PERENCANAAN GEDUNG TOSERBA DENGAN SISTEM STRUKTUR RANGKA BAJA BRESING KONSENTRIK TIPE – V TERBALIK JURNAL TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi syarat akademik Menempuh gelar Sarjana Teknik Sipil Strata Satu
Oleh : GUSTI HENDRAWAN NIM : 077011027
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SILIWANGI TASIKMALAYA 2013
1
ABSTRAK PERENCANAAN GEDUNG TOSERBA DENGAN SISTEM STRUKTUR RANGKA BAJA BRESING KONSENTRIK TIPE – V TERBALIK Gusti Hendrawan (077011027) Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Siliwangi Tasikmalaya, 2013 Kebutuhan akan struktur bangunan tahan gempa semakin meningkat seiring dengan perkembangan kebutuhan fasilitas berupa gedung-gedung tinggi. Bangunan gedung tinggi sangat rawan terhadap keruntuhan akibat beban lateral, terutama gempa. Maka dibutuhkan perencanaan khusus dalam mengantisipasi keruntuhan yang mungkin terjadi. Salah satunya dengan menggunakan struktur baja yang diberikan pengaku lateral berupa tahanan bresing pada bagian tertentu sehingga terjadi peningkatan kekakuan struktur dalam menyerap beban gempa. Tugas akhir ini merencanakan pembangunan perluasan gedung toserba dengan penambahan bresing konsentrik Tipe – V terbalik sebagai elemen struktur penahan beban lateral. Model struktur berupa bangunan toserba 4 lantai yang dibebani oleh beban-beban vertikal dan beban lateral dengan metode analisis statik ekivalen dan di analisis menggunakan program ETABS yang selanjutnya dilakukan optimasi kekuatan elemen struktur melalui perencanaan secara manual. Dari hasil analisis diketahui bahwa bresing mampu secara efektif menyerap distribusi beban gempa yang diterima struktur, terlihat pada simpangan antar lantai yang terjadi yang masih jauh dari batas yang disayaratkan. Kata kunci : Struktur, Baja, Bresing, Statik Ekivalen, Sambungan
2
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Perkembangan masyarakat perkotaan yang dinamis perlu diimbangi dengan sarana dan prasarana yang mendukung, salah satunya adalah membuat bangunan – bangunan yang difungsikan sebagai sarana bisnis, hunian, hiburan, dan lain sebagainya. Hal ini berdampak pada semakin sempitnya lahan yang tersedia, sehingga pembangunan gedung bertingkat menjadi salah satu solusinya. Suatu kontruksi bangunan merupakan gabungan dari elemen – elemen struktur seperti balok, kolom, plat, yang masing – masing elemen memikul gaya – gaya yang persentasenya mungkin berbeda antara satu dengan yang lainnya sebagai akibat dari bekerjanya beban – beban pada suatu struktur bangunan, baik yang diakibatkan oleh beban vertikal maupun beban lateral. Beban lateral, dalam hal ini gempa yang mana dalam besaran tertentu getarannya dapat mempengaruhi kestabilan pada struktur gedung hingga menyebabkan kegagalan struktur, maka untuk mengantisipasi hal tersebut dalam hal ini struktur yang menggunakan material baja sebagai struktur utamanya diperlukan adanya pengekang lateral yaitu bresing. Maka dalam tugas akhir ini, akan meninjau pembangunan perluasan gedung Toserba Yogya, berlokasi di kota Ciamis. Dengan struktur utamanya menggunakan material baja, secara fiktif akan direncanakan kembali dengan penambahan elemen bresing sebagai pengaku terhadap gaya lateral. 1.2 1) 2) 3) 4)
Permasalahan Bagaimana merencanakan struktur utama yang meliputi balok, kolom, dan bresing. Bagaimana merencanakan sambungan yang sesuai. Bagaimana merencanakan fondasi sesuai dengan besar beban dan kondisi tanah di lapangan. Bagaimana mengaplikasikan hasil perhitungan kedalam bentuk gambar teknik.
1.3
Maksud dan Tujuan Maksud dan tujuan yang hendak dicapai dalam perencanaan tugas akhir ini adalah agar dapat menghasilkan struktur gedung yang stabil, kuat, mapu layan, serta memenuhi tujuan lainnya seperti ekonomis dan aspek kemudahan pelaksanaan. 1.4
Batasan Masalah Untuk lingkup bahasan masalah pada tugas akhir ini meliputi: 1) Perencanaan struktur atas meliputi balok, kolom, pelat dan bresing. 2) Perencanaan struktur bawah meliputi perencanaan base plate, balok sloof, fondasi, pedestal, dan pile cap.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Penggunaan Material Baja Sebagai Elemen Struktur Gedung Perencanaan struktur bertujuan untuk menghasilkan suatu struktur yang stabil, kuat, mampu layan, awet, dan memenuhi tujuan-tujuan lain yang telah direncanakan seperti ekonomis dan kemudahan dalam pelaksanaan. Salah satu tahapan penting dalam perencanaan bangunan struktur adalah pemilihan jenis material yang akan digunakan. Kelebihan baja sebagai material konstruksi : 1. Memiliki kekuatan yang tinggi sehingga bisa mengurangi ukuran dimensi penampang elemen struktur yang akan berdampak [ada berkurangnya berat sendiri struktur. 2. Keseragaman bahan penyusun dan keawetan yang lebih lama jika perawatan dilaksanakan sebagaimana mestinya sesuai ketentuan. 3. Daktilitas baja yang cukup tinggi ketika menerima tegangan tarik yang tinggi maka baja akan mengalami regangan yang besar sebelum terjadi keruntuhan. 4. Waktu pelaksanaan pekerjaan konstruksi akan lebih cepat. 2.2
Komponen Struktur Lentur Sebuah balok yang memikul beban lentur murni terfaktor Mu, harus direncanakan sedemikian rupa sehingga selalu terpenuhi hubungan : Mu ≤ ϕMn Di mana : Mu
ϕ Mn 2.3
= adalah momen lentur terfaktor = adalah faktor reduksi = 0,9 = adalah kuat nominal dari momen lentur penampang
Komponen Struktur Tekan 2.3.1 Perencanaan akibat gaya tekan Suatu komponen struktur yang megalami gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor (Nu) harus memenuhi persyaratan sebagai berikut; Nu < ϕ n Nn Dimana: ϕn = faktor reduksi kekuatan Nn = kuat tekan nominal komponen struktur Keruntuhan batang tekan dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu ; 1. Keruntuhan yang diakibatkan tegangan lelehnya dilampui. Hal semacam ini terjadi pada batang tekan yang pendek (stocky column). 2. Keruntuhan yang diakibatkan oleh terjadinya tekuk. Hal semacam ini terjadi pada batan tekan yang langsing (slender column). 2.3.2 Kelangsingan Batang Tekan 4
Kelangsingan batang tekan bergantung dari jari-jari kelembaban (r) dan panjang tekuk (Lk). Karena batang mempunyai 2 jari-jari kelembaban, umumnya akan terdapat 2 harga λ. Kelansingan batang tekan yang menentukan adalah harga λ yang terbesar atau dengan jari-jari kelembaban (r) yang terkecil. 2.4
Batas-Batas Lendutan Batas-batas lendutan untuk keadaan kemampuan-layan batas harus sesuai dengan struktur, fungsi penggunaan, sifat pembebanan, serta elemen-elemen yang didukung oleh struktur tersebut. 2.5
Komponen Struktur Komposit Penggunaan balok baja untuk menopang suatu pelat beton sudah ditemukan sejak lama, namun pada saat itu pelat beton dan balok baja tidak dihubungkan dengan suatu penghubung geser sehingga yang dihasilkan adalah penampang non komposit, namun seiring dengan berkembangnya metode pengelasan menjadi lebih baik dan ditemukan penghubung geser untuk menahan gaya geser horisontal maka kemampuan lekatan antara balok baja dan pelat beton dapat ditingkatkan menjadi satu kesatuan komponen struktur yang disebut komponen struktur komposit. 2.6
Penghubung Geser Gaya geser yang terjadi antara pelat beton dengan profil baja harus dipikul oleh sejumlah penghubung geser sehingga tidak terjadi slip pada saat masa layan. Besarnya gaya geser horizontal yang harus dipikul oleh penghubung geser diatur dalam SNI-03-1729-2002 pasal 12.6.2 yang menyatakan bahwa untuk aksi komposit dimana beton mengalami gaya tekan akibat lentur, gaya geser total yang bekerja pada daerah yang dibatasi oleh titik momen positif maksimum dan momen nol yang berdekatan harus diambil nilai terkecil dari : As.fy, 0,85f’c.Ac . 2.7
Sambungan Baut Sambungan merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari sebuah struktur baja. Sambungan berfungsi untuk menyalurkan gaya-gaya dalam (momen, lintang/geser, dan/atau aksial) antar komponen-komponen struktur yang disambung, sesuai dengan perilaku struktur yang direncanakan. Keandalan sebuah struktur baja untuk bekerja dengan mekanisme yang direncanakan sangat tergantung oleh keandalan sambungan. Berdasarkan perilaku struktur yang direncanakan, sambungan dapat dibagi menjadi : 1. Sambungan kaku adalah sambungan yang memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut di antara komponen-komponen struktur yang disambungkan. Hal ini disebabkan sambungan mampu memikul momen yang bekerja, sehingga deformasi titik kumpul tidak terlalu berpengaruh terhadap distribusi gaya dalam maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur. 2. Sambungan semi-kaku adalah sambungan yang tidak memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen struktur yang disambung. Akan tetapi memiliki kapasitas yang cukup untuk
5
3.
2.8
memberikan kekangan yang dapat diukur terhadap besarnya perubahan sudutsudut tersebut. Sambungan sederhana adalah sambungan yang tidak memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut-sudut di antara komponen struktur yang disambung. Ujung komponen struktur yang disambung dianggap tidak menahan kekangan sehingga dianggap bebas momen. Perencanaan Fondasi Tiang Pancang 2.8.1 Kapasitas Daya Dukung Aksial Fondasi Tiang Fondasi tiang dapat dibedakan menjadi : - Tiang pancang yang dipancang masuk sampai mencapai lapisan tanah keras, sehingga daya dukungnya lebih dipengaruhi pada tahanan ujungnya. Tiang pancang seperti ini disebut End Bearing Pile. - Apabila tiang pancang tidak mencapai lapisan tanah keras, maka untuk menahan beban yang diterima, mobilisasi tahanan sebagian besar ditimbulakan oleh gesekan antara tiang pancang dengan tanah (Skin Friction), yang disebut dengan Friction Pile. 2.8.2 Kapasitas Daya Dukung Fondasi Tiang Dalam Grup Jarak antara tiang dalam grup sangat mempengaruhi perhitungan kapasitas garup tiang. Untuk bekerja sebagai grup, jarak anatar tiang (S) biasanya tunduk pada peraturan bangunan daerah masing - masing. Pada umumnya S bervariasi antara : - Jarak minimum S = 2d - Jarak maksimum S = 6d Tergantung dari fungsi tiang, misalnya : - Sebagai friction pile, minimum S = 3d - Sebagai end bearing pile, minimum S = 2,5d Tergantung dari klasifikasi tanah : - Kalau terletak pada lapisan tanah liat keras, minimum S = 3,5d - Kalau didaerah lapis padat, minimum S = 2d
6
BAB III METODOLOGI
3.1
Bagan Alur Penyelesaian Tugas Akhir Mulai
Pengumpulan Data
Studi literatur
Preliminary Desain Dan Pembebanan
Perencanaan Struktur Atas
Not OK
Pemodelan Dan Analisis Struktur
Kontrol Desain OK Perencanaan Pondasi
Penggambaran Hasil Perencanaan
Selesai Gambar 3.1 Langkah – Langkah Penyelesaian Tugas Akhir
7
3.2
Data Umum Bangunan Berikut data umum perencanaan perluasan gedung Toserba Yogya : Nama gedung : Toserba Yogya Lokasi : Kota Ciamis Fungsi gedung : Toserba Banyak Tingkat : 4 Lantai Panjang gedung : 59,28 meter Lebar gedung : 8 meter Tinggi gedung : 15,15 meter Struktur utama : Baja
Gambar 3.2 Tampak depan gedung
Gambar 3.3 Tampak samping gedung
Gambar 3.4 Denah tampak atas lantai 4
8
Gambar 3.5 Denah penempatan bresing
Gambar 3.6 Rangka gedung 3 dimensi
9
BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR ATAS 4.1
Pre Liminary Design Penentuan dimensi penampang elemen pada struktur seperti kolom, balok, bresing, dan balok anak dipilih dengan cara trial and error, dimensi tersebut dipilih dengan pertimbangan kemampuannya dalam menahan beban dengan rasio tegangan yang mencukupi, dengan cara mensubstitusi elemen struktur yang menunjukan kegagalan dengan elemen yang lebih kuat. Hasil akhir dimensi penampang yang dipilih tersebut dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.1a Dimensi elemen struktur kolom Lantai Kolom Profil A (cm2) 4 163,5 WF 500 × 300 3 163,5 WF 500 × 300 2 163,5 WF 500 × 300 1 163,5 WF 500 × 300 Tabel 4.1b Dimensi elemen struktur balok Lantai Balok Induk 1 Balok Induk 2 2 Profil A (cm ) Profil A (cm2) 4 101,3 84.12 WF 500 × 200 WF 400 × 200 3 101,3 84.12 WF 500 × 200 WF 400 × 200 2 101,3 84.12 WF 500 × 200 WF 400 × 200 1 101,3 84.12 WF 500 × 200 WF 400 × 200 Tabel 4.1c Dimensi elemen struktur balok Lantai Balok Anak 1 Balok Anak 2 Profil A (cm2) WF 350 × 250 88,15 4 84.12 88,15 WF 400 × 200 WF 350 × 250 3 84.12 88,15 WF 400 × 200 WF 350 × 250 2 84.12 88,15 WF 400 × 200 WF 350 × 250 1 84.12 88,15 WF 400 × 200 WF 350 × 250 Tabel 4.1d Dimensi elemen struktur bresing Lantai Bresing Profil A (cm2) 4 63,53 WF 200 × 200 3 63,53 WF 200 × 200 2 63,53 WF 200 × 200 1 63,53 WF 200 × 200
10
4.2
Perencanaan Pelat Lantai dan Balok Anak 4.2.1 Perencanaan Pelat Lantai Pelat direncanakan sebagai sistem pelat komposit, dimana dalam perencanaan ini memakai bondek produk dari PT. Alsun Suksesindo dengan ketebalan 0,75 mm.
Gambar 4.1 Tabel perencanaan praktis
Gambar 4.2 Properties metal deck Pembebanan a. Beban Hidup
= 250 kg/m2
Panjang bentang antara balok anak adalah 2 m. 11
Panjang balok anak adalah 8 m. Dengan beban hidup yang dipakai 300 kg/m2 Dari gambar 4.1 didapat :
b.
Tebal pelat beton diambil
= 10 cm
Luas tulangan negatif
= 2,06 cm2/m = 334,1 kg/m2
Beban mati direncanakan memakai tulangan dengan Ø = 10 mm (As = 78,50 mm2 = 0,7850 cm2) banyaknya tulangan yang diperlukan tiap 1 m A
2,06
= A = 0,7850 = 2,7 buah ≈ 4 buah s
Jarak antar tulangan negatif per-meter = 1000mm/4 = 250 mm. Jadi, dipasang tulangan negatif Ø 10-250
Tulangan ϕ10 – 250 Pelat bondek t = 0,75
Gambar 4.3 Potongan Pelat lantai 4.2.2 Perencanaan Balok Anak Pembebanan :
Beban Hidup
= 500 kg/m2
Beban Mati
= 668,2 kg/m2
Perhitungan qu, Mu max, da, Vu max qu = 1,2.qd + 1,6 ql = 1889,84 kg/m2 1
Mu max = 8 x qu x l2 = 15118,72 kgm 1
Vu max = 2 x qu x l
12
= 7559,36 kg Perhitungan Ix Perlu untuk memenuhi syarat lendutan 5.𝑞.𝐿4
∆ = 384 .𝐸𝐼 = ∆=
5.𝑀.𝐿2
48.𝐸𝐼 5×15,11872 .10 7 ×8000 2
=
48.𝐸𝐼
5.𝑀.𝐿2
48×200000 ×23700 .10 4 𝐿
∆ = 21,3 mm < 360 (22,22 mm)
Perencanaan profil WF untuk balok anak Dipakai profil WF 400.200.8.13 A = 84,12 cm2 tf = 13 mm W = 66 kg/m tw = 8 mm d = 400 mm h = 342 mm b = 200 mm Zx = 1290,458 cm3 ix = 16,8 cm Zy = 5204,79 cm3 iy = 4,54 cm r = 16 mm Ix = 23700 cm4 Iy = 1740 cm4 Mutu baja BJ 41 fu = 4100 kg/cm2 fy = 2500 kg/cm2 Kontrol kuat geser h = d – 2.(tf + r) = 400 – 2.(13 + 16) = 342 mm h/tw = 342/8 = 42,75 5 5 kn = 5 + 2 = 5 + 2 = 5,009 8000 a
𝑘𝑛 .𝐸
1,10
𝑓𝑦
342
h
= 1,10
5,009×200000 250
Dengan, (h/t w) ≤ 1,10
= 69,63
𝑘 𝑛 .𝐸 𝑓𝑦
maka kuat geser nominal pelat badan adalah: Vn = 0,6 fy. Aw = 0,6 × 2500 × 34,2 = 51300 kg Vu ≤ ϕ Vn 7559,36 ≤ 0,9 × 51300 = 46170 ok
Kontrol Kuat Rencana Lentur Cek kelangsingan penampang Pelat sayap 𝑏
200
λ = 2𝑡𝑓 = 2.13 = 7,69 λp =
170 𝑓𝑦
=
170 250
= 10,75
13
4
ke =
𝑡𝑤
4
=
= 0,612 0,35 < 0,612 < 0,763 … OK
342 8
420
λr =
( 𝑓𝑦 − 𝑓𝑟 )/𝑘𝑒
=
420 ( 250 − 70 )/0,612
= 24,49
λ ≤ λp Penampang kompak Pelat badan 342
λ=𝑡
8
𝑤
λp =
1680
λr =
2550
=
𝑓𝑦
𝑓𝑦
= 42,75
=
1680 250 2550 250
= 106,25 = 161,28
λ ≤ λp Penampang kompak Karena penampang profil kompak, maka Mn = Mp = fy × Zx = 2500 × 1290,458
Mn = Mp
= 3226145 kgcm = 32261,45 kgm Tekuk lateral Lb = 8000 mm Lp = 1,76 ry
𝐸 𝑓𝑦
= 1,76 × 20,69 × ( Lr = ry
𝑋1 𝑓𝐿
Lr = 20,69
200000 250
) = 1029,96 mm
1 + 1 + 𝑋2 𝑓𝐿 15168 ,84 180
1 + 1 + 1,36889. 10−4 × 180
Lr = 2473,33 mm Karena Lr < Lb, maka balok termasuk bentang panjang, Mn = Mcr ≤ Mp 𝜋
Mcr = Cb 𝐿 Cb = 2,5 𝑀
𝑚𝑎𝑥
𝐸 𝐼𝑦 𝐺 𝐽 +
𝜋𝐸 2 𝐿
12,5 𝑀𝑚𝑎𝑥 + 3 𝑀 𝐴 + 4 𝑀𝐵 + 3 𝑀 𝐶
𝐼𝑦 𝐼𝑤 < Mp ≤ 2,3
14
Cb = 2,5 × 15118 ,72
12,5 × 15118 ,72 + 3 ×11339 ,04 + 4 × 15118 ,72 + 3 ×11339 ,04
=
Cb = 1,136 ≤ 2,3 Mcr = 1,136× 3,14 2. 106 × 1740 × 8. 105 × 49,1077 + 800
3,14×2.10 6 800
2
× 1740 × 648999
= 2025215,988 kgcm = 20252,15988 kgm
Mcr = 20252,16 < Mp = 32261,45 Mu ≤ ϕ Mn 15118,72 ≤ 0,9 × 20252,16 = 18226,95 ok
Kondisi balok induk setelah komposit Menghitung momen nominal kontrol kriteria penampang Pelat sayap 𝑏
200
λ = 2𝑡𝑓 = 2.13 = 7,69 λp =
170
ke =
4
𝑓𝑦
𝑡𝑤
170
=
= 10,75
250 4
=
342 8
= 0,612 0,35 < 0,612 < 0,763 … OK
420
λr =
( 𝑓𝑦 − 𝑓𝑟 )/𝑘𝑒
=
420 ( 250 − 70 )/0,612
= 24,49
λ ≤ λp Penampang kompak Pelat badan 342
λ=𝑡
𝑤
8
λp =
1680
λr =
2550
𝑓𝑦
𝑓𝑦
= 42,75
= =
1680 250 2550 250
= 106,25 = 161,28
λ ≤ λp Penampang kompak Profil penampang kompak, dengan 𝜙𝑏 = 0,85 dan 𝑀𝑛 dihitung berdasarkan distribusi tegangan plastis pada penampang komposit (SNI 03-1729-2002 : 12.4.2.1). Mencari lebar efektif untuk balok interior : bE = L 4 = 800 4 = 200 cm menentukan nilai n : 15
Ebeton = 4700 𝑓′𝑐 = 4700 25 = 23500 MPa Ebaja = 200000 MPa 𝐸
n = 𝐸 𝑏𝑎𝑗𝑎 =
200000
𝑏𝑒𝑡𝑜𝑛
23500
= 8,51 ≈ 8
pelat beton ditransformasi ke penampang baja, sehingga : 𝑏 2000 Lebar efektif ekivalen : 𝑛𝐸 = 8 = 250 mm = 25 cm Menentukan lokasi sumbu netral transformasi: Lengan Luas Transformasi Momen A.y A (cm2) y (cm) (cm3) Pelat beton Profil WF Σ 𝑦=
𝛴𝐴.𝑦 𝛴𝐴
225 84,12 309,12
5 30
1125 2523,6 3648,6
3648 ,6
= 309 ,12 = 11,8 cm (dari tepi atas)
Besarnya gaya tekan : 𝐶 = As.fy = 84,12 × 2500 = 210300 kg
Cc = 0,85.f’c.Ac = 0,85 × 250 × (200 × 10) = 425000 kg Karena Cc > C, maka garis netral jatuh pada pelat beton. Maka gaya tekan C dalam beton, karena balok diasumsikan berperilaku komposit penuh maka diambil nilai terkecil dari As.fy dan 0,85.f’c.Ac 𝐶
a = 0,85.𝑓′
210300
𝑐 .𝑏 𝐸
= 0,85×250 ×200 = 4,95 cm
Gaya tekan resuktan C terletak pada jarak a/2 dari serat atas beton. Gaya tarik resultan T terletak pada titik berat profil WF, lengan momen dari momen kopel C dan T adalah sebesar : y = d/2 + t – a/2 = (400/2) + 100 – (49,5/2) = 275,25 mm kuat lentur nominal dari struktur komposit tersebut : Mn = C.y = 210300×27,525 = 5788507,5 kg.cm Kuat lentur rencana :
ϕbMn = 0,85 × 5788507,5= 4920231,38 = 49202,3138 kg.m Maka :
Mu ≤ ϕb. Mn
16
Mu = 15118,72 ≤ ϕb. Mn = 49202,3138 OK Kekuatan nominal penampang komposit lebih besar daripada momen akibat beban berfaktor, sehingga penampang mampu menahan beban yang terjadi.
Perhitungan perencanaan penghubung geser Data : Balok anak IWF 400.200.8.13 f’c = 25 MPa t = 100 mm L = 8000 mm Gaya geser Vh akibat aksi komposit penuh adalah : Vh = C = 210300 kg Diameter maksimum stud yang diizinkan : 2,5.tf = 2,5×10 = 25 mm Digunakan stud ∅19,05 mm × 50mm. Luas penampang melintang satu buah stud connector : Asc =
𝜋×19,05 2 4
= 285,03 mm2
Modulus elastisitas beton : Ec = 0,041.𝑤 1,5 𝑓′𝑐 = 0,041.(2400)1,5 25 = 24102,98 MPa Kuat geser satu buah stud connector : Qn = 0,5.Asc 𝑓′𝑐 . 𝐸𝑐 ≤ Asc. fu Qn = 0,5×285,03 25 × 24102,98 = 110628,23 N = 11062,823 kg Asc. fu = 285,03×400 = 114012 N Qn ≤ Asc. fu Jumlah stud yang diperlukan : 𝑉 210300 N = 𝑄 = 11062 ,823 = 19,1 ≈ 20 buah 𝑛
Digunakan minimum 20 stud untuk setengah bentang balok,atau 40 buah untuk keseluruhan bentang. Jika satu buah stud dipasang tiap penampang melintang, jarak antar stud adalah : s = 8000 40/2 = 400 mm 4.3
Analisis Struktur 4.3.1 Input Beban Gempa Analisis struktur untuk mendapatkan gaya – gaya dalam dilakukan dengan menggunakan program ETBAS. Besaran beban gempa Fi yang akan di input pada ETABS disajikan dalam table berikut :
17
Tabel 4.2 Nominal beban gempa tiap lantai Lantai Wi (kg) Hi (m) Wi.Hi Fi (kg) 4 134452.71 15,15 2036958.481 25195,468 3 150682.19 12 1808186.232 22365,747 2 150682.19 7,5 1130116.395 13978,592 1 147346.35 3 442039.062 5467,652 Σ Wi.Hi 5417300.170 Beban Fi kemudian diaplikasikan pada pusat eksentrisitas massa bangunan, yang disajikan dalam table berikut : Tabel 4.3a Eksentrisitas rencana bangunan arah X Lantai
XCM
YCM
XCR
YCR
e
b
1,5e+0,05b
e-0,05b
ed
x
y
4
29650.2
4000
30853.05
4000
0
5928
296.40
-296.40
296.40
30853.05
3703.60
3
29712.39
4000
30835.26
4000
0
5928
296.40
-296.40
296.40
30835.26
3703.60
2
29727.41
4000
30821.77
4000
0
5928
296.40
-296.40
296.40
30821.77
3703.60
1
29710.75
4000
30840.28
4000
0
5928
296.40
-296.40
296.40
30840.28
3703.60
Tabel 4.3b Eksentrisitas rencana bangunan arah Y Lantai
XCM
YCM
XCR
YCR
e
b
1,5e+0,05b
e-0,05b
ed
x
y
4
29650.20
4000
30853.05
4000
1202.85
8000
2204.28
802.85
2204.28
28648.77
4000
3
29712.39
4000
30835.26
4000
1122.87
8000
2084.30
722.87
2084.30
28750.96
4000
2
29727.41
4000
30821.77
4000
1094.35
8000
2041.53
694.35
2041.53
28780.24
4000
1
29710.75
4000
30840.28
4000
1129.54
8000
2094.30
729.54
2094.30
28745.98
4000
4.3.2 Kombinasi pembebanan Berikut kombinasi pembebanan yang di aplikasikan pada struktur dalam tugas akhir ini : COMB1 =1,4DL COMB2 = 1,2DL + 1,6LL COMB3 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (0,3Ex + 1,0 Ey) COMB4 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (0,3Ex - 1,0 Ey) COMB5 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (-0,3Ex + 1,0 Ey) COMB6 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (-0,3Ex - 1,0 Ey) COMB7 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (1,0 Ex + 0,3 Ey) COMB8 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (1,0 Ex - 0,3 Ey) COMB9 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (-1,0 Ex + 0,3 Ey) COMB10 = 1,2 DL + 1 LL + 2,2 (-1,0 Ex - 0,3 Ey) COMB11 = 0,9 DL – 2,2 (0,3Ex + 1,0 Ey) COMB12 = 0,9 DL – 2,2 (0,3Ex - 1,0 Ey) COMB13 = 0,9 DL – 2,2 (-0,3Ex + 1,0 Ey) COMB14 = 0,9 DL – 2,2 (-0,3Ex - 1,0 Ey) COMB15 = 0,9 DL – 2,2 (1,0 Ex + 0,3 Ey) 18
COMB16 = 0,9 DL – 2,2 (1,0 Ex - 0,3 Ey) COMB17 = 0,9 DL – 2,2 (-1,0 Ex + 0,3 Ey) COMB18 = 0,9 DL – 2,2 (-1,0 Ex - 0,3 Ey) Dimana : DL :beban mati LL : beban hidup EX : beban gempa arah X EY : beban gempa arah Y 4.3.3 Waktu Getar Alami Gedung Analisis waktu getar struktur dilakukan dengan cara membandingkan waktu getar yang telah didapatkan dengan cara empiris yaitu TE = 0,65 harus lebih kecil dari waktu getar yang dihitung dengan cara T-RAYLEIGH : Tabel 4.4a T-rayleigh dalam arah X (Tx) Lantai Wi (kg) di-x2 (cm) Fi (kg) di-x (cm) Wi.di-x2 Fi.di-x 4 134452,705 0,1947 25195,468 0,4413 26184,085 11118,760 3 150682,186 0,1537 22365,747 0,3921 23166,242 8769,609 2 150682,186 0,0653 13978,592 0,2556 9844,272 3572,928 1 147346,354 0,0090 5467,652 0,0947 1321,415 517,787 60516,015 23979,084 Tabel 4.4b T-rayleigh dalam arah Y (Ty) Lantai Wi (kg) di-y2 (cm) Fi (kg) di-y (cm) Wi.di-y2 Fi.di-y 4 134452,705 0,6542 25195,468 0,8088 87953,237 20378,094 3 150682,186 0,4560 22365,747 0,6753 68715,611 15103,589 2 150682,186 0,1612 13978,592 0,4015 24290,307 5612,405 1 147346,354 0,0128 5467,652 0,1131 1884,797 618,391 182843,953 41712,479
TR-x = 6,3 TR-x = 6,3
𝑛 𝑊𝑖 .𝑑𝑖 −𝑥 2 𝑖=1 𝑔 𝑛𝑖=1 𝐹𝑖 .𝑑𝑖 −𝑥
60516 ,015 981 × 23979 ,084
TR-y = 6,3 = 0,32
TR-y = 6,3
TE < TR-x + 20% TR-x
0,65 > 0,384
TE < TR-y + 20% TR-y
0,65 > 0,504
𝑛 𝑊𝑖 .𝑑𝑖 −𝑦 2 𝑖=1 𝑔 𝑛𝑖=1 𝐹𝑖 .𝑑𝑖 −𝑦
182843 ,953 981 × 41712 ,479
= 0,42
Karena waktu getar alami fundamental yang dihitung dengan Rumus T-Rayleigh lebih kecil dari waktu getar struktur bangunan yang didapat dengan rumus empiris (TE = 0,65), maka perlu dilakukan perhitungan ulang untuk penentuan distribusi beban gempa pada struktur portal tinjauan. dengan mengambil nilai TR. C = 0,70 C.I V = R .Wt
19
=
0,70.1 5,6
. 583163,43
= 72895,429 kg Sementara beban gempa static ekivalen untuk tiap lantai disajikan dalam table berikut : Tabel 4.5 Nominal beban gempa tiap lantai Lantai Wi (kg) Hi (m) Wi.Hi Fi (kg) 4 134452,71 15,15 2036958,481 27409,403 3 150682,19 12 1808186,232 24331,033 2 150682,19 7,5 1130116,395 15206,896 1 147346,35 3 442039,062 5948,097 5417300,170 Σ Wi.Hi
Lantai 4 3 2 1
Tabel 4.6a T-rayleigh dalam arah X (Tx) Wi (kg) di-x2 (cm) Fi (kg) di-x (cm) 134452,705 0,3158 27409,403 0.562 150682,186 0,2465 24331,033 0.4965 150682,186 0,1037 15206,896 0.322 147346,354 0,0132 5948,097 0.1147
Lantai 4 3 2 1
Tabel 4.6b T-rayleigh dalam arah Y (Ty) Wi (kg) di-y2 (cm) Fi (kg) di-y (cm) 134452,705 1,3825 27409,403 1.1758 150682,186 0,9696 24331,033 0.9847 150682,186 0,3494 15206,896 0.5911 147346,354 0,0294 5948,097 0.1716
TR-x = 6,3 TR-x = 6,3
𝑛 𝑊𝑖 .𝑑𝑖 −𝑥 2 𝑖=1 𝑔 𝑛𝑖=1 𝐹𝑖 .𝑑𝑖 −𝑥
60516 ,015 981 × 26086 ,135
TR-y = 6,3 = 0,35
TR-y = 6,3
Wi.di-x2 Fi.di-x 42466,080 15404,084 37145,005 12080,358 15623,332 4896,620 1938,502 682,247 97172,919 33063,310 Wi.di-y2 185881,623 146106,584 52648,237 4338,843 388975,287
Fi.di-y 32227,976 23958,768 8988,796 1020,693 66196,234
𝑛 𝑊𝑖 .𝑑𝑖 −𝑦 2 𝑖=1 𝑔 𝑛𝑖=1 𝐹𝑖 .𝑑𝑖 −𝑦
182843 ,953 981 × 45377 ,770
TR-x < TR-x + 20% TR-x
0,32 < 0,42
OK
TR-y < TR-y + 20% TR-y
0,42 < 0,588
OK
= 0,49
4.3.4 Kinerja Batas Layan (∆s) Kinerja batas layan struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar tingkat akibat pengaruh gempa rencana, hal itu dimaksudkan untuk menjaga kenyamanan penghuni gedung, mencegah kerusakan non struktur, membatasi pelelehan baja dan beton yang berlebihan. Untuk
20
memenuhi persyaratan ∆s, SNI 03-1726-2002 Pasal 8.1 membatasi simpangan antar tingkat tidak boleh lebih besar dari 0,03 *hi atau 30 mm R Dimana hi adalah tingkat yang ditinjau, diambil mana yang mempunyai nilai terkecil. Simpangan anatar tingkat dihitung dalam table berikut: Tabel 4.7a Analisa ∆s akibat gempa arah X Lantai hi ∆s (mm) Drift ∆s Syarat drift ∆s (mm) antar tingkat (mm) (mm) 4 3150 2,65 0,33 16,88 3 4500 2,32 0,82 24,11 2 4500 1,50 0,97 24,11 1 3000 0,53 0,53 16,07 Tabel 4.7b Analisa ∆s akibat gempa arah Y Lantai hi ∆s (mm) Drift ∆s Syarat drift ∆s (mm) antar tingkat (mm) (mm) 4 3150 6,51 1,07 16,88 3 4500 5,44 2,14 24,11 2 4500 3,30 2,32 24,11 1 3000 0,98 0,98 16,07
Keterangan
OK OK OK OK
Keterangan
OK OK OK OK
4.3.5 Kinerja Batas Ultimit (∆m) Kinerja batas ultimit ∆m ditentukan oleh simpangan dan simpangan antar tingkat maksimum struktur gedung akibat gempa rencana dalam kondisi struktur gedung tersebut dalam ambang keruntuhan. Dimaksudkan untuk membatasi kemungkinan adanya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa dan benturan dengan gedung lain. Sesuai SNI 03-1726-2002 Pasal 8.2 simpangan dan simpangan antar tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur grdung akibat pembebanan beban gempa nominal, dikalikan dengan suatu factor pengali ξ. ∆ = ξ x ∆s Dimana ξ = 0,7 x R (untuk gedung beraturan) Untuk memenuhi persyaratan, kinerja batas ultimit ∆m tidak boleh lebih besar dari 0,02.hi, dihitung dalam table berikut :
Lantai
4
Tabel 4.8a Analisa ∆m akibat gempa arah X hi (mm) Drift ∆s Drift ∆m Syarat drift ∆m antar tingkat antar tingkat (mm) (mm) (mm) 3150 0,33 1,29 63,00
Keterangan
OK 21
3 2 1
Lantai
4 3 2 1 4.4
4500 4500 3000
0,82 0,97 0,53
3,21 3,80 2,08
90,00 90,00 60,00
Tabel 4.8b Analisa ∆m akibat gempa arah Y hi (mm) Drift ∆s Drift ∆m Syarat drift ∆m antar tingkat antar tingkat (mm) (mm) (mm) 3150 1,07 4,19 63,00 4500 2,14 8,39 90,00 4500 2,32 9,09 90,00 3000 0,98 3,84 60,00
OK OK OK
Keterangan
OK OK OK OK
Perencanaan Sambungan 4.4.1 Sambungan balok anak dengan balok induk Hasil perhitungan sambungan terlihat pada gambar berikut :
Gambar 4.3 Detail sambungan balok induk dengan balok anak
22
4.4.2 Sambungan balok induk dengan kolom Hasil perhitungan sambungan terlihat pada gambar berikut :
Gambar 4.4 Detail sambungan balok induk pada bagian web kolom
23
4.4.3 Sambungan kolom dengan kolom
Gambar 4.5 Detail sambungan kolom dan kolom
24
4.4.4 Sambungan balok induk ke flens kolom
Gambar 4.6 Detail sambungan Balok induk pada flens kolom 4.4.5 Sambungan Bresing
Gambar 4.7a Detail sambungan bresing di titik 1
25
Gambar 4.7b Detail sambungan bresing di titik 2
26
BAB V PERENCANAAN STRUKTUR BAWAH
5.1
Perencanaan Pelat Dasar Kolom ( Column Base Plate) fc’ beton = 30 MPa Pu = 170004,46 kg. Mu = 1700591 kgcm Kolom = Profil IWF 500.300..11.18 Plat BJ41, fy = 250 MPa Direncanakan dimensi base plate 70×70 cm, dengan tebal 2,4 cm. hasil perhitungan ditampilkan dalam gambar berikut :
Gambar 5.1 Rencana sambungan base plate dengan kolom
27
5.2
Perencanaan Fondasi Tiang Pancang Direncanakan fondasi tiang pancang yang dipancang sampai kedalaman 15 meter dari permukaan tanah. Digunakan tiang pancang pra-tekan tipe pencil shoe produk dari WIKA beton dengan spesifikasi sebagai berikut : Diameter = 50 mm Class = A2 Bending momen crack = 12,50 ton.m Bending momen ultimate = 18,75 ton.m Allowable axial load = 181,70 ton
Gambar 5.2 Denah rencana fondasi
Dari hasil perhitungan fondasi didapat hasil akhir seperti tergambar berikut ini :
Gambar 5.3 Denah rencana fondasi 28
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
5.3 -
-
-
5.4
Kesimpulan Walaupun bentuk gedung simetris, tetapi pada aktualnya pusat massa gedung tidak berada ditengah – tengah akibat distribusi beban pada masa layan, maka dari itu perlu direncanakan eksentrisitas rencana terhadap titik tangkap gaya gempa. Struktur rangka baja dengan pengekang bresing mampu memberikan kekakuan yang cukup pada struktur terbukti pada simpangan antar lantai yang masih cukup jauh dari batas maksimum yang di ijinkan. Dimensi elemen struktur masih bisa diperkecil lagi, mengingat rasio kapasitas penampang terhadap gaya yang bekerja masih sangat aman. Fondasi yang digunakan adalah fondasi tiang pancang yang mana untuk jumlah kebutuhan jumlahnya lebih dipengaruhi oleh gaya aksial. Saran Untuk studi lebih lanjut, bisa dibuat beberapa model struktur gedung dengan penempatan bresing yang berbeda. Sehinggga setelah proses analisis bisa di simpulkan model struktur yang paling baik.
29
DAFTAR PUSTAKA Andika, Aditya C. (2012). Perencanaan Struktur Rumah Sakit Dengan Konstruksi Dinding Geser. Program S1 Universitas Siliwangi Tasikmalaya. Tidak Diterbitkan. Departemen Pekerjaan Umum (1987). Pedoman Perencanaan Pembebanan Unutk Rumah Dan Gedung (SKBI 1.3.53.1987). Jakarta: Yayasan Badan Penerbit PU. Departemen Pekerjaan Umum (2002). Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). Jakarta: Yayasan Badan Penerbit PU. Departemen Pekerjaan Umum (2002). Tata Cara Perhitungan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002). Jakarta: Yayasan Badan Penerbit PU. Departemen Pekerjaan Umum (2002). Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002). Jakarta: Yayasan Badan Penerbit PU. Gunawan, Rudy. Dengan Petuntuk Ir. Morisco. (1987). Tabel Profil Konstruksi Baja. Yogyakarta: Penerbit Ka Hadihardaja, Joetata. Rekayasa Fundasi II (ISBN : 979 – 8382 – 50 – 1). Jakarta: Penerbir Gunadarma Hardiyatmo, H.C. (20008). Teknik Fondasi 2. Yogyakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama. Salmon, Charles G., dan Johnson John E. (1996). Struktur Baja Desain dan Perilaku 2. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama Setiawan, Agus. (1996). Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD. Semarang: Penerbir Erlangga
30
