LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN...

55
LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK- KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA Oleh: I Ketut Sudarsana, ST, Ph.D Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc, Ph.D Putu Didik Sulistiana, ST Dibiayai dari DIPA BLU Universitas Udayana Sesuai Surat Keputusan Rektor Universitas Udayana No. 133/UN 14.4/TU/TS/2015, Tanggal 17 Juni 2015 PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015

Transcript of LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN...

Page 1: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN

ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

Oleh: I Ketut Sudarsana, ST, Ph.D

Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc, Ph.D Putu Didik Sulistiana, ST

Dibiayai dari DIPA BLU Universitas Udayana

Sesuai Surat Keputusan Rektor Universitas Udayana No. 133/UN 14.4/TU/TS/2015, Tanggal 17 Juni 2015

PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR 2015

Page 2: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA
Page 3: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

ii

RINGKASAN

Struktur beton bertulang menggunakan kolom dengan penampang pipih dimana rasio

sisi panjang dengan sisi pendek lebih dari 2 sangat umum dipergunakan di Bali untuk

bangunan perumahan bertingkat rendah seperti villa dengan dua atau tiga tingkat sementara

itu Bali merupakan daerah dengan resiko gempa tinggi. Kolom dengan penampang pipih

dipergunakan karena pertimbangan desain arsitektur dimana kolom harus rata dengan tembok

yang tebalnya sekitar 150mm. Kondisi ini menjadi lebih rumit pada pertemuan balok-kolom

tepi dimana eksentrisitas dari balok terhadap kolom mempengaruhi respon dari join tersebut.

Penelitian ini melaporkan penggunaan program berbasis elemen hingga untuk meneliti respon

dari pertemuan balok-kolom penampang pipih eksentris akibat beban gempa.

Tiga buah pertemuan balok kolom tepi beton bertulang dengan eksentrisitas 0, 25 mm

dan 50 mm dibebani dengan beban lateral yang parallel dengan balok tepi, dimodel dan

dianalis menggunakan program berbasis elemen hingga. Pertemuan balok kolom yang

ditinjau terlebih dahulu didesain telah memenuhi ketentuan pada SNI 2847:2013 sebagai

bagian dari Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus kecuali lebar kolom yang dipergunakan

lebih kecil daripada persyaratan pada peraturan. Kemampuan dari program dalam

memprediksi kekuatan, mekanisme keruntuhan dan kekakuan dari peretemuan balok-kolom

akan divalidasi terlebih dulu menggunakan hasil pengujian eksperimen yang diperoleh dari

literature sebelum teknik pemodelannya dipergunakan dalam studi ini. Benda uji yang ditinjau

adalah benda uji yang terisolasi pada join saja dengan panjang balok dan kolom diambil pada

setengah bentangannya saja.

Hasil analisis menunjukan bahwa kekuatan geser join sangat dipengaruhi oleh

eksentrisitas balok terhadap kolom. Defleksi yang besar kolom kearah samping (tegaklurus

arah gaya) terjadi karena pengaruh kekakuan kolom yang kecil kearah sisi tersebut dan

diperparah oleh adanya eksentrisitas kearah yang sama menyebabkan terbentuknya sendi

plastis pada ujung-ujung balok sangat sulit terjadi. Leleh tulangan dan kerusakan beton pada

join lebih cepat terjadi pada sisi join kearah mana titik berat balok digeser.

KATA KUNCI: Pertemuan balok-kolom, join eksentrisitas, analisis elemen hingga,

ansys program.

Page 4: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini dapat terlaksana sampai terselesaikannya laporan ini berkat rahmat

Tuhan Yang maha Esa (Hyang Widhi Wasa). Penulis mengucapkan mengucapkan terima

kasih terutama kepada Putu Didik Sulistiana yang telah melaksanakan pemodelan dalam

komputer dan menjadikan sebagian topic ini menjadikan Tesisnya. Penulis juga mengucapkan

terima kasih kepada kolega di Jurusan Teknik Sipil dan Magister Teknik Sipil yang telah

memberikan masukan selama pelaksanaan penelitian ini

Penelitian dapat terlaksana berkat dana hibah penelitian DIPA BLU Universitas

Udayana Sesuai Surat Keputusan Rektor Universitas Udayana No. 133/UN 14.4/TU/TS/2015,

Tanggal 17 Juni 2015

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna oleh karena itu, kritik

dan saran yang bermamfaat sangat penulis harapkan demi kesempurnaannya.

Denpasar, September 2015

Penulis

Page 5: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

iv

DAFTAR ISI

RINGKASAN ............................................................................................................................. ii

UCAPAN TERIMA KASIH .....................................................................................................iii

DAFTAR ISI ............................................................................................................................. iv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. vi

DAFTAR TABEL ..................................................................................................................viii

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 1

1. 1 Latar Belakang ........................................................................................................... 1

1. 2 Rumusan Masalah ...................................................................................................... 4

1. 3 Tujuan Penelitian........................................................................................................ 4

1. 4 Manfaat Penelitian...................................................................................................... 4

1. 5 Batasan Penelitian ...................................................................................................... 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA ..................................................................................................... 6

2. 1 Umum ......................................................................................................................... 6

2. 2 Tipe-tipe Pertemuan Balok-Kolom ............................................................................ 6

2. 3 Syarat Lekatan pada Pertemuan Balok-Kolom Eksterior .......................................... 9

2. 4 Beberapa Penelitian Sebelumnya Tentang Pertemuan Balok-Kolom. ..................... 10

2.4.1 Stehle, et.al (2001) ................................................................................................ 10

2.4.2 Shin dan LaFave (2004) ....................................................................................... 11

2.4.3 Ravi (2010) ........................................................................................................... 11

2. 5 Perencanaan pertemuan balok-kolom berdasarkan SNI 2847-2013 ........................ 12

BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................................... 14

3. 1 Rancangan Penelitian ............................................................................................... 14

3. 2 Verifikasi Model ...................................................................................................... 15

3. 3 Penetapan Model ...................................................................................................... 18

3. 4 Penetapan Parameter Model ..................................................................................... 19

3. 5 Pemodelan dengan Program FEA ANSYS 15.0.7 ................................................... 19

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................. 21

4. 1 Umum ....................................................................................................................... 21

4. 2 Total Deformation .................................................................................................... 22

4. 3 Maximum Principal Elastic Strain ........................................................................... 24

Page 6: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

v

4. 4 Minimum Principal Elastic Strain ............................................................................ 25

4. 6 Maximum Shear Elastic Strain ................................................................................. 27

4. 7 Elastic Strain Intensity ............................................................................................. 28

4. 8 Normal Elastic Strain ............................................................................................... 29

4. 9 Shear Elastic Strain .................................................................................................. 30

4. 10 Shear Stress .............................................................................................................. 32

4. 11 Vector Principal Stress ............................................................................................. 33

BAB V BAB PENUTUP .......................................................................................................... 35

5. 1 Simpulan................................................................................................................... 35

5. 2 Saran ......................................................................................................................... 35

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................... 36

LAMPIRAN 1 .......................................................................................................................... 37

Page 7: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Kerusakan pada joint akibat gempa ....................................................................... 1

Gambar 1. 2 Pertemuan balok-kolom eksetrik ........................................................................... 2

Gambar 1. 3 Pertemuan balok-kolom dengan kolom berpenampang pipih ............................... 3

Gambar 2. 1 Pertemuan balok-kolom tengah (interior) .............................................................. 6

Gambar 2. 2 Pertemuan balok-kolom tepi (eksterior) ................................................................ 7

Gambar 2. 3 Pertemuan balok-kolom sudut (corner) ................................................................. 7

Gambar 2. 4 Pertemuan balok-kolom Interior ........................................................................... 7

Gambar 2. 5 Gaya-gaya pada join balok-kolom eksterior .......................................................... 8

Gambar 2. 6 Kesetimbangan gaya-gaya pada pertemuan balok-kolom corner ......................... 9

Gambar 2. 7 Pengangkeran pada pertemuan balok-kolom tepi ................................................ 10

Gambar 3. 1 Kurva beban-deformasi pada balok-kolom ......................................................... 12

Gambar 3. 2.Bagan rancangan penelitian ................................................................................. 14

Gambar 3. 3 Pengujian laboratorium dari benda uji BJ5 ......................................................... 16

Gambar 3. 4 Model pertemuan balok kolom eksentrik ............................................................ 19

Gambar 4. 1 Model A pertemuan balok-kolom sentris ............................................................ 21

Gambar 4. 2 Model B pertemuan balok-kolom dengan e1 = 25 mm ........................................ 22

Gambar 4. 3 Model C pertemuan balok-kolom dengan e2 = 50 mm ........................................ 22

Gambar 4. 4 Kontur Total Deformation ................................................................................... 23

Gambar 4. 5 Total Deformation ............................................................................................... 23

Gambar 4. 6 Kontur Maximum Principal Elastic Strain .......................................................... 24

Gambar 4. 7 Maximum Principal Elastic Strain ....................................................................... 25

Gambar 4. 8 Kontur Minimum Principal Elastic Strain .......................................................... 26

Gambar 4. 9 Minimum Principal Elastic Strain ....................................................................... 26

Gambar 4. 10 Kontur Maximum Shear Elastic Strain .............................................................. 27

Gambar 4. 11 Maximum Shear Elastic Strain .......................................................................... 27

Gambar 4. 12 Kontur Elastic Strain Intensity ........................................................................... 28

Gambar 4. 13 Elastic Strain Intensity ....................................................................................... 29

Gambar 4. 14 Kontur Normal Elastic Strain ............................................................................ 30

Gambar 4. 15 Normal Elastic Strain ......................................................................................... 30

Gambar 4. 16 Kontur Shear Elastic Strain ............................................................................... 31

Page 8: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

vii

Gambar 4. 17 Shear Elastic Strain ............................................................................................ 31

Gambar 4. 18 Kontur Shear Stress ........................................................................................... 32

Gambar 4. 19 Shear Stress ........................................................................................................ 33

Gambar 4. 20 Kontur Vector Principal Stress .......................................................................... 34

Gambar 4. 21 Vector Principal Stress ...................................................................................... 34

Page 9: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Material beton bertulang.......................................................................................... 16

Tabel 4. 1 Total Deformation ................................................................................................... 23

Tabel 4. 2 Maximum Principal Elastic Strain ........................................................................... 24

Tabel 4. 3 Minimum Principal Elastic Strain ........................................................................... 26

Tabel 4. 4 Maximum Shear Elastic Strain ................................................................................ 27

Tabel 4. 5 Elastic Strain Intensity ............................................................................................. 28

Tabel 4. 6 Normal Elastic Strain .............................................................................................. 30

Tabel 4. 7 Shear Elastic Strain.................................................................................................. 31

Tabel 4. 8 Shear Stress ............................................................................................................. 32

Tabel 4. 9 Vector Principal Stress ............................................................................................ 34

Page 10: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

1

BAB I

PENDAHULUAN

1. 1 Latar Belakang

Pertemuan balok-kolom merupakan bagian yang sangat penting dari struktur rangka

pemikul momen, karena pada daerah tersebut merupakan tempat terjadinya interaksi tegangan

dari balok dan kolom. Kerusakan pada daerah pertemuan balok-kolom saat mendapatkan

beban gempa dapat berupa peningkatan deformasi serta retak lentur yang diikuti lelehnya baja

tulangan.

Gambar 1. 1 Kerusakan pada joint akibat gempa

Sumber: Kocaeli Turkey, 1999

Sejak tahun 1960, sejumlah penelitian eksperimen terhadap kinerja pertemuan balok-

kolom beton bertulang dalam memikul beban gempa telah dipelajari secara ekstensif.

Sebagian besar dari penelitian tersebut mempelajari hubungan balok-kolom konsentrik

terkekang pada keempat sisi kolom oleh balok. Sejak tahun 1976, ACI-ASCE commitee 352

memberikan rekomendasi untuk mendesain pertemuan balok-kolom beton bertulang.

Rekomendasi ACI-ASCE ini dikembangkan berdasarkan dari hasil-hasil pengujian pertemuan

balok-kolom konsentrik (Febres and Wight, 2001). Walaupun demikian, dalam praktek

konstruksi hubungan balok-kolom eksentrik juga sering dijumpai terutama pada hubungan

balok-kolom tepi dimana sisi luar kolom rata dengan tepi balok. Begitu pula halnya kondisi

ini dapat dijumpai pada pertemuan balok-kolom sudut.

Page 11: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

2

Penelitian mengenai hubungan balok-kolom eksentrik telah dilakukan oleh Stehle et al

(2001), Shin dan LaFave (2004), Lee dan Ko (2007), Quintero-Febres dan Wight (2001),

Hegger et al (2004), LaFave et al (2005), Kusuhara et al (2004). Penelitian-penelitian tersebut

merupakan pengujian hubungan balok-kolom eksentrik dengan bentuk kolom bujur sangkar

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. 2(a) untuk mengetahui kekuatan, daktilitas dan

perilaku tegangan yang terjadi.

Penyertaan pelat lantai dan balok transversal pada pengujian balok-kolom eksentrik

dengan kolom bujur sangkar seperti pada Gambar 1. 2(b) juga telah dilakukan Shin dan

LaFave (2004). Keberadaan dari balok transvesal, pelat lantai dapat mengurangi pengaruh

seismik dan meningkatkan kekuatan geser join bila dibandingkan dengan koneksi eksentrik

lain tanpa mempertimbangkan pelat lantai (Shin and LaFave, 2004).

a. Tanpa pelat lantai b. Dengan pelat lantai

Gambar 1. 2 Pertemuan balok-kolom eksetrik

Dalam praktek, sering dijumpai pertemuan balok-kolom dengan kondisi kolom

berpenampang pipih seperti pada Gambar 1. 3, dimana rasio sisi pendek dengan sisi panjang

kolom kurang dari 0,3 sehingga lebar balok dalam arah beban gempa yang ditinjau lebih besar

dari lebar kolom. Perilaku seismik dari pada pertemuan balok-kolom pipih akibat adanya

eksentrisitas pusat kolom dan balok bila banyak diketahui baik melalui penelitian experimen

maupun analisis.

Page 12: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

3

a. Tanpa balok transversal b. Dengan balok transversal

Gambar 1. 3 Pertemuan balok-kolom dengan kolom berpenampang pipih

Pertemuan balok kolom dengan kolom berpenampang pipih sesuai persyaratan SNI

2847-2013, kecuali persyaratan lebar minimum kolom. Mengacu dari informasi yang telah

diuraikan sebelumnya, maka perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh

eksentrisitas pada pertemuan balok-kolom dengan kolom berpenampang pipih terhadap

kekuatan, daktilitas dan pengendalian kerusakan agar dapat mengetahui kekuatan dan

daktilitas kolom berpenampang pipih untuk mengurangi kerusakan yang terjadi akibat beban

gempa. Penelitian eksperimen akan memerlukan biaya yang sangat besar untuk meneliti

beberapa parameter, namun dengan perkembangan teknologi informasi dan pemodelan, maka

penelitian secara numerik berdasarkan metode elemen hingga dapat dilakukan untuk

mengetahui pengaruh dari beberapa parameter dalam suatu penelitian selama dapat

ditunjukkan melalui suatu kalibrasi bahwa pemodelan yang dilakukan mampu memberikan

hasil yang konsisten dengan hasil-hasil eksperimen.

Penelitian untuk mengetahui pengaruh eksentrisitas pada pertemuan balok-kolom

dengan kolom berpenampang pipih ini akan dilakukan secara numerik berdasarkan metode

elemen hingga dengan program FEA ANSYS. Tipe pertemuan balok-kolom eksterior dipilih

untuk memaksimalkan perilaku pertemuan balok-kolom akibat adanya variasi eksentrisitas.

Page 13: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

4

1. 2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang dapat dirumuskan beberapa masalah, sebagai berikut:

1. Bagaimana keakuratan teknik pemodelan program 3D ANSYS ver.15.0.7 dalam

memprediksi perilaku hubungan balok-kolom struktur beton bertulang akibat beban

gempa?

2. Bagaimana pengaruh eksentrisitas balok dan kolom terhadap perilaku hubungan

balok-kolom berpenampang pipih beton bertulang dimana beban horizontal (gempa)

yang bekerja sejajar dengan sumbu kuat penampang kolom?

1. 3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Untuk mengetahui keakuratan teknik pemodelan program 3D ANSYS ver.15.0.7

dalam memprediksi perilaku hubungan balok-kolom struktur beton bertulang akibat

beban gempa.

2. Untuk mengetahui pengaruh eksentrisitas balok dan kolom terhadap perilaku

hubungan balok-kolom berpenampang pipih beton bertulang dimana beban horizontal

(gempa) yang bekerja sejajar dengan sumbu kuat penampang kolom.

1. 4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Dapat menambah pengetahuan dalam penerapan metode elemen hingga untuk

menganalisis perilaku pertemuan balok-kolom eksentrik dengan kolom berpenampang

pipih akibat gempa bila ditinjau dari segi kekuatan, daktilitas dan pengendalian

kerusakannya.

2. Dapat memberikan informasi lebih luas tentang perilaku pertemuan balok-kolom

beton bertulang dengan kolom berpenampang pipih, serta perbedaan arah eksentrisitas

dan posisi sumbu balok agar dapat dijadikan pertimbangan dalam

merancang/mendesain bangunan.

Page 14: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

5

1. 5 Batasan Penelitian

Ruang lingkup/batasan studi yang digunakan meliputi:

1. Pertemuan balok-kolom beton bertulang direncanakan mengikuti ketentuan dalam SNI

03-2847-2013 untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) kecuali

persyaratan lebar minimum kolom.

2. Pertemuan balok-kolom merupakan bagian dari lantai tepi (eksternal join).

3. Gaya aksial yang bekerja pada kolom dianggap tetap sebesar Pu=20%Po.

Page 15: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

6

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2. 1 Umum

Kerusakan atau keruntuhan suatu struktur dapat diakibatkan oleh meningkatnya

deformasi lateral sebagai akibat dari penurunan kekuatan pada pertemuan balok-kolom. Oleh

karena itu, perencanaan pertemuan balok-kolom harus memiliki kekuatan lebih besar dari

komponen-komponen struktur yang dihubungkannya dan harus direncanakan tetap dalam

keadaan elastis pada waktu merespon beban siklis bolak-balik gempa, meskipun balok pada

muka pertemuan direncanakan mencapai sendi plastis. Dalam Bab II ini akan diuraikan

mengenai tipe-tipe hubungan balok-kolom dan beberapa penelitian terkait yang telah

dilakukan sebelumnya sebagai acuan.

2. 2 Tipe-tipe Pertemuan Balok-Kolom

Dalam sistem rangka pemikul momen, ada tiga tipe dari pertemuan balok-kolom,

yakni: tipe pertama pertemuan balok-kolom tengah (interior) seperti Gambar 2. 1, tipe ke-dua

pertemuan balok-kolom tepi (eksterior) seperti Gambar 2. 2, dan tipe ke-tiga pertemuan

balok-kolom sudut (corner) seperti Gambar 2. 3.

Gambar 2. 1 Pertemuan balok-kolom tengah (interior)

Page 16: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

7

a. Tiga sisi terkekang b. Dua sisi terkekang

Gambar 2. 2 Pertemuan balok-kolom tepi (eksterior)

Gambar 2. 3 Pertemuan balok-kolom sudut (corner)

Gaya pada pertemuan balok-kolom interior disumbangkan oleh beban gravitasi dapat

digambarkan seperti terlihat pada Gambar 2. 4. Tegangan dan tekanan dari ujung balok dan

beban aksial dari kolom dapat menyebar langsung pada pertemuan balok-kolom. Pada tempat

beban lateral (gempa), keseimbangan gaya dari balok dan kolom dapat dilihat pada Gambar 2.

5 menghasilkan tegangan diagonal dan tegangan tekan pada pertemuan balok-kolom.

Gambar 2. 4 Pertemuan balok-kolom Interior

Page 17: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

8

Retak yang dihasilkan tegak lurus pada tegangan diagonal A-B di pertemuan balok-

kolom dan pada permukaan pertemuan balok-kolom dimana balok membingkai pada

pertemuan balok-kolom. Tegangan strut digambarkan dengan garis putus-putus dan tegangan

pada tulangan di gambar dengan garis lurus. Tegangan beton menurun, tulangan geser

diberikan secara menerus pada bidang keruntuhan untuk melawan gaya tegangan diagonal.

Gaya yang bekerja pada pertemuan balok-kolom eksterior yang ideal seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.5. Gaya geser pada pertemuan balok-kolom menimbulkan retak

diagonal sehingga membutuhkan tulangan pada pertemuan balok-kolom. Pola detail dari

tulangan longitudinal secara signifikan mempengaruhi efisiensi pertemuan balok-kolom.

Beberapa pola detail pada pertemuan balok-kolom eksterior ditunjukkan pada Gambar 2.5 (b)

dan Gambar 2.5 (c). Tulangan membengkok jauh dari inti pertemuan balok-kolom (Gambar

2.5 (b)) menghasilkan efisiensi 25-40%, sedangkan yang melewati dan menyatu pada inti

memberikan efisiensi 100%. Namun, penghubung tersebut harus disediakan untuk membatasi

beton inti pada pertemuan balok-kolom.

Gambar 2. 5 Gaya-gaya pada join balok-kolom eksterior

Gaya pada pertemuan balok-kolom sudut dengan kolom menerus diatas pertemuan

balok-kolom (Gambar 2.6) dapat memberikan pemahaman yang sama seperti pada pertemuan

balok-kolom eksterior mengenai pertimbangan arah beban. Tipe dinding sudut dari semua

kategori pertemuan balok-kolom dimana menggunakan momen cenderung salah satunya

tertutup atau terbuka disudut. Seperti pertemuan balok-kolom mungkin selalu berlaku seperti

kaki pertemuan balok-kolom atau pertemuan balok-kolom-L. Tegangan dan retak yang

dihasilkan pada pertemuan balok-kolom seperti terlihat pada Gambar 2.7.

a. Gaya-gaya b. Detail buruk c. Detail baik

Page 18: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

9

Pertemuan balok-kolom sudut terbuka cenderung memberikan retak yang timbul pada

sambungan sudut dan kegagalan diberikan oleh posisi retak diagonal dari tegangan. Detail

dari tulangan longitudinal secara signifikan mempengaruhi perilaku pada pertemuan balok-

kolom. Gaya yang diberikan pada pertemuan balok-kolom tertutup justru sebaliknya dari

pertemuan balok-kolom sudut terbuka. Retak utama diberikan sepanjang diagonal sudut.

Pertemuan balok-kolom ini menampilkan efisiensi yang lebih baik dari pertemuan balok-

kolom terbuka. Selama aksi gempa, pengembalian gaya mungkin dari dan sejak pertemuan

balok-kolom sudut mendapatkan desain secara manual seperti pertemuan balok-kolom

terbuka dengan detail yang tepat.

Gambar 2. 6 Kesetimbangan gaya-gaya pada pertemuan balok-kolom corner

2. 3 Syarat Lekatan pada Pertemuan Balok-Kolom Eksterior

Pada pertemuan balok-kolom tepi, tulangan longitudinal balok membingkai sampai ke

kolom berakhir pada inti pertemuan balok-kolom. Setelah beberapa siklus dari beban inelastis,

lekatan memburuk dimulai dari muka kolom lalu terjadi leleh dan penyebaran retak, hasilnya

diteruskan ke inti pertemuan balok-kolom. Beban diulangi sampai posisi terberat dan

kehilangan seluruh lekatan sampai posisi dari bengkokan awal tulangan terlepas. Bila

Page 19: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

10

tulangan longitudinal berakhir lurus, akan terlepas saat lekatan kehilangan daya lekatnya.

Kegagalan terlepasnya tulangan longitudinal dari balok menghasilkan kehilangan seluruh

kekuatan lentur. Jenis kegagalan ini tidak dapat diterima pada posisi lainya. Sehingga peranan

angkur pada tulangan longitudinal balok pada inti pertemuan balok-kolom adalah sangat

penting.

Terlepasnya tulangan pada pertemuan balok-kolom tepi dapat dicegah dengan

ketentuan pengangkeran atau dengan beberapa penempatan yang baik. Pengangkuran seperti

pada Gambar 2.7 membantu asalkan penempatan cukup ketika dilengkapi dengan panjang

penyaluran horisontal yang cukup dan panjang. Karena dari kemungkinan besarnya leleh

sampai pada inti pertemuan balok-kolom, panjang penyaluran menjadi sangat efektiv pada

daerah kritis diluar daerah besarnya leleh. Dengan demikian, ukuran penampang mampu

menyediakan panjang penyaluran mengingat kemungkinan dari besarnya leleh.

Gambar 2. 7 Pengangkeran pada pertemuan balok-kolom tepi

2. 4 Beberapa Penelitian Sebelumnya Tentang Pertemuan Balok-Kolom.

2.4.1 Stehle, et.al (2001)

Stehle, et.al (2001) menguji dua buah benda uji wide-band balok-kolom dengan tes

percobaan elemen hingga ANSYS pada beban lateral siklik statik. Benda uji pertama

dirancang sesuai dengan standard Australia, sedangkan benda uji kedua dirancang setelah

mendapatkan hasil pemeriksaan dari benda uji pertama.

Dari hasil tes benda uji pertama yaitu pertemuan lebar balok tengah, dimana tidak ada

detail khusus untuk beban gempa, Stehle, et.al (2001) menyimpulkan bahwa terjadi retak torsi

bagian balok pada muka kolom, yang merusak posisi koneksi dari retak yang sangat pendek.

Page 20: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

11

Pada benda uji kedua yaitu pertemuan lebar balok tengah, dimana dikerjakan strategi

detail. Stehle, et.al (2001) menyimpulkan bahwa ikatan batang yang melalui sisi muka kolom

dapat mengurangi besarnya torsi yang dihasilkan pada sisi muka kolom dan juga retak torsi

dapat dihindari.

2.4.2 Shin dan LaFave (2004)

Shin dan La Fave (2004) menguji kinerja balok-kolom eksentrik dengan pelat

penghubung yang diberikan beban gempa lateral. Tujuan utama dari pengujian tersebut adalah

untuk menyelidiki pengaruh pelat lantai terhadap kinerja seismik pertemuan balok-kolom

eksentrik. Diasumsikan bahwa infleksi poin saat melawan beban gempa ada pada kira-kira

pertengahan tinggi kolom dan tengah bentang dari tepi-balok karena akibat dari beban gempa

yang signifikan biasanya jauh lebih besar daripada momen akibat beban gravitasi.

Spesimen dirancang secara terperinci dengan kesesuaian dari rekomendasi ACI 318-

029 dan ACI 352R-02, kecuali beberapa parameter desain yang secara khusus diselidiki

dalam penelitian ini. Setiap spesimen terdiri dari kolom, dua tepi balok membingkai kedalam

kolom pada sisi berlawanan, balok melintang, dan pelat lantai.

Spesimen (dengan eksentrik yang berbeda dan tepi-lebar balok) memperlihatkan

perilaku yang serupa saat sebelum balok-kolom akan runtuh, dan kekuatan gesernya juga

dicapai pada saat yang bersamaan. Pelat lantai mengurangi perbedaan antara kinerja seismik

dari spesimen dan meningkatkan kekuatan geser pertemuan balok-kolomt pada spesimen bila

dibandingkan dengan koneksi eksentrik lain tanpa plat lantai.

2.4.3 Ravi (2010)

Ravi (2010) menguji sebanyak 216 benda uji pertemuan balok-kolom untuk

mengevaluasi dua design code (IS 456:2000 dan IS 13920-1993), pengaruh gaya aksial pada

join dan perilaku sistem dan material perkuatan join. Ukuran benda uji dengan kolom 200 x

200 mm dan balok 200 x 200 mm. Diameter sengkang yang digunakan pada balok 6 mm dan

kait yang disediakan 80 mm > 75mm dengan sudut tekuk 135°. Jarak sengkang pada tumpuan

40 mm dan jarak sekangang lapangan 80 mm. Panjang pengangkuran untuk balok diperoleh

785 ≈ 800 mm.

Page 21: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

12

Data pengujian dari salah satu benda uji Ravi (2010) yaitu BJ5 yang mengacu pada

code IS13920:1993 dengan gaya aksial 15% diambil sebagai model verifikasi program Ansys

yang ditampilkan pada Bab III. Adapun hasil pengujian berupa beban dan defleksi dari BJ5

untuk variasi gaya aksial sebesar 15%, 20% dan 30% dari kapasitas kolomnya (440 kN) dapat

dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3. 1 Kurva beban-deformasi pada balok-kolom

2. 5 Perencanaan pertemuan balok-kolom berdasarkan SNI 2847-2013

Dalam perencanaan struktur rangka tahan gempa, pertemuan balok-kolom harus

mendapat perhatian yang sama seperti halnya komponen struktur lainnya karena integritas

dari struktur mungkin akan sangat tergantung dari prilaku pertemuan balok-kolom tersebut.

1. Ketentuan umum pertemuan balok-kolom pada SRPMK diatur menurut SNI 2847-

2013 Pasal 21.7.2 sebagai berikut:

a. Gaya-gaya pada tulangan balok longitudinal di muka hubungan balok-kolom

harus ditentukan dengan megasumsikan bahwa tegangan pada tulangan tarik

lentur adalah 1,25 yf .

b. Tulangan longitudinal balok yang berhentikan dalam suatu kolom harus

diteruskan mencapai sisi jauh dari inti kolom terkekang dan diangkur sesuai:

Page 22: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

13

i. Tulangan tarik Pasal 21.7.5

ii. Tulangan tekan Pasal 12

c. Bila tulangan longitudinal balok menerus melewati hubungan balok-kolom,

dimensi kolom yang sejajar terhadap tulangan balok tidak boleh dari 20 kali

diameter batang tulangan balok logitudinal terbesar untuk beton normal

(normalweig). Untuk beton ringan (lightweight), dimensinya tidak boleh

kurang dari 26 kali diameter batang tulangan.

2. Tulangan Transversal Pertemuan balok-kolom

Tulangan transversal pertemuan balok-kolom pada SRPMK diatur menurut SNI 2847-

2013 Pasal 21.7.2, sebagai berikut:

a. Tulangan transversal berbentuk sengkang tertutup harus dipasang di dalam

daerah hubungan balok-kolom.

b. Pada hubungan balok-kolom dimana balok-balok, dengan lebar setidak-

tidaknya sebesar 43 lebar kolom, merangka pada keempat sisinya harus

dipasang tulangan transversal setidak-tidaknya sejumlah 0,5. Tulangan

transversal ini dipasang di daearah hubungan balok-kolom setinggi balok

terendah yang merangka ke hubungan tersebut. Pada daerah tersebut, spasi

tulangan transversal yang ditentukan sebesar xs dapat diperbesar menjadi 150

mm.

c. Pada hubungan balok-kolom, dengan lebar balok lebih besar daripada lebar

kolom, tulangan transversal sebesar shA harus dipasang pada hubungan

tersebut, untuk memberikan kekangan terhadap tulangan longitudinal balok

yang berada di luar daerah inti kolom.

3. Kuat Geser Pertemuan Balok-Kolom

Kuat Geser pertemuan balok-kolom pada SRPMK diatur menurut SNI 2847-2013

Pasal 21.7.4.

Page 23: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

14

BAB III

METODE PENELITIAN

3. 1 Rancangan Penelitian

Penelitian ini dilakukan secara analitis untuk mengetahui pengaruh eksentrisitas

pertemuan balok-kolom menggunakan program FEA ANSYS. Tahapan penelitiannya dapat

dilihat pada Gambar 3. 2.

Gambar 3. 2.Bagan rancangan penelitian

Page 24: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

15

1. Langkah awal adalah melakukan verifikasi pemodelan hasil pengujian eksperimen dari

salah satu model benda uji pertemuan balok-kolom eksentrik yang dilakukan oleh

Kusuhara, et.al (2004) dengan program FEA ANSYS.

2. Hasil analisis dengan program FEA ANSYS dibandingkan dengan hasil uji

eksperimen. Apabila hasil analisis dengan program FEA ANSYS sama atau mendekati

hasil uji eksperimen, maka analisis dengan program FEA ANSYS selanjutnya dapat

digunakan.

3. Menentukan variasi model yang akan digunakan dalam penelitian.

4. Langkah selanjutnya, model dibuat dan dianalisis menggunakan program FEA

ANSYS.

5. Hasil analisis kemudian dibandingkan satu sama lain untuk mendapatkan perilaku

yang terjadi pada pertemuan balok-kolom dengan variasi model yang telah ditentukan.

6. Setelah melakukan pembacaan hasil dan perbandingan maka dapat ditarik beberapa

kesimpulan untuk menjawab rumusan masalah yang ada.

3. 2 Verifikasi Model

3.2.1 Benda uji eksperimen

Verifikasi pemodelan dilakukan untuk mengetahui keakuratan dari teknik pemodelan

3D dari software ANSYS yang dipergunakan dalam pemodelan pertemuan balok kolom

akibat beban gempa. Adapun data eksperimen diambil dari hasil uji eksperimen Kusuhara,

et.al (2004). Dari 216 model benda uji Kusuhara et al (2004), diambil benda uji BJ5 (IS

13920:1993) yang merupakan pertemuan balok-kolom eksentrik. Dimensi kolom 200 x 200

mm dan balok 200 x 200 mm. Diameter sengkang yang digunakan pada balok 6 mm dan kait

yang disediakan 80 mm > 75mm dengan sudut tekuk 135°. Jarak sengkang pada tumpuan 40

mm dan jarak sekangang lapangan 80 mm. Panjang pengangkuran untuk balok diperoleh 785

≈ 800 mm.

Setup pengujian yang dilakukan oleh Kusuhara et.al (2004) seperti terlihat pada

Gambar 3. 3(a) dan kondisi kerusakan dari benda uji setelah pengujian terlihat pada Gambar

3.5(b). Pada pengujian laboratorium, beban aksial tetap sebesar 130 kN yaitu 30% dari beban

Page 25: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

16

daya dukung kolom (440 kN) dikerjakan pada kolom. Sedangkan beban dikerjakan pada

ujung bebas balok dengan peningkatan secara bertahap sampai benda uji mengalami

keruntuhan. Retak pertama terbentuk pada bagian balok pada jarak 50 mm dari muka kolom

pada beban 18 kN. Pada beban 19 kN, retak lain terbentuk pada sendi balok-kolom benda uji.

Celah-celah retak mulai melebar pada beban 20 kN. Beton pecah pada sendi saat tegangan

balok pada beban 21,5 kN. Penerapan beban dihentikan pada 23,5 kN ketika defleksi pada

ujung bebas dari balok mencapai 50 mm.

(a) Test Setup pengujian

(b) Kegagalan benda uji BJ5

Gambar 3. 3 Pengujian laboratorium dari benda uji BJ5

3.2.2 Pemodelan dan analisis benda uji

Benda uji yang terlihat pada Gambar 3.5 kemudian dimodelkan kedalam program

ANSYS dan dilakukan analisis untuk mengetahui pola tegangan dan deformasi yang terjadi

akibat beban lateral yang dikerjakan. Adapun properti material yang diperhitungkan

ditampilkan pada Tabel 3.1. Karakteristik dari elemen solid 65 dan Link 8 dapat dilihat pada

Gambar 3.6.

Tabel 3. 1 Material beton bertulang

ELEMENT TYPE MATERIAL PROPERTY Solid 65 Modulus of elasticity 2.5 x 1010N/m2

Passion ratio 0.23 Density 25000 N/m3

Link 8 Modulus of elasticity 2.1 x 1011N/m2 Passion ratio 0.3 Density 78500N/m3

Page 26: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

17

(a) Elemen Solid 65

(b) Elemen Link 8

Gambar 3.6 Properti elemen dalam Ansys

(a) Model material beton

(b) Model tulangan

Gambar 3.7 Pemodelan pertemuan balok-kolom dengan program Ansys

(a) Kontur tegangan hasil analisis

(b) Perbandingan defleksi antara eksperimen dan analisis

Gambar 3.8 Hasil analisis dan perbandingan defleksi benda uji BJ5

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60

Loa

d in

kN

Deflection in mm

Ansys BJ5Exp. BJ5

Page 27: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

18

Deformasi yang diperoleh berdasarkan hasil pengujian pada beban 20 kN diperoleh

defleksi sebesar 35 mm, sedangkan berdasarkan hasil analisis menggunakan Ansys pada

beban yang sama diperoleh defleksi sebesar 32 mm. Error antara pengujian laboratorium

dengan analisis program ansys adalah sebesar 8.57%. Nilai kesalahan ini masih lebih kecil

dari 10 % sehingga teknik pemodelan yang dipergunakan dapat dipergunakan untuk

melakukan analisis selanjutnya terhadap tiga buah benda uji yang ditinjau.

3. 3 Penetapan Model

Model yang akan diteliti pada studi ini merupakan bagian dari rangkaian pertemuan

balok-kolom dengan variasi eksentrisitas. Sebelumnya dilakukan perhitungan struktur balok,

kolom dan join dengan ketentuan yang terdapat pada SNI-2847-2013 untuk struktur rangka

pemikul momen khusus (SRPMK), tahapan perhitungan untuk kolom tanpa eksentrisitas

dapat dilihat pada Lampiran 1.

Dari hasil perhitungan, didapat dimensi balok dengan lebar 250 mm dan tinggi 400

mm, tulangan longitudinal As1 5D16 mm dan As2 3D16 mm, dengan sengkang yang dipakai

Ø10 – 95 mm sepanjang 800 mm dari tumpuan dan selanjutnya dipasang sengkang Ø10 – 175

mm. Sedangkan untuk kolom didapat kolom dengan lebar 150 mm dan tinggi 500 mm,

tulangan longitudinal 8 D19 mm, dan sengkang yang dipakai Ø10 – 100mm. Berdasarkan

hasil desain pertemuan balok-kolom tanpa eksentrisitas ini kemudian dibuat variasinya

dengan eksentrisitas 25mm dan 50mm.

Adapun model pertemuan balok kolom dengan dimensi kolom pipih dapat dilihat

berturut-turut pada Gambar 3. 4.

Page 28: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

19

Gambar 3. 4 Model pertemuan balok kolom eksentrik

3. 4 Penetapan Parameter Model

Untuk mendapatkan hasil analisis yang sesuai dengan tujuan, maka penetapan parameter

model dilakukan dengan tahapan berikut:

1. Memasukkan data geometri dan material sesuai dengan penelitian.

2. Perletakan balok dan kolom mengikuti uji eksperimen yang telah dilakukan.

3. Beban terpusat dikerjakan sebagai beban merata pada areal tertentu.

4. Material memiliki Angka poisson’s ratio sebesar 0,2 untuk beton dan 0,3 untuk baja

tulangan.

3. 5 Pemodelan dengan Program FEA ANSYS 15.0.7

Pemodelan non linier terhadap perilaku material dengan metode elemen hingga pada

program FEA ANSYS terpisah dari pemodelan elemennya. Dalam pembuatan model elemen

hingga, program FEA ANSYS menyediakan meshing secara otomatis, namun demikian untuk

proses meshing tersebut masih memerlukan objek-objek bantu yang dapat terdiri dari

beberapa titik nodal.

Page 29: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

20

Semua elemen volume pertemuan balok kolom dimodelkan sebagai elemen 3D. Adapun

tahapan analisis dengan menggunakan software Finite Element Analysis ANSYS adalah

sebagai berikut:

1. Mendefinisikan geometri model struktur dengan memasukkan nilai koordinat ke arah

x, y, dan z.

2. Mendefinisikan meshing tiap-tiap elemen ke arah x, y, dan z.

3. Mendefinisikan geometri properties.

4. Mendefinisikan material properties (memasukkan modulus elastisitas, poisson ratio,

tegangan leleh baja) pada kondisi elastis dan plastis.

5. Mendefinisikan syarat batas (jenis perletakan) : pinned.

6. Mendefinisikan pembebanan.

7. Mendefinisikan analisis non linier.

8. Melakukan analisis (run program).

9. Interpretasi hasil output.

Page 30: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

21

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4. 1 Umum

Pada Bab IV akan diuraikan hasil analisis dan pembahasan terhadap perilaku

hubungan balok-kolom dengan pembebanan horizontal. Perilaku yang ditinjau meliputi

deformasi, tegangan, regangan yang terjadi pada join yang ditinjau. Model yang diteliti pada

studi ini merupakan bagian dari pertemuan balok-kolom dengan variasi eksentrisitas. Adapun

pemodelan dari ketiga benda uji yang ditinjau menggunakan program FEA ANSYS dapat

dilihat pada Gambar 4. 1, Gambar 4. 2 dan Gambar 4. 3.

Perletakan yang dipergunakan pada pemodelan ini berupa sendi pada ujung bawah

kolom dan rol pada kedua ujung balok. Sedangkan ujung atas kolom dibuat bebas karena

beban horizontal dikerjakan pada ujung tersebut. Beban terus ditingkatkan sampai benda uji

mengalami keruntuhan.

Gambar 4. 1 Model A pertemuan balok-kolom sentris

Page 31: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

22

Gambar 4. 2 Model B pertemuan balok-kolom dengan e1 = 25 mm

Gambar 4. 3 Model C pertemuan balok-kolom dengan e2 = 50 mm

4. 2 Total Deformation

Deformasi total yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4.

1 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 4. Perbandingan data deformasi total dapat

dilihat pada Gambar 4. 5.

Page 32: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

23

a. Model A (e = 0)

b. Model B (e1 = 25 mm)

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 1 Total Deformation Total Deformation

No Results Model

A Model

B Model

C 1 Minimum 0.57981 0.21457 0.17666 2 Maximum 2593.5 2577.8 2540.5

Gambar 4. 4 Kontur Total Deformation

a. Total Deformation Minimum b. Total Deformation Maximum

Gambar 4. 5 Total Deformation

Pada Tabel 4. 1 dan Gambar 4. 5 menunjukan bahwa Model A memiliki total

deformation minimum yang terbesar 0.57981 mm dan model A memiliki total deformation

maximum yang terbesar 2593.5 mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Tota

l Def

orm

atio

n (m

m)

Model A Model B Model C2510

2520

2530

2540

2550

2560

2570

2580

2590

2600

Tota

l Def

orm

atio

n (m

m)

Model A Model B Model C

Page 33: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

24

pada pertemuan balok kolom mengakibatkan deformasi total mengalami penurunan baik

untuk deformasi total minimum maupun deformasi total maksimum.

4. 3 Maximum Principal Elastic Strain

Regangan elastis maksimum yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat

pada Tabel 4. 2 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 6. Perbandingan data regangan

elastis maksimum dapat dilihat pada Gambar 4. 7.

a. Model A (e = 0)

b. Model B (e1 = 25 mm)

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 2 Maximum Principal Elastic Strain

Maximum Principal Elastic Strain

No Results Model A

Model B

Model C

1 Minimum 0.00489 0.00513 0.00533 2 Maximum 0.21506 0.05444 0.05430

Gambar 4. 6 Kontur Maximum Principal Elastic Strain

Page 34: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

25

a. Maximum Principal Elastic Strain

Minimum

b. Maximum Principal Elastic Strain

Maximum

Gambar 4. 7 Maximum Principal Elastic Strain

Pada Tabel 4. 2 dan Gambar 4. 7 menunjukan bahwa model C memiliki maximum

principal elastic strain minimum yang terbesar 0.00513 mm/mm dan model A memiliki

maximum principal elastic strain maximum yang terbesar 0.21506 mm/mm. Semakin besar

eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan

elastis maksimum untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan elastis

maksimum untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.

4. 4 Minimum Principal Elastic Strain

Regangan elastis minimum yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat

pada Tabel 4. 3 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 8. Perbandingan data regangan

elastis minimum dapat dilihat pada Gambar 4. 9.

a. Model A (e = 0)

b. Model B (e1 = 25 mm)

0.0046

0.0047

0.0048

0.0049

0.005

0.0051

0.0052

0.0053

0.0054Di

rect

iona

l Def

orm

atio

n (m

m)

Model A Model B Model C0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C

Page 35: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

26

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 3 Minimum Principal Elastic Strain

Minimum Principal Elastic Strain No Results Model

A Model

B Model

C 1 Minimum -0.4723 -0.4704 -0.4645 2 Maximum -0.1057 -0.0013 -0.0015

Gambar 4. 8 Kontur Minimum Principal Elastic Strain

a. Minimum Principal Elastic Strain

Minimum

b. Minimum Principal Elastic Strain

Maximum

Gambar 4. 9 Minimum Principal Elastic Strain

Pada Tabel 4. 3 dan Gambar 4. 9 menunjukan bahwa model A memiliki minimum

principal elastic strain minimum yang terbesar -0.4723 mm/mm dan model C memiliki

minimum principal elastic strain maximum yang terbesar -0.0015 mm/mm. Semakin besar

eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan

elastis minimum untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan elastis

minimum untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.

-0.474

-0.472

-0.47

-0.468

-0.466

-0.464

-0.462

-0.46

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C

Page 36: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

27

4. 6 Maximum Shear Elastic Strain

Regangan geser maksimum yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat

pada Tabel 4. 4 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 10. Perbandingan data

regangan geser maksimum dapat dilihat pada Gambar 4. 11.

a. Model A (e = 0)

b. Model B (e1 = 25 mm)

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 4 Maximum Shear Elastic Strain

Maximum Shear Elastic Strain

No Results Model A

Model B

Model C

1 Minimum 0.00439 0.0053 0.0054 2 Maximum 0.56268 0.1286 0.12766

Gambar 4. 10 Kontur Maximum Shear Elastic Strain

a. Maximum Shear Elastic Strain Minimum b. Maximum Shear Elastic Strain Maximum

Gambar 4. 11 Maximum Shear Elastic Strain

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C

Page 37: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

28

Pada Tabel 4. 4 dan Gambar 4. 11 menunjukan bahwa model C memiliki maximum

shear elastic strain minimum yang terbesar 0.00542 mm/mm dan model A memiliki

maximum shear elastic strain maximum yang terbesar 0.56268 mm/mm. Semakin besar

eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan

geser maksimum untuk kondisi minimum mengalami peningkatan dan regangan geser

maksimum untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.

4. 7 Elastic Strain Intensity

Instensitas regangan yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada

Tabel 4. 5 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 12. Perbandingan data instensitas

regangan dapat dilihat pada Gambar 4. 13.

a. Model A (e = 0)

b. Model B (e1 = 25 mm)

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 5 Elastic Strain Intensity

Elastic Strain Intensity

No Results Model A

Model B

Model C

1 Minimum 0.00439 0.0053 0.0054 2 Maximum 0.31455 0.1286 0.1276

Gambar 4. 12 Kontur Elastic Strain Intensity

Page 38: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

29

a. Elastic Strain Intensity Minimum b. Elastic Strain Intensity Maximum

Gambar 4. 13 Elastic Strain Intensity

Pada Tabel 4.5 dan Gambar 4. 13 menunjukan bahwa model C memiliki elastic strain

intensity minimum yang terbesar 0.00542 mm/mm dan model A memiliki elastic strain

intensity maximum yang terbesar 0.31455 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok

dengan kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan instensitas regangan untuk

kondisi minimum mengalami peningkatan dan instensitas regangan untuk kondisi maksimum

mengalami penurunan.

4. 8 Normal Elastic Strain

Regangan normal yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel

4. 6 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 14. Perbandingan data regangan normal

dapat dilihat pada Gambar 4. 15.

a. Model A (e = 0)

b. Model B (e1 = 25 mm)

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B

Page 39: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

30

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 6 Normal Elastic Strain

Normal Elastic Strain

No Results Model A

Model B

Model C

1 Minimum -0.257 -0.237 -0.205 2 Maximum 0.0275 0.0272 0.0191

Gambar 4. 14 Kontur Normal Elastic Strain

a. Normal Elastic Strain Minimum b. Normal Elastic Strain Maximum

Gambar 4. 15 Normal Elastic Strain

Pada 4.6 dan Gambar 4. 15 menunjukan bahwa model C memiliki normal elastic

strain minimum yang terbesar -0.20576 mm/mm dan model A memiliki normal elastic strain

maximum yang terbesar 0.0275 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan

kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan normal untuk kondisi minimum

mengalami peningkatan dan regangan normal untuk kondisi maksimum mengalami

penurunan.

4. 9 Shear Elastic Strain

Regangan geser yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4.

7 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 16. Perbandingan data regangan geser dapat

dilihat pada Gambar 4. 17.

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C0.2

0.205

0.21

0.215

0.22

0.225

0.23

0.235

0.24

0.245

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C

Page 40: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

31

a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 7 Shear Elastic Strain

Shear Elastic Strain

No Results Model A

Model B

Model C

1 Minimum -0.225 -0.275 -0.210 2 Maximum -0.242 -0.086 -0.042

Gambar 4. 16 Kontur Shear Elastic Strain

a. Shear Elastic Strain Minimum b. Shear Elastic Strain Maximum

Gambar 4. 17 Shear Elastic Strain

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

Dire

ctio

nal D

efor

mat

ion

(mm

)

Model A Model B Model C

Page 41: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

32

Pada 4.7 dan Gambar 4. 17 menunjukan bahwa model C memiliki shear elastic strain

minimum yang terbesar -0.21024 mm/mm dan model C memiliki shear elastic strain

maximum yang terbesar -0.042 mm/mm. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan

kolom pada pertemuan balok kolom mengakibatkan regangan geser untuk kondisi minimum

mengalami peningkatan dan regangan geser untuk kondisi maksimum mengalami

peningkatan.

4. 10 Shear Stress

Tegangan geser yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4.

8 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 18. Perbandingan data tegangan geser dapat

dilihat pada Gambar 4. 19.

a. Model A (e = 0)

b. Model B (e1 = 25 mm)

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 8 Shear Stress

Shear Stress

No Results Model A

Model B

Model C

1 Minimum -3065.8 -3508.3 -2672.5 2 Maximum -3081.4 -787.26 -133.61

Gambar 4. 18 Kontur Shear Stress

Page 42: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

33

a. Shear Stress Minimum b. Shear Stress Maximum

Gambar 4. 19 Shear Stress

Pada 4.8 dan Gambar 4. 19 menunjukan bahwa model C memiliki shear stress

minimum yang terbesar -2672.5 Mpa dan model C memiliki shear stress maximum yang

terbesar -133.61 Mpa. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom pada pertemuan

balok kolom mengakibatkan tegangan geser untuk kondisi minimum mengalami peningkatan

dan tegangan geser untuk kondisi maksimum mengalami peningkatan.

4. 11 Vector Principal Stress

Arah tegangan yang terjadi pada masing-masing benda uji dapat dilihat pada Tabel 4.

9 dengan kontur seperti terlihat pada Gambar 4. 20. Perbandingan data arah tegangan dapat

dilihat pada Gambar 4. 21.

a. Model A (e = 0) b. Model B (e1 = 25 mm)

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

Shea

r Str

ess (

MPa

)

Model A Model B Model C-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

Shea

r Str

ess (

MPa

)

Model A Model B Model C

Page 43: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

34

c. Model C (e2 = 50 mm)

Tabel 4. 9 Vector Principal Stress

Vector Principal Stress

No Results Model A

Model B

Model C

1 Minimum 110.35 247.34 419.87 2 Maximum 42232 42194 42119

Gambar 4. 20 Kontur Vector Principal Stress

a. Vector Principal Stress Minimum b. Vector Principal Stress Maximum

Gambar 4. 21 Vector Principal Stress

Pada 4.9 dan Gambar 4. 21 menunjukan bahwa model C memiliki vector principal

stress minimum yang terbesar 419.87 Mpa dan model A memiliki vector principal stress

maximum yang terbesar 42232 Mpa. Semakin besar eksentrisitas dari balok dengan kolom

pada pertemuan balok kolom mengakibatkan arah tegangan untuk kondisi minimum

mengalami peningkatan dan arah tegangan untuk kondisi maksimum mengalami penurunan.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Vect

or P

rincip

al S

tres

s (M

Pa)

Model A Model B Model C42060

42080

42100

42120

42140

42160

42180

42200

42220

42240

42260

Vect

or P

rincip

al S

tres

s (M

Pa)

Model A Model B Model C

Page 44: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

35

BAB V

BAB PENUTUP

5. 1 Simpulan

Dari hasil analisis dan pembahasan dapat diambil kesimpulan, bahwa perbandingan

kinerja pada Model A (e=0 atau sentris), Model B (e1 = 25 mm) dan Model C (e1 = 50 mm)

yang desain tulangannya mengacu pada ketentuan SNI 2847-2013 adalah :

1. Keakuratan teknik pemodelan didapat sampai 95% dengan program 3D ANSYS

ver.15.0.7 dalam memprediksi perilaku deformasi hubungan balok-kolom struktur

beton bertulang akibat beban gempa.

2. Pengaruh eksentrisitas balok dan kolom terhadap perilaku hubungan balok-kolom

berpenampang pipih beton bertulang dimana beban horizontal (gempa) yang bekerja

sejajar dengan sumbu kuat penampang kolom, yaitu :

a. Model A pertemuan balok-kolom sentris memiliki total deformation,

maximum principal elastic strain, maximum shear elastic strain, elastic strain

intensity, normal elastic strain, vector principal stress maximum yang terbesar

dibandingkan model B dan model C.

b. Model C pertemuan balok-kolom dengan e2 = 50 mm memiliki minimum

principal elastic strain, shear elastic strain, shear stress maximum yang

terbesar dibandingkan model A dan model B.

5. 2 Saran

Analisis dan pemodelan elemen hingga pertemuan eksentrik balok-kolom dengan

kolom berpenampang pipih dengan memperhitungkan keberadaan balok transversal yang

tegak lurus dengan arah gaya gempa dan pelat lantai perlu dilakukan.

Page 45: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

36

DAFTAR PUSTAKA

Hegger., Josef, Sherif., Alaa, and Roeser., Wolfgang. 2004. Nonlinear Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beam-Column Connections. ACI Structural Journal, September-October, Title no. 101-S59, Hal: 604-614.

Ravi, S.Robert. 2010.Studies On The Behavior of Retrofitted RCC Beam Column Joints,

School Of Civil Engineering, Karunya University., India. LaFave., James M, et al. 2005. Eccentric Beam-Column Connections (Performance and

Design of Joints Subjected to Seismic Lateral Load Reversals). Concrete International, September.

Lee., Hung-Jen, and Ko., Jen-wen. 2007. Eccentric Reinforced Concrete Beam-Column

Connections Subjected to Cyclic Loading in Principal Directions. ACI Structural Journal, July-August, Title no. 104-S44, Hal: 459-467.

Shin., Myoungsu and LaFave., James M. 2004. Seismic Performance of Reinforced Concrete

Eccentric Beam-Column Connections with Floor Slabs. ACI Structural Journal, May-June, Title no. 101-S41, Hal: 403-412.

Stehle., John S, et al., 2001. Reinforced Concrete Interior Wide-Band Beam Column

Connections Subjected to Lateral Earthquake Loading. ACI Structural Journal, May-June, Title no. 98-S26, Hal: 270-279.

Uma., S.R.Dr, and Prasad., A.Meher., Prof. Seismic Behavior of Beam Column Joints in

Reinforced Concrete Moment Resisting Frames. Departement of Civil Engineering. Indian Institute of Technology Madras. Chennai.

Quintero-Febres., Charlos G and Wight., James K. 2001. Experimental Study of Reinforced

Concrete Interior Wide Beam-Column Connections Subjected to Lateral Loading. ACI Structural Journal, July-August, Title no. 98-S55, Hal: 572-582.

Page 46: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

37

LAMPIRAN 1 PERENCANAAN BALOK

Analisis Momen Nominal Penampang

Analisis penampang terhadap momen negatif

b = 250 mm h = 400 mm Tulangan = D16 Tinggi efektif : d = h – (selimut beton + ø tul. Sengkang + ½ D tul. Utama)

d = 400 – ( 30 + 10 + ½ .16) = 352 mm d’= h – d = 400 - 352 = 48 mm

Syarat jarak antar tulangan S > 25 mm

mm612

163102302250S (OK!)

Luas tulangan terpasang: 2s1 mm 0051A

2s2 mm 603'A

Asumsi tulangan tarik leleh dan tulangan tekan belum leleh Tulangan tekan belum leleh:

cus .εc

d'c'ε

c600.d'600.c.E.ε

cd'c'.Eε'f scusss

∑H = 0 0TTCC S2s1s2c

0.fA.fA''.fA.a.b.0,85.f' ys2ys1s2s2c

0400402-400603c600.d'-600.c.603.c.b.β0,85.f' 1c

0160800.c-.c24120048600603600.c6030)c520,8520(0,85 2 3612,5 c2 - 40200 c – 17366400 = 0

Didapat nilai c = 75,12 mm

852,630,85.75,12cβa 1. mm Kontrol keserasian regangan:

35

s

yy 2.10

2.10400

Ef

ε

cus2 .εc

d'c'ε 002,0ε001083,0.0,00375,12

48-75,12y →Tulangan tekan

belum leleh (asumsi benar) ss2s2 '.Eε'f 217200000001083,0 MPa

Page 47: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

38

cus1 .εc

cdε 0,002ε011,0.0,00375,12

12,75253y

→ Tulangan tarik leleh

(asumsi benar) Kapasitas penampang terhadap momen negatif:

d'd.C2adCMn s2c

d'd'.'.fA2ad.c.b..β0,85.f'Mn s2s21c

483522176032

63,85235225012,7585,02085,0Mn xxxxxx

5,126637505Mn Nmm 637,126Mn KNm

Analisis penampang terhadap momen positif

Luas tulangan terpasang: 2

s1 mm 0051A 2

2 mm 603As d = 400 – ( 40 + 10 + ½ .16) = 342 mm

d’= 40 + 10 + 8 = 58 mm

Asumsi tulangan tarik leleh dan tulangan tekan belum leleh 0'.600.d'A.c.fA'.600A.c.bβ0,85.f' s1ys2s1

21c.

081005.600.4.c603.4001005.600.c0,85.250 0,85.20. 2 Dengan memasukkan data yang ada diperoleh persamaan:

4515,625 c2 + 361800 c – 28944000 = 0 Didapat nilai c = 52,49 mm

616,440,85.52,49cβa 1. mm

Kontrol keserasian regangan: 3

5s

yy 2.10

2.10400

Ef

ε

cus1 .εc

d'-c'ε 002,0ε000257,0.0,00352,49

48-52,49y → Tulangan tekan

belum leleh (asumsi benar) ss1s1 '.Eε'f 4,5110,2.000257,0 5 MPa

cu2 .εc

cdε s 002,0ε017,0.0,00352,49

49,52253y → Tulangan tarik leleh

(asumsi benar)

Page 48: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

39

Kapasitas penampang terhadap momen positif:

d'd.C2adCM s1cn

d'd'.'.fA2ad.c.b..β0,85.f'M s1s11cn

483524,5110052616,4435225049,5285,02085,0Mn xxxxxx

25,78219966Mn Nmm 219,78Mn KNm

Kontrol Persyaratan Balok Untuk SRPMK:

1. Persyaratan Geometri:

a. Ln ≥ 4d → 4000 mm > 4 x 352 = 1408 mm …….(ok)

b. Rasio 3,0hb

→ 3,0625,0400250

…….(ok)

c. - b ≥ 250 mm → 250 mm ≥ 250 mm …….(ok) - b ≤ lebar kolom + 2.(¾) tinggi balok

250 mm < 150 + 2.(¾).400 = 750 mm …….(ok) 2. Persyaratan tulangan longitudinal

a. 2 buah tulangan atas dan tulangan bawah menerus …….(ok)

b. 308.250.3524001,4.d.b

f1,4A w

ysmin mm2

00223520,025.250..d0,025.bA wsmax mm2

- Pada sendi plastis As

= 5 D16 (As = 1005 mm2) …….(ok) As

’ = 3 D16 (As = 603 mm2) …….(ok) - Pada tengah bentang

As = 3 D16 (As

’ = 603 mm2) …….(ok) As

’ = 3 D16 (As’ = 603 mm2) …….(ok)

3. Cek persyaratan momen nominal nn 0,5.MM

KNm 3185,63KNm26,63710,5xKNm 219,78M n …….(ok) Jadi penulangan balok memenuhi syarat SRPMK

Penulangan Balok Akibat Geser

Berdasarkan SNI 03 – 2847 – 2002, Pasal 23.3 (4), gaya geser rencana Ve dihitung dengan menganggap kuat lentur maksimum (Mpr) yang berlawanan tanda bekerja pada muka-muka tumpuan, dan komponen struktur tersebut dibebani dengan beban gravitasi terfaktor di sepanjang bentangnya.

2.LW

LMM

V nu

n

prpre , dengan Ln = bentang bersih balok

Momen Lentur Maksimum (Mpr) balok harus dihitung dari tulangan terpasang dengan tegangan tarik 1,25 fy.

Untuk balok dibentang ujung, oleh arah gempa ke kanan akan dihasilkan: Momen Lentur Negatif (Mpr

-)

Page 49: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

40

Tulangan terpasang 5 D16 (As = 1005 mm2) Dapat dianggap sebagai penampang tulangan tunggal sehingga nilai Cs tidak ada. Ts = Cc.

d = 600 – ( 40 + 10 + ½ .16) = 342mm d’= 40 + 10 + 8 = 58 mm

Asumsi tulangan tarik leleh dan tulangan tekan belum leleh. Tulangan tekan belum leleh. ∑H = 0

TsCc

ys1c .1,25.fA.a.b0,85.f'

235,1182502085,040025,11005

'85,025,11

bcffyA

a S mm

13985,0235,118

1

ac mm

2adTM Spr

2ad.1,25.fyAM 1pr S

2235,11835240025,11005Mpr

3,147173456Mpr Nmm

173,147Mpr KNm Momen Lentur Positif (Mpr

+) Tulangan terpasang 3 D16 (As

’ = 603 mm2) Dapat dianggap sebagai penampang tulangan tunggal sehingga nilai Cs tidak ada. Ts = Cs.

d = 600 – ( 40 + 10 + ½ .16) = 342mm d’= 40 + 10 + 8 = 58 mm ∑H = 0

TsCc

ys2c .1,25.fA.a.b0,85.f'

94,702502085,040025,1603

'85,025,12

bcffyA

a S mm

46,8385,094,70

1

ac mm

2adTM S2pr

2ad25,1M 2pr fyAS

270,9435240025,1603Mpr

95433795Mpr Nmm

434,95Mpr KNm

Page 50: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

41

Dengan cara yang sama untuk balok dibentang ujung, oleh arah gempa ke kiri diperoleh:

173,147Mpr KNm

434,95Mpr KNm Gaya geser rencana:

2.LW

LMM

V nu

n

prpre

Beban mati.

a. Beban mati (D): Berat sendiri pelat (t=120mm) = 0,12 x 24 = 2,88 KN/m2 Berat penutup lantai (t=10mm) = 0,01 x 24 = 0,24 KN/m2 Berat Spesi (t=30mm) = 0,03 x 21 = 0,63 KN/m2 Berat Penggantung dan Plafon = 0,07 + 0,11 = 0,18 KN/m2 Berat Instalasi = 0,40 = 0,40 KN/m2 +

D = 4,33 KN/m2 KN/m11,5474,3322Dh2W 3

232

Dek

b. Beban hidup untuk gedung L = 2,50 KN/m2

KN/m6,6672,5022Lh2W 32

32

Lek

Beban gravitasi terfaktor (Wu ek): 6,6671.547,111,2.1.W1,2.WW

ekekek LDu N/mm 523,20KN/m 523,20

2020,523.400

4000954337953,147173456Ve

40506813,60651 N813,101157V mak e

N 813,01452Ve.min 1. Penulangan geser pada daerah sendi plastis (2h = 2(400) = 1200 mm dari muka tumpuan)

N 813,101157Vu Kuat geser yang disumbangkan oleh beton Vc = 0, maka:

N084,134877075,0

813,101157VV

V cu

s

Kuat geser Vs tidak boleh lebih besar dari Vsmak (Pasal 13.5 (6(9)): N 31,262365352.250.20.3

2.d.bf'.32V wcsmak

N 262365,31VN084,134877V smaks ……(ok)

mm597,1240.352

134877,084.df

Vs

AV

.d.fAs

y

sv

s

yv

Dipakai sengkang Ø 10 mm dengan: 222

v mm 08,15710..41.2D..4

1.2A

mm 359,981,597157,08s

Spasi maksimum tulangan geser pada daerah sendi plastis: mm 884

3524

dsmak

Page 51: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

42

smak 8 x (diameter tulangan longitudinal min.) = 8 x 16 = 128 mm smak 24 x (diameter tul. geser tertutup) = 24 x 10 = 240 mm smak 300 mm

Jadi dipasang sengkang Ø10-95 mm 2. Penulangan geser diluar daerah sendi plastis

Gaya geser yang dipergunakan untuk menentukan tulangan tranversal pada daerah lapangan adalah gaya geser pada jarak 2h dari muka tumpuan.

mm 6,64809x4000

810124002-4000

x4000

20145,813-101157,8132h-4000

x

20145,813xV 2hu

N 413,84955813,201456,64809

Kuat geser yang disumbangkan oleh beton (Vc):

N 33,65591.250.352620.d.b

6f'

V wc

c

Karena: N 4971,49193.VN 413,84955V cu.2h , maka penampang perlu tulangan geser.

Kuat geser yang disumbangkan oleh tulangan geser (Vs):

N554,4768233,655910,75

84955,413VV

V cu.2h

s

mm 564,0240.352

47682,554.df

Vs

AV

.d.fAs

y

sv

s

yv

Dipakai sengkang Ø 10 mm dengan: 222 mm 08,15710..4

1.2D..41.2A

mm 51,2780,564

157,08s

Spasi maksimum tulangan geser:

mm 1762

3522dsmaks

Jadi dipasang sengkang Ø 10 - 175 mm

PERENCANAAN KOLOM Dari kesetimbangan momen pada balok, didapat momen pada ujung-ujung kolom

sebagai berikut:

ge M56M

nne MM56M

25,782199665,12663750556Me

Page 52: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

43

1,245828966Me Nmm Beban yang bekerja pada kolom:

Nmm1,122914483M21M ecol

AsfyAstAgcf '85,0P0 8204008201505002085,0P 2

412

41

0 KN583,2237P0

N447516,6P20%P 0u

mmPMe

u

t 659,2746,447516

1,122914483

h0,0315emin 0,500,0315emin te015,15emin

2gr 75000mm500150A

Sumbu vertikal:

5399,0.0,85.200,65.75000

447516,6.0,85.f'.AP

cgr

u

Sumbu horizontal:

2966,0500

274,659..0,85.200,65.75000

447516,6he.

.0,85.f'.AP t

cgr

u

Dari grafik dan tabel perhitungan beton bertulang didapat: r = 0,03 untuk f’c = 20 MPa β1 = 0,8

024,08,003,0

r

2grs mm 18005001500,024AρA

Dipasang tulangan 8 D19 (Ast = 2268,229 mm2) pada sisinya. Penulangan Geser:

Dari software PCA.COL 2.30, didapat nilai Mpr dengan membuat diagram interaksi kolom 150x550 mm dan pada Pu = 447,516 KN didapat Mpr = 132,00 KNm.

Page 53: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

44

Gambar. Diagram Interaksi Kolom 150x500 mm

Gaya geser desain berdasarkan Mpr pada ujung-ujung kolom adalah:

N 75428KN 428,753,50

00,3212H

MMV

n

pr4pr3e

Berdasarkan SNI 03-2847-2002 Pasal 23.4, spasi tulangan transversal tidak boleh lebih dari:

Sx ≤ Seperempat dimensi terkecil komponen struktur Sx ≤ mm37,51504

1 Sx ≤ Enam kali diameter tulangan longitudinal

Sx ≤ mm114196

Sx = 3

h350100 x

mm252h505000,5h

102025000,5hh0,5h

x

x

21

x

cx

mm141,67S41,67100S

3225350100S

x

x

x

100 mm < 141,67 mm < 150 mm

Dipakai jarak sengkang (S) = 100 mm 2

g mm 750000150500A

Page 54: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

45

mm 504.1021202500hc

2ch mm 060052.201502.20500A

Luas total penampang sengkang tertutup persegi tidak boleh kurang daripada yang ditentukan dari persamaan:

1AA

.ff'

hs0,3.Ach

g

yh

ccsh

2mm 49,542150600750000.

240204501000,3.

2

yh

ccsh mm 5,337

240204501000,09.

ff'hs0,09.A

Luas tulangan geser horizontal yang dipakai adalah 542,49 mm2. Digunakan tulangan sengkang Ø10 mm (As = 78,5398 mm2).

Jumlah penampang sengkang yang diperlukan 791,65398,78

49,542 buah.

Jadi dipasang 7 Ø10 – 100 mm (Ash = 549,7787 mm2) Hubungan Balok Kolom Tepi

MPa 400fy MPa 240fyv

MPa 20f'c Kolom = 150/500 mm hkolom = 3500 mm Gaya tarik pada tulangan atas 5 D16 2

s mm 0501A balok adalah: N 502500005.1,25.4001.1,25.fAT ys1

Gaya tarik pada tulangan bawah 3 D16 2s mm 603'A balok adalah:

N 301500.1,25.400603'.1,25.fAT ys2 Gaya geser horizontal kolom (Vh): prM + = 95434000 Nmm

prM - = 147173000 Nmm

Nmm1213035002

954340001471730002

MMMu prpr

N808695003500

1213035002

2kolomhMuV

nh

N72313180869301500502500

VTTV h21jointu

Menentukan luas efektif (Aj) hubungan balok kolom: Lebar efektif join:

Page 55: LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN · LAPORAN AKHIR HIBAH PENELITIAN KETEKNIKSIPILAN ANALISIS PERILAKU PERTEMUAN EKSENTRIS BALOK-KOLOM PENAMPANG PIPIH AKIBAT BEBAN GEMPA

46

mm 750500250hb bj = 750 mm

2jj mm 375000750.500.hbA

Kuat geser nominal sesuai SNI 03-2847-2002 Pasal 23.5.(3(1)), untuk hubungan balok kolom yang terkekang pada ketiga sisinya adalah:

jcc .Af'1,25..V. N 723131VN 983,1677050.375000200,8.1,25. jointu ……(ok)

Hubungan Balok Kolom Tepi

Data-data sebagai berikut: MPa 400f y

MPa 20f'c

Gaya tarik pada tulangan atas 5 D16 2s mm 0501A balok adalah:

N 502500005.1,25.4001.1,25.fAT ys1 Gaya geser horizontal kolom (Vh): prM - = 147173000 Nmm

Nmm358650072

1471730002

MMu pr

N49057,675003500

358650072

2kolomhMuV

nh

N453442,3349057,67-502500

VTV h1jointu

Menentukan luas efektif (Aj) hubungan balok kolom: Lebar efektif join:

mm 750500250hb bj = 750 mm

2jj mm 750003750.500.hbA

Kuat geser nominal sesuai SNI 03-2847-2002 Pasal 23.5.(3(1)), untuk hubungan balok kolom yang terkekang pada ketiga sisinya/dua sisi yang berlawanan adalah:

jcc .Af'1,25..V. N 33,453442VN 983,1677050.375000200,8.1,25. jointu ……(ok)