STUDI PERBANDINGAN PERILAKU RANGKA EBF DAN BRBF-E DENGAN KONFIGURASI RANGKA V-TERBALIK AKIBAT BEBAN LATERAL GEMPA MENGGUNAKAN SOFTWARE MIDAS FEA

(1)

TUGAS AKHIR

STUDI PERBANDINGAN PERILAKU RANGKA EBF DAN BRBF -E

DENGAN KONFIGURASI RANGKA V-TERBALIK AKIBAT BEBAN

LATERAL GEMPA MENGGUNAKAN SOFTWARE MIDAS FEA

Oleh: NURCAHYANINGSARI 3111105030 Dosen pembimbing : Budi Suswanto,ST.,MT.,Ph.D Isdarmanu, Ir.,MSc

(2)

PENDAHULUAN TINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGI

KONTROL ELEMEN LINK & BRACING

ANALISA MIDAS FEA ANALISA PUSHOVER

(3)

1. Dalam merencanakan suatu struktur bangunan tahan gempa, hal

utama yang harus diperhatikan adalah kekuatan, kekakuan, daktilitas

dan kemampuan untuk mendisipasi energi gempa.

2. (Eccentrically Braced Frames/EBF) merupakan sistem struktur rangka

baja tahan gempa yang terkadang menjadi pilihan desain karena

memiliki manfaat arsitektur yaitu, pada link dapat dimanfaatkan

sebagai bukaan atau celah untuk pintu, jendela dan lorong-lorong.

3. Dalam desain EBF, perencana mengalami kesulitan, karena harus

menyeimbangkan antara kinerja rangka dan desain praktis dalam

menentukan ukuran balok.

4. Balok pada EBF (link) diharapkan mampu mengalami leleh selama

terjadi beban berlebih pada rangka.

(4)

5. Untuk menghasilkan kinerja yang baik pada EBF, dibutuhkan ukuran

balok yang berbeda tiap lantai dan detail sambungan yang berbeda.

Sehingga untuk menghasilkan kinerja yang baik pada EBF tidak dapat

dicapai dengan biaya yang sedikit.

6. Sambungan link-kolom pada EBF rentan terhadap patah.

7. Pada penelitian yang telah dilakukan oleh Prinz and Richard (2012)

tentang (BRBF-E/Buckling Restrained Brace Frame–Eccentrically) yang

dapat dimanfaatkan sebagai fitur arsitektur seperti pada sistem

berpengaku eksentrik (EBF) dan pendisipasi energi ketika struktur

menerima beban gempa melalui gaya aksial pada BRBF berpengaku

konsentris.

LATAR BELAKANG

“Bagaimana melakukan analisa perbandingan perilaku rangka sistem

BRBF-E dan EBF dengan konfigurasi rangka v-terbalik akibat beban lateral

gempa menggunakan software Midas FEA”

(5)

“Dapat melakukan analisa perbandingan sistem BRBF-E dan EBF”

TUJUAN



Lingkup pembahasan yang akan dianalisa mencakup :

1. Pada studi perilaku sistem struktur EBF dan BRBF-E hanya meninjau

1 portal tingkat yang diambil dari gedung struktur baja 10 lantai.

2.Tidak meninjau aspek manajemen konstruksi dan metode

pelaksanaan.

3. Tidak memperhitungkan perencanaan pondasi.

4. Perencanaan sambungan tidak diperhitungkan secara detail.

(6)

 Eccentrically Braced Frames (EBF) merupakan konsep desain gabungan antara

konsep daktilitas dan disipasi energi yang baik dari desain Moment-Resisting Frames (MRF) dengan karakteristik kekakuan elastik yang tinggi dari desain Concentrically

Braced Frames (CBF). Karakteristik yang membedakan EBF dengan desain struktur

tahan gempa MRF dan CBF adalah adanya penghubung yang terdapat pada setidaknya salah satu ujung dari bracing yang disebut sebagai link.



 Konsep desain tahan gempa EBF adalah elemen link ditetapkan sebagai bagian yang

akan rusak sedangkan elemen lain diharapkan tetap berada dalam kondisi elastik. Kelehan yang terjadi pada elemen link didominasi kelelehan geser atau kelelehan lentur. Tipe kelelehan ini sangat tergantung pada panjang link tersebut. (Engelhardt dan Popov ,1989;1992). KARAKTERISTIK EBF a b b c c d d a b b c c d d a b b c c d d b a a c c d d c c d d c c d d b a a b a a a b c d d a b c d d a b c d d a c c b b d d b b d d b b d d a c c a c c (a) (b) (c) (d) a = Link

b = balok diluar link c = pengaku diagonal d = kolom

(7)

 Karakteristik yang membedakan sistem EBF dengan BRBF-E adalah pada

pengaku BRBF-E yang berfungsi sebagai penahan gaya lateral yang bekerja pada suatu portal sehingga dapat meminimalisir deformasi yang terjadi. Pada BRBF-E, pengaku memberikan kekakuan lateral pada rangka dan dirancang untuk mengalami deformasi aksial inelastis yang besar. Selain itu pengaku pada BRBF-E kuat menahan gaya tekan maupun tarik, karena pengaku terbuat dari material beton dan baja.sehingga tahan terhadap tekuk.

A A Potongan A-A Inti baja Material pengikat Mortar Selubung baja Inti baja Selubung baja BRB Inti baja + Selubung baja KARAKTERISTIK BRBF-E (a) (b) b e b _e

(a)BRBF-E dengan 2 pengaku per tingkat

(b) BRBF-E dengan 1 pengaku per tingkat.

(8)

FLOWCHART

A

Perencanaan Sambungan

Analisa perilaku EBF dan BRBF-E dengan software

(9)

Perencanaan konfigurasi EBF dan BRBF-E

 Pada tugas akhir ini akan

membandingkan perilaku rangka dari sistem EBF dan BRBF-E dengan konfigurasi rangka V-terbalik pada

gedung sepuluh lantai pada zona

gempa 6 (tanah lunak) dan mengambil acuan pembebanan gempa sesuai dengan SNI 03-1726-2002. Selanjutnya pada struktur portal 10 lantai tersebut, diambil 1 portal paling bawah untuk dianalisa lebih lanjut . 36 ,0 0 24,00 EBF / BRBF- E 3,0 0 6,0 0 6,0 0 6,0 0 6,0 0 6,0 0 6,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 3,0 0 6,00 6,00 6,00 6,00 3,0 0

(10)

Gambar Potongan Memanjang Bangunan Gedung 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

Gambar Potongan Melintang Bangunan Gedung

(11)

No. Elemen yang dipakai Lantai Dimensi Profil 1. Balok 1-4 WF 500.200.10.16 5-7 WF 500.200.9.14 8-10 WF 450.200.9.14 Balok Anak 1-10 WF 300.200.8.12. 2. Kolom 1-4 K 700.300.13.24 5-7 K 588.300.12.20 8-10 K 600.200.11.17

3. Link dan Beam stub pada EBF

1-4 WF 500.200.10.16

5-7 WF 500.200.9.14

8-10 WF 450.200.9.14

4. Bracing pada EBF

1-4 WF 300.300.15.15

5-7 WF 300.300.10.15

8-10 WF 250.250.9.14

5.

Bracing pada BRBF-E (Steel core)

1-4 b= 250 mm, tp= 5 mm

5-7 b= 250 mm, tp= 5 mm

8-10 b= 250 mm, tp= 5 mm

(12)

PERMODELAN PORTAL

Perencanaan portal dalam tugas akhir ini meliputi :

 Jumlah tingkat = 10 buah

 Lebar portal = 6 m

 Tinggi portal = 4 m (per lantai)

 Panjang elemen Link pada EBF = 1m

 Panjang elemen Beam Stub pada BRBF-E = 1m  Mutu baja yang digunakan adalah baja = BJ 41

PEMBEBANAN PADA PORTAL

Pembebanan pada portal gedung meliputi: 1. Beban mati (D)

2. Beban hidup (L) 3. Beban Gempa (E)

4. Kombinasi Pembebanan sesuai dengan SNI 03-1729-2002

ANALISA SAP 2000 V.14 & MIDAS FEA

Analisa SAP 2000 dilakukan untuk mendapatkan gaya dalam setiap elemen dan analisa MIDAS FEA untuk mengetahui perilaku struktur (statik non linier)

(13)

KONTROL ELEMEN LINK DAN BEAM STUB

1. Perhitungan kontrol elemen link pada sistem EBF - Kontrol kekuatan penampang (Local Buckling)

 M_n = M_p = Z_x . f_y  = 2500 kg/cm2 x 2096 cm³  = 5240000 kg.cm  Mu max ≤  Mn  2206343,59 kg.cm < 0,9x5240000 kg.cm  2206343,59 kg.cm < 4716000 kg.cm..(ok)

 Penampang profil baja mampu menahan beban yang terjadi.

- Kontrol kuat geser link

 Jika Nu ≤ 0,15 Ny dengan Ny = Ag.fy maka, pengaruh gaya aksial pada kuat

geser rencana link tidak perlu diperhitungkan (SNI 03-1729-2002 butir 15.13.2.5

 Kontrol :  Nu ≤ 0,15 Ny

 2776,57 kg < 0,15 x 1177500 kg  2776,57 kg < 176625 kg

 maka, pengaruh gaya aksial pada kuat geser rencana link tidak perlu

(14)

- Kontrol Panjang elemen link

 Untuk panjang elemen link lebih efektif

menggunakan karakteristik link geser. Yang mempunyai persyaratan panjang

link adalah (Engelhardt 2007):

 e < 1,6 (Mp/Vp)  Dimana:  e = Panjang link = 100 cm  M_p = Z_x x f_y= 5240000 kg.cm  V_p = 0,6 x f_yx (d-2t_f) x t_w  = 0,6x2500 kg/cm2x(50-2.1,6)x1,0  = 64200 kg  e <1,6 (Mp/Vp)  100 cm < 1,6( 5240000 kg.cm/ 64200 kg)  100 cm < 130,59 cm…(ok) - Pengaku Link  Lebar pengaku  l > (b_f – 2t_w)  b₁+b₂> (200-2.10)  190 > 180 mm

 diambil lebar pengaku sebesar 190 mm  Tebal Pengaku

 t > 0,75 t_w  t > 0,75.10  t > 7,5 mm

 diambil tebal pengaku sebesar 10 mm  Jarak antar pengaku

 S ≤ (30 tw – d/5).  S < (30.10-482/5)  S < 203,6 mm

 diambil jarak antar pengaku sebesar 200

(15)

 2. Perhitungan Kontrol Elemen Beam Stub Pada Sistem BRBF-E Mn = Mp.

 M_n = M_p = Z_x . f_y

 =2096 cm3 x 2500 kg/cm2

 = 5240000 kg.cm

 Kontrol kuat nominal lentur :  M_{u max} ≤ Ø M_n

 1978914,96 kg.cm < 0,9 x 5240000 kg.cm  1978914,96 kg.cm < 4716000 kg.cm (OK)

 Profil WF 500.200.10.16 mampu menahan beban yang bekerja.

KONTROL ELEMEN BRACING 1. Kontrol bracing pada EBF

- Kontrol Tekan

(16)

2. Kontrol bracing pada BRBF-E - Kontrol Tekan

(17)

ANALISA STATIK PUSHOVER PADA STRUKTUR EBF 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 0 5 10 15 20 25

ANALISA PUSHOVER STRUKTUR

Base Force (V) = 2.727.987,76 kg Displacement ( ) = 23,74 cm

Step Displacement BaseForce

cm Kgf 0 0.00 0.00 1 4.00 651573.41 2 8.00 1303146.83 3 9.78 1593280.92 4 14.34 2228897.65 5 18.77 2589148.60 6 21.58 2775543.94 7 21.58 2775664.23 8 23.74 2727987.76

(18)

ANALISA STATIK PUSHOVER PADA BRBF-E 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 0 10 20 30 40

ANALISA PUSHOVER STRUKTUR BRBF-E

ANALISA PUSHOVER STRUKTUR BRBF-E Base Force (V) = 2.066.346,96 kg

Displacement = 35,1 cm

Step Displacement BaseForce

cm Kgf 0 0 0 1 3.049213 502982.97 2 17.159764 1745555.25 3 21.339086 1929870.15 4 24.82076 1997212.25 5 33.592269 2061183.08 6 34.492126 2064824.48 7 34.492176 2064824.99 8 35.081899 2066346.96

(19)

ANALISA PORTAL EBF DENGAN MIDAS FEA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

(20)

Tegangan Regangan Displacement Displacement

(MPa) (mm) arah X (mm) arah Z (mm)

0 0 0 0 0 1 72.33 0.00094 2.97 0.05 2 140.71 0.00208 6.09 0.10 3 143.49 0.01623 1.49 1.18 4 142.14 0.15511 103.87 12.01 5 140.50 2.69835 1682.12 263.03

0 0.00 0 0 0 1 38.59 0.000502 3.12 1.04 2 82.66 0.00109 6.39 2.18 3 114.31 0.00436 1.56 7.87 4 108.97 0.035586 110.27 64.02 5 85.62 0.537865 1833.49 1094.02

0 0 0 0 0 1 36.85 0.000479 2.90 0.90 2 82.08 0.001080 5.95 1.86 3 115.41 0.002620 1.45 6.92 4 105.41 0.013763 98.58 56.94 5 89.45 0.184670 1595.67 942.86 TITIK 3 Step ke-TITIK 2 Step ke-TITIK 1 Step

ke-Dibawah ini hasil analisa MIDAS FEA pada EBF di daerah link :

Dari ketiga titik yang ditinjau pada link, tegangan yang terjadi lebih besar dari pada

tegangan yang terjadi pada balok, kolom dan bracing. Hal ini sesuai dengan konsep

desain EBF bahwa link berfungsi sebagai disipasi energi dan di desain mengalami

kerusakan. Sedangkan elemen lainnya tetap dalam kondisi elastis.

(21)

0 0 0 0 0 1 26.90 0.00035 3.20 0.08 2 53.47 0.00070 6.52 0.17 3 70.08 0.00092 1.59 0.63 4 74.25 0.00274 104.31 7.02 5 92.19 0.08121 1746.64 127.41

0 0 0 0 0 1 19.82 0.00026 0.41 1.22 2 39.49 0.00051 0.82 2.53 3 52.53 0.00068 0.20 8.11 4 74.25 0.00111 17.86 63.84 5 92.19 0.03629 308.43 1099.35 TITIK 11 TITIK 10 Step Step

ke-Tegangan Regangan Displacement Displacement

0 0 0 0 0 1 14.53 0.00019 2.99 1.09 2 30.15 0.00039 6.06 2.25 3 37.18 0.00048 1.49 6.94 4 48.19 0.00063 89.37 52.30 5 87.31 0.01207 1438.75 855.66

0 0 0 0 0 1 15.13 0.00020 0.20 0.05 2 30.20 0.00039 0.41 0.10 3 40.13 0.00052 0.08 0.37 4 69.40 0.00202 8.64 3.76 5 51.12 0.03414 142.31 62.78 Step ke-TITIK 12 Step ke-TITIK 13

Dari keempat titik

yang ditinjau pada

bracing, tegangan

yang terjadi lebih

kecil dari pada

tegangan yang

terjadi pada

bracing BRBF-E,

hal ini

menunjukkan

bracing pada EBF

tidak dapat

menyerap energi

lebih besar dari

pada bracing pada

BRBF-E.

(22)

1 2 4 6 7 8 9 10 11 12 13 5 3

(23)

Dibawah ini hasil analisa MIDAS FEA pada BRBF-E di daerah beam stub:

Dari ketiga titik yang ditinjau pada beam stub, tegangan yang terjadi lebih kecil dai

pada tegangan yang terjadi pada link, hal ini menunjukkan link dapat menyerap

energi lebih besar dari pada beam stub.

0 0 0 0 0 1 56.59 0.000123 2.65 7.91 2 113.18 0.00025 5.3 0.25 3 142.67 0.00058 9.69 0.41 4 143.16 0.0015 19.33 0.83 5 142.784 0.02 172.26 7.91

Tegangan Regangan Displacement Displacement (MPa) (mm) arah X (mm) arah Z (mm)

0 0 0 0 0 1 17.94 0.000157 2.8 104.09 2 35.87 0.00031 5.61 1.88 3 73.15 0.00045 10.19 4.05 4 89.64 0.0011 20.44 10.16 5 44.85 0.01 182.88 104.09

0 0 0 0 0 1 13.53 0.000058 2.65 90.53 2 27.06 0.00012 5.31 1.67 3 50.86 0.00018 9.56 3.62 4 58.53 0.00032 18.48 8.93 5 46.52 0.0014 159.5 90.53 TITIK 3 Step ke-TITIK 2 Step ke-TITIK 1 Step ke-100 150 200

(24)

0 0 0 0 0 1 33.06 0.000072 2.93 106.35 2 66.12 0.00014 5.86 1.98 3 92.71 0.00018 10.27 4.24 4 101.32 0.00023 19.72 10.48 5 104.01 0.0026 170 106.35 Step ke-TITIK 10

0 0 0 0 0 1 23.26 0.000036 0.29 10.78 2 46.52 0.000072 0.58 0.082 3 66.45 0.0001 0.97 0.22 4 78.28 0.00011 1.81 0.65 5 118.93 0.00077 25.52 10.78

0 0 0 0 0 1 14.69 0.000022 2.76 88.83 2 29.37 0.000045 5.52 1.78 3 43.48 0.000068 9.67 3.77 4 46.78 0.000088 18.05 8.98 5 87.4 0.00012 149.49 88.83

0 0 0 0 0 1 26.79 0.000053 0.21 7.03 2 53.75 0.00011 0.42 0.03 3 78.29 0.00016 0.7 0.12 4 98.45 0.00018 0.31 0.402 5 120.05 0.0022 18.11 7.03 TITIK 11 Step ke-TITIK 12 Step ke-TITIK 13 Step

ke-Dari keempat titik

yang ditinjau pada

bracing BRBF-E,

tegangan yang

terjadi lebih besar

dari pada

tegangan yang

terjadi pada

bracing pad EBF.

Hal ini

menunjukkan

bracing pada

BRBF-E dapat

menyerap energi

lebih besar dari

pada bracing pada

EBF.

(25)

•Dari hasil analisa Midas FEA yang telah dilakukan, dapat diketahui perilaku rangka sistem EBF dan BRBF-E dengan konfigurasi rangka v-terbalik.

Berikut hasil analisa perbandingan sistem EBF dan BRBF-E :

1. Pada struktur EBF, tegangan dan displacement yang terjadi pada link lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan dan displacement yang terjadi pada beam stub struktur BRBF-E. Karena dalam EBF, link berfungsi sebagai disipasi energi (di desain untuk menyerap energi dan mengalami kerusakan sedangkan elemen yang lainya tetap dalam kondisi elastis).

2. Tegangan yang terjadi pada bracing EBF lebih kecil bila dibandingkan dengan tegangan yang terjadi pada bracing (steel core) BRBF-E. Maka, dalam hal ini

bracing (steel core) pada BRBF-E dapat menyerap energi lebih besar dari pada bracing pada EBF.

3. Dari hasil analisa Midas FEA pada struktur EBF, tegangan dan displacement yang terjadi pada kolom lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan dan

displacement yang terjadi pada kolom struktur BRBF-E. Maka, dalam hal ini struktur

BRBF-E mempunyai kekakuan lebih tinggi dari pada struktur EBF.

4. Dari hasil analisa yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan akan perilaku kegagalan struktur yang sedikit lebih baik ditunjukkan oleh sistem BRBF-E apabila dibandingkan dengan sistem EBF dengan mempertimbangkan displacement (simpangan), deformasi (perubahan bentuk struktur) dan kekakuan struktur.

(26)

- Badan Standardisasi Nasional Indonesia. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja

Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002). Departemen Pekerjaan Umum

- Badan Standardisasi Nasional Indonesia. Tata Cara Perencanaan Ketahanan

Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Bandung : BSN

- Marwan, Isdarmanu, STRUKTUR BAJA I, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

- Prinz dan Richards, Seismic Performance of Buckling-Restrained Braced Frames

With Eccentric Configurations, American Society of Civil Engineers, 2012

- Yurisman dkk, Perilaku Link Panjang Dengan Pengaku Diagonal Badan Pada

Sistem Struktur Rangka Baja Tahan Gempa, Seminar dan Pameran HAKI, 2011

- Moestopo dkk, Kajian Kinerja Link yang Dapat Diganti Pada Struktur Rangka

Baja Berpengaku Eksentrik Tipe Split-K, Seminar dan Pameran HAKI, 2011

- Nidiasari dan Budiono, Kajian Numerik Perilaku Link Panjang Dengan Pengaku

Diagonal Badan Pada Sistem Rangka Baja Berpengaku Eksentris, Seminar dan

Pameran HAKI, 2010

- Prinz dan Richards, Seismic Eccentrically Braced Frame Link With Reduced Web

Sections, Brigham Young University, 2009



(27)