ANALISIS PORTAL DENGAN MENGGUNAKAN KOLOM NIPPON STEEL TAMPANG HOLLOW TUBE DIBANDINGKAN DENGAN MENGGUNAKAN KOLOM BETON BERTULANG UNTUK HIGH-RISE BUILDING
TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan Memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil Disusun oleh : Selvia Winata 110404156
Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19561224 198103 1 002
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
i
ABSTRAK Perkembangan gedung tinggi di Indonesia maupun dunia semakin banyak, penemuan-penemuan dalam perencanaan dan pelaksanaan pembangunannya juga semakin berkembang.Di Indonesia gedung tinggi masih didominasi oleh struktur beton sementara di luar negri pembangunan gedung tinggi sudah banyak menggunakan
baja
karena
pengerjaan
nya
dilapangan
dianggap
lebih
efektif.Perkembangan penggunaan baja pun semakin berinovasi di negara-negara maju dengan menggunakan baja hollow contohnya Jepang yang sangat populer penggunaan baja hollow sebagai kolom. Penelitian Tugas Akhir ini membahas mengenai perbandingan kolom baja hollow tube dengan kolom beton bertulang pada portal 3 dimensi 15 lantai, dengan fungsi gedung perkantoran. Perbandingan meliputi berat total kolom dan dimensi kolom di tiap lantai juga respon struktur terhadap beban gempa. Analisa dilakukan dengan bantuan software sap2000 versi 16, dan analisa gempa menggunakan metode respon spektrum. Dari hasil analisa didapatkan dimensi kolom untuk baja hollow tube lebih kecil dibandingkan kolom beton, begitupun dengan berat total kolom yang mana baja hollow jauh lebih ringan dari kolom beton. Kata kunci : baja hollow tube, kolom beton bertulang, displacement, base shear.
i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas segala berkat dan hadirat-Nya saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Analisa Portal Dengan Menggunakan Kolom Nippon Steel Tampang Hollow Tube Dibandingkan Dengan Menggunakan Kolom Beton Bertulang Untuk Highrise Building”. Penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik program studi Teknik Sipil pada fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, bimbingan, arahan dan dukungan yang berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, peneliti menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terimakasih yang tulus kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran, serta motivasi kepada peneliti untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Orangtua terkasih, Bapak Jhonni dan Ibu Maria Sinurat yang telah memberi kasih sayang, perhatian, doa, semangat, waktu dan materi yang tiada hentinya sehingga peneliti termotivasi untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 3. Saudaripeneliti Selyia Cicilia yang selalu memberikan perhatian, penghiburan,
semangat
dan
motivasi
yang
besar
untuk
dapat
menyelesaikan perkuliahan dengan baik. 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 6. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera
Utara
yang
telah
memberikan
ilmunya
kepadapeneliti selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
ii
7. Kepada pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU lainnya. 8. Seluruh angkatan 2011 Dept. Tek. Sipil USU, terkhusus kepada Manna Haloho, Shinta Harmadhana, Rizky Ayu yang menjadi tempat bertanya dan belajar yang baik dan dengan senang hati berbagi ilmu, juga menjadi penghibur disaat kejenuhan dengan perkuliahan. Untuk teman-teman GosPan Ade Harumi, Rozaqon, Sry Meita, dan Yahya atas candaancandaan yang kurang penting dan kegilaannya, Windy a.k.a Mentor, dan teman-teman lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu. 9. Abang dan kakak senior angkatan 2008, 2009, 2010 serta adik-adik junior yang selalu memberi dukungan, tenaga dan semangat yang luar biasa. 10. Seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu peneliti dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Peneliti menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, peneliti sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan – rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata penelitimengucapkan terima kasih.Peneliti berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 26Oktober 2015 Peneliti,
Selvia Winata 11 0404 156
iii
DAFTAR ISI ABSTRAK .....................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ...................................................................................
ii
DAFTAR ISI ..................................................................................................
iv
DAFTAR TABEL .........................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
ix
DAFTAR NOTASI ........................................................................................
x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penulisan.................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .........................................................................
2
1.3 Tujuan Penulisan ..............................................................................
3
1.4 Batasan Masalah...............................................................................
3
1.5 Metode Penelitian.............................................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Portal Beton......................................................................................
5
2.1.1 Beton Bertulang ......................................................................
5
2.1.2 Sifat Beton Bertulang ..............................................................
6
2.1.3 Kelebihan dan Kekurangan Beton Bertulang ..........................
9
2.1.4 Kolom Beton Bertulang ..........................................................
10
2.2 Portal Baja ........................................................................................
13
2.2.1 Sifat Mekanis Baja ..................................................................
13
2.2.2 Hubungan Tegangan-Regangan Baja ......................................
14
2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan Baja .............................................
16
2.2.4 Kolom Baja .............................................................................
17
2.2.5 Tipe-tipe Penampang Baja ......................................................
18 iv
2.3 Nippon Steel 2.3.1 Pengenalan .............................................................................
19
2.3.2 Perkembangan Steel Tube untuk Pekerjaan Konstruksi .........
19
2.3.3 Profil Hollow...........................................................................
20
2.3.4 Sambungan Kaku pada Kolom Hollow ..................................
28
2.4 Pembebanan Struktur .......................................................................
30
2.4.1 Beban Statis.............................................................................
30
2.4.2 Beban Dinamis ........................................................................
32
2.4.3 Kombinasi Pembebanan ..........................................................
32
2.5 Analisa Gedung Terhadap Gempa ...................................................
33
2.5.1 Metode Statik Ekivalen ...........................................................
33
2.5.2 Metode Respon Spektrum .......................................................
41
2.5.3 Desain Respon Spektrum ........................................................
42
2.5.4 Prinsip Shear Building ............................................................
43
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................
45
3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................................
45
3.2 Preliminary Desain ...........................................................................
46
3.3. Permodelan Struktur........................................................................
47
3.4 Pembebanan .....................................................................................
49
3.5 Beban Gempa ...................................................................................
50
3.6 Kombinasi beban..............................................................................
53
3.7 Analisa Permodelan .........................................................................
54
3.8 Base shear Struktur ..........................................................................
54
3.9 Kontrol Simpangan antar Tingkat ....................................................
55
BAB IV ANALISA dan PEMBAHASAN ...................................................
57
4.1 Dimensi Kolom ................................................................................
57
v
4.2 Karakteristik Dinamika Struktur ......................................................
60
4.3 Gaya Geser Dasar Hasil Analisa ......................................................
62
4.4 Perbandingan Simpangan Struktur ...................................................
65
4.5 Periode Getar Bangunan ..................................................................
70
4.6 Perbandingan Cost ...........................................................................
72
BAB V KESIMPULAN dan SARAN ..........................................................
73
4.1 Kesimpulan ......................................................................................
73
4.2 Saran .................................................................................................
74
Daftar Pustaka .................................................................................................
xi
vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1
Rasio d/t tampang hollow bulat................................................26
Tabel 2.2
Rasio b/t tampang hollow rectangular........................................... 26
Tabel 2.3
Rasio h/t tampang hollow rectangular........................................... 27
Tabel 2.4
batasan b/t dan h/t hollow berdasarkan AISC............................... 27
Tabel 2.5
Beban hidup lantai gedung............................................................ 31
Tabel 2.6
Kategori resiko gedung................................................................. 34
Tabel 2.7
Koefisien kelas situs Fa................................................................. 37
Tabel 2.8
Koefisien kelas situs Fv................................................................. 37
Tabel 2.9
KDS berdasarkan respon percepatan perioda pendek................... 38
Tabel 2.10 KDS berdasarkan respon percepatan perioda 1 detik.................... 38 Tabel 2.11 Koefisien Cu.................................................................................. 39 Tabel 2.12 Koefisiec Ct dan x......................................................................... 39 Tabel 3.1
Mutu material................................................................................ 46
Tabel 3.2
Kelas situs......................................................................................51
Tabel 3.3
Simpangan antar tingkat ijin..........................................................55
Tabel 4.1
Perbandingan dimensi kolom........................................................ 57
Tabel 4.2
Berat kolom beton......................................................................... 58
Tabel 4.3
Berat kolom penampang hollow....................................................58
Tabel 4.4
Luas kebutuhan tulangan............................................................... 59
Tabel 4.5
Perbandingan berat balok.............................................................. 60
Tabel 4.6
Persen modal partisipasi massa struktur beton.............................. 61
Tabel 4.7
Persen modal partisipasi massa struktur baja................................ 61
Tabel 4.8
Koefisien R, Ωo dan Cd................................................................ 62
Tabel 4.9
Berat efektif bangunan beton........................................................ 62
vii
Tabel 4.10 Base shear per pondasi.................................................................. 65 Tabel 4.11 Perbandingan perpindahan............................................................ 66 Tabel 4.12 Simpangan antar tingkat arah x..................................................... 69 Tabel 4.13 Simpangan antar tingkat arah y..................................................... 70 Tabel 4.14 Perbandingan periode tiap mode................................................... 71
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Kurva tegangan regangan beton...................................................6
Gambar 2.2
Tipe kolom beton......................................................................... 12
Gambar 2.3
Kurva hubungan tegangan regangan baja............................... ....15
Gambar 2.4
Tipe penampang batang tekan..................................................... 18
Gambar 2.5
Perbandingan kapasitas tekan baja dengan masa sama................22
Gambar 2.6
Perbandingan massa baja dengan kapasitas tekan sama.............. 22
Gambar 2.7
Perbandingan inersia penampang baja......................................... 22
Gambar 2.8
Distribusi tegangan pada kolom hollow...................................... 25
Gambar 2.9
Pengelasan sambungan join kolom.............................................. 29
Gambar 2.10
Sambungan balok WF ke kolom hollow......................................29
Gambar 2.11
Langkah sambungan through diaphragm..................................... 30
Gambar 2.12
Spektrum respon desain............................................................... 42
Gambar 2.13
Pola goyangan gedung................................................................. 43
Gambar 3.1
Modelisasi struktur beton.............................................................47
Gamber 3.2
Denah gedung kolom beton......................................................... 47
Gambar 3.3
Modelisasi struktur baja............................................................... 48
Gambar 3.4
Denah gedung kolom hollow....................................................... 48
Gambar 3.5
Peta gempa periode pendek......................................................... 50
Gambar 3.6
Peta gempa periode 1 detik......................................................... 51
Gambar 3.7
Respon spektrum wilayah medan................................................ 53
Gambar 4.1
Diagram perbandingan berat material.......................................... 59
Gambar 4.2
Denah kolom................................................................................ 64
Gambar 4.3
Grafik perbandingan displacement arah x................................... 67
Gambar 4.4
Grafik perbandingan displacement arah y................................... 68
ix
DAFTAR NOTASI
Ie
Faktor keutamaan gedung
Ss
Percepatan batuan dasar periode pendek
S1
Percepatan batuan dasar periode1 detik
Fa
Koefisien kelas situs berdasarkan Ss
Fv
Koefisien kelas situs berdasarkan S1
SMS
Parameter spektrum respons percepatan perioda pendek
SM1
Parameter spektrum respon percepatan perioda 1 detik
SDS
Parameter spektral desain perioda pendek
SD1
Parameter spektral desain perioda 1 detik
Ta
Periode fundamental pendekatan
T
Perioda fundamental
Hn
ketinggian total struktur (m)
Cs
Koefisien respon seismik
W
Berat efektif struktur
V
Gaya geser dasar seismik
R
Faktor modifikasi respons
Sa
Percepatan respon spektral (g)
fc’
Kuat tekan beton
fy
Tegangan leleh baja
fu
Tegangan putus baja
Ec
Elastisitas beton
Es
Elastisitas baja
Hsx
tinggi tingkat dibawah lantai x
Cd
Faktor amplifikasi defleksi
𝛿𝛿𝑥𝑥𝑥𝑥
Defleksi yang ditentukan dengan analisa elastis
Ωo
Faktor kuat lebih x
