Perencanaan Struktur Baja Pada Bangunan Refinery Dan Fraksinasi Delapan Lantai

PERENCANAAN STRUKTUR BAJA PADA BANGUNAN

REFINERY DAN FRAKSINASI DELAPAN LANTAI

 

 

TUGAS AKHIR

 

Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian

Pendidikan Sarjana Teknik Sipil 

 Disusun oleh : 

 

AHMAD AMANU SURYA SOEMAKARYA

11 0404 102

     

     

 

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS

SUMATERA UTARA

2016

 

i   

ABSTRAK

Struktur baja (steel structure) adalah material yang banyak digunakan dalam bangunan industri khususnya bangunan dengan fungsi sebagai refinery dan fraksinasi. Namun, dibutuhkan perencanaan yang optimum agar kinerja dari bangunan tersebut dapat memenuhi standart keamanan dan kenyamanan

Penelitian ini menggunakan struktur baja sebagai rangka utama, struktur di analisa sebagai open frame dengan diafragma kaku pada elevasi +5,8 m dan diafragma flexible pada elevasi lain nya. Beban mati di hitung berdasarkan berat jenis, beban hidup dan beban angin di hitung berdasarkan peraturan pembebanan Indonesia untuk gedung 1983, sedangkan beban gempa di hitung dengan tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung (SNI 1726:2012). Struktur baja sendiri di hitung dengan spesifikasi untuk bangunan gedung baja struktural (SNI 1729:2015). Analisa struktur untuk struktur sekunder dilakukan dengan manual sedangkan untuk struktur primer dilakukan dengan menggunakan bantuan software etabs 2015. Sambungan momen mengunakan momen plastis profil sebagai momen ultimate perencanaan sambungan dan di disain dengan metode plastis tanpa mengakibatkan efek prying, sedangkan sambungan geser mengunakan tahanan geser ultimate dari profil sebagai gaya geser ultimate sambungan dan di disain dengan mengunakan tahanan material terendah dari material sambungan dan elemen yang disambung.

Dari hasil penelitian diperoleh dimensi struktur sekunder berupa pelat lantai floordeck, pelat lantai chekered, balok pengaku,dan balok anak, untuk struktur primer diperoleh dimensi balok kolom yang memenuhi standart keamanan dan kenyamanan. Struktur primer juga di disain dengan batas daktailitas sehingga pada saat terjadi gempa simpangan antar lantai tidak terlalu jauh

Kata kunci: struktur baja, , kinerja ultimate, kinerja layan,

ii   

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah saya panjatkan atas kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala

yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini

dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar

sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara, dengan judul “Perencanaan Struktur Baja Pada

Bangunan Refinery Dan Fraksinasi Delapan Lantai”

Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari

dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin

menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang

berperan penting yaitu :

1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT selaku pembimbing, yang telah banyak

memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan

pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku koordinator pada subjurusan Struktur

Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ir. Torang Sitorus, M.T., Bapak M . Agung Putra HandanaST, MT, selaku

Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis

terhadap Tugas Akhir ini.

iii   

6. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

7. Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya,

Bapak Pudjijono dan Ibu Aswita yang telah memberikan doa, motivasi, semangat

dan nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang

dan do’a yang tiada batas untuk saya. Saudara-saudara tercinta, Guru guru yang

saya hormati dan cintai, Orang tua yang saya hormati dan adik adik yang saya

sayang. Asilah maisun kurniasih yang telah banyak membantu dan mendukung

saya selama ini, terima kasih atas doanya. Dan keluarga besar yang selalu memberi

semangat kepada saya. Fazray syah player yang selalu berbagi ilmu terima kasih

atas dukungan moril maupun materil.

8. Pegawai Administrasi yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian

administrasi. Terima kasih atas bantuannya selama awal kuliah sampai saat ini.

9. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Angkatan 2011, Ahmad Syarief,

Barly, Dhika Swandana, Eky, Hilman wardana, Philips napitupulu, Yogie,

Zulfuadli, Michael Tambunan ‘010, Yusriawan ‘010, bang M.Hafiz’08, bang

Ucup’08, bang Ibnu’08, bang Siddiq’08, bang, bang Ozzy’08, ,abang-abang dan

kakak senior dan adik-adik angkatan 2012, Ahmed nanda dkk, adik-adik angkatan

2013 alby novran dkk, adik-adik angkatan 2014 Ridho Rajib dkk, dan bagi

kawan-kawan serta adek-adek yang belum tersebutkan namanya, saya mohon maaf yang

sebesar-besarnya. Miskin harta manusiawi, miskin hati jangan, apalagi miskin ilmu

maka dari itu tetaplah berkarya.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata

sempurna, yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya.

iv   

Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para

pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, November 2016

Penulis,

Ahmad Amanu SS

v 

2.2.2.1Perencanaan Pelat Floor Deck ... 38

2.2.2.2Perencanaan Pelat Chekered ... 41

2.2.2.3Perencanaan Batang Tekan ... 41

vi   

2.2.2.4Perencanaan Batang Lentur ... 42

2.2.2.5Perencanaan Balok Kolom ... 48

2.2.2.6Perencanaan Balok Komposit ... 48

2.2.2.7Perencanaan Sambungan Las ... 59

2.2.2.8Perencanaan Sambungan Baut ... 63

vii 

4.2.1.1 Beban Grafitasi ... 111

4.2.1.2 Beban angin ... 112

4.2.1.3 Beban Gempa ... 113

4.2.1.4 Beban Notional ... 118

4.2.2. Kombinasi Beban ... 118

4.2.3. Kontrol Drift ... 119

4.2.4. Kontrol Profil ... 121

4.2.4.1. Kolom 350 x 350 x 12 x 19 ... 121

4.2.4.2. Kolom 300 x 300 x 10 x 15 ... 125

4.2.4.3. Kolom 200 x 200 x 8 x 12 ... 129

4.2.4.4. Balok Komposit 300 x 150 x 6,5 x 9 ... 133

4.2.4.5. Balok Komposit 350 x 175 x 7 x 11 ... 141

4.2.5. Dimensi Sambungan ... 149

4.2.5.1. Sambungan Balok Kolom ... 149

4.2.5.2. Sambungan Balok Balok ... 161

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 171

5.1 Kesimpulan ... 171

5.2 Saran ... 173

DAFTAR PUSTAKA ... 174

LAMPIRAN A

viii   

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Berat jenis bahan bangunan ... 6

Tabel 2.2 Beban Mati Tambahan (komponen gedung) ... 7

Tabel 2.3 Beban Hidup Pada Lantai Bangunan ... 9

Tabel 2.4 Beban Hidup Pada Atap ... 10

Tabel 2.5 Koefisien reduksi beban hidup ... 11

Tabel 2.6 Koefisien Beban Angin ... 13

Tabel 2.7 Kategori risiko bangunan gedung dan non gedung untuk beban gempa ... 15

Tabel 2.8 Faktor keutamaan gempa ... 17

Tabel 2.9 Faktor R , Cd , dan Ω0 untuk sistem penahan gaya gempa ... 19

Tabel 2.10 Klasifikasi situs ... 24

Tabel 2.11 Koefisien situs, Fa ... 26

Tabel 2.12 Koefisien situs, Fv ... 27

Tabel 2.13 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda pendek ... 28

Tabel 2.14 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda 1 detik ... 28

Tabel 2.15 Nilai parameter perioda pendekatan Ct dan x ... 31

Tabel 2.16 Koefisien untuk batas perioda struktur ... 32

Tabel 2.17 Persyaratan untuk masing-masing tingkat yang menahan lebih dari 35 persen gaya geser dasar ... 34

ix   

Tabel 2.18 Simpangan antar lantai ijin ... 37

Tabel 2.19 Tebal Minimum balok non-prategang atau pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung ... 38

Tabel 2.20 Rasio Tulangan Minimum Pada Pelat ... 40

Tabel 2.21 Nilai kekuatan lentur berdasarkan SNI 1729 2015 ... 42

Tabel 2.22 Batas Lendutan Maksimum ... 46

Tabel 2.23 Nilai untuk Rg dan Rp untuk setiap kasus. Kapasitas untuk angkur steel headed stud ... 59

Tabel 2.24 Tebal minimum las sudut ... 61

Tabel 2.25 Pratarik baut minimum, kN* ... 64

Tabel 2.26 Kekuatan nominal pengencang dan bagian yang berulir, ksi (MPa) ... 66

Tabel 2.27 Dimensi Lubang Nominal, mm ... 66

Tabel 2.28 Jarak tepi minimum dari pusat lubang standar ke tepi dari bagian yang disambung ... 67

Tabel 2.29 Kapasitas sambungan end-pelat menurut AISC 2003 ... 70

Tabel 4.1 Beban mati struktur (rangka) ... 115

Tabel 4.2 Beban mati struktur (Atap, partisi, diafragma, dll) ... 115

Tabel 4.3 Beban hidup struktur ... 116

Tabel 4.4 Waktu getar alami dan partisipasi massa ... 116

Tabel 4.5 Base Reaction ... 117

Tabel 4.6 Simpangan antar lantai akibat gempa X ... 119

Tabel 4.7 Simpangan antar lantai akibat gempa Y ... 120

x   

Tabel 4.8 Resume gaya luar dan stress ratio Kolom 350 x 350 x 12 x 19 ... 123

Tabel 4.9 Resume gaya geser Kolom 350 x 350 x 12 x 19 ... 125

Tabel 4.10 Resume gaya luar dan stress ratio Kolom 300 x 300 x 10 x 15 ... 127

Tabel 4.11 Resume gaya geser Kolom 300 x 300 x 10 x 15 ... 129

Tabel 4.12 Resume gaya luar dan stress ratio Kolom 200 x 200 x 8 x 12 ... 131

Tabel 4.13 Resume gaya geser Kolom 200 x 200 x 8 x 12 ... 133

Tabel 4.14 Resume Gaya luar envelope balok komposit 300 x 150 x 6,5 x 9 ... 134

Tabel 4.15 Resume Gaya luar envelope balok komposit 350 x 175 x 7 x 11 ... 141

Tabel 5.1 Resume gaya luar dan stress ratio kolom ... 172

Tabel 5.2 Resume gaya luar dan stress ratio balok komposit ... 172

xi   

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jalur Cincin Api dan Gunung Berapi Sebagai Pusat Gempa ... 14

Gambar 2.2 Peta Gempa Pada SNI 1726 2012 ... 14

Gambar 2.3 Respon Spektrum Gempa Rencana Wilayah Medan (SNI-03-1726-2012) ... 17

Gambar 2.4 Penentuan simpangan antar lantai ... 36

Gambar 2.5. Diagram tegangan momen positif floor deck ... 39

Gambar 2.6. Diagram tegangan momen negatif floor deck ... 41

Gambar 2.7 Kuat Momen Lentur Nominal Akibat Tekuk Torsi Lateral ... 45

Gambar 2.8 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ < (ts - hfd) ... 50

Gambar 2.9 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ > (ts - hfd) ... 50

Gambar 2.10 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ < (ts + tf) ... 52

Gambar 2.11 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ > (ts + tf) ... 53

Gambar 2.12 Diagram tegangan balok komposit momen negatif dengan ts > ẏ > (ts + tf) ... 55

Gambar 2.13 Diagram tegangan balok komposit momen negatif dengan ẏ > (ts + tf) ... 56

Gambar 2.14 Tebal efektif las sudut ... 60

xii   

Gambar 2.15 Panjang las longitudinal ... 61

Gambar 2.16 Momen plastis siklik pada sambungan pemikul momen ... 63

Gambar 2.17 Sambungan pemikul momen menurut AISC 2003 ... 67

Gambar 2.18 Lokasi sendi plastis ... 68

Gambar 2.19 Menentukan Muc ... 68

Gambar 2.20 Geometri sambungan end-plate ... 68

Gambar 2.21 Momen kopel baut tarik terhadap sayap tekan ... 69

Gambar 2.22 Sambungan balok anak ke balok induk ... 72

Gambar 2.23 Pengaruh Orde ke-2 (AISC 2010) ... 74

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 79

Gambar 4.1 Tributari area elevasi +5,80 m ... 83

Gambar 4.2 Distribusi momen untuk pelat satu arah ... 84

Gambar 4.3. Diagram tegangan momen kopel (positif) floor deck ... 84

Gambar 4.4 Diagram tegangan momen kopel (negatif) floor deck ... 85

Gambar 4.5 Tributari area elevasi +10,70 m ... 91

Gambar 4.6 Distribusi momen untuk pelat satu arah ... 92

Gambar 4.7 Rencana atap elevasi +12,50 m dan +35,50 m ... 97

Gambar 4.8 Kecepatan angin ... 98

Gambar 4.9 Rencana sagrod ... 103

Gambar 4.10 Tributari area ikatan angin ... 105

Gambar 4.11 Rencana tangga ... 108

Gambar 4.12 Respon spectra rencana ... 113

xiii   

Gambar 4.13 Beban notional pada etabs 2015 ... 118

Gambar 4.14 Grafik simpangan antar lantai VS elevasi akibat gempa – X ... 120

Gambar 4.15 Grafik simpangan antar lantai VS elevasi akibat gempa – Y ... 121

Gambar 4.16 Rencana sambungan balok kolom IWF 350 x 175 x 7 x 11 ... 149

Gambar 4.17 Rencana sambungan balok kolom IWF 300 x 150 x 6,5 x 9 ... 155

Gambar 4.18 Rencana sambungan balok balok IWF 300 x 150 x 6,5 x 9 ... 161

Gambar 4.19 Detail sambungan balok balok IWF 300 x 150 x 6,5 x 9 ... 163

Gambar 4.20 Rencana sambungan balok balok IWF 250 x 125 x 6 x 9 ... 164

Gambar 4.21 Detail sambungan balok balok IWF IWF 250 x 125 x 6 x 9 ... 166

Gambar 4.22 Rencana sambungan balok balok IWF 200 x 100 x 5,5 x 8 ... 167

Gambar 4.23 Detail sambungan balok balok IWF 200 x 100 x 5,5 x 8 ... 169

Gambar 4.24 Rencana sambungan balok balok L 70 x 70 x 7 ... 170

xiv   

DAFTAR NOTASI

A : luas penampang beton (mm2)

AB _{: luas penampang baut (mm}2)

As : luas tulangan tarik (mm2)

As’ : luas tulangan tekan (mm2)

Av : luas tulangan geser dalam daerah sejarak s (mm2)

Aw : luas badan profil

Cb : faktor midifikasi tekuk torsi lateral untuk diagram momen tidak merata

Cd : faktor amplifikasi defleksi

Cu : koefisien batas prioda struktur

Cs : koefisien respons seismik

Ct : koefisien prioda struktur pendekatan

Cw : konstanta warping

Eh : gaya gempa horizontal

Ev : gaya gempa vertikal

Es : modulus elastisitas baja (MPa)

Ec : modulus elastisitas beton (MPa)

I : momen inersia (mm4₎

Ie : faktor keutamaan gempa

J : konstanta torsi

K : koefisien panjang efektif

Lp : panjang plastis

Lr : panjang batas untuk kondisi inelastis

xv   

Lb : panjang profil tak terkekang

Mu : momen maksimum pada komponen struktur (Nmm)

Mn : momen tahanan nominal profil/penampang

Mux : momen lentur terfaktor terhadap sumbu-x

Muy : momen lentur terfaktor terhadap sumbu-y

Muc : momen rencana sambungan

Mnx : kuat nominal lentur penampang terhadap sumbu-x

Mny : kuat nominal lentur penampang terhadap sumbu-y

N : jumlah, tingkat

Ni : gayanotional yang bekerja pada level i

Pr : gaya tekan hasil kombinasi LRFD.:

Pe : gaya menurut euler

Pn : gaya terkoreksi menurut SNI 1729 2015

Ptr : Kuat tarik baut

R : faktor modifikasi respons

SDS : parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang perioda

pendek

S1 : parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang sebesar

1,0 detik

Ta : waktu getar struktur pendekatan

Tc : waktu getar struktur analisa modal

n

V : kuat geser nominal (N)

Vu : gaya geser hasil kombinasi LRFD.

V1 : gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik ragam yang

xvi   

pertama saja

Vt : gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil analisis ragam

spektrum respons yang telah dilakukan.

W : berat seismik efektif

Y : konstanta tebal end-plate

a : tinggi blok tegangan (mm)

b : lebar balok (mm)

c : jarak serat tekan terluar ke garis netral (mm)

cv : koefisien geser

d    :  _{jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik/ tinggi efektif (mm)}

d’ : jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tekan (mm)

g : percepatan grafitasi

hfd : tinggi floor deck

f’c : kuat tekan beton (MPa)

ffd : tegangan floor deck

fy : tegangan leleh baja (MPa)

fnt : tegangan tarik baut (MPa)

fnv : tegangan geser baut (MPa)

h : tinggi balok (mm)

kv : koefisien tekuk geser pelat badan

qDL : beban akibat berat sendiri (kN/m)

qLL : beban akibat beban hidup (kN/m)

qWL : beban akibat tekanan angin (kN/m)

r : jari jari inersia (mm4₎

xvii   

Δ : _{defleksi pada elemen global}

1

     : konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton

δ _{: defleksi pada elemen lokal}

λ : kelangsingan = .