KINERJA STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BREISING BAJA TIPE X

Transkripsi

1 HALAMAN JUDUL KINERJA STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BREISING BAJA TIPE X TUGAS AKHIR Oleh: I Gede Agus Hendrawan NIM: JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016

2 HALAMAN PERNYATAAN ii

3 HALAMAN PENGESAHAN iii

4 ABSTRAK Penelitian tentang perkuatan struktur rangka beton bertulang menggunakan breising baja tipe x telah dilakukan dengan memodel struktur gedung 3, 4, dan 5 lantai yang dibandingkan perilaku dan kinerjanya. Evaluasi perilaku struktur rangka tanpa perkuatan dianalisa berdasarkan SNI 1726:2002 dan dengan SNI 1726:2012. Hasil evaluasi SNI 1726:2012 menunjukan bahwa struktur mengalami overstress (kegagalan struktur). Kemudian struktur tersebut diperkuat dengan breising. Kinerja perkuatan struktur dengan breising dievaluasi menggunakan analisis non linier pushover dengan software SAP2000 V17 yang dilakukan pada struktur rangka tanpa perkuatan dan struktur dengan perkuatan breising struktur gedung 3, 4, dan 5 lantai. Hasil penelitian menunjukan, perilaku struktur dengan perkuatan breising yang dibandingkan dengan struktur rangka tanpa perkuatan menunjukan penurunan luas tulangan perlu berkisar % dan simpangan berkisar 79-88%. Gaya-gaya dalam yang dihasilkan menunjukan penurunan momen berkisar % untuk balok tumpuan, % untuk balok lapangan, dan % untuk kolom. Sedangkan pada gaya geser terjadi penurunan berkisar % untuk balok dan % untuk kolom. Pada gaya aksial terjadi penurunan sebesar 2.32% untuk lantai 3 dan 2.49% untuk lantai 4 sedangkan lantai 5 mengalami peningkatan 7.71%. Analisis kurva pushover struktur rangka dengan perkuatan breising menunjukan peningkatan gaya geser dasar yang bisa diterima berkisar % dengan penurunan perpindahan antara 18-58% dibanding struktur rangka tanpa perkuatan dengan level kinerja Immediate Occupancy pada semua model struktur. Kata kunci: struktur rangka beton bertulang, breising baja tipe x, metode perkuatan iv

5 UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penyusunan Tugas Akhir yang berjudul Kinerja Struktur Rangka Beton Bertulang dengan Perkuatan Breising Baja Tipe-X ini dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya tak lepas dari bimbingan, bantuan, dorongan semangat dari berbagai pihak, sehingga melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D. dan Bapak I Gede Adi Susila, ST, MSc., PhD. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, serta Bapak Ir. I Gede Made Konsukartha, MSi. selaku Dosen Pembimbing Akademik. Orang tua dan keluarga yang memberikan dukungan penuh dalam penyelesaian studi S1 serta teman-teman yang selalu memberi semangat dan dukungannya. Denpasar, Juni 2016 Penulis v

6 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i HALAMAN PERNYATAAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii ABSTRAK...iv UCAPAN TERIMA KASIH... v DAFTAR ISI...vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI...xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan masalah Tujuan Manfaat Batasan Masalah... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Beban Gempa Beban Gempa menurut SNI 1726: Beban Gempa menurut SNI 1720: Perbandingan SNI dengan SNI Perkuatan Struktur Struktur Rangka Breising Sistem Rangka Breising Konsentrik Biasa Sistem Rangka Breising Konsentrik Khusus Material Beton Analisis Pushover Sendi Plastis Perancangan Bangunan Tahan Gempa Berbasis Kinerja Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726: Titik Kinerja dan Target Perpindahan Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 356) Metode Modifikasi Perpindahan (FEMA 440) vi

7 2.8.3 Metode Spektrum Kapasitas ATC Penelitian Terkait Penggunaan Breising Sebagai Perkuatan Struktur Rangka Beton Bertulang Youssef et al (2007) Massumi dan Absalan (2013) Massumi dan Tasnimi (2008) Viswanath et.al (2010) Ismail et.al (2015) Maheri (2009) BAB III METODE PENELITIAN Alur Penelitian Model Struktur 3, 4 dan 5 Lantai Data Geometrik Data Material Data Pembebanan Permodelan Breising Analisis Struktur Analisis Pushover BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Model Struktur Perbandingan Perilaku Struktur Luas Tulangan Simpangan Gaya - Gaya Dalam Perbandingan Kinerja Struktur Kinerja Batas Ultimit menurut SNI Kurva Pushover Evaluasi Kinerja Stuktur Distribusi Sendi Plastis BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bentuk tipikal spektrum respons gempa rencana... 7 Gambar 2.2 Spektrum respons desain... 7 Gambar 2.3 Perbandingan breising terhadap masing masing perkuatan Gambar 2.4 Tipe-tipe Breising Konsentrik Gambar 2.5 Kurva Tegangan Regangan Gambar 2.6 Kurva Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan Regangan 15 Gambar 2.7 Kurva simpangan plastis untuk gaya vs perpindahan Gambar 2.8 Ilustrasi Rekayasa Gempa Berbasis Kinerja Gambar 2.9 Perilaku pasca leleh struktur Gambar 2.10 Penentuan Titik Kinerja menurut Metode Spektrum Kapasitas Gambar 2.11 (a) Detail rangka tanpa perkuatan (b) Detail rangka breising Gambar 2.12 Hubungan Beban dan Rasio Simpangan Gambar 2.13 (a) Rangka momen (b) Rangka momen dengan pelat buhul (c) Gambar 2.14 Pola retak dari pengujian Gambar 2.15 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement Rangka tanpa breising UBF1, rangka dengan plat buhul UBF2, dan rangka breising BF129 Gambar 2.16 Detail sambungan Gambar 3.1 Tahapan Kegiatan Penelitian Gambar 3.2 (a) Denah Struktur (b) Portal Struktur Lantai 3 (c) Portal Struktur Lantai 4 (d) Portal Struktur Lantai Gambar 3.3 Pengaturan UBC 97 yang disesuaikan dengan SNI Gambar 3.4 Pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI Gambar 3.5 Metode menggambar breising cepat quick draw braces Gambar 3.6 Hasil permodelan breising Gambar 4.1 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT3 dengan Beban Gempa SNI 1726: Gambar 4.2 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT4 dengan Beban Gempa SNI 1726: Gambar 4.3 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT5 dengan Beban Gempa SNI 1726: Gambar 4.4 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT3 dengan Beban Gempa SNI 1726: Gambar 4.5 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT4 dengan Beban Gempa SNI 1726: Gambar 4.6 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT5 dengan Beban Gempa SNI 1726: Gambar 4.7 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRB Gambar 4.8 Stress Ratio Breising pada Model SRB Gambar 4.9 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRB Gambar 4.10 Stress Ratio Breising pada Model SRB Gambar 4.11 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRB Gambar 4.12 Stress Ratio Breising pada Model SRB viii

9 Gambar 4.13 Perbandingan Simpangan dan Tingkat dari Model Struktur Lantai 3, 4, dan 5 Akibat Beban Gempa SNI 1726:2002 dan SNI 1726: Gambar 4.14 Perbandingan Simpangan dan Tingkat dari Model Struktur Lantai 3,4, dan 5 dengan SNI 1726:2002 dan dengan Penambahan Breising Gambar 4.15 Kurva Pushover Struktur Gedung 3 Lantai Gambar 4.16 Kurva Pushover Struktur Gedung 4 Lantai Gambar 4.17 Kurva Pushover Struktur Gedung 5 Lantai Gambar 4.18 Skema leleh pada SRT Gambar 4.19 Skema leleh pada SRT Gambar 4.20 Skema leleh pada SRT Gambar 4.21 Skema leleh pada SRB Gambar 4.22 Skema leleh pada SRB Gambar 4.23 Skema leleh pada SRB ix

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan SNI dengan SNI Tabel 2.2 Tingkat Kinerja Struktur menurut FEMA Tabel 2.3 Level Kinerja Struktur Tabel 2.4 Deformation Limit menurut ATC Tabel 2.5 Data model setelah dari hasil pengujian Tabel 4.1 Dimensi Penampang Struktur Gedung 3 Lantai Tabel 4.2 Dimensi Penampang Struktur Gedung 4 Lantai Tabel 4.3 Dimensi Penampang Struktur Gedung 5 Lantai Tabel 4.4 Perbandingan Luas Tulangan pada model SRT Tabel 4.5 Perbandingan Luas Tulangan pada model SRT Tabel 4.6 Perbandingan Luas Tulangan pada Model SRT Tabel 4.7 Perbandingan Luas Tulangan SRT3-02 dengan SRB Tabel 4.8 Perbandingan Luas Tulangan SRT4-02 dengan SRB Tabel 4.9 Perbandingan Luas Tulangan SRT5-02 dengan SRB Tabel 4.10 Drift Ratio dari Model Struktur Lantai 3, 4, dan Tabel 4.11 Momen Maksimum Tabel 4.12 Gaya Geser Maksimum Tabel 4.13 Gaya Aksial Maksimum Tabel 4.14 Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726: Tabel 4.15 Nilai performance point Tabel 4.16 Level Kinerja (ATC 40) dari maksimum simpangan pada atap Tabel 4.17 Nilai Target Perpindahan Tabel 4.18 Level Kinerja menurut FEMA Tabel 4.19 Hasil Analisa Pushover pada SRT Tabel 4.20 Hasil Analisa Pushover pada SRT Tabel 4.21 Hasil Analisa Pushover pada SRT Tabel 4.22 Hasil Analisa Pushover pada SRB Tabel 4.23 Hasil Analisa Pushover pada SRB Tabel 4.24 Hasil Analisa Pushover pada SRB x

11 DAFTAR NOTASI Ag : Luas Penampan Kotor (mm 2 ) A m : Percepatan respons maksimum atau Faktor Respons Gempa maksimum pada Spektrum Respons Gempa Rencana. A o : Percepatan puncak muka tanah akibat pengaruh Gempa Rencana yang bergantung pada Wilayah Gempa dan jenis tanah tempat struktur gedung berada. A r : Pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor Respons Gempa C pada Spektrum Respons Gempa Rencana. Cm : Faktor massa efektif yang diambil dari Tabel 3-1 dari FEMA 356. CS : Koefisien respon seismik yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012 pasal C0 : Koefisien faktor bentuk, untuk merubah perpindahan spektral menjadi perpindahan atap, umumnya memakai faktor partisipasi ragam yang pertama (first mode participation factor) atau berdasarkan Tabel 3-2 dari FEMA 356. C1 : Faktor modifikasi yang menghubungkan perpindahan inelastik maksimum dengan perpindahan yang dihitung dari respon elastik linier. C2 : Koefisien untuk memperhitungkan efek pinching dari hubungan beban deformasi akibat degradasi kekakuan dan kekuatan, berdasarkan Tabel 3-3 dari FEMA 356. C3 : koefisien untuk memperhitungkan pembesaran simpangan lateral akibat adanya efek P-delta. C : Faktor Respons Gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi yang nilainya bergantung pada waktu getar alami struktur gedung dan kurvanya ditampilkan dalam Spektrum Respons Gempa Rencana. C v : Faktor Respons Gempa vertikal untuk mendapatkan beban gempa vertikal nominal statik ekuivalen pada unsur struktur gedung yang memiliki kepekaan yang tinggi terhadap beban gravitasi. E c : Modulus elastisitas beton E s : Modulus elastisitas baja (= 200 GPa) fu : Tegangan Putus Baja fy : Tegangan Leleh Baja, Mpa fcr : Tegangan Kritis, Mpa G : Modulus Geser g : Percepatan gravitasi 9.81 m/det 2 I : Faktor Keutamaan gedung, faktor pengali dari pengaruh Gempa Rencana pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas dilampauinya pengaruh tersebut selama umur gedung itu dan penyesuaian umur gedung itu. I 1 : Faktor Keutamaan gedung untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung. I 2 : Faktor Keutamaan gedung untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian umur gedung. xi

12 Ie : Faktor Keutamaan hunian yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012 pasal M : Momen P : Gaya Aksial R : Rasio kuat elastik perlu terhadap koefisien kuat leleh terhitung Ry : Rasio dari tegangan leleh yang diinginkan Sa : Akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar alami efektif pada arah yang ditinjau. SDS : Parameter percepatan spectrum respon desain dalam rentang perioda pendek seperti ditentukann pada SNI pasal 6.3 atau 6.9 SD1 : Parameter percepatan spectrum respon desain pada periode sebesar 1.0 detik, seperti ditentukann pada SNI pasal S1 : Parameter percepatan spectrum respon maksimum yang dipetakan yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012 pasal T : Periode Struktur Dasar (detik) yang ditentukan pada SNI 1726:2012 pasal Ta : Periode fundamental pendekatan Ts : Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastic V : Gaya geser dasar VT : Gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil kurva analisis ragam spectrum respons yang telah dilakukan Vy : Gaya geser dasar pada saat leleh, dari idealisasi kurva pushover menjadi bilinier W : Total beban mati dan beban hidup yang dapat direduksi : Rasio kekakuan pasca leleh terhadap kekakuan elastik efektif, dimana hubungan gaya lendutan diidealisasikan sebagai kurva bilinier δ : Perpindahan (simpangan) δh : Simpangan Ultimit δt : Target Perpindahan ρ : Massa jenis baja v : Rasio Poisson ξ : Faktor Pengali simpangan nominal xii