Struktur baja mempunyai kekuatan yang tinggi dan sama kuat pada kekuatan tarik maupun tekan dan baja adalah elemen struktur yang memiliki batasan sempurna yang akan menahan beban jenis tarik aksial, tekan aksial, dan lentur dengan fasilitas yang hampir sama. Hexagonal castellated beam sebagai salah satu alternatif material struktur memiliki beberapa keunggulan yaitu efisien digunakan pada bentang yang panjang, meningkatkan kekakuan lentur, momen inersia yang dihasilkan besar sehingga kekuatan dan kekakuan struktur lebih besar pula tanpa menambah berat balok.
Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo yang semula 3 lantai akan direncanakan ulang menjadi 12 lantai dan dimodifikasi dari struktur awal berupa struktur beton bertulang konvensional menjadi struktur baja menggunakan hexagonal castellated beam. Dari modifikasi tersebut diharapkan akan menghasilkan rancangan gedung dengan menggunakan hexagonal castellated beam yang memenuhi persyaratan keamanan struktur.
Kata kunci: Modifikasi, Struktur baja, Castellated beam.
I. PENDAHULUAN
Saat ini telah banyak gedung yang menggunakan konstruksi baja sebagai pengganti beton bentulang konvensional. Konstruksi baja semakin diminati karena beton mempunyai berbagai kelemahan antara lain bentuk yang telah dibuat sulit untuk diubah, lemah terhadap kuat tarik, mempunyai bobot yang berat, daya pantul suara yang besar, pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi dan pengerjaan yang relatif lama. Sedangkan kelebihan baja antara lain mempunyai kekuatan yang tinggi, relatif ringan, elastis, kemudahan pemasangan di lapangan.
Gedung ini terdiri dari 3 lantai. Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo yang semula 3 lantai akan direncanakan ulang menjadi 12. Akibatnya, gedung tersebut harus direncanakan ulang agar lebih efisien. Alternatif yang dilakukan antara lain merubah konstruksi beton menjadi konstuksi baja menggunakan hexagonal castellated beam.
Castellated Beam adalah suatu spesifikasi profil yang ditingkatkan kekuatan komponen strukturnya dengan memotong profil aslinya dengan pola zig zag kemudian digeser dan dilas sepanjang pola.
Permasalahan
Permasalahan utama: Bagaimana melakukan perencanaan ulang Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo dengan struktur baja menggunakan hexagonal castellated beam? Rincian permasalahan:
1. Bagaimana menentukan preliminary design? 2. Bagaimana merencanakan struktur sekunder?
3. Bagaimana melakukan analisa struktur menggunakan program bantu SAP 2000 V.14.2.2?
4. Bagaimana melakukan kontrol dimensi struktur? 5. Bagaimana merencanakan sambungan?
6. Bagaimana merencanakan pondasi? Tujuan
Tujuan utama: Mampu merencanakan gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo menggunakan baja Hexagonal
Castellated Beam.
Rincian tujuan:
1. Mampu menentukan preliminary design, 2. Mampu merencanakan struktur sekunder,
3. Mampu melakukan pemodelan dan analisa struktur menggunakan program bantu SAP 2000 V.14.2.2,
4. Mampu melakukan kontrol dimensi struktur, 5. Mampu merencanakan sambungan,
6. Mampu merencanakan pondasi, Batasan Permasalahan
Batasan dari permasalahan antara lain sebagai berikut: 1. Tidak menghitung biaya konstruksi gedung, 2. Tidak membahas metode pelaksanaan,
3. Perencanaan struktur mengacu pada SNI 03 – 1729 – 2002, 4. Pembebanan dihitung berdasarkan PPIUG 1983,
5. Beban gempa dihitung berdasarkan SNI 03-1726-2002. 6. Program bantu yang digunakan adalah SAP 2000 V.14.2.2
dan AutoCAD,
7. Perencanaan dilakukan pada gedung 12 lantai pada zona gempa 2, menggunakan Hexagonal Castellated Beam nonkomposit.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Castellated beam adalah profil baja H, I, atau U yang
kemudian pada bagian badannya dipotong memanjang dengan pola zig-zag. Kemudian bentuk dasar baja diubah dengan menggeser atau membalik setengah bagian profil baja yang telah dipotong. Penyambungan setengah profil dilakukan
MODIFIKASI PERENCANAAN STRUKTUR
GEDUNG RAWAT INAP KELAS 1 RSUD SIDOARJO
DENGAN MENGGUNAKAN HEXAGONAL CASTELLATED BEAM
Ridha Novikayanti Sholikhah, dan Heppy Kristijanto
Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
dengan cara di las pada bagian “gigi-giginya” sehingga terbentuk profil baru dengan lubang berbentuk segi enam (hexagonal), segi delapan (octogonal), dan lingkaran (circular) sehingga menghasilkan modulus penampang yang lebih besar.
Kelebihan Castellated beam
1. Momen inersia dan modulus penampang yang lebih besar, 2. Mampu memikul momen yang lebih besar,
3. Bahannya ringan, kuat, dan mudah dipasang,
4. Profil Castellated beam cocok untuk bentang panjang, 5. Dapat digunakan untuk gedung tingkat tinggi dan bangunan
perindustrian.
Kekurangan Castellated beam
1. Profil Castellated beam kurang tahan api,
2. Kurang kuat menerima gaya lateral, sehingga perlu diberi satu atau lebih pelat pada ujung-ujung,
3. Pada ujung-ujung bentang (di sudut profil) terjadi peningkatan pemusatan tegangan (stress consentration), 4. Tidak sesuai untuk bentang pendek dengan beban yang
cukup berat.
Geometri Castellated Beam
Pendekatan rumus dimensi castellated menurut Demirdjian, S. (1999) adalah sebagai berikut:
tan ø =
(bila tidak ada pelat maka hp = 0)
Rasio penambahan tinggi balok
Demirdjian, S. (1999) menyatakan bahwa dengan pendekatan rumus maka dimensi Castellated beam dapat dihitung sebagai berikut:
tan ø =
(bila tidak ada pelat maka hp = 0)
Rasio penambahan tinggi balok
III. METODOLOGI MULAI
Penentuan dan Pencarian Data
Studi Literatur
Penentuan Dimensi Struktur Sekunder
Perhitungan Struktur Sekunder 1. Pelat Lanati 2. Tangga 3. Balok Anak Kontrol Dimensi Struktur Sekunder Penentuan Dimensi Struktur Primer Pemodelan dan Analisa Struktur Dengan SAP 2000 v.14.2.2 (3 Dimensi)
Perhitungan Struktur Primer 1. Balok
2. Kolom
Kontrol Dimensi Struktur Primer
Perencanaan Sambungan
Perencanaan Poer dan Pondasi YES
NO
YES
FINISH
Penggambaran Detail Struktur dan Sambungan
Gambar. 2. Bagan alir metodologi penyelesaian Tugas Akhir
Data bangunan eksisting:
Nama Gedung : Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo
Jumlah lantai : 3 lantai Tinggi gedung : 15,72 meter Zone gempa : 2
Struktur Utama : Beton
Sistem struktur : Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM)
Data modifikasi bangunan:
Nama Gedung : Gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo
Jumlah lantai : 12 lantai Tinggi gedung : 48 meter Zone gempa : 2
Struktur Utama : Castellated Beam Non Komposit
Sistem Struktur : Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM) d e b h dt db s ø (a) dg db e b ho dt s ø bf tw tf (b)
Gambar. 1.(a) Pola pemotongan zig – zag pada profil asli balok 1.(b) Geometri penampang Hexagonal Castellated beam
Kriteria desain
Profil BJ 41 fy = 250 Mpa fu = 410 Mpa Baut BJ 50 fy = 290 Mpa fu = 500 Mpa Modulus elastisitas E = 200000 Mpa Mutu beton fc’ = 30 Mpa fy (tul. utama) = 410 MPa fy (tul. sengkang) = 250 Mpa
IV. ANALISA STRUKTUR SEKUNDER 1. Perencanaan Pelat
Perencanaan pelat menggunakan tabel perencanaan praktis yang ada dari PT BRC LYSAGHT INDONESIA. Bondek yang digunakan mempunyai tebal 0,75 mm dengan tegangan leleh minimum sebesar 4800 kg/cm2, dan tulangan
susut menggunakan wiremesh M5.
Tabel 1. Penulangan Pelat Jenis Pelat Beban Berguna (kg/m2) Bentang (m) Tebal Pelat (cm) Tulangan Negatif (cm2/m) Tulangan Atap 200 1.5 9 0.59 Ø8 – 300 Lantai 400 1.5 9 0.85 Ø8 – 250
- Tulangan menggunakan baja BJ 37 (fy = 4800 kg/cm2) - Bentang menerus dengan tulangan negatif tanpa penyangga 2. Perencanaan Balok Anak
Balok anak menumpu diatas dua tumpuan sederhana dan direncanakan menggunakan profil WF dengan mutu baja BJ 41.
Tabel 2. Gaya dalam maksimum balok anak
Jenis Balok anak Mu (kg.m) Vu (kg) fx (cm) Atap 3665.79 2443.86 1.5 Lantai 5627.61 3751.74 1.22
Tabel 3. Kapasitas profil balok anak
Jenis Balok anak Profil WF Mn (kg.m) Vn (kg) f (cm) Atap 250x125x5x8 7634 15600 1.67 Lantai 300x150x5,5x8 11375.637 21120 1.67 3. Perencanaan Tangga Perencanaan pelat tangga
3mm profil siku
pelat
Gambar. 3. Pelat tangga Menggunakan plat dengan tebal, t = 3 mm
Perencanaan pengaku pelat tangga
pelat baja 3mm
profil siku 50.50.6
25
Gambar. 4. Pengaku pelat tangga Menggunakan profil siku 50.50.6
Perencanaan pelat bordes
Direncanakan menggunakan pelat baja tebal 3 mm. Qu = 1,2 qD + 1,6 qL = 762,396 kg
Mu = 1/8 x qu x L2 = 15,25 kgm
Mp = fy x Zx = 25,31 kgm Perencanaan balok bordes
Direncanakan menggunakan profil siku 50x50x6 Vu = 1,2 VD+ 1,6 VL = 157,71 kg Mu = 1,2 MD+ 1,6 ML = 59,14 kgm Kontrol lendutan Lendutan ijin f = L = 150 =0,63 cm
240
240
Mp = fy x Zx = 20730 kgcm Vn = 0,6 x fy x Aw = 4500 kg Perencanaan balok utama tangga Menggunakan profil WF 200x100x4,5x7 Perencanaan balok penumpu bordes Menggunakan profil WF 200x100x4,5x7V. ANALISA STRUKTUR PRIMER
Kontrol Partisipasi Massa
Tabel 4. Nilai partisipasi massa struktur
Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ
1 2.211 0.000 76.400 0.000 0.000 76.400 0.000 2 2.202 0.127 0.000 0.000 0.127 76.400 0.000 3 2.162 76.700 0.000 0.000 76.800 76.400 0.000 4 0.732 0.000 10.400 0.000 76.800 86.800 0.000 5 0.728 0.157 0.000 0.000 77.000 86.800 0.000 6 0.724 9.800 0.000 0.000 86.800 86.800 0.000 7 0.414 4.100 0.000 0.000 90.900 86.800 0.000 8 0.408 0.000 4.300 0.000 90.900 91.100 0.000 9 0.407 0.009 0.000 0.000 90.900 91.100 0.000 10 0.280 2.400 0.000 0.000 93.300 91.100 0.000 11 0.271 0.000 2.500 0.000 93.300 93.600 0.000 12 0.270 0.001 0.000 0.000 93.300 93.600 0.000
Dari tabel di atas menunjukkan bahwa dengan 8 mode sudah mampu memenuhi syarat partisipasi massa sesuai SNI 1726 ps 7.2.1.
Kontrol Waktu Getar Struktur T ≤ ζ n
Untuk wilyah gempa 3 maka nilai ζ = 0,19 ; n = 12
Dari hasil analisa SAP v.14.14.2 didapat waktu getar T = 2,211 detik
T1 = (0,19 x 12) = 2,28 detik ≤ T (OK)
Kontrol Nilai Akhir Respon Spektrum Dari hasil analisis struktur didapatkan: Vx = 420226,28 kg Vy = 412091,76 kg 80% Vstatis= 0,8 x 218123,94 = 174499,15 kg Vx dinamis > 80% Vstati 420226,28 kg > 174499,15 kg (OK) Vydinamis > 80% Vstatis 412091,76 kg > 174499,15 kg (OK) Balok atap memanjang
Dari hasil output SAP v11.2.2 diperoleh: Vu = 4712,01 kg
Mu = 6592,72 kgm
Balok atap menggunakan profil asal WF 250x125x5x8 yang kemudian dirubah menjadi profil Castellated Beam 310x125x5x8.
Mutu baja BJ 41 fy =250 Mpa ; fu = 410 Mpa Modulus elastisitas E = 200000 Mpa
Menghitung momen inersia pada arah sumbu x dan sumbu y Ix Castellated Beam pada penampang tanpa lubang
= 55836175,33 mm4
IxCastellated Beam pada penampang dengan lubang
= 55041748,67 mm4
Ixrata – rata = 55438962 mm4
Iy Castellated Beam pada penampang tanpa lubang
= 7968057,833 mm4
IyCastellated Beam pada penampang dengan lubang
= 7966766,166 mm4
Iyrata – rata = 7967412 mm4
Zx Castellated Beam pada penampang tanpa lubang
Zx Castellated Beam pada penampang dengan lubang
Mp = fy x Zx = = 1019072,5 kgcm Mn = Mp – fy x As = 9710,225 kgm Kontrol kapasitas momen
Mu < Ø Mn
6592,72 kgm < 8739,2 kgm (OK) Syarat ASCE 4.2. hal 3319
1. Perbandingan lebar terhadap tinggi lubang
(OK)
2. Kapasitas geser nominal maksimum pada lubang
(OK) Kontrol kuat geser
(OK) Parameter lubang
Syarat ASCE 4.2. hal 3319
3,98 ≤ 5,6 (OK)
Persamaan interaksi geser – lentur (Syarat ASCE hal 3316)
0,657 ≤ 1 (OK) Kolom lantai 1 – 4
Kolom menggunakan profil King Cross 800x300x14x26. Baja BJ 41, dimana nilai fy =250 Mpa dan fu = 410 Mpa.
Nilai gaya dalam maksimum sebagai berikut: Akibat beban gravitasi (kombinasi 1,2 D + 1,6 L) Mntx1 = 502,27 kgm
Mntx2 = 1214,29 kgm Mnty1 = 1551,92 kgm Mnty2 = 1349,09 kgm Nu = 417068,00 kg
Akibat beban lateral Mltx1 = 27828,54 kgm Mltx2 = 11842,29 kgm Mlty1 = 7568,26 kgm Mlty2 = 2350,15 kgm Nu = 384686,83kg Momen balok Terhadap sumbu Y Momen nominal
Kuat tekan nominal
Nu = 417068,00 kg
Kontrol Interaksi Beam – Column
(OK) VI. SAMBUNGAN 4Ø16 2Ø16 CB 500x200x7x11 500 2L 60.60.6 WF 250x125x5x8 40 60 40 WF 250x125x5x8 4Ø16 2Ø16 CB 500x200x7x11 2L 60.60.6 40 60 40 500 (a) (b)
Gambar 6.(a) Sambungan pada balok anak atap – balok induk eksterior
6.(a) Sambungan pada balok anak atap – balok induk interior Stiffner plate t = 7 mm 75 45 75 75 45 infill plate 60 100 50 50 70 100 70 562.5 2Ø19 2L 70.70.7 T 500x200x10x16 6Ø25 4Ø25 8Ø19 CB 562.5x200x8x12 K C 8 0 0 x 3 0 0 x 1 4 x 2 6 4 Ø 25 100 50 50 60 30 60 30 6Ø25 75
Gambar 7. Sambungan pada balok induk – kolom (lantai 2)
160 70 Pelat 14mm 4Ø25 40 80 80 80 4Ø25 70 40 K C 8 0 0 x 3 0 0 x 1 4 x 2 6 4Ø25 40 80 80 80 40 160 70 70 (a) Pelat 14mm Pelat 14mm K C 8 0 0 x 3 0 0 x 1 4 x 2 6 4Ø25 4Ø25 8Ø25 40 80 80 80 40 40 80 80 80 40 40 80 40 40 80 40 (b)
VII. PERENCANAAN PONDASI Pondasi menggunakan tiang pancang dari WIKA.
Diameter tiang : 400 mm Tebal tiang : 75 mm Type : A2 Allowable axial : 121,10 T Kedalaman tiang : 18 m 4 D22 Ø10-200 2D22 4 D22 300 400 50 50 50 50 4 D22 Ø10-200 2D22 4 D22 300 400 50 50 50 50
Gambar 9. Penulangan sloof pada daerah lapangan dan tumpuan
VIII. KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari hasil modifikasi perencanaan gedung Rawat Inap Kelas 1 RSUD Sidoarjo antara lain sebagai berikut:
Perencanaan pelat
Pelat atap = Tebal 9 cm dan tulangan Ø8 – 300 Pelat lantai 2 – 11 = Tebal 9 cm dan tulangan Ø8 – 250 Perencanaan balok anak
Balok anak atap = WF 250x125x5x8
Balok anak lantai 2 – 19 = WF 300x150x6,5x9 Perencanaan balok tangga
Tebal pelat tangga = 3 mm
Pengaku pelat tanga = profil siku 50 x 50 x6 Tebal pelat bordes = 3 mm
Balok utama tangga = WF 200x100x4,5x7 Balok penumpu bordes = WF 200x100x4,5x7 Perencanaan balok lift
Balok penggantung lift = WF 250x125x6x9 Balok penumpu lift = CB 310x125x5x8 Perencanaan balok induk
Balok induk atap memanjang = CB 310x125x5x8 Balok induk atap melintang = CB 500x200x7x11 Balok induk lantai memanjang = CB 500x200x8x13 Balok induk lantai melintang = CB 562,5x200x8x12 Perencanaan kolom Kolom lantai 1 – 4 = KC 800x300x14x26 Kolom lantai 5 – 8 = KC 700x300x13x24 Kolom lantai 9 – 12 = KC 600x200x11x17 Perencanaan pondasi Pondasi Interior (P1) a. Tiang Pancang
Diameter tiang pancang = 0,4 m
Mutu tiang pancang = A2
Kedalaman tiang pancang = 18 m Jumlah tiang pancang tiap poer = 9 buah b. Poer
Dimensi = 3,5 x 3,5 x 1,0 m
Tulangan tarik arah x = D22 – 100 Tulangan tekan arah x = D16 – 100 Tulangan tarik arah y = D22 – 100 Tulangan tekan arah y = D16 – 100 Pondasi Eksterior (P2)
a. Tiang Pancang
Diameter tiang pancang = 0,4 m
Mutu tiang pancang = A2
Kedalaman tiang pancang = 18 m Jumlah tiang pancang tiap poer = 4 buah b. Poer
Dimensi = 2,0 x 2,0 x 1,0 m
Tulangan tarik arah x = D22 – 100 Tulangan tekan arah x = D16 – 100 Tulangan tarik arah y = D22 – 100 Tulangan tekan arah y = D16 – 100 Sloof
Dimensi = 40x50 cm
Tulangan utama = 10D22
Tulangan sengkang = Ø10 – 200
UCAPAN TERIMA KASIH
Dalam pengerjaan tugas akhir ini, penulis mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatanini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Orang tua, kakak, dan keluarga besar atas segala motivasi, dukunganan doa yang diberikan
2. Bapak Ir. Heppy Kristijanto, Ms selaku dosen pembimbing yang telah membimbing dan memberi masukan dalam pengerjaan tugas akhir ini,
3. Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Sipil Program Lintas Jalur FTSP – ITS Surabaya
4. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang secara lansung maupun tidak langsung membantu dalam prosen penyelesaian tugas akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA
American Society Civil Engineering, 1992. “Proposed Spesification For Structural Steel Beams With Web Openings”. Journal of Structural Engineering, Vol 118, No 12.
Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata cara Perencanaan
Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung (SNI 03 – 1726 – 2002). Bandung: BSN.
Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perencanaan
Struktur Baja Untuk Bangunan gedung (SNI 03 – 1729 – 2002). Bandung: BSN.
Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan Pembebanan
Indonesia Untuk Gedung 1983. Bandung: Yayasan Lembaga
penyelidikan Masalah Bangunan.
Ibrahim, Marwan dan Isdarmanu. 2006. Buku Ajar Struktur
Baja I. Surabaya: Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil
