ANTAR LANTAI DENGAN MENGGUNAKAN BRESING
TESIS
Oleh
ZULFAZLY PUTRA 157016007
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
ANALISIS KINERJA STRUKTUR PORTAL BAJA YANG DIDESAIN BERDASARAKAN BATAS IJIN SIMPANGAN ANTAR LANTAI DENGAN MENGGUNAKAN BRESING
TESIS
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Sipil pada Sekolah Pascasarjana
Universitas Sumatera Utara
Oleh
ZULFAZLY PUTRA 157016007
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
sullnul,{
ilsi-l
{r{r{al ilsil
Itd]S
{!il{e,
us{3{J lpnts
ruBr8ord
u
ursd rsrrilox
:ln[n]ofuel,{
rrl}}lrrls
HdlS
{lu{al
r+}srAEI,{
i009r$tsr
urlnd
f,1zqyn7
SNISS}{fr N}}TYN Si}NEI{I II
iIYSNUO IYJNYT
UYINY NYSNYd}TIS
hIIfI SYJYfi
NYX}?IYSl'trNtrfi I{trYSg{I{t
SNYA
YfYfl
'tY.t}{OdIInIXCXJ,S
YfUlNfX
SISITYT{Y
6I0r
latr{
snlnT : 1u33ur1
!sBrluasuox
$nls
ururEor6
{o{od
JorrroN E^i.srsBqul,ll EmBN
e1o33uy Enlex
JUI sauusrl{}f
slssl
Fpnf
Telah diuji pada Tanggal : Mei 2019
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Anggota : 1. Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE
2. Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc 3. Medis Sejahtera Surbakti, ST. MT. Ph.D 4. Ir. Rudi Iskandar, MT
Judul Tesis
ANALISIS KINERJA STRUKTUR PORTAL BAJA YANG DIDESAIN BERDASARAKAN BATAS IJIN SIMPANGAN ANTAR LANTAI
DENGAN MENGGUNAKAN BRESING
Dengan ini penulis menyatakan bahwa tesis ini disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan hasil karya penulis sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan tesis ini, telah penulis cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan ilmiah.
Apabila di kemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian tesis ini bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian tertentu, penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku.
Medan, Mei 2019 Penulis,
Zulfazly Putra
ABSTRAK
ANALISIS KINERJA STRUKTUR PORTAL BAJA YANG DIDESAIN BERDASARAKAN BATAS IJIN SIMPANGAN ANTAR LANTAI
DENGAN MENGGUNAKAN BRESING Oleh
Zulfazly Putra NIM: 157016007
(Program Studi Magister Teknik Sipil)
Struktur rangka baja tahan gempa didesain harus mampu menahan deformasi inelastik yang besar ketika diberi beban gempa. Peraturan yang berlaku masih mengizinkan penggunaan metode desain elastis berupa evaluasi nonlinear static (pushover analysis) maupun evaluasi nonlinear analisis (time history analysis) sebagai dasar perencanaan. Struktur rangka baja penahan gempa terdiri dari moment resisting frame dan braced frame. Moment resisting frame merupakan struktur rangka baja yang bekerja secara inelastis penuh saat terjadi gempa yang mempunya daktilitas yang sangat tinggi. sedangkan braced frame mengutamakan kekakuan dan kekuatan dari sistem rangka vertikal sebagai penahan beban lateral.
Pada penulisan tesis ini membahas mengenai analisis kinerja struktur portal baja dengan menggunakan bresing dan tanpa bresing. Bangunan gedung ini terdiri dari enam lantai dengan fungsi bangunan sebagai gedung perkantoran, lokasi gedung berada di Banda Aceh dengan kondisi tanah lunak. Untuk analisis struktur dalam penulisan tesis ini menggunakan bantuan program Extended Three Dimensional Analysis of Building System (ETABS). Metode analisis struktur portal baja yang digunakan adalah pushover analysis. Analisis pembebanan yang diberikan yaitu, pembebanan statik berdasarkan PPPURG 1987 dan pembebanan dinamik gempa menggunakan analisis prosedur spektrum respons ragam berdasarkan SNI 03-1726-2012. Analisis struktur diasumsikan dengan menggunakan konsep strong column weak beam.
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan didapat bahwa struktur portal baja yang didesain berdasarkan batas ijin simpangan antar lantai dengan menggunakan bresing dan tanpa bresing yang dianalisis telah memenuhi syarat.
Konsep analisis struktur portal baja strong column weak beam yang direncanakan telah memenuhi syarat. Taraf kinerja struktur portal baja tanpa bresing ialah LS (Life Safety) sedangkan taraf kinerja struktur portal baja dengan menggunakan bresing ialah IO (Immediate Occupancy). Pemakaian bahan baja terbesar pada portal baja tanpa bresing sebesar 10059.42 kN.
Kata Kunci: portal baja, bresing, simpangan antar lantai, pushover analysis, strong column weak beam.
DESIGNED BASED ON ALLOWABLE INTERSTORY DRIFT LIMITS BY USING BRACING
Oleh Zulfazly Putra NIM: 157016007
(Program Studi Magister Teknik Sipil)
The earthquake resistant steel frame structure is designed to be able to withstand large inelastic deformations in the case of an earthquake. The applicable regulations still allow the use of elastic design methods in the form of nonlinear static (pushover analysis) and nonlinear analysis (time history analysis) evaluation as the basis for planning. This building consists of six floors with the function as an office building, the location of the building is in Banda Aceh with soft soil conditions. The structural analysis used the help of the Extended Three Dimensional Analysis of Building System program (ETABS). The method of analysis of steel portal structures used was pushover analysis. Analysis of the given load was static loading based on 1987 PPPURG and earthquake dynamic loading uses a variety response spectrum procedure analysis based on SNI 03-1726-2012.
Structural analysis is assumed by using the Strong Column Weak Beam concept.
From the results of calculations that have been obtained, it is found that the steel portal structures designed based on allowable interstory drift limits by using bracing and without bracing has met the requirements. The analysis concept of the planned Strong Column Weak Beam steel portal structure has met the requirements. The performance level of the steel portal structure without bracing was LS (Life Safety) while the performance level of the steel portal structure using bracing was IO (Immediate Occupancy). The use of the largest steel material on the steel portal without bracing was 10059.42 kN.
Keywords: steel portals, bracing, interstory drift, pushover analysis, strong column weak beam.
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh
Penulis mengucapkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan berkah-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis ini.
Selama melakukan penelitian dan penulisan tesis ini, Penulis banyak memperoleh bantuan moril dan materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Runtung, S.H., M.Hum., selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Prof. Dr. Robert Sibarani, MS, selaku Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc, selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Ir. Seri Maulina, M.Si, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Komisi Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penulisan tesis ini.
6. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST. MT. Ph.D, selaku Komisi co Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam penulisan tesis ini.
7. Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, selaku Komisi Pembanding atas saran dan kritik yang diberikan.
8. Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc, selaku Komisi Pembanding atas saran dan kritik yang diberikan.
9. Bapak Ir. Rudi Iskandar, MT, selaku Komisi Pembanding atas saran dan kritik yang diberikan.
10. Kepada kedua orang tua tercinta (Mizwar dan Rasuma) yang memberikan semangat, doa dan dukungan moril maupun materil dengan sabar dan ikhlas.
11. Kepada istri dan anak tercinta (Julaida Ulfa Sitorus dan Uwais Syafiq Haqqani) yang memberikan semangat, doa dan dukungan dengan sabar dan ikhlas.
12. Kepada semua teman-teman, rekan, kenalan, dan saudara-saudara lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari tesis ini masih banyak memiliki kekurangan dan jauh dari sempurna. Namun harapan penulis semoga tesis ini bermanfaat kepada seluruh pembaca. Semoga kiranya Tuhan Yang Maha Esa memberkati kita semua. Amin.
Wassalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Medan, Mei 2019 Penulis,
Zulfazly Putra
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN TESIS ... i
LEMBAR PENETAPAN PANITIA PENGUJI TESIS ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ORISINALITAS ... iii
ABSTRAK ... iv
ABSTRACT ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR SIMBOL ... xv
DAFTAR SINGKATAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Software Analisis Struktur ... 4
2.2 Struktur Portal Baja Tahan Gempa ... 4
2.2.1. Momen Resisting Frames (MRF) ... 4
2.2.2. Brace Frames (BF) ... 6
2.2.2.1. Concentrical Braced Frames (CBF) ... 6
2.2.2.2. Eccentrically Braced Frames (EBF) ... 8
2.3 Kombinasi Pembebanan ... 9
2.4 Pembebanan Struktur... 9
2.5 Tinjauan Pembebanan Dinamik untuk Gempa ... 10
2.5.1. Gaya Geser Dasar Seismik Respons Ragam Pertama (V1) ... 10
2.5.2. Koefisien Respons Seismik (CS) ... 11
2.5.3. Distribusi Vertikal Gaya Geser Dasar Seismik (FX) ... 11
2.5.4. Periode Getar Fundamental ... 11
2.5.5. Gaya Geser Dasar Seismik Spektrum Respons Ragam (Vt) ... 13
2.5.6. Faktor Skala Gaya untuk Gaya Geser Dasar Seismik Spektrum Respons Ragam ... 13
2.5.7. Faktor Redudansi (ρ) untuk Kategori Desain Seismik D sampai F ... 13
2.6 Grafik Respons Spektra ... 13
2.6.1. Parameter Percepatan Terpetakan... 14
2.6.2. Parameter Respons Spektral Percepatan Gempa Maksimum (MCER) ... 14
2.7 Simpangan Antar Lantai dari Kinerja Batas Ultimit ... 15
2.8 Pengertian Analisis Statik Non-Linier (Pushover Analysis) ... 16
2.9 Analisis Beban Dorong Berdasarkan ATC-40 (Capacity-Spectrum Method) ... 17
2.9.1. Kapasitas (Capacity) ... 17
2.9.2. Permintaan (Demand) ... 17
2.9.3. Kinerja (Performance) ... 23
2.10 Sendi Plastis ... 25
2.10.1. Hasil Analisis Sendi Plastis ... 25
2.10.2. Distribusi Sendi Plastis ... 26
2.10.3. Mekanisme Pembentukan Sendi Plastis ... 27
2.11 Taraf Kinerja Struktur ... 28
2.12 Klasifikasi Deformation Limit ... 29
2.13 Literature Review ... 30
BAB III METODA PENELITIAN ... 36
3.1 Jenis Penelitian ... 36
3.2 Teknik Pengumpulan Data ... 36
3.2.1. Perencanaan Desain Portal Baja ... 36
3.2.2. Perencanaan Material Portal Baja ... 37
3.2.3. Perencanaan Elemen Struktur Portal Baja ... 38
3.3 Model Analisis Data ... 38
3.3.1. Pemodelan Struktur ... 38
3.3.2. Analisis Pembebanan ... 41
3.3.3. Desain Percepatan Respons Spektral ... 42
3.3.4. Analisis Struktur ... 43
3.4 Prosedur Pengunaan Program ... 44
3.5 Bagan Alir Penelitian ... 45
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1 Hasil Penelitian ... 46
4.1.1. Hasil Analisis Umum Gempa ... 46
4.1.2. Hasil Analisis Kinerja Batas Ultimit dari Simpangan Antar Lantai ... 51
4.1.3. Hasil Analisis Pushover ... 55
4.2 Pembahasan ... 58
4.2.1. Perbandingan Kurva Pushover Struktur Portal Baja dengan Bresing dan Tanpa Bresing Arah x ... 58
4.2.2. Perbandingan Kurva Pushover Struktur Portal Baja dengan Bresing dan Tanpa Bresing Arah y ... 59
4.2.3. Perbandingan Simpangan Antar Lantai Struktur Portal Baja dengan Bresing dan Tanpa Bresing Arah x ... 60
4.2.4. Perbandingan Simpangan Antar Lantai Struktur Portal Baja Dengan Bresing dan Tanpa Bresing Arah x ... 61
4.2.5. Perbandingan Simpangan Antar Lantai Struktur Portal Baja Tanpa Bresing dengan Menggunakan Bresing Arah x dan Arah y ... 62
x
4.2.6. Level Kinerja Stuktur ... 63
4.2.7. Skema Distribusi Sendi Plastis ... 64
4.2.8. Evaluasi Pemakaian Material Baja pada Struktur Portal Baja ... 67
4.2.8.1. Berat Elemen Struktur Portal Baja ... 67
4.2.8.2. Panjang Elemen Struktur Portal Baja ... 68
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
5.1 Kesimpulan ... 69
5.2 Saran ... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 71
Tabel II.1 Faktor Keutamaan Gempa berdasarkan SNI 03-1726-2012
Pasal 4.1.2 ... 11
Tabel II.2 Koefisien untuk Batas Atas pada Perioda yang dihitung berdasarkan SNI 03-1726-2012 ... 12
Tabel II.3 Nilai Parameter Perioda Pendekatan Ct dan x berdasarkan SNI 03-1726-2012 ... 12
Tabel II.4 Koefisien Situs, Fa berdasarkan SNI 03-1726-2012 ... 15
Tabel II.5 Koefisien Situs, Fv berdasarkan SNI 03-1726-2012 ... 15
Tabel II.6 Simpangan Antar Lantai Ijin berdasarkan SNI 03-1726-2012 .. 16
Tabel II.7 Nilai k (ATC-40) ... 23
Tabel II.8 Nilai SRAmin dan SRVmin (ATC-40) ... 23
Tabel II.9 Tipe Struktur (ATC-40) ... 23
Tabel II.10 Deformation Limit untuk Berbagai Tingkat Kinerja (ATC-40) ... 29
Tabel III.1 Elemen Struktur Portal Baja Tanpa Bresing ... 38
Tabel III.2 Elemen Struktur Portal Baja Dengan Bresing ... 38
Tabel III.3 Desain Percepatan Respons Spektral ... 42
Tabel IV.1 Ratio Partisipasi Massa Portal Baja Tanpa Bresing (PBTB) ... 46
Tabel IV.2 Ratio Partisipasi Massa Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Luar (PBDBBBL) ... 46
Tabel IV.3 Ratio Partisipasi Massa Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Dalam (PBDBBBD) ... 46
Tabel IV.4 Ratio Partisipasi Massa Portal Baja dengan Bresing Tidak Beraturan (PBDBTB) ... 46
Tabel IV.5 Berat Efektif Struktur Portal Baja Perlantai ... 47
Tabel IV.6 Nilai Perioda Fundamental Pendekatan (Ta) ... 47
Tabel IV.7 Nilai Koefisien Dasar Seismik (CS) ... 48
Tabel IV.8 Nilai Gaya Geser Dasar Statik Ekivalen (V) (PBTB) ... 48
Tabel IV.9 Nilai Gaya Geser Dasar Statik Ekivalen (V) (PBDBBBL) ... 49
Tabel IV.10 Nilai Gaya Geser Dasar Statik Ekivalen (V) (PBDBBBD) ... 49
Tabel IV.11 Nilai Gaya Geser Dasar Statik Ekivalen (V) (PBDBTB) ... 49
Tabel IV.12 Distribusi Vertikal Gaya Gempa PBTB ... 50
Tabel IV.13 Distribusi Vertikal Gaya Gempa PBDBBBL ... 50
Tabel IV.14 Distribusi Vertikal Gaya Gempa PBDBBBD ... 50
Tabel IV.15 Distribusi Vertikal Gaya Gempa PBDBTB ... 51
Tabel IV.16 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah x PBTB ... 52
Tabel IV.17 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah y PBTB ... 52
Tabel IV.18 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah x PBDBBBL ... 53
Tabel IV.19 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah y PBDBBBL ... 53
Tabel IV.20 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah x PBDBBBD ... 54
xii
Tabel IV.21 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah y PBDBBBD ... 54 Tabel IV.22 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah x
PBDBTB ... 55 Tabel IV.23 Perhitungan Story Drift Dari Kinerja Batas Ultimit Arah y
PBDBTB ... 55 Tabel IV.24 Data Perbandingan Base Shear dengan Displacement
PBTB ... 56 Tabel IV.25 Hasil Perbandingan Base Shear dengan Displacement
PBDBBBL ... 56 Tabel IV.26 Hasil Perbandingan Base Shear dengan Displacement
PBDBBBD ... 57 Tabel IV.27 Hasil Perbandingan Base Shear dengan Displacement
PBDBTB ... 57 Tabel IV.28 Perbandingan Simpangan Antar Lantai Portal Baja Tanpa
Bresing dengan Menggunakan Bresing Beratuturan
Bagian Luar ... 62 Tabel IV.29 Perbandingan Simpangan Antar Lantai Portal Baja Tanpa
Bresing dengan Menggunakan Bresing Beratuturan
Bagian Dalam ... 62 Tabel IV.30 Perbandingan Simpangan Antar Lantai Portal Baja Tanpa
Bresing dengan Menggunakan Bresing Tidak Beratuturan ... 63 Tabel IV.31 Level Kinerja Struktur Portal Baja Tanpa Bresing ... 63 Tabel IV.32 Kinerja Struktur Portal Baja dengan Bresing Beraturan
Bagian Luar Arah x dan Arah y ... 63 Tabel IV.33 Kinerja Struktur Portal Baja dengan Bresing Beraturan
Bagian Dalam Arah x dan arah y ... 64 Tabel IV.34 Kinerja Struktur Portal Baja dengan Bresing Tidak
Beraturan Arah x dan Arah y ... 64 Tabel V.1 Perbandingan Kurva Pushover ... 69 Tabel V.2 Perbandingan Nilai Simpangan Antar lantai ... 69
Gambar II.1 Sistem Rangka Pemikul Momen (MRF) ... 5
Gambar II.2 Jenis – Jenis Concentrically Braced Frames ... 6
Gambar II.3 Jenis – Jenis Concentrically Braced Frames ... 7
Gambar II.4 Jenis – Jenis Eccentrically Braced Frames ... 8
Gambar II.5 Kurva Kapasitas (ATC-40) ... 17
Gambar II.6 Kurva Kapasitas dan Spektrum Kapasitas (ATC-40) ... 19
Gambar II.7 Respons Spektrum Tradisional dan Demand Spectrum (ATC-40) ... 19
Gambar II.8 Plot Spektrum Kapasitas dan Demand Spektrum (ATC-40) ... 20
Gambar II.9 Representasi Bilinear dari Spektrum Kapasitas (ATC-40) ... 20
Gambar II.10 Damping Energi (ATC-40) ... 21
Gambar II.11 Hysteretic Damping Memperlihatkan Maximum Strain Energy (ATC-40) ... 22
Gambar II.12 Grafik Perpotongan Kurva Kapasitas dengan Demand Spectrum (ATC-40) ... 24
Gambar II.13 Kurva Hubungan Momen-Rotasi, Setipe dengan Kurva Hubungan Force- Displacement (FEMA 356) ... 25
Gambar III.1 Denah Struktur Portal Baja ... 37
Gambar III.2 Struktur Portal Baja Tanpa Bresing Arah y ... 39
Gambar III.3 Struktur Portal Baja Tanpa Bresing Arah x ... 39
Gambar III.4 Struktur Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Luar Arah y ... 39
Gambar III.5 Struktur Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Luar Arah x ... 40
Gambar III.6 Struktur Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Dalam Arah y ... 40
Gambar III.7 Struktur Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Dalam Arah x ... 40
Gambar III.8 Struktur Portal Baja dengan Bresing Tidak Beraturan Arah y .. 41
Gambar III.9 Struktur Portal Baja dengan Bresing Tidak Beraturan Arah x .. 41
Gambar III.10 Grafik Desain Respons Spektrum Tanah Lunak (SE), Lokasi Banda Aceh ... 43
Gambar III.11 Bagan Alir Penelitian ... 45
Gambar IV.1 Perbandingan Kurva Pushover Arah x ... 58
Gambar IV.2 Perbandingan Kurva Pushover Arah y ... 59
Gambar IV.3 Simpangan Antar Lantai Ijin Struktur Portal Baja Arah x ... 60
Gambar IV.4 Simpangan Antar Lantai Ijin Struktur Portal Baja Arah y ... 61
Gambar IV.5 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBTB Arah x ... 64
Gambar IV.6 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBTB Arah y ... 65
Gambar IV.7 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBDBBBL Arah x ... 65
Gambar IV.8 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBDBBBL Arah y ... 65
Gambar IV.9 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBDBBBD Arah x .... 66
Gambar IV.10 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBDBBBD Arah y .... 66
xiv
Gambar IV.11 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBDBTB Arah x ... 66
Gambar IV.12 Skema Distribusi Sendi Plastis Struktur PBDBTB Arah y ... 67
Gambar IV.13 Berat Elemen Struktur Portal Baja (kN) ... 67
Gambar IV.14 Panjang Elemen Struktur Portal Baja (m) ... 68
Cs = Koefisien Desain Seismik Cd = Faktor Amplifikasi Defleksi Cu = KoefisienBatas Atas pada Perioda DL = Beban Mati
E = Variabel Beban Gempa
Eh = Pengaruh Beban Seismik Horizontal Ev = Pengaruh Beban Seismik Vertikal ED = Area Tertutup dari Hysteretic Loop Fx = Faktor Distribusi Vertikal
Fa = Koefisien Situs Untuk Perioda Pendek pada Perioda 0.2 Detik Fv = Koefisien Situs Untuk Perioda Panjang pada Perioda 1 Detik Hnx = Ketinggian Struktur
hi, hx = Tinggi dari Dasar Sampai Tingkat i atau x Ie = Faktor Keutamaan Gempa
k = Eksponen yang Terkait dengan Periode Struktur LL = Beban Hidup
Lr = Beban Hidup Khusus pada Atap Mi = Massa Lantai ke-i
N = Tingkat ke N, Tingkat Utama Ρ = Faktor Redudansi
PF1 = Modal Participation Factor untuk Mode 1
Q/QE = Pengaruh Gaya Seismik Horizontal dari V atau Fp R = Koefisien Modifikasi
RL = Beban Hidup Air Hujan
SDS = Parameter Percepatan S Spektral Pada Perioda Pendek, Redaman 5 SD1 = Parameter Percepatan Respons Spektral Desain Pada Titik
Sa = Spectral Acceleration Sd = Spectral Displacement
SS = Percepatan Batuan Dasar pada Perioda Pendek S1 = Percepatan Batuan Dasar pada Perioda 1 Detik Ta = Periode Getar Fundamental
V = Gaya Geser Dasar Seismik
Vt =Gaya Geser Dasar Seismik Respons Ragam Pertama W = Berat Mati Bangunan
WL = Beban Angin
Wt = Jumlah Berat Seismik Efektif
wi,wx = Bagian Berat Seismik Efektif Total Struktur (W) yang Dikenakan pada Tingkat i atau x
= Modal Mass Coefficient untuk Mode1
xe = Defleksi pada Lokasi yang Disyaratkan Δroof = Peralihan Atap
Δa = Batas Ijin Simpangan Antar Lantai Δx = Simpangan Antar Lantai Tingkat Desain
i1 = Amplitudo dari Mode 1 pada Lantai-i
DAFTAR SINGKATAN
ADRS = Acceleration-Displacement Respons Spectra ASTM = American Standard Testing and Material ATC = Applied Technology Council
BF = Braced Frame
CBF = Concentrical braced frames CP = Collapse Prevention
DC = Damage Control
ETABS = Extended Three Dimensional Analysis of Building System EBF = Eccentrically Braced Frames
FEMA = Federal Emergency Management Agency IO = Immediate Occupancy
LS = Life Safety
MF = Momen Frame
MRF = Momen Resisting Frames
PPPURG = Program Pedoman Peraturan Pembebanan Rumah dan Gedung PUSKIM = Pusat Penenelitian dan Pengembangan Perumahan dan
Permukiman
PBTB = Portal Baja Tanpa Bresing
PBDBBBL = Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Luar PBDBBBD = Portal Baja dengan Bresing Beraturan Bagian Dalam PBDBTB = Portal Baja dengan Bresing Tidak Beraturan
SCWB = Strong Column Weak Beam SMRF = Special Moment Resisting Frames SRPMK = Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus
SRBPMK = Sistem Rangka Batang Penahan Momen Khusus SRPMB = Sistem Rangka Penahan Momen Biasa
SRBKB = Sistem Rangka Bresing Konsentrik Biasa SRBKK = Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus SNI = Standar Nasional Indonesia
1.1 Latar Belakang
Struktur rangka baja tahan gempa didesain harus mampu menahan deformasi inelastik yang besar ketika diberi beban gempa. Peraturan yang berlaku masih mengizinkan penggunaan metode desain elastis berupa evaluasi nonlinear static (pushover analysis) maupun evaluasi nonlinear analisis (time history analysis) sebagai dasar perencanaan. Struktur rangka baja penahan gempa terdiri dari moment resisting frame dan braced frame.
Moment resisting frame merupakan struktur rangka baja yang bekerja secara inelastis penuh saat terjadi gempa yang mempunya daktilitas yang sangat tinggi. Sedangkan braced frame mengutamakan kekakuan dan kekuatan dari sistem rangka vertikal sebagai penahan beban lateral. Braced frame mempunyai elemen bresing yang berguna memperkaku dan memperkuat struktur rangka. Braced frame terbagi dua, yaitu concentrically braced frame dan eccentrically braced frame.
Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis pemodelan kinerja struktur portal baja yang didesain berdasarkan batas ijin simpangan antar lantai dengan menggunakan bresing dan tanpa bresing. Jenis bresing yang digunakan adalah X-Braced CBF, dengan sistem pemodelan bresing beraturan dan tidak beraturan.
Metode analisis pushover merupakan salah satu komponen performance based design yang menjadi sarana untuk mengetahui kapasitas suatu struktur.
Pushover analysis adalah suatu analisis statik nonlinier dimana pengaruh gempa rencana terhadap struktur gedung dianggap sebagai beban-beban statik yang menangkap pada pusat massa masing-masing lantai, yang nilainya ditingkatkan secara berangsur-angsur sampai melampaui pembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan sendi (sendi plastis) pertama di dalam struktur gedung, kemudian dengan peningkatan beban lebih lanjut mengalami perubahan bentuk pasca-elastis yang besar sampai sampai mencapai target peralihan yang diharapkan atau sampai mencapai kondisi plastis. Pada proses pushover, struktur didorong sampai mengalami leleh disatu atau lebih lokasi di struktur tersebut. Kurva
2
kapasitas akan memperlihatkan suatu kondisi linier sebelum mencapai kondisi leleh dan selanjutnya berperilaku nonlinier.
Dalam mendesain sebuah struktur tahan gempa, perilaku in-elastis dari struktur sangat diharapkan untuk terjadinya pemencaran energi gempa baik pada saat terjadi gempa sedang maupun gempa kuat (Sudarsana, dkk. 2015). Untuk mengatasi hal tersebut beberapa elemen dari sebuah struktur harus didesain sedemikian rupa sehingga mampu dalam menahan gaya-gaya lateral (beban gempa) yang terjadi. Simpangan lateral dari suatu sistem struktur akibat beban gempa adalah sangat penting yang dilihat dari tiga pandangan yang berbeda, menurut Farzat Naeim (1989); (a) kestabilan struktur, (b) kesempurnaan arsitektural (architectural integrity) dan potensi kerusakan bermacam-macam komponen bukan struktur, (c) kenyaman manusia (human comfort), sewaktu terjadi gempa bumi dan sesudah bangunan mengalami gerakan gempa.
Richard N. White (1987) berpendapat bahwa dalam perencanaan bangunan tinggi selalu dipengaruhi oleh pertimbangan lenturan (deflection), bukannya oleh kekuatan (strength). Simpangan antar tingkat dari suatu titik pada suatu lantai harus ditentukan sebagai simpangan horizontal titik itu, relatif terhadap titik yang sesuai pada lantai yang berada dibawahnya. Perbandingan antar simpangan antar tingkat dan tinggi tingkat yang bersangkutan tidak boleh melebihi 0.005 dengan ketentuan dalam segala hal simpangan tersebut tidak boleh lebih dari 2 cm. Terhadap simpangan antar tingkat telah diadakan pembatasan-pembatasan untuk menjamin agar kenyamanan bagi para penghuni gedung tidak terganggu dan juga untuk mengurangi momen-momen sekunder yang terjadi akibat penyimpangan garis kerja gaya aksial didalam kolom-kolom.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah difokuskan pada analisis pushover yang terjadi pada portal baja dengan menggunakan bresing dan portal baja tanpa bresing.
1.3 Batasan Masalah
1. Analisis struktur bangunan dilakukan dengan bantuan perangkat lunak ETABS.
2. Analisis perhitungan beban gempa mengacu pada peraturan SNI 03- 1726-2012 (tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung).
3. Analisis perhitungan pembebanan mengacu pada peraturan SKBI 1.3.53.1987 (pedoman perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung).
4. Metode analisis struktur portal baja yang digunakan adalah pushover analysis.
5. Sistem struktur yang dianalisis berupa rangka pemikul momen khusus (SRPMK).
6. Bangunan gedung dimodelkan dan dianalisis dengan portal baja tanpa bresing, portal baja dengan bresing beraturan bagian luar, portal baja dengan bresing beraturan bagian dalam, dan portal baja dengan bresing tidak beraturan.
7. Bangunan gedung dalam penelitian ini hanya memiliki 6 lantai.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan utama dalam penelitian ini adalah menganalisis kinerja struktur portal baja tanpa bresing, struktur portal baja menggunakan bresing beraturan bagian luar, struktur portal baja menggunakan bresing beraturan bagian dalam, dan struktur portal baja menggunakan bresing tidak beraturan.
Tujuan detail dalam penelitian ini adalah simpangan antar lantai, gaya geser pushover, skema distribusi sendi plastis dan optimasi pemakaian bahan baja.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat memberikan informasi dan pemahaman tentang analisis pushover.
2. Dapat menjadi panduan tentang cara evaluasi kinerja struktur portal baja pada bangunan bertingkat berdasarkan SNI 03-1726-2012.
3. Memberikan gambaran perbedaan perilaku struktur bangunan portal baja yang dianalisis dengan menggunakan bresing dan tanpa bresing.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Software Analisis Struktur
Menurut Andrianto (2007), program ETABS merupakan program analisis struktur yang dikembangkan oleh perusahaan Software Computers and Structures, Incorporated (CSI) yang berlokasi di Barckley, California, Amerika Serikat.
ETABS merupakan salah satu program analisis struktur yang dapat menganalisis struktur gedung secara statik maupun dinamik untuk memperoleh gaya-gaya dalam yang diperlukan untuk perencanaan struktur. Ketahanan struktur balok dan kolom dapat dianalisa menggunakan program ETABS. Ketahanan struktur ditunjukkan setelah melalui hasil running program pada menu check design structure. Khusus evaluasi ketahanan struktur kolom divisualisasikan melalui indikasi warna-warna yang dikeluarkan oleh program ETABS. Warna-warna tersebut merupakan nilai rasio kapasitas penampang elemen struktur tersebut terhadap beban yang dihitung secara otomatis oleh program. Berikut analisa warna untuk ketahanan struktur pada program ETABS:
1. warna biru muda: rasio 0.00 sampai 0.50: Sangat Aman, 2. warna hijau: rasio 0.50 sampai 0.70: Aman,
3. warna kuning: rasio 0.70 sampai 0.90: Aman, 4. warna ungu: rasio 0.90 sampai 0.94: Cukup aman, 5. warna merah: rasio >0.95: Kritis (Over Stress/OS).
2.2 Struktur Portal Baja Tahan Gempa
Dua hal mendasar sistem kekuatan penahan lateral adalah frame penahan momen frame dan braced frame. Sistem-sistem ini dikembangkan selama dimulainya konstruksi high rise building pada sekitar awalabad dua puluh.
2.2.1 Momen Resisting Frames (MRF)
Sistem struktur MRF memberikan ruang yang luas pada suatu bangunan.
Oleh karena itu, sistem ini sering diminati oleh banyak arsitek dan juga banyak digunakan untuk struktur gedung institusi atau perkantoran yang memerlukan ruang
yang luas. Pada sistem struktur MRF, sambungan antara balok dan kolom harus didesain cukup kuat untuk memperkuat kekuatan balok dan mengurangi resiko keruntuhan brittle pada sambungan balok dan kolom. Dengan rentang balok yang cukup lebar (tanpa pengaku), sistem rangka pemikul momen dapat memberikan deformasi yang cukup besar sehingga sistem ini memiliki daktalitas yang cukup besar dibandingkan dengan jenis portal baja tahan gempa lainnya. Walaupun demikian, dengan deformasi yang cukup besar, sistem MRF memiliki kekakuan yang rendah jika dibandingkan dengan portal baja tahan gempa lainnya.
Portal baja ini sering disebut juga moment frames. Pada sistem struktur MRF, elemen balok terhubung kaku pada kolom dan tahanan terhadap gaya lateral diberikan terutama oleh momen lentur dan gaya geser pada elemen portal dan joint.
Sistem struktur rangka penahan momen memiliki kemampuan menyerap energi yang besar tetapi memiliki kekakuan yang rendah. Pada sistem ini untuk melakukan penyerapan energi yang besar diperlukan deformasi yang besar pada lantai strukturnya. Dengan demikian jika dibandingkan dengan struktur portal baja jenis lainnya, sistem struktur ini memiliki ukuran elemen struktur yang jauh lebih besar untuk menjaga deformasi strukturnya. Sistem struktur MRF dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Sistem Rangka Pemikul Momen (MRF)
Portal baja MRF merupakan jenis portal baja yang sering digunakan dalam aplikasi struktur baja di dunia konstruksi. Berdasarkan daktalitasnya, portal baja MRF dibagi dalam 2 kategori, yaitu special moment resisting frames (SMRF) atau sistem rangka batang penahan momen khusus (SRBPMK) dan ordinary moment resisting frames atau sistem rangka penahan momen biasa (SRPMB). SRBPMK didesain untuk memiliki daktalitas yang lebih tinggi dan dapat berdeformasi
6
inelastik pada saat gaya gempa terjadi. Deformasi inelastik akan meningkatkan damping dan mengurangi kekakuan (stiffness) dari struktur. Hal ini terjadi pada saat gempa ringan bekerja pada struktur. Dengan demikian, SRBPMK dianjurkan untuk didesain pada gaya gempa yang jauh lebih ringan dibandingkan dengan gaya gempa yang bekerja pada SRPMB. Pada SRPMB kekakuan (stiffness) yang ada lebih besar dibandingkan dengan kekakuan pada SRBPMK. Secara umum, SRPMB memiliki kekakuan (stiffness) yang lebih besar dan kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan SRBPMK. Tetapi, SRPMB memiliki daktalitas yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan SRBPMK untuk kasus pembebanan gempa yang sama. Pada SRBPMK, untuk mendapatkan daktalitas yang tinggi, kehancuran harus terjadi pada saat baja mengalami leleh (yield).
2.2.2 Brace Frames (BF)
Berbeda dengan sistem struktur MRF, portal BF memiliki elemen bresing untuk meningkatkan kekakuan strukturnya. Portal BF didesain untuk
meminimalisir masalah kekakuan yang terdapat pada jenis portal MRF. Terdapat 2 jenis portal BF yaitu CBF dan EBF.
2.2.2.1 Concentrical Braced Frames (CBF)
Berbeda dengan sistem portal MRF, struktur CBF merupakan sistem struktur untuk menahan beban lateral dengan kekakuan stuktur yang tinggi.
Kekakuan yang tinggi pada struktur ini dihasilkan pada bresing diagonal yang berfungsi untuk menahan beban lateral pada struktur. Pada struktur ini, elemen bresing diharapkan mempu berdeformasi inelastik yang besar tanpa terjadi kehilangan yang signifikan pada kekuatan dan kekakuan struktur. Jenis-jenis sistem struktur CBF dapat dilihat pada Gambar 2.2. dan Gambar 2.3.
Gambar 2.2 Jenis-Jenis Concentrically Braced Frames
Gambar 2.3 Jenis-Jenis Concentrically Braced Frames
Elemen bresing pada sistem CBF berfungsi untuk menahan kekakuan struktur karena dengan adanya bresing pada struktur, deformasi struktur akan menjadi lebih kecil sehingga kekakuan strukturnya meningkat. Pada sistem struktur CBF, kategori struktur dibagi menjadi dua yaitu sistem rangka bresing konsentrik biasa dan sistem rangka bresing konsentrik khusus. Pada sistem SRBKB, diharapkan sistem ini dapat mengalami deformasi inelastik secara terbatas apabila dibebani oleh gaya-gaya yang berasal dari beban gempa rencana. Berbeda dengan SRBKB pada sistem SRBKK diharapkan struktur dapat berdeformasi inelastik cukup besar akibat gaya gempa rencana. Sistem SRBKK memiliki daktalitas yang lebih tinggi dibandingkan SRBKB dan penurunan kekuatan SRBKK lebih kecil pada saat terjadi tekuk pada bresing tekan. Secara umum sistem struktur CBF memiliki kekakuan yang lebih tinggi dibandingkan dengan struktur MRF karena adanya elemen bresing pada struktur. Namun demikian, kekakuan yang besar pada sistem CBF mengakibatkan deformasi yang terjadi pada struktur lebih terbatas sehingga daktalitas struktur CBF lebih rendah jika dibandingkan dengan sistem struktur MRF.
2.2.2.2 Eccentrically Braced Frames (EBF)
Sistem struktur EBF merupakan struktur portal baja penahan gaya lateral yang merupakan kombinasi dari keunggulan struktur MRF dan CBF serta meminimalisir kekurangan yang terdapat pada struktur MRF dan CBF. Struktur EBF memiliki kekakuan yang lebih tinggi, respon yang stabil pada respon siklik lateral, daktalitas yang tinggi, dan kapasitas penyerapan energi yang besar. Pada struktur EBF terdapat elemen penting yang berpengaruh pada karakteristik EBF
8
yang telah disebut diatas. Elemen tersebut berupa elemen balok pendek yang disebut link dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Jenis-Jenis Eccentrically Braced Frames
Link merupakan elemen struktur yang direncanakan untuk berperilaku inelastik serta mampu untuk berdeformasi plastis yang besar pada saat terjadi beban lateral. Bagian link ini berfungsi menyerap energi pada saat terjadi beban lateral (gempa). Mekanisme leleh pada elemen link terdiri dari 2 mekanisme leleh yaitu kelelehan geser dan kelelehan lentur, tergantung dari panjang link (e) yang digunakan.
Pada sistem struktur EBF, kekakuan lateral merupakan fungsi antara panjang link (e) dengan panjang elemen balok (L). Jika panjang elemen link lebih pendek, maka struktur portal menjadi lebih kaku mendekati kekakuan struktur CBF dan jika panjang link lebih panjang, maka kekakuan struktur portal EBF mendekati struktur MRF. Pada struktur EBF, elemen struktur di luar link direncanakan untuk berperilaku elastis sedangkan bagian link direncanakan untuk dapat berdeformasi inelastis pada saat terjadinya beban lateral (gempa).
2.3 Kombinasi Pembebanan
Berdasarkan (SNI 03-1726-2012) Pasal 4.2.2, faktor-faktor dan kombinasi beban untuk beban mati nominal, beban hidup nominal, beban angin nominal dan beban gempa nominal, sebagai berikut:
1. 1.4DL
2. 1.2DL + 1.6LL + 0.5 (Lr atau RL)
3. 1.2DL + 1.6(Lr atau RL) + 1LL atau 0.5WL 4. 1.2DL + 1WL + 1LL + 0.5(Lr atau RL) 5. 1.2DL + 1.1LL + EL
6. 0.9DL + 1WL 7. 0.9DL + 1EL
Berdasarkan (SNI 03-1726-2012) Pasal 7.4.2, pada kombinasi yang terdapat variabel beban gempa (E) harus didefinisikan sebagai E=Eh+Ev dan E=Eh−Ev. Pengaruh beban gempa seismik Eh dan Ev harus ditentukan dengan Persamaan (2.1).
𝐸ℎ 𝜌. 𝑄𝐸 (2.1)
di mana QE = pengaruh gaya seismik horizontal dari V atau Fp, Ρ = faktor redudansi, untuk desain seismik D sampai F nilainya 1.30, Pengaruh beban seismik Ev harus ditentukan dengan Persamaan (2.2).
𝐸𝑣 0.2 . 𝑆𝐷 . 𝐷𝐿 (2.2)
di mana Eh = pengaruh beban seismik horizontal, Ev = pengaruh beban seismik vertikal, Q = pengaruh gaya seismik horizontal dari V atau Fp, Ρ = faktor redudansi,
untuk desain seismik D sampai F nilainya 1.30, SDS = parameter percepatan s spektral pada perioda pendek, redaman 5, DL = beban mati, LL = beban hidup, Lr = beban hidup khusus pada atap, RL = beban hidup air hujan, dan WL = beban angin.
2.4 Pembebanan Struktur
Pada proses perencanaan maupun peninjauan struktur bangunan harus diperhitungkan beban-beban yang bekerja pada bangunan. Menurut Pedoman
10
Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (PPURG) 1987 pengertian beban beban yang bekerja pada bangunan yang ditinjau pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Beban mati ialah berat semua bagian dari suatu gedung yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu.
2. Beban hidup ialah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu gedung, dan ke dalamnya termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta peralatan yang tak terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut.
3. Beban gempa ialah semua beban statik ekuivalen yang bekerja pada gedungatau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu. dalam hal pengaru gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa dinamik, maka yang diartikan dengan beban gempa disini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa itu.
2.5 Tinjauan Pembebanan Dinamik untuk Gempa
Tinjauan pembebanan dinamik untuk gempa berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI 03-1726-2012).
2.5.1 Gaya Geser Dasar Seismik Respons Ragam Pertama (V1)
Besarnya gaya geser dasar seismik respons ragam pertama (V1) untuk arah x dan arah y menggunakan prosedur gaya lateral ekivalen, harus dihitung berdasarkan (SNI 03-1726-2012) Pasal 7.8.1 melalui Persamaan (2.3).
𝑉 𝐶 . 𝑊 (2.3)
di mana Wt = Jumlah berat seismik efektif dan Cs = Koefisien desain seismik.
2.5.2 Koefisien Respons Seismik (CS)
Penentuan koefisien respons seismik (Cs) didasarkan pada (SNI 03-1726- 2012) Pasal 7.8.1.1. Koefisien respons seismik ditinjau dari arah arah x dan arah y dihitung menggunakan Persamaan (2.4), (2.5) dan (2.6).
𝐶 0,044. 𝑆𝐷 . 𝐼 0,01 (2.4)
𝐶 𝑆𝐷 . 𝐼 /𝑅 (2.5)
𝐶 𝑆𝐷 . 𝐼 /𝑇. 𝑅 (2.6)
di mana Ie = Faktor keutamaan gempa (SNI 03-1726-2012) Pasal 4.1.2 dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan R = Koefisien modifikasi pasal (SNI 03-1726-2012) Pasal 7.2.2.
Tabel 2.1 Faktor Keutamaan Gempa berdasarkan SNI 03-1726-2012 Pasal 4.1.2 Kategori Risiko Faktor Keutamaan Gempa (Ie)
I atau II 1.00
III 1.25
IV 1.50
2.5.3 Distribusi Vertikal Gaya Geser Dasar Seismik (FX)
Gaya geser dasar seismik selanjutnya didistribusikan vertikal ke lantai di atasnya, dengan menggunakan Persamaan (2.7) dalam (SNI 03-1726-2012):
𝐹 𝑤 ℎ
∑ 𝑤 ℎ 𝑉 (2.7)
di mana Fx = Faktor distribusi vertikal, V = gaya geser dasar seismik, wi,wx = bagian berat seismik efektif total struktur (W) yang dikenakan pada tingkat i atau x, hi, hx
= tinggi dari dasar sampai tingkat i atau x, dan k = eksponen yang terkait dengan periode struktur, ditentukan sebagai berikut: 1 untuk struktur dengan T<0.5 detik, 2 untuk struktur dengan T>2.5 detik, 2 atau dilakukan interpolasi linier antara 1 dan 2, untuk 0.5<T<2.5.
2.5.4 Periode Getar Fundamental
Penentuan nilai periode getar fundamental didasarkan pada (SNI 03-1726- 2012) Pasal 7.8.2, untuk periode getar fundamental suatu bangunan dibatasi nilai
12
maksimum dan nilai minimum. Periode getar fundamental untuk nilai maksimum ditinjau dari arah x dan arah y dihitung dengan Persamaan (2.8).
𝑇 𝐶 . 𝑇 (2.8)
Koefisien Cu ditentukan melalui Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Koefisien Untuk Batas Atas pada Perioda yang Dihitung Berdasarkan (SNI 03-1726-2012)
Parameter percepatan respons spektral desain pada titik (SD1)
Koefisien (Cu)
0.40 1.00
0.30 1.25
0.20 1.50
0.15 1.60
0.10 1.70
Periode getar fundamental untuk nilai minimum ditinjau dari arah x dan arah y dihitung dengan Persamaan (2.9).
𝑇 𝐶 . 𝐻 (2.9)
di mana Hnx adalah ketinggian struktur, dalam (m), di atas dasar sampai tingkat tertinggi struktur, dan koefisien Ct dan x ditentukan dari Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Nilai Parameter Perioda Pendekatan Ct dan x berdasarkan (SNI 03-1726-2012)
Tipe Struktur Ct 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:
- 1.00
Rangka baja pemikul momen 0.0724 0.80
Rangka beton pemikul momen 0.0466 0.90
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
2.5.5 Gaya Geser Dasar Seismik Spektrum Respons Ragam (Vt)
Pemodelan ETABS dapat menghitung besarnya nilai story shears. Nilai story shear pada lantai dasar merupakan gaya geser dasar seismik respons spektrum yang dapat diperoleh dari hasil running analisis program ETABS.
2.5.6 Faktor Skala Gaya untuk Gaya Geser Dasar Seismik Spektrum Respons Ragam
Berdasarkan (SNI 03-1726-2012) Pasal 7.9.4.1, apabila nilai gaya geser dasar seismik respons spektrum (Vt) lebih kecil 85% dari gaya geser dasar yang dihitung menggunakan prosedur gaya lateral ekivalen (V1), maka nilai gaya Vt harus dikalikan dengan faktor skala. Nilai faktor skala tersebut dapat dihitung dengan Persamaan (2.10):
𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑆𝑘𝑎𝑙𝑎 , . ≥ 1 (2.10)
2.5.7 Faktor Redudansi (ρ) untuk Kategori Desain Seismik D sampai F Berdasarkan (SNI 03-1726-2012) Pasal 7.3.4.2, untuk struktur yang dirancang pada kategori desain seismik D, E atau F, maka ρ harus sama dengan 1.3 artinya apabila ditemukan pada lantai tertentu tidak memenuhi nilai 35% dari Vt, maka nilai gaya geser lantai tiap lantai harus dikalikan dengan ρ=1.3. Jika tiap lantai memenuhi 35% dari Vt, maka diizinkan nilai ρ=1.
2.6 Grafik Respons Spektra
Respons spektrum merupakan grafik hubungan nilai puncak respons struktur percepatan akibat gempa sebagai fungsi dari periode natural sistem struktur. Spektrum gempa dibuat berdasarkan Peta Gempa Indonesia 2010.
Pembuatan spektrum gempa disesuaikan dengan letak geografis dan kategori kelas jenis situs tanah bangunan. Pembuatan grafik respons spektra dipengaruhi oleh data nilai parameter percepatan respons spektral desain dan nilai periode getar fundamental.
14
Nilai parameter percepatan respons spektral desain dipengaruhi oleh jenis kelas situs tanah. Jika kelas situs tanah telah diketahui, maka selanjutnya dapat ditentukan parameter-parameter percepatan gempa untuk pembuatan grafik respons spektrum.
2.6.1 Parameter Percepatan Terpetakan
Parameter percepatan batuan dasar pada perioda pendek (SS) dan percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik (S1) harus ditetapkan masing-masing dari respons spektral percepatan 0.2 detik dan 1 detik dalam peta gerak tanah seismik (SNI 03-1726-2012). Nilai SS dan S1 dapat juga diperoleh melalui hasil analisa website aplikasi desain spektra Pusat Penelitian dan Pengembangan Pemukiman (PUSKIM), Kementrian Pekerjaan Umum.
2.6.2 Parameter Respons Spektral Percepatan Gempa Maksimum yang Dipertimbangkan Resiko –Tertarget (MCER).
Penentuan parameter respons spektral percepatan gempa MCER 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 (Fa) dan faktor amplifikasi terkait percepatan yang mewakili getaran perioda 1 detik (Fv). Parameter percepatan respons spektral MCER pada perioda pendek (SMS) dan perioda 1 detik (SM1) yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs, harus ditentukan dengan Persamaan (2.11) dan (2.12).
SMS = Fa.SS (2.11)
SM1 = Fv.S1 (2.12)
Penentuan koefisien situs Fa (Koefisien situs untuk perioda pendek pada perioda 0.2 detik) ditentukan berdasarkan nilai Ss pada Tabel 2.4. Penentuan koefisien situs Fv (Koefisien situs untuk perioda panjang pada perioda 1 detik) ditentukan berdasarkan nilai S1 pada Tabel 2.5.
Tabel 2.4 Koefisien Situs, Fa berdasarkan (SNI 03-1726-2012) Kelas
Situs
Parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan pada perioda pendek, T=0.2 detik, SS
SS ≤ 0.25 SS ≤ 0.50 SS ≤ 0.75 SS ≤ 1.00 SS ≤ 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 SSb
Tabel 2.5 Koefisien Situs, Fv berdasarkan (SNI 03-1726-2012) Kelas
Situs
Parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan pada perioda pendek, T=1 detik, SS
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 2.0 1.8 1.6 1.5
SE 3.5 3.2 1.8 2.4 2.4
SF SSb
2.7 Simpangan Antar Lantai dari Kinerja Batas Ultimit
Kinerja batas ultimit ditentukan oleh simpangan antar tingkat maksimum struktur akibat pengaruh gempa rencana dalam kondisi strutur gedung diambang keruntuhan, dimaksudkan untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa dan benturan antar gedung.
Hasil dari analisis struktur akan menghasilkan gaya-gaya dalam, antara lain: gaya momen, geser, torsi dan axial. Program ETABS juga dapat mengeluarkan data output berupa base shear dan displacement atau total drift. Nilai total drift disebut juga dengan nilai perpindahan elastis di lantai tingkat x (δex). Nilai perpindahan elastis antar lantai diperoleh dari hasil selisih nilai δex lantai tingkat atas dikurangi δex lantai tingkat bawah. Menurut BSN (2012) dalam (SNI 03-1726- 2012) menjelaskan bahwa nilai perpindahan elastis antar lantai (story drift) harus dihitung dengan faktor perbesaran atau amplifikasi defleksi dan faktor keutamaan gempa.
16
Nilai perpindahan atau simpangan antar lantai tingkat (story drift) yang diperbesar, ditentukan melalui Persamaan (2.13).
𝑥 𝐶 .
𝐼 (2.13)
di mana Cd = faktor amplifikasi defleksi, xe = defleksi pada lokasi yang disyaratkan (ditentukan dengan analisis elastis), dan Ie = faktor keutamaan gempa.
Penentuan batas nilai story drift/simpangan antar lantai tingkat desain (Δx) ditentukan berdasarkan tipe dari sistem struktur penahan gaya seismik pada Tabel 2.6.
Tabel 2.6 Simpangan Antar Lantai Ijin berdasarkan (SNI 03-1726-2012)
Struktur Kategori Resiko
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 tingkat.
0.025hsx 0.020hsx 0.015hsx
Struktur dinding geser kantilever batu batad 0.010hsx 0.010hsx 0.010hsx
Struktur dinding geser batu bata lainnya 0.007hsx 0.007hsx 0.007hsx
Semua struktur lainnya 0.020hsx 0.015hsx 0.010hsx
Keterangan: hsx adalah tinggi tingkat dibawah tingkat x
2.8 Pengertian Analisis Statik Non-Linier (Pushover Analysis)
Analisis nonlinear static pushover (beban dorong) merupakan penyerdehanaan dari analisis nonlinear dynamic time history (riwayat waktu).
Analisis beban dorong ini menerapkan beban di mana besar beban meningkat terus menerus sampai kondisi yang diinginkan. Dalam analisis ini, beban gempa terdistribusi vertikal dan diasumsikan sebagai beban statik yang bekerja pada titik pusat massa disetiap lantai. Beban gempa inilah yang akan ditingkatkan secara bertahap sampai terjadi sendi plastis.
2.9 Analisis Beban Dorong Berdasarkan ATC-40 (Capacity-Spectrum Method)
Capacity-spectrum method merupakan analisis statis nonlinier yang memberikan hasil berupa grafik dari kurva global force-displacement capacity dengan respone spectra. Hasil tersebut memberikan gambaran yang jelas tentang bagaimana bangunan merespon gerakan gempa. Prinsip metode ini adalah mencari titik temu antara pada spectrum kapasitas dengan respon spectrum sesuai dengan permintaan (demand).
2.9.1 Kapasitas (Capacity)
Kurva kapasitas dibuat untuk mewakili respons dari struktur pada mode pertama, dengan asumsi mode pertama ini adalah mode yang dominan yang bekerja pada struktur. Hal ini umumnya berlaku untuk bangunan dengan periode getaran sampai dengan 1 detik.
Kurva kapasitas merupakan kurva yang memperlihatkan hubungan antara peralihan lantai atap dengan gaya geser dasar (base shear) akibat dari pemberian beban laterak secara bertahap pada struktur. Kurva kapasitas ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Kurva Kapasitas (ATC-40)
2.9.2 Permintaan (Demand)
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa kinerja erat kaitannya dengan permintaan. Oleh karena itu, sebelum menentukan hal-hal yang perlu dipersiapkan untuk mendesain struktur gedung sesuai dengan permintaan, maka kita harus mengetahui hal-hal yang perlu dipersiapkan untuk memperoleh suatu
18
nilai kinerja. Di mana dalam kondisi ini, lokasi titik kinerja (performance) berada pada perpotongan:
1. Titik berada di kurva spectrum kapasitas mewakili struktur saat terjadi perpindahan.
2. Titik berada pada demand spectrum. Demand spectrum tersebut merupakan reduksi dari kurva spectrum dengan redaman 5%.
Kurva spectrum dengan redaman 5% diperoleh dengan mengalikan kurva spectrum tersebut dengan suatu faktor reduksi. Berikut ini adalah langkah-langkah yang perlu dilakukan untuk memperoleh faktor reduksi:
1. Mengubah kurva kapasitas menjadi spectrum kapasitas (capacity spectrum).
Spectrum kapasitas adalah representasi dari kurva dengna format Acceleration-Displacement Respons Spectra (ADRS) atau disebut juga kurva Sa
versus Sd. Kurva Kapasitas dan Spektrum Kapasitas dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Persamaan yang digunakan untuk mengubah kurva kapasitas menjadi spectrum kapasitas adalah sebagai berikut (Applied Technology Council. 1996):
𝑃𝐹 ∑ 𝑚 Ø
∑ 𝑚 Ø (2.14)
𝑃𝐹 ∑ 𝑚 Ø
∑ 𝑚 . ∑ 𝑚 Ø (2.15)
𝑆 𝑉/𝑊
(2.16)
𝑆 𝛥
𝑃𝐹 Ø . (2.17)
di mana PF1= Modal participation factor untuk mode 1, = Modal mass coefficient untuk mode1, Mi = Massa lantai ke-i, i1 = Amplitudo dari mode 1 pada lantai-i, N = Tingkat ke N, tingkat utama, V = Gaya geser dasar, W = Berat mati bangunan, Δroof = Peralihan atap, Sa = Spectral acceleration, dan Sd = Spectral displacement.
Gambar 2.6 Kurva Kapasitas dan Spektrum Kapasitas (ATC-40)
2. Mengubah respons spectrum tradisional dengan redaman 5% menjadi demand spectrum dalam format ADRS.
Persamaan yang digunakan untuk mengubah respons spectrum tradisional menjadi deman spectrum pada Gambar 2.7 dalam format ADRS adalah sebagai berikut (Applied Technology Council. 1996):
𝑠 1
4 𝑆 𝑇 (2.18)
di mana Sa = Spectral acceleration, Sd = Spectral displacement, T = Periode (detik).
Gambar 2.7 Respons Spektrum Tradisional dan Demand Spectrum (ATC-40) 3. Menampilkan spectrum kapasitas dan demand spectrum dalam satu grafik.
Langkah ini dilakukan untuk menentukan perkiraan awal api dan dpi. Grafik kedua spectrum ini dapat dilihat pada Gambar 2.8.
20
Gambar 2.8 Plot Spektrum Kapasitas dan Demand Spektrum (ATC-40) 4. Membentuk kurva representasi bilinier
Kurva representasi bilinear dibentuk dari spectrum kapasitas dengan ketentuan sebagai berikut:
Gambar 2.9 Representasi Bilinear dari Spektrum Kapasitas (ATC-40) Kurva representasi bilinier Gambar 2.9 ini dibuat dengan menyamakan luas A1 dengan luas A2. Tujuan menyamakan kedua luasan ini adalah agar masing- masing daerah memiliki energi disipasi akibat damping yang sama.
5. Menentukan nilai β0
Untuk mendapatkan nilai β0 maka diperlukan damping energi (ED) yang diperoleh dengan rumus (Applied Technology Council. 1996):
ED = 4 (api dpi – 2A1 – 2A2 – 2A3)
= 4 (api dpi – 2dy (api – ay) – aydy– (dpi – dy) (api – ay)) = 4 (ay dpi – dy api)
(2.19)
Keterangan koefisien dari rumus diatas dapat dilihat dari Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Damping Energi (ATC-40)
Berikut adalah keterangan untuk Gambar 2.10 di mana ED = Area tertutup dari hysteretic loop = Area dari luas jajar genjang yang lebih besar = 4 kali area jajar genjang yang diarsir.
Rumus untuk membuat area yang diarsir (Applied Technology Council. 1996):
𝐴 𝑎 𝑎 ∗ 𝑑 (2.20)
𝐴 𝑎 ∗ 𝑑 /2 (2.21)
𝐴 𝑎 𝑎 ∗ 𝑑 𝑑 (2.22)
Selain nilai ED, untuk menentukan β0 juga diperlukan nilai maximum strain energy (ES0). Nilai ES0 diperoleh dari rumus berikut (Applied Technology Council.
1996):
𝐸 𝑎 𝑑 /2 (2.23)
Keterangan dari rumus di atas dapat dilihat dari Gambar 2.11.
22
Gambar 2.11 Hysteretic Damping Memperlihatkan Maximum Strain Energy (ATC-40)
Dari nilai-nilai yang telah diperoleh, maka dapat dihitung nilai β0 (%) dengan rumus sebagai berikut (Applied Technology Council. 1996):
𝛽 1
4 𝐸 𝐸
1 4
4 𝑎 𝑑 𝑑 𝑎
𝑎 𝑑 /2
0.637 𝑎 𝑑 𝑑 𝑎
𝑎 𝑑 (2.24)
𝛽 63.7 𝑎 𝑑 𝑑 𝑎
𝑎 𝑑 (2.25)
6. Menghitung factor reduksi spectral (SRA dan SRV) Rumus SRA dan SRV diperoleh dari rumus berikut (Applied Technology Council. 1996):
𝑆𝑅𝐴 3.21 0.68. 𝐿𝑛
2,12 𝑆𝑅𝐴 (2.26)
𝑆𝑅𝐴 2.31 0.41. 𝐿𝑛
1.65 𝑆𝑅𝑉 (2.27)
Nilai eff (%) diperoleh dari rumus (Applied Technology Council. 1996):
eff = k.0 + 5 (2.28)
Nilai k diperoleh dari Tabel 2.7 berikut (Applied Technology Council. 1996):
Tabel 2.7 Nilai k
Tipe Struktur 0 (%) k
Tipe A ≤ 16.25 1
16.25 1.13 0.51 𝑎 𝑑 𝑑 𝑎
𝑎 𝑑
Tipe B ≤ 25 0,67
25 0.446 𝑎 𝑑 𝑑 𝑎
𝑎 𝑑
Tipe C Any value 3.33
Nilai SRAmin dan SRVmin dapat dilihat dari Tabel 2.8 berikut (Applied Technology Council. 1996):
Tabel 2.8 Nilai SRAmin dan SRVmin
Tipe Struktur SRAmin SRVmin
A 0.33 0.50
B 0.44 0.56
C 0.56 0.67
Tipe gedung di klasifikasikan berdasarkan ketentuan berikut (Applied Technology Council. 1996):
Tabel 2.9 Tipe Struktur Shaking Duration Essentially Existing
Building
Average Existing Building
Poor Existing Building
Short Type A Type B Type C
Long Type B Type C Type C
2.9.3 Kinerja (Performance)
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, level kinerja diperoleh dari perpotongan capacity curve dengan demand spectrum. Grafik perpotongan tersebut dapat diperoleh dari Gambar 2.12.
24
Gambar 2.12 Grafik Perpotongan Kurva Kapasitas dengan Demand Spectrum (ATC-40)
Titik perpotongan antara demand spectrum dan spectrum kapasitas dalam hal ini berup titik (di,ai). Nilai dari titik perpotongan tersebut harus berada dalam suatu batas toleransi 5% dari titik (api,dpi). Bila nilai tersebut diluar batas toleransi, maka prosedur dalam mencari faktor reduksi diulangi dari tahap mencari representasi bilinier, dengan api=ai dan dpi=di sampai batas toleransi terpenuhi.
Hasil yang diperoleh setelah batas toleransi terpenuhi, api (spectral displacement, Sd) dan dpi (spectral acceleration, Sa) perlu diubah menjadi gaya geser untuk api dan perpindahan (displacement) untuk dpi. Konversi hasil tersebut adalah dengan menggunakan rumus-rumus berikut (Applied Technology Council. 1996):
𝑆 𝛥
𝑃𝐹 Ø . (2.29)
Maka displecment (Δroof) menjadi:
𝛥 𝑆𝑑 . 𝑃𝐹1. Ø1. 𝑟𝑜𝑜𝑓 (2.30)
Karena nilai Sd = dpi, maka rumus (2.30) menjadi:
𝛥 𝑑 . 𝑃𝐹1. Ø1. 𝑟𝑜𝑜𝑓 (2.31)
𝑆 𝑉/𝑊
(2.32)
Maka gaya gesernya (V), menjadi:
𝑉 𝑆𝑎. 𝑊. (2.33)
Karena nilai Sa = api, maka rumus menjadi:
𝑉 𝑎𝑝𝑖 . 𝑊. (2.34)
di mana PF1 = Modal perticipation factor untuk mode 1, 1 = Modal koefisien
massa untuk mode 1, Ø1.roof = Ø lantai atap, mode 1, V = Gaya geser dasar, W = Berat mati bangunan, Δroof = peralihan Atap, Sa = Spectral acceleration, Sd = Spectral displacement.
2.10 Sendi Plastis
Sendi plastis merupakan daerah konsentrasi tegangan di mana pada bagian tersebut telah mencapai leleh karena adanya gaya yang membebani. Sendi plastis merupakan salah satu hasil dari disipasi energi yang dilakukan struktur, di mana struktur berusaha memencarkan energi yang diterima akibat beban serta mengubahnya ke bentuk yang lain (peralihan dan sendi plastis). Pemodelan sendi dilakukan untuk mendefinisikan perilaku non-linier force-displacement dan/atau momen-rotasi yang dapat ditempatkan pada beberapa tempat di sepanjang bentang balok atau kolom. Pemodelan sendi adalah rigid dan tidak memiliki efek pada perilaku linier pada member.
2.10.1 Hasil Analisis Sendi Plastis
Dengan menggunakan analisis nonlinier, dapat diperoleh hasil analisis sendi plastis. Pemodelan dan hasil analisis sendi plastis dapat diklasifikasikan dengan mengacu pada kurva hubungan momen-rotasi (force-displacement) seperti terlihat pada Gambar 2.13 (Federal Emergency Management Agency. 2000).
Gambar 2.13 Kurva Hubungan Momen-Rotasi, Setipe dengan Kurva Hubungan Force- Displacement (FEMA 356)
