STUDI PERILAKU SAMBUNGAN BALOKKOLOM (BEAM-COLUMN JOINT) PADA BANGUNAN STRUKTUR KOLOM KOMPOSIT DAN BALOK BAJA (SRC COLUMN-STEEL BEAM) AKIBAT BEBAN GEMPA Nama Mahasiswa : Dhana Priniko NRP : 3105 100 036 Jurusan : Teknik Sipil Dosen Pembimbing : 1. Budi Suswanto, ST.,MT.,Ph.D 2. Ir. Heppy Kristijanto, MS. Abstrak Panel zona pertemuan balok dan kolom pada sambungan Hubungan Balok Kolom (HBK), merupakan bagian yang rawan pada struktur tahan gempa karena sifat pemencaran energinya yang spesifik. Tidak terkecuali pada konstruksi gedung yang menggunakan struktur SRC. Pada saat struktur mengalami gempa, akan terjadi gaya geser yang sangat besar pada sambungan balok dan kolom. Steel reinforced concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja didalamnya. SRC memanfaatkan kelebihan yang dimiliki oleh masing-masing elemen dasar pembentuknya, yaitu sifat kekakuan dari Reinforced concrete dan kekuatan dari struktur baja, sehingga menjadikan SRC struktur yang memiliki kekakuan dan kekuatan yang sangat tinggi.
Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja didalamnya. SRC memanfaatkan kelebihan yang dimiliki oleh masing-masing elemen dasar pembentuknya, yaitu sifat kekakuan dari Reinforced concrete dan kekuatan dari struktur baja, sehingga menjadikan SRC struktur yang memiliki kekakuan dan kekuatan yang sangat tinggi. Penelitian mengenai Stell Reinforced Concrete terus dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir di beberapa Negara seperti Jepang, Taiwan dan Amerika. Aplikasi dari SRC ini pun sudah banyak digunakan untuk struktur bangunan bertingkat antara 5-20 lantai. Fokus penelitian pada Tugas Akhir ini adalah untuk mempelajari perilaku sambungan balok-kolom (beam-column joints) pada struktur kolom komposit dan balok baja (Steel Reinforced Concrete Steel Beam). Perencanaan struktur gedung menggunakan 2 macam desain, yaitu dengan menggunakan struktur baja dan struktur kolom komposit (SRC column and Steel beam Structures). Perhitungan secara analitik untuk memprediksi besarnya kuat geser pada joint menggunakan 2 metode, yaitu Metode Superposisi Kuat Geser (Strength Superposition Method) dan Metode Strut-and-Tie (Strut-andTie Method).
BAB I PENDAHULUAN
1.2. Permasalahan Permasalahan yang ditinjau dari analisa perilaku sambungan balok-kolom ini antara lain : 1. Bagaimana hasil analisa prediksi kekuatan geser dari sambungan balokkolom dengan menggunakan superposition method. 2. Bagaimana hasil analisa prediksi kekuatan geser dari sambungan balokkolom dengan Softened strut-and-tie (SST) method. 3. Bagaimana perbandingan hasil analisa kekuatan geser sambungan balokkolom antara struktur kolom komposit baja (Steel Reinforced Concrete Steel) dengan struktur baja (Steel Structure).
1.1. Latar Belakang Pada setiap konstruksi gedung, panel pertemuan (sambungan) kolom dan balok merupakan bagian yang rawan pada struktur tahan gempa karena sifat pemecaran energinya yang spesifik. Steel reinforced concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari
1.3. Tujuan Adapun maksud dan tujuan dari studi analisa ini adalah : 1. Memprediksi kekuatan geser dari sambungan balok-kolom dengan menggunakan superposition method. 2. Memprediksi kekuatan geser dari sambungan balok-kolom
Fokus penelitian pada Proposal Tugas Akhir ini adalah untuk mempelajari perilaku sambungan balok-kolom (beam-column joints) pada struktur gedung menggunakan 2 macam desain, yaitu dengan menggunakan struktur baja dan struktur kolom komposit (SRC column and Steel beam Structures).
1
menggunakan Softened strut-and-tie (SST) method. 3. Membandingkan hasil analisa kekuatan geser sambungan balokkolom antara struktur kolom komposit baja (Steel Reinforced Concrete Steel) dengan struktur baja (Steel Structure). 1.4. Batasan Masalah Lingkup pengerjaan dalam Tugas Akhir ini meliputi identifikasi hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan sebuah gedung tingkat tinggi dari bahan baja, yaitu : 1. Konfigurasi struktur dipilih sedemikian sehingga perbandingan tinggi terhadap panjang bangunan cukup besar sehingga beban gempa dominan. 2. Tidak menghitung struktur bangunan bawah (pondasi). 3. Perencanaan sambungan hanya meninjau lokasi sambungan dengan gaya terbesar. 4. Tidak membahas detail metode pelaksanaan. 1.5
Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan pengetahuan dalam memperkirakan kekuatan geser pada sambungan balok-kolom Steel Reinforced Concrete Steel, sehingga dengan demikian dapat dilakukan perencanaan desain sambungan tahan gempa yang lebih baik.
Kemudian Chen dan Lin (2008) melakukan tes pembebanan siklik pada lima besar tipe salib balok-kolom dengan gaya dua sisi input, dilanjutkan Chen dan Budi (2009) melakukan uji pembebanan siklik delapan skala besar tipe salib beam-kolom dengan gaya satu sisi input. wilayah sambungan dari kolom yang terkena gaya geser horizontal dan vertical besarnya bisa lebih banyak daripada di balok yang bersebelahan. Bisa dilihat pada gambar dibawah ini. Jika sendi tidak dirancang dengan baik, hal ini dapat menyebabkan kegagalan geser sendi.
Gambar 2.1 Features of beam, column, and joint behavior (Chen dan Lin,2008)
2.1 Umum Rangka baja beton bertulang (SRC) biasanya terdiri dari anggota-anggota struktural baja dicirikan oleh bentuk penampang silang dan pengekang baja untuk penguatannya. Pada sambungan balokkolomnya lebih signifikan gaya gesernya saat gempa dengan jenis loading. Dengan demikian desain geser sambungan balokkolom merupakan salah satu aspek penting dalam SRC ini. Penelitian Stell Reinforced Concrete Beam-Column Joint ini diprakarsai oleh Wakabayashi (1986) di Jepang. Struktural yang digunakan untuk kolom itu terutama baja flens lebar penampang bentuk silang.
2
+
=
BAB II TINJAUAN PUSTAKA SRC
RC
Steel shape
Gambar 2.2 Steel Renforced Concrete
Gambar 2.3. Gaya yang bekerja pada sambungan balok-kolom (Hwang dan Lee,1999)
Contoh bentuk kolom SRC :
(tampak atas ukuran dalam mm)
a. single –H NEW b. Single-H Traditional SRC Type SRC Gambar 2.4. Contoh Penampang Kolom SRC (Chen dan Budi,2009) (ukuran dalam mm) Bentuk balok SRC :
a. single –H Traditional b. Single-H New SRC Type SRC Gambar 2.5.Contoh Penampang Balok SRC (Chen dan Budi,2009)(ukuran dalam mm)
2.2 Stell Reinforced Concrete Beam-Column Joint 2.2.1 Strength Superposition Method Cara ini sangat sederhana, hanya dengan menambahkan momen nominal dari Reinforced Concrete dan momen plastis dari Steel Shape-nya. Asumsi dasar kenapa digunakan momen plastis untuk steel shapenya dikarenakan kekangan beton diluar steel shape secara otomatis berlaku sebagai lateral support yang menghindarkan dari lateral torsional buckling. Sedangkan local buckling dicegah dengan pemilihan dimensi steel shape sehingga merupakan penampang kompak (pemilihan penambang baja menggunakan tabel profil umumnya sudah merupakan jenis penampang kompak). 2.2.2 Modified softened strut-and-tie method Softened strut-and-tie (SST) method, kesetimbangan, kompabilitas dan hukum keretakan beton, telah diusulkan untuk menentukan kekuatan geser balok-kolom sendi oleh Hwang dan Lee (2000). Metode modified SST total luas efektif strut diagonal dihitung sebagai penjumlahan kontribusi beton bertulang dan longitudinal web.
Detail sambungan beam-kolom joint SRC :
Position A1
#10
#4 @ 120
Corner stirrup
Ld = 280
a. Corner Joint Type II Traditional SRC #8 Position A1
#10
#4 @ 100 Corner stirrup
Transverse beam
#4 @ 120
b. Exterior Joint Type I Traditonal SRC Gambar 2.6. Contoh Beam-Column Joint SRC (Chen dan Budi,2009)
3
3.3 Preliminary Design
BAB III METODOLOGI
balok induk balok anak
D
3.1 Bagan Alir Penyelesaian Tugas Akhir Mulai
C
Studi Literatur
B
Preliminary Design
A
Pembebanan (PPIUG 1983, SNI 2002) dan Pendimensian
Analisa Linier Struktur
1
Kontrol Dimensi (AISC-LRFD) dan Drift (SNI 2002)
Sambungan
Perbandingan Perilaku Struktur dan Kuat Geser Joint dari Struktur Baja dan SRCS
A
Visualisasi Hasil
Selesai
Gambar 3.1. Flowchart Metode Studi 3.2 Studi literatur Mencari literatur dan peraturan gedung (building code) dan perumusan yang menjadi acuan dalam pengerjaan tugas akhir ini.
4
3
5
6
Gambar 3.2. Denah bangunan
Tidak
Ya
2
Data Umum Bangunan : -Fungsi bangunan: Perkantoran -Lokasi :Wilayah Gempa 6 (SNI 2002) -Panjang bangunan : 30 m -Lebar bangunan : 18 m -Tinggi bangunan : 40 m ( 10 lantai dengan atap ) - Sistem struktur : Open Frame 3D didesain dengan sitem SRPMK. -Tipe tanah : Tanah lunak Data Bahan : Mutu bahan yang akan digunakan sebagai berikut : - Beton : f’c = 30 Mpa - Baja : Tipe profil WF Profil Bj 41 : fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa Kontrol Perhitungan Balok Kontrol Penampang (Local Buckling) (3.1) Pelat sayap Pelat badan Penampang kompak : λ ≤ λp λ= λp =
bf 2tf 170 fy
λ= λp =
h tw 1680 fy
Mn = Mp Penampang tak kompak : λp < λ ≤ λr
λr =
370 fy − fr
λr =
2550
Mn = Mp – ( Mp – Mr )
fy
λ − λp λr − λ p fr = 10 ksi untuk baut fr = 16,5 ksi untuk las
4
Penampang langsing : λr ≤ λ Mn = Mr (λr / λ)2
Kontrol Kuat Geser
3.4 Pembebanan Perencanaan pembebanan pada struktur ini berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983 dan SNI 03-1726-2002. Pembebanan tersebut antara lain : Beban Mati ( Bab 2 – PPIUG 1983 ) Beban mati terdiri atas berat seluruh material elemen struktur dan perlengkapan permanen pada gedung.
(3.3)
h k E ≤ 1,10 n maka Vn = 0,6 fyAw tw fy
a. Jika
b. Jika 1,10
kn E h k E ≤ ≤ 1,37 n fy tw fy w
1,10
maka Vn = 0,6 fyA
kn E fy
h tw
k E h c. Jika 1,37 n ≤ maka Vn = fy tw
Beban Hidup (Bab 3 – PPIUG 1983) Beban hidup terdiri dari beban yang diakibatkan oleh pemakaian gedung dan tidak termasuk beban mati, beban konstruksi dan beban akibat lingkungan (alam) seperti beban angin, beban salju, beban hujan, beban gempa atau beban banjir.
Beban Angin (Bab 4 – PPIUG 1983) Tekanan tiup harus diambil minimum 25 kg/m2, kecuali tekanan tiup di laut dan di tepi laut sampai sejauh 5 km dari pantai harus diambil minimum 40 kg/m2. Koefisien angin untuk gedung tertutup pada bidang-bidang luar, koefisien angin (+ berarti tekanan dan – berarti isapan), adalah sebagai berikut : Dinding vertikal : di pihak angin = + 0,9 ; di belakang angin = - 0,4
Beban Gempa ( SNI 03-1726-2002 ) Beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu. Dalam hal pengaruh gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa dinamik, maka yang diartikan dengan beban gempa disini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa itu. Gaya geser dasar rencana total, V, ditetapkan sebagai berikut:
Aw 0, 9k n E
h
tw
2
Vu ≤ Φ Vn ; Φ = 0,9 Kontrol Tarik Leleh Φ = 0,9 ; Pn = Fy Ag Putus Φ = 0,75 ; Pn = Fu Ae
Kontrol Perhitungan Kolom Kontrol Penampang Pelat sayap λ= λr =
bf 2tf 250
(3.4)
(3.5) Pelat badan λ= λr =
fy
λ ≤ λr (tidak langsing)
h tw 665 fy
λ ≤ λr (tidak langsing)
Kontrol Kekakuan Portal
(3.6)
Ic
G=
∑ Lc Ib
∑ Lb Dari nilai G tersebut dapat diperoleh nilai kc (faktor panjang tekuk)
Kontrol Komponen Tekan Nn = Ag fcr
kc L λc = π r
(
(3.7)
)
fy λc 2 f ; untuk λc ≤ 1,5 maka fcr = 0,658 E 0,877 untuk λc > 1,5 maka fcr = λc2 fy
Nu ≤ φ Nn ; φ = 0,85 Kontrol Perhitungan Balok Kolom Amplifikasi Momen Struktur Portal Persamaan Interaksi Tekan – Lentur
(3.9)
Nu Nu 8 Mux Muy a. Jika ≥ 0, 2 maka + + ≤ 1, 0 φNn φN n 9 φbMnx φbMny Mux Nu Nu Muy b. Jika < 0,2 maka + + ≤ 1, 0 2 φ N n φ b M nx φ b Mny φNn
V =
C1 × I × Wt R ; T1 = 0.085 (hn)3/4
dimana : V = Gaya geser dasar Nominalstatik ekuivalen R = Faktor reduksi gempa T1 = Waktu getar alami fundamental
5
Wt I Hn C1
= Berat total gedung = Faktor kepentingan struktur = Tinggi total gedung = Faktor respons gempa
Pembatasan waktu getar alami fundamental (Pasal 5.6 SNI 03 – 1726 – 2002): T1 < ς n dimana : ς = Koefisien untuk wilayah gempa tempat struktur gedung berada (Tabel 8). n = Jumlah tingkatnya Simpangan antar lantai (SNI 03 – 1726 – 2002) - Kinerja batas layan : ∆S = 0.03 / R Ambil terkecil ∆S = 30 mm Dimana : R = RSRPMB Baja = 4.5 ............ (pasal 4.3.6) - Kinerja batas ultimit ............ (pasal 8.2)
: ∆M = ∆S * ξ
Kombinasi Pembebanan : Untuk perhitungan secara AISC-LFRD kombinasi yang digunakan adalah COMBO 1 : 1,4 D COMBO 2 : 1,2 D + 1,6 L COMBO 3 : 1,2 D + 0,5 L + 1,3 W COMBO 4 : 1,2 D + 0,5 L + 1 E COMBO 5 : 0,9 D + 1 E Dimana : D = Beban mati L = Beban hidup W = Beban angin E = Beban gempa 3.5 Analisa Linear Struktur Untuk mengetahui gaya dalam yang timbul pada elemen struktur akibat beban yang bekerja maka dilakukan analisa struktur dengan menggunakan program bantu SAP 2000 v14. 3.6 Kontrol Dimensi Setelah melakukan analisa struktur bangunan, tahap selanjunya kita kontrol desain meliputi kontrol terhadap kolom, balok dimana dari kontrol tersebut dapat mengetahui apakah desain yang kita rencanakan telah sesuai dengan syarat-syarat perencanaan, dan peraturan angka keamanan, serta efisiensi. Bila telah memenuhi maka dapat diteruskan ke tahap
6
studi perilaku beam-column joint. Bila tidak memenuhi maka dilakukan re-design. 3.7 Sambungan Perencanaan semua sambungan harus konsisten dengan bentuk-bentuk struktur, serta perilaku sambungan tidak boleh menimbulkan pengaruh buruk terhadap bagian-bagian lainnya dalam suatu struktur di luar dari yang direncanakan. Kuat rencana setiap komponen sambungan tidak boleh kurang dari beban terfaktor yang dihitung. Perencanaan sambungan harus memenuhi persyaratan berikut : Gaya-gaya dalam yang disalurkan berada dalam keseimbangan dengan gaya-gaya yang bekerja pada sambungan. Deformasi pada sambungan masih berada dalam batas kemampuan deformasi sambungan. Sambungan dan komponen yang berdekatan harus mampu memikul gayagaya yang bekerja padanya. 3.8 Analisa Penampang (XTRACT). Analisa ini dilakukan untuk menganalisa penampang yang digunakan untuk steel reinforced concrete steel secara keseluruhan dengan bantuan software XTRACT. 3.9 Perbandingan Prilaku Struktur dan Kuat Geser Joint dari Struktur Baja dan SRCS Perbandingan akan dilakukan dengan beberapa metode : 3.9.1 Strength Superposition Method Kontibusi kekuatan geser beton bertulang dihitung berdasarkan (ACI 2005) Sebuah persyaratan ACI adalah bahwa lingkaran melintang disediakan dalam balok-kolom bersama. Namun, uji pengamatan menunjukkan bahwa kombinasi dari reinforcing stell cross-sections dan corner stirrups siap menjalankan fungsi lingkaran melintang tanpa dampak yang merugikan; kesimpulan yang sama ditarik oleh Chen dan Lin (2008) untuk spesimen dengan interior dan eksterior Tipe II sendi. Istilah berikut dapat digunakan untuk menghitung kekuatan geser, Vrc: For joints confined on all four faces
Vrc = 1.67 f c ' A j For joints confined on three faces or on two opposing faces
Vrc = 1.25 f c ' A j
Vrc = 1.00 f c ' A j
f c ' adalah kekuatan geser beton (MPa) Aj adalah daerah efektif sambungan (mm2). Daerah efektif sambungan dapat dihitung : Aj = b j × h j (3.14) bj adalah lebar sambungan. hj adalah sambungan bagian dalam. Nlai bj harus memenuhi rumus dibawah ini : bj = min {bb + hc , bb + 2 x} (3.15) bb adalah lebar balok. hc adalah kolom bagian dalam. x adalah jarak horizontal antara balok dan pinggir kolom. Menurut AISC(2005) kekuatan geser yang diberikan oleh steel shape adalah : V sw = 0 .6 F yw d c t w Fyw adalah tegangan leleh kolom web. dc adalah kolom mendalam. tw adalah ketebalan kolom web. Persamaan dibawah ini diusulkan untuk mengevaluasi kekuatan geser yang diberikan oleh dua membujur paralel flensa untuk interior dan eksterior Tipe II sendi.
2 = 2 (0.6 Fyf b f t f ) 3
Fyf adalah tegangan leleh kolom mengarah. bf adalah lebar kolom. tf adalah ketebalan sayap. Jadi kekuatan geser sambungan balok – kolom adalah : (3.18) V =V +V +V src
rc
sw
Hitung sudut kecenderungan kompresi diagonal, θ yang berhubungan dengan sumbu horizontal h.
l θ = tan -1 v (3.19) lh l v adalah internal lengan momen dari pasangan
For others
Vslf
Prosedur untuk menghitung kekuatan geser dengan Modified softened strut-and-tie method seperti berikut :
slf
3.9.2 Modified softened strut-and-tie method
geser vertical. l h adalah internal lengan momen dari pasangan geser horizontal. Karena kondisi gabungan interior balok yang lebih baik dengan mengambil ab = hb / 5, kedalaman diagonal strut as menjadi
a s = ac
2
h + b 5
2
(3.20)
hb adalah kedalaman balok. Daerah efektif strut diagonal yang disumbangkan oleh beton bertulang Astr ,rc :
Astr , rc = a s × b j
(3.21)
Dalam penelitian ini, hukum concrete softened diambil sebagaimana diberikan oleh Zhang dan Hsu (1998)[10]. − ε − ε 2 - εd σ d = −ζ f c ' 2 d − d for ≤1 ζ ε0 ζ ε 0 ζ ε 0 (3.22) 5.8 1 0.9 ζ= ≤ f c ' 1 + 400 ε r 1 + 400 ε r (3.23) σd adalah rata-rata tegangan utama beton di d arah negatif dalam kompresi. ζ adalah pelunakan koefisien.
f c ' adalah kekuatan tekan beton silinder standar dalam satuan MPa. εd and εr adalah rata-rata strain utama dalam arah d dan r. ε0 adalah regangan beton silinder yang sesuai dengan kekuatan silinder f c ' . Persamaan pertama regangan digunakan : (3.24) εr + εd = εh + εv
7
Untuk balok-kolom SRC, kita dapat mempertimbangkan kontribusi baja membentuk diagonal strut. Jarak gaya tekan ke sumbu netral kolom xc, dapat dihitung : (3.25) xc = ac − d c '
Prosedur untuk menghitung kekuatan geser Modified softened strut-and-tie method :
θ
,
' fc , Astr , Fyh , Fyv
ζ=
d c ' adalah jarak dari gaya kompresi ke tepi
fc
kolom. Koefisien untuk menentukan kontribusi web untuk longitudinal strut diagonal dapat dihitung :
φs =
ac − d ' s ,longtd ac − d c '
3.35 fc '
γh =
≤1
≤ 0.52
'
≤ 0.52
2 tanθ −1 2cotθ −1 ; γv = 3 3
(3.26)
Koefisien ζ perlunakan dapat diperkirakan sebagai :
ζ=
3.35
(3.27)
Kh =
1 1 ; Kv = 2 2 1− 0.2(γh + γh ) 1− 0.2(γv + γv ) Fh = γ h K h ζ f c Astr cosθ '
Fv = γ v K v ζ f c Astr sin θ '
φs adalah koefisien untuk kontribusi web longitudinal. Koefisien transformasi digunakan untuk mengubah bentuk stres baja ke beton. ζε E (3.28) ψ = 0 s for ζ ε 0 E s ≤ F y ζ fc '
f '−20 Dimana : ε 0 = 0.002 + 0.001 c 80
Daerah efektif strut diagonal disumbangkan oleh baja, Astr,s didefinisikan sebagai (3.29) Astr , s = φ s a s t w (ψ − 1) Jika kita menggunakan metode diubah SST, total luas efektif strut diagonal dapat dihitung sebagai penjumlahan kontribusi beton bertulang dan longitudinal web. Luas efektif strut diagonal menjadi : (3.30)
Dalam penelitian ini, tekan diagonal nominal kekuatan, Cd,n diperkirakan sebagai (3.31) C d ,n = K ζ f c ' Astr Berdasarkan modified softened strut-and-tie method, kekuatan geser sambungan balok-kolom dapat dihitung sebagai : (3.32) Vn = (K ζ f c ' Astr ) × cos θ
8
Fyh Fh
≤ Kh ; Kv =1+ (Kv −1)
Fyv Fv
≤ Kv
Cd,n = (Kh + Kv −1) ζ fc Astr '
Gambar 3.5. Flowchart Metode Studi modified SST method
for 20 ≤ f c ' ≤ 100 MPa
Astr = Astr ,rc + Astr , s
Kh =1+ (Kh −1)
3.10 Visualisasi Hasil ( Gambar ) Penggambaran hasil Perencanaan dan perhitungan dalam gambar teknik ini dengan menggunakan program bantu AutoCAD.
BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER 4.1 Pelat Atap 4.1.1 Data Perencanaan Pelat Atap : a. Beban Superimposed (Berguna) • Beban finishing : - aspal t = 2 cm = 2.14 kg/m2 = 28 kg/m2 - rangka + plafond= (11+7)kg/m2=18 kg/m2 - ducting AC + pipa = 40 kg/m2 + Total beban finishing = 86 kg/m2 • Beban Hidup Beban Hidup = 100 kg/m2
Beban superimposed/berguna = 100 kg/m2 + 86 kg/m2 = 186 kg/m2 Berdasarkan tabel perencanaan praktis : - bentang (span) = 3 m - tebal pelat beton = 10 cm - tulangan negatif = 3.25 cm2/m - direncanakan memakai tulangan dengan Ø = 10 mm (As = 0,7854 cm2) - banyaknya tulangan yang diperlukan tiap 1 m 3,25 = 4,14 buah ≈ 5 buah • N= 0,7854 • Jarak antar tulangan =
100 =20 cm 5
• Jadi dipasang tulangan negatif Ø10 – 200 b. Beban Mati Berat pelat bondek = 10,1 kg/m2 Berat beton = 0,1 x 2400 = 240 kg/m2 + qD = 250,1 kg/m2 4.2 Pelat Lantai 4.2.1 Data Perencanaan Pelat Lantai a. Beban Superimposed (Berguna) • Beban finishing : - Spesi Lantai Total beban finishing = 128 kg/m2 • Beban Hidup Beban Hidup = 250 kg/m2 Beban superimposed/berguna = beban hidup + finishing = 250 kg/m2 + 128 kg/m2 = 378 kg/m2
4.3. Perencanaan Balok Anak Menggunakan profil WF 300x200x8x12 , dengan data sebagai berikut : A = 72,38 cm2 ix = 12,5 cm r = 18 mm W = 56,8 kg/m tw = 8 mm Zx = 823 cm3 d = 294 mm tf = 12 mm Sx = 771 cm3 bf = 200 mmIx = 11300 cm4 Iy = 1600 cm4 iy = 4,71 cm h = d–2(tf + r ) = 294–2(12+18) = 234 mm BJ-41 : fy = 2500 kg/cm2 fu = 4100 kg/cm2 2 fr = 700 kg/cm Beton : fc’= 300 kg/cm2 fL = fy – fr = 3000 – 700 = 2300 kg/cm2 Panjang balok anak (L) = 6000 mm = 6 m Pembebanan : • Beban mati - berat pelat bondex = 10,1 kg/m2 . 3 m = 30,3 kg/m - berat sendiri pelat beton = 0,1 m.2400kg/m3.3m = 720 kg/m - berat sendiri profil WF = 56,8 kg/m+ = 807,1 kg/m - berat ikatan :10 %.807,1 kg/m = 80,71 kg/m+ qD = 887,81 kg/m • Beban hidup ( Tabel 3.1. PPI 1983 ) qL = 3 m x 250 kg/m2 = 750 kg/m Beban berfaktor = qU = (1.2 x qD) + (1.6 x qL) = (1.2 x 887,81 ) + (1.6 x 750) = 2265,37 kg/m Momen yang terjadi : Mu =
Berdasarkan tabel perencanaan praktis : - bentang (span) = 3m - tebal pelat beton = 10 cm - tulangan negatif = 3.25 cm2/m - direncanakan memakai tulangan Ø=10 mm (As = 0,7854 cm2) - yang diperlukan tiap 1 m
3,25 • N= = 4,14 buah ≈ 5 buah 0,7854 100 • Jarak antar tulangan = = 20 cm 5
• Jadi dipasang tulangan negatif Ø10 – 200 b. Beban Mati Berat pelat bondek = 10,1 kg/m2 Berat beton=0,1x2400= 240 kg/m2 qD = 250,1 kg/m2
1 x qU x L2 = 10194,17 kg.m 8
Geser yang terjadi : Vu =
1 x qU x L = 6796,12 kg 2
Kontrol Lendutan Lendutan ijin : L 600 f '= = = 1.67 cm 360 360 5.qu .l 4 = 0.58 cm < f ' ...OK ymaks = 384.E.Ix Kontrol Kekuatan Penampang (Local Buckling)
9
Untuk Sayap
Untuk Badan
bf 170 ≤ 2tf fy 8,33 < 10,752.......OK
h 1680 ≤ tw fy
5.3 Pembebanan 5.3.1 Perhitungan Beban Mati Tabel 5.2 Daftar Beban Mati
29,25 < 106,25...OK
Kontrol Lateral Buckling Jarak Penahan Lateral Lb = 100 cm Lp = 234,465 cm, Lr = 742,890 cm Jadi, Lb < Lp → bentang pendek, kuat nominal komponen struktur adalah : Mp = Fy x Zx = 2500 kg/cm2 x 823 cm3 = 202570 kgcm Mu < Φ Mn 10194,17 kgcm < 1851750 kgcm…OK Kontrol Kuat Geser h 1100 29,25 < 69,57...OK ≤ tw fy
Vn = 0,6. fy. Aw = 35280 kg Syarat :
ΦVn ≥ Vu 0,9. 35280 kg ≥ 6796,12 kg 31752 kg ≥ 6796,12 kg...OK
BAB V PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA 5.1 Pembebanan Struktur Utama Perhitungan pembebanan dilakukan untuk mengetahui distribusi beban-beban yang bekerja, sehingga dapat diketahui gaya-gaya dalam yang bekerja pada struktur. 5.2 Pembebanan Gravitasi 5.2.1 Berat bangunan Ringkasan berat bangunan dinyatakan dalam Tabel 5.1 berikut ini : Tabel 5.1 Berat struktur per lantai Lantai Tinggi (m) Berat Lantai (kg) 10 40 184743.6 9 36 305043.6 8 32 305043.6 7 28 307962 6 24 307962 5 20 307962 4 16 317446.8 3 12 317446.8 2 8 317446.8 1 4 317446.8 ∑ 2988504
Jadi berat total bangunan = 2988504 kg
10
5.3.1.1 Berat Sendiri Profil Baja (Self Weight) Tabel 5.3 Daftar Profil h B tw Baja Terpakai tf Berat
Notasi
Balok WF300 WF500 Kolom K346 K400 K600
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(kg/m)
300 500
200 200
8 10
12 16
56.8 89.6
346 400 600
174 200 200
6 8 11
9 13 17
82.8 113.2 212
5.3.2 Perhitungan Beban Hidup Tabel 5.4 Daftar Beban Hidup Deskripsi 1.Lantai Perkantoran 2.Atap
Beban hidup 250 kg/m2 100 kg/m2
5.3.3 Perhitungan Beban Gempa a). Wilayah Gempa : Zone 6 b). Jenis tanah : Tanah Lunak c). Percepatan gravitasi : 9.81 m/dt2 d). Faktor kepentingan (I) : 1 (Perkantoran) e). Faktor reduksi gempa (R) : 8.5 (SRPMK) Tabel 5.5 Gaya gempa tiap lantai
h. Kontrol Analisa T Rayleigh akibat gempa arah sumbu X dan Y Besarnya T yang dihitung sebelumnya dengan rumus empiris harus dibandingkan dengan Trayleigh , dengan rumus :
n
T1 = 6,3
∑ Wi.di
2
i =1
n
g ∑ Fi.di i =1
Dimana besarnya T yang dihitung sebelumnya tidak boleh lebih dari 20 % hasil T Rayleigh sesuai SNI 1726 Pasal 6.2.2.
Karena T1 = 1.163 detik detik jauh dari T Rayleigh = 2.13 detik T Rayleigh < Waktur Getar Alami 2.13 > 1.5 maka digunakan 1,49 Tabel 5.8 Gaya gempa tiap lantai menggunakan T = 1,49
Tabel 5.6 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu X
Tabel 5.9. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x
Trayleight = 6,3
96.64 = 2.58 detik 9,81 × 58 . 6
Nilai T yang diijinkan = 2.58-(20% x 2.58) = 2.07 detik Karena T1 = 1.163 detik jauh dari T Rayleigh = 2.07 detik
Tabel 5.10. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu y
Maka T1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi dan juga T Rayleigh lebih dari syarat waktu getar alami. T Rayleigh < Waktur Getar Alami 2.07 > 1.5 maka digunakan 1,49 Tabel 5.7 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu Y
Trayleight = 6,3
110.65 = 2.67 detik 9,81 × 62.7
Nilai T yang diijinkan = 2.67-(20% x 2.67) = 2.13 detik
5.4 Perhitungan Kontrol Struktur 5.4.1 Kontrol Struktur Baja Murni 5.4.1.1 Perhitungan Kontrol Dimensi Balok Induk Direncanakan balok memanjang dari profil WF 500x200x10x16 : fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa A = 114.2 cm2 ix = 20,5 cm r = 20 mm W = 89,6 kg/m tw = 10 mmZx = 2096 cm3 d = 500 mm tf = 16 mmSx = 1910 cm3 bf = 200 mm Ix = 47800 cm4Iy = 2140 cm4 iy = 4,33 cm h = d–2(tf + r ) = 500–2(16+20) = 428 mm Gaya-gaya maksimum balok berada pada COMB 4 ( 1.2 D + 0.5 L - 1E ) : frame 747
11
Mu = -41701.06 kg.m Vu = 17823.49 kg untuk komponen struktur yang memenuhi Lb < Lp , kuat nominal komponen struktur adalah : Mp = Fy.Zx = 2500 kg/cm2 x 2096 cm3 = 5240000 kgcm = 52400 Mu < Φ Mn 41701.06 kgm < 47160 kgm (OK) Kontrol Kuat Geser Syarat :
φVn ≥ Vu 67500 kg ≥ 17823.49
(OK)
Kontrol Lendutan f ο = 0.104 cm f ο < f ijin → 0.104 cm < 1.67 cm ( OK ) 5.4.1.2 Perhitungan Kontrol Dimensi Kolom Dari hasil output SAP 2000 diperoleh gaya – gaya yang bekerja pada frame 131 lantai dasar adalah : Pu = -180208,13 Kg Mux = 25463,87 Kgm Muy = 8921,28 Kgm Kolom direncanakan dengan menggunakan profil K600.200.11.17 dengan spesifikasi material : A = 268,8 cm2 Ix = 79880 cm4 ix = 21,21 cm d = 600 mm Iy = 83229 cm4 iy = 21,65 cm b = 200 mm r = 22 mm Sx = 2662,7 cm3 h = d–2(tf + r ) Sy = 2724,4 cm3 = 600–2(17+22) = 522 mm Zx = 3220,301 cm3 Zy = 3292,276 cm3
Kolom direncanakan dengan SRCS 650 menggunakan profil K 500.200.10.16 dengan spesifikasi material : A = 228,4 cm2 Ix = 49940 cm4 ix = 14,79 cm d = 500 mm Iy = 52189 cm4 iy = 15,17 cm b = 200 mm r = 20 mm Sx = 1997,6 cm3 h = d–2(tf + r ) Sy = 2046,6 cm3 =500–2(16+20) = 428 mm Zx = 2428,06 cm3 Zy = 2483,71 cm3 Kuat Nominal Momen Kolom Komposit Mux Pu Muy ≤ 1,0 + + 2.ϕ.Pn ϕ.Mnx ϕ.Mny 0,891 ≤ 1 ...OK Jadi kolom komposit digunakan profil K 500.200.10.16 dengan beton 65 cm x 65 cm BAB VI PERENCANAAN SAMBUNGAN 6.1 Perhitungan Kontrol Sambungan 6.1.1 Kontrol Sambungan Baja Murni 6.1.1.1 Sambungan Balok Anak dengan Balok induk interior Sambungan yang digunakan adalah sambungan baut karena balok anak terletak pada 2 tumpuan sederhana. Vu = 6796,12 kg ΣVu = 2Vu = 2. 6796,12 = 13592,24 kg Balok anak :300 x 200 x 8 x 12 Balok induk :500 x 200 x 10 x 16 Tulangan negatif φ 10-200
100
L.60X60X6
Kontrol Tekan-Lentur
25 50
Pu 8 Mux Muy ≤ 1,0 + + φPn 9 φb.Mnx φb.Mny 0,758 ≤ 1,0 (OK)
50 25 ∅ 16 mm
WF.300X200X8X12
WF.500X200X10X16
SAMBUNGAN BALOK ANAK DENGAN BALOK INDUK
5.4.2 Kontrol Struktur SRCS 5.4.2.1 Perhitungan Kontrol Dimensi Kolom SRCS Dari hasil output SAP 2000 diperoleh gaya – gaya yang bekerja pada frame 131 lantai dasar adalah : Pu = -1774880,16 Kg = 73971,07 Kgm Mux Muy = 25422,29 Kgm
12
Gambar 6.1 Sambungan Balok Anak dengan Balok induk 6.1.1.2 Sambungan Balok Induk dengan Kolom Balok induk : WF 500 x 200 x 10 x 16 Kolom : K 600 x 200 x 11 x 17
Mu = 1,1.1,5. (2096.2500) = 8646000 Kgcm
Vu = - 6933.02 kg Mu = - 27043.93 kg
Dari SAP2000 v.14 didapat Vu (1,2D + 0,5L) = 5264,61 Kg Vu total = 5264,61 + 28820 = 34084,61 Kg
XH 500x200x10x16 40.00
Beton
100.00
XH 600X200X11X17 100.00
100.00
∅ 30 mm Tulangan negatif φφ 10-200
100.00
40.00
WF.500X200X10X16 4.00
∅ 20 mm
8.00 8.00 4.00
∅ 30 mm
20.00
Gambar 6.2 Sambungan Balok Induk dengan Kolom 6.1.1.3 Sambungan Antar Kolom Dari hasil analisa SAP pada lantai 3 pada frame 354 diperoleh : K 600 x 200 x 11 x 17 Pu = - 99574,56 kg Vu = - 2523,07 kg Mu = - 19516,43 kgm XH 600x200x11x17
Gambar 6.5 Sambungan antar Kolom SRCS BAB VII ANALISA PENAMPANG 7.1 Xtract 7.1.1 Gaya geser sambungan balok-kolom. Hasil XTRACT Balok 500.200.10.16 : Mb = 423,1 kNm Dipilih yang mendekati Mu = 417,01 kNm (SAP) CG to NA = 0 mm Tb = 963,8 kN Cb = 964,1 kN
40.00
100.00
Gaya geser kolom :
100.00
Vcol =
100.00
40.00
Gambar 6.4 Sambungan antar Kolom XH 6.1.2 Kontrol Sambungan SRCS 6.1.2.1 Sambungan Antar Kolom SRCS Dari hasil analisa SAP pada lantai 3 pada frame 354 diperoleh : SRC 650 Pu = - 94124.63 kgm
Mb 423,1 = = 105,78 kN Lc 4
Kekuatan geser sambungan balok-kolom : • Untuk kolom exterior : Vjh = Tb – Vcol = 858,03 kN • Untuk kolom interior : Vjh = Tb + Cb – Vcol = 1822,13 kN 7.1.2 Strength Superposition Method 7.1.2.1 Exterior a. SRCS 650 Kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton : Vrc = 1.0 f c ' A j = 1731,89 kN Kekuatan geser yang disumbangkan oleh baja : - Dari badan profil baja Vsw = 0.6 Fyw Aw = 750 kN - Dari sayap profil baja
13
2 Vslf = 2 (0.6 Fyf b f t f ) = 640 kN 3
Total kekuatan geser : Vsrc = Vrc + Vsw + Vslf = 3121,89 kN Kontrol :Vsrc > Vt 3121,89 kN > 858,03 kN …OK b. Kolom King Cross XH 600.200.11.17 Kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton : (tidak ada kontribusi dari beton) Kekuatan geser yang disumbangkan oleh baja : - Dari badan profil baja Vsw = 0.6 Fyw Aw = 990 kN - Dari sayap profil baja 2 Vslf = 2 (0.6 Fyf b f t f ) = 680 kN 3 Total kekuatan geser : Vsrc = Vrc + Vsw + Vslf = 1670 kN Kontrol :Vsrc > Vt 1670 kN > 858,03 kN …OK 7.1.2.2 Interior a. SRCS 650 Kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton : Vrc = 1.67 f c ' Aj = 2899,27 kN Kekuatan geser yang disumbangkan oleh baja : - Dari badan profil baja Vsw = 0.6 Fyw Aw = 750 kN - Dari sayap profil baja 2 Vslf = 2 (0.6 Fyf b f t f ) = 640 kN 3 Total kekuatan geser : Vsrc = Vrc + Vsw + Vslf = 4822,27 kN Kontrol :Vsrc > Vt 4822,27 kN > 1822,13 kN …OK b. Kolom King Cross XH 600.200.11.17 Kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton : (tidak ada kontribusi dari beton) Kekuatan geser yang disumbangkan oleh baja : - Dari badan profil baja Vsw = 0.6 Fyw Aw = 990 kN - Dari sayap profil baja
14
2 Vslf = 2 (0.6 Fyf b f t f ) = 680 kN 3
Total kekuatan geser : Vsrc = Vrc + Vsw + Vslf = 1670 kN Kontrol :Vsrc > Vt 1670 kN > 1822,13 kN …not OK maka ganti profil XH 588.300.12.20 Kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton : (tidak ada kontribusi dari beton) Kekuatan geser yang disumbangkan oleh baja : - Dari badan profil baja Vsw = 0.6 Fyw Aw = 1058,4 kN - Dari sayap profil baja 2 Vslf = 2 (0.6 Fyf b f t f ) = 1200 kN 3 Total kekuatan geser : Vsrc = Vrc + Vsw + Vslf = 2258,4 kN Kontrol :Vsrc > Vt 2258,4 kN > 1822,13 kN …OK 7.1.3 Softened Strut-and-tie Method 7.1.3.1 Exterior SRCS 650 Dari hasil XTRACT diatas : SRC 650 : H 500.200.10.16 Mc = 1412 kNm Mb = 423,1 kNm Tc = 4969 kN Tb = 963,8 kN CG to NA = 86,91 mm CG to NA = 0 mm 1. menghitung sudut kemiringan kompresi diagonal θ d's long =
bj − ds 2
= 75 mm bj beton
Vslf = 2 × 2 × 0.6 × fy × tf × bf / 1000 = 643,2 mm 3
ab = hb/5 =100 mm untuk sambungan corner ac = d c − CGtoNA = 238,09 mm 2
lv = M b .1000 = 423,1 .1000 = 438,99 mm Tb
963,8
lh = M c .1000 = 1412 .1000 = 284,24 mm Tc 4968 as= ac 2 + ab 2 = 238,09 2 + 100 2 = 258,24 mm
l 405,8 o θ = tan −1 v = tan −1 = 57 284,2 lh
tan θ = tan 57o = 1,54 sin θ = sin 57o = 0,84 cos θ = cos 57o = 0,54 2. Menghitung daerah efektif diagonal strut, Astr Daerah efektif diagonal strut kontribusi dari beton, Astr,rc Astr,rc = as × bj = 258,24 x 600 = 154942,8 mm2 Daerah efektif diagonal strut kontribusi dari baja, Astr,s 34001 mm2 Astr,steel = φs1 as tw (ψ - 1) = 34001,33 Total daerah efektif diagonal strut kontribusi dari beton dan baja : Astr = Astr,rc + Astr,s = 188944,1 mm2 3. Menghitung nilai strut-and-tie tie, K Kontribusi tambahan ikatan (ties) horizontal dan vertikal yang cukup untuk kekuatan tekan diagonal dapat lebih disederhanakan sebagai :
2 tan θ − 1 = 0,7 3 2cot θ − 1 = 0,1 γv = 3 1 = 1,31 Kh = 1 − 0.2(γ h + γ h2 ) 1 = 1,02 Kv = 1 − 0.2(γ v + γ v2 )
γh =
horizontal tie index Kh Kh = 1,31 The vertical tie index Kv
(
)
Kv = 1 + K v − 1
Fyv Fv
= 1,02
Nilai strut-and-tie, K : ,02 – 1 = 1,33 K = K h + K v − 1 = 1,31 + 1,02 4. Menghitung kekuatan geser menggunakan komposit parsial Kekuatan diagonal nominal tekan , Cd,n, dapat diperkirakan : C d ,n = K ζ f c ' Astr = 3924,81 kN
Vn, SST = Vsrc = β Cd ,n cos θ + Vslf = 2775,93 kN Kontrol :Vsrc > Vt 2775,93 kN > 858,03 kN …OK 7.1.3.2 Interior SRCS 650
1. menghitung sudut kemiringan kompresi diagonal θ θ = tan −1 lv = tan −1 405,8 = 57,1o 284,2 lh tan θ = tan 57,1o = 1,54 sin θ = sin 57,1o = 0,84 cos θ = cos 57,1o = 0,54 2. Menghitung daerah efektif diagonal strut, Astr Daerah efektif diagonal strut kontribusi dari beton, Astr,rc Astr,rc = as × bj = 345,23 x 600 = 207140,69 mm2 Daerah efektif diagonal strut kontribusi dari baja, Astr,s Astr,steel = φs1 as tw (ψ - 1) = 45455,87 mm2 Total daerah efektif diagonal strut kontribusi dari beton dan baja : Astr = Astr,rc + Astr,s = 252596,56 mm2 3. Menghitung nilai strut-and-tie, strut K horizontal tie index Kh 1,31 Kh = The vertical tie index Kv
(
)
Kv = 1 + K v − 1
Fyv Fv
= 1,02
Nilai strut-and-tie, K : ,31 + 1,02 – 1 = 1,33 K = K h + K v − 1 = 1,31 4. Menghitung kekuatan geser menggunakan komposit parsial Kekuatan diagonal nominal tekan , Cd,n, dapat diperkirakan : C d ,n = K ζ f c ' Astr = 5247,02 kN
Vn, SST = Vsrc = β Cd ,n cos θ + Vslf = 4207,22 kN Kontrol :Vsrc > Vt 4207,22 kN > 1822,13 kN …OK
BAB VIII PENUTUP 8.1
Kesimpulan Dimensi Profil ; Dari hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan pada struktur didapatkan hasil sebagai berikut : • Balok anak : 300 x 200 x 8 x 12
15
• Balok Induk : 500 x 200 x 10 x 16 • Kolom : o SRC Dimensi 650 x 650 XH 500 x 200 x 10 x 16 o Baja Murni XH 588 x 300 x 12 x 20 Perbandingan sambungan balok-kolom : Gaya geser sambungan balok-kolom : Exterior : Vjh = 858,03 kN Interior : Vjh = 1822,13 kN Total kekuatan geser : Strength Superposition Method : Exterior : SRCS 650 Vsrc = 3121,89 kN XH 600.200.11.17 Vsrc = 1670 kN Interior : SRCS 650 Vsrc = 4822,27 kN XH 588.300.12.20 Vsrc = 2258,4 kN Softened Strut-and-tie Method Exterior : SRCS 650 Vsrc = 2775,93 kN Interior : SRCS 650 Vsrc = 4207,22 kN Dapat disimpulkan penampang dapat memikul gaya geser yang terjadi pada sambungan balok-kolom. Pada Strength Superposition Method kontribusi beton sangat mempengaruhi kekuatan geser, dan juga menghasilkan kekuatan geser yang lebih kuat dari Softened Strut-and-tie Method. Karena Strength Superposition Method, kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton bertulang dan profil baja pertama dihitung secara mandiri, kemudian superposed untuk mendapatkan SRC gabungan balok-kolom kekuatan bersama. Bila dibandingkan kekuatan geser antara SRCS dengan XH (baja murni), sambungan SRCS jauh lebih kuat menerima gaya geser yang terjadi.
8.2 Saran Perlu dilakukan studi yang lebih mendalam untuk mengetahui prilaku sambungan balok-kolom agar menghasilkan perencanaan struktur dengan mempertimbangkan aspek teknis, ekonomi, dan estetika. Sehingga diharapkan perencanaan dapat dilaksanakan mendekati kondisi sesungguhnya di lapangan dan hasil yang diperoleh sesuai dengan tujuan perencanaan yaitu kuat, ekonomis, dan tepat waktu dalam pelaksanaannya.
16
