STUDI PERBANDINGAN PERILAKU HUBUNGAN BALOK KOLOM ANTARA BETON

1

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Saat ini dunia ketekniksipilan semakin berkembang pesat. Hal ini dapat ditunjukan dengan semakin banyaknya gedung bertingkat yang sudah dibangun. Dengan semakin banyaknya jumlah penduduk di daerah perkotaan dan lahan yang tersedia semakin sempit maka dibutuhkan tempat tinggal yang dapat menampung banyak orang dengan lahan yang terbatas. Gedung bertingkat merupakan salah satu alternatif karena gedung bertingkat dapat menampung banyak orang dengan lahan yang terbatas. Oleh karena itu banyak gedung bertingkat yang dibangun sebagai tempat tinggal, kantor, atau pusat perbelanjaan.

Seiring berjalannya waktu banyak dilakukan penelitian untuk menemukan sistem kolom baru yang lebih efektif dan efisien salah satunya adalah baja berintikan beton (Concrete Filled Steel Tube, CFT) seperti penelitian tentang “Seismic behaviour of composite concrete-filled tube column-to-beam moment

connections” (Shin et al, 2008). Keuntungan dari sistem CFT adalah kekuatannya lebih besar dari kolom beton bertulang. Lebih efisien karena CFT tidak memerlukan tulangan longitudinal dan sengkang, serta tidak memerlukan bekisting saat pengecoran beton sehingga dapat mempersingkat waktu pelaksanaan.

Tugas Akhir ini melanjutkan studi yang telah dilakukan oleh Andrey Yudha yang berjudul “Studi Perilaku Elemen Struktur Kolom Berpenampang Baja Dan Baja Berintikan Beton (Concrete Filled Steel Tube) Pada Bangunan Akibat Beban Gempa”. Pada studi sebelumnya telah dibahas tentang elemen struktur kolom yang kemudian akan dilanjutkan studi tentang hubungan balok-kolom yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini. Fokus penelitian pada Tugas Akhir ini adalah untuk mempelajari perilaku hubungan balok-kolom (HBK) pada struktur beton bertulang (RC) dan struktur baja berintikan beton (CFT) akibat beban gempa. Kolom CFT akan dihubungkan dengan balok baja profil

Wide Flange. Data yang dibandingkan adalah data dari perencanaan HBK untuk RC dan CFT yang dibandingkan antara perhitungan

STUDI PERBANDINGAN PERILAKU HUBUNGAN BALOK KOLOM ANTARA BETON BERTULANG (REINFORCED CONCRETE) DAN BAJA BERINTIKAN BETON (CONCRETE

FILLED STEEL TUBE) AKIBAT BEBAN GEMPA

Nama Mahasiswa : Ade Sholeh H. NRP : 3107 100 129

Jurusan : Teknik Sipil, FTSP-ITS Dosen Pembimbing : Budi Suswanto ST,MT, PhD Abstrak

Dalam perkembangan dunia konstruksi, banyak hal yang telah ditemukan dalam penelitian dengan melakukan berbagai penelitian khususnya mengenai efektifitas suatu struktur. Sehingga dalam merencanakan suatu bangunan nantinya dapat di usahakan lebih ekonomis dan mudah dalam pelaksanaan.

Tugas Akhir ini membandingkan perilaku pada hubungan balok kolom antara RC dengan CFT akibat beban gempa. Pada CFT digunakan balok baja profil WF yang akan disambung dengan kolom CFT tipe rectangular dan circular. HBK dimodelkan sebuah portal. Portal akan menerima beban akibat gempa sehingga terjadi defleksi yang akan dianalisis dengan menggunakan bantuan program ABAQUS v6.7. Sedangkan untuk elemen struktur seperti balok dan kolom akan dianalisis dengan menggunakan bantuan program XTRACT v2.6.2.

Ouput dari Tugas Akhir ini adalah mengetahui bagaimana perilaku HBK pada RC dan CFT akibat beban gempa. Mengetahui bagaimana bentuk sambungan antara balok dengan kolom dari CFT. Membandingkan perilaku antara HBK RC dengan HBK CFT sehingga mengetahui sistem struktur mana yang lebih baik dengan mempelajari perilaku strukturnya dengan menggunakan bantuan program ABAQUS v6.7.

2

analitis dengan program ABAQUS versi 6.7 dan untuk penampang elemen struktur menggunakan program XTRACT versi 2.6.2.

1.2 Permasalahan

Permasalahan yang akan dikaji dalam studi ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana perilaku elemen struktur kolom pada RC dan CFT tipe

rectangular dan circular akibat beban gempa. Menggunakan program XTRACT versi 2.6.2.

2. Bagaimana bentuk rencana sambungan balok-kolom pada profil baja CFT tipe

rectangular dan circular.

3. Bagaimana perilaku HBK pada RC dan CFT akibat beban gempa dengan menggunakan bantuan program ABAQUS v6.7.

4. Menentukan sistem mana yang lebih efektif antara RC dan CFT.

1.3 Tujuan

Dari permasalahan yang ada di atas, adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui karakteristik elemen struktur kolom RC dan CFT (Concrete Filled Steel Tube) tipe rectangular dan

cirular akibat beban gempa.

2. Mengetahui bentuk rencana sambungan balok-kolom pada profil baja CFT tipe rectangular dan

circular.

3. Mengetahui perilaku HBK pada RC dan CFT akibat beban gempa.

4. Mengetahui sistem mana yang lebih efektif agar dapat direkomendasikan untuk perencanaan gedung bertingkat.

1.4 Batasan Masalah

Dalam penulisan Tugas Akhir ini terdapat batasan masalah agar materi yang dibahas di dalamnya tidak menyimpang dan tetap fokus. Batasan masalah tersebut antara lain :

1. Hanya mempelajari perilaku elemen struktur balok, kolom serta hubungan balok kolom akibat beban gempa. 2. Data pembebanan didapat dari studi

oleh Andrey Yudha dan Nuresta Dwi yang telah dilakukan sebelumnya.

3. Tidak membahas sambungan elemen struktur kolom dengan base plate.

4. Tidak membahas detail metode pelaksanaan.

5. Tidak membahas rencana anggaran biaya.

2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum

Baja merupakan salah satu bahan konstruksi yang penting. Salah satu sifatnya yang penting adalah sifat daktilitas. Daktilitas adalah kemampuan untuk berdeformasi secara nyata baik dalam tegangan maupun regangan sebelum terjadi kegagalan (Salmon, 1991). Penampang komposit adalah penampang yang terdiri dari profil baja dan beton digabung bersama untuk memikul beban tekan dan lentur. Batang yang memikul lentur umumnya disebut dengan balok komposit sedangkan batang yang memikul beban tekan dan lentur disebut dengan kolom komposit.

Penampang komposit mempunyai kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan penampang lempeng beton dan gelagar baja yang bekerja sendiri – sendiri dan dengan demikian dapat menahan beban yang lebih besar atau beban yang sama dengan lenturan yang lebih kecil pada bentang yang lebih panjang. Apabila untuk mendapatkan aksi komposit bagian atas gelagar dibungkus dengan lempeng beton, maka akan didapat pengurangan pada tebal seluruh lantai, dan untuk bangunan-bangunan pencakar langit, keadaan ini memberikan penghematan yang cukup besar (Amon et al, 1999).

2.2 Kolom Komposit

Kolom komposit didefinisikan sebagai kolom baja yang dibuat dari potongan baja giling (rolled) built-up dan di cor di dalam beton struktural atau terbuat dari tabung atau pipa baja dan diisi dengan beton struktural (Salmon & Jonson, 1996).

Ada dua tipe kolom komposit, yaitu : 1. Kolom komposit yang terbuat dari

profil baja yang diberi selubung beton di sekelilingnya (kolom baja berselubung beton).

3

2. Kolom komposit terbuat dari penampang baja berongga (kolom baja berintikan beton).

Gambar 2.1 Penampang Kolom Komposit Kriteria untuk kolom komposit bagi komponen struktur tekan (SNI 03-1729-2002 Ps.12.3.1) :

1. Luas penampang profil baja minimal sebesar 4% dari luas penampang komposit total.

2. Selubung beton untuk penampang komposit yang berintikan baja harus diberi tulangan baja longitudinal dan tulangan pengekang lateral. Tulangan baja longitudinal harus menerus pada lantai struktur portal, kecuali untuk tulangan longitudinal yang hanya berfungsi memberi kekangan pada beton. Jarak antar pengikat lateral tidak boleh melebihi 2/3 dari dimensi terkecil penampang kolom komposit. Luas minimum penampang tulangan transversal (atau lonitudinal) terpasang. Tebal bersih selimut beton dari tepi terluar tulangan longitudinal dan transveersal minimal sebesar 40 mm;

3. Mutu beton yang digunakan tidak lebih 55 Mpa dan tidak kurang dari 21 Mpa untuk beton normal dan tidak kurang dari 28 Mpa untuk beton ringan.

4. Tegangan leleh profil dan tulangan baja yang digunakan untuk perhitungan kekuatan kolom komposit tidak boleh lebih dari 380 Mpa; 5. Tebal minimum dinding pipa baja atau

penampang baja berongga yang diisi beton adalah

b

fy

/

3

E

untuk setiap sisi selebar b pada penampang persegi dan

D

fy

/

8

E

untuk penampang

bulatyang mempunyai diameter luar

D.

Keuntungan dari sistem kolom CFT (Morino et al, 2001):

Sistem Kolom CFT mempunyai banyak keuntungan daripada baja dan beton bertulang yang dipisah. Keuntungan utamanya sebagai berikut:

- Interaksi antara pipa baja dengan beton: a) Peristiwa tekuk lokal dari pipa baja akan

lambat, dan pengurangan kekuatan akibat tekuk lokal akan ditahan oleh beton.

b) Kekuatan beton akan bertambah akibat penggabungan dengan pipa baja.

c) Penyusutan dan retak dari beton akan jauh lebih kecil dari beton bertulang. - Penampang:

a) Rasio baja dari CFT jauh lebih banyak dari beton bertulang

b) Baja dari penampang CFT berperilaku plastis dengan baik saat tertekuk karena baja di penampang terluar.

- Efisiensi konstruksi:

a) Tidak memerlukan tulangan dan bekisting sehingga tidak memerlukan banyak tenaga manusia dan menghemat biaya konstruksi

b) Tempat konstruksi terjaga tetap bersih - Tahan kebakaran:

a) Beton meningkatkan performa anti kebakaran yang dapat mengurangi jumlah bahan tahan api.

2.3 Sambungan

Sambungan terdiri dari komponen sambungan (pelat pengisi, pelat buhul, pelat pendukung, dan pelat penyambung) dan alat pengencang (baut dan las).

2.3.1 Klasifikasi Sambungan :

a) Sambungan kaku / Rigid connection

adalah sambungan yang dianggap memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut-sudut di antara komponen-komponen struktur yang akan disambung.

b) Sambungan semi kaku / Semi rigid connection adalah sambungan yang tidak memiliki kekakuan yang cukup mempertahankan sudut-sudut diantara komponen-komponen struktur yang disambung, namun harus dianggap

(a)

Profil Baja Dibungkus

Beton/

Steel Rainforce Concrete

(b)

Baja Berintikan Beton/

4

(2.1)

(2.2)

memiliki kapasitas yang cukup untuk memberikan kekangan yang dapat diukur terhadap perubahan sudut-sudut tersebut

c) Sambungan sendi / Simple connection

adalah sambungan yang pada kedua ujung komponen struktur dianggap bebas momen. Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar

memberikan rotasi yang diperlukan pada sanbungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur terhadap komponen struktur yang disambung.

Gambar 2.2

Sambungan Pada Baja Wide Flange

Gambar 2.3

Sambungan Pada Concrete Filled Steel Tube (CFT) (Jurnal : Panel ZoneBehavior of Moment Connections Between Rectangular Concrete Filled Steel Tube an Wide Flange

Beams, 2000)

Gambar 2.4

Isometri Sambungan CFT Dengan

Wide Flange Beam (Kantani et al, 1985) Ada beberapa persyaratan utama untuk desain sambungan balok-kolom di ACI 318 Code (2005) [5]:

1. Kekuatan lentur harus memenuhi rasio

MR 5 6  





b c R _M M M

Di mana



M

c dan



M

b adalah

jumlah kapasitas momen nominal kolom dan balok. Persyaratan ini untuk memenuhi filsafat “strong column weak beam”

2. Untuk pemberhentian tulangan pada sambungan exterior, sisa tulangan yang dibengkokkan



_dh pada balok tidak boleh kurang dari nilai yang terbesar antara 8 db atau 150 mm, dan panjang

dh



ditentukan oleh rumus :

' 4 . 5 c b y dh f d f  

Dimana fy adalah kuat leleh, db adalah

diameter tulangan, dan

f

c

'

adalah

kekuatan beton (dalam MPa).

3. Desain gaya geser yang bekerja pada sambungan tidak akan melebihi batas tertentu berdasarkan geometri dan batasan sambungan. Untuk sambungan balok-kolom interior yang terkena beban gempa, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8(a), gaya geser horizontal sambungan dihitung dengan rumus : col b b jh

T

C

V

V







(2.3)

Sementara untuk sambungan balok-kolom eksterior yang terkena beban gempa, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8(b) dihitung dengan rumus :

col b

jh

T

V

V





(2.4)

Dimana Tb adalah gaya tarik pada

tulangan balok, Cb adalah gaya tekan

pada beton, dan Vcol adalah gaya geser

horizontal kolom di bagian atas sambungan. (a) Sambungan Sendi (b) Sambungan Semi Kaku (c) Sambungan Kaku

5

6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.0 0 6.0 0 6.0 0 18 .00 30.00 Kolom Balok Induk Balok Anak Ba lok In du k Ba lok A na k 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 18.0 0 30.00 Kolom Balok Induk Balo k In duk Balo k An ak

Gambar 2.8. Gaya yang bekerja pada sambungan balok-kolom (Hwang

dan Lee,1999)

3. METODOLOGI 3.1 Pembebanan

Pembebanan pada portal untuk sistem struktur CFT diambil dari studi sebelumnya oleh Andrey Yudha yang berjudul “Studi Perilaku Elemen Struktur Kolom Berpenampang Baja Dan Baja Berintikan Beton (Concrete Filled Steel Tube) Pada Bangunan Akibat Beban Gempa”. Data yang diambil adalah beban-beban yang bekerja pada bangunan dan dimensi penampang.

Pembebanan pada portal untuk sistem struktur RC diambil dari studi sebelumnya oleh Nuresta Dwiarti yang berjudul “Studi Perilaku Sambungan Balok-Kolom ( Beam-Column Joints) Pada Bangunan Struktur Beton Bertulang Komposit (Steel Reinforced Concrete) Akibat Beban Gempa”. Data yang diambil adalah beban-beban yang bekerja pada bangunan dan dimensi penampang.

3.3 Perencanaa Dimensi Penampang

Penampang kolom CFT yang digunakan dalam perencanaan ada 2 bentuk yaitu :

1. Kolom baja berintikan beton penampang persegi

Gambar 3.1 kolom baja berintikan beton penampang persegi

Dalam perencanaan ini,data yang perlu direncanakan antara lain:

-Lebar sisi penampang -Tebal steel tube

-Mutu dari steel tube = BJ 41 , fu = 410 Mpa, fy = 250 Mpa

-Mutu beton (f’c) = 30 Mpa

2. Kolom baja berintikan beton penampang lingkaran

Gambar 3.2 kolom baja berintikan beton penampang lingkaran

Dalam perencanaan ini,data yang perlu direncanakan antara lain:

-Diameter penampang -Tebal steel tube

-Mutu dari steel tube = BJ 41 , fu = 410 Mpa, fy = 250 Mpa

-Mutu beton (f’c) = 30 Mpa

Permodelan Portal

Data Bangunan

Gambar 3.3 Denah bangunan beton bertulang

Gambar 3.4 Denah bangunan CFT Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Cb Tb

(a) Interior joints (b) Exterior joints

B H t Confined Concrete Steel Box Coloum Confined Concrete DiDo Steel Box Coloum

6

4.00 4.00 6.00 6.00 6.00 30.00 32 .00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 ± 0.00 + 4.00 + 8.00 + 12.00 + 16.00 + 20.00 + 24.00 + 28.00 + 32.00 6.00 6.00 4.00 4.00 6.00 6.00 6.00 18.00 32 .0 0 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 ± 0.00 + 4.00 + 8.00 + 12.00 + 16.00 + 20.00 + 24.00 + 28.00 + 32.00

Gambar 3.5 Potongan Memanjang

Gambar 3.6 Potongan Melintang Pada Tugas Akhir ini akan dihitung dan dianalisa satu permodelan HBK pada portal pada denah seperti ditunjukan pada gambar (3.6). Portal yang akan dianalisis adalah dari RC tipe rectangular, CFT tipe rectangular dan

circular.

Gambar 3.7 Permodelan 2D Portal yang akan dianalisa

3.5 Kontrol elemen portal

Setelah diketahui hasil reaksi gaya – gaya dalam dari elemen portal,maka dilakukan kontrol pada elemen – elemen tersebut sesuai dengan peraturan SNI 03-1729-2002.

3.6 Perhitungan Kuat Geser Sambungan Balok-Kolom

Kuat geser pada sambungan balok-kolom struktur beton bertulang dan struktur CFT dihitung dan kemudian dibandingkan. Untuk memperkirakan kuat geser pada sambungan CFT ini akan digunakan metode superposisi Secara ringkas langkah-langkah perhitungan kedua metode tersebut adalah sebagai berikut :

3.7 Analisa Perilaku

Dari hasil perencanaan elemen – elemen portal maka pada kolom dan balok akan di analisa perilaku menggunakan bantuan sofware XTRACT v2.6.2. Untuk defleksi dan tegangan hubungan balok kolom pada portalakan dianalisa dengan menggunakan bantuan software ABAQUS v6.7.

7

4. PEMBEBANAN STRUKTUR

4.1 Umum

Data pembebanan dan pre eliminary design pada bab ini diambil dari tugas akhir oleh Andre Yudha untuk struktur gedung CFT dan Nuresta Dwiarti untuk struktur gedung beton bertulang.

4.2 Data Perencanaan

Data – data perencanaan yang digunakan adalah sebagai berikut : Panjang bangunan : 30 m Lebar bangunan : 18 m Jarak bentang : 6 m

Tinggi total : 40 m

Jumlah lantai : 10

Tinggi antar lantai : 4 m Mutu beton (f’c) : 30 MPa Mutu baja tulangan (fy) : 390 MPa Mutu baja profil (Fy) : 250MPa Fungsi bangunan : Perkantoran

Zone gempa : Zone 6

4.3 Data Pembebanan Struktur CFT (Concrete Filled Steel Tube)

4.3.1 Pembebanan Pelat

Dipakai pelat komposit bondek dengan tebal pelat = 0,75 mm

Pelat atap Pembebanan: a.) Beban berguna

- aspal t = 2 cm = 2x14 kg/m2 _{= 28 kg/m}2

- instalasi air bersih dan kotor = 25 kg/m2

- ducting AC + listrik = 40 kg/m2 ₊

Total beban finishing = 93 kg/m2

Beban mati - Pelat bondek = 10,1 kg/m2 - Beban finishing = 93 kg/m2 - Pelat beton 0,09mx2400 kg/m3_{= 216 kg/m}2 ₊ = 319,1 kg/m2 Beban Hidup = 100 kg/m2

Pelat lantai 1 sampai lantai 9 Pembebanan

a.) Beban berguna Berat finishing : - spesi lantai t = 2x21kg /m2 _{= 42 kg/m}2 - lantai keramik = 1x24 kg /m2 _{= 24 kg/m}2 - rangka + plafond = (11+7) kg/m2_{= 18 kg/m}2 - ducting AC+pipa = 40 kg/m2 - dinding partisi = 40 kg/m2

- instalasi air bersih dan kotor = 25 kg/m2 ₊

Total beban finishing = 189 kg/m2

Beban mati

- Pelat lantai bondex = 10,1 kg/m2

- Beban Finishing = 189 kg/m2

- Pelat beton 0,1m.2400 kg/m3 _{= 240 kg/m}2 ₊

=439,1 kg/m2

Beban dinding = 250 kg/m2

Beban hidup = 250 kg/m2

4.3.2 Pembebanan Balok Anak

Balok anak berfungsi membagi luasan lantai agar tidak terlalu lebar sehingga masih mempunyai kekakuan yang cukup. Balok anak menumpu di atas dua tumpuan sederhana. Balok anak interior lantai dua direncanakan menggunakan profil WF 400.200.8.13 dengan data sebagai berikut :

A = 84,12 cm2 _{ix = 16,8 cm} Zx = 1286 cm3 w = 66 kg/m iy = 4,54 cm Zy = 266 cm3 Ix = 23700 cm4 _{Sx = 1190 cm}3 bf = 200 mm Iy = 1740 cm4 _{Sy = 174 cm}3 d = 400 mm tf = 3 mm tw = 8 mm r = 16 mm h = d – 2(tf + r) = 400 – 2(13 + 16) = 342 mm BJ-41 : fy = 2500 kg/cm2 fu = 4100 kg/cm2 Beton : fc’ = 30 Mpa = 300 kg/cm2

Panjang balok (span) L = 6000 mm = 6 m

Gambar 4.1 Momen tributary balok anak pada gedung CFT Balok Induk 6 m 6 m Balok Anak

8

4.3.3 Dimensi Struktur Utama CFT

Balok Induk

Dimensi balok induk lantai 1-4 = WF 600x200x11x17

Dimensi balok induk lantai 5-7 = WF 500x200x10x16

Dimensi balok induk lantai 8-10 = WF 400x200x8x13

Kolom Rectangular CFT

Dimensi kolom lantai 1-4 = 500x500x12 Dimensi kolom lantai 5-7 = 420x420x12 Dimensi kolom lantai 8-10= 300x300x5 Kolom Circular CFT

Dimensi kolom lantai 1-4 = Ø610, t = 12 Dimensi kolom lantai 5-7 = Ø508, t = 12 Dimensi kolom lantai 8-10 = Ø406, t =12

4.4 Data Pembebanan Struktur Beton Bertulang

4.4.1 Pembebanan Pelat

Direncanakan tebal pelat atap = 100 mm, pelat lantai = 120 mm

Pembebanan Pelat Atap

Beban mati (DL)

Berat sendiri plat = 0,1x2400= 240 Kg/m2

Plafond + rangka = 11 + 7 = 18 Kg/m2

Ducting & plumbing = 40 Kg/m2

Finishing (2 cm)= 2 x 21 = 42 Kg/m2

Aspal (1 cm) = 1 x 14 = 14 Kg/m2

DL = 354 Kg/m2

Beban hidup (LL)

Beban Hidup = 100 Kg/m2

Pembebanan Pelat Lantai

Beban mati (DL)

Berat sendiri plat = 0,12x2400=288 Kg/m2

Plafond + rangka = 11 + 7 = 18 Kg/m2

Ducting & plumbing = 40 Kg/m2

Finishing (2 cm)= 2 x 21 = 42 Kg/m2

Keramik = 24 Kg/m2

Total beban finishing = 412 Kg/m2

Beban hidup (LL)

Beban Hidup = 250 Kg/m2

Beban dinding = 250 kg/m2

4.4.2 Pembebanan Balok Anak

Dimensi balok anak diambil kurang lebih 2/3 dari dimensi balok induk dengan bentang yang sama (6m). Karena itu dimensi balok anak direncanakan 300 mm × 400 mm, sama untuk setiap lantai.

Berat Balok Anak

Balok anak yang digunakan berdimensi 30 cm x 40 cm

= 0,3 x 0,4 x 2400 kg/m3 _{= 288 kg/m}

Pembebanan

Balok anak akan memikul sebagian beban pelat. Pembagian beban pelat ke balok anak diasumsikan mengikuti garis leleh yang terjadi. Dimana dalam hal ini beban yang terbentuk adalah beban segitiga, oleh karena itu harus diekuivalensikan kepada beban terbagi rata.

Gambar 4.2 Momen tributary balok anak pada gedung beton bertulang

Gambar 4.3 qekuivalen beban segitiga

4.4.3 Dimensi Struktur Utama Beton Bertulang

Balok Induk

Pada struktur ini direncanakan dimensi balok induk sebagai berikut :

- Untuk lantai 1-4 = 400 mm × 600 mm - Untuk lantai 5-7 = 350 mm × 550 mm - Untuk lantai 8-10 = 300 mm × 500 mm Kolom

Direncanakan :

Dimensi kolom lantai 1-4 = 800 x 800 mm Dimensi kolom lantai 5-7 = 700 x 700 mm Dimensi kolom lantai8-10= 600 x 600 mm

9

4.5 Beban Angin (Bab 4 – PPIUG 1983)

Tekanan tiup harus diambil minimum 25 kg/m2_{, kecuali tekanan tiup di laut dan di}

tepi laut sampai sejauh 5 km dari pantai harus diambil minimum 40 kg/m2_.

Koefisien angin untuk gedung tertutup pada bidang-bidang luar, koefisien angin (+ berarti tekanan dan – berarti isapan), adalah sebagai berikut :

di pihak angin = + 0,9 ; di belakang angin = - 0,4

4.6 Beban Gempa ( SNI 03-1726-2002 )

a.) Analisa beban gempa yang digunakan adalah response spektrum.

b.) Faktor Respon Gempa (C), terletak di tanah lunak zona gempa 6

 

T C  0,95

Gambar 3.4 Grafik nilai C-T zona gempa 6 (SNI 1726 2002, Pasal 4.7.6) c.) Faktor reduksi gempa (R) = 8.5

4.7 Kombinasi Pembebanan

Kombinasi Pembebanan yang dipakai berdasarhan SNI 1729-2002 yaitu :

COMBO 1 : 1.4 D

COMBO 2 : 1.2 D + 1.6 L

COMBO 3 : 1.2 D + 0.5 L ± 1.3 W COMBO 4 : 1.0 D + 1.0 L ± 1.0 E COMBO 5 : 0.9 D ± 1.0 E

Keterangan : D = Beban Mati L = Beban Hidup W = Beban Angin E = Beban Gempa

5.1 Struktur Rectangular - Concrete

Filled Steel Tube (RCFT)

Kontrol Balok Induk Lantai 1-4

Fungsi dari balok utama adalah meneruskan beban yang terjadi pada pelat lantai dan balok anak ke kolom. Balok utama melintang

direncanakan dengan profil WF

600x200x11x17 Panjang balok induk (L) = 6000 mm.

Adapun data – data profil adalah sebagai berikut : A = 134.4 cm2 _i x = 24 cm r = 22 mm W= 106 kg/m tw =11 mm Zx = 2863 cm3 d = 600 mm tf = 17 mm Zy = 367 cm3 b = 200 mm Ix = 77600 cm4 Sx = 2590 cm3 iy = 4.12 cm Iy = 2280 cm4 Sy = 228 cm3 h = d – 2(tf + r ) = 600 – 2(17+22) = 522 mm L = 6 m Kontrol Kolom Gambar 5.1

Profil Rectangular-Concrete Filled Steel Tube

Direncanakan kolom komposit dari profil persegi 500.500.12 :

Mutu bahan yang digunakan :

Baja (BJ 41) : fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa

Beton : f’c = 30 Mpa

Kontrol Interaksi “balok kolom” :

0

,1

9

8

63

,

191

03

,

33

63

,

191

24

,

9

845

298

_

_

_











_



Hasil interaksi adalah = 0,55 < 1,00 berarti kolom kuat memikul beban tekan dan lentur.

5.2 Struktur Circular - Concrete Filled Steel Tube (CCFT)

Kontrol Balok Induk Lantai 1-4

Fungsi dari balok utama adalah meneruskan beban yang terjadi pada pelat lantai dan balok anak ke kolom. Balok utama melintang

direncanakan dengan profil WF

B H t Confined Concrete Steel Box Coloum

10

600x200x11x17 Panjang balok induk (L) = 6000 mm.

Adapun data – data profil adalah sebagai berikut : A = 134.4 cm2 _i x = 24 cm r = 22 mm W= 106 kg/m tw =11 mm Zx = 2863 cm3 d = 600 mm tf = 17 mm Zy = 367 cm3 b = 200 mm Ix = 77600 cm4 Sx = 2590 cm3 iy = 4.12 cm Iy = 2280 cm4 Sy = 228 cm3 h = d – 2(tf + r ) = 600 – 2(17+22) = 522 mm L = 6 m Kontrol Kolom Gambar 5.3

Profil Circular-Concrete Filled Steel Tube

Direncanakan kolom komposit dari profil bulat dengan diameter ø610 dan tebal 12 mm : Mutu bahan yang digunakan :

Baja (BJ 41) : fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa

Beton : f’c = 30 Mpa

Kontrol Interaksi “balok kolom” :

0

,1

9

8

41

,

214

02

,

59

41

,

214

92

,

15

7

,

919

308

_

_

_











_



Hasil interaksi adalah = 0,65 < 1,00 berarti kolom kuat memikul beban tekan dan lentur

5.3 Struktur Reinforced Concrete

Balok Induk Data Perencanaan : f’c = 30 MPa fy = 390 MPa h = 600 mm b = 400 mm Tul.longitudinal = D 25 Tul.geser =  12 mm Cover = 40 mm d’ = 40+12+ (½) (25) = 64.5 mm d = h - d’ = 600 – 64.5 = 535,5 mm

Rekapitulasi tulangan lentur pada daerah tumpuan

Tulangan atas = 6 D25 (As = 4906,25 mm2 ₎

Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1962,5 mm2 ₎

Kolom

Perencanaan Tulangan Lentur

Data :

Mutu beton (fc’) : 30 MPa

Mutu baja (fy) : 400 MPa

Lebar kolom (B) : 800 mm Tinggi kolom(H) : 800 mm Panjang kolom : 4000 mm

Pendesainan tulangan kolom menggunakan program bantu PCACOL v 3.64

Confined

Concrete Di Do

Steel Box Coloum

11

POTONGAN 1-1 POTONGAN 2-2 CFT 500.500.12 WF 600x200x11x17 Potongan WF 600x200x11x17 Baut Ø 30mm 6 200 6 510 6 200 6 200 6 310 Baut Ø 30mm Pelat t=11mm Pelat t=17mm 1 1 ₂ 2 6. ANALISA PENAMPANG

Profil Rectangular - Concrete Filled Steel Tube Section (RCFTS)

Dari hasil gambar 6.5 diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 3964 KN saat Mmax = 1554

KNm. Beban tekan maksimum = 1,47x104 _KN

dan beban tarik maksimum = 5,856x103 _KN

Profil Circular - Concrete Filled Steel Tube Section (CCFTS)

Dari hasil gambar 6.6 diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 4475 KN saat Mmax = 1638

KNm. Beban tekan maksimum = 1,6x104 _KN

dan beban tarik maksimum = 5,621x103 _KN

Profil Reinforced Concrete (RC)

Dari hasil gambar 6.7 diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 8735 KN saat Mmax = 2579

KNm. Beban tekan maksimum = 2,51x104 _KN

dan beban tarik maksimum = 3,063x103 _KN

7. PERENCANAAN SAMBUNGAN

Sambungan Pada Profil Rectangular - Concrete Filled Steel Tube Section (RCFTS)

Sambungan Balok – Kolom

Profil balok induk menggunakan WF 600.200.11.17 dan kolom dengan profil kotak 500.500.12. Sambungan akan didesain dengan metode rigid connection. Sambungan akan direncanakan seperti balok konsol dengan panjang 400 mm.

Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan fy =

250 Mpa dan fu = 410 Mpa. Mutu las E70xx

(KSI) = 70x70,3 = 4921 kg/cm2_.

Gambar 7.1 Rencana Sambungan Balok WF 600.200.11.17 dengan Kolom RCFTs

12

Sambungan Kolom – Kolom

Kolom akan disambung menggunakan sambungan las penetrasi penuh.

Gambar 7.2 Rencana Sambungan Las

Sambungan Pada Profil Circular - Concrete Filled Steel Tube Section (CCFTS)

Sambungan Balok – Kolom

Profil balok induk menggunakan WF 600.200.11.17 dan kolom dengan profil bundar diameter 610 dan tebal 12 mm. Sambungan akan didesain dengan metode rigid connection. Sambungan akan direncanakan seperti balok konsol dengan panjang 400 mm.

Sambungan Balok-Kolom Sebagai Konsol Pendek

Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan fy =

250 Mpa dan fu = 410 Mpa. Mutu las E70xx

(KSI) = 70x70,3 = 4921 kg/cm2_.

Gambar 7.3 Rencana Sambungan Balok WF 600.200.11.17 dengan Kolom CCFTs ø

610 t = 12,5

Sambungan Kolom – Kolom

Kolom akan disambung menggunakan sambungan las penetrasi penuh.

Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan fy =

250 Mpa dan fu = 410 Mpa. Mutu las E70xx

(KSI) = 70x70,3 = 4921 kg/cm2_.

Gambar 7.4 Rencana Sambungan Las

7.3 Analisa Sambungan Balok-Kolom CFT Sambungan Profil RCFT

Untuk kolom exterior :

Vjh = Tb – Vcol

= 729,5 – 94,025 = 635,475 kN Total kekuatan geser :

Vcft = Vrc + Vsw= 1241 + 1800 = 3041 kN

Kontrol :Vcft > Vjh

3041 kN > 635,475 kN …OK

Untuk kolom interior :

Vjh = Tb + Cb – Vcol

= 729,5 + 729,7 – 94,025 = 1365,175 kN Total kekuatan geser :

Vcft = Vrc + Vsw = 2072,5+ 1800 = 3872,5 kN Kontrol :Vcft > Vjh 3854,2 kN > 1365,175 kN …OK 1 1 2 2 POTONGAN 1-1 POTONGAN 2-2 610 6 510 6 Baut Ø 30mm 610 6 510 6 Baut Ø 30mm Pelat t=11mm Pelat t=17mm CFT Ø6 10, t =1 2 WF 600x200x11x17 3 3 POTONGAN 3-3 pelat, t=15mm 6 200 CFT Ø610, t=12mm beton f'c=30 MPa 610 6 CF T Ø610, t =1 2 pelat t=15mm POTONGAN 3-3 CFT 500. 500.12 6 510 Pelat t=15mm 3 3 Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Cb Tb

(a) Interior joints (b) Exterior joints

Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Cb Tb

13

Sambungan Profil CCFT

Untuk kolom exterior :

Vjh = Tb – Vcol

= 1192 – 154,325 = 1037,7 kN Total kekuatan geser :

Vcft = Vrc + Vsw= 1538 + 1707,8 = 3245,8 kN

Kontrol :Vcft > Vjh

3245,8 kN > 1037,7 kN …OK

Untuk kolom interior :

Vjh = Tb + Cb – Vcol

= 1192+ 1192 – 154,325 = 2229,675 kN Total kekuatan geser :

Vcft = Vrc + Vsw = 2569+ 1707,8 = 4276,8 kN

Kontrol :Vcft > Vt

4276,8 kN > 2229,675 kN …OK Sambungan Balok-Kolom Beton Bertulang Sambungan Interior

Total gaya geser pada potongan x-x = T1 + T2 – Vh Vx-x = 1435,81 + 957,21 – 333,97 = 2059,05 kN ∅ 𝑉𝑐= 0,75 × 1,67 × 𝐴𝑗 × 𝑓𝑐′ = 0,75 × 1,67 × 800 × 800 × 30 = 4390544,02 𝑁 = 4390,55 𝑘𝑁 ∅𝑽𝒄 = 𝟒𝟑𝟗𝟎, 𝟓𝟓 𝒌𝑵 > 𝑽𝒙−𝒙= 𝟐𝟎𝟓𝟗, 𝟎𝟓 𝐤𝐍 → 𝑶𝑲

(HBK kuat menahan gaya geser yang mungkin terjadi)

Sambungan Eksterior

Total gaya geser pada potongan x-x = T1– Vh

Vx-x = 1435,81 – 333,97 = 1101,84 kN ∅ 𝑉𝑐= 0,75 × 1,25 × 𝐴𝑗 × 𝑓𝑐′ = 0,75 × 1,25 × 800 × 800 × 30 = 3286335,35 𝑁 = 3286,34 𝑘𝑁 ∅𝑽𝒄 = 𝟑𝟐𝟖𝟔, 𝟑𝟒 𝒌𝑵 > 𝑽𝒙−𝒙= 𝟏𝟏𝟎𝟏, 𝟖𝟒 𝒌𝑵 → 𝑶𝑲 8. ANALISA PORTAL Hasil Analisa RCFT

Bentuk deformasi portal setelah dibebani

Gambar Bentuk deformasi portal RCFT

Gambar Titik yang akan ditinjau

Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Cb Tb

(a) Interior joints (b) Exterior joints

Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Vjh Vjh Vcol Vcol Tb Cb Cb Tb

(a) Interior joints (b) Exterior joints

2

₃

14

Titik Deformasi (mm)

Arah X Arah Y Arah Z

1 2.63E-03 -1.11884 -2.71017 2 -1.48E-02 -2.04121 -2.39802 3 -2.63E-03 -8.11E-01 -2.51286

Titik Tegangan (Mpa) Regangan

Max Min Max Min

1 12.1345 -16.4361 9.66E-05 -8.91E-05 2 3.95E-02 -27.7628 4.35E-05 -1.37E-04 3 11.214 -24.9609 9.60E-05 -1.39E-04 Tabel 8.1 Hasil Analis Abaqus Pada Portal

RCFT

Hasil Analisa CCFT

Bentuk deformasi portal setelah dibebani

Gambar Bentuk deformasi portal RCFT

Gambar Titik yang akan ditinjau

Titik Deformasi (mm)

Arah X Arah Y Arah Z

1 2.00E-03 -1.3105 -4.93885 2 1.25E-03 -1.88498 -4.36817 3 6.27E-03 -5.06E-01 -4.83251

Titik Tegangan (Mpa) Regangan

Max Min Max Min

1 14.4423 -8.2651 8.68E-05 -6.08E-05 2 1.22E-01 -24.6544 3.87E-05 -1.22E-04 3 31.6449 -3.37E+00 1.53E-04 -7.50E-05 Tabel 8.2 Hasil Analisa Abaqus Pada CCFT

Hasil Analisa RC

Bentuk deformasi portal setelah dibebani

Gambar Bentuk deformasi portal RC

Gambar Titik yang akan ditinjau

Titik Deformasi (mm)

Arah X Arah Y Arah Z

1 5.10E-13 -1.57133 -2.33355 2 3.87E-13 -1.68037 -2.11236 3 5.94E-14 -1.20E+00 -2.50029

Titik Tegangan (Mpa) Regangan

Max Min Max Min

1 1.45908 -8.18972 1.57E-04 -2.89E-04 2 -1.07E-03 -1.58364 2.10E-06 6.11E-05 3 2.92505 -8.56387 1.94E-04 -3.38E-04

Tabel 8.3 Hasil Analisa Abaqus Pada Portal RC

2

₃

1

2

₃

15

9. KESIMPULAN DAN SARAN

9.1 Kesimpulan

Dari hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1) Kapasitas penampang terhadap gaya aksial-momen menunjukkan bahwa profil RC mempunyai kapasitas yang paling besar yakni (Pmax adalah 8735 KN saat Mmax =

2579 KNm) kemudian RCFT mempunyai kapasitas penampang sebesar Pmax adalah

3964 KN saat Mmax = 1554 KNm

sedangkan kapasitas penampang profil CCFT adalah Pmax adalah 4475 KN saat

Mmax = 1638 KNm.

2) Dari hasil Abaqus didapat nilai :

Diperoleh kesimpulan bahwa penampang CFT mempunyai deformasi yang besar karena penampang CFT memiliki daktilitas yang besar akibat kontribusi dari casing baja, sedangkan penampang RC deformasinya sangat kecil. Hal ini disebabkan karena baja bersifat elastis, sedangkan untuk penampang RC tidak boleh berdeformasi terlalu tinggi karena sifat beton yang tidak kuat menahan tarik. 3) Analisa HBK dengan menggunakan metode

superposisi

Untuk sambungan balok-kolom eksterior diperoleh kuat geser:

VRCFT = 3041 kN > Vjh = 635,475 kN

VCCFT = 3245,8 kN > Vjh = 1037,7 kN

Untuk sambungan balok-kolom interior

diperoleh kuat geser :

VRCFT = 3854,2 kN > Vjh = 1365,175 kN

VCCFT = 4276,8 kN > Vjh = 2229,675 kN

Bila dibandingkan dengan kuat geser sambungan beton bertulang, dimana untuk balok eksterior kuat gesernya ∅𝑉𝑐 =

3286,34 𝑘𝑁 dan untuk balok interior ∅𝑉𝑐 = 4390,55 𝑘𝑁 , kuat geser pada sambungan balok-kolom CFT tidak berbeda jauh dengan kuat geser yang dimiliki beton bertulang, meskipun struktur CFT memiliki luas penampang elemen struktur yang lebih kecil. Berdasarkan analisa di atas, apabila kedua struktur memiliki dimensi elemen struktur yang

sama, kuat geser pada sambungan CFT akan lebih besar karena mendapat sumbangan dari casing baja.

9.2 Saran

Untuk gedung-gedung tinggi, pemakaian struktur CFT dapat menjadi alternatif, karena memiliki kapasitas menahan beban yang besar dengan penampang yang relatif lebih kecil.

DAFTAR PUSTAKA

a.Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002). b.Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara

Perencanaan Perhitungan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002).

c.Badan Standardisasi Nasional. Tata Cara Perencanaan Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002).

d.Departemen Pekerjaan Umum. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung

(PPIUG) 1983.

e.Suprobo,Priyo.2000. Desain Balok Komposit Baja-Beton.Surabaya : ITS Press.