LAPORAN SPSW

(1)

1 SOAL

Rencanakan profil MRF, CBF, EBF, dan BRBF untuk struktur dengan dimensi sebagai berikut:

Gambar 1. Tampak Depan Gambar 2. Tampak Atas

Diketahui :

- Beban Mati ≈ 2000 kg/m2 - Beban Hidup ≈ 500 kg/m2

- Lokasi gempa di Papua (Gempa Kuat) Hitung :

- ∆max

- berat balok+kolom+bracing

(2)

2 MOMEN RESISTING FRAME

Gambar 4. Permodelan struktur Momen Resisting Frame (MRF) di SAP2000

Direncanakan :

- Menggunakan BJ 37 (fy=2400 kg/cm2_{, fu=3700 kg/cm}2₎

- Es = 200.000 Mpa - Profil Balok : WF 800x300x14x22 W = 191 kg/m r = 28 mm Zy = 1027 cm3 A = 243,4 cm2 Ix = 254.000 cm4 d = 792 mm Iy = 9930 cm4 Lp = 324,656 cm bf = 300 mm ix = 32,3 cm Lr = 950,563 cm tw = 14 mm iy = 6,39 cm tf = 22 mm Zx = 7040 cm3 - Profil Kolom : WF 800x300x16x30 W = 241 kg/m r = 28 mm Zy = 1416 cm3 A = 307,6 cm2 Ix = 339.000 cm4 d = 808 mm Iy = 13.800 cm4 Lp = 340,406 cm bf = 302 mm ix = 33,2 cm Lr = 1078,917 cm tw = 16 mm iy = 6,7 cm tf = 30 mm Zx = 9287 cm3

(3)

3 ➢ Kontrol Konsep Strong Column Weak Beam

Berdasarkan SNI-03-1729-2002 tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung Pasal 15.7.6

- Menghitung M*pc (Kolom WF 800x300x16x30) Zc = 9287 cm3Fy = 2400 kg/cm2 Asumsi Nuc = 0 (diabaikan)



9287 2400



44.577.600 2 * _           



g uc yc c pc A N f Z M kg.cm = 445,776 t.m - Menghitung M*pb (Balok WF 800x300x14x22) Zb = 7040 cm3 Fy = 2400 kg/cm2

Ry = 1,5 untuk BJ 41 Nilai My = 0 (diabaikan)



1,1



1



1,1 1,5 2400 7040



27.878.400

*        



M pb



RyfyZ My kg.cm

= 278,784 t.m

- Syarat Konsep Strong Column Weak Beam 599 , 1 784 , 278 776 , 445 * *  



pb pc M M

(Persyaratan Konsep Strong Column Weak Beam terpenuhi)

(4)

4 ➢ Kontrol Balok

Gambar 5. Diagram Geser dan Momen di Balok (SAP2000)

M max : 35198,9 kg. m, Vmax: 45.656,41 kg

Profil Balok : WF 800x300x14x22

- Kontrol penampang

Kontrol pelat sayap

240 170 22 2 300 170 2       y f p f t b  

6,81 ≤ 10,97→ Pelat sayap kompak Kontrol pelat badan

240 1680 14 792 1680      y w p f t h  

56,57 ≤ 108,44 → Pelat badan kompak

- Kontrol kuat momen lentur penampang dengan pengaruh tekuk lokal

Berdasarkan kontrol penampang, didapatkan profil yang digunakan memiliki penampang kompak sehingga

Mn = Zx x Fy = 7040 x 2400 = 16.896.000 kg.cm = 168.960 kg.m

ϕMn = 0,9 x 168.960 kg.m = 152.064 kg.m

ϕMn = 152.064 kg.m > Mu = 35.198,9 kg.m (OK)

- Kontrol kuat momen lentur penampang dengan pengaruh tekuk lateral Lp = 324,656 cm

Lr = 950,563 cm

Direncanakan terdapat stiffener dengan Lb = 300 cm, Lb < Lp sehingga termasuk

bentang pendek sehingga,

Mn = Zx x Fy = 7040 x 2400 = 16.896.000 kg.cm = 168.960 kg.m

ϕMn = 0,9 x 168.960 kg.m = 152.064 kg.m

(5)

5 - Kontrol Geser 00 , 71 240 1100 57 , 56 14 792 1100 _ _ _ _  y w f t h (OK) Vn = 0,6 x fy x Aw = 0,6 x 2400 x 79,2 x 1,4 = 159.667,2 kg ϕVn = 0,9 x 159.667,2 = 143.700,48 kg ϕVn = 143.700,48 kg > 45.656,41 kg (OK) - Kontrol Lendutan

Gambar 6. Diagram Lendutan di Balok (SAP2000)

fijin 1,667

360 600

360  

 L cm

fterjadi = 1,96 mm = 0,196 cm (diambil dari analisa SAP2000 akibat kombinasi

1D+1L)

➢ Kontrol Kolom

Gambar 7. Diagram Aksial di Kolom (SAP2000)

Pu kolom: 139.997,64 kg Profil Kolom : WF 800x300x16x30 7 , 59 7 , 6 400 1     y y r kL 

(6)

6 200 max   67 , 0 200000 240 14 , 3 7 , 59 7 , 59 max       E fy c y _     24 , 1 ) 67 , 0 ( 67 , 0 6 , 1 43 , 1 67 , 0 6 , 1 43 , 1 2 , 1 25 , 0         c c  _ 

Kekuatan tekan kolom:

83 , 354 . 595 24 , 1 2400 6 , 307          y g n F A P kg 61 , 051 . 506 83 , 354 . 595 85 , 0    n P  kg > Pu = 139.997,64 kg ➢ Kontrol Drift

Gambar 8. Drift pada Struktur MRF (SAP2000)

∆E = 0,2045 mm

∆ = Cd x ∆E (Cd = 5,5 untuk MRF, Rangka Baja Pemikul Momen Khusus) = 5,5 x

0,1854 = 1,0197 mm

TABLE: Drift Story Max

Type Load

Case/Combo Direction

Max

Drift δi δallowed Control

mm mm mm

MRF Envelope Max X 0,2045 1,0197 80 OK ➢ Berat Total

(7)

7 Concentrically Braced Frames (CBF)

Gambar 9. Permodelan struktur Concentrically Braced Frame (CBF) di SAP2000

Direncanakan :

- Menggunakan BJ 37 (fy=2400 kg/cm2 , fu=3700 kg/cm2)

- Es = 200.000 Mpa - Profil Balok : WF 300x200x8x12 W = 52,8 kg/m r = 18 mm Zy = 244 cm3 A = 72,38 cm2 Ix = 11.300 cm4 d = 294 mm Iy = 1600 cm4 _Lp _{= 239,300 cm} bf = 200 mm ix = 12,5 cm Lr = 775,49 cm tw = 8 mm iy = 4,71 cm tf = 12 mm Zx = 823 cm3 - Profil Kolom : WF 400x400x30x50 W = 415 kg/m r = 22 mm Zy = 4428 cm3 A = 528,6 cm2 Ix = 187.000 cm4 d = 458 mm Iy = 60.500 cm4 Lp = 543,63 cm bf = 417 mm ix = 18,8 cm Lr = 4355,950 cm tw = 30 mm iy = 10,7 cm tf = 50 mm Zx = 9468 cm3 - Profil Bracing : WF 175x175x7,5x11 W = 40,2 kg/m r = 12 mm Zy = 171 cm3 A = 51,21 cm2 Ix = 2880 cm4 d = 175 mm Iy = 984 cm4 Lp = 222,534 cm bf = 175 mm ix = 7,5 cm Lr = 977,547 cm tw = 7,5 mm iy = 4,38 cm tf = 11 mm Zx = 360 cm3

(8)

8 ➢ Kontrol kekuatan bracing

Profil Bracing : WF 175x175x7,5x11 BJ 37, fy = 240 MPa = 2400 kg/cm2 Ry = 1,5 (< BJ 41) ry = 4,38 cm Ag = 51,21 cm2 𝐿 = √4002_{+ 300}2 _{= 500 𝑐𝑚} 𝜆 =𝑘𝑐 𝐿 𝑟𝑦 = 1 𝑥 500 4,38 = 114,16 𝜆 =1900 √𝑓𝑦 = 1900 √240= 122,64 𝜆 𝜋√ 𝑓𝑦 𝐸 = 114,16 𝜋 √ 240 200.000= 1,258 λmax = λy = 114,16 𝜆𝑐 = (SNI 1729-2002) 𝜔 = 1,43 1,6−0,67𝜆𝑐 = 1,43 1,6−0,67(1,258)= 1,98 Bracing tarik : Pmax = Ry . fy . Ag = 1,5 . 2400 . 51,21 = 184.356 kg 0,8 x φPmax = 0,8 x 0,9 x 184.356 = 125.362,1 kg = 125,36 ton Bracing tekan : Pmax = 1,1 Ry Ag Fcr = 1,1 x 1,5 x 51,21 x 2400/1,98 = 102.392,1 kg 0,8 x φPmax = 0,8 x 0,85 x 102.392,1 = 69.626,66 kg

= 69,63 ton > 27,66 ton (OK)

Gambar 10. Diagram Aksial di Bracing (SAP2000)

(9)

9 ➢ Kontrol kekuatan balok terhadap lentur akibat kekuatan bracing

Gambar 11. Diagram Momen di Balok (SAP2000)

Mub = 12,37 tm (dari SAP)

Asumsi ada lateral support sehingga Lb > Lp (bentang pendek) Profil Balok : WF 300x200x8x12

Zx = 823 cm3

Mp = Zx.fy = 823 x 2400 = 1.975.200 kgcm = 19,752 tm > Mub = 12,37 tm (OK) ➢ Kontrol kekuatan tekan kolom akibat kekuatan bracing

Profil Kolom : WF 400x400x30x50 ry = 10,7 cm Ag = 528,6 cm2 L = 400 cm 𝜆 =𝑘𝑐 𝐿 𝑟𝑦 = 1 𝑥 400 10,7 = 37,38 λ max-ijin = 200 𝜆 𝜋√ 𝑓𝑦 𝐸 = 37,38 𝜋 √ 240 200.000= 0,41 λmax = λy = 37,38 𝜆𝑐 = (SNI 1729-2002) 𝜔 = 1,43 1,6−0,67𝜆𝑐 = 1,43 1,6−0,67(0,41)= 1,98

Kekuatan tekan kolom:

Puc = 120,26 ton (dari SAP)

𝑃𝑛 = 𝐴𝑔𝑓𝑦

𝜔 = 528,6 𝑥

2400

1,98 = 640.553 𝑘𝑔 = 640,55 𝑡𝑜𝑛

φPn = 0,85 x 640,55 = 544,47 ton > Puc = 120,26 ton (OK) Kolom kuat menerima beban akibat kekuatan bracing.

(10)

10 ➢ Kontrol drift

Gambar 13. Drift pada Struktur CBF (SAP2000)

ΔE = 0,2199 mm

Cd = 3,25 (untuk CBF, Rangka Baja dengan Bresing Konsentris Biasa)

Δ = Cd x ΔE = 3,25 x 0,2199 = 0,715 mm

Type Load Case/Combo Direction

Max

mm mm mm

CBF Envelope Max X 0,2199 0.715 80 OK

➢ Berat Total

Berdasarkan perhitungan di SAP2000, didapatkan berat total struktur = 12.038,59 kgf = 12,04 ton

(11)

11 Eccentrically Braced Frames (EBF)

Gambar 14. Permodelan struktur Eccentrically Braced Frame (EBF) di SAP2000

Direncanakan :

- Menggunakan BJ 37 (fy=2400 kg/cm2 , fu=3700 kg/cm2)

- Es = 200.000 Mpa - Profil Balok : WF 300x200x8x12 W = 52,8 kg/m r = 18 mm Zy = 244 cm3 A = 72,38 cm2 Ix = 11.300 cm4 d = 294 mm Iy = 1600 cm4 Lp = 239,300 cm bf = 200 mm ix = 12,5 cm Lr = 775,49 cm tw = 8 mm iy = 4,71 cm tf = 12 mm Zx = 823 cm3 - Profil Kolom : WF 400x400x45x70 W = 605 kg/m r = 22 mm Zy = 6.713 cm3 A = 770,1 cm2 Ix = 298.000 cm4 d = 498 mm Iy = 94.400 cm4 Lp = 563,956 cm bf = 432 mm ix = 19,7 cm Lr = 6291,188 cm tw = 45 mm iy = 11,1 cm tf = 70 mm Zx = 14.385 cm3 - Profil Bracing : WF 175x175x7,5x11 W = 40,2 kg/m r = 12 mm Zy = 171 cm3 A = 51,21 cm2 Ix = 2880 cm4 d = 175 mm Iy = 984 cm4 Lp = 222,534 cm bf = 175 mm ix = 7,5 cm Lr = 977,547 cm tw = 7,5 mm iy = 4,38 cm tf = 11 mm Zx = 360 cm3

(12)

12 ➢ Tipe Link Profil Balok : WF 300x200x8x12 Zx b = 823 cm3 Vp = 0.6 . Fy . (d – 2.tf) . tw = 0,6 x 240 x (294-2x12) x 8 = 311.040 N = 311,04 kN Mp = Zx fy = 823 x 10^3 x 240 = 197.520.000 Nmm = 197,52 kNm e = 50 cm = 0,5 m <= 1,6 𝑀𝑝 𝑉𝑝 = 1,6 𝑥 197,52 311,04 = 1,01 m (Link pendek) ➢ Kontrol Kekuatan Geser

Untuk link pendek, Vn=Vp

Gambar 15. Diagram Geser di Balok (SAP2000)

Vu = 18.467,16 kgf = 18,46 ton (perhitungan dari SAP) φVn = 0,9 x 311,04 = 279,936 kN = 27,99 ton

Vu = 18,46 ton < φVn = 27,99 ton (OK.) ➢ Plastic Rotation Angle (ϒp) of Link

(13)

13

∆E = 0,1854 mm (dari SAP)

∆ = Cd x ∆E (Cd = 4 untuk EBF)

= 4 x 0,1854 = 0,7416 mm Estimate plastic story drift

∆p = ∆ = 0,7416 mm

Plastic story drift angle

θp = ∆p/h (h=story height) = 0,7416/4000 = 0,0001854 Link rotation angle

γp = (L/e) θp = (6000/500) x 0,0001854 = 0,002 radians

Type Load Case/Combo Direction

Max

mm mm mm

EBF Envelope Max X 0,1854 0,7416 80 OK

➢ Kontrol kekuatan bracing

Profil Bracing : WF 175x175x7,5x11 BJ 37, fy = 240 MPa = 2400 kg/cm2 Ry = 1,5 (< BJ 41) ry = 4,38 cm Ag = 51,21 cm2 𝐿 = √4002_{+ 300}2 _{= 500 𝑐𝑚} 𝜆 =𝑘𝑐 𝐿 𝑟𝑦 = 1 𝑥 500 4,38 = 114,16 𝜆 =1900 √𝑓𝑦 = 1900 √240= 122,64 𝜆 𝜋√ 𝑓𝑦 𝐸 = 114,16 𝜋 √ 240 200.000= 1,258 λmax = λy = 114,16 𝜆𝑐 = (SNI 1729-2002) 𝜔 = 1,43 1,6−0,67𝜆𝑐 = 1,43 1,6−0,67(1,258)= 1,98 Bracing tekan : Pmax = 1,1 Ry Ag Fcr = 1,1 x 1,5 x 51,21 x 2400/1,98 = 102.392,1 kg 0,8 x φPmax = 0,8 x 0,85 x 102.392,1 = 69.626,66 kg

= 69,63 ton > 27,471 ton (OK)

(14)

14 Gambar 17. Diagram Aksial di Bracing (SAP2000)

➢ Kontrol kekuatan balok terhadap lentur akibat kekuatan bracing

Mub = 12,37 tm (dari SAP)

Asumsi ada lateral support sehingga Lb > Lp (bentang pendek) Profil Balok : WF 300x200x8x12

Zx = 823 cm3

Mp = Zx.fy = 823 x 2400 = 1.975.200 kgcm = 19,752 tm > Mub = 12,37 tm (OK) ➢ Kontrol kekuatan tekan kolom akibat kekuatan bracing

Profil Kolom : WF 400x400x45x70 ry = 10,7 cm Ag = 528,6 cm2 L = 400 cm 𝜆 =𝑘𝑐 𝐿 𝑟𝑦 = 1 𝑥 400 10,7 = 37,38 λ max-ijin = 200 𝜆 𝜋√ 𝑓𝑦 𝐸 = 37,38 𝜋 √ 240 200.000= 0,41 λmax = λy = 37,38 𝜆𝑐 = (SNI 1729-2002) 𝜔 = 1,43 1,6−0,67𝜆𝑐 = 1,43 1,6−0,67(0,41)= 1,98 OK

(15)

15 Kekuatan tekan kolom:

Puc = 121,4 ton (dari SAP)

𝑃𝑛 = 𝐴𝑔𝑓𝑦

𝜔 = 770,1 𝑥

2400

1,08 = 1.711.333,33 𝑘𝑔 = 1711,33 𝑡𝑜𝑛

φPn = 0,85 x 640,55 = 544,47 ton > Puc = 120,26 ton (OK) Kolom kuat menerima beban akibat kekuatan bracing.

➢ Berat total struktur

Berdasarkan perhitungan di SAP2000, didapatkan berat total struktur = 16.553,57 kgf = 16,55 ton

(16)

16 Buckling Restrained Braced Frames (BRBF)

(17)

17

Sumber: Seismic provisions for steel buildings, march 9, 2005, incl. Supplement No. 1 America Institude of Steel Construction, Inc.

(18)

18 - Profil Balok : WF 500x300x11x18 W = 128 kg/m r = 26 mm Zy = 824 cm3 A = 163,5 cm2 Ix = 71.000 cm4 d = 488 mm Iy = 8110 cm4 Lp = 357,68 cm bf = 300 mm ix = 20,8 cm Lr = 1094,097 cm tw = 11 mm iy = 7,04 cm tf = 8 mm Zx = 3100 cm3 - Profil Kolom : WF 400x400x30x50 W = 415 kg/m r = 22 mm Zy = 4428 cm3 A = 528,6 cm2 _Ix _{= 187.000 cm}4 d = 458 mm Iy = 60.500 cm4 Lp = 543,63 cm bf = 417 mm ix = 18,8 cm Lr = 4355,950 cm tw = 30 mm iy = 10,7 cm tf = 50 mm Zx = 9468 cm3 - Profil Bracing : WF 175x175x7,5x11 W = 40,2 kg/m r = 12 mm Zy = 171 cm3 A = 51,21 cm2 Ix = 2880 cm4 d = 175 mm Iy = 984 cm4 _Lp _{= 222,534 cm} bf = 175 mm ix = 7,5 cm Lr = 977,547 cm tw = 7,5 mm iy = 4,38 cm tf = 11 mm Zx = 360 cm3 ➢ Bracing BRBF

Gambar 21. Diagram Aksial di Bracing (SAP2000)

L (m) Tpl (in) Zona leleh Byz (in) Lyz (in) = 0.7L HSS (in) Properti baja inti tegangan leleh, Fy (ksi) Tensile strength (ksi) Asc (in2) 7,21 0,75 6,34 185,2 12x8x1/2" 43,6 63 28,53 Lantai P (N) (SAP2000) A req = P/Fy (mm2) bpl = As/tpl (mm) bpl terpasang (mm) Asc terpasang (mm2) 3 462832,77 1539,645288 80,82127 254 4838,7 2 930469,19 3095,27025 162,4814 254 4838,7 1 1390579,7 4625,859619 242,8273 254 4838,7

(19)

19 ØPysc = Ø . Fysc . Asc

= 0.9 x 43,6 ksi x 4838.7 = 0.9 x 300,61 Mpa x 4838.7

= 1.309.105,446 N > 5581,83 N (OK)

➢ Kontrol kekuatan balok terhadap lentur

- Mub = 38,8 t.m (dari kombinasi envelope)

 Asumsi : ada lateral support, sehingga Lb < Lp (bentang pendek) WF 500 x 300 x 11 x 18 Zx = 3100 cm Mp = Zx . fy = 3100 . 2400 = 7.440.000 kg.cm = 74,4 t.m ØMn = 0,9 . 74,4 = 66,96 t.m > Mub = 38,8 tm (OK) ➢ Kontrol kekuatan tekan kolom

- Profil kolom :WF 400 x 400 x 30 x 50 - BJ 37 : fy = 240 MPa Ry = 1.5 - Ag = 528,6 cm2 - iy = 10.7 cm - L = 400 cm - y = 𝑘 . 𝐿 𝑖𝑦 = 1 . 400 10.7 = 37,38 Note :

 y < max ijin

 37,38 < 200

(20)

20 - max ijin = 200 - max = y = 37,38  c = 𝜆 𝜋√ 𝑓𝑦 𝐸 = 37,38 𝜋 √ 240 2 . 105 = 0.412 < 1.2  0.25 < c < 1.2  = 1.43 1.6−0.67 𝜆c = 1.43 1.6−0.67 𝑥 0.4457 = 1.08

➢ Kekuatan tekan kolom

Pn = Ag 𝑓𝑦 𝜔 = 528,6 x 2400 1.08 = 1.174.666,67 kg Pn = 0.85 x 1.174.666,67 = 998.466,67 kg > Puc = 141.799,66 kg (OK)  Kolom kuat menerima beban akibat kekuatan bracing ➢ Kontrol drift - Drift max = 14,52 mm - Cd = 5 (BRBF) - Δ = Cd x ΔE Story Lyz = 0.7L (mm) Δbx = Pbx.Lysc / (E.Asc) (mm) Δbm = Cd . Δbx (mm) (Desain story drift) 3 5047,7718 2,414154833 12,07077 2 5047,7718 4,853365702 24,26683 1 5047,7718 7,253320906 36,2666

(21)

21

Type Load Case/Combo Direction Max Drift δi δallowed Control

mm mm mm

BRBF Envelope Max X 14,52 72,6 80 OK

➢ Berat total struktur

Berdasarkan perhitungan di SAP2000, didapatkan berat total struktur = 127.048,98 N = 12,7ton