iii
Universitas Kristen Maranatha DESAIN BALOK SILANG
STRUKTUR GEDUNG BAJA BERTINGKAT ENAM
Fikry Hamdi Harahap NRP : 0121040
Pembimbing : Ir. Ginardy Husada.,MT UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL
BANDUNG
ABSTRAK
Baja lebih sering digunakan untuk struktur bangunan karena lebih menguntungkan dan efisien. Dalam menahan beban gempa, dilakukan pula perhitungan terhadap struktur rangka baja. Prosedur perhitungan struktur dan pengaruh gempa sangat kompleks dan memerlukan banyak kombinasi pembebanan. agar dapat menghasilkan perhitungan yang tepat, mudah dan cepat dapat digunakan program komputer. Program komputer yang banyak dipakai untuk analisis struktur di Indonesia adalah ETABS Ver 9.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, dibahas mengenai balok silang yang menggunakan baja. Balok dengan profil IWF dipilih sebagai elemen lentur. Permasalahan yang timbul dari balok profil IWF adalah kemungkinan terjadinya tekuk lateral torsi, tekuk lokal sayap, dan tekuk lokal badan. Evaluasi dilakukan terhadap kemampuan balok dalam menerima beban gravitasi sehingga dihasilkan elemen lentur yang stabil dan aman dengan mengikuti peraturan standar, SNI 03-1729-2002.
iv
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... i
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... ii
ABSTRAK ... iii
PRAKATA ...iv
DAFTAR ISI ...vi
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ...ix
DAFTAR GAMBAR ...xi
DAFTAR TABEL...xiv
DAFTAR LAMPIRAN………...… ... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah………1
1.2 Tujuan Penelitian……….………...………3
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan………3
1.4 Sistematika Penulisan………...4
v
2.6 Beban Terpusat yang Ditumpu pada Balok……….………..25
2.7 Perencana Pengaku Penumpu Badan………..…...29
B AB 3 ANAL ISA K ASUS 3.1 Perencanaan Pelat Balok Biasa ………31
3.1.1 Pembebanan Pada Lantai………...………32
3.1.2 Beban Hidup Rencana………..………..33
3.2 Pendimensian Balok Induk Struktur Balok Biasa ………33
3.2.1 Kuat Nominal Lentur Penampang dengan Pengaruh Tekuk Lokal………... ……….35
3.2.2 Kuat Nominal Lentur Penampang dengan Pengaruh Tekuk Lateral………...………..37
3.3 Pendimensian Kolom Struktur Balok Biasa ………..40
3.4 Pembebanan Gempa Struktur Balok Biasa ………….………..42
3.4.1 Gempa Statik…………..………... ………...42
3.4.2 Gempa Dinamik………..………..45
3.5 Perencanaan Pelat Balok Silang……….49
vi
Universitas Kristen Maranatha
3.5.2 Beban Hidup Rencana………..………51
3.6 Pendimensian Balok Induk Struktur Balok Silang……….52
3.6.1 Kuat Nominal Lentur Penampang dengan Pengaruh Tekuk Lokal………... ………..53
3.6.2 Kuat Nominal Lentur Penampang dengan Pengaruh Tekuk Lateral………...………..55
3.7 Pendimensian Kolom Struktur Balok Silang …………..………..59
3.8 Pembebanan Gempa Struktur Balok Silang ………….…………...…………..60
3.8.1 Gempa Statik…………..………... ………...60
3.8.2 Gempa Dinamik………..………...63
BAB 4 KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan……….……….66
4.2 Saran………67
DAFTAR PUSTAKA……….……….68
vii
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
A = luas penampang profil melintang, mm2 Ag = luas penampang bruto, mm2
ASD = desain tegangan ijin (Allowable Stess Design)
b = dimensi panjang, mm bf = lebar flens, mm
Cb = faktor untuk menghitung gradien momen kekuatan balok d = tinggi keseluruhan penampang profil, mm
D = beban mati
E = modulus elastis baja
fr = tegangan sisa; 70 MPa untuk penampang giling, 114 MPa untuk penampang las
fu = tegangan putus minimum, MPa
fy = tegangan leleh minimum, Mpa Fcr = tegangan leleh kritis, MPa Fys = tegangan leleh untuk sayap, MPa Fyw = tegangan leleh pada badan, MPa G = modulus geser baja
h = dua kali jarak dari sumbu netral ke muka dalam pelat sayap tekan minus fillet atau radius sudut, mm
viii
Universitas Kristen Maranatha IW = konstanta kelengkungan, mm6
J = konstanta puntiran, mm4 L = panjang bentang
Lb = jarak antara penopang lateral, mm Lp = panjang penampang primer, mm
Lr = jarak antara penopang lateral maksimum untuk penggunaan Mn LRFD = (Load and Resistance Factor Design)
MA = momen pada ¼ bentang, N-mm MB = momen pada ½ bentang, N-mm Mc = momen pada ¾ bentang, N-mm
Mc r = kekuatan momen tekuk puntir lateral elastis, N-mm Mm a x = momen maksimum pada bentang yang ditinjau, N-mm
ix
Universitas Kristen Maranatha Sx = modulus elastis penampang pada sumbu-x, mm3
Sy = modulus elastis penampang pada sumbu-y, mm3 ts = tebal sayap, mm
tb = tebal badan dari profil, mm Vn = gaya geser nominal, N Vu = gaya geser terfaktor, N Z = modulus plastisitas, mm3 µ = rasio Poisson
α = koefisien pemuaian λ = rasio kerampingan
x
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sifat-sifat pada Balok Sederhana ... 7
Gambar 2.2 Kurva Tegangan-Regangan ... 9
Gambar 2.3 Profil-profil Standar ... 11
Gambar 2.4 Dimensi dari Penampang Profil Sayap Lebar ... 14
Gambar 2.5 Klasifikasi Profil Melintang ... 15
Gambar 2.6 Momen Nominal sebagai Fungsi dari Panjang Tak Berpenopang pada Sayap Tekan ... 16
Gambar 2.7 Defleksi Balok dan Tekuk Lateral ... 18
Gambar 2.8 Tipe Tumpuan Lateral untuk Profil IWF ... 18
Gambar 2.9 Kekuatan Maksimum Balok ... 19
Gambar 2.10 Persyaratn Deformasi untuk Pembentukan Kekuatan Plastis ... 19
Gambar 2.11 Tekuk Lokal Pada profil IWF... 22
Gambar 2.12 Gaya Tarik yang Tegak Lurus terhadap Sayap Profil-I ... 26
Gambar 2.13 Peninjauan Pelelehan Lokal Badan untuk Menentukan Panjang Tumpuan ... 27
Gambar 2.14 Gaya Tekan Tegak Lurus terhadap Sayap dari Profil-I ... 28
Gambar 2.15 Tekuk Lateral Badan ... 29
Gambar 3.1 Denah Strukur Balok Biasa ... 30
Gambar 3.2 Denah Balok Biasa ... 33
Gambar 3.3 Balok Biasa yang Ditinjau ... 38
Gambar 3.4 Gaya-gaya dalam untuk Balok Biasa ... 38
xi
Universitas Kristen Maranatha
Gambar 3.6 Simpangan Antar Lantai ... 45
Gambar 3.7 Gaya Geser Akibat Statik dan Dinamik ... 47
Gambar 3.8 Denah Struktur dengan Balok Silang ... 48
Gambar 3.9 Denah Balok Silang ... 50
Gambar 3.10 Balok Silang yang Ditinjau ... 53
Gambar 3.11 Data Balok Silang dari ETABS ... 53
Gambar 3.12 Kolom yang Ditinjau ... 55
Gambar 3.13 Grafik Simpangan Antar Lantai ... 59
xii
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Mekanis baja... 9
Tabel 2.2 Batas Lendutan Maksimum ... 13
Tabel 2.3 Batas –batas λpdan λr Profil Sayap Lebar (Hot-rolled) ... 15
xiii
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR LAMPIRAN
Universitas Kristen Maranatha Langkah-langkah pengerjaan analisis dengan menggunakan software etabs:
1. Membuka program dengan mengklik icon atau diambil dari start program
Universitas Kristen Maranatha 2. Kemudian membuat grid dan jarak grid sesuai dengan model yang mau dibuat dengan cara mengklik File - New Model – No (new model initialization) – Ok maka akan terlihat tampilan berikut
Gambar Tampilan untuk membuat jumlah grid dan lantai serta jarak grid dan
Universitas Kristen Maranatha 3. Aturlah satuan sesuai yang dikehendaki. Pengaturan satuan terdapat disudut kanan bawah pada gambar 1. Mendefenisikan material yang mau digunakan untuk menganalisis dengan cara mengklik Define - Material Properties – maka akan terlihat tampilan berikut:
Universitas Kristen Maranatha 4. Lalu klik pada tulisan Conc (Tulisan akan berwarna biru bila di klik) – Modify
Show, diubah nama material pada kotak material name, masukkan nilai fc’, fy dan
Fys lalu klik Ok, maka akan terlihat tampilan pada gambar berikut :
Gambar Memasukkan nilai fc’ sebesar 25 Mpa fy dan fys sebesar 400 Mpa
5. Setelah membust nama material, mengisi fc’, fy dan fys lalu klik Ok maka tampilan akan terlihat seperti gambar berikut ini :
Gambar Define Materials (Material yang didefenisikan ada didalam kotak
Universitas Kristen Maranatha 6. Lalu klik pada tulisan Steel (Tulisan akan berwarna biru bila di klik) – Modify
Show, diubah nama material pada kotak material name, masukkan nilai, fy dan fu
lalu klik Ok, maka akan terlihat tampilan pada gambar berikut :
Gambar Memasukkan nilai fy sebesar 250 Mpa dan fu sebesar 410 Mpa
7. Setelah membust nama material, mengis, fy dan fu lalu klik Ok maka tampilan akan terlihat seperti gambar berikut ini :
Gambar Define Materials (Material yang didefenisikan ada didalam kotak
Universitas Kristen Maranatha 8. Langkah berikutnya membuat balok induk dengan cara mengklik Define – Frame
Section, maka tampilannya akan terlihat seperti gambar berikut
Gambar Define Frame Properties
9. Klik Add/Wide Flange maka akan terlihat tampilan seperti gambar berikut:
Universitas Kristen Maranatha 10.Langkah berikutnya membuat kolom King Cross dengan cara Define – Frame
Section, maka tampilannya akan terlihat seperti berikut
Universitas Kristen Maranatha 11.Kemudian klik – Add SD Section, maka tampilannya akan terlihat seperti berikut
Universitas Kristen Maranatha 12.Kemudian klik – Section Designer, maka tampilannya akan terlihat seperti
berikut:
Universitas Kristen Maranatha 13.Membuat PELAT dengan cara klik Define – Wall/Slab/Deck Section maka terlihat
tampilan seperti berikut:
Universitas Kristen Maranatha 14. Ubahlah Add New Deck menjadi Add New Slab maka akan terlihat tampilan
seperti gambar berikut :
Gambar Wall/Slab Section
Universitas Kristen Maranatha 15. Penggambaran Balok IWF ke grid dengan cara klik Draw – Draw Area Objects –
Draw Lines maka akan tampil gambar berikut:
Gambar Menggambar Lines
16. Penggambaran PELAT ke grid dengan cara klik Draw – Draw Area Objects – Draw Areas maka akan tampil gambar berikut:
Universitas Kristen Maranatha 17. Membuat beban dengan cara Define – Static Load Cases, maka akan terlihat
tampilan seperti gambar berikut :
Gambar Define Load Case Names
Universitas Kristen Maranatha 18. Pada langkah 18 klik Add New Combo maka akan tampil seperti gambar
berikut:
Gambar. Load Combination Data
Isi kotak load combination name dengan nama kombinasi beban (COMB1), 19. Setelah di klik kotak ok pada langkah 19 maka akan tampil seperti gambar
berikut:
Universitas Kristen Maranatha Kombinasi beban yang dibuat akan terlihat pada kotak combinations, jika ingin menambah kombinasi beban maka pada langkah ini klik kembali kotak Add New Combo.
20. Membuat response spectrume function dengan cara klik Define – Response Spectrume Function maka akan terlihat tampilan seperti gambar berikut
Universitas Kristen Maranatha 21. Untuk mengisi Response Spectra klik pada kotak Choose Function Type to Add UBC97 Spectrum kemudian Add New Function maka akan terlihat tampilan
seperti gambar berikut:
Universitas Kristen Maranatha 22.Membuat response spectrume case dengan cara klik Define – Response
Spectrume Cases maka akan terlihat tampilan seperti gambar berikut
Gambar. Response Spectrume Case Data
Universitas Kristen Maranatha U1 dengan Response Spectra yang sudah didefenisikan pada langkah ke-21 lalu klik kotak Ok. Begitu juga untuk mengisi U2.
23.Setelah di klik langkah 22 maka akan tampil seperti gambar berikut
Gambar. Define Response Spectra
Universitas Kristen Maranatha 24.Menentukan sumber massa klik Define → Mass Source → Add jenis massa pada
bangunan maka akan tampil seperti gambar berikut ini:
Gambar Devine Mass Source
Universitas Kristen Maranatha 25.Memasukkan beban ke pelat lantai dengan cara pilih pelat lantai yang mau diberi beban – lalu klik Assign – Shell/Area Loads – Uniform maka akan tampil seperti gambar berikut :
Gambar. Memasukkan Beban
Universitas Kristen Maranatha 26.Membuat mode dengan cara klik Analyze – Set Analysis Option maka akan
tampil seperti gambar berikut:
Universitas Kristen Maranatha 27.Untuk mengisikan jumlah mode maka pada langkah 22 klik Set Dynamic
Parameters, maka akan tampil seperti gambar berikut:
Gambar. Dynamic Analysis Parameters
Universitas Kristen Maranatha 28.Langkah berikutnya menganalisis model yang dibuat dengan cara me-run
program dengan menekan F5 atau mengklik tanda .
Universitas Kristen Maranatha
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Universitas Kristen Maranatha
dan cara perencanaan kerja berdasarkan teori analisa struktur, struktur baja, dan desain tahan gempa. Apabila melakukan analisa dan desain struktur secara manual memerlukan waktu yang lama dan tidak efektif sehingga untuk itu digunakanlah bantuan program komputer yang lebih menghemat waktu.
Dewasa ini program komputer untuk perhitungan struktur gedung yang populer adalah ETABS. Pemakaian program komputer ETABS sebagai suatu alat bantu yang sangat berguna, karena dikenal luas dan menjadi standar perhitungan struktur internasional. Program komputer untuk perhitungan struktur ini telah terintegrasi secara keseluruhan yang meliputi pemodelan, analisa dan desain.
Universitas Kristen Maranatha
1.2 Tujuan Penelitian
1. Perhitungan balok silang menggunakan baja sesuai "Tata Cara Perhitungan Struktur Baja untuk Rumah dan Gedung SN103-1729- 2002" dan "Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002” serta analisa simpangan deformasi yang diakibatkan beban gempa.
2. Penggunaan perangkat lunak ETABS sebagai alat bantu dalam menganalisis dan mendesain bangunan bertingkat baja tahan gempa.
3. Membandingkan penggunaan pelat, balok, dan kolom yang digunakan untuk struktur dengan balok silang dan struktur dengan balok biasa
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan
Ruang lingkup dari penelitian ini adalah: 1. Gedung baja dengan jumlah lantai 6 lantai 2. Gedung termasuk tidak simetris
3. Membandingkan struktur bangunan 6 lantai dengan menggunakan balok silang dan struktur dengan balok biasa, adapun yang dibandingkan adalah balok dan kolom, yang akan dianalisa dan di rencanakan terhadap gaya puntir, faktor regangan tegangan dan beban gempa.
4. Bangunan direncanakan berdasarkan persyaratan untuk Sistem Rangka
Pemikul Momen Khusus sesuai “Tata Cara Perhitungan Struktur Baja untuk
Universitas Kristen Maranatha
5. Beban gempa rencana sesuai SNI 02-1726-2002
6. Alat bantu perangkat lunak yang digunakan adalah ETABS V.9
7. Bangunan terletak di Bandung, jenis tanah lunak dan terletak di wilayah 4
1.4 Sistematika Penulisan
Dalam Tugas Akhir ini, dibagi menjadi 4 bab , antara lain : Bab 1 Pendahuluan
Bab ini menguraikan mengenai latar belakang, tujuan penelitian, ruang lingkup pembahasan, dan sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Kriteria desain tahan gempa menurut tata cara perencanaan ketahan gempa untuk bangunan gedung menurut SNI 03 - 1726 – 2002. Bab ini menjelaskan tentang pembebanan gempa dan prosedur analisis bangunan baja tahan gempa, serta perangkat lunak ETABS.
Bab 3 Perencanaan Struktur
Kriteria desain sistem rangka baja pemikul momen khusus. Bab ini menjelaskan tentang syarat dan cara mendesain struktur baja tahan gempa penahan momen khusus. preliminary desain, dan pemodelan.
Bab 4 Kesimpulan Dan saran
Universitas Kristen Maranatha
BAB 4
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
1. Dari perbandingan struktur menggunakan balok silang dengan struktur tanpa balok silang menghasilkan tebal pelat yang lebih kecil 70 % pada struktur dengan balok silang.
2. Penggunaan profil balok pada struktur balok silang lebih besar 58,33 % dari balok yang digunakan pada struktur dengan balok biasa.
3. Penggunaan kolom pada kedua struktur sama.
71
Universitas Kristen Maranatha 4. Dari perbandingan berat antara struktur biasa dengan balok silang pada
lantai 6 diperoleh hasil bahwa struktur dengan balok silang lebih berat 37,96 %.
4.2Saran
72
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
1. Computer and Structures, Inc. (2007), “ETABS version 9 Manual”, Computer and Structures, Inc., Berkeley, C.A.
2. Gunawan, R, (1988), Tabel Profil Konstruksi Baja, Penerbit Kanisius. 3. Engineering Service Center,(1999), Daftar Produk Baja PT. Gunung Garuda 4. Salmon, C.G & Johnson, J.E, (1990), Struktur Baja 1, terjemahan penerbit
Gramedia.
5. Salmon, C.G & Johnson, J.E, (1990), Struktur Baja 2, terjemahan penerbit Gramedia.
6. Badan Standardisasi Nasional, (2002), Tata Cara Perhitungan Struktur Baja Untuk Rumah dan Gedung (SN103-1729- 2002).
7. Badan Standardisasi Nasional, (2002), Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan (SN103-1729- 2002).
8. Badan Standardisasi Nasional, (2002), Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, (SN103-xxxx- 2002).
