PERHITUNGAN ULANG STRUKTUR GEDUNG BERLANTAI EMPAT DENGAN STRUKTUR BAJA (Study Kasus : Gedung Blok B-1 Kampus 2, Universitas Bung Hatta) Anggia Irma Hanifa, Hendri Warman, Taufik Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta, Padang Email :
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstrak Indonesia terletak pada daerah rawan gempa, untuk mengurangi resiko bencana perlu konstruksi bangunan ramah gempa. Perencanaan ini bertujuan untuk merencanakan suatu struktur bangunan bertingkat empat sebagai gedung kuliah, yang stabil, cukup kuat, mampu layan serta tujuan lainnya seperti kemudahan pelaksanaan. Peraturan yang digunakan sebagai acuan adalah Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung (1983), Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002), Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), serta Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2003). Perhitungan Ulang ini dianalisis dengan metode analisa statik ekuivalen. Hasil dari analisis berupa Aksial, Momen, Geser. Analisis beban dorong statik pada struktur gedung, dimana pengaruh Gempa Rencana terhadap struktur gedung dianggap sebagai beban-beban statik yang menangkap pada pusat massa masing-masing lantai. Kemudian menghitung kapasitas Profil rencana untuk dimensi balok dan kolom terhadap momen pada balok portal akibat gaya-gaya yang bekerja pada struktur Gedung tersebut, serta dilakukan perhitungan ulang dengan desain yang baru dari perencanaan semula. Berdasarkan hasil Perhitungan ulang tersebut dapat disimpulkan : Untuk Balok didapatkan Profil IWF 500.200.14.9 yang mana desain awal adalah Profil IWF 600.200.17.11, Profil IWF 300.200.14.9 yang mana desain awal adalah Profil IWF 450.200.14.9 dan dimensi Kolom Profil IWF 700.300.24.13 sama dengan desain awal.
Kata kunci : gempa, struktur baja, analisa statik ekuivalen, beban.
REVIEW STRUCTURE FOUR STOREY BUILDING WITH STEEL STRUCTURE (Case Study: Building Block B-1 Campus 2, University of Bung Hatta) Anggia Irma Hanifa, Hendri Warman, Taufik Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Planning, University of Bung Hatta, Padang Email :
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstract Indonesia is located in an earthquake-prone area, to reduce the risk of disasters earthquake friendly building construction needs. This plan aims to plan a four-story building structure as
a lecture hall, stable, strong, capable intellectually as well as other purposes such as ease of implementation. Rules are used as a reference is the Indonesian Loading Regulation for Building (1983), Planning Procedures for Steel Structures for Buildings (SNI 03-1729-2002), Planning Procedures for Concrete Structures for Buildings (SNI 03-2847-2002), as well as planning for Earthquake Resistance of Building (SNI 03-1726-2003). Review this calculation were analyzed by the method of equivalent static analysis. The results of the analysis in the form of Axial, Moment, Slide. Analysis of static thrust load on the building structure, where the earthquake effect on the structure of the building plan is considered as static loads that captures the mass center of each floor. Then calculate the capacity profile for the plan dimensions of the beams and columns at the moment due to the portal beam forces acting on the structure of the building, as well as the recalculation is done with the new design of the original plan. Based on the results of the re-calculation can be concluded: For the beam profile obtained IWF 500.200.14.9 which is the initial design profile 600.200.17.11 IWF, IWF profile 300.200.14.9 which is the initial design and dimensions 450.200.14.9 Profile IWF IWF Column Profile 700.300.24.13 equal to the initial design.
Keywords: earthquake, structural steel, equivalent static analysis, load. PENDAHULUAN Kota Padang adalah salah satu daerah rawan gempa yang mana telah terjadi gempa besar pada tahun 2009, hal ini menambah kekhawatiran semua pihak karena gempa tersebut memicu terjadinya Tsunami di kepulauan Mentawai. Karena itulah, dalam pembangunan Konstruksi (khususnya gedung bertingkat) para perencana diharuskan untuk benarbenar merencanakan dan patuh pada aturanaturan yang telah tercantum di Standar Nasional Indonesia dan peraturan yang relevan yang memang dibuat khusus untuk dijadikan acuan dalam perencanaan. Pada prinsipnya, langkah-langkah perencanaan struktur gedung bertingkat memiliki alur yang sama, perbedaan formula terjadi karena perbedaan material yang dipakai. Dalam hal ini, penulis memilih Baja sebagai material utama
sebagai kajian. Sehingga penulis menggunakan data Pembangunan Gedung Blok B 1, Kampus 2 Universitas Bung Hatta, yang berlokasi di Aie Pacah, Kota Padang. Bagian yang paling penting dari struktur gedung adalah kolom yang mana kolom direncanakan lebih kuat dari pada balok atau struktur lainnya. Kolom akan memikul beban yang disalurkan oleh pelat ke balok, dan akan meneruskan kepondasi, serta pondasi akan meneruskan beban tersebut ketanah. Maka dari itu konsep perencanaan yang digunakan adalah kolom kuat dengan balok lemah, karena kegagalan pada kolom akan berakibat fatal pada keruntuhan seluruh struktur bangunan. Untuk perhitungan struktur pada penulisan tugas akhir ini digunakan metode Load Resintence and Factor Design
(LRFD) yang dilandaskan pada konsep probabilitas. Metode LRFD cenderung memberikan stuktur yang lebih aman karena metode ini memperhatikan variabelvariabel desain secara probabilistik sehingga faktor keamanan dapat diperhitungkan dengan lebih logis. Maksud penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menghitung dan menganalisa besarnya daya dukung dan momen lentur struktur baja yang direncanakan dan dilaksanakan pada pembangunan Gedung Blok B-1 Kampus 2 Universitas Bung Hatta Padang sehingga pada akhirnya penulis dapat melihat apakah hasil hitungan atau perencanaan penulis sama atau terdapat perbedaan dengan hasil perencanaan yang dilaksanakan dalam pembangunan gedung ini. METODE Dalam pembuatan Tugas Akhir ini, penulis melakukan perhitungan ulang perencanaan yang telah ada sebelumnya yaitu gedung Blok B-1 Kampus 2 Universitas Bung Hatta. Untuk mempermudah dalam perhitungan dan penyusunan Tugas Akhir ini, maka dibutuhkan data-data sebagai bahan acuan. Data yang dikumpulkan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : 1. Data Primer Data primer adalah data yang diperoleh dari lokasi perhitungan ulang atau percobaan. Data primer dapat digunakan sebagai dasar perhitungan ulang gedung ini. Data Primer meliputi data tanah, data gambar serta peta lokasi perencanaan. 2. Data Sekunder
Data sekunder adalah data yang berasal dari peraturan-peraturan atau ketentuanketentuan yang berlaku yang digunakan dalam perencanaan struktur gedung. Pada perencanaan ini yang termasuk data sekunder adalah literature-literature penunjang, peraturan-peraturan, grafikgrafik, dan tabel-tabel yang diperlukan dalam perhitungan perencanaan gedung. Secara garis besar, data yang dikumpulkan dalam perencanaan gedung ini adalah : a. Deskripsi Umum Bangunan Meliputi fungsi bangunan dan lokasi bangunan yang akan didirikan. Fungsi bangunan penting untuk perencanaan pembebanan dan lokasi bangunan penting untuk mengetahui keadaan tanah dari lokasi bangunan yang akan didirikan sehingga bisa direncanakan jenis struktur bawah yang akan direncanakan. Data yang didapatkan adalah gedung berfungsi sebagai gedung perkuliahan dan keadaan tanah lunak. b. Wilayah gempa bangunan yang akan didirikan Untuk perencanaan beban yang berasal dari gempa perlu diketahui zona gempa dari lokasi bangunan yang didirikan. Kota Padang Termasuk kedalam zona gempa wilayah 6 berdasarkan SNI 03-1726-2003. c. Data tanah penyelidikan tanah
berdasarkan
Data tanah berfungsi untuk merencnakan struktur bangunan bawah yang akan digunakan dalam hal ini adalah pondasi. Data tanah yang digunakan adalah data sondir untuk mengetahui kedalaman letak tanah keras dilokasi tersebut berdasarkan nilai conus resistence-nya (qc).
d. Standar referensi. Standar referensi yang digunakan dalam perencanaan maupun perancangan meliputi Peraturan Muatan Indonesia 1983, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung SNI 03-1729-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung SNI 03-2847-2002, serta referensi lain yang mendukung. Dari data yang diperlukan maka dapat ditentukan metode pengumpulan data yang dilaksanakan. Adapun metode pengumpulan data adalah sebagai berikut: a. Metode Observasi Yaitu pengumpulan data dengan cara mengadakan pengamatan langsung di lokasi perencanaan. b. Metode Dokumentasi Yaitu mengambil data-data dari hasil penyelidikan, penelitian, tes/pengujian laboratorium, acuan maupun standar yang diperlukan dalam perencanaan bangunan. c. Wawancara Yaitu pengumpulan data dengan cara mewawancarai langsung pihak-pihak yang terkait.
perhitungannya. Alur penulisan dimulai dari penentuan fungsi bangunan yang akan didirikan, dalam ini perencanaan gedung difungsikan untuk ruang perkuliahan. Kemudian dilanjutkan dengan mempelajari dan menentukan dasar-dasar teori yang dipakai, setelah itu mengidentifikasi bangunan yang dihitung/direncanakan yang disertai dengan pengumpulan data yang dibutuhkan. Langkah selanjutnya adalah penentuan model dan bentuk struktur. Setelah itu dihitung kemudian dicek, apakah struktur tersebut aman atau tidak. Bila Struktur tersebut aman, maka desain strukturnya bisa digambar, dalam hal ini desain yang dimaksud adalah dimensi elemen struktur yang telah dihitung, namun bila struktur tidak aman, maka perlu dicek lagi dari penentuan model dan bentuk struktur sampai struktur tersebut benarbenar aman dan efisien. HASIL DAN PEMBAHASAN Data Struktur 1. Lokasi
: Kota Padang
2. Jumlah lantai
: 4 lantai
3. Tinggi total bangunan : 19,0m 4. Lebar bangunan : 20,40 m
Metode pengumpulan data yang penulis lakukan adalah Metode Dokumentasi dengan mengambil data hasil penelitian tanah dari Perusahaan PT. Multi Karya Interplan Konsultan dan Pengambilan data Gambar pada Proyek Pembangunan Gedung Blok B-1 Kampus 2 Universitas Bung Hatta. Perencanaan gedung ini membutuhkan suatu diagram Alir untuk mempermudah dalam perencanaan maupun
5. Panjang bangunan 50,40 m
:
6. Luas bangunan : 1028,16 m 7. Dimensi balok
:
Profil Balok yang digunakan untuk Lantai 1-4 sama yaitu : IWF 600.200.17.11, IWF 400.200.13.8, IWF
200.100.8.5,5, IWF 450.200.14.9.
Direncanakan ulang profil 2L30.30.5 dengan data profil :
Balok yang digunakan untuk Dak Atap IWF 450.200.14.9, IWF 400.200.13.8, IWF 200.100.8.5,5.
A
= 2,78 x 2 cm2 = 556 mm2
L
= 1,65 m = 1650 mm
8. Dimensi kolom : Profil IWF 700.300.24.13 9. Tebal pelat
: 120mm
10. Mutu Baja
: BJ 50
Untuk komponen pelat pengelasan dua sisi = U = 1,0 Ø
= 0,9
Nn
= Ag x ƒy = 556 mm2 x 240 MPa
Data Pembebanan
= 133440 N
Dari Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung tahun 1983 diperoleh spesifikasi pembebanan sebagai berikut :
= 0,9 x 13,344 T = 12 T
Berat sendiri beton = 2400kg/m3 Berat air hujan
Ø
= 0,75
Nn
= Ae x ƒu = (569 x 1) mm2 x 370 MPa
= 1000kg/m3
= 210530 N
Berat Dinding Tembok ½ Bata = 250 kg/m² Berat Keramik
= 24 kg/m²
Berat plafond
= 11 kg/m2
= 0,75 x 21,05 T = 15,79 T Nilai terendah Nn OKE!!
= 12 T > 5,0021 T
Berat penggantung = 7 kg/m2
Perhitungan batang tekan
Berat adukan semen per-cm tebal = 21 kg/m2
Direncanakan ulang profil 2L45.45.5,dengan data profil :
Berat sparing dan instalasi = 20 kg/m2
A mm2
Muatan hidup pada atap 100kg/m2
r = rx = r y mm
=
Beban hidup lantai gedung = 250 kg/m2
Beban hidup untuk tangga dan bordes = 300 kg/m2
Perhitungan batang tarik
λ
= 4,3 x 2 = 8,6 cm2 = 860
= 1,35 cm
k.Lx = r
0,7 x1760 = 13,5 = 91,26 < 200
oke
= 13,5
λc
=
√
=
λf
29,06 x 0.035
= 1,02 memenuhi 0,25 <
b = 2.tf 200 = 2 x14
< 1,2
maka ω =
= 7,143 Ω
= 1,22
Nn
= Ag x ƒcr = Ag x ƒy/ω
Web
:
λw
h = tw
= 860 mm2 x (240 MPa/1,22)
d 2(r tf ) tw =
= 169180 N
500 2(20 14) 9 =
= 16,92 T Nu
= Ø Nn
= 48
= 0,85 x 16,92
170
= 14,38 T > 5,3275 T OKE!! Perencanaan Balok Desain ulang dicoba Profil IWF 500.200.14.9
Flange :
b
= 200 mm
h
= 500 mm
tf
= 14 mm
tw
= 9 mm
r
= 20 mm
ƒy
= 290 Mpa
ƒu
= 500 MPa
=
λf
<
7,143 < Kompak.
λp
Dengan data profil :
λp
48
λp 9,98
Penampang
1680 1680 fy = 290 = 98,653 = < 98,653 Penampang Kompak.
Zx )
170 fy = 290 = 9,98
1 = b.tf.(d- tf ) + 4 . Tw. (d-2tf
2
1 = 200 x 14 (500-14) + 4 x 9
(500-2.14)2 = 1360800 + 501264
= 1862064 mm3 Mp
= Zx x ƒy
200 x14 3 3 = 2.
= 1862064 mm3 x 290
= 365866,667 mm4
= 53999850 N.mm
Iy h 2 = 2 2
N/mm2 Iw
= 54 T.m ØMp = 0,9 x 54 27,7 T.m OKE!!
1840.10 4 mm 4 2 =
= 48 T.m >
500 2 mm 2 2 = 1,15 . 1012 mm6
- Kuat Lentur Nominal dengan Pengaruh Tekuk Lateral (LTB) Mcr
L
= Cb.
E.Iy.G.J Iy.Iw(
.E L
.) 2 = 12,5 x27,7 x10 7 Nmm (2,5 x 27,7 x10 7 ) (3x4,1x10 7 ) (4 x14 x10 7 ) (3x3,3x10 7 ) Nmm
Dengan data profil : b
= 200 mm
h
= 500 mm
tf
= 14 mm
346,25 = 147,45
= 2,3 ≤
2,3
OKE! Mcr
= Cb.
E.Iy.G.J Iy.Iw(
.E
.) 2
tw
= 9 mm
L
r
= 20 mm
= 2,39 x
ƒy
= 290 Mpa
3,14 3,14 x.2 x105 2 2 x105 x1840 x104 x8 x104 x365866,667 1840 x104 x1,15 x1012 ( .) 8400 8400
ƒu
= 500 MPa
L
= 8400 mm
G
= 80.000 Mpa
Ix
= 41900 . 104 mm4
Iy
= 1840 . 104 mm4
J
bf .t 3 = 2. 3
=2,39 x 3,738x10
4
L
1,077 x10 23 1,18x10 23
= 42,468 T.m < 48 T.m
OKE!!
- Cek terhadap Lentur Profil IWF 500.200.14.9
:
Ix
= 41900.104 mm4
Iy
= 1840.104 mm4
Zx
= 1690.103 mm3
Zy
=
ƒy
= 290 MPa
∆
5ML2 = 48 EI
Nu
= 147,0371 T
Direncanakan Profil 700.300.24.13, (jepit-jepit)
185.103 mm3
IWF
Dengan data profil :
7
∆x
kritis yang ditinjau : P = Nu = 216,86, Muy = 22,71 T.m, Mux = 24,61 T.m
b
= 300 mm
h
= 700 mm
tf
= 24 mm
tw
= 13 mm
2
5 x27,7.10 x8400 4 = 48 x200000 x 41900.10 = 24,3 mm
r
= 28 mm
Batas Lendutan izin = L/240 = 8400/240 = 35 mm
ƒy
= 290 Mpa
∆x
∆
ƒu
= 500 MPa
35 mm
A
= 235,5x102 mm2
Ix
= 201000x104 mm4
Iy
= 10800x104 mm4
rx
= 293 mm
ry
= 67,8 mm
<
24,3 mm < OKE!!
Gambar Struktur Balok Profil IWF 500.200.14.9
Maka nilai GA dan GB : GB
= 1 (Perletakan Jepit)
GA
( Ica / Lca) = ( Iba / Lba) (201000 x10 4 mm 4 / 3600mm) 4 4 = (41900 x10 mm / 8400mm)
Perencanaan Kolom Ditinjau kolom yang Mengalami gaya P serta Mux dan Muy pertemuan dua portal
558333,333 = 49880,952 = 11,19
Dari nomogram maka nilai k = 1,9 periksa kelangsingan penampang
Arah sumbu bahan : (sumbu x)
Flage :
λf
λx
b = 2.tf
1,9 x3600mm 293mm =
300 = 2 x 24
= 23,344 Arah sumbu bebas bahan : (sumbu y)
= 6,25
λy
Web :
λw
= 50,442 λx
700 2(28 24) 13 =
λcy
170 fy = 290 = 9,98
=
λf
<
λp
<
9,98
=
Penampang
1680 fy =
<
y =
fy E
= 0,61
1680 290 =
0,25 < 0,61 < 1,2 maka :
ω
λp
45,846 < 98,653 Penampang Kompak
1,43 = 1,6 0,67c 1,43 = 1,6 0,67 x0,61
98,653 λw
λy
50,442 290 200000 = 3,14
170
λp
<
23,344 < 50,442 (batang menekuk kearah sumbu lemah)
= 45,846
λp
k.Ly = ry 1,9 x1800mm = 67,8mm
h = tw d 2(r tf ) tw =
6,25 Kompak.
k.Lx = rx
= 1,2 Nn
= Ag x ƒcr
fy
= Ag x =
Zy
235,5x102
mm2
x
290 N / mm 2 1,2
1 = (0,5 x 300 x 24) 300 + 4 x
132(700-2.24) = 5691250 N
= 1080000 + 27547
= 0,85 x 569,125 T
= 1107547 mm3
= 484 T T
1 1 =( 2 b.tf)b + 4 . Tw. 2(h-2tf )
>
Mny
216,8
OKE!!
= Zy x ƒ y = 1107547 mm3 x 290
P = Nu = 216,86, Muy = 22,71 T.m, Mux = 24,61 T.m Nu 216,8 Nn = 484 = 0,4 > 0,2 Nu 8 Mux Muy Nn + 9 Mnx Mny ≤1
Mencari Mnx
N/mm2 = 421188630 N.mm = 42,12 T.m ØMny = 0,9 x 42,12 = 37,91 T.m 8 24,61 22,71 9 163 37 , 91 ≤1 0,4 +
0,4 + 0,6 = 1 OKE!! Zx
1 = b.tf.(d- tf ) + 4 . Tw. (d-2tf )2
Gambar Struktur Kolom Profil IWF 700.300.24.13
1 = 300 x 24 (700-24) + 4 x
13(700-2.24)2 = 4867200 + 1381588 = 6248788 mm3 Mnx
= Zx x ƒy = 6248788 mm3 x 290
N/mm2 = 1812148520 N.mm Perencanaan Sambungan = 181,21 T.m ØMnx = 0,9 x 181,21 = 163 T.m
a. Sambungan Balok – Balok
= 19,67 T Tahan Tumpu pada bagian flens dari Balok : ØRn
= 0,75 (2,4.ƒup).db.tp
= 0,75 (2,4 x 621MPa) x 16mm x 17mm Direncanakan Baut Ø16mm
= 30,4 T
Memikul gaya geser terfaktor V = 10 T
Tahanan geser baut dengan satu bidang geser :
μ
= Koefisien gesek = 0,35
ØRn
m
= jumlah bidang geser = 1
= 0,75 (0,4 x 807MPa ) x (0,25 x 3,14 x 162)mm2
Tb = Gaya taarik minimum pada pemasangan baut Ø16=95kN
= 0,75 (0,4.ƒub).m.Ab
= 4,85 T Tahana Tarik Baut :
Cek kekuatan baut : Vd
ØRn
= ؃.Vn
= 0,75 (0,75.ƒub).Ab
= 0,75 (0,75 x 807MPa ) x (0,25 x 3,14 x 162)mm2
= ؃.1,13.μ.m.Tb = 0,75 x 1,13 x 0,35
= 9,12 T
x 1 x 95 kN Perhitungan Jumlah Baut Flens Balok :
= 2,8 T Banyak baut = 10 T/2,8 T = buah baut Ø16 b.
4
Mu = 16,88 Tm 16,88 x 103 T.mm
Sambungan Penahan Momen (Balok-Kolom)
Gaya Geser = Tmm/600mm
Direncanakan Baut HTB baut Ø16, ƒup = 621 Mpa, ƒub = 807 MPa
= 16,88x103
= 28, 13 T Jumlah Baut = 28, 13 T/4,85T = 6 buah baut.
Tahan Tumpu pada bagian web dari Balok : ØRn
Pada
= 0,75 (2,4.ƒup).db.tp c.
Sambungan web balok dengan flens kolom :
= 0,75 (2,4 x 621MPa) x 16mm x 11mm Pu
= 142 T
Jumlah Baut = 142 T/4,85T = buah baut.
d.
28
Sambungan Kolom-Pile Cap Direncanakan Baut Mutu Tinggi Ø 32 Tahanan geser baut dengan satu bidang geser : ØRn
= 0,75 (0,4.ƒub).m.Ab
= 0,75 (0,4 x 807MPa ) x (0,25 x 3,14 x 322)mm2 = 19,46 T Mu
= 27000 T.mm / 700 mm = 38,57 T
Banyak = 38,57/19,46 = 2 buah baut Pu Banyak T/19,46 T
= 147,04 T = 147,04 = 8 buah Baut
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA Setiawan, Agus. Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD(Berdasarkan
SNI 03-1729-2002). 2008.
Erlangga,
Jakarta,
Suggono K. H, Buku Teknik Sipil, Nova, Bandung,1979 Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung. PPIUG (1983). Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung.SNI 03-1729-2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung.SNI 03-28472002. Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung.SNI 03-1726-2003.
