DESAIN STRUKTUR BAJA BANGUNAN PERKANTORAN DENGAN METODE LRFD STRUCTURE DESIGN OF OFFICE BUILDING WITH LRFD METHOD

(1)

133

DESAIN STRUKTUR BAJA BANGUNAN PERKANTORAN DENGAN METODE LRFD

STRUCTURE DESIGN OF OFFICE BUILDING WITH LRFD METHOD

Aqila Sindriatama Adhiono*¹, Sugeng Wijanto, Ade Okvianti Irlan.

Jurusan Teknik Sipil, Universitas Trisakti, Jakarta

*e-mail: sindriatama@yahoo.com

ABSTRAK

Pembangunan gedung bertingkat merupakan solusi alternatif yang dapat dilakukan untuk mengatasi masalah keterbatasan ketersediaan lahan. Pembangunan gedung perkantoran bertingkat akan dapat meningkatkan kapasitas kebutuhan ruang akhir-akhir ini. Tugas Akhir ini akan membahas bagaimana cara mendesain bangunan perkantoran menggunakan struktur baja. Tujuan dari perancangan struktur ini adalah dapat menghasilkan struktur baja pada bangunan perkantoran yang tahan terhadap gempa. Perancangan ini mengacu pada draft “Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung” (RSNI3 1726:201X) dan

“Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung” (SNI 1729:2015) serta menggunakan metode LRFD. Bangunan terdiri dari 6 lantai berdiri diatas tanah lunak di Jakarta.

Sistem penahan gempa untuk bangunan perkantoran ini adalah Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK).

Kata kunci : LRFD, RSNI3 1726:201X, SRPMK, Struktur Baja.

ABSTRACT

High rise building construction is an alternative solution that can be done to the problem of limited land availability. The construction of high-rise office buildings will be able to increase the capacity of space requirements lately. This Final Project will discuss how to design office buildings using steel structures. The purpose of this structural design is to produce steel structures in office buildings that are earthquake resistant. This design refers to the draft "Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung" (RSNI3 1726: 201X) and "Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung" (SNI 1729:

2015) and using the LRFD method. The building consists of 6 floors standing on soft ground in Jakarta. The earthquake retaining system for office buildings is the Special Moment Resisting Frame System (SRPMK).

Keywords: LRFD, RSNI3 1726:201X, SRPMK, Steel Structure.

A. PENDAHULUAN

A1. LATAR BELAKANG

Solusi alternatif yang dapat dilakukan untuk mengatasi keterbatasan lahan di Kota Jakarta adalah pembangunan gedung bertingkat. Dalam mewujudkan penyediaan suatu gedung perkantoran, dilakukan terlebih dahulu perencanaan struktur bangunan oleh seorang perencana. Didalam perencanaannya, seorang perencana harus professional, selain

bertanggung jawab juga dituntut agar dapat membuat perencanaan struktur bangunan tingkat tinggi yang tahan terhadap gempa. Salah satu tahapan penting dalam perencanaan suatu struktur bangunan adalah pemilihan jenis material yang akan digunakan (Setiawan, 2013). Material baja dipilih karena sangat baik digunakan sebagai bahan utama suatu struktur bangunan karena baja secara alami memiliki kekuatan tinggi, relatif kaku, dan daktail

(2)

134 dibandingkan dengan material lainnya. Selain

itu material baja dapat menghasilkan bangunan yang relatif ringan karena baja memiliki berat sendiri struktur yang lebih ringan dibandingkan dengan struktur beton bertulang.

A2. RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana merancang struktur baja gedung perkantoran yang tahan gempa di daerah Jakarta.

2. Bagaimana menggambar detail sambungan struktur baja hasil perencanaan ke dalam Construction Drawing.

A3. TUJUAN PERANCANGAN

Tujuan dilakukannya perancangan struktur baja pada bangunan perkantoran 6 lantai di Jakarta ini adalah: (a) dapat merancang struktur baja pada bangunan perkantoran yang mengacu pada RSNI3 1726:201X dan SNI 1729:2015.

(b) dapat menggambar detail sambungan struktur baja hasil perancangan ke dalam Construction Drawing.

A4. MANFAAT PERANCANGAN

Perancangan ini diharapkan dapat memberikan informasi yang lebih detail mengenai tahapan perancangan bangunan struktur baja tahan gempa yang mengacu pada peraturan RSNI3 1726:201X tentang Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung, SNI 1727:2013 tentang Beban minimum untuk perancangan bangunan gedung dan struktur lain, dan SNI 1729:2015 tentang Spesifikasi untuk bangunan gedung baja struktural dengan menggunakan software ETABS.

B. METODOLOGI PERANCANGAN

Gambar 1. Diagram alir perancangan B.1 Data Dan Variabel

Gambar 2. Denah dan potongan bangunan Bangunan ini direncanakan: (1) memiliki fungsi sebagai perkantoran dengan kategori resiko II dan faktor keutamaan gempa (Ie:1,0).

(2) Lokasi di Kota Jakarta. (3) Jumlah Lantai : 6 lantai. (4) Panjang = 30 m. (5) Lebar = 30 m.

(6) Jenis

atap : Dak beton. (7) Kelas situs : Tanah lunak

(3)

135 (SE). (8) Material properties : Mutu Baja

(BJ37, Fy = 240 MPa) dan Mutu Beton (f’c = 30 MPa). (9) Berdasarkan perhitungan preliminary design didapat: Pelat Steel Deck 1,0 BMT; Tebal pelat lantai 140 mm, Balok induk (IWF 600x300x20x12), Balok anak (IWF 400x200x13x8), Kolom (King Cross KC588x300x20x12).

B.1 Analisis Gaya Gempa Penentuan Perioda Bangunan Ct = 0,0724; x = 0,8; Cu = 1,4

Ta = Ct.hnx = 0,920 detik → Batas Bawah T = Cu.Ta = 1,288 detik → Batas Atas TETABS = 1,412 detik (TETABS > Cu.Ta) Periode yang digunakan : T = 1,288 detik Penentuan Koefisien Respons Seismik Cs = ^S^DS

(_Ie^R) = ^S^DS

(_Ie^R) = ^0,644

(_1,0⁸) = 0,081 Cs max = ^S^D1

T(_Ie^R) = ^0,560

1,288 (⁸

1,0) = 0,054

Cs min = 0,044SDSIe ≥ 0,01→ 0,028 ≥ 0,01 Cs min < Cs > Cs max → dipakai Cs = 0,054 Berat Seismik Efektif

W= 3.694.695,99 kg = 36.244,968 kN Gaya Geser Dasar (Base Shear) V = Cs W = 1.969,292 kN (VBASE STATIK)

Pembebanan Gempa Dinamik Respons Spektra

Gambar 3. Diagram Spektrum Respons Desain

V BASE DINAMIKSPEC X : 1.504,671 kN V BASE DINAMIKSPEC Y : 1.693,304 kN

VBASE DINAMIK < 100% VBASE STATIK, sehingga beban gempa harus dikalikan dengan:

Faktor skala arah X = ^1.969,292_1.504,671 ≈ 1,309

Faktor skala arah Y = ^1.969,292_1.693,010 ≈ 1,163 Kontrol Desain (simpangan antar lantai)

Simpangan antar lantai dibatasi 0,020hsx.

Gambar 4. Grafik perbandingan simpangan antar lantai

C. ANALISIS PERHITUNGAN

C.1 Perencanaan Balok Induk Komposit Perencanaan Kuat Lentur

- Cek penampang:

λ = ^h_t²

w = ⁴⁹²

12 = 41

λp = 3,76√_Fy^E = 3,76√^200.000₂₄₀ = 108,542 ( λ ≤ λp) → Momen Plastis

- Menentukan lebar efektif (be), diambil nilai terkecil dari:

 ¹

8 x 10.000 +¹

8 x 10.000 = 2.500 mm → use

 ¹

2 x 7.500 + ¹

2 x 7.500 = 7.500 mm - Menentukan kadar aksi komposit:

C = 0,85 f’c A= 5.673.750 N T = Fy As = 4.620.000 N → use - Menentukan letak PNA : 𝑎 = _{0,85 f '}^c

c be = 28,988 mm < tc = 89 mm Sumbu netral plastis terletak pada pelat beton.

- Menghitung jarak dari PNA ke serat paling atas sayap,Y1

Y1 = Yc = tc = 89 mm Y2 = Yc – ¹

2𝑎 = 89 – ¹₂ (28,988)= 74,506 mm Mn = Mp = FyAs (Y2 + ¹

2 d) = 1.702,498 kNm ϕM_n ≥ M_u ETABS

1.532,248 kNm ≥ 433,731 kNm OK

Menentukan Jumlah, Spasi Shear Connector - Menghitung kuat 1 buah shear connector Diameter shear connector = ds = 19 mm Asa = ¹

4 πds2=¹

4 π 19² = 283,529 mm²

(4)

136 Fu = 550 MPa

Ec = 4.700√f'c = 4.700 √30 = 25.742,960 MPa Rg = 1 dan Rp = 0,6

Qn= 0,5 x A_sa x √f'_c x E_c ≤ R_g x R_p x A_sa x F_u Qn=124.582,591 N > 93.564,57 N

→ Qn yang digunakan adalah 93.564,57 N n = _Qn^c =0,4 x 4.620.000

93.564,57 = 19,75 ≈ 21 buah Jarak shear connector

Maximum 8tp=1.120 mm Minimum (6 ds=114mm) s = ^10.000

21 = 476,190 mm → dipakai s = 450 mm - Menghitung Inersia transformasi

Ec = 4700√f'c = 4700 √30 = 25.742,960 MPa n = ^E_E^s

c = 25.742,960 ^200.000 = 7,77

Ac = tc x be = 89 x 2.500 = 222.500 mm² Ac transformasi = ^A_n^c = ^222.500_7,77 = 28.635,779 mm² Ic = ₁₂¹ be tc3 = 146.868.541,7 mm⁴

Is = 181.000 cm⁴= 1.810.000.000 mm⁴ Itransformasi = 3.703.286.156 mm⁴

Iactual = 0,75 x Itransformasi = 2.777.464.617 mm⁴ - Pemeriksaan Lendutan

qDL = 24 kN/m³ x 0,14 x 2,5 = 8,4 kN/m qLL = 2,5 kN/m² x 2,5 = 6,25 kN/m Lendutan izin (∆) = ₂₄₀^L = 41,667 mm

∆ (DL+ LL) = ^{5 (q}_{384 E I}^DL^{+ q}^LL^{) L}⁴

actual = 3,434mm

∆Total = 3,434 mm < 41,667 mm OK

C.2 Perencanaan Balok Anak Komposit λ = 42,75; λp = 108,542( λ ≤ λp) Plastis be =1.875 mm → dipakai

C = 0,85 f’c A= 5.474.531,25 N T = Fy As = 2.018.880 N → dipakai 𝑎 =16,889 mm < tc = 114,5 mm

Sumbu netral plastis terletak pada pelat beton.

Y1 = Yc = tc = 89 mm Y2 = 74,506 mm

Mn = Mp = 617,888 kNm ϕM_n≥ M_u ETABS 556,099 kNm ≥ 120,769 kNm OK Rg = 1 dan Rp = 0,75

Qn= 124.582,591 N > 116.955,713 N

→ Qn yang digunakan adalah 116.955,713 N

n = _Qn^c = 6,905 ≈ 7 buah

s = ^7.500₇ = 1.071,426 mm (s = 1.000 mm) Ac = 214.687,5 mm²

Ac transformasi = 27.630,309 mm² Ic = 234.550.566,4 mm⁴ Is = 237.000.000 mm⁴

Itransformasi = 987.108.681,7 mm⁴

Iactual = 0,75 x Itransformasi = 740.331.511,3 mm⁴

∆ (DL) = 2,337 mm

∆ (ADL+ LL) = 3,130 mm

∆Total = 5,467 mm < 41,667 mm OK

C.3 Perencanaan Kolom Pemeriksaan Kelangsingan

- Mencari nilai batas kelangsingan (rmin): rmin = √^I_A^min = 181,6 mm

KL

rmin< 200 → 22,026 < 200 OK Pemeriksaan Kuat Tekan Nominal Kontrol penampang profil:

-Pelat sayap 𝜆 = _2t^b^f

f = _{2 x 20}³⁰⁰ = 7,5 λp = 0,56√_F^E

y = 0,56 √^200.000₂₄₀ = 16,166 ( λ ≤ λp) → penampang tidak langsing -Pelat badan

λ = ^h_t²

w = ⁴⁹²₁₂ = 41 λp = 1,49√_F^E

y = 1,49√^200.000₂₄₀ = 43,013 ( λ ≥ λp) → penampang tidak langsing o Pemeriksaan terhadap Tekuk Lentur:

KL

r ≤ 4,71√_Fy^E → 22,026 ≤ 135,966 OK Fe = ^π

2E (^KL_r)²

= 4.068,726 MPa

Fcr = [0,658 ^F^F^y^e] Fy = 234,147 MPa

o Pemeriksaan terhadap Tekuk Torsi dan Tekuk Torsi-Lentur

G = 77.200 MPa (modulus geser dari baja) J = ∑¹

3b_it_i³= 1.927.168 mm⁴ h_o= 588 - (2 × tf

2 ) = 568 mm

(5)

137 Cw = ^I^y^h^o

2

4 = 1,069 x 10¹⁴ mm⁶ Ix + Iy = 259.605 x10⁴ mm⁴ Fe = [ π²E Cw

(Kz L)² + GJ] 1 Ix+Iy

Fe = 5.137,434 MPa

Fcr = [0,658^F^F^y^e] Fy = 235,353 MPa

Kemudian dipilih nilai Fcr yang terkecil yaitu terhadap Tekuk Lentur

Fcr = 234,147 MPa

ϕPn = ϕc × Fcr ×Ag = 8.113,194 kN Pu ETABS = 5.098,207 kN dari ϕPn ≥ Pu

8.113,194 kN ≥ 5.098,207 kN OK Pemeriksaan Kekuatan Lentur Nominal Kontrol penampang terhadap tekuk lokal -Pelat sayap

λ = _2t^b^f

f = _{2 x 20}³⁰⁰ = 7,5 λ_p= 0,38√_F^E

y= 0,38 ×√^200.000₂₄₀ = 10,969 λ ≤ λp (penampang kompak)

-Pelat badan λ = ^h_t²

w = ⁴⁹²₁₂ = 41 λp = 3,76√_F^E

y = 3,76 x √^200.000₂₄₀ = 108,542 λ ≤ λp (penampang kompak)

Fy = 240 MPa

Z_x = 4.320,4 ×10³ mm³

Mn = Mp= F_yZ_x =1.036,896 kNm ϕMn ≥ Mu

933,204 kNm ≥ 432,441 kNm OK Persamaan Interaksi Aksial Momen A_g= 38.500 mm²

P_c=ϕ_tPn =ϕ_tF_yA_g = 8.316 kN P_r = P_u dari ETABS = 5.098,207 kN M_cx= ϕ_bMn = ϕ_bF_yZ_x = 933,206 kNm M_cy = ϕ_bM_n= ϕ_bF_yZ_y = 954,612 kNm Mrx dari ETABS = 267,176 kN Mry dari ETABS = 0,040 kN karena ^P_P^r

c > 0,2

Pr

Pc+ ⁸

9(^M_M^rx

cx+^M^ry

Mcy) ≤ 1,0 → 0,867 ≤ 1,0 OK C.4 Perencanaan Pelat Komposit Pembebanan Pelat

qDL + qSIDL = 2,748 + 0,092 + 2 = 4,84 ≈ 5 kN/m qLL = 2,5 kN/m

qu = 1,2 (qDL + qSIDL) + 1,6 (qLL) = 10 kN/m Mu = ¹₈ x qu x l²= ¹₈ x 10 x 2,5²= 7,813 kNm Perencanaan Kuat Lentur Penampang Komposit

Maka, K = ^K_K³

1 = _1,55^1,4 = 0,903 ≤ 1,0 (OK) ρ = _{b d}^A^s = 1000 x 114,5 ^1.143,75 = 0,0099

Ec = 4700√f'c = 4700 √30 = 25.742,960 MPa n = ^E_E^s

c = ^200.000

25.742,960 = 7,77 ycc = d {√2ρn + (ρn)² - ρn}

ycc = 36,958 mm ≤ hc = 89 mm OK ycs = d - ycc = 114,5 – 36,958 = 77,542 mm Isf = 526.562,50 mm⁴

Icr = _{3 n}^b ycc3 + As ysc2 + Isf

Icr = 9.588.970,531 mm⁴ My = _(h-y^F^y^I^cr

cc) = 550 x 9.588.970,531

(140 - 36,958) = 51,182 kNm ϕs Mno = ϕs K My = 39,285 kNm ≥ 7,813 kNm Pemeriksaan Terhadap Lendutan Masa Layan

ycc = ^{0,5 b h}^c

2+n As d+Wr dd (h - 0,5 dd)^b

Cs

b hc +n As + Wr dd b Cs

= 61,434 mm ycs = d - ycc = 114,5 - 61,434 = 53,066 mm Iu = ^{b h}^c

3

12 n+^{b h}_n^c(ycc – 0,5hc) ²+Isf+AsYcs2+^W_{n C}^r^{b d}^d

s [^d₁₂^d²+(h - ycc - 0,5 dd)²]

Iu = 22.213.102,98 mm⁴= 22,213 mm⁴ Id = ^I^cr^{+ I}₂ ^u = 15.901.036,76 mm⁴→ Iactual

Lendutan izin (∆) = ₂₄₀^L = ^2.500₂₄₀ = 10,417 mm

∆ (SIDL + DL) = ^{5 (q}_{384 E I}^{DL+ SIDL}^)L⁴

actual = 0,799 mm

∆ (LL) = _{384 E I}^{5 (q}^LL^{) L}⁴

actual = 0,399 mm

∆Total= 1,198 mm < 10,417 mm → OK

Fy tulangan ulir = 400 MPa

Asmin = 0,0018 x b x d = 206,1 mm²

Gunakan Diameter tulangan rencana = 10 mm A_s' 1 tulangan = 1 4⁄ πd²= 78.539 mm²

As min

As = _78.539^206,1 = 2,624 ≈ 4 buah tulangan (4D10, As = 314,156 mm²) → (As >Asmin OK) Jarak antar tulangan ^{1.000 mm}₄ = 250 mm

(6)

138 Sehinga didapat (4D10-250 mm)

→ Konversi ke wiremesh

Mutu tulangan besi wiremesh, Fyw = 500 MPa Asreq wiremesh = As x _F^F^y

yw = 251,325 mm²

→ Coba gunakan wiremash M9-150mm As = 1 4⁄ πd²= 1 4⁄ × π × 9²= 63,617 mm²

As’ x ^1.000₁₅₀ = 424,113 mm²> Asreq wiremesh OK

C.5 Perencanaan Sambungan

Sambungan Balok Induk dengan Balok Anak

Gambar 5. Potongan A-A sambungan balok induk dengan balok anak

Sambungan Balok Induk dengan Kolom

Gambar 6. Pototngan D-D sambungan balok induk dengan kolom

Sambungan Beam Splices

Gambar7. Detail sambungan beam splices Sambungan Column Splices

Gambar 5. Potongan C-C sambungan column splices

Sambungan Kolom dengan Base Plate

Gambar 8. Tampak atas sambungan kolom dengan base plate

D. KESIMPULAN

Setelah melakukan analisa perhitungan pada perancangan struktur baja yang mengacu pada SNI 1729:2015 pada gedung perkantoran 6 lantai yang terletak di Kota Jakarta maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

a) Balok Induk menggunakan profil IWF 600x300x20x12 dengan shear connector Ø 19 mm sebanyak 21 buah.

b) Balok Anak menggunakan profil IWF 400x200x13x8 dengan shear connector Ø 19 mm sebanyak 7 buah.

c) Pelat Komposit tebal 140 mm menggunakan bondek Lysaght Smartdeck dengan tebal 1,0 BMT.

d) Kolom menggunakan profil KC 588x300x20x12.

e) Sambungan:

- Balok induk dengan balok anak menggunakan baut M20 mutu

(7)

139 A325MN dengan pelat penyambung

Equal Angle ∟100x100 tebal 10 mm.

- Balok dengan kolom menggunakan baut M24 mutu A325MN dengan pelat pengaku tebal 20 mm.

- Beam splice menggunakan baut M24 mutu A325MN dengan pelat penyambung tebal 20 mm untuk flange dan 12 mm untuk web.

- Column splice menggunakan baut M20 mutu A490MN dengan pelat penyambung tebal 20 mm untuk flange dan 12 mm untuk web.

- Kolom dengan Base Plate menggunakan tebal base plate 55 mm dan baut angkur Ø 22 mm.

DAFTAR PUSTAKA

Aghayere, Abi.&Vigil, Jason. (2009).

Structural Steel Design, A practiced Oriented Approach. New Jersey : Pearson International.

American National Standards Institute/Steel Deck Institute. (2017). Composite Steel Floor Deck.

Badan Standardisasi Nasional. (2013). SNI 1727:2013 Beban minimum untuk perancangan bangunan gedung dan struktur lain. Jakarta: BSN.

Badan Standardisasi Nasional. (2015). SNI 1729:2015 Spesifikasi untuk Bangunan Gedung Baja Struktural. Jakarta: BSN.

Badan Standardisasi Nasional. RSNI3 1726:201X. Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung.

Jakarta: BSN.

Dewobroto, W. (2015). Struktur Baja Edisi ke- 2. Jakarta: Penerbit Jurusan Teknik Sipil UPH.

Lysahgt. (2016). Structural Steel Decking Design and Construction Guide For Building Professionals.

PT. Gunung Garuda. (2017). Catalogue Product Profil Konstruksi Baja.

Jakarta: PT. Gunung Garuda.

Setiawan, A. (2013). Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD-Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga.