ANALISIS PERILAKU STRUKTUR RANGKA BAJA DENGAN DAN TANPA BRESING V-TERBALIK EKSENTRIK TUGAS AKHIR Oleh : Rizky Novan Sinarta NIM : 1104105060 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015 i
PERNYATAAN Yang bertanda tangan dibawah ini, saya: Nama : Rizky Novan Sinarta NIM : 1104105060 Judul TA : Analisis Perilaku Struktur Rangka Baja Dengan Dan Tanpa Bresing V-Terbalik Eksentrik Dengan ini saya nyatakan bahwa dalam Laporan Tugas Akhir/Skripsi saya ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Denpasar, 9 Juli 2015 Rizky Novan Sinarta NIM. 1104105075 ii
KEMENTRIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL Kampus Bukit Jimbaran, Telp. (0361) 703385 http://sipil.unud.ac.id email: administration@civil.unud.ac.id LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR Tugas akhir ini telah diujikan dan dinyatakan lulus, sudah direvisi serta telah mendapat persetujuan pembimbing sebagai salah satu persyaratan untuk menyelesaikan Program S-1 pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Udayana. Judul Tugas Akhir : Analisis Perilaku Struktur Rangka Baja Dengan Dan Tanpa Bresing V-Terbalik Eksentrik Nama : Rizky Novan Sinarta NIM : 1104105060 Jurusan : Teknik Sipil Diuji Tanggal : 11 Juni 2015 Menyetujui: Denpasar, 9 Juli 2015 Pembimbing I Pembimbing II Ir. Made Sukrawa, MSCE., Ph.D Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT NIP. 19620223 198702 1 002 NIP. 19640228 199103 1 002 Mengetahui: Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Udayana ( Prof. Ir. I Nyoman Arya Thanaya, ME., Ph.D ) NIP. 19601108 198803 1 002 iii
ABSTRAK Analisis struktur rangka baja dengan dan tanpa bresing V-terbalik eksentrik telah dilakukan untuk membandingkan perilaku struktur akibat beban gempa. Tiga model struktur gedung perkantoran 10 lantai dibuat dan dianalisis dalam SAP2000 v14, terdiri dari dua model sistem rangka bresing eksentrik (SRBE) dengan panjang link 300 mm dan satu model struktur rangka pemikul momen khusus (SRPMK) sebagai acuan. Untuk model SRBE, sambungan balok ke kolom dibedakan antara sambungan momen (SRBEM) dan sambungan sendi (SRBES). Ketiga model struktur dirancang untuk menahan beban gempa dengan kategori desain seismik D dan kondisi tanah sedang. Hubungan antara kolom baja dan pedestal dimodel sebagai perletakan sendi. Setelah semua model struktur memenuhi ketentuan kekuatan dan kekakuan menurut SNI baja, kemudian perilakunya dibandingkan, meliputi dimensi yang digunakan, nilai rasio tegangan, simpangan, berat struktur, dan gaya-gaya dalam pada elemen struktur. Hasil analisis menunjukkan bahwa dimensi kolom pada SRPMK lebih besar dari dimensi kolom pada SRBES maupun SRBEM karena persyaratan kolom kuat dan balok lemah pada SRPMK. Namun demikian, rasio tegangan pada ketiga model sebanding. Model SRBES menghasilkan desain yang paling ringan dengan berat total balok dan kolom baja 5,57% lebih ringan dari berat total SRPMK dan 2,21% lebih ringan dari berat total SRBEM. Simpangan maksimum arah x akibat kombinasi beban gempa arah X pada SRBEM dan SRBES, masing-masing 71% dan 57,5% lebih kecil dari simpangan SRPMK. Demikian juga simpangan maksimum arah y akibat kombinasi beban gempa arah Y pada SRBEM dan SRBES, masing-masing 51% dan 29,72% lebih kecil dari simpangan SRPMK. Kata kunci : rangka baja, rangka bresing, analisis perilaku, beban gempa iv
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-nyalah Tugas Akhir yang berjudul Analisis Perilaku Struktur Rangka Baja Dengan Dan Tanpa Bresing V-Terbalik Eksentrik ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Selama penulisan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan informasi, bantuan serta bimbingan dari beberapa pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE. Ph.D., dan Bapak Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT. selaku dosen pembimbing. Kepada kedua orang tua yaitu Ir. Thedja Sinarta dan Elly yang sudah membantu pengerjaan dan pendanaan untuk penulisan Tugas Akhir ini. Kepada Septifanny yang sudah membantu pengetikan Tugas Akhir. Seluruh rekan-rekan Future Institute dan rekan-rakan mahasiswa Teknik Sipil angkatan 2011 yang telah membantu memberikan saran selama pembuatan Tugas Akhir. Denpasar, Juli 2015 Penulis v
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... ix DAFTAR LAMPIRAN... x DAFTAR NOTASI... xi BAB I : PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 2 1.5 Batasan Masalah... 3 BAB II : TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Umum... 4 2.2 Sistem Rangka Pemikul Momen... 4 2.3 Sistem Rangka Bresing Eksentrik... 6 2.4 Elemen Link... 7 2.5 Pembebanan Struktur... 12 2.5.1 Beban Mati... 12 2.5.2 Beban Hidup... 12 2.5.3 Beban Gempa... 12 2.6 Kombinasi Pembebanan... 19 2.7 Persamaan Interaksi Aksial-Momen... 20 2.8 Simpangan Antar Lantai Tingkat... 21 2.9 Bentuk-Bentuk Struktur Pada Analisis Struktur... 21 2.10 Sambungan Konstruksi Baja... 22 2.10.1 Klasifikasi Sambungan... 22 2.10.2 Alat Penyambung Konstruksi Baja... 24 BAB III : METODE PENELITIAN... 26 3.1 Pemodelan Struktur... 26 3.2 Data Struktur... 26 3.3 Prosedur Analisis... 28 BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN... 30 4.1 Hasil Analisis Struktur... 30 4.1.1 Dimensi Struktur dan Rasio Tegangan... 30 4.1.2 Kontrol Simpangan... 45 4.1.3 Berat Struktur... 51 4.2 Perbandingan Berat Struktur dan Simpangan Struktur... 51 vi
4.3 Gaya-Gaya Dalam Pada Balok dan Kolom... 52 4.3.1 Momen... 52 4.3.1 Gaya Geser... 56 4.3.3 Gaya Aksial... 61 4.4 Gaya-Gaya Dalam Pada Bresing... 64 4.5 Gaya-Gaya Dalam Pada Link... 67 BAB V : PENUTUP... 69 5.1 Kesimpulan... 69 5.2 Saran... 69 DAFTAR PUSTAKA... 71 LAMPIRAN A... 72 LAMPIRAN B... 76 LAMPIRAN C... 78 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perhitungan gaya geser di sendi plastis... 6 Gambar 2.2 Jenis-jenis konfigurasi Sistem Rangka Bresing Eksentris... 7 Gambar 2.3 Rotasi link pada SRBE tipe V-terbalik... 8 Gambar 2.4 Arah gaya dan deformasi yang bekerja pada elemen link... 9 Gambar 2.5 Detail sambungan balok dan bresing... 9 Gamber 2.6 Detail sambungan balok, bresing dan kolom... 10 Gambar 2.7 Spektrum Respons Desain... 17 Gambar 2.8 Beban Gempa Autoload pada SAP 2000... 18 Gambar 2.9 Sambungan momen... 23 Gambar 2.10 Sambungan sendi... 24 Gambar 3.1 Denah Struktur Bangunan... 27 Gambar 3.2 Diagram alur analisis... 29 Gambar 4.1 Dimensi dan Stress Ratio model SRPMK portal 2-2... 32 Gambar 4.2 Dimensi dan Stress Ratio model SRPMK portal 4-4... 33 Gambar 4.3 Dimensi dan Stress Ratio model SRPMK portal B-B... 34 Gambar 4.4 Dimensi dan Stress Ratio model SRPMK portal C-C... 35 Gambar 4.5 Dimensi dan Stress Ratio model SRBEM portal 2-2... 36 Gambar 4.6 Dimensi dan Stress Ratio model SRBEM portal 4-4... 37 Gambar 4.7 Dimensi dan Stress Ratio model SRBEM portal C-C... 38 Gambar 4.8 Dimensi dan Stress Ratio model SRBEM portal B-B... 39 Gambar 4.9 Dimensi dan Stress Ratio model SRBES portal 2-2... 40 Gambar 4.10 Dimensi dan Stress Ratio model SRBESportal 4-4... 41 Gambar 4.11 Dimensi dan Stress Ratio model SRBES portal C-C... 42 Gambar 4.12 Dimensi dan Stress Ratio model SRBES portal B-B... 43 Gambar 4.13 Dimensi dan Stress Ratio bresing model SRBEM... 44 Gambar 4.14 Dimensi dan Stress Ratio bresing model SRBES... 44 Gambar 4.15 Grafik simpangan portal 2-2 dan portal 4-4 akibat kombinasi gempa arah X... 47 Gambar 4.16 Grafik simpangan portal B-B dan portal C-C akibat kombinasi gempa arah Y... 49 Gambar 4.17 Grafik rasio simpangan antar tingkat portal 2-2 akibat EX... 50 Gambar 4.18 Grafik rasio simpangan antar tingkat portal B-B akibat EY... 50 Gambar 4.19 Perbandingan rasio simpangan dan berat masing-masing model... 52 viii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Stress Ratio model struktur... 30 Tabel 4.2 Stress Ratio rata-rata model struktur pada portal tepi... 31 Tabel 4.3 Simpangan per-lantai portal 2-2 akibat gempa arah x... 46 Tabel 4.4 Simpangan per-lantai portal 4-4 akibat gempa arah x... 46 Tabel 4.5 Simpangan per-lantai portal B-B akibat gempa arah y... 48 Tabel 4.6 Simpangan per-lantai portal C-C akibat gempa arah y... 48 Tabel 4.7 Berat struktur masing-masing model... 51 Tabel 4.8 Momen balok-kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+E... 53 Tabel 4.9 Gaya geser balok-kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+E... 57 Tabel 4.10 Gaya aksial balok kolom yang ditinjau akibat kombinasi D+L+E 61 Tabel 4.11 Momen bresing akibat kombinasi D+L+E... 65 Tabel 4.12 Gaya geser bresing akibat kombinasi D+L+E... 66 Tabel 4.13 Gaya aksial bresing akibat kombinasi D+L+E... 66 Tabel 4.14 Gaya-gaya dalam pada link model SRBE Rigid... 68 Tabel 4.15 Gaya-gaya dalam pada link model SRBE Flexible... 68 ix
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A Parameter Perencanaan dan Pembebanan... 72 LAMPIRAN B Denah Balok, Kolom, Bresing dan Link... 76 LAMPIRAN C Perhitungan perbandingan momen kolon dengan Momen balok... 78 x
DAFTAR NOTASI ɣ P : Sudut rotasi link. L : Lebar bentang. e : Panjang link. θp : Plastic story drift angel Δp : Plastic Story drift. H : Tinggi lantai Aw : Luas badan profil link ρ : Perbandingan antara gaya aksial terfaktor dengan kuat geser tarik Nu : Gaya aksial terfaktor Vu : Kuat geser link Ag : Luas total profil link Mp : Momen plastis Vp : Geser plastis fy : tegangan leleh Zx : modulus plastis Cs : Koefisien respons seismik W : Berat seismik efektif S DS : Parameter percepatan spektrum respons desain periode pendek R : Faktor modifikasi respons Ie : Faktor keutamaan hunian S D1 : Parameter percepatan spektrum respons desain periode 1,0 detik T : Periode struktur dasar S 1 : Parameter percepatan spektrum respons maksimum T : Periode fundamental struktur Ta : Periode fundamental pendekatan h n : Ketinggian struktur dari dasar sampai tingkat tertinggi struktur N : Jumlah tingkat F x : gaya gempa lateral C vx : Faktor distribusi vertikal V : Gaya geser di dasar struktur h i : Tinggi dari dasar sampai tingkat i k : Eksponen yang terkait dengan periode struktur V x : Geser tingkat desain gempa F i : bagian dari geser dasar seismik V yang timbul di tingkat i Ss : Parameter percepatan respons spektral D : Beban mati L : Beban hidup La : Beban hidup atap R : Beban hujan W : Beban angin E : Beban gempa Nu : Gaya aksial terfaktor Nn : Gaya aksial rencana Mux : Momen lentur perlu/terfakto rterhadap sumbu x penampang Muy : Momen lentur perlu/terfaktor terhadap sumbu y penampang Δ : Simpangan antar lantai tingkat desain xi
Δa : Simpangan antar lantai tingkat ijin h sx : Tinggi tingkat di bawah tingkat x Ø : faktor reduksi kekuatan Rn : kuat nominal baut μ : koefisien gesekan Tm : kuat tarik minimum untuk mengencangkan baut Ns : jumlah bidang geser yang terjadi Fu : tegangan tarik ultimit baut. Rnw : kuat nominal las yang tergantung dari tebal dan panjang pengelasan, mutu las, dan kekuatan bahan dasar. fy : tegangan leleh. fu : tegangan tarik putus. te : tebal efektif las l : panjang las Ø y : faktor reduksi terhadap leleh (=0,9) Ø f : faktor reduksi terhadap fraktur (=0,75) xii