i
PERENCANAAN ULANG STRUKTUR MA’HAD MAN 2 MALANG DENGAN STRUKTUR BAJA KOMPOSIT
Skripsi
Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk memenuhi Salah Satu Persyaratan Akademik
Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik
Disusun Oleh:
ALLEN WINMALL PURWADI
201310340311163
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2020
ii
LEMBAR PENGESAHAN
iii
SURAT PERNYATAAN
iv
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Perencanaan Ulang Struktur Ma’had MAN 2 Malang Dengan Struktur Baja Komposit”. Skripsi ini dibuat dan diajukan untuk memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana pada Fakultas Teknik di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu, tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk memberikan pengetahuan kepada pembaca mengenai penggunaan struktur baja komposit.
Selama penulisan skripsi ini, penulis banyak menerima bantuan dan dukungan sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada orang tua, dosen pembimbing, serta teman – teman yang telah membatu dalam pengerjaan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna karena adanya keterbatasan ilmu dan pengalaman yang dimiliki. Oleh karena itu, semua kritik dan saran yang bersifat membangun akan penulis terima dengan senang hati. Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan.
Malang, 6 Juli 2020
Penulis
v
LEMBAR PERSEMBAHAN
Segala puji bagi Allah SWT atas karunia dan rahmat-Nya yang tak pernah kurang sedikitpun kepada hamba-Nya. Shalawat serta salam dihaturkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW beserta para sahabat. Dan persembahan tugas akhir ini ditujukan kepada:
1. Ayah dan Ibu saya, Widji Purwadi dan Rusmala Dewi yang telah membesarkan dan mengasuh saya hingga saat ini serta mendukung dan membantu saya baik materiil dan batin serta penyemangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Tuti Erniati selaku pengasuh saya yang telah mengasuh saya.
3. Seluruh anggota keluarga saya yang telah mendukung saya.
4. Seluruh teman – teman dan rekan angkatan 2013 yang telah membantu dan mendukung satu sama lain dari awal perkuliahan hingga saat ini.
5. Semua pihak yang telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Semoga pihak yang telah membantu dan mendukung mendapat pahala dari Allah SWT. Amiin.
vi
Perencanaan Ulang Struktur Ma’had Man 2 Malang Dengan Struktur Baja Komposit
Abstrak
Berkembangnya teknologi pada bidang konstruksi yang bertujuan untuk mendapatkan struktur yang kuat, aman dan efisien. Dalam pembangunan konstruksi sebuah bangunan, pada umumnya dikenal 2 jenis material yang populer dan umum digunakan sebagai perencanaan konstruksi bangunan yaitu beton dan baja.
Penggunaan baja sebagai bahan konstruksi bangunan semakin berkembang sehingga ditemukannya inovasi baru seperti penggunaan baja yang digabung dengan beton bertulang atau dapat disebut juga struktur baja komposit. Pada bangunan struktur baja komposit memanfaatkan keunggulan sifat beton dan baja yang bekerja bersama – sama. Pada tugas akhir ini akan dilakukan perencanaan ulang struktur Ma'had MAN 2 Malang dengan menggunakan struktur baja komposit. Komponen struktur yang direncanakan antara lain pelat komposit, balok komposit dan kolom baja. Untuk pelat komposit direncanakan dengan menggunakan floor deck W - 1000 dan dengan tulangan Ø10 – 150 mm sebagai tulangan negatif dan Ø8 – 250 mm sebagai tulangan susut serta dengan tebal slab beton 120 mm. Sedangkan untuk balok anak direncakan dengan menggunakan balok baja profil WF 150 X 100 X 6 X 9. Untuk balok induk direncanakan menggunakan baja profil WF 250 X 125 X 6 X 9 dan kolom dengan baja profil 350 X 175 X 7 X 11.
Kata Kunci : Struktur Baja Komposit; DFBK; Floor Deck
vii
Re-Design Of Ma’had Man 2 Malang With Composite Steel Structure
Abstract
The development of technology in the field of construction that aims to get a strong structure, safe and efficient. In the construction of a building, there are generally two types of material that are popular and commonly used as building construction planning, namely concrete and steel. The use of steel as a building construction material is increasingly developing so that new innovations such as the use of steel are combined with reinforced concrete or can also be called composite steel structures. In composite steel structure buildings take advantage of the superior properties of concrete and steel that work altogether. In this final project will be re-designing the structure of Ma'had MAN 2 Malang by using a composite steel structure. Planned structural components include composite plates, composite beams and steel columns. As for composite plates it is planned to use a floor deck W-1000 and with reinforcement Ø10 – 150 mm as negative reinforcement and Ø8 – 250 mm as shrink reinforcement and with 120 mm thick concrete slabs. Whereas for joists are planned using steel beam profile WF 150 X 100 X 6 X 9. For the main beam it is planned to use profile steel WF 250 X 125 X 6 X 9 and columns with steel profile 350 X 175 X 7 X 11.
Keywords : Composite steel structure; LRFD; Floor Deck
viii DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
SURAT PERNYATAAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
LEMBAR PERSEMBAHAN ... v
Abstrak ... vi
Abstract ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
BAB I ... 1
PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Tujuan ... 4
1.4 Batasan Masalah ... 5
1.5 Manfaat ... 5
BAB II ... 6
DASAR – DASAR TEORI ... 6
2.1 Baja ... 6
2.1.1 Sifat Mekanik Baja ... 7
2.2 Pembebanan ... 10
2.2.1 Beban Mati (Dead Load) ... 13
2.2.2 Beban Hidup ... 15
ix
2.2.3 Beban Angin ... 16
2.2.4 Beban Gempa ... 17
2.2.4.1 Kategori Resiko Bangunan ... 17
2.2.4.2 Periode Fundamental ... 19
2.2.4.3 Koefisien Respons Gempa ... 20
2.2.4.4 Distribusi Vertikal Gaya Gempa ... 20
2.3 Struktur Komposit ... 21
2.3.1 Tegangan Pada Balok Komposit ... 22
2.3.2 Lendutan Pada Struktur Komposit ... 24
2.4 Balok Komposit ... 25
2.4.1 Lebar Efektif Balok Komposit ... 27
2.4.2 Kuat Lentur Balok Pra-Komposit ... 27
2.4.3. Kekuatan Lentur Nominal ... 29
a. Kekuatan Lentur Positif ... 29
b. Kuat Lentur Negatif ... 31
2.4.4. Kekuatan Geser Balok Komposit ... 31
2.5 Kolom Komposit ... 32
2.5.1 Kuat Tarik Nominal ... 33
2.5.2 Panjang Efektif Kolom (KL) ... 34
2.5.3 Kuat Tekan Nominal ... 34
2.6 Deck Baja ... 36
2.6.1 Momen Kapasitas Lentur ... 37
2.6.2 Desain Tulangan Tumpuan ... 39
2.7 Sambungan Geser ... 40
2.8 Sambungan ... 42
x
2.8.1 Sambungan Baut ... 43
a. Jenis Baut ... 44
b. Tahanan Nominal Baut ... 44
c. Kekuatan Tarik dan Geser Baut ... 45
d. Kombinasi Gaya Tarik dan Geser Baut dalam Sambungan Tipe Tumpuan ... 45
2.8.2 Sambungan Las ... 45
a. Jenis Sambungan Las ... 45
b. Tahanan Nominal ... 46
2.9 Plat Dasar Kolom (Column Base Plate) ... 46
2.9.1 Perhitungan Panjang Angkur ... 47
2.9.2 Kategori Plat Dasar Kolom ... 48
BAB III ... 52
METODE PERENCANAAN ... 52
3.1 Lokasi Perencanaan ... 52
3.2 Tahap Persiapan ... 53
3.3 Pengumpulan Data ... 53
3.3.1 Data Teknis Bangunan ... 53
3.3.2 Data Bahan Perencanaan ... 54
BAB IV ... 59
PERENCANAAN STRUKTUR ... 59
4.1. Perencanaan Plat ... 59
4.1.1. Pembebanan Plat Atap ... 61
4.1.2. Pembebanan Plat Lantai ... 61
4.1.3. Penulangan Plat Atap ... 62
xi
4.1.3.1. Perencanaan Momen Positif Plat Atap ... 62
4.1.3.2. Perencanaan Momen Negatif Plat Atap ... 63
4.1.3.3. Perencanaan Tulangan Susut Plat Atap ... 65
4.1.4. Penulangan Plat Lantai ... 65
4.1.4.1. Perencanaan Momen Positif Plat Lantai ... 66
4.1.4.2. Perencanaan Momen Negatif Plat Lantai ... 66
4.1.4.3. Perencanaan Tulangan Susut Plat Lantai ... 68
4.2. Perencanaan Balok Anak & Balok Induk ... 69
4.2.1. Perhitungan Pembebanan Balok Anak ... 69
4.2.2. Pendimensian Balok Anak ... 70
4.2.3. Perencanaan Balok Anak Memanjang ... 71
4.2.4. Perencanaan Balok Anak Melintang ... 78
4.3. Pembebanan Balok Induk dan Portal ... 85
4.4. Perhitungan Pembebanan ... 86
4.4.1. Perhitungan Berat Bangunan ... 86
4.5. Parameter Gempa Sesuai SNI 1726 – 2012 ... 87
4.5.1. Kategori Resiko Bangunan ... 87
4.5.2. Faktor Keutamaan Gempa ... 87
4.5.3. Klasifikasi Kelas Situs ... 88
4.5.4. Parameter Kecepatan Tanah (Ss , S1) ... 88
4.5.5. Faktor Kelas Situs (Fa) ... 89
4.5.6. Parameter Percepatan Desain (SDS) ... 89
4.5.7. Kategori Desain Seismik ... 89
4.5.8. Sistem dan Parameter Struktur (R, Ω0, Cd) ... 90
4.5.9. Koefisien Respon Seismik (Cs) dan Gaya Dasar Seismik (V) ... 90
xii
4.5.10. Distribusi Gaya Gempa Pada Struktur Bangunan ... 91
4.6. Perencanaan Balok Induk ... 95
4.6.1. Perencanaan Balok Induk Pra Komposit ... 95
4.6.2. Perencanaan Balok Induk Post Komposit ... 96
4.7. Perencanaan Kolom ... 100
4.7.1. Perhitungan Kuat Tekan Rencana ... 101
4.7.2. Tegangan Kritis Tekuk – Lentur ... 106
4.7.3. Tegangan Kritis Tekuk Puntir ... 107
4.7.4. Kontrol Kolom Terhadap Tekuk ... 107
4.7.5. Cek Kekompakan Penampang ... 107
4.7.6. Kuat Lentur Penampang Kondisi Plastis ... 108
4.7.7. Perhitungan Interaksi Gaya Aksial dan Momen Lentur ... 108
4.8. Perencanaan Sambungan ... 110
4.8.1. Sambungan Balok Anak – Balok Induk ... 110
4.8.1.1. Pelat Penyambung Atas (Flens Tarik) ... 110
4.8.1.2. Pelat Penyambung Bawah (Flens tekan) ... 111
4.8.1.3. Sambungan Geser Antara Web Balok Anak Dengan Web Balok Induk ... 112
4.8.2. Sambungan Balok Induk – Kolom ... 114
4.8.2.1. Gaya Kopel Internal ... 114
4.8.2.2. Ukuran Pelat yang Digunakan ... 114
4.8.2.3. Sambungan Las Antara Pelat Sambung dengan Balok Induk ... 114
4.8.2.4. Sambungan Baut Antara Pelat Hubung dengan Flens Kolom ... 115
4.9. Perencanaan Base Plate dan Angkur ... 117
xiii
4.9.1. Perencanaan Pelat Landas ... 117
4.9.2. Perencanaan Angkur ... 118
4.9.3. Sambungan Las Pada Base Plate ... 120
BAB V ... 122
PENUTUP ... 122
5.1. Kesimpulan ... 122
5.2. Saran ... 123
DAFTAR PUSTAKA ... 124
LAMPIRAN ... 125
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Hubungan Tegangan – Regangan Tipikal ... 7
Gambar 2. 2 Diagram Tegangan – Regangan yang Diperbesar ... 8
Gambar 2. 3 Diagram Regangan Balok Komposit... 22
Gambar 2. 4 Penampang Balok Komposit ... 26
Gambar 2. 5 Perbandingan Reaksi Balok Komposit dan Non-komposit ... 26
Gambar 2. 6 Lebar Efektif Balok Komposit (Agus Setiawan, 2008) ... 27
Gambar 2. 7 Kuat Lentur Nominal yang Jatuh Pada Plat Beton ... 29
Gambar 2. 8 Kolom Komposit ... 33
Gambar 2. 9 Penampang Melintang Deck Baja Gelombang ... 37
Gambar 2. 10 Diagram Tegangan Plat Komposit ... 39
Gambar 2. 11 Letak Penghubung Geser Pada Balok Komposit ... 41
Gambar 2. 12 Sambungan Pada Baja ... 43
Gambar 2. 13 Penampang Column Base Plate ... 46
Gambar 2. 14 Penampang Plat Dasar Kolom Kategori A ... 48
Gambar 2. 15 Penampang Plat Dasar Kategori B ... 49
Gambar 2. 16 Penampang Plat Dasar Kategori C ... 50
Gambar 2. 17 Penampang Plat Dasar Kategori D ... 51
Gambar 3. 1 Lokasi Pekerjaan ... 52
Gambar 3. 2 Diagram Alir Perencanaan ... 56
Gambar 4. 1 Denah Rencana Floor Deck Lantai 2 - 4 ... 59
Gambar 4. 2 Denah Rencana Floor Deck Atap ... 60
Gambar 4. 3 Penampang Floor Deck ... 60
Gambar 4. 4 Hasil Perhitungan Statika Plat Atap ... 62
Gambar 4. 5 Diagram Tegangan Regangan Momen Positif Plat Atap ... 63
Gambar 4. 6 Diagram Tegangan Regangan Momen Negatif Plat Lantai ... 65
Gambar 4. 7 Penulangan Plat Atap ... 65
Gambar 4. 8 Hasil Perhitungan Statika Plat Lantai... 65
Gambar 4. 9 Diagram Tegangan Regangan Momen Positif Plat Lantai ... 66
Gambar 4. 10 Diagram Tegangan Regangan Momen Negatif Plat Lantai ... 68
xv
Gambar 4. 11 Penulangan Plat Lantai ... 68
Gambar 4. 12 Denah Pembalokan Lantai 2 – 5 ... 70
Gambar 4. 13 Momen Balok Anak Memanjang Pra Komposit ... 71
Gambar 4. 14 Momen Balok Anak Memanjang Post Komposit ... 71
Gambar 4. 15 Gaya Geser Balok Anak Memanjang Post Komposit ... 72
Gambar 4. 16 Distribusi Tegangan Plastis ... 73
Gambar 4. 17 Distribusi Tegangan Akibat Momen Negatif ... 75
Gambar 4. 18 Perencanaan Shear Stud Balok Anak Memanjang ... 76
Gambar 4. 19 Momen Balok Anak Melintang Pra Komposit ... 78
Gambar 4. 20 Momen Balok Anak Melintang Post Komposit ... 78
Gambar 4. 21 Gaya Geser Balok Anak Melintang Post Komposit ... 79
Gambar 4. 22 Distribusi Tegangan Plastis ... 80
Gambar 4. 23 Distribusi Tegangan Akibat Momen Negatif ... 81
Gambar 4. 24 Perencanaan Shear Stud Balok Anak Melintang... 83
Gambar 4. 25 Respons spectrum design ... 88
Gambar 4. 26 Gempa maksimal yang dipertimbangkan risiko – target (MCER) .. 88
Gambar 4. 27 Distribusi Gaya Lateral Bangunan ... 92
Gambar 4. 28 Pembebanan Struktur ... 94
Gambar 4. 29 Portal Melintang Bangunan ... 101
Gambar 4. 30 Nomogram Faktor Tekuk Untuk Komponen Struktur Bergoyang102 Gambar 4. 31 Portal Memanjang Bangunan ... 103
Gambar 4. 32 Panjang Tekuk Untuk Beberapa Kondisi Perletakan ... 104
Gambar 4. 33 Sambungan Balok Anak – Balok Induk ... 111
Gambar 4. 34 Sambungan Balok Induk – Kolom ... 114
Gambar 4. 35 Detail Sambungan Kolom – Pondasi ... 119
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Tabel Mutu Baja... 10
Tabel 2. 2 Daftar Berat Sendiri Material Bangunan ... 13
Tabel 2. 3 Beban Hidup Pada Lantai Gedung ... 15
Tabel 2. 4 Tekanan Angin Berdasarkan Ketinggian Bangunan ... 16
Tabel 2. 5 Kategori Resiko Bangunan Gedung dan Non Gedung ... 18
Tabel 2. 6 Faktor Keutamaan Gempa ... 19
Tabel 2. 7 Lendutan Izin Maksimum ... 24
Tabel 2. 8 Nilai Batasan Kelangsin gan Profil WF (SNI 1729 – 2015) ... 27
Tabel 2. 9 Nilai Rg dan Rp ... 42
Tabel 2. 10 Tipe – Tipe Baut ... 44
Tabel 3. 1 Data Bahan Material ... 55
Tabel 4. 1 Data Bahan Material Floor Deck ... 63
Tabel 4. 2 Rekapitulasi Perhitungan Penulangan Plat Atap & Plat Lantai ... 68
Tabel 4. 3 Kategori Resiko Bangunan Gedung ... 87
Tabel 4. 4 Faktor Keutamaan Gempa ... 87
Tabel 4. 5 Parameter respons spectral perencanaan gempa (MCER) ... 89
Tabel 4. 6 Kategori desain seismic ... 89
Tabel 4. 7 Sistem penahan gaya seismik ... 90
Tabel 4. 8 Gaya gempa lateral tiap tingkat ... 91
Tabel 4. 9 Distribusi Gaya Gempa Pada Portal ... 92
Tabel 4. 10 Distribusi Gaya Gempa Sumbu – Z Pada Portal ... 93
Tabel 4. 11 Distribusi Gaya Gempa Lateral Sumbu – X Pada Portal ... 93
Tabel 4. 12 Uraian Nilai Momen dan Geser yang Bekerja Pada Struktur Pra Komposit ... 94
Tabel 4. 13 Uraian Nilai Momen dan Geser yang Bekerja Pada Struktur Post .... 94
Tabel 4. 14 Uraian Hasil Analisa Gaya – Gaya Pada Kolom ... 100
Tabel 4. 15 Data Bahan Sambungan ... 108
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 ... 128
LAMPIRAN 2 ... 129
LAMPIRAN 3 ... 130
LAMPIRAN 4 ... 131
LAMPIRAN 5 ... 132
LAMPIRAN 6 ... 133
LAMPIRAN 7 ... 134
124
DAFTAR PUSTAKA
Badan Standarisasi Nasional, (2015). SNI 1729:2015. Spesifikasi untuk Bangunan Gedung Baja Struktural. Jakarta: Badan Standarisasi Nasional.
Badan Standardisasi Nasional, (2012). SNI 1726:2012. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.
Badan Standardisasi Nasional, (2013). SNI 1727:2013. Beban Minimum untuk Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur Lain, Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.
Bowles, Joseph E., 1985. Disain Baja Konstruksi, Erlangga, Jakarta.
Dewobroto, Wiryanto. (2016). Struktur Baja Perilaku, Analisis & Desain – AISC 2010, Tangerang: Teknik Sipil UPH.
Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan, (1983). PPIUG. Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung, Bandung: Pertama (Stensil).
Ghali, A. dan Neville, A. M., 1990. Analisa Struktur Gabungan Metode Klasik dan Matriks, Erlangga, Jakarta.
Horne, M. R. and L. J. Morris, 1981. Plastic Design of Low – Rise Frames, Granada Publishing, Great Britain.
Muto, Kiyoshi, 1987. Analisis Perancangan Gedung Tahan Gempa, Erlangga, Jakarta.
Oentoeng, 1999. Konstruksi Baja, LPPK Universitas Kristen Petra Surabaya &
ANDI, Yogyakarta.
Potma, A. P. dan J. E. de Vries., 1994. Konstruksi Baja Teori, Perhitungan, dan Pelaksanaan, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
Salmon, Charles G. & John E. Johnson., 1994. Struktur Baja Disain dan Perilaku, Erlangga, Jakarta.
Segui, William T., 1994. LRFD Steel Design, PWS Publishing, USA.
Setiawan, Agus. (2008). Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD, Jakarta: Erlangga.
Mahasiswa/i atas nama,
Nama : Allen Winmall Purwadi NIM : 201310340311163
Telah dinyatakan memenuhi standar maksimum plagiasi dengan hasil,
BAB 1 3 % ≤ 10%
BAB 2 10 % ≤ 25%
BAB 3 19 % ≤ 35%
BAB 4 12 % ≤ 15%
BAB 5 5 % ≤ 5%
Naskah Publikasi 17 % ≤ 20% Malang, 01 Juli 2020
Surat keterangan ini digunakan untuk mendaftar
sidang Tugas Akhir khusus Wisuda Periode III 2020 Amalia Nur Adibah SURAT KETERANGAN LOLOS PLAGIASI
