PERILAKU SISTEM STRUKTUR BAJA PENAHAN BEBAN LATERAL DIBAWAH BEBAN STATIK MONOTONIK

Sunaryati, J, Kurniawan, R and Saputra, R (2017) Perilaku Sistem Struktur Baja Penahan Beban Lateral Dibawah Beban Statik Monotonik. In: Hidayat, B and Purnawan, P (Eds.) Prosiding 4^th Andalas Civil Engineering (ACE) Conference 2017, 9 November 2017, Universitas Andalas, Padang. Jurusan Teknik Sipil Unand, 663-670

Jati Sunaryati

¹

, Ruddy Kurniawan

²

, Robi Saputra

³

1

Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.

Email: jati@ft.unand.ac.id

2

Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.

Email: jati@ft.unand.ac.id

3

Mahasiswa Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.

Email: Robi.saputra24@gmail.com

ABSTRACT

Padang city is located in the earthquake zone areas. To build buildings in earthquake zone areas should not be the same as ordinary buildings. This research is to design the structure of 6-story steel building located in Padang area with soft soil condition. The portal structure to be designed is a portal with bracing (a combination of eccentric and eccentric), a portal with a shear wall and as a comparison of the moment-resistingfarme (MRF), design under monotonic static load. The analysis will be analyze from the values of strength parameters, stiffness, ductility, and energy dissipation of the three structural models, then will be analyzed how the portal treatment to withstand lateral load. This designation uses SNI 1727-2013 code. The loading given is dead load, live load and earthquake load. While the earthquake regulation used is SNI 1726-2012.

Keywords : steel structure, static monotonic, frame with bracing, frame with shear wall, Moment Resisting Frame (MRF)

ABSTRAK

Kota Padang terletak didaerah rawan gempa. Untuk membangun gedung di daerah rawan gempa tidaklah boleh sama dengan gedung biasa. Penelitian ini adalah mendisain struktur gedung baja 6 lantai yang berlokasi di daerah Padang dengan kondisi tanah lunak.

Struktur portal yang akan didisain yaitu portal dengan bracing (gabungan konsentrik dan eksentrik), portal dengan dinding geser dan sebagai pembandingan didisain portal penahan momen (MRF) dengan metoda analisis statik monotonik, berdasarkan analisis tersebut akan dperoleh nilai parameter kekuatan, kekakuan, daktilitas, dan disipasi energi dari ketiga model struktur tersebut, selanjutnya akan di analisa bagaimana perlaku portal tersebut menahan beban lateral. Pendisainan ini menggunakan peraturan SNI 1727-2013, beban yang diperhitungkan adalah beban mati, beban hidup dan beban gempa. Sedangkan peraturan gempa yang dipakai adalah SNI 1726-2012.

Kata Kunci : struktur baja, statik monotonik, portal tanpa pengaku, portal dengan pengaku, portal dengan dinding geser

1. PENDAHULUAN

Struktur baja memiliki sifat daktilatas yang tinggi, fleksibel dan mudah dibentuk sesuai

dengan model struktur yang diinginkan pengguna. Struktur baja dapat dibentuk menjadi

664

portal frame tanpa pengaku, berpengaku ataupun portal dengan dinding geser. Portal merupakan bentuk yang paling umum yang terdiri dari balok dan kolom yang bekerja sama dalam suatu kesatuan yang utuh untuk menahan beban yang bekerja. Struktur portal baja tahan gempa terdiri dari portal penahan momen (moment resisting frame, MRF) dan portal penahan beban lateral. Struktur portal penahan beban lateral dibagi menjadi portal berpengaku konsentrik (concentrically braced frame, CBF), portal berpengaku eksentris (eccentrically braced frame, EBF), dan portal menggunakan dinding geser pelat baja ( steel plate shear wall, SPSW ). Masing-masing jenis portal baja ini mempunyai keistimewaan tersendiri dalam menahan beban lateral. Dalam penelitian ini dibahas tentang perilaku struktur baja dengan tipe MRF, struktur baja berpengaku dan struktur baja dengan dinding geser. Adapun perilaku yang akan dianalisis dari ketiga struktur baja tersebut adalah nilai kekuatan, kekakuan, daktilitas, dan disipasi energi berdasarkan analisis beban statik monotonic. Dari analisi kekuatan bangunan didapat beban maksimal yang mampu dipikul oleh struktur sebelum terjadi keruntuhan. Dari analisis kekakuan bangunan diperoleh besarnya nilai beban yang mampu memberikan perpindahan struktur saat kondisi leleh pertama. Dari analisis daktilitas diperoleh perbandingan nilai batas leleh struktur dengan nilai leleh pertama.

Dari analisis besarnya luasan di bawah kurva beban vs perpindahan maka diperleh nilai didipasi energy dari struktur.

2. METODOLOGI PENELITIAN 2.1 Data Umum Struktur

Dalam penelitian ini, layout bangunan adalah seperti pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1. Layout Bangunan

665

Adapun potongan dua dimensi dari struktur baja tipe MRF (Gambar 2), Struktur Baja Berpengaku (Gambar 3) dan Struktur Baja dengan Dinding Geser (Gambar 3) adalah seperti di bawah ini.

Gambar 2. Struktur baja tanpa pengaku (MRF)

Gambar 3 Struktur baja berpengaku

666

Gambar 4 Struktur baja berdinding geser

Ketiga tipe struktur terletak di kota Padang yang didirikan diatas tanah lunak, menggunakan kolom profil baja 458.417.10.50, balok profil baja 350.350.12.19 dan pelat lantai beton tebal 150 mm. Bracing pipa baja diameter luar 267,4 mm dengan tebal 9 mm. Dinding geser pelat baja tebal 20 mm. Fungsi bangunan adalah sebagai gedung perkantoran dengan jumlah lantai adalah 6 lantai, mempunyai penutup atap berupa dak beton.

2.2 Pemeriksaan disain bangunan

Kelayakan disain dari ketiga tipe struktur dapat dilihat dari parameter perioda struktur, simpangan antar lantai, dan rasio massa sebagaimana diterangkan di bawah ini.

Perioda Struktur

SNI 1726 : 2012, perioda fundamental pendekatan, T

a

, dalam detik, harus ditentukan

dari persamaan berikut: , h

n

adalah ketinggian struktur, dalam (m), di atas

dasar sampai tingkat tertinggi struktur, dan koefisien C

t

dan x ditentukan dari Tabel15

SNI 1726 : 2012

.

Perioda fundamental struktur, T, tidak boleh melebihi hasil koefisien

untuk batasan atas pada perioda yang dihitung (C

u

) dari Tabel 14 SNI 1726 : 2012 dan

periode pendekatan T

a

. Untuk tipe struktur baja tanpa pengaku, periode struktur yang

terjadi adalah 1,248 detik, masih berada didalam range periode minimum 0.92 detik dan

periode maksimum 1,288 detik. Untuk tipe struktur baja berpengaku, periode yang

terjadi adalah 0.817 detik, masih berada didalam range periode minimum 0.793 detik

dan periode maksimum 1,110 detik. Untuk tipe struktur baja dengan dinding geser,

periode yang terjadi adalah 0.632 detik, masih berada didalam range periode minimum

667

0.529 detik dan periode maksimum 0.741 detik. Dari hasil analisis terhadap periode struktur ketiga tipe baja, terlihat bahwa untuk ketiga tipe struktur dalam penelitian ini memenuhi syarat untuk dilakukan analisis selanjutnya, karena dengan dipenuhinya persyaratan periode yang terjadi pada struktur, ini menunjukkan bahwa ketiga tipe struktur mampu menerima beban gempa yang akan diberikan terhadap ketiga tipe struktur.

Simpangan Antar Lantai

Menurut SNI 1726 : 2012 pasal 7.2.6, Penentuan simpangan antar lantai tingkat desain ( ) harus dihitung sebagai perbedaan defleksi pada pusat massa di tingkat teratas dan terbawah yang ditinjau. Untuk defleksi di pusat massa x (

x

), dalam mm, harus

ditentukan sesuai dengan persamaan , dimana C

d

adalah faktor amplikasi defleksi dalam Tabel 9 SNI 1726 : 2012, 

xe

adalah defleksi yang disyaratkan dalam analisis elastis dan I

e

adalah faktor keutamaan gempa yang ditentukan. Pemeriksaan simpangan antar lantai ini sangat diperlukan untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, disamping untuk mencegah kerusakan non struktural dan ketidaknyamanan penghuni. Dengan pembatasan simpangan antar lantai ini juga, maka pencegahan keruntuhan struktur dapat dilakukan.

Analisis yang dilakukan terhadap simpangan antar lantai dari ketiga tipe struktur dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1, 2 dan 3 dibawah ini. Berdasarkan ketentuan – ketentuan tersebut, dapat dilihat bahwa ketiga tipe struktur memenuhi syarat simpangan antar lantai yang berarti pula bahwa analisis struktur selanjutnya dapat dilakukan karena struktur telah diprediksi aman terhadap gaya gempa.

Tabel 1. Simpangan antar lantai struktur tipe MRF

Story δx

(mm)

y

(mm) h

(mm) Ie Cd ∆x

(mm)

∆y

(mm)

∆ijin

(mm)

∆x ≤

∆ijin

∆x ≤

∆ijin

STORY6 0.671 0.193 4000 1 5.500 3.691 1.062 61.538 OK OK STORY5 1.196 0.411 4000 1 5.500 6.578 2.261 61.538 OK OK STORY4 1.715 0.619 4000 1 5.500 9.433 3.405 61.538 OK OK STORY3 2.072 0.781 4000 1 5.500 11.396 4.296 61.538 OK OK STORY2 2.072 0.851 4000 1 5.500 11.396 4.681 61.538 OK OK STORY1 1.186 0.58 4000 1 5.500 6.523 3.190 61.538 OK OK

Tabel 2. Simpangan antar lantai struktur tipe berpengaku

Story δx

(mm)

y

(mm) h

(mm) Ie Cd ∆x

(mm)

∆y

(mm)

∆ijin

(mm)

∆x ≤

∆ijin

∆x ≤

∆ijin

STORY6 0.508 0.122 4000 1 5.500 2.794 0.671 80.000 OK OK STORY5 0.851 0.221 4000 1 5.500 4.681 1.216 80.000 OK OK STORY4 1.137 0.295 4000 1 5.500 6.254 1.623 80.000 OK OK STORY3 1.323 0.345 4000 1 5.500 7.277 1.898 80.000 OK OK STORY2 1.352 0.369 4000 1 5.500 7.436 2.030 80.000 OK OK

668

STORY1 0.862 0.281 4000 1 5.500 4.741 1.546 80.000 OK OK

Tabel 3. Simpangan antar lantai struktur tipe berdinding geser

Story δx

(mm)

y

(mm) h

(mm) Ie Cd ∆x

(mm)

∆y

(mm)

∆ijin

(mm)

∆x ≤

∆ijin

∆x ≤

∆ijin

STORY6 0.569 0.194 4000 1 5.500 3.414 1.164 80.000 OK OK STORY5 0.637 0.214 4000 1 5.500 3.822 1.284 80.000 OK OK STORY4 0.661 0.22 4000 1 5.500 3.966 1.320 80.000 OK OK STORY3 0.625 0.206 4000 1 5.500 3.750 1.236 80.000 OK OK STORY2 0.509 0.166 4000 1 5.500 3.054 0.996 80.000 OK OK STORY1 0.277 0.093 4000 1 5.500 1.662 0.558 80.000 OK OK

Setelah pemeriksaan periode struktur dan simpangan antar lantai dilakukan terhadap ketiga struktur, maka analisis selanjutnya dapat dilihat pada bahagian berikut ini.

3. ANALISIS PERILAKU SISTEM STRUKTUR

Untuk menganalisis kondisi struktur dari ketiga tipe struktur, maka di plot kurva beban vs perpindahan sebagaimana tergambar pada Gambar 5 di bawah ini.

Gambar 5 Perbandingan Kurva beban vs perpindahan antara tiga tipe struktur

Dari kurva beban versus perpindahan tersebut dianalisis perbedaan tiap-tiap struktur

dengan parameternya yaitu kapasitas beban maksimum yang mampu dipikul struktur,

kekauan struktur, daktilitas dan disipasi energi yang mampu dihasilkan oleh struktur

sebagiamana diterangkan berikut ini. Dari Gambar 5. dapat diterjemahkan lagi ke dalam

Tabel 4 berikut ini.

669

Tabel 4. Analisis kapasitas beban maksimum, kekakuan, daktilitas dan disipasi energi Tipe Struktur Kapasitas beban

maksimum (kN) Kekakuan (kN/m) Daktilitas Disipasi energy (kN. M) Tipe tanpa

pengaku (MRF)

34562.46 89427.19 4.98 24131.03

Tipe dengan pengaku

35945.07 213152.68 3.60 6199.81

Tipe dengan dinding geser

83822.41 240132.82 5.51 28138.94

3.1 Kapasitas beban maksimum yang mampu dipikul struktur

Dari Tabel 4 dan Gambar 5 tersebut didapatkan nilai tipe dinding geser paling besar, dengan kenaikan 2.43 kali dibandingkan tipe tanpa pengaku dan 2,33 kali dibandingkan tipe pengaku. Kemudian nilai kekuatan struktur tipe pengaku lebih besar dari tipe tanpa pengaku, yaitu sebesar 1,04 kali kenaikannya. Hal ini menunjukan dinding geser mempunyai kemampuan yang tinggi dalam menyalurkan gaya-gaya lateral ke tanah.

3.2 Kekakuan struktur

Dari Tabel 4 dan Gambar 5, didapatkan nilai maksimum pada tipe dinding geser paling besar, dengan kenaikan 2,69 kali dibandingkan tipe tanpa pengaku dan 1,13 kali dibandingkan tipe pengaku. Kemudian nilai kekakuan struktur tipe pengaku lebih besar dari tipe tanpa pengaku, yaitu sebesar 2,38 kali kenaikannya. Hal ini menunjukan dinding geser mempunyai kemampuan yang tinggi dalam meningkatkan kekakuan dari portal.

3.3 Daktilitas

Dari Tabel 4 dan Gambar 5 didapat bahwa penambahan dinding geser memberikan kenaikan nilai daktilitas 1,108 kali dari portal tanpa pengaku. Sedangkan penambahan pengaku memberikan penurunan daktilitas 0,723 kali dari tipe tanpa pengaku, dapat dilihat pengaku memberikan penurunan daktilitas cukup besar.

3.4 Disipasi Energi

Dari Tabel 4 dan Gambar 5 didapat disipasi energi dengan penambahan dinding geser

memberikan kenaikan nilai 1,166 kali dari tipe tanpa pengaku. Sedangkan penambahan

pengaku memberikan penurunan daktilitas 0,257 kali dari tipe tanpa pengaku, dapat

dilihat pengaku memberikan penurunan energi disipasi yang cukup besar.

670

Berdasarkan parameter-parameter yang telah dikaji diatas, terlihat bahwa pola dari kemampuan struktur memikul beban dan kekakuan struktur mengalami kenaikan jika struktur diberi pangaku dan dinding geser. Pemberian pengaku akan menurunkan daktilitas dari tipe tanpa pengaku yang cukup besar, namun penambahan dinding geser memberikan sedikit kenaikan daktilitas. Sedangkan disipasi energi dipengaruhi oleh luasan dibawah kurva, dari hasil yang diperoleh didapat disipasi energi tipe dinding geser paling besar.

3.5 Kesimpulan

Nilai kekuatan rangka dengan dinding geser meningkat 2,43 kali dari tipe tanpa pengaku sedangkan rangka pengaku 1,04 kali dari tipe tanpa pengaku. Nilai kekakuan rangka dengan dinding geser meningkat 2,69 kali dari tipe tanpa pengaku sedangkan rangka pengaku 2,38 kali dari tipe tanpa pengaku. Nilai daktilitas rangka dengan dinding geser meningkat 1,108 kali dari tipe tanpa pengaku sedangkan rangka pengaku menurunkan nilai daktilitas sebesar 0,723 kali tipe tanpa pengaku. Nilai disipasi energi rangka dengan dinding geser meningkat 1,116 kali dari tipe tanpa pengaku sedangkan rangka pengaku menurunkan nilai daktilitas sebesar 0,257 kali tipe tanpa pengaku.

4. DAFTAR PUSTAKA

Badan Standarisasi Nasional. 2013. Beban minimum untuk perencanaan bangunan gedung dan struktur lain, SNI 1727:2013. Jakarta: BSN

Badan Standarisasi Nasional. 2015. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, SNI 1729-2015. Jakarta: BSN

Badan Standarisasi Nasional. 2012. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, SNI 1726:2012.Jakarta : BSN Berman, J., and Bruneau, M.2003. Experimental investigation of light-gauge steel plate

shear walls for the seismic retrofit of buildings.Tech. Rep. MCEER-03-0001, Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research, State University of New York at Buffalo, Buffalo, N.Y.

Gunawan, Rudy.1988. Tabel profil konstruksi baja. Yogyakarta: Kanisius.

Hutagalung, Advent. 2011.”Pengaruh Bracing pada struktur Portal Baja (Studi Literatur)”. Medan :

Nidiasari, Jati Sunaryati, dan Eem Ikhsan. 2014. Perilaku Struktur Baja Tipe MRF Dengan Beban Lateral Berdasarkan SNI 1726-2012 Dan Metode Performance Based Plastic Design (PBPD). Padang: Jurnal Teknik Sipil, Departemen Teknik Sipil Universitas Andalas. Vol. 13, No.1:18-24.

Nur, Suswanto dan Soewardojo. 2012. Studi Perbandingan Perilaku Profil Baja WF dan HSS Sebagai Bresing pada SCBF Akibat Beban Lateral dengan Program Bantu Finite Element Analysis. Surabaya: Jurnal Teknik Sipil, Departemen Teknik Sipil Institut Teknologi Surabaya. Vol.1, No.1

Pranata, Y.A., 2006. Evaluasi Kinerja Gedung Beton Bertulang Tahan Gempa Dengan

Pushover Analisys. Diambil dari :www. uph.edu.pranata. (2 April 2017).