BAB II STUDI LITERATUR 2.1. Mekanisme Terjadinya Gempa

Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
BAB II
STUDI LITERATUR
2.1. Mekanisme Terjadinya Gempa
Lapisan bumi terdiri atas lapisan kerak, mantel, dan inti bumi seperti terlihat pada Gambar
2.1 berikut ini.
Gambar 2. 1 Struktur Lapisan Dalam Bumi 5)
Lapisan kerakbumi atau disebut juga lithosphere mengapung diatas lapisan mantel/
astenosfer yang bersifat setengah cair dan sangat panas. Kerakbumi tersebut menutupi
seluruh permukaan bumi, namun akibat adanya aliran panas yang mengalir di dalam
astenosfer menyebabkan kerakbumi ini pecah menjadi beberapa bagian yang lebih kecil
yang disebut lempeng kerakbumi. Arus konveksi yang terjadi pada astenosfer merupakan
sumber kekuatan utama yang menyebabkan terjadinya pergerakan lempeng. Lempenglempeng yang saling berinteraksi (bergerak) tersebut terbagi menjadi 3 mekanisme, yaitu:
saling mendekat (konvergen), saling menjauh (divergen), dan saling berpapasan
(transform).
Pergerakan-pergerakan itulah yang menyebabkan terjadinya gempa bumi. Kulit bumi yang
terdeformasi akibat pergerakan tersebut akan mengumpulkan energi. Energi deformasi ini
akan terus terakumulasi sampai suatu saat energi ini tidak dapat ditahan lagi oleh kulit
bumi sehingga terjadi pergeseran secara tiba-tiba yang menyebabkan terjadinya gempa
bumi.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-1
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
2.2. Konsep Perencanaan Struktur Bangunan Baja Tahan Gempa
Tujuan desain bangunan tahan gempa adalah untuk mencegah terjadinya kegagalan
struktur dan kehilangan korban jiwa, dengan tiga kriteria standar sebagai berikut:
Tidak terjadi kerusakan sama sekali pada gempa kecil.
Ketika terjadi gempa sedang, diperbolehkan terjadi kerusakan arsitektural tetapi bukan
merupakan kerusakan struktural.
Diperbolehkan terjadinya kerusakan struktural dan non-struktural pada gempa kuat,
namun kerusakan yang terjadi tidak sampai menyebabkan bangunan runtuh.
Kemungkinan terjadinya gempa besar pada umur layan bangunan sangat kecil sehingga
merencanakan struktur tetap berprilaku elastik saat gempa besar terjadi sangat tidak
ekonomis. Dalam hal ini, lebih baik medisain dengan gempa rencana yang lebih kecil
tetapi dapat menyerap energi gempa tersebut dengan baik dari pada mendisain secara
elastis yang akan menghasilkan dimensi struktur yang besar. Faktor reduksi beban gempa
tersebut kita sebut faktor R, yaitu faktor modifikasi respon. Besarnya faktor R tersebut
berbeda untuk setiap jenis struktur (dapat dilihat pada Tabel 2.2).
Oleh karena itu, dalam perencanaan struktur baja tahan gempa konsep yang diterapkan
adalah disipasi energi melalui plastifikasi komponen struktur tertentu, tanpa menyebabkan
keruntuhan struktur sehingga kinerja struktur baja tahan gempa ditentukan oleh penyerapan
energi gempa secara efektif melalui terbentuknya sendi plastik pada komponen tersebut.
Bangunan kita rencanakan mengalami kelelehan pada daerah-daerah yang telah kita
tentukan dengan cara elemen-elemen struktur tidak dibuat sama kuat terhadap gaya yang
direncanakan, tetapi ada elemen-elemen struktur atau titik pada struktur yang dibuat lebih
lemah dibandingkan dengan yang lain dengan harapan di elemen atau titik itulah kegagalan
struktur terjadi pada saat beban maksimum bekerja. Perencanaan daerah yang mengalami
leleh tersebut ditentukan berdasarkan jenis strukutur. Dalam hal ini ada 3 jenis struktur,
yaitu sistem rangka pemikul momen, struktur rangka bresing konsentrik, struktur rangka
bresing eksentrik. Untuk lebih jelasnya, bagian yang mengalami kelelehan tersebut dapat
dilihat pada Gambar 2.2 dibawah ini.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-2
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Gambar 2. 2 Jenis struktur dan perencanaan bagian yang mengalami leleh 9)
Daerah-daerah yang telah kita tentukan akan terjadi leleh tersebut harus dapat dijamin
dapat menyerap energi gempa secara baik dan tidak boleh terjadi keruntuhan getas ataupun
fraktur pada komponen tersebut. Untuk menjamin hal ini pada saat terjadinya gempa besar,
maka persyaratan yang harus dipenuhi adalah:
a.
Bahan yang digunakan harus memenuhi persyaratan yang ditentukan oleh peraturan,
dalam hal ini SNI 03 1729 – 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk
Bangunan Gedung. Persyaratan tersebut akan dibahas pada Bab 2.3.
b.
Persyaratan mengenai kelangsingan elemen pelat sayap dan pelat badan pada
komponen struktur tahan gempa ditentukan lebih ketat untuk mencegah terjadinya
tekuk lokal pada elemen pelat penyusunnya. Dengan persyaratan yang lebih ketat,
maka komponen tersebut akan dapat memberikan kapasitas pemikulan beban dan
penyerapan energi gempa yang tinggi. Persyaratan kelangsingan elemen struktur baja
tahan gempa dapat dilihat pada Tabel 2.5.
c.
Kuat perlu dari sambungan dan komponen terkait lainnya harus direncanakan
berdasarkan tegangan leleh yang diperkirakan terjadi (bukan tegangan leleh nominal)
pada komponen yang direncanakan mengalami kerusakan.
fye = Ry fy
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-3
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
dimana :
fye = tegangan leleh yang diperkirakan terjadi pada komponen
fy = tegangan leleh nominal menurut spesifikasi
Ry = faktor kuat leleh = fye / fy > 1.0
Untuk profil dan batang baja gilas Ry adalah 1,5 bila digunakan BJ 41 atau lebih lunak
dan 1,3 bila digunakan BJ 50 atau lebih keras. Untuk pelat baja nilai Ry adalah 1,1 dan
nilai Ry lainnya dapat dipergunakan bila dapat didukung oleh hasil percobaan.
Pada saat terjadi gempa besar, sistem sambungan yang telah direncanakan secara
nominal lebih kuat daripada komponen yang disambung bisa saja gagal. Hal ini, dapat
terjadi karena kekuatannya tidak direncanakan berdasarkan tegangan leleh aktual dari
komponen yang disambung yang kenyataannya lebih besar dari nilai tegangan leleh
nominalnya.
d.
Sistem sambungan harus direncanakan mampu bertahan akibat pembebanan bolakbalik yang terjadi tanpa menyebabkan penurunan kemampuan menyerap energi. Hal
ini ditunjukkan dengan kurva histeretik yang gemuk dan stabil. Sambungan baut
cenderung menunjukkan kurva histeretik yang mengalami pinching akibat slip atau
lelehnya baut atau pelat penyambung. Oleh sebab itu sistem sambungan baut dan pelat
penyambung harus direncanakan lebih kuat dari komponen yang disambung.
Kekurangan yang dimiliki sambungan baut ini tidak serta merta dapat diatasi dengan
penggunaan sambungan las, kecuali dengan persyaratan yang ketat tentang bahan dan
proses pengelasan. Cacat-cacat yang terjadi pada sambungan las merupakan salah satu
sumber utama kegagalan struktur baja tahan gempa 7).
2.2.1. Waktu Getar Alami Struktur Gedung
Waktu getar alami struktur gedung diperlukan untuk mencari nilai Cl, yaitu nilai faktor
respon gempa yang didapat dari spectrum respons gempa rencana. Sebagai acuan awal
nilai waktu getar alami struktur gedung (T) dapat ditentukan dengan persamaan di bawah
ini.
T = 0,085 H(3/4) untuk portal baja.
(2.1)
T = 0,06 H(3/4)
(2.2)
untuk portal beton.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-4
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
T= Dengan :
,
√
untuk struktur lain.
(2.3)
H = tinggi struktur (m)
B = lebar strukur dalam arah gempa yang ditinjau
Nilai yang didapat dari persamaan diatas hanya nilai T perkiraan awal yang selanjutnya
akan ditentukan oleh persamaan dibawah ini.
∑ 6,3 ∑ 2.4
Dimana :
Wi
= berat lantai tingkat ke-i.
Fi
= beban gempa statik ekivalen (beban gempa lantai ke-i).
di
= simpangan horizontal lantai ke-i.
g
= percepatan grafitasi = 9,81 m/det2.
Untuk mencegah penggunaan struktur bangunan gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu
getar alami fundamental T dari struktur bangunan gedung harus dibatasi, bergantung
pada koefisien ζ untuk Wilayah Gempa dan jenis struktur bangunan gedung, menurut
persamaan:
T1< ζH3/4
(2.5)
di mana H adalah tinggi total struktur dalam meter dan koefisien ζ ditetapkan menurut
Tabel 2.1.
Tabel 2. 1 Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami struktur gedung 10)
Wilayah Gempa & Jenis Struktur
Sedang & ringan; rangka baja
ζ
0,019
Sedang & ringan; rangka beton dan RBE 0,102
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
Sedang & ringan; bangunan lainnya
0,068
Berat; rangka baja
0,111
Berat; rangka beton dan RBE
0,095
Berat; bangunan lainnya
0,063
II-5
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
2.2.2. Gaya Geser Dasar Rencana
Menurut SNI 03-1726-2003, Gaya geser dasar rencana total, V, pada suatu arah ditetapkan
sebagai berikut :
!
2.6
Dimana :
V
= gaya geser dasar rencana total
Wt
= berat total struktur
Cl
= nilai faktor respon gempa
R
= faktor modifikasi respon atau faktor reduksi beban gempa
I
= faktor kepentingan struktur
Berat total struktur Wt ditetapkan sebagai jumlah dari beban-beban berikut ini:
1.
Beban mati total dari struktur bangunan.
2.
Bila digunakan dinding partisi pada perencanaan lantai maka harus diperhitungkan
tambahan beban sebesar 0,5 kPa.
3.
Pada gudang-gudang dan tempat-tempat penyimpanan barang maka sekurangkurangnya 25% dari beban hidup rencana harus diperhitungkan.
4.
Beban tetap total dari seluruh peralatan dalam struktur bangunan harus
diperhitungkan.
Nilai faktor respon gempa (Cl) didapat dari spectrum respons gempa rencana menurut
Gambar 2.3 untuk waktu getar alami fundamental (T).
Gambar 2. 3 Respons spectrum gempa rencana 10)
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-6
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Lanjutan Gambar 2. 3 Respons spectrum gempa rencana 10)
Penentuan wilayah gempa di Indonesia ditentukan dari peta wilayah gempa Indonesia
seperti terlihat pada Gambar 2.4. Indonesia ditetapkan terbagi dalam 6 Wilayah Gempa, di
mana Wilayah Gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah
Gempa 6 dengan kegempaan paling tinggi. Pembagian wilayah gempa ini, didasarkan
atas percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa rencana dengan perioda
ulang 500 tahun. Wilayah gempa ringan adalah wilayah 1 dan 2, wilayah gempa sedang
adalah wilayah 3 dan 4, dan wilayah gempa berat adalah wilayah 5 dan 6.
Nilai R untuk tiap-tiap struktur dapat dilihat pada Tabel 2.2 sedangkan faktor keutamaan I
dapat dilihat pada Tabel 2.3.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-7
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Gambar 2. 4 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar
dengan periode ulang 500 tahun 10)
Tabel 2. 2 Faktor reduksi beban gempa dan faktor kuat cadang struktur Ώ0 11)
Sistem Struktur
Deskripsi Sistem Pemikul Beban Gempa
R
1. Sistem Dinding Penumpu
1. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan dan bresing baja tarik
[Sistem struktur yang tidak memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi
secara lengkap. Dinding penumpu atau sistem bresing memikul hampir
semua beban gravitasi. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka
2. Rangka bresing di mana bresing memikul beban gravitasi
bresing.]
Ώ0
2,8 2,2
4,4 2,2
2. Sistem Rangka Bangunan
1. Sistem rangka bresing eksentris (SRBE)
[Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul
beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau
rangka bresing.]
2. Sistem Rangka bresing konsentrik biasa (SRBKB)
7,0 2,8
5,6 2,2
3. Sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK)
6,4 2,2
3. Sistem Rangka Pemikul Momen
1. Sistem rangka pemikul momen khusus (SRPMK)
8,5 2,8
[Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul
beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul
momen terutama melalui mekanisme lentur.]
2. Sistem rangka pemikul momen terbatas (SRPMT)
6,0 2,8
3. Sistem rangka pemikul momen biasa (SRPMB)
4,5 2,8
4. Sistem rangka batang pemikul momen khusus (SRBPMK)
6,5 2,8
4. Sistem Ganda
1. Dinding geser beton dgn SRPMB baja
4,2 2,8
2. SRBE baja
a. Dengan SRPMK baja
Terdiri dari : 1) rangka ruang yang memikul seluruh beban; 2) pemikul
beban lateral berupa diding geser atau rangka bresing dengan rangka
b. Dengan SRPMB baja
pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara
3.
SRBKB
baja
terpisah namun memikul sekurang-kurangnya 25 % dari seluruh beban
lateral; 3)kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersamaa. Dengan SRPMK baja
sama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi sistem ganda
b. Dengan SRPMB baja
8,5 2,8
4,2 2,8
6,5 2,8
4,2 2,8
4. SRBKK baja
5. Sistem Bangunan Kolom Kantilever
a. Dengan SRPMK baja
7,5 2,8
b. Dengan SRPMB baja
4,2 2,8
Komponen struktur kolom kantilever
2,2 2,0
[Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul
beban lateral.]
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-8
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Nilai-nilai R ditentukan dan dimutakhirkan berdasarkan penelitian yang berkembang
mengenai kinerja sistem struktur dalam mengembangkan daktilitas dan kuat cadangnya.
Tabel 2. 3 Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori dan bangunan 10)
No
1
2
3
4
5
Kategori Gedung
Faktor
Keutamaan (I)
Gedung umum seperti untuk penghunian,
Perniagaan dan perkantoran.
Monumen dan bangunan monumental
Gedung penting pasca gempa seperti rumah
sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga
listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan
darurat, fasilitas radio dan televisi.
Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya
seperti gas, produk minyak bumi, asam,
bahan beracun.
Cerobong, tangki diatas menara
1
1.6
1.4
1.6
1.5
2.2.3. Beban Gempa Perlantai
Gaya geser dasar rencana, V menurut persamaan 2.6 harus dibagikan sepanjang tinggi
struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi, yang menangkap
pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan 10):
"
∑ "
2.7
Dimana :
Wi
= berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai.
Zi
= ketinggian lantai tingkat ke-I diukur dari taraf penjepitan lateral.
n
= nomor lantai tingkat paling atas.
V
= gaya geser dasar rencana
Apabila rasio antara tinggi struktur bangunan gedung dan ukuran denahnya dalam arah
pembebanan gempa sama dengan atau melebihi 3, maka 0,1V harus dianggap sebagai
beban horisontal terpusat yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat paling atas,
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-9
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
sedangkan 0,9V sisanya harus dibagikan sepanjang tinggi struktur bangunan gedung
menjadi beban-beban Gempa Nominal statik ekuivalen menurut persamaan 2.7 10).
2.2.4. Pembebanan Gempa 2 Arah
Dalam
perencanaan
struktur bangunan
gedung,
arah
utama pengaruh
Gempa
rencana harus ditentukan sehingga memberi pengaruh terbesar terhadap unsur-unsur
subsistem dan sistem struktur bangunan gedung secara keseluruhan. Untuk mensimulasikan
arah pengaruh gempa rencana yang sembarang terhadap struktur bangunan gedung,
pengaruh pembebanan gempa dalam arah utama harus dianggap efektif 100% dan harus
dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh pembebanan gempa dalam arah tegak lurus
pada arah utama pembebanan tadi, tetapi dengan efektifitas hanya 30%.
30% Ey, f(Ty)
100% Ey, f(Ty)
100% Ex, f(Tx)
30% Ex, f(Tx)
Pusat massa
Pusat massa
Pembebanan gempa arah +X
Pembebanan gempa arah +Y
100% -Ex, f(Tx)
Pusat massa
Pusat massa
30% -Ex, f(Tx)
100% -Ey, f(Ty)
30% -Ey, f(Ty)
Pembebanan gempa arah -X
Pembebanan gempa arah -Y
Gambar 2. 5 Pembebanan gempa 2 arah
2.2.5. Pengaruh Efek P-Delta
Pengaruh P-Delta adalah suatu gejala yang terjadi pada struktur bangunan gedung yang
fleksibel, di mana simpangan lateral yang besar akibat beban gempa menimbulkan
beban tambahan akibat momen guling yang terjadi oleh beban gravitasi yang titik
tangkapnya menyimpang ke samping. Pengaruh P-Delta ini berpengaruh untuk struktur
bangunan gedung yang tingginya lebih dari 10 tingkat atau 40 meter diukur dari taraf
penjepitan lateral 10).
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-10
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
2.2.6. Simpangan Antar Lantai
Struktur tahan gempa harus mempunyai kekakuan yang cukup, oleh karena itu simpangan
struktur pada saat menerima gaya gempa harus dibatasi semikian rupa agar struktur tidak
bergoyang terlalu jauh (tidak stabil). Jika tidak, bisa saja mengakibatkan korban jiwa pada
saat terjadinya gempa serta memberikan efek yang tidak nyaman kepada pengguna
bangunan karena bangunan bergoyang terlalu jauh. Simpangan struktur tersebut dihitung
berdasarkan simpangan yang terjadi pada setiap lantai. Simpangan antar lantai dihitung
berdasarkan respons simpangan inelastik maksimum, ∆M, dihitung sebagai berikut 11):
∆M = 0,7 R∆S
(2.8)
dengan R adalah faktor modifikasi respons.
Pada persamaan diatas, ∆S adalah respons statis simpangan elastik struktur yang terjadi di
titik-titik kritis akibat beban gempa horizontal rencana. Dalam melakukan perhitungan
simpangan tersebut pengaruh translasi dan rotasi bangunan harus diperhitungkan.
Simpangan elastis struktur juga dapat dihitung menggunakan analisis dinamis.
Simpangan antar lantai dibatasi harganya sebagai berikut 11):
Untuk T ≤ 0,7 detik, maka
Untuk T > 0,7 detik, maka
∆M
≤ 2,5%
h
∆M
≤ 2, 0%
h
(2.9)
(2.10)
2.2.7. Kinerja Struktur Bangunan Baja Tahan Gempa
Kinerja batas layan struktur bangunan gedung ditentukan oleh simpangan antar tingkat
akibat pengaruh Gempa Nominal, yaitu untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan
peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah kerusakan non-struktur.
Simpangan antar tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur bangunan gedung
tersebut akibat pengaruh Gempa nominal yang telah dikalikan dengan Faktor Skala.
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur bangunan gedung, dalam
segala hal simpangan antar tingkat yang dihitung dari simpangan struktur bangunan
gedung maka persyaratan berikut harus dipenuhi 10):
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-11
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
 0,03

h , 30 mm 
∆ = min 
 R

(2.11)
Dimana:
∆M
= simpangan maksimum antar lantai.
R
= faktor modifikasi respon atau faktor reduksi beban gempa.
h
= tinggi tiap lantai.
2.2.8. Eksentrisitas Struktur
Pusat massa lantai tingkat suatu struktur bangunan gedung adalah titik tangkap resultante
beban mati, berikut beban hidup yang sesuai, yang bekerja pada lantai tingkat itu. Pada
perencanaan struktur bangunan gedung, pusat massa adalah titik tangkap beban gempa
statik ekuivalen atau gaya gempa dinamik.
Pusat rotasi lantai tingkat suatu struktur bangunan gedung adalah suatu titik pada lantai
tingkat itu yang bila suatu beban horisontal bekerja padanya, lantai tingkat
tersebut tidak berotasi, tetapi hanya bertranslasi, sedangkan lantai-lantai tingkat
lainnya yang tidak mengalami beban horisontal semuanya berotasi dan bertranslasi.
Antara pusat massa dan pusat rotasi lantai tingkat harus ditinjau suatu eksentrisitas rencana
ed diukur dari pusat rotasi lantai. Eksentrisitas rencana ed harus ditentukan sebagai berikut
10)
:
untuk 0 < e < 0,3 b:
ed = 1,5 e + 0,05b
(2.12)
atau
ed = e - 0,05 b
(2.13)
dan dipilih di antara keduanya yang pengaruhnya paling menentukan untuk unsur atau
subsistem struktur bangunan gedung yang ditinjau;
untuk e > 0,3 b:
ed = 1,33 e + 0,1 b
(2.14)
atau
ed = 1,17 e - 0,1 b
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
(2.15)
II-12
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
dan dipilih di antara keduanya yang pengaruhnya paling menentukan untuk unsur atau
subsistem struktur bangunan gedung yang ditinjau.
Keterangan:
e = eksentrisitas struktur
ed = eksentrisitas rencana
b = ukuran horisontal terbesar denah struktur bangunan gedung pada lantai tingkat itu,
diukur tegak lurus pada arah pembebanan gempa
2.3. Persyaratan Bahan Untuk Struktur Baja Tahan Gempa
Untuk struktur baja tahan gempa, bahan yang digunakan harus mempunyai sifat yang
daktail. Hal ini bertujuan agar terjadi penyerapan energi gempa secara efektif. Maka
persyaratan bahan baja yang direncanakan sebagai komponen struktur pemikul beban
gempa harus memenuhi ketentuan sebagai berikut 11):
a.
Perbandingan tegangan leleh terhadap tegangan putus tariknya adalah kurang dari
0,85,
b.
Hubungan tegangan-regangan harus memperlihatkan daerah plateau yang cukup
panjang,
c.
Pengujian uniaksial tarik pada spesimen baja memperlihatkan perpanjangan
maksimum tidak kurang daripada 20% untuk daerah pengukuran sepanjang 50 mm,
d.
Mempunyai sifat relatif mudah dilas.
Selain itu, tegangan leleh minimum dari bahan baja untuk komponen struktur dengan
perilaku inelastis diharapkan akan terjadi berkenaan dengan kombinasi pembebanan tidak
boleh melebihi 350 MPa, kecuali bila dapat ditunjukkan secara eksperimen atau secara
rasional bahwa bahan baja yang digunakan sesuai untuk tujuan tersebut. Persyaratan ini
tidak berlaku bagi kolom yang diharapkan perilaku inelastisnya hanya akan terjadi pada
dasar kolom yang mengalami leleh pada tingkat paling bawah.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-13
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
2.4. Perencanaan Komponen Struktur
2.4.1. Komponen yang Memikul Gaya Aksial Tekan
Secara umum, kondisi batas kekuatan batang tekan dipengaruhi oleh kondisi tekuk
(buckling) akibat ketidakstabilan. Hal ini dapat saja terjadi jauh sebelum batang tekan
mencapai kondisi leleh.
Sebuah batang yang memikul gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor, Nu harus
direncanakan sedemikian rupa sehingga selalu terpenuhi hubungan :
Nu ≤ φ Nn
(2.16)
Keterangan:
φn
adalah faktor reduksi kekuatan = 0,85.
Nn
adalah kuat tekan nominal komponen struktur.
Kondisi batas kekuatan batang/kolom yang memikul beban aksial tekan ditentukan oleh:
1.
Tekuk lentur (flexural buckling), yaitu batang kolom mengalami lentur terhadap
sumbu lemah.
Pada kolom yang menekuk lentur, kuat tekan nominal kolom dihitung sebagai berikut.
Nn = Agfcr = Ag
fcr =
fy
(2.17)
ω
fy
(2.18)
ω
dimana :
kondisi leleh umum
: λ c ≤ 0, 25
kondisi tekuk inelastik
: 0, 25 < λ c < 1, 2 maka ω =
kondisi leleh umum
: λ c ≥ 1, 2
dengan λ c =
1 Lk
π r
maka ω = 1, 0
1, 43
1,6 − 0,67λ c
maka ω = 1, 25λ c 2
fy
E
(2.19)
(2.20)
(2.21)
(2.22)
Keterangan:
Ag adalah luas penampang bruto, mm2
fcr adalah tegangan kritis penampang, MPa
fy adalah tegangan leleh material, MPa
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-14
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
2.
Tekuk lokal (local buckling), yaitu terjadi pada elemen pelat pada penampang (sayap
atau badan) yang menekuk karena terlalu tipis. Ini dapat terjadi sebelum batang/kolom
menekuk lentur secara keseluruhan. Apabila beban aksial tekan yang menyebabkan
tekuk pada pelat penampang lebih kecil daripada beban aksial tekan yang
menyebabkan tekuk lentur, maka keruntuhan batang akan ditentukan oleh beban yang
lebih kecil yaitu pada saat terjadinya tekuk pada pelat penampang (tekuk lokal). Agar
tekuk lokal tidak terjadi maka harga kelangsingan (rasio antara lebar terhadap tebal)
pelat-pelat penampang harus dibatasi. Batas kelangsingan penampang dapat dilihat
pada Tabel 2.4.
Selain itu, syarat kelangsingan komponen struktur tekan harus lebih kecil dari 200,
$
%&
'
( 200
(2.23)
Tabel 2. 4 Nilai batas perbandingan lebar terhadap tebal, λp ,untuk elemen tekan 11)
Jenis Elemen
Perbandingan
Lebar terhadap tebal
(λ)
Perbandingan Maksimum
Lebar terhadap tebal
(λp)
b
tf
170
fy
untuk : N u φ N y ≤ 0.125
h
tw
1680  2.75 Nu
1 −
φNy
f y 



untuk : N u φ N y > 0.125
500
fy

N
 2.33 − u
φ
Ny

 665
 ≥
fy

Untuk perencanaan struktur bangunan tahan gempa, batasan kelangsingan penampang
lebih diperketat lagi agar tekuk lokal tidak terjadi akibat beban gempa yang terjadi.
Batasan kelangsingan untuk struktur bangunan tahan gempa dapat dilihat pada Tabel
2.5.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-15
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Tabel 2. 5 Nilai batas perbandingan lebar terhadap tebal, λ p ,
untuk elemen tekan pada perencanaan struktur baja tahan gempa 11)
Jenis Elemen
Perbandingan
Lebar terhadap tebal
(λ)
Perbandingan Maksimum
Lebar terhadap tebal
(λp)
b
tf
135
fy
untuk : N u φ N y ≤ 0.125
h
tw
1365  1.54 Nu
1 −
φNy
f y 
untuk : N u φ N y > 0.125
500
fy
3.




N
 2.33 − u
φ Ny

 665
 ≥
fy

Tekuk torsi (torsional buckling).
Elemen pelat pada penampang berputar atau memuntir terhadap sumbu batang. Tekuk
ini terjadi pada profil siku ganda dan T. Gaya tekan P akan bekerja pada titik pusat
massa profil Cg, sedangkan profil akan memberikan perlawanan yang berpusat pada
titik pusat geser Cv. Perbedaan ini akan menyebabkan munculnya momen pada profil
berupa puntir/torsi pada sumbu batangnya.
Kuat nominal kolom yang mengalami tekuk torsi dapt dihitung sebagai berikut:
N nlt = Ag f clt
(2.24)
f./0 1 f./2
4f./0 f./2 H
*+! ,
3 41 6 1 6
:
2
8f 1 f 9
./0
./2
2.25
fcry = tegangan kritik untuk kasus tekuk lentur terhadap sumbu lemah y-y.
fcrz = tegangan kritik untuk kasus tekuk lentur terhadap sumbu batang.
f0
ω
GJ
ArA
f./0 f./2
B modulus geser bahan Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
2.26
E
21 1 P
2.27
2.28
II-16
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
E = modulus elastic bahan
v = poisson’s ratio
1
R momen inersia polar atau konstanta puntir W bX t X
3
bi = panjang bagian penampang i
2.29
ti = tebal penampang i
rA x0, y0
I[ 1 I0
1 x 1 y
A
A
2.30
= jarak pusat geser penampang terhadap titik berat penampang
= luas penampang bruto.
x 1 y
16
rA
2.31
2.4.2. Komponen yang Memikul Gaya Aksial Tarik
Kuat tarik nominal batang tarik, tanpa lubang, dinyatakan sebagai perkalian luas bruto
profil dengan tegangan leleh baja profil yang digunakan. Walaupun kekuatan aktual dari
suatu batang tarik bisa saja melampaui tegangan lelehnya sebagai akibat dari pengerasan
regangan (strain hardening). Akan tetapi nilai tersebut tidak diambil, karena pelelehan
umum di sepanjang batang akan menyebabkan perubahan yang terlalu besar pada batang
tarik sehingga dikhawatirkan tidak berfungsi lagi seperti yang diharapkan.
Komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial terfaktor Nu harus memenuhi:
Nu ≤ φ Nn
(2.32)
dengan φ Nn adalah kuat tarik rencana yang besarnya diambil sebagai nilai terendah di
antara dua perhitungan menggunakan harga-harga φ dan Nn di bawah ini:
φ = 0,9
Nn = Ag f y
(2.33)
dan
φ = 0,75
Nn = Ae fu
(2.34)
Keterangan:
Ag adalah luas penampang bruto, mm2
Ae adalah luas penampang efektif, mm2
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-17
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
fy adalah tegangan leleh, MPa
fu adalah tegangan tarik putus, Mpa
Penampang efektif
Luas penampang efektif komponen struktur yang mengalami gaya tarik ditentukan sebagai
berikut:
Ae = AU
(2.35)
Keterangan :
A adalah luas penampang, mm2
U adalah faktor reduksi
= 1 - (x / L) ≤ 0,9,
x
(2.36)
adalah eksentrisitas sambungan, jarak tegak lurus arah gaya tarik, antara titik
berat penampang komponen yang disambung dengan bidang sambungan, mm
L adalah panjang sambungan dalam arah gaya tarik, yaitu jarak antara dua baut
yang terjauh pada suatu sambungan atau panjang las dalam arah gaya tarik, mm
Kelangsingan batang tarik
Meskipun stabilitas bukan merupakan suatu kriteria dalam desain batang tarik, akan tetapi
untuk menghindari bahaya yang timbul akibat getaran/vibrasi yang terjadi pada batang
tarik, maka batang tarik harus didisain cukup kaku. Dengan memperhatikan ketentuan
mengenai stabilitas batang tarik, maka ditentukan batas kelangsingan batang λ, sebagai
berikut:
λ ≤ 240, untuk komponen utama,
λ ≤ 300, untuk komponen sekunder
2.4.3. Komponen yang Memikul Momen Lentur.
Sebuah balok yang memikul beban lentur murni terfaktor, Mu harus direncanakan
sedemikian rupa sehingga selalu terpenuhi hubungan :
Mu ≤ φMn
(2.37)
dimana :
Keterangan:
Mu
adalah momen lentur terfaktor, N-mm
φ
adalah faktor reduksi = 0,9
Mn
adalah kuat nominal dari momen lentur penampang, N-mm
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-18
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Kelangsingan penampang
Pengertian penampang kompak, tak-kompak, dan langsing suatu komponen struktur yang
memikul lentur, ditentukan oleh kelangsingan elemen-elemen tekannya yang ditentukan
pada Tabel 2.4.
Untuk penampang yang digunakan dalam perencanaan struktur baja tahan gempa maka
batas kelangsingannya ditentukan oleh Tabel 2.5.
Penentuan Mn dengan kondisi batas Tekuk Torsi Lateral dengan Penampang
Kompak ( λ ≤ λ p )
Kuat komponen struktur dalam memikul momen lentur tergantung dari panjang bentang
antara dua pengekang lateral yang berdekatan, L. Batas-batas bentang pengekang lateral
ditentukan dalam Tabel 2.6
Tabel 2. 6 Bentang untuk pengekangan lateral 11)
Profil
IWF
Lp
1.76 * ry
Lr
E
fy
X 
ry  1  1 +
 fL 
f L = f y − fr
X1 =
π
S
1 + X 2 f L2
EGJA
2
 S 
X2 = 4

 GJ 
2
Iw
Iy
1. Kondisi plastis sempurna ( Lb ≤ L p )
M n = M p = Z x * f y ≤ 1.5* M y
(2.38)
2. Kondisi tekuk Torsi-lateral inelastik ( L p < Lb < Lr )

 Lb − L p
M n = Cb  M p − ( M p − M r ) 
 Lr − L p



  ≤ M p
 
(2.39)
Dimana:
Cb =faktor pengali momen lentur nominal (bending coefficients)
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-19
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Cb =
12,5M max
2,5M max + 3M1/ 4 L + 4M 1/ 2 L + M 3/ 4 L
(2.40)
Keterangan :
Mmax adalah momen maksimum dari bentang yang ditinjau
M1/4L adalah momen pada 1/4 bentang yang ditinjau
M1/2L adalah momen pada 1/2 bentang yang ditinjau
M3/4L adalah momen pada 3/4 bentang yang ditinjau
Nilai M n dibatasi tidak boleh lebih besar dari nilai M p yaitu harga momen lentur pada
kondisi plastik sempurna tanpa mengalami tekuk lokal maupun torsi-lateral
3. Kondisi Tekuk Torsi Lateral Elastik ( Lb ≥ L p )
π
πE 
M n = Mcr = Cb
EI y GJ + 
 I y I w ≤ Mp
L
 L 
2
(2.41)
Geser Pada Balok
Pelat badan yang memikul gaya geser perlu (Vu) harus memenuhi:
V u ≤ φV n
(2.42)
Keterangan:
φ adalah faktor reduksi kuat geser, diambil 0,9
Vn adalah kuat geser nominal, dianggap disumbangkan hanya oleh pelat badan
Kuat geser nominal Vn, ditentukan oleh kondisi batas leleh atau tekuk pada pelat badan.
a.
Leleh pada pelat badan (plastik sempurna)
Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/tw, memenuhi:
^
kbE
a 1,10
_`
f0c
Dengan :
d 5 1
5
a e f
h
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
2.43
2.44
II-20
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Maka kuat geser nominal pelat badan harus dihitung sebagai berikut:
Vn = 0,6 fyw Aw
a
= jarak antar pelat pengaku lateral penampang
fyw = tegangan leleh pelat badan
Aw = luas kotor pelat badan
b.
Tekuk inelastik pada pelat badan
Jika kelangsingan pelat badan memenuhi hubungan:
1,10
kbE
^
kbE
(
( 1,37
f0c _`
f0c
2.45
Maka kuat geser nominal pelat badan harus dihitung sebagai berikut:
vb 0,6 f0c Ac 41,10 c.
kbE 1
:
f0c ^
_`
2.46
Tekuk elastik pada pelat badan
Jika kelangsingan pelat badan memenuhi hubungan:
^
kbE
h 1,37
_`
f0c
2.47
Maka kuat geser nominal pelat badan harus dihitung sebagai berikut:
vb 0,9 E k b Ac
^ e_ f
`
2.48
2.4.4. Komponen yang Memikul Gaya Kombinasi.
Komponen struktur yang mengalami momen lentur dan gaya aksial harus direncanakan
memenuhi ketentuan sebagai berikut:
ij_id
kl
h 0,2
m k
Mo0
kl
8 Mo[
1 ,
1
3 a 1,0
m k 9 mp qr mp qs
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
2.49
II-21
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
ij_id
kl
( 0,2
m k
Mo0
kl
Mo[
1,
1
3 a 1,0
2m k
mp qr mp qs
2.50
Keterangan:
Nu adalah gaya aksial (tarik atau tekan) terfaktor, N
Nn adalah kuat nominal penampang, N
Mux, Muy adalah momen lentur terfaktor terhadap sumbu-x dan sumbu-y, N-mm
Mnx, Mny adalah kuat nominal lentur penampang terhadap sumbu-x dan sumbu-y, N-mm
φn = 0,90 (leleh) tarik
φn = 0,75(fraktur) tarik
φn = 0,85 tekan
φb = 0,90 lentur
Pada perencanaan kolom, besarnya kuat perlu lentur kolom pada persamaan 2.57 dan 2.58
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.59 dan 2.60 sebagai berikut:
Mux = δbx Mntux + δsx Mltux
(2.51)
Muy = δby Mntuy + δsx Mltuy
(2.52)
Mnt dan Mlt dapat dihitung dengan melakukan superposisi terhadap perhitungan sruktur
pada kondisi struktur tidak bergoyang dn kondisi struktur bergoyang, dimana Mnt adalah
besarnya momen kolom akibat struktur tidak bergoyang dan Mlt adalah besarnya momen
kolom akibat struktur bergoyang.
Faktor amplifikasi momen
a.
Faktor amplifikasi momen akibat kelengkungan kolom yang tak bergoyang, δb
Besarnya δb untuk masing-masing kolom pada persamaan 2.59 dan 2.60 dihitung
sebagai berikut:
δb =
cm

Nu 
1 −

 N crb 
≥1
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
(2.53)
II-22
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
dimana:
Nu
= gaya tekan terfaktor (ultimit) pada kolom tersebut.
Ncrb = beban kritis euler daru kolom tersebut. dengan faktor panjang tekuk, k = 1.0,
bukan beban kritis yang sebenarnya.
cm
= faktor modifikasi momen, memperhitungkan distribusi momen yang tak
seragam sepanjang kolom, dapat digunakan nilai-nilai sebagai berikut:
i.
Kolom tak bergoyang tanpa beban transversal:
cm = 0,6 – 0,4βm
(2.54)
βm = (Mkecil/ Mbesar) pada ujung-ujung kolom dengan harga:
(2.55)
(+) : kelengkungan ganda pada kolom.
(-) : kelengkungan tunggal pada kolom.
ii. Kolom tak bergoyang dengan beban transversal:
b.
cm = 1.0 : ujung-ujung sendi, dapat berotasi.
(2.56a)
cm = 0.85 : ujung-ujung jepit, tidak berotasi.
(2.57b)
Faktor amplifikasi momen akibat kelengkungan kolom yang bergoyang, δs
Faktor amplifikasi momen akibat goyangan lantai, δs dapat dihitung melalui
persamaan 2.65 atau 2.66 sebagai berikut:
δs =
1
∑ Nu  ∆oh
1−
∑ H  L



≥ 1.0
(2.58)
atau
δs =
1
∑N
1−
∑N
≥ 1.0
(2.59)
u
crs
dimana:
∑Nu
: jumlah gaya aksial tekan terfaktor akibatbeban gravitasi dari seluruh kolom
pada satu tingkat struktur yang ditinjau.
Ncrs
: beban kritis elastik kolom pada arah lentur pada bidang goyangan, (L/r)
dalam arah lentur.
∆oh
: jumlah gaya horizontal antai lantai dari tingkat yang ditinjau.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-23
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
∑H
: jumlah gaya horizontal yang menyebabkan goyangan sebesar ∆oh pada
tingakt yang ditinjau.
(∆oh/L) : indeks simpangan lantai, digunakan sebagai kriteria perencanaan bangunan.
2.5. Konfigurasi Struktur
Struktur dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu:
2.5.1. Sistem Rangka Pemikul Momen (Moment Resisting Frames)
Sistem Rangka Pemikul Momen mempunyai kemampuan menyerap energi yang baik,
tetapi memerlukan terjadinya simpangan antar lantai yang cukup besar supaya timbul
sendi-sendi plastis pada balok yang akan berfungsi untuk menyerap energi gempa.
Simpangan yang terjadi begitu besar akan menyebabkan struktur tidak kaku sehingga
mengakibatkan kerusakan non-struktural yang besar disamping akan menambah pengaruh
P-∆ efek.
2.5.2. Sistem Rangka Bresing Konsentrik (Concentrically Braced Frames)
Sistem Rangka Bresing Konsentrik merupakan pengembangan dari sistem portal tak
berpengaku atau lebih dikenal dengan Moment Resisting Frames (MRF). Sistem CBF
dikembangkan sebagai sistem penahan gaya lateral dan memiliki tingkat kekakuan yang
cukup baik. Hal ini bertolak belakang dengan sistem MRF yang hanya bisa digunakan
sebagai penahan momen. Kekakuan sistem ini terjadi akibat adanya elemen pengaku yang
berfungsi sebagai penahan gaya lateral yang terjadi pada struktur. Sistem ini penyerapan
energinya dilakukan melalui pelelehan yang dirancang terjadi pada pelat buhul. Sistem ini
daktilitasnya kurang begitu bagus sehingga kegagalannya ditentukan oleh tekuk bresing.
Bentuk-bentuk sistem rangka berpengaku konsentrik ini diperlihatkan pada Gambar 2.6.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-24
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Gambar 2.6 Konfigurasi sistem rangka berpengaku konsentrik 3)
2.5.3. Sistem Rangka Bresing Eksentrik (Eccentrically Braced Frame)
Kekurangan pada sistem CBF dalam menerima gaya lateral telah diatasi dengan
munculnya sistem EBF. Sistem portal EBF ini pertama kali diperkenalkan oleh Popov
yang sekarang telah banyak digunakan untuk sistem bangunan tahan terhadap beban lateral
seperti gempa. Sistem EBF mempunyai nilai daktilitas yang lebih tinggi dibandingkan
dengan CBF yang lebih mengutamakan pada kekuatan strukturnya. Tingginya nilai
daktilitas pada sistem EBF akibat adanya element link yang berfungsi sebagai pendisipasi
energi ketika struktur menerima beban gempa. Pendisipasian energi ini diwujudkan dalam
bentuk plastifikasi pada elemen link tersebut. Bentuk-bentuk sistem portal EBF dapat
dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Konfigurasi sistem rangka berpengaku eksentrik 3)
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-25
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
2.6. Elemen Link
Perilaku link pada suatu sistem EBF bisa berupa moment link dan bisa sebagai shear link
tergantung dari panjang pendeknya element link. Link adalah elemen yang berperilaku
sebagai balok pendek yang pada kedua sisinya bekerja gaya geser dengan arah yang
berlawanan serta momen yang diakibatkan oleh gaya geser tersebut. Akibat gaya geser
yang bekerja berlawanan arah maka momen yang bekerja pada ujung-ujungnya
mempunyai besar dan arah yang sama (Gambar 2.8). Kedua gaya tersebut akan
mengakibatkan terjadinya plastisifikasi pada elemen link.
M
M
V
e
V
Gambar 2.8 Gaya-gaya pada elemen link
Seperti telah dijelaskan diatas bahwa elemen link berguna untuk mendisipasi energi
gempa, maka elemen tersebut harus direncanakan secara khusus agar fungsi tersebut dapat
tercapai. Untuk mencapai fungsi ini perencanaan elemen link harus memperhatikan bahwa
elemen-elemen lain diluar link harus tetap berprilaku elastis saat elemen link telah
mencapai kelelehan.
2.6.1. Konsep Perencanaan Elemen Link
Gaya-gaya yang mendominasi pada suatu elemen link adalah gaya geser dan gaya lentur.
Berdasarkan kedua gaya tersebut pola kelelehan elemen link dapat dibedakan menjadi
leleh geser dan leleh lentur. Kondisi batas antara mekanisme keruntuhan akibat geser dan
lentur dapat dijelaskan dengan menggunakan suatu pemodelan kantilever sederhana
(Gambar 2.9).
Gambar 2.9 Balok kantilever sederhana
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-26
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Panjang kantilever tersebut merupakan rasio momen maksimum dan geser maksimum pada
bentang atau besarnya jarak antara titik dimana momen maksimum terjadi dengan titik
dimana momen minimum (M = 0) terjadi. Kondisi ini memenuhi persamaan sebagai
berikut.
P Dimana : dv
qtuvw
t
2.67
= panjang bentang (mm)
Mmaks
= momen maksimum (Nmm)
Vm
= gaya geser di titik terjadinya momen maksimum (N)
Perilaku sistem rangka EBF juga dijelaskan dengan konsep yang sama. Rasio pada kondisi
berimbang tercapai ketika pada bentang tersebut terjadi secara terus-menerus leleh geser
dan lentur, sesuai dengan persamaan:
Pp Dimana :
qx
x
dvb
= panjang bentang ketika gaya geser dan momen berimbang (mm)
Mp
= momen plastis penampang (Nmm)
Vp
= gaya geser plastis penampang (N)
2.68
Kekuatan atau kondisi batas link geser dan lentur didefinisikan sebagai berikut:
Mp = Zx * fy
(2.69)
Vp = 0,6 * fy * (h-2tf) * tw
(2.70)
Dimana:
Mp
= momen plastis penampang (Nmm)
Zx
= modulus elastic penampang (mm3)
fy
= tegangan leleh baja (MPa)
Vp
= gaya geser plastis penampang (N)
h
= tinggi penampang (mm)
tf
= tebal pelat sayap (mm)
tw
= tebal pelat badan (mm)
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-27
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
2.6.2. Jenis Link Berdasarkan Panjangnya
Bentang geser yang ditunjukkan oleh kantilever pada Gambar 2.9 memiliki hubungan
Mp = dvb * Vp dimana balok kantilever tersebut diumpamakan sebagai link. Balok ini akan
berperilaku sebagai moment link jika panjang link (e) lebih besar dari dvb dan akan
berperilaku sebagai shear link jika panjang ling (e) lebih kecil dari dvb. Apabila link
terletak dekat kolom maka diasumsikan bahwa link tersebut dihubungkan dengan kolom
melalui sambungan yang memiliki kapasitas plastis sekurang-kurangnya sama dengan
yang dimiliki oleh balok (Gambar 2.10.a). Sebaliknya, ketika link terletak menerus antara
dua bresing (Gambar 2.10.b), maka sambungan tersebut harus mampu memikul sendi
plastis yang terjadi pada ujung bresing. Konsekuensinya, seluruh link pada kedua gambar
tersebut diasumsikan akan mencapai kondisi sendi plastis pada kedua ujungnya. Sehingga
kondisi batas antara leleh geser dan leleh lentur pada link untuk jenis struktur EBF
dirumuskan dengan persamaan:
yp 2Pp 2qx
x
2.71
Dimana : eb panjang link pada kondisi berimbang mm
Gambar 2.10 Letak link pada sistem EBF
Batas yang jelas antara leleh lentur dan leleh geser ini sebenarnya tidak diketahui dengan
pasti, sehingga pada perencanaannya diasumsikan bahwa leleh geser murni akan terjadi
pada saat panjang link (e) lebih kecil dari 80 % panjang link pada kondisi berimbang.
Ketika panjang panjang link mencapai lebih besar sama dengan 5.0 Mp / Vp, diasumsikan
bahwa mekanisme leleh yang terjadi pada link adalah lentur murni.
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-28
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Jenis link berdasarkan panjang nya dapat dibedakan menjadi empat kelompok, yaitu :
a.
e a 1.6 Mp/Vp, link geser murni.
Jenis link ini leleh akibat gaya geser pada respon/deformasi inelastik.
b.
1.6 Mp/Vp < e a 2.6 Mp/Vp, link dominan geser.
Jenis link ini leleh akibat dominasi geser (pada kombinasi geser dan lentur) pada
respon/deformasi inelastik.
c.
2.6 Mp/Vp < e < 5.0 Mp/Vp, link dominan lentur.
Jenis link ini leleh akibat dominasi lentur (pada kombinasi geser dan lentur) pada
respon/deformasi inelastik.
d.
e h 5.0 Mp/Vp, link lentur murni.
Jenis link ini leleh akibat lentur pada respon/deformasi inelastik.
2.6.3. Perilaku Inelastik Elemen Link
Terjadinya pastifikasi yang berpusat di elemen link akan memberikan nilai daktilitas yang
relatif tinggi pada sistem portal EBF. Hal ini karena elemen link mempunyai kapasitas
inelastik yang relatif tinggi bila dibandingkan dengan elemen-elemen lainnya. Plastifikasi
yang terjadi pada elemen link disebabkan oleh kombinasi geser dan momen yang bekerja
pada kedua ujungnya. Berdasarkan kedua gaya yang bekerja ini, sifat keruntuhan link
secara garis besar dapat dibagi keruntuhan akibat geser dan keruntuhan akibat momen.
Gambar 2.11 Pembentukan sendi plastis geser
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-29
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
Plastifikasi geser yang terjadi pada link ditandai dengan terbentuknya sendi plastis geser
pada kondisi beban batas, yaitu Vp* pada badan dan Mp* pada sayap, seperti terlihat pada
Gambar 2.11. Mekanisme terbentuknya sendi plastis geser pada elemen link dimulai ketika
pada kedua ujungnya bekerja suatu gaya geser sebesar V. kedua gaya geser tersebut secara
otomatis menimbulkan momen pada kedua ujung link, yaitu sebesar M1 dan M2 seperti
terlihat pada Gambar 2.12. Apabila diasumsikan M1 lebih besar dari M2, dan gaya-gaya
tersebut bertambah besar sehingga melewati kondisi batas maka kelelehan pertama akan
terjadi pada ujung link sebelah kiri. Ketika gaya terus bertambah maka kelelehan
selanjutnya akan berpindah dari ujung sebelah kiri ke ujung sebelah kanan, hal ini terjadi
karena ujung sebelah kiri telah mencapai kapasitas gesernya. Seiring dengan bertambahnya
gaya, maka plastifikasi ini akan merambat sepanjang zona plastis dari sayap ke badan.
Perambatan plastifikasi ini terjadi karena adanya retribusi momen pada kedua ujung link.
Ketika seluruh penampang link telah mengalami plastifikasi, maka tercapailah kondisi M1
= M2 = Mp dan V = Vp.
(b)
(a)
Gambar 2.12 Keseimbangan dan plastisifikasi :
a. keseimbangan sendi geser, b. plastisifikasi geser link
2.6.4. Sudut rotasi link
Dalam perencanaan EBF, lokasi titik belok (inflection) biasanya diasumsikan terjadi pada
link. Secara teoritis titik belok ini terjadi pada jarak Mp/Vp dihitung dari pengaku. Kondisi
ini dipenuhi ketika link terletak simetris seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13a. Dimana
titik belok tersebut terletak di tengah link. Kondisi ini memungkinkan sendi plastis
terbentuk pada tengah bentang, yaitu link. Akan tetapi ketika link yang terletak antara
kolom dan bresing, rotasi kemungkinan akan terjadi pada permukaan kolom yang
mengakibatkan regangan yang cukup besar pada daerah sayap kolom. Untuk EBF jenis ini,
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-30
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
diasumsikan sendi plastis tidak terjadi pada tengah bentang seperti yang telah disebutkan
sebelumnya, akan tetapi terjadi pada daerah dekat permukaan kolom.
Leleh yang terjadi pada link akibat deformasi elastis dari elemen-elemen kaku pada sistem
rangka menyebabkan terjadinya rotasi pada link. Sudut rotasi link ini merupakan sudut
inelastik antara link dengan balok diluar link pada saat besar total simpangan lantai yang
terjadi sama dengan simpangan lantai rencana seperti pada Gambar 2.13.
Sudut rotasi link dihitung berdasarkan defleksi lateral yang terjadi sesuai dengan geometri
rangka EBF yang digunakan. Untuk EBF yang menggunakan link tunggal pada tiap
tingkatnya, sudut rotasi link dihitung dengan rumus:
γp =
L * ∆M
e*h
(2.72)
Sedangkan apabila pada sistem EBF yang menggunakan 2 buah link pada tiap tingkatnya,
maka sudut rotasi link dihitung dengan rumus:
γp =
L * ∆M
2e * h
(2.73)
Dimana :
γp
= sudut rotasi link (radian)
L
= lebar bentang (m)
h
= tinggi tingkat (m)
e
= panjang link (mm)
∆M
= simpangan inelastik maksimum antar lantai (mm)
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-31
Perencanaan Struktur Rangka Baja Berpengaku Eksentrik
Menggunakan Link Geser dan Link Lentur
Bab II Studi Literatur
γP
γP
γP
Gambar 2.13 Sudut rotasi link 12)
Yudhistira W.P (15004106)
Rengga Geni A.A (15004110)
II-32