ANALISA STRUKTUR DAN KONTROL KEKUATAN BALOK DAN KOLOM PORTAL AS L1-L4 PADA GEDUNG S POLITEKNIK NEGERI MEDAN LAPORAN Ditulis untuk Menyelesaikan Mata Kuliah Tugas Akhir Semester VI Pendidikan Program Diploma III
oleh:
ANDREW DAVID MANURUNG NIM. 1005021011
LEONARD T B MANURUNG NIM. 1005021042
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
ABSTRAK Perencanaan struktur beton bertulang pada struktur gedung kuliah jurusan Administrasi Bisnis Politeknik Negeri Medan ini bertujuan untuk mengetahui besarnya beban gravitasi dan beban gempa yang bekerja sesuai wilayah gempa, dimensi balok dan kolom yang mampu menahan beban gravitasi dan gaya gempa yang terjadi, gambar detail penulangan balok dan kolom. Dalam Tugas Akhir ini akan direncanakan struktur gedung beton bertulang yang sesuai SNI 2847-2002 dan SNI 1726-2002. Struktur yang direncanakan adalah bangunan gedung perkuliahan tiga lantai yang terletak di wilayah gempa 3 dan kondisi tanah tumpuan bangunan adalah jenis tanah lunak. Pada perencanaan ini diperoleh tulangan longitudinal balok 14 pada portal as L1-L4(450 x 300), daerah tumpuan balok (akibat momen positif maksimum) menggunakan tulangan tekan 2 D22 dan tulangan tarik 4 D22, daerah tumpuan balok (akibat momen negatif maksimum) menggunakan tulangan tekan 5 D22 dan tulangan tarik 2 D22, daerah lapangan balok menggunakan tulangan tekan 2 D22 dan tulangan tarik 4 D22. Maka yang digunakan pada balok 14 pada portal as L1-L4 adalah tulangan tekan 5 D22 dan tulangan tarik 4 D22 dengan jarak sengkang pada daerah tumpuan 150 mm, dan di daerah lapangan 200 mm. Sedangkan tulangan longitudinal kolom digunakan 10 D25 dengan pembagian 5 buah di sisi kanan dan kiri kolom. Dan jarak sengkang 90 mm dengan diameter sengkang yang digunakan adalah 10mm.
Kata-kata kunci : Perencanaan, momen, tulangan longitudinal, balok, kolom, wilayah gempa, tulangan sengkang, tulangan tarik, tulangan tekan.
i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan berkat-NYA sehingga kami dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini tepat pada waktunya. Laporan yang berjudul “ANALISA STRUKTUR DAN KONTROL KEKUATAN BALOK DAN KOLOM PORTAL AS L1-L4 PADA GEDUNG S POLITEKNIK NEGERI MEDAN”, Ini dimaksudkan sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan program Diploma III Politeknik Negeri Medan. Dalam laporan ini kami membahas mengenai formasi penulangan balok dan kolom beton bertulang. Dalam proses pembuatan laporan ini, kami telah mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik materi maupun non materi. Oleh karena itu sudah selayaknya kami mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Bapak Drs. Syaiful Hazmi, M.T., Ketua Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan; 3. Bapak Parman, M.T., Dosen Pembimbing kami yang telah banyak memberikan arahan dan saran dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini; 4. Orang Tua tercinta dan seluruh keluarga yang telah memberi dukungan dan doa yang tulus kepada kami; 5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan; 6. Rekan-rekan mahasiswa, baik di kampus yang turut membantu dan mendukung kami dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini;
ii
7. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu, yang turut membantu kami dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Laporan ini merupakan hasil pekerjaan asli dari kami dan bukan merupakan plagiat. Walaupun kami sudah berupaya semaksimal mungkin dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini, kami
menyadari kemungkinan terdapat
kekurangan dan kesilapan didalam laporan ini. Oleh sebab itu, kami dengan senang hati menerima saran dan kritik guna penyempurnaan laporan ini nantinya. Akhir kata semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kami dan siapapun yang membacanya.
Medan,
Agustus 2013
Hormat kami
Mahasiswa I
Mahasiswa II
ANDREW DAVID MANURUNG
LEONARD T B MANURUNG
NIM. 1005021011
NIM. 1005021042
iii
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK .......................................................................................................... i KATA PENGANTAR ......................................................................................... ii DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv DAFTAR TABEL ............................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vii DAFTAR NOTASI ............................................................................................. ix BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1 1.2 Topik Pembahasan ......................................................................... 2 1.3 Tujuan Pembahasan ........................................................................ 3 1.4 Manfaat Pembahasan ...................................................................... 3 1.5 Rumusan Masalah .......................................................................... 3 1.6 Batasan Masalah ............................................................................. 4 1.7 Teknik Pengumpulan dan Pengolahahn Data ................................. 4 1.8 Jadwal ............................................................................................. 5 1.9 Sistematika Penulisan ..................................................................... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pembebanan................................................................................... 7 1. Beban Mati .............................................................................. 7 2. Beban Hidup ........................................................................... 9 3. Beban Gempa .......................................................................... 10 2.2
Portal ............................................................................................. 12
iv
2.3
Analisa Perhitungan Gaya Geser Gempa ...................................... 13
2.4
Beton Bertulang ............................................................................ 21
2.5
Balok ............................................................................................. 25
2.6
Kolom ........................................................................................... 30
BAB III PERHITUNGAN STRUKTUR 3.1 Perhitungan Portal Akibat Gaya Gravitasi .................................... 42 3.1.1
Perhitungan Beban Gravitasi Merata Ekivalen Arah X .... 42
3.1.1
Perhitungan Beban Gravitasi Merata Ekivalen Arah y ..... 49
3.2 Perhitungan Perhitungan Portal Akibat Gaya Gempa .................. 55 3.2.1
Perhitungan Gaya Geser Akibat Gempa Arah X ............. 56
3.2.2
Berat Total Bangunan ....................................................... 60
3.3 Perencanaan Tulangan Lentur dan Geser Balok ........................... 65 3.3.1
Perencanaan Balok Tumpuan ........................................... 68
3.3.2
Perencanaan Balok Lapangan ........................................... 72
3.3.3
Perencanaan Geser Balok ................................................. 75
3.4 Perencanaan Tulangan Longitudinal Kolom Arah X.................... 77 3.5 Perencanaan Geser Kolom Arah X ............................................... 81 3.6 Perencanaan Geser Kolom Arah Y ............................................... 82 3.5 Perencanaan Geser Kolom Arah Y ............................................... 88 BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan ................................................................................... 90 4.2 Saran .......................................................................................... 90 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................... 91 LAMPIRAN-LAMPIRAN
v
DAFTAR TABEL NOMOR
JUDUL
HALAMAN
1.1
Wilayah Gempa Indonesia
1
2.1
Berat Sendiri Bangunan dan Komponen
7
Gedung 2.2
Beban Hidup
10
2.3
Koefisien Yang Membatasi Waktu Getar
17
Alami Struktur Gedung 2.4
Faktor Keutamaan Gedung
19
2.5
Tebal Selimut Beton
25
3.1
Tabel Distribusi Gaya Dasar Horizontal Arah X
62
3.2
Table Distribusi Gaya Dasar Horizontal Arah Y
62
3.3
Tabel T Rayleigh Arah X
63
3.4
Tabel T Rayleigh Arah Y
64
3.5
Gaya Dasar Horizontal Arah Y
64
3.6
Tabel Resume Balok 14
65
vi
DAFTAR GAMBAR NOMOR
JUDUL
1.1
Wilayah Gempa Indonesi
2.1
Respons Spektrum Gempa Rencana
2.2
Penampang Kolom Diagram Regangan
HALAMAN 1 18
Diagram Regangan
23
2.3
Penempatan Tulangan Kolom
40
3.1
Denah Portal
42
3.2
Beban Mati Merata Lantai 4 Aray x
42
3.3
Beban Mati Terpusat Lantai 4
42
3.4
Beban Hidup Terpusat Lantai 4
43
3.5
Beban Mati Merata Lantai 3
44
3.6
Beban Mati Amplop Lantai 3
44
3.7
Beban Mati Terpusat Lantai 3
45
3.8
Beban Hidup Amplop Lantai 3
45
3.9
Beban Hidup Terpusat Lantai 3
46
3.10
Beban Mati Merata Lantai 2
46
3.11
Beban Mati Amplop Lantai 2
47
3.12
Beban Mati Terpusat Lantai 2
47
3.13
Beban Hidup Amplop Lantai 2
48
3.14
Beban Hidup Terpusat Lantai 2
48
3.15
Beban Mati Merata Lantai 4
49
3.16
Beban Mati Terpusat Lantai 4
49
3.
vii
3.17
Beban Hidup Terpusat Lantai 4
50
3.18
Beban Mati Merata Lantai 3
51
3.19
Beban Mati Amplop Lantai 3
51
3.20
Beban Mati Terpusat Lantai 3
52
3.21
Beban Hidup Amplop Lantai 3
52
3.22
Beban Mati Merata Lantai 2
53
3.23
Beban Mati Amplop Lantai 2
53
3.24
Beban Mati Terpusat Lantai 2
54
3.25
Beban Hidup Amplop Lantai 2
54
3.26
Denah Portla Yang Ditinjau
55
3.27
Portal Yang Ditinjau
55
3.28
Distribusi Beban Gempa Untuk Portal Y
62
3.29
Distribusi Beban Gempa Untuk Arah X
63
3.30
Penulangan Balok Lapangan
74
3.31
Penulangan Balok Tumpuan
75
3.32
Penulangan Kolom
89
viii
DAFTAR NOTASI Ag
= Luas Penampang Kotor
As
= Luas Tulangan Tarik
Av
= Luas Tulangan Geser
As’
= Luas Tulangan Tekan
a
= Panjang Daerah tekan
b
= Lebar Penampang
C
= Koefisien Gempa Dasar
Cc
= Gaya Tekan Beton
Cs
= Gaya Pada Tulangan Tekan
c
= Jarak Garis Netral Ke Serat Tekan
d
= Jarak Titik Berat Tulangan Ke Serat Atas
ds’
= Jarak Setengan Tulangan Ke Serat Atas
di
= Simpangan Horizontal Lantai Tingkat Ke-i
DL
= Beban Mati
e
= Eksentrisitas
Ec
= Modulus Elastisitas Beton
fy
= Tegangan Tulangan
f’c
= Kuat Tekan Beton
g
= Percepatan Gravitasi
h
= Tinggi Penampang
hi
= Tinggi Tiap Lantai Gedung
I
= Faktor Keutamaan Gedung
Ig
= Momen Inersia Penampang Kotor ix
k
= Panjang Efektif Kolom
lu
= Panjang Tak Tertumpu Kolom
LL
= Beban Hidup
Mn
= Kapasitas Momen Nominal Penampang
Mu
= Momen Luar Yang Bekerja
n
= Jumlah Tingkat Bangunan
Pn
= Beban Aksial Nominal
Pu
= Beban Aksial Terfaktor
R
= Faktor Reduksi Gempa
s
= Selimut Beton
s
= Spasi Sengkang
T
= Waktu Getar Alami Fundamental
Vc
= Kuat Geser Nominal Beton
Vn
= Kuat Geser Nominal Penampang
Vs
= Kuat Geser Tulangan Sengkang
WDL = Berat Beban Mati Bangunan Wt 1
= Berat Total Bangunan = Faktor Reduksi Tinggi Blok Tegangan Ekuivalen beton = Rasio Tulangan Tarik = Rasio Tulangan Tekan
b
= Rasio Tulangan Dalam Keadaan Seimbang = Faktor Reduksi Kekuatan = Faktor Daktalitas Struktur = Kekakuan Relatif Kolom
x
BAB I
BAB I PENDAHULAN 1.1
Latar Belakang Indonesia terletak di daerah rawan gempa, untuk mengurangi resiko
akibat bencana gempa tersebut perlu direncanakan struktur bangunan tahan gempa. Berdasarkan SNI 1726 tahun 2002, kota Medan telah diklasifikasikan kedalam daerah yang telah memiliki resiko gempa sedang. yaitu pada zona gempa 3.
Gambar 1.1 Wilayah Gempa Indonesia
Perencanaan tahan gempa pada umumnya didasarkan pada analisa elastik yang diberi faktor beban untuk simulasi kondisi ultimit (batas). Kenyataannya, perilaku runtuh struktur bangunan beton bertulang pada saat gempa adalah pada saat kondisi inelastis. Dengan merencanakan suatu struktur beton bertulang dengan beban gempa, banyak aspek yang mempengaruhinya diantaranya adalah
1
2
periode bangunan. Periode bangunan itu sangat dipengaruhi oleh massa struktur serta kekakuan struktur tersebut. Kekakuan struktur sendiri dipengaruhi oleh kondisi struktur, bahan yang digunakan serta dimensi struktur yang digunakan. Evaluasi untuk memperkirakan kondisi inelastik struktur bangunan pada saat gempa perlu untuk mendapatkan jaminan bahwa kinerjanya memuaskan pada saat terjadinya gempa. Bila terjadinya gempa ringan bangunan tidak boleh mengalami kerusakan baik pada komponen non struktural maupun pada komponen strukturalnya. Bila terjadi gempa sedang, bangunan boleh mengalami kerusakan pada komponen non strukturalnya, akan tetapi komponen strukturalnya tidak boleh mengalami kerusakan. Bila terjadi gempa besar, bangunan boleh mengalami kerusakan pada komponen non struktural maupun komponen strukturalnya, akan tetapi penghuni bangunan dapat menyelamatkan diri. Gedung S Politeknik Negeri Medan akan di analisis pada bagian balok dan kolom beton bertulang. Dalam Tugas Akhir ini perhitungan untuk bangunan gedung Administrasi Bisnis Politeknik Negeri Medan
menggunakan alat bantu berupa program
SAP2000 V.12 dan perhitungan gaya/beban gempa yang bekerja dengan metode Analisis Statik Ekuivalen. 1.2
Topik Pembahasan Masalah yang terjadi pada perencanaan dan pembangunan suatu gedung
dengan material beton bertulang diantaranya adalah: 1. Penulangan yang tidak sesuai dengan beban yang dipikul oleh bangunan. 2. Bangunan yang direncanakan tidak memperhitungkan pengaruh
3
gempa. 3. Tidak sesuainya desain dan analisis struktur pada daerah yang rawan gempa. 1.3
Tujuan Pembahasan Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Merencanakan komponen struktur gedung beton bertulang tahan gempa kemudian akan direncankan ulang balok dan kolom beton bertulang tersebut berdasarkan peraturan SNI 03-2847-2002. 2. Menghasilkan
kesimpulan
yang
dapat
membantu
pengguna
dalam hal mendesain struktur bangunan. 1.4
Manfaat Pembahasan Adapun manfaat dari pengerjaan Tugas Akhir ini adalah: 1. Teroritis Diharapkan dapat memberikan manfaat dan informasi secara lebih detail dalam tata-cara perencanaan struktur beton bertulang tahan gempa terkhusus pada bagunanan di Kota Medan. 2. Praktis Dari hasil analisis struktur beton bertulang tahan gempa 3 lantai pada bangunan Gedung S Politeknik Negeri Medan
maka
diharapkan
dapat diketahui beban gempa yang bekerja pada struktur beton bertulang dan dapat merencanakan struktur beton bertulang yang mampu menahan beban gempa rencana. 1.5
Rumusan Masalah Berdasarkan permasalahan yang telah diuraikan diatas maka dapat
4
diambil rumusan masalah, yaitu : 1. Berapa formasi penulangan pada elemen struktur balok dan kolom? 2. Bagaimanakah
gambar
detail
penulangan
balok
dan
kolom
dari hasil perencanaan? 1.6
Batasan Masalah Ruang lingkup pembahasan Tugas Akhir ini dibatasi pada: 1. Aspek-aspek yang ditinjau: a. Penulangan Balok dan Kolom yang tahan gempa; b. Gaya dalam menggunakan bantuan program SAP 2000;
1.7
Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data 1. Teknik Pengumpulan Data: a Mengadakan studi pendahuluan. b Mengadakan studi kepustakaan. c Prosedur pengumpulan data dilapangan yaitu: 1)
Meminta izin Ketua Jurusan Administrasi Niaga
2)
Mengukur gedung Administrasi Bisnis. a) Jarak antar Kolom, b) Jarak Atar Lantai c) Dimensi Kolom d) Dimensi Balok
3) Menggambar denah gedung, gambar tampak gedung 4) Mendapatkan data kuat tekan beton dengan melakukan test kuat tekan beton menggunakan Hammer Test. 5) Meninjau lokasi.
5
2. Teknik Pengolahan Data: a
Prosedur pengolahan data: 1)
Menghitung pembebanan akibat a)
Beban mati
b)
Beban hidup
c)
Beban gempa
2) Menghitung gaya dalam dengan bantuan program SAP 2000 V-12 3) Menghitung penulangan balok dan kolom
1.8
Jadwal Persiapan, Pelaksanaan, dan Penulisan Laporan Tugas Akhir Adapun jadwal persiapan, pelaksanaan,dan penulisan laporan Tugas Akhir
ini dimulai 20 Mei 2013 s/d 16 Agustus 2013. Tabel 1.1 Jadwal Persiapan, Pelaksanaan, dan Penulisan Laporan Tugas Akhir
NO
KEGIATAN
A. 1
Persiapan Memilih judul TA dan mengajukan judul Bimbingan tahap awal Mendapatkan persetujuan proposal/judul TA Bimbingan untuk pelaksanaan TA Pelaksanaan Bimbingan untuk pengumpulan data Pengumpulan data Bimbingan untuk pengolahan data Pengolahan data Pelaporan Bimbingan penulisan BAB I, II dan III Penulisan BAB I, II dan III
2 3 4 B. 1 2 3 4 C. 1 2
BULAN JULI AGUSTUS Minggu Ke3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
MEI
JUNI
6
3 4 5 6
1.9
Bimbingan penulisan BAB IV dan V Penulisan BAB IV DAN BAB V Penyempurnaan lap. TA Pengumpulan lap. TA
SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika penulisan Tugas Akhir dengan judul “ Analisa Struktur dan
Kontrol Kekuatan Balok dan Kolom Portsl As L1-L4 Pada Gedung S Politeknik Negeri Medan“ ini dibagi menjadi beberapa bab dengan materi sebagai berikut : BAB I
: PENDAHULUAN Meliputi tinjauan umum, latar belakang, batasan masalah, maksud dan tujuan, dan sistematika penulisan.
BAB II
: TINJAUAN PUSTAKA Berisi tentang dasar-dasar teori dan referensi Tugas Akhir tersebut.
BAB III
: PERHITUNGAN STRUKTUR Bab ini membahas tentang aspek perencanaan struktur, perhitungan mekanika, dan desain dari struktur..
BAB IV
: PENUTUP Bab ini memuat tentang kesimpulan dan saran mengenai topik yang dibahas.
