BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Portal Beton
Portal adalah struktur rangka yang terdiri dari kolom dan balok yang
sambungannya kaku, atau disebut juga rigid frame.Portal bertingkat dapat
dibangun dengan bahan struktur beton bertulang atau pun baja profil. Bila jumlah
tingkat terlalu banyak portal dapat diperkuat dengan sistem penahan beban lateral
berupa dinding geser (shear wall) atau inti struktural (structural core). Portal
bertingkat juga mungkin diperkuat dengan diagonal-diagonal yang membentuk
bidang-bidang rangka kaku, yang berfungsi sebagai dinding geser.
2.1.1 Beton Bertulang
Beton adalah suatu campuran yang terdiri dari pasir, kerikil, batu pecah,
atau agregat-agregat lain yang dicampur menjadi satu dengan suatu pasta yang
terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa mirip batuan. Beton sendiri
memiliki kuat tekan yang tinggi tetapi kuat tarik yang sangat rendah.Nilai kuat
tarik beton hanya sekitar 9% - 15% dari kuat tekannya.Beton bertulang adalah
suatu kombinasi antara beton dan baja dimana tulangan baja berfungsi
menyediakan kuat tarik yang tidak dimiliki oleh beton. McCormac,( 2004, h.1).
Istimawan menyebutkan, kerjasama antara bahan beton dan baja tulangan
hanya dapat terwujud dengan didasarkan pada keadaan-keadaan ; (1) lekatan
sempurna antara batang tulangan baja dengan beton keras yang membungkusnya
sehingga tidak terjadi penggelinciran diantara keduanya; (2) beton yang
mengelilingi batang tulangan baja bersifat kedap sehingga mampu melindungi dan
mencegah terjadinya karat baja; (3) angka muai kedua bahan hampir sama,
dimana untuk setiap kenaikan suhu satu derajat Celcius angka muai beton
0,000010 sampai 0,000013 sedangkan baja 0,000012, sehingga tegangan yang
2.1.2 Sifat-sifat Beton Bertulang
a. Kuat Tekan
Kuat tekan beton (fc’) ditentukan dengan melakukan uji kegagalan
terhadap silinder-silinder beton 6in. x 12 in. yang berumur 28 hari pada tingkat
pembebanan tertentu. Selama periode 28 hari ini silinder beton biasanya
ditempatkan di dalam air atau dalam sebuah ruangan dengan temperature tetap
dan kelembapan 100%. Kurva tegangan-regangan pada gambar 2.1 menampilkan
hasil yang dicapai dari uji kompresi terhadap sejumlah silinder uji standart
berumur 28 hari yang kekuatannya beragam.
Gambar 2.1 Kurva tegangan-regangan beton yang umum, dengan pembebanan jangka
pendek
Berikut beberapa hal penting yang didapat dari grafik:
a. Kurva hampir lurus ketika beban ditingkatkan dari nol sampai kira-kira
1/3 – ½ kekuatan maksimum beton.
b. Di atas kurva ini perilaku betonnya nonlinear. Ketidaklinearan kurva
tegangan-regangan beton pada tegangan yang lebih tinggi ini
mengakibatkan beberapa masalah ketika kita melakukan analisis
structural terhadap konstruksi beton karena perilaku konsruksi tersebut
c. Satu hal penting yang harus diperhatikan adalah kenyataan bahwa berapa
pun besarnya kekuatan beton, semua beton akan mencapai kekuatan
puncak nya pada regangan sekitar 0,002.
d. Beton tidak memiliki titik leleh yang pasti; sebaliknya kurva beton akan
tetap bergerak mulus hingga tiba di titik kegagalan (point of rupture) pada
regangan sekitar 0,003 sampai 0,004.
e. Banyak pengujian telah menunjukkan bahwa kurva-kurva
tegangan-regangan untuk silinder-silinder beton hampir identik dengan kurva-kurva
serupa untuk sisi balok yang mengalami tekan.
f. Harus diperhatikan juga bahwa beton berkekuatan lebih rendah lebih
daktil daripada beton berkekuatan lebih tinggi, artinya beton-beton yang
lebih lemah akan mengalami regangan yang lebih besar sebelum
mengalami kegagalan.
b. Kuat Tarik
Kuat tarik beton bervariasi antara 8% sampai 15% dari kuat
tekannya.Alasan utama dari kuat tarik yang kecil ini adalah kenyataan bahwa
beton dipenuhi oleh retak-retak halus.Retak-retak ini tidak berpengaruh besar bila
beton menerima beban tekan karena beban tekan menyebabkan retak menutup
sehingga memungkinkan terjadinya penyaluran tekanan.Kuat tarik beton tidak
berbanding lurus dengan kuat tekan ultimatnya fc’.Kuat tarik ini cukup sulit untuk
diukur dengan bebean-beban tarik aksial langsung akibat sulitnya memegang
spesimen uji untuk menghindari konsentrasi tegangan dan akibat kesulitan dalam
meluruskan beben-beban tersebut.Kuat tarik beton pada waktu mengalami lentur
sangat penting ketika kita sedang meninjau retak dan lendutan pada balok.Untuk
tujuan ini, kita selama ini menggunakan kuat tarik yang diperoleh dari uji modulus
keruntuhan.
c. Modulus Elastisitas Statis
Beton tidak memiliki modulus elastisitas yang pasti.Nilainya bervariasi
tergantung dari kekuatan beton, umur beton, jenis pembebanan, dan karakteristik
d. Modulus Elastisitas Dinamis
Modulus elastisitas dinamis, yang berkorespons dengan
regangan-regangan sesaat yang sangat kecil, biasanya diperoleh dari uji sonik.Nilainya
biasanya lebih besar 20% - 40% daripada modulus nilai awal.Modulus dinamis ini
biasanya dipakai pada analisis struktur dengan beban gempa atau tumbukan.
e. Poisson Ratio
Ketika sebuah silinder beton menerima beban tekan, silinder tersebut tidak
hanya berkurang tingginya tetapi juga mengalami ekspansi (pemuaian) dalam arah
lateral. Perbandingan ekspansi lateral dengan perpendekan longitudinal ini disebut
sebagai Poisson Ratio. Nilainya bervariasi dari 0,11 untuk beton mutu tinggi dan
0,21 untuk beton mutu rendah, dengan nilai rata-rata 0,16.
f. Susut
Ketika bahan-bahan untuk beton dicampur dan diaduk, pasta yang terdiri
dari semen dan air mengisi rongga-rongga di dalam agregat dan mengikat agregat
tersebut menjadi satu.Campuran ini harus cukup mudah dikerjakan (workable)
dan dapat mengalir sehingga campuran tersebut dapat masuk diantara sela-sela
tulangan dan memenuhi seluruh cetakan.Untuk dapat mencapai tingkat
kemampuan kerja (workability) seperti ini, biasanya digunakan air yang lebih
banyak daripada seharusnya agar semen dan air dapat bereaksi bersama. Setelah
beton selesai dirawat dan mulai mengering, kelebihan campuran air ini mencari
jalan ke permukaan beton, tempat dimana campuran ini akan menguap.
Akibatnya, beton akan susut dan retak. Retak yang dihasilkan akan mengurangi
kekuatan geser beton dan merusak penampilan struktur. Selainitu, retak juga akan
mengakibatkan tulangan terkena udara dari luar, sehingga meningkatkan
kemungkinan terjadinya karat.
g. Rangkak
Ketika menerima beban tekan terus-menerus, beton akan terus mengalami
deformasi untuk waktu yang lama. Setelah deformasi awal terjadi, deformasi yang
beban tekan diterapkan kepada suatu batang beton, terjadi pemendekan sesaat atau
elastis. Jika beban dibiarkan tetap ada untuk waktu yang lama, batang tersebut
akan terus memendek selama beberapa tahun dan deformasi akhir yang terjadi
biasanya sebesar 2 sampai 3 kali deformasi awal. Besar rangkak yang terjadi
sangat tergantung pada besarnya tegangan.Rangkak hampir berbanding lurus
terhadap teganagan selama tegangan yang terjadi tidak lebih besar dari sentengah
fc’.
2.1.3 Kelebihandan Kekurangan Beton Bertulang
Beton bertulang masih merupakan bahan struktur yang paling umum
digunakan secara umum di seluruh dunia baik untuk bangunan gedung, rumah,
jembatan, bendungan, drainase, dan sebagainya. Pemilihan beton ini sebagai
bahan struktur tentunya dengan pertimbangan-pertimbangan dari aspek kelebihan
beton tersebut terhadap jenis bangunan yang akan dibangun. Berikut merupakan
beberapa kelebihan beton sebagai bahan struktur:
1. Beton memiliki kekuatan tekan yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan
kebanyakan bahan struktur lainnya.
2. Beton memiliki ketahanan yang tinggi terhadap temperatur tinggi atau pun api.
3. Pemeliharaan nya mudah dan relatif lebih murah
4. Beton memiliki kekakuan yang cukup tinggi / sangat kaku
5. Lebih mudah dibentuk sesuai dengan bentuk perencanaan yang diinginkan.
6. Usia layan beton yang panjang.
7. Material yang dibutuhkan untuk membuat struktur beton mudah didapat,
seperti kerikil, pasir dan air.
8. Keahlian tenaga kerja yang dibutuhkan untuk membangun konstruksi dengan
bahan beton bertulang lebih rendah dibanding bahan lain contohnya baja.
9. Lebih ekonomis untuk struktur pondasi, basement, pier, dan lain-lain
Kekurangan Beton Bertulang
1. Kuat tarik beton yang rendah
2. Memerlukan bekisting dalam pencetakannya sampai beton mengalami
3. Kekuatan beton per satuan berat yang rendah mengakibatkan berat sendiri
beton besar terutama dalam penggunaannya dalam bentang yang panjang.
4. Kekuatan beton per satuan volume mengakibatkan dimensi beton yang besar
jika menginginkan kekuatan beton yang besar pula.
5. Bervariasinya sifat-sifat beton karena variasi proporsi campuran, proses
pembuatan, penuangan ke dalam cetakan, dan pemeliharaan.
6. Beton dapat mengalami susut dan rangkak seiring berjalannya waktu.
2.1.4 Kolom beton bertulang
Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka (frame)struktural yang
memikul beban dari balok.Kolom meneruskan beban-beban dari elevasi atas ke
elevasi yang lebih bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi Nawy,
(2008, h306).Berdasarkan posisi beban terhadap penampang melintang kolom,
kolom dapat diklasifikasikan atas kolom dengan beban sentris dan kolom dengan
beban eksentris.Kolom yang mengalami beban sentris berarti tidak mengalami
momen lentur, namun pada kenyataannya kolom jenis ini sangat jarang
ditemukan.Perencanaan kolom umumya di desain sebagai kolom dengan beban
eksentris. Kolom dengan beban eksentris mengalami momen lentur dan juga gaya
aksial. Momen ini dapat dikonversikan menjadi beban P dengan eksentrisitas
tertentu.Momen lentur sendiri dapat bersumbu tunggal (uniaxial) seperti halnya
kolom luar (eksterior) bangungan tingkat tinggi.Kolom dengan momen lentur
bersumbu rangkap (biaxial) apabila lenturnya terjadi terhadap sumbu x dan y.
Karena kolom merupakan elemen yang menahan beban-beban balok dan
pelat lantai maka dalam perencanaannya kolom didesain dengan kekuatan
cadangan yang lebih tinggi dibandingkan elemen balok.
Kekuatan kolom dievaluasi berdasarkan prinsip-prinsip dasar berikut :
1. Distribusi regangannya linier diseluruh tebal kolom
2. Tidak ada gelincir antara beton dengan tulangan baja (regangan baja sama
dengan regangan pada beton yang mengelilinginya)
3. Regangan beton maksimum yang diizinkan pada keadaan gagal (untuk
perhitungan kekuatan ) adalah 0,003in./in
Kolom beton bertulang ada yang bersengkang persegi dan spiral.Kolom
dengan sengkang persegi adalah kolom yang dipasang tulangan sengkang
berbentuk persegi untuk menahan tulangan longitudinal agar tidak bergerak
selama pembangunan juga menjaga tulangan longitudnal menekuk ke arah luar
akibat adanya beban. Kolom spiral adalah kolom yang diberikan tulangan
sengkang berbentuk lingkaran. Tulangan spiral ini mempunyai kekuatan yang
lebih besar untuk menahan tulangan longitudinal, namun pembuatannya jauh lebih
mahal dibandingkan tulangan persegi. Balok spiral juga lebih banyak digunakan
pada kolom yang berada di dalam ruangan terbuka karena bentuk nya yang lebih
menarik. Kolom spiral juga lebih baik untuk bangunan yang berada di daerah
rawan gempa. Spiral efektif untuk meningkatkan kekokohan dan daktilitas kolom.
2.1.4.1 Keruntuhan kolom beton
Keruntuhan kolom dapat terjadi apabila tulangan bajanya mengalami leleh
karena tarik, atau terjadinya kehancuran pada beton yang tertekan. Selain itu dapat
pula kolom mengalami keruntuhan apabila terjadi kehilangan stabilitas lateral,
yaitu terjadi tekuk. Apabila kolom runtuh karena materialnya (yaitu lelehnya baja
atau hancurnya beton), maka kolom ini diklasifikasikan sebagai kolom
pendek.Apabila panjang kolom bertambah, kemungkinan kolom runtuh karena
tekuk semakin besar.
a. Kolom Persegi
Pada kolom dengan sengkang persegi, saat kolom mendapat beban yang
besar yang dapat membuat selimut beton pecah dan gompal, tulangan
longitudinal akan menekuk dengan cepat, hal ini dapat membuat
keruntuhan yang terjadi secara tiba-tiba, umumnya karena gempa. Namun
dapat dihindari jika tulangan sengkang dipasang berdekatan.
b. Kolom Spiral
Berbeda dengan kolom sengkang persegi, tulangan sengkang spiral akan
dapat menahan tulangan longitudinal meskipun selimut beton sudah
gompal, jadi struktur masih dapat dipertahankan. Jika tulangan sengkang
menahan beban yang sedikit lebih besar dari beban yang membuat selimut
beton gompal.
Gambar 2.2 Tipe kolom beton
2.1.4.2 Persyaratan Peraturan ACI untuk Kolom Cor ditempat.
Peraturan ACI mensyaratkan banyak batasan pada dimensi, tulanganm kekangan
lateral, dan hal lain yang berhubungan dengan kolom beton. Beberapa batasan
yang penting diberikan sebagai berikut.
1. Persentase tulangan tidak boleh kurang dari 1% luas bruto penampang
kolom (ACI 10.9.1)
2. Persentase tulangan maksimum tidak boleh lebih besar dari 8% luas bruto
penampang kolom (ACI 10.9.1)
3. Jumlah tulangan longitudinal minimum yang diizinkan untuk batang tekan
(ACI 10.9.2) adalah 4 untuk tulangan dengan sengkang persegi atau
lingkaran, 3 untuk tulangan sengkang segitiga, dan 6 untuk tulangan
dengan sengkang spiral.
4. Peraturan ACI tidak secara langsung memberikan luas penampang kolom
minimum, tetapi memberikan selimut yang diperlukan disisi luar sengkang
longitudinal dari satu permukaan kolom ke permukaan lainnya jadi lebar
minimum adalah sekitar 8 sampai 10 in.
5. Jika digunakan kolom sengkang persegi, sengkang tersebut tidak boleh
lebih kecil dari #3 dengan tulangan longitudinal #10 atau lebih kecil.
Ukuran minimum sengkang adalah #4 untuk tulangan longitudinal lebih
besar dari #10 danuntuk tulangan gabungan. Jarak sengkang pusat ke pusat
tidak boleh lebih dari 16 kali diameter tulangan longitudinal, 48 kali
diameter sengkang, atau dimensi lateral terkecil dari kolom.
6. Peraturan ACI (7.10.4) menyatakan bahwa jarak bersih spiral tidak boleh
kurang dari 1 in. atau lebih dari 3 in.
2.2Portal Baja
Struktur baja dibagi atas tiga kategori umum : (a) struktur rangka (framed
structure) yang elemennya bisa terdiri dari batang tarik, kolom, balok, dan batang
yang mengalami gabungan lenturan dan beban aksial; (b) struktur selaput (shell)
yang tegangan aksialnya dominan; dan (c) struktur gantung (suspension), yang
sistem pendukung utamanya mengalami tarikan aksial yang dominan. Salmon &
Jhonson (1986, h 17).
2.2.1 Sifat - Sifat Mekanis Baja
Pengujian yang paling efektif untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik baja
adalah pengujian tarik. Karena pengujian tekan terhadap baja akan memberikan
hasil yang kurang akurat karena disebabkan akan terjadinya tekuk pada baja
sehingga terjadi ketidakstabilan dari baja. Perhitungan regangan baja juga lebih
mudah dilakukan untuk uji tarik daripada uji tekan. Berikut beberapa sifat
mekanis baja :
a. Elastisitas
Elastisitas merupakan kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk
semula. Jika beban dibawah batas titik leleh baja yang diberikan kemudian
dihilangkan maka baja akan kembali pada dimensinya sebelum di berikan
b. Daktilitas
Daktilitas merupakan sifat material yang memungkinkan adanya deformasi
yang besar tanpa mengalami kehancuran akibat tegangan tarik.Sifat ini yang
menjadi kelebihan baja karena tidak dapat runtuh secara tiba-tiba.Namun
untuk kondisi tertentu akibat berbagai faktor baja dapat bersifat getas dimana
baja tidak mengalami deformasi plastis, melainkan putus pada saat deformasi
tidak benar.
c. Keliatan (toughness) dan Kekenyalan (resilience)
Kekenyalan berhubungan dengan penyerapan energi elastis suatu bahan.
Kekenyalan adalah jumlah energi elastis yang dapat diserap oleh satu satuan
volume bahan yang dibebani tarikan; besarnya sama dengan luas bidang di
bawah diagram tegangan regangan sampai tegangan leleh.
Keliatan berhubungan dengan energi total, baik elastis maupun inelastis,
yang dapat diserap oleh suatu satuan volume bahan sebelum patah.Salmon &
Jhonson (1986, h 42).
d. Kekuatan lelah (fatigue)
Baja dapat mengalami keruntuhan saat dilakukan pembeban dan
penghilangan beban secara berulang-ulang walaupun beban diberikan berada
di bawah titik leleh nya.Hal tersebut dikarenakan baja berada pada keadaan
fatigue.Kekuatan lelah dipengaruhi oleh daktilitas dan tegangan multiaksial
pada baja.
2.2.2 Hubungan Tegangan-Regangan Baja
Diagram tegangan-regangan menampilkan informasi yang penting untuk
dapat memahami bagaimana perilaku baja terhadap kondisi yang diberikan
padanya. Jika suatu struktur baja yang daktil diberikan gaya tarik, baja akan mulai
memanjang. Jika gaya tarik yang diberikan konstan pertambahan panjang juga
Tegangan terbesar yang dapat dipikul baja tanpa mengalami deformasi
permanen disebut sebagai batas elastis. Tegangan dimana terjadi regangan besar
yang signifikan tanpa adanya peningkatan tegangan disebut sebagai titik leleh.
Hubungan antara tegangan dan regangan untuk baja di tunjukkan pada grafik
berikut :
Gambar 2.3 Kurva hubungan tegangan-regangan
Keterangan :
fp : batas proporsional
fe : batas elastis
fyu, fy : tegangan leleh atas dan bawah
fu : tegangan putus
ɛsh : regangan saat mulai terjadi efek strain-hardening
ɛu : regangan saat tercapainya tegangan putus
Titik ini membagi kurva tegangan – regangan menjadi beberapa daerah sebagai
berikut :
1) Daerah linear antara 0 dan fp, dalam daerah ini berlaku Hukum Hooke,
kemiringan dari bagian kurva yang lurus ini disebut sebagai Modulus
Elastisitas atau Modulus Young, E(= f/ɛ)
2) Daerah elastis antara ) dan fe, pada daerah ini jika beban dihilangkan
maka benda uji akan kembali ke bentuk semula atau dikatakan bahwa
3) Daerah plastis yang dibatasi oleh regangan antara 2% hingga 1,2-1,5%,
pada bagian ini regangan mengalami kenaikan akibat tegangan konstan
sebesar fy. Daerah ini menunjukkan daktilitas dari material baja.
4) Daerah penguatan regangan (strain-hardening) antara ɛsh dan ɛu. Untuk
regangan > 15 hingga 20 kali regangan elastis maksimum, tegangan
kembali mengalami kenaikan namun dengan kemiringanyang lebih
kecil daripada kemiringan daerah elastis, daerah regangan ini berlanjut
hingga mencapai tegangan putus. Kemiringan daerah ini dinamakan
modulus penguatan regangan (Eu).
2.2.3 Kelebihandan Kekurangan Baja Sebagai Bahan Stuktur
Dalam pemilihannya sebagai bahan struktur, baja memiliki beberapa kelebihan
dibandingkan bahan struktur lain seperti beton, yaitu :
1. Baja merupakan material yang berkekuatan tinggi. Kekuatan per
volumenya lebiih tinggi dibandingkan dengan material lain. Sehingga
berat struktur lebih ringan dan diperoleh keleluasaan dalam kebutuhan
ruang. Fakta inipenting untuk bangunan seperti jembatan dengan
bentang panjang, bangunan gesung tinggi, dan struktur diatas pondasi
yang lemah.
2. Baja lebih mudah dipasang karena baja merupakan produk pabrikan
yang pada saat pemasangan nya dilapangan hanya tinggal
menyambung komponen-komponennya.
3. Efisiensi waktu lebih tinggi dalam pemasangan atau pembangunan
strukturnya.
4. Baja merupakan produksi pabrik sehingga di dapat keseragaman dalam
mutu nya. Berbeda dengan beton yang mutunya dapat berbeda karena
pengaruh berbagai faktor saat pengecoran dilakukan.
5. Baja umumnya bersifat daktil sehingga keruntuhan tiba-tiba dapat
dihindari.
6. Baja dapat dibongkar kembali apabila bangunan bersifat sementara
sehingga dapat digunakan kembali.
Kekurangan Baja
Berikut merupakan kelemahan baja sebagai bahan struktur.
1. Baja perlu diberikan perlindungan tambahan agar tahan terhadap api.
2. Baja rentan terhadap korosi.
3. Biaya pemeliharaannya lebih mahal.
4. Dibutuhkan tenaga kerja yang memiliki pengetahuan lebih khusus bila
dibandingkan dengan pembuatan beton.
5. Baja mampu menahan tekukan pada batang-batang langsing, tetapi tidak
dapat mencegah terjadinya pergeseran horizontal.
2.2.4 Kolom baja
Tipe kegagalan pada elemen kolom baja dibagi menjadi :
1. Tekuk lentur disebut juga tekuk Euler adalah peristiwa menekuknya
batang tekan ke arah sumbu lemah saat mencapai kondisi tidak stabil.
2. Tekuk lokal, yaitu ketika suatu batang mengalami tekuk di beberapa
bagian penampang tertentu akibat rasio lebar terhadap tebal yang terlalu
besar.
3. Tekuk torsi, tekuk ini terjadi pada kolom dengan tipe penampang tertentu,
seperti siku ganda dan profil T, tekuk torsi membuat penampang batang
tekan terputar atau terpuntir.
Kolom ideal yang memenuhi persamaan Euler, harus memenuhi anggapan berikut
1. Kurva hubungan tegangan-regangan tekan yang sama diseluruh
penampang
2. Tak ada tegangan sisa
3. Kolom benar-benar lurus dan prismatis
4. Beban bekerja pada titik berat penampang, sehingga batang melentur
5. Kondisi tumpuan harus ditentukan secara pasti
6. Berlakunya teori lendutan kecil
7. Tak ada puntiran pada penampang
Bila asumsi-asumsi diatas dipenuhi maka kekuatan kolom dapat ditentukan
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃= 𝜋𝜋 2𝐸𝐸
𝑡𝑡
(𝐾𝐾𝐾𝐾/𝑃𝑃)2.𝐴𝐴𝑔𝑔 =
𝑃𝑃 𝐴𝐴
Keterangan : 𝐸𝐸𝑡𝑡 : tangen modulus elastisitas pada tegangan
𝐴𝐴𝑔𝑔 : luas kotor penampang batang
𝐾𝐾𝐾𝐾/𝑃𝑃 : angka kelangsingan efektif
𝐾𝐾 : faktor panjang efektif
𝑃𝑃 : jari-jari girasi
𝐾𝐾 : panjang bentang
2.2.5 Tipe penampang baja
Tipe penampang untuk batang tarik dan batang tekan secara umum sama,
yang membedakan adalah kekuatan batang tekan bervariasi dalam hubungan
perbandingannya dengan rasio kelangsingan. Berikut jenis-jenis penampang baja
yang umum digunakan.
Gambar 2.4 Tipe penampang batang tekan
Baja siku banyak digunakan untuk bracing dan batang tekan untuk struktur
light truss.Terdapat 2 macam bentuk profil baja berdasarkan cara pembuatannya,
yaitu :
a. Hot rolled shapes: Profil baja yang dibentuk dalam kondisi panas
dengan cara blok-blok baja yang panas diproses melalui rol-rol dalam
pabrik. Hot rolled shapes ini mengandung tegangan residu (residual
b. Cold formed shapes : Profil yang dibentuk pada kondisi sudah dingin,
yaitu dengan membentuk pelat-pelat yang sudah jadi menjadi baja
dalam temperatur atmosfer.
2.3Nippon Steel
2.3.1 Pengenalan
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) didirikan pada
oktober 2012 yang merupakan kerja sama antara Nippon Steel Corporation dan
Sumitomo Metal Industries, Ltd adalah salah satu perusahaan Jepang penghasil
baja terdepan di dunia yang berpartisipasi dalam pembuatan material struktur
inovatif yang bersifat tahan kerusakan dan memiliki masa layan yang panjang.
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation telah mengembangkan baja mutu
tinggi kelas 1000 N (kuat tarik 950 N/m2).
Dalam bidang infrastruktur, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
mempromosikan perkembangan dari produk baru baja tube untuk menjawab
kebutuhan akan struktur yang lebih tahan terhadap gempa, dan biaya yang lebih
murah dalam pembangunan dan perbaikan.
2.3.2 Perkembangan Tube Steel untuk pekerjaan konstruksi bangunan
Karena adanya kebutuhan akan baja yang memiliki kekuatan tinggi, biaya
yang lebih murah dalam pemeliharaan, ketahanan terhadap korosi, kekuatan
fatigue yang tinggi, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation menciptakan
dan menyuplai baja tabung yang unik dan metode penyambungannya untuk
memenuhi kebutuhan ini. Beberapa aplikasi penggunaan steel tube yaitu pada
menara observasi Tokyo Skytree, bangunan dengan tinggi 632 meter, juga gedung
pusat penelitian dan pengembangan Nippon Steel & Sumitomo Metal
Corporation.(Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, Technical Report No.
107).
Hollow section dibeberapa negara seperti Amerika pada mulanya sering
digunakan untuk struktur di kawasan pantai khususnya bentuk circular
section.Penelitian tentang hollow section ini mulai aktif di Amerika Utara sejak
section di struktur industri. Penelitian pun dikembangkan dari berbagai aspek
seperti sambungan, perlindungan terhadap api dan korosi, aplikasinya terhadap
struktur terhadap gempa, elemen komposit, dan lain-lain.
Hollow Steel Section (HSS) dibentuk dalam keadaan dingin (cold formed)
menjadi bentuk persegi, persegi panjang dan lingkaran.HSS sering digunakan
sebagai elemen kolom, bracing, truss element.HSS sering digunakan untuk struktu
sistem rangka penahan momen dengan profil WF sebagai balok, penggunaan HSS
sebagai kolom terbukti dapat meningkatkan kemampuan dari sistem tersebut
untuk bangunan tingkat rendah sampai menegah.Keuntungan yang didapat dengan
menggunakan HSS pada sistem rangka pemikul momen termasuk dapat
mengurangi berat struktur, kemungkinan untuk tidak menggunakan bracing, juga
memenuhi aspek estetik bangunan.
2.3.3 Profil Hollow
Penampang hollow yang terdiri dari persegi, persegi panjang, dan bulat
merupakan penampang yang sangat baik digunakan sebagai elemen tekan
dibandingkan profil baja lain seperti I, H maupun baja siku. Beberapa kelebihan
baja hollow antara lain:
1. Radius girasi yang konstan
2. Untuk tampang hollow persegi ideal untuk elemen tekan karena tidak
memiliki sumbu lemah seperti profil WF
3. Mempunyai tegangan torsi yang baik
4. Profil bulat baja hollow memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap
angin.
5. Menghasilkan berat bangunan yang lebih ringan yang bermanfaat untuk
bangunan tahan gempa serta desain pondasinya.
6. Untuk mendapatkan kapasitas terhadap beban yang lebih besar dengan
dimensi yang sama dapat diisi dengan beton.
7. Permukaan yang lebih sedikit untuk dicat dengan lapisan tahan api
8. Untuk bangunan bertingkat tinggi, dimana kolom di lantai atas menerima
beban yang lebih kecil dibandingkan kolom di lantai dasar bangunan,
dimensi luar kolom dapat didesain sama, dengan mengurangi tebal
penampang untuk kolom dengan beban yang lebih kecil.
9. Permukaan yang lebih baik dari segi estetika
Desain dengan menggunakan baja hollow ini pada umumnya akan
menghasilkan material yang lebih ringan jika dibandingkan dengan baja profil I
untuk struktur yang sama. Jadi dari segi biaya umumnya akan menghasilkan
struktur dengan cost yang lebih murah, meskipun baja hollow ini lebih mahal
daripada baja penampang terbuka.
Perbandingan kapasitas tekan penampang hollow dan penampang terbuka
H untuk massa yang sama dapat dilihat pada gambar 2.5 yang merupakan hasil
analisa suatu penampang dengan panjang efektif 5 m dan di desain dengan
Eurocode 3, dimana penampang H yang digunakan merupakan British Universal
Column(UC, H-Section) dan dua penampang hollow hot-finished tampang bulat
dan persegi sengan semua penampang memiliki tegangan leleh 275 N/mm2. Dari grafik dapat dilihat untuk penampang dengan massa 60 kg/m penampang hollow
memiliki kapasitas hampir dua kali dari kolom lain, dan untuk massa 106 kg/m
kapasitasnya sekitar 50% lebih tinggi.
Sedangkan sebaliknya untuk kapasitas tekan yang sama perbandingan
massa material dapat dilihat pada gambar 2.6 dimana untuk kapasitas tekan yang
sama 1000kN massa yang lebih ringan hingga 40% untuk penampang hollow, dan
Sumber : Design Guide 9 for structural hollow section column connection
Gambar 2.5 Perbandingan kapasitas tekan dengan massa yang sama
Sumber : Design Guide 9 for structural hollow section column connection
Gambar 2.6 Perbandingan massa dengan kapasitas tekan yang sama
Perbandingan inersia penampang baja hollow dan profil terbuka yang ukuran dan
beratnya mendekati ditunjukkan pada gambar 2.7 dapat menjadi acuan kelebihan
baja hollow pada beban torsi, tekan, dan lentur multi aksial dibanding profil
Gambar 2.7 Perbandingan Inersia penampang baja
Sumber : CIDECT Design Guide 7
• Tahanan terhadap beban tekuk yang lebih tinggi pada tampang hollow
ditunjukkan dengan momen inersia sumbu lemah yang lebih besar.
• Dibawah beban torsi, keunggulan tampang hollow dapat dilihat dari
momen inersia torsi yang juga jauh lebih besar dibanding tampang
terbuka.
• Untuk momen lentur uniaxial, profil terbuka lebih ekonomis dibanding profil hollow akibat momen inersia sumbu utama Imax lebih besar. Untuk
momen lentur multiaxial hollow section menghasilkan penampang
optimum karena inersia yang tinggi di kedua sumbu.
Klasifikasi penampang hollow section menurut Eurocode
Dalam desain batas ultimit biasanya desainer dihadapkan pada tiga metode desain:
• Prosedur plastis-plastis (cross section class 1)
Prosedur ini berhubungan dengan desain plastis dan terbentuknya sendi
kapasitas rotasi yang dibutuhkan untuk analisis plastis.Kondisi batas
ultimit dicapai saat jumlah sendi plastis yang terbentuk cukup untuk
menghasilkan mekanisme keruntuhan.
• Prosedur elastis-plastis (cross section class 2)
Pada prosedur ini resultan gaya ditentukan dengan mengikuti analisis
elastis lalu dibandingkan dengan kapasitas kekuatan plastis dari
penampang. Kondisi batas ultimit tercapai oleh pembentukan sendi plastis
pertama.
• Prosedur elastis-elastis (cross section class 3)
Prosedur ini terdiri dari perhitungan elastis penuh dari resultas gaya dan
kapasitas kekuatan dari penampang. Keadaan batas ultimit tercapai oleh
pelelehan dari serat penampang.
• Prosedur elastis-elastis ( cross section class 4)
Penampang ini memiliki dinding yang lebih tipis dari ketiga kelas
diatas.Penting sekali untuk membuat suatu batasan yang jelas untuk efek
dari tekuk lokal saat menentukan momen ultimit atau efek kapasitas
kekuatan tekan dari penampang.
Penggunaan dari ketiga kelas yang dijelaskan diatas adalah
berdasarkan anggapan bahwa penampang tidak mengalami tekuk lokal
sebelum mencapai batas beban ultimitnya, yang berarti penampang bukan
merupakan penampang dinding tipis seperti pada kelas 4. Maka untuk
memenuhi keadaan ini dibuat suatu batasan kelangsingan b/t untuk
penampang hollow persegi dan persegi panjang, juga rasio d/t untuk
tampang hollow bulat. Tabel 2.1 sampai 2.4 menyajikan batasan rasio b/t
Gambar 2.8 Distribusi tegangan pada kolom hollow
Cross section Method for calculating Method for calculating Distribution of stresses when
class resistance action (loads) the resistance is reached
Plastic analysis
Plastic analysis Elastic analysis
Elastic analysis Elastic analysis
Elastic analysis Effective cross section
2
3
4
Tabel 2.1 rasio d/t penampang hollow bulat
Tabel 2.2 rasio h1/t untuk badan penampang hollow rectangular
Tabel 2.3 rasio b1/t untuk sayap penampang hollow rectangular
Sumber :Design Guide 2 Structural stability of hollow section
Sedangkan batasan rasio b/t dan d/t menurut AISC LRFD adalah :
2.3.4 Sambungan rigid pada kolom hollow
Sambungan semi-rigid antara balok ke kolom bisa bermanfaat untuk
desain terhadap gempa, karena sejumlah energi terdisipasi pada sambungan dan
overstress pada area lokal sambungan yang dapat mengarah ke keruntuhan getas
dapat dihindari.Tetapi untuk penggunaannya terhadap beban inelastic yang
berulang masih membutuhkan investigasi lebih dalam sehingga belum dapat
diterapkan.Oleh karena itu umumnya sambungan untuk desain gempa
menggunakan sambungan full-rigid kecuali pada panel sayap kolom yang
diizinkan untuk dilas pada bagian gesernya. Untuk menghasilkan kapasitas
momen penuh, pengaku pada potongan kolom dibutuhkan mampu mentransfer
gaya aksial ke sayap balok. Pengaku ini bisa berupa:
• through diaphragm
• internal diaphram
Di Jepang sendiri umumnya menggunakan through diaphragm karena beban
aksial pada sayap balok secara langsung ditransfer ke badan kolom dengan
perilaku yang paling sederhana. Faktor lain yang menyebabkan model ini sering
digunakan adalah karna kebanyakan pabrik di Jepang sudah menetapkan sumber
produksi dimana pengelasan menggunakan robot yang lebih cocok untuk
menghasilkan sambungan jenis ini. Seperti terlihat pada gambar 2.9 berikut.
Gambar 2.9 pengelasan sambungan join kolom
Stub beam ke joint kolom dilas di pabrik pada tiap sambungan. Balok yang
membentang diantara dua stub beam dengan sambungan baut. Pelat untuk
through diaphragm biasanya didesain lebih tebal dari sayap balok 3 – 6 mm.
Gambar 2.10 sambungan balok WF ke kolom hollow
Gambar 2.11 langkah sambungan through diaphragm
Sumber : Nippon Steel Sumikin Metal
2.4 PembebananPada Struktur
Beban dalam menganalisa suatu struktur dibagi menjadi 2 yaitu :
2.4.1 Beban statis
Beban statis adalah beban yang bekerja secara perlahan-lahan pada
struktur. Deformasi yang terjadi pada struktur akibat adanya gaya ini juga
terjadi secara perlahan-lahan. Deformasi maksimum akan terjadi apabila
gaya statis maksimum terjadi dalam struktur. Beban-beban yang termasuk
dalam beban statis adalah :
a. Beban mati (dead load)
Beban mati (dead load) adalah beban yang bekerja vertikal kebawah,
memiliki besar yang konstan dan terletak pada suatu posisi tertentu,
contohnya beban akibat berat sendiri dari dinding, lantai, portal,
tangga, dan lain-lain.
b. Beban hidup (live load)
Beban hidup (live load) adalah beban yang bisa ada dan bisa tidak
pada struktur untuk suatu waktu yang diberikan.Beban ini dapat
berpindah-pindah letaknya. Beban yang termasuk dalam beban statis
adalah occupancy load (manusia, perabot, dll). Beban impact dan
gempa juga merupakan beban hidup namun ditinjau sebagai beban
dinamis.Berdasarkan PPIURG 1987 beban hidup untuk berbagai jenis
Tabel 2.5 BEBAN HIDUP PADA LANTAI GEDUNG
a. Lantai dan tangga rumah tinggal, kecuali yang disebut
200 kg/m2 dalam b
b. Lantai dan tangga rumah tinggal sederhana dan gudang -
125 kg/m2 gudang tidak penting yang bukan untuk toko, pabrik,
atau bengkel
c. Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor, toko, toserba, restoran,
250 kg/m2 f. Lantai dan balkon dalam dari ruang-ruang untuk pertemuan
400 kg/m2 yang lain dari pada yang disebutkan dalam a s/d e, seperti
masjid, gereja, ruang pagelaran, ruang rapat, bioskop dan panggung penonton dengan tempat duduk tetap g. Panggung penonton dengan tempat duduk tidak tetap atau
500 kg/m2
untuk penonton yang berdiri
h. Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam c 300 kg/m2
i.
Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam d,
e, 500 kg/m2
f dan g
j.
Lantai ruang pelengkap dari yang disebut dalam c, d, e, f
dan g 250 kg/m2
k. Lantai untuk pabrik, bengkel, gudang, perpustakaan,
400 kg/m2 ruang arsip, toko buku, toko besi, ruang alat-alat dan
ruang mesin, harus direncanakan terhadap beban hidup yang ditentukan tersendiri, dengan minimum l. Lantai gedung parkir bertingkat :
- untuk lantai bawah
800 kg/m2 - untuk lantai tingkat lainnya 400 kg/m2 m. Balkon-balkon yang menjorok bebas keluar harus
300 kg/m2 direncanakan terhadap beban hidup dari lantai ruang yang
berbatasan dengan minimum
c. Beban lingkungan
Beban lingkungan adalah beban yang disebabkan lingkungan tempat
struktur berada, terdiri dari :
• Beban salju
2.4.2 Beban dinamis
Beban dinamis adalah gaya yang bekerja secara tiba-tiba pada
struktur. Deformasi pada struktur akibat gaya ini berubah secara cepat.
Gaya dinamis dapat menimbulkan osilasi pada struktur yang dapat
membuat struktur mengalami deformasi puncak yang tidak bersamaan
dengan terjadinya gaya terbesar. Beban yang termasuk dalam beban
dinamis adalah :
a. Beban menerus (berisolasi merata atau tak teratur) seperti gerakan
tanah akibat gempa, dan gaya angin.
b. Beban impact, yang disebabkan getaran dari beban yang bergerak,
contohnya truk yang diberhentikan di atas jembatan.
2.4.3 Kombinasi pembebanan
Berdasarkan SNI 03 - 1729 - 2002 tentang Tata Cara Perencanaan
Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung, struktur baja harus mampu
memikul kombinasi beban sebagai berikut :
1. 1,4D
• D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi
permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap,
tangga, dan peralatan layan tetap
• L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti
angin, hujan, dan lain-lain
• La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan
oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan
• H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan
air
• W adalah beban angin
• E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726–
1989, atau penggantinya
2.5 Analisa gedung terhadap gaya gempa
Selain harus dapat memikul beban statis akibat beban mati dan beban
hidup, bangunan bertingkat banyak harus dapat memikul beban gempa sebesar
yang ditentukan oleh Peraturan Perancangan Bangunan Tahan Gempa.Momen
tumbang yang terjadi harus dapat ditahan oleh momen penahan tumbang yang
merupakan kontribusi dari beban mati akibat berat sendiri gedung (Counteracting
Moment).Gerakan tanah akibat gempa bumi umumnya sangat randomdan karena
sifat ini efek beban gempa terhadap respon struktur tidak diketahui dengan
mudah.Oleh karena itu diperlukan usaha-usaha penyederhanaan agar modeh
analisis pengaruh gempa terhadap respon struktur dapat diperhitungkan. Dalam
menganalisa beban gempa ini dapat dilakukan dengan analisa statis dan dinamis,
analisa statis yang dikenal dengan Metode Statik Ekivalen, sementara analisa
dinamis umumnya menggunakan metode Respon Skpektrum dan Analisis
Riwayat Waktu (Time History Analysis, THA).
2.5.1 Metode Statik Ekivalen
Bila gempa bumi terjadi tanah akan bergetar dan bangunan akan
bergoyang. Massa bangunan kemudian dianalogikan sebagai akibat dari adanya
beban horisontal dinamik yang bekerja pada massa bangunan yang bersangkutan.
Efek beban dinamik terhadap bangunan disederhanakan yaitu menjadi beban
statik ekivalen yang bekerja pada massa bangunan yang bersangkutan.
Bergetarnya bangunan akibat gempa kemudian disederhanakan seolah-olah
terdapat gaya horisontal yang bekerja pada massa bangunan.
Apabila bangunan mempunyai banyak massa maka terdapat banyak gaya
prinsip keseimbangan maka dapat dianalogikan seperti adanya gaya horisontal
yang bekerja pada dasar bangunan yang disebut dengan gaya geser. Walaupun
gaya geser dasar bersifat statik bukan berarti diperoleh murni dari prinsip statik,
karena sudah memperhitungkan prinsip-prinsip dinamik. Prinsip dinamik yang
dimaksud adalah massa, kekakuan dan redaman. Untuk analisa statik ekivalen
karakteristik dinamik yang diperhitungkan hanya massa. Langkah perhitungan
gaya gempa berdasarkan metode statik ekivaen adalah :
1. Faktor keutamaan dan kategori resiko struktur
Untuk berbagai kategori risiko struktur bangunan gedung dan non gedung
sesuai tabel , pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan
suatu faktor keutamaan Ie menurut tabel 2.6.
Tabel 2.6 Kategori resiko gedung
Gedung dan non gedung yang memiliki resiko rendah terhadap jiwa manusia
I pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk, antara lain :
- Fasilitas pertanian, perkebunan, peternakan, dan perikanan
- Fasilitas sementara
- Gudang penyimpanan
- Rumah jaga dan struktur kecil lainnya Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam kategori I,III,IV,
Gedung dan nongedung yang memiliki risiko tinggi terhadap jiwa manusia daat
III terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi
untuk :
- Bioskop
- Gedung pertemuan
- Stadion
- Fasilitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit
- Fasiltas penitipan anak
- Penjara
- Bangunan untuk orang jompo
Gedung dan nongedung, tidak termasuk kedalam kategori risiko IV yang memiliki
potensi untuk menyebabkan dampak ekonomi yang besar dan/atau gangguan massal terhadap kehidupan masyarakat sehari-hari bila terjadi kegagalan,
termasuk, tapi tidak dibatasi untuk :
- Pusat pembangkit listrik bisasa
- Fasiltas penanganan air
- Fasilitas penanganan limbah
- Pusat telekomunikasi
Gedung dan nongedung yang tidak termasuk dalam kategori resiko IV, (termasuk,
tetapi tidak dibatasi untuk faslitas manufaktur, proses, penanganan, penyimpanan,
penggunaan atau tempat pembuangan bahan bakar berbahaya, bahan kimia berbahaya, limbah bahaya, atau bahan yang mudah meledak ) yang mengandung bahan beracun atau peledak dimana jumlah kandungan bahannya melebihi nilai batas yang disyaratkan oleh instansi yang berwenang dan cukup menimbulkan bahaya bagi masyarakat jika terjadi kebocoran. Gedung dan nongedung yang ditunjukkan sebagai fasiltas yang penting termasuk,
IV
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
- Tempat perlindungan terhadap gempa bumi, angin, badai, dan tempat
perlindungan darurat lainnya
- Fasilitas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi, dan fasilitas lainnya
untuk tanggap darurat
-
Pusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang dibutuhkan pada
saat keadaan darurat
-
Struktur tambahan (termasuk menara telekomunikasi, tangki penyimpanan
bahan bakar, menara pendingin, struktur stasiun listrik, tangki air pemadam
kebakaran atau struktur rumah atau pendukung air atau material atau peralatan pemadan kebakaran) yang disyaratkan untuk beroperasi pada
saat keadaan darurat.
2. Parameter percepatan terpetakan
Parameter Ss (percepatan batuan dasar pada periode pendek) dan
S1(percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik) harus ditetapkan
masing-masing dari respon spektral percepatan 0,2 detik dan 1 detik dalam peta
gerak tanah seismik dengan kemungkina 2 persen terlampaui dalam 50
tahun, dan dinyatakan dalam bilangan desimal terhadap percepatan
gravitasi.
3. Kelas situs
Berdasarkan sifat-sifat tanah pada situs, maka situs harus diklasifikasikan
sebagai kelas situs SA, SB, SC, SD, SE, atau SF. Yang penentuannya
mengikuti pasal 5.3 SNI 03-1726-2012. Bila sifat-sifat tanah tidak
teridentifikasi secara jelas sehingga tidak bisa ditentukan kelas situsnya,
maka kelas situs SE dapat digunakan.
4. Koefisien-koefisien situs dan parameter-parameter respon spektral
percepatan gempa maksimum yagn dipertimbangkan risiko-tertarget
(MCER)
Untuk penentuan respon spketral percepatan gempa MCER di
permukaan tanah, diperlukan suatu faktor amplifikasi seismik pada perioda
0,2 detik dan perioda 1 detik. Faktor amplifikasi melliputi faktor
amplifikasi getaran terkait percepatan pada getaran perioda pendek (Fa)
dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1
detik (Fv). Parameter spektrum respons percepatan pada perioda pendek
(SMS) dan perioda 1 detik (SM1) yang disesuaikan dengan pengaruh
klasifikasi situs, harus ditentukan dengan perumusan berikut :
𝑆𝑆𝑀𝑀𝑆𝑆 =𝐹𝐹𝑎𝑎𝑆𝑆𝑠𝑠
𝑆𝑆𝑀𝑀1 = 𝐹𝐹𝑣𝑣𝑆𝑆1 Keterangan :
𝑆𝑆𝑠𝑠 = parameter respon spektral percepatan gempa MCER terpetakan
𝑆𝑆1 = parameter respon spektral percepatan gempa MCER terpetakan untuk perioda 1,0 detik
Koefisien situs Fa dan Fv mengikuti tabel 2.7 dan tabel 2.8
Tabel 2.7 Koefisien kelas situs Fa
Tabel 2.8 Koefisien kelas situs Fv
Sumber : SNI 1726-2012
5. Parameter percepatan spektral desain
Parameter spektral desain untuk perioda pendek SDS dan perioda 1 detik
SD1, harus ditentukan melalui perumusan berikut :
𝑆𝑆𝐷𝐷𝑆𝑆 =
2 3𝑆𝑆𝑀𝑀𝑆𝑆
𝑆𝑆𝐷𝐷1 = 2 3𝑆𝑆𝑀𝑀1
6. Penentuan kategori desain seismik
Struktur dengan kategori resiko I,II,atau III yang berlokasi dimana
parameter respons spektral percepatan terpetakan pada perioda 1 detik, S1
dengan kategori desain seismik E. struktur yang berkategori resiko IV
yang berlokasi dimana parameter respon spektral percepatan terpetakan
pada perioda 1 detik S1 lebih besar atau sama dengan 0,75 harus ditetapkan
sebagai struktur dengan kategori desain seismik F. semua struktur lain
harus ditetapkan kategori desain seismiknya berdasarkan kategori risiko
dan parameter respons spektral percepatan desainnya, SDS dan SD1 sesuai
tabel berikut dimana struktur ditetapkan berdasarkan kategori desain yang
lebih parah.
Tabel 2.9 KDS berdasarkan parameter respon percepatan perioda pendek
Tabel 2.10 KDS berdasarkan parameter respon percepatan pada perioda 1s
7. Menentukan periode fundamental struktur
Setelah bangunan ditentukan ukuran dan bahan serta sistem strukturnya,
maka dilakukan perhitungan periode fundamental struktur.Berdasarkan
SNI 03-1726-2012 penentuan perioda fundamental struktur, T, dalam arah
yang ditinjau harus diperoleh menggunakan properti struktur dan
karakteristik deformasi elemen penahan dalam analisis yang teruji.Perioda
fundamental, T, tidak boleh melebihi hasil koefisien untuk batasan atas
pada perioda yang dihitung (Cu) dari tabel dan perioda fundamental
Ta = 𝐶𝐶𝑡𝑡ℎ𝑛𝑛𝑥𝑥 Keterangan :
hnadalah ketinggian struktur, dalam (m), diatas dasar sampaai tingkat
tertinggi struktur, dan koefisien Ct dan x diberikan pada tabel 2.11
Tabel 2.11 Koefisien Cu
Parameter percepatan respon spektral desain
Koefisien Cu
Tabel 2.12 Koeficien Ct dan x
Tipe struktur Ct x
Sistem rangka pemikul momen dimana rangka memikul
100%
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 0,8
Rangka beton pemikul momen 0,0466 0,9
Rangka baja dengan bresing eksentris 0,0731 0,75 Rangka baja dengan bresing terkekang terhadap tekuk 0,0731 0,75
Semua sistem struktur lainnya 0,0488 0,75
Setelah periode fundamental gedung didapat maka dapat ditentukan
koefisien dasar seismik untuk mencari gaya geser dasar struktur.
8. Geser dasar seismik
Geser dasar seismik, V , dalam arah yang ditetapkan harus ditentukan
sesuai dengan persamaan :
𝑉𝑉= 𝐶𝐶𝑠𝑠𝑊𝑊 Keterangan :
Cs = koefisien respon seismik
Nilai 𝐶𝐶𝑠𝑠 ditentukan dengan :
Untuk struktur yang berlokasi dimana S1 sama dengana atau lebih besar
dari 0,6g maka Cs harus tidak kurang dari :
𝐶𝐶𝑠𝑠 = 0,5𝑅𝑅𝑆𝑆1
𝐼𝐼𝑥𝑥
Keterangan:
SDS = parameter percepatan spektrum respon desain dalam rentang
perioda pendek
SD1 = parameter percepatan spektrum respon desain pada perioda
sebesar 1 detik
T = perioda fundamental struktur (detik)
S1 = parameter percepatan spektrum respon maksimum yang
dipetakan
R = faktor modifikasi respon
Ie = faktor keutamaan gempa
9. Distribusi vertikal beban gempa
Gaya gempa lateral (Fx) (kN) yang timbul di semua tingkat harus
ditentukan dari persamaan berikut :
𝐹𝐹𝑥𝑥 = 𝐶𝐶𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑉𝑉
dengan
𝐶𝐶
𝑉𝑉𝑉𝑉=
𝑤𝑤𝑥𝑥ℎ𝑥𝑥𝑘𝑘∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1𝑤𝑤𝑖𝑖ℎ𝑖𝑖𝑘𝑘
Keterangan :
CVX = faktor distribusi vertikal
V = gaya lateral total atau geser didasar struktur (kN)
𝑤𝑤𝑖𝑖dan𝑤𝑤𝑥𝑥 = bagian berat seismik efektif total stuktur yang ditempatkan
ℎ𝑖𝑖danℎ𝑥𝑥 = tinggi dari dasar sampai tingkat i atau x, (m)
k = eksponen yang terkait perioda struktur yaitu :
jika T ≤ 0,5 detik , k = 1
T≥ 2,5 detik , k =2
0,5≤T ≤ 2,5 , k = 2 atau ditentukan dengan interpolasi linier antara
1 dan 2.
10.Distribusi horizontal beban gempa
Geser tingkat desain gempa di semua tingkat (Vx) (kN) harus ditentukan
dari persamaan berikut :
𝑉𝑉𝑥𝑥 =� 𝐹𝐹𝑖𝑖 𝑛𝑛 𝑖𝑖=𝑥𝑥 Keterangan :
Fi = bagian dari geser dasar seismik (V) yang timbul di tingkat i, (kN)
Geser tingkat desain gempa (Vx) harus didistribusikan pada berbagai
elemen vertikal sistem penahan gaya gempa di tingkat yang ditinjau
berdasarkan pada kekakuan lateral relatif elemen penahan vertikal dan
diafragma.
2.5.2 Metode respons spektrum
Spektrum respon adalah suatu spektrum yang disajikan dalam bentuk
grafik/plot antara periode getar struktur T, lawan respon-respon maksimum
berdasarkan rasio redaman dan gempa tertentu.Respon-respon maksimum dapat
berupa simpangan maksimum, kecepatan maksimum, dan percepatan
maksimum.Nilai spektrum respon dipengaruhi oleh periode getar, rasio redaman,
tingkat daktilitas dan jenis tanah.
Spektrum respon akan berfungsi sebagai alat untuk mengestimasi dalam
menentukan strength demand. Estimasi kebutuhan kekuatan struktur (strength
demand) akibat beban gempa pada prinsipnya adalah menentukan seberapa besar
dipakai untuk menentukan gaya horizontal maupun simpangan struktur dimana
total respon didapat melalui superposisi dari respon masing-masing ragam getar.
2.5.3 Desain respons spektrum
Kurva respons spektrum harus dikembangkan dengan mengacu pada ketentuan
berikut :
• Untuk perioda yang lebih kecil dari T0, spektrum respons
percepatan desain, Sa harus diambil melalui persamaan :
𝑆𝑆𝑎𝑎 =𝑆𝑆𝐷𝐷𝑆𝑆�0,4 + 0,6𝑇𝑇𝑇𝑇
0�
• Untuk perioda lebih besar dari atau sama dengan T0dan lebih kecil
atau sama dengan Ts, spektrum respons percepatan desain Sa sama
dengan SDS.
• Untuk perioda lebis besar dari Ts, spektrum respons percepatan
desain Sa diambil berdasarkan persamaan :
𝑆𝑆
𝑎𝑎=
𝑆𝑆
𝑇𝑇
𝐷𝐷1𝑇𝑇𝑇𝑇 = 0,2 𝑆𝑆𝐷𝐷1
𝑆𝑆𝐷𝐷𝑆𝑆
𝑇𝑇𝑠𝑠
=
𝑆𝑆
𝐷𝐷1𝑆𝑆
𝐷𝐷𝑆𝑆2.6.3 Prinsip shear building
Apabila suatu struktur bangunan bertingkat banyak bergoyang ke arah
horizontal, maka umumnya terdapat 3 macam pola goyangan yang terjadi.
Kombinasi antara kelangsingan struktur, jenis struktur utama penahan beban dan
jenis bahan yang dipakai akan berpengaruh terhadap pola goyangan yang
dimaksud.
Pola goyangan pertama adalah bangunan yang bergoyang dengan
dominasi geser (shear mode) atau pola goyangan geser. Pola goyangan seperti ini
akan terjadi pada bangunan bertingkat banyak dengan portal terbuka sebagai
struktur utamanya. Secara keseluruhan bangunan seperti ini akan relatif fleksibel,
sementara plat-plat lantai relatif kaku terhadap arah horisontal. Pola goyangan ini
tampak seperti gambar
Gambar 2.13 pola goyangan pada gedung
Pola goyangan kedua adalah pola goyangan bangunan yang didominasi
oleh lentur (flexural mode) seperti tampak pada gambar b. bangunan yang
mempunyai pola goyangan seperti ini adalah bangunan yang mempunyai struktur
dinding kaku yang baik pada frame-walls ataau cantilever wall yang
kedua-duanya dijepit secara kaku pada pondasinya.struktur dinding yang kaku dan
anggapan jepit pada pondasi akan membuat struktur dinding berprilaku seperti
struktur dinding kantilever. Sebagaimana kantilever, maka struktur seperti ini
akan berdeformasi menurut prinsip lentur.
Pola goyangan yang ketiga adalah kombinasi antara dua pola goyangan
tidak terlalu kaku kemungkinan akan memiliki pola goyangan kombinasi seperti
ini. Pada analisis dinamika struktur pola goyangan pertamalah yang sering
digunakan, artinya struktur dianggap cukup fleksibel dengan lantai-lantai tingkat
yang relatif kaku. Untuk sampai pada anggapaan hanya terdapat satu derajat
kebebasan pada setiap tingkat, maka terdapat beberapa penyederhanaan atau
anggapan-anggapan seperti berikut :
1. Massa struktur dianggap terkonsentrasi pada tiap lantai tingkat. Masa yang
dimaksud adalah masa struktur akibat berat sendiri, beban mati, beban
hidup. Kemudian massa ini dianggap terkonsentrasi pada satu titik
(lumped mass) pada elevasi tingkat yang bersangkutan. Hal ini bertujuan
agar struktur yang terdiri atas tak terhingga derajat kebebasan berkurang
menjadi satu derajat kebebasan saja.
2. Lantai-lantai tingkat dianggap sangat kaku dibanding dengan
kolom-kolom karena balok-balok portal disatukan secara monolit oleh pelat antai.
Hal ini berarti beam-column joint dianggap tidak berotasisehingga lantai
tingkat tetap horisontal sebelum dan sesudah terjadi goyangan pada
struktur. Implikasi nya pada anggapan ini adalah bahwa sinpangan massa
hanya ke arah horisontal saja tanpa adanya puntir ( massa momen inersia
dianggap tidak ada).
3. Simpangan massa dianggap tidak dipengaruhi oleh beban aksial kolom
atau deformasi aksial kolom diabaikan. Disamping itu pengaruh P-delta
terhadap momen kolom juga diabaikan. Oleh karena itu dengan anggapan
ini dan anggapan sebelumnya lantai tingkat tetap pada elevasinya dan tetap
horisontal baik sebelum maupun sesudah terjadi penggoyangan.
Bangunan dengan anggapan-anggapan atau perilaku seperti diatas
dinamakan shear buldingdengan perilaku shear building, maka pada setiap tingkat
hanya akan mempunyai satu derajat kebebasan. Portal dengan N-tingkat berarti
