PERENCANAAN "CONCENTRICALLY BRACED FRAMES (CBF)"
1. UMUM
CBF adalah suatu struktur utama penahan beban gempa pada kontruksi baja, yang fungsinya mirip dengan dinding geser pada kontruksi beton. Suatu stuktur penahan gempa tidak harus direncanakan tetap dalam kondisi elastis saat dilanda gempa kuat, atas pertimbangan ekonomis.
Seperti yang tel ah disebutkan pada bagian pendahuluan, ada dua kriteria filosofi perencanaan bangunan tahan gempa yang terdapat dalam Pedoman Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung 1987, SKBI-1.3.53.1987 (DPU,
1 9 8 7)^5].
Kriteria pertama menghendaki struktur kita hanya rusak ringan dan masih dapat diperbaiki, atau hanya elemen non struktur yang rusak.
t
Sedangkan kriteria kedua dapat dipenuhi, bila elemen yang bukan merupakan elemen penahan gempa utama direncanakan memiliki kapasitas yang cukup besar bila dibandingkan dengan kapasitas elemen penahan beban gempa utama.
Untuk mewujudkan kedua kriteria tersebut diatas perlu diadakan suatu pendekatan yang dikenal dengan perencanaan kapasitas atau CAPASITY DESIGN, dimana elemen-elemen struk-
tur yang lain direncanakan berdasarkan kapasitas dari elemen struktur utama penahan gempa. Pada DMRF elemen kolom direncanakan berdasarkan kapasitas elemen balok. Pada CBF elemen balok dan kolom direncanakan berdasarkan kapasitas elemen penyokong. Sedangkan pada EBF elemen penyokong, elemen balok, dan elemen kolom direncanakan berdasarkan kapasitas elemen link.
2. FILOSOFI PERENCANAAN CBF
CBF merupakan suatu bentuk struktur yang telah dipakai sejak lama. Penyokong diagonal yang dipakai cukup ekonomis dan efisien untuk menahan beban gempa yang terjadi.
Kekuatan dan daktilitas merupakan dua syarat penting untuk perencanaan CBF yang baik, kekuatan dan daktilitas CBF berhubungan dengan kekuatan dan daktilitas penyokong sebagai elemen utama penahan gempa. Sehubungan dengan kekuatan tersebut, maka filosofi dasar perencanaan CBF dapat diringkas sebagai berikut: mekanisme diawali dengan terbentuknya sendi plastis pada penyokong, sedangkan elemen yang lain harus direncanakan lebih kuat dari penyokong.
Pendekatan ini sering disebut sebagai Perencanaan Kapasitas atau "capacity design".
3. PERILAKU INELASTIS DARI CBF (HERA, 1990:11.10)
Perilaku inelastis dari CBF ditentukan oleh tiga faktor, yaitu rasio kelangsingan dari penyokong, jumlah tingkat bangunan, dan bentuk struktural dari penyokong.
Faktor pertama, yaitu rasio kelangsingan memberikan pengaruh yang berarti pada saat penyokong mengalami tekan, seperti yang terlihat pada gambar 2.1, yang memperlihatkan
"hysteretic envelopes" untuk penyokong dengan rasio kelang
singan 40, 80, dan 120.
Gambar 2.1
Hysteretic Envelopes for BraceS|. vti th Different Slenderness Ratios*-®^
Dari gambar "hysteretic envelopes" diatas, pada bagian tarik dari siklus memiliki perilaku yang baik dalam hal pemencaran energi inelastis, sedangkan pada bagian tekan dari siklus tersebut kurang memuaskan, terutama untuk penyokong yang langsing. Oleh sebab i tu penyokong
harus dibuat sepasang, sehingga pada saat sal ah satu penyo- kong mengalami tekan, penyokong yang lain akan mengalami tarik, hal ini akan meningkatkan perilaku inelastis dari CBF. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2
Hysteretic Loops for C B F ’s with (a) swingle and (b) Double Diagonal Braces^ ^
Jumlah tingkat bangunan juga berpengaruh pada perila
ku inelastis dari CBF, karena semakin tinggi bangunan semakin besar peluang terjadinya "soft storey". Untuk menghindari hal tersebut perlu diadakan perencanaan kapasi- tas, yang mana penyokong dirancang sebagai elemen utama
penahan gempa dan faktor "overstrength" yang diberikan pada kolom didasarkan gaya aksial yang terjadi pada penyokong.
Bentuk struktur penyokong juga sangat berpengaruh pada perilaku CBF. Karena bentuk struktur penyokong yang berbeda, X-braced CBF mempunyai perilaku yang lebih baik dibandingkan K-braced CBF. Hal ini bisa diterangkan sebagai berikut, ketika penyokong yang mengalami tekan pada K- braced mengalami tekuk, kemampuan penyokong untuk memikul beban menurun, akibatnya penyokong yang mengalami tarik memikul beban yang besar, hal ini menimbulkan ketidakseim- bangan gaya vertikal yang terjadi pada "joint" di tengah balok. Ketika gaya gempa berbalik arah, penyokong yang mengalami tekuk tidak dapat kembali normal secara penuh,
karena balok tidak cukup kuat untuk melakukannya, sehingga setelah beberapa siklus kekuatan penyokong untuk memikul beban menjadi berkurang. Oleh sebab itu dalam perencanaan K-braced selalu ditambahkan faktor beban siklus untuk mengurangi kekuatan tekan yang terjadi dan juga untuk meningkatkan kekuatan daripada struktur rangka baja (por
tal ) .
Perbedaan kelakuan inelastis pada K-braced dan X- braced CBF dapat dii1ustrasikan pada gambar 2.3.
11
(a)
■ r »
■ f ^--- 0 . » P , , ---« • » % c
(b)
r '
L K . . . . ,
z3zi—
.Gambar 2.3 Schematic Hysteresis Loops for (a) K-Braced and (b) X-braced C B F ’s^^^
4. GAYA GEMPA RENCANA
Indonesia terbagi menjadi enam wilayah gempa menurut Pedoman Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung 1 987 ( S KBI - 1.3,53.1987) , akan tetapi perencanaan yang dilakukan hanya untuk wilayah 4 saja. Hal tersebut disebab- kan karena bangunan tinggi di Indonesia biasanya pada
wilayah 4, misalnya: Jakarta dan Surabaya .
Gaya geser dasar rencana akibat gempa (V) yang dihtung dengan analisa beban statik ekivalen berdasarkan SKBI-
1.3.53.1987 adalah sebesar:
V = C I K W t ...(2.1) d i mana:
C =,koefisien gempa dasar peraturan I = faktor keutamaan untuk bangunan K = faktor tipe struktur
Wt = kombinasi beban mati seluruhnya dan beban hidup reduksi
Dalam tugas akhir ini penentuan gaya geser dasar rencana adalah sebagai berikut:
V = C I K M W t ...(2.2) dimana:
C = koefisien gempa dasar peraturan I = 1 (perkantoran)
K = tergantung tinggi tingkat dan kategori dari struktur, yang bisa dilihat pada lampiran A, yaitu pada tabel A.2 dan tabel A.7.
Untuk tabel A.2 diambil dari NZS 3404: 1989, sedangkan tabel A.3 diambil dari NZS 3404:
1992.
13
M = faktor material (NZS 3404:1989)
= 0,8
Untuk faktor material diambil sebesar 0.8 se- perti yang diusulkan dal am tugas akhir Andianto Tanujaya dan Connie Susilawati.
Wt = kombinasi beban mati seluruhnya dan beban hidup reduksi
5. KLASIFIKASI STRUKTUR DAN KLASIFIKASI ELEMEN BATANG
Perencanaan dan pendetailan suatu struktur penahan gempa dan semua elemen strukturnya hendaknya memenuhi syarat daktilitas, sehingga dapat dijamin tidak terjadinya keruntuhan getas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk menjamin agar keruntuhan getas tidak terjadi pada elemen di daerah inelastis, yaitu: pemilihan profil dengan batas leleh yang baik, mencegah "lateral buckling" dan
"lokal buckling".
Struktur dan elemen struktur penahan gempa harus direncanakan memiliki daktilitas yang cukup untuk menahan gempa. Si fat daktail sangat penting dalam struktur yang mengalami pelelehan akibat beban gempa yang kuat, kondisi
ini memungkinkan struktur terhindar dari keruntuhan.
Struktur baja dan elemen batang masing-masing dapat digolongkan menjadi tiga kategori untuk perencanaan gempa (
NZS 3404; 1989 dan NZS 3404 :1 992 ^ ) .
5.1 Klasifikasi Struktur
Ketiga kategori struktur meliputi: struktur dengan daktilitas penuh (struktur kategori 1), struktur dengan daktilitas terbatas (struktur kategori 2) dan struktur elastis (struktur kategori 3A atau 3B).
1. Struktur dengan daktilitas penuh.
Struktur yang termasuk dalam kategori ini adalah struk
tur yang mampu menahan tuntutan "global displacement ductility" (n > 2), dimana perlu untuk membentuk sendi plastis pada elemen utama penahan gempa pada daerah
“strain hardening". Struktur CBF yang dibahas dalam tugas akhir ini termasuk dalam kategori ini.
2. Struktur dengan daktilitas terbatas.
Struktur yang termasuk dalam kategori ini adalah struk
tur yang mampu menahan tuntutan "global displacement ductility" (1,25 < |i < 2), dimana perlu untuk membentuk sendi plastis pada elemen utama penahan gempa.
3. Struktur elastis.
Struktur ini diharapkan dapat memberikan respons elas
tis dengan tuntutan "global displacement ductility"
yang sangat rendah (n = 1,25) atau elastis penuh (u = 1) akibat beban gempa yang kuat.
15
5.2 Klasi fi kasi Elemen Batang
Ketiga kategori tersebut meliputi: elemen dengan tuntu- tan daktilitas tinggi (Batang kategori 1), elemen dengan tuntutan daktilitas rendah (Batang kategori 2) dan elemen dengan tuntutan daktilitas yang sangat kecil atau tanpa daktilitas (Batang kategori 3A atau 3 B ) .
1. Elemen dengan tuntutan daktilitas tinggi.
Elemen-elemen ini mampu menahan tuntutan "displace-
*1
ment ductility yang tinggi sesuai dengan yang diper- lukan elemen utama penahan gempa kategori 1 struk- tur.
2. Elemen dengan tuntutan daktilitas rendah.
Elemen-elemen ini mampu menahan tuntutan displace-
•I
ment ductility yang rendah sesuai dengan yang diperlu kan elemen utama penahan gempa pada kategori 2 struktur atau elemen sekunder pada kategori 1 struk-
tur.
3. Elemen dengan tuntutan daktilitas sangat kecil atau tanpa daktilitas.
El emen-elemen ini mampu menahan tuntutan displace1)
ment ductility yang sangat kecil atau tanpa daktili-
tas. Semua batang kategori 3A mampu mengalami pele- lehan pertama tanpa kehilangan kapasitas memikul beban.
5.3 Hubunqan Antara Kategori Struktur Dengan Kategori el etnen
Hubungan antara kategori struktur dengan kategori elemen berdasarkan peraturan Selandia Baru 1989 dapat dijelaskan sebagai berikut :
Si stem penahan gempa yang termasuk struktur katego
ri 1 m e m e r l u k a n p r o s e d u r p e r e n c a n a a n k a p a s i t a s , elemen utama penahan gempa merupakan kategori 1 dan elemen sekunder penahan gempa berupa kategori 1 atau 2.
Untuk struktur kategori 2 bila direncanakan dengan perencanaan kapasitas elemen utama penahan gempa meru
pakan kategori 1 atau 2, sedangkan elemen sekunder merupakan kategori 1, 2, atau 3A. Untuk struktur kate
gori 2 bila tidak direncanakan dengan perencanaan kapasitas semua elemen penahan gempa merupakan kategori 1 atau 2. Untuk struktur kategori 3A tidak diperlukan perencanaan kapasitas, sedangkan semua elemen penahan gempa merupakan kategori 1, 2, atau 3A. Untuk struktur kategori 3B tidak diperlukan perencanaan kapasitas, sedangkan semua elemen penahan gempa merupakan kategori 1, 2, 3A, atau 38. Untuk lebih jelasnya, hubungan antara kategori struktur dengan kategori elemen berda-
sarkan peraturan Selandia Baru 1989 bisa dilihat pada tabel tabel 2.1.a, sedangkan hubungan antara kategori struktur dengan kategori elemen berdasarkan peraturan 1992 untuk perencanaan CBF disa dilihat pada tabel 2 . 1 .b.
17
Tabel 2.1.a Hubungan Antara Kategori Struktur dengan Kategori Elemen Berdasarkan Peraturan Selan
dia Baru 1989*^^®^
Kategori Daktilitas
Struktur
Dilakukan Perencanaan
Kapasitas
TipeSistim Elemen Penahan
Gemoa
Kategori Minimum Daktilitas Elemen
1 Ya Primer 1
Sekunder 2
2 Ya Primer 2
Sekunder 3A
2 Tidak Semua 2
3A Tidak Semua 3A
3B Tidak Semua 3B
label 2.1.b Hubungan Antara Kategori Struktur dengan Kategori Elemen Berdasarkan Peraturan Selandia Baru 19921^^^^
Category
Category of member
for x-braced CBF Category of member for k-braced CBF
of Braces Collector Columns Braces Collector Columns
structure beams beams
1 1 2 2 1 1 2
2 2 3A 2 2 2 2
3A 3A 3B 3A 3A 3A 3A
38 3A 38 38 3A 3A 38
6. FAKTOR MATERIAL
Baja memiliki karakteristik yang berbeda dengan beton, maka untuk mengatasi hal tersebut pada peraturan Selandia Baru diberikan faktor Material (M) = 0,8.
Faktor ini digunakan untuk perencanaan beban gempa.
Dalam perencanaan struktur baja, ukuran dimensi yang diambil umumnya lebih besar daripada yang dibutuhkan, hal ini dapat terjadi karena ukuran dimensi profil baja yang ada dipasaran terbatas, sehingga untuk menga
tasi kelebihan dimensi ini diberikan faktor material.
