SI 5211 Firstka Safira 25019325 PDF [PDF]

Citation preview

SI-5211 PERILAKU STRUKTUR RANGKA BAJA TUGAS 4



oleh



25019325 NIM



Firstka Safira NAMA



DOSEN Dyah Kusumastuti, ST, MT, Ph.D.



PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2020



Rangkuman – BAB 7 Filosofi Desain Seismik Kode Bangunan (Ductile Design of Steel Structures Bruneau 2 Ed.) 7.1 Pendahuluan Metode desain dan analisis plastik yang dijelaskan pada bab-bab sebelumnya marak digunakan, namun sejak perkembangan komputer, metode desain dan analisis elastis menjadi pilihan utama. Namun komunitas seismik/gempa masih lebih suka dengan model plastik karena kemampuan model tersebut untuk bereaksi pada gempa di rentang inelastis. Kode desain gempa modern merupakan hasil dari riset bertahun-tahun, salah satu kuncinya adalah kode daktilitas dan mekanisme daktilitas plastis. 7.2 Kebutuhan Ductility pada Desain Gempa Respon elastis dan Respon Spektrum Mempelajarai respons elasti pada struktur SDOF (Single Degree of Freedom) dengan gambar berikut: pers. (1) pers. (2) dimana, K M ω T



= kekakuan lateral = massa (kg) = frekuensi natural = periode



Gambar 1. Gedung satu tingkat



Gambar 2. Gerakan tanah akibat Gempa



Gambar 3. Respons Relatif Perpindahan



Gaya maksimum/base shear (Ve) struktur pada balok pada sistem elastis, sebagai berikut: 𝑉𝑒 (𝑇) = 𝐾𝐶∆𝑚𝑎𝑥 = 𝐾𝑆𝑑 (𝑇) 𝑝𝑒𝑟𝑠. (3) Subtitusi pers. (1) dan pers. (3), maka persamaan gaya maksimum adalah: 𝑉𝑒 (𝑇) = 𝑀𝜔2 𝑆𝑑 (𝑇) 𝑝𝑒𝑟𝑠. (4) Pseudo-acceleration, Sa(T), sebagai berikut: 𝑆𝑎 (𝑇) = 𝜔2 𝑆𝑑 (𝑇)



𝑝𝑒𝑟𝑠. (5)



Substitusi pers. (4) dan pers. (5), sehingga 𝑆𝑎 (𝑇) 𝑉𝑒 (𝑇) = 𝑀𝑆𝑎 (𝑇) = 𝑊 ( ) 𝑝𝑒𝑟𝑠. (6) 𝑔 dimana, W = total beban Inelastic response and ductility reduction Struktur butuh di desain dengan gaya geser 0.5 g untuk tetap bersifat elastis 𝑉𝑒 (𝑇) = 𝑀(0.5𝑔) = 0.5𝑊 𝑝𝑒𝑟𝑠. (7) Untuk struktur tetap elastis, perlu didesain beban lateral sama dengan setengah dari W (total beban).



7.3 Mekanisme Runtuh vs Mekanisme Leleh Dalam metode analisis plastik, mekanisme runtuh merupakan kondisi dimana struktur telah melampaui kapasitasnya untuk menahan beban statik atau dinamik yang bertambah secara monotonik, dan mulai menjadi tidak stabil. Namun ini tidak berlaku untuk situasi gempa karena sifatnya yang cyclic dan transient dan tidak hanya menerima beban dari satu arah. Rotasi plastik akan terbentuk dan berkumpul pada sendi plastis sebelum respon struktur berbalik arah. Saat beban berbalik, kolomnya akan merespon secara elastis lagi sebelum mencapai momen plastis. Melalui proses inilah energi dari gempa dihilangkan dengan deformasi plastis pada struktur. Salah satu tujuan desain seismik adalah memaksimalkan penghilangan energi dan mengendalikan kerusakan. Maka dari itu istilah mekanisme leleh atau plastis lebih tepat untuk menjelaskan respon seismik suatu struktur. 7.4 Desain Gempa Diskusi sejauh ini mengarah ke perlunya analisis dinamik inelastis dalam desain seismik. Namun ini tidak praktis karena 2 alasan utama: • Pada sisi loading, tidak memungkikan untuk menjelaskan secara deterministik time history gerakan tanah saat gempa. • Kedua, analisis time-history sangat menghabiskan waktu dan tidak praktis untuk desain rutin. Maka dari itu elastic response spectra lebih efektif, karena dalam desain hanya respons maksimum yang menjadi perhatian. Gerakan tanah dicantumkan dengan probabilitas exceedance dalam jumlah tahun. ASCE 7 mewajibkan value MCE (maximum considered earthquake) dengan pengulangan 2475 tahun (kemungkinan 2% untuk di-exceed dalam 50 tahun). Lalu 2/3 nilai ini dipakai sebagai Design Basis Earthquake (DBE) dengan interval pengulangan 475 tahun (kemungkinan 10% untuk di-exceed dalam 50 tahun). 7.5 Prosedur Gaya Ekuivalen Lateral Secara konsep, analisis inelastic time-history diperlukan untuk desain respon seismik. Namun, untuk desain rutin equivalent lateral force (ELF) lebih disukai. Ini karena analisis dapat menggunakan analisis statik dan tidak harus dinamik. Namun ACSE 7 membatasi penggunaan ELF untuk struktur yang dibangun memiliki bentuk atau tinggi yang tidak umum. ACSE 7 mempertimbangkan penghilangan energi, maka dari itu menambahkan nilai faktor modifikasi respons R untuk mengurangi kebutuhan gaya geser desain elastis dengan rumus berikut: 𝐶𝑒 (𝑇) 𝐶𝑠 (𝑇) = 𝑝𝑒𝑟𝑠. (8) 𝑅 dimana Ce merupakan fungsi dari T, diambil dari DBE spektrum respons desain elastis TL merupakan periode transisi long-period dimana percepatan spektrum berbanding terbalik dengan T2. Untuk struktur dengan periode tidak panjang (T > TL) maka rumus yang dipakai adalah sebagai berikut: 𝑆𝐷1 𝑆𝐷𝑆 𝐶𝑠 (𝑇) = ≤ 𝑝𝑒𝑟𝑠. (9) 𝑇(𝑅/𝐼) 𝑇(𝑅/𝐼) Hubungan antara ACSE 7 DBE elastis dan spektrum desain inelastis



Gambar 4. Grafik Hubungan antara ACSE 7 DBE



elastis and spektrum desain inelasti



7.6 Pengertian Fisik dari Faktor Performa Seismik Faktor modifikasi R, Cd, dan Ωo memudahkan proses desain seismik. Penjelasan fisik dari seismic performance factors yang digunakan pada ASCE 7 dijelaskan sebagai berikut:



Gambar 5. Faktor performa seismic ASCE 7



Jika kurva respon struktur mengikuti kurva elasto-perfectly plastic, maka faktor daktilitas sistem dapat didefiniskan dengan,



𝜇𝑠 =



Faktor pengurang daktilitas untuk sistem SDOF adalah sebagai berikut:



𝑅𝜇 =



Reserve strength diantara level leleh dan level leleh signifikan pertama adalah sebagai berikut:



Ω𝑜 =



∆𝑢 ∆𝑦



𝑝𝑒𝑟𝑠. (10)



𝐶𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑠. (11) 𝐶𝑦 𝐶𝑦 𝐶𝑠



𝑝𝑒𝑟𝑠. (12)



Deflection amplification factor setelah dimodifikasi dengan faktor C𝑑 = 𝜇𝑠 Ω𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑠. (13) daktilitas struktur: Faktor R dan Cd adalah fungsi dari faktor overstrength struktur, faktor daktilitas struktur dan damping ratio. Efek dari damping biasanya termasuk dalam faktor reduksi daktilita. Maka dari itu R sebagai faktor reduksi daktilitas kurang tepat, karena sistem overstrength dan daktilitas bisa berkontribusi sebanding pada R. 7.7 Desain Kapasitas Daktilitas dan desain kapasitas adalah kunci desain seismik. Deformation-Controlled Element (DCE) merupakan elemen pada beam/balok karena energi disipasi dihasilkan melalui sendi plastis di balok. Kapasitas deformasi/ daktilitas berpengaruh. Forced-Controlled Element (FCE) merupakan elemen pada kolom dan koneksi. Daktilitas tidak berpengaruh. Pada struktur rangka baja penahan gempa terdapat DCE seperti dapat dilihat pada gambar disamping. Gambar 6. a) Special Moment Frame (SMF) ; b) Special Concentrically Braced Frame (SCBF) ; dan c) Eccentrically Braced Frame (EBF)



Kombinasi pembebanan untuk desain DCE (ASCE 7), adalah sebagai berikut:



(1.2 + 0.2𝑆𝐷𝑆 )𝐷 + 𝜌𝑄𝐸 + 𝐿 + 0.2𝑆 𝑝𝑒𝑟𝑠. (14) (0. − 0.2𝑆𝐷𝑆 )𝐷 + 𝜌𝑄𝐸 + 𝐿 + 1.6𝐻 𝑝𝑒𝑟𝑠. (15) Kombinasi pembebanan untuk desain FCE (ASCE 7), adalah sebagai berikut: (1.2 + 0.2𝑆𝐷𝑆 )𝐷 + Ω𝑜 𝑄𝐸 + 𝐿 + 0.2𝑆 𝑝𝑒𝑟𝑠. (16) (0. − 0.2𝑆𝐷𝑆 )𝐷 + Ω𝑜 𝑄𝐸 + 𝐿 + 1.6𝐻 𝑝𝑒𝑟𝑠. (17) dimana, Ω𝑜 = 𝑜𝑣𝑒𝑟𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 Penentuan gaya dari FCE (kolom),



Gambar 7. a) Pendekatan Level Global, b) Pendekatan Level Lokal



7.8 Performance Based Seismic Design Framework Seismic Performance Objective Berikut perbandingan ASCE 7 dengan performance objective state lainnya yang memiliki persyaratan desain yang hamper sama, Earthquake Design Level Frequent Earthquake



Building Performance Level Immediate Collapse Operational Life Safety Occupancy Prevention



Design Basis Earthquake (DBE) Maximum Considered Earthquake (MCE) Gambar. Tabel ASCE 7 Building Seismic Performance Objective Framework diatas digunakan untuk mengevaluasi pendekatan desain seismik yang diadopsi di US (ASCE 7), Kanada (NBCC: National Building Code of Canada) dan Jepang (BSL: Building Standard Law). 7.9 Perspektif Sejarah Kode Seismik • Uniform Building Code (UBC) 1927, mengeluarkan persamaan sebagai berikut, Gaya Tunggal Arah Horizontal (F) 𝑯𝒂𝒓𝒅 𝑺𝒐𝒊𝒍/𝑹𝒐𝒄𝒌, 𝐹 = 𝐶𝑊 = 0.75𝑊 𝑝𝑒𝑟𝑠. (18) 𝑺𝒐𝒇𝒕 𝑺𝒐𝒊𝒍, 𝐹 = 𝐶𝑊 = 0.1𝑊 𝑝𝑒𝑟𝑠. (19) dimana, C = Koefisien Seismik (tidak ada justifikasi terkait nilainya) W = Total Beban Bangunan



•



•



Berdasarkan Los Angeles Building Code 1943, persamaan gaya geser lantai sebagai berikut: V = CW pers. (20) dimana, 0.60 𝑁+4.5



C



= Koefisien Seisimik, 𝐶 =



N W



= Jumlah Lantai Bangunan = Total Beban Bangunan



Tahun 1950, diperkenalkan dengan Koefisien Numerik (K), persamaan gaya geser lantai menjadi sebagai berikut: V = KCW pers. (21) dimana, 0.05 𝑇 1/3



C



= Koefisien Seisimik, 𝐶 =



T



= Periode, 𝑇 =



H D K



= Tinggi Bangunan = Arah Pararel Gaya = Koefisien Numerik, nilainya beragam tergantung jenis bangunan



0.05𝐻 √𝐷



1 15√𝑇



•



Tahun 1974, Koefisien Seisimik dihitung sebagai berikut, 𝐶 =



•



ATC 1978 “Tentative Provisions for the Development of Seismic Regulations for Buildings’ Spektrum desain elastic Ce(T), sebagai berikut: 1.2 𝐶𝑣 𝐶𝑒 (𝑇) = ≤ 2.5 𝐶𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑠. (23) 𝑇 2/3 dimana, Cv = koefisien seismik (tergantung jenis tanah) Ca = kecepatan maksimum efektif



𝑝𝑒𝑟𝑠. (22)



Gaya Seismik Elastis (𝐶𝑠 (𝑇)) dikurangi dengan faktor R, 𝐶𝑒 (𝑇) 1.2𝐶𝑣 2.5 𝐶𝑎 𝐶𝑠 (𝑇) = = ≤ 𝑝𝑒𝑟𝑠. (24) 2/3 𝑅 𝑅 𝑅𝑇 • UBC 1988, 1.25𝑍𝐼𝑆 𝐶𝑒 (𝑇) = ≤ 2.75𝑍𝐼 𝑝𝑒𝑟𝑠. (25) 𝑇 2/3 𝐶𝑒 (𝑇) 1.25𝑍𝐼𝑆 2.75𝑍𝐼 𝐶𝑤 (𝑇) = = ≤ 𝑝𝑒𝑟𝑠. (26) 2/3 𝑅𝑤 𝑅𝑤 𝑅𝑤 𝑇 dimana, 7.86 7.86𝑅 8 𝑅𝑤 (𝑇) = = = 1.54𝑅 = 𝑝𝑒𝑟𝑠. (27) 𝐾 5.1 𝐾 •



UBC 1997, 𝐶𝑠 (𝑇) =



𝐶𝑣 𝐼 2.5 𝐶𝑎 𝐼 ≤ 𝑝𝑒𝑟𝑠. (28) 𝑅𝑇 𝑅