1 Abstrak - Dalam Tugas Akhir ini dibahas mengenai desain struktur bangunan Gedung Fakultas Pertanian Universitas Mataram yang berlokasi di provinsi Nusa Tenggara Barat, Lombok. Adapun data awal gedung terdiri dari 4 lantai dengan struktur balok, kolom terbuat dari beton, sedangkan modifikasi perencanaan menjadi struktur komposit baja-beton diharapkan ada suatu hasil perencanaan yang lebih baik. Spesifikasi bangunan di desain ulang menjadi 10 lantai dengan struktur atap. Tugas Akhir ini penulis hanya akan membahas perencanaan struktur gedungnya saja. Dalam Tugas Akhir ini memakai asumsi analisa open frame, dimana rangka utamanya adalah balok dan kolom. Perhitungan struktur komposit adalah pada rangka utama (balok dan kolom). Perhitungan analisa struktur tangga menggunakan mekanika teknik biasa yang beban-bebannya ditranformasikan ke balok utama , dimana struktur tangga tersebut berbeda. Untuk analisa struktur utamanya menggunakan bantuan program computer SAP 2000. Perencanaan struktur baja komposit nantinya akan diharapkan mampu menekan lamanya waktu pelaksanaan pekerjaan struktur, tanpa mengurangi mutu bangunan. Kata Kunci : Komposit, balok, kolom, gedung I. PENDAHULUAN eterbatasan lahan dan kegiatan pembangunan yang semakin intensif akhir–akhir ini menyebabkan gedung–gedung bertingkat yang menjadi pilihan untuk dibangun. Dahulu gedung bertingkat yang dibangun pada umumnya menggunakan material beton bertulang. Seiring dengan perkembangan teknologi memungkinkan engineer untuk dapat membangun gedung yang lebih tinggi. Semakin tinggi suatu bangunan maka semakin besar pula gaya dan beban yang diterimanya, serta menyebabkan waktu pengerjaan juga akan semakin lama. Gedung Fakultas Pertanian Universitas Mataram merupakan gedung dengan kondisi awal terdiri atas 4 lantai menggunakan struktur beton bertulang, kemudian direncanakan ulang menjadi 10 lantai menggunakan struktur komposit antara baja dan beton. Penggunaan balok baja untuk menopang suatu pelat telah ditemukan sejak lama, namun pada saat itu pelat beton dan balok baja tidak dihubungkan dengan suatu penghubung geser sehingga yang dihasilkan adalah suatu penampang non komposit. Pada pelat non komposit, pelat beton akan mengalami lendutan yang cukup besar disebabkan oleh besarnya beban yang diterima oleh berat pelat itu sendiri. Dengan ditemukannya metode pengelasan yang lebih baik dan ditemukannya penghubung geser horizontal, maka lekatan antara pelat beton dan balok baja dapat ditingkatkan. Pada akhirnya kedua material ini ( baja dan beton ) akan menjadi satu komponen struktur yang disebut dengan komponen struktur komposit. Komponen struktur komposit dapat menahan beban sekitar 30% - 50% lebih besar daripada beban yang dapat diterima balok baja saja, tanpa adanya prilaku komposit. (Agus Setiawan,2008). Struktur komposit merupakan campuran beton dengan baja profil, di mana pada beton bertulang gaya–gaya tarik yang dialami suatu elemen struktur diterima oleh besi tulangan tetapi pada struktur komposit ini, gaya–gaya tarik yang terjadi pada suatu elemen struktur diterima oleh profil baja. Komposit balok baja dengan pelat beton adalah suatu usaha dalam mendapatkan suatu konstruksi yang baik dan efisien. Keistimewaan yang nyata dalam sistem komposit adalah 1. Penghematan berat baja. 2. Penampang balok baja yang digunakan dapat lebih kecil. 3. Kekakuan lantai meningkat 4. Kapasitas menahan beban lebih besar 5. Panjang bentang utuk batang tertentu dapat lebih besar (Salmon dan Johnson, 1995) Gedung Fakultas Pertanian Unversitas Mataram terletak di daerah Lombok direncanakan (termasuk wilayah gempa 5) dengan menggunakan sistem SRPMT (Struktur Rangka Pemikul Momen khusus) berdasarkan SNI 03 - 1729 - 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung, SNI 03 - 1726 – 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung dan PPIUG 1989 tentang Peraturan Pembebanan. MODIFIKASI PERENCANAAN STRUKTUR BAJA KOMPOSIT PADA GEDUNG FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS MATARAM K
12
Embed
MODIFIKASI PERENCANAAN STRUKTUR BAJA KOMPOSIT PADA GEDUNG ... · 1 Abstrak - Dalam Tugas Akhir ini dibahas mengenai desain struktur bangunan Gedung Fakultas Pertanian Universitas
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Abstrak - Dalam Tugas Akhir ini dibahas mengenai desain
struktur bangunan Gedung Fakultas Pertanian Universitas
Mataram yang berlokasi di provinsi Nusa Tenggara Barat,
Lombok. Adapun data awal gedung terdiri dari 4 lantai
dengan struktur balok, kolom terbuat dari beton, sedangkan
modifikasi perencanaan menjadi struktur komposit baja-beton
diharapkan ada suatu hasil perencanaan yang lebih baik.
Spesifikasi bangunan di desain ulang menjadi 10 lantai
dengan struktur atap. Tugas Akhir ini penulis hanya akan
membahas perencanaan struktur gedungnya saja.
Dalam Tugas Akhir ini memakai asumsi analisa open
frame, dimana rangka utamanya adalah balok dan kolom.
Perhitungan struktur komposit adalah pada rangka utama
(balok dan kolom). Perhitungan analisa struktur tangga
menggunakan mekanika teknik biasa yang beban-bebannya
ditranformasikan ke balok utama , dimana struktur tangga
tersebut berbeda. Untuk analisa struktur utamanya
menggunakan bantuan program computer SAP 2000.
Perencanaan struktur baja komposit nantinya akan
diharapkan mampu menekan lamanya waktu pelaksanaan
pekerjaan struktur, tanpa mengurangi mutu bangunan.
Kata Kunci : Komposit, balok, kolom, gedung
I. PENDAHULUAN
eterbatasan lahan dan kegiatan pembangunan yang semakin
intensif akhir–akhir ini menyebabkan gedung–gedung
bertingkat yang menjadi pilihan untuk dibangun. Dahulu
gedung bertingkat yang dibangun pada umumnya
menggunakan material beton bertulang. Seiring dengan
perkembangan teknologi memungkinkan engineer untuk dapat
membangun gedung yang lebih tinggi. Semakin tinggi suatu
bangunan maka semakin besar pula gaya dan beban yang
diterimanya, serta menyebabkan waktu pengerjaan juga akan
semakin lama.
Gedung Fakultas Pertanian Universitas Mataram
merupakan gedung dengan kondisi awal terdiri atas 4 lantai
menggunakan struktur beton bertulang, kemudian
direncanakan ulang menjadi 10 lantai menggunakan struktur
komposit antara baja dan beton. Penggunaan balok baja untuk
menopang suatu pelat telah ditemukan sejak lama, namun
pada saat itu pelat beton dan balok baja tidak dihubungkan
dengan suatu penghubung geser sehingga yang dihasilkan
adalah suatu penampang non komposit.
Pada pelat non komposit, pelat beton akan mengalami
lendutan yang cukup besar disebabkan oleh besarnya beban
yang diterima oleh berat pelat itu sendiri. Dengan
ditemukannya metode pengelasan yang lebih baik dan
ditemukannya penghubung geser horizontal, maka lekatan
antara pelat beton dan balok baja dapat ditingkatkan. Pada
akhirnya kedua material ini ( baja dan beton ) akan menjadi
satu komponen struktur yang disebut dengan komponen
struktur komposit.
Komponen struktur komposit dapat menahan beban
sekitar 30% - 50% lebih besar daripada beban yang dapat
diterima balok baja saja, tanpa adanya prilaku komposit.
(Agus Setiawan,2008).
Struktur komposit merupakan campuran beton dengan
baja profil, di mana pada beton bertulang gaya–gaya tarik
yang dialami suatu elemen struktur diterima oleh besi tulangan
tetapi pada struktur komposit ini, gaya–gaya tarik yang terjadi
pada suatu elemen struktur diterima oleh profil baja. Komposit
balok baja dengan pelat beton adalah suatu usaha dalam
mendapatkan suatu konstruksi yang baik dan efisien.
Keistimewaan yang nyata dalam sistem komposit adalah
1. Penghematan berat baja.
2. Penampang balok baja yang digunakan dapat lebih
kecil.
3. Kekakuan lantai meningkat
4. Kapasitas menahan beban lebih besar
5. Panjang bentang utuk batang tertentu dapat lebih besar
(Salmon dan Johnson, 1995)
Gedung Fakultas Pertanian Unversitas Mataram terletak di
daerah Lombok direncanakan (termasuk wilayah gempa 5)
dengan menggunakan sistem SRPMT (Struktur Rangka
Pemikul Momen khusus) berdasarkan SNI 03 - 1729 - 2002
tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk
Bangunan Gedung, SNI 03 - 1726 – 2002 tentang Tata Cara
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung
dan PPIUG 1989 tentang Peraturan Pembebanan.
MODIFIKASI PERENCANAAN STRUKTUR BAJA KOMPOSIT PADA GEDUNG
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS MATARAM
K
2
II. METODOLOGI
Penjelasan lengkap tentang Metodologi dapat dilihat pada
buku Tugas Akhir penulis [1].
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Data gedung
Data umum bangunan sebelum dimodifikasi
1. Nama Gedung : Gedung Fakultas Pertanian
UNRAM
2. Lokasi : Kota Mataram, Lombok
3. Fungsi : Perkantoran
4. Jumlah lantai : 4 lantai
5. Panjang bangunan : 52 meter
6. Lebar bangunan : 25 meter
7. Tinggi gedung : 17, 20 meter
8. Struktur gedung menggunakan beton bertulang
Data umum bangunan setelah dimodifikasi
1. Nama Gedung : Gedung Fakultas Pertanian
UNRAM
2. Lokasi : Kota Mataram, Lombok
3. Fungsi : Perkantoran
4. Jumlah lantai : 10 lantai
5. Panjang bangunan : 52 meter
6. Lebar bangunan : 25 meter
7. Tinggi bangunan : 43 meter
8. Struktur gedung menggunakan baja komposit
B. Struktur Sekunder
1. Pelat lantai dan atap
Pelat lantai dan atap menggunakan pelat bondek
dengan ketebalan bondek 0,75 mm berat 8,08 kg/m2
Terdapat 3 tipe plat yang memiliki dimensi
berbeda - beda
Berdasarkan tabel perencanaan praktis untuk bentang
menerus dengan tulangan negatif den gan satu baris
penyangga didapatkan data - data sebagai berikut :
Plat atap tipe A
- Bentang ( span ) = 2,75 m
- Tebal pelat beton = 11 cm
- Tulangan negatif =2,57 cm2/m
- Beban super imposed = 306 kg/m2
- Beban hidup berguna =1000 kg/m2
Dipasang tulangan negatif ɸ 8 mm - 160 mm
Plat lantai tipe A
- Bentang ( span ) = 2,75 m
- Tebal pelat beton = 11 cm
- Tulangan negatif =2,57 cm2/m
- Beban super imposed = 368 kg/m2
- Beban hidup berguna =1000 kg/m2
Dipasang tulangan negatif ɸ 8 mm - 160 mm
Permodelan dan analisa struktur
1 . Struktur primer
2. Struktur sekunder
3. Bangunan bawah
START
Pengumpulan data
Studi literatur
Preliminary design
Pembebanan
Kontrol desain
Gambar output
FINISH
NO YES
Tipe A
Tipe B
Tipe C
Gambar 4.2.1 pembagian tipe pelat
Gambar 4.2.2. arah pemasangan pelat bondek
3
2.Tangga baja
- Tinggi lantai : 430 cm
- Tinggi tanjakan (t) : 16.5 cm
- Lebar pijakan (i) : 30 cm
- Lebar tangga : 189 cm
- Tebal pelat tangga (tp) : 12 cm
- Tebal pelat bordes : 12 cm
- Jumlah tanjakan (nT) = 430
16.5 : 26 buah
- Jumlah injakan( ni ) = 26 – 1 : 25buah
- Jumlah tanjakan ke bordes : 13 buah
- Jumlah tanjakan dari bordes ke lantai 2 : 13 buah
- Elevasi bordes = 13 x 16,5 : 215 cm
- Lebar bordes : 140 cm
- Panjang bordes : 400 cm
- Panjang horisontal pelat tangga = 30 x 13 : 390 cm
- Kemiringan tangga (α) = arc tan α = 214,5
360 : 30,79°
- Mutu baja (fy) = 2500 kg/cm2
- Mutu beton (fc') = 250 kg/cm2
Direncanakan profil balok bordes
WF 350 .175 . 6 .9
Direncanakan profil balok tangga
WF 250 . 125 . 5 . 8
3. Lift
Tipe lift : Passenger lift
Sistem kerja : Simplex
Merk : GOLDSTAR
Kapasitas : 15 Orang
Kecepatan : 60m/menit
Lebar pintu ( opening width ) :
900 mm
Dimensi sangkar ( car size )
- Outside : 1650 x 1682 mm2
-Inside : 1600 x 1500 mm2
Dimensi ruang luncur ( Hoistway ) :
2050 x 2150 mm2
Dimensi ruang mesin :
2350 x 2850 mm2
Beban ruang mesin :
R1 = 5450 kg
(berat mesin penggerak lift + beban
kereta + perlengkapan)
R2 = 4300 kg
(berat bandul pemberat + perlengkapan)
Direncanakan profil penggantung lift
WF 350 .175 . 6 .9
Direncanakan profil balok memanjang lift
WF 250 . 125 . 5 . 8
Direncanakan profil balok melintang lift
WF 100 . 50 . 5 .7
Gambar 4.3.1.1 perencanaan tangga
Gambar 4.2.2.1 rencana penulangan plat atap tipe A
110 mm
plat floordeck t = 0,75 mm
tulangan negatif D8 - 160 mm
plat floordeck t = 0,75 mm
Gambar 4.2.2.1 rencana penulangan plat lantai tipe A
tulangan negatif D8 - 160 mm
Gambar 4.4.2.2.4. perencanaan lift
4
C. Struktur primer
Struktur primer terdiri dari balok induk, balok anak atap dan
lantai , kolom serta bangunan bawah
Untuk balok induk dan balok anak menggunakan profil WF,
kolom menggunakan inti baja King Cross.
Mutu baja BJ 41
Mutu beton 25 MPa
Tinggi tipikal lantai 430 cm
Tebal pelat lantai 1 s/d 9 11 cm
Tebal pelat lantai atap 11 cm
Profil balok induk (B1) WF 700 . 300 . 13 . 20
Profil balok induk ( B2 ) WF 300 . 200 . 8 . 12
Profil balok anak ( b1 ) WF 300 . 200 . 8 . 12
Profil balok anak ( b2 ) WF 200 . 150 . 6 . 9
Profil balok tangga WF 250 . 125 . 5 . 8
Profil balok bordes WF 350 . 175 . 6 . 9
Profilbalok penggantung
lift (L1)
WF 350 . 350 . 12 . 9
Profil balok melintang lift WF 100 . 50 . 5 .7
Profil balok memanjang lift WF 250 . 125 . 5 . 8
Profil kolom lantai 1 s/d 4
( K1)
K 800 . 300 . 14 . 26
Profil kolom lantai 4 s/d 7
( K2)
K 600 . 200 . 11 . 17
Profil kolom lantai 7 s/d 10
( K3)
K 450 . 200 . 9 . 14
Data perencanaan gempa
- Letak geografis :
116’04’116’10’ BT dan 08’33-08’38’ LS
- Wilayah gempa : 5
- Jenis tanah : keras
- Faktor keutamaan gedung (I) : 1
- Sistem gedung : SRPMK
Kombinasi pembebanan yang digunakan
1. 1,4 D
2. 1,2 D + 1,6 L
3. 1,2 D + 1,0 L + 1,0 Ex + 0.3 Ey
4. 1,2 D + 1,0 L + 1,0 Ex - 0.3 Ey
5. 1,2 D + 1,0 L - 1,0 Ex + 0.3 Ey
6. 1,2 D + 1,0 L - 1,0 Ex - 0.3 Ey
7. 1,2 D + 1,0 L + 0.3 Ex + 1,0 Ey
8. 1,2 D + 1,0 L + 0.3 Ex - 1,0 Ey
9. 1,2 D + 1,0 L - 0.3 Ex + 1,0 Ey
10. 1,2 D + 1,0 L - 0.3 Ex - 1,0 Ey
11. 0,9 D + 1,0 Ex + 0,3 Ey
12. 0,9 D + 1,0 Ex - 0,3 Ey
13. 0,9 D - 1,0 Ex + 0,3 Ey
14. 0,9 D - 1,0 Ex - 0,3 Ey
15. 0,9 D + 0,3 Ex + 0,1 Ey
16. 0,9 D + 0,3 Ex - 0,1 Ey
17. 0,9 D - 0,3 Ex + 0,1 Ey
18. 0,9 D - 0,3 Ex - 0,1 Ey
19. ENVELOPE
Kontrol waktu getar alami fundamental ( T )
T dihitung dengan menggunakan rumus empiris method A
dari UBC 1997 section 1630.2.2 dengan tinggi gedung 43
meter.
Pada arah X
T1x = CI(hn)3/4
= 0,0853(43)3/4
= 1,43 detik
Pada arah Y
T1y = Ct(hn)3/4
= 0,0853(43)3/4
= 1,43 detik
Untuk mencegah penggunaan struktur gedung yang terlalu
fleksibel, nilai waktu getar alami fundamental (T) dari
struktur gedung harus dibatasi denagn nilai ζ dari tabel 8
SNI - 1726 - 2002 dan n adalah jumlah lantai gedung yang
akan ditinjau, maka kontrol waktu getar alami fundamental
(T) menjadi :
T < ζ n
dimana : ζ = 0,16 (untuk wilayah gempa 5)
n = 10 (jumlah tingat gedung)
T < 0,16(10)
1,43 detik < 1,6 detik ... OK
Sehingga, berdasarkan waktu getar alami
fundamental struktur gedung masih memenuhi batas
kontrol waktu getar alami.
Kontrol partisipasi massa
Sesuai dengan SNI - 1726 - 2002 Ps. 7.2.1 jumlah ragam
vibrasi ( jumlah node shape ) yang ditinjau dalam
penjumlahan respons ragam harus sedemikian rupa sehingga
partisipasi massa ( modal participatin ratio ) dalam
menghasilkan respons total harus mencapai sekurang -
kurangnya 90 %.
Tabel .5.5.1.1 respon total rasio partisipasi masa arah x dan y
Tabel .5.5.1.1 data bangunan
5
Dari tabel diatas diperoleh bahwa dalam penjumlahan
respon ragam menghasilkan respon total mencapai 90,54 %
untuk arah X dan 90,21 % untuk srsh Y. Dengan demikian
ketentuan menurut SNI - 1726 - 2002 Ps. 7.2.1 dapat
dipenuhi.
Kontrol gaya geser dasar ( Base shear)
T = 1,46 detik
C = 0,35/T = 0,25 ( wilayah gempa 5, tanah keras )
I = 1 (faktor keutamaan untuk gedung perkantoran )
Dari progran SAP 2000 diperoleh output dengan data -
data sebagai berikut :
Berdasarkan SNI 03 - 1729 - 2002 ps. 15.2 - 1 bahwa, gaya
geser rencana total, V, pada suatu daerah ditetapkan
sebagai berikut :
Untuk arah x/y
Nilai berat total bangunan Wt = 5708897,81 kg
V1 = C .I
R .T Wt =
0,25 .1
8,5 .1,46 5708897,81 = 115006 kg
Vtx = 17269,24 . 10 m/s2 = 172692,40 kg
Vty = 17269,24 kg . 10 m/s2 = 172692,40 kg
Nilai akhir respon dinamik struktur gedung terhadap
pembebanan gempa nominal akibat gempa rencana dalam
suatu arah tertentu, tidak boleh diambil kurang 80% nilai
respon ragam yang pertama, sesuai SNI 03 - 1726 - 2002
Ps. 7.1.3
Maka untuk arah x,
Vtx ≥ 80% V1x
172692,40 kg > 0,8 . 115006 kg
172692,40 kg > 92004,80 kg ......................................OK
Maka untuk arah y,
Vty ≥ 80% V1y
172692,40 kg > 0,8 . 115006 kg
172692,40 kg > 92004,80 kg ......................................OK
Simpangan antar lantai
Simpangan antar lantai dihitung berdasarkan respons
simpangan inelastis maksimum, ∆m, dihitung sebagai
berikut :
∆m = 0,7 R . ∆s
Nilai R = 8,5yang diperoleh dari SNI - 1729 - 2002
tabel 15.2.1
∆s adalah respons statis simpangan elastis struktur yang
terjadi di titik - titik ( joint - joint ) kritis akibat beban
gempa rencana.
Simpangan elastis struktur dihitung menggunakan analisa
dinamis
Batasan simpangan antar lantai :
T ≤ 0,7 detik ∆m ≤ 2,5
100 h
T ≥ 0,7 detik ∆m ≤ 2,0
100 h
Batasan simpangan elastis struktur gedung :
∆s = 0,03
𝑅 . h
∆s = 30 mm
Nilai simpangan struktur gedung diperoleh dari hasil
running SAP 2000 sebagai berikut :
Setelah nilai simpangan diperoleh kita cek batas layan