LEMBAR PENGESAHAN
STUDI PEMILIHAN STRUKTUR KOMPOSIT DAN STRUKTUR BETON BERTULANG DITINJAU DARI BIAYA PADA BANGUNAN HOT AIR FURNACE
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil NIP. 19520901 198112 1 001
Penguji I Penguji II
Ir. Besman Surbakti, M.T. Rahmi Karolina, S.T., M.T. NIP. 19541012 198003 1 004 NIP. 19820318 200812 2 001
Mengesahkan
Koordinator PPSE Ketua
Departemen T. Sipil FT. USU Departemen T. Sipil FT. USU
Ir. Zulkarnain A. Muis, M. Eng.Sc Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19560326 198103 1 003 NIP. 19561224 198103 1 002
STUDI PEMILIHAN STRUKTUR KOMPOSIT DAN
STRUKTUR BETON BERTULANG DITINJAU DARI BIAYA
PADA BANGUNAN HOT AIR FURNACE
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian
Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
AYU SILVIA DELISA
11 0424 021
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
SURAT PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : AYU SILVIA DELISA
NIM : 11 0424 021
Departemen : Teknik Sipil FT. USU
Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir Saya dengan Judul “Studi Pemilihan Struktur Komposit dan Struktur Beton Bertulang Ditinjau Dari Biaya Pada Bangunan Hot Air Furnace” bebas plagiat.
Apabila di kemudian hari terbukti terhadap plagiat dalam Tugas Akhir saya tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan.
Demikian pernyataan ini saya perbuat untuk dipergunakan sebagaimana mestinya.
Medan, 21 April 2014
Penulis
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT 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 “STUDI PEMILIHAN STRUKTUR KOMPOSIT DAN STRUKTUR BETON
BERTULANG DITINJAU DARI BIAYA PADA BANGUNAN HOT AIR
FURNACE”.
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 kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Koordinator PPSE,
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku pembimbing yang telah banyak memberikan
dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam
membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.
7. Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya,
Ayahanda Abdul Rauf dan Ibunda Misfa Yuhesnita, adik-adik tercinta Rahmat Trio
Hidayat dan Monica Zahara serta Angku dan ibu tersayang Rusmin Usman dan
Nuraini Hamid 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.
8. Terkhusus buat orang tercinta Febry Ananda MS, ST, yang telah memberikan nasehat,
semangat, dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, terima kasih atas
doanya.
9. Buat teman-teman Teknik Sipil Ekstensi pipit, muti, nisa, delima, cikay, dewi, dila,
serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2011 dan mahasiswa sipil lainnya yang tidak
dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata
sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya dalam hal ini.
Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran 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, April 2014
Penulis
ABSTRAK
Hot Air Furnace atau dikenal dengan tungku pemanas adalah suatu struktur yang
memanaskan bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam. Dalam perencanaan struktur bangunan ini, pengaruh temperatur sangat besar sehingga dapat
mereduksi tegangan leleh dan modulus elastisitas. Tegangan leleh yang dipakai adalah baja tulangan BJTD 40 (fy = 400 MPa) dan baja profil A36 (fy = 240 MPa). Berdasarkan ACI 216R-89 tegangan leleh direduksi menjadi 350,73 MPa dan 210,48 MPa. Sedangkan
untuk modulus elastisitas beton (Ec = 4700 ′ ) dan modulus elastisitas baja (Es = 2,1 x 105 MPa) direduksi menjadi 22100 MPa dan 1,859 x 105 MPa. Maka dari itu, alternatif pertama dalam perencanaan adalah struktur beton bertulang yang pada dasarnya memiliki ketahanan terhadap temperatur dan alternatif kedua adalah struktur komposit (baja-beton). Kedua desain struktur tersebut mengacu pada peraturan SNI 03-2847-2002 dan metode LRFD berdasarkan SNI 03-1729-2002. Untuk mempercepat perhitungan, analisis struktur dilakukan dengan menggunakan program SAP2000 versi 14.0 dengan memperhatikan
finite element modeling dimana semua model disimulasi elastis linear sehingga gaya
P-Delta aksial diasumsikan konstan sepanjang elemen. Pemodelan pada elemen balok dan kolom memakai elemen 1 Dimensi. Semua sambungan pada elemen balok dan kolom diasumsikan sebagai sambungan kaku dan kolom langsung terhubung pada pondasi yang diasumsikan perletakan jepit. Dalam penulisan ini, desain yang direncanakan untuk
bangunan struktur beton bertulang dan struktur komposit (baja-beton) telah memenuhi kriteria desain. Dari hasil desain, dapat dihitung biaya struktur (balok dan kolom) dan diketahui adanya perbedaan biaya yang signifikan antara struktur beton bertulang dan struktur komposit yaitu sebesar 54% dimana struktur beton bertulang lebih murah dibanding struktur komposit. Maka dari itu, pemilihan struktur beton bertulang adalah
alternatif yang efektif dan efisien dalam perencanaan bangunan Hot Air Furnace.
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR NOTASI ... xii
BAB I. PENDAHULUAN ... I-1
1.1. Latar Belakang Masalah ... I-1
1.2. Rumusan Masalah ... I-3
1.3. Tujuan dan Manfaat ... I-3
1.4. Pembatasan Masalah ... I-3
1.5. Metodologi Penulisan ... I-4
1.6. Sistematika Penulisan ... I-6
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... II-1
2.1. Perilaku Struktur Beton, Baja dan Komposit
Terhadap Perubahan Temperatur ... II-1
2.1.1. Perilaku Beton Terhadap Api ... II-1
2.1.2. Perilaku Baja Pada Temperatur Tinggi... II-3
2.1.3. Perilaku Struktur Komposit Pada Temperatur Tinggi ... II-4
2.2. Metode Perencanaan Struktur Beton Bertulang ... II-5
2.2.2. Perencanaan Kuat Batas (Ultimate Strength Design) ... II-7
2.2.2.1. Keruntuhan Lentur Akibat Kondisi Batas (Ultimate)... II-9
2.2.2.2. Keruntuhan Akibat Geser ... II-12
2.2.2.3. Pengaruh Keruntuhan Geser
Terhadap Jumlah Tulangan Memanjang ... II-14
2.2.3. Kuat Perlu ... II-15
2.2.4. Struktur Balok Persegi ... II-16
2.2.5. Struktur Kolom ... II-18
2.2.5.1. Interaksi Beban Aksial dan Momen ... II-19
2.3. Metode Perencanaan Struktur Komposit ... II-21
2.3.1. Umum ... II-21
2.3.2. Balok Komposit ... II-24
2.3.3. Lebar Efektif Pelat Beton ... II-26
2.3.4. Kekuatan Balok Komposit dengan Penghubung Geser ... II-26
2.3.5. Menghitung Momen Nominal ... II-27
2.3.6. Penghubung Geser (Shear Connector) ... II-29
2.3.7. Kolom Komposit ... II-30
2.3.8. Aksi Komposit ... II-33
2.4. Rencana Anggaran Biaya ... II-35
BAB III. METODOLOGI PERHITUNGAN STRUKTUR ... III-1
3.1. Pendahuluan ... III-1
3.1.1. Permodelan Geometri ... III-1
3.1.2. Material Property Data ... III-10
3.1.3. Section Designer ... III-13
3.1.5. Kombinasi Pembebanan ... III-15
3.1.6. Desain Struktur Beton Bertulang dan Komposit ... III-15
3.1.7. Interactive Database Editing ... III-15
3.2. Building Code ... III-16
3.3. Prosedur Perencanaan ... III-16
3.4. Tahapan Penyusunan Rencana Anggaran Biaya ... III-18
BAB IV. PERHITUNGAN STRUKTUR ... IV-1
4.1. Perencanaan Struktur Beton Bertulang ... IV-1
4.1.1. Perencanaan Dimensi Balok (Preliminary Design) ... IV-1
4.1.2. Perencanaan Tebal Pelat ... IV-1
4.1.3. Perencanaan Dimensi Kolom ... IV-2
4.1.4. Perhitungan Pembebanan ... IV-3
4.1.5. Analisa Pembebanan Vertikal ... IV-5
4.1.6. Analisa Struktur dengan Program SAP2000 ... IV-6
4.1.7. Perencanaan Dimensi Balok Anak (B1) ... IV-7
4.1.8. Perencanaan Dimensi Balok Induk (B2) ... IV-12
4.1.9. Perencanaan Dimensi Kolom (K1) ... IV-17
4.1.10. Perencanaan Dimensi Kolom (K2) ... IV-20
4.2. Perencanaan Struktur Komposit ... IV-25
4.2.1. Perhitungan Pembebanan ... IV-25
4.2.2. Analisa Pembebanan Vertikal ... IV-26
4.2.3. Analisa Struktur dengan Program SAP2000 ... IV-26
4.2.4. Perencanaan Dimensi Balok Anak (B1) ... IV-28
4.2.5. Perencanaan Dimensi Balok Induk (B2) ... IV-36
4.2.7. Perencanaan Dimensi Kolom Komposit (K2) ... IV-47
4.3. Perhitungan Anggaran Biaya Struktur Beton Bertulang dan
Struktur Komposit ... IV-52
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... V-1
5.1 Kesimpulan ... V-1
5.2. Saran ... V-3
DAFTAR PUSTAKA ... xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pengaruh perubahan suhu terhadap kekuatan beton
Gambar 2.2. Modulus Elastisitas Beton Pada Temperatur Tinggi
Gambar 2.3. Variasi sifat mekanis baja terhadap temperatur
Gambar 2.4. Hubungan beban (P) dan lendutan () balok komposit
Gambar 2.5. Balok yang dibebani sampai runtuh
Gambar 2.6. Kurva Momen – Kelengkungan Balok
Gambar 2.7. Perilaku Keruntuhan Balok
Gambar 2.8. Ciri-Ciri Keruntuhan Penampang
Gambar 2.9. Balok dengan Keruntuhan Geser
Gambar 2.10. Rasio Tulangan Memanjang dan Kapasitas Geser
Gambar 2.11. Beberapa kemungkinan bentuk distribusi tegangan
Gambar 2.12. Distribusi tegangan
Gambar 2.13. Kolom Memikul Beban Aksial
Gambar 2.14. (a) Lantai jembatan komposit dengan penghubung geser, (b) Balok baja
yang diselubungi beton, (c) Lantai gedung komposit dengan penghubung
geser.
Gambar 2.15. Penampang balok komposit
Gambar 2.16. Distribusi tegangan plastis
Gambar 2.17. Distribusi tegangan plastis negatif
Gambar 2.18. Penampang Kolom Komposit dari profil baja IWF (a), Kingcross yang
dibungkus beton (b), Persegi (c) dan O (d) yang diisi beton
Gambar 2.19. Profil Baja Kingcross
Gambar 3.1. Denah Bangunan
Gambar 3.2. Koordinat lokal dengan system global
Gambar 3.3. Degrees of Freedom pada kondisi perletakan yang berbeda-beda
Gambar 3.4. Degrees of Freedom pada element frame
Gambar 3.5. Orientasi sumbu lokal 2 dan 3
Gambar 3.6. Merubah orientasi sumbu lokal 2 dan 3
Gambar 3.7. Modulus of elasticity of concrete at high temperatures
Gambar 3.8. Variasi sifat mekanis baja terhadap temperature
Gambar 3.9. Finite Element Modeling
Gambar 4.1. Modulus of elasticity of concrete at high temperatures
Gambar 4.2. Variasi sifat mekanis baja terhadap temperature
Gambar 4.3. Pemodelan Struktur 3 Dimensi Struktur Beton Bertulang oleh SAP2000
Gambar 4.4. Penampang balok anak B1
Gambar 4.5. Penampang balok induk B2
Gambar 4.6. Penampang Kolom K1
Gambar 4.7. Penampang Kolom K2
Gambar 4.8. Pemodelan Struktur Komposit 3 Dimensi oleh SAP2000
Gambar 4.9. Distribusi tegangan plastis positif
Gambar 4.10. Distribusi tegangan plastis negatif
Gambar 4.11. Distribusi tegangan plastis positif
Gambar 4.12. Distribusi tegangan plastis negatif
Gambar 4.13. Sketsa penampang kolom komposit K1
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Hasil perolehan dari SAP2000 untuk momen, aksial dan geser maksimum
Tabel 4.2. Hasil perolehan dari SAP2000 untuk momen, aksial dan geser maksimum
pada balok, kolom, dan pelat lantai
Tabel 4.3. Hasil SAP2000 untuk momen, aksial dan geser maksimum
pada balok, kolom, dan pelat lantai
Tabel 4.4. Perbandingan Hasil Perhitungan Dimensi Beton Bertulang dengan Data
Proyek Hot Air Furnace
Tabel 4.5. Perhitungan Volume Struktur Beton Bertulang
Tabel 4.6. Perhitungan Volume Struktur Komposit
Tabel 4.7. Rekapitulasi Volume Struktur Beton Bertulang
Tabel 4.8. Rekapitulasi Volume Struktur Komposit
Tabel 4.9. Daftar Harga Upah dan Bahan
Tabel 4.10. Daftar Analisa Harga Satuan
Tabel 4.11. Rencana Anggaran Biaya Struktur Beton Bertulang
DAFTAR NOTASI
a : tinggi balok tekan efektif, cm
As : luas penampang, mm2
Ast : luas tulangan, mm2
Acn : luas penampang netto, cm2
Ag : luas penampang bruto, cm2
Ar : luas tulangan longitudinal, mm2
bE : lebar efektif pelat beton, cm
bo : lebar bentang antar balok, m
bw : lebar penampang, cm
C : gaya tekan pada beton, kg
d : tinggi efektif penampang, cm
DL : beban mati, kN
d1 ,d2 ,d3 : Jarak dari garis netral gaya-gaya yang bekerja, cm
E : beban gempa, kN
Ec : modulus elastisitas beton, MPa
Em : modulus elastisitas modifikasi, MPa
Es : modulus elastisitas baja, MPa
f'c : kuat tekan beton, N/mm2
fmy : tegangan leleh modifikasi, MPa
fy : kuat leleh baja, N/mm2
hwt : tinggi bangunan, m
k : factor panjang tekuk
LL : beban hidup, kN
Vc : kapasitas kemampuan beton untuk menahan gaya geser, kN
Vn : kuat geser nominal, kN
Vs : kuat geser tulangan, kN
Vu : gaya geser terfaktor, kN
Ø : diameter tulangan
γb : berat jenis beton ; γb = 24 kN/m3
γk : berat jenis keramik ; γk = 21 kN/m3
ρn : rasio tulangan arah horizontal (transversal)
ρv : rasio tulangan arah longitudinal
ρb : rasio tulangan seimbang
ρmin : rasio tulangan minimum
