HALAMAN JUDUL KINERJA STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN BREISING BAJA TIPE X TUGAS AKHIR Oleh: I Gede Agus Hendrawan NIM: 1204105095 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016
HALAMAN PERNYATAAN ii
HALAMAN PENGESAHAN iii
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 0-74.86% dan simpangan berkisar 79-88%. Gaya-gaya dalam yang dihasilkan menunjukan penurunan momen berkisar 36.67-40.91% untuk balok tumpuan, 9.41-12.39% untuk balok lapangan, dan 42.60-47.30% untuk kolom. Sedangkan pada gaya geser terjadi penurunan berkisar 24.13-27.83% untuk balok dan 36.51-46.61% 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 171-467% 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
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
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... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Manfaat... 2 1.5 Batasan Masalah... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Beban Gempa... 4 2.1.1 Beban Gempa menurut SNI 1726:2002... 4 2.1.2 Beban Gempa menurut SNI 1720:2012... 5 2.2 Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012... 5 2.3 Perkuatan Struktur... 9 2.4 Struktur Rangka Breising... 11 2.4.1 Sistem Rangka Breising Konsentrik Biasa... 12 2.4.2 Sistem Rangka Breising Konsentrik Khusus... 12 2.5 Material Beton... 14 2.6 Analisis Pushover... 15 2.6.1 Sendi Plastis... 16 2.7 Perancangan Bangunan Tahan Gempa Berbasis Kinerja... 18 2.7.1 Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726:2002... 19 2.8 Titik Kinerja dan Target Perpindahan... 20 2.8.1 Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 356)... 20 2.8.2 Metode Modifikasi Perpindahan (FEMA 440)... 23 vi
2.8.3 Metode Spektrum Kapasitas ATC 40... 24 2.9 Penelitian Terkait Penggunaan Breising Sebagai Perkuatan Struktur Rangka Beton Bertulang... 25 2.9.1 Youssef et al (2007)... 25 2.9.2 Massumi dan Absalan (2013)... 27 2.9.3 Massumi dan Tasnimi (2008)... 29 2.9.4 Viswanath et.al (2010)... 31 2.9.5 Ismail et.al (2015)... 32 2.9.6 Maheri (2009)... 32 BAB III METODE PENELITIAN... 35 3.1 Alur Penelitian... 35 3.2 Model Struktur 3, 4 dan 5 Lantai... 35 3.3.1 Data Geometrik... 35 3.3.2 Data Material... 38 3.3.3 Data Pembebanan... 38 3.3 Permodelan Breising... 41 3.4 Analisis Struktur... 42 3.5.1 Analisis Pushover... 42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 44 4.1 Model Struktur... 44 4.2 Perbandingan Perilaku Struktur... 45 4.2.1. Luas Tulangan... 45 4.2.2. Simpangan... 54 4.2.3. Gaya - Gaya Dalam... 56 4.3 Perbandingan Kinerja Struktur... 57 4.3.1 Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726-2002... 57 4.3.2. Kurva Pushover... 58 4.3.3. Evaluasi Kinerja Stuktur... 61 4.3.4 Distribusi Sendi Plastis... 63 BAB V PENUTUP... 74 5.1 Kesimpulan... 74 5.2 Saran... 74 DAFTAR PUSTAKA... 75 LAMPIRAN... 77 vii
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... 10 Gambar 2.4 Tipe-tipe Breising Konsentrik... 11 Gambar 2.5 Kurva Tegangan Regangan... 14 Gambar 2.6 Kurva Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan Regangan 15 Gambar 2.7 Kurva simpangan plastis untuk gaya vs perpindahan... 17 Gambar 2.8 Ilustrasi Rekayasa Gempa Berbasis Kinerja... 18 Gambar 2.9 Perilaku pasca leleh struktur... 23 Gambar 2.10 Penentuan Titik Kinerja menurut Metode Spektrum Kapasitas... 24 Gambar 2.11 (a) Detail rangka tanpa perkuatan (b) Detail rangka breising... 26 Gambar 2.12 Hubungan Beban dan Rasio Simpangan... 26 Gambar 2.13 (a) Rangka momen (b) Rangka momen dengan pelat buhul (c)... 28 Gambar 2.14 Pola retak dari pengujian... 28 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... 30 Gambar 3.1 Tahapan Kegiatan Penelitian... 36 Gambar 3.2 (a) Denah Struktur (b) Portal Struktur Lantai 3 (c) Portal Struktur Lantai 4 (d) Portal Struktur Lantai 5... 37 Gambar 3.3 Pengaturan UBC 97 yang disesuaikan dengan SNI 2002... 39 Gambar 3.4 Pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 2012.... 40 Gambar 3.5 Metode menggambar breising cepat quick draw braces... 41 Gambar 3.6 Hasil permodelan breising.... 41 Gambar 4.1 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT3 dengan Beban Gempa SNI 1726:2002... 45 Gambar 4.2 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT4 dengan Beban Gempa SNI 1726:2002... 46 Gambar 4.3 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT5 dengan Beban Gempa SNI 1726:2002... 46 Gambar 4.4 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT3 dengan Beban Gempa SNI 1726:2012... 47 Gambar 4.5 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT4 dengan Beban Gempa SNI 1726:2012... 47 Gambar 4.6 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRT5 dengan Beban Gempa SNI 1726:2012... 48 Gambar 4.7 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRB3... 49 Gambar 4.8 Stress Ratio Breising pada Model SRB3... 50 Gambar 4.9 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRB4... 50 Gambar 4.10 Stress Ratio Breising pada Model SRB4... 51 Gambar 4.11 Luas Tulangan (mm 2 ) Model SRB5... 51 Gambar 4.12 Stress Ratio Breising pada Model SRB5... 52 viii
Gambar 4.13 Perbandingan Simpangan dan Tingkat dari Model Struktur Lantai 3, 4, dan 5 Akibat Beban Gempa SNI 1726:2002 dan SNI 1726:2012... 54 Gambar 4.14 Perbandingan Simpangan dan Tingkat dari Model Struktur Lantai 3,4, dan 5 dengan SNI 1726:2002 dan dengan Penambahan Breising... 55 Gambar 4.15 Kurva Pushover Struktur Gedung 3 Lantai... 59 Gambar 4.16 Kurva Pushover Struktur Gedung 4 Lantai... 59 Gambar 4.17 Kurva Pushover Struktur Gedung 5 Lantai... 60 Gambar 4.18 Skema leleh pada SRT3... 64 Gambar 4.19 Skema leleh pada SRT4... 66 Gambar 4.20 Skema leleh pada SRT5... 67 Gambar 4.21 Skema leleh pada SRB3... 69 Gambar 4.22 Skema leleh pada SRB4... 71 Gambar 4.23 Skema leleh pada SRB5... 72 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012... 6 Tabel 2.2 Tingkat Kinerja Struktur menurut FEMA 273... 18 Tabel 2.3 Level Kinerja Struktur... 23 Tabel 2.4 Deformation Limit menurut ATC 40... 25 Tabel 2.5 Data model setelah dari hasil pengujian... 26 Tabel 4.1 Dimensi Penampang Struktur Gedung 3 Lantai... 44 Tabel 4.2 Dimensi Penampang Struktur Gedung 4 Lantai... 44 Tabel 4.3 Dimensi Penampang Struktur Gedung 5 Lantai... 45 Tabel 4.4 Perbandingan Luas Tulangan pada model SRT3... 48 Tabel 4.5 Perbandingan Luas Tulangan pada model SRT4... 49 Tabel 4.6 Perbandingan Luas Tulangan pada Model SRT5... 49 Tabel 4.7 Perbandingan Luas Tulangan SRT3-02 dengan SRB3... 52 Tabel 4.8 Perbandingan Luas Tulangan SRT4-02 dengan SRB4... 53 Tabel 4.9 Perbandingan Luas Tulangan SRT5-02 dengan SRB5... 53 Tabel 4.10 Drift Ratio dari Model Struktur Lantai 3, 4, dan 5... 55 Tabel 4.11 Momen Maksimum... 56 Tabel 4.12 Gaya Geser Maksimum... 56 Tabel 4.13 Gaya Aksial Maksimum... 57 Tabel 4.14 Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726:2002... 58 Tabel 4.15 Nilai performance point... 61 Tabel 4.16 Level Kinerja (ATC 40) dari maksimum simpangan pada atap... 61 Tabel 4.17 Nilai Target Perpindahan... 62 Tabel 4.18 Level Kinerja menurut FEMA 440... 62 Tabel 4.19 Hasil Analisa Pushover pada SRT3... 63 Tabel 4.20 Hasil Analisa Pushover pada SRT4... 65 Tabel 4.21 Hasil Analisa Pushover pada SRT5... 66 Tabel 4.22 Hasil Analisa Pushover pada SRB3... 68 Tabel 4.23 Hasil Analisa Pushover pada SRB4... 70 Tabel 4.24 Hasil Analisa Pushover pada SRB5... 71 x
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 7.8.1.1 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
Ie : Faktor Keutamaan hunian yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012 pasal 4.1.2 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 1726-2012 pasal 6.3 atau 6.9 SD1 : Parameter percepatan spectrum respon desain pada periode sebesar 1.0 detik, seperti ditentukann pada SNI 1726-2012 pasal 6.10.4 S1 : Parameter percepatan spectrum respon maksimum yang dipetakan yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012 pasal 6.10.4 T : Periode Struktur Dasar (detik) yang ditentukan pada SNI 1726:2012 pasal 7.8.2 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