STUDI PERBANDINGAN PERILAKU HUBUNGAN BALOK KOLOM ANTARA BETON BERTULANG (REINFORCED CONCRETE) DAN BAJA BERINTIKAN BETON (CONCRETE FILLED STEEL TUBE) AKIBAT BEBAN GEMPA Nama Mahasiswa : NRP : Jurusan : Dosen Pembimbing :
Ade Sholeh H. 3107 100 129 Teknik Sipil, FTSP-ITS Budi Suswanto ST,MT, PhD
Abstrak Dalam perkembangan dunia konstruksi, banyak hal yang telah ditemukan dalam penelitian dengan melakukan berbagai penelitian khususnya mengenai efektifitas suatu struktur. Sehingga dalam merencanakan suatu bangunan nantinya dapat di usahakan lebih ekonomis dan mudah dalam pelaksanaan. Tugas Akhir ini membandingkan perilaku pada hubungan balok kolom antara RC dengan CFT akibat beban gempa. Pada CFT digunakan balok baja profil WF yang akan disambung dengan kolom CFT tipe rectangular dan circular. HBK dimodelkan sebuah portal. Portal akan menerima beban akibat gempa sehingga terjadi defleksi yang akan dianalisis dengan menggunakan bantuan program ABAQUS v6.7. Sedangkan untuk elemen struktur seperti balok dan kolom akan dianalisis dengan menggunakan bantuan program XTRACT v2.6.2. Ouput dari Tugas Akhir ini adalah mengetahui bagaimana perilaku HBK pada RC dan CFT akibat beban gempa. Mengetahui bagaimana bentuk sambungan antara balok dengan kolom dari CFT. Membandingkan perilaku antara HBK RC dengan HBK CFT sehingga mengetahui sistem struktur mana yang lebih baik dengan mempelajari perilaku strukturnya dengan menggunakan bantuan program ABAQUS v6.7. connections” (Shin et al, 2008). Keuntungan 1. PENDAHULUAN dari sistem CFT adalah kekuatannya lebih 1.1 Latar Belakang besar dari kolom beton bertulang. Lebih Saat ini dunia ketekniksipilan semakin efisien karena CFT tidak memerlukan tulangan berkembang pesat. Hal ini dapat ditunjukan longitudinal dan sengkang, serta tidak dengan semakin banyaknya gedung bertingkat memerlukan bekisting saat pengecoran beton yang sudah dibangun. Dengan semakin sehingga dapat mempersingkat waktu banyaknya jumlah penduduk di daerah pelaksanaan. perkotaan dan lahan yang tersedia semakin Tugas Akhir ini melanjutkan studi sempit maka dibutuhkan tempat tinggal yang yang telah dilakukan oleh Andrey Yudha yang dapat menampung banyak orang dengan lahan berjudul “Studi Perilaku Elemen Struktur yang terbatas. Gedung bertingkat merupakan Kolom Berpenampang Baja Dan Baja salah satu alternatif karena gedung bertingkat Berintikan Beton (Concrete Filled Steel Tube) dapat menampung banyak orang dengan lahan Pada Bangunan Akibat Beban Gempa”. Pada yang terbatas. Oleh karena itu banyak gedung studi sebelumnya telah dibahas tentang elemen bertingkat yang dibangun sebagai tempat struktur kolom yang kemudian akan tinggal, kantor, atau pusat perbelanjaan. dilanjutkan studi tentang hubungan balokSeiring berjalannya waktu banyak kolom yang akan dibahas pada Tugas Akhir dilakukan penelitian untuk menemukan sistem ini. Fokus penelitian pada Tugas Akhir ini kolom baru yang lebih efektif dan efisien salah adalah untuk mempelajari perilaku hubungan satunya adalah baja berintikan beton (Concrete balok-kolom (HBK) pada struktur beton Filled Steel Tube, CFT) seperti penelitian bertulang (RC) dan struktur baja berintikan tentang “Seismic behaviour of composite beton (CFT) akibat beban gempa. Kolom CFT concrete-filled tube column-to-beam moment akan dihubungkan dengan balok baja profil Wide Flange. Data yang dibandingkan adalah data dari perencanaan HBK untuk RC dan CFT yang dibandingkan antara perhitungan
1
analitis dengan program ABAQUS versi 6.7 dan untuk penampang elemen struktur menggunakan program XTRACT versi 2.6.2. 1.2
Permasalahan Permasalahan yang akan dikaji dalam studi ini adalah sebagai berikut : Bagaimana perilaku elemen struktur kolom pada RC dan CFT tipe rectangular dan circular akibat beban gempa. Menggunakan program XTRACT versi 2.6.2. Bagaimana bentuk rencana sambungan balok-kolom pada profil baja CFT tipe rectangular dan circular. Bagaimana perilaku HBK pada RC dan CFT akibat beban gempa dengan menggunakan bantuan program ABAQUS v6.7. Menentukan sistem mana yang lebih efektif antara RC dan CFT.
1.
2. 3.
4. 1.3
1.
2.
3. 4.
1.4
2
Tujuan Dari permasalahan yang ada di atas, adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penyusunan tugas akhir ini adalah : Mengetahui karakteristik elemen struktur kolom RC dan CFT (Concrete Filled Steel Tube) tipe rectangular dan cirular akibat beban gempa. Mengetahui bentuk rencana sambungan balok-kolom pada profil baja CFT tipe rectangular dan circular. Mengetahui perilaku HBK pada RC dan CFT akibat beban gempa. Mengetahui sistem mana yang lebih efektif agar dapat direkomendasikan untuk perencanaan gedung bertingkat.
Batasan Masalah Dalam penulisan Tugas Akhir ini terdapat batasan masalah agar materi yang dibahas di dalamnya tidak menyimpang dan tetap fokus. Batasan masalah tersebut antara lain : 1. Hanya mempelajari perilaku elemen struktur balok, kolom serta hubungan balok kolom akibat beban gempa. 2. Data pembebanan didapat dari studi oleh Andrey Yudha dan Nuresta Dwi yang telah dilakukan sebelumnya.
3. Tidak membahas sambungan elemen struktur kolom dengan base plate. 4. Tidak membahas detail metode pelaksanaan. 5. Tidak membahas rencana anggaran biaya. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Baja merupakan salah satu bahan konstruksi yang penting. Salah satu sifatnya yang penting adalah sifat daktilitas. Daktilitas adalah kemampuan untuk berdeformasi secara nyata baik dalam tegangan maupun regangan sebelum terjadi kegagalan (Salmon, 1991). Penampang komposit adalah penampang yang terdiri dari profil baja dan beton digabung bersama untuk memikul beban tekan dan lentur. Batang yang memikul lentur umumnya disebut dengan balok komposit sedangkan batang yang memikul beban tekan dan lentur disebut dengan kolom komposit. Penampang komposit mempunyai kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan penampang lempeng beton dan gelagar baja yang bekerja sendiri – sendiri dan dengan demikian dapat menahan beban yang lebih besar atau beban yang sama dengan lenturan yang lebih kecil pada bentang yang lebih panjang. Apabila untuk mendapatkan aksi komposit bagian atas gelagar dibungkus dengan lempeng beton, maka akan didapat pengurangan pada tebal seluruh lantai, dan untuk bangunan-bangunan pencakar langit, keadaan ini memberikan penghematan yang cukup besar (Amon et al, 1999). 2.2 Kolom Komposit Kolom komposit didefinisikan sebagai kolom baja yang dibuat dari potongan baja giling (rolled) built-up dan di cor di dalam beton struktural atau terbuat dari tabung atau pipa baja dan diisi dengan beton struktural (Salmon & Jonson, 1996). Ada dua tipe kolom komposit, yaitu : 1. Kolom komposit yang terbuat dari profil baja yang diberi selubung beton di sekelilingnya (kolom baja berselubung beton).
2. Kolom komposit terbuat dari penampang baja berongga (kolom baja berintikan beton).
bulatyang mempunyai diameter luar D.
Keuntungan dari sistem kolom CFT (Morino et al, 2001): Sistem Kolom CFT mempunyai banyak keuntungan daripada baja dan beton bertulang yang dipisah. Keuntungan utamanya sebagai berikut: Interaksi antara pipa baja dengan beton: (a) (b) a) Peristiwa tekuk lokal dari pipa baja akan Profil Baja Dibungkus Baja Berintikan Beton/ lambat, dan pengurangan kekuatan Concrete Filled Steel Beton/ akibat tekuk lokal akan ditahan oleh Steel Rainforce ConcreteKolom Komposit beton. Gambar 2.1 Penampang b) Kekuatan beton akan bertambah akibat penggabungan dengan pipa baja. Kriteria untuk kolom komposit bagi c) Penyusutan dan retak dari beton akan komponen struktur tekan (SNI 03-1729jauh lebih kecil dari beton bertulang. 2002 Ps.12.3.1) : Penampang: 1. Luas penampang profil baja minimal a) Rasio baja dari CFT jauh lebih banyak sebesar 4% dari luas penampang dari beton bertulang komposit total. b) Baja dari penampang CFT berperilaku 2. Selubung beton untuk penampang plastis dengan baik saat tertekuk karena komposit yang berintikan baja harus baja di penampang terluar. diberi tulangan baja longitudinal dan Efisiensi konstruksi: tulangan pengekang lateral. Tulangan a) Tidak memerlukan tulangan dan baja longitudinal harus menerus pada bekisting sehingga tidak memerlukan lantai struktur portal, kecuali untuk banyak tenaga manusia dan menghemat tulangan longitudinal yang hanya biaya konstruksi berfungsi memberi kekangan pada b) Tempat konstruksi terjaga tetap bersih beton. Jarak antar pengikat lateral Tahan kebakaran: tidak boleh melebihi 2/3 dari dimensi a) Beton meningkatkan performa anti terkecil penampang kolom komposit. kebakaran yang dapat mengurangi Luas minimum penampang tulangan jumlah bahan tahan api. transversal (atau lonitudinal) terpasang. Tebal bersih selimut beton 2.3 Sambungan dari tepi terluar tulangan longitudinal Sambungan terdiri dari komponen dan transveersal minimal sebesar 40 sambungan (pelat pengisi, pelat buhul, pelat mm; pendukung, dan pelat penyambung) dan alat 3. Mutu beton yang digunakan tidak pengencang (baut dan las). lebih 55 Mpa dan tidak kurang dari 21 Mpa untuk beton normal dan tidak kurang dari 28 Mpa untuk beton 2.3.1 Klasifikasi Sambungan : ringan. a) Sambungan kaku / Rigid connection 4. Tegangan leleh profil dan tulangan adalah sambungan yang dianggap baja yang digunakan untuk memiliki kekakuan yang cukup untuk perhitungan kekuatan kolom komposit mempertahankan sudut-sudut di antara tidak boleh lebih dari 380 Mpa; komponen-komponen struktur yang 5. Tebal minimum dinding pipa baja atau akan disambung. penampang baja berongga yang diisi b) Sambungan semi kaku / Semi rigid beton adalah b fy / 3E untuk setiap connection adalah sambungan yang sisi selebar b pada penampang persegi tidak memiliki kekakuan yang cukup dan D fy / 8E untuk penampang mempertahankan sudut-sudut diantara komponen-komponen struktur yang disambung, namun harus dianggap
3
memiliki kapasitas yang cukup untuk memberikan kekangan yang dapat diukur terhadap perubahan sudutsudut tersebut c) Sambungan sendi / Simple connection adalah sambungan yang pada kedua ujung komponen struktur dianggap bebas momen. Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang diperlukan pada sanbungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur terhadap komponen struktur yang disambung.
(a) Sambungan Sendi
(b) Sambungan Semi Kaku
(c) Sambungan Kaku
Gambar 2.4 Isometri Sambungan CFT Dengan Wide Flange Beam (Kantani et al, 1985) Ada beberapa persyaratan utama untuk desain sambungan balok-kolom di ACI 318 Code (2005) [5]: 1. Kekuatan lentur harus memenuhi rasio MR
MR
Di mana
2.
Gambar 2.2 Sambungan Pada Baja Wide Flange
3.
c b
M
6 5 c
dan
M
b
adalah
jumlah kapasitas momen nominal kolom dan balok. Persyaratan ini untuk memenuhi filsafat “strong column weak beam” Untuk pemberhentian tulangan pada sambungan exterior, sisa tulangan yang dibengkokkan dh pada balok tidak boleh kurang dari nilai yang terbesar antara 8 db atau 150 mm, dan panjang dh ditentukan oleh rumus :
dh
Gambar 2.3 Sambungan Pada Concrete Filled Steel Tube (CFT) (Jurnal : Panel ZoneBehavior of Moment Connections Between Rectangular Concrete Filled Steel Tube an Wide Flange Beams, 2000)
M M
f y db 5.4 f c '
Dimana fy adalah kuat leleh, db adalah diameter tulangan, dan f c ' adalah kekuatan beton (dalam MPa). Desain gaya geser yang bekerja pada sambungan tidak akan melebihi batas tertentu berdasarkan geometri dan batasan sambungan. Untuk sambungan balok-kolom interior yang terkena beban gempa, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8(a), gaya geser horizontal sambungan dihitung dengan rumus :
V jh Tb Cb Vcol
Sementara untuk sambungan balokkolom eksterior yang terkena beban gempa, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8(b) dihitung dengan rumus :
V jh Tb Vcol
Dimana Tb adalah gaya tarik tulangan balok, Cb adalah gaya pada beton, dan Vcol adalah gaya horizontal kolom di bagian sambungan.
4
pada tekan geser atas
Vjh
Tb
Cb
Cb
Vcol
Vcol
(a) Interior joints
(b) Exterior joints
Gambar 2.8. Gaya yang bekerja pada sambungan balok-kolom (Hwang dan Lee,1999) 3. METODOLOGI 3.1 Pembebanan Pembebanan pada portal untuk sistem struktur CFT diambil dari studi sebelumnya oleh Andrey Yudha yang berjudul “Studi Perilaku Elemen Struktur Kolom Berpenampang Baja Dan Baja Berintikan Beton (Concrete Filled Steel Tube) Pada Bangunan Akibat Beban Gempa”. Data yang diambil adalah beban-beban yang bekerja pada bangunan dan dimensi penampang. Pembebanan pada portal untuk sistem struktur RC diambil dari studi sebelumnya oleh Nuresta Dwiarti yang berjudul “Studi Perilaku Sambungan Balok-Kolom (BeamColumn Joints) Pada Bangunan Struktur Beton Bertulang Komposit (Steel Reinforced Concrete) Akibat Beban Gempa”. Data yang diambil adalah beban-beban yang bekerja pada bangunan dan dimensi penampang. 3.3
Perencanaa Dimensi Penampang Penampang kolom CFT yang digunakan dalam perencanaan ada 2 bentuk yaitu : 1. Kolom baja berintikan beton penampang persegi
2. Kolom baja penampang lingkaran
berintikan
beton
Steel Box Coloum
Confined Concrete
Di Do
Gambar 3.2 kolom baja berintikan beton penampang lingkaran Dalam perencanaan ini,data yang perlu direncanakan antara lain: - Diameter penampang - Tebal steel tube - Mutu dari steel tube = BJ 41 , fu = 410 Mpa, fy = 250 Mpa - Mutu beton (f’c) = 30 Mpa Permodelan Portal Data Bangunan
Balok Anak
Vjh
6.00
Tb Vjh
6.00
Tb Vjh
Balok Induk
Cb
Dalam perencanaan ini,data yang perlu direncanakan antara lain: - Lebar sisi penampang - Tebal steel tube - Mutu dari steel tube = BJ 41 , fu = 410 Mpa, fy = 250 Mpa - Mutu beton (f’c) = 30 Mpa
18.00
Vcol
6.00
Vcol
Balok Anak
Kolom Balok Induk 6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
30.00
Gambar 3.3 Denah bangunan beton bertulang
6.00
Steel Box Coloum
Balok Induk
Balok Anak
Confined Concrete
6.00
H
18.00
t
B
Gambar 3.1 kolom baja berintikan beton penampang persegi
6.00
Balok Induk
Kolom 6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
30.00
Gambar 3.4 Denah bangunan CFT
5
+ 32.00 4.00
+ 28.00
4.00 + 24.00 4.00
+ 20.00
32.00
4.00 + 16.00
4.00
+ 12.00
4.00 + 8.00 4.00
+ 4.00
4.00 ± 0.00 6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
30.00
Gambar 3.5 Potongan Memanjang + 32.00 4.00
+ 28.00
4.00 + 24.00 4.00
+ 20.00
Gambar 3.7 Permodelan 2D Portal yang akan dianalisa 3.5 Kontrol elemen portal Setelah diketahui hasil reaksi gaya – gaya dalam dari elemen portal,maka dilakukan kontrol pada elemen – elemen tersebut sesuai dengan peraturan SNI 03-1729-2002. 3.6 Perhitungan Kuat Geser Sambungan Balok-Kolom Kuat geser pada sambungan balokkolom struktur beton bertulang dan struktur CFT dihitung dan kemudian dibandingkan. Untuk memperkirakan kuat geser pada sambungan CFT ini akan digunakan metode superposisi Secara ringkas langkah-langkah perhitungan kedua metode tersebut adalah sebagai berikut :
32.00
4.00 + 16.00
4.00
+ 12.00
4.00 + 8.00 4.00
+ 4.00
4.00 ± 0.00 6.00
6.00
6.00
18.00
Gambar 3.6 Potongan Melintang Pada Tugas Akhir ini akan dihitung dan dianalisa satu permodelan HBK pada portal pada denah seperti ditunjukan pada gambar (3.6). Portal yang akan dianalisis adalah dari RC tipe rectangular, CFT tipe rectangular dan circular.
6
3.7
Analisa Perilaku Dari hasil perencanaan elemen – elemen portal maka pada kolom dan balok akan di analisa perilaku menggunakan bantuan sofware XTRACT v2.6.2. Untuk defleksi dan tegangan hubungan balok kolom pada portalakan dianalisa dengan menggunakan bantuan software ABAQUS v6.7.
4.2
PEMBEBANAN STRUKTUR Umum Data pembebanan dan pre eliminary design pada bab ini diambil dari tugas akhir oleh Andre Yudha untuk struktur gedung CFT dan Nuresta Dwiarti untuk struktur gedung beton bertulang.
- Beban Finishing = 189 kg/m2 3 - Pelat beton 0,1m.2400 kg/m = 240 kg/m2 + =439,1 kg/m2 2 Beban dinding = 250 kg/m
Data Perencanaan Data – data perencanaan yang digunakan adalah sebagai berikut : Panjang bangunan : 30 m Lebar bangunan : 18 m Jarak bentang :6 m Tinggi total : 40 m Jumlah lantai : 10 Tinggi antar lantai :4 m Mutu beton (f’c) : 30 MPa Mutu baja tulangan (fy) : 390 MPa Mutu baja profil (Fy) : 250MPa Fungsi bangunan : Perkantoran Zone gempa : Zone 6
4.3.2
4.3
Data Pembebanan Struktur CFT (Concrete Filled Steel Tube) 4.3.1 Pembebanan Pelat Dipakai pelat komposit bondek dengan tebal pelat = 0,75 mm Pelat atap Pembebanan: a.) Beban berguna - aspal t = 2 cm = 2x14 kg/m2 = 28 kg/m2 - instalasi air bersih dan kotor = 25 kg/m2 - ducting AC + listrik = 40 kg/m2 + Total beban finishing = 93 kg/m2 Beban mati - Pelat bondek = 10,1 kg/m2 - Beban finishing = 93 kg/m2 3 - Pelat beton 0,09mx2400 kg/m = 216 kg/m2 + = 319,1 kg/m2 Beban Hidup = 100 kg/m2 Pelat lantai 1 sampai lantai 9 Pembebanan a.) Beban berguna Berat finishing : - spesi lantai t = 2x21kg /m2 = 42 kg/m2 2 - lantai keramik = 1x24 kg /m = 24 kg/m2 - rangka + plafond = (11+7) kg/m2= 18 kg/m2 - ducting AC+pipa = 40 kg/m2 - dinding partisi = 40 kg/m2 - instalasi air bersih dan kotor = 25 kg/m2 + Total beban finishing = 189 kg/m2 Beban mati - Pelat lantai bondex = 10,1 kg/m2
= 250 kg/m2
Beban hidup
Pembebanan Balok Anak Balok anak berfungsi membagi luasan lantai agar tidak terlalu lebar sehingga masih mempunyai kekakuan yang cukup. Balok anak menumpu di atas dua tumpuan sederhana. Balok anak interior lantai dua direncanakan menggunakan profil WF 400.200.8.13 dengan data sebagai berikut : ix = 16,8 cm A = 84,12 cm2 Zx = 1286 cm3 w = 66 kg/m iy = 4,54 cm Zy = 266 cm3 Ix = 23700 cm4 Sx = 1190 cm3 bf = 200 mm Iy = 1740 cm4 Sy = 174 cm3 d = 400 mm tf = 3 mm tw = 8 mm r = 16 mm h = d – 2(tf + r) = 400 – 2(13 + 16) = 342 mm BJ-41 : fy = 2500 kg/cm2 fu = 4100 kg/cm2 Beton : fc’ = 30 Mpa = 300 kg/cm2 Panjang balok (span) L = 6000 mm = 6 m Balok Induk
Balok Anak
6m
4. 4.1
6m
Gambar 4.1 Momen tributary balok anak pada gedung CFT
7
4.3.3 Dimensi Struktur Utama CFT Balok Induk Dimensi balok induk lantai 1-4 = WF 600x200x11x17 Dimensi balok induk lantai 5-7 = WF 500x200x10x16 Dimensi balok induk lantai 8-10 = WF 400x200x8x13 Kolom Rectangular CFT Dimensi kolom lantai 1-4 = 500x500x12 Dimensi kolom lantai 5-7 = 420x420x12 Dimensi kolom lantai 8-10= 300x300x5 Kolom Circular CFT Dimensi kolom lantai 1-4 = Ø610, t = 12 Dimensi kolom lantai 5-7 = Ø508, t = 12 Dimensi kolom lantai 8-10 = Ø406, t =12 4.4 Data Pembebanan Struktur Beton Bertulang 4.4.1 Pembebanan Pelat Direncanakan tebal pelat atap = 100 mm, pelat lantai = 120 mm Pembebanan Pelat Atap Beban mati (DL) Berat sendiri plat = 0,1x2400= 240 Kg/m2 Plafond + rangka = 11 + 7 = 18 Kg/m2 Ducting & plumbing = 40 Kg/m2 Finishing (2 cm)= 2 x 21 = 42 Kg/m2 Aspal (1 cm) = 1 x 14 = 14 Kg/m2 DL = 354 Kg/m2 Beban hidup (LL) Beban Hidup = 100 Kg/m2 Pembebanan Pelat Lantai Beban mati (DL) Berat sendiri plat = 0,12x2400=288 Kg/m2 Plafond + rangka = 11 + 7 = 18 Kg/m2 Ducting & plumbing = 40 Kg/m2 Finishing (2 cm)= 2 x 21 = 42 Kg/m2 Keramik = 24 Kg/m2 Total beban finishing = 412 Kg/m2 Beban hidup (LL) Beban Hidup = 250 Kg/m2 Beban dinding = 250 kg/m2 4.4.2
Pembebanan Balok Anak Dimensi balok anak diambil kurang lebih 2/3 dari dimensi balok induk dengan bentang yang sama (6m). Karena itu dimensi balok anak direncanakan 300 mm × 400 mm, sama untuk setiap lantai.
8
Berat Balok Anak Balok anak yang digunakan berdimensi 30 cm x 40 cm = 0,3 x 0,4 x 2400 kg/m3 = 288 kg/m Pembebanan Balok anak akan memikul sebagian beban pelat. Pembagian beban pelat ke balok anak diasumsikan mengikuti garis leleh yang terjadi. Dimana dalam hal ini beban yang terbentuk adalah beban segitiga, oleh karena itu harus diekuivalensikan kepada beban terbagi rata.
Gambar 4.2 Momen tributary balok anak pada gedung beton bertulang
Gambar 4.3 qekuivalen beban segitiga 4.4.3 Dimensi Struktur Utama Beton Bertulang Balok Induk Pada struktur ini direncanakan dimensi balok induk sebagai berikut : - Untuk lantai 1-4 = 400 mm × 600 mm - Untuk lantai 5-7 = 350 mm × 550 mm - Untuk lantai 8-10 = 300 mm × 500 mm Kolom Direncanakan : Dimensi kolom lantai 1-4 = 800 x 800 mm Dimensi kolom lantai 5-7 = 700 x 700 mm Dimensi kolom lantai8-10= 600 x 600 mm
4.5
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 : di pihak angin = + 0,9 ; di belakang angin = - 0,4 4.6 Beban Gempa ( SNI 03-1726-2002 ) a.) Analisa beban gempa yang digunakan adalah response spektrum. b.) Faktor Respon Gempa (C), terletak di tanah lunak zona gempa 6
C 0,95 T
5.1 Struktur Rectangular - Concrete Filled Steel Tube (RCFT) Kontrol Balok Induk Lantai 1-4 Fungsi dari balok utama adalah meneruskan beban yang terjadi pada pelat lantai dan balok anak ke kolom. Balok utama melintang direncanakan dengan profil WF 600x200x11x17 Panjang balok induk (L) = 6000 mm. Adapun data – data profil adalah sebagai berikut : A = 134.4 cm2 ix = 24 cm r = 22 mm Zx = 2863 cm3 W= 106 kg/m tw =11 mm d = 600 mm tf = 17 mm Zy = 367 cm3 4 b = 200 mm Ix = 77600 cm Sx = 2590 cm3 iy = 4.12 cm Iy = 2280 cm4 Sy = 228 cm3 h = d – 2(tf + r ) = 600 – 2(17+22) = 522 mm L=6m Kontrol Kolom Steel Box Coloum
t H
Confined Concrete
B
Gambar 3.4 Grafik nilai C-T zona gempa 6 (SNI 1726 2002, Pasal 4.7.6) c.) Faktor reduksi gempa (R) = 8.5 4.7
Kombinasi Pembebanan Kombinasi Pembebanan yang dipakai berdasarhan SNI 1729-2002 yaitu : 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 : 1.0 D + 1.0 L ± 1.0 E COMBO 5 : 0.9 D ± 1.0 E Keterangan :
D = Beban Mati L = Beban Hidup W = Beban Angin E = Beban Gempa
Gambar 5.1 Profil Rectangular-Concrete Filled Steel Tube Direncanakan kolom komposit dari profil persegi 500.500.12 : Mutu bahan yang digunakan : Baja (BJ 41) : fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa Beton : f’c = 30 Mpa Kontrol Interaksi “balok kolom” :
298 9,24 33,03 8 1,0 845 191,63 191,63 9
Hasil interaksi adalah = 0,55 < 1,00 berarti kolom kuat memikul beban tekan dan lentur. 5.2 Struktur Circular - Concrete Filled Steel Tube (CCFT) Kontrol Balok Induk Lantai 1-4 Fungsi dari balok utama adalah meneruskan beban yang terjadi pada pelat lantai dan balok anak ke kolom. Balok utama melintang direncanakan dengan profil WF
9
600x200x11x17 Panjang balok induk (L) = 6000 mm. Adapun data – data profil adalah sebagai berikut : A = 134.4 cm2 ix = 24 cm r = 22 mm Zx = 2863 cm3 W= 106 kg/m tw =11 mm d = 600 mm tf = 17 mm Zy = 367 cm3 4 b = 200 mm Ix = 77600 cm Sx = 2590 cm3 iy = 4.12 cm Iy = 2280 cm4 3 Sy = 228 cm h = d – 2(tf + r ) = 600 – 2(17+22) = 522 mm L=6m Kontrol Kolom
Steel Box Coloum
Confined Concrete
Di Do
Gambar 5.3 Profil Circular-Concrete Filled Steel Tube Direncanakan kolom komposit dari profil bulat dengan diameter ø610 dan tebal 12 mm : Mutu bahan yang digunakan : Baja (BJ 41) : fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa Beton : f’c = 30 Mpa Kontrol Interaksi “balok kolom” :
308 15,92 59,02 8 1,0 919,7 214,41 214,41 9
Hasil interaksi adalah = 0,65 < 1,00 berarti kolom kuat memikul beban tekan dan lentur 5.3 Struktur Reinforced Concrete Balok Induk Data Perencanaan : f’c = 30 MPa fy = 390 MPa h = 600 mm b = 400 mm Tul.longitudinal = D 25 Tul.geser = 12 mm Cover = 40 mm d’ = 40+12+ (½) (25) = 64.5 mm d = h - d’ = 600 – 64.5 = 535,5 mm
10
Rekapitulasi tulangan lentur pada daerah tumpuan Tulangan atas = 6 D25 (As = 4906,25 mm2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1962,5 mm2 ) Kolom Perencanaan Tulangan Lentur Data : Mutu beton (fc’) : 30 MPa Mutu baja (fy) : 400 MPa Lebar kolom (B) : 800 mm Tinggi kolom(H) : 800 mm Panjang kolom : 4000 mm Pendesainan tulangan kolom menggunakan program bantu PCACOL v 3.64
6. ANALISA PENAMPANG Profil Rectangular - Concrete Filled Steel Tube Section (RCFTS)
Dari hasil gambar 6.5 diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 3964 KN saat Mmax = 1554 KNm. Beban tekan maksimum = 1,47x104 KN dan beban tarik maksimum = 5,856x103 KN
Profil Circular - Concrete Filled Steel Tube Section (CCFTS)
Profil Reinforced Concrete (RC)
Dari hasil gambar 6.7 diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 8735 KN saat Mmax = 2579 KNm. Beban tekan maksimum = 2,51x104 KN dan beban tarik maksimum = 3,063x103 KN 7. PERENCANAAN SAMBUNGAN Sambungan Pada Profil Rectangular Concrete Filled Steel Tube Section (RCFTS) Sambungan Balok – Kolom Profil balok induk menggunakan WF 600.200.11.17 dan kolom dengan profil kotak 500.500.12. Sambungan akan didesain dengan metode rigid connection. Sambungan akan direncanakan seperti balok konsol dengan panjang 400 mm. Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan fy = 250 Mpa dan fu = 410 Mpa. Mutu las E70xx (KSI) = 70x70,3 = 4921 kg/cm2. 2
1 6 200
Baut Ø 30mm 6 510 Baut Ø 30mm
Pelat t=11mm
CFT 500.500.12
WF 600x200x11x17
Pelat t=17mm
6 200
6 310
Dari hasil gambar 6.6 diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 4475 KN saat Mmax = 1638 KNm. Beban tekan maksimum = 1,6x104 KN dan beban tarik maksimum = 5,621x103 KN
6 200
1
Potongan WF 600x200x11x17
2
POTONGAN 1-1
POTONGAN 2-2
Gambar 7.1 Rencana Sambungan Balok WF 600.200.11.17 dengan Kolom RCFTs 500.500.12
11
Sambungan Kolom – Kolom Kolom akan disambung menggunakan sambungan las penetrasi penuh.
pelat, t=15mm 6
6 610
3
pelat t=15mm
CFT Ø610, t=12
3
3
Pelat t=15mm
3
beton f'c=30 MPa
POTONGAN 3-3
Gambar 7.4 Rencana Sambungan Las
CFT 500.500.12
6 510
7.3 Analisa Sambungan Balok-Kolom CFT Sambungan Profil RCFT POTONGAN 3-3
Vcol
Vcol Cb
Sambungan Pada Profil Circular - Concrete T Filled Steel Tube Section (CCFTS)
Vjh
Vjh
Vjh
Vjh
Vcol
Sambungan Balok-Kolom Sebagai Konsol Pendek Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan fy = 250 Mpa dan fu = 410 Mpa. Mutu las E70xx (KSI) = 70x70,3 = 4921 kg/cm2. 2
(b) Exterior joints
Untuk kolom exterior : Vjh = Tb – Vcol = 729,5 – 94,025 = 635,475 kN Total kekuatan geser : Vcft = Vrc + Vsw = 1241 + 1800 = 3041 kN Kontrol :Vcft > Vjh 3041 kN > 635,475 kN …OK Vcol
Vcol
Cb
Tb
Baut Ø 30mm 6 510 Pelat t=11mm
WF 600x200x11x17
Baut Ø 30mm
Pelat t=17mm
2 POTONGAN 1-1
POTONGAN 2-2
Gambar 7.3 Rencana Sambungan Balok WF 600.200.11.17 dengan Kolom CCFTs ø 610 t = 12,5 Sambungan Kolom – Kolom Kolom akan disambung menggunakan sambungan las penetrasi penuh. Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan fy = 250 Mpa dan fu = 410 Mpa. Mutu las E70xx (KSI) = 70x70,3 = 4921 kg/cm2.
Vjh
Vjh
Vjh Cb Vcol
6 510
Tb
Vjh
(a) Interior joints
6 610
6 610
CFT Ø610, t=12
Vcol
(a) Interior joints
Tb
1
12
Cb
Cb
b
Sambungan Balok – Kolom Profil balok induk menggunakan WF 600.200.11.17 dan kolom dengan profil bundar diameter 610 dan tebal 12 mm. Sambungan akan didesain dengan metode rigid connection. Sambungan akan direncanakan seperti balok konsol dengan panjang 400 mm.
Tb
Tb
Gambar 7.2 Rencana Sambungan Las
1
200
CFT Ø610, t=12mm
Cb Vcol (b) Exterior joints
Untuk kolom interior : Vjh = Tb + Cb – Vcol = 729,5 + 729,7 – 94,025 = 1365,175 kN Total kekuatan geser : Vcft = Vrc + Vsw = 2072,5+ 1800 = 3872,5 kN Kontrol :Vcft > Vjh 3854,2 kN > 1365,175 kN …OK
Vcol
Sambungan Profil CCFT
= 4390544,02 𝑁 = 4390,55 𝑘𝑁
Vcol
Cb
∅𝑽𝒄 = 𝟒𝟑𝟗𝟎, 𝟓𝟓 𝒌𝑵 > 𝑽𝒙−𝒙 = 𝟐𝟎𝟓𝟗, 𝟎𝟓 𝐤𝐍 → 𝑶𝑲 (HBK kuat menahan gaya geser yang mungkin terjadi)
Tb
Tb Vjh
Vjh
Vjh
Vjh
Tb
Cb
Cb Vcol
Sambungan Eksterior
Vcol
(a) Interior joints
(b) Exterior joints
Untuk kolom exterior : Vjh = Tb – Vcol = 1192 – 154,325 = 1037,7 kN Total kekuatan geser : Vcft = Vrc + Vsw = 1538 + 1707,8 = 3245,8 kN Kontrol :Vcft > Vjh 3245,8 kN > 1037,7 kN …OK Vcol
Vcol
Cb
Tb
Tb
Vjh
Vjh
Vjh
Vjh
Tb
Cb
b
Vcol (a) Interior joints
Total gaya geser pada potongan x-x = T1– Vh Vx-x = 1435,81 – 333,97 = 1101,84 kN ∅𝑉 𝑐 = 0,75 × 1,25 × 𝐴𝑗 × 𝑓𝑐′ C = 0,75 × 1,25 × 800 × 800 × 30 = 3286335,35 𝑁 = 3286,34 𝑘𝑁 ∅𝑽𝒄 = 𝟑𝟐𝟖𝟔, 𝟑𝟒 𝒌𝑵 > 𝑽𝒙−𝒙 = 𝟏𝟏𝟎𝟏, 𝟖𝟒 𝒌𝑵 → 𝑶𝑲
Vcol (b) Exterior joints
Untuk kolom interior : Vjh = Tb + Cb – Vcol = 1192+ 1192 – 154,325 = 2229,675 kN Total kekuatan geser : Vcft = Vrc + Vsw = 2569+ 1707,8 = 4276,8 kN
8. ANALISA PORTAL Hasil Analisa RCFT Bentuk deformasi portal setelah dibebani
Kontrol :Vcft > Vt 4276,8 kN > 2229,675 kN …OK Sambungan Balok-Kolom Beton Bertulang Sambungan Interior
Gambar Bentuk deformasi portal RCFT
1
Total gaya geser pada potongan x-x = T 1 + T 2 – Vh Vx-x = 1435,81 + 957,21 – 333,97 = 2059,05 kN ∅ 𝑉𝑐 = 0,75 × 1,67 × 𝐴𝑗 × 𝑓𝑐′ = 0,75 × 1,67 × 800 × 800 × 30
2
3
Gambar Titik yang akan ditinjau
13
Titik
Deformasi (mm) Arah X
Arah Y
Tegangan (Mpa)
Titik
Arah Z
Max
Min
Regangan Max
Min
1
2.63E-03
-1.11884
-2.71017
1
14.4423
-8.2651
8.68E-05
-6.08E-05
2
-1.48E-02
-2.04121
-2.39802
2
1.22E-01
-24.6544
3.87E-05
-1.22E-04
3
-2.63E-03
-8.11E-01
-2.51286
3
31.6449
-3.37E+00
1.53E-04
-7.50E-05
Titik
Tegangan (Mpa) Max
Min
Regangan Max
Min
1
12.1345
-16.4361
9.66E-05
-8.91E-05
2
3.95E-02
-27.7628
4.35E-05
-1.37E-04
3
11.214
-24.9609
9.60E-05
-1.39E-04
Tabel 8.2 Hasil Analisa Abaqus Pada CCFT Hasil Analisa RC Bentuk deformasi portal setelah dibebani
Tabel 8.1 Hasil Analis Abaqus Pada Portal RCFT Hasil Analisa CCFT Bentuk deformasi portal setelah dibebani
Gambar Bentuk deformasi portal RC
1
2
3
Gambar Bentuk deformasi portal RCFT
2
1
Gambar Titik yang akan ditinjau
3 Titik
Arah X 5.10E-13 3.87E-13 5.94E-14
1 2 3
Gambar Titik yang akan ditinjau
Titik
14
Deformasi (mm) Arah X
Arah Y
Arah Z
1
2.00E-03
-1.3105
-4.93885
2
1.25E-03
-1.88498
-4.36817
3
6.27E-03
-5.06E-01
-4.83251
Deformasi (mm) Arah Y -1.57133 -1.68037 -1.20E+00
Arah Z -2.33355 -2.11236 -2.50029
Tegangan (Mpa)
Titik
Max
Regangan
Min
Max
Min
1
1.45908
-8.18972
1.57E-04
-2.89E-04
2
-1.07E-03
-1.58364
2.10E-06
6.11E-05
3
2.92505
-8.56387
1.94E-04
-3.38E-04
Tabel 8.3 Hasil Analisa Abaqus Pada Portal RC
sama, kuat geser pada sambungan CFT akan lebih besar karena mendapat sumbangan dari casing baja.
9. KESIMPULAN DAN SARAN 9.1
Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1) Kapasitas penampang terhadap gaya aksialmomen menunjukkan bahwa profil RC mempunyai kapasitas yang paling besar yakni (Pmax adalah 8735 KN saat Mmax = 2579 KNm) kemudian RCFT mempunyai kapasitas penampang sebesar Pmax adalah 3964 KN saat Mmax = 1554 KNm sedangkan kapasitas penampang profil CCFT adalah Pmax adalah 4475 KN saat Mmax = 1638 KNm. 2) Dari hasil Abaqus didapat nilai :
Diperoleh kesimpulan bahwa penampang CFT mempunyai deformasi yang besar karena penampang CFT memiliki daktilitas yang besar akibat kontribusi dari casing baja, sedangkan penampang RC deformasinya sangat kecil. Hal ini disebabkan karena baja bersifat elastis, sedangkan untuk penampang RC tidak boleh berdeformasi terlalu tinggi karena sifat beton yang tidak kuat menahan tarik. 3) Analisa HBK dengan menggunakan metode superposisi Untuk sambungan balok-kolom eksterior diperoleh kuat geser: VRCFT = 3041 kN > Vjh = 635,475 kN VCCFT = 3245,8 kN > Vjh = 1037,7 kN Untuk sambungan balok-kolom interior diperoleh kuat geser : VRCFT = 3854,2 kN > Vjh = 1365,175 kN VCCFT = 4276,8 kN > Vjh = 2229,675 kN
9.2
Saran Untuk gedung-gedung tinggi, pemakaian struktur CFT dapat menjadi alternatif, karena memiliki kapasitas menahan beban yang besar dengan penampang yang relatif lebih kecil. DAFTAR PUSTAKA
a. Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). b. Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-17292002). c. Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-28472002). d. Departemen Pekerjaan Umum. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983. e. Suprobo,Priyo.2000. Desain Balok Komposit Baja-Beton.Surabaya : ITS Press.
Bila dibandingkan dengan kuat geser sambungan beton bertulang, dimana untuk balok eksterior kuat gesernya ∅𝑉𝑐 = 3286,34 𝑘𝑁 dan untuk balok interior ∅𝑉𝑐 = 4390,55 𝑘𝑁 , kuat geser pada sambungan balok-kolom CFT tidak berbeda jauh dengan kuat geser yang dimiliki beton bertulang, meskipun struktur CFT memiliki luas penampang elemen struktur yang lebih kecil. Berdasarkan analisa di atas, apabila kedua struktur memiliki dimensi elemen struktur yang
15
