JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
MODIFIKASI PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG RAWAT INAP KELAS 1 RSUD SIDOARJO DENGAN MENGGUNAKAN HEXAGONAL CASTELLATED BEAM Ridha Novikayanti Sholikhah, dan Heppy Kristijanto Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Struktur baja mempunyai kekuatan yang tinggi dan sama kuat pada kekuatan tarik maupun tekan dan baja adalah elemen struktur yang memiliki batasan sempurna yang akan menahan beban jenis tarik aksial, tekan aksial, dan lentur dengan fasilitas yang hampir sama. Hexagonal castellated beam sebagai salah satu alternatif material struktur memiliki beberapa keunggulan yaitu efisien digunakan pada bentang yang panjang, meningkatkan kekakuan lentur, momen inersia yang dihasilkan besar sehingga kekuatan dan kekakuan struktur lebih besar pula tanpa menambah berat balok. Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo yang semula 3 lantai akan direncanakan ulang menjadi 12 lantai dan dimodifikasi dari struktur awal berupa struktur beton bertulang konvensional menjadi struktur baja menggunakan hexagonal castellated beam. Dari modifikasi tersebut diharapkan akan menghasilkan rancangan gedung dengan menggunakan hexagonal castellated beam yang memenuhi persyaratan keamanan struktur. Kata kunci: Modifikasi, Struktur baja, Castellated beam.
I. PENDAHULUAN Saat ini telah banyak gedung yang menggunakan konstruksi baja sebagai pengganti beton bentulang konvensional. Konstruksi baja semakin diminati karena beton mempunyai berbagai kelemahan antara lain bentuk yang telah dibuat sulit untuk diubah, lemah terhadap kuat tarik, mempunyai bobot yang berat, daya pantul suara yang besar, pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi dan pengerjaan yang relatif lama. Sedangkan kelebihan baja antara lain mempunyai kekuatan yang tinggi, relatif ringan, elastis, kemudahan pemasangan di lapangan. Gedung ini terdiri dari 3 lantai. Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo yang semula 3 lantai akan direncanakan ulang menjadi 12. Akibatnya, gedung tersebut harus direncanakan ulang agar lebih efisien. Alternatif yang dilakukan antara lain merubah konstruksi beton menjadi konstuksi baja menggunakan hexagonal castellated beam. Castellated Beam adalah suatu spesifikasi profil yang ditingkatkan kekuatan komponen strukturnya dengan memotong profil aslinya dengan pola zig zag kemudian digeser dan dilas sepanjang pola.
Permasalahan Permasalahan utama: Bagaimana melakukan perencanaan ulang Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo dengan struktur baja menggunakan hexagonal castellated beam? Rincian permasalahan: 1. Bagaimana menentukan preliminary design? 2. Bagaimana merencanakan struktur sekunder? 3. Bagaimana melakukan analisa struktur menggunakan program bantu SAP 2000 V.14.2.2? 4. Bagaimana melakukan kontrol dimensi struktur? 5. Bagaimana merencanakan sambungan? 6. Bagaimana merencanakan pondasi? Tujuan Tujuan utama: Mampu merencanakan gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo menggunakan baja Hexagonal Castellated Beam. Rincian tujuan: 1. Mampu menentukan preliminary design, 2. Mampu merencanakan struktur sekunder, 3. Mampu melakukan pemodelan dan analisa struktur menggunakan program bantu SAP 2000 V.14.2.2, 4. Mampu melakukan kontrol dimensi struktur, 5. Mampu merencanakan sambungan, 6. Mampu merencanakan pondasi, Batasan Permasalahan Batasan dari permasalahan antara lain sebagai berikut: 1. Tidak menghitung biaya konstruksi gedung, 2. Tidak membahas metode pelaksanaan, 3. Perencanaan struktur mengacu pada SNI 03 – 1729 – 2002, 4. Pembebanan dihitung berdasarkan PPIUG 1983, 5. Beban gempa dihitung berdasarkan SNI 03-1726-2002. 6. Program bantu yang digunakan adalah SAP 2000 V.14.2.2 dan AutoCAD, 7. Perencanaan dilakukan pada gedung 12 lantai pada zona gempa 2, menggunakan Hexagonal Castellated Beam nonkomposit.
II. TINJAUAN PUSTAKA Castellated beam adalah profil baja H, I, atau U yang kemudian pada bagian badannya dipotong memanjang dengan pola zig-zag. Kemudian bentuk dasar baja diubah dengan menggeser atau membalik setengah bagian profil baja yang telah dipotong. Penyambungan setengah profil dilakukan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 dengan cara di las pada bagian “gigi-giginya” sehingga terbentuk profil baru dengan lubang berbentuk segi enam (hexagonal), segi delapan (octogonal), dan lingkaran (circular) sehingga menghasilkan modulus penampang yang lebih besar. Kelebihan Castellated beam 1. Momen inersia dan modulus penampang yang lebih besar, 2. Mampu memikul momen yang lebih besar, 3. Bahannya ringan, kuat, dan mudah dipasang, 4. Profil Castellated beam cocok untuk bentang panjang, 5. Dapat digunakan untuk gedung tingkat tinggi dan bangunan perindustrian. Kekurangan Castellated beam 1. Profil Castellated beam kurang tahan api, 2. Kurang kuat menerima gaya lateral, sehingga perlu diberi satu atau lebih pelat pada ujung-ujung, 3. Pada ujung-ujung bentang (di sudut profil) terjadi peningkatan pemusatan tegangan (stress consentration), 4. Tidak sesuai untuk bentang pendek dengan beban yang cukup berat. Geometri Castellated Beam Pendekatan rumus dimensi castellated Demirdjian, S. (1999) adalah sebagai berikut:
2 III. METODOLOGI MULAI Penentuan dan Pencarian Data
Studi Literatur
Penentuan Dimensi Struktur Sekunder Perhitungan Struktur Sekunder 1. Pelat Lanati 2. Tangga 3. Balok Anak
NO
Kontrol Dimensi Struktur Sekunder
YES Penentuan Dimensi Struktur Primer Pemodelan dan Analisa Struktur Dengan SAP 2000 v.14.2.2 (3 Dimensi)
menurut
tan ø =
Perhitungan Struktur Primer 1. Balok 2. Kolom YES
(bila tidak ada pelat maka hp = 0)
Kontrol Dimensi Struktur Primer
Rasio penambahan tinggi balok b
Perencanaan Sambungan
dt
e
ø
h
s
e
s
bf
dg
Gambar. 2. Bagan alir metodologi penyelesaian Tugas Akhir
tf
tw
db
(b) Gambar. 1.(a) Pola pemotongan zig – zag pada profil asli balok 1.(b) Geometri penampang Hexagonal Castellated beam
Demirdjian, S. (1999) menyatakan bahwa dengan pendekatan rumus maka dimensi Castellated beam dapat dihitung sebagai berikut: tan ø = (bila tidak ada pelat maka hp = 0)
Rasio penambahan tinggi balok
Penggambaran Detail Struktur dan Sambungan FINISH
dt
ho
ø
d
db
(a)
b
Perencanaan Poer dan Pondasi
Data bangunan eksisting: Nama Gedung : Gedung Rawat Inap Kelas 1 Sidoarjo Jumlah lantai : 3 lantai Tinggi gedung : 15,72 meter Zone gempa : 2 Struktur Utama : Beton Sistem struktur : Sistem Rangka Pemikul Menengah (SRPMM) Data modifikasi bangunan: Nama Gedung : Gedung Rawat Inap Kelas 1 Sidoarjo Jumlah lantai : 12 lantai Tinggi gedung : 48 meter Zone gempa : 2 Struktur Utama : Castellated Beam Non Komposit Sistem Struktur : Sistem Rangka Pemikul Menengah (SRPMM)
RSUD
Momen RSUD
Momen
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Kriteria desain Profil BJ 41
3 Perencanaan pengaku pelat tangga
fy = 250 Mpa 410 Mpa fu = Baut BJ 50 fy = 290 Mpa fu = 500 Mpa Modulus elastisitas E = 200000 Mpa Mutu beton fc’ = 30 Mpa fy (tul. utama) = 410 MPa fy (tul. sengkang) = 250 Mpa
pelat baja 3mm profil siku 50.50.6
25
Gambar. 4. Pengaku pelat tangga Menggunakan profil siku 50.50.6
IV. ANALISA STRUKTUR SEKUNDER Perencanaan Pelat Perencanaan pelat menggunakan tabel perencanaan praktis yang ada dari PT BRC LYSAGHT INDONESIA. Bondek yang digunakan mempunyai tebal 0,75 mm dengan tegangan leleh minimum sebesar 4800 kg/cm2, dan tulangan susut menggunakan wiremesh M5. 1.
Tabel 1. Penulangan Pelat Beban Tebal Tulangan Jenis Bentang Berguna Negatif Tulangan Pelat Pelat (m) 2 2 (cm) (kg/m ) (cm /m) Atap 200 1.5 9 0.59 Ø8 – 300 Lantai 400 1.5 9 0.85 Ø8 – 250 - Tulangan menggunakan baja BJ 37 (fy = 4800 kg/cm2) - Bentang menerus dengan tulangan negatif tanpa penyangga 2.
Perencanaan Balok Anak Balok anak menumpu diatas dua tumpuan sederhana dan direncanakan menggunakan profil WF dengan mutu baja BJ 41. Tabel 2. Gaya dalam maksimum balok anak Jenis Balok anak Atap Lantai
Mu (kg.m)
Vu (kg)
fx (cm)
3665.79 5627.61
2443.86 3751.74
1.5 1.22
Perencanaan pelat bordes Direncanakan menggunakan pelat baja tebal 3 mm. Qu = 1,2 qD + 1,6 qL = 762,396 kg = 15,25 kgm Mu = 1/8 x qu x L2 Mp = fy x Zx = 25,31 kgm Perencanaan balok bordes Direncanakan menggunakan profil siku 50x50x6 Vu = 1,2 VD + 1,6 VL = 157,71 kg Mu = 1,2 MD + 1,6 ML = 59,14 kgm Kontrol lendutan Lendutan ijin f =
L
240
Mp = fy x Zx Vn = 0,6 x fy x Aw
=
150
240
= 0,63 cm
= 20730 kgcm = 4500 kg
Perencanaan balok utama tangga Menggunakan profil WF 200x100x4,5x7 Perencanaan balok penumpu bordes Menggunakan profil WF 200x100x4,5x7
V. ANALISA STRUKTUR PRIMER
Tabel 3. Kapasitas profil balok anak Jenis Balok anak Atap Lantai
Profil WF
Mn (kg.m)
250x125x5x8 7634 300x150x5,5x8 11375.637
Vn (kg)
f (cm)
15600 21120
1.67 1.67
3. Perencanaan Tangga Perencanaan pelat tangga pelat 3mm profil siku
Gambar. 3. Pelat tangga Menggunakan plat dengan tebal, t = 3 mm
Gambar. 5. Pemodelan struktur gedung yang direncanakan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Kontrol Partisipasi Massa Tabel 4. Nilai partisipasi massa struktur Mode 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Period 2.211 2.202 2.162 0.732 0.728 0.724 0.414 0.408 0.407 0.280 0.271 0.270
UX 0.000 0.127 76.700 0.000 0.157 9.800 4.100 0.000 0.009 2.400 0.000 0.001
UY 76.400 0.000 0.000 10.400 0.000 0.000 0.000 4.300 0.000 0.000 2.500 0.000
UZ SumUX SumUY SumUZ 0.000 0.000 76.400 0.000 0.000 0.127 76.400 0.000 0.000 76.800 76.400 0.000 0.000 76.800 86.800 0.000 0.000 77.000 86.800 0.000 0.000 86.800 86.800 0.000 0.000 90.900 86.800 0.000 0.000 90.900 91.100 0.000 0.000 90.900 91.100 0.000 0.000 93.300 91.100 0.000 0.000 93.300 93.600 0.000 0.000 93.300 93.600 0.000
Dari tabel di atas menunjukkan bahwa dengan 8 mode sudah mampu memenuhi syarat partisipasi massa sesuai SNI 1726 ps 7.2.1. Kontrol Waktu Getar Struktur T≤ζn Untuk wilyah gempa 3 maka nilai ζ = 0,19 ; n = 12 Dari hasil analisa SAP v.14.14.2 didapat waktu getar T = 2,211 detik (OK) T1 = (0,19 x 12) = 2,28 detik ≤ T Kontrol Nilai Akhir Respon Spektrum Dari hasil analisis struktur didapatkan: Vx = 420226,28 kg Vy = 412091,76 kg
80% Vstatis = 0,8 x 218123,94 = 174499,15 kg Vx dinamis > 80% Vstati 420226,28 kg > 174499,15 kg (OK) Vy dinamis > 80% Vstatis 412091,76 kg > 174499,15 kg (OK) Balok atap memanjang Dari hasil output SAP v11.2.2 diperoleh: Vu = 4712,01 kg Mu = 6592,72 kgm Balok atap menggunakan profil asal WF 250x125x5x8 yang kemudian dirubah menjadi profil Castellated Beam 310x125x5x8. Mutu baja BJ 41 fy = 250 Mpa ; fu = 410 Mpa Modulus elastisitas E = 200000 Mpa Menghitung momen inersia pada arah sumbu x dan sumbu y Ix Castellated Beam pada penampang tanpa lubang 4
= 55836175,33 mm Ix Castellated Beam pada penampang dengan lubang = 55041748,67 mm4 Ix rata – rata = 55438962 mm4
4 Iy Castellated Beam pada penampang tanpa lubang = 7968057,833 mm4 Iy Castellated Beam pada penampang dengan lubang = 7966766,166 mm4 Iy rata – rata = 7967412 mm4 Zx Castellated Beam pada penampang tanpa lubang Zx Castellated Beam pada penampang dengan lubang
Mp = fy x Zx = = 1019072,5 kgcm = 9710,225 kgm Mn = Mp – fy x As Kontrol kapasitas momen < Ø Mn Mu 6592,72 kgm < 8739,2 kgm (OK) Syarat ASCE 4.2. hal 3319 1. Perbandingan lebar terhadap tinggi lubang (OK) 2. Kapasitas geser nominal maksimum pada lubang (OK)
Kontrol kuat geser
(OK) Parameter lubang Syarat ASCE 4.2. hal 3319
3,98 ≤ 5,6 (OK) Persamaan interaksi geser – lentur (Syarat ASCE hal 3316)
0,657
≤
1
(OK)
Kolom lantai 1 – 4 Kolom menggunakan profil King Cross 800x300x14x26. Baja BJ 41, dimana nilai fy =250 Mpa dan fu = 410 Mpa. Nilai gaya dalam maksimum sebagai berikut: Akibat beban gravitasi (kombinasi 1,2 D + 1,6 L) Mntx1 = 502,27 kgm Mntx2 = 1214,29 kgm Mnty1 = 1551,92 kgm Mnty2 = 1349,09 kgm Nu = 417068,00 kg
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
kgm kgm kgm kgm
T 500x200x10x16 Stiffner plate t = 7 mm
6Ø25 4Ø25
50
75
75
45
100 50
KC 800x300x14x26
Akibat beban lateral Mltx1 = 27828,54 Mltx2 = 11842,29 Mlty1 = 7568,26 Mlty2 = 2350,15 Nu = 384686,83kg
5
Momen balok
2Ø19
8Ø19 30
CB 562.5x200x8x12
70
60 60
562.5
100
60
70
30
2L 70.70.7 infill plate
50 100 75
50
75
45
6Ø25
4 Ø 25
Gambar 7. Sambungan pada balok induk – kolom (lantai 2) Terhadap sumbu Y
4Ø25
4Ø25 70 40
40 80
80
80
80
80
40
Kuat tekan nominal Nu = 417068,00 kg Kontrol Interaksi Beam – Column
160
70
Pelat 14mm
8Ø25 4Ø25
CB 500x200x7x11 2Ø16
CB 500x200x7x11 2Ø16
4Ø16
60
60
40
40
500 WF 250x125x5x8
2L 60.60.6 WF 250x125x5x8
(a) (b) Gambar 6.(a) Sambungan pada balok anak atap – balok induk eksterior 6.(a) Sambungan pada balok anak atap – balok induk interior
40
40
80
4Ø25
40
40
40 80
80
80
40
500
80
80
80
40
40
40
KC 800x300x14x26
VI. SAMBUNGAN
2L 60.60.6
40 70
(a)
(OK)
4Ø16
4Ø25
70
80
KC 800x300x14x26
Momen nominal
160
80 40
Pelat 14mm
(b) Gambar 8. Sambungan kolom – kolom lantai 2
Pelat 14mm
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 VII. PERENCANAAN PONDASI Pondasi menggunakan tiang pancang dari WIKA. Diameter tiang : 400 mm Tebal tiang : 75 mm Type : A2 : 121,10 T Allowable axial : 18 m Kedalaman tiang
4 D22 50
Ø10-200
4 D22 50
Ø10-200
2D22 400
2D22 400
4 D22
50
4 D22
50 50
300
50
50
300
50
Gambar 9. Penulangan sloof pada daerah lapangan dan tumpuan VIII. KESIMPULAN Kesimpulan yang didapat dari hasil modifikasi perencanaan gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo antara lain sebagai berikut: Perencanaan pelat Pelat atap = Tebal 9 cm dan tulangan Ø8 – 300 Pelat lantai 2 – 11 = Tebal 9 cm dan tulangan Ø8 – 250 Perencanaan balok anak Balok anak atap = WF 250x125x5x8 Balok anak lantai 2 – 19 = WF 300x150x6,5x9 Perencanaan balok tangga Tebal pelat tangga = 3 mm Pengaku pelat tanga = profil siku 50 x 50 x6 = 3 mm Tebal pelat bordes Balok utama tangga = WF 200x100x4,5x7 Balok penumpu bordes = WF 200x100x4,5x7 Perencanaan balok lift Balok penggantung lift = WF 250x125x6x9 Balok penumpu lift = CB 310x125x5x8 Perencanaan balok induk Balok induk atap memanjang = CB 310x125x5x8 Balok induk atap melintang = CB 500x200x7x11 Balok induk lantai memanjang = CB 500x200x8x13 Balok induk lantai melintang = CB 562,5x200x8x12 Perencanaan kolom Kolom lantai 1 – 4 = KC 800x300x14x26 Kolom lantai 5 – 8 = KC 700x300x13x24 Kolom lantai 9 – 12 = KC 600x200x11x17 Perencanaan pondasi Pondasi Interior (P1) a. Tiang Pancang Diameter tiang pancang = 0,4 m Mutu tiang pancang = A2 Kedalaman tiang pancang = 18 m Jumlah tiang pancang tiap poer = 9 buah b. Poer
6 Dimensi Tulangan tarik arah x Tulangan tekan arah x Tulangan tarik arah y Tulangan tekan arah y Pondasi Eksterior (P2) a. Tiang Pancang Diameter tiang pancang Mutu tiang pancang Kedalaman tiang pancang Jumlah tiang pancang tiap poer b. Poer Dimensi Tulangan tarik arah x Tulangan tekan arah x Tulangan tarik arah y Tulangan tekan arah y Sloof Dimensi Tulangan utama Tulangan sengkang
= 3,5 x 3,5 x 1,0 m = D22 – 100 = D16 – 100 = D22 – 100 = D16 – 100 = 0,4 m = A2 = 18 m = 4 buah = 2,0 x 2,0 x 1,0 m = D22 – 100 = D16 – 100 = D22 – 100 = D16 – 100 = 40x50 cm = 10D22 = Ø10 – 200
UCAPAN TERIMA KASIH Dalam pengerjaan tugas akhir ini, penulis mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatanini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Orang tua, kakak, dan keluarga besar atas segala motivasi, dukunganan doa yang diberikan 2. Bapak Ir. Heppy Kristijanto, Ms selaku dosen pembimbing yang telah membimbing dan memberi masukan dalam pengerjaan tugas akhir ini, 3. Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Sipil Program Lintas Jalur FTSP – ITS Surabaya 4. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang secara lansung maupun tidak langsung membantu dalam prosen penyelesaian tugas akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA American Society Civil Engineering, 1992. “Proposed Spesification For Structural Steel Beams With Web Openings”. Journal of Structural Engineering, Vol 118, No 12. Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03 – 1726 – 2002). Bandung: BSN. Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan gedung (SNI 03 – 1729 – 2002). Bandung: BSN. Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983. Bandung: Yayasan Lembaga penyelidikan Masalah Bangunan. Ibrahim, Marwan dan Isdarmanu. 2006. Buku Ajar Struktur Baja I. Surabaya: Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
