1
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kondisi geografis Indonesia berada
di daerah dengan tingkat kejadian gempa
bumi yang relatif tinggi. Sehingga perlu
dilakukan upaya untuk memperkecil resiko
yang ditimbulkannya. Oleh karena itu
desain
bangunan
tahan
gempa
menggunakan konsep bahwa pada gempa
besar bangunan boleh mengalami
kerusakan tetapi manusia yang ada di
dalamnya harus selamat. Oleh karena itu
konsep daktilitas diaplikasikan dalm
perencanaan struktur. Sehingga pada saat
terjadi gempa kuat elemen struktur tertentu
diperbolehkan mengalami kerusakan
namun struktur diharapkan tidak runtuh.
Struktur baja merupakan salah satu sistem struktur yang baik pada daerah rawan gempa, karena material baja mempunyai sifat yang unik dibandingkan material struktur yang lainnya yaitu daktilitas dan kekuatan yang tinggi sehingga struktur baja cocok digunakan pada daerah rawan gempa.
Dari hasil riset-riset yang pernah dilakukan telah didapatkan tiga sistem struktur
baja tahan gempa yang umum digunakan yaitu: Rangka penahan momen (Momen Resisting Frame / MRF), Rangka berpengaku eksentrik (Concentrically Braced Frame / CBF), Rangka berpengaku eksentris (Eccentrically Braced Frame / EBF).
2 Masing-masing sistem struktur tersebut mempunyai karakteristik yang berbeda. Pada MRF mempunyai kemampuan dissipasi energi yang cukup untuk dapat memberikan daktilitas yang diperlukan, tetapi struktur ini kurang kaku. Pada sistem rangka berpengaku konsentris (CBF) secara efisien dapat memenuhi batas-batas lendutan melalui aksi rangkanya tetapi tidak memberikan suatu mekanisme yang stabil dalam dissipasi energi (Yurisman, 2010) sedangkan sistem rangka berpengaku eksentris (EBF) tidak lebih kaku dari CBF namun mempunyai daktilitas dan dissipasi energi yang baik. Diantara sistem struktur tersebut yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah CBF (Concentrically Braced Frame) dan EBF (Eccentrically Braced Frame).
Tugas akhir ini akan membandingkan perilaku dari CBF dan EBF dengan konfigurasi V- inverted bracing sepuluh lantai dengan menggunakan gedung fiktif pada zona gempa 4 karena sistem CBF efektif digunakan maksimal sampai zona gempa 4 dan mengambil acuan pembebanan gempa sesuai dengan SNI 03-1726-2002. Sehingga mendapat kesimpulan akan keefektifan secara kekuatan ditinjau dari perilaku struktur dan biaya dari segi volume baja yang digunakan. Pada tahap akhir perilaku CBF dan EBF akan dibandingkan melalui hitungan analisis dengan software XTRACT dan ABAQUS versi 6.9. 1.2 Permasalahan
Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai perbandingan antara dua sistem struktur yaitu CBF dan EBF. Adapun rumusan masalahnya adalah :
STUDI PERBANDINGAN PERILAKU RANGKA BERPENGAKU SENTRIS DAN
RANGKA BERPENGAKU EKSENTRIS DENGAN KONFIGURASI RANGKA
V-TERBALIK AKIBAT BEBAN LATERAL GEMPA
Nama Mahasiswa : Riki Iqbal
NRP : 3107 100 128
Jurusan : Teknik Sipil, FTSP-ITS Dosen Pembimbing : Budi Suswanto ST,MT, PhD
Abstrak
Dalam dunia konstruksi terdapat berbagai pengembangan struktur rangka. Salah satu pengembangan dari struktur rangka ini adalah CBF dan EBF. CBF sendiri adalah pengembangan dari MRF dimana pada CBF aksi lendutan dibatasi dengan adanya pengaku (braces). Sehingga pada CBF memiliki kekakuan yang lebih besar dari MRF, namun tidak memiliki daktilitas dan kemampuan dissipasi energi yang besar. Setelah dilakukan berbagai riset ditemukanlah EBF sebagai pengembangan dari CBF. Pada EBF terdapat balok penghubung antara pengaku dengan HBK atau dengan pengaku lainnya yang disebut link. Pada EBF dissipasi energi sebagian besar terjadi pada link, Sehingga membuat EBF mempunyai daktilitas yang lebih besar dari CBF.
Pada tugas akhir ini akan dianalisa perilaku dari CBF dan EBF dengan menggunakan konfigurasi rangka V-terbalik tujuh lantai. Selanjutnya akan dianalisa struktur dengan menggunakan SAP versi 14.0 kemudian akan dilakukan studi perilaku elemen struktur dengan cara analitis dan menggunakan software XTRACT dan ABAQUS versi 6.7.
2
1. Bagaimana perilaku simpangan,daktilitas, dan pola kegagalan struktur CBF dan EBF pada beban lateral gempa dengan menggunakan software ABAQUS versi 6.7.
2. Sistem struktur mana yang mempunyai perilaku simpangan, daktilitas, dan pola kegagalan struktur terbaik pada beban lateral gempa dengan menggunakan software ABAQUS versi 6.7. 3. Sistem mana yang paling
ekonomis ditinjau dari penggunaan volume material baja. 4. Bagaimana merencanakan
sambungan pada CBF dan EBF 5. Menentukan rekomendasi
perencanaan dari hasil perbandingan CBF dan EBF 1.3 Tujuan
Dari rumusan masalah tersebut tugas akhir ini memiliki tujuan antara lain :
1. Dapat mengetahui perilaku simpangan, daktilitas, dan pola kegagalan struktur CBF dan EBF. 2. Mengetahui sistem struktur yang
lebih ekonomis antara CBF dan EBF berdasarkan volume material yang digunakan
3. Mengetahui perencanaan sambungan pada CBF dan EBF
4. Dapat menentukan rekomendasi perencanaan
1.4 Batasan Masalah
Dalam penulisan tugas akhir ini terdapat batasan masalah agar materi yang dibahas di dalamnya tidak menyimpang dan tetap fokus. Batasan masalah tersebut antara lain :
1. Pada studi perilaku CBF dan EBF ini tidak meninjau aspek
manajemen konstruksi.
2. Tidak memperhitungkan pondasi 3. Tidak memperhitungkan metode
pelaksanaan
4. Untuk analisa perilaku CBF dan EBF mengambil satu portal paling bawah dengan menggunakan software ABAQUS versi 6.7
.
2.
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 UmumStruktur rangka baja sering digunakan pada daerah rawan gempa. Hal ini disebabkan karena rangka baja mempunyai daktilitas dan kekuatan yang tinggi. Sistem rangka baja yang umum digunakan adalah sistem rangka penahan momen (Momen Resisting Frame / MRF). Sistem MRF ini mempunyai kemampuan dissipasi energi yang cukup untuk dapat memberikan daktilitas yang diperlukan, tetapi struktur ini kurang kaku. Setelah dilakukan berbagai penelitian maka didapatkan sistem rangka berpengaku sentris (Centrically Bracing Frame / CBF) dan sistem rangka berpengaku eksentris (Eccentrically Bracing Frame / EBF).
Sistem CBF memiliki beberapa kelebihan dari MRF. Kelebihan yang paling utama pada CBF adalah mempunyai kekakuan yang tinggi sehingga dapat memenuhi batas-batas lendutan. Namun CBF tidak memiliki daktilitas yang baik dibandingkan dengan MRF. Sedangkan pada sistem EBF mempunyai sifat yang tidak lebih kaku dari CBF namun mempunyai daktilitas dan dissipasi energi yang baik.
Bentuk struktur EBF memiliki sedikit perbedaan dengan CBF, pada EBF terdapat balok kecil penghubung pada titik temu bracing dan balok ke ujung kolom yang disebut link. Pada EBF dissipasi energi dilakukan melalui pembentukan sendi plastis pada elemen link. Kelelehan yang terjadi pada link dapat berupa leleh geser atau leleh lentur tergantung dari panjang link dan profil yang digunakan.
2.2 Karakteristik CBF
Pada CBF elemen pengaku merupakan elemen struktur yang terlemah dibandingkan dengan elemen-elemen lain seperti balok, kolom dan sambungan (Engelhardt, 2007). Sehingga ketika mendesain CBF maka diusahakan agar tidak terjadi perilaku inelastis pada pengaku. Untuk pola kegagalan struktur yang diharapkan adalah leleh pada pengaku diusahakan agar terjadi lebih dahulu daripada leleh yang terjadi pada sambungan.
Dibawah ini adalah diagram tegangan-regangan dan yang dialami oleh pengaku ketika dibebani oleh beban siklik (Nathan Canney 2007)
3
Seperti yang terlihat pada gambar 2.2,pada zona 0-A pengaku mengalami gaya tekan namun pengaku masih dalam kondisi elastis, tetapi pada titik A pengaku mulai mengalami tekuk dan pada zona A-B pengaku mengalami kondisi jepit plastis pada tengah bentang. Kemudian pengaku mengalami gaya tarik pada zona B-C, C-D, dan D-E menyebabkan pengaku mengalami pemanjangan dan mengurangi keefektifan dari rangka. Dibawah ini adalah gambar yang mengillustrasikan proses diatas.
Untuk mendesain CBF maka pendekatan umum yang harus dilakukan agar mendapatkan kekuatan struktur yang baik adalah :
1. Pengaku adalah elemen terlemah dalam CBF, dan elemen struktur yang lain seperti balok, kolom, dan sambungan harus lebih kuat dari pengaku (Engelhardt, 2007)
2. Pada pengaku sebaiknya menggunakan profil yang mempunyai dissipasi energi yang baik (Engelhardt, 2007)
3. Mendesain sambungan, balok, dan kolom dengan gaya maksimum yang dibebankan oleh pengaku (Engelhardt, 2007)
4. Mendesain CBF sesuai dengan SNI 03-1729-2002 pasal 15.12
5. Pola kegagalan struktur yang diharapkan adalah :
Pengaku menekuk – pengaku meleleh – sambungan meleleh – pengaku putus
(Nathan Canney, 2007) 2.3 Karakteristik EBF
Sistem EBF adalah campuran antara MRF dan CBF. Dimana EBF mempunyai daktilitas yang baik seperti MRF dan juga memiliki kekakuan struktur yang baik pula seperti halnya CBF. Perbedaan bentuk dari EBF dibandingkan dengan CBF adalah pada EBF terdapat balok yang menghubungkan antara ujung pengaku dengan sambungan atau dengan pengaku lainnya. Balok tersebut dikenal dengan istilah link.
Pembentukan link pada EBF berfungsi untuk mendissipasi energi pada saat terjadi gempa kuat. Kelelehan pada elemen link dapat berupa kelelehan geser atau kelelehan lentur, tergantung dari panjang link tersebut (Yurisman, 2010).
Untuk mendesain EBF maka pendekatan umum yang harus dilakukan agar mendapatkan kekuatan struktur yang baik adalah :
1. Tiga variabel utama dalam mendesain EBF adalah konfigurasi pengaku, panjang link, dan profil link yang dipakai (Roy Becker, 1996)
2. Link adalah elemen terlemah dalam EBF, dan elemen struktur yang lain seperti balok, kolom, dan sambungan harus lebih kuat dari link (Engelhardt, 2007)
3. Dapat dipasang stiffener dan pengaku lateral untuk menunjang daktilitas (Engelhardt, 2007) 4. Cek link agar dapat memenuhi
daktilitas yang diperlukan (Engelhardt, 2007)
5. Link harus memenuhi perbandingan lebar terhadap tebal sesuai dengan tabel 15.7-1 (SNI 03 – 1729 - 2002) 6. Tegangan leleh bahan baja yang
digunakan pada link tidak boleh melebihi 350 Mpa (SNI 03 - 1729 – 2002)
7. Mendesain EBF sesuai dengan SNI 03 – 1729 – 2002 pasal 15.13 8. 2.4 Karakteristik link pada EBF
EBF adalah sistem rangka dimana sebagian besar daktilitas struktur terjadi pada elemen yang disebut link. Perilaku link dalam EBF pada mekanismenya digambarkan dengan konsep yang sama dengan sebuah batang kantilever (Yurisman, 2010).
4
Panjang link dalam kondisi seimbangdinyatakan dalam rumus :
p p balance V M a 2 Dimana : y x p Z f M 9. Vp 0.6 fy(d2tf)tw Karakterstik link pada EBF dapat ditentukan melalui panjang bentang link tersebut. Berikut adalah macam-macam karakteristik link (Engelhardt, 2007) :
Link geser murni : a < 1.6𝑀𝑝 𝑉𝑝
Link dominan geser :1.6𝑀𝑝
𝑉𝑝 < a < 2.6 𝑀𝑝
𝑉𝑝
Link dominan lentur :2.6𝑀𝑝𝑉𝑝 < a < 5𝑀𝑝𝑉𝑝 Link lentur murni : 5𝑀𝑝𝑉𝑝 > a
Jenis link yang terbaik untuk kekuatan struktur adalah link geser murni, karena link geser murni memiliki keunggulan dari segi kekuatan, kekakuan, dan daktilitas (Engelhardt, 2007).
3. METODOLOGI
3.1 Perencanaan konfigurasi CBF dan EBF
Pada tugas akhir ini akan membandingkan perilaku dari CBF dan EBF dengan konfigurasi V- inverted bracing sepuluh lantai dengan menggunakan gedung fiktif pada zona gempa 4 karena sistem CBF efektif digunakan maksimal sampai zona gempa 4 dan mengambil acuan pembebanan gempa sesuai dengan SNI 03-1726-2002
Gambar 3.1 Denah bangunan dan letak bresing
3.2 Konfigurasi CBF
Gambar 3.2 Potongan Melintang Struktur 3.2.1 Konfigurasi EBF
Gambar 3.3 Potongan Melintang Struktur 3.3 Perencanaan struktur rangka
Dalam pengerjaan tugas akhir ini akan menganalisa kekuatan rangka CBF dan EBF pada gedung fiktif dan selanjutnya akan dianalisa perilaku CBF dan EBF pada satu portal paling bawah dengan menggunakan
5
metode analitis dan software ABAQUS versi6.9. Perencanaan portal dalam tugas akhir ini meliputi :
3.3.1. Perencanaan dimensi portal
Baja yang digunakan adalah baja BJ 41. Aspek-aspek perencanaan dimensi portal meliputi :
- Lebar portal
Lebar portal yang digunakan adalah 6 m - Tinggi portal per lantai
Tinggi portal per lantai adalah 4.2 m - Panjang elemen link untuk EBF (m) Panjang elemen link untuk EBF adalah 0.9 m
- Profil balok
Untuk balok lantai 1 sampai lantai 6 menggunakan profil WF
350
250
9
14
. Sedangkan pada lantai 7 sampai lantai 10 menggunakan profil WF300
200
9
14
- Profil kolom
Untuk sampai lantai 1 sampai lantai 4 menggunakan profil K 5883001220 . Untuk lantai 5 sampai lantai 7 menggunakan profil K6002001117. Untuk lantai 8 sampai lantai 10 menggunakan profil K
16 10 200
500 . - Profil link
Untuk link digunakan profil WF
9
5
.
6
125
125
.Untuk panjang elemen link lebih efektif menggunakan karakteristik link geser. Yang mempunyai persyaratan panjang link adalah (Engelhardt 2007) : a <
1.6
𝑀𝑝 𝑉𝑝 (3.1) Dimana : a = panjang link Mp = Zx fy Vp = 0.6 fy(d2tf)tw BAB IV STRUKTUR SEKUNDER 4.1 Preliminary desainPreliminary desain dilakukan untuk menaksir profil yang akan digunakan untuk elemen struktur seperti balok,kolom dan pengaku.
4.1.1 Preliminary balok induk
Beban-beban yang bekerja pada balok induk adalah :
Beban mati - Berat bondeks :
= 10.1 kg/m x 3 m = 30.3 kg/m - Berat sendiri plat :
= 0.1 m x 2400 kg/m3 x 3 m = 720 kg/m
- Berat sendiri profil (taksiran): =100 kg/m - Berat bata : = 250 kg/m2 x 4.2 m = 1050 kg/m - Spesi Lantai (t = 2 cm) : = 0.02 m x 2100 kg/m3 x 3m = 126 kg/m - Lantai keramik (t = 2cm) : = 0.02 m x 1400 kg/m3 x 3m = 84 kg/m - Rangka + plafond (11+7) kg/m2 = 18 kg/m2 = 18 kg/m2 x 3 m = 54 kg/m Total = 2164.3 kg/m - Berat pengikat (10 % berat total)
= 10% x 2164.3 kg/m = 216.43 kg/m QD = 2164.3 kg/m + 216.43 kg/m = 2380.73 kg/m Beban hidup QL = 250 kg/m2 x 3 m = 750 kg/m Beban berfaktor QU = (1.2 x QD) + (1.6 x QL) = (1.2 x 2380.73 kg/m) + (1.6 x 750 kg/m) = 4056.876 kg/m Momen yang terjadi : Mu =
8
1
x Q U x L2 =8
1
x 4056.876 x 6 2 = 18255.94 kg.m = 1825594 kgcm Karena menggunakan baja BJ 41 maka fy = 2500 kg/cm2 Mu < Ø Mn < Ø x Zx x fy Zx > y uf
M
Zx > 2/
2500
9
.
0
1825594
cm
kg
kgcm
Zx > 811.37 cm3Asumsi awal profil balok untuk lantai 1-6 menggunakan WF 350250914 (Zx = 1360 cm3) dan lantai 7-10 menggunakan WF
14 9 200
6
asumsi tersebut memenuhi persyaratanpreliminary desain. 4.1.2 Preliminary kolom
Kolom merupakan elemen struktur yang dominan menerima gaya tekan. Sehingga pada preliminary design pada kolom memperhitungkan gaya aksial yang diterima kolom tersebut.
Beban mati - Berat bondeks :
= 10.1 kg/m x 6 m x 6 m = 363.6 kg
- Berat sendiri plat:
= 0.1 m x 2400 kg/m3 x 6 m x 6 m = 8640 kg
- Berat sendiri profil (taksiran) :
= 10 x 302.2 kg/m x 4.2 m = 12692.4 kg - Spesi Lantai (t = 2 cm) = 0.02 m x 2100 kg/m3 x 6m x 6 m = 1512 kg - Lantai keramik (t = 2cm) = 0.02 m x 1400 kg/m3 x 6m x 6 m = 1008 kg -Rangka + plafond (11+7) kg/m2 = 18 kg/m2 = 18 kg/m2 x 6 m x 6 m = 648 kg Total = PD = 24864 kg Beban hidup PL = 250 kg/m2 x 6 m x 6 m = 90000 kg Beban berfaktor PU = (1.2 x PD) + (1.6 x PL) = (1.2 x 24864 kg) + (1.6 x 90000 kg/m) = 173836.8 kg Pu < Ø Pn < Ø x Ag x fy Ag > y u
f
P
Ag > 2/
2500
85
.
0
8
.
173836
cm
kg
kg
Ag > 81.08 cm2Asumsi awal profil kolom untuk lantai 1-4 menggunakan K 5883001220(Ag = 385 cm2 ; Z x = 4320.4 cm3), lantai 5-7 menggunakan K 6002001117 (Ag = 268 cm2 ; Z x = 2662.7 cm3), dan lantai 8-10 menggunakan K 5002001016 (Ag = 228.4 cm2 ; Z x = 1997.6 cm3) . Maka asumsi tersebut memenuhi persyaratan pre eliminary design.
4.2 Dimensi bresing
Profil yang digunakan untuk bresing adalah profil WF dengan dimensi 125 x 125 x 6.5 x 9 (W = 23.8 kg/m)
4.3 Panjang link pada struktur EBF Balok yang digunakan adalah WF 350x250x9x14 dan
WF 300x200x9x14. Direncanakan panjang link (e) memenuhi syarat panjang link geser. 4.3.1 Perhitungan e untuk balok WF 300x200x9x14
Adapun data – data profil adalah sebagai berikut : A = 83.36 cm2 i x = 12.6 cm r = 18 mm W = 65.4 kg/m tw = 9 mm Zx = 963 cm3 d = 298 mm tf = 14 mm Zy = 288 cm3 b = 201 mm Ix = 13300 cm4 Sx = 893 cm3 iy = 4.77 cm Iy = 1900 cm4 Sy = 189 cm3 h = d – 2(tf + r ) = 298 – 2(14+18) = 234 mm kgcm cm kg cm f Z Mp x y 963 32500 / 2 2407500 kg cm cm cm kg A f Vn0.6 y w0.62500 / 2(23.4 0.9 )31590 cm kg kgcm V M e p p 121.9 31590 2407500 6 . 1 6 . 1
4.3.2 Perhitungan e untuk balok WF 350x250x9x14
Adapun data – data profil adalah sebagai berikut : A = 101.5 cm2 i x = 14.6 cm r = 20 mm W = 79.7 kg/m tw = 9 mm Zx = 1360 cm3 d = 340 mm tf = 14 mm Zy = 444 cm3 b = 250 mm Ix = 21700 cm4 Sx = 1280 cm3 iy = 6 cm Iy = 3650 cm4 Sy = 292 cm3 h = d – 2(tf + r ) = 340 – 2(14+20)
7
= 272 mm kgcm cm kg cm f Z Mp x y 1360 32500 / 2 3400000 Vp = 36720 cm kg kgcm V M e p p 148.14 36720 3400000 6 . 1 6 . 1 Dari perhitungan panjang link (e) dari dua profil balok diatas maka digunakan e = 100 cm, untuk memenuhi persyaratan sebagai link geser.
Perencanaan Balok Anak
Balok anak berfungsi membagi luasan lantai agar tidak terlalu lebar, sehingga mempunyai kekakuan yang cukup. Balok anak menumpu di atas dua tumpuan sederhana. Balok anak direncanakan menggunakan profil WF 250x250x9x14 Panjang balok anak (L) = 6000 mm = 6 m
Pembebanan :
Beban mati
- berat pelat bondex = 10.1 kg/m2 x 3 m = 30.3 kg/m
- berat sendiri pelat beton= 0,1 m x 2400kg/m3 x 3m = 720 kg/m
- berat sendiri profil WF = 72.4 kg/m+ = 822.7 kg/m - berat ikatan : 10 %.807,1 kg/m =82.27 kg/m+ qD = 904.97 kg/m Beban hidup qL = 3 m x 250 kg/m2 = 750 kg/m q = qD + qL = (904.97 + 750) kg/m = 1654.97 kg/m Beban berfaktor qU = (1.2 x qD) + (1.6 x qL) = (1.2 x 904.97 kg/m) + (1.6 x 750 kg/m) = 2286 kg/m
Momen yang terjadi : Mu =
8
1
x q U x L2 =8
1
x 2286 kg/m x (6 m) 2 = 10287 kg.mGeser yang terjadi : Vu =
2
1
x q U x L =2
1
x 2286 kg/m x 6 m = 6858 kg Kontrol Lendutan Lendutan ijin :'f
= 360 L = 360 600= 1.667 cm Ix E l q ymaks 384. . . . 5 4 = 11300 10 2 384 ) 600 ( ) 5497kg/cm . 16 ( 5 6 4 cm = 1.23 cm <'f
...OKKontrol Kekuatan Penampang (Local Buckling)
Untuk Sayap Untuk Badan
y f f f t b 170 2 tw fy h 1680 250 170 14 2 250 250 1680 9 190 8.92 < 10.752...ok 21.1<106,25...ok
Profil penampang kompak, maka Mn = Mp Kontrol Lateral Buckling
Jarak Penahan Lateral Lb = 200 cm Berdasarkan tabel profil untuk BJ 41 profil WF 250x250x9x14 didapatkan :Lp = 313.118 cm,
Lr = 1190.786 cm
Jadi, Lb < Lp → bentang pendek,
untuk komponen struktur yang memenuhi Lb < Lp , kuat nominal komponen struktur adalah : Mp = fy x Zx = 2500 kg/cm2 x 937 cm3 = 2342500 kgcm Mu < Φ Mn 1028700 kgcm < 0.9 x 2342500 kgcm 1028700 kgcm < 2108250 kgcm…OK Kontrol Kuat Geser
y f tw h 1100 250 1100 9 190 21.11 < 69.57……ok
8
w y n f A V 0.6 = 0.6 x 2500 kg/cm2 x (19 x 0.9) = 25650 kg Syarat : ΦVn ≥ Vu 0.9 x 25650 kg ≥ 6858 kg 23085 kg ≥ 6858 kg………...OK BAB VPERENCANAAN STRUKTUR UTAMA 5.1 Perhitungan beban mati
Beban mati bangunan dihitung per m2 sesuai dengan data beban mati yang berupa data berat material struktural dan non struktural yang berlaku sebagai beban. Beban mati terbagi menjadi dua jenis yaitu pembebanan plat lantai dan atap.
5.2 Perhitungan Beban Gempa
Beban gempa dihitung menggunakan analisa response spectrum dengan bantuan software SAP 2000 versi 14 dengan data struktur :
a). Wilayah Gempa : Zona 4 b). Jenis tanah :Tanah Lunak c). Percepatan gravitasi : 9.81 m/dt2 d). Faktor kepentingan (I) : 1
e). Faktor reduksi gempa (R) :5.5(SRPMM)
Gambar 5.1 Grafik hubungan C dan T pada zona gempa 4
5.3 Pembebanan beban angin
Beban angin dekat pantai = 40 kg/m2, dengan konstanta arah tekan 0.9 dan arah hisap 0.4.
Kombinasi pembebanan
Kombinasi pembebanan yang digunakan berdasarkan SNI 03-1729-2002 pasal 6.2.2 COMB 1 : 1.4 D COMB 2 : 1.2 D + 1.6 L COMB 3 : 1.2 D + 0.5 L + 1.3 W COMB 4 : 1.2 D + 0.5 L – 1.3 W COMB 5 : 1.2 D + RSX + L COMB 6 : 1.2 D + RSY + L COMB 7 : 0.9 D + RSX COMB 8 : 0.9 D + RSY
Perhitungan Kontrol Dimensi Kolom Interior Lantai 1 (CBF)
Dari hasil output SAP 2000 diperoleh gaya – gaya yang bekerja pada kolom C2 lantai 1 adalah :
Pu = -320584.5 kg Mutx = 991627 kgcm Muty = -535034 kgcm
Kolom direncanakan dengan menggunakan profil K 588x300x12x20 dengan spesifikasi: Kontrol interaksi balok kolom
0
,
1
9
8
ny b uy nx b ux n uM
M
M
M
P
P
0.507
1 ( OK )Perhitungan link balok WF 350x250x9x14 Dari hasil Output SAP 2000 untuk link arah x-z lantai 2, pada COMB4, didapatkan : Mu = 580900 kgcm
Vu = 9745.3 kg
Link melintang direncanakan dengan profil WF 350x250x9x14. Panjang link (L) = 1000 mm.
Adapun data – data profil adalah sebagai berikut : A = 101.5 cm2 i x = 14.6 cm r = 20 mm W = 79.7 kg/m tw = 9 mm Zx = 1360 cm3 d = 340 mm tf = 14 mm Zy = 444 cm3 b = 250 mm Ix = 21700 cm4 Sx = 1280 cm3 iy = 6 cm Iy = 3650 cm4 Sy = 292 cm3 h = d – 2(tf + r ) = 340 – 2(14+20) = 272 mm
Kontrol Kekuatan Penampang (Local Buckling) Pelat Sayap : 9 . 8 14 2 250 . 2 f f t b λr > f f t b . 2 > λp ....Not OK
9
5 . 8 250 135 135 y p f
5 . 39 250 625 625 y r f
Pelat badan : 22 . 30 9 272 w t h w t h < λ p...OK 25 . 106 250 1680 1680 y p f
penampang tidak kompak MR = Sx (fy – fr)
fr = 70 Mpa (SNI 03-1729-2002 Tabel 7.5-1) MR = 1280 cm3 (2500 kg/cm2 – 700 kg/cm2) =2304000 kgcm Mp = fy.Zx = 2500 kg/cm2 x 1360cm3 = 3400000 kgcm p r p R p p n M M M M ( ) Mn = 3385861.6 kgcm Persyaratan : Mu ≤
Mn 580900 kgcm ≤ 0.9 x 3385861.6 kgcm 580900 kgcm ≤ 3047275.44 kgcm...OKPenampang profil baja mampu menahan beban yang terjadi.
Kontrol Geser
Berdasarkan SNI 03-1729-2002 pasal 15.13.2.4 kuat geser nominal link diambil yang terkecil dari Vp atau 2Mp /e.
kg cm kgcm e Mp 68000 100 3400000 2 2 Vp = 0.6 x fy x Aw = 0.6 x 2500 kg/cm2 x (27.2 x 0.9) cm2 = 36720 kg (menentukan) Persyaratan : Vu ≤
Vn 9745.3 kg ≤ 0.9 x 36720 kg 9745.3 kg ≤ 33048 kg ...OK Pengaku linkBerdasarkan SNI 03-1729-2002 pasal 15.13.3.1 di titik pertemuan dengan batang bresing di link harus dipasang pengaku setinggi badan link dan berada di kedua sisi pelat badan link.
Pengaku tersebut harus mempunyai lebar total tidak kurang dari (bf – 2 tw) dan
ketebalan tidak kurang dari nilai terbesar dari 0.75 tw atau 10 mm. Dengan jarak tidak
melebihi harga (30 tw – d/5).
Berdasarkan data-data diatas maka pengaku link dapat direncanakan sebagai berikut : Lebar pengaku mm mm mm t b l ( f 2w)(250 29 )232
lebar pengaku diambil sebesar 240 mm Tebal pengaku mm mm t t 0.75w 0.759 6.75 t = 10 mm (menentukan) tebal pengaku diambil sebesar 10 mm Jarak antar pengaku
mm mm mm d t s30 w5 309 3405 202
Jarak antara pengaku diambil sebesar 200 mm. Analisa dengan metode software XTRACT
Pada XTRACT penampang bresing dimodelkan secara bentuk dan sifat-sifat material penampang bresing itu sendiri.
Gambar 5.2 Input properti material pada XTRACT
10
Gambar 5.3 Permodelan penampang bresingpada XTRACT
Setelah dilakukan input properti material dan permodelan penampang bresing pada XTRACT, maka dilakukan Run Analysis untuk mengetahui kapasitas tarik,tekan dan momen penampang tersebut. Di bawah ini adalah hasil Run Analysis dari XTRACT.
Gambar 5.4 Data analysis report dari XTRACT
Gambar 5.5 Diagram interksi P-M penampang dari XTRACT Dari hasil analisa melalui XTRACT dapat dilihat bahwa :
Kuat nominal tekan bresing = 736.4 x 103 N Kuat nominal tarik bresing = 736.4 x 103 N
momen kapasitas bresing = 37.2 x 103 N-m
BAB VI SAMBUNGAN
Sambungan balok kolom pinggir WF 350x250x9x14
Dari hasil output SAP 2000 versi 14 pada struktur CBF lantai 4 arah x-z didapat gaya-gaya dalam
Pu = 8167 kg Mu = 8538 kgm
direncanakan menggunakan baut tipe tumpu dengan
25mm BJ 50Gambar 6.1 Sambungan balok kolom pinggir Kontrol Geser kg kg n P V u u 816710 816.7
11
2.5 166.46 4 / 7 . 816 2
b u uv VA f kg/cm2 m f r fuv 1f b => r1 = 0,5 ; m = 1 166.46 kg/cm2
1875 kg/cm
2 ………OK !! Beban Tarik b t f d f A T
b u uv b u f f f ft 1.3 1.5
13.5000kg/cm215.166.46kg/cm2
5000kg/cm2 2 2 5000 / / 3 . 6250 kg cm kg cm Dipakai ft = 5000 kg/cm2
2 2 2.5 4 / 5000 75 . 0 kg cm cm Td
= 18398.4 kg kg Tdulir 0.7518398.4 =13798.8 kgGaris netral => anggap di bawah baut terbawah 9 . 1 / 2900 25 8 . 13798 10 2 cm kg cm kg f b T a y cm Kontrol Momen
Momen rencana yang dapat dipikul sambungan d T b a f M y n 2 9 . 0 2 d1 = 5 cm – 1.9 cm = 3.1 cm d2 = 3.1 cm + 6.25 cm = 9.35 cm d3 = 9.35 cm + 6.25 cm = 15.6 cm d4 = 15.6 cm + 6.25 cm = 21.85 cm d5 = 21.85 cm + 6.25 cm = 28.1 cm
d = 78 cm
kgm 11778.4 = kgcm 1177837 Mn Mu = 8538 kgm ≤ Ф Mn = 11778.4 kgm …………..OK !!6.2 Sambungan balok kolom tengah WF 350x250x9x14
Dari hasil output SAP 2000 versi 14 pada struktur CBF lantai 4 arah x-z didapat gaya-gaya dalam
Pu = 7927.14 kg Mu = 7904 kgm
direncanakan menggunakan baut tipe tumpu dengan
25mm BJ 50.Gambar 6.1 Sambungan balok kolom tengah Kontrol Geser kg kg n P V u u 792710.14 793
2.5
161.6 4 / 793 2 cm kg A V f b u uv
kg/cm2 m f r fuv 1f b => r1 = 0,5 ; m = 1 161.6 kg/cm2
1875 kg/cm
2 ………OK !! Beban Tarik b t f d f A T
b u uv b u f f f ft 1.3 1.5
1.35000kg/cm21.5161.6kg/cm2
5000kg/cm2 2 2 5000 / / 6 . 6257 kg cm kg cm Dipakai ft = 5000 kg/cm2
2 2 2.5 4 / 5000 75 . 0 kg cm cm Td
= 18398.4 kg12
kg
Tdulir 0.7518398.4 =13798.8 kg
Garis netral => anggap di bawah baut terbawah 9 . 1 / 2900 25 8 . 13798 10 2 cm kg cm kg f b T a y cm Kontrol Momen
Momen rencana yang dapat dipikul sambungan d T b a f M y n 2 9 . 0 2 d1 = 5 cm – 1.9 cm = 3.1 cm d2 = 3.1 cm + 6.25 cm = 9.35 cm d3 = 9.35 cm + 6.25 cm = 15.6 cm d4 = 15.6 cm + 6.25 cm = 21.85 cm d5 = 21.85 cm + 6.25 cm = 28.1 cm
d = 78 cm
kgm 11778.4 = kgcm 1177837 Mn Mu = 7904 kgm ≤ Ф Mn = 11778.4 kgm …………..OK !! BAB VII ANALISA ABAQUS 7.1 UmumPada bagian ini akan dibahas perilaku dari masing-masing portal dari CBF dan EBF dengan menggunakan software ABAQUS versi 6.7. Software ini digunakan untuk analisa minor struktur seperti portal, dan hasil analisa dari ABAQUS lebih detail dari SAP.
7.2 Tahapan dalam perencanaan di ABAQUS
Untuk menganalisa struktur dalam ABAQUS terdapat berbagai tahapan. Tahapan tersebut antara lain :
1. Part 2. Property 3. Assembly 4. Step 5. Interaction 6. Load 7. Mesh 8. Job
Dibawah ini akan dijelaskan proses tiap tahapan dalam menganalisa struktur di ABAQUS.
Gambar 7.1 permodelan elemen di ABAQUS
Gambar 7.2 Assembly pada ABAQUS
Gambar 7.3 Portal yang sudah
dimeshing
7.3.1 Analisa rangka CBF
Dalam menganalisa rangka CBF, akan diberikan sepuluh titik acuan yang akan ditinjau perilakunya dari segi tegangan,regangan, dan deformasi. sepuluh titik tersebut terletak pada balok,kolom,bresing dan gusset plat pada bresing.
13
Gambar 7.4 Titik acuan dalam analisaCBF
Pada ABAQUS dapat dilihat juga kontur tegangan pada struktur CBF, besar tegangan pada struktur disimbolkan dengan gradasi warna.
Gambar 7.5 Kontur tegangan pada rangka CBF
Tabel 7.1 Deformasi pada CBF
Tabel 7.2 Tegangan pada CBF
Tabel 7.3 Regangan pada CBF
Dari tabel deformasi pada CBF
diatas dapat dilihat bahwa elemen yang
mengalami deformasi paling besar adalah
bresing. Hal ini sesuai dengan prinsip CBF
yaitu bresing adalah elemen yang paling
lemah dalam struktur CBF. Tegangan yang
paling besar dialami oleh kolom, hal ini
disebabkan karena gaya aksial yang
diterima kolom tersebut.
7.3.2 Analisa rangka EBF
Pada EBF diberikan sepuluh titik acuan yang akan ditinjau perilakunya dari segi tegangan,regangan, dan deformasi. Sepuluh titik tersebut terletak pada balok link,kolom,balok,bresing dan gusset pada bresing.
Gambar 7.6 Titik acuan pada analisa EBF Pada ABAQUS dapat dilihat kontur tegangan dari rangka EBF akibat beban-beban yang diterima. Besar tegangan dari rangka EBF dalam ABAQUS disimbolkan dengan gradasi warna.
14
Gambar 7.7 Kontur tegangan rangka EBFTabel 7.4 Deformasi pada rangka EBF
Tabel 7.5 Tegangan pada rangka EBF
Tabel 7.6 Regangan pada rangka EBF Dari tabel deformasi pada EBF diatas dapat dilihat bahwa elemen yang mengalami deformasi paling besar adalah balok. Pada elemen link deformasi yang terjadi dibatasi oleh pengaku lokal sepanjang balok link tersebut, namun tegangan paling besar terjadi pada elemen link.
BAB VIII
PERHITUNGAN BIAYA VOLUME BAJA
8.1 Umum
Pada bab ini akan dihitung biaya volume baja yang digunakan pada masing-masing sistem struktur baik CBF ataupun EBF. Sehingga dapat menjadi salah satu pertimbangan dalam memutuskan suatu perencanaan. Harga baja diasumsikan Rp 8000/kg.
8.2 Biaya volume baja CBF
Dibawah ini adalah berat baja yang digunakan dalam struktur CBF sepuluh tingkat dengan tinggi 42 m.
Dari perhitungan di atas didapat volume total adalah 274191 kg. Maka harga volume baja adalah :
Harga = 274191 kg x Rp 8000/kg = Rp 2193528000
15
8.3 Biaya volume baja EBFDibawah ini adalah berat baja yang digunakan dalam struktur CBF sepuluh tingkat dengan tinggi 42 m.
Dari perhitungan di atas didapat volume total adalah 276904 kg. Maka harga volume baja adalah :
Harga = 276904 kg x Rp 8000/kg = Rp 2215232000
BAB IX KESIMPULAN
9.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan analisa struktur dengan SAP 2000 dan analisa struktur minor menggunakan ABAQUS dapat ditarik point-point kesimpulan sebagai berikut:
- Pada CBF elemen bresing berfungsi sebagai elemen yang mengalami dissipasi energi terbesar. Hal ini dapat dilihat dari perbandingan besar tegangan dan regangan dari program ABAQUS.
Tabel 9.1 Tegangan pada CBF
Tabel 9.2 Regangan pada CBF - Pada EBF elemen link menjadi elemen
yang mengalami dissipasi energi terbesar. Hal ini dapat dilihat dari perbandingan besar tegangan dan regangan antar elemen struktur dari program ABAQUS.
Tabel 9.3 Tegangan pada EBF
Tabel 9.4 Regangan pada EBF
- Dari segi volume baja yang digunakan, selisih harga antara CBF dan EBF adalah Rp 2215232000
16
9.2 Rekomendasi perencanaanDari kesimpulan diatas dapat dilihat bahwa link pada EBF konsentrasi tegangan yang terjadi lebih besar dari bresing pada CBF. Sehingga jika dilihat dari perilaku maka EBF mempunyai keunggulan dibanding CBF, namun dari volume harga baja yang digunakan maka struktur CBF lebih ekonomis dari EBF.
DAFTAR PUSTAKA
1. Becker, Roy and Michael Ishler,Seismic Design Practice For Eccentrically Braced
Frames, Steel Tips
Publication,California,USA,1996 2. Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara
Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Bandung : BSN
3. Badan Standardisasi Nasional. 2000. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002). Bandung : BSN
4. Berman, Jeffrey W. and Michel Bruneu,Experimental and Analytical Investigation of Tubular Links for Eccentrically Braced Frames,University of Washington,USA,2006
5. Canney, Nathan,Performance Centrically Braced Frames Under Cyclic Loading,Seattle University,USA,2007 6. Kim, Jinkoo and Hyunhoon
Choi,Response Modification Factors Of Chevron-Braced Frames,Sungkyunkwan University,Republic of Korea,2004
7. Marwan, Isdarmanu, STRUKTUR BAJA I,Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
8. Engelhardt, Michael D., Design Of Seismic Resistant Steel Building Structures,University of Texas
9. Yurisman dkk, Kajian Numerik Terhadap Kinerja Link Geser dengan Pengaku Diagonal pada Struktur Rangka Baja Berpenopang Eksentrik (EBF), Departemen Teknik Sipil ITB, email : yurisman_pdg@yahoo.com
