x
PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA BAJA
BRESING TAHAN GEMPA
Alderman Tambos Budiarto Simanjuntak NRP : 0221016
Pembimbing : Yosafat Aji Pranata, S.T.,M.T.
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
ABSTRAK
Material baja sebagai bahan konstruksi telah digunakan sejak lama mengingat keunggulannya dibandingkan material konstruksi yang lain. Dalam perencanaan struktur bangunan, kita juga tidak boleh mengabaikan faktor gempa yang mungkin sewaktu-waktu dapat terjadi. Sebagaimana kita ketahui bersama, wilayah Indonesia merupakan daerah rawan terjadinya gempa. Dampak yang terjadi akibat gempa tentu akan mengakibatkan kerugian. Baik dari segi material maupun korban jiwa. Yang lebih parahnya lagi adalah, gempa dapat melumpuhkan aktivitas suatu daerah tertentu.
Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah merencanakan struktur gedung baja tahan gempa dengan menggunakan Bresing tipe D dan Bresing tipe V terbalik. Pembahasan meliputi penentuan profil baja yang akan digunakan sebagai elemen struktur balok dan kolom, gaya geser, desain sambungan, penentuan profil Bresing.
Hasil desain bangunan dengan menggunakan Bresing tipe D dan V terbalik memberikan hasil yang tidak jauh berbeda untuk nilai rasio P/M. Nilai gaya geser arah-y (Vy) mempunyai perbedaan sebesar 0,84%, sedangkan nilai
gaya geser nominal arah-x (Vx) mempunyai perbedaan sebesar 8,23%. Hal ini
terjadi karena perbedaan berat total dari kedua jenis bangunan. Perbedaan nilai Vu
pada balok sebesar 25,24%, dan Mu memiliki perbedaan sebesar 7,13%.
Perbedaan nilai Vu pada kolom memiliki perbedaan sebesar 57,77%, sedangkan
untuk nilai Mu memiliki perbedaan sebesar 19,56%, dan untuk nilai Nu sebesar
33,49%. Sedangkan pada reaksi tumpuan, perbedaan yang terjadi untuk nilai Nu
sebesar 37,73%, Vu sebesar 4,55%, dan Mu sebesar 22,19%. Pada desain
sambungan terdapat perbedaan jumah baut pada sayap untuk desain sambungan balok-kolom sebesar 50% dan jumlah baut pada sambungan bresing sebesar 50%. Tebal las yang dibutuhkan juga tidak ada perbedaan, kecuali panjang las dimana mengalami perbedaan sebesar 25%. Secara umum, kedua jenis bresing ini tidak begitu berbeda, tetapi lebih baik menggunakan bresing tipe V terbalik.
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... ii
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... v
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN ... vi
ABSTRAK ... x
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xix
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penulisan ... 2
1.3 Ruang Lingkup Penulisan ... 2
1.4 Sistematika Penulisan... 3
BAB 2 TINJAUAN LITERATUR ... 4
2.1 Baja ... 4
2.1.1 Perilaku Tegangan-Regangan ... 6
2.1.2 Sifat Mekanis Baja ... 8
2.1.3 Jenis Profil Baja Struktur ... 8
2.1.4 Struktur Balok Baja WF ... 9
2.1.5 Lendutan (Deflection) ... 18 2.1.6 Sambungan ... 19 2.1.7 Bracing ... 22 2.2 Beban... ... 24 2.2.1 Beban Gravitasi ... 24 2.2.2 Beban Gempa ... ... 25
xii
2.3 Peraturan Gempa SNI 1726 - 2002 ... 26
2.3.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung ... 26
2.3.2 Struktur Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan ... 31
2.3.3 Wilayah Gempa ... 32
2.3.4 Pembatasan waktu getar alami fundamental ... 34
2.3.5 Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen ... 34
2.3.6 Waktu Getar Alami Fundamental ... 35
2.3.7 Analisis Statik Ekuivalen ... 36
2.3.8 Kinerja Struktur Gedung ... 36
BAB 3 STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN ... 37
3.1 Data Struktur dan Diagram Bagan Alir Studi ... 37
3.1.1 Data Gedung... 39
3.1.2 Data Material ... 39
3.1.3 Diagram Bagan Alir Studi ... 40
3.2 Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa ... 42
3.2.1 Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa Untuk Gedung A ...43
3.2.2 Analisis Struktur Terhadap Beban Gempa Untuk Gedung B...53
3.3 Hasil Analisis Struktur dan Desain ... 53
3.3.1 Hasil Analisis Struktur Gedung ... 59
3.3.2. Desain Sambungan ... 64
3.4 Pembahasan ... 65
BAB 4 KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
4.1 Kesimpulan ... 69
4.2 Saran ... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 71
xiii
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
A Luas penampang profil melintang, mm2Ae Luas efektif per satuan panjang, mm2
g
A Luas penampang bruto, mm2 n
A Luas penampang netto, mm2 Aw Luas pelat badan, mm2
f
b Lebar pelat sayap, mm b
C Faktor untuk menghitung gradien momen kekuatan balok b
d Diameter baut nominal pada daerah tak berulir, mm Es Modulus elastisitas baja, MPa
fr Tegangan sisa; 70 MPa untuk penampang giling, 114 MPa untuk
penampang las
fu Tegangan putus minimum, MPa
fy Tegangan leleh minimum, MPa cr
f Tegangan tekan kritis, MPa
fL Tegangan leleh dikurangi tegangan sisa, MPa
b u
f Tegangan tarik putus baut, MPa fuw Kuat nominal las, N
G Modulus geser baja
Ix Momen inersia sumbu-x, mm4
Iy Momen inersia sumbu-y, mm4 J Konstanta puntir, mm4
c
k Faktor panjang tekuk kn Koefisien tekuk geser
L Panjang bentang, mm
Lb Jarak antara penopang lateral, mm p
L Panjang penampang primer, mm
Lr Panjang bentang minimum untuk balok yang kekuatannya mulai
ditentukan oleh momen kritis tekuk lateral, mm 1
M Momen ujung terkecil, N-mm 2
M Momen ujung terbesar, N-mm nx
M Momen lentur nominal penampang komponen struktur terhadap sumbu x ny
M Momen lentur nominal penampang komponen struktur terhadap sumbu y m Jumlah bidang geser
p
M Momen lentur yang menyebabkan seluruh penampang mengalami tegangan leleh, N-mm
Mr Momen batas tekuk, Nmm
My Momen leleh, Nmm
n Jumlah baut
xiv u
P Beban aksial terfaktor, N Pbr Kuat minimal bresing, kips
Py Gaya aksial leleh, Nmm
d
R Kuat rencana, N Rn Kuat nominal, N
Ru Beban terfaktor atau kuat perlu, N y
r Jari-jari girasi terhadap sumbu lemah, mm x
r Jari-jari girasi terhadap sumbu kuat, mm x
S Modulus elastis penampang pada sumbu-x, 3 mm y
S Modulus elastis penampang pada sumbu-y, mm 3 T Kapasitas tarik leleh, N
d
T Kuat tarik rencana, N f
t Tebal sayap, mm p
t Tebal pelat, mm w
t Tebal badan dari profil, mm d
V Kuat geser rencana baut, N Vn Kuat geser nominal baut, N Vu Kuat geser nominal, N
X1 Koefisien untuk perhitungan momen tekuk lateral, MPa
X2 Koefisien untuk perhitungan momen tekuk lateral, MPa
Z Modulus plastis
μ Rasio poisson c
Parameter kelangsingan p
Batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang kompak r
Batas maksimum untuk penampang tak kompak
λw Perbandingan lebar terhadap tebal badan
λf Perbandingan lebar terhadap tebal sayap
Faktor reduksi b
Faktor reduksi kuat lentur
ϕc Faktor reduksi kuat tekan
ϕPn Batas leleh n
R
Kuat rencana menggunakan resultan, N/mm
ϕRnw Tahanan las rencana, N/mm
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Tegangan-Regangan Baja ... 7
Gambar 2.2 Profil-Profil Standar ... 9
Gambar 2.3 Elemen Tarik dan Tekan Kondisi Elatis ... 10
Gambar 2.4 Diagram Distribusi Tegangan Lentur ... 11
Gambar 2.5 Penampang Balok Profil IWF ... 12
Gambar 2.6 Balok yang Ditumpu Lateral ... 14
Gambar 2.7 Perilaku Balok ... 15
Gambar 2.8 Tata Letak Baut ... 22
Gambar 2.9 Respons Spektrum Gempa Rencana ... 33
Gambar 3.1 Model 3D... 39
Gambar 3.2 Diagram Bagan Alir ... 41
Gambar 3.3 Gedung dengan Bresing tipe D ... 42
Gambar 3.4 Gedung dengan Bresing tipe V terbalik ... 43
Gambar 3.5 Nilai Periode Getar ... 44
Gambar 3.6 Input Beban Statis ... 44
Gambar 3.7 Massa Bangunan A ... 45
Gambar 3.8 Massa Bangunan B... 45
Gambar 3.9 Respons Spektrum Wilayah 4 ... 46
Gambar 3.10 Input Beban (Fy) pada Statik ekuivalen ... 50
Gambar 3.11 Input Beban (Fx) pada Statik ekuivalen ... 50
Gambar 3.12 Input Beban (Fy) pada Statik ekuivalen ... 56
Gambar 3.13 Input Beban (Fx) pada Statik ekuivalen ... 57
Gambar 3.14 Tampak atas Gedung dengan Bresing tipe D ... 60
Gambar 3.15 Tampak Portal Potongan 1-1 ... 60
Gambar 3.16 Lendutan pada Balok B1 pada Portal 1-1... 61
Gambar 3.17 Tampak Portal Potongan 2-2 ... 61
Gambar 3.18 Lendutan pada Balok B2 pada Portal 2-2... 61
Gambar 3.19 Tampak atas Gedung dengan Bresing tipe V terbalik ... 62
Gambar 3.20 Tampak Portal Potongan 1-1 ... 63
xvi
Gambar 3.22 Tampak Portal Potongan 2-2 ... 64 Gambar 3.23 Lendutan pada Balok B4 pada Portal 2 ... 64
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Mekanis Baja ... 8
Tabel 2.2 Batas Lendutan Maksimum ... 19
Tabel 2.3 Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung ... 25
Tabel 2.4 Faktor Keutamaan I Untuk Berbagai Kategori Gedung dan Bangunan... 26
Tabel 2.5 Faktor Daktilitas Maksimum, Faktor Reduksi Gempa Maksimum, Faktor Tahanan Lebih Struktur dan Faktor Tahanan Lebih Total Beberapa Jenis Sistem dan Subsistem Struktur Gedung ... 27
Tabel 2.6 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung ... 34
Tabel 3.1 Nilai Vby pada Bresing tipe D ... 47
Tabel 3.2 Nilai Vbx pada Bresing tipe D ... 47
Tabel 3.3 Nilai Fy Berdasarkan Bresing tipe D ... 48
Tabel 3.4 Nilai Fx Berdasarkan Bresing tipe D ... 49
Tabel 3.5 Nilai Ty(Ray) pada Bresing tipe D ... 51
Tabel 3.6 Nilai Tx(Ray) pada Bresing tipe D ... 52
Tabel 3.7 Nilai Vby pada Bresing tipe V terbalik ... 53
Tabel 3.8 Nilai Vbx pada Bresing tipe V terbalik ... 54
Tabel 3.9 Nilai Fy Berdasarkan Bresing tipe V terbalik... 55
Tabel 3.10 Nilai Fx Berdasarkan Bresing tipe V terbalik... 55
Tabel 3.11 Nilai Ty(Ray) pada Bresing tipe V terbalik ... 57
Tabel 3.12 Nilai Tx(Ray) pada Bresing tipe V terbalik ... 58
Tabel 3.13 Perbandingan Nilai Fy ... 65
Tabel 3.14 Perbandingan Nilai Fx ... 65
Tabel 3.15 Perbandingan Waktu Getar Alami ... 66
Tabel 3.16 Perbandingan Nilai pada Gaya-Gaya Dalam dan Lendutan ... 66
Tabel 3.17 Perbandingan Nilai pada Gaya-Gaya Dalam pada Kolom ... 67
Tabel 3.18 Perbandingan Nilai Reaksi Tumpuan ... 67
Tabel 3.19 Perbandingan Desain Sambungan Balok-Kolom ... 67
Tabel 3.20 Perbandingan Nilai Desain Sambungan Balok Induk-Balok Anak ... 68
xviii
Tabel 3.22 Perbandingan Tebal Las ... 68 Tabel 3.23 Perbandingan Panjang Las ... 69
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Pemodelan Gedung ... 73
Lampiran 2 Nilai Periode Getar ... 89
Lampiran 3 Pembahasan Rasio P/M ... 93
Lampiran 4 Desain Sambungan ... 122
Lampiran 5 Kuat Las Rencana ... 145
Lampiran 6 Perhitungan Bresing ... ... 149
Lampiran 7 Preliminary Desain ... ... 152
