perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user i PERBANDINGAN NILAI SIMPANGAN HORISONTAL (DRIFT) PADA STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA DENGAN MENGGUNAKAN BRESING V DAN INVERTED V Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure by V and Inverted V Bracing SKRIPSI Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun oleh : ADITYA JAYA M. I 0105028 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011
101
Embed
(DRIFT) PADA STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA DENGAN ... · a.n. Dekan Fakultas Teknik ... struktur baja pada bangunan bertingkat menguntungkan dari segi berat struktur, ... Daftar Gambar
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
PERBANDINGAN NILAI SIMPANGAN HORISONTAL
(DRIFT) PADA STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA
DENGAN MENGGUNAKAN BRESING V DAN INVERTED V
Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure
by V and Inverted V Bracing
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun oleh :
ADITYA JAYA M. I 0105028
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2011
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
PERBANDINGAN NILAI SIMPANGAN HORISONTAL
(DRIFT) PADA STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA
DENGAN MENGGUNAKAN BRESING V DAN INVERTED V
Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure
by V and Inverted V Bracing
Disusun oleh :
ADITYA JAYA M. I 0105028
Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Kita mungkin yang terakhir, tapi kita yang terbaik kawan… Semangat!
Mavioso Civilliano Rowengulimo
Kita yang terbuang, kita yang terasing, kita yang tersolid, kita yang terbaik, dan kita
yang tertawa…ruarrrr biasa!
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
ABSTRAK Aditya Jaya Mardika, 2011, Perbandingan Besar Nilai Simpangan Horisontal (Dirft) Pada Struktur Gedung Tahan Gempa dengan Menggunakan Bresing V dan Inverted V, Skripsi, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki populasi penduduk yang besar serta kepadatan penduduk tinggi terutama di kota-kota besarnya. Salah satu solusi untuk permasalahan tersebut adalah bangunan bertingkat. Penggunaan struktur baja pada bangunan bertingkat menguntungkan dari segi berat struktur, karena pada umumnya ukuran tampang baja relatif kecil. Keberadaan serta fungsi struktur menyebabkan munculnya beban vertikal maupun beban horizontal. Tetapi pada gedung bertingkat terjadi gaya lateral akibat angin maupun gempa. Gaya-gaya tersebut mengakibatkan berkurangnya stabilitas struktur, sehingga diperlukan batang bresing sebagai penguat. Penelitian dilakukan untuk membandingkan perubahan drift struktur baja bangunan gedung tanpa bresing, gedung dengan bresing V, dan gedung dengan bresing inverted V yang diberi beban gravitasi (beban mati dan beban hidup) dan beban horisontal (beban angin atau beban gempa). Model penelitian berupa analisis struktur baja tanpa bresing, struktur baja dengan bresing V dan struktur baja dengan bresing inverted V. Pembebanan gempa dihitung dengan menggunakan analisis spektrum respon dinamik. Hasil dari analisis ini adalah simpangan masing-masing tingkat, simpangan antar tingkat, simpangan antar tingkat maksimum, kemudian dari hasil tersebut dianalisis untuk mengontrol kinerja batas layan, kinerja batas ultimit dan untuk mengetahui perubahan drift yang terjadi. Penurunan nilai simpangan horisontal arah X paling besar pada bresing inverted V yaitu sebesar 22,94%. Begitupun pada arah Y, penurunan nilai simpangan horisontal yang paling besar adalah pada bresing inverted V yaitu sebesar 22,15%. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan bresing dapat meningkatkan kekakuan, kekuatan dan stabilitas struktur. Kata kunci : bresing, simpangan horizontal (drift)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
ABSTRACT
Aditya Jaya Mardika, 2011, Drift Value Comparation of Seismic Resistance Building Structure by V and Inverted V Bracing, Thesis, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta. Indonesia is one of the state that have big resident population and also high density especially in towns of level. One of solution for the problems is multistory building. The use of steel structures in multistory buildings (multistory building) benefit in terms of structural weight, because in general the size of the steel looks relatively smaller. The existence and function of the structure gave rise to the vertical and horizontal loads. But the rise building occurred due to lateral forces of wind and earthquake. These forces result in reduced structural stability, so necessary as bresing strenghtened. The study was conducted to compare drift steel structure changing of the building without bresing, building with V brace, and building with inverted V brace which given gravity load (dead and live load) and horizontal loads (wind or earthquake load). Model studies of the analysis are the building without bresing, building with V brace, and building with inverted V brace. The imposition of an earthquake bresing calculated using the response dinamic spectrum. The results of this analysis are the point displacement, drift, maximum drift, then the results are analyzed to control the limit performance counter, performance limits and to know the drift changes occured. The biggest degradation of horizontal deviation value in X direction is inverted V brace that is equal to 22,94%. Also in Y direction, the biggest degradation of horizontal deviation value is inverted V brace that is equal to 22,15%. This matter indicate that the usage bresing can improve inertia, structure stability and strength. Keywords: bresing, the horizontal deviation (drift)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Alloh SWT, karena dengan rahmat,
hidayah, serta karuniaNya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Perbandingan Besar Nilai Simpangan Horisontal (Drift) Pada Struktur Gedung
Tahan Gempa Dengan Menggunakan Bresing V Dan Inverted V”.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Atas bantuan dan kerjasama yang baik dari semua pihak hingga selesainya skripsi
ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
3. Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
4. Ibu Ir. Noegroho Djarwanti, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik.
McDonald, A J. 2002. Struktur & Arsitektur. Edisi Kedua. Erlangga. Jakarta.
Salmon, C G., dan John E. J. 1991. Struktur Baja: Disain dan Perilaku. Edisi kedua.
Jakarta: Erlangga.
Salmon, C G., dan John E. J. 1992. Struktur Baja: Disain dan Perilaku 1 dengan
Penekanan pada Load an Resistance Factor Design. Edisi ketiga. Jakarta: PT
Gramedia Pustaka Utama.
Schodek, D L. 1999. Struktur. Edisi kedua. Jakarta: Erlangga.
Standar Nasional Indonesia. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk
Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002). Jakarta.
Standar Nasional Indonesia. 2002. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa
untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Jakarta.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Sebagian besar wilayah Indonesia berada pada wilayah rawan gempa. Sehingga
merupakan fakta jika Indonesia sering kali dilanda gempa. Gempa banyak
menghancurkan bangunan-bangunan terutama bangunan bertingkat yang tidak
mempunyai kekakuan yang memadai. Karena semakin tinggi bangunan maka
semakin besar pula efek gempa dan angin yang diterima oleh bangunan tersebut.
Salah satu cara untuk memperoleh kekakuan pada bangunan adalah dengan
memasang bresing (bracing) untuk bangunan tinggi. Dalam pelaksanaannya
bresing memiliki banyak bentuk dan konfigurasinya, yaitu bentuk ”Z” atau
diagonal, ”X”, ”V”, inverted V ”Λ”, dan ”K”.
Braced frame adalah portal yang dilengkapi dengan batang penopang (bracing)
untuk mengurangi perpindahan lateral atau untuk memperoleh stabilitas struktur.
Penambahan penopang (bracing) pada struktur gedung akan meningkatkan
kekakuan hal ini disebabkan karena penggunaan (bracing) akan memperpendek
jarak balok atau kolom sehingga struktur menjadi lebih kaku. Selain itu dapat pula
meningkatkan kekuatan bangunan ini disebabkan karena besarnya gaya-gaya yang
terjadi akan didistribusikan ke semua elemen struktur termasuk penopang
(bracing) sehingga momen yang terjadi akan lebih kecil.
Alasan penambahan bresing pada struktur bangunan untuk menambah kekuatan
dan kekakuan struktur sehingga secara efektif dapat mengurangi drift dan
menahan deformasi pada suatu bangunan tinggi. Penggunaan penopang (bracing)
dapat mengurangi waktu getar alami stuktur. Massa bangunan dan kekakuan akan
berpengaruh pada waktu getar alami. Hal ini disebabkan karena massa bangunan
akan bertambah besar karena adanya penopang (bracing), jarak antar balok atau
kolom menjadi lebih kecil sehingga kekakuannya menjadi lebih besar ini akan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
menyebabkan waktu getar alami struktur berpenopang (bracing) akan berkurang
dibandingkan dengan struktur yang tidak berpenopang.
Penelitian ini menganalisis besarnya drift yang terjadi terhadap suatu gedung
konstruksi baja tanpa bresing dengan gedung yang sama yang telah dipasang
bresing dengan dimensi dan kualitas beton tertentu. Serta membandingkan besar
pengaruh penggunaan beberapa jenis penopang/bresing.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan yang dapat diambil dari uraian diatas adalah bagaimana kecenderungan
pengaruh penambahan bresing inverted V dan bresing V pada struktur portal dari
suatu gedung konstruksi baja yang menerima beban gravitasi (beban mati dan
beban hidup) dan beban horisontal (beban gempa dan beban angin) terhadap besar
simpangan horisontal yang terjadi.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
a. Penelitian berupa analisis struktur terhadap sebuah gedung 8 lantai ukuran
30x50 m dengan fungsi bangunan untuk perdagangan, yang diberi bresing
inverted V, dan yang dipasang bresing V.
b. Analisis struktur bangunan terhadap gaya gempa di Zona 4 beradasarkan
SNI-1726-2002 pada tanah keras dengan Sistem Rangka Pemikul Momen
Biasa (SRPMB).
c. Struktur portal bidang menggunakan profil baja yang ada di LRFD dengan
mutu baja A36 dan dimensi profil menyesuaikan beban yang dikenakan
padanya.
d. Analisis ditinjau dalam 3 dimensi menggunakan bantuan software ETABS
v.9.0.
e. Penelitian hanya membahas tentang perubahan nilai defleksi lateral saja.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
f. Kontrol struktur hanya berdasarkan nilai defleksi lateral yang tidak
melampaui drift indeks maksimum yang diijinkan.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui dan membandingkan perubahan drift
(simpangan horiontal) pada suatu gedung konstruksi baja yang menerima beban
gempa dan beban angin setelah dilakukan pemasangan bresing inverted V dan
bresing V.
1.5 Manfaat Penelitian
a. Pengembangan ilmu pengetahuan di bidang teknik sipil khususnya dalam
perancangan struktur gedung tingkat tinggi dengan penambahan bresing
inverted V dan bresing V.
b. Memberikan rekomendasi terhadap suatu kesulitan pencapaian struktur
dengan nilai drift yang kecil dalam pembangunan gedung tingkat tinggi.
c. Mengetahui pengaruh pemasangan jenis bracing terhadap besar drift suatu
suatu gedung konstruksi baja (dalam hal ini bresing V dan inverted V).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
BAB 2
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Gempa bumi terjadi karena fenomena getaran dengan kejutan pada kerak bumi.
Faktor utama adalah benturan pergesekan kerak bumi yang mempengaruhi
permukaan bumi. Gempa bumi ini menjalar dalam bentuk gelombang. Gelombang
ini mempunyai suatu energi yang dapat menyebabkan permukaan bumi dan
bangunan di atasnya menjadi bergetar. Getaran ini nantinya akan menimbulkan
gaya-gaya pada struktur karena struktur cenderung mempunyai gaya untuk
mempertahankan dirinya dari gerakan (Schodek, 1999).
Suatu struktur bangunan akan dikenakan gaya alamiah (geofisik) dan gaya akibat
buatan manusia. Gaya-gaya geofisik terjadi karena adanya perubahan dari alam
misalnya : gaya gravitasi, meteorologi dan seismologi. Sedangkan gaya-gaya
buatan manusia berasal dari aktivitas manusia misalnya : kendaraan bermotor,
pergerakan manusia dan barang. Baik gaya dari alam maupun buatan manusia
akan berpengaruh pada kestabilan struktur, kekuatan struktur. Gaya seismologi
sangat berpengaruh pada struktur, apabila struktur mendapat gaya seismologi yang
besar maka akan terjadi simpangan horisontal (drift) yang besar pula yang dapat
menyebabkan keruntuhan struktur, sehingga diperlukan cara untuk mengatasi hal
tersebut (Schueller, 1998).
Dalam merancang suatu struktur bangunan harus diperhatikan kekakuan,
kestabilan struktur dalam menahan segala pembebanan yang dikenakan padanya,
bagaimana perilaku struktur untuk menahan beban tersebut. Pada struktur stabil
apabila dikenakan beban, struktur tersebut akan mengalami perubahan bentuk
(deformasi) yang lebih kecil dibandingkan struktur yang tidak stabil. Hal ini
disebabkan karena pada struktur yang stabil memiliki kekuatan dan kestabilan
dalam menahan beban. Struktur stabil ini misalnya struktur dengan bresing
(Schodek, 1999).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
Gaya lateral pada struktur bangunan harus dipertimbangkan sama seperti gaya
gravitasi. Gaya lateral dapat berupa tekanan angin atau gempa dari samping
bangunan yang dapat menimbulkan defleksi lateral. Hal yang perlu diperhatikan
adalah kekuatan bangunan yang memadai untuk memberikan kenyamanan bagi
penghuninya terutama lantai atas. Semakin tinggi gedung defleksi lateral yang
terjadi juga semakin besar pada lantai atas (Cormak, 1995).
Dalam mendesain suatu bangunan tahan gempa, seorang perencana harus
memperhatikan standar yang dipakai dalam perencanaan. Karena kita tidak bisa
merencanakan struktur gedung dengan ketahanan gempa yang sama di tempat
yang berbeda dikarenakan beban gempa yang terjadi di setiap wilayah akan
berbeda. Beban gempa yang akan ditanggung oleh struktur atau elemen struktur
tidak selalu dapat diramalkan dengan tepat sebelumnya, maka seorang perencana
dituntut untuk dapat lebih memahami tentang perancangan struktur tahan gempa
sehingga tidak hanya sekedar mengikuti begitu saja dalam mendesain gedung
tetapi harus sesuai dengan standar yang berlaku. Standar ini merupakan
persyaratan minimum perencanaan suatu gedung yang bertujuan:
a. Menghindari korban jiwa manusia oleh runtuhnya gedung akibat gempa yang
kuat
b. Membatasi kerusakan gedung akibat gempa ringan sampai sedang, sehingga
masih dapat diperbaiki.
c. Membatasi ketidaknyamanan penghunian bagi penghuni gedung ketika terjadi
gempa ringan sampai sedang.
d. Mempertahankan setiap layanan vital dari fungsi gedung
(SNI 03-1726 2002).
Sistem bresing konsentris merupakan sistem bresing dimana sumbu utamanya
bertemu dan saling saling memotong dalam satu titik. Sistem sangat cocok dipakai
dalam perencanaan karena akan memberikan kekuatan untuk menahan beban-
beban yang bekerja. Sistem ini mempunyai 5 tipe bentuk bresing, yaitu bentuk
”Z” atau diagonal, ”X”, ”V”, inverted V ”Λ”, dan ”K” (AISC, 1992).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
Gaya tarik yang ditimbulkan pada sistem bresing vertikal konsentris ini akan
melawan gaya desak sehingga secara umum struktur akan mengalami tekuk akibat
desakan gaya lateral tersebut (Brockenbrough dan Martin, 1994).
Stabilitas merupakan hal sulit di dalam perencanaan struktur yang merupakan
gabungan dari elemen-elemen. Untuk memperjelas mengenai kestabilitas struktur
akan diilustrasikan dalam Gambar 2.1
(a) Susunan kolom dan balok (b) Ketidakstabilan terhadap beban
horizontal
(c) Tiga metode dasar untuk menjamin kestabilan struktur sederhana meliputi : bresing diagonal, bidang geser dan titik hubung kaku.
(d) Setiap metode yang dipakai untuk menjamin kestabilan pada struktur harus
dipasang secara simetris. Apabila tidak, dapat terjadi efek torsional pada struktur. Gambar 2.1 Kestabilan Struktur Portal
Δ
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
Pada Gambar 2.1 (a) struktur stabil karena struktur belum mendapatkan gaya dari
luar, apabila suatu struktur dikenakan gaya horisontal maka akan terjadi deformasi
seperti yang terlihat pada Gambar 2.1 (b). Hal ini disebabkan karena struktur tidak
mempunyai kapasitas yang cukup untuk menahan gaya horisontal dan struktur
tidak mempunyai kemampuan untuk mengembalikan bebtuk struktur ke bentuk
semula apabila beban horisontal dihilangkan sehingga akan terjadi simpangan
horisontal (drift) yang berlebihan yang dapat menyebabkan keruntuhan. Terdapat
beberapa cara untuk menjamin kestabilan struktur seperti pada Gambar 2.1 (c)
Cara pertama dengan menambahkan elemen struktur diagonal pada struktur,
sehingga struktur tidak mengalami deformasi menjadi jajaran genjang seperti pada
Gambar 2.1 (b). Hal ini disebabkan karena dengan menambahkan elemen struktur
diagonal gaya-gaya yang dikenakan pada struktur akan disebarkan ke seluruh
bagian termasuk ke elemen diagonal, gaya- gaya yang diterima masing-masing
struktur akan brerkurang sehingga simpangan yang dihasilkan lebih kecil. Cara
kedua adalah dengan menggunakan dinding geser. Elemennya merupakan elemen
permukaan bidang kaku, yang tentunya dapat menahan deformasi akibat beban
horisontal dan simpangan horisontal yang akan dihasilkan akan lebih kecil. Cara
ketiga adalah dengan mengubah hubungan antara elemen struktur sedemikian
rupa sehingga perubahan sudut untuk suatu kondisi pembebanan tertentu. Hal ini
dengan membuat titik hubung kaku diantara elemen struktur sebagai contoh, meja
adalah struktur stabil karena adanya titik hubung kaku di antara setiap kaki meja
dengan permukaan meja yang menjamin hubungan sudut konstan di antara elemen
tersebut, sehingga struktur menjadi lebih kaku. Dalam menentukan letak bresing
maupun dinding geser hendaknya simetris. Hal ini untuk menghindari efek
torsional (Schodek, 1999).
2.2 Konsep Perancangan
2.2.1 Analisis Pembebanan
Dalam melakukan perencanaan struktur bangunan, seorang perencana harus
memperhatikan beban-beban yang akan terjadi pada bangunan tersebut. Seringkali
beban yang terjadi diluar dugaan sehingga diperlukan adanya pendekatan dengan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
asumsi mendekati beban yang sebenarnya. Beberapa jenis beban yang digunakan
dalam bangunan gedung meliputi :
a. Beban Akibat Gaya luar, yang terdiri :
1) Beban Gempa
Perubahan simpangan horisontal (drift) dapat disebabkan karena kemampuan
struktur bangunan menahan gaya gempa yang terjadi. Apabila struktur memiliki
kekakuan yang besar untuk melawan gaya gaya gempa maka struktur akan
mengalami simpangan horisontal yang lebih kecil dibandingkan dengan struktur
yang tidak memiliki kekakuan yang cukup besar. Gempa bumi terjadi karena
adanya kerusakan kerak bumi yang terjadi secara tiba-tiba yang umumnya diikuti
dengan terjadinya sesar/patahan (fault). Timbulnya patahan atau sesar tersebut
karena adanya gerakan plat-plat tektonik/lapis kerak bumi yang saling
bertubrukan, bergeser atau saling menyusup satu dengan yang lain (Widodo,
2000).
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 pasal 5.8.2 menyatakan untuk mensimulasikan
arah pengaruh Gempa Rencana yang sembarang terhadap struktur gedung,
pengaruh pembebanan gempa dalam arah utama harus dianggap efektif 100% dan
harus dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh gempa dalam arah tegak lurus
pada arah utama tadi tetapi efektifitasnya hanya 30%. Gaya gempa terletak di
pusat massa lantai-lantai tingkat.
2) Beban Angin
Semua struktur pasti akan terkena angin. Namun selain jembatan-jembatan
panjang, hanya struktur dari bangunan tiga lantai atau lebih saja yang
membutuhkan pertimbangan secara khusus (Salmon dan Johnson, 1992).
Beban angin merupakan beban horisontal yang harus dipertimbangkan dalam
mendesain struktur. Pada daerah tertantu tekanan angin yang besar dapat
menyebabkan rubuhnya bangunan. Besarnya tekanan yang diakibatkan angin pada
suatu titik akan tergantung kecepatan angin, rapat massa udara, lokasi yang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
ditinjau pada stuktur, perilaku permukaan struktur, bentuk geometris struktur,
dimensi struktur (Schodek,1999).
b. Beban Gravitasi, yang terdiri :
1) Beban Mati
Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat tetap
berupa balok, kolom, dinding, dan juga termasuk segala unsur tambahan,
finishing, mesin-mesin serta peralatan-peralatan tetap yang merupakan bagian
yang tidak tepisahkan dari gedung itu (Tata Cara Perencanaan Ketahanan
Gempa Untuk Bangunan Gedung – SNI 03-1726-2002).
Beban mati merupakan beban gaya berat pada suatu posisi tertentu. Beban ini
desebut demikian karena ia bekerja terus menerus menuju arah bumi pada saat
struktur telah berfungsi (Salmon dan Johnson, 1992).
2) Beban Hidup
Besarnya beban pada suatu bangunan dapat berubah-ubah, tergantung pada fungsi
bangunan tersebut. Beban hidup dapat menimbulkan lendutan pada struktur,
sehingga harus dipertimbangkan dalam mendesain sehingga struktur tetap aman
menurut peraturan yang berlaku. Beban yang disebabkan oleh isi benda-benda di
dalam atau di atas suatu bangunan dimanakan beban penghunian (occupancy
load). Beban ini mencakup beban peluang untuk berat manusia, perabot partisi
yang dapat dipindahkan, lemari besi, buku, lemari arsip, perlengkapan mekanis
seperti misalnya komputer (Schueller, 1998).
2.2.2 Struktur Tanpa Bresing
Struktur tidak berbresing (unbraced frames) merupakan sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban
lateral dipikul oleh rangka terutama melalui mekanisme lentur. Gambar 2.3
merupakan contoh struktur tanpa bresing.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
Gambar 2.3 Struktur Tanpa Bresing
2.2.3 Defleksi Lateral
Besarnya simpangan horisontal (drift) harus dipertimbangkan sesuai dengan
peraturan yang berlaku, yaitu untuk kinerja batas layan struktur dan kinerja batas
ultimit. Simpangan struktur dapat dinyatakan dalam bentuk Drift Indeks
(Cormac, 1981). Seperti yang digambarkan pada Gambar 2.4, D merupakan
defleksi lateral dari suatu struktur portal.
Gambar 2.4 Defleksi Lateral
Drift Indeks dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.2 :
Drift Indeks = hD
(2.2)
Dimana :
D = besar defleksi maksimum yang terjadi (m)
h = ketinggian struktur portal (m)
Δ
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
e/L
h
L
Besarnya drift Indeks tergantung pada besarnya beban-beban yang dikenakan
pada struktur misalnya beban mati, beban hidup, beban angin, beban gempa.
Dengan ketinggian struktur yang sama, semakin besar defleksi maksimum yang
terjadi semakin besar pula drift Indeks. Besarnya drift indeks berkisar antara 0,01
sampai dengan 0,0016. Kebanyakan, besar nilai drift indeks yang digunakan
antara 0,0025 sampai 0,002 (AISC, 2005).
2.2.4 Stuktur Bresing Vertikal Eksentrik
Eccentrically Braced Frame (EBF) adalah sambungan dari kolom, balok dan
bresing dimana masing-masing bresing akan terhubung dengan balok sehingga
akan memperpendek jarak balok, selain itu itu dapat juga terhubung dengan
kolom dan memperpendek jarak kolom (Gambar 2.5). Tujuan dari sistem EBF ini
adalah untuk menciptakan kekakuan link. Hasil ini adalah penyelesaian dari
bresing diagonal, kolom dan bagian balok diluar link utama yang dapat
memberikan kekakuan yang lebih baik (LRFD volume I, 1995).
Gambar 2.5 Eccentrically Braced Frame
2.2.5 Stuktur Bresing Vertikal Konsentrik
Sistem bresing vertikal konsentris merupakan sistem bresing dimana sumbu
utamanya bertemu atau saling memotong dalam satu titik. Sistem bresing vertikal
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Vertical Bracing
System
konsentris ini bertujuan untuk menimbulkan gaya tarik untuk melawan gaya desak
akibat beban yang terjadi sehingga akan terjadi tekuk.
Gaya tarik yang ditimbulkan pada sistem bresing vertikal konsentris ini akan
melawan gaya desak sehingga secara umum struktur akan mengalami tekuk akibat
desakan gaya lateral tersebut. Sistem ini mempunyai 5 tipe bentuk bresing, yaitu
bentuk “ X “, “ V ”, inverted V “ Λ “, “ K “ dan “ Z “ atau diagonal
(Brockenbrough dan Martin, 1994).
Gambar 2.6 Struktur Bresing Vertikal Konsentrik
Gambar 2.6 merupakan salah satu contoh struktur dengan menggunakan sistem
bresing vertikal konsentrik.
Stuktur berbresing vertikal konsentrik dibagi menjadi 2 yaitu :
a. Sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK)
SRBKK diharapkan dapat mengalami deformasi inelastis yang cukup besar akibat
gaya gempa rencana. SRBKK memiliki tingkat daktilitas yang lebih tinggi
daripada tingkat daktilitas Sistem Rangka Bresing Konsentrik Biasa (SRBKB)
mengingat penurunan kekuatannya yang lebih kecil pada saat terjadinya tekuk
pada bresing tekan.
b. Sistem rangka bresing konsentrik biasa (SRBKB)
SRBKB diharapkan dapat mengalami deformasi inelastis secara terbatas apabila
dibebani oleh gaya-gaya yang berasal dari beban gempa rencana.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
2.2.5.1 Sistem Bresing Inverted V
Pada sistem bresing inverted V seperti dalam Gambar 2.7, kedua batang diagonal
akan sama-sama menahan beban horisontal. Beban gravitasi juga mengakibatkan
gaya aksial bresing inverted V. Ketika bresing ini menahan balok pada tengah
bentang, akan megurangi bentang balok efektif dan kapasitas momen plastis yang
terjadi (ASCE, 1971).
Gambar 2.7. Bresing inverted V
Kerugian bresing inverted V:
a. Memiliki bentang yang lebih panjang bila dibandingkan dengan bresing
diagonal.
b. Bresing juga harus dapat menahan beban gravitasi.
Keuntungan bresing inverted V:
a. Kedua batang bresing akan sama-sama menahan beban horisontal.
b. Secara arsitektural memungkinkan adanya pintu, jendela atau bagian terbuka
ditengah bentang.
c. Dapat mengurangi profil dimensi balok sehingga secara ekonomi lebih
menguntungkan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
2.2.5.2 Sistem Bresing V
Pada sistem bresing V seperti dalam Gambar 2.8, sama seperti pada bresing
inverted V yaitu kedua batang diagonal akan sama-sama menahan
bebanhorisontal. Beban gravitasi juga mengakibatkan gaya aksial bresing V.
Secara seismik, sistem bresing V ini tidak jauh berbeda dengan sistem bresing
inverted V, jadi sistem bresing ini memiliki kerugian maupun keuntungan yang
hampir sama dengan sistem bresing inverted V.
Gambar 2.8. Bresing V
2.2.6 Perancangan Kondisi Kekakuan Lateral Ketika Beban Bekerja
Dengan mempertimbangkan rangka berbresing ABCD dengan lebar L dan tinggi
h seperti dalam Gambar 2.9 dan dikenakan pembebanan gravitasi dan lateral,
panjang batang diagonal BC (Lb) dan luasan dimensi bresing (Ab) diperlakukan
sebagai tegangan tarik. Ini dapat disimpulkan bahwa batang diagonal AD tidak
dapat menahan tegangan tekan.
Gambar 2.9. Batang bresing vertikal yang mengalami defleksi lateral tingkat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Defleksi lateral dari titik B relatif terhadap titik D yang ditentukan dengan
pemanjangan atau pemendekan yang hal ini dapat dilihat dengan garis tebal pada
gambar tersebut.
(a) Defleksi lateral pada rangka akibat pemanjangan bresing
(b) Defleksi lateral pada rangka akibat pemendekan balok
(c) Defleksi lateral pada rangka akibat pemanjangan dan pemendekan kolom
Gambar 2.10. Faktor-fakor yang mendukung terjadinya defleksi lateral pada sistem bresing vertikal
Luas dimensi, Ab dari bresing diagonal tarik BC dapat dihitung dengan Persamaan
2.3 :
dimana :
E = modulus elastisitas
Fb = Gaya tarik pada batang diagonal BC (Gambar 2.9) akibat beban lateral
dan gaya geser P-D
ec = jumlah dari pemanjangan kolom CE ditambah pemendekan kolom DF
(Gambar 2.10) akibat beban lateral dan gaya geser P-D
sg = tegangan tekan aksial pada balok CD (Gambar 2.9)
D = Db + Dg + Dc (Gambar 2.10)
hEeLELLF
Acg
bbb --D= 2
2
s
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
2.2.7 Perancangan Kondisi Kekuatan dan Stabilitas Pada Beban Ultimit
Rencana
Untuk memelihara kekakuan aksial yang cukup pada tiang batang sistem bresing
vertikal, disarankan gaya aksial tiap batang dibatasi tidak lebih dari 0,85 kali dari
hasil gaya beban aksial, karena pertimbangan sebagai berikut :
a. Untuk membatasi pengurangan dari kekakuan aksial yang berakibat dari hasil
parsial dalam kaitan dengan mengkombinasikan gaya aksial dan tekan sisa.
b. Untuk menyediakan suatu cadangan kapasitas momen plastis untuk mengatasi
momen sekunder dalam sistem bresing vertikal yang diabaikan denga asumsi
bahwa sistem ini diperlakukan sebagai sambungan rangka batang untuk
analisa.
c. Untuk membatasi tingkat tekuk puntiran lateral yang mempengaruhi perilaku
batang-tekan lateral dalam sistem bresing vertikal.
2.2.7.1 Kekuatan Yang Dibutuhkan
Kekuatan yang dibutuhkan pada kondisi beban kombinasi, sistem bresing vertikal
harus dapat menahan beban lateral dan gaya geser P-D. Berdasar Gambar 2.9 dan
2.10, luas dimensi bresing yang dibutuhkan, Ab, dari bresing diagonal dapat dicari
dengan Persamaan 2.4 :
122
3
1 85.085.085.0P
L
eL
Eh
L
EhL
LH
L
LA
y
cb
y
gbb
y
bb å÷
÷ø
öççè
æ+++å=
sss
s (2.4)
dimana :
S H1 = geser tingkat akibat beban lateral
SP1 = total beban gravitasi yang bekerja diatas tingkat yang memberi
kontribusi gaya geser PD pada tingkat tersebut
sy = tegangan leleh dari bresing diagonal.
E = modulus elastisitas
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
ec = jumlah dari pemanjangan kolom CE ditambah pemendekan kolom DF
(Gambar 2.8) akibat beban lateral dan gaya geser P-D
Lb = panjang bresing
L = lebar portal pada tingkat yang ditinjau
h = tinggi pada tingkat yang ditinjau
sg = tegangan tekan aksial pada balok CD (Gambar2.9).Besarnya σg sama
dengan besar nilai Fcr bresing yang ditinjau.
2.2.7.2 Kestabilan Yang Dibutuhkan
Sistem bresing vertikal harus dapat menyediakan kekakuan lateral yang cukup
untuk mencegah terjadinya tekuk atau ketidakstabilan rangka akibat beban
gravitasi dan berat sendiri struktur. Luas yang dibutuhkan, Ab dari bresing
diagonal tarik dapat dihitung dengan Persamaan 2.5:
222
3
85.085.0P
L
eL
Eh
L
EhL
LA
y
cb
y
gbbb å÷
÷ø
öççè
æ++=
sss
(2.5)
dimana S P2 adalah total beban gravitasi di bawah tingkat yang ditinjau yang
menyebabkab adanya gaya geser pada tingkat yang ditinjau.
2.2.7.3 Kelangsingan Bresing
Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban
gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing.
Menurut SNI 03-1729-2002, batang bresing harus memenuhi syarat kelangsingan,
pada Sistem Rangka Bresing Konsentrik Khusus (SRBKK) yaitu menggunakan
Persamaan 2.6 :
y
c
fr
Lk 2625£ (2.6)
sedangkan untuk Sistem Rangka Bresing Konsentrik Biasa (SRBKB) yaitu
dengan menggunakan persamaan 2.7 :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
y
c
fr
Lk 1900£ (2.7)
Menurut AISC kelangsingan batang bresing dapat dicari dengan perasamaan 2.8 :
300e
b
Lr £ (2.8)
dimana :
rb = jari-jari penampang dari batang bresing
Le = panjang efektif dari bresing diagonal
2.3 Perencanaan Ketahanan Gempa
Perencanaan ketahanan gempa mengacu pada SNI 03-1726-2002 mengenai tata
cara perencanaan ketahananan gempa untuk bangunan gedung.
2.3.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung
Gempa rencana yang ditetapkan mempunyai perioda ulang 500 tahun, agar
probabilitas terjadinya terbatas pada 10 % selama umur gedung 50 tahun. Untuk
berbagai kategori gedung, bergantung pada probabilitas terjadinya keruntuhan
struktur gedung selama umur gedung dan umur gedung tersebut yang diharapkan,
pengaruh Gempa Rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu Faktor
Keutamaan I menurut Persamaan 2.9 :
I = I1. I2 (2.9)
di mana :
I1 = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung.
I2 = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan
dengan penyesuaian umur gedung tersebut.
Faktor-faktor Keutamaan I1, I2 dan I ditetapkan menurut Tabel 2.1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
Tabel 2.1. Faktor Keutamaan (I) untuk berbagai kategori gedung dan bangunan
Catatan : untuk semua gedung yang ijin penggunaan diterbitkan sebelum berlakunya standar ini
maka Faktor Keutamaan I, dapat dikalikan 80%. ( SNI-1726-2001 hal 12 )
2.3.2 Struktur Gedung Beraturan dan Tidak Beraturan
Struktur gedung ditetapkan sebagai struktur gedung beraturan, apabila memenuhi
ketentuan sebagai berikut :
a. Tinggi struktur gedung diukur dari taraf penjepitan lateral tidak lebih dari 10
tingkat atau 40 m.
b. Denah struktur gedung adalah persegi panjang tanpa tonjolan dan kalaupun
mempunyai tonjolan, panjang tonjolan tersebut tidak lebih dari 25% dari
ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah tonjolan tersebut.
c. Denah struktur gedung tidak menunjukkan coakan sudut dan kalaupun
mempunyai coakan sudut, panjang sisi coakan tersebut tidak lebih dari 15%
dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah sisi coakan tersebut.
d. Sistem struktur gedung terbentuk oleh subsistem-subsistem penahan beban
lateral yang arahnya saling tegak lurus dan sejajar dengan sumbu-sumbu
utama ortogonal denah struktur gedung secara keseluruhan.
e. Sistem struktur gedung tidak menunjukkan loncatan bidang muka dan
kalaupun mempunyai loncatan bidang muka, ukuran dari denah struktur
Kategori gedung Faktor Keutamaan
I1 I2 I
Gedung umum seperti untuk perniagaan,
penghunian dan perkantoran. 1,0 1,0 1,0
Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6
Gedung penting pasca gempa seperti rumah
sakit, instalasi air bersih, pembankit listrik,
pasar penyelamatan dalam keadaan darurat,
fasilitas radio dan televisi.
1,4 1,0 1,4
Gedung untuk menyimpan bahan
berbahaya seperti gas, produk minyak
bumi, asam beracun
1,6 1,0 1,6
Cerobong, tangki di atas menara 1,3 1,0 1,3
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
bagian gedung yang menjulang dalam masing-masing arah, tidak kurang dari
75% ukuran terbesar denah struktur bagian gedung sebelah bawahnya. Dalam
hal ini, struktur rumah atap yang tingginya tidak lebih dari 2 tingkat tidak
perlu dianggap menyebabkan adanya loncatan bidang muka.
f. Sistem struktur gedung memiliki kekakuan lateral yang beraturan, tanpa
adanya tingkat lunak. Yang dimaksud dengan tingkat lunak adalah suatu
tingkat, di mana kekakuan lateralnya adalah kurang dari 70% kekakuan lateral
tingkat di atasnya atau kurang dari 80% kekakuan lateral rata-rata 3 tingkat di
atasnya. Dalam hal ini, yang dimaksud dengan kekakuan lateral suatu tingkat
adalah gaya geser yang bila bekerja di tingkat itu menyebabkan satu satuan
simpangan antar-tingkat.
g. Sistem struktur gedung memiliki berat lantai tingkat yang beraturan, artinya
setiap lantai tingkat memiliki berat yang tidak lebih dari 150% berat lantai
tingkat di atasnya atau di bawahnya. Berat atap atau rumah atap tidak perlu
memenuhi ketentuan ini.
h. Sistem struktur gedung memiliki unsur-unsur vertikal dari sistem penahan
beban lateral yang menerus, tanpa perpindahan titik beratnya, kecuali bila
perpindahan tersebut tidak lebih dari setengah ukuran unsur dalam arah
perpindahan tersebut.
i. Sistem struktur gedung memiliki lantai tingkat yang menerus, tanpa lubang
atau bukaan yang luasnya lebih dari 50% luas seluruh lantai tingkat. Kalaupun
ada lantai tingkat dengan lubang atau bukaan seperti itu, jumlahnya tidak
boleh lebih dari 20% jumlah lantai tingkat seluruhnya.
Untuk struktur gedung beraturan, pengaruh Gempa Rencana dapat ditinjau
sebagai pengaruh beban gempa statik ekuivalen, sehingga menurut standar ini
analisisnya dapat dilakukan berdasarkan analisis statik ekuivalen.
Struktur gedung yang tidak memenuhi ketentuan menurut Pasal 4.2.1, ditetapkan
sebagai struktur gedung tidak beraturan. Untuk struktur gedung tidak beraturan,
pengaruh Gempa Rencana harus ditinjau sebagai pengaruh pembebanan gempa
dinamik, sehingga analisisnya harus dilakukan berdasarkan analisis respons
dinamik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
2.3.3 Waktu Getar Alami Fundamental
Waktu getar alami fundamental dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
a. Untuk struktur gedung berupa portal-portal tanpa unsur pengaku yang dapat
membatasi simpangan :
1) Untuk portal baja dengan menggunakan persamaan 2.10 :
T = 0.085*H0.75 (2.10)
2) Untuk portal beton dengan menggunakan persamaan 2.11 :
T = 0.060*H0.75 (2.11)
b. Untuk struktur gedung yang lain :
T = 0.090*H*B(-0.5) (2.12)
Dimana :
T = waktu getar gedung pada arah yang ditinjau (detik)
B = panjang gedung pada arah yang ditinjau (meter)
H = tinggi puncak bagian utama struktur (meter)
2.3.4 Arah pembebanan gempa
Dalam Tata Cara Perencanaan Kekuatan Gempa Untuk Bangunan Gedung
(SNI 01-1726-2002) dikatakan bahwa dalam perencanaan struktur gedung, arah
pembebanan gempa harus ditentukan sedemikian rupa, sehingga memberi
pengaruh terbesar terhadap struktur gedung secara keseluruhan. Pengaruh
pembebanan gempa dalam arah utama harus dianggap efektif 100% dan terjadi
bersamaan dengan pengaruh pembebanan gempa dalam arah tegak lurus sumbu
utama pembebanan tadi, tetapi dengan efektifitas hanya 30%.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
2.3.5 Faktor Reduksi Maksimum (Rm)
Nilai R dihitung berdasar klasifikasi struktur seperti yang terlihat pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Klasifikasi sistem struktur, sistem pemikul beban gempa, faktor modifikasi respons, R, dan faktor kuat cadang struktur, W0.
Sistem Struktur Deskripsi Sistem Pemikul Beban
Gempa R W0
1. Sistem Dinding Penumpu [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 bresing.]
1. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan dan bresing baja tarik
2,8 2,2
2. Rangka bresing di mana bresing memikul beban gravitasi
4,4 2,2
2. Sistem Rangka Bangun [Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikulan dinding geser atau rangka bresing
1. Sistem rangka bresing eksentris (SRBE)
7,0 2,8
2. Sistem rangka bresing konsentrik biasa (SRBKB)
5,6 2,2
3. Sistem rangka bresing konsentrik khusus (SRBKK)
6,4 2,2
3. Sistem Rangka Pemikul Momen [Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul rangka pemikul momen terutama melalui mekanisme lentur.]
1. Sistem rangka pemikul momen khusus (SRPMK)
8,5 2,8
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 [Terdiri dari: 1) rangka ruang yang memikul seluruh beban gravitasi; 2) pemikul beban lateral berupa dinding geser atau rangka bresing dengan rangka pemikul momen. Rangka pemikul momen harus direncanakan secara terpisah mampu memikul sekurang-kurangnya 25% dari seluruh beban lateral; 3) kedua sistem harus direncanakan untuk memikul secara bersamasama seluruh beban lateral dengan memperhatikan interaksi sistem ganda.]
1. Dinding geser beton dgn SRPMB baja
4,2 2,8
2. SRBE baja
a. Dengan SRPMK baja
8,5 2,8
b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8
3. SRBKB baja
a. Dengan SRPMK baja
6,5 2,8
b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8
4. SRBKK baja
a. Dengan SRPMK baja
7,5 2,8
b. Dengan SRPMB baja 4,2 2,8
5. Sistem Bangunan Kolom Kantilever [Sistem struktur yang memanfaatkan kolom kantilever untuk memikul beban lateral.]
Komponen struktur kolom kantilever
2,2 2,0
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
2.3.6 Pembatasan Waktu Getar Alami Fundamental
Untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu fleksibel, nilai waktu
getar alami fundamental T1 dari struktur gedung harus dibatasi, bergantung pada
koefisien z untuk Wilayah Gempa tempat struktur gedung berada dan jumlah
tingkatnya, menurut Persamaan 2.13
T1 <zn (2.13)
di mana koefisien z ditetapkan menurut Tabel 2.4.
Tabel 2.4 Koefisien z yang membatasi Waktu Getar Alami Fundamental Struktur
Wilayah Gempa z
1 0.20
2 0.19
3 0.18
4 0.17
5 0.16
6 0.15
2.3.7 Faktor Respons Gempa
Faktor Respons Gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi yang nilainya
bergantung pada waktu getar alami struktur gedung dan kurvanya ditampilkan
dalam Spektrum Respons Gempa Rencana. Nilai respons gempa rencana dihitung
dengan menggunakan Gambar 2.11
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Gambar 2.11. Respons spektrum gempa rencana
2.3.8 Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen
Struktur gedung beraturan dapat direncanakan terhadap pembebanan gempa
nominal akibat pengaruh Gempa Rencana dalam arah masing-masing sumbu
utama denah struktur tersebut, berupa beban gempa nominal statik ekuivalen.
Besarnya beban geser nominal satik ekuivalen (V) yang terjadi di tingkat dasar
dapat dihitung menurut Persamaan 2.14
V= tWR
IC1 (2.14)
di mana C1 adalah nilai Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum
Respons Gempa Rencana menurut Gambar 2.11 untuk waktu getar alami
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
fundamental T1, sedangkan Wt adalah berat total gedung, termasuk beban hidup
yang sesuai.
Beban geser dasar nominal V menurut Persamaan 2.14 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 2.15
VZW
ZWF
n
iii
jji
å=
=
1
.
. (2.15)
dimana :
Wi = Berat lantai tingakt ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai
Zi = Ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral
n = Nomor lantai tingkat paling atas
2.3.9 Analisis Dinamik
Analisis dinamis untuk perancangan struktur tahan gempa dilakukan jika
diperlukan evaluasi yang lebih akurat dari gaya-gaya gempa yang bekerja pada
struktur, serta untuk mengetahui perilaku dari struktur akibat pengaruh gempa.
Struktur gedung dapat digolongkan ke dalam struktur gedung beraturan, bila
memenuhi ketentuan-ketentuan yang diberikan dalam pasal ini. Struktur gedung
beraturan ini pada umumnya simetris dalam denah dengan sistem struktur yang
terbentuk oleh subsistem-subsistem penahan beban lateral yang arahnya saling
tegak lurus dan sejajar dengan sumbu-sumbu utama ortogonal denah tersebut.
Apabila untuk analisis 3D sumbu-sumbu koordinat diambil sejajar dengan arah
sumbu-sumbu utama denah struktur, kemudian dilakukan analisis vibrasi bebas,
maka pada struktur gedung beraturan gerak ragam pertama akan dominan dalam
translasi dalam arah salah satu sumbu utamanya, sedangkan gerak ragam kedua
akan dominan dalam translasi dalam arah sumbu utama lainnya.
Untuk struktur gedung tidak beraturan yang memiliki waktu-waktu getar alami
yang berdekatan, harus dilakukan dengan metoda yang dikenal dengan Kombinasi
Kuadratik Lengkap (Complete Quadratic Combination atau CQC). Waktu getar
alami harus dianggap berdekatan, apabila selisih nilainya kurang dari 15%. Untuk
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
struktur gedung tidak beraturan yang memiliki waktu getar alami yang berjauhan,
penjumlahan respons ragam tersebut dapat dilakukan dengan metoda yang dikenal
dengan Akar Jumlah Kuadrat (Square Root of the Sum of Squares atau SRSS)
(SNI 03-1726-2002).
Pada ilmu statika keseimbangan gaya-gaya didasarkan pada kondisi statis, yang
artinya gaya-gaya tersebut tetap dalam intensitas, arah, dan arah/garis kerjanya.
Gaya-gaya tersebut dikategorikan sebagai beban statik. Kondisi-kondisi seperti ini
akan berbeda dengan beban dinamik dengan pokok-pokok perbedaan sebagai
berikut :
1. Beban dinamik berubah-ubah menurut waktu (time varying), sehingga beban
dinamik merupakan fungsi dari waktu.
2. Beban dinamik umumnya hanya bekerja pada rentang waktu tertentu.
3. Beban dinamik dapat meyebabkan timbulnya gaya inersia pada pusat masa
yang arahnya berlawanan dengan arah gerakan.
4. Beban dinamik lebih kompleks dibanding dengan beban statik baik dari
bentuk fungsi bebannya maupun akibat yang ditimbulkan.
5. Penyelesaian problem statik berifat penyelesaian tuggal (single solution),
sedangkan problem dinamik bersifat penyelesaian berulang-ulang (multiple
olution) karena beban dinamik berubah-ubah intensitasnya menurut waktu,
maka pengaruhnya terhadap struktur juga berubah-ubah menurut waktu.
6. Sebagai akibat penyelesaian yang berulang-ulang maka penyelesaian struktur
dengan beban dinamik akan lebih mahal dan lebih lama.
7. Beban dinamik menimbulkan respon yang berubah-ubah menurut waktu,
maka struktur yang bersangkutan akan ikut bergetar (Widodo, 2000)
2.3.10 Kinerja Struktur Gedung
2.3.10.1 Kinerja Batas Layan
Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar-tingkat
akibat pengaruh Gempa Rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya pelelehan
baja dan peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah kerusakan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Simpangan antar-tingkat ini harus
dihitung dari simpangan struktur gedung tersebut akibat pengaruh gempa nominal
yang telah dibagi faktor skala.
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, dalam segala
hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak
boleh melampaui R03.0
kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm,
bergantung yang mana yang nilainya terkecil.
2.3.10.2 Kineja Batas Ultimit
Kinerja batas ultimit struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan simpangan
antar-tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh Gempa Rencana dalam
kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi
kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan
korban jiwa manusia dan untuk mencegah benturan berbahaya antar-gedung atau
antar bagian struktur gedung yang dipisah dengan sela pemisah (delatasi).
Simpangan dan simpangan antar-tingkat ini harus dihitung dari simpangan
struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan dengan suatu
faktor pengali ξ sebagai berikut :
a. Untuk struktur gedung beraturan dihitung dengan Persamaan 2.16 berikut :
ξ = 0.7 R (2.16)
b. Untuk struktur gedung tidak beraturan dengan Persamaan 2.17 berikut:
ξ = SkalaFaktor
R_.7.0
(2.17)
di mana R adalah faktor reduksi gempa struktur gedung tersebut.
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimit struktur gedung, dalam segala
hal simpangan antar-tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung tidak
boleh melampaui 0.02 kali tinggi tingkat yang bersangkutan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Model Struktur
3.1.1 Model Struktur Tanpa Bresing
Metode penelitian ini menggunakan metode analisis perancangan yang difokuskan
untuk mengetahui perubahan nilai simpangan horisontal pada kasus struktur baja
dalam portal 3 dimensi. Analisis yang digunakan didasarkan pada Tata Cara
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Gedung menurut SNI 03-1726-
2002 dan AISC-LRFD.
Model gedung yang akan dianalisis berupa gedung 8 lantai termasuk atap.
Ukuran denah 30 m x 50 m. Tinggi antar lantai 4 m. Analisis yang digunakan
menggunakan analisis 3 dimensidengan fungsi gedung digunakan sebagai toserba.
Gaya gempa diberikan di pusat massa tiap lantai. Denah gedung selengkapnya
seperti dalam Gambar 3.1 dan model 3 dimensi dari struktur dapat dilihat pada
Gambar 3.2.
50.00
5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
30.00
7.00
8.00
8.00
7.00
VOID
Gambar denah lantai 1-7
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
50.00
5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
30.00
7.00
8.00
8.00
7.00
Gambar denah lantai 8
Gambar 3.1 Denah struktur tanpa bresing
Gambar 3.2 Model 3 dimensi struktur tanpa bresing
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
3.1.2 Model Struktur Dengan Bresing V
Struktur dengan menggunakan bresing yang akan dianalisis memiliki ukuran yang
sama dengan struktur yang tidak menggunakan bresing. Perbedaan keduanya
hanya pada penggunaan bresing. Denah perletakan bresing V ditunjukan seperti
pada Gambar 3.3 dan peletakan bresing V secara 3 dimensi dapat dilihat pada Gambar
3.4.
Gambar 3.3 Denah struktur dengan bresingV
Gambar 3.4 Model 3 dimensi struktur dengan bresing V
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
3.1.3 Model Struktur Dengan Bresing Inverted V
Sebagai pembanding dari struktur tanpa bresing dan struktur dengan bresing V
adalah struktur dengan menggunakan bresing inverted V. Denah perletakan
bresing inverted V ditunjukan seperti pada Gambar 3.5dan peletakan bresing
inverted V secara 3 dimensi dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.5 Denah struktur dengan bresing inverted V
Gambar 3.6 Model 3 dimensi struktur dengan bresing inverted V
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
3.2 Metodologi Penelitian
3.2.1 Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penlitian ini menggunakan analisis perancangan,
kemudian dibandingkan untuk memperoleh kesimpulan.
3.2.2 Tahapan Penelitian
Untuk mewujudkan uraian diatas maka langkah analisis yang hendak dilakukan
adalah sebagai berikut :
1 Mencari data-data yang mendukung perancangan struktur, seperti; denah
struktur, geometri, model struktur, dan beban yang akan digunakan.
2 Melakukan pemodelan struktur 3 dimensi tanpa bresing dan menentukan
dimensi profil yang akan dipakai.
3 Menghitung, dan menentukan jenis beban antara lain beban mati, beban
hidup, beban gempa dan beban angin, kemudian meletakkan beban pada
model struktur.
4 Melakukan analisis struktur terhadap model struktur tanpa bresing dengan
program ETABS 9 untuk mengetahui besarnya nilai story displacement
pada tiap-tiap lantai gedung.
5 Melakukan kontrol struktur terhadap model struktur tidak berpenopang
untuk mengetahui apakah struktur aman atau tidak berdasar kinerja batas
layan dan kinerja batas ultimit struktur.
6 Pemodelan struktur dengan bresing inverted V dan menentukan dimensi
profil yang akan digunakan untuk bresing
7 Analisis struktur terhadap model struktur denga bresing inverted V dengan
program ETABS 9 untuk mengetahui besarnya nilai story displacement
padatiap-tiap lantai gedung.
8 Kontrol struktur terhadap model struktur untuk mengetahui apakah
struktur aman atau tidak berdasar kinerja batas layan dan kinerja batas
ultimit struktur.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
9 Menghitung luas bresing minimum yang diperlukan berdasarkan beban
maksimum yang diterima bresing
10 Pemodelan struktur dengan bresing V dan menentukan dimensi profil yang
akan digunakan untuk bresing
11 Analisis struktur terhadap model struktur dengan pogram ETABS 9 untuk
mengetahui besarnya nilai story displacement pada tiap-tiap lantai gedung.
12 Kontrol struktur terhadap model struktur untuk mengetahui apakah
struktur aman atau tidak berdasar kinerja batas layan dan kinerja batas
ultimit struktur.
13 Menghitung luas bresing minimum yang diperlukan berdasarkan beban
maksimum yang diterima bresing
14 Tahap pengambilan kesimpulan. Pada tahap ini, dengan berdasarkan hasil
analisis data dan pembahasan, dibuat suatu kesimpulan yang sesuai dengan
tujuan penelitian.
15 Analisis data dan pembahasan model struktur tanpa bresing, dengan
bresing inverted V, dan dengan bresing V dianalisis untuk mendapatkan
hubungan antara variabel-variabel yang diteliti dalam penelitian ini.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Gambar 3.5 Diagram alir metodologi penelitian
Mulai
Data dan Informasi
Pemilihan profil dan pemodelan struktur 3 dimensi tanpa bresing
Perhitungan pembebanan
Analisis Struktur dengan bantuan ETABS Nonlinier
Hasil Analisis Struktur (Story displacement)
Kontrol Kinerja Batas Layan dan Kinerja
Batas Ultimit
Ya
Perlu dipasang bresing
A
Tidak
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
Gambar 3.5 (lanjutan)
Perhitungan pembebanan
Analisis Struktur dengan bantuan ETABS Nonlinier
Hasil Analisis Struktur, (Story displacement, nilai tekan maupun tarik pada bresing)
Kontrol Kinerja Batas Layan dan Kinerja
Batas Ultimit
Perhitungan Dimensi Batang Penopang minimum(Ab)
Tidak
Ya
Struktur Aman
Selesai
Pemilihan profil dan permodelan struktur 3 dimensi dengan bresing
Bresing Inverted V
Bresing V
A
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
BAB 4
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1. Analisis
Pada tahap analisis ini, model struktur gedung 3 dimensi diberi beban gravitasi
(beban mati dan beban hidup) dan beban lateral (beban gempa dan beban angin).
Selanjutnya model struktur gedung tersebut dihitung dengan menggunakan
ETABS v9.0 sehingga dapat diketahui besarnya joint displacement arah x dan y.
Hasil analisis joint displacement tersebut digunakan dalam perancangan struktur
serta untuk menarik kesimpulan apakah model struktur gedung aman atau tidak
berdasarkan kinerja batas layan dan kinerja batas ultimit struktur.
4.2. Struktur Gedung Tanpa Bresing
4.2.1 Denah dan Model Struktur
Model bangunan yang akan dianalisis berupa bangunan 8 lantai termasuk atap.
Spesifikasi dari bangunan tersebut adalah sebagai berikut :
a. Panjang ( arah y ) : 30 m
b. Lebar (arah x ) : 50 m
c. Tinggi antar lantai : 5 m
d. Fungsi bangunan : Pusat perdagangan
Bangunan memiliki void dari lantai dasar sampai dengan lantai 6 dan pada lantai 7
serta 8 tidak ada void. Bangunan terletak pada zona wilayah gempa 4 dengan jenis
tanah keras. Denah bangunan selengkapnya seperti dalam Gambar 4.1.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
7.00
8.00
8.00
7.00
5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
void
50.00
X
Y a) denah lantai 1-6
7.00
8.00
8.00
7.00
30.00
5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
50.00
X
b) denah lantai 8
Gambar 4.1 Denah struktur tanpa bresing
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
Model 3 dimensi dari bangunan tanpa bresing dapat dilihat pada Gambar 4.2 .
Gambar 4.2 Model 3 dimensi struktur tanpa bresing
4.2.2 Kriteria Perancangan
Spesifikasi komponen serta material dari model struktur gedung dalam analisis ini
adalah sebagai berikut :
a. Pelat Atap
Tebal pelat : 12 cm
Perapihan (asphalt sheet) : 3 cm
b. Lantai Tingkat
Tinggi tingkat : 5 m
Tebal pelat : 12 cm
Tebal tegel : 1 cm
Tebal spesi : 1 cm
Tebal pasir : 3 cm
c. Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung