Analisis Perbandingan Perhitungan Struktur Yang Berbentuk Cylindrical Surface Pada Struktur Beton Dan Baja
Tugas Akhir
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil
Oleh : Sri Wahyuni Sebayang 090404004
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Perkembangan perencanaan konstruksi bangunan beberapa tahun belakangan ini cukup berkembang pesat, terutama dalam hal estetika. Hal ini membuktikan bahwa manusia sebagai pelaku utama tidak hanya berusaha mendapatkan konsep perencanaan lebih aman, nyaman, praktis, dan ekonomis melainkan juga dari segi artistik. Salah satu konstruksi bangunan yang cukup artistik adalah struktur lengkung/cylindrical surface. Selain itu struktur yang berbentuk lengkung atau cylindrical surface juga cukup fleksibel untuk dibentuk dan dapat digunakan pada bentang yang lebar. Pada tugas akhir ini akan dibahas mengenai perbandingan desain struktur shell dengan menggunakan material beton dan baja dimana perhitungan gaya-gaya dalam dan tegangan yang terjadi dilakukan dengan bantuan program SAP2000. Kemudian akan dibandingkan material yang lebih ekonomis yang digunakan pada struktur berbetnuk cylindrical surface. Berdasarkan tegangan-tegangan dan gaya-gaya dalam yang telah diperoleh dengan bantuan SAP2000, dan perencanaan desain struktur bangunan terbuat dari beton dan baja, diperoleh kesimpulan bahwa material yang lebih sulit pengerjaannya adalah material baja sedangkan material yang lebih ekonomis adalah material beton. Kata kunci: Cangkang, Cylindrical Surface, Setengah Lingkaran, Ellips, Teori Selaput Tipis, Gaya-Gaya Dalam.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia yang diberikan kepada penulis sehingga penulisan laporan tugas akhir ini. Shalawat dan salam keatas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan dalam menjalankan setiap aktifitas sehari-hari, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini berjudul “Analisis Perbandingan Perhitungan Struktur yang Berbentuk Cylindrical Surface Pada Struktur Beton dan Baja”. Tujuan penulisan laporan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik tingkat sarjana Strata- 1 (S-1) di Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan sumbangannya baik berupa bimbingan, bantuan dan dukungan baik material maupun spiritual sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik, terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku ketua Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan juga merupakan dosen pembimbing yang telah memberikan masukan, sara dan menyediakan waktu untuk bimbingan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku sekretaris Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan juga sekaligus sebagai dosen
Universitas Sumatera Utara
penguji yang telah banyak memberi masukan dalam penulisan tugas akhir ini. 3. Bapak dan Ibu staff pengajar yang telah membimbing dan mendidik selama masa studi pada jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak M. Agung Putra H ST. MT, selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan masukan-masukan demi penyempurnaan penulisan tugas akhir ini. 5. Orang tua tersayang, Ibunda Sempurna br Sembiring dan Ayahanda Hamid Sebayang serta kakak-kakak Gianita Sebayang, Dyan Damayanti Sebayang, Diah Pitaloka Sebayang, Heni Savitri Sebayang, dan adik Norman Rizki Sebayang, yang telah berjuang memberikan dukungan, doa, material, immaterial sehingga tugas akhir ini terselesaikan. 6. Terima kasih kepada kakak Erni Sitanggang selaku pengajar SAP yang telah memberikan bimbingan dan ilmu yang bermanfaat bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 7. Terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Hannawiyah harahap, Atina Rezki Lubis, Merni Damalia Siagian, dan Hisbulloh Nasution yang telah banyak berbagi suka dan duka dengan penulis selama ini, juga memberikan doa dan dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Teman seperjuangan Fathoni T. Gusty dan Ovit Samuel Purba, terima kasih atas segala dorongan dan motivasi dalam pengerjaan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini..
Universitas Sumatera Utara
9. Teman-teman seperjuangan Sipil 2009, Nora Usrina, Putri Nurul (punud), Nita Fadilla, Sarra Rahmadani, Gustina A Prawira (utin), Lia Kartika S, Ihasanuddin,
Muhammad
Reza,
Ahmad
Prima,
Septian
(udak),
Afriyansyah, Feri Pahrizal, Muhammad Rizki, Gustara Iqbal, Putri Mutia, Mia Karlina Mierza dan Eviroza serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2009 sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 10. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan kelemahan dalam penulisan tugas akhir ini, untuk itu penulis sangat mengharapkan sumbangan pemikiran dan saran dari pembaca demi kesempurnaan tugas akhir ini Sebagai penutup, penulis berharap semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Januari 2014 Penulis
Sri Wahyuni Sebayang 090404004
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI ABSTRAK .................................................................................................................... i KATA PENGANTAR ................................................................................................. ii DAFTAR ISI ................................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. ix DAFTAR TABEL ........................................................................................................ x DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................. xiv DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ xv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................................ 4 1.3 Maksud dan Tujuan .......................................................................................... 5 1.4 Pembatasan Masalah ........................................................................................ 5 1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 6 1.6 Metode Penelitian ............................................................................................ 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................................. 8 2.1
Pendahuluan .................................................................................................. 8 2.1.1 Struktur Membran ................................................................................ 8 2.1.2 Aksi Dasar ............................................................................................ 9 2.1.3 Struktur Pneumatis ............................................................................. 10
2.2
Pengertian Struktur Cangkang .................................................................... 11
Universitas Sumatera Utara
2.3
Prinsip Umum Cangkang ............................................................................ 16 2.3.1 Aksi Membran .................................................................................... 16 2.3.2 Struktur Cangkang yang Mempunyai Permukaan Rotasional............ 17 2.3.3 Struktur Cangkang yang Mempunyai Permukaan Translasional ....... 21 2.3.4 Struktur Cangkang yang Mempunyai Permukaan Ruled ................... 23
2.4
Deformasi Dinding Cangkang (Shell) tanpa Lenturan................................ 24
BAB III TINJAUAN PEMBAHASAN .................................................................... 31 3.1.
Teori Selaput Tipis Cangkang Silindri ....................................................... 31
3.2.
Cangkang Silindris Bundar yang Dibebani Secara Simetris terhadap Sumbunya .................................................................................................... 38
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ............................................................. 46 4.1.Perencanaan Struktur Beton ........................................................................... 46 4.1.1. Kriteria Perencanaan............................................................................ 46 4.1.2. Analisa Struktur ................................................................................... 48 4.1.3. Kombinasi Pembebanan ...................................................................... 54 4.1.4. Penulangan Pada Pelat Cangkang ........................................................ 55 4.1.5. Perencanaan Tulangan Geser pada Pelat............................................ 57 4.1.6. Penulangan Pada Balok ...................................................................... 57 4.1.7. Penulangan Geser Balok Akibat Torsi dan Lintang ........................... 60 4.1.8. Penulangan Kolom ............................................................................. 62 4.1.9. Penulangan Geser Kolom................................................................... 64 4.2.Perencanaan Struktur Baja ............................................................................. 65 4.2.1. Perencanaan Gording ......................................................................... 65
Universitas Sumatera Utara
4.2.2. Kontrol Kekuatan Gording................................................................. 70 4.2.3. Perencanaan beban gempa ................................................................. 71 4.2.4. Perencanaan Profil Rangka Batang .................................................... 73 4.2.5. Perencanaan Kolom Baja ................................................................... 76 4.3.Perencanaan Sambungan ................................................................................ 77 4.4.Gambar Rencana ............................................................................................ 78 4.5.Rencana Anggaran Biaya (RAB) ................................................................... 78 4.6.Kesimpulan Perencanaan ............................................................................... 78 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 80 5.1
Kesimpulan ................................................................................................. 80
5.2
Saran............................................................................................................ 80
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Lapangan Tennis Universitas Negeri Semarang ..................................... 2 Gambar 1.2. Stasiun kereta Frankfurt, Jerman ............................................................ 2 Gambar 1.3. Hershey Park Arena, Pennsylvania ......................................................... 3 Gambar 2.1. Rotational Surface ................................................................................. 12 Gambar 2.2. Translational Surface............................................................................. 12 Gambar 2.3. Ruled Surface ........................................................................................ 13 Gambar 2.4. Beberapa contoh permukaan jala (reticulated surface) ......................... 15 Gambar 2.5. Gaya aksial dalam bidang (in-plane) pada cangkang bola tipis ............ 18 Gambar 4.1. Spektrum Respon Gempa Wilayah 3 .................................................... 54 Gambar 4.2. Detail penulangan balok ........................................................................ 62
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Tabel fungsi φ, ., θ, dan 𝜉 ........................................................................................... 45
Tabel 4.1. Koefisien reduksi beban hidup.................................................................. 51 Tabel 4.2. Faktor Keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan........ 52 Tabel 4.3. Koefisien ζ yang membatasi waktu getar alami Fundamental struktur gedung ....................................................................................................... 53 Tabel 4.4 1. Spesifikasi Atap Zincalume ..................................................................... 65 Tabel 4.5 2. Jarak gording untuk atap zincalume klip-lok ......................................... 66 Tabel 4.6. Momen dan bidang geser akibat variasi dan kombinasi beban ................. 69 Tabel 4.7. Kesimpulan dari hasil perencanaan struktur ............................................. 78
1 2
Sumber http://atap-zincalume.blogspot.com/2014/01/atap-kliplok-atap-zincalume-harga.html Sumber http://atap-zincalume.blogspot.com/2014/01/atap-kliplok-atap-zincalume-harga.html
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Penulangan Pelat Arah x-x Lampiran 2 Penulangan pelat Arah y-y Lampiran 3 Penulangan Arah x-x akibat Momen x-x Lampiran 4 Penulangan pelat Arah y-y akibat Momen y-y Lampiran 5 Penulangan Balok Beton Lampiran 6. Penulangan Kolom Beton Lampiran 7. Daftar Analisa bahan Lampiran 8. Rencana Anggaran biaya Lampiran 9. Wilayah gempa Indonesia Lampiran 10. Gambar rencana
Universitas Sumatera Utara
