1
Modifikasi Perencanaan Gedung Office Block Pemerintahan Kota Batu Menggunakan Struktur Komposit Baja Beton Amanda Khoirunnisa, Heppy Kristijanto, R. Soewardojo. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrak : Seiring berkembangnya waktu, kebutuhan-kebutuhan akan fasilitas umum pun semakin banyak, sehingga semakin banyak pula pembangunan yang dilaksanakan. Namun, ketersediaan lahan saat ini tidak seimbang dengan banyaknya pembangunan yang sedang berjalan. Ketesediaan lahan yang semakin sempit menuntut agar pembangunan yang berjalan tidak memakan lahan yang terlalu besar, oleh karena itu banyak pembangunan fasilitas umum dibuat menjadi gedunggedung bertingkat seperti gedung Office Block Pemerintahan Kota Batu yang terdiri atas lima blok perkantoran. Blok A merupakan gedung bertingkat lima lantai, sedangkan blok B, C, D, dan E merupakan gedung bertingkat 3 lantai yang dibangun dengan menggunakan beton konvensional. Gedung tersebut akan direncanakan ulang menjadi dua blok, blok A berlantai sepuluh dan blok B berlantai tujuh dengan menggunakan struktur komposit baja beton. Penampang komposit adalah penampang yang terdiri dari profil baja dan beton yang digabung bersama untuk memikul beban tekan dan lentur. Batang yang memikul lentur umumnya disebut dengan balok komposit, sedangkan batang yang memikul beban tekan, tekan dan lentur umumnya disebut dengan kolom komposit. Penampang komposit mempunyai kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan penampang lempeng beton dan gelagar baja yang bekerja sendiri-sendiri, selain itu penampang ini dapat menahan beban yang lebih besar atau beban yang sama dengan lenturan yang lebih kecil pada bentang yang lebih panjang. Tujuan dari tugas akhir ini adalah menghasilkan perencanaan struktur gedung komposit baja-beton yang rasional dengan memenuhi persyaratan keamanan berdasarkan SNI 03-28472002, SNI 03-1729-2002, SNI 03-1726-2002, dan PPIUG 1983. Hasil yang didapat dari perencanaan gedung berdasarkan analisa struktur yang memenuhi persyaratan keamanan struktur antara lain balok induk lantai 1-10 dan lantai atap menggunakan baja profil WF 400x200x8x13, kolom lantai 1-3 menggunakan baja profil KC 600x200x11x17, lantai 4-6 KC 400x200x8x13 dan lantai 7-10 KC 300x150x6,5x9. Pelat lantai dan pelat atap yan digunakan adalah pelat bondek dan pondasi gedung ini menggunakan pondasi tiang pancang dengan diameter 40 cm dengan kedalaman 10 m. Kata Kunci— Gedung Office Block Pemerintahan Kota Batu, baja, beton, struktur komposit.
I. PENDAHULUAN eiring berkembangnya waktu, kebutuhan kebutuhan akan fasilitas umum pun semakin banyak, sehingga semakin banyak pula pembangunan yang dilaksanakan. Namun, ketersediaan lahan saat ini tidak seimbang dengan banyaknya pembangunan yang sedang berjalan. Ketersediaan lahan yang semakin sempit menuntut agar pembangunan yang berjalan tidak memakan lahan yang terlalu besar, oleh karena itu banyak pembangunan fasilitas umum dibuat menjadi gedung-gedung bertingkat, seperti gedung Office Block Pemerintahan Kota Batu yang terdiri atas lima blok perkantoran. Blok A merupakan gedung bertingkat lima lantai, sedangkan blok B, C, D, dan E merupakan gedung bertingkat 3 lantai yang dibangun dengan menggunakan beton konvensional. Gedung tersebut akan direncanakan ulang menjadi dua blok, blok A berlantai sepuluh, dan blok B berlantai 7 dengan mengunakan struktur komposit baja beton. Struktur komposit merupakan campuran beton dengan baja profil, dimana pada beton bertulang konvensional gaya tarik yang dialami elemen struktur dipikul oleh besi tulangan, sedangkan pada beton komposit gaya tarik yang dialami elemen struktur dipikul oleh profil baja. Jika ditinjau dari segi kualitas dan efisiensi waktu pekerjaan bangunan dengan struktur baja kompisot lebih menguntungkan. Keistimewaan yang nyata dalam sistem komposit adalah (1) Penghematan berat, (2) Penampang balok baja yang digunakan lebih kecil, (3) kekakuan lantai meningkat, (4) kapasitas menahan beban lebih besar, (5) Penjang bentang untuk batang tertentu dapat lebih besar.[2] Struktur komposit semakin banyak dipakai dalam rekayasa struktur. Dari beberapa penelitian, struktur komposit mampu memberikan kinerja struktur yang lebih baik dan lebih efektif dalam meningkatkan kapasitas pembebanan, kekakuan dan keunggulan ekonomis. [3] Penampang komposit mempunyai kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan penampang lempeng beton dan gelagar baja yang bekerja sendiri-sendiri, dengan demikian
2
penampang komposit mampu menahan beban yang lebih besar atau beban yang sama dengan lenturan yang lebih kecil pada bentang yang lebih panjang. Jika untuk mendapatkan aksi komposit bagian atas dibungkus dengan lempeng beton, maka akan didapat pengurangan pada tebal seluruh lantai, dan untuk bangunan-bangunan tinggi, keadaan ini membuat pembangunan lebih hemat cukup banyak dalam volume, pekrjaan pemasangan kabel, pekerjaan saluran pendingin ruangan, dinding, pekerjaan saluran air, dan lain-lain.[3] II. URAIAN PENELITIAN A. Jenis dan Konsep Penelitian Analisa struktur dilakukan dengan menggunakan program bantu. Hasil dari analisa struktur kemudian dikontrol berdasarkan persyaratan keamanan berdasarkan peraturan-peraturan yang ada. B. Proses Penelitian Proses penelitian ini ditampilkan dalam sebuah diagram alir metodologi yang dapat dilihat pada diagram alir dibawah ini MULA
PENGUMPULAN DATA
DATA UMUM BANGUNAN
DATA TANAH
STUDI LITERATUR
PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER
PERENCANAAN BALOK ANAK
PERENCANAAN TANGGA
PERENCANAAN PELAT LANTAI DAN ATAP
PERENCANAAN BALOK LIFT
PRELIMINARY DESAIN DAN PEMBEBANAN
PRELIMINARY DESAIN BALOK INDUK
PRELIMINARY DESAN KOLOM
A. Perencanaan Struktur Sekunder Perencanaan struktur sekunder pada gedung ini meliputi: - Perencanaan Tangga - Perencanaan pelat lantai dan atap - Perencanaan balok lift - Perencanaan balok anak B. Perencannan Struktur Primer - Pembebanan Struktur Utama 1. Beban Sebelum Komposit a. Beban mati Bebat pelat bondek Berat pelat beton b. Beban Hidup Lantai atap (qL) = 100 kg/m2 Lantai Penghunian (qL) = 100 kg/m2 2. Beban Mati Setelah Komposit a. Beban Mati Pelat Atap (qD1) Beban aspal Berat rangka dan plafond Berat ducting plumbing Pelat Lantai (qD2) Beban spesi Beban keramik Berat rangka dan plafon Berat ducting plumbing Berat Sendiri (qD3) Berat pelat bondek Berat pelat beton Beban Lift Beban lift adalah beban terpusat dari balok lantai teratas. b. Beban Hidup Lantai atap (qL= 100 kg/m2 Lantai Penghunian (qL)= 250 kg/m2
PEMBEBANAN
BEBAN MATI
BEBAN HIDUP
BEBAN GEMPA
Analisa Struktur Menggunakan Program Bantu
BEBAN ANGIN NOT OK
PERMODELAN DAN ANALISA STRUKTUR
KONTROL DESAIN OK PERENCANAAN PONDASI
PENGGAMBARAN HASIL PERENCANAAN
SELESAI
Gambar 1. Diagram Alir
III. HASIL DAN DISKUSI Perencanaan dilakukan mulai dari perencanaan struktur sekunder yang terdiri dari perencanaan tangga, pelat lantai dan atap, perencanaan balok lift dan perencanaan balok anak. Selanjutnya perencanaan struktur primer, yaitu balok induk dan kolom, dan yang terakhir perencanaan pondasi.
Gambar 2. Permodelan Struktur 3
-
Kontrol Batas Simpangan Δs = x h1 =
x4
= 0,014 m = 14 mm
3
-
Perencanaan Balok Induk Melintang Kondisi balok induk melintang sebelum komposit Direncanakan menggunakan profil WF 400 x 200 x 8 x 13 Mu = 6400,312 kgm Vu = 4417,71 kg Kontrol Kuat Momen Lentur - Tekuk local (local buckling) Sayap : = = 7,7 < λp λp =
√
=
√
= 10,75
Badan : = = 42,57 < λp λp =
-
√
=
= 106,25
√
Penampang kompak, maka Mn = Mp = Zx x fy = 1286 x 2500 = 3215000 kgcm Tekuk lateral (lateral buckling) Jarak penahan lateral (Lb) = 600 cm Dari tabel profil untuk profil WF 400x200x8x13 dengan mutu baja BJ41, diperoleh : Lp = 226,003 cm Lr = 658,257 cm Karena Lp < Lb < Lr, maka termasukbentang menengah, sehingga : [
Mn=
(
)
Mp Cb =
-
beff < S = 600 cm pakai beff 150 cm b. Kontrol kuat momen lentur - Tekuk local (local buckling) Badan = = 42,57 < λp λp =
√
=
√
= 106,25
profil penampang kompak distribusi tegangan plastis. - Menghitung momen nominal (Mn) Menentukan gaya yang terjadi : T1 = 0,85 x f’c x t pelat x beff = 0,85 x 350 x 5,7 x 150 = 254362,5 kg T2 = As x fy = 85,12 x 2500 = 212800 kg (menentukan) T2 < T1, maka garis netral plastis terletak di beton Menentukan jarak-jarak dari centroid gayagaya yang bekerja : a= = = 4,77 cm Menentukan jarak-jarak dari centroid gayagaya yang bekerja : d1 = hr + tb - = 53 + 57 = 86,15 mm d2 = 0 (profil tidak mengalami tekan) d3 = = = 200 mm
] <
< 2,3 =
< 2,3 = 1,4 < 2,3 Mp = Zx x fy = 1286 x 2500 = 3215000 kgcm Mr = Sx x fL = 1190 x 1800 = 2142000 kgcm * Mn= + = 3201258,9 kgcm = 32102,6 kgm Syarat : ØMn > Mu 28811,3 kgm > 6400,312 kg … OK Kondisi balok induk melintang setelah komposit Zona momen positif a. Lebar efektif - beff < L/4 = 600/4 = 150 cm
Gambar 3. Penampang Komposit Balok Induk Melintang
Mn = T2 (d1+d2) + T2 (d3-d2) = 212800 (86,15-0) + 212800 (200-0) = 60892,72 kgm Syarat : ØMn > Mu 0,9 x 60892,72 kgm > 10953,66 kgm 54803,45 kgm > 10953,66 kgm … OK Penampang mampu menahan beban yang terjadi. c. Kontrol kuat geser Kuat geser balok tergantung pada perbandingan antara tinggi berish badan (h) dengan tebal pelat badan (tw). = = 42,57 1,1 √ Dimana kn = 5, untuk balok tanpa pengaku vertikal pelat badan, sehingga : 1,1 √
= 1,1 √
< 1,1 √
plastis
= 69,57
4
Maka : Vn = 0,6 x fy x Aw = 0,6 x 2500 x (40 x 0,8) = 48000 kg Syarat : ØVn > Vu 43200 kg > 10640,68 kg … OK d. Kontrol lendutan Lendutan ijin : f’ = = =1,667 cm Dari hasil perhitungan dengan Etabs V9.7.1 ymax = 0,4 cm, maka : ymax < f’ … OK Zona momen negatif a. Menentukan lokasi gaya tarik pada balok baja Dari hasil output program ETABS v9.7.1 didapatkan momen negatif, Mmaks = 15568,374 kgm (B231, story9) L = 600 cm beff = ¼ . L = ¼ . 600 cm = 150 cm Dipasang tulangan pada pelat beton 10 D 10 disepanjang beff. Batang tulangan menambah kekuatan tarik nominal pada pelat beton : T = n . Ar . fyr = 10 x (0,25 x π x 12) x 2500 = 19635 kg Pyc = As x fy = 85,12 x 2500 = 212800 kg = = 96582,5 kg Gaya pada sayap Pf = bf x tf x fy = 20 x 1,3 x 2500 = 65000 kg Gaya pada badan Pw = - Pf
b.
Perhitungan momen negatif Mn = T(d1 + d2) + Pyc (d3 - d2) = 19635 (9 + 3,45) + 212800 (20 –3,45) = 3766295,75 kgcm = 37662,96 kgm Syarat : ØMn > Mu 0,9 x 37662,96 kgm > 15568,374 kgm 33896,66 kgm > 15568,374 kgm … OK Perencanaan Balok Induk Memanjang Kondisi balok induk memanjang sebelum komposit Direncanakan menggunakan profil WF 400 x 200 x 8 x 13 Mu = 3847,2 kgm ØMn= 28811,3 kgm Mu < ØMn Vu = 2526,03 kg ØVn = 43200 kg Vu < ØVn ymax = 0,1 m f’ = 1,667cm ymax < f’
-
Kondisi balok induk memanjang komposit Zona momen positif
Gambar 4. Penampang Balok Induk Memanjang
= – 65000 = 31582,5 kg Jarak garis netral dari tepi bawah sayap : aw = = = 15,8 cm Menentukan jarak-jarak dari centroid gayagaya yang bekerja d2 =
-
Mu = 6341,171 kgm ØMn= 68945,8 kgm Mu < ØMn Vu = 11866,73 kg ØVn = 43200 kg Vu < ØVn ymax = 0,3 cm f’ = 1,667cm ymax < f’ Zona momen negatif Mu = 12553,24 kgm ØMn= 33896,6 kgm Mu < ØMn Perencanaan Kolom Komposit Perencanaan Kolom Lantai 1-3
= = 3,45 cm d3 = D/2 = 40/2 = 20 cm d1 = hr + tb - c = 5,3 + 5,7 + 2 = 9 cm
setelah
Gambar 5. Kolom Komposit Lantai 1-3
Pu = 225313 kg Mux = 12186,77 kgm Muy = 12914,38 kgm
5
ØPn = 1311475,7 kg Mnx = 120907,8 kgm Mny = 118804,3 kgm < 0,2 +(
)<1
0,17 + (
)<1
0,42 < 1 Perencanaan kolom lantai 4-6
Gambar 8. Sambungan Balok Anak Lantai dengan Balok Induk Melintang Eksterior
-
Sambungan Balok Anak Lantai dengan Balok Induk Melintang Interior
Gambar 6. Kolom Komposit Lantai 4-6 Gambar 9. Sambungan Balok Anak Lantai dengan Balok Induk Melintang Eksterior
Pu = 195309 kg Mux = 7294,77 kgm Muy = 4410,57 kgm ØPn = 708441,8 kg Mnx = 83575,74 kgm Mny = 85983 kgm > 0,2 + (
-
Sambungan Balok Induk dengan Kolom
)<1
0,28 + (
)<1 Gambar 10. Sambungan Balok Anak Lantai dengan Balok Induk Melintang Eksterior
0,44 < 1 Perencanaan kolom lantai 7-10 -
Sambungan Kolom – Kolom
Gambar 7. Kolom Komposit Lantai 7-10
Pu = 24737,3 kg Mux = 10559,66 kgm Muy = 1397,65 kgm ØPn = 421661,7 kg Mnx = 36706,62 kgm Mny = 37077,64 kgm < 0,2 +( 0,06 + (
Gambar 11. Sambungan Kolom-Kolom
-
Sambungan Kolom dengan Base Plate
)<1 )<1
0,44 < 1 c. Perencanaan Sambungan - Sambungan Balok Anak Lantai dengan Balok Induk Melintang Eksterior
(a)
6
(b) Gambar 12. Sambungan Kolom - Base Plate
d. Perencanaan Pondasi - Daya dukung ijin tanah Bila direncanakan menggunakan tiang pancang diameter 40 cm dengan kedalaman 10 m, diperoleh : Ns = 27,36 Np = 48,6 K = 40 t/m2 As = x 10 = (π x 0,4) x 10 = 12,57 m2 Ap = 0,25 x π x D2 = 0,25 x π x 0,42 = 0,126 m2 Maka : QP = (Np x K) x Ap x α = (48,6 x 40) x 0,126 x 1 = 244,29 ton QS = (Ns/3+1) x As x β = (27,36/3 + 1) x 12,57 x 1 = 127,19 ton QL = QP + QS = 244,29 + 127,19 = 371,48 ton Sehingga Pijin tiang berdasarakan daya dukung tanah adalah : Pijin 1 tiang = QL / SF = 371,48 / 3 = 123,8 ton
Balok penumpu tangga = WF 250 x 175 x 7 x 11 - Perencanaan Pelat Pelat Atap = tebal 10 cm dan tulangan Ø10 – 150 Pelat Lantai 1 - 10 = tebal 11 cm dan tulangan Ø13 – 150 - Perencanaan Balok Lift Balok penggantung lift = WF 350 x 175 x 6 x 9 Balok penumpu lift = WF 350 x 175 x 6 x 9 - Perencanaan Balok Anak Balok anak lantai 1-10 = WF 350 x 175 x 6 x 9 Balok anak atap = WF 350 x 175 x 6 x 9 - Perencanaan Balok Induk Balok induk memanjang = WF 400 x 200 x 8 x 13 Balok induk melintang = WF 400 x 200 x 8 x 13 - Perencanaan Kolom Kolom lantai 1 – 3 = KC 600 x 200 x 11 x 17 Kolom lantai 4 – 6 = KC 400 x 200 x 8 x 13 Kolom lantai 7 – 10 = KC 300 x 150 x 6 x 9 - Perencanaan pondasi Pondasi Diameter tiang pancang = 0,4 m Mutu tiang pancang = A3 Kedalaman tiang pancang = 10 m Jumlah tiang pancang tiap poer = 6 buah - Poer Dimensi = 24 x 3,6 x1 m Tulangan tarik arah x = D22 – 115 Tulangan tekan arah x = D16 – 115 Tulangan tarik arah y = D22 – 115 Tulangan tekan arah y = D16 – 115 - Sloof Dimensi = 30 x 50 cm Tulangan utama = 6D22 Tulangan sengkang = Ø10 – 200 DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
(a) (b) Gambar 13. Pondasi Interior dan Eksterior
IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Kesimpulan yang didapat dari hasil modifikasi perencanaan gedung Office Block Pemerintahan Kota Batu antara lain sebagai berikut : - Perencanaan tangga Tebal pelat anak tangga = 9 cm Tebal pelat bordes = 9 cm Balok utama tangga = WF 250 x 125 x 5 x 8
[3]
[4]
Salmon, Charles G., dan John E. Johnson. 1991. Struktur Baja : Desain dan Perilaku Jilid 2. Jakarta : Erlangga. Rochman, Mochamad. 2009. Studi Kasus Kolom Komposit Dibandingkan Dengan Kolom Beton Bertulang SRPMK di Wilayah Resiko Gempa Tinggi. Surabaya: Jurusan Teknik Sipil FTSP – ITS Amon, Rene., Bruce Knobloch., dan Atanu Mazumder. 1999. Perencanaan Konstruksi Baja Untuk Insinyur dan Arsitek 2. Jakarta : PT. Pradinya Paramita.. Khoirunnisa, Amanda, Modifikasi Perencanaan Gedung Office Block Pemerintahan Kota Batu Menggunakan Struktur Komposit Baja Beton, Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember (2012).
