PEMODELAN STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BREISING KONSENTRIK V-TERBALIK

Transkripsi

1 PEMODELAN STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BREISING KONSENTRIK V-TERBALIK TUGAS AKHIR Oleh: Ida Bagus Prastha Bhisama NIM: JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016

2 HALAMAN PENGESAHAN i

3 HALAMAN PERNYATAAN ii

4 ABSTRAK Penelitian tentang pemodelan struktur rangka beton bertulang dengan breising konsentrik V-terbalik dilakukan dengan membuat model gedung 3, 4, dan 5 tingkat. Perilaku struktur kemudian dibandingkan dengan menggunakan analisis konvensional, dan kinerja struktur dengan analisis statik nonlinier pushover. Pada tahap awal, model OF didesain sesuai SNI untuk memperoleh kebutuhan tulangan, yang kemudian disebut tulangan terpasang. Model tersebut kemudian didesain sesuai SNI dan kebutuhan tulangan pada beberapa komponen struktur meningkat. Model BF dibuat untuk mengatasi situasi tersebut dengan menambahkan elemen breising konsentrik V-terbalik pada portal bagian tengah untuk setiap tingkat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan breising sebagai perkuatan struktur mampu mengurangi kebutuhan tulangan dengan persentase penurunan sebesar 4% - 41% pada balok dan 20% - 75% pada kolom. Gaya-gaya dalam komponen struktur pada model BF mengalami penurunan sebesar 4% - 62%. Simpangan yang terjadi juga mengalami penurunan sebesar 75% - 85%. Ketiga perbandingan tersebut menunjukkan bahwa penambahan breising konsentrik V- terbalik pada gedung rangka terbuka dapat memperkuat struktur secara signifikan, baik dalam menurunkan gaya-gaya dalam, luas tulangan, simpangan maupun kebutuhan tulangan. Hasil analisis pushover menunjukkan Model BF mampu menahan gaya geser dasar yang jauh lebih besar dibandingkan model OF pada kondisi elastis 355% - 381% dan pada kondisi batas 15% - 180%. Model BFA mampu menahan gaya geser dasar yang jauh lebih besar dibandingkan Model BF, dimana pada kondisi elastis 23% - 77% dan pada kondisi batas 77% - 147%. Kinerja dari model BFA juga lebih baik karena leleh pertama terjadi di balok, tidak seperti BF yang mengalami leleh pertama di breising. Kata kunci: perkuatan, struktur rangka beton bertulang, breising konsentrik V- terbalik, perilaku, kinerja iii

5 UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Pemodelan Struktur Rangka Beton Bertulang dengan Perkuatan Breising Konsentrik V-Terbalik. Selesainya tugas ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, saran, dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D. dan Bapak Ida Bagus Rai Widiarsa, ST., MASc., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing, kedua orang tua atas semangat dan doa yang diberikan dan semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu. Bukit Jimbaran, 7 April 2016 Penulis iv

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... iii UCAPAN TERIMA KASIH... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Umum Beban Gempa Menurut SNI Beban Gempa Menurut SNI Perbandingan SNI dengan SNI Perkuatan Struktur Breising Sistem Rangka Breising Konsentrik Sistem Rangka Breising Konsentrik Biasa (SRBKB) Sistem Rangka Breising Konsentrik Khusus (SRBKK) Penelitian Terkait Penggunaan Breising Sebagai Perkuatan Struktur Rangka Beton Bertulang Ismail et al (2015) Massumi dan Absalan (2013) Viswanath et.al (2010) Massumi dan Tasnimi (2008) Ghaffarzedeh dan Maheri (2009) Youssef et al. (2007) Analisis Kinerja Struktur Analisis Pushover Statik Nonlinier pada SAP Kurva Kapasitas Sasaran Kinerja Analisis Statik Pushover Sendi Plastis BAB III METODE PENELITIAN Model Struktur Data Struktur Data Material Data Geometri Struktur Data Pembebanan Diagram Alir... 37

7 3.4 Pemodelan Breising Analisis Struktur Analisis Linier Analisis Nonlinier BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Dimensi Komponen Struktur Perbandingan Gaya-gaya Dalam dan Kebutuhan Tulangan Gaya-gaya Dalam Perbandingan Kebutuhan Tulangan Perbandingan Simpangan dan Drift Ratio Hasil Analisis Nonlinier Statik Pushover Evaluasi Kinerja Struktur Kurva Kapasitas Analisis Pushover BAB V PENUTUP Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bentuk tipikal spektrum respons gempa rencana... 7 Gambar 2.2 Spektrum respons desain... 7 Gambar 2.3 Keefektifan dinding dan breising... 9 Gambar 2.4 Tipe breising Gambar 2.5 Lokasi Penempatan Steel Bracing Gambar 2.6 Perbandingan simpangan antar lantai struktur Gambar 2.7 Hasil Pemasangan Breising V-terbalik Gambar 2.8 Detail Model Uji pada Penelitian Gambar 2.9 Pola Retak dari Pengujian Gambar 2.10 Hubungan Antara Lateral Load dan Lateral Displacement Gambar 2.11 Skema tes dan pembebanan Gambar 2.12 Detail dari Rangka Momen dan Rangka Breising Gambar 2.13 Hubungan beban dan rasio simpangan Gambar 2.14 Ilustrasi perancangan gempa berbasis kinerja Gambar 2.15 Kurva kapasitas analisis pushover Gambar 3.1 Denah Struktur Gambar 3.2 Potongan A-A Model OF Gambar 3.3 Potongan A-A Model BF Gambar 3.4 Potongan A-A Model OF Gambar 3.5 Potongan A-A Model BF Gambar 3.6 Potongan A-A Model OF Gambar 3.7 Potongan A-A Model BF Gambar 3.8 Pengaturan UBC 97 sesuai dengan SNI Gambar 3.9 Pengaturan IBC 2009 sesuai dengan SNI Gambar 3.11 Metode Menggambar Breising Cepat (Quick Draw Braces) Gambar 3.12 Portal yang akan Diperkuat dengan Breising Gambar 3.13 Hasil Pemodelan Breising Gambar 3.14 Pendefisian Properti Sendi Plastis pada Rangka Gambar 3.15 Definisi sendi plastis Balok M Gambar 3.16 Properti Sendi Plastis pada Balok untuk Momen M Gambar 3.17 Definisi sendi plastis Balok V Gambar 3.18 Properti Sendi Plastis pada Balok untuk Gaya Geser V Gambar 3.19 Definisi Sendi Plastis Kolom Gambar 3.20 Properti Sendi Plastis pada Kolom - Interaksi P-M2-M Gambar 3.21 Definisi Sendi Plastis vii

9 Gambar 3.22 Penentuan Posisi Sendi Plastis pada Kolom Gambar 3.23 Pendefinisian Kasus Beban Gambar 3.24 Data Kasus Beban Gravity Gambar 3.25 Kontrol Penggunaan Beban pada Kasus Beban Gravity Gambar 3.26 Pengaturan Penyimpanan Hasil untuk Kasus Beban Gravity Gambar 3.27 Parameter Nonlinier pada Kasus Beban Gravity Gambar 3.28 Data Kasus Beban Push Gambar 3.29 Parameter Nonlinier pada Kasus Beban Push Gambar 3.30 Kasus Beban yang Telah Terdefinisi Gambar 3.31 Pemilihan Kasus Beban yang akan dijalankan pada Model Gambar 4.1 Luas tulangan terpasang (mm 2 ) Model OF3 - SNI Gempa Gambar 4.2 Luas tulangan terpasang (mm 2 ) Model OF4 - SNI Gempa Gambar 4.3 Luas tulangan terpasang (mm 2 ) Model OF5 - SNI Gempa Gambar 4.4 Tulangan perlu (mm 2 ) Model OF3 - SNI Gempa Gambar 4.5 Tulangan perlu (mm 2 ) Model OF4 - SNI Gempa Gambar 4.6 Tulangan perlu (mm 2 ) Model OF5 - SNI Gempa Gambar 4.7 Kebutuhan Tulangan (mm 2 ) Model BF Gambar 4.8 Stress Ratio pada Breising Model BF Gambar 4.9 Kebutuhan Tulangan (mm 2 ) Model BF Gambar 4.10 Stress Ratio pada Breising Model BF Gambar 4.11 Kebutuhan Tulangan (mm 2 ) Model BF Gambar 4.12 Stress Ratio pada Breising Model BF Gambar 4.13 Perbandingan simpangan antara OF dan BF Ketiga Model Gambar 4.14 Sendi Plastis pada model OF Gambar 4.15 Sendi Plastis pada model BF Gambar 4.16 Sendi Plastis pada model OF Gambar 4.17 Sendi Plastis pada model BF Gambar 4.18 Sendi Plastis pada model OF Gambar 4.19 Sendi Plastis pada model BF Gambar 4.20 Sendi Plastis pada model BF3A Gambar 4.21 Sendi Plastis pada Model BF4A Gambar 4.22 Sendi Plastis pada Model BF5A Gambar 4.23 Perbandingan kurva kapasitas model OF3, BF3, dan BF3A Gambar 4.24 Perbandingan kurva kapasitas model OF4, BF4, dan BF4A Gambar 4.25 Perbandingan kurva kapasitas model OF5, BF5, dan BF5A viii

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan SNI dengan SNI Tabel 2.2 Perbandingan Gaya Dalam pada Balok Tabel 2.3 Data model setelah dari hasil pengujian Tabel 4.1 Dimensi komponen struktur model 3 Tingkat Tabel 4.2 Dimensi komponen struktur model 4 Tingkat Tabel 4.3 Dimensi komponen struktur model 5 Tingkat Tabel 4.4 Perbandingan momen maksimum antara OF3 dan BF Tabel 4.5 Perbandingan momen maksimum antara OF4 dan BF Tabel 4.6 Perbandingan momen maksimum antara OF5 dan BF Tabel 4.7 Perbandingan gaya geser maksimum antara OF3 dan BF Tabel 4.8 Perbandingan gaya geser maksimum antara OF4 dan BF Tabel 4.9 Perbandingan gaya geser maksimum antara OF5 dan BF Tabel 4.10 Perbandingan gaya aksial maksimum antara OF3 dan BF Tabel 4.11 Perbandingan gaya aksial maksimum antara OF4 dan BF Tabel 4.12 Perbandingan gaya aksial maksimum antara OF5 dan BF Tabel 4.13 Perbandingan Luas Tulangan pada model OF Tabel 4.14 Perbandingan Luas Tulangan pada model OF Tabel 4.15 Perbandingan Luas Tulangan pada model OF Tabel 4.16 Perbandingan Luas Tulangan pada Model OF3 dengan Model BF Tabel 4.17 Perbandingan Luas Tulangan pada Model OF4 dengan Model BF Tabel 4.18 Perbandingan Luas Tulangan pada Model OF5 dengan Model BF Tabel 4.19 Drift ratio (Dr) Model OF dan BF Tabel 4.20 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis OF Tabel 4.21 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis BF Tabel 4.22 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis OF Tabel 4.23 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis BF Tabel 4.24 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis OF Tabel 4.25 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis BF Tabel 4.26 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis BF3A Tabel 4.27 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis BF4A Tabel 4.28 Tabel mekanisme terjadinya sendi plastis BF5A... 77

11 DAFTAR NOTASI Ao I Tc C Ar Am T c ζ n Cv ψ : Percepatan puncak muka tanah : Faktor keutamaan gedung : Waktu getar alami : Faktor respon gempa : Pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor Respons Gempa C : Percepatan respons maksimum : Waktu getar alami struktur gedung (detik) : Koefisien pengali dari jumlah tingkat struktur gedung : Jumlah tingkat : Nilai faktor respon gempa vertikal (Cv) : Koefisien yang disesuaikan dengan wilayah gempa tempat struktur gedung berada Sa : Akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar alami efektif pada arah yang ditinjau SDS : Parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang perioda pendek seperti ditentukan pada SNI pasal 6.3 atau 6.9 SD1 : Parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda sebesar 1,0 detik, seperti ditentukan pada SNI pasal S1 : Parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan yang ditentukan sesuai dengan SNI pasal R Cd Ωo Ry F y Ag : Faktor koefisien modifikasi respon : Pembesaran defleksi : Faktor kuat lebih sistem : Rasio dari tegangan leleh yang diinginkan, : Tegangan leleh minimum dari baja yang digunakan : Luas kotor breising x