STUDI PERILAKU ELEMEN STRUKTUR DENGAN SAMBUNGAN KAKU PADA BALOK DAN KOLOM BANGUNAN BAJA TAHAN GEMPA

Transkripsi

1 STUDI PERILAKU ELEMEN STRUKTUR DENGAN SAMBUNGAN KAKU PADA BALOK DAN KOLOM BANGUNAN BAJA TAHAN GEMPA Oleh : Fandi DOSEN PEMBIMBING : BUDI SUSWANTO ST, MT,Ph.D Ir.R.SOEWARDOJO, MSc 1

2 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebanyakan kerusakan struktur yang di akibatkan gempa ini di sebapkan oleh penggunaan material non daktail, baja merupakan salah satu material yang memilik daktalitas yang sangat baik. Sifat daktalitas ini lah yang sangat di butuhkan untuk mengurai energi gempa. Secara umum, dalam penelitian ini akan direncanakan sebuah bangunan gedung dengan dimensi 15 x 45 m (jarak antara bentang 5 m) dan 10 lantai dengan tinggi 40 m (tinggi antar lantai 4 m ). 2

3 Gedung yang didesain terletak di daerah rawan gempa dengan mengambil zona gempa 6 berdasarkan SNI secara keseluruhan, perencanaan struktur gedung ini menggunkan bangunan baja. Untuk analisa struktur akan menggunakan program bantu SAP 2000 versi 14. sedangkan untuk melihat perilaku elemen struktur yang di tinjau akan menggunakan software ABAQUS versi 6.5. Fokus penelitian pada Tugas Akhir ini adalah untuk mempelajari perilaku sambungan kaku pada elemen struktur bangunan baja, dimana pada elemen balok nantinya akan dibandingakan antara balok dengan baja biasa dengan balok Reduced Beam Section (RBS). 3

4 Denah bangunan 4

5 Tampak Depan 5

6 Tampak samping 6

7 1.2 PERMASALAHAN Permasalahan yang akan di bahas dalam Tugas Akhir ini antara lain: 1. Apakah efektif sambungan kaku pada struktur bangunan baja tahan gempa dan dapat memenuhi syarat syarat keamanan dan kekakuan struktur sesuai dengan SNI ? 2. Apakah efektif penggunaan metode Reduced Beam Section pada struktur bangunan baja tahan gempa dan dapat memenuhi syarat syarat keamanan struktur sesuai dengan SNI ? 3. Bagaimana menentukan gaya gaya yang bekerja pada struktur rangka tersebut berdasarkan peraturan LRFD? 4. Bagaimana melakukan Analisa dan permodelan struktur dengan menggunakan program bantu SAP 2000 versi 14? 7

8 1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan penelitian pada Tugas akhir ini adalah: 1. Mendapatkan dimensi profil struktur balok dan kolom baja yang paling cocok dan memenuhi syarat syarat keamanan struktur sesuai dengan SNI Bagaiman perilaku sambungan kaku pada bangunan baja akibat gaya-gaya yang bekerja dan sambungan harus mampu memikul gaya gaya yang bekerja pada elemen struktur. 3. Bagaimana menentukan gaya gaya yang bekerja pada struktur rangka tersebut berdasarkan peraturan LRFD. 4. Bagaimana melakukan Analisa dan permodelan struktur dengan menggunakan program bantu SAP 2000 versi 14. 8

9 1.4 BATASAN MASALAH Batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah: 1. Menganalisa perhitungan struktur dan sambungan secara keseluruhan tetapi analisa hanya pada struktur portalnya saja, yaitu pada portal kolom dengan balok eksterior. 2. Perencanaan struktur rangka baja dengan menggunakan metode Reduced Beam Section yang sesuai dengan SNI Pembebanan dan peraturan lain yang tidak ada dalam SNI dihitung berdasarkan PPIUG 1983 dan LRFD. 4. Analisa beban gempa akan dilakukan dengan metode Push Over Analisys 9

10 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Struktur bangunan baja yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah perilaku sambunga kaku pada struktur yang hanya meliputi portal kolom dengan balok interior saja. Bentuk profil yang akan digunakan nantinya adalah profil WF dan WF Reduced Beam Section ( RBS ). Sambungan kaku adalah sambungan dianggap memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut-sudut di antara komponen-komponen struktur yang disambung.( SNI ) 10

11 Reduced Beam Section adalah mengurangi jumlah porsi luasan profil khususnya sayap balok di dekat muka kolom. Ini bertujuan untuk memicu sendi plastis terjadi pada daerah tersebut. Analisa Statik eqivalen adalah suatu model analisa non-linear yang telah disederhanakan yang bertujuan untuk mengetahui kinerja dari struktur dengan cara memberikan beban horizontal ekuivalen ( sebagai representasi gaya gempa ) yang secara bertahap ditingkatkan secara proporsional, sehingga pada akhirnya gedung mencapai kegagalan ( collapse ). 11

12 Sambungan balok ke kolom dengan menggunakan Reduced Beam Section 12

13 Bentuk-bentuk dari reduced beam section 13

14 Tabel geometri dari Reduced Beam Section 14

15 2.2 Peraturan Peraturan yang digunakan dalam perencanaan adalah : 1. Load and Resistance Factor Design (LRFD) yang tertuang dalam SNI tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung 2. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) SNI tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. 15

16 2.3 Beban Beban pada struktur Beban mati (PPIUG 1983 Bab 2) 1. Berat sendiri dari bahan-bahan bangunan penting dan dari beberapa komponen gedung yang harus ditinjau di dalam menentukan beban mati dari suatu gedung, harus diambil menurut Tabel Berat sediri dari bahan bangunan dan dari komponen gedung yang tidak tercantum dala Tabel 2.1 harus ditentukan tersendiri. 16

17 2.3.2 Beban Hidup (PPIUG 1983 Bab 3) Beban hidup terdiri dari beban yang diakibatkan oleh pemakaian gedung dan tidak termasuk beban mati, beban konstruksi dan beban akibat fenomena alam (lingkungan) Beban angin (PPIUG 1983 Bab 4) Beban angin dihitung sebagai berikut : dimana : p = desain tekanan angin (kg/m 2 ) V = kecepatan angin (m/dt) 17

18 2.2.4 Beban gempa ( SNI ) Beban gempa yang digunakan adalah statik eqivalen yang sudah disesuaikan dengan SNI Kombinasi pembebanan (SNI ) Untuk perhitungan secara AISC-LRFD kombinasi yang digunakan adalah : COMBO 1 : 1,4 D dimana : COMBO 2 : 1,2 D + 1,6 L D = beban mati COMBO 3 : 1,2 D + 0,5 L + 1,3 W L = Beban hidup COMBO 4 : 1,2 D + 0,5 L + 1 E w = Beban angin COMBO 5 : 0,9 D + 1 E E = Beban gempa 18

19 Mulai Studi Literatur Desain awal Pembebanan (PPIUG 1983, SNI 2002) dan Pendimensian Tidak Analisa Struktur ( SAP2000 v14 ) Kontrol Penampang Sambungan kaku Ya Analisa elemen Struktur untuk balok menggunakan RBS Analisa elemen Struktur untuk balok biasa Analisa Static Non linear (statis eqivalen ) dan perilaku struktur dengan ABAQUS V. 6.9 Analisa perbandingan hasil dan kesimpulan Selesai 19

20 3.1 Studi Literatur Pada tahap ini dilakukan studi literatur mengenai : a. Penjelasan Konsep Perencanaan Reduced Beam Section menggunakan Practice Periodical on Structural Design and construction, 2004, ASCE b. Peraturan pembebanan menggunakan PPIUG (Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung) 1983 c..tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung mamakai SNI d. Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung memakai SNI e. Penjelasan prosedur Analisa Statik Non Linear (statik eqivalen) pada program bantu SAP 2000 NonLinear versi 14 20

21 2. Desain awal a. Perencanaan dimensi balok menggunakan LRFD b. Perencanaan tebal pelat menggunakan Tabel 2 Tabel perencanaan praktis c. Perencanaan dimensi kolom menggunakan LRFD Permodelan Konfigurasi Bangunan Konfigurasi bangunan yang dipilih adalah tipikal dan simetris sehingga cukup handal dalam menghadapi beban gempa Jumlah lantai 10 tingkat, termasuk atap. Tinggi antara lantai 4 m,jadi tinggi total bangunan H = 40 m (atap). Fungsi bangunan adalah perkantoran Jenis tanah adalah tanah lunak Mutu baja yang digunakan adalah BJ 41 21

22 Perencanaan struktur sekunder 1. Perencanaan plat atap a. perencanaan beban mati b. Perencanaan beban hidup 2. Perencanaan lanatai a. perencanaan beban mati b. Perencanaan beban hidup 22

23 Gambar Penulangan Bondek Lantai 23

24 PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA OPEN FRAMES tingkat Zi (m) Wi ( ton ) Wi.Zi( ton m ) 100%Fi x,y ( ton m) 30%Fi x,y ( ton m) total Tabel : Gaya gempa tiap lantai tingkat Zi (m) Fi ( ton) di (mm) wi.di^2 (tm) Fi.di (tm) Tabel: Analisa T rayleigh akibat beban gempa arah x 24

25 tingkat Zi (m) Fi ( ton) di (mm) wi.di^2 (tm) Fi.di (tm) Tabel : Analisa T rayleigh akibat beban gempa arah y 25

26 tantai s (mm) drift s antara syarat drif Ket m (mm) drift m antara syarat drift Ket tingkat (mm) s (mm ) tingkat (mm) m (mm ) OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK Tabel : Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x 26

27 Desain reduced beam section Bentuk-bentuk dari reduced beam section 27

28 Contoh perhitungan desain reduced beam section Perhitungan Desain Balok Reduced Beam Section profil WF 400 x 200 x 8 x 13 Panjang profil ( L ) = 5 m Jarak pengurangan flens dari muka kolom ( a ) =0,75xbf = 0,75x200= 150 mm Jarak bentang balok yang telah direduksi ( b ) 0.85xd b = 0,85 x 400 = 340 mm Direncanakan panjang Reduced Beam Section sejarak d b yaitu 400 mm atau 0,4 m. 28

29 z x Gambar Detail Reduced Beam Section with radius cut WF 400 x 200 x 8x 13

30 M m act = + c p v p e 1 z x = = mm 3 =782,852 cm³ m = β F act z act p y = 1 x 2500 kg/cm² x 782,852 cm³ = kg.cm 2 act 2m p V p = = = , 33kg b 30 Mc = kg.cm + ( ,33 kg x 15 cm) = ,95 kg.cm = ,59 kg.m Balok tanpa Reduced Beam Section Mu = 1,1.Ry.Mp balok = 1,1.1,5. ( ) Kgcm = Kgcm Mp = fy x Zx = 2500 kg/cm 2 x 1190 cm 3 = kg.cm = kg.m Mc = Mp = kg.m Mc Balok RBS < Mc Balok tanpa RBS ,59kg.m < kg.m Mu < φ Mn 78787,50 kg.m<0.9 x ,59kg.m 78787,50 kg.m< ,33 kg.m ( OK ) 30

31 Perencanaan sambungan 150 P u WF 500 x 200 x 10 x16 WF 600 x 200 x 11 x Gambar : sambungan balok ke kolom 31

32 KESIMPULAN 1. Dari analisa SAP terlihat bahwa Struktur dengan Balok tanpa RBS memiliki deformasi maksimu = mm, dan dari analisa ABAQUS balok dengan Reduced Beam Section ubtuk balok dengan bentuk variable cut memiliki defrmasi maksimum = -893,756 mm, artinya bahwa balok dengan RBS akan lebih dulu mengalami kelehan terlebih dahulu akibat beban-beban yang bekerja pada portal dibandingkan dengan balok tanpa RBS. 2. Dari analisa dengan menggunakan software abaqus terlihat bahwa sendi plastis akan terjadi pada daerah yang telah direduced, artinya konsep desain Kolom Kuat Balok Lemah tercapai 32

33 TERIMA KASIH 33