PENGARUH BRACING PADA PORTAL STRUKTUR BAJA (Studi Literatur) TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas - Tugas dan Memenuhi Syarat Dalam Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : ADVENT HUTAGALUNG 080424014 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
KATA PENGANTAR Puji dan syukur yang sebesar besarnya penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang diberikannya-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik, dimana Tugas Akhir ini merupakan persyaratan akademik yang harus dipenuhi untuk diajukan dalam ujian sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PENGARUH BRACING PADA PORTAL STRUKTUR BAJA. (Studi Literatur) Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak berupa dukungan moril, material, spritual, maupun dari segi administrasi. Oleh karena itu sudah selayaknya penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penghargaan yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Zulkarnain A.Muis, M.Eng. Sc, selaku koordinator Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku dosen pembimbing. 5. Seluruh staf Pengajar dan Pegawai Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Kepada kedua orang tua H. Hutagalung dan S. br Sirait yang telah segenap hati membantu dalam Doa, Semangat, Kasih, Dukungan dan Meteri.
7. Buat adik-adik Christianita Hutagalung, Welman Hutagalung, Popiana Hutagalung dan Tobi Evanando Hutagalung saya ingin mengucapkan terima kasih karena telah memberikan dorongan semangat. 8. Kepada rekan rekan semua anak ekstension 2008 yang turut membantu baik dari pikiran masukan dan tenaga dalam penyusunan tugas akhir ini. 9. Serta pihak lain yang turut berperan serta yang telah membantu dalam Penulisan Tugas Akhir ini yang tak bisa Penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini, masih banyak terdapat kekurangan terutama dalam segi penguraian maupun dalam pengkajiannya. Dengan kerendahan hati penulis mengharapkan kritik dan saran dari Bapak dan Ibu staf pengajar demi kemajuan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis dan berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan bagi semua pembaca umumnya. Medan, Agustus 2011 Hormat Saya Penulis Advent Hutagalung NIM : 080424014
ABSTRAK Pengaruh gempa merupakan salah satu hal yang sangat penting untuk dianalisis dalam perencanaan struktur gedung, terutama bangunan-bangunan yang berada dalam wilayah yang sering dilanda gempa besar. Mengingat bahwa wilayah kepulauan Indonesia terletak didaerah rawan gempa. Oleh karena itu diperlukan suatu perencanaan bracing yang baik terhadap bahaya gempa agar tidak terjadi tingkat kecelakaan dan kerugian yang besar. Dalam tugas akhir ini akan dibahas perencanaan tentang pengaruh bracing sebagai penahan gaya akibat gempa pada portal tanpa bracing dan dengan portal memakai bracing struktur baja sesuai dengan SNI 03-1726-2002 dan SNI 03-1729-2002. Terdapat dua portal penahan gempa yaitu sistem rangka pemikul momen (momen resisting frames) dan concentrically braced frames terdiri dari tipe X dan tipe V terbalik, dimana kedua portal tersebut diberikan pembebanan yang sama (beban mati dan beban hidup) dan beban gempa yang dianalisis dengan statik ekuivelen dengan zona gempa wilayah 4. Gaya dalam yang bekerja dihasilkan dengan menggunakan SAP 2000 V9 yang hasil outputnya dipilih gaya terbesar berdasarkan hasil kombinasi lalu dibuat langkah awal penentuan dimensi dengan preliminary atau memperkirakan dimensi elemen-elemen struktur yang mampu memikul beban yang bekerja. Berdasarkan perhitungan yang dilakukan menggunakan metode LRFD (load and resisting factor design) adalah tanpa bracing memiliki berat profil total 5002 kg dan dengan bracing yaitu concentrically braced frames terdiri dari tipe X memiliki berat profil total 5959,46 kg dan tipe V terbalik memiliki berat profil 4550 kg. Maka dengan bracing concentrically braced frames V terbalik memiliki berat profil total yang ringan. Dengan struktur biasa/tanpa bracing memiliki deformasi yang cukup besar sehingga memiliki daktalitas yang besar dan memiliki kekakuan yang rendah, Tetapi dengan struktur bracing concentrically braced frames tipe X yang memiliki kekakuan yang tinggi untuk menahan gaya lateral (gempa) karena bracing tipe X mampu berdeformasi inelastik yang besar tanpa kehilangan yang signifikan kekuatan dan kekakuan struktur. Kata kunci : Bracing, Moment Resisting Frames (MRF), Concentrically Braced Frames (CBF).
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR NOTASI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Maksud dan Tujuan Penulisan... 2 1.3 Permasalahan... 3 1.4 Pembatasan Masalah... 4 1.5 Manfaat Penulisan... 5 1.6 Metodologi Penulisan... 6 1.7 Sistematika Penulisan... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mekanisme Terjadinya Gempa... 8 2.2 Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Baja Tahan Gempa... 9 2.2.1 Waktu Getar Alami Struktur Gedung... 11 2.2.2 Gaya Geser Dasar Rencana... 13 2.2.3 Beban Gempa Perlantai... 18 2.3 Persyaratan Bahan Untuk Struktur Baja Tahan Gempa... 19 2.4 Konfigurasi Struktur... 20 2.4.1 Moment Resisting Frames (MRF)... 20 2.4.2 braced frames (BF)... 22 2.4.2.1 Concentrically Braced Frames (CBF)... 22 2.4.2.2 Eccentrically Braced Frames (EBF)... 24 2.5 Perencanaan Elemen Struktur... 26 2.5.1 Elemen Yang Memikul Gaya Aksial Tekan... 26
2.5.2 Elemen Yang Memikul Gaya Aksial Tarik... 27 2.5.3 Elemen Yang Memikul Momen... 28 2.5.4 Elemen Yang Memikul Gaya Kombinasi... 29 2.5.5 Sambungan Baut... 31 2.5.6 Tata letak Baut... 33 BAB III PEMODELAN STRUKTUR 3.1 Material... 34 3.2 Pemodelan Struktur... 34 3.2 Ketentuan Pembebanan... 37 3.3 Pembebanan Struktur... 37 3.4 Preliminary Desain... 41 3.5 Kombinasi Pembebanan... 43 3.6 Gaya Dalam Struktur... 45 3.7 Aplikasi Bracing pada Bangunan... 46 BAB IV APLIKASI PERHITUNGAN 4.1 Data-Data Pada Portal Struktur... 49 4.2 Perhitungan Beban Mati, Beban Hidup, Dan Beban Gempa... 50 4.2.1 Beban Mati... 50 4.2.2 Beban Hidup... 50 4.2.3 Beban Gempa... 51 4.2.3.1 Perhitungan Berat Bangunan Tiap Lantai... 51 4.2.3.2 Taksiran Waktu Getar Alami... 54 4.2.3.3 Perhitungan V (Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekivalen)... 54 4.2.3.4 Perhitungan Distribusi Fi... 56 4.3 Pradimensi Untuk Balok, Bracing dan Kolom... 57 4.4 Pembebanan pada Portal Sesuai SNI 03-1729-2002... 60 4.5 Perhitungan Kontrol Dimensi Profil Balok dan Kolom... 61 4.5.1 Tanpa Bracing... 61 4.5.1.1 Pemodelan struktur tanpa bracing... 61
4.5.1.2 Balok... 62 4.5.1.3 Kolom... 64 4.5.2 Dengan Bracing tipe X... 72 4.5.2.1 Pemodelan struktur dengan bracing tipe X... 72 4.5.2.2 Balok... 72 4.5.2.3 Bracing... 75 4.5.2.3.1 Bracing Tekan... 75 4.5.2.3.2 Bracing Tarik... 77 4.5.2.4 Kolom... 78 4.5.3 Dengan Bracing tipe V Terbalik... 85 4.5.3.1 Pemodelan struktur dengan bracing V terbalik... 85 4.5.3.2 Balok... 85 4.5.3.3 Bracing... 88 4.5.3.3.1 Bracing Tekan... 88 4.5.3.3.2 Bracing Tarik... 90 4.5.3.4 Kolom... 92 4.6 Rekapitulasi Dimensi Profil Metode Lrfd... 99 4.7 Sambungan balok kolom... 104 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 104 5.2 Saran... 105 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR NOTASI A b luas penampang bruto. mm 2 A g luas penampang bruto kolom, mm 2 A w b f C C m C 1 d E Fi f cr f u f y h I L M 1 M 2 luas penampang pelat lebar pelat sayap, mm Faktor respon gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi yang nilainya bergantung pada waktu getar alami struktur gedun dan kurvanya ditampilkan dalam spektrum respon gempa. Faktor yang menghubungkan diagram momen aktual dengan diagram momen ekivalen. Nilai faktor respon gempa yang didapat dari spektrum respon gempa rencana untuk waktu getar alami fundamental dari struktur gedung. Tinggi penampang, mm Modulus elatisitas baja, MPa Beban gempa nominal statik ekivalen yang menangkap pada pusat massa pada taraf lantai tingkat ke-i struktur atas gedung. Tegangan kritis penampang tertekan, Mpa Tegangan tarik putus, Mpa Tegangan leleh material, Mpa Tinggi bersih badan baja profil, mm Faktor kepentingan struktur Panjang bentang, m Momen ujung yang terkecil, N-mm Momen ujung yang terbesar, N-mm Mp Momen plastis penampang M u N n N u n R T Momen lentur terfaktor, N-mm Kuat aksial nominal, N Beban aksial terfaktor, N Nomor lantai tingkat paling atas (lantai puncak) Faktor reduksi gempa Waktu getar alami struktur gedung
T 1 t w V V u V n Wt Φ Φ b Φ c λ c λ r λ p Ω o δ b δ s ω Waktu getar alami fundamental struktur gedung beraturan maupun tidak beraturan dinyatakan dalam detik. Tebal pelat badan, mm Beban (gaya) geser dasar nominal statik ekivalen. Gaya geser perlu, N Kuat geser nominal, N Berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai. Faktor reduksi. Faktor reduksi kuat lentur. Faktor reduksi kuat aksial tekan. Parameter kelangsingan Batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang tak kompak. Batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang kompak. Faktor kuat cadangan struktur adalah faktor amplikasi momen untuk komponen struktur yang tidak dapat bergoyang. adalah faktor amplikasi momen untuk komponen struktur yang dapat bergoyang. Faktor tekuk.
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Diagram Alir Metodologi... 6 Gambar 2.1 Struktur lapisan dalam bumi... 8 Gambar 2.2 Respon spektrum gempa rencana... 14 Gambar 2.3 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan periode ulang 500 tahun... 16 Gambar 2.4 Moment Resisting Frames (MRF)... 21 Gambar 2.5 Jenis-jenis concentrically braced frames... 23 Gambar 2.6 Jenis-jenis eccentrically braced frames... 25 Gambar 2.7 Panjang tekuk untuk beberapa kondisi perletakan... 27 Gambar 3.1 Denah... 35 Gambar 3.2 Momen resisting frames (MRF)... 35 Gambar 3.3 Tipe CBF... 36 Gambar 3.4 Pembebanan akibat beban mati... 38 Gambar 3.5 Pembebanan akibat beban hidup... 39 Gambar 3.6 Respon spectra gempa rencana... 40 Gambar 3.7 Pembebanan akibat beban gempa... 41 Gambar 3.8 Transfer gaya lateral pada bracing... 45 Gambar 3.9 Transfer gaya lateral tanpa bracing... 46 Gambar 3.10 Contoh bangunan yang memakai bracing... 47 Gambar 4.1 Struktur portal yang direncanakan... 49 Gambar 4.2 Respon spectra gempa rencana wilayah gempa 4... 54 Gambar 4.3 Pemodelan struktur tanpa bracing... 61 Gambar 4.4 Nomor join pada portal tanpa bracing... 65 Gambar 4.5 Nomogram mencari nilai K... 67 Gambar 4.6 Steel stress ratio... 71 Gambar 4.7 Pemodelan struktur dengan bracing tipe X (nomor frame)... 72 Gambar 4.8 Nomor joint pada portal dengan bracing tipe X... 79 Gambar 4.9 Nomogram mencari nilai K dengan bracing X... 81 Gambar 4.10 Steel stress ratio... 84 Gambar 4.11 Pemodelan struktur dengan bracing tipe V terbalik (nomor frame)... 85
Gambar 4.12 Nomor join pada portal tanpa bracing... 93 Gambar 4.13 Nomogram mencari nilai k tipe V terbalik... 94 Gambar 4.14 Steel stress ratio... 98 Gambar 4.15 Nomor frame tanpa bracing... 104 Gambar A Sambungan balok kolom tanpa bacing... 107 Gambar B Sambungan balok kolom tanpa bacing... 107 Gambar 4.16 Nomor frame bracing tipe X... 108 Gambar A Sambungan balok kolom dengan bacing tipe X... 111 Gambar B Sambungan balok kolom dengan bacing tipe X... 111 Gambar C Sambungan balok kolom dengan bracing tipe X... 112 Gambar 4.17 Nomor frame bracing tipe V terbalik... 108 Gambar A Sambungan balok kolom dengan bacing tipe V terbalik... 116 Gambar B Sambungan balok kolom dengan bacing tipe V terbalik... 116 Gambar C Sambungan balok kolom dengan bracing tipe V terbalik... 117
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami struktur gedung... 13 Tabel 2.2 Faktor reduksi beban gempa dan faktor kuat cadangan struktur Ω o 17 Tabel 2.3 Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori dan bangunan... 18 Tabel 4.1 Ringkasan berat bangunan tanpa bracing... 53 Tabel 4.2 Ringkasan berat bangunan dengan bracing tipe X... 53 Tabel 4.3 Ringkasan berat bangunan dengan bracing tipe V terbalik... 53 Tabel 4.4 Ringkasan perhitungan F i tanpa bracing... 56 Tabel 4.5Rangkuman perhitungan F i dengan bracing tipe X... 56 Tabel 4.6 Rangkuman perhitungan F i dengan bracing tipe V terbalik... 56 Tabel 4.7 Faktor kekakuan masing-masing eleman... 66 Tabel 4.8 Faktor G tiap-tiap joint... 66 Tabel 4.9 Faktor panjang k masing-masing kolom... 67 Tabel 4.10 Faktor kekakuan masing-masing elemen dengan bracing X... 80 Tabel 4.11 Faktor G tiap-tiap joint dengan bracing X... 80 Tabel 4.12 Faktor panjang k masing-masing kolom dengan bracing X... 81 Tabel 4.13 Faktor panjang k masing-masing elemen dengan bracing V... 93 Tabel 4.14 Faktor G tiap-tiap joint dengan bracing V... 94 Tabel 4.15 Faktor panjang k masing-masing elemen dengan bracing V... 95