Online Published : 30 Nov 2021
JICE
JOURNAL OF INFRASTRUCTURE AND CIVIL ENGINEERING Web : http://jice.sttpekanbaru.net/index.php/jice/index
ISSN : xxxx-xxxx (online) xxxx-xxxx (print)
Uji Eksperimental Respon Struktur 3D Modelling Struktur Portal Open Frame dan Struktur Portal Bresing terhadap
Beban Gempa
Anggi Barus1, Fadrizal Lubis2, Widya Apriani3*
1,2,3 Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Lancang Kuning
* [email protected] Abstract
One of the obstacles in laboratory testing is the availability of testing capacity. So that the similitude method was developed which aims to replicate the state of the prototype by scaling the variables so that they can be tested in the laboratory. The purpose of this study was to determine the difference between the results of numerical tests and experimental tests on the response of the open frame portal structure and the braced portal structure to the perpindahan parameters and the driftt ratio of the steel portal structure in earthquake buildings. The method used in this research is the experimental test method.
From the analysis results, the largest perpindahan difference between the numerical test and the experimental test of the open frame portal structure is on the 4th floor, with a difference of 21,8 mm, while the largest perpindahan difference in the braced structure is on the 6th floor with a difference of 14,54 mm. The highest perpindahan difference is between numerical tests and experimental tests that occur on the open frame structure are on the 3rd, 4th, and 5th floors while those that occur on the braced structure are on the 5th, 6th, and 7th floors but the experimental perpindahan test is still within the permit limits for structural planning and if reviewed from the driftt ratio results, the results exceed the allowable driftt ratio limit of 2% of the height of each building level located on the 1st and 6th floors of the open frame portal structure and on the 5th floor of the braced portal structure.
Keywords : Earthquake, Open Frame, Braced Frame ABSTRAK
Salah satu kendala dalam pengujian laboratorium adalah ketersediaan kapasitas pengujian.
Sehingga dikembangkan metode similitude yang bertujuan untuk mereplikasi keaadaan prototipe dengan cara menskalakan variabel agar dapat dilakukan pengujian di laboratorium. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui selisih hasil uji numerik dan uji eksperimental respon struktur portal open frame dan struktur portal bresing terhadap parameter perpindahan dan drift ratio struktur portal baja pada bangunan gempa. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode uji eksperimental.
Dari hasil analisis selisih hasil perpindahan terbesar antara uji numerik dan uji eksperimental struktur portal open frame terdapat pada lantai 4 yaitu dengan selisih 21.8 mm, sedangkan selisih hasil perpindahan terbesar pada struktur bresing terdapat pada lantai 6 yaitu dengan selisih 14.54 mm, Selisih perpindahan paling tinggi antara uji numerik dan uji eksperimental yang terjadi pada struktur open frame terdapat pada lantai 3, 4, dan 5 sedangkan yang terjadi pada struktur bresing terdapat pada lantai 5, 6, dan 7 tetapi perpindahan uji eksperimental masih dalam batas izin untuk perencanaan struktur dan jika di tinjau dari hasil drift ratio, hasil melebihi batasan izin drift ratio 2% dari tinggi tiap tingkat bangunan yang terdapat pada lantai 1 dan lantai 6 struktur portal open frame dan pada lantai 5 struktrur portal bresing.
Kata kunci : Gempa, Open Frame, Portal Bresing
1. Pendahuluan
Indonesia terletak pada pertemuan tiga lempeng benua yaitu Indo-Australia di bagian utara, Eurasia di bagian barat, dan Pasifik (Suharjanto, 2002). Lempeng- lempeng tersebut terus bergerak dan bisa bertabrakan setiap waktu atau dikenal dengan peristiwa gempa bumi. BMKG (Badan Meteorologi dan Geofisika) menyebutkan terjadi peningkatan gempa dalam lima tahun terakhir. Berdasarkan catatan BMKG, sepanjang 2008 - 2018 rata - rata Indonesia mengalami gempa sebanyak 5000 hingga 6000 kali, yang mana pada kejadian tersebut mengakibatkan banyak bangunan yang rusak dan runtuh sehingga pencegahan akan keruntuhan sangat diperlukan untuk meningkatkan kualitas suatu bangunan. Untuk meningkatkan kualitas suatu bangunan yang rawan gempa, pengetahuan akan beban gempa dan respon bangunan bertingkat sangat diperlukan.
Dalam usaha mendapatkan bangunan yang tahan gempa telah banyak dilakukan penelitian. (Zachari dan Turuallo, 2020) menyebutkan Pemilihan material merupakan salah satu aspek penting yang digunakan untuk mendesain suatu bangunan karena diketahui setiap material memiliki karakteristik yang berbeda- beda. Tulisan ini bertujuan untuk memberi gambaran bagaimana mendesain bangunan rangka baja berdasarkan sistim rangka pemikul momen khusus (SRPMK).
Material baja digunakan sebagai komponen utama struktur gedung karena lebih daktail dari material lain yang mana menjadi kriteria utama dalam mendesain gedung tahan gempa.
Pengujian struktur skala penuh memang lebih akurat tetapi memakan waktu dan biaya yang sangat mahal. Oleh karena itu, sangat berguna jika struktur asli skala penuh dapat diganti dengan model yang diperkecil yang jauh lebih mudah untuk dikerjakan. Simulasi eksperimental telah dilakukan pada penelitian (Andriano dkk., 2017) dengan hasilnya adalah selisih momen lentur dan lendutan balok menggunakan uji ekperimental dengan metode similitude dan uji numerik menggunkan SAP 2000, semakin besar selisihnya apabila terjadi penambahan beban ditengah bentang.
Berdasarkan penelitian (Agus dan Syafril, 2016) yang meneliti tentang perbandingan analisis respon struktur gedung antara portal beton bertulang, struktur baja dan struktur baja menggunakan bresing terhadap beban gempa, yang mana membutuhkan perkembangan penelitian dikarenakan penelitian tersebut masih berupa analisis numerik saja. Sehingga, penelitian eksperimental yang akan dilakukan akan memberikan hasil yang lebih kompleks dari penelitian sebelumnya karena akan melihat secara langsung respon bangunan bertingkat bila diberi beban gempa dengan skala laboratorium.
2. Metodologi Penelitian 2.1. Studi literatur
Studi literatur dari jurnal dan buku yang terkait dalam bangunan gempa dan analisis respon spektrum. Buku acuan yang dipakai antara lain SNI 03-1726-2012 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Peraturan pembebanan berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung SNI 03-1727-1989, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung analisis respon spektrum SNI 03-1729-2002, dan Peta Hazard Gempa Indonesia 2010 departemen Pekerjaan Umum.
2.2. Pengumpulan data
Pengumpulan data dan informasi bangunan berdasarkan jurnal (Agus dan Syafril, 2016) dengan uji numerik, dan kemudian dikembangkan menggunakan uji eksperimental dengan meja getar.
2.3. Pemodelan struktur
Pemodelan struktur pada penelitian ini menggunakan metode similitude law.
Secara umum, analisis pemodelan menyatakan bahwa persamaan:
F (X1, X2, … , Xn) = 0 (1) dapat diekspersikan secara ekivalen dalam bentuk :
G (π1, π2, … , πn) = 0 (2) Untuk menentukan simpangan antar lantai (respon struktur). Variabel - variabel fisik yang terlibat meliputi :
Tabel 2.1 Variabel Fisik dalam Menentukan Perpindahan dan Drift Ratio
No Variabel Notasi Dimensi
1 Simpangan antar lantai L
2 Beban P M
3 Modulus Elastisitas Ec ML-1T-2
4 Mutu Baja Fy ML-1T-2
5 Lebar Penampang B L
6 Panjang bentang L L
7 Frekuensi F T-1
Dimensi : M . L . T r = 3
2.4. Perhitungan beban gempa berdasarkan respon spektrum
Berdasarkan Badan Standardisasi Nasional (2019), pasal 6.4 Bila spektrum respons desain diperlukan oleh tata cara ini dan prosedur gerak tanah
dari spesifik-situs tidak digunakan. Adapun cara pembuatan grafik diatas adalah sebagai berikut :
1. Untuk periode yang lebih kecil dari T0, spektrum respons percepatan desain, Sa, harus diambil dari persamaan :
(13)
2. Untuk periode lebih besar dari atau sama dengan T0 dan lebih kecil dari atau sama dengan Ts, spektrum respons percepatan desain, Sa, sama dengan SDS;
3. Untuk periode lebih besar dari Ts tetapi lebih kecil dari atau sama dengan TL, respons spektral percepatan desain, Sa, diambil berdasarkan
persamaan:
(14) 4. Untuk periode lebih besar dari TL, respons spektral percepatan desain, Sa,
diambil berdasarkan persamaan:
(15) Keterangan :
SDS = parameter respons spektral percepatan desain pada periode pendek 2.5. Uji eksperimental respon struktur dengan meja getar
Setelah semua data terkumpul, langkah selanjutnya memulai penelitian dengan meletekkan pemodelan struktur portal open frame dengan stuktur portal bresing ke atas meja getar. Letakkan hp yang memiliki aplikasi RMS perpindahan meter pada tiap tingkat guna untuk merekam simpangan yang terjadi di tiap tingkatnya. Lalu input percepatan tanah maksimum yang berasal dari grafik respon spektrum ke meja getar. tempelkan alat vibration meter ke meja getar, gunanya untuk menyesuaikan percepatan tanah dasar yang diperoleh dari respon spektrum. Lakukan rekaman selama 20 s untuk mendapatkan hasil simpangan maksimum yang terjadi di tiap tingkat seperti yang dapat dilihat pada gambar 3.6 dan gambar 3.5.
Gambar 2.2 Struktur Portal Open Frame
Gambar 2.3 Struktur Portal Bresing
2.6. Analisis perpindahan dan driftt ratio
Input data ke aplikasi microsoft excel untuk menghasilkan grafik perpindahan dan drift sehingga hasil dapat dibandingkan dengan hasil uji numerik menggunakan SAP 2000 Analisis perpindahan dan driftt rasio.
3. Hasil dan Pembahasan
Penelitian yang dilakukan merujuk penelitian Agus dkk (2016), sehingga data skunder yang digunakan harus di modelkan terlebih dahulu menyesuaikan skala laboratorium menggunakan similitude law dan juga data beban gempa harus dianalisis dengan metode respon spektrum.
3.1. Pemodelan struktur
Berdasarkan data struktur dari penelitian Agus dkk (2016), dapat dimodelkan struktur menggunakan similitude law. pemodelan dengan mengunakan metode similitude yang dapat dirujuk dari tabel 3.2 dengan skala bentang panjang yaitu 1 : 40 dengan mempertimbangkan ukuran meja getar yang digunakan adalah 50 cm 100 cm. Pemodelan data geometri stuktur asli dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Data Geometri Elemen
struktur
Struktur Asli Pemodelan Struktur
Portal Baja open
frame Portal Baja
bresing Portal Baja
open frame Portal Baja bresing
(cm) (cm) (cm) (cm)
Kolom 400 400 10 10
Balok B1 400 400 10 10
600 600 15 15
Balok B2 400 400 10 10
600 600 15 15
Bresing - 566 - 14,15
Setelah data geometri dimodelkan, selanjutkan melakukan pemodelan terhadap data material yang terdapat pada tabel 3.1. Merujuk data dari penelitian agus dkk kemudian dimodelkan dengan menggunakan persamaan 3.12. Berikut analisis pemodelan material dapat dilihat pada tabel 4.2 dan tabel 3.2
Tabel 3.2 Pemodelan Material Struktur Portal Open Frame No Keterangan Baja Prototype Model Similitude
1 Kolom IWF 400 x 400 Lebar
40 cm Tinggi 40 cm Tebal 13 mm 2 Balok B1 IWF 300 x 300 Lebar
30 cm Tinggi 30 cm Tebal 10 mm 3 Balok B2 IWF 300 x 300 Lebar
30 cm Tinggi 30 cm Tebal 10 mm
Tabel 3.3 Pemodelan Material Struktur Portal Bresing
No Keterangan Baja Prototype Model
Similitude 1 Kolom IWF 350 x 350 Lebar
35 cm Tinggi 35 cm Tebal 12 mm
2 Balok B1 IWF 294 x 200 Lebar 29.4 cm Tinggi 20 cm Tebal 8 mm 3 Balok B2 IWF 294 x 200 Lebar
29.4 cm Tinggi 20 cm Tebal 8 mm 4 Bresing IWF 200 x 200 Lebar 20 cm Tinggi 20 cm Tebal 8 mm
Dari tabel 4.2 dan tabel 4.3, digunakan hasil analisis pemodelan lebar dan tinggi kemudian dicari pendekatan yang sesuai dengan baja WF. Sehingga disesuaikan dengan diameter baja tulangan yang tersedia karena apabila digunakan sesuai dengan bentuk baja WF yang diskalakan akan sulit ditemukan dipasaran.
sehingga didapatkan rekapitulasi pemodelan balok, kolom dan bresing untuk struktur portal yaitu pada tabel 4.4.
Tabel 3.4 Pemodelan Dimensi Elemen
struktur
Struktur Asli Pemodelan Struktur
Portal Baja Open
Frame Portal Baja Bresing Portal Baja Open
Frame Portal Baja
Bresing
(mm) (mm) (mm) (mm)
Kolom IWF 400 400 IWF 350 350 Baja tulangan 10 Baja tulangan 8 Balok B1 IWF 300 300 IWF 294 200 Baja tulangan 8 Baja tulangan 8 Balok B2 IWF 300 300 IWF 294 200 Baja tulangan 8 Baja tulangan 8
Bresing IWF 200 200 Baja tulangan 6
3.2 Perhitungan beban gempa
Beban gempa dapat dihitung dengan menggunakan beberapa tahap, berikut tahap perhitungan beban gempa dengan respon spektrum :
Menentukan kelas situs SD ( Tanah sedang ) Padang
Ss = 1,402875 S1 = 0,600000
Menentukan koefisien situs
Setelah kelas situs didapat, selanjutnya menentukan koefisien situs. Koefisien situs dapat dilihat pada tabel 2.1 dan tabel 2.2 diatas, untuk kelas situs tanah sedang (D) kota padang yang memiliki didapat koefiisien situs, Fa = 1 dan koefiisien situs, Fv = 1,5.
Menghitung SMS dan SM1
Menghitung SDS dan SD1
Menghitung T0 dan TS
Berdasarkan perhitungan respon spektrum di atas, dapat dibuat tabel periode panjang selama 20 s berdasarkan SNI 1726 : 2019 kota Padang. Setelah semua percepatan tanah dasar di ketahui pada setiap periode dalam satuan gravitasi, selanjutnya dikonversi ke satuan percepatan m/s2 karena pada alat vibration meter input satuan percepatannya adalah m/s2. Berikut hasil perhitungan beban gempa respon spektrum dapat dilihat pada tabel 4.5.
Berdasarkan tabel 4.5, maka dapat dibuat grafik hubungan antara percepatan dengan periode waktu. Berikut grafik hubungan antara percepatan dengan periode waktu yang dapat dilihat pada gambar 4.1.
Gambar 3. 1 Grafik Respon Spektrum
Setelah grafik selesai, maka input getaran yang diberikan pada meja getar diambil nilai maksimum dari percepatan tanah dasar dalam periode waktu 20 s yaitu 9,175.
Simpangan dapat terjadi karena adanya percepatan dari tanah dasar. Semakin besar percepatan tanah dasar yang terjadi, semakin besar simpangan yang dihasilkan oleh bangunan tersebut. Maka dari itu percepatan tanah dasar terbesar yang diinput pada meja getar guna untuk menrekam data simpangan maksimum yang dialami oleh struktur portal tersebut.
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
0 5 10 15 20
3.3 Hasil uji numerik SAP 2000
Adapun data hasil uji numerik menggunakan SAP 2000 yang dirujuk dari penelitian Agus dkk dapat dilihat pada tabel 4.6.
Tabel 3.6 Hasil Uji Numerik SAP 2000 Lantai
Open Frame Bresing Perpindahan
(mm)
Driftt Ratio (%)
Perpindahan (mm)
Driftt Ratio (%)
0 0 0 0 0
1 14,55 2,00 4,05 0,56
2 29,00 1,99 9,71 0,78
3 43,53 2,00 16,22 0,90
4 57,00 1,85 22,85 0,91
5 68,23 1,54 29,22 0,88
6 76,40 1,12 34,90 0,78
7 80,70 0,59 39,76 0,67
(Sumber : Agus, dkk, 2016) 3.4 Hasil uji eksperimental
Berdasarkan pemodelan menggunakan similitude didapatkan hasil uji eksperimental dengan menggunakan aplikasi android RMS displacement meter dan hasil driftt rasio dihitung dengan menggunakan persamaan 3.20. Berikut hasil uji eksperimental dapat dilihat pada tabel 4.7.
Tabel 3.7 Hasil Uji Eksperimental Pemodelan Struktur
Lantai
Open Frame Bresing
Perpindahan (mm)
Driftt Ratio (%)
Perpindahan (mm)
Driftt Ratio (%)
0 0 0 0 0
1 0,48 2,66 0,23 1,27
2 0,54 0,30 0,34 0,61
3 0,60 0,33 0,40 0,34
4 0,88 1,55 0,57 0,92
5 1,24 1,96 1,04 2,57
6 1,99 4,13 1,24 1,09
7 2,05 0,36 1,34 0,56
Setelah didapat hasil uji eksperimental, dengan penskalaan diawal 1 : 40 terhadap panjang bentang, didapatkan hasil prototype struktur portal uji eksperimental pada tabel 4.8.
Tabel 3.8 Hasil Uji Eksperimental Struktur prototype Lantai h (mm)
Open Frame Bresing Perpindahan
(mm)
Driftt Ratio (%)
Perpindahan (mm)
Driftt Ratio (%)
0 0 0 0 0 0
1 4000 19,36 2,66 9,24 1,27
2 4000 21,52 0,29 13,68 0,61
3 4000 23,92 0,33 16,12 0,34
4 4000 35,20 1,55 22,80 0,92
5 4000 49,44 1,96 41,52 2,57
6 4000 79,48 4,13 49,44 1,09
7 4000 82,12 0,36 53,48 0,56
Berdasarkan tabel 4.6 dan tabel 4.8 diatas, dapat dibuat grafik perbandingan antara uji numerik dan uji eksperimental terhadap parameter perpindahan dan driftt ratio seperti gambar 4.2, 4.3, 4.4, dan 4.5.
Gambar 3.2 Grafik Perbandingan Perpindahan antara Uji Eksperimental dan Uji Numerik Struktrur Portal Open Frame
Berdasarkan gambar 4.2, dapat dilihat selisih hasil uji numerik dan uji eksperimental open frame terbesar terdapat pada lantai 3, 4, dan 5.
Gambar 3.3 Grafik Perbandingan Perpindahan antara Uji Eksperimental dan Uji Numerik Struktrur Portal Open Frame
Berdasarkan gambar 4.3, dapat dilihat selisih hasil uji numerik dan uji eksperimental bresing terbesar terdapat pada lantai 5, 6, dan 7.
Gambar 3.4 Grafik Perbandingan Drift Ratio antara Uji Eksperimental dan Uji Numerik Struktrur Portal Open Frame
Berdasarkan gambar 4.4, dapat dilihat pada lantai 6 dan lantai 1 uji eksperimental open frame melebihi batasan izin drift ratio 2% dari tinggi tiap lantai.
Gambar 3.5 Grafik Perbandingan Drift Ratio antara Uji Eksperimental dan Uji Numerik Struktrur Portal Open Frame
Berdasarkan gambar 4.5, dapat dilihat pada lantai uji eksperimental bresing melebihi batasan izin drift ratio 2% dari tinggi tiap lantai.
3.5 Persen error uji eksperimental
Perhitungan error dialakukan supaya kita mengetahui berapa persen kesalahan metode kita terhadap hasil uji numerik menggunakan SAP 2000. Dengan demikian nilai error yang terjadi pada uji eksperimental dapat dilihat pada tabel 4.9.
Dari tabel 4.9 diperoleh hasil persentase error terkecil uji eksperimental adalah 0,63
% dan hasil persentase error terbesar uji eksperimental adalah 45,05 %.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian uji eksperimental respon struktur 3D modelling struktur portal open frame dan struktur portal bresing terhadap beban gempa, dapat disimpulkan selisih hasil perpindahan terbesar antara uji numerik dan uji eksperimental struktur portal open frame terdapat pada lantai 4 yaitu dengan selisih 21.8 mm, sedangkan selisih hasil perpindahan terbesar pada struktur bresing terdapat pada lantai 6 yaitu dengan selisih 14.54 mm, Selisih perpindahan paling
tinggi antara uji numerik dan uji eksperimental yang terjadi pada struktur open frame terdapat pada lantai 3, 4, dan 5 sedangkan yang terjadi pada struktur bresing terdapat pada lantai 5, 6, dan 7 tetapi perpindahan uji eksperimental masih dalam batas izin untuk perencanaan struktur dan jika di tinjau dari hasil drift ratio uji eksperimental ada yang melebihi batasan izin drift ratio 2% dari tinggi tiap tingkat bangunan yang terdapat pada lantai 1 dan lantai 6 struktur portal open frame dan pada lantai 5 struktrur portal bresing.
Saran pada penelitian kali ini pada penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan meja getar yang bergetar arah x dan y, supaya hasil yang didapat lebih akurat dan lebih lengkap, perlu juga dianalisis menggunakan SNI terbaru.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Agus dan Syafril, 2016, Perbandingan Analisis Respon Struktur Gedung Antara Portal Beton Bertulang Struktur Baja dan Struktur Baja Menggunakan Bresing Terhadap Beban Gempa, Jurnal Teknik Sipil, Vol.7 No.1, pp.60–67, ISSN : 1479- 6753.
[2] Andriano, R., Suryanita, R., Maizir, H., 2017, Pemodelan Numerik Elemen Balok Beton Menggunakan Metode Similitude, Prosiding 4th Andalas Civil Engineering (ACE) Conference, Padang.
[3] Badan Standardisasi Nasional, 2019, SNI 1726-2019, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, BSN, Yogyakarta.
[4] Badan Standardisasi Nasional, 2012, SNI 1726-2012, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, BSN, Yogyakarta.
[5] Faizah, R., 2017, Pengaruh Frekuensi Gempa Terhadap Respon Bangunan Bertingkat, Seminar Nasional Teknik Sipil V Tahun 2015 – UMS, pp.59-66, ISSN : 2459-9727.
[6] Hartuti, E. R., 2009, Buku Pintar Gempa, Diva Press, Yogyakarta.
[7] Pawirodikoromo, W., 2012, Seismologi Teknik dan Rekayasa Kegempaan, Pustaka Pelajar (Anggota IKAPI), Yogyakarta.
[8] Pujianto, A., 2005, Pengaruh Beban Pada Permukaan Tanah dan Frekuensi Gempa Terhadap Respon Seismik Linier Elastis Lapisan Tanah, Jurnal Ilmiah Semesta Teknika, Vol.8 No.1, pp.12–29, ISSN : 2479-6723.
[9] Suharjanto, 2002, Rekayasa Gempa, Kepel Press, Yogyakarta.
[10] Zachari, M.Y., dan Turuallo, G, 2020, Analisis Struktur Baja Tahan Gempa dengan Sistem SRPMK (Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus) Berdasarkan SNI 1729:2015 dan SNI 1726:2012, Rekonstruksi Tadulako: Civil Engineering Journal on Research and Development, Vol.1 No.2, pp.9–16, ISSN : 2723-3472.
[11] Zdraveski, dkk, 2016, Application of Similitude Laws for Experimental.
