m. Nurul Fajar

Embed Size (px)

Text of m. Nurul Fajar

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    1/20

    PERANCANAAN STRUKTUR RANGKA BAJA DENGAN BRESING

    TAHAN TEKUK 

    1. Pendahuluaan

    Masalah tekuk menjadi perhatian dalam desain bangunan baja. Tekuk 

    menyebabkan hilangnya kekuatan tekan sehinggga pengecakan kapasitas tekan

    dari suatu elemen struktur menjadi satu hal yang paling diperhatikan. Masalah

    tekuk pada bresing dapat diselesaikan apabila bresing memiliki ketahanan

    terhadap gaya tekan yang diterima, khususnya pada struktur yang memikul beban

    gempa bolak-balik. Hal ini diakomodasi dengan kehadiran bresing tahan tekuk.

    Makalah ini membahas Struktur Rangka Bresing Tahan Tekuk – SRBTT

     Buckling-restrained Breaced Frames-BRBF ! yang merupakan pengembangan

    dari sistem rangka bresing konsentrik Concentrical Braced Frame! yaitu bresing

    disesain memliki kapasitas tekan yang sama dengan tariknya. Sistem rangka ini

    telah banyak diaplikasikan di "merika Serikat dan #epang.

    $ua buah perencanaan struktur rangka bresing tahan tekuk SRBTT! dilakukan

    terhadap bangunan gedung %& lantai berdasarkan seismic pro'isions (or structural

    steel building yang diterbitkan "merica )nstitute *( Stell +onctrution. Struktur 

    yang pertama SRBTT-%! menggunakan (actor o'erstrength hanya pada eleman

    struktur pada portal bresing, sedangkan pada struktural kedua SRBTT-! (actor 

    o'erstrength digunakan untuk seluruh elemen struktur.

    2. Sistem Besin! Tahan Te"u" 

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    2/20

    $alam upaya menyelesaikan masalah tekuk pada sistem rangka besing

    konsentrik., nilai kelangsingan yang dimiliki breesing direncakan sekecil

    mungkin, agas nilai kekusatan bresing mendekati kekuatan lelehnya. ntuk 

    mencapai kelangsingan yang kecil, luas penampang bresing diperbesar.

    erbesaran luar penampang ini dilakukan denga menambah selongsong di batang

     baja yang diisi nmorter atau beton!. Batang baja dibiarkan memanjang dan

    memendek tanpa tekuk yang berarti. elelehan bresing merupakan proses

    disipasienergy yang diharapkan dalam Sistem Rangka Bresing Tahan Tekuk.

    Gam#a 1 Elemen Besin! Tahan Te"u" $%&est&'&( 2))*+

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    3/20

    Gam#a 2 Ku,a Histeeti" Hasil Pen!u-ian Besin! Tahan Te"u"

    $&'e/( 2))0+

    . Batan! Besin!

    .1 Batan! Ba-a

    Batang baja yang dipakai dalam bresing didesain untuk menahan gaya aksial

    dari bresing secara keseluruhan. /uat aksial rencana, 0 ysc 1R2$!, baik tarik 

    maupun tekan, ditentukan berdasarkan batas leleh sebagai berikut3

    ∅ P ysc=∅ F  ysc A sc

    $inama3

    2ysc 4 tegangan leleh minimum dari baying baja inti, atau tegangan leleh

    yang actual dari batang inti yang ditemukan dari hasil uji, Ma!

    "sc 4 luas dari batang inti mm!

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    4/20

    0 4 &.5&

    .2 Sistem Penahan Te"u" 

    Sistem penahan tekuk terdiri dari selubung batang baja. $alam

     perhitungan stabilitas, balok, dan pelat buhul yang terhubung dengan inti batang

     baja termasuk dalam sistem ini. Sistem ini penahan tekuk akan membatasi

    kejadian tekuk dari batang baja inti hingga mampu berde(ormasi mencapai .& 6

    simpangan antar lantai yang diperhitungkan.

    . Ad-usted Bae Sten!th

    Sambungan bresing dan batang yang saling berkaitan didesain untuk

    menahan gaya berdasarkan adjusted brace strength. /uat tarik dari bresing

    ditentukan sebesar 78R y psc., sedangkan kuat tekan bresing adalah 8R y psc.

     β= βω R y P psc

    ω R y P psc= P

    maks

    T maks

    ω=ω F sc A

     F  y sc A =

    T maks

     F  ysc A

    $inama3

    maks  4 gaya tekan maksimum 9!

    Tmaks 4 gayatarik maksimum dengan de(ormasi sesui dengan &&: dari simpangan

    antar lanatai

    2ysc  4 kekuatan leleh dari batang baja inti Ma!

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    5/20

    $alam hal ini, 7 adalah rasio antara gaya tekan maksimum terhadap gaya tarik 

    maksimum dari hasil pengujian, sedangkan 8 adalah rasio antara tarik masimum

    terhadap kuat leleh batang baja inti.

    Gam#a Dia!am Ga3a4Pe'indahan Batan! $AISC( 2))*+

    2actor R y  tidak digunakan apabila nilai 2ysc merupakan nilai tegangan leleh yang

    diperoleh dari pengujian.

    0. Sam#un!an Besin!

    /ekuatan dari sambungan bresing untuk tarik dan tekan termasuk hubungan

    antara balok dan kolom jika ini termasuk kedalam sistem bresing! direncanakan

    %,% kali lebih besar daripada adjusted brace strength untuk tekan. Hal ini

    dilakukan untuk menjamin sambungan tidak leleh pada saat bresing berde(ormasi

    maksimum. ntuk pelat buhul, desain sambungan memperhatikan tekuk local dan

    tekuk komponen bresing. /onsistensi penggunaan bresing yang akan digunakan

    diperlukan untuk pengujian, dimana hasil dijadikan dasar untuk perencanaan.

    *. Bal&" Dan K&l&m

    kuran penampang balok dan kolom harus memenuhi kriteria  seismically

    compact . Hal ini dimaksudkan untuk mengakomondasi kemungkinan terjadinya

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    6/20

    tekuk inelastic pada saat penampang memikul gaya bolak-balik akibat gempa

    kuat.

    /ekuatan yang dibutuhkan oleh balok dan kolom ditentukan dari kombinasi

     pembebanan yang berlaku pada peraturan perencanaan gedung. ntuk kombinasi

     beban yang brace strength untuk tarik dan tekan. /ekuatan balok dan kolom harus

    direncanakan meebihi gaya dalam yang dapat terajadi akibat bekerjanya gayya

    maksimum dalam sistem portal bresing.

    5. Studi "asus

    erencanaan struktur dilakukan terhadap gedung perkantoran sepuluh lantai

    dengan denah simatris berukuran ;&6;& meter dengan jarak antar kolom < meter 

    dalam arah kedua sumbu bangunan. Tinggi lantai dasar adalah = meter dan lantai

    % hingga lantai %& setinggi ;,< meter. Balok anak dipasang dalam sumbu > dengan

     jarak meter. Struktur direncanakan berda pada ?ilayah gempa kuat atau @ona =

    dengan kondisi tanah lunak menurut S9) &;-%A

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    7/20

    Gama# 0 %&del Dimensi Stu"tu SRBTT

     

    a. Denah #. Tam'a" 

    Gam#a * Denah dan Tam'a" SRBTT

    5.1 Besin! Tahan Te"u" 

    Bresing yang digunakan merupakan bresing yang diproduksi secara

    khusus dan didesain sedemikian rupa sehingga kapasitas tekan yang dimiliki sama

    dengan kapasitas tariknya. arameter yang direncanakan adalah luas  stell core

     bresing yang berpengaruh pada nilai kapasitas bresing yang akan ditentukan.

    enentuan kasitas tarik dan tekan maksimum dilakuakan berdasarkan hasil

    uji terhadap sampel bresing tahan tekuk. $alam perencanaan ini, digunakan hasil

    uji bresing tahan tekuk yang dilakukan di ni'ersitas +ali(ornia, yang selanjutnya

    diolah untuk memperoleh backbone curve yang dipakai dalam perencaan.

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    8/20

    Gam#a 5 backbone curve

    5.1.1 Pehitun!an Ke"uatan Besin!

    erhitungan dimulai dengan memperkirakan ukuran luas  steel core yang

    akan dipakai dalam desain, dengan memperhatikan besarnya gaya aksial yang

    terjadi pada bresing akibat kombinasi pembebanan yang telah direncanakan.

    Sebagai e'aluasi kekuatan bresing, ditentukan kapasitas bresing yang akan

    dipasang, D ysc. Sehingga didapat demand capacity ratio(DCR)

     DCR= P

    uΦP ysc

    $engan u adalah gaya aksial ultimit dengan D 4 &,5.

    "pabila nilai $+R kurang dari satu $+RE%!, maka pemilihan luasan steel core

     bresing dapat diterima. "pabila nilai $+R F %, diambil langkah dengan

    memperbesar luas penampang bresing.

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    9/20

    5.1.2 Pehitun!an Adjusted Brace Strength

    ntuk menemukan nilai !djusted Brace "trength diperlukan nilai 8 dan 7.

     9ilai-nilai tersebut didapatkan setelah dilakukan perhitungan nilai .& G bm  dan

    reganga bresing brace strain! sebagai berikut3

    %! Menentukan nilai G b6 9ilai G b6 adalah niai de(ormasi bresing tahan tekuk berdasarkan simpangan

    antar lantai elastic. 9ilai ini ditentukan dengan menggunakan persamaan

     Δbx= Pbx L ysc

     ERA sc

    $imana 1ysc  4 panjang inti batang baja bresing leleh

    "sc  4 luas penampang inti batang baja

     b6  4 gaya aksial maksimum bresing akibat kombinasi

     pembebanan

    ! Menentukan nilai G bm 9ilai G bm adalah nilai de(ormasi bresing tahan tekuk berdasarkan simpangan

    antara lantai desain dalam kondisi inelastic yang direncanakan. 9ilai ini

    ditemukan dengan menggunakan persamaan Δbm,=C d Δbx

    $engan +d adalah (aktoar perbesaran de(leksi yang tergantung pada sistem

    rangka yang sedang direncanakan. ntuk SBRTT ini, nilai +d adalah C Tabel

    R;-% "ppendi6 R "9S)")S+ ;=%-&C!.

    ;! Menghitung regangan bresing rata-rata ɛBR+!

    $engan asumsi bresing berde(ormasi hingga mencapai kali de(ormasi

    inelastic yang direncanakan, nilai regangan bresing rata-rata dalam :! dapat

    dihitung dengan menggunakan persamaan

    ɛBRC =

    2.0 Δbm

     L y sc

     9ilai ini menjadi acuan dalam perhitungan kekuatan rencana bresing.

    =! Menetukan adjustment #actors 8 dan 7

    $engan m,enggunakan backbone  curve  yang menggambarkan hubungan

    antara gaya aksial bresing normalisasi terhadap regangan bresing rata-rata

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    10/20

    dari bresing yang akan digunakan, nilai ɛBR+ diplotkan untuk   menentukan

    adjustment #actors ω dan β yang digunakan dalam perencaan seperti terlihat

     pada gambar

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    11/20

    kekompakan penampang, kapasitas tekan, kapasitas lentur, kapsitas geser,

    interaksi momen lentur, dan nilai $+R.

    $alam studi ini dilakukan dua buah perencanaan strukur dengan perbedaan pada

     penggunaan (akto o'erstrength. ada struktur pertama, SBRTT-%, (actor o'er 

    strength hanya digunakan dalam mendesain balok dan kolom dalam portal bresing

    dan portal lainnya direncanakan dengan memperhitungkan (akotr o'erstrength.

    5.2.1 Pen!ee"an "a'asitas desain #al&" 

    Gambar 7 free body balok 

    $alam pengecekan kapasitas desain balok akibat de(ormasi bresing, dilakukan

     perhitungan gaya aksial yang terjadi pada balok dengan memperhitungkan nilai

    adjusted brace strength yang telah ditentukan. $alam pengecekan ini, diambil

     beberapa asumsi yang memberikan hasil yang konser'ati(, yaitu3

    3 Iaya geser pada kolom diasumsikan bernilai nol, sehingga seluruh gaya geser

    lantai dianggap dipikul oleh bresing.

    2i adalah gaya gempa total yang bekerja pada lantai tersebut, dan didistribusikan

    ke portal-portal yang memiliki bresing pada lantai tersebut.

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    12/20

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    13/20

    di dalam portal bresing yang umumnya lebih besar daripada ukuran balok dan

    kolom di portal lainnya seperti ditunjukkan dalam Tabel .

    Ta#el 1 Bal&" dan K&l&m di Dalam P&tal Besin! SRBTT41

    n& Bal&" K&l&m

    1 910:* 910:26

    2 910:* 910:26

    910:* 910:26

    0 910:* 910:26

    * 910:06 910:26

    5 912:* 910:26

    8 912:* 915:1))

    6 912:* 915:1))

    ; 912:* 915:1))

    1) 912:* 915:*8

    Besarnya nilai overstrength yang dipakai dan batasan kekompakan secara seismik 

    yang ketat membuat dimensi balok dan kolom di dalam protal bresing lebih besar 

    daripada dimensi balok dan kolom di portal lainnya. Hal ini dimaksudkan untuk 

    menjamin bah?a balok dan kolom di dalam portal bresing tetap dalam kondisi

    elastik pada saat bresing mengalami kelelehan. %&

    Selanjutnya pemeriksaan dilakukan terhadap hasil desain untuk kedua struktur.

    Ta#el 0 Bal&" Dalam dan Bal&" ua di P&tal ainn3a

    Ta#el * K&l&m Sudut dan K&l&m ua di P&tal ainn3a

    ada desain SRBTT-%, balok dan kolom di portal lainnya didesain berdasarkan

    gaya dalam akibat beban gempa rencanaJ sedangkan pada SRBTT-, pemilihan

    dimensi balok dan kolom di seluruh portal didasarkan kepada nilai gaya dalam

     pada saat bresing mencapai kekuatan maksimumnya, yaitu nilai gaya dalam yang

    telah diperbesar menggunakan (aktor overstrength. Tabel = dan Tabel C

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    14/20

    menunjukkan dimensi balok dan kolom yang lebih besar pada SRBTT- akibat

     penggunaan (aktor overstrength.

    A. "nalisis ush *'er

    Hasil analisis  push over dengan cara displacement control Iambar 5!

    menggambarkan kinerja kedua struktur yang berbeda dalam memikul beban

    lateral, yang ditunjukkan dengan besarnya gaya geser dan perpindahan lateral

    lantai atas

    ergerakan kur'a yang meningkat secara monoton mengindikasikan tidak 

    terjadinya tekuk pada seluruh komponen struktur di kedua struktur, dan bresing

    mengalami kelelehan seperti yang diharapkan. erbedaan terlihat dari segi

    kekakuan, kekuatan, dan daktilitas kedua struktur. SRBTT-% memiliki kekakuan

    elastik yang sedikit lebih rendah dan kekuatan yang jauh lebih rendah daripada

    SRBTT-. Kalaupun kur'a menunjukkan simpangan yang cukup besar, namun

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    15/20

    daktilitas SRBTT-% dinilai lebih rendah daripada SRBTT- seperti yang dijelaskan

     pada bahasan selanjutnya.

    8. Se#aan Sendi Plastis

    Sebaran dan urutan terjadinya sendi plastis pada analisis  push over Iambar %&

    dan %%! menunjukkan perbedaan perilaku kedua struktur yang direncanakan.

    8..1 SRBTT41

    a. Bresing leleh untuk pertama kali dibandingkan elemen lain! pada saat L 4

    &5 k9

     b. ada L 4 =

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    16/20

     

    "! B!

     

    +! $!

    Gam#a 1) Sendi Plastis Pada SRBTT41<

    Saat Besin! %ulai eleh < $a+ P&tal Besin!( $#+ P&tal ain

    A"hi Pem#e#anan < $+ P&tal Besin!( $d+ P&tal ain.

    8..2 SRBTT42

    a. /elelehan pertama bresing diperkirakan terjadi pada L 4 ;5&& k9.

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    17/20

     b. ada L4

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    18/20

    B! +! $!

    Gam#a 11 Sendi Plastis Pada SRBTT42<

    Saat Besin! %ulai eleh < $a+ P&tal Besin!( $#+ P&tal ain

    A"hi Pem#e#anan < $+ P&tal Besin!( $d+ P&tal ain.

    8.. Kine-a Stu"tu

    Berdasarkan kur'a hasil analisis push-over , dilakukan pendekatan bi-linier 

    Iambar %! untuk menentukan nilai de(leksi maupun beban leleh pada struktur,

    dan selanjutnya dihitung nilai daktilitas struktur ! dan (aktor modi(ikasi respon

    struktur R!.

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    19/20

     

    Gam#a 12 Ku,a Push =,e Pende"atan Bilinea $a+ SRBTT41

    $#+ SRBTT42

    6. Penutu'

    erencanaan yang telah dilakukan terhadap struktur rangka baja dengan

     bresing tahan tekuk berdasarkan desain kapasitas menghasilkan struktur dengan

    kinerja tahan gempa seperti yang diharapkan, yaitu dengan mengembangkan

  • 8/17/2019 m. Nurul Fajar

    20/20

    daktilitas sekaligus kuat lebih struktur melalui pembentukan sendi plastis pada

    seluruh bresing yang direncanakan leleh akibat gempa besar.

    enggunaan (aktor overstrength  bresing pada perencanaan balok dan kolom

    merupakan langkah penting dalam menjamin kinerja struktur SRBTT yang baik.