8/17/2019 m. Nurul Fajar
1/20
PERANCANAAN STRUKTUR RANGKA BAJA DENGAN BRESING
TAHAN TEKUK
1. Pendahuluaan
Masalah tekuk menjadi perhatian dalam desain bangunan baja. Tekuk
menyebabkan hilangnya kekuatan tekan sehinggga pengecakan kapasitas tekan
dari suatu elemen struktur menjadi satu hal yang paling diperhatikan. Masalah
tekuk pada bresing dapat diselesaikan apabila bresing memiliki ketahanan
terhadap gaya tekan yang diterima, khususnya pada struktur yang memikul beban
gempa bolak-balik. Hal ini diakomodasi dengan kehadiran bresing tahan tekuk.
Makalah ini membahas Struktur Rangka Bresing Tahan Tekuk – SRBTT
Buckling-restrained Breaced Frames-BRBF ! yang merupakan pengembangan
dari sistem rangka bresing konsentrik Concentrical Braced Frame! yaitu bresing
disesain memliki kapasitas tekan yang sama dengan tariknya. Sistem rangka ini
telah banyak diaplikasikan di "merika Serikat dan #epang.
$ua buah perencanaan struktur rangka bresing tahan tekuk SRBTT! dilakukan
terhadap bangunan gedung %& lantai berdasarkan seismic pro'isions (or structural
steel building yang diterbitkan "merica )nstitute *( Stell +onctrution. Struktur
yang pertama SRBTT-%! menggunakan (actor o'erstrength hanya pada eleman
struktur pada portal bresing, sedangkan pada struktural kedua SRBTT-! (actor
o'erstrength digunakan untuk seluruh elemen struktur.
2. Sistem Besin! Tahan Te"u"
8/17/2019 m. Nurul Fajar
2/20
$alam upaya menyelesaikan masalah tekuk pada sistem rangka besing
konsentrik., nilai kelangsingan yang dimiliki breesing direncakan sekecil
mungkin, agas nilai kekusatan bresing mendekati kekuatan lelehnya. ntuk
mencapai kelangsingan yang kecil, luas penampang bresing diperbesar.
erbesaran luar penampang ini dilakukan denga menambah selongsong di batang
baja yang diisi nmorter atau beton!. Batang baja dibiarkan memanjang dan
memendek tanpa tekuk yang berarti. elelehan bresing merupakan proses
disipasienergy yang diharapkan dalam Sistem Rangka Bresing Tahan Tekuk.
Gam#a 1 Elemen Besin! Tahan Te"u" $%&est&'&( 2))*+
8/17/2019 m. Nurul Fajar
3/20
Gam#a 2 Ku,a Histeeti" Hasil Pen!u-ian Besin! Tahan Te"u"
$&'e/( 2))0+
. Batan! Besin!
.1 Batan! Ba-a
Batang baja yang dipakai dalam bresing didesain untuk menahan gaya aksial
dari bresing secara keseluruhan. /uat aksial rencana, 0 ysc 1R2$!, baik tarik
maupun tekan, ditentukan berdasarkan batas leleh sebagai berikut3
∅ P ysc=∅ F ysc A sc
$inama3
2ysc 4 tegangan leleh minimum dari baying baja inti, atau tegangan leleh
yang actual dari batang inti yang ditemukan dari hasil uji, Ma!
"sc 4 luas dari batang inti mm!
8/17/2019 m. Nurul Fajar
4/20
0 4 &.5&
.2 Sistem Penahan Te"u"
Sistem penahan tekuk terdiri dari selubung batang baja. $alam
perhitungan stabilitas, balok, dan pelat buhul yang terhubung dengan inti batang
baja termasuk dalam sistem ini. Sistem ini penahan tekuk akan membatasi
kejadian tekuk dari batang baja inti hingga mampu berde(ormasi mencapai .& 6
simpangan antar lantai yang diperhitungkan.
. Ad-usted Bae Sten!th
Sambungan bresing dan batang yang saling berkaitan didesain untuk
menahan gaya berdasarkan adjusted brace strength. /uat tarik dari bresing
ditentukan sebesar 78R y psc., sedangkan kuat tekan bresing adalah 8R y psc.
β= βω R y P psc
ω R y P psc= P
maks
T maks
ω=ω F sc A
F y sc A =
T maks
F ysc A
$inama3
maks 4 gaya tekan maksimum 9!
Tmaks 4 gayatarik maksimum dengan de(ormasi sesui dengan &&: dari simpangan
antar lanatai
2ysc 4 kekuatan leleh dari batang baja inti Ma!
8/17/2019 m. Nurul Fajar
5/20
$alam hal ini, 7 adalah rasio antara gaya tekan maksimum terhadap gaya tarik
maksimum dari hasil pengujian, sedangkan 8 adalah rasio antara tarik masimum
terhadap kuat leleh batang baja inti.
Gam#a Dia!am Ga3a4Pe'indahan Batan! $AISC( 2))*+
2actor R y tidak digunakan apabila nilai 2ysc merupakan nilai tegangan leleh yang
diperoleh dari pengujian.
0. Sam#un!an Besin!
/ekuatan dari sambungan bresing untuk tarik dan tekan termasuk hubungan
antara balok dan kolom jika ini termasuk kedalam sistem bresing! direncanakan
%,% kali lebih besar daripada adjusted brace strength untuk tekan. Hal ini
dilakukan untuk menjamin sambungan tidak leleh pada saat bresing berde(ormasi
maksimum. ntuk pelat buhul, desain sambungan memperhatikan tekuk local dan
tekuk komponen bresing. /onsistensi penggunaan bresing yang akan digunakan
diperlukan untuk pengujian, dimana hasil dijadikan dasar untuk perencanaan.
*. Bal&" Dan K&l&m
kuran penampang balok dan kolom harus memenuhi kriteria seismically
compact . Hal ini dimaksudkan untuk mengakomondasi kemungkinan terjadinya
8/17/2019 m. Nurul Fajar
6/20
tekuk inelastic pada saat penampang memikul gaya bolak-balik akibat gempa
kuat.
/ekuatan yang dibutuhkan oleh balok dan kolom ditentukan dari kombinasi
pembebanan yang berlaku pada peraturan perencanaan gedung. ntuk kombinasi
beban yang brace strength untuk tarik dan tekan. /ekuatan balok dan kolom harus
direncanakan meebihi gaya dalam yang dapat terajadi akibat bekerjanya gayya
maksimum dalam sistem portal bresing.
5. Studi "asus
erencanaan struktur dilakukan terhadap gedung perkantoran sepuluh lantai
dengan denah simatris berukuran ;&6;& meter dengan jarak antar kolom < meter
dalam arah kedua sumbu bangunan. Tinggi lantai dasar adalah = meter dan lantai
% hingga lantai %& setinggi ;,< meter. Balok anak dipasang dalam sumbu > dengan
jarak meter. Struktur direncanakan berda pada ?ilayah gempa kuat atau @ona =
dengan kondisi tanah lunak menurut S9) &;-%A
8/17/2019 m. Nurul Fajar
7/20
Gama# 0 %&del Dimensi Stu"tu SRBTT
a. Denah #. Tam'a"
Gam#a * Denah dan Tam'a" SRBTT
5.1 Besin! Tahan Te"u"
Bresing yang digunakan merupakan bresing yang diproduksi secara
khusus dan didesain sedemikian rupa sehingga kapasitas tekan yang dimiliki sama
dengan kapasitas tariknya. arameter yang direncanakan adalah luas stell core
bresing yang berpengaruh pada nilai kapasitas bresing yang akan ditentukan.
enentuan kasitas tarik dan tekan maksimum dilakuakan berdasarkan hasil
uji terhadap sampel bresing tahan tekuk. $alam perencanaan ini, digunakan hasil
uji bresing tahan tekuk yang dilakukan di ni'ersitas +ali(ornia, yang selanjutnya
diolah untuk memperoleh backbone curve yang dipakai dalam perencaan.
8/17/2019 m. Nurul Fajar
8/20
Gam#a 5 backbone curve
5.1.1 Pehitun!an Ke"uatan Besin!
erhitungan dimulai dengan memperkirakan ukuran luas steel core yang
akan dipakai dalam desain, dengan memperhatikan besarnya gaya aksial yang
terjadi pada bresing akibat kombinasi pembebanan yang telah direncanakan.
Sebagai e'aluasi kekuatan bresing, ditentukan kapasitas bresing yang akan
dipasang, D ysc. Sehingga didapat demand capacity ratio(DCR)
DCR= P
uΦP ysc
$engan u adalah gaya aksial ultimit dengan D 4 &,5.
"pabila nilai $+R kurang dari satu $+RE%!, maka pemilihan luasan steel core
bresing dapat diterima. "pabila nilai $+R F %, diambil langkah dengan
memperbesar luas penampang bresing.
8/17/2019 m. Nurul Fajar
9/20
5.1.2 Pehitun!an Adjusted Brace Strength
ntuk menemukan nilai !djusted Brace "trength diperlukan nilai 8 dan 7.
9ilai-nilai tersebut didapatkan setelah dilakukan perhitungan nilai .& G bm dan
reganga bresing brace strain! sebagai berikut3
%! Menentukan nilai G b6 9ilai G b6 adalah niai de(ormasi bresing tahan tekuk berdasarkan simpangan
antar lantai elastic. 9ilai ini ditentukan dengan menggunakan persamaan
Δbx= Pbx L ysc
ERA sc
$imana 1ysc 4 panjang inti batang baja bresing leleh
"sc 4 luas penampang inti batang baja
b6 4 gaya aksial maksimum bresing akibat kombinasi
pembebanan
! Menentukan nilai G bm 9ilai G bm adalah nilai de(ormasi bresing tahan tekuk berdasarkan simpangan
antara lantai desain dalam kondisi inelastic yang direncanakan. 9ilai ini
ditemukan dengan menggunakan persamaan Δbm,=C d Δbx
$engan +d adalah (aktoar perbesaran de(leksi yang tergantung pada sistem
rangka yang sedang direncanakan. ntuk SBRTT ini, nilai +d adalah C Tabel
R;-% "ppendi6 R "9S)")S+ ;=%-&C!.
;! Menghitung regangan bresing rata-rata ɛBR+!
$engan asumsi bresing berde(ormasi hingga mencapai kali de(ormasi
inelastic yang direncanakan, nilai regangan bresing rata-rata dalam :! dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan
ɛBRC =
2.0 Δbm
L y sc
9ilai ini menjadi acuan dalam perhitungan kekuatan rencana bresing.
=! Menetukan adjustment #actors 8 dan 7
$engan m,enggunakan backbone curve yang menggambarkan hubungan
antara gaya aksial bresing normalisasi terhadap regangan bresing rata-rata
8/17/2019 m. Nurul Fajar
10/20
dari bresing yang akan digunakan, nilai ɛBR+ diplotkan untuk menentukan
adjustment #actors ω dan β yang digunakan dalam perencaan seperti terlihat
pada gambar
8/17/2019 m. Nurul Fajar
11/20
kekompakan penampang, kapasitas tekan, kapasitas lentur, kapsitas geser,
interaksi momen lentur, dan nilai $+R.
$alam studi ini dilakukan dua buah perencanaan strukur dengan perbedaan pada
penggunaan (akto o'erstrength. ada struktur pertama, SBRTT-%, (actor o'er
strength hanya digunakan dalam mendesain balok dan kolom dalam portal bresing
dan portal lainnya direncanakan dengan memperhitungkan (akotr o'erstrength.
5.2.1 Pen!ee"an "a'asitas desain #al&"
Gambar 7 free body balok
$alam pengecekan kapasitas desain balok akibat de(ormasi bresing, dilakukan
perhitungan gaya aksial yang terjadi pada balok dengan memperhitungkan nilai
adjusted brace strength yang telah ditentukan. $alam pengecekan ini, diambil
beberapa asumsi yang memberikan hasil yang konser'ati(, yaitu3
3 Iaya geser pada kolom diasumsikan bernilai nol, sehingga seluruh gaya geser
lantai dianggap dipikul oleh bresing.
2i adalah gaya gempa total yang bekerja pada lantai tersebut, dan didistribusikan
ke portal-portal yang memiliki bresing pada lantai tersebut.
8/17/2019 m. Nurul Fajar
12/20
8/17/2019 m. Nurul Fajar
13/20
di dalam portal bresing yang umumnya lebih besar daripada ukuran balok dan
kolom di portal lainnya seperti ditunjukkan dalam Tabel .
Ta#el 1 Bal&" dan K&l&m di Dalam P&tal Besin! SRBTT41
n& Bal&" K&l&m
1 910:* 910:26
2 910:* 910:26
910:* 910:26
0 910:* 910:26
* 910:06 910:26
5 912:* 910:26
8 912:* 915:1))
6 912:* 915:1))
; 912:* 915:1))
1) 912:* 915:*8
Besarnya nilai overstrength yang dipakai dan batasan kekompakan secara seismik
yang ketat membuat dimensi balok dan kolom di dalam protal bresing lebih besar
daripada dimensi balok dan kolom di portal lainnya. Hal ini dimaksudkan untuk
menjamin bah?a balok dan kolom di dalam portal bresing tetap dalam kondisi
elastik pada saat bresing mengalami kelelehan. %&
Selanjutnya pemeriksaan dilakukan terhadap hasil desain untuk kedua struktur.
Ta#el 0 Bal&" Dalam dan Bal&" ua di P&tal ainn3a
Ta#el * K&l&m Sudut dan K&l&m ua di P&tal ainn3a
ada desain SRBTT-%, balok dan kolom di portal lainnya didesain berdasarkan
gaya dalam akibat beban gempa rencanaJ sedangkan pada SRBTT-, pemilihan
dimensi balok dan kolom di seluruh portal didasarkan kepada nilai gaya dalam
pada saat bresing mencapai kekuatan maksimumnya, yaitu nilai gaya dalam yang
telah diperbesar menggunakan (aktor overstrength. Tabel = dan Tabel C
8/17/2019 m. Nurul Fajar
14/20
menunjukkan dimensi balok dan kolom yang lebih besar pada SRBTT- akibat
penggunaan (aktor overstrength.
A. "nalisis ush *'er
Hasil analisis push over dengan cara displacement control Iambar 5!
menggambarkan kinerja kedua struktur yang berbeda dalam memikul beban
lateral, yang ditunjukkan dengan besarnya gaya geser dan perpindahan lateral
lantai atas
ergerakan kur'a yang meningkat secara monoton mengindikasikan tidak
terjadinya tekuk pada seluruh komponen struktur di kedua struktur, dan bresing
mengalami kelelehan seperti yang diharapkan. erbedaan terlihat dari segi
kekakuan, kekuatan, dan daktilitas kedua struktur. SRBTT-% memiliki kekakuan
elastik yang sedikit lebih rendah dan kekuatan yang jauh lebih rendah daripada
SRBTT-. Kalaupun kur'a menunjukkan simpangan yang cukup besar, namun
8/17/2019 m. Nurul Fajar
15/20
daktilitas SRBTT-% dinilai lebih rendah daripada SRBTT- seperti yang dijelaskan
pada bahasan selanjutnya.
8. Se#aan Sendi Plastis
Sebaran dan urutan terjadinya sendi plastis pada analisis push over Iambar %&
dan %%! menunjukkan perbedaan perilaku kedua struktur yang direncanakan.
8..1 SRBTT41
a. Bresing leleh untuk pertama kali dibandingkan elemen lain! pada saat L 4
&5 k9
b. ada L 4 =
8/17/2019 m. Nurul Fajar
16/20
"! B!
+! $!
Gam#a 1) Sendi Plastis Pada SRBTT41<
Saat Besin! %ulai eleh < $a+ P&tal Besin!( $#+ P&tal ain
A"hi Pem#e#anan < $+ P&tal Besin!( $d+ P&tal ain.
8..2 SRBTT42
a. /elelehan pertama bresing diperkirakan terjadi pada L 4 ;5&& k9.
8/17/2019 m. Nurul Fajar
17/20
b. ada L4
8/17/2019 m. Nurul Fajar
18/20
B! +! $!
Gam#a 11 Sendi Plastis Pada SRBTT42<
Saat Besin! %ulai eleh < $a+ P&tal Besin!( $#+ P&tal ain
A"hi Pem#e#anan < $+ P&tal Besin!( $d+ P&tal ain.
8.. Kine-a Stu"tu
Berdasarkan kur'a hasil analisis push-over , dilakukan pendekatan bi-linier
Iambar %! untuk menentukan nilai de(leksi maupun beban leleh pada struktur,
dan selanjutnya dihitung nilai daktilitas struktur ! dan (aktor modi(ikasi respon
struktur R!.
8/17/2019 m. Nurul Fajar
19/20
Gam#a 12 Ku,a Push =,e Pende"atan Bilinea $a+ SRBTT41
$#+ SRBTT42
6. Penutu'
erencanaan yang telah dilakukan terhadap struktur rangka baja dengan
bresing tahan tekuk berdasarkan desain kapasitas menghasilkan struktur dengan
kinerja tahan gempa seperti yang diharapkan, yaitu dengan mengembangkan
8/17/2019 m. Nurul Fajar
20/20
daktilitas sekaligus kuat lebih struktur melalui pembentukan sendi plastis pada
seluruh bresing yang direncanakan leleh akibat gempa besar.
enggunaan (aktor overstrength bresing pada perencanaan balok dan kolom
merupakan langkah penting dalam menjamin kinerja struktur SRBTT yang baik.
Top Related