ANALISIS DESAIN KOLOM KOMPOSIT BAJA-BETON DENGAN METODE LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN
Alfin Rico Simanjuntak1 dan Johannes Tarigan2 1Mahasiswa
Bidang Studi Struktur Departemen Teknik Sipil Sumatera Utara Jl. Perpustakaan No.1 Kampus USU Medan
Email:
[email protected] 2Staf
Pengajar Departemen Teknik Sipil, Unversitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan
Email:
[email protected]
ABSTRAK Pada saat ini kolom bangunan tinggi banyak menggunakan material beton bertulang. Seiring dengan berkembangnya teknologi bahan konstruksi di beberapa negara, kini sudah mulai banyak digunakan material baja dalam konstruksi bangunan tinggi. Dewasa ini juga telah dikembangkan penggunaan material komposit dalam konstruksi kolom Dalam tugas akhir ini penulis mendesain 3 model gedung 10 lantai dengan material kolom yang berbeda, yaitu kolom beton bertulang, kolom baja dan kolom komposit beton β baja. 3 model struktur ini di desain dengan fungsi gedung, wilayah gempa dan pembebanan yang sama. Kemudian akan di bandingkan material yang paling optimal untuk digunakan pada bangunan gedung yang direncanakan tersebut. Hasil yang diperoleh kolom komposit baja β beton lebih optimal digunakan pada struktur gedung yang direncanakan karena dimensinya lebih kecil sehingga mengurangi biaya material. Selain itu kolom komposit juga memiliki keuntungan terhadap bahaya kebakaran. Kata kunci: Kolom Beton bertulang, Kolom Baja, Kolom Komposit Baja-Beton ABSTRACT At this time many columns tall buildings using reinforced concrete materials. Along with the development of technology of construction materials in some countries, is now already widely used material in the construction of high-rise steel. Today has also developed the use of composite materials in the construction of the columns in this thesis the author designed the 10-story building 3 models with different column material, which is reinforced concrete columns, steel columns and concrete composite column - steel. 3 models of these structures in the design of the building function, the seismic zone and the same loading. Will then compare the most optimal materials for use in buildings that are planned. Results obtained composite steel columns - more optimal concrete used in the structure of the building is planned for smaller dimensions, thereby reducing material costs. In addition it also has the advantage of composite column against fire. Keywords: Reinforced Concrete Column, Steel Column, Composite Columns
1. PENDAHULUAN Sistem struktur komposit terbentuk dari interaksi antara komponen struktur baja dan beton yang karakteristik dasar masing-masing bahan dimanfaatkan secara optimal. Karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur baja adalah kekuatan tinggi, modulus elastis tinggi, serta fatalitas tinggi. Sedangkan karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur beton adalah ketahanan yang baik terhadap api, mudah dibentuk dan murah Keuntungan utamanya yang didapat dengan mendesain kolom sebagai kolom komposit adalah kapasitas menahan beban yang besar meskipun dengan penampang yang kecil. Khusus untuk kolom komposit dengan penyelimutan beton juga membawa keuntungan lain, yaitu : 1. Ketahanan terhadap api dan korosi yang lebih baik dibandingkan kolom baja biasa (Ruddy Jhon L,2005) 2. Efek penguatan dalam melawan tekuk. 3. Kemampuan kolom komposit memikul beban aksial dan lentur lebih besar dibandingkan kolom beton bertulang. Keuntungan di atas didapat karena terlindungnya profil baja oleh beton bertulang yang menyelimutinya. Tujuan dan Manfaat Penulisan Merencanakan kolom komposit dengan metode Load and Resistance Factor Design (LRFD) serta mempelajari konsep desain kolom komposit. Dan membandingkan antara kolom komposit, kolom beton bertulang dan kolom baja Tinjauan Pustaka Kriteria untuk kolom komposit bagi komponen struktur tekan sesuai yang di atur oleh anonim1,2002 sebanyak 5 kriteria, yaitu kriteria pertama luas penampang profil baja minimal sebesar 4% dari luas penampang komposit total; kriteria ke dua selubung beton untuk penampang komposit yang berintikan baja harus diberi tulangan baja longitudinal dan tulangan pengekang lateral. Tulangan baja longitudinal harus menerus pada lantai struktur portal, kecuali untuk tulangan longitudinal yang hanya berfungsi memberi kekangan pada beton. Jarak antar pengikat lateral tidak boleh melebihi 2/3 dari dimensi terkecil penampang kolom komposit. Luas minimum penampang tulangan transversal (atau longitudinal) tidak boleh kurang dari 0,18 mm2 untuk setiap mm jarak antar tulangan transversal (atau longitudinal) terpasang. Tebal bersih selimut beton dari tepi terluar tulangan longitudinal dan transversal minimal sebesar 40 mm; kriteria ke tiga mutu beton yang digunakan tidak lebih tinggi daripada 55 Mpa dan tidak kurang dari 21 MPa untuk beton normal dan tidak kurang dari 28 MPa untuk beton ringan; kriteria ke empat tegangan leleh profil dan tulangan baja yang digunakan untuk perhitungan kekuatan kolom komposit tidak boleh melebihi 380 MPa; dan kriteria terakhir tebal minimum dinding pipa baja atau penampang baja berongga yang diisi beton adalah πβππ¦ /3πΈ untuk setiap sisi selebar b pada penampang persegi dan π·βππ¦ /8πΈ untuk penampang bulat yang mempunyai diameter luar D. Kuat rencana kolom komposit yang menumpu beban aksial yang digunakan sebagai acuan mendesain kolom komposit adalah
ππ’ = ΟcPπ , dengan πc=0,85 dengan nilai Pn adalah: πππ¦ π Nilai faktor tekuk Ο ditentukan berdasarkan nilai Ξ»c sebagai berikut Ξ»c β€ 0,25 maka Ο = 1 ππ = π΄π
1,43
0,25< Ξ» <1,2 maka Ο = 1,6β0,67Ξ» Ξ»c β₯ 1,2 dengan: Ξ»π =
πΎπ πΏ ππ π
c
maka Ο = 1,25Ξ»c πππ¦
βπΈ
π
π΄
π΄
πππ¦ = ππ¦ + π1 ππ¦π (π΄π ) + π2 πβ²π (π΄π) π΄π
π
π
πΈπ = πΈ + π3 πΈπ (π΄ ) π
πΈπ = 0,041π€ 1,5 βπβ²π Pada persamaan di atas c1,c2 dan c3 adalah koefisien yang besarnya untuk profil baja yang diberi selubung beton adalah: c1=0,7 ; c2 = 0,6 dan c3=0,2.
2. METODE Dilakukan perencanaan bangunan 10 lantai dengan menggunakan metode Load and Resistance Factor Design (LRFD). Kolom didesain menggunakan material komposit baja diselimuti beton, material beton bertulang dan material baja. Bangunan akan difungsikan untuk keperluan perkantoran. Luas keseluruhan bangunan 324m2 dan tinggi total bangunan 37,5 m. Denah bangunan berbentuk persegi dengan panjang melintang 3 x 6m dan memanjang 3 x 6m, dan tinggi tiap lantai adalah 3,75m. Direncanakan di bangun di wilayah zona gempa 3 dengan jenis tanah keras.
Gambar 1 Denah dan potongan bangunan
Perhitungan menggunakan bantuan software komputer analisis struktur, CSI SAP2000 v15.2. Building code yang digunakan untuk perhitungan struktur beton bertulang adalah SNI03-2847-2002 (anonim 1), sedangkan untuk struktur baja serta komposit mengikuti Building ode Selanjutnya akan dibandingkan hasil desain ketiga struktur tersebut. SNI 031729-2002 (anonim 2) dan juga AISC-LRFD 2005 (anonim 3)
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil desain kolom untuk struktur beton bertulang mengikuti SNI 03-2847-2002 (anonim2,2002), didapat dimensi kolom lantai 1-4 adalah 800x800mm dengan tulangan longitudinal berdiameter 25 sebanyak 16 buah, sedangkan untuk lantai 5-10 menggunakan kolom dengan dimensi 750x750 dengan tulangan longitudinal sebanyak 12D25mm.
Gambar 2 Kolom bangunan struktur Beton bertulang Kolom struktur baja menggunakan profil kingkross. Untuk lantai 1-4 direncanakan menggunakan profil baja kingcross K700x300x13x24, untuk lantai 5-7 menggunakan profil baja kingcross K588x300x12x20, dan lantai 8-10 menggunakan profil baja kingcross K450x300x9x14 mm.
Gambar 3 Kolom bangunan struktur baja Struktur komposit baja beton direncanakan menggunakan kolom profil baja K500x200x10x16 yang di selimuti beton dengan dimensi 700x700mm untuk lantai 1-4. Selanjutnya untuk lantai direncanakan dengan dimensi beton yang sama yakni 600x600mm namun dibedakan dimensi profil baja yang di bungkus, yaitu K540x200x9x14 untuk lantai 5-7 sedangkan lantai 8-10 menggunakan profil K450x200x8x13.
Gambar 4 Kolom bangunan struktur Komposit Sebagai bahan perbandingan antara ketiga struktur yang telah direncanakan, dihitung kebutuhan material beton serta baja untuk kolom pada masing-masing struktur dari segi volume, asumsi harga material, bobot kolom dan perbandingan deformasi ketiganya. Dengan mengasumsikan harga material beton beserta bekisting adalah Rp.900.000 per meter kubik dan harga material tulangan baja adalah Rp. 18.000 per kg. untuk profil baja harga per Rp. 15.000 maka dapat diketahui perbandingan harga material untuk masingmasing kolom. Kebutuhan material dan harga untuk masing-masing kolom ditampilkan pada tabel 1 Tabel 1 Perbandingan kebutuhan material kolom masing-masing struktur Beton Bertulang Baja Komposit Beton (m3) Baja (kg) Beton Baja (kg) Beton (m3) Baja (kg) 1 2,40 420,31 1386,50 1,84 672,35 2 2,40 420,31 1386,50 1,84 672,35 3 2,40 420,31 1386,50 1,84 672,35 4 2,40 420,31 1386,50 1,84 672,35 5 2,10 362,35 1133,34 1,35 569,68 6 2,10 362,35 1133,34 1,35 569,68 7 2,10 362,35 1133,34 1,35 569,68 8 2,10 362,35 569,67 1,35 495,25 9 2,10 362,35 569,67 1,35 495,25 10 2,10 362,35 569,67 1,35 495,25 Total volulme Material 22,20 3855,32 0,00 10655,03 15,45 5884,18 Lantai
Harga per material Harga Total
Rp19.980.000 Rp69.395.796 Rp89.375.796
Rp0 Rp159.825.450 Rp13.905.000 Rp88.262.625 Rp159.825.450 Rp102.167.625
berdasarkan tabel 1 harga material untuk beton bertulang yang paling murah di antara ketiganya dan kolom baja yang membutuhkan material paling mahal. Namun perlu diperhatikan bahwa harga tersebut hanya biaya untuk material. Deformasi yang terjadi pada masing-masing struktur kolom yang dibandingkan ditampilkan dalam tabel 2
Tabel 2 Tabulasi perbandingan deformasi kolom Lantai 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
be ton mm 41,147 39,533 36,832 33,075 28,649 23,638 18,452 13,342 7,962 2,842 0
baja komposit mm mm 37,707 38,437 35,891 36,263 32,779 33,165 28,441 29,126 23,803 24,37 18,844 19,223 14,134 14,289 9,959 9,857 5,771 5,534 1,99 1,807 0 0
Dari tabel 2 dibuat grafik sehingga dapat dilihat lebih jelas perbedaan deformasinya. Kolom beton memiliki nilai perpindahan yang paling besar, sedangkan kolom baja dan kolom komposit cenderung sama.
Grafik 5 grafik perbandingan deformasi kolom 4. SIMPULAN DAN SARAN Disimpulkan bahwa kolom komposit dapat dijadikan pilihan yang optimal, karena dengan harga yang lebih murah dibanding kolom baja, namun memiliki keuntungan struktur yang cenderung menyerupai kolom baja yang mahal, dan juga memiliki keuntungan tambahan akibat penyelimutan beton terhadap profil baja, yakni ketahanan terhadap bahaya kebakaran. Disarankan dilakukan penelitian lebih mendalam mengenai perbandingan antara ketiga struktur ini, mengingat tulisan ini hanya meninjau kolom saja. Sedangkan untuk hasil perbandingan yang lebih menggambarkan perbandingan ketiganya, perlu diperhatikan juga pelaksanaan di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA Anonim1, 2002. Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002), Badan Standarisasi Nasional, Jakarta Anonim2, 2002. Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), Badan Standarisasi Nasional, Jakarta Anonim3, 2005.. Spesification for structural Steel Buildings (AISC-LRFD 2005), American Institute of steel construction,Inca, USA Anonim4. 2010. Analisis Struktur Bangunan dan Gedung dengan SAP 2000 v14. Bandung: Penerbit Andi. Dipohusodo, Istimawan, 1994. Struktur Beton Bertulang. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Kusuma, Gideon, 1993. Grafik dan tabel perhitungan beton bertulang. Jakarta: Erlangga. Priyo Suprobo dan Arif Sarwo Wibisono. 2001. Perbandingan Kekuatan Kolom Komposit Berdasarkan ACI 318 dan AISC-LRFD.Media Teknik (4) XXIII: 19-25. Ruddy Jhon L. Marlo Joshep P. Loannides Socrates A. Alfawakhiri Farid, AISC-Steel Design Guide-19 Fire Resistance of Structural Steel Framing. USA: American Institute of Steel Construction,Inc. Salmon, Charles G. & E.Johnson, John.1991. Struktur Baja Desain Dan Perilaku Jilid 1 Edisi Kedua. Diterjemahkan oleh : Ir. Wira M.S.CE. Jakarta : Erlangga. Simanjuntak, Alfin Rico, 2013. Analisis Desain Kolom Beton-Baja dengan metode Load and Resistance Factor Design. Universitas Sumatera Utara: Medan.
