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"


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))*+


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!


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!


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


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


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.


8/20

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.


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


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


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.


12/20


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


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


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 =


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.


17/20

b. ada L4


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!.


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


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.

Documents

m. Nurul Fajar