KINERJA STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG … JUD… · TUGAS AKHIR Oleh: I Gede Agus Hendrawan ......
Transcript of KINERJA STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG … JUD… · TUGAS AKHIR Oleh: I Gede Agus Hendrawan ......
-
HALAMAN JUDUL
KINERJA STRUKTUR RANGKA BETON
BERTULANG DENGAN PERKUATAN BREISING
BAJA TIPE X
TUGAS AKHIR
Oleh:
I Gede Agus Hendrawan
NIM: 1204105095
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
2016
-
ii
HALAMAN PERNYATAAN
-
iii
HALAMAN PENGESAHAN
-
iv
ABSTRAK
Penelitian tentang perkuatan struktur rangka beton bertulang menggunakan breising
baja tipe x telah dilakukan dengan memodel struktur gedung 3, 4, dan 5 lantai yang
dibandingkan perilaku dan kinerjanya. Evaluasi perilaku struktur rangka tanpa
perkuatan dianalisa berdasarkan SNI 1726:2002 dan dengan SNI 1726:2012. Hasil
evaluasi SNI 1726:2012 menunjukan bahwa struktur mengalami overstress
(kegagalan struktur). Kemudian struktur tersebut diperkuat dengan breising.
Kinerja perkuatan struktur dengan breising dievaluasi menggunakan analisis non
linier pushover dengan software SAP2000 V17 yang dilakukan pada struktur
rangka tanpa perkuatan dan struktur dengan perkuatan breising struktur gedung 3,
4, dan 5 lantai.
Hasil penelitian menunjukan, perilaku struktur dengan perkuatan breising yang
dibandingkan dengan struktur rangka tanpa perkuatan menunjukan penurunan luas
tulangan perlu berkisar 0-74.86% dan simpangan berkisar 79-88%. Gaya-gaya
dalam yang dihasilkan menunjukan penurunan momen berkisar 36.67-40.91%
untuk balok tumpuan, 9.41-12.39% untuk balok lapangan, dan 42.60-47.30% untuk
kolom. Sedangkan pada gaya geser terjadi penurunan berkisar 24.13-27.83% untuk
balok dan 36.51-46.61% untuk kolom. Pada gaya aksial terjadi penurunan sebesar
2.32% untuk lantai 3 dan 2.49% untuk lantai 4 sedangkan lantai 5 mengalami
peningkatan 7.71%. Analisis kurva pushover struktur rangka dengan perkuatan
breising menunjukan peningkatan gaya geser dasar yang bisa diterima berkisar 171-
467% dengan penurunan perpindahan antara 18-58% dibanding struktur rangka
tanpa perkuatan dengan level kinerja Immediate Occupancy pada semua model
struktur.
Kata kunci: struktur rangka beton bertulang, breising baja tipe x, metode perkuatan
-
v
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi
Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penyusunan Tugas
Akhir yang berjudul Kinerja Struktur Rangka Beton Bertulang dengan Perkuatan
Breising Baja Tipe-X ini dapat diselesaikan.
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya tak lepas dari
bimbingan, bantuan, dorongan semangat dari berbagai pihak, sehingga melalui
kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: Bapak Ir. Made
Sukrawa, MSCE., Ph.D. dan Bapak I Gede Adi Susila, ST, MSc., PhD. selaku
Dosen Pembimbing Tugas Akhir, serta Bapak Ir. I Gede Made Konsukartha, MSi.
selaku Dosen Pembimbing Akademik. Orang tua dan keluarga yang memberikan
dukungan penuh dalam penyelesaian studi S1 serta teman-teman yang selalu
memberi semangat dan dukungannya.
Denpasar, Juni 2016
Penulis
-
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................i
HALAMAN PERNYATAAN ................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iii
ABSTRAK ..............................................................................................................iv
UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................... v
DAFTAR ISI ...........................................................................................................vi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .................................................................................................... x
DAFTAR NOTASI .................................................................................................xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Rumusan masalah ............................................................................ 2
1.3 Tujuan .............................................................................................. 2
1.4 Manfaat ............................................................................................ 2
1.5 Batasan Masalah .............................................................................. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 4
2.1 Beban Gempa ................................................................................... 4
2.1.1 Beban Gempa menurut SNI 1726:2002 ........................................... 4
2.1.2 Beban Gempa menurut SNI 1720:2012 ........................................... 5
2.2 Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012 ................... 5
2.3 Perkuatan Struktur ........................................................................... 9
2.4 Struktur Rangka Breising ............................................................... 11
2.4.1 Sistem Rangka Breising Konsentrik Biasa .................................... 12
2.4.2 Sistem Rangka Breising Konsentrik Khusus ................................. 12
2.5 Material Beton ............................................................................... 14
2.6 Analisis Pushover .......................................................................... 15
2.6.1 Sendi Plastis ................................................................................... 16
2.7 Perancangan Bangunan Tahan Gempa Berbasis Kinerja ............... 18
2.7.1 Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726:2002 ............................. 19
2.8 Titik Kinerja dan Target Perpindahan ............................................ 20
2.8.1 Metode Koefisien Perpindahan (FEMA 356) ................................. 20
2.8.2 Metode Modifikasi Perpindahan (FEMA 440) .............................. 23
-
vii
2.8.3 Metode Spektrum Kapasitas ATC 40 ............................................ 24
2.9 Penelitian Terkait Penggunaan Breising Sebagai Perkuatan
Struktur Rangka Beton Bertulang ...................................................................... 25
2.9.1 Youssef et al (2007) ....................................................................... 25
2.9.2 Massumi dan Absalan (2013) ........................................................ 27
2.9.3 Massumi dan Tasnimi (2008) ........................................................ 29
2.9.4 Viswanath et.al (2010) ................................................................... 31
2.9.5 Ismail et.al (2015) .......................................................................... 32
2.9.6 Maheri (2009) ................................................................................ 32
BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................... 35
3.1 Alur Penelitian ............................................................................... 35
3.2 Model Struktur 3, 4 dan 5 Lantai ................................................... 35
3.3.1 Data Geometrik .............................................................................. 35
3.3.2 Data Material ................................................................................. 38
3.3.3 Data Pembebanan ........................................................................... 38
3.3 Permodelan Breising ...................................................................... 41
3.4 Analisis Struktur ............................................................................ 42
3.5.1 Analisis Pushover .......................................................................... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 44
4.1 Model Struktur ............................................................................... 44
4.2 Perbandingan Perilaku Struktur ..................................................... 45
4.2.1. Luas Tulangan ................................................................................ 45
4.2.2. Simpangan ...................................................................................... 54
4.2.3. Gaya - Gaya Dalam ........................................................................ 56
4.3 Perbandingan Kinerja Struktur....................................................... 57
4.3.1 Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726 - 2002 ........................... 57
4.3.2. Kurva Pushover ............................................................................. 58
4.3.3. Evaluasi Kinerja Stuktur ................................................................ 61
4.3.4 Distribusi Sendi Plastis .................................................................. 63
BAB V PENUTUP ...................................................................................... 74
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 74
5.2 Saran .............................................................................................. 74
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 75
LAMPIRAN ........................................................................................................... 77
-
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk tipikal spektrum respons gempa rencana ................................ 7
Gambar 2.2 Spektrum respons desain ..................................................................... 7
Gambar 2.3 Perbandingan breising terhadap masing masing perkuatan .............. 10
Gambar 2.4 Tipe-tipe Breising Konsentrik ........................................................... 11
Gambar 2.5 Kurva Tegangan Regangan ............................................................... 14
Gambar 2.6 Kurva Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan Regangan 15
Gambar 2.7 Kurva simpangan plastis untuk gaya vs perpindahan ....................... 17
Gambar 2.8 Ilustrasi Rekayasa Gempa Berbasis Kinerja ..................................... 18
Gambar 2.9 Perilaku pasca leleh struktur ............................................................. 23
Gambar 2.10 Penentuan Titik Kinerja menurut Metode Spektrum Kapasitas ...... 24
Gambar 2.11 (a) Detail rangka tanpa perkuatan (b) Detail rangka breising ......... 26
Gambar 2.12 Hubungan Beban dan Rasio Simpangan ......................................... 26
Gambar 2.13 (a) Rangka momen (b) Rangka momen dengan pelat buhul (c) ..... 28
Gambar 2.14 Pola retak dari pengujian ................................................................. 28
Gambar 2.15 Hubungan antara beban lateral load dan lateral displacement Rangka
tanpa breising UBF1, rangka dengan plat buhul UBF2, dan rangka breising BF129
Gambar 2.16 Detail sambungan ............................................................................ 30
Gambar 3.1 Tahapan Kegiatan Penelitian............................................................. 36
Gambar 3.2 (a) Denah Struktur (b) Portal Struktur Lantai 3 (c) Portal Struktur
Lantai 4 (d) Portal Struktur Lantai 5 ..................................................................... 37
Gambar 3.3 Pengaturan UBC 97 yang disesuaikan dengan SNI 2002 ................. 39
Gambar 3.4 Pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 2012. .............. 40
Gambar 3.5 Metode menggambar breising cepat quick draw braces ................... 41
Gambar 3.6 Hasil permodelan breising. ............................................................... 41
Gambar 4.1 Luas Tulangan (mm2) Model SRT3 dengan Beban Gempa SNI
1726:2002 ............................................................................................................. 45
Gambar 4.2 Luas Tulangan (mm2) Model SRT4 dengan Beban Gempa SNI
1726:2002 ............................................................................................................. 46
Gambar 4.3 Luas Tulangan (mm2) Model SRT5 dengan Beban Gempa SNI
1726:2002 ............................................................................................................. 46
Gambar 4.4 Luas Tulangan (mm2) Model SRT3 dengan Beban Gempa SNI
1726:2012 ............................................................................................................. 47
Gambar 4.5 Luas Tulangan (mm2) Model SRT4 dengan Beban Gempa SNI
1726:2012 ............................................................................................................. 47
Gambar 4.6 Luas Tulangan (mm2) Model SRT5 dengan Beban Gempa SNI
1726:2012 ............................................................................................................. 48
Gambar 4.7 Luas Tulangan (mm2) Model SRB3 .................................................. 49
Gambar 4.8 Stress Ratio Breising pada Model SRB3 .......................................... 50
Gambar 4.9 Luas Tulangan (mm2) Model SRB4 .................................................. 50
Gambar 4.10 Stress Ratio Breising pada Model SRB4 ........................................ 51
Gambar 4.11 Luas Tulangan (mm2) Model SRB5 ................................................ 51
Gambar 4.12 Stress Ratio Breising pada Model SRB5 ........................................ 52
-
ix
Gambar 4.13 Perbandingan Simpangan dan Tingkat dari Model Struktur Lantai 3,
4, dan 5 Akibat Beban Gempa SNI 1726:2002 dan SNI 1726:2012 .................... 54
Gambar 4.14 Perbandingan Simpangan dan Tingkat dari Model Struktur Lantai
3,4, dan 5 dengan SNI 1726:2002 dan dengan Penambahan Breising ................. 55
Gambar 4.15 Kurva Pushover Struktur Gedung 3 Lantai ..................................... 59
Gambar 4.16 Kurva Pushover Struktur Gedung 4 Lantai ..................................... 59
Gambar 4.17 Kurva Pushover Struktur Gedung 5 Lantai ..................................... 60
Gambar 4.18 Skema leleh pada SRT3 .................................................................. 64
Gambar 4.19 Skema leleh pada SRT4 .................................................................. 66
Gambar 4.20 Skema leleh pada SRT5 .................................................................. 67
Gambar 4.21 Skema leleh pada SRB3 .................................................................. 69
Gambar 4.22 Skema leleh pada SRB4 .................................................................. 71
Gambar 4.23 Skema leleh pada SRB5 .................................................................. 72
-
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan SNI-1726-2002 dengan SNI-1726-2012 .......................... 6
Tabel 2.2 Tingkat Kinerja Struktur menurut FEMA 273...................................... 18
Tabel 2.3 Level Kinerja Struktur .......................................................................... 23
Tabel 2.4 Deformation Limit menurut ATC 40 .................................................... 25
Tabel 2.5 Data model setelah dari hasil pengujian ............................................... 26
Tabel 4.1 Dimensi Penampang Struktur Gedung 3 Lantai ................................... 44
Tabel 4.2 Dimensi Penampang Struktur Gedung 4 Lantai ................................... 44
Tabel 4.3 Dimensi Penampang Struktur Gedung 5 Lantai ................................... 45
Tabel 4.4 Perbandingan Luas Tulangan pada model SRT3 .................................. 48
Tabel 4.5 Perbandingan Luas Tulangan pada model SRT4 .................................. 49
Tabel 4.6 Perbandingan Luas Tulangan pada Model SRT5 ................................. 49
Tabel 4.7 Perbandingan Luas Tulangan SRT3-02 dengan SRB3 ......................... 52
Tabel 4.8 Perbandingan Luas Tulangan SRT4-02 dengan SRB4 ......................... 53
Tabel 4.9 Perbandingan Luas Tulangan SRT5-02 dengan SRB5 ......................... 53
Tabel 4.10 Drift Ratio dari Model Struktur Lantai 3, 4, dan 5 ............................. 55
Tabel 4.11 Momen Maksimum ............................................................................. 56
Tabel 4.12 Gaya Geser Maksimum ...................................................................... 56
Tabel 4.13 Gaya Aksial Maksimum ..................................................................... 57
Tabel 4.14 Kinerja Batas Ultimit menurut SNI 1726:2002 .................................. 58
Tabel 4.15 Nilai performance point ...................................................................... 61
Tabel 4.16 Level Kinerja (ATC 40) dari maksimum simpangan pada atap .......... 61
Tabel 4.17 Nilai Target Perpindahan .................................................................... 62
Tabel 4.18 Level Kinerja menurut FEMA 440 ..................................................... 62
Tabel 4.19 Hasil Analisa Pushover pada SRT3 .................................................... 63
Tabel 4.20 Hasil Analisa Pushover pada SRT4 .................................................... 65
Tabel 4.21 Hasil Analisa Pushover pada SRT5 .................................................... 66
Tabel 4.22 Hasil Analisa Pushover pada SRB3 .................................................... 68
Tabel 4.23 Hasil Analisa Pushover pada SRB4 .................................................... 70
Tabel 4.24 Hasil Analisa Pushover pada SRB5 .................................................... 71
-
xi
DAFTAR NOTASI
Ag : Luas Penampan Kotor (mm2)
Am : Percepatan respons maksimum atau Faktor Respons Gempa maksimum
pada Spektrum Respons Gempa Rencana.
Ao : Percepatan puncak muka tanah akibat pengaruh Gempa Rencana yang bergantung pada Wilayah Gempa dan jenis tanah tempat struktur gedung berada.
Ar : Pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor Respons Gempa C
pada Spektrum Respons Gempa Rencana.
Cm : Faktor massa efektif yang diambil dari Tabel 3-1 dari FEMA 356.
CS : Koefisien respon seismik yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012
pasal 7.8.1.1
C0 : Koefisien faktor bentuk, untuk merubah perpindahan spektral menjadi
perpindahan atap, umumnya memakai faktor partisipasi ragam yang
pertama (first mode participation factor) atau berdasarkan Tabel 3-2 dari
FEMA 356.
C1 : Faktor modifikasi yang menghubungkan perpindahan inelastik
maksimum dengan perpindahan yang dihitung dari respon elastik linier.
C2 : Koefisien untuk memperhitungkan efek pinching dari hubungan
beban deformasi akibat degradasi kekakuan dan kekuatan, berdasarkan
Tabel 3-3 dari FEMA 356.
C3 : koefisien untuk memperhitungkan pembesaran simpangan lateral akibat
adanya efek P-delta.
C : Faktor Respons Gempa dinyatakan dalam percepatan gravitasi yang
nilainya bergantung pada waktu getar alami struktur gedung
dan kurvanya ditampilkan dalam Spektrum Respons Gempa Rencana.
Cv : Faktor Respons Gempa vertikal untuk mendapatkan beban gempa
vertikal nominal statik ekuivalen pada unsur struktur gedung yang
memiliki kepekaan yang tinggi terhadap beban gravitasi.
Ec : Modulus elastisitas beton
Es : Modulus elastisitas baja (= 200 GPa)
fu : Tegangan Putus Baja
fy : Tegangan Leleh Baja, Mpa
fcr : Tegangan Kritis, Mpa
G : Modulus Geser
g : Percepatan gravitasi 9.81 m/det2
I : Faktor Keutamaan gedung, faktor pengali dari pengaruh Gempa
Rencana pada berbagai kategori gedung, untuk menyesuaikan perioda
ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas
dilampauinya pengaruh tersebut selama umur gedung itu dan
penyesuaian umur gedung itu.
I1 : Faktor Keutamaan gedung untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung.
I2 : Faktor Keutamaan gedung untuk menyesuaikan perioda ulang gempa yang berkaitan dengan penyesuaian umur gedung.
-
xii
Ie : Faktor Keutamaan hunian yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012 pasal 4.1.2
M : Momen
P : Gaya Aksial
R : Rasio kuat elastik perlu terhadap koefisien kuat leleh terhitung
Ry : Rasio dari tegangan leleh yang diinginkan
Sa : Akselerasi respons spektrum yang berkesesuaian dengan waktu getar alami efektif pada arah yang ditinjau.
SDS : Parameter percepatan spectrum respon desain dalam rentang perioda pendek seperti ditentukann pada SNI 1726-2012 pasal 6.3 atau 6.9
SD1 : Parameter percepatan spectrum respon desain pada periode sebesar 1.0 detik, seperti ditentukann pada SNI 1726-2012 pasal 6.10.4
S1 : Parameter percepatan spectrum respon maksimum yang dipetakan yang ditentukan sesuai dengan SNI 1726:2012 pasal 6.10.4
T : Periode Struktur Dasar (detik) yang ditentukan pada SNI 1726:2012 pasal 7.8.2
Ta : Periode fundamental pendekatan
Ts : Waktu getar alami efektif yang memperhitungkan kondisi inelastic
V : Gaya geser dasar
VT : Gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil kurva analisis ragam spectrum respons yang telah dilakukan
Vy : Gaya geser dasar pada saat leleh, dari idealisasi kurva pushover menjadi bilinier
W : Total beban mati dan beban hidup yang dapat direduksi
: Rasio kekakuan pasca leleh terhadap kekakuan elastik efektif, dimana hubungan gaya lendutan diidealisasikan sebagai kurva bilinier
: Perpindahan (simpangan) : Simpangan Ultimit t : Target Perpindahan
: Massa jenis baja v : Rasio Poisson
: Faktor Pengali simpangan nominal
HALAMAN JUDULHALAMAN PERNYATAANHALAMAN PENGESAHANABSTRAKUCAPAN TERIMA KASIHDAFTAR ISIDAFTAR GAMBARDAFTAR TABELDAFTAR NOTASI