Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo 109
ANALISIS KEKUATAN SAMBUNGAN STRUKTUR BAJA DENGAN
STRUKTUR BETON (STUDI KASUS : PEMASANGAN STRUKTUR
BAJA UNTUK LIFT MENARA PONPES WALI BAROKAH KEDIRI)
Novi Asniar 1), Hendramawat Aski Safarizki 2)
1Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Perjuangan Tasikmalaya asniarnovi78@gmail.com
2Program Studi Teknik Sipil, Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo hendra.mawat@gmail.com
ABSTRAK
Menara Ponpes Wali Barokah, Kota Kediri berdiri di atas gedung 4 lantai dan memiliki ketinggian 93,5 m. Untuk menambah fungsinya maka direncanakan akan dipasang lift berkapasitas 800 kg (11 orang) dari elevasi +15.95 m sampai +62.00 m. Sebagai struktur lift digunakan struktur baja H-200 untuk kolom, WF-250 untuk balok dan WF-150 untuk bracing/pengaku. Antara struktur baja (struktur lift) dengan struktur beton bertulang (struktur menara) dipasang sambungan dengan menggunakan sapot baja WF-250, chemical concrete dan baut 45/8" dengan Ld 15mm. Sambungan balok baja ke struktur lama dimodelkan sebagai sendi dan tumpuan kolom bawah rangka lift dimodelkan sebagai jepit. Analisis dilakukan dengan menggunakan program SAP2000 dengan menggunakan acuan LRFD 1993. Dari hasil analisis, perpindahan pada sambungan besarnya 0,00 m menunjukkan titik sambungan sangat kaku dan tidak terjadi perpindahan. Dengan demikian tidak terjadi kerusakan pada beton lama akibat perpindahan rangka baja.
Kata Kunci : lift, struktur baja, struktur beton, sambungan, perpindahan
PENDAHULUAN
Menara berasal dari bahasa Persia, menare yaitu bangunan yang berasal dari timur tengah yang biasanya memiliki pusat ruangan dengan langit-langit tinggi atau kubah sehingga memungkinkan panas terkumpul dan mengalir ke atas dan membiarkan udara dingin di lantai bawah memungkinkan untuk sistem penyejuk udara alami. Seiring berjalannya waktu, menara ini biasanya mendampingi sebuah bangunan masjid atau gereja, dimana pada masjid berfungsi untuk menyimpan pengeras suara yang digunakan untuk mengumandangkan adzan, sedangkan pada gereja berfungsi untuk menyimpan lonceng yang biasa dibunyikan pada waktu-waktu tertentu. Menara masjid atau gereja biasanya dibangun dengan ketinggian yang melebihi tinggi bangunan masjid atau gereja sehingga memiliki fungsi lain yaitu sebagai penanda lokasi dari masjid atau gereja tersebut.
Karena memiliki ketinggian yang cukup tinggi, menara biasanya dilengkapi dengan tangga sebagai alat transportasi vertikal. Bahkan terdapat beberapa menara yang dilengkapi dengan elevator guna mengangkut orang dari lantai dasar menara ke
110 Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo puncaknya. Salah satunya adalah menara yang berada di Pondok Pesantren Wali Barokah Kota Kediri, Jawa Timur. Menara ini telah dibangun dan memiliki ketinggian 107,5 m.
Pada saat dibangun menara ini belum dilengkapi dengan alat transportasi vertikal sehingga tidak ada akses menuju puncak menara. Direncanakan penambahan lift atau elevator dari elevasi 18 m sampai 87 m untuk bisa mengakses puncak menara dengan struktur rangka baja sebagai ruang lift.
Elevator yang merupakan salah satu transportrasi vertikal biasanya digunakan pada gedung bertingkat tinggi yang lebih dari tiga atau empat lantai, karena kemampuan orang untuk naik turun dalam menjalankan tugas maupun aktifitasnya rata-rata hanya mampu diakukan sampai 4 lantai.
Pada dasarnya elevator harus ditunjang dengan struktur yang memberikan keamanan dalam perjalanannya. Pada gedung bertingkat tinggi biasanya menggunakan core-wall yang juga berfungsi sebagai struktur inti gedung tersebut. Konstruksi core-wall memiliki bentuk penampang yang bermacam-macam, ada yang berbentuk kotak tunggal, kotak banyak, serta bentuk penampang lainnya seperti O, Δ, Ε, dll. Pada umumnya struktur core-wall dapat terbuat dari material seperti baja, beton bertulang, dan juga komposit.
Untuk bangunan yang memiliki ruang terbatas, struktur bracing baja menjadi pilihan yang paling tepat untuk core-wall. Untuk menahan gaya lateral, struktur bracing baja dapat memberikan kekakuan yang cukup dan dari segi biaya lebih murah dibandingkan struktur rangka momen.
Pemanfaatan struktur komposit baja-beton sudah sangat banyak digunakan pada strukutur modern. Struktur komposit baja-beton memiliki berbagai kelebihan, yang diantaranya adalah penghematan berat profil baja, pengurangan penampang baja, meningkatkan kekakuan pelat lantai, meningkatkan kapasitas pemikul beban dan dapat menambah panjang bentang layan (Muharam, Wahyuni and Iranata, 2017).
Sistem rangka bracing penahan tekuk dengan konfigurasi zigzag yang digunakan untuk memudahkan koneksi baja ke beton. Betdasarkan hasil pengujian dengan model numerik analisis dinamik nonlinier menunjukkan bahwa rangka bracing penahan tekuk dengan konfigurasi zigzag efisien dalam mengurangi respon bangunan (Qu et al., 2015).
Respon struktur akan memiliki niali berbeda antara satu dan lainnya. Portal beton bertulang, struktur baja, dan struktur baja dengan pengaku bracing akan memiliki nilai rasio simpangan antar lantai pada masing- masing model struktur yang berbeda-beda. Penelitian menunjukkan bahwa model struktur baja menggunakan bracing rmerupakan
Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo 111 model struktur yang efektif, karena displacement dan gaya dalam elemen struktur yang lebih kecil dibandingkan model struktur portal beton dan struktur portal baja dalam menahan beban gempa (Agus and Syafril, 2016).
Bracing penahan tekuk dapat digunakan secara efektif sebagai peredam untuk menghilangkan energi input seismik, terutama ketika digunakan sebagai sendi di dalam bracing dalam portal. Panjang baja bracing penahan tekuk dapat memiliki efek signifikan pada perilaku keseluruhan struktur karena secara langsung memengaruhi disipasi energi elemen strukutur (Mirtaheri et al., 2011).
Faktor lekatan (adhesi) antara beton dan permukaan tulangan merupakan faktor utama dalam kekuatan struktur beton bertulang. Daya lekat akan dipengaruhi oleh kualitas dari beton itu sendiri. Nilai tegangan lekat akan diperkuat dengan terjadinya keruntuhan lekatan (bond stress failure) pada benda uji. Keruntuhan lekatan (bond stress failure) ditandai dengan terjadinya retak beton arah melintang (transverse failure) dan retak beton arah memanjang (splitting failure) pada benda uji. Hal ini juga menunjukkan bahwa nilai tegangan lekat antara tulangan baja dan beton (µ) pada kuat tekan beton (f’c) 40 MPa dengan menggunakan tulangan ulir D 16 mm, nilainya lebih besar daripada nilai tegangan putus/tarik beton (fct) (Tumiwa et al., 2016).
Kinerja bangunan dapat ditingkatkan dengan penambahan bracing baja sebagai perkuatan seismik. Dengan analisis pushover nonlinear pada struktur denga bracing baja didapatkan perpindahan target di kedua arah berkurang sebesar 16% -55% jika pada struktur dialkukan penambahan bracing baja. Ukuran elemen bracing baja tidak secara signifikan mempengaruhi kinerja seismik bangunan pada bangunan (Safarizki, Kristiawan and Basuki, 2013).
Tulisan ini bertujuan untuk menganalisis kekuatan struktur rangka bracing baja yang dapat menahan beban lift yang direncanakan dapat mengangkut beban 400 Kg didalamnya. Selain kekuatan strukturnya, kekuatan sambungan antara struktur bracing baja dengan struktur menara yang terbuat dari beton bertulang juga dianalisis agar keamanan struktur bangunan secara keseluruhan dapat tercapai.
METODE PENELITIAN
Struktur yang ditinjau adalah menara yang berada di Pondok Pesantren Wali Barokah Kota Kediri, Jawa Timur. Menara ini memiliki ketinggian 107,5 m dan direncanakan penambahan lift atau elevator dari elevasi 18 m sampai 87 m. Penambahan
112 Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo lift direncanakan dengan penambahan struktur rangka baja sebagai ruang lift dan pengaku tambahan pada struktur menara seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Posisi rangka lift
Berdasarkan data struktur yang dimiliki kemudian dilakukan pemodelan dengan bantuan software SAP 2000 v11 seperti tampak pada Gambar 2.
Data struktur
Kolom baja : HB 200 x 200 x 8 x 12 Balok baja : WF 250 x 125 x 6 x 9 Pengaku baja : WF 150 x 75 x 5 x 7 Sapot baja : WF 250 x 125 x 6 x 9
Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo 113 Gambar 2. Pemodelan struktur
Sambungan balok baja ke struktur lama dimodelkan sebagai sendi seperti terlihat pada Gambar 3, dan tumpuan kolom bawah rangka lift dimodelkan sebagai jepit.
Gambar 3. Sambungan rangka baja dengan beton lama dimodelkan sebagai sendi Pembebanan dilakukan dengan meletakkan beban mati sebesar 400 kg pada ujung atas rangka dan beban hidup masing-masing 100 kg. Seperti pada gambar 4. Selanjutnya dilakukan analisis dengan beban yang bekerja pada rangka baja tersebut.
114 Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo Gambar 4. Pembebanan pada model struktur
PEMBAHASAN
Analisa dilakukan dengan acuan LRFD 1993 sebagai dasar analisis struktur rangka baja. Hasil analisis dengan acuan LRFD 1993 dengan bantuan software SAP 2000 v11 kemudian digunakan sebagai dasar dalam perhitungan sambungan lentur dan geser antara bracing denga struktur beton eksisting. Gaya reaksi pada sambungan (joint) seperti tampak pada Tabel 1. Dilakukan pula analisis terhadap perpindahan (displacement) yang terjadi pada struktur dengan penambahan rangka bracing baja, dan hasil analisa seperti tampak pada Tabel 2.
Hasil analisis dengan acuan LRFD 1993 menunjukkan rangka baja aman dan dapat menopang beban yang bekerja terlihat dari rasio gaya aksial dan momen (P-M interaction ratios) yang berada pada nilai < 1 seperti tampak pada Gambar 5.
Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo 115 Gambar 5. Hasil analisis dengan acuan LRFD 1993
Tabel 1. Joint Reactions
Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3
Text Text Text Ton Ton Ton
112 DSTL1 Combination 0,6456 -0,0004243 0,0442 113 DSTL1 Combination 0,6456 -0,0004243 0,0442 111 DSTL1 Combination 0,6456 -0,0004174 0,0445 114 DSTL1 Combination 0,6456 -0,0004174 0,0445 108 DSTL1 Combination 0,5723 0,0017 0,0452 109 DSTL1 Combination 0,5723 0,0017 0,0452 107 DSTL1 Combination 0,5723 0,0017 0,0453 110 DSTL1 Combination 0,5723 0,0017 0,0453 116 DSTL1 Combination 0,7213 -0,0022 0,046 118 DSTL1 Combination 0,7213 -0,0022 0,046 115 DSTL1 Combination 0,7213 -0,0022 0,0462 117 DSTL1 Combination 0,7213 -0,0022 0,0462 120 DSTL1 Combination 0,807 -0,0032 0,0495 121 DSTL1 Combination 0,807 -0,0032 0,0495 103 DSTL1 Combination 0,4926 0,0036 0,0497 106 DSTL1 Combination 0,4926 0,0036 0,0497 104 DSTL1 Combination 0,4925 0,0036 0,0498 105 DSTL1 Combination 0,4925 0,0036 0,0498 119 DSTL1 Combination 0,8069 -0,0032 0,0504 122 DSTL1 Combination 0,8069 -0,0032 0,0504 124 DSTL1 Combination 0,911 -0,0031 0,0538 125 DSTL1 Combination 0,911 -0,0031 0,0538 131 DSTL1 Combination 1,218 0,0073 0,0552 134 DSTL1 Combination 1,218 0,0073 0,0552 128 DSTL1 Combination 1,0444 -0,0003563 0,0555 130 DSTL1 Combination 1,0444 -0,0003563 0,0555 132 DSTL1 Combination 1,221 0,0073 0,056
116 Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo 133 DSTL1 Combination 1,221 0,0073 0,056 123 DSTL1 Combination 0,9107 -0,0031 0,0562 126 DSTL1 Combination 0,9107 -0,0031 0,0562 99 DSTL1 Combination 0,3984 0,005 0,0571 102 DSTL1 Combination 0,3984 0,005 0,0571 100 DSTL1 Combination 0,3984 0,005 0,0578 101 DSTL1 Combination 0,3984 0,005 0,0578 127 DSTL1 Combination 1,0435 -0,0003834 0,0613 129 DSTL1 Combination 1,0435 -0,0003834 0,0613 70 DSTL1 Combination 0,2814 0,0058 0,066 93 DSTL1 Combination 0,2814 0,0058 0,066 72 DSTL1 Combination 0,2814 0,0058 0,0673 95 DSTL1 Combination 0,2814 0,0058 0,0673 46 DSTL1 Combination 0,1286 0,0045 0,0745 69 DSTL1 Combination 0,1286 0,0045 0,0745 45 DSTL1 Combination 0,1287 0,0044 0,0777 48 DSTL1 Combination 0,1287 0,0044 0,0777
Tabel 2. Joint displacement
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text m m m Radians Radians Radians
45 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 46 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 48 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 69 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 70 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 72 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 93 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 95 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 99 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 100 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 101 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 102 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 103 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 104 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 105 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 106 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 107 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 108 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 109 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 110 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 111 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 112 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 113 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 114 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 115 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 116 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 117 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 118 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 119 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 120 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 121 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 122 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 123 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 124 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0
Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo 117 125 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 126 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 127 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 128 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 129 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 130 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 131 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 132 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 133 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0 134 DSTL1 Combination 0 0 0 0 0 0
Hasil analisis dengan acuan LRFD 1993 menunjukkan rangka baja aman dan dapat menopang beban yang bekerja terlihat dari rasio gaya aksial dan momen (P-M interaction ratios) yang berada pada nilai < 1 seperti tampak pada Gambar 5.
Gambar 5. Hasil analisis dengan acuan LRFD 1993
KESIMPULAN
Dari hasil analisa yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa titik sambungan sangat kaku dan tidak terjadi perpindahan. Ditunjukan dengan nilai perpindahan pada sambungan besarnya 0,00 m. Dengan demikian tidak terjadi kerusakan pada beton lama akibat perpindahan rangka baja.
Pada titik titik sambungan baja denga beton lama terjadi reaksi berupa gaya reaksi arah X sebesar 1,221 ton, arah Y sebesar 0,0073 ton, dan arah Z sebesar 0,0777 ton dengan sambungan menggunakan chemical concrete dan baut 45/8” dengan Ld 15mm
118 Universitas Veteran Bangun Nusantara Sukoharjo DAFTAR PUSTAKA
Agus and Syafril (2016) ‘Perbandingan Analisis Respon Struktur Gedung antara Portal Beton Bertulang , Struktur Baja dan Struktur Baja Menggunakan Bresing terhadap Beban Gempa’, Teknik Sipil ITP.
Mirtaheri, M. et al. (2011) ‘Experimental optimization studies on steel core lengths in buckling restrained braces’, Journal of Constructional Steel Research. doi: 10.1016/j.jcsr.2011.03.004.
Muharam, A. F., Wahyuni, E. and Iranata, D. (2017) ‘Modifikasi Perencanaan Struktur Apartemen One East Residence Surabaya dengan Struktur Komposit Baja Beton dan Base Isolator: High Damping Rubber Bearing’, Jurnal Teknik ITS. doi: 10.12962/j23373539.v6i2.25114.
Qu, Z. et al. (2015) ‘Seismic responses of reinforced concrete frames with buckling restrained braces in zigzag configuration’, Engineering Structures. doi: 10.1016/j.engstruct.2015.09.038.
Safarizki, H. A., Kristiawan, S. A. and Basuki, A. (2013) ‘Evaluation of the use of steel bracing to improve seismic performance of reinforced concrete building’, in Procedia Engineering. doi: 10.1016/j.proeng.2013.03.040.
Tumiwa, B. et al. (2016) ‘PEMERIKSAAN TEGANGAN LEKAT ANTARA BAJA DAN BETON DENGAN KUAT TEKAN BETON 40 MPa’, Jurnal Sipil Statik Januari.
