EVALUASI KINERJA SEISMIK STRUKTUR BANGUNAN RANGKA BAJA DENGAN MENGGUNAKAN BRESING TERKEKANG TEKUK (BRBF)

(1)

TERKEKANG TEKUK (BRBF)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil

Disusun Oleh :

JUVIANTO 12 0404 044

Pembimbing :

Ir. TORANG SITORUS, M.T.

NIP. 19571002 198601 1 001

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2019

(2)

EVALUASI KINERJA SEISMIK STRUKTUR BANGUNAN RANGKA BAJA DENGAN

MENGGUNAKAN BRESING TERKEKANG TEKUK (BRBF)

ABSTRAK

Indonesia merupakan daerah yang rawan terjadi gempa. Hal ini terlihat dari terjadinya gempa yang sangat besar pada tahun 2004. Tercatat tiga gempa besar di Indonesia yaitu di kepulauan Alor (11 November. skala 7.5), gempa Papua (26 November. skala 7.1) dan gempa Aceh (26 Desember, skala 9.2) yang disertai tsunami.

Gempa tersebut merusak bangunan dan mengakibatkan kerugian harta benda dan korban jiwa serta melumpuhkan kegiatan perekonomian pada daerah – daerah tersebut.

Konstruksi gedung bertingkat di Indonesia sebagai infrastruktur sudah meningkat dengan signifikan. Oleh karena itu, bangunan di Indonesia membutuhkan sistem struktur yang dapat mencegah kegagalan struktur yang disebabkan oleh gempa bumi.

Terdapat beberapa metode untuk mencegah kegagalan struktur akibat gempa.

Metode bresing dengan menggunakan bresing terkekang tekuk merupakan bresing yang sangat efektif pada dissipasi energi tetapi sangat rentan terhadap deformasi yang besar dan storey drift. Bresing ini dirancang untuk memungkinkan bangunan menahan beban lateral siklik yang biasanya diakibatkan oleh gempa.

Ada lima tipe struktur yang akan dievaluasi, yaitu struktur rangka baja tanpa bresing (bare frame), struktur rangka baja dengan konfigurasi single diagonal bracing, struktur rangka baja dengan konfigurasi chevron bracing, struktur rangka baja dengan konfigurasi single diagonal alternate direction bracing (zigzag), struktur rangka baja dengan konfigurasi pola X yang akan dianalisis dengan metode analisis dinamis elastis. Kinerja yang akan dievaluasi adalah storey drift, storey displacement, diaphragm drift, strory stiffness, storey forces, dan storey acceleration. Setelah dianalisis, dapat diamati bahwa bresing dapat membantu menahan beban lateral. Dari lima tipe struktur yang dianalisis, konfigurasi pola X lebih banyak menahan gaya lateral daripada empat tipe struktur lainnya

Kata kunci: buckling restrained brace, respons spektrum, storey acceleration, storey displacement, storey stiffness

(3)

SEISMIC PERFORMANCE EVALUATION OF THE STRUCTURE OF A STEEL FRAME BUILDING USING

BUCKLING RESTRAINED BRACED FRAME (BRBF) ABSTRACT

Indonesia is a bad area for earthquakes. This is evident from massive earthquake in 2004. Three major earthquakes in Indonesia recorded in Alor Islands (11 November. scale of 7.5), Papuan quake (26 November. scale of 7.1) and Aceh quake (26 Desember, scale of 9.2) with tsunamis aftermath. The quakes damaged the buildings and resulted in loss of property and loss of life as well as crippling the economic activity of those areas. The construction of Indonesian high-rise buildings as infrastructure has risen significantly. Thus, the building in Indonesia needs a structural system that can prevent the structural failure caused by earthquake.

There are several methods to prevent structural failure caused by the quake.

Bracing method with using buckling restrained brace is very effective brace for energy dissipation but highly susceptible to large deformation and storey drift. This brace is designed to allow buildings to withstand the lateral cyclic load that otherwise caused by the earthquake.

There are five structures to be evaluated, that is steel frame without bracing (bare frame), steel frame with single diagonal bracing configuration, steel frame with chevron bracing, steel frame with single alternate diagonal bracing configuration(zigzag), steel frame with X pattern bracing configuration that would be analyzed using a method of dynamic elastic analysis. The performace to be evaluated are storey drift, storey displacement, diaphragm drift, strory stiffness, storey forces, and storey acceleration. Once analyzed, it can be seen that the brace can help resist the lateral load. Of the five types of structures analyzed, the X pattern configuration resists more lateral force than the other four types of structures.

Key word: buckling restrained brace, response spectrum, storey acceleration, storey displacement, storey stiffness

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul

“

EVALUASI KINERJA SEISMIK STRUKTUR BANGUNAN RANGKA BAJA DENGAN MENGGUNAKAN BRESING TERKEKANG TEKUK (BRBF).”

Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu:

1. Terutama kepada kedua orang tua saya, Ayahanda Arifin dan Ibunda Rita Susanty serta kepada abang saya Felix, yang telah memberikan dukungan penuh serta mendoakan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Torang Sitorus, M.T. , selaku dosen pembimbing, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, S.T, M.T, Ph.D selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Dr. M. Ridwan Anas, S.T, M.T. , selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak/Ibu seluruh staf pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

(5)

6. Seluruh pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.

7. Dan seluruh rekan-rekan yang tidak mungkin saya tuliskan satu-persatu atas dukungannya yang sangat baik

Saya menyadari bahwa penyusunan tugas akhir ini jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman serta referensi yang saya miliki. Oleh karena itu saya mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi perbaikan pada masa mendatang.

Semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya pada bidang teknik sipil. Akhir kata, saya mengucapkan terima kasih dan bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, April 2019 Penulis

(Juvianto)

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR NOTASI ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Studi Literatur ... 4

1.3 Perumusan Masalah ... 6

1.4 Pembatasan Masalah ... 6

1.5 Tujuan Penelitian ... 7

1.6 Manfaat Penelitian ... 7

1.7 Metodologi Penelitian ... 7

1.8 Sistematika Penulisan ... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 9

2.1 Teori Dinamika Struktur ... 8

2.1.1 Frekuensi Alami ... 10

2.1.2 Derajat Kebebasan (Degrees of Freedom) ... 11

2.2 Sistem Rangka Baja Bresing Terkekang Tekuk (BRB) ... 14

(7)

2.3 Peraturan Pembebanan Gempa Berdasarkan SNI 1726 : 2012 ... 14

2.3.1 Gempa Rencana dan Faktor Keutamaan Gedung ... 15

2.3.2 Klasifikasi Situs dan Parameter ... 17

2.3.3 Parameter Percepatan Gempa ... 19

2.3.4 Parameter Percepatan Spektral Desain ... 20

2.3.5 Kategori Desain Seismik ... 22

2.3.6 Faktor 𝑅, 𝐶_𝑑, dan Ω₀ ... 23

2.3.7 Perioda Fundamental Pendekatan ... 25

2.3.8 Simpangan Ijin (Δ) ... 25

2.4 Peraturan Pembebanan Berdasarkan SNI 1727 : 2013 dan PPIUG 1983 ... 26

2.4.1 Beban Mati ... 26

2.4.2 Beban Hidup ... 28

BAB III METODE ANALISIS ... 32

3.1 Metode Analisis Dinamis ... 32

3.2 Metode Analisis Ragam Respons Spektrum (Respons Spectrum Modal Analysis) ... 33

3.3 Metode Analisis Ragam Riwayat Waktu (Time History Analysis) .... 35

3.4 Diagram Alir Penelitian ... 35

3.5 Analisis Kinerja Struktur ... 37

3.5.1 Storey Drift, Storey Displacement dan Diaphragm Drift ... 37

3.5.2 Storey Stiffness, Storey Forces, dan Storey Acceleration ... 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39

4.1 Pemodelan Struktur ... 39

(8)

4.1.1 Data Struktur... 39

4.1.2 Pemodelan Struktur di ETABS... 40

4.1.2.1 Denah Lantai ... 40

4.1.2.2 Sistem Struktur Rangka Baja Tanpa Bresing (Bare Frame)... 41

4.1.2.3 Sistem Struktur Rangka Baja dengan Konfigurasi Single Diagonal ... 43

4.1.2.4 Sistem Struktur Rangka Baja dengan Konfigurasi Chevron Bracing ... 45

4.1.2.5 Sistem Struktur Rangka Baja dengan Konfigurasi Single Diagonal Alternate Direction Bracing (zigzag) ... 47

4.1.2.6 Sistem Struktur Rangka Baja dengan Konfigurasi Pola X ... 49

4.2 Pembahasan Analisis Respons Spektrum ... 51

4.3 Hasil Analisis Respons Spektrum ... 59

4.4 Pembahasan Analisis Riwayat Waktu ... 65

4.5 Hasil Analisis Riwayat Waktu... 67

4.5.1 Hasil Analisis Riwayat Waktu Imperial Valley ... 67

4.5.2 Hasil Analisis Riwayat Waktu El-alamo ... 73

4.5.3 Hasil Analisis Riwayat Waktu Boreggo ... 98

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 86

5.1 Kesimpulan ... 87

5.2 Saran ... 88

(9)

DAFTAR PUSTAKA ... 89 LAMPIRAN ... 91

(10)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

2.1 Kategori Risiko Bangunan Gedung dan Non Gedung untuk

Beban Gempa 15

2.2 Faktor Keutamaan Gempa 17

2.3 Klasifikasi Situs 18

2.4 Koefisien situs, 𝐹_𝑎 20

2.5 Koefisien situs, 𝐹_𝑣 20

2.6 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Percepatan

Respons Pada Perioda Pendek 22

2.7 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Percepatan

Respons pada Perioda 1 Detik 23

2.8 Faktor 𝑅, 𝐶_𝑑, dan Ω₀ untuk sistem penahan gempa 23

2.9 Koefisien 𝐶_𝑡 dan x 25

2.10 Simpangan Lantai Ijin (Δa) 26

2.11 Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung 26

2.12 Beban Hidup pada Lantai Gedung 28

4.1 Data Respons Spektrum 51

4.2 Modal Participating Mass Ratio 57

4.3 Base reactions dengan scale factor 1226,25 58

4.4 Base reactions dengan scale factor 2466,502 58

(11)

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar Judul Halaman

1.1 Sistem Struktur Braced Frame, Shear Wall, dan Moment-

Resisting Frame 1

1.2 Sistem Bresing Eksentrik 2

1.3 Jenis – Jenis Sistem Bresing Konsentrik 3

1.4 Komponen – Komponen Utama dari Bresing Terkekang

Tekuk 4

1.5 Penelitian dan Aplikasi dari BRB/UBB 5

2.1 Balok Kantilever dengan Beban Statis dan Beban Dinamis 9

2.2 Balok dengan Beban Statis dan Beban Dinamis 10

2.3 Beberapa model struktur dengan derajat kebebasan SDOF (Single Degree of Freedom) dan MDOF (Multiple Degree of

Freedom) 11

2.4 Struktur Portal Tingkat Dua dan Gaya yang Bekerja pada

Kedua Massa 12

2.5 Contoh Sistem Rangka Bresing Tahan Tekuk 14

2.6 Spektrum Respons Desain 22

3.1 Deskripsi Grafis dari Respons Spektrum 33

3.2 Diagram Alir Penelitian 36

3.3 Gaya Geser Dasar 38

4.1 Denah Lantai 40

4.2 Denah Elevasi Tanpa Bresing 41

4.3 Pemodelan Gedung 3D (Tanpa Bresing) 42

4.4 Denah Elevasi Single Diagonal 43

4.5 Pemodelan Gedung 3D (Single-Diagonal) 44

4.6 Denah Elevasi Chevron Bracing 45

4.7 Pemodelan Gedung 3D (Chevron Bracing) 46

4.8 Denah Elevasi Single Diagonal Alternate Bracing 47

(12)

4.9 Pemodelan Gedung 3D (Single Diagonal Alternate Bracing) 48

4.10 Denah Elevasi pola X 49

4.11 Pemodelan Gedung 3D (pola X) 50

4.12 Diagram Respons Spektrum 51

4.13 Pola Pembebanan pada Respons Spektrum 52

4.14 Data Beban Gempa 52

4.15 Penentuan Massa 53

4.16 Plot Fungsi Repons Spektrum 53

4.17 Modal Case 54

4.18 Load cases 54

4.19 Scale factor dengan Menggunakan Persamaan 4.1 56 4.20 Scale factor dengan Menggunakan Persamaan 4.2 56

Grafik Hasil Respons Spektrum

4.21 Storey Drift pada Arah x 59

4.22 Storey Drift pada Arah y 59

4.23 Storey Displacement pada Arah x 60

4.24 Storey Displacement pada Arah y 60

4.25 Diaphragm Drift pada Arah x 61

4.26 Diaphragm Drift pada Arah y 61

4.27 Storey Stiffness pada Arah x 62

4.28 Storey Stiffness pada Arah y 62

4.29 Storey Forces pada Arah x 63

4.30 Storey Forces pada Arah y 63

4.31 Storey Acceleration pada Arah x 64

4.32 Storey Acceleration pada Arah y 64

4.33 Fungsi Time History 65

4.34 Penskalaan Fungsi Time History Terhadap Fungsi Respons

Spektrum 66

4.35 Load Cases pada Time History 66

Grafik Hasil Time History Imperial Valley

(13)

Grafik Nilai Time History El-alamo

Grafik Nilai Time History Boreggo

(14)

(15)

DAFTAR NOTASI

C : Koefisien redaman

Cd : Faktor amplifikasi defleksi

CRS : Nilai terpeta koefisien risiko spesifik situs pada periode pendek CR1 : Nilai terpeta koefisien risiko spesifik situs pada periode 1 detik E : Modulus elastisitas

Eq : Gaya geser yang akibat beban gempa (kN) fs : Gaya elastis

fd : Gaya redaman

fy : Tegangan leleh (Mpa)

Fa : Koefisien situs untuk perioda pendek FPGA : Koefisien situs untuk PGA

Fv : Koefisien situs untuk perioda panjang g : Percepatan gravitasi (mm/s²)

h : Ketinggian struktur (m) I : Faktor keutamaan bangunan Ic : Momen inersia

k : Kekakuan

m : Massa

MCE : Gempa tertimbang maksimum MCER : Respons spektral gempa MDOF : Multi degree of freedom

(16)

𝑁̅ : tahanan penetrasi standar rata – rata dalam lapisan 30 m paling atas 𝑁̅_𝑐ℎ : tahanan penetrasi standar rata – rata tanah non kohesif dalam lapisan 30

m paling atas

P : Beban yang bekerja dari luar (kN) PGA : Percepatan muka tanah puncak PSa : Percepatan respons spektral R : Koefisien modifikasi respon

RS : Gaya geser yang akibat beban respons spektrum (kN) SA : Percepatan spektral

SD : Perpindahan spektral

SDS : Parameter percepatan respons spektral pada perioda pendek redaman 5 persen

SD1 : Parameter percepatan respons spektral pada perioda 1 detik redaman 5 persen

SDOF : Single degree of freedom SF : Nilai faktor skala

SMS : Parameter percepatan respons spektral MCE pada perioda pendek yang sudah disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs

SM1 : Parameter percepatan respons spektral MCE pada perioda 1 detik yang sudah disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs

SS : Parameter percepatan respons spektral MCE dari peta gempa pada perioda pendek, redaman 5 persen

S1 : Parameter percepatan respons spektral MCE dari peta gempa pada perioda 1 detik, redaman 5 persen

(17)

SV : Kecepatan spektral

𝑆̅_𝑢 : Kuat geser niralir rata – rata di dalam lapisan 30 m paling atas T : Perioda fundamental bangunan

Ta : Perioda fundamental pendekatan

Ts :

T0 :

Vj : Gaya geser lantai

𝑉̅_𝑠 : Kecepatan rambat gelombang rata – rata

∆ : Simpangan antar lantai tingkat desain

∆_𝑎 : Simpangan antar lantai yang diijinkan

∆_𝑗 : Deformasi lantai Ω₀ : Faktor kuat lebih 𝜔 : Frekuensi natural

𝑆_𝐷1 𝑆_𝐷𝑆

0,2𝑆_𝐷1 𝑆_𝐷𝑆

(18)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran Judul Halaman

1 Hasil Analisis Metode Respons Spektrum untuk Nilai Storey

Drift 91

2 Hasil Analisis Metode Respons Spektrum untuk Nilai

Storey Displacement 92

Diaphragm drift 93

Storey Stiffness 94

Storey Forces 95

Storey Acceleration 96

7 Hasil Analisis Metode Time History (Imperial Valley)

untuk Nilai Storey Drift 97

untuk Nilai Storey Displacement 98

untuk Nilai Diaphragm Drift 99

untuk Nilai Storey Stiffness 100

untuk Nilai Storey Forces 101

untuk Nilai Storey Acceleration 102

13 Hasil Analisis Metode Time History (El-alamo) untuk Nilai

Storey Drift 103

(19)

Diaphragm Drift 105

Storey Forces 107

19 Hasil Analisis Metode Time History (Boreggo) untuk Nilai

Storey Drift 109

Diaphragm Drift 111

Storey Forces 113

(20)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan daerah yang rawan terjadi gempa. Hal ini terlihat dari terjadinya gempa yang sangat besar pada tahun 2004. Tercatat tiga gempa besar di Indonesia yaitu di kepulauan Alor (11 November. skala 7.5), gempa Papua (26 November. skala 7.1) dan gempa Aceh (26 Desember, skala 9.2) yang disertai tsunami.

Gempa tersebut merusak bangunan dan mengakibatkan kerugian harta benda dan korban jiwa serta melumpuhkan kegiatan perekonomian pada daerah – daerah tersebut.

Konstruksi gedung bertingkat di Indonesia sebagai infrastruktur sudah meningkat dengan signifikan. Oleh karena itu, bangunan di Indonesia membutuhkan sistem struktur yang dapat mencegah kegagalan struktur yang disebabkan oleh gempa bumi.

Ada tiga sistem struktur yang umumnya digunakan untuk mencegah terjadinya kegagalan struktur akibat beban lateral, seperti braced frame, moment resisting frame, dan shear wall. Bangunan perlu direncanakan dengan menggunakan braced frame, moment resisting frame, shear wall, atau gabungan dari ketiganya untuk menahan beban – beban lateral yang tidak terduga seperti angin dan gempa bumi.

Gambar 1.1 Sistem Struktur Braced Frame, Shear Wall, dan Moment-Resisting Frame Sumber : DarthmouthX – The engineering structure around us, 23 April 2018

https://www.youtube.com/watch?v=kaKUHU3YYzY

Sistem struktur brace frame memberikan kekakuan dan efisiensi. Sedangkan sistem struktur shear wall memberikan kekakuan yang sangat besar, namun tidak efisien karena menggunakan banyak material. Biasanya sistem struktur shear wall

(21)

digunakan pada daerah penempatan lift atau tangga. Sistem struktur moment-resisting frame sering digunakan karena memberikan ruang lebih yang dapat dimanfaatkan untuk penempatan jendela, tetapi tidak memiliki kekakuan yang begitu besar jika dibandingkan dengan sistem struktur brace frame dan shear wall.

Sistem struktur braced frame adalah sistem struktur yang didesain untuk menahan angin dan gaya gempa. Secara umum, sistem struktur braced frames terbagi menjadi sistem struktur rangka berpengaku konsentris atau Concentrically Braced Frames (CBF) dan sistem struktur rangka berpengaku eksentris atau Eccentrically Braced Frames (EBF).

Sistem bresing eksentrik menggabungkan kekuatan dan kekakuan dari sistem brace frame dengan perilaku inelastis dan dissipasi energi dari sistem moment – resisting frame. Berbeda dengan sistem bresing konsentris, sistem bresing eksentrik memiliki suatu elemen yang berbentuk balok pendek yang disebuk link. Tergantung pada panjangnya, link dapat menyerap energi seismik pada saat diberikan gaya gempa.

Terdapat 2 mekanisme leleh pada link, yaitu kelelehan geser dan kelelehan lentur. Link yang panjang akan mengalami kelelehan lentur, sedangkan link yang lebih pendek akan mengalami kelelehan geser.

Gambar 1.2 Sistem Bresing Eksentrik: (a – d) tipe umum bresing eksentrik; (e) elevasi;

(f) detail

Sumber : Wind and Earthquake Resistant Building, 2005

(22)

Sistem bresing konsentrik dikembangkan sebagai sistem penahan gaya lateral dan memiliki tingkat kekakuan yang cukup baik. Kekakuan yang tinggi pada sistem struktur ini dihasilkan dari bresing diagonal yang berfungsi untuk menahan beban lateral pada struktur. Pengaku pada sistem ini berfungsi untuk memperbesar kekakuan struktur. Karena dengan adanya pengaku pada struktur, deformasi struktur akan menjadi lebih kecil namun kekakuan strukturnya meningkat.

Gambar 1.3 Jenis – Jenis Sistem Bresing Konsentrik: (a) X – bracing 1 lantai;

(b) single – diagonal bracing; (c-d) chevron bracing;

(e) X – bracing 2 lantai; (f) single – diagonal, alternate – direction bracing

Sumber : Wind and Earthquake Resistant Building, 2005

Selain jenis – jenis sistem bresing konsentrik diatas, terdapat sistem bresing konsentrik khusus yang disebut bresing terkekang tekuk atau Buckling restrained brace frame (BRBF). Tipe bresing ini sangat efektif pada dissipasi energi tetapi sangat rentan terhadap deformasi yang besar dan Storey drift. Tipe pengaku BRBF ini terdiri dari inti baja yang dikelilingi oleh besi hollow dan dilapisi dengan bahan yang

(23)

memiliki gesekan rendah dan kemudian di grouting dengan mortar khusus. BRBF ini dirancang untuk memungkinkan bangunan menahan beban lateral siklik yang biasanya diakibatkan oleh gempa.

Gambar 1.4 Komponen – Komponen Utama dari Bresing Terkekang Tekuk ; (a – b) elevasi; (c) BRBF chevron braces; (d) komponen – komponen bresing

Sumber : Structural Analysis and Design of Tall Building, 2012

Pada tugas akhir ini, sistem struktur yang dievaluasi adalah sistem struktur baja konsentrik khusus yang disebut bresing terkekang tekuk (buckling restraint brace frame) dan struktur baja tanpa pengaku terhadap gempa.

1.2 Studi Literatur

Penelitian tentang BRBF dilakukan pada tahun 1980 oleh Nippon Steel Corporation dan diaplikasikan pada tahun 1987 di Jepang. Pada tahun 1999 BRBF untuk pertama kalinya diterapkan di proyek Amerika Serikat pada bangunan Plant &

Environmental Sciences Building in U.C. Davis. Setelah itu, penggunaan BRBF semakin meningkat di Amerika Serikat. Seperti digunakan pada proyek retrofit, rumah sakit, bangunan federal, bangunan perguruan tinggi, dan proyek jembatan.

(24)

Penelitian – penelitian tentang BRB pun semakin banyak dilakukan. Akhir - akhir ini, dilakukan penelitian tentang respon seismik bangunan beton bertulang dengan rangka BRBF dalam konfigurasi zigzag ( Zhe Qu et al, 2015) yang menunjukkan sistem BRBF efisien dalam mengurangi respon – respon bangunan.

Kemudian dilakukan evaluasi seismik rangka baja BRBF dengan menggunakan metode elemen hingga (Sh Hosseinzadeh, 2016). Kurva statik pushover dari rangka baja menunjukkan rangka baja BRBF lebih menunjukkan perilaku daktail jika dibandingkan dengan bresing konvensional. Studi analitis tentang BRB dengan menggunakan ETABS (Bhargava Laxmi Goli et al, 2017) yang membandingkan empat konfigurasi BRB. Studi ini menunjukkan bahwa konfigurasi x memiliki daya tahan yang lebih baik dari konfigurasi lainnya.

Gambar 1.5 Penelitian dan Aplikasi dari BRB/UBB Sumber : Nippon Steel and Sumikin Engineering

(25)

1.3 Perumusan Masalah

Dalam tugas akhir ini, Penulis akan mengevaluasi kinerja bangunan struktur rangka baja dengan menggunakan pengaku terkekang tekuk yang akan dibandingkan dengan menggunakan konfigurasi yang berbeda. Kinerja bangunan ini akan dinyatakan dalam bentuk storey drift, storey displacement, diaphragm drift, storey stiffness, storey forces, dan storey acceleration. Ada 5 tipe struktur bangunan yang akan di evaluasi, yaitu :

1. Struktur rangka baja tanpa bresing (bare frame).

2. Struktur rangka baja dengan konfigurasi single diagonal bracing.

3. Struktur rangka baja dengan konfigurasi chevron bracing.

4. Struktur rangka baja dengan konfigurasi single diagonal alternate direction bracing (zigzag).

5. Struktur rangka baja dengan konfigurasi pola X.

1.4 Pembatasan Masalah

Pembatasan penelitian adalah sebagai berikut :

1. Mutu baja yang digunakan adalah mutu baja dengan tegangan leleh fy = 350 Mpa.

2. Material baja yang digunakan adalah profil baja WF.

3. Pemodelan gedung bangunan tiga dimensi dengan ukuran tiap bentang untuk arah x dan y adalah sepanjang 6 m yang terdiri dari 6 bentang bertingkat 12 dengan elevasi tiap lantai 3 m.

4. Untuk analisa beban gempa :

a. Fungsi bangunan adalah bangunan perkantoran.

b. Bangunan terletak di Medan

c. Bangunan berdiri di atas tanah keras (kelas situs SC) 5. Penelitian tidak memperhitungkan struktur bawah.

6. Modelisasi dan analisa menggunakan ETABS.

7. Peraturan yang digunakan :

a. Pembebanan struktur berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung (1987)

(26)

b. SNI 03-1726-2012 : Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung

c. Federal Emergency Manangement Agent (FEMA) 356

1.5 Tujuan Penelitian

Tujuan penulisan karya ilmiah ini adalah untuk mengamati kinerja sistem struktur baja dengan pengaku terkekang tekuk. Ada lima tipe bangunan yang akan dievaluasi, yaitu struktur tanpa menggunakan bresing (bare frame), konfigurasi single diagonal bracing, konfigurasi chevron bracing, konfigurasi single diagonal alternate direction bracing (zigzag), dan konfigurasi pola X. Kinerja yang diamati adalah

a. storey drift,

b. storey displacement, c. diaphragm drift, d. storey stiffness, e. storey forces, dan f. storey acceleration.

1.6 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Sebagai bahan masukan bagi dunia konstruksi, khususnya pada bangunan baja yang menggunakan pengaku.

2. Sebagai bahan pertimbangan dalam pemilihan jenis konfigurasi yang akan digunakan dalam mendesain bangunan baja.

1.7 Metodologi Penulisan

Dalam penulisan tugas akhir ini, metode yang digunakan adalah dengan mengumpulkan teori – teori dan rumus – rumus dari buku – buku, jurnal – jurnal, dan standar – standar yang berkaitan dengan tugas akhir ini. Kemudian, analisa dan perhitungan dilakukan dengan menggunakan bantuan perangkat lunak ETABS.

(27)

1.8 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini bertujuan untuk memberikan gambaran umum dari setiap bab yang akan dibahas pada tugas akhir ini. Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB 1. 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 2. TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi uraian tentang teori-teori yang berkaitan dan mendukung penelitian tentang tugas akhir.

BAB 3. METODE PENELITIAN

Bab ini berisi tata cara perhitungan dan analisa yang diperlukan dalam penelitian ini.

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil – hasil perhitungan dan analisa yang akan digunakan untuk mencari perbandingannya.

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini menyajikan penjelasan mengenai kesimpulan yang dapat diambil dari hasil analisis yang dilakukan serta saran untuk pengembangan lebih lanjut.

(28)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Dinamika Struktur

Secara sederhana dinamik dapat diartikan sebagai variasi atau perubahan terhadap waktu dalam konteks gaya yang bekerja (eksitasi) pada struktur. Beban dinamis dapat berupa variasi besarannya (magnitude), arahnya (direction) atau posisinya (point of application) berubah terhadap waktu. Demikian pula respons struktur terhadap beban dinamik, yaitu lendutan dan tegangan yang dihasilkan juga perubahan-waktu, atau bersifat dinamik.

Gambar 2.1 Balok kantilever dengan (a) beban statis dan (b) beban dinamis.

Sumber : Buku Ajar Dinamika Struktur Universitas Brawijaya

Pada gambar diatas terlihat balok kantilever dengan dua jenis pembebanan berbeda yaitu beban statis dan dinamis.

a. gambar 2.1 (a) menunjukan balok kantilever dengan beban statis, responnya dipengaruhi oleh beban P.

b. gambar 2.1 (b) menunjukan balok kantilever dengan beban dinamis atau beban yang bervariasi terhadap waktu P(t).

Lendutan dan tegangan internal yang timbul dalam kasus beban statis hanya ditimbulkan langsung oleh beban P, sedangkan dalam kasus beban dinamik.

(29)

percepatan yang dialami oleh balok akibat P(t) menimbulkan gaya inersia yang terdistribusi pada seluruh bagian balok. Lendutan dan tegangan pada balok sangat dipengaruhi pula oleh gaya inersia yang ditimbulkan oleh massa balok ketika mengalami percepatan. Jika pengaruh gaya inersia yang terjadi sangat signifikan, maka perlu dilakukan analisa dinamis.

Gambar 2.2 Balok dengan (a) beban statis dan (b) beban dinamis Sumber : Buku Ajar Dinamika Struktur Universitas Brawijaya

Persamaan dasar pada dinamika struktur adalah

𝑃(𝑡) = 𝑚𝑢̈ + 𝑐𝑢̇ + 𝑘𝑢 (2.1)

dimana :

P(t) = gaya yang bekerja dari luar m = massa

c = faktor redaman k = kekakuan

2.1.1 Frekuensi Alami

Frekuensi alami adalah frekuensi osilasi yang cenderung dimiliki suatu sistem saat sistem tersebut dibiarkan bergetar tanpa damping (peredam) maupun eksitasi.

Persamaan gerak untuk sistem berderajat kebebasan tunggal tak teredam adalah

𝑚𝑦̈ + 𝑘𝑦 = 0 (2.2)

(30)

Dengan menganggap bahwa solusi untuk persamaan (2.2) adalah 𝑦 = 𝐴 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 𝑦̇ = −𝐴𝜔 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑦̈ = −𝐴𝜔² 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡

Maka akan diperoleh persamaan untuk menentukan frekuensi alami struktur, yaitu : 𝜔 = √𝑘

𝑚 (2.3)

2.1.2 Derajat Kebebasan (Degrees of Freedom)

Jumlah koordinat bebas yang menetapkan susunan atau posisi sistem pada setiap saat.

Gambar 2.3. Beberapa model struktur dengan derajat kebebasan SDOF (Single Degree of Freedom) dan MDOF (Multiple Degree of Freedom)

Sumber : Buku Ajar Dinamika Struktur Universitas Brawijaya

Persamaan gerak untuk sistem MDOF sederhana, dapat diidealisasikan pada struktur portal tingkat dua dengan gaya luar p1(t) dan p2(t) (gambar 2.3).

(31)

Gambar 2.4 (a) Struktur portal tingkat dua (b) gaya yang bekerja pada kedua massa Sumber : Buku Ajar Dinamika Struktur Universitas Brawijaya

Pada gambar 2.4(a) diatas, portal tingkat dua dengan massa terpusat pada setiap lantai memiliki dua DOF : perpindahan lateral u1 dan u2 pada kedua lantai dalam arah x. Gaya-gaya yang bekerja untuk setiap massa lantai mj dapat dilihat pada gambar 2.4(b)., termasuk gaya luar pj(t), gaya elastic fSj dan gaya redaman fDj. Gaya elastis dan redaman menunjukan arah yang berlawan, karena kedua gaya tersebut adalah gaya dalam yang menahan gerakan.

Persamaan gerak dari hukum Newton kedua yang diberikan untuk setiap massa adalah

𝑃(𝑡) = 𝑚_𝑗𝑢_𝑗̈ + 𝑓_𝐷𝑗 + 𝑓_𝑆𝑗 (2.4)

Persamaan diatas terdiri dari j=1 dan j=2 sehingga dapat ditulis dalam bentuk matriks:

{𝑝₁(𝑡)

𝑝₂(𝑡)} = [𝑚₁ 0 0 𝑚₂] {𝑢₁̈

𝑢₂̈ } + {𝑓_𝐷1

𝑓_𝐷2} + {𝑓_𝑆1

𝑓_𝑆2} (2.5)

atau dapat ditulis:

𝑃(𝑡) = 𝑚𝑢̈ + 𝑓_𝐷 + 𝑓_𝑆 (2.6)

Dimana : 𝑢 = {𝑢₁

𝑢₂} 𝑚 = [𝑚₁ 0

0 𝑚₂] 𝑓_𝐷 = {𝑓_𝐷1

𝑓_𝐷2} 𝑓_𝑆 = {𝑓_𝑆1

𝑓_𝑆2} 𝑝 = {𝑝₁

𝑝₂} (2.7)

Gaya elastis fS berhubungan dengan perpindahan yang terjadi pada setiap lantai u.

Oleh karena itu, kekakuan lateral kj untuk setiap lantai ke-j memberikan hubungan

(32)

geser pada lantai Vj terhadap deformasi lantai, Δj = uj-uj-1.

𝑉_𝑗 = 𝑘_𝑗∆_𝑗 (2.8)

Kekakuan pada setiap tingkat atau lantai adalah jumlah kekakuan lateral dari semua kolom di lantai tersebut. Tingkat atau lantai dengan tinggi h dan kolom dengan modulus E dan momen inersia Ic maka kekakuan lantai tersebut adalah

𝑘_𝑗 = ∑ 12𝐸𝐼_𝑐 ℎ³

𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚

(2.9)

Pada gambar 2.4, kita dapat menghubungkan gaya elastis fS1 dan fS2 terhadap u1

dan u2. Gaya fS1 pada lantai pertama tersusun atas 𝑓_𝑆1^𝑎dari tingkat atas dan 𝑓_𝑆1^𝑏dari tingkat bawah. Oleh karena itu,

𝑓_𝑆1 = 𝑓_𝑆1^𝑏 + 𝑓_𝑆1^𝑎 (2.10a)

𝑓_𝑆1 = 𝑘₁𝑢₁+ 𝑘₂(𝑢₁− 𝑢₂)

Gaya fS2 pada lantai kedua adalah

𝑓_𝑆2 = 𝑘₂(𝑢₁− 𝑢₂) (2.10b)

Jika ditulis dalam bentuk matriks : {𝑓_𝑆1

𝑓_𝑆2} = [𝑘₁+ 𝑘₂ −𝑘₂

−𝑘₂ 𝑘₂ ] {𝑢₁

𝑢₂} 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑓_𝑠 = 𝑘𝑢 (2.11)

Dengan cara yang sama pada persamaan (2.10), dapat diperoleh

𝑓_𝐷1 = 𝑐₁𝑢₁̇ + 𝑐₂(𝑢̇₁− 𝑢̇₂) 𝑓_𝐷2= 𝑐₂(𝑢̇₂− 𝑢̇₁) (2.12)

Jika ditulis dalam bentuk matriks:

{𝑓_𝐷1

𝑓_𝐷2} = [𝑐₁+ 𝑐₂ −𝑐₂

−𝑐₂ 𝑐₂ ] {𝑢̇₁

𝑢̇₂} 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑓_𝐷 = 𝑐𝑢̇ (2.13)

Dengan mensubstitusikan persamaan (2.11) dan persamaan (2.13) kedalam persamaan (2.6), maka diperoleh

𝑃(𝑡) = 𝑚𝑢̈ + 𝑐𝑢̇ + 𝑘𝑢 (2.14)

(33)

2.2 Sistem Rangka Baja Bresing Terkekang Tekuk (BRB)

Sistem rangka baja bresing konsentrik merupakan salah satu sistem yang paling umum digunakan untuk menahan gaya lateral. Namun, adanya perilaku tekuk dan kehilangan kekuatan lateral akibat adanya gaya tekan lateral menyebabkan hilangnya perilaku histerik pada sistem konsentrik biasa. Sistem bresing terkekang tekuk merupakan pengembangan dari sistem rangka baja konsentrik, yang merupakan bresing yang didesain memiliki kapasitas tekan sama dengan kapasitas tariknya. BRB merupakan sistem kombinasi dari kekakuan yang tinggi dan daktilitas yang tinggi sehingga mengakibatkan kemampuan BRB menahan tekan dan tarik hampir sama.

Gambar 2.5 Contoh Sistem Rangka Bresing Tahan Tekuk Sumber : Wind and Earthquake Resistant Building, 2005

2.3 Peraturan Pembebanan Gempa Berdasarkan SNI 1726 : 2012

Saat ini, peraturan yang digunakan untuk menghitung beban gempa adalah SNI 1726 : 2012. Beban – beban gempa akan dianalisis berdasarkan peraturan yang berlaku di Indonesia saat ini, yaitu tata cara perencanaan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung SNI 1726 : 2012. Pada peraturan ini dijelaskan faktor – faktor yang berhubungan dengan perhitungan untuk analisis beban gempa, yaitu :

(34)

1. Gempa rencana dan faktor keutamaan gedung 2. Kategori desain seismik

3. Sistem penahan gaya seismik

2.3.1 Gempa Rencana dan Faktor Keutamaan Gedung

Tata cara ini menentukan pengaruh gempa rencana yang harus ditinjau dalam perencanaan dan evaluasi struktur bangunan gedung dan non gedung serta berbagai bagian dan peralatannya secara umum. Gempa rencana ditetapkan sebagai gempa dengan kemungkinan terlewati besarannya selama umur struktur bangunan 50 tahun adalah sebesar 2 persen. Dalam menentukan kategori risiko bangunan dan faktor keutamaan bangunan bergantung dari fungsi/jenis pemanfaatan bangunan tersebut.

Nilai kategori risiko dan faktor keutamaan diatur pada tabel berikut.

Tabel 2.1 Kategori Risiko Bangunan Gedung dan Non Gedung untuk Beban Gempa

Jenis pemanfaatan Kategori risiko

Gedung dan struktur lainnya yang memiliki risiko rendah terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:

 Fasilitas pertanian, peternakan, dan perikanan

 Fasilitas sementara

 Gudang penyimpanan

 Rumah jaga dan struktur kecil lainnya

I

(35)

Tabel 2.1 Lanjutan

Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam kategori risiko I,III,IV, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:

 Perumahan

 Rumah toko dan rumah kantor

 Pasar

 Gedung perkantoran

 Gedung apartemen/ Rumah susun

 Pusat perbelanjaan/ Mall

 Bangunan industri

 Fasilitas manufaktur

 Pabrik

II

Gedung dan struktur lainnya yang memiliki risiko tinggi terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:

 Bioskop

 Gedung pertemuan

 Stadion

 Fasilitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit gawat darurat

 Fasilitas penitipan anak

 Penjara

 Bangunan untuk orang jompo

III

(36)

Tabel 2.1 Lanjutan

Gedung dan struktur lainnya yang ditunjukkan sebagai fasilitas yang penting, termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk:

Bangunan-bangunan monumental

 Gedung sekolah dan fasilitas pendidikan

 Rumah sakit dan fasilitas kesehatan lainnya yang memiliki fasilitas bedah dan unit gawat darurat

IV

Sumber : SNI 1726 : 2012

Tabel 2.2 Faktor Keutamaan Gempa

Kategori Risiko Faktor Keutamaan Gempa, I

I atau II 1,0

III 1,25

IV 1,50

Sumber : SNI 1726 : 2012

2.3.2 Klasifikasi Situs dan Parameter

Berdasarkan sifat-sifat tanah pada situs, maka situs harus diklasifikasi sebagai kelas situs SA, SB, SC, SD, SE, atau SF. Bila sifat-sifat tanah tidak teridentifikasi secara jelas sehingga tidak bisa ditentukan kelas situs-nya, maka kelas situs SE dapat digunakan kecuali jika pemerintah/dinas yang berwenang memiliki data geoteknik yang dapat menentukan kelas situs SF.

(37)

Tabel 2.3 Klasifikasi Situs

Kelas Situs 𝑣_𝑠 (m/detik) 𝑁 atau 𝑁_𝑐ℎ 𝑆_𝑢(kPa)

SA (batuan keras) > 1500 N/A N/A

SB (batuan) 750 sampai 1500 N/A N/A

SC (tanah keras, sangat padat dan batuan lunak)

350 sampai 750 > 50 ≥ 100

SD (tanah sedang) 175 sampai 350 15 sampai 50 50 sampai 100

SE (tanah lunak) < 175 < 15 < 50

Atau setiap profil tanah yang mengandung lebih dari 3 m tanah dengan karateristik sebagai berikut :

1. Indeks plastisitas, PI > 20 2. Kadar air, w ≥ 40%

3. Kuat geser niralir, 𝑆_𝑢< 25 kPa SF (tanah khusus,

yang membutuhkan investigasi

geoteknik spesifik dan analisis respons spesifik

Setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah satu atau lebih dari karakteristik berikut:

 Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat beban gempa seperti mudah likuifaksi, lempung sangat sensitif,

tanah tersementasi lemah situs yang

mengikuti Pasal 6.10.1)

 Lempung sangat organik dan/atau gambut (ketebalan H

> 3 m)

 Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H >

7.5 m dengan Indeks Plasitisitas PI > 75) Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan ketebalan H

> 35 m dengan 𝑆_𝑢 < 50 kPa Sumber : SNI 1726 : 2012

(38)

2.3.3 Parameter Percepatan Gempa

Parameter 𝑆_𝑠 (percepatan batuan dasar pada perioda pendek) dan 𝑆₁ (percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik) harus ditetapkan masing-masing dari respons spektral percepatan 0,2 detik dan 1 detik dalam peta gerak tanah seismik pada Bab 14 SNI 1726 2012 dengan kemungkinan 2 persen terlampaui dalam 50 tahun (𝑀𝐶𝐸_𝑅, 2 persen dalam 50 tahun dan dinyatakan dalam bilangan desimal terhadap percepatan gravitasi.

Untuk penentuan respons spektral percepatan gempa 𝑀𝐶𝐸_𝑅 di permukaan tanah, diperlukan suatu faktor amplifikasi seismik pada perioda 0,2 detik dan perioda 1 detik.

Faktor amplifikasi meliputi faktor amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran perioda pendek (𝐹_𝑎) dan faktor amplifikasi getaran terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik (𝐹_𝑣). Parameter spectrum respons percepatan pada perioda pendek (𝑆_𝑀𝑆) dan perioda 1 detik (𝑆_𝑀1) yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs, harus ditentukan dengan perumusan berikut ini:

𝑆_𝑀𝑆 = 𝐹_𝑎𝑆_𝑠 → 𝑆_𝐷𝑆 = 2 3⁄ 𝑆_𝑀𝑆 (2.15)

𝑆_𝑀1= 𝐹_𝑣𝑆₁ → 𝑆_𝐷1= 2 3⁄ 𝑆_𝑀1 (2.16)

Keterangan:

𝑆_𝑠 = parameter respons spektral percepatan gempa 𝑀𝐶𝐸_𝑅 terpetakan untuk periode pendek;

𝑆₁ = parameter respons spektral percepatan gempa 𝑀𝐶𝐸_𝑅 terpetakan untuk periode 1,0 detik.

Koefisien 𝐹_𝑎 dan 𝐹_𝑣 ditentukan berdasarkan Tabel 2.4 dan Tabel 2.5

(39)

Tabel 2.4 Koefisien situs, 𝐹_𝑎

Kelas Situs Parameter respons spektral gempa (𝑀𝐶𝐸_𝑅) terpetakan pada periode pendek T = 0,2 detik, 𝑆_𝑠

𝑆_𝑠 ≤ 0,25 𝑆_𝑠 = 0,5 𝑆_𝑠 = 0,75 𝑆_𝑠 = 1 𝑆_𝑠 ≥ 1,25

SA 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

SB 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

SC 1,2 1,2 1,1 1,0 1,0

SD 1,6 1,4 1,2 1,1 1,0

SE 2,5 1,7 1,2 0,9 0,9

SF 𝑆𝑆^𝑏

Sumber : SNI 1726 : 2012

Tabel 2.5 Koefisien situs, 𝐹_𝑣

Kelas Situs Parameter respons spektral gempa (𝑀𝐶𝐸_𝑅) terpetakan pada periode 1 detik, 𝑆₁

𝑆₁ ≤ 0,1 𝑆₁ = 0,2 𝑆₁= 0,3 𝑆₁ = 0,4 𝑆₁ ≥ 0,5

SA 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

SB 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

SC 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3

SD 2,4 2 1,8 1,6 1,5

SE 3,5 3,2 2,8 2,4 2,4

SF 𝑆𝑆^𝑏

Sumber : SNI 1726 : 2012

2.3.4 Parameter Percepatan Spektral Desain

Bila spektrum respons desain diperlukan oleh tata cara ini dan prosedur gerak tanah dari spesifik-situs tidak digunakan, maka kurva spektrum respons desain harus dikembangkan dengan mengacu Gambar 2.2 dan mengikuti ketentuan di bawah ini :

1. Untuk perioda yang lebih kecil dari 𝑇₀ , spektrum respons percepatan desain, 𝑆_𝑎,

(40)

harus diambil dari persamaan : 𝑆_𝑎 = 𝑆_𝐷𝑆(0,4 + 0,6 𝑇

𝑇₀) (2.17)

2. Untuk perioda lebih besar dari atau sama dengan 𝑇₀ dan lebih kecil dari atau sama dengan 𝑇_𝑠, spektrum respons percepatan desain, 𝑆_𝑎 , sama dengan 𝑆_𝐷𝑆; 3. Untuk perioda lebih besar dari 𝑇_𝑠, spektrum percepatan desain, 𝑆_𝑎, diambil

berdasarkan persamaan :

𝑆_𝑎 =𝑆₁

𝑇 (2.18)

Keterangan :

𝑆_𝐷𝑆 = parameter respons spektral percepatan desain pada perioda pendek;

𝑆_𝐷1= parameter respons spektral percepatan desain pada perioda 1 detik;

𝑇 = perioda getar fundamental struktur 𝑇₀ = 0,2𝑆_𝐷1

𝑆_𝐷𝑆 𝑇_𝑠 =𝑆_𝐷1

𝑆_𝐷𝑆

(41)

Gambar 2.6 Spektrum Respons Desain Sumber : SNI 1726 : 2012 2.3.5 Kategori Desain Seismik

Kategori desain seismik bangunan ditetapkan berdasarkan kategori risiko bangunan dan parameter respons spektral percepatan desain yaitu 𝑆_𝐷𝑆 dan 𝑆_𝐷1. Masing-masing bangunan dan struktur harus ditetapkan ke dalam kategori desain seismik berdasarkan Tabel 2.6 dan 2.7.

Tabel 2.6 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Percepatan Respons Pada Perioda Pendek

Nilai 𝑆_𝐷𝑆 Kategori Risiko

I atau II atau III IV

𝑆_𝐷𝑆 < 0,167 A A

0,167 < 𝑆_𝐷𝑆 < 0,33 B C

0,33 ≤ 𝑆_𝐷𝑆 < 0,50 C D

0,50≤ 𝑆_𝐷𝑆 D D

Sumber : SNI 1726 : 2012

(42)

Tabel 2.7 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Percepatan Respons pada Perioda 1 Detik

Sumber : SNI 1726 : 2012

2.3.6 Faktor 𝑹, 𝑪_𝒅, 𝐝𝐚𝐧 𝛀_𝟎

Faktor koefisien modifikasi respon (R), pembesaran defleksi (Cd), dan faktor kuat lebih sistem (Ωo) untuk sistem rangka bangunan ditentukan berdasarkan Tabel 2.8. Faktor-faktor tersebut ditentukan berdasarkan sistem penahan gaya seismik struktur bangunan.

Tabel 2.8. Faktor 𝑅, 𝐶_𝑑, dan Ω₀ untuk sistem penahan gempa

Sistem penahan gaya seismik

Koefisien modifikasi respons R

Faktor kuat lebih sistem

Ωo

Faktor pembesaran defleksi

Cd

Batasan sistem struktur dan batasan tinggi struktur, hn (m)^c

Kategori desain seismik

B C D E F

Sistem Rangka Bangunan

1. Rangka baja dengan

bresing eksentris 8 2 4 TB TB 48 48 30

2. Rangka baja dengan bresing konsentris khusus

6 2 5 TB TB 48 48 30

3. Rangka baja dengan bresing konsentris biasa

3 ¼ 2 3 ¼ TB TB 10^J 10^J TI^J

4. Dinding geser beton

bertulang khusus 6 2 ½ 5 TB TB 48 48 30

bertulang biasa 5 2 ½ 4 ½ TB TB TI TI TI

polos detail 2 2 ½ 2 TB TI TI TI TI

polos biasa 1 ½ 2 ½ 1 ½ TB TI TI TI TI

8. Dinding geser

pracetak menengah 5 2 ½ 4 ½ TB TB 12^k 12^k 12^k

9. Dinding geser

pracetak biasa 4 2 ½ 4 TB TI TI TI TI

Nilai 𝑆_𝐷1 Kategori Risiko

I atau II atau III IV

𝑆_𝐷1< 0,167 A A

0,067 < 𝑆_𝐷1< 0,133 B C

0,133 ≤ 𝑆_𝐷1< 0,20 C D

0,20≤ 𝑆_𝐷1 D D

(43)

10. Rangka baja dan beton komposit dengan bresing eksentris

8 2 4 TB TB 48 48 30

11. Rangka baja dan beton komposit dengan bresing konsentris khusus

5 2 4 ½ TB TB 48 48 30

12. Rangka baja dan beton komposit dengan bresing konsentris biasa

3 2 3 TB TB TI TI TI

13. Dinding geser pelat baja dan beton komposit

6 ½ 2 ½ 5 ½ TB TB 48 48 30

14. Dinding geser baja dan beton komposit khusus

6 2 ½ 5 TB TB 48 48 30

15. Dinding geser baja dan beton komposit biasa

5 2 ½ 4 ½ TB TB TI TI TI

16. Dinding geser batu bata bertulang khusus

5 ½ 2 ½ 4 TB TB 48 48 30

17. Dinding geser batu bata bertulang menengah

4 2 ½ 4 TB TB TI TI TI

18. Dinding geser batu

bata bertulang biasa 2 2 ½ 2 TB 48 TI TI TI

bata polos detail 2 2 ½ 2 TB TI TI TI TI

bata polos biasa 1 ½ 2 ½ 1 ¼ TB TI TI TI TI

bata prategang 1 ½ 2 ½ 1 ¾ TB TI TI TI TI

22. Dinding rangka ringan (kayu) yang dilapisi dengan panel struktur kayu yang dimaksudkan untuk tahanan geser

7 2 ½ 4 ½ TB TB 22 22 22

23. Dinding rangka ringan (baja canai ringan) yang dilapisi dengan struktur kayu yang dimaksudkan untuk tahanan geser, atau dengan lembaran baja

7 2 ½ 4 ½ TB TB 22 22 22

24. Dinding rangka ringan dengan panel geser dari semua material lainnya

2 ½ 2 ½ 2 ½ TB TB 10 TB TB

(44)

25. Rangka baja dengan bresing terkekang terhadap tekuk

8 2 ½ 5 TB TB 48 48 30

26. Dinding geser dengan pelat baja khusus

7 2 6 TB TB 48 48 30

Sumber : SNI 1726 : 2012

2.3.7 Perioda Fundamental Pendekatan

Untuk menentukan perioda fundamental struktur (T), digunakan perioda fundamental pendekatan (Ta).Perioda fundamental pendekatan (Ta) dalam detik, ditentukan dari persamaan berikut.

𝑇_𝑎 = 𝐶_𝑡ℎ_𝑛^𝑥 (2.19)

Keterangan:

hn = ketinggian struktur dalam (m) di atas dasar sampai tingkat tertinggi struktur Koefisien 𝐶_𝑡 dan x ditentukan dari Tabel 2.9.

Tabel 2.9 Koefisien 𝐶_𝑡 dan x

Tipe Struktur 𝐶_𝑡 x

Sistem rangka pemikul momen di mana rangka memikul 100 persen gaya gempa yang disyaratkan dan tidak dilingkupi atau dihubungkan dengan komponen yang lebih kaku dan akan mencegah rangka dari defleksi jika dikenai gaya gempa:

Rangka baja pemikul momen 0,0724^a 0,8

Rangka beton pemikul momen 0,0466^a 0,9

Rangka baja dengan bresing eksentris 0,0731^a 0,75

Rangka baja dengan bresing terkekang terhadap tekuk 0,0731^a 0,75

Semua sistem struktur lainnya 0,0488^a 0,75

Sumber : SNI 1726 : 2012 2.3.8 Simpangan Ijin (𝚫)

Berdasarkan SNI 03-1726-2012, simpangan antar lantai tingkat desain (Δ) tidak boleh melebihi simpangan antar lantai ijin (Δa). Simpangan antar lantai ijin (Δa)

(45)

dapat dilihat pada tabel berikut ini. Hsx pada tabel menunjukkan tinggi tingkat dibawah tingkat x.

Tabel 2.10 Simpangan Lantai Ijin (Δa)

Struktur Kategori Risiko

I atau II III IV

Struktur, selain dari struktur dinding geser batu bata, 4 tingkat atau kurang dengan dinding interior, partisi, langit-langit dan sistem dinding eksterior yang telah didesain untuk mengakomodasi simpangan antar lantai

0,025 hsx 0,020 hsx 0,015 hsx

Struktur dinding geser kantilever batu bata 0,010 hsx 0,010 hsx 0,010 hsx Struktur dinding geser batu bata lainnya 0,007 hsx 0,007 hsx 0,007 hsx Semua struktur lainnya 0,020 hsx 0,020 hsx 0,020 hsx Sumber : SNI 1726 : 2012

Keterangan:

hsx adalah tinggi tingkat di bawah tingkat x

2.4 Peraturan Pembebanan Berdasarkan SNI 1727 : 2013 dan PPIUG 1983 2.4.1 Beban Mati

Beban mati yang ditinjau meliputi berat sendiri dari bahan – bahan bangunan penting dan beberapa komponen gedung diambil dari tabel 2.11.

Tabel 2.11 Berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung

BAHAN BANGUNAN Satuan

Baja 7.850 kg/m³

Batu Alam 2.600 kg/m³

Batu belah, batu bulat, batu gunung (berat tumpuk) 1.500 kg/m³

Batu karang (berat tumpuk) 700 kg/m³

Batu pecah 1.450 kg/m³

Besi tuang 7.250 kg/m³

Beton (¹) 2.200 kg/m³

Beton bertulang (²) 2.400 kg/m³

Kayu (Kelas I) (³) 1.000 kg/m³

Kerikil, koral (kering udara sampai lembap, tanpa diayak) 1.650 kg/m³

(46)

Tabel 2.11 Lanjutan

Pasangan bata merah 1.700 kg/m³

Pasangan batu belah, batu belat, batu gunung 2.200 kg/m³

Pasangan batu cetak 2.200 kg/m³

Pasangan batu karang 1.450 kg/m³

Pasir (kering udara sampai lembap) 1.600 kg/m³

Pasir (jenuh air) 1.800 kg/m³

Pasir kerikil, koral (kering udara sampai lembap) 1.850 kg/m³ Tanah, lempung dan lanau (kering udara sampai lembap) 1.700 kg/m³

Tanah, lempung dan lanau (basah) 2.000 kg/m³

Tanah hitam 11.400 kg/m³

KOMPONEN GEDUNG Satuan

Adukan, per cm tebal :

 dari semen 21 kg/m²

 dari kapur, semen merah atau tras 17 kg/m²

Aspal, termasuk bahan-bahan mineral tambahan, per cm tebal 14 kg/m² Dinding Pas. Bata merah :

 satu batu 450 kg/m²

 setengah batu 250 kg/m²

Dinding pasangan batako : Berlubang :

 tebal dinding 20 cm (HB 20) 200 kg/m²

 tebal dinding 10 cm (HB 10) 120 kg/m²

Tanpa lubang

 tebal dinding 15 cm 300 kg/m²

 tebal dinding 10 cm 200 kg/m²

Langit-langit dan dinding (termasuk rusuk-rusuknya, tanpa penggantung langit-langit atau pengaku), terdiri dari :

 semen asbes (eternit dan bahan lain sejenis), dengan

tebal maksimum 4 mm 11 kg/m²

 kaca, dengan tebal 3 – 4 mm 10 kg/m²

Lantai kayu sederhana dengan balok kayu, tanpa langit-langit dengan bentang maksimum 5m dan untuk beban

hidup maksimum 200 kg/m²

40 kg/m² Penggantung langit-langit (dari kayu), dengan bentang

maksimum 7 kg/m²5m dan jarak s.k.s minimum 0,8 m 7 kg/m² Penutup atap genting dengan reng dan usuk/kaso per m² 50 kg/m² Bidang atap

Penutup atap sirap dengan reng dan usuk/kaso per m² 40 kg/m² Penutup atap seng gelombang (BWG 24) tanpa gordeng 10 kg/m² Penutup lantai dari ubin semen portland, teraso dan beton,tanpa

adukan, per cm tebal 24 kg/m²