ANALISIS DESAIN KOLOM KOMPOSIT BAJA-BETON DENGAN METODE LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi Syarat untuk menempuh ujian sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
ALFIN RICO SIMANJUNTAK 07 0404 126
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Pada saat ini kolom bangunan tinggi banyak menggunakan material beton bertulang. Seiring dengan berkembangnya teknologi bahan konstruksi di beberapa negara, kini sudah mulai banyak digunakan material baja dalam konstruksi bangunan tinggi. Dewasa ini juga telah dikembangkan penggunaan material komposit dalam konstruksi kolom
Dalam tugas akhir ini penulis mendesain 3 model gedung 10 lantai dengan material kolom yang berbeda, yaitu kolom beton bertulang, kolom baja dan kolom komposit beton – baja. 3 model struktur ini di desain dengan fungsi gedung, wilayah gempa dan pembebanan yang sama. Kemudian akan di bandingkan di antara ketiga kolom tersebut yang mana yang paling optimal untuk digunakan pada gedung yang direncanakan tersebut.
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala hikmat dan
pertolongan-Nya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan
sarjana S1 pada Bidang Studi Struktur Jurusan Sipil Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, Medan.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah ”ANALISIS DESAIN KOLOM
KOMPOSIT DENGAN METODE LOAD AND RESISTANCE FACTOR
DESIGN”. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas akhir ini tidak lepas dari
pertolongan banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil
sekaligus dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan dan saran kepada
penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Syarizal, MT sebagai Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Medan.
3. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Jurusan Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Medan.
4. Orangtua tercinta M. Simanjuntak dan M. Pakpahan. Terimakasih atas
dukungannya baik dalam doa, nasehat, materi dan tenaga yang sangat berarti
bagi penulis selama proses penyelesaian Tugas Akhir ini.
5. Sri Irianti Pinem yang terkasih, atas bantuan dan dukungan kepada penulis
6. Ramot David Siallagan, tandem Project Tugas Akhir. Terimakasih atas
dukungan dan bantuanya.
7. Appara Andreas, Doan, Deddy GS
8. Jefferey, Bekro, Markus, Dedy Gultom, Boy, HMT Rustxell Simanungkalit,
Lae’ Endra dan rekan-rekan seperjuangan mahasiswa stambuk 2007. Serta
adik-adik kelas yang telah memberikan banyak motivasi serta bantuan dan
segala kekerabatan dan kerja sama selama pendidikan di Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Medan.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak
dan Ibu Staf pengajar serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir
ini. Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita
semua.
Medan, Juni 2013
Hormat saya
Alfin Rico Simanjuntak
DAFTAR ISI
2.2.1.3 Perencanaan Struktur Beton Bertulang..……… ……... 11
2.2.1.3.2 Prencanaan alok...……… …..…….. 13
2.3.1.2 Kekuatan Balok Komposit dengan penghubung geser... 27
2.3.1.3 Menghitung momen nominal... 27
2.3.1.4 Penghubung Geser...…………... 30
2.3.1.5 Kontrol Lendutan...……... 30
2.3.2 Kolom Komposit... ………...…………... 31
2.3.2.1 Kriteria Kolom Komposit...………... 32
2.3.2.2 Kuat Rencana...………... 33
2.3.3 Aksi Komposit... 34
2.4 Analisis Kolom... 36
2.4.1 Beban Aksial dan Lentur pada Kolom …... 36
2.4.3 Konsep dan asumsi diagram interaksi kolom....…....……….. 40
2.4.4 Eksentrisitas pada kolom…………... 42
2.5 Metode Desain... 19
BAB III : APLIKASI 3.1 Umum ………..………... 58
3.2 Metodologi dan diagram Alir.………... 58
3.3 Perencanaan Struktur Sekunder...………... 86
3.3.1 Struktur Beton Bertulang ……...………... 86
3.3.2 Struktur Baja dan Komposit………...…….. 86
3.4 Analisis dan Output Program Komputer....………...………….…… 90
BAB IV : ANALISIS KOLOM 4.1 Perencanaan Struktur Kolom………... 94
4.1.1 Kolom Struktur Beton Bertulang ………...… 103
4.1.2 Kolom Baja ………...………... 108
4.1.3 Kolom Komposit………...…... 112
4.2 Pembahasan………..………... 112
BAB IV : KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Keismpulan………...…... 121
5.2 Saran... 121
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Datasheet Karakteristik Baja 31
Tabel 2.2 Koefisien Gempa (C) untuk kondisi tanah sedang 49
Tabel 3.1 Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate pada struktur
kolom komposit 93
Tabel 4.1 Perbandingan kebutuhan material kolom masing-masing struktur 118
Tabel 4.2 Tabulasi perbandingan kolom masing-masing struktur 118
DAFTAR NOTASI
Ac = luas penampang beton, mm2
Ar = luas penampang tulangan longitudinal, mm2
As = luas penampang profil baja, mm2
E = modulus elastisitas baja, MPa
Ec = modulus elastisitas beton, Mpa
Em = modulus elastisitas untuk perhitungan kolom komposit, MPa
fcr = tegangan tekan kritis, MPa
f y = tegangan leleh untuk perhitungan kolom komposit, MPa
fy = tegangan leleh profil baja, MPa
fc’ = kuat tekan karakteristik beton, MPa
kc = faktor panjang efektif kolom
L = panjang unsur struktur, mm
Nn = kuat aksial nominal, N
rm = jari-jari girasi kolom komposit, mm
w = berat jenis beton, kg/m3
λc = parameter kelangsingan
φc = faktor reduksi beban aksial tekan
= faktor tekuk
R0 = Tingkat ketahanan terhadap api pada kelembaban nol (menit)
W = Berat jenis kolom baja (lbs/ft), untuk baja normal 90 lbs/ft
D = Parameter dalam perlindungan api (in), = 84,6 in
kc = Konduktivitas themal beton pada suhu kamar (Btu/hroF), =0,95 Btu/hroF
H = Kapasitas termal kolom baja pada suhu kamar = 0,11W (Btu/ftoF
ρc = Kepadatan beton (pcf)
cc = panas spesifik beton pada suhu kamar (Btu/lboF)
L = dimensi satu sisi kolom beton pelindung (in)
d = tinggi penampang profil baja (in)
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Kolom berfungsi sebagai elemen struktur tekan... 2
Gambar 1.2. Hubungan tegangan regangan pada beton dan baja (beban sentris)... 2
Gambar 1.3. latar belakang desain kolom sebagai material komposit beton-baja... 5
Gambar 1.4. Jenis-jenis Kolom ... 5
Gambar 1.5 Denah dan potongan bangunan... 8
Gambar 2.1. Diagram tegangan regangan beton... 10
Gambar 2.2. konversi q segi tiga... 13
Gambar 2.3. nomogram faktor panjang efektif K... 16
Gambar 2.5 Macam-macam Struktur Komposit... 26
Gambar 2.6 Distribusi tegangan elastis pada balok... 28
Gambar 2.7 Distribusi tegangan plastis pada balok... 29
Gambar 2.8 Penampang Kolom komposit ... 32
Gambar 2.9 kolom baja struktural dengan pelindung beton ... 35
Gambar 2.10 Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit... 36
Gambar 2.11 Spektrum Respons Gempa Wilayah 3... 37
Gambar 3.1. Denah Rencana Bangunan... 38
Gambar 3.2 Tampak Depan Rencana... 39
Gambar 3.3 Skema diagram alir penyelesaian tugas akhir... 41
Gambar 3.4 Distribusi Gaya... 43
Gambar 3.5 q ekuivalen balok anak... 44
Gambar 3.6. Penampang dek bergelombang bondek® Lysaght ... 45
Gambar 3.8 Penulangan bondek lantai... 50
Gambar 3.9 Denah pembebanan Balok Anak... 51
Gambar 3.10 Bidang momen dan geser pada balok sebelum komposit... 52
Gambar 3.11 Bidang momen dan geser pada balok setelah komposit... 55
Gambar 3.12 Distribusi tegangan plastis... 74
Gambar 3.13 Denah portal yang ditinjau... 79
Gambar 4.1 Skema Kolom Beton bertulang lantai 1... 82
Gambar 4.2 Nomogram faktor panjang efektif (K)... 83
Gambar 4.3 Kolom Beton bertulang lantai 1-4 85
Gambar 4.4 Skema Kolom Beton bertulang lantai 5 74
Gambar 4.5 Nomogram faktor panjang efektif (K) 75
Gambar 4.6 Kolom Beton bertulang lantai 5-7 77
Gambar 4.7 Skema Kolom Beton bertulang lantai 8 78
Gambar 4.8 Nomogram faktor panjang efektif (K) 79
Gambar 4.9 Kolom Beton bertulang lantai 8-10 80
Gambar 4.10 Skema Kolom B2 struktur baja lantai 1 82
Gambar 4.11 Nomogram faktor tekuk 83
Gambar 4.12 Kolom B2 Struktur Baja lantai 1-4 85
Gambar 4.13 Skema Kolom B2 Lantai 5 87
Gambar 4.15 Nomogram Kolom struktur baja lantai 5 88
Gambar 4.16 Kolom B2 Struktur Baja lantai 5-7 89
Gambar 4.17 Skema Kolom Komposit lantai 1 96
Gambar 4.18 Nomogram Kolom komposit lantai 1 96
Gambar 4.20 Detail kolom komposit lantai 1 100
Gambar 4.21 Kolom bangunan struktur Beton bertulang 102
Gambar 4.22 Kolom bangunan struktur baja 103
Gambar 4.23 Kolom bangunan struktur Beton bertulang 104
ABSTRAK
Pada saat ini kolom bangunan tinggi banyak menggunakan material beton bertulang. Seiring dengan berkembangnya teknologi bahan konstruksi di beberapa negara, kini sudah mulai banyak digunakan material baja dalam konstruksi bangunan tinggi. Dewasa ini juga telah dikembangkan penggunaan material komposit dalam konstruksi kolom
Dalam tugas akhir ini penulis mendesain 3 model gedung 10 lantai dengan material kolom yang berbeda, yaitu kolom beton bertulang, kolom baja dan kolom komposit beton – baja. 3 model struktur ini di desain dengan fungsi gedung, wilayah gempa dan pembebanan yang sama. Kemudian akan di bandingkan di antara ketiga kolom tersebut yang mana yang paling optimal untuk digunakan pada gedung yang direncanakan tersebut.
BAB I
PENDAHULUAN
I.1
Latar Belakang
Pada saat ini kolom bangunan tinggi banyak menggunakan material beton
bertulang. Seiring dengan berkembangnya teknologi bahan konstruksi di beberapa
negara, kini sudah mulai banyak digunakan material baja dalam konstruksi bangunan
tinggi. Dewasa ini juga telah dikembangkan pnggunaan material komposit dalam
konstruksi kolom.
Dalam tugas akhir ini, akan di analisa suatu struktur sepuluh lantai dengan
tinggi dan luas bangunan yang sama. Bangunan akan direncanakan menggunakan
material beton bertulang, baja dan juga komposit pada material kolomnya, yang
kemudian akan dibandingkan ketiganya.
Adapun literatur yang digunakan sebagai acuan untuk mendesain konstruksi
beton bertulang adalah SNI 03-1729-2002 dan untuk desain baja serta komposit
baja-beton menggunakan SNI 03-2847-2002. Untuk mendukung penulisan tugas akhir ini
juga diambil dari buku literatur seperti yang di cantumkan dalam daftar pustaka.
Digunakan juga peraturan pendukung lainya dari luar Indonesia seperti Spesification for structural Steel Buildings(AISC-LRFD 2005).
Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka struktur yang memikul
beban dari balok. Kolom merupakan suatu elemen struktur tekan yang memegang
merupakan lokasi kritis yang dapat menyebabkan runtuhnya (collapse) lantai yang
bersangkutan dan juga runtuh total (total collapse) seluruh struktur.(Anonim1, 2002)
Gambar 1.1. Kolom berfungsi sebagai elemen struktur tekan
Beton cocok sebagai material untuk komponen tekan karena karakteristiknya
yang memiliki nilai kuat tekan yang relatif tinggi, namun beton merupakan bahan
bersifat getas dan nilai kuat tariknya hanya berkisar 9%-15% saja dari kuat tekanya.
Pada penggunaan sebagai komponen struktural bangunan, umumnya beton diperkuat
dengan batang tulangan baja sebagai bahan yang dapat bekerja sama dan mampu
menutupi kelemahanya, terutama pada bagian yang mengalami gaya tarik. Mekanisme
keruntuhan pada material baja ketika struktur baja telah berada pada kondisi inelastis
(plastisnya), baja akan mengalami leleh sebelum runtuh yang akan memberikan waktu
bagi para pengguna gedung untuk menyelamatkan diri, tidak seperti beton tanpa
tulangan baja yang bersifat getas yang akan runtuh seketika pada saat gaya yang
Gambar 1.2. Hubungan tegangan regangan pada beton dan baja (beban sentris)
Pada prisipnya Kolom yang terbuat dari beton murni dapat mendukung
beban kombinasi yang bekerja, akan tetapi karena kapasitas kolomnya kecil maka daya
dukungnya juga kecil. Kapasitas kolom tersebut dapat ditingkatkan secara signifikan
dengan cara menambahkan tulangan longitudinal pada kolom. Adanya tulangan
longitudinal ini untuk membuat kolom menjadi lebih daktail dengan persyaratan
penulangan sebanyak 1% sampai dengan 6% (SNI 03-2847-2002 Pasal 23.4.3.1).
Untuk meningkatkan kapasitas kolom dapat dilakuakan: (a) ditingkatkan mutu beton f’c dan fy serta
memperbesar diameter tulangan; (b)memperbesar dimensi kolom untuk dapat tetap memenuhi syarat persantase penulangan; (c) didesain sebagai kolom komposit
Kolom juga dapat dibuat secara komposit yaitu kolom baja yang terbuat
dari profil baja diletakan dalam beton bertulang atau terbuat dari pipa besi dan diisi
dengan beton. Perbandingan luas baja dengan luas penampang kolom (As/Ag) paling
sedikit 0,01 agar memenuhi syarat sebagai kolom komposit. Pada kolom komposit
tidak terdapat batas atas untuk besarnya ratio luas profil terhadap luas penampang
kolom, batasan hanya untuk batas bawah yaitu sebesar 4%. (SNI 03-1729-2002).
Dalam buku struktur beton bertulang (Istimawan dipohusodo, 1994)
ada tiga jenis kolom beton bertulang yaitu :
1. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral. Kolom ini merupakan kolom
brton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok memanjang, yang pada jarak
spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang ke arah lateral. Tulangan ini
berfungsi untuk memegang tulangan pokok memanjang agar tetap kokoh pada
tempatnya. Terlihat dalam gambar 1.4.(a).
2. Kolom menggunakan pengikat spiral. Bentuknya sama dengan yang pertama
hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok memanjang adalah tulangan spiral
yang dililitkan keliling membentuk heliks menerus di sepanjang kolom. Fungsi
dari tulangan spiral adalah memberi kemampuan kolom untuk menyerap
deformasi cukup besar sebelum runtuh, sehingga mampu mencegah terjadinya
kehancuran seluruh struktur sebelum proses redistribusi momen dan tegangan
terwujud. Seperti pada gambar 1.4.(b).
3. Struktur kolom komposit seperti tampak pada gambar 1.4.(c). Merupakan
komponen struktur tekan yang diperkuat pada arah memanjang dengan gelagar
Gambar 1.4. Jenis-jenis Kolom
Keuntungan utamanya yang didapat dengan mendesain kolom sebagai
kolom komposit adalah kapsitas menahan beban yang besar meskipun dengan
penampang yang kecil. Khusus untuk kolom komposit dengan penyelimutan beton
juga membawa keuntungan lain, yaitu :
1. Ketahan terhadap api dan korosi yang lebih baik dibandingkan kolom baja biasa.
2. Efek penguatan dalam melawan tekuk.
3. Kemampuan kolom komposit memikul beban aksial dan lentur lebih besar
dibandingkan kolom beton bertulang.
Keuntungan diatas didapat karena terlindungnya profil baja oleh beton
bertulang yang menyelimutinya.
I.2
Perumusan Masalah
Penggunaan material baja-beton yang pada desain kolom komposit
memerlukan perhitungan yang lebih kompleks dibanding perhitungan kolom
pengerjaanya di lapangan juga perlu diberi perhatian khusus agar beton dan baja dapat
berprilaku komposit.
I.3
Tujuan Penulisan
Tujuan yang akan dicapai penulis setelah menyelesaikan tugas akhir ini
adalah:
1. Merencanakan Kolom komposit dengan metode Load Resistance Factor
Design (LRFD).
2. Mempelajari konsep kolom komposit.
3. Membandingkan kolom komposit, beton bertulang dan kolom baja
I.4
Pembatasan Masalah
Agar pembahasan dalam Tugas Akhir ini dapat lebih spesifik dan
terarah, penulis membatasi Tugas akhir ini hanya mencakup poin-poin sebagai berikut
1. Studi tugas akhir ini hanya meninjau elemen struktur komposit baja-beton yang
mengalami kombinasi momen lentur dan gaya aksial yaitu kolom komposit
tipe Concrete encased column, yaitu kolom yang terbuat dari baja profil dan
diletakkan dalam beton bertulang. Profil yang dipakai adalah profil WF (Wide
Flange)
2. Studi tugas akhir ini hanya meninjau kolom komposit berpenampang persegi
dengan baja profil WF di dalamnya.
3. Studi tugas akhir ini hanya menghitung dan analisa kapasitas kolom komposit
Tidak meninjau dari segi analisa biaya, arsitektural dan manajemen konstruksi.
5. Peraturan baja mengacu kepada Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan
Gedung Menggunakan Metode LRFD dan peraturan- peraturan pendukung
lainya adalah SNI 03-2847-2002 dan SNI 03-1729-2002.
I.5
Metodologi
Adapun pembahasan dalam Tugas akhir ini dilakukan dengan metode study
literatur yaitu dengan mengumpulkan data-data dan keterangan dari buku-buku,
perpustakaan serta masukan dari dosen pembimbing. Perhitungan analisa struktur
dilakukan dengan bantuan program komputer untuk mempercepat pengerjaan.
Untuk melakukan Analisis Desain Kolom Komposit Baja-Beton, penulis
mendesain bangunan 10 lantai dengan ketinggian setiap lantai 3,75 meter dengan
metode Load and Resistance Factor Design (LRFD). Kolom didesain menggunakan
material komposit Beton-baja.
Data – data yang diperlukan dalam perencanaan seperti wilayah gempa, mutu bahan dan sebagainya ditetapkan sebelumnya. Selanjutnya kolom yang telah di
rencanakan menggunakan material komposit tersebut akan dibandingkan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Umum
Pada awal perkembangannya penyelimutan baja oleh beton digunakan untuk
melindungi profil baja dari bahaya suhu yang tinggi akibat api dan korosi pada
lingkungan. Sehingga beton dianggap sebagai elemen non struktural dan kekuatan
kolom hanya didasarkan kekuatan baja saja. Tetapi dengan semakin berkembangnya
ilmu pengetahuan, akhirnya diketahui bahwa penyelimutan profil baja dengan beton
tidak hanya berguna untuk melindungi profil baja saja. Ternyata beton penyelimut dan
profil baja bekerja sama untuk menahan beban yang bekerja. Dengan demikian
penyelimutan beton seperti menambah kekuatan dan kekakuan kolom dalam melawan
bahaya tekuk.
Sistem struktur komposit sendiri terbentuk akibat interaksi antara komponen struktur baja danbeton yang karakteristik dasar masing-masing bahan dimanfaatkan secara optimal. Karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur baja adalah kekuatan tinggi, modulus elastisitas tinggi, serta daktalitas tinggi. Sedangkan karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur beton adalah ketahanan yang baik terhadapapi,mudahdibentuk,danmurah.
II.2 Teori Material dan perencanaan
II.2.1 Beton bertulang
Beton adalah sebuah bahan bangunan komposit yang terbuat dari kombinasi
agregat dan pengikat semen, yang terdiri dari agregat mineral (biasanya kerikil dan
tidak kurang dari nilai minimum, yang disyaratkan dengan atau tanpa prategang, dan
direncanakan berdasarkan asumsi bahwa kedua material bersama-sama dalam
menahan gaya yang bekerja, maka disebut dengan beton bertulang.
Kuat tarik beton berkisar seperdelapan belas kuat tekannya pada umur masih
muda dan berkisar seperduapuluh pada umur sesudahnya. Nilai kuat tekan dan tarik
bahan beton tidak berbanding lurus. Suatu perkiraan kasar dapat dipakai bahwa nilai
kuat tarik bahan beton normal hanya berkisar antara 9% - 15% dari kuat tekannya.
Nilai pendekatan yang diperoleh dari hasil pengujian berulang kali mencapai kekuatan
0.50 – 0.60 kali√ ′ , sehingga untuk beton normal digunakan nilai 0,57 √ ′ .
Gambar 2.1. Diagram tegangan regangan beton
Beton adalah material buatan atau artifisial (berbeda dengan kayu, dan baja),
yang terdiri dari beberapa campuran:
a. Semen
b. Air
c. Agregat (kerikil) kasar dan halus.
Material-material ini dicampur dan diaduk dengan jumlah dan rasio tertentu
sehingga mudah dipindahkan, ditempatkan (dituang), dipadatkan (compact), dan
dibentuk (finish), dan campuran material tersebut akan mengeras dan menghasilkan
produk yang kuat dan tahan lama.
Jumlah dari masing-masing bahan yang dicampurkan (semen, air, agregat, dll)
akan mempengaruhi properti dari beton yang dihasilkan Kekuatannya tinggi dan dapat
disesuaikan dengan kebutuhan struktur seperti beton mutu K-225,K-250,K-350 dan
seterusnya.
II.2.1.1 Keunggulan Material Beton
Saat ini masih terdapat banyak sekali struktur yang menggunakan beton,
misalnya jembatan, gedung, jalan, dan masih banyak lagi struktur yang lain. Hal
ini dikarenakan beberapa keuntungan yang dimiliki beton, antara lain :
Mudah dibentuk menggunakan bekisting sesuai dengan kebutuhan
struktur bangunan.
Tahan terhadap temperatur tinggi jadi aman jika terjadi kebakaran gedung,
atau setidaknya masih memberikan kesempatan kepada penghuni pada
saat bencana terjadi.
Biaya pemeliharaan rendah karena setelah mengeras menjadi batu, asalkan
besi tulangan berada pada posisi yang baik didalam beton maka
kemungkinan terjadinya karat dapat dikurangi.
Lebih murah jika dibandingkan dengan baja
Mudah didapat bahan bakunya, karena Indonesia merupakan negara yang
kaya akan sumber daya alam misalnya pasir beton dapat ditemukan di
pegunungan maupun di dasar lautan
Mempunyai tekstur yang terlihat alami sebagai batuan sehingga dapat
difungsikan sebagai bagian dari seni arsitektur
Umurnya tahan lama
II.2.1.2 Kelemahan Beton
Beton termasuk material yang relatif berat. Beton mempunyai Berat jenis
2400 kg/m2.
Kuat tarik kecil (9%-15%) dari kuat tekannya.
II.2.1.3 Perencanaan struktur beton bertulang
II.2.1.3.1 Perencanaan pelat
Perencanaan pelat dikategorikan berdasarkan panjang bentang pada arah x dan y
sebagai pelat satu arah dan dua arah sesuai SNI03-2847-2002 sebagai berikut:
1. Pelat satu arah, yaitu plat yang rasio panjang dengan lebarnya sama dengan 2 atau
lebih dari 2. Pada pelat satu arah, pembebanan yang diterima pelat akan diteruskan
pada balok-balok (pemikul bagian yang lebih panjang) dan hanya sebagian kecil
saja yang akan diteruskan pada gelegar (pemikul pada bagian panel yang lebih
pendek).
2. Pelat dua arah, yaitu pelat yang rasio panjang dengan lebarnya kurang dari 2,
sehingga besar pembebanan yang diterima diteruskan pada keseluruhan pemikul
Pemodelan struktur yang digunakan adalah sistem rangka pemikul momen, di
mana pelat difokuskan hanya menerima beban gravitasi. Tumpuan pada sisi-sisi pelat
diasumsikan sebagai perletakan jepit elastis.
Menurut SNI03 — 2847 — 2002 Ps.11.5.3.3 tebal minimum pelat dua arah yang menghubungkan tumpuan pada semua sisinya harus memenuhi
untuk α < 2,0
Distribusi pembebanan pada pelat atap dua arah menggunakan metode
amplop yang dapat di konversi ke beban ekuivalen merata.
Gambar 2.2. konversi q segi tiga
Momen maksimum beban segi tiga adalah sedangkan pada beban merata
momen maksimumnya adalah dengan menyamakan keduanya, didapat
persamaan
= ... (2.3)
= ... (2.4)
II.2.1.3.2 Perencanaan Balok
Dimensi rencana awal balok dapat ditentukan dengan menghitung h minimum
balok agar aman dari lendutan sesuai yang di syaratkan SNI03 — 2847 — 2002 pasal 11.5.2.3b yaitu
ℎ � = , + ... (2.5)
Untuk gaya-gaya dalam yang dapat digunakan untuk menghitung tulangan dapat
digunakan persamaan pada SNI03 — 2847 — 2002 pasal 10.3.3.5 Momen tumpuan
= ... (2.6)
Momen lapangan
= ... (2.7)
Gaya geser
= , ... (2.8)
= ... (2.9)
II.2.1.3.3 Perencanaan Penulangan
Luas tulangan lentur yang diperlukan As perlu, ditentukan dengan persamaan
berikut
= − √ − ... (2.10)
di mana
= , ′ ... (2.12)
= ... (2.13)
Menurut SNI03-2847-2002 pasal 12.5.1 nilai As minimum harus memenuhi
syarat tidak boleh kurang dari
� � =
√ ′
... (2.14)
juga tidak lebih kecil dari
� � = , ... (2.15)
Sedangkan untuk nilai As maksimum di atur dalam SNI03-2847-2002 pasal
12.3.3 yaitu berdasarkan nilai ρbalance
= , ... (2.16)
di mana nilai ρbalance dihitung sesuai dengan pasal 10.4.3 yaitu
= , � ;( + )... (2.17)
Sedangkan untuk perencanaan tulangan geser, diatur dalam butir 13
SNI03-2847-2002. Perncanaan penampang terhadap geser harus didasarkan pada
� ... (2.18)
=√ ′ ... (2.20)
= ... (2.21)
II.2.1.3.4 Perencanaan kolom
Faktor panjang efektif, K pada kolom beton ditentukan dengan menggunakan
nomogram seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3 dengan menarik garis dari
dan . Nilai didapat dari rasio Σ ⁄ dari struktur tekan terhadap Σ ⁄ dari
struktur lentur pada salah satu ujung komponen struktur tekan yang ditinjau
= Σ EI/LΣ EI/L ... (2.22)
Gambar 2.3. nomogram faktor panjang efektif K
Untuk perhitungan perbesaran momen, nilai EI dihitung berdasarkan SNI03 — 2847 — 2002 pasal 12.11.1 yaitu
= , ... (2.23)
Untuk komponen tekan yang tidak ditahan terhadap goyangan samping,
pengaruh kelangsingan boleh diabaikan apabila
< (2.25)
di mana nilai r sesuai SNI03 — 2847 — 2002 pasal 12.11.2 adalah
r= 0,3h... (2.26)
dengan substitusi persamaan 2.17 ke persamaan 2.16 didapat
< ... (2.27)
Nilai beban kritis Pc dihitung sesuai SNI03 — 2847 — 2002 pasal 12.12.3 yaitu
= ... (2.28)
Karena adanya perbesaran momen, maka momen M1 dan M2 pada ujung-ujung
komponen struktur tekan harus diambil sesuai persamaan pada SNI03 — 2847 — 2002 pasal 12.13.3
Untuk penulangan, SNI03-2847-2002 membatasi luas tulangan longitudinal
komponen struktur tekan non-komposit tidak boleh kurang dari 0,01 ataupun lebih dari
II.2.2Baja
Baja adalah logam paduan dengan besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai
unsur paduan utamanya. Selain beton, baja merupakan salah satu bahan bangunan
yang banyak digunakan sampai saat ini.
Baja sebagai material bangunan mulai digunakan sejak abad ke 19 ketika
dimulainya revolusi industri di Inggris. Baja terkenal amat baik untuk bahan utama
struktur bangunan karena memiliki kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang sama
baiknya. Jadi, baja memiliki kekuatan terhadap beban tarik dan tekan aksial serta
beban lentur yang amat baik. Kekuatan besar ini membutuhkan volume yang relatif
tidak tinggi.
II.2.2.1 Sifat-sifat Mekanis Baja
Menurut SNI 03–1729–2002 tentang tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung, sifat mekanis baja terdiri dari:
Tegangan leleh untuk perencanaan (fy) tidak boleh diambil melebihi nilai
yang diberikan pada tabel di bawah:
Tegangan putus untuk perencanaan (fu) tidak boleh diambil melebihi nilai
yang diberikan pada tabel di bawah:
Kebanyakan properti mekanika yang penting dari baja untuk desain
didapat dari test tarik. Properti penting yang didapat dari test tarik adalah tegangan
leleh baja (fy), tegangan ultimate ( fu ) dan modulus elastisitas ( E ).
Gambar 2.4 Diagram tegangan regangan baja
Beberapa sifat penting dari baja yang dapat dipergunakan dalam
perhitungan struktur baja adalah :
Tegangan tarik leleh ( fy )
Tegangan tarik leleh ( fy ) didapat dari diagram tegangan-regangan seperti pada
gambar 2.4, yang merupakan tegangan yang menjadi batas keadaan elastis dan
plastis
Modulus Elastisitas ( E )
Modulus Elastisitas ( E ) merupakan kemiringan ( tangen ) dari grafik tegangan
II.2.2.2 Keunggulan Material Baja
Baja sebagai material bangunan memiliki keuntungan-keuntungan
sebagai berikut:
Kekuatan tinggi
Kekuatan per volume tetap paling tinggi dibanding dengan material lain.
Kekuatan dinyatakan dengan Fy (Tegangan Leleh) dan Fu (Tegangan Tarik
Batas). Akibatnya, dalam perhitungan beban mati, nilainya lebih kecil dengan
bentang yang bisa lebih lebar sehingga ruang dapat dimanfaatkan akibat
kecilnya profil baja yang dipakai.
Kemudahan Pemasangan
Umumnya semua komponen konstruksi baja dipersiapkan di bengkel. Yang
dilakukan di lapangan atau site adalah menyambung/ assembly komponen-komponen ini. Semua komponen-komponen, sambungan, dan alat sambung baja memiliki
standar baik yang nasional maupun internasional
Keseragaman
Karena baja adalah komponen yang homogen dan buatan manusia, maka
keseragaman sangat tinggi dan dapat diharapkan pula keseragaman dalam hal
kekuatannya. Karena keseragaman inilah maka pemborosan yang terjadi dalam
proses pelaksanaan umumnya dapat ditekan.
Daktilitas
Daktilitas adalah sifat material yang memungkinkan adanya deformasi yang
besar akibat tegangan tarik tanpa hancur dan putus. Adanya sifat ini pada baja
yang berlebihan. Ini sangat menguntungkan bila bangunan mengalami beban
besar tiba- tiba misalnya beban gempa.
Keuntungan lainnya:
- Proses pemasangan cepat dan tak perlu menunggu untuk mencapai 100%
kekuatan
- Dapat dilas
- Komponen-komponen strukturnya bisa digunakan lagi untuk keperluan
lainnya
- Komponen-komponen yang sudah tidak dapat digunakan lagi masih
mempunyai nilai sebagai besi tua.
- Struktur yang dihasilkan bersifat permanen dengan cara pemeliharaan yang
tidak terlalu sukar.
II.2.2.3 Kelemahan Baja
Baja Sebagai material bangunan memiliki keuntungan-keuntungan
sebagai berikut:
Komponen-komponen struktur yang dibuat dari bahan baja perlu diusahakan
supaya tahan api sesuai dengan peraturan yang berlaku untuk bahaya
kebakaran
Diperlukannya suatu biaya pemeliharaan untuk mencegah baja dari bahaya
karat
Akibat kemampuannya menahan tekukan pada batang-batang yang langsing,
walaupun dapat menahan gaya-gaya aksial, tetapi tidak bisa mencegah
terjadinya
II.2.2.4 Perencanaan struktur baja
Batas kelangsingan profil baja kompak ditentukan dalam SNI03-1729-2002
pasal 7.6.4. untuk sayap
Suatu komponen struktur yang memikul lentur harus memenuhi persyaratan
berikut sesuai SNI03-1729-2002 pasal 8.1.1 dan 8.1.2 yaitu
� ... (2.34)
dan
� ... (2.35)
Kuat nominal lentur penampang dengan pengaruh tekuk lokal di hitung dengan
mengikuti kaidah SNI03-1729-2002 SNI03-1729-2002 pasal 8.2
Momen leleh My adalah momen lentur yang menyebabkan penampang mulai
mengalami tegangan leleh. Sesuai SNI03-1729-2002 SNI03-1729-2002 pasal 18.2b
besarnya dihitung dengan
= ... (2.36)
Kuat lentur plastis Mp momen lentur yang menyebabkan seluruh penampang
mengalami tegangan leleh. Sesuai SNI03-1729-2002 pasal 18.2b ditentukan dengan
= ... (2.37)
atau
Mp = 1,5 My ... (2.38)
Momen batas tekuk Mr diambil sama sesuai persamaan SNI03-1729-2002
pasal 8.2.1c
= ( – )... (2.39)
Kuat lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk lateral dihitung
dengan mengikuti kaidah SNI03-1729-2002 SNI03-1729-2002 pasal 8.2. momen
kritis Mc untuk profil I dan kanal ganda adalah sebesar
= [ + ( − ) �−
( �− )] ... (2.40)
di mana faktor pengali momen Cb ditenrukan dengan persamaan dari
SNI03-1729-2002 pasal8.3.1
= , +, + + , ... (2.41)
Panjang bentang untuk pengekangan lateral Lp sesuai persyaratan pada
SNI03-1729-2002 dihitung dengan persamaan
= , √ ... (2.42)
Kuat geser pelat badan dihitung sesuai ketentuan SNI03-1729-2002 pasal 8.8. pelat
badan yang memikul gaya geser perlu (Vu) harus memenuhi
� ... (2.43)
Kuat geser nominal pelat badan harus dihitung sebagai berikut sesuai anonim2,
2002
II.2.2.4.2 Perencanaan komponen tekan
Suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentrasi akibat beban
terfaktor, Nu, harus memenuhi persyaratan seperti diatur dalam SNI03-1729-2002
Pasal 9.1
� ... (2.45)
Analisis tekuk komponen struktur diatur dalam SNI03-1729-2002 pasal 7.6.
gaya tekuk elastis komponen struktur (Ncr) ditetapkan sebagai berikut
= � ... (2.46)
dengan mensubstitusikan persamaan 3.39 ke persamaan 3.37
Untuk , < � < , maka = ,
, − , � ... (2.52b)
Untuk � , maka = , � ... (2.52c)
Persamaan interaksi aksial-momen harus dipenuhi oleh setiap komponen
struktur sesuai persyaratan SNI03-1729-2002 Pasal 7.4.3.3.
Bila
� , maka � + (� +� ) , ... (2.53a)
Bila
� < , maka � + (� +� ) , ... (2.53b)
II.3 Struktur Komposit Beton-Baja
Struktur komposit (Composite) merupakan struktur yang terdiri dari dua
material atau lebih dengan sifat bahan yang berbeda dan membentuk satu kesatuan
sehingga menghasilkan sifat gabungan yang lebih baik
Karena struktur komposit melibatkan dua macam material yang berbeda, maka
perhitungan kapasitasnya tidak sesederhana bila struktur bukan komposit.
Karakteristik dan dimensi kedua bahan akan menentukan bagaimana pemilihan jenis
profil dan pelat beton yang akan dikomposisikan dan kinerja struktur tersebut.
Sistem struktur komposit sendiri terbentuk akibat interaksi antara komponen
struktur baja dan beton yang karakteristik dasar masing-masing bahan dimanfaatkan
secara optimal. Karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur baja adalah
kekuatan tinggi, modulus elastisitas tinggi, serta daktalitas tinggi. Sedangkan
karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur beton adalah ketahanan yang baik
terhadap api, mudah dibentuk, dan murah.
Struktur komposit dalam aplikasinya dapat merupakan elemen dari bangunan,
1. Kolom baja terbungkus beton / balok baja terbungkus beton (Gambar 2.5.a/d).
2. Kolom baja berisi beton/tiang pancang (Gambar 2.5.b/c).
3. Balok baja yang menahan slab beton (Gambar 2.5.e).
(a) (b) (c)
(d) (e)
Gambar 2.5 Macam-macam Struktur Komposit
II.3.1 Balok Komposit
Balok adalah salah satu di antara elemen-elemen struktur yang paling
banyak dijumpai pada setiap struktur. Balok adalah elemen struktur yang memikul
beban yang bekerja tegak lurus dengan sumbu longitudinalnya. Hal ini akan
menyebabkan balok melentur.
Sebuah balok komposit (composite beam) adalah sebuah balok yang
kekuatannya bergantung pada interaksi mekanis diantara dua atau lebih bahan
1. Balok komposit penuh
Untuk balok komposit penuh, penghubung geser harus disediakan
dalam jumlah yang memadai sehingga balok mampu mencapai kuat lentur
maksimumnya. Pada penentuan distribusi tegangan elastis, slip antara baja
dan beton dianggap tidak terjadi (SNI 03-1729-2002 Ps.12.2.6).
2. Balok komposit parsial
Pada balok komposit parsial, kekuatan balok dalam memikul lentur
dibatasi oleh kekuatan penghubung geser. Perhitungan elastis untuk balok
seperti ini, seperti pada penentuan defleksi atau tegangan akibat beban layan,
harus mempertimbangkan pengaruh adanya slip antara baja dan beton (SNI
03- 1729-2002 Ps. 12.2.7).
3. Balok baja yang diberi selubung beton
Walaupun tidak diberi angker, balok baja yang diberi selubung beton di
semua permukaannya dianggap bekerja secara komposit dengan beton,
selama hal-hal berikut terpenuhi (SNI 03-1729-2002 Ps.12.2.8)
Tebal minimum selubung beton yang menyelimuti baja tidak uang
daripada 50 mm, kecuali yang disebutkan pada butir ke-2 di bawah.
Posisi tepi atas balok baja tidak boleh kurang daripada 40 mm di bawah
sisi atas pelat beton dan 50 mm di atas sisi bawah plat.
Selubung beton harus diberi kawat jaring atau baja tulangan dengan
jumlah yang memadai untuk menghindari terlepasnya bagian selubung
II.3.1.1 Lebar Efektif Pelat Beton komposit
Lebar efektif pelat lantai yang membentang pada
masing-masing sisi dari sumbu balok komposit seperti yang diatur dalam
SNI03-1729-2002 tidak boleh melebihi :
a. Seperdelapan dari bentang balok (jarak antara tumpuan)
...(2.44a)
b. Jarak ke tepi pelat
...(2.44b)
II.3.1.2 Kekuatan Balok Komposit dengan Penghubung geser
Kuat lentur negatif rencana øbMn, harus dihitung untuk penampang
baja saja, dengan mengikuti ketentuan-ketentuan pada butir 8
SNI03-1729-2002. Kuat lentur positif rencana øbMn ditentukan sebagai berikut:
a. Untuk ℎ
Dengan øb=0,85 dan Mn dihitung berdasarkan superposisi
tegangan-tegangan elastis yang memperhitungkan pengaruh tumpuan
II.3.1.3 Menghitung Momen Nominal
II.3.1.3.1 Perhitungan Mn berdasarkan distribusi tegangan elastis
Gambar 2.6 Distribusi tegangan elastis pada balok
Menghitung nilai transformasi beton ke baja
= . √ ′ (Mpa) ; Untuk beton normal ... (2.45)
= ... (2.46)
= ...(2.47)
� = ...(2.48)
dimana: Es = 200000 Mpa
Menentukan letak garis netral penampang transformasi
= . +(+ + ) ...(2.49)
Menghitung momen inersia penampang transformasi
= + � − + + � ( + + ℎ − ) (2.50)
Menghitung modulus penampang transformasi
= ...(2.51)
= + + ℎ − ...(2.52)
Menghitung momen ultimate
Kapasitas momen positif penampang balok komposit penuh digunakan dari
nilai yang terkecil dari
= , . . . ...(2.54)
= . ...(2.55)
II.3.1.3.2 Perhitungan Mn berdasarkan distribusi tegangan plastis
Gambar 2.7 Distribusi tegangan plastis pada balok
gaya tekan yang terjadi pada pelat sesuai persamaan Untuk aksi komposit di
mana beton mengalami gaya tekan akibat lentur, gaya geser horizontal total yang
bekerja pada daerah yang dibatasi oleh titik-titik momen positif maksimum dan
momen nol yang berdekatan harus diambil sebagai nilai terkecil dari:
C = A xf ... (2.56a)
C = , fc′x tp a x b ... (2.56b)
C = ∑ = Qn... (2.56c)
Mengitung jarak ke sentroid
= ℎ + − . ... (2.57a)
= ... (2.57c)
Menghitung momen ultimate
= + + + ... (2.59)
II.3.1.4 Penghubung Geser
Gaya geser yang terjadi antara pelat beton dan profil baja harus dipikul oleh
sejumlah penghubung geser, sehingga tidak terjadi slip pada saat masa layan.
Idealnya alat penghubung geser harus cukup kaku untuk menghasilkan interaksi
penuh, namun hal ini akan memerlukan pengaku yang sangat tegar. Adapun
jenis-jenis alat penghubung geser yang biasa digunakan adalah sebagai berikut:
Alat penyambung stud (stud connector) berkepala dan berbentuk pancing.
Alat penyambung kanal (canal connector)
Alat penyambung spiral (spiral connector)
Alat penyambung siku (angle conector)
Pada tugas akhir ini, alat penghubung geser yang digunakan berbentuk Stud
berkepala (stud connector). Kekuatan penghubung geser jenis paku sesuai SNI03:
= , � √ ′ � ... (2.60)
Dan untuk perhitungan jumlah penghubung geser (shear connector) yang
dibutuhkan digunakan persamaan :
= ...(2.70)
Batasan lendutan atau deflection pada balok telah diatur dalam SNI
03-1729-2002. Lendutan diperhitungkan berdasarkan hal-hal sebagai berikut :
lendutan yang besar dapat mengakibatkan rusaknya barang-barang atau
alat-alat yang didukung oleh balok tersebut .
lendutan yang terlalu besar akan menimbulkan rasa tidak nyaman bagi
penghuni bangunan tersebut. Perhitungan lendutan pada balok berdasarkan
beban kerja yang dipakai di dalam perhitungan struktur, bukan berdasarkan
beban terfaktor. Besar lendutan dapat dihitung dengan rumus :
= untuk beban terbagi rata ...(2.71)
= untuk beban terpusat di tengah bentang ...(2.72)
II.3.2 Kolom Komposit
Menurut SNI 03-1729-2002, kolom komposit di definisikan sebagai:
1. Kolom yang terbuat dari penampang baja gilas atau tersusun yang diberi
selubung beton di sekelilingnya, (gambar 2.8.a/b)
2. Kolom yang terbuat dari penampang baja berongga yang diisi dengan beton
struktural. (gambar 2.8.c/ d)
Pada kolom baja berselubung beton (gambar 2.8.a dan 2.8.b) penambahan
beton dapat menunda terjadinya kegagalan lokal buckling pada profil baja serta
berfungsi sebagai material penahan api, sementara itu material baja di sini
berfungsi sebagai penahan beban yang terjadi setelah beton gagal. Sedangkan
untuk kolom baja berintikan beton (gambar2.8.c dan gambar 2.8.d) kehadiran
material baja dapat meningkatkan kekuatan dari beton serta beton dapat
menghalangi terjadinya lokal buckling pada baja.
II.3.2.1 Kriteria Kolom Komposit
Kriteria untuk kolom komposit bagi komponen struktur tekan:
1) Luas penampang profil baja minimal sebesar 4% dari luas penampang
komposit total;
2) Selubung beton untuk penampang komposit yang berintikan baja harus
diberi tulangan baja longitudinal dan tulangan pengekang lateral. Tulangan
baja longitudinal harus menerus pada lantai struktur portal, kecuali untuk
tulangan longitudinal yang hanya berfungsi memberi kekangan pada
beton. Jarak antar pengikat lateral tidak boleh melebihi 2/3 dari dimensi
terkecil penampang kolom komposit. Luas minimum penampang tulangan
transversal (atau longitudinal) tidak boleh kurang dari 0,18 mm2 untuk
setiap mm jarak antar tulangan transversal (atau longitudinal) terpasang.
Tebal bersih selimut beton dari tepi terluar tulangan longitudinal dan
transversal minimal sebesar 40 mm;
3) Mutu beton yang digunakan tidak lebih tinggi daripada 55 Mpa dan tidak
kurang dari 21 MPa untuk beton normal dan tidak kurang dari 28 MPa
4) Tegangan leleh profil dan tulangan baja yang digunakan untuk perhitungan
kekuatan kolom komposit tidak boleh melebihi 380 MPa;
5) Tebal minimum dinding pipa baja atau penampang baja berongga yang
diisi beton adalah √ / untuk setiap sisi selebar b pada penampang
persegi dan √ / untuk penampang bulat yang mempunyai diameter
luar D.
II.3.2.2 Kuat rencana
Kuat rencana kolom komposit yang menumpu beban aksial (SNI
Pada persamaan di atas c1,c2 dan c3 adalah koefisien yang besarnya
a. untuk pipa baja yang diisi beton
c1=1,0 ; c2 = 0,85 dan c3=0,4 ...(2.81a)
b. untuk profil baja yang diberi selubung beton
c1=0,7 ; c2 = 0,6 dan c3=0,2 ...(2.81b)
II.3.2.3 Ketahanan terhadap bahaya api
Salah satu keuntungan yang didapat dari kolom komposit baja berselimut
beton adalah faktor ketahanan terhadap bahaya api. American Institute of Steel
Building dalam Steel desing Guide 19 – Fire Resistance of Structural Steel Framing memberi petunjuk dalam mendesain struktur tahan api.
(a)precast concrete column cover; (b)concrete encased Steel column
Gambar 2.9 kolom baja struktural dengan pelindung beton
Penyelimutan profil baja oleh beton dapat berfungsi untuk memperpanjang
waktu bagi kolom dapat terus memikul beban dengan menggunakan kapasitas
termal beton untuk keuntungan kolom itu. Kapasitas beton untuk menyerap panas
dipengaruhi oleh kadar air dari beton. Oleh karena itu, ketahanan api dapat
ditentukan dengan persamaan dalam dua langkah. Pertama, daya tahan api dengan
kadar air nol ditentukan, dan kemudian bahwa ketahanan api meningkat sebagai
fungsi dari kelembaban yang sebenarnya. IBC butir 720.5.1.4 daftar persamaan
untuk daya tahan api pada kelembaban nol dirumuskan sebagai:
= / , + ℎ ,
dimana:
R0 = Tingkat ketahanan terhadap api pada kelembaban nol (menit)
W = Berat jenis kolom baja (lbs/ft), untuk baja normal 90 lbs/ft
D = Parameter dalam perlindungan api (in), = 84,6 in
h = Ketebalan pelindung beton (in)
kc = Konduktivitas themal beton pada suhu kamar (Btu/hroF), =0,95 Btu/hroF
H = Kapasitas termal kolom baja pada suhu kamar = 0,11W (Btu/ftoF
ρc = Kepadatan beton (pcf)
cc = panas spesifik beton pada suhu kamar (Btu/lboF)
L = dimensi satu sisi kolom beton pelindung (in)
Parameter di atas dapat diatur agar sesuai dengan konfigurasi di lapangan dari
kolom komposit baja di selimuti beton seperti pada gambar 2.9b. ketika ruang
antara saya dan badan profil baja diisi dengan beton (seperti pada gambar 28b),
kapasitas termal dari kolom baja, H, dapat ditingkatkan sebagai berikut
= , + − � ...(2.83)
dimana:
d = tinggi penampang profil baja (in)
As = luas penampang profil baja (in)
II.3.3 Aksi Komposit
Aksi komposit terjadi apabila dua batang struktural pemikul beban seperti
pada pelat beton dan balok baja sebagai penyangganya dihubungkan secara
Pada balok non-komposit pelat beton dan balok baja tidak bekerja
bersama-sama sebagai satu kesatuan karena tidak terpasang alat penghubung geser,
sehingga masing-masing memikul beban secara terpisah. Apabila balok
non-komposit mengalami defleksi pada saat dibebani, maka permukaan bawah pelat
beton akan tertarik dan mengalami perpanjangan sedangkan permukaan atas dari
balok baja akan tertekan dan mengalami perpendekan.
Karena penghubung geser tidak terpasang pada bidang pertemuan antara
pelat beton dan balok baja maka pada bidang kontak tersebut tidak ada gaya yang
menahan perpanjangan serat bawah pelat dan perpendekan serat atas balok baja.
Dalam hal ini, pada bidang kontak tersebut hanya bekerja gaya geser
vertikal. Sedangkan pada balok komposit, pada bidang pertemuan antara pelat
beton dan balok baja dipasang alat penghubung geser (shear connector) sehingga
pelat beton dan balok baja bekerja sebagai satu kesatuan. Pada bidang kontak
tersebut bekerja gaya geser vertikal dan horizontal, di mana gaya geser horizontal
tersebut akan menahan perpanjangan serat bawah pelat dan perpendekan serat atas
balok baja.
Gambar 2.10 Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit
(Salmon dkk, 1991)
Untuk memahami konsep kelakuan komposit, diambil contoh pada balok yang
antara pelat dan balok diabaikan, balok dan plat masing-masing memikul suatu bagian
beban secara terpisah. Bila pelat mengalami deformasi akibat beban vertikal,
permukaan bawahnya akan tertarik dan memanjang; sedang permukaan atas balok
tertekan dan memendek. Jadi, diskontinuitas akan terjadi pada bidang kontak. Karena
gesekan diabaikan, maka hanya gaya dalam vertikal yang bekerja antara plat dan
balok.
Kekakuan lantai komposit jauh lebih besar dari kekakuan lantai beton yang balok
penyanggahnya bekerja secara terpisah. Biasanya plat beton bekerja sebagai plat satu
arah yang membentang antara balok-balok baja penyangga. Dalam perencanaan
komposit, aksi plat beton dalam arah sejajar balok dimanfaatkan dan digabungkan
dengan balok baja penyangga. Akibatnya, momen inersia konstruksi lantai dalam arah
balok baja meningkat dengan banyak.
Kekakuan yang meningkat ini banyak mengurangi lendutan beban hidup dan jika
penunjang (shoring) diberikan selama pembangunan, lendutan akibat beban mati juga akan berkurang. Pada aksi komposit penuh, kekuatan batas penampang jauh
melampaui jumlah dari kekuatan plat dan balok secara terpisah sehingga timbul
kapasitas cadangan yang tinggi.
II.4 Metode Desain
Dalam perencanaan struktur baja dikenal dua macam filosofi desain yang
sering digunakan, yaitu desain tegangan kerja (oleh AISC diacu sebagai Allowable
Stress Design, ASD) dan desain keadaan batas (oleh AISC diacu sebagai LRFD).
LRFD merupakan suatu perbaikan terhadap perencanaan sebelumnya, yang
resistensi, atau dengan kata lain LRFD menggunakan konsep memfaktorkan, baik
beban maupun resistensi.
Desain ASD telah lama dikenal dan digunakan sebagai filosofi utama dalam
perencanaan struktur baja selama kurang lebih 100 tahun. Dalam desain tegangan
kerja, fokus perencanaan terletak pada kondisi-kondisi beban layanan
(tegangan-tegangan unit yang mengasumsikan struktur elastis) yang memenuhi persyaratan
keamanan (kekuatan yang cukup) bagi struktur tersebut.
Dalam perkembangan selanjutnya, pada tahun 1986 di Amerika Serikat
diperkenalkanlah suatu filososfi desain yang baru, yaitu desain keadaan batas yang
disebut LRFD. Metode ini diperkenalkan oleh American Institute of Steel
ωonstruction (AISω), dengan diterbitkannya dua buku “Load and Resistance Factor Design Spesification for Structural Steel ψuildings” (yang dikenal sebagai LRFD
spesification) dan Load and Resistance Factor Design of Steel Construction (LRFD
manual) yang menjadi acuan utama perencanaan struktur baja dengan LRFD.
LRFD adalah suatu metode perencanaan struktur baja yang mendasarkan
perencaannya dengan membandingkan kekuatan struktur yang telah diberi suatu faktor
resistensi () terhadap kombinasi beban terfaktor yang direncanakan bekerja pada
struktur tersebut (iQi). Faktor resistensi diperlukan untuk menjaga kemungkinan kurangnya kekuatan struktur, sedangkan faktor beban digunakan untuk mengantisipasi
kemungkinan adanya kelebihan beban.
Peraturan di Indonesia sendiri, yakni SNI 03 – 1729 – 2002 , meskipun tidak ada dicantumkan penjelasan mengacu metode ASD atau LRFD, namun peraturan ini lebih
Dalam Tugas Akhir ini Penulis Menggunakan Metode desain Load and
Resistance Factor Design (LRFD) yang telah di sesuaikan dengan kondisi di Indonesia
oleh SNI 03-1729-2002 dalam merencanakan bangunan sepuluh tingkat struktur
komposit.
II.5 Analisis Struktur
Perhitungan struktur pada Tugas akhir ini menggunakan bantuan program
komputer, yaitu program Structure Analysis Program (SAP2000 V15.2.1). dengan
input pembebanan sesuai peraturan perencanaan yang digunakan.
II.5.1 Beban Mati (Dead Load)
Berat sendiri elemen struktur terdiri dari berat sendiri elemen kolom, drop
panel, pelat lantai. Berat sendiri elemen struktural tersebut akan dihitung otomatis
sebagai self weight oleh software SAP2000. Selain berat sendiri elemen struktural,
pada beban mati juga terdapat beban lain yang berasal dari elemen arsitektural
bangunan, seperti sesi+keramik dan penggantung
II.5.2 Beban Hidup (Live Load)
Beban hidup pada lantai gedung diambil sebesar 250 kg/m2, sedangkan untuk
lantai atap 100 kg/m2, sesuai dengan standar Tata Cara Perencanaan Pembebanan
Untuk Rumah Dan Gedung 1987.
II.5.3 Beban Gempa (Quake Load)
Analisis struktur terhadap beban gempa mengacu pada Standar Perencanaan
Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung (SNI 03-1726- 2002). Analisis
struktur terhadap beban gempa pada gedung dilakukan dengan Metode Analisis
Dinamik Spektrum Respon. Besarnya beban gempa nominal pada struktur
= ... (2.84)
Dimana :
V = Beban gempa
W = Berat bangunan
I = Faktor keutamaan struktur
R = Faktor reduksi gempa
II.5.3.1 Fakator Keutamaan Struktur (I)
Dari Tabel Faktor Keutamaan Bangunan (SNI 03-1726-2002, halaman 18),
besarnya faktor keutamaan struktur (I) untuk gedung umum seperti untuk
perkantoran dan parkir diambil sebesar 1.
II.5.3.2 Fakator Reduksi Gempa (R)
Dari tabel Faktor Reduksi Gempa (SNI 03-1726-2002, halaman 23), Struktur
Gedung ini termasuk dalam kategori struktur sistem ganda struktur rangka penahan
momen biasa dengan besarnya nilai faktor reduksi gempa R= 4,5 untuk struktur
baja dan 5,5 untuk struktur beton bertulang
II.5.3.3 Penentuan Jenis Tanah (I)
Jenis Tanah Jenis tanah ditetapkan sebagai tanah keras, tanah sedang dan
tanah lunak. Untuk tugas akhir ini di asumsikan tanah yang dignakan adalah jenis
tanah sedang
II.5.3.4 Zona Wilayah Gempa
Penentuan Zona Wilayah Gempa Berdasarkan Peta Wilayah Gempa
Indonesia (SNI 03-1726-2002, halaman 30), Gedung diasumsikan berlokasi di
wilayah gempa 3 dari zona gempa Indonesia. Diagram Respon Spektrum Gempa
Gambar 2.11 Spektrum Respons Gempa Wilayah 3
Tabel 2.2 Koefisien Gempa (C) untuk kondisi tanah sedang
Periode Getar
T (detik)
Koefisien Gempa
C
0 0,230
0,2 0,550
0,4 0,550
0,6 0,550
0,8 0,412
1,0 0,330
1,2 0,275
1,4 0,236
1,6 0,206
1,8 0,183
2,2 0,150
2,4 0,137
2,6 0,127
2,8 0,118
3,0 0,110
II.5.4 Kontrol Simpangan (Drift)
II.5.4.1 Kinerja Batas Layan
Simpangan antar tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung
tidak boleh melampaui 0.03/R kali tinggi tingkat yang bersangkutan atau 30 mm
bergantung yang mana yang nilainya lebih kecil. Ketentuan tersebut dapat
dituliskan dengan persamaan sebagai berikut
∆ , ℎ dan ∆ ... (2.85)
II.5.4.2 Kinerja Batas Ultimate
Simpangan antar tingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung
tidak boleh melampaui persyaratan berikut :
∆ , , ℎ ; Untuk bangunan beraturan ... (2.86a)
BAB III
APLIKASI DESAIN
III.1.
Umum
Sebagai aplikasi dalam penulisan tugas akhir ini, akan dilakukan desain
struktur bangunan bertingkat (sepuluh lantai) seperti ditampilkan pada gambar 3.1 dan
3.2. Direncanakan bangunan akan difungsikan untuk keperluan perkantoran. Luas
keseluruhan bangunan 324m2 dan tinggi total bangunan 37,5 m. Denah bangunan
berbentuk persegi dengan panjang melintang 3 x 6m dan memanjang 3 x 6m, dan
tinggi tiap lantai adalah 3,75m. Direncanakan di bangun di wilayah zona gempa 3
dengan jenis tanah keras.
Gambar 3.2 Tampak Depan Rencana
Akan direncanakan tiga buah bangunan dengan denah seperti tersebut di atas,
dengan dimensi dan jenis material kolom yang berbeda, yaitu struktur dengan kolom
beton bertulang, kolom baja dan struktur dengan kolom komposit baja diselimuti
beton.
III.2.
Metodologi dan diagram alirTugas dimulai dengan pengumpulan data-data bangunan, dan asumsi-asumsi
perencanaan struktur. Kemudian dilakukan tinjauan pustaka (studi literatur) mengenai
Selanjutnya akan dilakukan desain pada struktur sekunder pada bangunan
beton bertulang dan bangunan baja. Struktur sekunder merupakan bagian dari struktur
gedung yang tidak menahan kekuatan secara keseluruhan, namun tetap mengalami
tegangan-tegangan akibat pembebanan yang bekerja pada bagian tersebut secara
langsung, ataupun tegangan akibat perubahan bentuk dari struktur primer. Bagian dari
struktur sekunder meliputi pelat lantai dan atap dan balok anak. Struktur sekunder pada
bangunan baja dan komposit disamakan, yaitu menggunakan pelat beton komposit dek
bergelombang, dan balok anak dari profil baja
Dimensi awal dari perencanaan struktur sekunder akan di gunakan sebagai
input untuk merencanakan struktur primer (balok induk dan kolom) menggunakan
program analisis komputer, dalam hal ini program yang digunakan adalah SAP2000
V15. Nantinya dimensi hasil perhitungan SAP2000 V15 akan di kontrol ulang dengan
perhitungan manual.
Setelah didapat dimensi kolom beton bertulang, kolom baja dan kolom
komposit, akan dibandingkan hasil desain dari masing-masing kolom tersebut
Sistematika penulisan tugas akhir ini dapat dilihat dalam diagram alir pada
III.3.
Perencanaan struktur Sekunder
Termasuk di dalamnya berat sendiri pelat atap (0,12m x 24KN/m3) berat
spesi setebal 2 cm (2 x 0,21KN/m2) dan berat plafon + penggantung (0,18 KN/m2).
Sehingga beban mati atap adalah:
qDL = 3,48 KN/m
Beban Hidup (qLL) atap
Menurut peraturan pembebanan Indonesia 1983, beban hidup yang
direncanakan pada pelat atap untuk bangunan perkantoran adalah 100 kg/m2
Beban mati yang bekerja pada pelat lantai sama seperti yang bekerja pada
atap, ditambah dengan penambahan berat tegel setebal 2 cm pada pelat lantai (2 x
0,24 KN/m2):
qDL = 3,96 KN/m
Beban Hidup (qLL) lantai
Menurut peraturan pembebanan Indonesia 1983, beban hidup yang
direncanakan pada pelat atap untuk bangunan perkantoran adalah 100 kg/m2
qLL = 2,50 KN/m2
III.3.1.2. Balok anak
Pelimpahan beban merata pada balok-balok struktur dilakukan dengan metode
amplop. dengan cara ini, balok-balok struktur tersebut ada yang memikul beban
segitiga. Untuk memudahkan perhitungan, beban segi tiga diubah menjadi beban
merata ekuivalen (qc ).
Gambar 3.5 q ekuivalen balok anak
Beban mati untuk pelat atap berasal dari distribusi pelat atap qDL atap ditambah
berat sendiri balok anak atap. qek dari beban segitiga ke beban merata ekuivalen
dihitung dengan persamaan 2.4.
= ( ) + = , x + , , = , /
Untuk beban hidup diambil dari pembebanan pelat atap disalurkan ke balok
anak
= ( ) = /
Sehingga beban terfaktor pada balok anak
= , , + , = ,
Gaya-gaya dalam yang terjadi sesuai persamaan 2.6, 2.7, 2.8 dan 2.9 didapat
momen-momen pada tumpuan
= , , = ,
Dan momen-momen pada lapangan
= , , = ,
Sedangkan untuk gaya gesernya
= , , = ,
III.3.1.2.1. Penulangan balok anak
a. Penulangan lentur
Luas tulangan untuk memikul beban lentur seperti yang di syaratkan
pada persamaan 2.14 tidak boleh kurang dari
� =
√ ′
= , −
Dan tidak lebih kecil dari
� � = , = , = , cm2
Dengan menggunakan persamaan 2.10 didapat nilai β1 yang kemudian nilainya akan digunakan untuk menentukan ρb menggunakan persamaan 2.11
� = , − − = ,
= , , + = ,
Maka
= , ′ = , = ,
Penulangan tumpuan
Diketahui Mu= 48,605 KNm, sehingga momen nominal didapat dengan
persamaan 2.10
= � = ,, = ,
= = , ,, = ,
= − √ − = , − √ − , , = , −
Maka luas tulangan yang diperlukan untuk menahan beban yang bekerja pada
balok anak, Aperlu sesuai persamaan 2.11 di dapat
� = = , x x , = , cm
Dipasang tulangan dengan diameter 16mm sebanyak 4 buah, sehingga nilai
As=4,02cm2. Karena serat bawah tidak mengalami tarik, maka tulangan negatif
digunakan tulangan praktis minimum. Maka luasan tulangan tekan
� ′ = , � = , , = ,
Dipasang tulangan tekan 2 buah tulangan D16mm
Penulangan lapangan
Diketahui Mu= , KNm, sehingga momen nominal didapat dengan
persamaan 2.10
= = , ,, = ,
= − √ − = , − √ − , , =
, −
Maka luas tulangan yang diperlukan untuk menahan beban yang bekerja pada
balok anak adalah sebagai berikut
� = , x x , = , cm
Dipasang tulangan dengan diameter 16mm sebanyak 3 buah, sehingga nilai
As=3,02cm2. Karena serat atas tidak mengalami tarik, maka tulangan negatif
digunakan tulangan praktis minimum. Maka luasan tulangan tekan
� ′ = , � = , , = ,
Dipasang tulangan tekan 2 buah tulangan D16mm
b. Penulangan geser
Dengan gaya geser maksimum yang terjadi pada balok anak Vu sebesar
34,107KN, maka nilai �Vc adalah sebagai berikut
� = , √ = ,
Dan nilai �Vs min
� � = , = ,
Kontrol terhadap syarat geser maksimum
< , �
, � < �
, < , , ... (not OK)
� < [� + � � ]
, < , , ... (not OK)
Maka, untuk memikul gaya geser yang terjadi balok anak memerlukan
tulangan geser yang perencanaannya sebagai berikut
�
> � = ,, = ,
= − = , − ,, = ,
= = ( , ,) , = ,
III.3.2.
Struktur Baja dan komposit
Untuk struktur dengan kolom baja dan kolom komposit, menggunakan struktur
sekunder yang sama. Pelat menggunakan beton dengan tulangan positif menggunakan
dek bergelombang, dan balok menggunakan profil baja.
III.3.2.1. Pelat
a. Pelat Atap
Pada pelat dipakai pelat komposit menggunakan dek bergelombang bondek®
Gambar 3.6. Penampang dek bergelombang bondek® Lysaght
Beban Superimposed (Berguna)
Beban berguna untuk perencanaan pelat dek bergelombang adalah berat spesi
setebal 2 cm (2 x 0,21KN/m2), berat plafon + penggantung (0,18 KN/m2) dan berat
tegel setebal 2 cm pada pelat lantai (2 x 0,24 KN/m2)ditambah beban hidup untuk atap
2,5 KN/m2. Sehingga beban berguna atap adalah diluar berat sendiri adalah 1,5 KN/m2.
Berdasarkan tabel perencanaan praktis untuk bentang menerus dengan
tulangan negatif dengan satu baris penyangga untuk beban berguna 1,5 KN/m2, mutu
beton (fc’) 35Mpa, dan tebal pelat beton 10 cm, diperlukan luas tulangan negatif 1,7 cm2/m. Direncanakan memakai tulangan Ø 8 (As = 0,5024 cm2), sehingga banyaknya
tulangan yang diperlukan dalam 1 meter (n)
= , , = , ℎ ≈ ℎ
Jarak antar tulangan tarik per meter = 1000/4 = 250 mm. Jadi, dipasang tulangan
Gambar 3.7 Penulangan bondek atap
b. Pelat Lantai (lantai 1-9)
Untuk pelat lantai dipakai pelat komposit menggunakan dek bergelombang
bondek® dari lysaght. Beban berguna untuk perencanaan pelat dek bergelombang
adalah berat spesi setebal 2 cm (2 x 0,21KN/m2) dan berat plafon + penggantung (0,18
KN/m2) ditambah beban hidup untuk atap 2,5 KN/m2. Sehingga beban berguna atap di
luar berat sendiri adalah 3,7 KN/m2 (dipakai $KN/m2)
Berdasarkan tabel perencanaan praktis untuk bentang menerus dengan
tulangan negatif dengan satu baris penyangga untuk beban berguna 4 KN/m2, mutu
beton (fc’) 35Mpa, dan tebal pelat beton 10 cm, diperlukan luas tulangan negatif = 3,25 cm2/m. Direncanakan memakai tulangan Ø 10 (As = 0,5024 cm2), sehingga banyaknya
tulangan yang diperlukan dalam 1 meter (n)
= ,, = , ℎ ≈ ℎ
Jarak antar tulangan tarik per meter = 1000/5 = 200 mm. Jadi, dipasang tulangan
Gambar 3.8 penulangan bondek lantai
III.3.2.2. Balok anak
Balok anak berfungsi membagi luasan lantai agar tidak terlalu lebar, sehingga
mempunyai kekakuan yang cukup. Balok anak menumpu di atas dua tumpuan
sederhana. Pada perencanaan ini, balok anak dari lantai 1-10 sama semua, balok anak
direncanakan menggunakan profil WF 300x200x8x12, dengan data sebagai berikut
A = 72,38 cm2
Distribusi beban pada pelat bondek® direncanakan satu arah, sehingga balok
