MAKALAH TUGAS AKHIR – PS 1380
M ODI ODI FI K AS ASII PERENCANAAN PERENCANAAN STRUK TUR BAJ A K OMPOSI OMPOSI T PADA PADA GEDUN GEDUNG G PERPUSTA PERPUSTAK K AAN UNI UNI VERSI VERSI TAS NEGERI J EMB EM BER
FERRY INDRAHARJA NRP 3108 100 612
Dosen Pembimbing Ir. SOEWARDOYO, M.Sc. Ir. ISDHARMANU, M.Sc.
PROGRAM SARJANA LINTAS JALUR TEKNIK SIPIL Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Nopember Surabaya 2011
MODIFIK ASI PERENCANAAN STRUKT UR BAJ A K OMPOSIT PADA GEDUNG PERPUSTAK AAN UNIVERSITAS NEGERI J EM BER FERRY INDRAHARJ A NRP. 3108 100 612 Abstrak Keterbatasan lahan dan kegiatan pembangunan yang semakin intensif akhir-akhir ini menyebabkan gedung-gedung bertingkat yang dibangun. Perkembangan teknologi yang semakin meningkat memungkinkan manusia untuk membangun gedung – gedung tinggi. Seperti yang telah diketahui bersama bahwa semakin tinggi suatu gedung maka semakin besar juga kekuatan dan beban yang dipikulnya. Hal ini menyebabkan waktu pengerjaan yang diperlukan juga akan semakin lama. Struktur gedung dalam tugas akhir ini akan dimodifikasi dan direncanakan ulang dengan menggunakan struktur baja komposit. Struktur komposit antara beton dan balok baja merupakan struktur yang memanfaatkan kelebihan dari beton dan baja yang bekerja bersama-sama sebagai satu kesatuan. Kelebihan tersebut antara lain adalah beton kuat terhadap tekan dan baja kuat terhadap tarik. Balok baja yang menyanggah konstruksi pelat beton yang dicor ditempat dahulu sebelumnya didesain berdasarkan asumsi bahwa pelat beton dan baja dalam menahan beban bekerja secara terpisah. Pengaruh komposit dari pelat beton dan baja yang bekerja bersamasama tidak diperhitungkan. Pengabaian ini berdasarkan asumsi bahwa lekatan antara pelat beton dengan bagian atas balok baja tidak dapat diandalkan. Namun dengan berkembangnya teknik pengelasan, pemakaian alat penyambung geser (shear connector) mekanis menjadi praktis untuk menahan gaya geser horizontal yang timbul ketika batang terlentur ( Salmon dan J ohnson, 1995 ). Modifikasi yang dilakukan pada gedung ini adalah jumlah lantai dari 7 lantai menjadi 10 lantai. Perancangan gedung ini berdasarkan ”Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002)”, ”Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)” dan Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung 1983. Analisa struktur gedung akan ditinjau pengaruh beban gempa dinamik terhadap struktur gedung tersebut. Hal tersebut diakibatkan terdapat tonjolan lebih besar dari 25% dari arah terbesar denah pada arah yang ditinjau, sehingga tidak memenuhi salah satu syarat konfigurasi bangunan gedung sebagai bangunan beraturan sesuai SNI 03-1726-2002 Pasal 4.2.1. Hasil perencanaan struktur gedung ini terdiri dari atap baja dengan dimensi profil gording WF.150.75.5.7 dan kuda-kuda profil WF.300.150.6,5.9. Struktur pada portal menggunakan baja komposit dengan kolom dari profil Kingcross 500.200.10.16 berselubung beton 700 cmx 700 cm, balok komposit dengan profil WF.500.200.10.16, alat penyambung geser tipe stud Ø16 mm. Sambungan direncanakan sebagai sambungan kaku dengan memakai baut mutu A325 kuat putus baut 6237 kg/m2 diameter 24 mm. Perencanaan pondasi menggunakan tiang pancang beton pracetak diameter 50 cm. Sloof ukuran 300 cm x 500 cm dengan tulangan utama 5D16 dan tulangan geser Ø12-200.
1
I.
PENDAHULUAN
Gedung perpustakaan Universitas Jember adalah gedung yang mempunyai 7 lantai dan dibangun di daerah gempa sedang. Gedung perpustakaan tersebut terdapat di wilayah Jember Jawa Timur. Gedung tersebut dibangun dengan menggunakan beton bertulang biasa dengan sistem cor ditempat. Karena Indonesia ditinjau dari lokasinya yang rawan terhadap gempa maka pembangunan infrasruktur harus memenuhi syarat tahan gempa. Sehingga dapat memperkecil kerugian dan kecelakaan yang mungkin timbul akibat terjadinya gempa, mengingat tingginya resiko gempa di Indonesia. Struktur gedung Universitas Jember pada awalnya direncanakan dengan menggunakan struktur beton bertulang. Sebagai bahan studi dalam penyusunan tugas akhir ini, gedung tersebut dimodifikasi menjadi 10 lantai dengan menggunakan struktur baja komposit. Jember merupakan daerah berzona gempa sedang sehingga gedung perpustakaan tersebut harus dirancang sesuai dengan perhitungan gempa rencana di daerah zona gempa sedang. Maka nantinya gedung ini akan dibangun dengan menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen Terbatas (SRPMT) dimana sistem ini sangat cocok untuk daerah gempa sedang yang memakai struktur baja. Pedoman perencanaan gedung dengan struktur baja tahan gempa di Indonesia adalah SNI 03-1729-2002 dan SNI 03-17262002 yang membahas tentang perencanaan struktur baja dan bangunan tahan gempa. Adapun tujuan utama dari SNI SNI 03-17292002 dan SNI 03-1726-2002 adalah membuat struktur tidak runtuh namun boleh mengalami kerusakan non struktural bila menerima gaya lateral yang besar akibat gempa.
II . K ONSEP DESAIN Prosedur dan ketentuan umum perencanaan mengacu pada SNI 03-17262002, SNI 03-1729-2002 dan PPIUG 1983 dengan memperhitungkan beberapa ketentuan umum antara lain
1.
Gempa rencana dan kategori gedung Pengaruh gempa rencana itu harus
dikalikan oleh suatu faktor keutamaan gedung. Faktor keutamaan ini untuk menyesuaikan periode ulang. Gempa berkaitan dengan penyesuaian umur gedung. Faktor keutamaan ini bergantung pada berbagai kategori gedung dan bangunan yang telah diatur pada SNI 03-1726-2002 pasal 4.1.2.
2.
K onfigurasi struktur
Langkah awal dari perencanaan struktur gedung adalah menentukan apakah gedung yang akan dirancang termasuk gedung yang beraturan atau tidak beraturan. Struktur
gedung beraturan harus memenuhi ketentuan SNI 03-17262002 pasal 4.2.1. Pengaruh gempa rencana struktur gedung ini dapat ditinjau sebagai pengaruh beban gempa statik ekivalen. Sehingga dapat menggunakan analisa statik ekivalen.
Struktur gedung tidak beraturan adalah
struktur gedung yang tidak memenuhi syarat konfigurasi struktur gedung beraturan (atau tidak sesuai SNI 031726-2002 pasal 4.2.1). Pengaruh gempa struktur ini harus diatur dengan menggunakan pembebanan gempa dinamik. Dengan menggunakan pembebanan gempa dinamik sehingga menggunakan analisa respon dinamik. Perencanaan gedung dalam Tugas Akhir ini adalah merupakan struktur gedung
tidak beraturan, sehingga perlu dianalisa dinamis dengan menggunakan program bantu
ETABS. 3. Daktilitas struktur bangunan dan pembebanan nominal Daktilitas
adalah kemampuan deformasi inelastis tanpa kehilangan kekuatan yang berarti. Sedangkan struktur daktail adalah kemampuan struktur mengalami simpangan pasca elastik yang besar secara berulang kali dan bolak-balik akibat gempa yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama, sambil mempertahankan kekuatan dan kekakuan yang cukup, sehingga struktur tersebut tetap berdiri, walaupun sudah berada dalam kondisi di ambang keruntuhan.
Faktor daktilitas gedung adalah rasio
antara persimpangan maximum pada ambang keruntuhan dengan simpangan pertama yang terjadi pada pelelehan pertama. 1.0
m y
4. J enis tanah gelombang
5.
III. METODOLOGI
Data Umum Bangunan Nama Gedung : Gedung Perpustakaan Universitas Negeri Jember Lokasi : Jember Jawa Timur Fungsi : Perpustakaan Zone Gempa : 3 (menengah) Panjang Bangunan : 44 m Lebar Bangunan : 23 m Jumlah Lantai : 10 lantai Tinggi Bangunan : 40 m Ketinggian per lantai : 4 m Pondasi : Tiang Pancang
Data Bahan Kolom : Baja profil kingcross berselubung beton Balok : Wide Flens Mutu Baja : BJ-41 Mutu Beton : f’c 25 Mpa
Konsep
Dalam
Tugas akhir ini akan direncanakan struktur gedung menggunakan SRPMT baja. 1726-2002 pasal 4.3
K arakteristik resiko gempa wilayah
Sesuai SNI 03-1726-2002 wilayah gempa di Indonesia dikategorikan dalam 6 wilayah gempa, dimana Wilayah gempa 1 dan 2 adalah wilayah dengan resiko kegempaan rendah, Wilayah gempa 3 dan 4 adalah wilayah dengan resiko kegempaan sedang dan Wilayah gempa 5 dan 6 adalah wilayah dengan resiko kegempaan tinggi.
Daktilitas pada elemen struktur dapat dicapai hanya jika unsur pokok dari materialnya sendiri daktail.
Penjelasan daktilitas berada di SNI 03-
perambatan
Jenis atau tipe profil tanah berpengaruh pada kecepatan gelombang. Dalam SNI 03-1726-2002 jenis tanah dibedakan menjadi 5, yaitu : tanah keras, tanah sedang, tanah khusus. Pengaruhnya ditabelkan pada tabel SNI 03-1726-2002.
m
daktilitas struktur adalah mempertimbangkan perencanaan struktur tahan gempa untuk mampu berdeformasi secara daktail dengan cara memencarkan energi (mendisipasikan energi).
dan
Data Tanah Data tanah digunakan untuk merencanakan pondasi gedung tersebut. 3
Flow chart alur metodologi untuk Modifikasi Perencanaan Struktur Baja Komposit pada Gedung Perpustakaan Universitas Negeri Jember adalah sebagai berikut :
2. Pelat lantai : Tebal : 13 cm Bondex PT. BRC Lysaght Beton menggunakan mutu K-225 Bondex Menggunakan Tebal 0,75 mm Tulangan susut Wiremesh M6
WF.500.200.10.16
5 2 WIREMESH 1 0 1 Ø
0 0 0 8
M6
Ø10 - 125
Ø10 - 125
4 1 . 9 . 0 0 2 . 0 5 4 . F W
6 1 . 0 1 . 0 0 2 . 0 0 5 . F W
5 2 1 0 1 Ø
WF.500.200.10.16
3500
4.1 Gambar Penulangan Pelat Lantai
Pelat atap :
Gambar 3.1 DiagramAlir Penyelesaian Tugas Akhir
Tebal : 11 cm Bondex PT. BRC Lysaght Beton menggunakan mutu K-225 kg/cm2 Bondex Menggunakan Tebal 0,75 mm Tulangan susut Wiremesh M5
WF.450.200.9.14
I V. HASI L PERENCANAAN STRUK TUR SEK UNDER
5 2 1 8 Ø
1. Rangka atap baja Kuda-kuda : WF 300.150.6,5.9 Pedestal : WF 300.150.6,5.9 Gording : WF 150.75.5.7 Ikatan angin : Ø 10 mm Pnggntng gording : Ø 16 mm Sambungan : Baut A325 dengan mutu 90 ksi (f ub = 90 x 70,3 = 6327 kg/cm 2) diameter 20 mm, mutu las 70 ksi.
0 0 0 8
WIREMESH M5
Ø8- 125
Ø8- 125
4 1 . 9 . 0 5 2 . 0 4 3 . F W
4 1 . 9 . 0 0 2 . 0 5 4 . F W
5 2 1 8 Ø
WF.450.200.9.14
3500
4.2 Gambar Penulangan Pelat Atap
4
3. Tangga : Spesifikasi tangga type : Tinggi antar lantai : 400 cm Tinggi bordes : 200 cm Lebar Injakan (i) : 30 cm Tinggi Tanjakan (t) : 18 cm Tebal efektif tangga : 17 cm Tebal plat bordes : 9 cm Tebal plat tangga : 9 cm Beton menggunakan mutu K-225 kg/cm2 Bondex PT. BRC Lysagth menggunakan Tebal 0,75 mm Tulangan susut menggunakan Wiremesh M5
V. K ONTROL HASIL ANALSI S STRUKTUR
5.1 Gambar : Pemodelan struktur
4. Balok lift
1. Kontrol Kinerja Struktur Gedung Kontrol terhadap simpangan arah sumbu x dan sumbu y memenuhi syarat dapat dilihat pada tabel berikut ini : Tabel 5.1 : Kontrol simpangan antar tingkat arah sumbu x BL
BL
Tabel 5.2 : Kontrol simpangan antar tingkat arah sumbu y
4.3 Gambar : Denah Balok Penggantung Lift
Balok penggantung lift :WF 300.150.6,5.9
5. Balok anak Lantai atap : WF.350.250.9.14 Lantai ruangan : WF.450.200.9.14
3. Kontrol Waktu Getar Alami Foundamental dengan rumus Rayleigh sebagai berikut :
5
n
Wd i i TRayleigh 6,3
2
i 1 n
g Fi di i 1
Tabel 5.3 : Kontrol waktu getar alami fundamental arah sumbu x
VI . HASIL PERENCANAAN STRUKT UR PRIM ER Berdasarkan hasil perencanaan, didapatkan dimensi-dimensi balok, kolom,dan sambungan untuk struktur gedung ini adalah : 1. Balok Atap : WF.450.200.9.14 Lantai : WF.500.200.10.16 2. Kolom Profil Beton
T yang diizinkan = 1,583 ± 20% x 1,553 = 1,2664 ~ 1,8996 detik. Karena T1 maksimum yang terjadi pada ETABS samadengan 1,7 detik berada diantara nilai TRayleigh = 0,992 ~ 1,8996 detik, sehingga memenuhi ketentuan SNI 03-17262002 Ps. 6.2.
: Kingcross 500.200.10.16 : 700 cm x 700 cm
3. Sambungan Balok-kolom : baut A325 mutu 90 ksi Ø24 mm pada profil T.500.200.10.16, Ø24 mm pada profil ∟90.90.0. Kolom-kolom : baut A325 mutu 90 ksi Ø24 mm dengan tebal plat 16 mm.
C L
Tabel 5.4 : Kontrol waktu getar alami fundamental arah sumbu y
200 40
120
250 40
100
0 4
0 0 2
100
50
0 4
0 0 2
0 2 1
0 4
0 2 1
0 4 0 5
5 8
0 7 0 7 0 0 1 7 3 0 7 0 7
T yang diizinkan = 1,622 ± 20% x 1,622= 1,298 ~ 1,946 detik. Karena T1 maksimum hasil analisa struktur = 1,7 detik berada diantara nilai TRayleigh = 1,298 ~ 1,946 detik, sehingga memenuhi ketentuan SNI 031726-2002 Ps. 6.2
5 8
0 5
300
200 40
120
40 0 4
0 4
0 0 2
0 2 1
0 4
0 0 2
0 0 1
0 2 1
0 4
100
100
50
250
Gambar 6.1 : Sambungan Balok – Kolom
6
40
120
Perencanaan Sloof
40
Dimensi 0 4
0 4
0 2 1
0 2 1
0 4
0 4
: 30/50 cm 4-D16
4-D16
PLATE t=7 mm
40
120
0 0 5
40
0 0 5
Ø10-200
Ø10-200
4-D16 C L
4-D16
300
300
Tumpuan
Lapangan
Gambar 7.2 : Penulangan Sloof
VIII. K esimpulan
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
100
100
Gambar 6.2 : Sambungan Kolom – Kolom
VII. HASIL PERENCANAAN PONDASI Data tanah
: Sondir
Tiang pancang
: Ø 50 cm
Kedalaman TP
: 12 m
Pijin 1 TP
: 94,86 Ton
Dimensi Pile Cap : 4,0x4,0x 1 m3 My
Y
P
Mx 1
My
X
2
Mx 5 7
3
5 2 1 4
6 Hx
5
5 2 1
Hy 7
75
8
9
125
125
5 7
0 0 4
0 0 1
75
125
75
400
Gambar 7.1 : Pile Cap kolom
125 400
75
Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan antara lain : 1. Dilakukan perhitungan struktur atap dan struktur sekunder terlebih dahulu seperti perhitungan tangga, pelat lantai, dan balok anak terhadap beban-beban yang bekerja baik beban mati, beban hidup maupun beban terpusat. 2. Analisa balok dihitung terhadap kontrol lendutan, kontrol penampang (local buckling), kontrol lateral buckling dan kontrol geser. 3. Prinsip dasar bahwa struktur sekunder menjadi beban pada struktur utama, dan setelah itu dilakukan analisa struktur utama dengan bantuan program yaitu ETABS. 4. Dilakukan kontrol terhadap balok utama dengan anggapan balok adalah balok baja dianggap sebagai struktur komposit dengan pelat pada saat komposit. Dimana balok menerima beban dari struktur sekunder yang harus dilakukan kontrol meliputi : kontrol lendutan, kontrol penampang (local buckling), kontrol lateral buckling dan kontrol geser. 5. Dilakukan kontrol kekuatan struktur kolom komposit yang meliputi kontrol luas minimum beton pada kolom 7
komposit, perhitungan kuat tekan aksial kolom, perhitungan kuat lentur kolom, dan kontrol kombinasi aksial dan lentur. 6. Rigid connection adalah tipe sambungan yang cocok untuk jenis bangunan baja seperti ini. Selain memiliki kekakuan yang lebih stabil juga lebih mudah dalam pelaksanaan di lapangan. 7. Balok induk melintang menggunakan WF 500.200.10.16, sedangkan balok induk memanjang menggunakan WF 500.200.10.16. 8. Balok anak pada lantai ruangan menggunakan WF 450.200.9.14, sedangkan pada lantai atap menggunakan WF 340.250.9.14. 9. Kolom lantai 1-10 menggunakan kolom Kingcross 500.200.10.16 dengan selubung beton 700 cm x 700 cm. 10. Pondasi yang digunakan memakai tiang pancang diameter 50 cm dengan kedalaman 12 m.
I X. Saran Perlu dilakukan studi yang lebih mendalam untuk menghasilkan perancangan struktur dengan mempertimbangkan aspek teknis, ekonomi, dan estetika, sehingga diharapkan perancangan dapat dilaksanakan mendekati kondisi sesungguhnya di lapangan dan hasil yang diperoleh sesuai dengan tujuan perancangan yaitu kuat, ekonomis dan tepat waktu dalam pelaksanaannya.
8
