STUDI PERILAKU ELEMEN STRUKTUR DENGAN SAMBUNGAN KAKU PADA BALOK DAN KOLOM BANGUNAN BAJA TAHAN GEMPA Oleh : Fandi 3106 100 702 DOSEN PEMBIMBING : BUDI SUSWANTO ST, MT,Ph.D Ir.R.SOEWARDOJO, MSc 1
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
Gedung yang didesain terletak di daerah rawan gempa dengan mengambil zona gempa 6 berdasarkan SNI-03-1726-2002. 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
Denah bangunan 4
Tampak Depan 5
Tampak samping 6
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 03 1729-2002? 2. Apakah efektif penggunaan metode Reduced Beam Section pada struktur bangunan baja tahan gempa dan dapat memenuhi syarat syarat keamanan struktur sesuai dengan SNI 03 1729 2002? 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
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 03 1729 2002. 2. 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
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 03-1729-2002. 3. Pembebanan dan peraturan lain yang tidak ada dalam SNI 03 1729-2002 dihitung berdasarkan PPIUG 1983 dan LRFD. 4. Analisa beban gempa akan dilakukan dengan metode Push Over Analisys 9
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- 03-1729-2002) 10
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
Sambungan balok ke kolom dengan menggunakan Reduced Beam Section 12
Bentuk-bentuk dari reduced beam section 13
Tabel geometri dari Reduced Beam Section 14
2.2 Peraturan Peraturan yang digunakan dalam perencanaan adalah : 1. Load and Resistance Factor Design (LRFD) yang tertuang dalam SNI 03-1729-002 tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung 2. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983. 3. SNI 03 1726 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. 15
2.3 Beban Beban pada struktur 2.3.1 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 2.1 2. Berat sediri dari bahan bangunan dan dari komponen gedung yang tidak tercantum dala Tabel 2.1 harus ditentukan tersendiri. 16
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) 2.3.3 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
2.2.4 Beban gempa ( SNI 03-1726-2002 ) Beban gempa yang digunakan adalah statik eqivalen yang sudah disesuaikan dengan SNI 03-1726-2002 2.2.5 Kombinasi pembebanan (SNI 03 1729 2002 ) 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
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
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 03 1729 2002. d. Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung memakai SNI 03-1726-2002. e. Penjelasan prosedur Analisa Statik Non Linear (statik eqivalen) pada program bantu SAP 2000 NonLinear versi 14 20
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
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
Gambar Penulangan Bondek Lantai 23
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) 10 40 260.001 10400.04 54.389 16.317 9 36 322.776 11619.936 60.769 18.231 8 32 322.776 10328.832 54.017 16.205 7 28 330.648 9258.144 48.417 14.525 6 24 330.648 7935.552 41.501 12.450 5 20 338.2 6764 35.374 10.612 4 16 338.2 5411.2 28.299 8.490 3 12 343.448 4121.376 21.554 6.466 2 8 343.448 2747.584 14.369 4.311 1 4 343.448 1373.792 7.185 2.155 total 69960.456 Tabel : Gaya gempa tiap lantai tingkat Zi (m) Fi ( ton) di (mm) wi.di^2 (tm) Fi.di (tm) 10 40 54.389 633.351 104.295 34.447 9 36 60.769 603.500 117.559 36.674 8 32 54.017 546.000 96.225 29.493 7 28 48.417 463.769 71.116 22.454 6 24 41.501 402.152 53.474 16.690 5 20 35.374 330.184 36.871 11.680 4 16 28.299 258.460 22.592 7.314 3 12 21.554 181.147 11.270 3.904 2 8 14.369 110.905 4.224 1.594 1 4 7.185 42.965 0.634 0.309 518.262 164.559 Tabel: Analisa T rayleigh akibat beban gempa arah x 24
tingkat Zi (m) Fi ( ton) di (mm) wi.di^2 (tm) Fi.di (tm) 10 40 54.389 1422.156 525.859 77.350 9 36 60.769 1351.645 589.694 82.138 8 32 54.017 1222.779 482.611 66.050 7 28 48.417 1040.886 358.239 50.397 6 24 41.501 900.974 268.405 37.391 5 20 35.374 738.581 184.489 26.126 4 16 28.299 576.400 112.363 16.312 3 12 21.554 402.539 55.652 8.676 2 8 14.369 244.373 20.510 3.511 1 4 7.185 93.392 2.996 0.671 2600.816 368.622 Tabel : Analisa T rayleigh akibat beban gempa arah y 25
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 ) 10 22.206 0.979 14.12 OK 132.126 5.825 80 OK 9 21.227 2.08 14.12 OK 126.301 12.376 80 OK 8 19.147 3.026 14.12 OK 113.925 18.005 80 OK 7 16.121 2.1 14.12 OK 95.920 12.495 80 OK 6 14.021 2.525 14.12 OK 83.425 15.024 80 OK 5 11.496 2.465 14.12 OK 68.401 14.667 80 OK 4 9.031 2.694 14.12 OK 53.734 16.029 80 OK 3 6.337 2.412 14.12 OK 37.705 14.351 80 OK 2 3.925 2.366 14.12 OK 23.354 14.078 80 OK 1 1.559 1.559 14.12 OK 9.276 9.276 80 OK Tabel : Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x 26
Desain reduced beam section Bentuk-bentuk dari reduced beam section 27
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
z x Gambar Detail Reduced Beam Section with radius cut WF 400 x 200 x 8x 13
M m act = + c p v p e 1 z x = 100 40 4 = 782.852 mm 3 =782,852 cm³ m = β F act z act p y 2 1 4 92 374 = 1 x 2500 kg/cm² x 782,852 cm³ = 1957.130 kg.cm 2 act 2m p 2 1957.130 V p = = = 130.475, 33kg b 30 Mc = 1957.130 kg.cm + (130.475,33 kg x 15 cm) = 3914.259,95 kg.cm = 39.142,59 kg.m Balok tanpa Reduced Beam Section Mu = 1,1.Ry.Mp balok = 1,1.1,5. (1910.2500) Kgcm = 7878750 Kgcm Mp = fy x Zx = 2500 kg/cm 2 x 1190 cm 3 = 2975000 kg.cm = 29750 kg.m Mc = Mp = 29750 kg.m Mc Balok RBS < Mc Balok tanpa RBS 39.142,59kg.m < 29750 kg.m Mu < φ Mn 78787,50 kg.m<0.9 x 39.142,59kg.m 78787,50 kg.m< 35.228,33 kg.m ( OK ) 30
Perencanaan sambungan 150 P u 472 500 WF 500 x 200 x 10 x16 WF 600 x 200 x 11 x17 14 200 Gambar : sambungan balok ke kolom 31
KESIMPULAN 1. Dari analisa SAP terlihat bahwa Struktur dengan Balok tanpa RBS memiliki deformasi maksimu = 161.494 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
TERIMA KASIH 33