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