struktur gedung beraturan, pengaruh Gempa Rencana dapat ditinjau
sebagai pengaruh beban gempa statik ekuivalen, sehingga menurut standar ini
analisisnya dapat dilakukan berdasarkan analisis statik ekuivalen.
Struktur gedung yang tidak memenuhi ketentuan menurut Pasal 4.2.1, ditetapkan
sebagai struktur gedung tidak beraturan. Untuk struktur gedung tidak beraturan,
pengaruh Gempa Rencana harus ditinjau sebagai pengaruh pembebanan gempa
dinamik, sehingga analisisnya harus dilakukan berdasarkan analisis respons
commit to user 2.3.3 Waktu Getar Alami Fundamental
Waktu getar alami fundamental dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
a. Untuk struktur gedung berupa portal-portal tanpa unsur pengaku yang dapat
membatasi simpangan :
1) Untuk portal baja dengan menggunakan persamaan 2.10 :
T = 0.085*H0.75 (2.10)
2) Untuk portal beton dengan menggunakan persamaan 2.11 :
T = 0.060*H0.75 (2.11)
b. Untuk struktur gedung yang lain :
T = 0.090*H*B(-0.5) (2.12)
Dimana :
T = waktu getar gedung pada arah yang ditinjau (detik)
B = panjang gedung pada arah yang ditinjau (meter)
H = tinggi puncak bagian utama struktur (meter)
2.3.4 Arah pembebanan gempa
Dalam Tata Cara Perencanaan Kekuatan Gempa Untuk Bangunan Gedung
(SNI 01-1726-2002) dikatakan bahwa dalam perencanaan struktur gedung, arah
pembebanan gempa harus ditentukan sedemikian rupa, sehingga memberi
pengaruh terbesar terhadap struktur gedung secara keseluruhan. Pengaruh
pembebanan gempa dalam arah utama harus dianggap efektif 100% dan terjadi
bersamaan dengan pengaruh pembebanan gempa dalam arah tegak lurus sumbu
commit to user 2.3.5 Faktor Reduksi Maksimum (Rm)
Nilai R dihitung berdasar klasifikasi struktur seperti yang terlihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Klasifikasi sistem struktur, sistem pemikul beban gempa, faktor modifikasi respons, R, dan faktor kuat cadang struktur, W0.
Sistem Struktur Deskripsi Sistem Pemikul Beban
Gempa R W0
1. Sistem Dinding Penumpu
[Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing.]
1. Dinding penumpu dengan
rangka baja ringan dan bresing baja tarik
2,8 2,2
2. Rangka bresing di mana bresing memikul beban gravitasi
4,4 2,2
2. Sistem Rangka Bangun
[Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikulan dinding geser atau rangka bresing
1. Sistem rangka bresing eksentris (SRBE)
7,0 2,8
2. Sistem rangka bresing konsentrik biasa (SRBKB)
5,6 2,2
3. Sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK)
6,4 2,2
3. Sistem Rangka Pemikul Momen
[Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral
dipikul rangka pemikul momen
terutama melalui mekanisme lentur.]
1. Sistem rangka pemikul momen
khusus (SRPMK)
8,5 2,8
2. Sistem rangka pemikul momen
terbatas (SRPMT)
6,0 2,8
3. Sistem rangka pemikul momen
biasa (SRPMB)
4,5 2,8
4. Sistem rangka batang pemikul momen khusus (SRBPMK)
6,5 2,8
4. Sistem Ganda
[Terdiri dari: 1) rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi; 2) pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan
rangka pemikul momen. Rangka
pemikul momen harus direncanakan
secara terpisah mampu memikul
sekurang-kurangnya 25% dari seluruh beban lateral; 3) kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersamasama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi sistem ganda.]
1. Dinding geser beton dgn SRPMB baja
4,2 2,8
2. SRBE baja
a. Dengan SRPMK baja 8,5 2,8
b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8
3. SRBKB baja
a. Dengan SRPMK baja 6,5 2,8
b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8
4. SRBKK baja
a. Dengan SRPMK baja 7,5 2,8
b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8
5. Sistem Bangunan Kolom Kantilever [Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul beban lateral.]
Komponen struktur kolom kantilever
commit to user
2.3.6 Pembatasan Waktu Getar Alami Fundamental
Untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu
getar alami fundamental T1 dari struktur gedung harus dibatasi, bergantung pada
koefisien z untuk Wilayah Gempa tempat struktur gedung berada dan jumlah
tingkatnya, menurut Persamaan 2.13
T1 <zn (2.13)
[image:41.595.117.502.240.503.2]di mana koefisien z ditetapkan menurut Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Koefisien z yang membatasi Waktu Getar Alami Fundamental Struktur
Wilayah Gempa z
1 0.20
2 0.19
3 0.18
4 0.17
5 0.16
6 0.15
2.3.7 Faktor Respons Gempa
Faktor Respons Gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi yang nilainya
bergantung pada waktu getar alami struktur gedung dan kurvanya ditampilkan
dalam Spektrum Respons Gempa Rencana. Nilai respons gempa rencana dihitung
commit to user
Gambar 2.11. Respons spektrum gempa rencana
2.3.8 Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen
Struktur gedung beraturan dapat direncanakan terhadap pembebanan gempa
nominal akibat pengaruh Gempa Rencana dalam arah masing-masing sumbu
utama denah struktur tersebut, berupa beban gempa nominal statik ekuivalen.
Besarnya beban geser nominal satik ekuivalen (V) yang terjadi di tingkat dasar
dapat dihitung menurut Persamaan 2.14
V= Wt
R I C1
(2.14)
di mana C1 adalah nilai Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum
commit to user
fundamental T1, sedangkan Wt adalah berat total gedung, termasuk beban hidup
yang sesuai.
Beban geser dasar nominal V menurut Persamaan 2.14 harus dibagikan sepanjang
tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi
yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut Persamaan 2.15
V Z W
Z W
F n
i
i i
j j i
å
==
1
. .
(2.15)
dimana :
Wi = Berat lantai tingakt ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai
Zi = Ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral
n = Nomor lantai tingkat paling atas
2.3.9 Analisis Dinamik
Analisis dinamis untuk perancangan struktur tahan gempa dilakukan jika
diperlukan evaluasi yang lebih akurat dari gaya-gaya gempa yang bekerja pada
struktur, serta untuk mengetahui perilaku dari struktur akibat pengaruh gempa.
Struktur gedung dapat digolongkan ke dalam struktur gedung beraturan, bila
memenuhi ketentuan-ketentuan yang diberikan dalam pasal ini. Struktur gedung
beraturan ini pada umumnya simetris dalam denah dengan sistem struktur yang
terbentuk oleh subsistem-subsistem penahan beban lateral yang arahnya saling
tegak lurus dan sejajar dengan sumbu-sumbu utama ortogonal denah tersebut.
Apabila untuk analisis 3D sumbu-sumbu koordinat diambil sejajar dengan arah
sumbu-sumbu utama denah struktur, kemudian dilakukan analisis vibrasi bebas,
maka pada struktur gedung beraturan gerak ragam pertama akan dominan dalam
translasi dalam arah salah satu sumbu utamanya, sedangkan gerak ragam kedua
akan dominan dalam translasi dalam arah sumbu utama lainnya.
Untuk struktur gedung tidak beraturan yang memiliki waktu-waktu getar alami
yang berdekatan, harus dilakukan dengan metoda yang dikenal dengan Kombinasi
Kuadratik Lengkap (Complete Quadratic Combination atau CQC). Waktu getar
commit to user
struktur gedung tidak beraturan yang memiliki waktu getar alami yang berjauhan,
penjumlahan respons ragam tersebut dapat dilakukan dengan metoda yang dikenal
dengan Akar Jumlah Kuadrat (Square Root of the Sum of Squares atau SRSS)
(SNI 03-1726-2002).
Pada ilmu statika keseimbangan gaya-gaya didasarkan pada kondisi statis, yang
artinya gaya-gaya tersebut tetap dalam intensitas, arah, dan arah/garis kerjanya.
Gaya-gaya tersebut dikategorikan sebagai beban statik. Kondisi-kondisi seperti ini
akan berbeda dengan beban dinamik dengan pokok-pokok perbedaan sebagai
berikut :
1. Beban dinamik berubah-ubah menurut waktu (time varying), sehingga beban
dinamik merupakan fungsi dari waktu.
2. Beban dinamik umumnya hanya bekerja pada rentang waktu tertentu.
3. Beban dinamik dapat meyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat masa
yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan.
4. Beban dinamik lebih kompleks dibanding dengan beban statik baik dari
bentuk fungsi bebannya maupun akibat yang ditimbulkan.
5. Penyelesaian problem statik berifat penyelesaian tuggal (single solution),
sedangkan problem dinamik bersifat penyelesaian berulang-ulang (multiple
olution) karena beban dinamik berubah-ubah intensitasnya menurut waktu,
maka pengaruhnya terhadap struktur juga berubah-ubah menurut waktu.
6. Sebagai akibat penyelesaian yang berulang-ulang maka penyelesaian struktur
dengan beban dinamik akan lebih mahal dan lebih lama.
7. Beban dinamik menimbulkan respon yang berubah-ubah menurut waktu,
maka struktur yang bersangkutan akan ikut bergetar (Widodo, 2000)
2.3.10 Kinerja Struktur Gedung
2.3.10.1 Kinerja Batas Layan
Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar-tingkat
akibat pengaruh Gempa Rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya pelelehan
commit to user
non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Simpangan antar-tingkat ini harus
dihitung dari simpangan struktur gedung tersebut akibat pengaruh gempa nominal
yang telah dibagi faktor skala.
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, dalam segala
hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak
boleh melampaui
R
03 . 0
kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm,
bergantung yang mana yang nilainya terkecil.
2.3.10.2 Kineja Batas Ultimit
Kinerja batas ultimit struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan
antar-tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana dalam
kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi
kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan
korban jiwa manusia dan untuk mencegah benturan berbahaya antar-gedung atau
antar bagian struktur gedung yang dipisah dengan sela pemisah (delatasi).
Simpangan dan simpangan antar-tingkat ini harus dihitung dari simpangan
struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan dengan suatu faktor pengali ξ sebagai berikut :
a. Untuk struktur gedung beraturan dihitung dengan Persamaan 2.16 berikut :
ξ = 0.7 R (2.16)
b. Untuk struktur gedung tidak beraturan dengan Persamaan 2.17 berikut:
ξ =
Skala Faktor
R
_ . 7 . 0
(2.17)
di mana R adalah faktor reduksi gempa struktur gedung tersebut.
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit struktur gedung, dalam segala
hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak
commit to user
28
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Model Struktur
3.1.1 Model Struktur Tanpa Bresing
Metode penelitian ini menggunakan metode analisis perancangan yang difokuskan
untuk mengetahui perubahan nilai simpangan horisontal pada kasus struktur baja
dalam portal 3 dimensi. Analisis yang digunakan didasarkan pada Tata Cara
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Gedung menurut SNI
03-1726-2002 dan AISC-LRFD.
Model gedung yang akan dianalisis berupa gedung 8 lantai termasuk atap.
Ukuran denah 30 m x 50 m. Tinggi antar lantai 4 m. Analisis yang digunakan
menggunakan analisis 3 dimensidengan fungsi gedung digunakan sebagai toserba.
Gaya gempa diberikan di pusat massa tiap lantai. Denah gedung selengkapnya
[image:46.595.114.509.247.726.2]seperti dalam Gambar 3.1 dan model 3 dimensi dari struktur dapat dilihat pada
Gambar 3.2.
50.00
5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
30.00 7.00
8.00
8.00
7.00
VOID
commit to user
50.00
5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
30.00 7.00
8.00
8.00
[image:47.595.128.475.112.725.2]7.00
Gambar denah lantai 8
Gambar 3.1 Denah struktur tanpa bresing
commit to user 3.1.2 Model Struktur Dengan Bresing V
Struktur dengan menggunakan bresing yang akan dianalisis memiliki ukuran yang
sama dengan struktur yang tidak menggunakan bresing. Perbedaan keduanya
hanya pada penggunaan bresing. Denah perletakan bresing V ditunjukan seperti
pada Gambar 3.3 dan peletakan bresing V secara 3 dimensi dapat dilihat pada Gambar
3.4.
Gambar 3.3 Denah struktur dengan bresingV
commit to user 3.1.3 Model Struktur Dengan Bresing Inverted V
Sebagai pembanding dari struktur tanpa bresing dan struktur dengan bresing V
adalah struktur dengan menggunakan bresing inverted V. Denah perletakan
bresing inverted V ditunjukan seperti pada Gambar 3.5dan peletakan bresing
[image:49.595.202.440.457.713.2]inverted V secara 3 dimensi dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.5 Denah struktur dengan bresing inverted V
commit to user
3.2
Metodologi Penelitian
3.2.1 Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penlitian ini menggunakan analisis perancangan,
kemudian dibandingkan untuk memperoleh kesimpulan.
3.2.2 Tahapan Penelitian
Untuk mewujudkan uraian diatas maka langkah analisis yang hendak dilakukan
adalah sebagai berikut :
1 Mencari data-data yang mendukung perancangan struktur, seperti; denah
struktur, geometri, model struktur, dan beban yang akan digunakan.
2 Melakukan pemodelan struktur 3 dimensi tanpa bresing dan menentukan
dimensi profil yang akan dipakai.
3 Menghitung, dan menentukan jenis beban antara lain beban mati, beban
hidup, beban gempa dan beban angin, kemudian meletakkan beban pada
model struktur.
4 Melakukan analisis struktur terhadap model struktur tanpa bresing dengan
program ETABS 9 untuk mengetahui besarnya nilai story d
