TEKLA
PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG BETON
INTEGRASI PROGRAM
TEKLA STRUCTURES & SAP2000 DALAM
PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG BETON
BERTULANG DENGAN ATAP BAJA
TINJAUAN PUSTAKA
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
3
INTEGRASI PROGRAM
SAP2000 DALAM
PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG BETON
BERTULANG DENGAN ATAP BAJA
TUGAS AKHIR
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
4 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 BIM (Building Information Modeling)
Menurut Eastman (2008), BIM merupakan perubahan paradigma yang memiliki banyak manfaat, tidak hanya untuk mereka yang bergerak dalam bidang industri konstruksi bangunan tetapi juga untuk masyarakat yang lebih luas lagi, bangunan yang lebih baik adalah bangunan yang dalam tahap pembangunannya menggunakan energi, tenaga kerja dan modal yang lebih sedikit. BIM pada dasarnya adalah digital platform untuk pembangunan virtual. Jika BIM diterapkan, modelnya harus dapat berisi semua informasi bangunan tersebut, informasi tersebut digunakan untuk bekerjasama, memprediksi, dan membuat keputusan tentang desain, konstruksi, biaya, dan tahap pemeliharaan bangunan.
Menurut Tjell (2010), BIM dianggap lebih dari sekedar teknologi biasa, melainkan cara baru untuk menangani proses pembangunan. Dengan menggunakan BIM dapat diperoleh 3D, 4D, 5D, dan 6D. Dimana 3D berbasis obyek pemodelan parametic, 4D adalah urutan dan penjadwalan material, pekerja, luasan area, waktu, dan lain-lain, 5D termasuk estimasi biaya dan part-list, dan 6D mempertimbangkan untuk fasilitas manajemen, biaya siklus hidup, dan dampak lingkunan. Konsep ini sangat tergantung pada teknologi program yang digunakan. Inti dari konsep tersebut adalah bahwa model BIM berisi informasi-informasi. Model suatu obyek tidak hanya geometris tetapi model tersebut juga berisi informasi tentang bahan yang digunakan, berat, biaya, waktu dan bagaimana diapasang, dan lain-lain.
Adapun beberapa program dalam Building Information Modeling yang secara umum digunakan oleh para kontraktor untuk menggambar dan merancang struktur dan MEP, seperti yang terlihat pada Tabel 2.1 berikut.
5
Tabel 2.1 Program – program BIM
Product Name Manufacturer Primary Function
Cadpipe Commercial Pipe AEC Design Group 3D Pipe Modeling
Revit MEP Autodesk 3D Detailed MEP Modeling
SDS/2 Design Data 3D Detailed Structural
Modeling
Fabrication for AutoCAD East Coast CAD/CAM 3D Detailed MEP Modeling MEP CAD-Duct Micro Application Packages 3D Detailed MEP Modeling Duct Designer 3D, Pipe
Designer 3D QuickPen International 3D Detailed MEP Modeling
Tekla Structures Tekla 3D Detailed Structural
Modeling
Sumber: Reinhardt (2009)
2.2 Tekla Structures
Program Tekla merupakan revolusi baru dalam bidang rekayasa struktur yang memiliki beberapa keunggulan dibanding program aplikasi lainnya. Tekla BIM (Building Information Modeling) merupakan program yang berbasis ensiklopedi proyek. Program Tekla Structures merupakan perangkat lunak Building Information Modeling (BIM) yang memungkinkan untuk membuat dan mengelola data secara akurat dan rinci, serta dapat membuat model struktur 3D tanpa melupakan material dan struktur yang kompleks. Model Tekla Structures ini dapat mencakup seluruh proses konstruksi bangunan dari konsep desain untuk fabrikasi, pemasangan, dan manajemen konstruksi. (Saputri, 2012)
Menururt Riza (2011), Tekla Structures adalah aplikasi pemodelan 3D yang mampu mendesain bermacam bentuk struktur fabrikasi mulai dari baja, beton, atau berbagai jenis material lainnya. Diperolehnya analisa dan hasil perhitungan, gambar, laporan, atau output lainnya dari satu model struktur. Tekla Structures memiliki tampilan standar API (Application Programming Interface) untuk menghubungkan analisis dan desain software. Dapat ditunjukkan pada gambar 2.1 model struktur 3 dimensi pada Tekla Structures.
6
Tekla merupakan program solusi untuk informasi model pada manajemen konstruksi. Tekla dapat digunakan oleh kontraktor, sub-kontraktor, dan para profesional manajemen proyek yang membantu dalam pelaksanaan dan pemeriksaan data proyek. Tekla dapat memproses sejumlah besar data model dan non model terlepas dari sumber. Program ini dapat digunakan untuk meningkatkan transfer informasi desain dan data perencanaan antara desain dan tim konstruksi. Hal ini dapat memperjelas komunikasi dan pengambil keputusan pada setiap pelaksanaan, desain, dan manajemen proyek bangunan.
Gambar 2.1 Model struktur 3D pada Tekla Structures 2.2.1 Kelebihan Tekla Structures
Keunggulan Tekla antara lain yaitu terintegrasinya pemodelan, analisis, desain struktur dengan menyertakan setiap detail penting saat mengelola proses konstruksi secara keseluruhan, volume material, jenis pekerjaan sampai kegiatan scheduling (gambar 2.2), dan bahkan dapat digabungkan dengan program lainnya. Program Tekla Structures ini terhubung dengan berbagai jenis sistem melewati Tekla Open API, contoh format bisaa yang didukung oleh Tekla Structures adalah IFC, CIS/2, SDNF dan DSTV (gambar 2.3). Contoh dari format yang sudah jadi hak milik yang didukung oleh Tekla Structures adalah DWG, DXF, dan DGN.
7
Sehingga kegiatan AEC (architect, engineering, contruction) dapat terintegrasi dalam satu pemodelan yang dapat diakses secara real time.
Gambar 2.2 Scedhuling pada Tekla Struktures
Gambar 2.3 API pada Tekla Structures
Dalam program Tekla terdapat data-data yang akurat, rinci, dan 3D yang dapat digunakan bersama oleh kontraktor, Structural Engineers, Steel Detailers and Fabricators, Precast and Cast-in-Place Concrete Contractors, Detailers and Manufacturers, Educational Institutions, dan Application Developers. Semua perubahan secara otomatis akan update sewaktu-waktu dan butuh dilakukan revisi. Pemodelan yang membutuhkan waktu singkat dan kemampuan mengoperasikannya akan memberikan hasil manajemen proyek yang efisien.
8
Apabila diaplikasikan hal tersebut sangat menghemat biaya, waktu dan sumber daya manusia. (Saputri, 2012)
2.2.2 Pemodelan Struktur Baja dan Beton Pada Tekla Structures Tekla Structures dipergunakan untuk pemodelan dari awal berupa
pembuatan model struktur gedung dengan struktur beton bertulang hingga struktur baja pada atapnya. Kemudian model tersebut akan dianalisa desain dengan
mengintegrasikan ke SAP2000.
Antar muka dan tahap-tahap pemodelan struktur Baja dan Beton dalam Tekla Structures secara ringkas dapat diuraikan sebagai berikut:
A. Antar Muka Tekla Structures
Gambar 2.4 Tampilan antar muka Tekla Structures
Pada gambar 2.4 tampilan antar muka Tekla Structures dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Toolbar, didalamnya terdapat navigasi dasar untuk mengakses berbagai modul dan fitur dalam Tekla Structures. Navigasi dalam toolbar tersebut antara lain File, Edit, View, Modelling, Analisys, Drawing & Reports, Tools, Window dan Help.
1
2
3 4
5
6
9
2. Icon Bar Elemen Beton, didalamnya terdapat bagian – bagian untuk membuat model balok, kolom, pelat serta penulangan yang berhubungan dengan beton.
3. Icon Bar Elemen Baja, didalamnya terdapat bagian – bagian untuk membuat model balok dan kolom yang berhubungan dengan baja.
4. Icon Bar Detailing Sambungan, yang didalamnya terdpat jenis sambungan pada baja yakni baut dan las.
5. Icon Bar Editing, yang berisi bagian – bagian untuk merubah bentuk model baik itu menambahkan maupun mengrangi.
6. Bidang kerja Tekla Structures, yang merupakan tempat memodel. 7. Icon Bar Snapping Pemodelan
B. Pembuatan Grid
Pembuatan Grid pada Tekla Structures dilakukan dengan melakukan pengeditan pada grid default yang otomatis tersedia ketika sebuah model baru dibuat. Prinsip grid pada Tekla Structures menggunakan koordinat Cartesian dengan arah sumbu utama X, Y dan Z (gambar 2.5).
Pada sumbu X dan Y, jarak antar grid bersifat relative dengan memasukkan jarak antar grid sementara pada arah sumbu Z bersifat absolute dengan mengacu pada ketinggian total grid dihitung dari nol. Masing-masing grid,
berkorespondensi dengan label direncanakan untuk grid tersebut. Dapat dilihat pada gambar 2.4 bagian nomor 6 yang merupakan Grid arah X dan Y.
C Pemodelan Elemen Baja
Pemodelan element baja pada Tekla Structures seperti terlihat pada (gambar 2.5) terdiri dari pemodelan berbagai komponen antara lain:
1. Column, dipergunakan untuk membuat model sebuah kolom baja 2. Steel Beam, digunakan untuk membuat element balok
3. Poly Beam, digunakan untuk membuat elemen balok dengan bengkokan 4. Curved Beam, digunakan untuk membuat elemen balok lengkung 5. Contour Plate, digunakan untuk membuat pelat dengan polygon 6. Bolts Connection, digunakan untuk membuat detail sambungan baut 7. Weld Connection, digunakan untuk membuat detail sambungan las
10
Gambar 2.5 Icon Bar pemodelan elemen baja D. Pemodelan Elemen Beton
Pemodelan elemen beton pada Tekla Structures seperti terlihat pada (gambar 2.6) terdiri dari pemodelan berbagai komponen antara lain:
1. Pad Footing, untuk membuat elemen pondasi telapak 2. Strip Foting, digunakan untuk membuat pondasi lajur 3. Concrete Column, digunakan untuk membuat kolom beton 4. Concrete Beam, digunakan untuk membuat balok beton
5. Concrete Poly Beam, digunakan untuk membuat balok beton dengan bengkokan.
6. Concrete Slab, digunakan untuk membuat pelat beton
7. Concrete Panel, digunakan untuk membuat panel dinding beton 8. Reinforcing Bar, digunkan untuk membuat penulangan
9. Reinforcing Bar Group, digunakan untuk membuat satu rangkaian penulangan seperti sengkang
10. Reinforcing Mesh, digunakan untuk membuat penulangan mesh
Gambar 2.6 Icon Bar pemodelan elemen beton 2.2.3 Pembebanan Model Pada Tekla Structures
Sebelum dilakuakan analisis pada program analasis dan desain, sebuah model dalam Tekla Structures dapat dikerjakan beban-beban yang direncanakan bekerja pada sebuah element struktur. (Gambar 2.7)
1 2
3 4
5
6
7
Gambar 2.7 Pengerjaan beban pada Tekla Structures
2.2.4 Integrasi Tekla Structures dan SAP2000
Poses analisis dan desain sebuah model struktur tidak dapat dilakukan dalam Tekla Structures. Untuk melakukan analisis dan desain digunakan software l khusus untuk itu misalnya SAP2000. (Gambar 2.8)
Gambar 2.8 Detail dan tahap pengintegrasian Tekla Structures dengan SAP2000 Detail dan tahap pengintegrasian antara Tekla Structures dengan SAP2000 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Nama model yang akan dianalisa
2. Pemilihan obyek model yang akan di ekspor ke SAP2000 3. Pengaturan kombinasi beban
4. Ekspor sebagai sebuah model SAP2000
5. Membuka Aplikasi SAP2000 dan dalam SAP 2000 proses analisa dan desain dilakukan.
1
4
5
6
Gambar 2.7 Pengerjaan beban pada Tekla Structures
Integrasi Tekla Structures dan SAP2000
Poses analisis dan desain sebuah model struktur tidak dapat dilakukan dalam Tekla Structures. Untuk melakukan analisis dan desain digunakan software l khusus untuk itu misalnya SAP2000. (Gambar 2.8)
Gambar 2.8 Detail dan tahap pengintegrasian Tekla Structures dengan SAP2000 Detail dan tahap pengintegrasian antara Tekla Structures dengan SAP2000
dijelaskan sebagai berikut:
Nama model yang akan dianalisa
Pemilihan obyek model yang akan di ekspor ke SAP2000 Pengaturan kombinasi beban
Ekspor sebagai sebuah model SAP2000
Membuka Aplikasi SAP2000 dan dalam SAP 2000 proses analisa dan desain dilakukan. Pada tahap ini desain seperti acuan kode dapat
5
2
3
7
11
Gambar 2.7 Pengerjaan beban pada Tekla Structures
Poses analisis dan desain sebuah model struktur tidak dapat dilakukan dalam Tekla Structures. Untuk melakukan analisis dan desain digunakan software lain
Gambar 2.8 Detail dan tahap pengintegrasian Tekla Structures dengan SAP2000 Detail dan tahap pengintegrasian antara Tekla Structures dengan SAP2000
Pemilihan obyek model yang akan di ekspor ke SAP2000
Membuka Aplikasi SAP2000 dan dalam SAP 2000 proses analisa dan Pada tahap ini desain seperti acuan kode dapat
12
ditambah dan diatur ulang. Apabila dalam proses desain ditemukan element struktur yang gagal, perubahan dapat segera dilakukan dalam SAP2000 tanpa perlu mengulang tahapan dari awal.
6. Get Result, untuk mengambil kembali struktur yang telah didesain pada SAP2000. Jika pada tahap analisis dan desain ditemukan adanya pergantian elemen, Tekla Structures akan menampilkan jendelan dialog tentang adanya perubahan ini.
2.2.5 Detailing Model Pada Tekla Structures
Proses detailing model baik itu pada penulangan beton maupun sambungan baja yang dikerjakan pada Tekla dapat dipilih secara otomatis maupun manual. Detailing penulangan dan sambungan secara manual sudah dijelaskan pada sub bab sebelumnya yang ditunjukkan pada gambar 2.5 dan 2.6 yang secara manual dapat dilakukan detailing pemodelannya.
Namun pada Tekla juga terdapat jenis penulangan dan sambungan secara otomatis yang artinya dengan sekali klik pada model maka sambungan ataupun penulangan akan langsung termodel sesuai kebutuhan. Dapat ditunjukkan pada gambar 2.9, 2.10 dan 2.11
13
2.10 Jenis detailing penulangan kolom
2.11 Jenis detailing sambungan baja 2.2.6 Hasil Ekstraksi Pada Tekla Structures
Tekla mampu menghasilkan pelaporan dan gambar kerja dengan efektif dan efeisien yang merupakan informasi dari bangunan. Pelaporan yang dihasilkan yaitu laporan luas papan bekisting, volume material, penulangan beton, ukuran dan jenis profil baja, jumlah baut, panjang pengelasan dan lain sebagainya (gambar 2.12). Kemudian gambar yang dihasilkannya sangat detail dari gambar denah hingga detailing. Berikut adalah navigasi untuk mengeluarkan gambar dan laporan pada Tekla yang ditunjukkan pada gambar 2.13.
14
Gambar 2.12 Jenis pelaporan pada Tekla Structures
Gambar 2.13 Navigasi mengeluarkan gambar dan laporan Berdasarkan gambar 2.13 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Numbering, bertujuan untuk memberikan penomoran pada setiap bagian model.
2. Drawing List, merupakan lis gambar yang telah dikeluarkan.
3. Create Drawings, untuk mengeluarkan hasil gambar secara keseluruhan 4. Create Single-Part Drawing, untuk mengeluarkan hasil gambar pada
satu bagian model saja namun hasilnya sangat detail.
1 2 3 4 5 6 7 8
15 5. Creat Assembly, untuk menghasilkan gambar berupa sambungan secara
detail.
6. Creat General Arrangement Drawing, untuk menghasillkan gambar berupa denah dan tampak.
7. Creat Cast Unit Drawing, hanya untuk menghasilkan gambar beton setiap bagian.
8. Creat Report, untuk menghasilkan pelaporan mengenai informasi bangunan.
2.2.7 Scheduling Pada Tekla Structures
Pembuatan Time Schedule yang terdapat pada Tekla dapat dijelaskan pada gambar 2.14 a dan 2.14 b sebagai berikut:
Gambar 2.14 a Navigasi scheduling 1
Berdasarkan gambar 2.14 a navigasi scheduling 1 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Scenario, untuk memasukkan Time Schedule yang telah direncanakan pada program lain dan diedit kembali pada Tekla.
2. General Setting and Actioin, untuk memberikan perilaku pada setiap jenis pekerjaan.
3. Change the Timescale of the Gantt chat, untuk merubah waktu berdasakan hari, minggu, bulan ataupun tahun.
4. View, untuk melihat.
5. Print, untuk mengeluarkan hasil berupa hard copy.
6. Expand Task Hieracies, untuk menunjukkan keseluruhan Time Schedule. 7. Collapse Task Hieracies, untuk menunjukkan beberapa bagian yang
ingin ditunjukkan.
1 2 3 4 5 6 7
16
Gambar 2.14 b Navigasi scheduling 2
Berdasarkan gambar 2.14 b navigasi scheduling 2 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Filter Visible Task, untuk menyaring bagian pekerjaan yang mungkin tidak selesai ataupun yang selesai.
2. Automatic Selection in Model, untuk langsung terkoneksi pada model. 3. Create Task, untuk membuat jenis pekerjaan.
4. Create Sub Task, untuk membuat sub pekerjaan.
5. Add Object, untuk menambahkan objek secara manual.
2.3 SAP2000
SAP2000 merupakan salah satu program paket analisis dan desain struktur yang berorientasi obyek berdasar metode elemen hingga. Program SAP2000 menyediakan fitur dan modul terintegrasi yang lengkap untuk desain struktur baja dan beton bertulang. Pengguna diberi kemudahan untuk membuat, menganalisis, dan memodifikasi model struktur yang direncanakan dengan memakai user interface yang sama. (Dewobroto, 2007)
SAP2000 digunakan untuk menganalisis dan mendesain komponen-komponen struktur baja dan beton yang telah dimodel pada Tekla Structures. Pekerjaan yang dilakukan pada SAP2000 yang perlu diketahui untuk melengkapi kesempurnaan model dalam tugas akhin ini seperti mendefinisikan material, memasukkan beban gempa, analisis struktur dan kontrol hasil analisis. Berikut adalah gambar 2.15 yang menunjukkan menu yang membantu melengkapi model hasil ekspor dari Tekla.
2 4 5 3
17
Gambar 2.15 Menu pada SAP2000 Berdasarkan gambar 2.15 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Define, untuk mendefinisikan material, mendefinisikan jenis batang, mendefinisikan beban dan membuat kombinasi beban.
2. Analyze, untuk menganalisis model.
3. Design, untuk kontrol hasil analisis baik itu baja maupun beton. 2.3.1 Menu Define Pada SAP2000
Sebagai program pembantu dari Tekla Structures, model yang terekspor ke SAP2000 akan dilengkapi yaitu bagian jenis material dan memasukkan beban gempa melalui Menu Define pada SAP2000. Menu Define akan mendefinisikan jenis material yang akan digunakan pada model dan memasukkan beban gempa yang diinputkan dalam model. Ditunjukkan pada gambar 2.16 dan 2.17.
Gambar 2.16 Mendefinikan material
Gambar 2.17 Mendefinisikan beban gempa 2.3.2 Menu Analyze Pada SAP2000
Model yang telah siap dari jenis material baik itu beton maupun baja, jenis batang yang digunakan, jenis beban yang dimasukkan dan kombinasi beban yang dibuat maka model siap dianalisis yang analisisnya akan menghasilkan diagram momen, geser dan normal pada setiap batang. Kotak dialog analisis SAP2000 ditunjukkan pada gambar 2.18
18
Gambar 2.18 Kotak dialog analisis model 2.3.3 Menu Design Pada SAP2000
Pada tahap ini akan dilihat bagaimana stabilitas struktur, perilaku dan gaya-gaya dalam serta desain struktur yang dihasilkan. Kontrol hasil analisis yang berupa kontrol rasio tulangan pada beton dan rasio tegangan pada baja dikerjakan pada Menu Design. Apabila dipandang perlu, perubahan atau penggantian elemen struktur dapat dilakukan. Navigasi kontrol hasil analisis ditunjukkan pada gambar 2.19 dan 2.20.
Gambar 2.19 Navigasi kontrol hasil analisis pada baja Berdasarkan gambar 2.19 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. View/Revise Preferences, untuk mengubah ketentuan sesuai SNI Baja 2. Select Design Combos, untuk memasukkan kombinasi beban untuk baja 3. Start Design/Check of Structure, memulai cek desain struktur baja yang
menghasilkan rasio tegangan.
1
2
19
Gambar 2.20 Navigasi kontrol hasil analisis pada beton Berdasarkan gambar 2.20 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. View/Revise Preferences, untuk mengubah ketentuan sesuai SNI Beton 2. Select Design Combos, untuk memasukkan kombinasi beban untuk
beton
3. Start Design/Checkof Structure, memulai cek desain struktur beton yang menghasilkan rasio tulangan.
2.4 Struktur Beton Bertulang
Berdasarkan SNI Beton 03 – 2847 – 2002 pasal 3.13 menyebutkan, beton
bertulang adalah beton yang ditulangi dengan luas dan jumlah tulangan yang tidak kurang dari nilai minimum yang disyaratkan dengan atau tanpa prategang, dan
direncanankan berdasarkan asumsi bahwa material bekerja bersama-sama dalam menahan gaya yang bekerja.
2.4.1 Pelat
Langkah-langkah perencanaan pelat adalah sebagai berikut: A. Penentuan Syarat Penulangan Pelat.
Penulangan pelat satu arah jika Ly/Lx >2 dan penulangan pelat dua arah jika Ly/Lx<2
B. Penentuan Tebal Pelat
Berdasarkan SKSNI T-15-1991-03 maka tebal pelat ditentukan berdasarkan ketentuan sebagai berikut:
hmin = 9 36 1500 8 . 0 fy n (2-1) 1 2 3
20 hmak= 36 1500 8 . 0 fy n (2-2)
hmin pada pelat lantai ditetapkan sebesar 12 cm, sedangkan hmin pada pelat atap ditetapkan sebesar 9 cm.
C. Perhitungan Momen
Berdasarkan Buku Dasar-Dasar Perencanaan Beton Bertulang Oleh Ir. W.C. Vis dan Ir. Gideon H. Kusuma M.eng, pada pelat yang menahan dua arah dengan terjepi pada keempat sisinya bekerja empat macam momen yaitu:
Momen lapangan arah x (Mlx) = koef.Wu.lx2 (2-3)
Momen lapangan arah y (Mly) = koef.Wu.lx2 (2-4)
Momen tumpuan arah x (Mtx) = koef.Wu.lx2 (2-5)
Momen tumpuan arah y (Mty) = koef.Wu.lx2 (2-6)
D. Penulangan Pelat ρ = fy m R m n 2 1 1 1 (2-7) m = c f fy ' 85 . 0 (2-8) Rn = 2 d b Mn (2-9) Mn = u M (2-10) max min fy c f 4 ' min (2-11) fy 4 . 1 min (2-12)
21 ρb = fy fy c f 600 600 ' 85 . 0 (2-13) ρmax = 0.75b (2-14) As = perlu bd (2-15) 2.4.2 Balok A. Pendimensian Balok
Balok didesain berdasarkan syarat jarak atau bentang antar kolom atau tumpuan. h = L 10 1 sampai dengan L 15 1 (2-16) b = h 2 1 sampai dengan h 3 2 (2-17) Keterangan:
l = jarak antar kolom atau tumpuan h = tinggi balok minimum
b = lebar balok minimum B. Penulangan Balok
Lentur Murni Beton Bertulang
Gambar 2.21 Tegangan, regangan dan gaya yang terjadi pada perencanaan lentur murni beton bertulang
22 Cc = 0,85 fc’. b . a (2-18) Ts = As . fy (2-19) Sehingga: 0.85.fc’.a.b = As.fy (2-20) Dimana, a = β.c (2-21) As = ρ.b.d (2-22) f’c ≤ 30 Mpa, β = 0.85 f’c > 30 Mpa, β = 0.85 – 0.008 (fc’ – 30) (2-23)
Dengan f’c = 25 MPa didapat: 0.85.fc’.β.c.b = As.fy 0.85.fc’.0.85c.b = ρ.b.d.fy c = . . .
. . . . ′ (2-24)
Besarnya momen yang mampu dipikul oleh penampang adalah:
Mu = Cc 2 a d atau Ts 2 a d = As.fy (d – 0.5.0.85c) (2-25)
Berdasarkan SNI Beton 03-2847-2002 pasal 11.3 suatu perencanaan diambil faktor reduksi kekuatan Ø dimana besarnya Ø untuk lentur tanpa beban aksial adalah sebesar 0.8. Sehingga didapat:
Mu = Ø.As.fy (d – 0.5.0.85c) (2-26)
Dengan mensubstitusi harga c, = 0.8.ρ.fy(1-0.588.ρ.
′)
dimana:
Mu = momen yang dapat ditahan penampang (Nmm) b = lebar penampang beton (mm)
d = tinggi efektif beton (mm)
23
fy = mutu tulangan (MPa) fc’ = mutu beton (MPa)
Dari rumus di atas, apabila momen yang bekerja dan luas penampang beton telah diketahui, maka besarnya rasio tulangan ρ dapat diketahui untuk mencari besarnya kebutuhan luas tulangan.
Presentase tulangan minimum, balance dan maksimum - Rasio tulangan minimum (ρmin)
Rasio tulangan minimum ditetapkan sebesar
.
- Rasio tulangan balance (ρb)
Dari gambar regangan penampang balok (gambar 2.21) didapat: Pada kondisi balance εcu = 0.003
εc ≥ εy fs = fy Es = 200000 MPa cb = . = . . . / (2-27) = (2-28) Keadaan balance: Cc = Ts 0.85.fc’.β.cb.b = ρb.b.d.fy ρb = . . ′. . . . . ρb = . . ′ (2-29)
Syarat memeriksa kondisi penampang: ρ < ρb = Under Reinforced
ρ = ρb = Balnaced
ρ > ρb = Over Reinforced
- Rasio tulangan maksimum (ρmax)
Berdasarkan SNI Beton 03-2847-2002 padal 3.3.3-3 besarnya ρmax ditetapkan
sebesar 0.75ρb. Tulangan rangkap
Apabila ρ > ρmax maka terdapat dua alternative:
24
- Bila tidak memungkinkan, maka dipasang tulangan rangkap.
Dalam menghitung tulangan rangkap, total momen lentur yang dilawan akan dipisahkan dalam dua bagian : Mu1 + Mu2
Dengan:
Mu1= momen lentur yang dapat dilawan oleh ρmax dan berkaitan dengan lengan
momen dalam z. Jumlah tulangan tarik yang sesuai adalah As1 = ρmax.b.d
Mu2= momen sisa yang pasa dasarnya harus ditahan baik oleh tulangan tarik maupun tekan yang sama banyaknya, Lengan momen dalam yang berhubungan dengan ini sama dengan (d-d’).
Jumlah tulangan tarik tambahan As2 sama dengan jumlah tulangan tekan As’, yaitu:
As2 = As’ =
Ø. .( ′) (2-30)
Tulangan geser
Berdasarkan Rancangan Standar Nasional Indonesia Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung Tahun 2002 pasal 13.3 ditentukan besarnya kekuatan gaya nominal sumbangan beton adalah:
d b fc ' 6 1 = Vc (2-31)
Jika Vu > Vc maka diperlukan tulangan geser
VS = VU – ØVC (2-32)
Besarnya tulangan geser yang dibutuhkan ditentukan dengan rumus: Av = ( Ø ) .
Ø (2-33)
Namun apabila Vu > 0.5 Vc maka besarnya tulangan geser minimum sebesar: Av = .
.
dimana:
Vu = gaya lintang pada penampang yang ditinjau. Vc = kekuatan geser nnominal sumbangan beton
25
Vs = kekuatan geser nominal sumbangan tulangan geser Ø = faktor reduksi kekuatan = 0.6
b = lebar balokn (mm) d = tinggi efektif balok (mm) fc’ = kuat muu beton (MPa)
Av = luas tulangan geser yang berpenampang ganda dalam mm2 s = jarak sengkan dalam mm
2.4.3 Kolom
A. Nilai Kekakuan
Berdasarkan SNI 03-2847-2002 pasal 12.11.1 nilai besaran penampang (I) dikalian dengan factor reduksi, sebagai berikut :
o Inersia balok = 0.35 Ig
o Inersia kolom = 0.7 Ig
Dan nilai momen inersia tersebut harus dibagi dengan (1+βd)
EC Ik I = EC Ik II = d k g C I E 1 7 . 0 E Ib = d b g C I E 1 35 . 0 B. Nilai Faktor Panjang Efektif (k)
B H1 H2 b b K1 K2 A
26 φA = A EI B EI H EI H EI b b II k I k 2 1 φB = 0 (terjepit penuh)
dari nomogram faktor panjang relatif (k) SNI 03-2847-2002 Pasal 12 Gambar 5-Faktor Panjang Efektif
Berdasarkan SNI 03-2847-2002 untuk komponen struktur tekan yang tidak tahan terhadap goyangan samping, maka apabila :
22 r Lu k Kolom Pendek 22 r Lu k Kolom Langsing LU = 6 – hbalok 2 1 r = 0.3 × hkolom C. Penulangan Kolom
Rasio tulangan kolom dibatasi oleh ( SK SNI) nilai-nilai minimum min = 1% Ag dan maximum max = 8% Ag. Dan jumlah tulangan longitudinal, minimum adalah 4 untuk tulangan di dalam sengkang ikat dan 6 untuk tulangan dengan sengkang spiral.
2.4.4 Pondasi
A. Pendimensian pondasi tegangan tanah efektif
σ1 = t1.6 (berat tanah di atas pondasi) (2-34)
σ2 = b0.4 (berat poer pondasi) (2-35)
σeff = σt – σ1 – σ2 (2-36)
menentukan dimensi pondasi B ≥ 6 e P M e (2-37)
27
Didapatkan nilai B kumudian dikontrol terhadap σeff
3 2 6 B M B P
≤ σeff (B dapat digunakan)
σ1,2 = 2 6 1 h b M A P (2-38) Kontrol geser 1 arah untuk beton yang langsung dicor di atas tanah dan selalu berhubungan dengan tanah SNI 03-2847-2002 – Pasal 9.7.1.a) , sehingga : d = bkolom – P – Dtul 2 1 (2-39) L1 = d b B 2 (2-40) b b d L1 A1 B B
Gambar 2.23a Penampang atas pondasi
P M B t d L1 B Kolom A1
28
Gambar 2.23b Diagram geser1 arah pondasi
Menentukan nilai σ1 σ1 =
1
max max b L b (2-41) A1 = L1 × b (2-42) VU = 1 1 max 2 A (2-43) Gaya geser yang mampu dipikul oleh pondasi :Vc = fc'bd 6
1
(2-44) Jika, Vu ≤ ϕVc (maka tebal pondasi terhadap geser 1 arah aman)
B. Penulangan Pondasi
Dimana rasio tulangan ρ besarnya adalah min max.
ρ = fy m Rn m 2 1 1 1 Rn = 2 d b Mn m = c f fy ' 85 . 0 Mu = 2 2 1 l u Mn = 8 . 0 Mu 2.2 Struktur Baja
Jenis baja untuk bangunan bisanya diberi nomor yang sesuai dengan tegangan ultimitnya. Menurut SNI 03 – 1729 – 2002, baja struktur dapat
dibedakan berdasarkan kekuatannya menjadi beberapa jenis yaitu BJ 34, BJ 37, BJ 41, BJ 50, BJ55.
29 2.5.1 Desain Elemen Struktur Akibat Momen Lentur
Berdasarkan Kelangsingan Penampang A. Penampang Kompak
Untuk penampang-penampang yang memenuhi λ ≤ λp , kuat lentur nominal penampang adalah,
= (2-45)
B. Penampang Tak-Kompak
Untuk penampang yang memenuhi λp < λ ≤ λr , kuat lentur nominal penampang ditentukan sebagai berikut:
= − ( − ) λ λ
λ λ (2-46)
C. Penampang Langsing
Untuk pelat sayap yang memenuhi λr ≤ λ, kuat lentur nominal penampang adalah,
= λ
λ (2-47)
Berdasarkan Pengaruh Tekuk Lateral A. Bentang Pendek
Untuk komponen struktur yang memenuhi L ≤ Lp kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah
= (2-48)
B. Bentang Menengah
Untuk komponen struktur yang memenuhi Lp ≤ L ≤ Lr , kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah
= + ( − ) ( )
( ) ≤ (2-49)
30
Untuk komponen struktur yang memenuhi Lr ≤ L , kuat nominal komponen struktur terhadap lentur adalah
= ≤ (2-50)
2.5.2 Desain Elemen Struktur Akibat Gaya Geser
A. Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/tw memenuhi;
(ℎ/ ) ≤ 1,10 . (2-51)
dengan, = 5 +
( ) (2-52)
Kuat Geser Nominal,
= 0,6. . (2-53)
B. Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/tw memenuhi;
1,10 . ≤ (ℎ/ ) ≤ 1,37 . (2-54)
Kuat Geser Nominal,
= 0,6. . 1,10 . (2-55) atau, = 0,6. . + ( ) , (2-56) dengan, = 1,10 . (2-57)
31
1,37 . ≤ ℎ (2-58)
Kuat Geser Nominal,
= , . . . (2-59) atau, = 0,6. . + ( ) , (2-60) dengan, = 1,5 . (2-61)
2.5.3 Desain Elemen Struktur Akibat Gaya Tekan
= . = (2-62)
Untuk λc ≤ 0,25 maka ω = 1 (2-63a)
Untuk 0,25 < λc < 1,2 maka = 1,43/(1,6 − (0,67. λc) ) (2-63b)
untuk λc ≥ 1,2 maka ω = 1,25λc2 (2-63c)
dengan,
= (2-64)
2.5.4 Desain Elemen Struktur Akibat Gaya Tarik
A. Kuat Tarik Rencana
Nu ≤ ϕ Nn (2-65)
Nilai ϕ Nn, kuat tarik rencana diambil dari nilai terendah berikut:
32
Nn = Ae . fu ϕ = 0.75 (2-67)
B. Penampang Efektif
Ae = A . U (dimana U = (1-x/L) ≤ 0.9 (2-68)
Luas penampang “A” dengan alat sambung baut A = Ant (dinama nilai Ant yang terkecil)
Ant = Ag – n . d . t
Ant = Ag – n . d . t + ∑ (apabila terdapat jarak antar lubang pada arah sejajar dan tegak lurus)
Luas penampang “A” dengan alat sambung las Ae = A . U
U = 1 bila l ≥ 2w
U = 0.87 bila 2w ≥ l ≥ 1.5w U = 0.75 bila 1.5w ≥ l ≥ w
2.5.5 Desain Elemen Struktur Dengan Kombinasi Geser Dan Lentur
Ø + 0,625Ø ≤ 1,375 (2-69)
2.5.6 Desain Elemen Struktur Dengan Kombinasi Aksial dan Lentur
Untuk
Ø ≥ 0,2
Ø + Ø +Ø ≤ 1 (2-70)
Untuk
33
Ø Ø +Ø ≤ 1 (2-71)
2.5.7 Jenis Sambungan
Mengacu pada SNI 03 – 1729 – 2002 (Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung) berikut adalah rumus umum sambungan struktur baja :
A. Sambungan Baut Kuat geser rencana
Vd = f Vn = f r1 fub Ab (2-91)
Kuat tarik rencana
Td = f Tn = f 0,75 fub Ab (2-92)
Kombinasi geser dan tarik
Mn = Mcr Mp (2-93)
B. Sambungan Las
f Rnw = 0,75 tt (0,6 fuw) (las) (2-94)
f Rnw = 0,75 tt (0,6 fu) (bahan dasar) (2-95
2.5.8 Desain Sambungan
Mengacu pada American Institute of Steel Construction (AISC, American Concrete Institute (ACI), dan NCCI. Desain sambungan baja yang digunakan akan berdasar pada ketentuan refrensi tersebut.
A. Desain Baut Angkur Rangka Atap
Berdasarkan AISC, Steel Design Guide 7: Industrial Building Roofs to Anchor Rods, dapat dijelaskan dibeberapa kasus perlu untuk digunakan penguatan untuk angkur untuk mencapai kapasitas geser serta kekakuan yang diinginkan. Kehati-hatian dianggap harus diberikan untuk ukuran lubang baut angkur di plat dasar yang digunakan pada saat mentransfer gaya geser dari kolom plat dasar ke baut angkur. Jika tergelincir kolom bawah terhadap baut angkur sebelum berperilaku terhadap baut angkur perlu diperhatikan pendesain untuk menggunakan plat diantara plat dasar dan baut angkur. Penyetingan ketebalan plat harus ditentukan untuk bantalan yang tepat terhadap baut angkur. Dapat ditunjukkan pada gambar 2.24.
34
Gambar 2.24 Desain baut angkur dan plat dasar B. Desain Sambungan Pada Ujung Rangka Portal
Berdasarkan NCCI: Design of Portal Frame Apex Connection, dapat dijelaskan pada perlawanan momen dan perlawanan geser pada join tergantung dalam koneksi bagian batang dan komponen dasar yang membuat yang berkontribusi untuk melakukan perlawanan pada join yaitu: baut, plat akhir, haunch, las badan dan sayap. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.25.
Gambar 2.25 Desain Apex Haunch Berdasarkan gambar 2.25 dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Plat akhir 2. Apex Hauch 3. Kuda-kuda 4. Las sayap 5. Las badan 6. Baut geser 7. Baut
A. Daerah tarik B. Daerah geser C. Daerah tekan
33
Menurut Johnson, (1998) yang telah mengacu pada AISC dan American Iron and Steel Institute (AISI), dapat dijelaskan jika beban terkonsentrasi melebihi kapasitas pada sebuah gording, maka beban akan tersebar ke beberapa gording atau gording tersebut diperkuat. Penyebaran beban lebih murah dibandingkan penguatan dan bisa dipasangkan batang kaku pada bawah sayap pada dua atau lebih dari dua gording. Sebuah gording bisa dipasangkan pada badan atau gording dikatkan dengan profil L di atas sayap. Pemasangan batang kaku pada purlin bisa selesai pada beberapa cara seperti: las, baut dan skrup. Pengelasan adalah solusi struktural yang paling baik, namun akan sangat susah untuk tukang las yang belum berpengalaman untuk mengelas sebuah material yang tebal. Maka dari itu pembautan lah yang paling mudah dilakukan. Sangat penting dalam penguatan bagian akhir, pemasangan koneksi 2 buah baut, dan 2 baut ini diberikan jarak vertikal dan terpisah sejauh mungkin. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.26.
Gambar 2.26 Desain sambungan gording
Dan berdasarkan pabrikasi profil baja yaitu pada Negara Australia: LYSAGHT dapat ditunjukkan desain pasangan gording dalam gambar 2.27.
34 2.3 Pembebanan
Beban – beban yang bekerja pada stuktur bangunan dapat berupa kombinasi dari beberapa beban yang terjadi secara bersamaan. Untuk memastikan bahwa suatu struktur bangunan dapat bertahan selama umur rencananya, maka pada proses perancangan dari struktur perlu ditinjau beberapa kombinasi pembebanan yang mungkin terjadi.
2.3.1 Jenis – Jenis Beban
Berdasarkan PPIUG (1983), pada pasal 1.0. jenis – jenis pembebanan untuk gedung dapat diklasifikasikan sebagai berikut ini:
A. Beban Mati (M) : berat sendiri gedung, termasuk segala unsur tambahan yang merupakan bagian yang terpisahkan dari unsur gedung tersebut. Tabel 2.2 Beban Mati Pada Struktur
Beban Mati Berat
Beton Bertulang 2400 kg/m2
Dinding pasangan ½ bata 250 kg/m2 Langit-langit + penggantung 18 kg/m2
Keramik 24 kg/m2
Spesi per cm tebal 63 kg/m2
Tegel per cm tebal 48 kg/m2
Atap genteng 50 kg/m2
Sumber: PPIUG , 1983
B. Beban Hidup (H): penghunian, barang – barang yang dapat berpindah, air hujan yang tergenang pada atap gedung.
Tabel 2.3 Beban hidup pada struktur
Beban Hidup Berat
Lantai gedung kantor 250 kg/m2
Tangga dan bordes 300 kg/m2
Beban hidup pada atap 100 kg/m2
35
C. Beban Angin (A) : beban yang bekerja pada gedung yang disebabkan oleh selisih dalam tekanan udara.
D. Beban Gempa (G) : semua bebean statik ekivalen yang bekerja pada gedung. Beban gempa akan dianalisis menggunakan analisis Auto Load yang datanya terdapat dalam situs puskim.pu.go.id dan mengacu pada SNI Gempa 03-1726-2012. Dan parameter gempa yang tersedia pada situs gempa tersebut yaitu:
- Ss adalah parameter repon spectrum pada peride pendek - S1 adalah parameter repon spektruk pada periode 1 detik - Fa adalah koefien lokasi untuk periode pendek
- Fv adalah koefisien lokasi untuk periode 1 detik - SMS = Fa x Ss
- SM1 = Fv x S1
- Sds = Parameter respons spectral percepatan desain pada periode pendek (2/3 x SMS
- SD1 = Parameter respons spectral percepatan desain pada periode pendek 2/3 x SD1
- T0 = 0,2 x DS1/SDS
- Ta = Perioda fundamental (SD1/Sds)
- R adalah faktor reduksi gempa namun harus menentukan dahulu kategori resiko gempa apakah nanti akan menggunakan SRPMK dengan kategori (D,E,F), SRPMM/K dengan kategori (C) atau SRPMB/M/K dengan kategori (A,B).
E. Beban Khusus (K) : beban yang bekerja pada gedung akibat selisih suhu, pengangkatan, pemasangan, penurunan pondasi, susut, dan gaya – gaya tambahan yang berasal dari beban hidup.
2.3.2 Kombinasi Pembebanan
Dengan mengacu pada kombinasi pembebanan SNI 1729-2002, standar kombinasi pembebanan sebagai berikut:
- U = 1.4 D
- U = 1.2 D + 1.6 L
- U = 1.2 D + 1.0 L ± 1.0 EX ± 0.3 EY
32 - U = 1.2 D + 1.0 L ± 0.3 EX ± 1.0 EY - U = 0.9 D ± 1.0 EX ± 0.3 EY - U = 0.9 D ± 0.3 EX ± 1.0 EY - U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 R - U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 R - U = 1.2 D + 0.5 L + 1.6 R - U = 1.2 D + 1 L + 0.5 R ± 1.6W - U = 0.9 D + 1.6 W
36
Keterangan:
DL = Beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen. LL = Beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung. E = Beban gempa.
