Prosiding Seminar ACE 22-23

Transkripsi

1 ACE Studi Perilaku Rangka Baja Modified Inverted V-Braced EBF (Eccentrically Braced Frames) dengan Pushover Analysis Saloma 1*, Yakni Idris 1, Hanafiah 1, dan Mathius Leo 1 1 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sriwijaya *saloma_571@yahoo.co.id Intisari Penggunaan bracing merupakan salah satu upaya untuk mengurangi resiko kerusakan gedung akibat beban gempa. Bracing diharapkan bisa memberikan kekakuan struktur sehingga dapat meminimalisir deformasi yang terjadi. Paper ini menyajikan perencanaan struktur baja Eccentrically Braced Frame (EBF) tipe inverted V-braced dengan vertical link dan horizontal link menggunakan pushover analysis. Dalam studi ini, beban lateral ditingkatkan (increment) secara bertahap sampai terjadi sendi plastis dan mengalami keruntuhan. Analisis bertujuan untuk mengetahui kurva kapasitas (curve capacity), titik kinerja (performance point), dan tahapan terbentuknya sendi plastis sampai gedung mengalami keruntuhan. Terdapat lima model struktur baja yang didesain berdasarkan variasi tipe bracing dan konfigurasi bracing. Model 1 adalah struktur baja tanpa bracing, model 2 dan 4 adalah struktur baja tipe inverted V dengan horizontal link, model 3 dan 5 adalah struktur baja tipe inverted V dengan vertical link. Ukuran setiap model 18 m x 18 m dan tinggi tiap lantai. Gedung berfungsi sebagai gedung kantor di kota Palembang. Hasil analisis pushover didapat kinerja bangunan, kurva pushover dan distribusi sendi plastis. Model erupakan model yang paling efektif menambah kekakuan dan kekuatan gedung. Model 4 dapat mereduksi simpangan arah x sebesar 40,045% dan arah y 56,079%. Model ampu mereduksi drift ratio sebesar 50,685% pada arah x dan 62,423% pada arah y. Model 4 juga memiliki gaya geser terbesar pada performance point yaitu sebesar 1.193,943 ton pada arah x dan 1.134,332 ton pada arah y. Setelah analisis pushover didapat kinerja bangunan untuk semua model adalah immediate occupancy. Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 445

2 Kata kunci: eccentrically braced frame, pushover analysis, sendi plastis, curve capacity, performance point. PENDAHULUAN Bangunan tinggi direncanakan harus mampu menahan beban gempa. Gempa merupakan bencana alam yang tidak dapat diprediksi waktu terjadinya dan tidak dapat diatur arahnya. Akibat gaya gempa, maka joint pada bangunan tinggi mengalami perpindahan (displacement). Semakin besar gaya gempa yang diterima bangunan, maka semakin besar pula perpindahan yang terjadi. Untuk mengurangi resiko kerusakan akibat gempa, maka bangunan tinggi harus dilengkapi peredam. Peredam gempa yang paling umum digunakan adalah dinding geser (shear wall) dan bracing. Setiap peredam memiliki kemampuan yang berbeda dalam menyerap energi gempa. Bracing baja lebih efisien dan ekonomis digunakan pada bangunan tinggi yang berlokasi di daerah dengan tingkat gempa yang tinggi (Sharma dan Chadhar, 2015). Penggunaan bracing pada gedung dapat meningkatkan kinerja struktur (Ansar 2015, Jouybari 2012). Pada bangunan struktur baja dapat digunakan dinding geser pelat baja (steel plate shear wall) atau Concentrically Braced Frame (CBF) dan Eccentrically Braced Frame (EBF). Penggunaan Eccentrically Braced Frame lebih efektif dibandingkan Concentrically Braced Frame (Marquez, 2015). EBF merupakan sistem struktur untuk menahan beban lateral dengan kekakuan struktur yang tinggi. Pada sistem ini elemen link diharapkan mampu berdeformasi inelastis yang besar tanpa terjadi kehilangan kekuatan dan kekakuan struktur yang signifikan. Penyerapan energi pada sistem ini dilakukan melalui pelelehan yang dirancang terjadi pada pelat buhul. Kekakuan yang besar menyebabkan deformasi yang terjadi pada struktur terbatas sehingga daktilitas struktur bracing lebih rendah dibandingkan dengan sistem struktur MRF (Nandi, 2015). Dalam paper ini dibahas respon struktur beberapa gedung menggunakan Eccentrically Braced Frame (EBF). Direncanakan lima model gedung struktur baja 10 lantai menggunakan Modified Inverted V-Braced EBF (Eccentrically Braced Frames). Analisis kinerja bangunan digunakan ketentuan dari ATC 40 dan metode yang digunakan analisis statik nonlinier pushover. PUSHOVER ANALYSIS Pushover analysis merupakan analisis perilaku keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa yang nilai bebannya ditingkatkan secara bertahap sampai melampaui kapasitas pembebanan, yang menyebabkan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 446

3 terjadinya pelelehan, perubahan bentuk, sampai keruntuhan. Tujuan pushover analysis yaitu untuk memperkirakan gaya maksimum, deformasi yang terjadi, dan memperoleh informasi bagian struktur bangunan yang kritis. Pushover analysis menghasilkan kurva kapasitas yang menggambarkan hubungan antara gaya geser dasar (V) dan perpindahan titik acuan pada atap (D) yang dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 Kurva pushover (ATC40) Berikut ini adalah penjelasan kurva pushover pada Gambar 1 berdasarkan kerusakan pada struktur dan non struktur yaitu: 1. Pada immediate occupancy level, struktur dan non struktur tidak mengalami kerusakan akibat terjadinya gempa. 2. Pada life safety level, struktur tidak mengalami kerusakan akibat terjadinya gempa tetapi non struktur mengalami kerusakan, seperti dinding mengalami retak. 3. Pada structural stability level, struktur dan non struktur mengalami kerusakan akibat terjadinya gempa sehingga struktur tidak lagi mampu menahan gaya lateral, apabila mengalami penambahan beban struktur akan runtuh. Tahapan utama pushover analysis dalam perencanaan struktur tahan gempa yaitu: 1. Menentukan titik kontrol untuk memonitor besarnya perpindahan struktur. Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 447

4 2. Membuat kurva kapasitas berdasarkan berbagai macam pola distribusi gaya lateral. 3. Estimasi besarnya perpindahan lateral saat gempa rencana atau target perpindahan. 4. Mengevaluasi level kinerja struktur ketika titik kontrol tepat berada pada target perpindahan menggunakan ATC 40. Keterbatasan pushover analysis dalam perencanaan struktur konstruksi tahan gempa yaitu: 1. Hasil pushover analysis masih berupa suatu pendekatan, karena perilaku gempa yang sebenarnya adalah bersifat dua arah melalui suatu siklus tertentu sedangkan sifat pembebanan pada pushover analysis adalah statik monotonik. 2. Pemilihan pola beban lateral yang digunakan dalam pushover analysis adalah sangat penting. 3. Model analisis nonlinier lebih rumit dibanding model analisis linier. Kinerja struktur bangunan pada ATC 40 dibagi menjadi enam level, yaitu: 1. Immediate occupancy, SP-1 2. Pada level ini kerusakan struktural yang terjadi akibat gempa hanya sedikit. Karakteristik dan kapasitas sistem penahan gaya vertikal dan lateral pada struktur masih sama dengan kondisi dimana gempa belum terjadi, sehingga bangunan aman dan langsung dapat dipakai. 3. Damage control, SP-2 4. Pada level ini nilai beban gempa yang berpeluang melampaui rentang masa layan gedung 50 tahun adalah 10%. 5. Life safety, SP-3 6. Pada level ini mulai muncul kerusakan yang cukup signifikan pada struktur akibat terjadinya gempa, tetapi struktur masih dapat menahan gempa karena komponen struktur utama tidak runtuh. Bangunan dapat dipakai kembali jika sudah dilakukan perbaikan, walaupun kerusakan yang terjadi kadang membutuhkan biaya yang tidak sedikit. Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 448

5 7. Limited safety, SP-4 8. Kondisi bangunan pada level ini tidak sebaik level life safety dan tidak seburuk level structural stability. 9. Structural stability, SP Level ini merupakan batas dimana struktur sudah mengalami kerusakan yang parah. Pada level ini terjadi kerusakan struktur dan nonstruktur dimana struktur tidak lagi mampu menahan gaya lateral karena penurunan. 11. Not considered, Sp Pada level ini struktur sudah dalam kondisi runtuh, sehingga hanya dapat dilakukan evaluasi seismik dan tidak dapat dipakai lagi. MODEL STRUKTUR Dalam paper ini dibahas respon struktur bangunan baja 10 lantai dengan pemodelan gedung baja tanpa bracing, gedung baja dengan tipe bracing inverted V horizontal link dan vertikal link. Denah bangunan yang digunakan dalam studi ini dapat dilihat pada Gambar 2, dimana garis berwarna merah menandakan bahwa pada posisi tersebut terdapat bracing. Portal yang digunakan dalam studi ini dibuat lima jenis model struktur berdasarkan variasi tipe bracing dan konfigurasi bracing, seperti terlihat pada Gambar 3. (a) Denah model 1 (b) Denah model 2 dan 3 (c) Denah model 4 dan 5 Gambar 2 Denah struktur Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 449

6 (a) Model 1 (b) Model 2 (c) Model 3 (d) Model 4 (e) Model 5 Gambar 3 Model struktur HASIL DAN PEMBAHASAN DRIFT RATIO Drift ratio merupakan perbandingan perpindahan arah horizontal terhadap tinggi lantai bangunan. Hasil perhitungan drift ratio dapat menentukan lantai mana yang paling lemah. Drift ratio terbesar diharapkan terjadi pada lantai paling atas. Lantai dasar yang memiliki drift ratio paling besar sangat berbahaya karena dapat menyebabkan soft story. Pemasangan bracing pada gedung bertujuan mereduksi nilai drift ratio sehingga dapat memperkecil kemungkinan kegagalan struktur. Tabel drift ratio maksimum hasil analisis setiap model terdapat pada Tabel 1. Tabel 1 Drift ratio maksimum Model Drift ratio maksium Reduksi (%) Arah x Arah y Arah x Arah y Model 1 0,0073 0, Model 2 0,0051 0, ,137 46,154 Model 3 0,0053 0, ,397 43,269 Model 4 0,0036 0, ,685 64,423 Model 5 0,0036 0, ,685 64,423 Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 450

7 Lantai Lantai Prosiding Seminar ACE Model 1 4 Model 2 Model 3 2 Model 4 Model Drift ratio arah x 8 6 Model 1 4 Model 2 Model 3 2 Model 4 Model Drift ratio arah y Gambar 4 Drift ratio Drift ratio maksimum model 1 pada arah x dan y terjadi di lantai 5. Nilai drift ratio model 1 pada arah x sebesar 0,0073 dan arah y sebesar 0,0104. Model 5 memiliki nilai reduksi drift ratio terbesar, namun drift ratio maksimum arah x dan y terletak pada lantai 5. Model 5 mampu mereduksi drift ratio sebesar 45,861% pada arah x dan 61,30% pada arah y. Hasil reduksi model 5 memiliki perbedaan yang sangat kecil dengan model 4, karena model ampu mereduksi drift ratio sebesar 45,441% pada arah x dan 60,93% pada arah y, tetapi model emiliki drift ratio maksimum di lantai 7. Hal ini berarti model 4 lebih baik dari pada model 5, dengan kemampuan reduksi yang sedikit lebih kecil dari model 5 tetapi memiliki drift ratio maksimum di lantai 7. Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 451

8 Lantai Lantai Prosiding Seminar ACE SIMPANGAN LANTAI Simpangan lantai dari kelima model diambil dari hasil perhitungan maksimum kombinasi pembebanan. Kemampuan gedung dalam menahan gempa arah x dan y berbeda, maka simpangan lantai ditinjau dan dikontrol dari dua arah yaitu x dan y. Simpangan lantai maksimum terjadi pada model 1 yaitu gedung tanpa bracing. Model erupakan model yang paling efektif dalam mereduksi simpangan. Model ampu mereduksi simpangan sebesar 40,05% pada arah x dan 56,08% pada arah y. Perbandingan simpangan arah x dan y setiap model dapat dilihat pada Gambar Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 Model Simpangan arah x (cm) Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 Model Simpangan arah y (cm) Gambar 5 Simpangan lantai Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 452

9 Gaya geser dasar (ton) Gaya geser dasar (ton) Prosiding Seminar ACE KURVA KAPASITAS Analisis pushover dilakukan pada semua model untuk melihat distribusi sendi plastis dan gaya geser maksimum yang dapat ditahan oleh masingmasing model. Kurva kapasitas pushover dapat dilihat pada Gambar 6. Berdasarkan distribusi sendi plastis setiap model, urutan sendi plastis terjadi seperti yang diharapkan. Pada model 1 yaitu gedung baja tanpa bracing, sendi plastis pertama terjadi pada balok dan failure pertama terjadi pada balok. Model yang memiliki bracing, urutan sendi plastis terjadi pertama kali pada balok link kemudian pada bracing, failure pertama terjadi pada balok link Simpangan arah x (m) Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 Model Simpangan arah y (m) Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 Model 5 Gambar 6 Kurva kapasitas arah x dan y Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 453

10 Pada step terakhir, model 1 mampu menahan gaya sebesar 465,896 ton pada arah x dan 393,437 ton pada arah y. Pada step terakhir balok pada model 1 mengalami failure, sedangkan pada model 2 pada saat diberikan gaya mendekati seperti gaya pada model 1, bracing masih dalam keadaan baik dan failure terjadi pada link. Pada step terakhir, model 2 mampu menahan gaya geser sebesar 840,394 ton dengan simpangan 0,992 m pada arah x dan 761,505 ton dengan simpangan sebesar 1,07 pada arah y. Pada step terakhir keadaan bracing sudah mulai hancur dan balok sudah ada yang masuk kedalam kategori life safety dan failure. Model lainnya yang menggunakan bracing juga memiliki kondisi yang lebih baik dari model 1. Hal ini membuktikan bracing sangat efektif mereduksi gaya geser dan memperkuat gedung. Perbandingan dilakukan kembali dengan melihat kurva kapasitas. Kurva kapasitas ini adalah hubungan antara gaya geser dan simpangan setiap model. Pada step terakhir model 1, gaya yang bekerja pada gedung sebesar 465,896 ton pada arah x dan 393,437 ton pada arah y dengan kondisi balok sudah failure, jauh lebih kecil dari keempat model lainnya. Model 4 dan 5 adalah model yang mampu mereduksi gaya geser terbesar pada step terakhir. Pada step terakhir, model 5 mampu mereduksi gaya 915,131 ton pada arah x dengan simpangan sebesar 0,48 dan 818,310 ton pada arah y dengan simpangan sebesar 0,378 m. Model 4 lebih efektif dibandingkan model 5. Model emiliki gaya paling besar karena pada step terakhir menahan gaya 1.193,943 ton pada arah x dan 1.134,332 ton pada arah y, dengan kondisi bracing hancur dan balok masih dalam keadaan baik. Selain itu bila model 4 diberikan gaya yang mendekati gaya yang bekerja pada model 5, model emiliki kondisi gedung yang lebih baik. Berdasarkan performance point pushover didapat kinerja bangunan untuk kelima model penelitian adalah immediate occupancy yang berarti keadaan bangunan masih sangat baik. KESIMPULAN DAN REKOMENDASI KESIMPULAN Berdasarkan analisis yang telah dilakukan terhadap semua model dapat disimpulkan bahwa: 1. Gaya geser dasar pada model 1 lebih kecil dibandingkan model lainnya. Gaya geser maksimum terdapat pada model 4, pada arah x gaya geser dasarnya sebesar 134,153 ton dan arah y sebesar 130,162 ton. Model 4 dan 1 memiliki selisih gaya geser dasar arah x sebesar 197,048% dan arah y sebesar 188,288%. Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 454

11 2. Simpangan maksimum terdapat pada model 1 dengan simpangan arah x sebesar 39,403 mm dan arah y sebesar 55,10m. Simpangan tersebut dapat direduksi dengan cara menambahkan bracing untuk menambah kekakuan gedung. Model 4 adalah model yang paling efektif karena mampu mereduksi simpangan arah x sebesar 40,054% dan arah y sebesar 56,079%. 3. Model erupakan model yang paling efektif mereduksi drift ratio. Model ampu mereduksi drift ratio arah x sebesar 50,685% dan arah y sebesar 62,423%. 4. Berdasarkan hasil pushover analysis didapat bahwa model 4 adalah model yang paling baik karena pada step terakhir mampu mereduksi gaya geser terbesar baik arah arah x maupun y, dengan kondisi balok masih baik. Sedangkan simpangan terkecil baik arah x maupun y terdapat pada model 4. Bila dilihat dari kurva pushover dan performance point, model 4 lebih unggul dibandingkan model 5. REKOMENDASI Saran yang perlu diperhatikan untuk penelitian selanjutnya agar diperoleh hasil studi yang lebih baik yaitu: 1. Perlu dilakukan analisis mengenai pembedaan panjang link EBF karena dalam penelitian ini digunakan panjang link yang sama. 2. Untuk kota Palembang, gempa yang terjadi sangatlah kecil sehingga penggunaan bracing tidak terlalu memberikan efek yang signifikan. Sebaiknya dalam analisis digunakan data dari kota yang rawan terhadap gempa. 3. Perlu dilakukan analisis mengenai perhitungan kontrol sambungan pada joint dan kontrol tekuk pada bracing. UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini sepenuhnya dibiayai oleh Hibah Unggulan Kompetitif Universitas Sriwijaya REFERENSI Ansari, Shahnawaz, dan Juned Raheem, Comparison of Moment Resisting, Concentrically Braced & Eccentrically Braced Steel Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 455

12 Frames, International Journal for Scientific Research & Development Vol 3, p Applied Technology Council (ATC-40), Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Vol 1, Redwood City, California. Jouybari, Yaser Mozaffari, dan Abbas Akbarpour Nikghalb, Assement of The Seismic Behavior of Eccentrically Braced Frame with Vertical and Horizontal Link, International Journal of Civil Engineering and Building Materials Vol 2, p Marquez, Edelis del V., William Lobo-Q, dan Juan C. Vielma, Comparative Analysis of the Energy Dissipation of Steel Buildings with Concentric and Eccentric Braces, The Open Civil Engineering Journal Vol 9, p Nandi, V. Gunderao, dan G.S. Hiremath, Seismic Behavior of Reinforced Concrete Frame with Eccentric Steel Bracings, SSRG International Journal of Civil Engineering Vol 2, p Sharma, A. and Chadhar, K.S, Seismic Behavior of RC Building Frame with Steel Bracing System Using Various Arrangements, International Research Journal of Engineering and Technology Vol 2, No.5, p Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Andalas 456