Desain Struktur Rc Tahan Gempa-srpmk [Compatibility Mode]

1

(Instruktur: Dr. K. Sudarsana) : pg-1

DESAIN STRUKTUR R/C TAHAN GEMPA (Bagian 1)

By:I K. Sudarsana

Civil Engineering Dept.Fakulty of Engineering, UNUD


Konsep Desain Philosopi desain terhadap beban gempa berbeda

dengan beban gravitasi maupun beban angin. Untuk beban gravitasi dan beban angin:

Elemen struktur direncanakan sedemikian rupa sehingga tahanan berfaktor yang tersedia paling tidak sama dengan pengaruh dari beban-beban berfaktor

Batas-batas keamanan diijinkan dalam dua kategori yaitu: i) meningkatkan beban layan dengan faktor-faktor beban ()ii) menurunkan kapasitas elemen struktur dengan faktor reduksi ().

2


Konsep Desain Untuk beban Gempa:

Dalam desain tahan gempa, merencanakan elemen struktur yang tidak mencapai ketahanan yang tersedia pada kriteria pembebanan gempa yang diharapkan adalah tidak ekonomis. Oleh karena itu, struktur didesain sedemikian sehingga beban yang diharapkan melebihi kapasitas beban elastis dari beberapa elemen struktur.

Hal ini dapat diharapkan sepanjang daktilitas elemen struktur dapat dijamin. Perilaku inelastis elemen struktur mengijinkan penyebaran energi gempa melalui terbentuknya sendi plastis sendi plastis.

Daktilitas merupakan kemampuan dari suatu struktur melakukan deformasi inelastis bolak-balik tanpa kehilangan kekuatan yang cukup berarti.

Konsep pengendalian atau pemilihan dari elemen struktur yang didesain untuk mencapai leleh dan menyerap energi, sementara elemen struktur lainnya didesain masih berperilaku elastis terlepas dari kekuatan dan karakteristik gempa disebut Konsep Desain Kapasitas.


Konsep Desain Beberapa poin berikut ini perlu diingat saat mendesain dan mendetail

struktur beton bertulang terhadap pengaruh gempa yaitu:

Elemen struktur tertentu akan memikul gaya dan mengalami deformasi melewati batas kapasitas nominal yang biasanya digunakan dalam mendesain struktur yang tidak diperuntukan memikul beban gempa. Elemen-elemen ini harus didesain dan didetail sedemikian rupa sehingga mampu terus berdeformasi inelastis sementara kekuatan nominalnya tidak banyak berkurang. Hal ini mengijinkan terjadi distribusi tegangan dan pemencaran energi gempa sehingga karakteristik pasca leleh dari elemen struktur dan material menjadi sangat penting bagi perencana.

Elemen tertentu dari sebuah struktur didesain tetap berperilaku elastis. Elemen-elemen ini tidak perlu didesain dan didetail untuk mampu melakukan deformasi inelastis, namun elemen-elemen tersebut harus diyakini memiliki kapasitas yang lebih besar dari gaya-gaya yang mungkin terjadi pada elemen itu saat merespon beban gempa walaupun pada kondisi yang paling buruk. Jika kondisi di atas tidak bisa diyakini, seperti pada kasus kolom-kolom lantai bawah, maka kolom-kolom tersebut harus didesain dan didetail untuk daktilitas juga.

3


Material Beton

Untuk beton normal (normal strength concrete): fc > 20 MPa ; Namun perlu diperhatikan bahwa beton

dengan mutu yang lebih tinggi menunjukan perilaku yang getas (Brittle) seperti beton mutu tinggi. Canadian Code: CSA A23.3-94 membatasi penggunaan mutu beton sampai dengan 55 MPa (hasil tes silinder)

Untuk beton agregat ringan (low density concrete): fc < 30 MPa ; Penggunaan kuat tekan beton yang lebih

tinggi baru diijinkan kalau dapat dibuktikan melalui penelitian bahwa beton ringan dengan fc > 30 MPa mempunyai kekuatan dan ketegaran (toughness) yang sama dengan beton normal pada fc yang sama.


Material Baja Tulangan Baja tulangan yang dipakai pada struktur rangka

maupun dinding batas harus memenuhi ketentuan ASTM A 706.

Baja Tulangan yang memenuhi ASTM A 615M Mutu 300 dan 400 boleh digunakan dalam struktur di atas bila:a).(fy)aktual pabrik < (fy) yang ditentukan + 120 MPa (Uji ulang

tidak boleh memberikan harga ini lebih dari 20 MPa). b). Rasio (fsu/fy) aktual > 1,25 c). Tulangan yang diperlukan untuk memikul kombinasi beban

rencana termasuk beban gempa tidak boleh dilas. Pengelasan terhadap tulangan mungkin akan mengurangi daktilitasnya cukup berarti sehingga tidak boleh dilakukan kecuali mengikuti SNI-2002. Pengelasan tulangan sengkang, kait, tulangan sisipan kepada tulangan lomgitudinal tidak boleh dilakukan.

4


Sistem Rangka/ Moment Frame Dalam SNI-2002, sistem rangka dibedakan atas 3

kategori berdasarkan tingkat toughness dalam memikul beban Gempa.

Moment frame Rangka dimana komponen struktur dan join memikul beban melalui flexure, shear, and axial force. Moment frames dikategorikan sbb: Ordinary moment frame (SRPMB)Rangka beton cor ditempat

atau beton precast memenuhi ketentuan pasal 3 s/d 22, kecuali dimodifikasi dengan pasal 23;

Intermediate moment frame (SRPMM)Rangka beton cor ditempat yang memenuhi ketentuan pasal 23 sebagai tambahan terhadap pasal 3 s/d 22;

Special moment frame (SRPMK)Rangka beton cor ditempat memenuhi persyaratan pasal 23 dan persyaratan untuk ordinary moment frame dipenuhi.


Ketentuan Khusus Perencanaan GempaSNI-03-2847-2002

Ketentuan umum. Di daerah gempa rendah: Pasal 3 s/d 22 berlaku, kecuali

dimodifikasi dgn Pasal 23 Di daerah gempa menengah: SRPMK dan SRPMM Di daerah gempa tinggi: SRPMK, SRPMK dikombinasi dgn S.W. Catatan:

Bali Termasuk Zone 3 menurut SKBI-87 atau Zone 4 dan 5 menurut SNI 03-1726-02 (Daerah dengan resiko gempa sedang?)

Sambungan mekanis yang diijinkan (Pasal 23.2.6.1): ada dua tipe yaitu:Type 1 Tidak diijinkan di daerah kemungkinan terjadi

lelehType 2 Boleh diletakan dimana saja

NB: PETA GEMPA BARU 2010, HAPIR KESELURUHAN BALI DENGAN RESIKO GEMPA TINGGI

5

(Instruktur: Dr. K. Sudarsana) : pg-9Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK)

SRPMK merupakan sistem rangka daktail. Konsep perencanaannya berdasarkan konsep desain kapasitas.

Urutan dalam perencanaannya sbb: Lentur Balok Mpr Geser Balok Lentur Kolom Geser Kolom Join

(Instruktur: Dr. K. Sudarsana) : pg-10Persyaratan Komponen Pemikul Lentur (Balok) dari SRPMK

Persyaratan Geometri: Gaya aksial terfaktor Agfc /10, Clear span elemen 4d, menghindari

kegagalan geser. Rasio b/d 0.3 untuk stabilitas a) b 250 mm

b) b < lebar elemen pendukung (diukur pada bidang yang tegak lurus thd sb longitudinal dari elemen lentur) + jarak pada tiap sisi dari elemen pendukung yang tidak lebih dari tinggi elemen lentur. Atau b

6


Persyaratan Tulangan Longitudinal min =fc1/2/4fy atau 1,4/fy < < maks = 0.025 Minimal harus ada 2 buah tulangan atas dan tulangan

bawah menerus. Pada ujung-ujung balok M+n > 0,5 M n Pada penampang lainnya sepanjang balok.

M-nak dan M+n > 0,25 (M-n, maksimum) ujung-ujung balok

Note: Daktilitas disediakan oleh tulangan tekan dan pengekangan. Batas tulangan 0.025 untuk menghindari rapatnya tulangan dan dari penelitian kegagalan seimbang tidak dapat didefinisikan dengan jelas pada elemen yang mengalami beban inelastik bolak-balik.


Persyaratan Komponen Pemikul Lentur (Balok) dari SRPMK

Ringkasan Persyaratan Tulangan Longitudinal

7



Sambungan Lewatan Tulangan Longitudinal: Sambungan lewatan dari batang-batang

tulangan longitudinal tidak boleh dilakukan pada: Join atau pertemuan balok dan kolom Sepanjang jarak 2h dari muka tumpuan (i.e kolom),

dimana h adalah tinggi total balok. Pada lokasi potensial terjadinya leleh lentur (plastic

hinges). Pada sambungan lewatan harus dikekang dengan sengkang tertutup

atau tulangan spiral dengan jarak s < d/4 atau 100 mm, dengan dadalah tinggi efektif balok.


Gambar Persyaratan Sambungan Lewatan Tulangan Longitudinal.

8



Persyaratan Terhadap Tulangan Transversal:(1). Tulangan pengekangan dalam bentuk sengkang tertutup diperlukan pada:

Sepanjang jarak 2h dari muka tumpuan dimana h adalah tinggi dari komponen struktur.

Sepanjang jarak 2h pada kedua sisi penampang dalam bentangan, dimana leleh lentur mungkin terjadi akibat pembebanan gempa.

(2). Jarak sengkang tertutup: Sengkang tertutup pertama dipasang pada jarak < 50 mm dari muka tumpuan (i.e.

kolom) Jarak sengkang maksimum (smaks):



(3) Didaerah yang memerlukan sengkang tertutup, batang tulangan longitudinal pada perimeter harus mempunyai penahan lateral yang memenuhi ketentuan yang berlaku.

(4) Di daerah yang tidak memerlukan sengkang tertutup, sengkang tetap dipasang dengan jarak s < d/2sepanjang komponen struktur, dengan d adalah tinggi efektif balok.

(5) Sengkang tertutup boleh terdiri dari dua potong tulangan, yaitu berbentuk U yang mempunyai kait dan satu kait silang penutup.

9


Ringkasan Persyaratan Tulangan Transversal


Desain Balok Terhadap Beban Lentur

Kuat lentur Perlu:Mub = 1.4MD,b

Mub = 1.2 MD,b +1.6 ML,b + 0.5 (MA atau MR)Mub = 1.2MD,b + 1.0ML,b + 1.0ME, bMub = 0.9 MD,b + 1.0ME,b

Dimana: MD,b : Momen lentur akibat beban mati tak berfaktorML,b : Momen lentur akibat beban hidupME,b : Momen lentur akibat gaya gempa

Perencanaan Lentur: Mu < Mn Kuat Lentur maksimum (Mpr) pada daerah sendi plastis dihitung

berdasarkan tulangan terpasang dgn tegangan tarik baja fs = 1,25 fy (Asumsikan sebagai penampang dengan tulangan tunggal)

10


Redistribusi Momen

Redistribusi Momen Negatif menurut SNI-2002

Setelah Tul. dipasang: - 0.5 bTul. Lentur direncanakan dengan momen hasil re-distribusi tsb.


Desain Balok Terhadap Beban Geser

Beban Geser Plastis Balok:

Desain Geser:Vu < Vn = (Vc + Vs)Didaerah Sendi Plastis Vc = 0, diluar sendi plastis Vc tetap diperhitungkan.

11


Kuat Lentur Maksimum (Mpr)

Tegangan tarik baja (fs) dianggap 1,25fy Analisis penampang tulangan tunggal.


Respon Geser Sendi Plastis Pada sendi plastis, seluruh gaya geser dipikul

oleh tulangan geser, kontribusi pnp beton hampir tidak ada akibat retak-2 karena beban siklis.

Deformasi geser mengurangi kekakuan balok yang sangat berarti shg kemampuan balok dalam memencarkan energy gempa menurun.

Sengkang mungkin mengalami leleh awal (premature) bila gaya geser balok cukup besar yang dapat memperlebar retak diagonal. Shg bila vu > 0.3fc (MPa), perlu dipasang tul. Diagonal.

12


Persyaratan Komponen Pemikul Lentur & Aksial (Kolom) dari SRPMK

Persyaratan Gaya: Memikul gaya akibat gempa Menerima Pu > 0,1Agfc

Persyaratan Geometri: Ukuran penampang terkecil (c2) > 300 mm Perbandingan sisi penampang terkecil

terhadap arah tegak lurusnya (c2/c1) > 0,4

C1

C2


Perencanaan Lentur Kolom

Kuat Lentur kolom harus memenuhi persamaan berikut:

Me adalah jumlah momen lentur nominal kolom yang merangka pada hubungan balok-kolom. Kuat lentur kolom harus dihitung untuk gaya aksial terfaktor, yang sesuai dengan arah gaya-gaya lateral yang ditinjau, yang menghasilkan nilai kuat lentur terkecil.

Mg adalah jumlah momen lentur nominal balok-balok yang merangka pada hubungan balok-kolom. Pada konstruksi balok-T, dimana pelat salam keadaan tertarik pada muka kolom, tulangan pelat yang berada dalam daerah lebar effektif pelat harus diperhitungkan dalam menentukan kuat lentru nominal balok bila tulangan tersebut terangkur dengan baik pada penampang kritis lentur

Note: persyaratan ini untuk membatasi deformasi plastis pada kolom

13


Lebar Efektif Pelat

Lebar efektif pelat tidak boleh melebihi seperempat bentang balok, dan lebar efektif dari masing-masing sisi badan balok tidak boleh melebihi: Delapan kali tebal pelat Setengah jarak bersih antara balok-balok yang

bersebelahan. Untuk Balok Tepi, lebar efektif sayap dari sisi

badan tidak boleh lebih dari: Seperduabelas dari bentang balok, Enam kali tebal pelat, dan Setengah jarak bersih antara balok-balok yang

bersebelahan.


Persyaratan Tulangan Longitudinal 0.01 l 0.06 : pada semua penampang

Batas bawah 0.01: untuk mengontrol deformasi tergantung waktu (creep) dan untuk mendapatkan My >

McrBatas Atas 0.06: untuk membatasi tulangan terlalu rapat dan geser plastis pada kolom.

l 0.08 : pada sambungan Sambungan mekanis tipe 1(dgn kekuatan 125% kuat leleh rebar)

tidak boleh ditempatkan dilokasi potensi sendi plastis, kecuali sambungan mekanis tipe 2 (lebih kuat dari kuat tarik rebar)

Sambungan las (dgn kekuatan 125% kuat leleh rebar) tidak boleh ditempatkan dilokasi potensi sendi plastis.

Sambungan lewatan hanya diijinkan di lokasi setengah panjang elemen struktur yang berada ditengah, direncanakan sebagai sambungan lewatan tarik, dan harus diikat dengan tulangan spiral atau sengkang tertutup yang direncanakan sesuai dengan 23.4(4(2)) dan 23.4(4(3)).

14


Desain Kolom Setelah Mu didapat berdasarkan

hubungan Me > (6/5) Mg, maka lakukan desain kolom seperti biasa yaitu dengan menggunakan interaksi diagram yang didapat dari properti desain materialnya dan abaikan pengaruh pengekangan.


Persyaratan Tulangan Transversal Rasio volumetrik tulangan spiral atau sengkang cincin, rs, tidak

boleh kurang daripada yang ditentukan dari persamaan berikut:

Luas total penampang tertutup persegi tidak boleh kurang daripada yang ditentukan pada persamaan berikut ini:

Tidak perlu diperhatikan bilamana bagian inti penampang telah direncanakan thd kombinasi beban gempa.

Bila dc melebihi 100 mm, tulangan transversal tambahan harus dipasang dengan spasi tidak melebihi 300 mm. tebal dc diluar tulangan tambahan tidak boleh melebihi 100 mm.

IKS1

IKS1 Rs* dan Ash* untuk meyakinkan bahwa kekauatan setelah terjadinya penutup beton pecah (spalling) melebihi pre-spalling strength.

rs dan Ash --persamaan memenuhi kolom dengan diameter yang besar.Dr. Sudarsna, 3/4/2006

15


Contoh Tulangan Transversal pada Kolom

(Pengikat silang berurutan yang mengikat tulangan longitudinal yang sama mempunyai kait 90o yang dipasang selang-seling)

(x < 350 mm)

Tulangan tansversal berupa sengkang tunggal atau tumpuk. Tulangan pengikat silang yang diameter dan spasinya sama dengan sengkang tertutup boleh dipergunakan.


Spasi Tulangan Transversal Spasi tulangan transversal sepanjang lo tidak lebih

daripada: Seperempat dimensi terkecil komponen struktur (0.25C2) Enam kali diameter tulangan longitudinal, dan Sx yang dihitung dengan:

Nilai sx dari persamaan di atas tidak boleh lebih besar dari 150 mm dan tidak perlu lebih kecil dari 100 mm

Tulangan pengikat silang tidak boleh di[asang dengan spasi lebih dari 350 mm pada penampang.

16


Lokasi Pemasangan Tlng Transversal

Daerah pemasangan tulangan transversal(sesuai ketentuan di atas) Sepanjang lo dari setiap muka hubungan balok-kolom. Sepanjang lo pada kedua sisi dari setiap penampang

yang berpotensi membentuk leleh lentur akibat deformasi lateral inelastis struktur rangka.

Kedalam pondasi sejauh minimum 300 mm.

Panjang lo ditentukan tidak kurang daripada: Tinggi penampang komponen struktur pada muka

hubungan balok-kolom atau segmen yang berpotensi membentuk leleh lentur,

Seperenam bentang bersih komponen struktur, dan 500 mm.


Perencanaan Geser Kolom

Gaya geser rencana (Ve) harus ditentukan dengan memperhitungkan gaya maksimum yang dapat terjadi pada muka hubungan balok-kolom pada setiap komponen struktur

Momen ujung Mpr kolom tidak perlu lebih besar daripada momen yang dihasilkan oleh Mpr balok yang merangka pada hubungan balok-kolom. Ve tidak boleh lebih kecil daripada nilai hasil analisis struktur.

IKS2

IKS2 Mpr3 dan Mpr4 dapat diambil M-balance dari diagram interaksi dengan mengambil nilai fs=1.25fyDr. Sudarsna, 3/5/2006

17


Perencanaan Geser Kolom

Tulangan transversal sepanjang lo dapat direncanakan untuk menahan geser Vedengan menganggap Vc = 0 bila: Gaya geser akibat gempa yang dihitung sesuai

dengan Mpr mewakili 50% atau lebih kuat geser perlu maksimum pada bagian sepanjang lo, dan

Gaya tekan aksial terfaktor termasuk akibat pengaruh gempa tidak melampaui Agfc/20


Hubungan Balok-Kolom pada SRPMK1. Ketentuan Umum(1) Gaya-gaya pada tulangan longitudinal balok di

muka hubungan balok-kolom harus ditentukan dengan mengganggap bahwa tegangan pada tulangan tarik lentur adalah 1,25fy.

(2) Kuat hubungan balok-kolom harus direncanakan menggunakan faktor reduksi kekuatan sesuai dengan 11.3.

(3) Tulangan longitudinal balok yang berhenti pada suatu kolom harus diteruskan hingga mencapai sisi jauh dari inti kolom terkekang dan diangkur sesuai dengan 23.5(4) untuk tulangan tarik dan Pasal 14 untuk tulangan tekan.

18


Hubungan Balok-Kolom pada SRPMK(4) Bila tulangan longitudinal balok diteruskan hingga melewati

hubungan balok-kolom, dimensi kolom dalam arah paralel terhadap tulangan longitudinal balok tidak boleh kurang daripada 20 kali diameter tulangan longitudinal terbesar balok untuk beton berat normal. Bila digunakan beton ringan maka dimensi tersebut tidak boleh kurang daripada 26 kali diameter tulangan longitudinal terbesar balok.

atau:

Dimana:h = dimensi kolom dalam arah paralel. db = diameter tulangan longitudinal terbesar balok.

Note (Wittaker A.,2000):Persyaratan ini tidak dapat mencegah slip tulangan balok pada join. Untuk mencegah slip maka h/db > 32, sehingga akan memerlukan dimensi join yang besar.


Sketch geometri joint

19


Desain Pertemuan Balok-Kolom Langkah-langkah dasar dalam mendesain

dan mendetail tulangan pertemuan balok kolom meliputi: Klasifikasikan joint berdasarkan tipe dan

geometrinya. Hitung gaya akibat beban luar yang

terjadi (joint demands) Hitung kapasitas joint (joint capacity) Sediakan pengekangan join Sediakan panjang penyaluran tulangan Sediakan kekuatan yang cukup pada kolom

Penelitian menunjukan bahwa kekuatan geser join tidak begitu tergantung dari volume tulangan transversal selama tulangan minimum telah terpasang (Kitayama et.al)

Tidak terjadi peningkatan kekuatan geser join dengan peningkatan rasio tulangan lateral join yang cukup berarti diatas 0.4%


Gaya pada Join (joint demands) Kebutuhan joint akibat beban mati dan gempa

adalah berbeda sbb:

IKS4

IKS4 Untuk menentukan arah gaya-gaya pada joint akibat beban gravitasi dan gempa, perhatikan deformasi elemen strukturnya akibat beban tersebut di atas.Dr. Sudarsna, 3/5/2006

20


Gaya pada Join (joint demands) Geser Horizontal pada hub. balok-kolom

Standard Hook 90o

Vh = (Mpr-+Mpr+)/(0,5(htop+hbottom)htop = tinggi kolom atas joinhbottom = tinggi kolom bawah joinMpr-, Mpr+ = momen probable balok kiri dan kanan

Gaya geserbersih sepanjang potongan x-x:

Vu = Vjh = T1+C2-Vh


Luas Efektif Hubungan Balok-Kolom

Luas efektif (Aj) = b x h

21


Tulangan Transversal Join SRPMK(1)Tulangan transversal berbentuk sengkang tertutup

sesuai 23.4(4) harus dipasang di dalam daerah hubungan balok-kolom, kecuali bila hubungan balok-kolom tersebut dikekang oleh komponen-komponen struktur sesuai 23.5(2(2))

(2)Pada hubungan balok-kolom dimana balok-balok, dengan lebar setidak-tidaknya sebesar lebar kolom, merangka pada keempat sisinya, harus dipasang tulangan transversal setidak-tidaknya setengah dari yang ditentukan pada 23.4(4(1)). Tulangan transversal ini dipasang di daerah hubungan balok-kolom disetinggi balok terendah yang merangka ke hubungan tersebut. Pada daerah tersebut, spasi tulangan transversal yang ditentukan 23.4(4(2b)) dapat diperbesar menjadi 150 mm.


Kuat Geser Join pada SRPMK(1) Kuat geser nominal join tidak boleh diambil lebih besar daripada:

Ketentuan berikut ini untuk beton berat normal.

Untuk hub. balok-kolom yang terkekang pada keempat sisinya:

Untuk hub. yang terkekang pada ketiga sisinya atau dua sisi yang berlawanan :

Untuk hubungan lainnya :

Luas efektif join Aj ditunjukan pada Gambar sebelumnya

22


Panjang Penyaluran Tulangan Tarik

(4) Panjang penyaluran tulangan tarik1) Panjang penyaluran ldh untuk tulangan tarik

dengan kait standar 90o dalam beton berat normal tidak boleh diambil lebih kecil daripada 8db, 150 mm dan nilai yang ditentukan oleh persamaan berikut:

Untuk diameter tulangan sebesar 10 mm hingga 36 mm


Dimensi dalam ldh

23


Contoh Pemasangan Tulangan

Desain Struktur Rc Tahan Gempa-srpmk [Compatibility Mode]

Documents

Transcript of Desain Struktur Rc Tahan Gempa-srpmk [Compatibility Mode]