i
ANALISIS KAPASITAS BALOK DAN KOLOM PADA
STRUKTUR PORTAL B AJA MENGGUNAKA N
BALOK KOMPOSIT
The Analysis of Beam and Column Capasity of Steel Fram e Structure by Com posite Girder
SKRIPSI
Disusun untuk m emenuhi persyaratan m em peroleh gelar Sarjana T eknik Pada Jurusan T eknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh:
DEDDY DWI IRAWAN
NIM. I0105059
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERS ITAS SEBELAS MARET
ii
ANALISIS KAPASITAS BALOK DAN KOLOM PADA
STRUKTUR PORTAL B AJA MENGGUNAKA N
BALOK KOMPOSIT
The Analysis of Beam and Column Capasity of Steel Fram e Structure by Com posite Girder
Disusun Oleh:
DEDDY DWI IRAWAN
NIM. I0105059
SKRIPSI
T elah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Persetujuan Dosen Pembimbing
Pembimbing I
Ir. Munawar H. S. NIP. 19470828 196603 1 001
Pembimbing II
iii
ANALISIS KAPASITAS BALOK DAN KOLOM PADA
STRUKTUR PORTAL B AJA MENGGUNAKA N
BALOK KOMPOSIT
The Analysis of Beam and Column Capasity of Steel Fram e Structure by Com posite Girder
SKRIPSI
Disusun untuk m emenuhi persyaratan m em peroleh gelar Sarjana T eknik Pada Jurusan T eknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh:
DEDDY DWI IRAWAN NIM. I0105059
Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan T eknik Sipil Fakultas T eknik Universitas Sebelas Maret Surakart a
Hari : Senin
T anggal : 8 Februari 2010
1. Ir. Munawar H. S. ___________________________
NIP. 19470828 196603 1 001
2. Edy Purwanto, S.T., M.T. ___________________________
NIP. 19680912 199702 1 001
3. Wibowo, S .T., D.E.A ___________________________ NIP. 19681007 199502 1 001
iv
M O T T O
“D ia tidak dapat dicapai oleh penglihatan mata, sedang D ia dapat melihat
segala penglihatan itu dan D ialah Y ang M aha halus, M aha teliti”.
(A l-A n’am: 103)
“T akutlah kamu akan siksa yang di hadapanmu (di dunia) dan azab yang
akan datang (akhirat) agar kamu mendapat rahmat”.
(Y asin: 45)
“M aka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan”.
(A l-I nsyirah: 5)
“K ejarlah akhiratmu tapi jangan lupakan duniamu”.
v
P E R S E M B A H A N
P uji syukur penulis panjatkan kehadirat A lloh S W T yang telah melimpahkan rahmat
dan hidayah-N ya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik, dan tidak
lupa skripsi ini penulis persembahkan untuk:
B apak, I bu, dan K akakku tercinta
“T erima kasih untuk semua yang telah diberikan untukku, pengorbanan, kasih sayang,
nasehat, do’a-do’a dan, dukungan yang tiada henti-hentinya. S emoga B apak, I bu, dan
K akakku mendapatkan balasan yang lebih baik dari A lloh S W T ”
S emua T eman-temanku yang sueperti S audara bagiku
T eman-teman T eknik S ipil ‘05
“T erima kasih atas bantuan, dukungan dan doanya”
R ock ‘n R oll Community
T terima kasih atas segala bantuan, dukungan, do’a dan suasana kekeluargaan yang telah
vi
AB STRAK
Dwi Irawan, Deddy. 2010. Analisis Kapasitas Balok dan Kolom pada Struktur Port al Baja Menggunakan Balok Komposit. Skripsi. Jurusan T eknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Gem pa bumi terjadi karena adanya pergeseran lem peng-lempeng bum i yang menim bulkan getaran yang kemudian meram bat hingga ke permukaan bum i yang mengakibatkan bergetarnya seluruh benda yang ada di atas permukaan bum i term asuk bangunan gedung. Getaran ini bila dalam frekuensi yang besar dapat merusak strukt ur bangunan. Besarnya gaya tersebut tergant ung dari letak gedung, jenis tanah, dan berat struktur gedung itu sendiri. Suatu gedung yang tidak direncanakan dengan baik unt uk menahan gaya tersebut dapat menjadi hancur. Dengan melakukan komposit balok diharapkan dapat m enahan gaya lateral akibat gem pa tersebut.
Penelitian ini mempunyai tujuan adalah untuk m engetahui perubahan kapasitas elem en balok dan kolom sebelum dan sesudah penggunaan balok komposit baja beton pada kasus struktur baja dalam portal tiga dim ensi.yang m enerim a beban gravitasi (beban m ati dan beban hidup) dan beban lateral (beban gempa dan beban angin).
Model gedung yang dianalisis berupa gedung 8 lant ai dengan tinggi ant ar lant ai 5 meter. Denah gedung berukuran 30 meter × 50 m eter. Analisis dilakukan dalam model 3 dimensi m enggunakan program kom puter SAP2000 v.14.0.0 Advanced.
Penelitian ini m enghasilkan kesimpulan bahwa penggunaan sistem balok kom posit m emberikan peningkat an kekakuan struktur. Sebagai akibat bertam bahnya kekakuan, diperoleh kenaikan kapasitas m om en nominal. Kenaikan momen nominal yang terjadi adalah sebesar 82,4426 %.
vii
ABSTRACT
Dwi Irawan, Deddy. 2010. T he Analysis of Beam and Colum n Capasity of Steel Frame Structure by Com posite Girder. T hesis. Civil Engineering Departm ent Faculty of Engineering, University of Surakart a March Eleven.
Earthquakes occur because of the shifting plates of the eart h which cause vibration which then travels down to the eart h's surface causing vibrating of all objects in the earth's surface including buildings. When it’s happen with large frequency can dam age of structure. T he am ount of force depends on the location of the building, type of soil, and the weight of the building structure. A building that is not well planned to hold the force can be destroyed. By doing composite beam is expected to restrain the lateral forces due to earthquake.
This research has the objective was to determine changes in the capacity of the beam and column elements before and after the use of composite steel-concrete beams in the case of steel structures in the three portals dim ensi which received gravity load (dead load and live load) and lateral loads (earthquake load and wind load ).
Building m odels are analyzed in the form of the building with 8 floors high between the floor 5 feet. Plan building m easures 30 meters × 50 m eters. Analysis carried out in 3-dimensional models using a com puter program SAP2000 Advanced v.14.0.0.
This research produced the conclusion that the use of composite beam system provides enhanced structural rigidity. As a result of increased stiffness, obtained an increase in the nominal m om ent capacity. Increase in nom inal m om ent that happens is for 82.4426%.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Adapun m aksud dan tujuan penyusunan skripsi yang berjudul Analisis Kapasitas Balok dan Kolom pada Struktur Portal Baja Menggunakan Balok Kom posit adalah sebagai salah satu syarat unt uk memperoleh gelar Sarjana T eknik pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Proses penyusunan skripsi ini tidak dapat lepas dari bantuan berbagai pihak, sehingga dalam kesem patan ini penulis m engucapkan terim a kasih kepada:
1. Bapak Ir. Mukahar, MSCE selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakart a.
2. Ibu Ir. Noegroho Djarwanti, MT selaku Pembantu Dekan I Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Bapak Bambang Sant osa, ST , MT selaku Ketua Jurusan T eknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
4. Bapak Ir. Djum ari, MT selaku Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
5. Bapak Ir. Sofa Marwoto selaku Dosen Pembimbing Akademik. 6. Bapak Ir. Munawar HS selaku Dosen P embimbing Skripsi Pertam a. penyusunan skripsi ini. W alaupun dengan kekurangan dan keterbatasan ini penulis berharap skripsi ini dapat m em berikan manfaat bagi penyusun pada khususnya dan pem baca pada um umnya.
Surakarta, 3 Februari 2010
ix
DAFTAR ISI
Hal.
Halaman Judul ... i
Halaman Pengesahan ... ii
Mot to ... iv
Persem bahan ... v
Abstrak ... vi
Kata Pengantar ... viii
Daftar Isi ... ix
Daftar Tabel ... xii
Daftar Gam bar ... xiii
Daftar Not asi ... xv
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Rum usan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. T ujuan Penelitian ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
1.5.1. Manfaat Teoritis ... 3
1.5.2. Manfaat Praktis ... 3
BAB 2 DASAR TEORI ... 4
2.1. T injauan Pustaka ... 4
2.2. Lebar Efekt if ... 12
2.3. Sifat-Sifat Penampang ... 14
2.3.1. Rasio Moduler (n) ... 14
2.3.2. Mom en Inersia Transformasi (Itr) ... 14
2.4. Kekuatan Mom en Nom inal Penam pang Non Kom posit dan Kom posit ... 15
x
2.9.1. Perencanaan Alat Penyambung-Konsep Kekuatan Batas ... 35
2.9.2. Perencanaan Alat Penyambung-Konsep Elastis unt uk Beban Statis ... 35
xi
4.2. Denah dan Pem odelan ... 47
4.3. Kriteria Perancangan ... 49
4.3.1. Kriteria Gedung ... 49
4.3.2. Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen ... 49
4.3.3. Beban Hidup ... 49
4.3.4. Mutu Baja yang Digunakan A36 ... 50
4.3.5. Luas dan Panjang Elem en Gedung ... 50
4.3.6. Kom binasi Pem bebanan ... 50
4.4. Perhitungan Pembebanan ... 51
4.4.1. Beban Hidup ... 51
4.4.2. Beban Mati ... 51
4.4.3. Beban Angin ... 52
4.5. Profil Model ... 53
4.6. Model Strukt ur Sebelum Komposit Balok ... 55
4.6.1. Perhitungan Gempa ... 55
4.6.2. Kapasitas Balok dan Kolom ... 63
4.7. Model Strukt ur Setelah Komposit Balok ... 70
4.7.1. Balok Komposit ... 70
4.7.2. Perhitungan Gempa ... 76
4.7.3. Kapasitas Balok dan Kolom ... 82
4.7.4. Penghubung Geser ... 90
4.8. Pem bahasan ... 94
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 96
5.1. Kesimpulan ... 96
5.2. Saran ... 96
DAFTAR PUSTAKA ... 97
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Fakt or keutam aan (I) untuk berbagai kategori gedung dan
bangunan ………... 25
Tabel 2.2. Klasifikasi sistem strukt ur, sistem pemikul beban gem pa, fakt or modifikasi respons, Rm, dan faktor kuat cadang strukt ur, Ω0 ... 28
Tabel 2.3. Koefisien ζyang mem batasi wakt u getar alam i fundament al struktur ... 30
Tabel 4.1. Beban lantai ………... 51
Tabel 4.2. Distribusi beban angin ... 53
Tabel 4.3. Berat gedung lantai 2 sam pai 7... 55
Tabel 4.4. Berat gedung lantai 8 dan 9 (atap) ... 56
Tabel 4.5. Berat total gedung ... 57
Tabel 4.6. Distribusi beban geser dasar nominal statik ekuivalen ... 60
Tabel 4.7. Sim pangan horisontal struktur ... 61
Tabel 4.8. Analisis T Rayleigh akibat gem pa arah x (T = 1,352 dt) ... 61
Tabel 4.9. Analisis T Rayleigh akibat gem pa arah y (T = 1,352 dt) ... 62
Tabel 4.10. Momen inersia komposit balok W8× 48 ... 73
Tabel 4.11. Momen inersia komposit balok W14× 109 bentang 7 m ... 74
Tabel 4.12. Momen inersia komposit balok W14× 109 bentang 8 m ....……... 75
Tabel 4.13. Berat total gedung ...………... 76
Tabel 4.14. Distribusi beban geser dasar nominal statik ekuivalen ...…... 79
Tabel 4.15. Sim pangan horisontal struktur ... 80
Tabel 4.16. Analisis T Rayleigh akibat gempa arah x (T = 1,352 dt) ... 80
Tabel 4.17. Analisis T Rayleigh akibat gempa arah y (T = 1,352 dt) ... 81
Tabel 4.18. Nilai aksial dan momen struktur sebelum dan sesudah komposit ... 95
xiii
DAFTAR GAM BAR
Gam bar 2.1. Grafik hubungan tegangan-regangan baja ...……… 7
Gam bar 2.2. Grafik hubungan tegangan-regangan beton ...……… 8
Gam bar 2.3. Berbagai jenis penampang baja-beton komposit ...……… 9
Gam bar 2.4. Perbandingan antara balok-balok yang m engalam i defleksi dengan dan tanpa aksi komposit ...… ………... 10
xiv
Gam bar 3.7. Model strukt ur balok komposit ...…. 41
Gam bar 3.8. Diagram alir metodologi penelitian ……….. 45
Gam bar 4.1. Denah lantai ...………. 47
Gam bar 4.2. Model strukt ur 3 dimensi ...……….. 47
Gam bar 4.3. Beban angin ...………. 51
Gam bar 4.4. Respon spekt rum gempa rencana ...………... …… 57
Gam bar 4.5. Balok komposit ...……….……… 70
Gam bar 4.6. Respon spekt rum gempa rencana ...……...….……… 76
Gam bar 4.7. T egangan dengan PNA di dalam balok baja ……….……… 81
xv
Cb adalah koefisien m om en berdasarkan gradien momen. Cc adalah gaya tekan dalam slab.
E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03-1726-2002. adalah modulus elastisitas.
Ec adalah modulus elastisitas beton. Es adalah modulus elastisitas baja.
xvi
Fi adalah beban gempa nominal statik ekuivalen yang menangkap pada pusat massa pada taraf lantai tingkat ke-i strukt ur atas gedung.
Fcr adalah tegangan kritis.
adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air. h adalah tebal rata-rata sayap canal.
adalah tinggi lantai. I adalah fakt or keutamaan.
adalah momen inersia.
I1 adalah fakt or keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gem pa itu selama umur gedung.
I2 adalah fakt or keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian um ur gedung tersebut.
Itr adalah momen inersia transformasi. Ix adalah momen inersia pada sumbu x. K adalah fakt or panjang efektif.
L adalah lebar portal pada tingkat yang ditinjau. adalah panjang balok/kolom.
xvii Mp adalah momen pada saat plastis. Mu adalah momen lent ur t erfaktor.
Mn adalah momen nominal lentur penam pang. N adalah jum lah alat penyambung.
n adalah rasio m oduler.
adalah jum lah tingkat struktur gedung. P adalah tekanan angin.
Pu adalah gaya aksial terfakt or. p adalah jarak m aksimum antar stud. Pn adalah kekuatan nominal kolom.
adalah gaya nominal penampang. Qn adalah kuat nominalstud.
Qult adalah kapasittas ijin stud.
qW adalah gaya tekan angin per satuan panjang. Mw adalah momen akibat beban angin.
R adalah fakt or reduksi gem pa, rasio antara beban gempa m aksimum akibat pengaruh gem pa rencana pada struktur daktai, bergantung pada faktor dakt ilitas struktur gedung tersebut; fakt or reduksi gempa represent atif struktur gedung tidak beraturan.
Rm adalah fakt or reduksi maksimum yang dapat dikerahkan oleh suatu jenis sistem atau subsistem struktur gedung.
r adalah radius girasi.
xviii
adalah beban (gaya) geser dasar nominal statik ekuivalen akaibat pengaruh gem pa rencana yang bekerja di tingkat dasar struktur gedung beraturan dengan tingkat daktilitas um um, dihitung berdasarkan waktu getar alam i fundam ental strukt ur gedung beraturan tersebut.
Vh adalah gaya geser horisont al yang harus ditahanantara titik momen positif maksimum dan titik nol.
W adalah berat beton normal.
adalah panjang penyambung canal. adalah beban angin.
Wi adalah berat lantai tingkat ke-i, t ermasuk beban hidup yang sesuai. adalah beban angin pada lantai ke-i.
Wt adalah berat tot al gedung, termasuk beban hidup yang sesuai. y adalah lengan mom en dari titik berat.
yb adalah titik berat komposit ke sisi bawah. yt adalah titik berat komposit ke sisi atas.
ӯ adalah lengan sum bu netral komposit ke sum bu netral baja. Zx adalah modulus penampang sumbu kuat pada keadaan plastis.
Zi adalah ketinggian lant ai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral. Zr adalah αds2 unt uk stud yang dilas.
Δ adalah besar defleksi maksim um yang terjadi. α adalah koefisien siklus.
ξ adalah koefisien pengali dari jum lah tingkat struktur gedung yang membatasi waktu getar alam i fundamental strukt ur gedung, bergant ung pada wilayah gempa.
1
BAB 1
PENDAHU LUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Perkem bangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bidang teknik sipil membuat kita ditunt ut untuk lebih kreatif dan inovatif, terutama dalam hal perancangan strukt ur. Desain struktur harus dibuat secara optimal dan efisien. Hal ini dapat dicapai dengan m eningkatkan kualitas baik dari segi bent uk maupun bahan material yang digunakan. Desain struktur baja dalam portal tiga dimensi memerlukan perhatian khusus dalam hal gaya yang timbul akibat elem en struktur portal, diantaranya kapasitas momen, geser, dan gaya aksial. Selain itu, yang juga perlu diperhatikan adalah sim pangan struktur akibat beban lateral.
Kestabilan sistem struktur portal baja tiga dimensi merupakan tujuan utama dari perancangan desain strukt ur. Hal ini dapat dicapai dengan cara:
1. Memperbesar dimensi balok dan kolom.
2. Menam bahkan pengaku lateral (bracing) pada elemen strukt ur portal. 3. Memasang dinding geser (shear wall) pada strukt ur.
Penggunaan strukt ur komposit diharapkan dapat meningkatkan kestabilan struktur portal baja tiga dimensi, serta dapat memberikan alternatif dalam hal perancangan desain struktur. Strukt ur komposit adalah strukt ur yang terbuat dari dua material atau lebih yang disusun dengan cara sedem ikian rupa, sehingga memikul beban secara bersam a sebagai satu kesatuan. Struktur komposit pada desain ini menggunakan material beton dan profil baja.
2
baja. Fungsi dari penghubung geser (shear connector) adalah unt uk menyatukan kerja profil baja dan beton. Sehingga terbentuk penampang T, profil baja mengalami gaya tarik dan beton m engalami gaya tekan.
Pertimbangan dalam pemilihan komposit balok adalah: 1. Kem am puan m enerim a beban lebih besar.
2. Kekakuan elem en struktur menjadi lebih besar. 3. Mengurangi gaya geser horisontal.
4. Proses konstruksi lebih cepat.
5. Panjang bentang untuk bentangan balok lebih besar. 6. Pengurangan berat baja sehingga lebih efisien.
Metode yang digunakan dalam desain ini berdasarkan AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction-Load & Resistance Factor Design) dan SNI 03-1729-2002 Tat a Cara Perencanaan Strukt ur Baja unt uk Bangunan Gedung.
1.2. Rumusan Masalah
Rum usan m asalah difokuskan pada bagaimana menganalisis perubahan kapasitas elem en balok dan kolom sebelum dan sesudah penggunaan balok komposit baja beton pada kasus strukt ur baja dalam portal tiga dim ensi.
1.3. Batasan Masalah
Batasan m asalah agar penelitian tidak terlalu meluas dan lebih terarah adalah sebagai berikut:
1. Penelitian berupa analisis strukt ur terhadap strukt ur baja dalam portal tiga dim ensi dalam hal perubahan kapasitas balok dan kolom sebelum dan sesudah pengkompositan balok.
2. Pembebanan berupa beban vertikal (beban mati dan beban hidup) dan beban lateral (beban angin dan beban gempa).
3
4. Dimensi profil baja yang tersedia adalah profil W 8×48, profil W 14×109, dan profil W 21×147.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah unt uk mengetahui perubahan kapasitas elemen balok dan kolom sebelum dan sesudah penggunaan balok komposit baja beton pada kasus struktur baja dalam portal tiga dimensi.
.
1.5. Manfaat Penelitian
1.5.1. Manfaat Teori tis
Pengem bangan ilmu pengetahuan di bidang teknik sipil khususnya dalam desain struktur baja portal tiga dimensi dengan menggunakan balok komposit.
1.5.2. Manfaat Praktis
1. Memberikan pem ahaman terhadap analisis strukt ur baja dalam portal tiga dim ensi dengan m enggunakan balok komposit.
2. Memberikan informasi tent ang bagaimana perubahan kapasitas balok dan kolom pada struktur setelah penggunaan balok komposit.
