laporan kemajuan penelitian 70% dosen madya

1
Kode/Nama Rumpun Ilmu : 421 / TEKNIK SIPIL
LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN 70%
DOSEN MADYA
PEMODELAN STRUKTUR BAJA TIPE
CONCENTRICALLY BRACEDFRAMES (CBF) DAN ECCENTRICALLY
BRACED FRAMES (EBF) PADA PEMBEBANAN GEMPA DINAMIK
TIM PENGUSUL
Ketua:
Yusep Ramdani, ST., MT.
(NIDN. 04-1209-7501)
Anggota:
Murdini Mukhsin, Ir., MT.
(NIDN. 00-0511-5501)
UNIVERSITAS SILIWANGI
2017
1
2
2
3
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Indonesia adalah negara kepulauan dengan karakteristik wilayah gempa yang
tersebar mulai Sabang sampai Merauke. Karakteristik gempa yang terjadi di wilayah
Indonesia akan mempengaruhi proses perancangan struktur jembatan, gedung,
bendungan dan infrastruktur lainnya. Analisa beban gempa dalam perhitungan struktur
gedung sangat penting, karena sistem kolom bersentuhan langsung dengan tanah keras
sebagai media pelepasan energi sesaat pada saat terjadi gempa bumi. Secara otomatis
besarnya gempa bumi akan mempengaruhi bentuk elemen kolom, bahan kolom, bentuk
balok dan ketinggian gedung.
Gambar 1.1. Pertemuan 3 (tiga) lempeng di wilayah Indonesia
Dalam beberapa dekade terakhir pembangunan gedung berlantai banyak telah
dilakukan secara luas di seluruh dunia. Penggunaan secara luas gedung berlantai banyak
dilakukan dalam rangka efisiensi penggunaan lahan untuk ditempati. Perkembangan
teknologi analisis struktur dengan menggunakan software aplikasi telah mempercepat
proses analisa dan perencanaan struktur gedung dengan beragam bentuk, bahan, metode
pelaksanaan dan pembebanan.
Semakin berkembangnya teknologi material memberikan tantangan kepada para
insinyur untuk menemukan hal yang semakin inovatif dan menantang dalam dunia
konstruksi dikarenakan permintaan model struktur berlantai banyak semakin banyak
3
4
digunakan untuk bangunan perkantoran, apartemen, perkuliahan dan lain-lain.
Penggunaan struktur baja sebagai elemen struktur telah sampai pada tingkat kesetaraan
penggunaannya dibandingkan dengan elemen beton, beton komposit ataupun beton
prategang. Untuk penggunaan elemen struktur berlantai banyak, elemen struktur baja
dikombinasikan dengan penggunaan sistem rangka struktur penahan beban lateral
gempa berupa sistem rangka bresing.
I.2. Rumusan Masalah
Indonesia merupakan daerah pertemuan 3 (tiga) lempeng tektonik besar, yaitu
lempeng Indo-Australia, Eurasia dan lempeng Pasific. Pertemuan lempeng ini
memberikan akumulasi energi tabrakan sampai suatu titik dimana lapisan bumi tidak
lagi sanggup menahan tumpukan energi sehingga lepas. Pelepasan energi sesaat ini
berupa percepatan gelombang seismik, tsunami, longsor, dan liquefaction akan
menimbulkan berbagai dampak terhadap bangunan-bangunan sipil diantaranya:struktur
gedung, jembatan, bendungan, jalan dan lainnya.
Berdasarkan permasalahan tersebut, penelitian ini dilakukan untuk mengkaji
Pemodelan Struktur Baja Tipe Concentrically Braced Frames (CBF) dan Eccentrically
Braced Frames (EBF) pada pembebanan gempa dinamik dengan perumusan masalah
sebagai berikut:
a) Bagaimanakah pengaruh beban gempa dinamik di wilayah Indonesia dapat
berpengaruh terhadap desain struktur baja?
b) Ketika beban gempa statik dan beban gempa dinamik bekerja pada struktur baja,
apakah akan memberikan perilaku yang sama atau berbeda pada setiap elemen
struktur baja?
c) Apakah perbedaan dalam pemilihan tipe CBF dan EBF dapat dioptimalkan dalam
proses desain elemen struktur baja?
I.3. Tujuan Penelitian
Tujuan Penelitian ini adalah :
a) Melakukan proses analisa beban gempa statik dan dinamik yang bekerja pada
struktur baja berdasarkan zonasi gempa di wilayah Indonesia terkini.
b) Melakukan desain elemen struktur baja berdasarkan beban gravitasi, beban angin
dan beban gempa.
4
5
c) Melakukan optimasi perancangan elemen struktur baja pada variasi pemilihan
bentuk bresing, jenis bahan dan jumlah lantai gedung.
I.4. Batasan Penelitian
Batasan penelitian yang dilakukan adalah:
a) Penelitian dilakukan dengan pemilihan lokasi struktur baja di wilayah Indonesia.
b) Proses analisa struktur baja dilakukan dalam
model 3 dimensi (3D) dengan
menggunakan software aplikasi SAP 2000.
c) Optimasi meliputi pemilihan bentuk bresing, jenis bahan dan jumlah lantai gedung.
d) Penggunaan beban gempa dinamik berupa beban analisa respon spektra.
5
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Umum
Perencanaan struktur bertujuan untuk menghasilkan suatu struktur aman, nyaman
dan ekonomis serta memenuhi kaidah-kaidah perancangan struktur. Mengingat Indonesia
adalah wilayah yang rawan terjadi gempa, maka salah satu cara untuk mengurangi
kerusakan bangunan akibat gempa tersebut adalah dengan cara merencanakan bangunan
tahan gempa berdasarkan peraturan-peraturan yang ada di Indonesia.
Implementasi dari peraturan-peraturan tersebut adalah dengan melakukan
perencanaan struktur bangunan dengan pendekatan finite element method (metode
elemen hingga). Salah satu cara mengaplikasikan metode tersebut dapat dilakukan
dengan bantuan pengunaan software aplikasi. Khususnya untuk struktur baja yang
memiliki jumlah lantai banyak, maka elemen kolom harus dapat berperan dalam
mereduksi beban gempa dengan pemodelan dapat dilakukan dalam ruang 3 dimensi (3D).
Untuk melakukan pendekatan idealisasi tersebut maka diperlukan pemodelan struktur
berdasarkan material bahan yang digunakan. Salah satu bentuk pemodelan tersebut
diantaranya penggunaan baja sebagai elemen struktur kolom dan balok.
II.2. Struktur Baja
Menurut SNI Baja 03-1729-2002, rangka baja SRPM dapat diklasifikasikan
menjadi, Struktur Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK), Struktur Rangka Pemikul
Momen Menengah (SRPMM) dan Struktur Rangka Pemikul Momen Biasa (SRPMB).
Struktur Rangka Pemikul Khusus (SRPMK) didesain untuk memiliki daktilitas yang
lebih tinggi dan dapat berdeformasi inelastik pada saat gaya gempa terjadi.
Deformasi inelastik akan meningkatkan redaman dan mengurangi kekakuan dari
struktur, hal ini terjadi pada saat gempa ringan bekerja pada struktur. Dengan demikian,
SRPMK dianjurkan untuk didesain pada gaya gempa yang lebih ringan dibandingkan
dengan gaya gempa yang bekerja pada SRPMM dan SRPMB. Pada SRPMB, struktur
diharapkan dapat mengalami deformasi inelastik secara terbatas pada komponen struktur
dan sambungan-sambungannya akibat gaya gempa rencana. Dengan demikian, pada
SRPMB kekakuan yang ada lebih besar dibandingkan dengan kekakuan pada SRPMK.
Berdasarkan penjelasan di atas maka portal dapat dikelompokan sebagai berikut:
a. Portal penahan momen atau Moment Resisting Frame (MRF)
6
7
b. Portal dengan elemen pengaku atau Braced Frame (BF) yang terdiri atas berpengaku
eksentrik (EBF) dan berpengaku konsentrik atau (CBF).
Menurut Mustopo, M., perilaku struktur pada sistem Momen Resisting Frame
(MRF) dan Sistem Concentrycally Braced Frame (CBF) frame yang tanpa berpengaku
dan berpengaku Kosentris dijadikan dasar untuk mengetahui Perilaku dan stabilitas pada
sistem portal bajadengan berpengaku eksentrik (Eccentially Braced Frame)Struktur
Rangka Berpengaku Eksentrik (SRBE) telah dikenal memiliki kelebihan dibandingkan
Struktur Rangka Pemikul Momen maupun Struktur Rangka Berpengaku Konsentrik
(SRBK). SRBE memiliki kekakuan yang lebih tinggi dibandingkan SRPM dan memiliki
daktilitas yang lebih tinggi dibandingkan SRBK. Peran bresing sebagai pengaku dan link
yang daktail sebagai penyerap energi gempa yang efektif, secara bersama-sama
meningkatkan kinerja SRBE sebagai struktur baja tahan gempa. Studi yang dilakukan
sejauh ini telah membuktikan bahwa SRBE dengan link yang pendek menunjukkan
kinerja yang lebih baik sebagai penyerap energi akibat beban lateral siklik, yaitu melalui
kelelehan geser yang stabil dan efektif.
Menurut Wijaya Y., P., 2010, Perilaku Portal dengan pengaku eksentris
(Eccentrically Braced Frame) bertujuan untuk mengetahui sejauh mana besarnya
peyerapan energi dan menentukan model serta penempatan link yang paling efektif
terhadap portal yang mengalami pembebanan secara siklik Pada portal dianalisis
penempatan penyerapan energi apakah berada pada link untuk memastikan bahwa
elemen selain link tetap berperilaku elastis saat elemen link telah mencapai kelelehan,
juga dilakukan pengecekan terhadap kemungkinan terjadinya tekuk pada bresing yang
memberikan hasil bahwa sistim portal berpengaku eksentrik memberikan nilai lebih bila
dibanding dengan sistim lainnya (Wijaya, Y.P., 2010)
7
8
Gambar 2.1 Jenis-jenis konfigurasi SRBE
Sumber: AISC, 2010
Gambar 2.2 Jenis-jenis konfigurasi SRBK
Sumber: AISC, 2010
8
9
BAB III
METODE PENELITIAN
III.1. Umum
Dalam penelitian ini digunakam model struktur baja dengan menggunakan balok
dan kolom sebagai elemen frame. Kemudian dibuat 3 model dengan variasi konfigurasi
struktur yang terdiri atas: struktur Moment Resisting Frame (MRF), Portal dengan
elemen pengaku atau Braced Frame (BF) yang terdiri atas berpengaku eksentrik (EBF)
dan berpengaku konsentrik atau (CBF).
Mekanisme kerja gaya-gaya yang bekerja pada rangka bresing baik itu konsentrik
atau eksentrik dapat ditunjukkan oleh Dewobroto (2012) seperti gambar di bawah.
Gambar 3.1 Aliran gaya-gaya pada sistem rangka bresing
Sumber: Dewobroto, 2012
III.2. Lokasi Penelitian
Dalam penelitian ini struktur baja yang direncanakan berada di wilayah Tasikmalaya.
III.3. Teknik Pengumpulan Data
Proses penelitian dilakukan dengan cara menjabarkan peraturan SNI terkini
mengenai pembebanan gempa sesuai zonasi kegempaan di wilayah Indonesia, standar
peraturan struktur baja. Kemudian dilakukan analisis struktur dengan pemodelan 3
dimensi (3D) menggunakan software aplikasi SAP 2000. Data-data hasil analisis struktur
berupa gaya-gaya dalam dianalisa sebagai data perencanaan struktur.
9
10
III.4. Tahapan Penelitian
Untuk mendapatkan optimasi struktur baja akibat beban gempa maka perlu dilakukan
beberapa pemodelan struktur, kemudian hasil dari analisis struktur dibandingkan untuk
mendapatkan konfigurasi bentuk paling optimum. Adapun langkah-langkahnya lebih lengkap
dijelaskan dengan bagan alir sebagai berikut:
STUDI LITERATUR
- Konsep dan teori
- Review peraturan-peraturan
VERIFIKASI SOFTWARE
- Analisis 3D struktur baja
PEMODELAN STRUKTUR
-Pemodelan masing masing variasi konfigurasi struktur
baja dengan menggunakan software SAP 2000
ANALISIS MODAL
- Bentuk Modal
- Perioda waktu
- Frekuensi
- Defleksi maksimum
- Reaksi dan gaya dalam
ANALISIS DINAMIK
- Diagram tegangan
- Gaya dalam elemen
- Defleksi
KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
Gambar 3.2. Bagan alir penelitian
10
11
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1. Data Penelitian
Penelitian dilaksanakan untuk gedung yang berlokasi di Kota Tasikmalaya. Bangunan
menggunakan elemen baja baik elemen kolom maupun elemen balok. Sedangkan elemen pelat
lantai menggunakan bahan dari beton bertulang.
Gambar 4.1. Peta Gempa dengan Periode Ulang 2500 tahun T= 1 s
Sesuai dengan SNI 03-1726-2012
untuk perencanaan bangunan tahan gempa maka
diperoleh:
Ss = 1.098 ;
•
S1 = 0.364
Menentukan Koefisien Situs (Fa dan Fv) Setelah mendapatkan nilai Ss dan S1 didapat
nilai Fa dan Fv dengan cara interpolasi.
11
12
•
Setelah interpolasi didapat nilai Fa = 1.061 ; Fv = 1.672
•
Menentukan SMS dan SM1 SMS = Fa x Ss = 1.165 SM1 = Fv x S1 = 0.609 –
•
Menentukan SDS dan SD1
SDS = 2/3 x SMS = 0.777
SD1 = 2/3 x SM1 = 0.406
•
Menghitung parameter-parameter spektrum respons desain
•
Untuk periode yang lebih kecil dari T0, spektrum respon percepatan desain, Sa harus
diambil dari persamaan :
•
Menyusun grafik respon spektrum dengan perincian sebagai berikut:
12
13
Pada penelitian ini dilakukan pemodelan struktur berupa struktur simetris persegi panjang
yang memiliki 3 bidang portal horizontal X, 5 bidang portal pada arah sumbu horizontal Y,
serta 10 lantai pada sumbu vertikal. Denah struktur ditampilkan dalam gambar berikut :
13
14
Gambar 4.2. Struktur portal 10 lantai tampak depan dan samping
Gambar 4.3. Perspektif 3 (tiga) dimensi portal 10 lantai
14
15
Penetapan dimensi awal profil baja untuk diinputkan pada SAP 2000 adalah:
Gambar 4.4. Distribusi simpangan setinggi portal gedung
15
16
DAFTAR PUSTAKA
AISC (2005), “Seismic Provision for Structural Steel Building”, Chicago, American
Institute of Steel Construction.
Departemen Pekerjaan Umum, (2012), “ Tata Cara Perhitungan Struktur Baja untuk
Bangunan Gedung “, SNI-03-2012, Jakarta
Mustopo M., “Kajian Kinerja Link Yang Dapat Diganti Pada Struktur Rangka Baja
Berpengaku Eksentrik Tipe Split-K”, ITB-Bandung
Wijaya, Y., P., 2010, “Studi Stabilitas Pada Sistem Portal Baja Berpengaku
Eksentrik (Eccentrically Braced Frame)” Jurnal Rekayasa Sipil, Vol. 6, 2010,
Padang
16