Struktur Rangka Pemikul Momen dan Jenisnya (Moment Resisting Frame)

 

Rangka Pemikul Momen adalah kumpulan balok dan kolom berbentuk bujursangkar, di mana balok disambung secara tidak fleksibel ke kolom. Proteksi dari gaya paralel diberikan terutama oleh aktivitas rangka yang tidak menekuk dengan memajukan momen lentur dan gaya geser pada individu rangka dan sambungan.

Kekakuan lentur dan kekuatan individu rangka adalah sumber penting dari keteguhan dan kekuatan sidelong untuk keseluruhan rangka. Pada rangka pemikul momen, sambungan atau hubungan antara kolom dan balok dimaksudkan untuk tidak lentur. Hal ini membuat kolom dan balok terpuntir selama gempa seismik, sehingga individu-individu utama ini dimaksudkan untuk menjadi kokoh dalam lentur. Rangka-rangka ini adalah rangka batang tanpa penyangga sudut ke sudut, sehingga gaya geser yang mengikuti konstruksi harus dilawan sebagai momen pada sambungan antara balok dan kolom.

Pengujian utama telah menunjukkan bahwa rangka baja penahan momen dapat memberikan kelenturan yang fantastis dan perilaku inelastis di bawah penumpukan seismik ekstrem. Frame ini sangat mudah beradaptasi sehingga float yang tercipta dapat dikontrol.

A. OMRF: Ordinary Moment Resisting Frame / Rangka Pemikul Momen Biasa

Setiap kali diterapkan pada tegangan yang timbul dari gerakan gempa yang dirancang, kerangka momen biasa (OMF) dimaksudkan untuk menanggung deformasi inelastis yang dapat diabaikan pada anggotanya termasuk sambungan. Berikut kriteria bagian yang harus dipenuhi oleh OMF:

a. Koneksi Balok-Ke-Kolom

Las dan/atau baut kekuatan tinggi diperlukan untuk sambungan balok-ke-kolom. Sambungan dapat dikekang penuh (FR) atau sambungan momen tertahan sebagian (PR). Kuat lentur yang diperlukan dari sambungan momen FR yang merupakan bagian dari sistem penahan beban seismik (SLRS) harus setara dengan: 

1.1RyMp (LRFD) atau (1.1/1.5)RyMp (ASD)

Jika sesuai, dari balok atau gelagar, atau momen maksimum yang dapat dibuat sistem. Dipilih mana yang lebih kecil.

b. Koneksi FR 

Backing dan tab baja harus dilepaskan dari sambungan dengan lasan alur flens balok dengan penetrasi sambungan lengkap / complete joint penetration(CJP), dengan pengecualian backing flens atas yang disambung ke kolom dengan las fillet kontinu pada tepi di bawah las alur CJP. Dimana lubang akses las diperlukan harus diposisikan. Kekasaran permukaan lubang akses las tidak boleh melebihi 500 inci (13 m), dan harus bebas dari takik dan gouge.

Takik dan gouge harus dikoreksi sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan oleh konsultan. Pada sambungan pelat ujung momen yang dibaut, lubang akses las pada badan balok yang berdekatan dengan pelat ujung dilarang.

Kekuatan yang diperlukan dari las alur penetrasi sambungan parsial dua sisi dan las fillet dua sisi dalam sambungan yang menahan gaya tarik adalah: 

1,1RyFyAg (LRFD) atau (1.1/1,5) RyFyAg (ASD) 

dari elemen atau bagian yang terhubung, sebagai sesuai. Untuk menahan tegangan tarik pada sambungan, las alur penetrasi sambungan parsial satu sisi dan las fillet satu sisi tidak boleh digunakan. Untuk sambungan momen FR, kuat geser yang dibutuhkan, Vu atau Va, diperoleh dengan mengalikan beban gempa dampak E dengan

E = 2[1.1RyMp]/Lh.

c. Persyaratan untuk Koneksi Momen PR

Ketika kondisi berikut terpenuhi, koneksi momen PR diizinkan:

1. Sambungan tersebut harus dirancang untuk kekuatan yang diperlukan.
2. Kuat lentur nosional sambungan, Mn, harus sekurang-kurangnya 50% dari Mp balok atau kolom tersambung, mana yang lebih rendah.
3. Kekakuan dan kekuatan sambungan momen PR, serta pengaruhnya terhadap stabilitas rangka secara keseluruhan, harus dipertimbangkan dalam desain.
4. Untuk sambungan momen PR, Vu atau Va harus dihitung dengan menggunakan kombinasi beban di atas ditambah geser yang disebabkan oleh momen ujung maksimum yang dapat ditahan oleh sambungan.

B. IMRF: Intermediate Moment Resisting Frame / Rangka Pemikul Momen Menengah

Ketika mengalami tegangan akibat gerakan gempa rencana, rangka momen menengah ( IMRF ) diharapkan dapat mentolerir deformasi inelastis terbatas pada komponen struktur dan sambungannya. Standar dalam bagian ini harus dipenuhi oleh IMRF:

a. Koneksi Balok ke Kolom

Sambungan balok-ke-kolom sistem penahan beban seismik (SLRS) harus memenuhi persyaratan berikut:

• Sudut simpangan antar tingkat minimal 0,02 radian harus dipertahankan oleh link.
• Pada sudut simpangan antar lantai sebesar 0,04 radian, tahanan lentur terukur dari sambungan, yang diukur pada muka kolom, harus sama dengan setidaknya 0,80Mp dari balok yang disambungkan.
• Untuk dampak beban gempa E, kuat geser sambungan yang diperlukan harus diturunkan dengan menggunakan besaran berikut:

E = 2[1.1RyMp]/Lh.

Kuat geser yang disyaratkan tidak boleh lebih dari geser yang dihasilkan dari beban gempa yang diperkuat yang diterapkan sesuai dengan peraturan bangunan yang berlaku.

b. Balok Flensa

Di zona sendi plastis, perubahan mendadak pada area sayap balok tidak diperbolehkan. Jika pengujian atau kualifikasi menunjukkan bahwa desain yang dihasilkan dapat membuat sendi plastis yang stabil, pengeboran lubang flens atau pemangkasan lebar flange balok diperbolehkan.

c. Penguatan Lateral Balok

Kedua flens harus didukung secara lateral dengan cara tertentu, baik secara langsung maupun tidak langsung. Di antara bresing lateral, panjang yang tidak dibresing tidak boleh melebihi 0,17ryE/Fy.

Jika penelitian menunjukkan bahwa sendi plastis akan terbentuk selama deformasi inelastis IMF, bresing lateral harus ditempatkan di dekat beban terpusat, perubahan penampang, dan area lainnya.

Kekuatan yang dibutuhkan dari bresing lateral yang dekat dengan engsel plastis adalah

Pu = 0,06 Mu/ho (LRFD) .

atau

Pa = 0,06Ma/ho (ASD).

Dimana, ho adalah jarak antara flange centroids.

C. SMRF : Rangka Pemikul Momen Khusus / Special Moment Resisting Frame

Setiap kali sistem ini diterapkan pada tegangan yang timbul dari gerakan gempa desain. Kerangka momen khusus ( SMRF ) seharusnya bertahan terhadap deformasi inelastis yang cukup besar. Kondisi pada bagian ini harus dipenuhi oleh SMRF:

a. Koneksi Balok ke Kolom

Tiga kondisi berikut harus dipenuhi oleh sambungan balok-ke-kolom yang digunakan selama sistem penahan beban seismik/ Seismic Load Resisting System (SLRS):

a. Sudut simpangan antar lantai dengan minimal 0,04 radian harus dipertahankan oleh link.

b. Pada sudut simpangan antar lantai sebesar 0,04 radian, tahanan lentur yang diamati dari sambungan, yang dievaluasi pada muka kolom, harus mendekati minimal 0,80Mp dari balok yang disambungkan.

c. Untuk dampak beban gempa E, kuat geser sambungan yang diperlukan harus diturunkan dengan menggunakan besaran berikut:

E = 2 [1,1 Ry Mp] / Lh

Di mana,

Ry = rasio tegangan luluh yang diharapkan dengan tegangan luluh minimum yang ditentukan.

Fy Mp = kekuatan lentur plastis nominal kip-in (dalam N-mm)

Lh =  jarak antara situs engsel plastik dalam inci. (dalam mm)

b. Demonstrasi Kesesuaian

Kondisi berikut harus dipenuhi oleh sambungan balok-ke-kolom yang digunakan dalam SLRS:

a. Penggunaan koneksi SMF telah direncanakan.

b. Menggunakan koneksi yang telah pra-kualifikasi untuk SMF.

c. Hasil tes siklus kualifikasi disediakan. Setidaknya dua tes koneksi siklik harus dilakukan dan hasilnya harus diberikan.

c. Zona Panel Koneksi Balok ke Kolom

Ketebalan zona panel yang diperlukan harus dihitung menggunakan pendekatan yang sama yang digunakan untuk mengukur zona panel dari sambungan yang telah diverifikasi atau yang telah disetujui sebelumnya. Kuat geser yang diperlukan dari zona panel harus ditetapkan setidaknya dengan menambahkan momen yang diprediksi pada titik sendi plastis ke muka kolom dan menghitung total momen pada muka kolom.

Kuat geser rencana = φv Rv .

Kuat geser yang diijinkan = Rv / Ωv.

Di mana,

φv = 1,0 ( LRFD )

Ωv = 1,50 ( ASD )

Kuat geser nominal, Rv, sesuai dengan keadaan batas leleh geser.

d. Ketebalan Zona Panel

Ketebalan pelat badan kolom dan pelat pengganda, jika digunakan, harus memenuhi persyaratan berikut:

t ( dz + wz ) / 90

Di mana,

t = tebal badan kolom atau pelat pengganda, in. (mm)

dz = kedalaman zona panel antara pelat kontinuitas, in. (mm)

wz = lebar zona panel antara sayap kolom, in. (mm)

e. Pelat Pengganda Zona Panel

Pelat pengganda harus dilas ke sayap kolom menggunakan sambungan las alur penetrasi sambungan lengkap atau sambungan las fillet yang menciptakan kekuatan geser potensial ketebalan pelat pengganda keseluruhan. 

Ketika pelat pengganda dilas terhadap badan kolom, tepi atas dan bawah harus dilas bersama untuk mengembangkan proporsi gaya total yang ditransmisikan ke pelat pengganda.

Ketika pelat pengganda dipasang jauh dari badan kolom, pelat tersebut harus disusun berpasangan secara simetris dan dilas ke pelat kontinuitas untuk mengembangkan proporsi gaya total yang ditransmisikan ke pelat pengganda.