BAB IV PERMODELAN STRUKTUR - · PDF fileTugas Akhir SI-40Z1 ... BAB IV PERMODELAN STRUKTUR...
-
Upload
nguyenthuan -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of BAB IV PERMODELAN STRUKTUR - · PDF fileTugas Akhir SI-40Z1 ... BAB IV PERMODELAN STRUKTUR...
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 1
BAB IV
PERMODELAN STRUKTUR
IV.1 Deskripsi Model Struktur
Kasus yang diangkat pada tugas akhir ini adalah mengenai retrofitting struktur bangunan
beton bertulang dibawah pengaruh beban gempa kuat. Sebagaimana dipaparkan pada bab
pendahuluan, mengenai latar belakang kasus, retrofitting ini merupakan jawaban dari
permasalahan faktual yang ada pada saat ini dimana bangunan eksisting yang telah
didesain dengan peraturan gempa yang lama dilakukan ’penyembuhan’, dalam hal ini
penambahan elemen struktur, guna mencapai batas prasyarat yang diijinkan pada revisi
peraturan lama tersebut.
Fokus Retrofitting yang dilakukan pada tugas akhir ini yakni menambahkan elemen
struktur pengaku berupa bracing baja konsentrik pada sisi-sisi luar dari struktur bangunan
lama. Perlu diketahui bahwa struktur bangunan lama yang dijadikan model untuk kasus
pada tugas akhir ini adalah struktur bangunan dual system, yakni menggunakan pengaku
shearwall, yang dalam kasus ini kondisi bangunannya ’sakit’, atau lebih tepatnya tidak
memenuhi prasyarat desain tahan gempa dari peraturan revisi yang baru. Jumlah struktur
bangunan dual system yang akan di-retrofitting adalah 3 buah dengan masing-masing
lantainya yakni struktur bangunan dual sytem 10 lantai, dual system 15 lantai dan 20
lantai.
Denah dari struktur bangunan dual system yang akan di-retrofitting adalah typical, yakni
terdiri atas 5 bay untuk masing-masing arah x dan y dengan dimensi sebagaimana
terlihat pada gambar berikut ini;
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 2
Gambar 4.1 denah struktur
Kemudian masing-masing struktur bangunan dual system tersebut dimodelkan secara tiga
dimensi sebagai portal terbuka dengan menggunakan software ETABS 9.0. Sebagai
gambaran bahwa setelah permodelan selesai dilakukan, melalui software ini struktur akan
di analisis secara statik non linear.
Berikut ini adalah tampak tiga dimensi dari struktur bangunan untuk masing-masing
bangunan dual system yang akan di-retrofitting :
x
Y
Shearwall
kolom
balok
pelat
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 3
Gambar 4.2 model struktur Dual system tampak 3 dimensi
Berikut ini adalah tampak tiga dimensi dari struktur bangunan dual system untuk masing-
masing lantai yang telah di-retrofitting menggunakan konsentrik steel bracing pada
perimeternya :
Dual system 10 lantai
Dual system 15 lantai
Dual system 20 lantai
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 4
Gambar 4.3 model struktur retrofitting ( Dual system + bracing ) tampak 3 dimensi
Dual system + bracing 10 lantai
Dual system + bracing 15 lantai
Dual system + bracing 20 lantai
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 5
Permodelan struktur bangunan ini didesain dengan menggunakan beton dengan kuat
tekan 30 Mpa dan tulangan baja dengan kuat tarik 400 Mpa. Pada perkuatan struktur
bangunan tersebut, retrofitting, digunakan profil I dengan BJ37, yaitu baja mutu sedang
dengan fy 240 Mpa dan fu 370 Mpa.
IV.2 Pembebanan Struktur
Perencanaan pembebanan struktur ini dimaksudkan untuk memberikan pedoman dalam
menentukan beban-beban yang bekerja pada struktur bangunan. Secara umum, beban
direncanakan sesuai Pedoman Perencanaan untuk Rumah dan Gedung (SKBI-
1.3.53.1987) sebagai berikut:
1. Beban Mati
Beban mati adalah seluruh bagian bangunan yang bersifat tetap dan tidak terpisahkan dari
bangunan yang dimaksud selama masa layannya. Beban mati yang diperhitungkan dalam
model ini adalah 5000 N/m2.
2. Beban Hidup
Beban hidup yang diperhitungkan adalah untuk bangunan gedung perkantoran sebesar
2500 N/m2.
3. Beban Gempa
Beban gempa berdasarkan percepatan gempa pada wilayah 3 SNI 1726-2002 dengan
percepatan pada batuan dasar (Ca) : 0.23 g.
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 6
Seluruh beban tersebut diperhitungkan dengan faktor perbesaran dan kombinasi sebagai
berikut:
1. 1.4 D
2. 1.2 D + 1.6 L
3. 1.2 D + 0.5 L ± 1.0 E
4. 0.9 D ± 1.0 E
Keterangan ;
D = beban mati
L = beban hidup
E = beban gempa
Dengan masing-masing beban gempa (E) merupakan kombinasi gaya gempa arah acuan
dan 0.3 gaya gempa arah tegak lurusnya.
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 7
IV.3 Pemodelan Elemen Struktur
Dalam pembuatan model struktur pada software ETABS 9.0, masing-masing elemen
struktur digambarkan dengan sistem grid dengan titik pusat sumbu pada lokasi pusat
massa bangunan di lantai dasar.
1.Pondasi
Pada desain permodelan pondasi diasumsikan bahwa pondasi memberikan kekangan
translasi dan rotasi yang cukup pada semua arah sumbu bangunan. Berdasarkan asumsi
tersebut, pondasi dimodelkan sebagai perletakan jepit pada lantai dasar bangunan, yakni
terletak pada ujung-ujung bawah kolom lantai dasar.
2.Pelat
Pada software ETABS 9.0, pelat lantai dapat dimodelkan menjadi tiga tipe yang berbeda,
antara lain:
1. Shell
Pelat lantai dengan jenis ini memiliki kekakuan membran pada kedua arah tegak lurus
bidang dan out-of-plane bending stiffness
2. Membrane
Pelat lantai dengan jenis ini hanya memiliki kekakuan membran pada kedua arah tegak
lurus bidangnya
3. Plate
Pelat lantai dengan jenis ini hanya memiliki out-of-plane plate bending stiffness
Permodelan struktur dalam tugas akhir ini menggunakan tipe pelat lantai dua arah
membrane sehingga beban yang bekerja nantinya akan didistribusikan ke balok pada
kedua arah bidang tegak lurus pelat yang dimaksud. Pelat lantai juga dimodelkan untuk
bekerja sebagai rigid diaphragm karena lantai tingkat dan atap dengan ikatan struktur
gedung model dianggap sangat kaku pada bidangnya terhadap beban kerja horizontal.
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 8
3.Balok
Balok dimodelkan sebagai elemen frame dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku
sehingga momen-momen maksimum tempat terjadinya sendi plastis adalah pada kedua
ujung balok. Untuk memperhitungkan pengaruh retak pada beton ketika terjadinya
gempa, momen inersia penampang balok direduksi sehingga momen inersia efektif yang
digunakan hanya 35% dari momen inersia awal. Faktor reduksi inersia ini berdasarkan
SNI-03-2847-2002. Berikut ini adalah salah satu contoh penampang balok T, yakni yang
digunakan pada permodelan struktur 10 lantai :
Gambar 4.4 model penampang balok T untuk struktur 10 lantai
4.Kolom
Kolom dimodelkan sebagai elemen frame dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku
sehingga momen-momen maksimum tempat terjadinya sendi plastis adalah pada kedua
ujung kolom, namun begitu kolom yang diperbolehkan plastis hanya kaki-kaki kolom
lantai dasar. Inersia kolom direduksi menjadi 70% dari momen inersia awal. Berikut ini
adalah 3 contoh penampang kolom, yakni yang digunakan pada permodelan struktur 10
lantai :
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 9
Gambar 4.5 model penampang kolom untuk struktur 10 lantai
5.Shearwall Shearwall dimodelkan sebagai elemen wall dengan tipe membran sehingga hanya
diizinkan berdeformasi searah bidang shearwal tersebut tanpa adanya rotasi
6. Elemen Batas Shearwall
Kolom-kolom pada boundary element shearwall diperbolehkan mengalami plastis
dengan syarat bahwa sendi plastis berada di kaki-kaki dinding geser dan pada ketinggian
h yaitu nilai terbesar antara lw (lebar dinding geser) atau Mu/4Vu dengan Mu adalah
momen ultimit di kaki dinding geser dan Vu adalah gaya geser ultimit di kaki dinding
geser.
Gambar 4.6 model shearwall dan boundary element
Shearwall Boundary element
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 10
7. Bressing
Bressing dimodelkan sebagai elemen frame dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku
dan tidak di-release terhadap momen meski hanya akan mengalami leleh akibat aksial.
Seluruh bressing diperbolehkan mengalami sendi plastis pada elemen bressing sebagai
mekanisme saat terjadinya gempa kuat.
IV.4 Karakteristik Permodelan
Permodelan yang dibuat dalam tugas akhir ini memiliki beberapa karakteristik
perencanaan sebagai batasan analisis yakni diantaranya sebagai berikut:
Model kasus yang diteliti merupakan struktur Dual System dan Dual
System+Bracing dengan jumlah lantai 10 (T=1-1,8 detik) ,15 (T=1,5 -2,4 detik)
dan 20 lantai (T=2-3,6 detik).
Peninjauan sendi plastis dianggap hanya terjadi pada ujung-ujung balok, kaki
kolom bawah dan kaki komponen batas bawah dari dinding geser serta ujung-
ujung batang bracing.
Kategori gedung yang digunakan pada penelitian ini adalah gedung umum yakni
peruntukannya adalah terkait penghunian, perniagaan, dan perkantoran, sehingga
memiliki faktor keutamaan, I, sebesar I = 1,0.
Faktor reduksi gempa, R = 5,0.
IV.5 Pemodelan Sendi Plastis
Untuk analisis elastik, elemen-elemen struktur yang kaku tidak membentuk sendi
sehingga tidak memberikan pengaruh bagi perilaku elastik struktur, sementara pada
analisis nonlinier terjadi perubahan perilaku elemen dari kondisi awalnya yang kaku
menjadi sendi sehingga perlu dilakukan pendefinisian sendi plastis dalam model struktur
yang dieksekusi. Properti sendi plastis yang di-define pada rangka memberikan batasan
perpindahan akibat gaya rotasi akibat momen sehingga terbentuk sendi plastis pada lokasi
yang ditentukan.
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 11
Berbagai tipe elemen struktur yang diizinkan membentuk sendi plastis, plastic hinge
didefine sebagai berikut:
1. Kolom
Pada kolom, sendi plastis dapat terbentuk pada kedua ujungnya akibat komb
lentur tekan pada kedua arah bekerjanya beban gempa, sehingga sendi plastis
didefine sebagai default PMM
2. Balok
Pada balok, sendi plastis akan terbentuk pada kedua ujung balok akibat momen
pada arah terlenturnya sehingga sendi plastis pada balok di-define sebagai default-
M3
3. Bressing
Pada bressing, sendi plastis dapat terbentuk pada kedua ujungnya akibat gaya
aksial pada batang bressing, sehingga sendi plastis di-define sebagai default-P
Sebagai gambaran, berikut ini disajikan feature / opsi pada software ETABS 9.0 yang
dapat digunakan untuk mendefinisikan plastic hinge :
Gambar 4.7 feature pada ETABS 9.0 terkait dengan pendefinisian frame hinge
Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat
Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028
IV - 12
IV.6 Batas Simpangan Antar Tingkat
Story drift merupakan nilai simpangan antar tingkat pada suatu struktur akibat beban
lateral gempa rencana, yang dalam hal ini berupa percepatan maksimum di batuan dasar.
Faktor yang mempengaruhi nilai story drift antara lain kekakuan struktur dan daktilitas
struktur. Struktur yang kaku akan memiliki nilai story drift yang kecil dibanding struktur
yang fleksibel. Kekakuan struktur ini antara lain oleh elemen struktur penahan gaya
lateral seperti kolom, dinding geser, dan bressing.
Kekuatan dan kekakuan elemen vertikal akan jauh berkurang dalam menahan beban
lateral apabila nilai interstory drift melebihi nilai batas interstory drift. Parameter
keruntuhan global yang diambil mengikuti ketentuan UBC-97 sebagai berikut:
ΔM = 2.5%h untuk T ≤ 0.7 detik
atau
ΔM = 2.0%h untuk T ≥ 0.7 detik
Dimana :
ΔM = Perpindahan maksimum inelastik struktur
R = Faktor reduksi gempa
h = Tinggi antar tingkat
Hal tersebut diatas memiliki pengecualian,yakni apabila dapat dibuktikan pada struktur
yang didesain bahwa simpangan antar tingkat yang melebihi batas tersebut tidak
memberikan ancaman keselamatan.