PERHITUNGAN ULANG STRUKTUR GEDUNG BERLANTAI EMPAT
DENGAN STRUKTUR BAJA
(Study Kasus : Gedung Blok B-1 Kampus 2, Universitas Bung Hatta) Anggia Irma Hanifa, Hendri Warman, Taufik
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta, Padang
Email : [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak
Indonesia terletak pada daerah rawan gempa, untuk mengurangi resiko bencana perlu konstruksi bangunan ramah gempa. Perencanaan ini bertujuan untuk merencanakan suatu struktur bangunan bertingkat empat sebagai gedung kuliah, yang stabil, cukup kuat, mampu layan serta tujuan lainnya seperti kemudahan pelaksanaan. Peraturan yang digunakan sebagai acuan adalah Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung (1983), Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002), Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002), serta Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2003). Perhitungan Ulang ini dianalisis dengan metode analisa statik ekuivalen. Hasil dari analisis berupa Aksial, Momen, Geser. Analisis beban dorong statik pada struktur gedung, dimana pengaruh Gempa Rencana terhadap struktur gedung dianggap sebagai beban-beban statik yang menangkap pada pusat massa masing-masing lantai. Kemudian menghitung kapasitas Profil rencana untuk dimensi balok dan kolom terhadap momen pada balok portal akibat gaya-gaya yang bekerja pada struktur Gedung tersebut, serta dilakukan perhitungan ulang dengan desain yang baru dari perencanaan semula. Berdasarkan hasil Perhitungan ulang tersebut dapat disimpulkan : Untuk Balok didapatkan Profil IWF 500.200.14.9 yang mana desain awal adalah Profil IWF 600.200.17.11, Profil IWF 300.200.14.9 yang mana desain awal adalah Profil IWF 450.200.14.9 dan dimensi Kolom Profil IWF 700.300.24.13 sama dengan desain awal.
Kata kunci : gempa, struktur baja, analisa statik ekuivalen, beban.
REVIEW STRUCTURE FOUR STOREY BUILDING WITH STEEL
STRUCTURE
(Case Study: Building Block B-1 Campus 2, University of Bung Hatta) Anggia Irma Hanifa, Hendri Warman, Taufik
Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Planning, University of Bung Hatta, Padang
Email : [email protected], [email protected], [email protected]
Abstract
Indonesia is located in an earthquake-prone area, to reduce the risk of disasters earthquake friendly building construction needs. This plan aims to plan a four-story building structure as
a lecture hall, stable, strong, capable intellectually as well as other purposes such as ease of implementation.
Rules are used as a reference is the Indonesian Loading Regulation for Building (1983), Planning Procedures for Steel Structures for Buildings (SNI 03-1729-2002), Planning Procedures for Concrete Structures for Buildings (SNI 03-2847-2002), as well as planning for Earthquake Resistance of Building (SNI 03-1726-2003).
Review this calculation were analyzed by the method of equivalent static analysis. The results of the analysis in the form of Axial, Moment, Slide. Analysis of static thrust load on the building structure, where the earthquake effect on the structure of the building plan is considered as static loads that captures the mass center of each floor. Then calculate the capacity profile for the plan dimensions of the beams and columns at the moment due to the portal beam forces acting on the structure of the building, as well as the recalculation is done with the new design of the original plan. Based on the results of the re-calculation can be concluded: For the beam profile obtained IWF 500.200.14.9 which is the initial design profile 600.200.17.11 IWF, IWF profile 300.200.14.9 which is the initial design and dimensions 450.200.14.9 Profile IWF IWF Column Profile 700.300.24.13 equal to the initial design.
Keywords: earthquake, structural steel, equivalent static analysis, load. PENDAHULUAN
Kota Padang adalah salah satu daerah rawan gempa yang mana telah terjadi gempa besar pada tahun 2009, hal ini menambah kekhawatiran semua pihak karena gempa tersebut memicu terjadinya Tsunami di kepulauan Mentawai.
Karena itulah, dalam pembangunan Konstruksi (khususnya gedung bertingkat) para perencana diharuskan untuk benar-benar merencanakan dan patuh pada aturan-aturan yang telah tercantum di Standar Nasional Indonesia dan peraturan yang relevan yang memang dibuat khusus untuk dijadikan acuan dalam perencanaan.
Pada prinsipnya, langkah-langkah perencanaan struktur gedung bertingkat memiliki alur yang sama, perbedaan formula terjadi karena perbedaan material yang dipakai. Dalam hal ini, penulis memilih Baja sebagai material utama
sebagai kajian. Sehingga penulis
menggunakan data Pembangunan Gedung Blok B 1, Kampus 2 Universitas Bung Hatta, yang berlokasi di Aie Pacah, Kota Padang.
Bagian yang paling penting dari struktur gedung adalah kolom yang mana kolom direncanakan lebih kuat dari pada balok atau struktur lainnya. Kolom akan memikul beban yang disalurkan oleh pelat ke balok, dan akan meneruskan kepondasi, serta pondasi akan meneruskan beban tersebut ketanah.
Maka dari itu konsep perencanaan yang digunakan adalah kolom kuat dengan balok lemah, karena kegagalan pada kolom akan berakibat fatal pada keruntuhan seluruh struktur bangunan.
Untuk perhitungan struktur pada penulisan tugas akhir ini digunakan metode
(LRFD) yang dilandaskan pada konsep probabilitas. Metode LRFD cenderung memberikan stuktur yang lebih aman karena metode ini memperhatikan
variabel-variabel desain secara probabilistik
sehingga faktor keamanan dapat
diperhitungkan dengan lebih logis.
Maksud penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menghitung dan menganalisa besarnya daya dukung dan momen lentur struktur baja yang direncanakan dan
dilaksanakan pada pembangunan Gedung
Blok B-1 Kampus 2 Universitas Bung Hatta Padang sehingga pada akhirnya penulis dapat melihat apakah hasil hitungan atau perencanaan penulis sama atau
terdapat perbedaan dengan hasil
perencanaan yang dilaksanakan dalam pembangunan gedung ini.
METODE
Dalam pembuatan Tugas Akhir ini, penulis melakukan perhitungan ulang perencanaan yang telah ada sebelumnya yaitu gedung Blok B-1 Kampus 2 Universitas Bung Hatta.
Untuk mempermudah dalam perhitungan dan penyusunan Tugas Akhir ini, maka dibutuhkan data-data sebagai bahan acuan. Data yang dikumpulkan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu :
1. Data Primer
Data primer adalah data yang diperoleh dari lokasi perhitungan ulang atau percobaan. Data primer dapat digunakan sebagai dasar perhitungan ulang gedung ini. Data Primer meliputi data tanah, data gambar serta peta lokasi perencanaan.
2. Data Sekunder
Data sekunder adalah data yang berasal dari
peraturan-peraturan atau
ketentuan-ketentuan yang berlaku yang digunakan dalam perencanaan struktur gedung. Pada perencanaan ini yang termasuk data
sekunder adalah literature-literature
penunjang, peraturan-peraturan,
grafik-grafik, dan tabel-tabel yang diperlukan dalam perhitungan perencanaan gedung. Secara garis besar, data yang dikumpulkan dalam perencanaan gedung ini adalah :
a. Deskripsi Umum Bangunan
Meliputi fungsi bangunan dan lokasi bangunan yang akan didirikan. Fungsi
bangunan penting untuk perencanaan
pembebanan dan lokasi bangunan penting untuk mengetahui keadaan tanah dari lokasi bangunan yang akan didirikan sehingga bisa direncanakan jenis struktur bawah yang akan direncanakan. Data yang
didapatkan adalah gedung berfungsi
sebagai gedung perkuliahan dan keadaan tanah lunak.
b. Wilayah gempa bangunan yang
akan didirikan
Untuk perencanaan beban yang berasal dari gempa perlu diketahui zona gempa dari lokasi bangunan yang didirikan. Kota Padang Termasuk kedalam zona gempa wilayah 6 berdasarkan SNI 03-1726-2003.
c. Data tanah berdasarkan
penyelidikan tanah
Data tanah berfungsi untuk merencnakan struktur bangunan bawah yang akan digunakan dalam hal ini adalah pondasi. Data tanah yang digunakan adalah data sondir untuk mengetahui kedalaman letak tanah keras dilokasi tersebut berdasarkan nilai conus resistence-nya (qc).
d. Standar referensi.
Standar referensi yang digunakan dalam perencanaan maupun perancangan meliputi Peraturan Muatan Indonesia 1983, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung SNI 03-1729-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung SNI 03-2847-2002, serta referensi lain yang mendukung.
Dari data yang diperlukan maka dapat ditentukan metode pengumpulan data yang
dilaksanakan. Adapun metode
pengumpulan data adalah sebagai berikut:
a. Metode Observasi
Yaitu pengumpulan data dengan cara mengadakan pengamatan langsung di lokasi perencanaan.
b. Metode Dokumentasi
Yaitu mengambil data-data dari hasil
penyelidikan, penelitian, tes/pengujian
laboratorium, acuan maupun standar yang diperlukan dalam perencanaan bangunan.
c. Wawancara
Yaitu pengumpulan data dengan cara mewawancarai langsung pihak-pihak yang terkait.
Metode pengumpulan data yang penulis
lakukan adalah Metode Dokumentasi
dengan mengambil data hasil penelitian tanah dari Perusahaan PT. Multi Karya Interplan Konsultan dan Pengambilan data
Gambar pada Proyek Pembangunan
Gedung Blok B-1 Kampus 2 Universitas Bung Hatta.
Perencanaan gedung ini membutuhkan suatu diagram Alir untuk mempermudah
dalam perencanaan maupun
perhitungannya. Alur penulisan dimulai dari penentuan fungsi bangunan yang akan didirikan, dalam ini perencanaan gedung difungsikan untuk ruang perkuliahan. Kemudian dilanjutkan dengan mempelajari dan menentukan dasar-dasar teori yang
dipakai, setelah itu mengidentifikasi
bangunan yang dihitung/direncanakan yang disertai dengan pengumpulan data yang dibutuhkan. Langkah selanjutnya adalah penentuan model dan bentuk struktur. Setelah itu dihitung kemudian dicek, apakah struktur tersebut aman atau tidak. Bila Struktur tersebut aman, maka desain strukturnya bisa digambar, dalam hal ini desain yang dimaksud adalah dimensi elemen struktur yang telah dihitung, namun bila struktur tidak aman, maka perlu dicek lagi dari penentuan model dan bentuk struktur sampai struktur tersebut benar-benar aman dan efisien.
HASIL DAN PEMBAHASAN Data Struktur
1. Lokasi : Kota Padang
2. Jumlah lantai : 4 lantai
3. Tinggi total bangunan :
19,0m 4. Lebar bangunan : 20,40 m 5. Panjang bangunan : 50,40 m 6. Luas bangunan : 1028,16 m 7. Dimensi balok :
Profil Balok yang digunakan
untuk Lantai 1-4 sama yaitu : IWF 600.200.17.11, IWF 400.200.13.8, IWF
200.100.8.5,5, IWF 450.200.14.9.
Balok yang digunakan untuk
Dak Atap IWF 450.200.14.9, IWF 400.200.13.8, IWF 200.100.8.5,5.
8. Dimensi kolom : Profil IWF 700.300.24.13
9. Tebal pelat : 120mm
10.Mutu Baja : BJ 50
Data Pembebanan
Dari Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung tahun 1983 diperoleh spesifikasi pembebanan sebagai berikut :
Berat sendiri beton = 2400kg/m3
Berat air hujan = 1000kg/m3
Berat Dinding Tembok ½ Bata
= 250 kg/m²
Berat Keramik = 24 kg/m²
Berat plafond = 11 kg/m2
Berat penggantung = 7 kg/m2
Berat adukan semen per-cm tebal
= 21 kg/m2
Berat sparing dan instalasi =
20 kg/m2
Muatan hidup pada atap =
100kg/m2
Beban hidup lantai gedung
= 250 kg/m2
Beban hidup untuk tangga dan
bordes = 300 kg/m2
Perhitungan batang tarik
Direncanakan ulang profil 2L30.30.5 dengan data profil :
A = 2,78 x 2 cm2 = 556 mm2
L = 1,65 m = 1650 mm
Untuk komponen pelat pengelasan dua sisi
= U = 1,0 Ø = 0,9 Nn = Ag x ƒy = 556 mm2 x 240 MPa = 133440 N = 0,9 x 13,344 T = 12 T Ø = 0,75 Nn = Ae x ƒu = (569 x 1) mm2 x 370 MPa = 210530 N = 0,75 x 21,05 T = 15,79 T Nilai terendah Nn = 12 T > 5,0021 T OKE!!
Perhitungan batang tekan
Direncanakan ulang profil 2L45.45.5,dengan data profil :
A = 4,3 x 2 = 8,6 cm2 = 860 mm2 r = rx = ry = 1,35 cm = 13,5 mm λ = r Lx k. = 13,5 1760 7 , 0 x = 91,26 < 200 oke
λc = √ = 29,06 x 0.035 = 1,02 memenuhi 0,25 < < 1,2 maka ω = Ω = 1,22 Nn = Ag x ƒcr = Ag x ƒy/ω = 860 mm2 x (240 MPa/1,22) = 169180 N = 16,92 T Nu = Ø Nn = 0,85 x 16,92 = 14,38 T > 5,3275 T OKE!! Perencanaan Balok
Desain ulang dicoba Profil IWF 500.200.14.9
Dengan data profil :
b = 200 mm h = 500 mm tf = 14 mm tw = 9 mm r = 20 mm ƒy = 290 Mpa ƒu = 500 MPa Flange : λf = tf b . 2 = 2 14 200 x = 7,143 Web : λw = tw h = tw tf r d2( ) = 9 ) 14 20 ( 2 500 = 48 λp = fy 170 = 290 170 = 9,98 λf < λp 7,143 < 9,98 Penampang Kompak. λp = fy 1680 = 290 1680 = 98,653 48 < 98,653 Penampang Kompak. Zx = b.tf.(d- tf ) + 4 1 . Tw. (d-2tf )2 = 200 x 14 (500-14) + 4 1 x 9 (500-2.14)2 = 1360800 + 501264
= 1862064 mm3 Mp = Zx x ƒy = 1862064 mm3 x 290 N/mm2 = 53999850 N.mm = 54 T.m ØMp = 0,9 x 54 = 48 T.m > 27,7 T.m OKE!!
- Kuat Lentur Nominal dengan Pengaruh Tekuk Lateral (LTB) Mcr = Cb. 2 .) . ( . . . . L E Iw Iy J G Iy E L
Dengan data profil :
b = 200 mm h = 500 mm tf = 14 mm tw = 9 mm r = 20 mm ƒy = 290 Mpa ƒu = 500 MPa L = 8400 mm G = 80.000 Mpa Ix = 41900 . 104 mm4 Iy = 1840 . 104 mm4 J = 2. 3 .t3 bf = 2. 3 14 200x 3 = 365866,667 mm4 Iw = 2 Iy 2 2 h = 2 10 . 1840 4mm4 2 5002mm2 = 1,15 . 1012 mm6 = Nmm x x x x x x x x Nmm x x ) 10 3 , 3 3 ( ) 10 14 4 ( ) 10 1 , 4 3 ( ) 10 7 , 27 5 , 2 ( 10 7 , 27 5 , 12 7 7 7 7 7 =147,45 25 , 346 = 2,3 ≤ 2,3 OKE! Mcr = Cb. 2 .) . ( . . . . L E Iw Iy J G Iy E L = 2,39 x 2 5 12 4 4 4 5 .) 8400 10 2 . 14 , 3 ( 10 15 , 1 10 1840 667 , 365866 10 8 10 1840 10 2 8400 14 , 3 x x x x x x x x x x x =2,39 x 23 23 4 10 18 , 1 10 077 , 1 10 738 , 3 x x x = 42,468 T.m < 48 T.m OKE!!
- Cek terhadap Lentur
Ix = 41900.104 mm4 Iy = 1840.104 mm4 Zx = 1690.103 mm3 Zy = 185.103 mm3 ƒy = 290 MPa ∆ = EI ML 48 5 2 ∆x = 4 2 7 10 . 41900 200000 48 8400 10 . 7 , 27 5 x x x x = 24,3 mm
Batas Lendutan izin = L/240 = 8400/240 = 35 mm
∆x < ∆
24,3 mm < 35 mm
OKE!!
Gambar Struktur Balok Profil IWF 500.200.14.9
Perencanaan Kolom
Ditinjau kolom yang Mengalami gaya P serta Mux dan Muy pertemuan dua portal
kritis yang ditinjau : P = Nu = 216,86, Muy = 22,71 T.m, Mux = 24,61 T.m
Nu = 147,0371 T
Direncanakan Profil IWF
700.300.24.13, (jepit-jepit) Dengan data profil :
b = 300 mm h = 700 mm tf = 24 mm tw = 13 mm r = 28 mm ƒy = 290 Mpa ƒu = 500 MPa A = 235,5x102 mm2 Ix = 201000x104 mm4 Iy = 10800x104 mm4 rx = 293 mm ry = 67,8 mm
Maka nilai GA dan GB :
GB = 1 (Perletakan Jepit) GA = ( / ) ) / ( Lba Iba Lca Ica = (41900 10 /8400 ) ) 3600 / 10 201000 ( 4 4 4 4 mm mm x mm mm x = 49880,952 333 , 558333 = 11,19
Dari nomogram maka nilai k = 1,9 periksa kelangsingan penampang Flage : λf = tf b . 2 = 2 24 300 x = 6,25 Web : λw = tw h = tw tf r d 2( ) = 13 ) 24 28 ( 2 700 = 45,846 λp = fy 170 = 290 170 = 9,98 λf < λp 6,25 < 9,98 Penampang Kompak. λp = fy 1680 = 290 1680 = 98,653 λw < λp 45,846 < 98,653 Penampang Kompak
Arah sumbu bahan : (sumbu x)
λx = rx Lx k. = mm mm x 293 3600 9 , 1 = 23,344
Arah sumbu bebas bahan : (sumbu y)
λy = ry Ly k. = mm mm x 8 , 67 1800 9 , 1 = 50,442 λx < λy 23,344 < 50,442
(batang menekuk kearah sumbu lemah)
λcy = E fy y = 200000 290 14 , 3 442 , 50 = 0,61 0,25 < 0,61 < 1,2 maka : ω = 1,6 0,67c 43 , 1 = 1,6 0,67 0,61 43 , 1 x = 1,2 Nn = Ag x ƒcr
= Ag x fy = 235,5x102 mm2 x 2 , 1 / 290N mm2 = 5691250 N = 0,85 x 569,125 T = 484 T > 216,8 T OKE!! P = Nu = 216,86, Muy = 22,71 T.m, Mux = 24,61 T.m Nn Nu = 484 8 , 216 = 0,4 > 0,2 Nn Nu + Mny Muy Mnx Mux 9 8 ≤1 Mencari Mnx Zx = b.tf.(d- tf ) + 4 1 . Tw. (d-2tf )2 = 300 x 24 (700-24) + 4 1 x 13(700-2.24)2 = 4867200 + 1381588 = 6248788 mm3 Mnx = Zx x ƒy = 6248788 mm3 x 290 N/mm2 = 1812148520 N.mm = 181,21 T.m ØMnx = 0,9 x 181,21 = 163 T.m Zy =(2 1 b.tf)b + 4 1 . Tw. 2(h-2tf ) = (0,5 x 300 x 24) 300 + 4 1 x 132(700-2.24) = 1080000 + 27547 = 1107547 mm3 Mny = Zy x ƒy = 1107547 mm3 x 290 N/mm2 = 421188630 N.mm = 42,12 T.m ØMny = 0,9 x 42,12 = 37,91 T.m 0,4 + 91 , 37 71 , 22 163 61 , 24 9 8 ≤1 0,4 + 0,6 = 1 OKE!!
Gambar Struktur Kolom Profil IWF 700.300.24.13
Perencanaan Sambungan
a. Sambungan Balok –
Direncanakan Baut Ø16mm
Memikul gaya geser terfaktor V = 10 T
μ = Koefisien gesek = 0,35
m = jumlah bidang geser = 1
Tb = Gaya taarik minimum
pada pemasangan baut Ø16=95kN Cek kekuatan baut :
Vd = ؃.Vn = ؃.1,13.μ.m.Tb = 0,75 x 1,13 x 0,35 x 1 x 95 kN = 2,8 T Banyak baut = 10 T/2,8 T = 4 buah baut Ø16
b. Sambungan Penahan Momen
(Balok-Kolom)
Direncanakan Baut HTB baut Ø16, ƒup
= 621Mpa, ƒub = 807MPa Tahan Tumpu pada bagian web dari Balok :
ØRn = 0,75 (2,4.ƒup).db.tp
= 0,75 (2,4 x 621MPa) x 16mm x 11mm
= 19,67 T
Tahan Tumpu pada bagian flens dari Balok :
ØRn = 0,75 (2,4.ƒup).db.tp
= 0,75 (2,4 x 621MPa) x 16mm x 17mm
= 30,4 T
Tahanan geser baut dengan satu bidang geser :
ØRn = 0,75 (0,4.ƒub).m.Ab
= 0,75 (0,4 x 807MPa ) x (0,25 x 3,14 x 162)mm2
= 4,85 T Tahana Tarik Baut :
ØRn = 0,75 (0,75.ƒub).Ab
= 0,75 (0,75 x 807MPa ) x (0,25 x 3,14 x 162)mm2
= 9,12 T
Perhitungan Jumlah Baut Pada Flens Balok : Mu = 16,88 Tm = 16,88 x 103 T.mm Gaya Geser = 16,88x103 Tmm/600mm = 28, 13 T Jumlah Baut = 28, 13 T/4,85T = 6 buah baut.
c. Sambungan web balok dengan
flens kolom :
Jumlah Baut = 142 T/4,85T = 28 buah baut.
d. Sambungan Kolom-Pile Cap
Direncanakan Baut Mutu Tinggi Ø 32
Tahanan geser baut dengan satu bidang geser : ØRn = 0,75 (0,4.ƒub).m.Ab = 0,75 (0,4 x 807MPa ) x (0,25 x 3,14 x 322)mm2 = 19,46 T Mu = 27000 T.mm / 700 mm = 38,57 T
Banyak = 38,57/19,46 = 2 buah baut
Pu = 147,04 T
Banyak = 147,04
T/19,46 T = 8 buah Baut
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
Setiawan, Agus. Perencanaan Struktur
Baja dengan Metode LRFD(Berdasarkan
SNI 03-1729-2002). Erlangga, Jakarta, 2008.
Suggono K. H, Buku Teknik Sipil, Nova, Bandung,1979
Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung. PPIUG (1983).
Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung.SNI 03-1729-2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung.SNI 03-2847-2002.
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung.SNI 03-1726-2003.
