BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Umum
Dewasa ini, Indonesia merupakan salah satu Negara yang memiliki perkembangan yang
pesat. Hal ini ditandai dengan peningkatan ekonomi Indonesia yang cukup stabil setiap
tahunnya, sehingga menarik minat para investor luar maupun lokal untuk berinvestasi
diIndonesia. Sebagai contoh investasi adalah semakin banyaknya pembangunan
gedung-gedung bertingkat untuk dijadikan hotel, apartemen, mal dan perkantoran. Akan tetapi,
Indonesia merupakan Negara yang rawan terhadap gempa. Fenomena gempa bumi sering
terjadi di Indonesia. Gempa bumi merupakan pergeseran tiba – tiba dari lapisan tanah di
bawah permukaaan bumi. Ketika pergeseran terjadi timbul getaran yang disebut
gelombang seismik. Gelombang ini menjalar menjauhi fokus gempa ke segala arah di
dalam bumi. Sehingga ketika gelombang itu mencapai permukaan bumi, getarannya bisa
merusak bangunan, runtuhnya gedung, rumah dan bangunan lainnya, dapat menimbulkan
bencana korban jiwa dan kerugian harta benda. Mengingat kerusakan yang timbul akibat
gempa dapat menyebabkan penderitaan, kehilangan nyawa, dan harta benda. Dalam skala
yang lebih luas bahkan dapat menyebabkan kesulitan yang sangat serius bagi suatu
Negara, misalnya terjadi kelumpuhan ekonomi.
Oleh sebab itu, desain bangunan tahan terhadap gempa merupakan salah satu tantangan
terbesar yang harus dihadapi oleh seorang insinyur bangunan. Salah satu hal yang
dilakukan oleh seorang ahli struktur untuk mendapatkan bangunan tahan gempa adalah
dengan perencanaan struktur tahan gempa. Struktur bangunan tahan gempa hendaknya
memiliki kekuatan dan kekakuan serta daktilitas yang cukup untuk dapat
mengakomodasikan gempa yang terjadi. Sampai saat ini, terdapat beberapa jenis struktur
bangunan yang sudah umum digunakan yaitu struktur baja dan struktur beton bertulang.
Struktur beton bertulang memiliki metode pelaksanaan yang lebih sederhana, namun
jenis struktur ini memiliki beberapa kekurangan seperti berat sendiri komponen struktur
yang sangat besar serta juga terdapat masalah keramahan lingkungan karena beton
merupakan bahan yang kurang dapat diperbaharui jika dibandingkan dengan material
Sedangkan baja memiliki keunggulan dibandingkan dengan beton yaitu memiliki
elastisitas dan kekuatan yang jauh lebih tinggi. Walaupun baja memiliki berat jenis
struktur yang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan beton, namun dengan kekuatan
yang jauh lebih besar, sekitar sepuluh kali lipat, sistem struktur yang menggunakan
material baja dapat menghasilkan struktur dengan berat sendiri yang lebih ringan
daripada beton karena minimnya volume baja yang diperlukan untuk dapat memikul
beban-beban yang timbul pada sistem struktur. Namun, biaya dan metode pelaksanaan
yang relatif lebih besar dari jika dibandingkan dengan struktur beton bertulang menjadi
salah satu faktor yang perlu dipertimbangkan untuk menggunakan struktur baja. Oleh
sebab itu, tugas akhir ini akan difokuskan kepada struktur baja dalam kaitannya sebagai
struktur penahan beban gempa.
Seiring dengan semakin berkembangnya dunia konstruksi bangunan, beberapa metode
telah digunakan dalam mendisain struktur bangunan.Beberapa diantaranya seperti metode
tegangan izin (working stress design), metode gaya (strength desing), metode disain
berdasarkan kapasitas komponen struktur (capacity design), metode disain plastis (plastic
design), dan yang metode disain yang berdasarkan kepada perpindahan struktur
(displacement design) serta metode disain berdasarkan kinerja bangunan (performance
based design). Pada saat ini, metode yang sedang berkembang dan mulai banyak
mendapat perhatian dari perencana adalah metode disain berdasarkan kinerja bangunan.
Tujuan dari metode disain berdasarkan kinerja bangunan ini adalah untuk memprediksi
dan mensimulasi kinerja struktur dengan memberikan beban gempa, sehingga perencana
akan mendapatkan gambaran dan menentukan tingkat kerusakan struktur yang
diharapkan pada saat terjadi bencana berupa gempa. Metode disain berdasarkan kepada
kinerja bangunan masih dalam tahap perkembangan, namun beberapa rekomendasi
prosedur untuk melakukan disain dengan menggunakan metode ini telah diterbitkan sejak
beberapa tahun yang lalu seperti ATC 40, FEMA 356 dan FEMA 440. FEMA 440
merupakan revisi dari FEMA 356 dengan melakukan beberapa perubahan koefisien dan
ATC digunakan didalam analisa struktur nonlinear statik. Namun, prosedur disain masih
mengacu kepada ATC 40 dan FEMA 356. Dalam tugas akhir ini, kedua prosedur analisis
yang terdapat dalam ATC 40 dan FEMA 356 akan digunakan untuk menilai kinerja
1.2 Latar Belakang
Pada umumnya, konstruksi bangunan diIndonesia menggunakan struktur beton bertulang
atau sering disebut dengan struktur komposit, yaitu gabungan dari campuran beton dan
tulangan baja. Pada struktur komposit ini, beton yang memiliki kekuatan tekan yang
tinggi berfungsi untuk memikul gaya tekan yang terjadi pada komponen struktur. Namun
pada bagian yang mengalami gaya tarik, ditambahkan tulangan baja yang tahan terhadap
gaya tarik sehingga dapat bekerja bersama untuk menahan gaya luar yang timbul.
Bangunan-bangunan yang dibangun dengan struktur komposit cenderung memiliki
kekuatan yang lebih besar dan berperilaku lebih baik dalam menahan gaya lateral seperti
gaya lateral akibat dari gempa ataupun beban angin.
Disisi lain, penggunaan struktur baja sebagai bahan konstruksi tahan gempa untuk
gedung bertingkat masih tergolong sedikit jika dibandingkan dengan struktur komposit,
padahal struktur baja mempunyai kualitas yang lebih bagus dalam hal ketahanan terhadap
gempa. Dewasa ini terdapat beberapa jenis sistem struktur baja tahan gempa. Secara
umum terdapat 2 jenis sistem struktur tahan gempa, yaitu sistem struktur rangka penahan
momen atau Moment Resisting Frame (MRF) dan sistem struktur rangka berpengaku atau
braced frames. Masing – masing sistem struktur baja tersebut memiliki karakteristik
masing – masing yang berbeda.
Sistem struktur MRF memberikan ruang yang luas pada suatu bangunan. Oleh karena itu,
sistem ini sering diminati oleh banyak arsitek dan juga banyak digunakan untuk struktur
gedung institusi atau perkantoran yang memerlukan ruang yang luas. Dengan rentang
balok yang cukup lebar (tanpa pengaku), sistem rangka pemikul momen dapat
memberikan deformasi yang cukup besar sehingga sistem ini memiliki daktalitas yang
cukup besar dibandingkan dengan sistem portal baja tahan gempa lainnya. Walaupun
demikian, dengan deformasi yang cukup besar, sistem MRF memiliki kekakuan yang
rendah jika dibandingkan dengan sistem portal baja tahan gempa lainnya Sistem struktur
rangka penahan momen memiliki kemampuan menyerap energi yang besar tetapi
memiliki kekakuan yang rendah. Dengan demikian, jika dibandingkan dengan system
yang jauh lebih besar untuk menjaga deformasi strukturnya. Meskipun sistem struktur
MRF memiliki kestabilan inelastis dan respon yang stabil pada respon siklik lateral, akan
tetapi sistem ini terlalu lentur dan umumnya disain struktur MRF didisain dengan
membatasi pergeseran struktur untuk mengurangi kerusakan struktur. Berikut adalah
contoh gambar sistem MRF :
Gambar 1.4 : Moment Resisting Frames (MRF)
Berbeda dengan sistem struktur MRF, sistem struktur braced frames memiliki elemen
bresing atau pengaku untuk meningkatkan kekakuan strukturnya. Sistem struktur braced
frames didesain untuk meminimalisir masalah kekakuan yang terdapat pada jenis sistem
portal MRF. Sistem struktur braced frames terbagi jadi , yaitu jenis sistem struktur
rangka berpengaku konsentris atau Concentrically Braced Frames (CBF) dan sistem
struktur rangka berpengaku eksentris atau Eccentrically Braced Frames (EBF). Sistem
struktur CBF merupakan sistem struktur untuk menahan beban lateral dengan kekakuan
stuktur yang tinggi. Kekakuan yang tinggi pada sistem struktur ini dihasilkan dari bresing
diagonal yang berfungsi untuk menahan beban lateral pada struktur. Pengaku pada sistem
CBF berfungsi untuk memperbesar kekakuan struktur. Karena dengan adanya pengaku
pada struktur, deformasi struktur akan menjadi lebih kecil namun kekakuan strukturnya
meningkat. Secara umum, sistem struktur CBF memiliki kekakuan yang lebih tinggi
dibandingkan dengan struktur MRF karena adanya pengaku pada struktur. Namun
pada struktur lebih terbatas sehingga daktalitas struktur CBF lebih rendah jika
dibandingkan dengan sistem struktur MRF. Disisi lain, bila bresing atau pengaku pada
struktur CBF mengalami tekuk karena beban lateral berlebih, maka kekakuan struktur
dan kapasitas penyerapan energinya akan hilang. Berikut adalah beberapa contoh gambar
sistem CBF :
Gambar 1.5 : Concentrically Braced Frames (CBF)
Sistem struktur EBF merupakan struktur portal baja penahan gaya lateral yang
merupakan kombinasi dari keunggulan sistem struktur MRF dan CBF berupa daktalitas
dan kekakuan lateral yang serta meminimalisir kekurangan yang terdapat pada sistem
struktur MRF dan CBF dengan mengurangi perilaku inelastis dan mampu menjaga
pengaku atau bresing tetap elastis tanpa mengalami tekuk serta memiliki kekakuan lateral
yang berpengaruh pada karakteristik EBF yang berupa elemen balok pendek yang
disebut link. Link merupakan elemen struktur yang direncanakan untuk berperilaku
inelastik serta mampu untuk berdeformasi plastis yang besar pada saat terjadi beban
lateral (gempa). Bagian link ini berfungsi menyerap energi pada saat terjadi beban lateral
(gempa). Mekanisme leleh pada elemen link terdiri dari 2 mekanisme leleh yaitu
kelelehan geser dan kelelehan lentur, tergantung dari panjang link (e) yang digunakan.
Pada sistem struktur EBF, elemen struktur di luar link direncanakan untuk berperilaku
elastis sedangkan pada bagian link direncanakan untuk dapat berdeformasi inelastis pada
saat terjadinya beban lateral (gempa). Berikut adalah contoh gambar sistem EBF :
Gambar 1.6 : Eccentrically Braced Frames (EBF)
Tugas akhir ini akan mengevaluasi kinerja dari struktur baja berpengaku eksentris (EBF)
dan struktur baja tanpa pengaku terhadap gempa.
1.3 Studi Literatur
Penelitian-penelitian mengenai EBF telah dilakukan sejak pertengahan tahun 1970,
percobaan pertama adalah uji pseudo-statis dengan ukuran sepertiga dari sistem struktur
EBF berlantai 3 (Roeder dan Popov, 1977;Manheim, 1982), kemudian percobaan yang
sama dilakukan disistem struktur EBF berlantai 5 dengan ukuran sepertiga dengan
lantai pernah dilakukan oleh Kasai dan Popov (1986) dan oleh Ricles dan Popov (1987).
Percobaan dengan menggunakan elemen link berbentang pendek dengan mekanisme
leleh geser menunjukkan bahwa EBF memiliki daktilitas dan kestabilan struktur yang
lebih besar untuk menahan beban gempa. Akan tetapi, penggunaan elemen link
berbentang pendek akan menggangu penempatan arsitektural bangunan, maka
penggunaan elemen link berbentang panjang dengan mekanisme leleh lentur
dikembangkan dan diuji oleh Engelhardt dan Popov (1989, 1992), penelitian tersebut
melibatkan elemen link, balok dan pengaku. Uji pseudo-dinamis dilakukan dengan
ukuran sebenarnya pada system struktur EBF berlantai 6 sebagai bagian dari program
kerjasama US-Japan (Roeder, Foutch dan Goel, 1987; Foutch, 1989). Belakangan ini,
percobaan elemen link berbentang pendek dan panjang yang berbahan baja A992 diuji di
Universitas Texas, Austin (Arce, 2002; Galvez, 2004). Percobaan jembatan suspensi San
Francisco-Oakland Bay menggunakan elemen link geser berukuran besar dilakukan
diUniversitas California, San Diego (McDaniel, Uang, dan Seible, 2003). Semua
penelitian dan percobaan yang telah dilakukan menunjukkan keunggulan kinerja dari
sistem struktur EBF dan sistem ini menjadi pilihan para perencana sebagai sistem rangka
baja yang tahan gempa.
1.4 Perumusan Masalah
Dalam tugas akhir ini, Penulis akan melakukan evaluasi kinerja bangunan yang
menggunakan sistem struktur portal baja dengan pengaku eksentris yang merupakan
sistem struktur baja yang tahan terhadap gempa dibandingkan dengan kinerja bangunan
yang menggunakan sistem struktur beton komposit penampang baja yang diselimuti
beton yang sekarang banyak digunakan diIndonesia. Kinerja bangunan ini akan
dinyatakan dalam bentuk perpindahan rencana (target displacement) yang akan dihitung
berdasarkan pedoman FEMA 356 dan dalam bentuk titik kinerja (performance point)
yang akan dihitung berdasarkan pedoman ATC 40.
Metode analisis yang akan digunakan dalam tugas akhir ini adalah metode analisis
Perpindahan rencana akan dihitung dengan menggunakan metode koefisien (coefficient
method) yang direkomendasikan di dalam FEMA 356 sedangkan titik kinerja akan
ditentukan dengan menggunakan metode spektrum kapasitas (capacity spectrum) yang
direkomendasikan di dalam ATC 40. Analisis beban dorong (pushover analysis) terhadap
bangunan gedung yang akan di analisis perlu dilakukan untuk memperoleh kurva
kapasitas (capacity curve) yang akan diperlukan di dalam analisis dengan metode
spektrum kapasitas. Parameter dan koefisien yang diperlukan pada analisis dengan kedua
metode ini akan diadopsi dari FEMA 440 yang merupakan parameter yang telah
direkomendasikan kembali sebagai revisi untuk peningkatan tingkat keandalan analsis
dengan menggunakan metode statik nonlinier.
1.5 Pembatasan Masalah
Ruang lingkup pembahasan tugas akhir ini adalah :
1. Terdapat beberapa model struktur dengan variasi spesifikasi pada penelitian ini yaitu
Gedung 1 ( struktur baja tanpa menggunakan bracing ), Gedung 2 ( struktur baja
dengan bracing konsentris tipe diagonal ), Gedung 3 ( struktur baja dengan bracing
konsentris tipe V ), Gedung 4 ( struktur baja dengan bracing eksentris tipe diagonal
dengan panjang e = 0.5m ), Gedung 5 ( struktur baja dengan bracing eksentris tipe
diagonal dengan panjang e = 1m ), Gedung 6 ( struktur baja dengan bracing eksentris
tipe V dengan panjang e = 0.5m ), Gedung 7 ( struktur baja dengan bracing eksentris
tipe V dengan panjang e = 1m ) .
2. Mempelajari pengaruh pembebanan dan pengaruh gaya gempa berdasarkan SNI
03-1726-2002 pada portal struktur bangunan baja dengan bracing eksentris (EBF).
3. Mutu baja yang digunakan adalah mutu baja dengan tegangan leleh fy = 350 Mpa
(ASTM A615 Gr.60).
4. Material baja yang digunakan adalah profil baja WF.
5. Pemodelan gedung tiga dimensi dengan ukuran tiap bentang untuk arah x dan y
sepanjang 8 m bertingkat 12 dengan elevasi tiap lantai 3.5 m.
6. Untuk analisa beban gempa:
2. Bangunan berdiri di atas tanah keras (kelas situs SC).
3. Fungsi gedung adalah bangunan perkantoran.
4. Beban gempa rencana berdasarkan pada peraturan RSNI2 03-1726-201x,
berdasarkan peta respon spektra dengan probabilitas terlampaui 2% dalam 50
tahun.
7. Analisis yang digunakan dalam studi ini adalah analisis statik nonlinier berupa analisis
beban dorong statik yang akan dilakukan dengan menggunakan bantuan program
SAP2000 untuk mendapatkan kurva kapasitas.
8. Kinerja bangunan akan ditentukan berdasarkan pedoman yang tercantum di dalam
FEMA 356 dan ATC 40.
9. Tugas akhir ini akan mencari perbandingan displacement dan gaya-gaya yang
dialami struktur sedangkan untuk perilaku seismiknya dengan analisis beban dorong.
1.6 Maksud dan Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah di atas, tujuan penulisan karya ilmiah
ini adalah untuk :
1. Mengamati perilaku sistem struktur baja dengan berbagai tipe bracing eksentris dan
konsentris, serta tanpa bracing.
2.Melakukan perbandingan kinerja struktur antara sistem struktur baja dengan bracing
eksentris, konsentris dan tanpa bracing.
1.7 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Sebagai bahan masukan bagi dunia perkonstruksian khususnya pada bangunan baja
yang menggunakan bracing eksentris.
2. Sebagai bahan pertimbangan jenis bracing yang akan digunakan dalam mendisain
konstruksi bangunan baja.
1.8 Metodologi Penulisan
Dalam penulisan tugas akhir ini, metode penulisan yang digunakan oleh penulis adalah
dengan mengumpulkan teori-teori dan rumus-rumus yang dibutuhkan untuk melakukan
analisa melalui beberapa sumber antara lain: text book (buku-buku yang berkaitan
dengan tugas akhir ini), jurnal-jurnal, standar-standar yang berkaitan dengan tugas akhir
ini dan sebagainya. Kemudian, analisa dilakukan berdasarkan dengan teori-teori dan
rumus-rumus yang telah dikumpulkan. Dalam melakukan analisa tersebut, penulis akan
menggunakan bantuan perangkat lunak (software) SAP 2000 untuk digunakan dalam
perhitungan analisis Pushover.
1.9 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan ini bertujuan untuk memberikan gambaran secara garis besar isi
setiap bab yang akan dibahas pada tugas akhir ini. Sistematika penulisan tugas akhir ini
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menyajikan penjelasan mengenai latar belakang, studi literatur, perumusan
masalah, pembatasan masalah, maksud dan tujuan penelitian, manfaat penelitian,
metodologi penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan teori-teori yang akan menjadi acuan dalam pembahasan masalah
BAB III : ANALISIS PUSHOVER
Bab ini menyajikan dasar-dasar dan teori mengenai analisis pushover
BAB IV : PEMBAHASAN
Bab ini menyajikan pemodelan gedung 12 lantai 3D dan analisis untuk menentukan
kinerja bangunan.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini menyajikan penjelasan mengenai kesimpulan yang dapat diambil dari hasil
