Laporan Struktur gerbang

LAPORAN PERHITUNGAN STRUKTUR

GERBANG UTAMA

UNIVERSITAS TEUKU UMAR

KABUPATEN ACEH BARAT

PROVINSI ACEH

1 PENDAHULUAN

Gerbang, merupakan bangunan portal beton yang menjadi pintu akses utama kompleks. Sistem struktur utama gerbang ini di rencanakan sebagai sistem rangka terbuka beton bertulang dan didesain sebagai rangka pemikul momen khusus beton.

Analisis struktur menggunakan metode kekakuan frame tiga dimensi (analisis dinamik gempa). Sedangkan desain struktur menggunakan metode desain kekuatan batas.

2 UMUM

2.1 Satuan

Satuan yang digunakan dalam perhitungan adalah: Panjang : mm, m

Luas : mm2, m2

Gaya : kg, ton , N, kN Momen : kgm, tonm, kNm, Nmm Tegangan : kg/cm2_{, N/mm}2

2.2 Peraturan, Standar, Referensi dan Program Aplikasi Komputer 2.2.1 Peraturan dan Standar

Peraturan dan standar yang digunakan adalah :

1. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983.

2. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI 1726 -2002).

3. Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SK SNI 03 -2847 - 2002)

4. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SK SNI 03 - 1729 - 2002)

2.2.2 Referensi

Referensi yang digunakan adalah :

1. American Society for Testing and Materials (ASTM) 2. American Concrete Institute (ACI 318-2002)

3. AISC LRFD’93

4. Foundation Analysis and Design, Joseph E. Bowles 2.2.3 Program Aplikasi Komputer

Program aplikasi komputer yang digunakan adalah : 1. SAP, untuk analisa struktur

3 MATERIAL

3.1 Beton

3.1.1 Mutu beton

Mutu beton struktural (kolom, balok, pelat lantai, pelat tangga) pada umur 28 hari adalah beton dengan mutu K-225 f’c=18,6 N/mm2 _(silinder).

Modulus elastisitas beton, Ec = 4700 f'c Berat jenis beton c = 2400 kg/m3

3.1.2 Tulangan beton

Baja tulangan yang dipakai adalah baja tulangan berulir sesuai SII 0136-BjTD 40 dengan tegangan leleh minimal fy=400 N/mm2 _{dan baja tulangan polos sesuai SII 0136-BjTP 24}

dengan tegangan leleh minimal fy=240 N/mm2_.

3.1.3 Mutu Baja

Baja yang dipakai adalah baja profil BJ-37 dengan tegangan leleh fy=400 N/mm2 _dan

tegangan putus fu = 370 N/mm2 _.

3.2 Mutu Baut Dan Baut Angker

Baut penyambung yang digunakan adalah baut mutu tinggi sesuai ASTM A325, untuk baut angker sesuai dengan ASTM A307.

3.3 Mutu Las

Material las yang digunakan sesuai dengan E70XX dengan tegangan leleh ijin Fyw = 482.63 N/mm2_.

4 PEMBEBANAN

4.1 Jenis-jenis Pembebanan 4.1.1 Beban Mati (D)

Beban mati adalah berat sendiri struktur termasuk segala unsur tambahan yang dianggap merupakan satu kesatuan tetap dengannya. Penentuan besaran beban mati standar yang dapat dijadikan acuan perancangan adalah mengacu ke Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983, yaitu :

Beban Atap (Dak Beton):

Pelat (10cm) = 0.1m x 2400 kg/m3 _{= 240 kg/m}2 Lantai Tipikal : Pelat (12cm) = 0.12 x 2400 kg/m3 _{= 288 kg/m}2 Lain-lain : Dinding bata = 250 kg/m2 4.1.2 Beban Hidup (L)

Beban hidup tergantung dari fungsi ruangan : Ruangan umun = 250 kg/m2

Beban hidup atap dak = 100 kg/m2

4.1.3 Beban Angin (W)

Mengacu pada “ Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983” , beban angin adalah:

1. Diambil tekanan angin 40 kg/m2

2. Untuk daerah dimana kecepatan angin dapat menaikkan tekanan angin, tekanan angin (p) harus ditentukan dengan memakai rumus dibawah:

16 V p 2  dimana :

V = kecepatan angin (m/det) 4.1.4 Beban Gempa (E)

Gaya gempa dihitung secara dinamik mengacu ke Standar Perencanan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI - 1726 - 2002).

Wilayah Gempa Indonesia Dengan Percepatan Puncak Batuan Dasar Dengan Perioda Ulang 500 Tahun

Sedangkan untuk penentuan jenis tanah dasar, sesuai dengan SNI03 – 1726 – 2002 Pasal 4.6.3 ditentukan dengan menggunakan rumus :





  



_m i m i

Ni

ti

ti

N

1 1

/

Dimana : 

ti : Tebal Lapisan Ke i

Ni : Nilai Hasil Test Penetrasi Standar Lapisan Ke i

Tabel 4 SNI 03 – 1726 – 2002

Perhitungan Jenis Tanah Berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 Pasal 4.6.3

Berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 pasal 5.8.2, arah pembebanan utama dihitung sebesar 100% dan arah tegak lurus pembebanan utama, dihitung sebesar 30%.

Input Data Ca, Dan Cv pada program SAP Faktor Skala dihitung dengan menggunakan formula :

R I g.

Dimana :

g : Percepatan gravitasi (9.81 m/det2₎

I : Faktor Keutamaan (berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 Tabel 1) : Diambil = 1

R :

Faktor Reduksi Gempa Representatif (

berdasarkan Tabel 9)

: Diambil = 7.2 (Daktilitas Parsial) Sehingga didapat faktor skala sebesar 1.3625

Input Data Faktor Skala pada program ETABS 4.2 Kombinasi Pembebanan

4.2.1 Struktur Beton

Kombinasi pembebanan untuk struktur beton (desain ultimit) berdasarkan Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SK SNI 03 - 2847 - 2002) pasal 11.2, adalah :

1. 1.4D (Statik)

2. 1.2D + 1.6L (Statik)

3. 1.2D + 1.0L ± 1.6WL (Statik)

4. 0.9D ± 1.6WL (Statik)

5. 1.2D + 1.0L ± 1.0Ex ± 1.0Ey ± 0.3Ez (Dinamik)

6. 0.9D ± 1.0Ex ± 1.0Ey ± 0.3 (Dinamik) dimana :

D : Beban Mati L : Beban Hidup W : Beban Angin E : Beban Gempa

5 KRITERIA PERANCANGAN 5.1 Beton

Dalam perancangan struktur beton bertulang berdasarkan SK SNI 03 - 2847 - 2002, hal-hal yang akan diperhatikan adalah:

5.1.1 Selimut beton

Selimut beton diatur dalam pasal 9.7 (1) adalah sebagai berikut:

Tebal Selimut Minimum

(mm) Beton yang dicor langsung diatas tanah dan selalu berhubungan

dengan tanah

Beton yang berhubungan langsung dengan tanah atau cuaca :

 Batang D-19 hingga D-56

 Batang D-16, jaring kawat polos P-16 atau kawat ulir D16 dan yang lebih kecil

Beton yang tidak langsung berhubungan dengan cuaca atau beton tidak langsung berhubungan dengan tanah :

 Pelat dinding, pelat berusuk

 Batang D-44 dan D-56

 Batang D-36 dan yang lebih kecil Balok, kolom

 Tulangan utama, pengikat, sengkang, lilitan spiral Komponen struktur cangkang, pelat lipat

 Batang D-16, jaring kawat polos P-16 atau ulir D-16 dan yang lebih kecil 75 50 40 40 20 40 20

5.1.2 Faktor Reduksi Kekuatan

Faktor reduksi kekuatan diatur pada pasal 11.3(2), adalah sebagai berikut :

Faktor Reduksi

Lentur, tanpa beban aksial

Aksial tarik dan aksial tarik + lentur

Aksial tekan dan aksial tekan + lentur (Spiral) Aksial tekan dan aksial tekan + lentur (lainnya) Geser & Torsi

0.8 0.8 0.7 0.65 0.75 5.1.3 Lendutan Ijin

5.1.4 Perhitungan Kolom

Perencanaan penulangan kolom dilakukan dengan program SAP yang menggunakan referensi peraturan standar ACI 318-2002. Prinsip penulangan kolom yang digunakan berupa desain kapasitas (Capacity Design) dengan sistem penulangan bi-aksial bending. Prosedur perencanaan

1. Buat diagram interaksi gaya aksial dan momen biaksial untuk setiap tipe penampang.

2. Rasio tulangan yang diijinkan terhadap penampang kolom ialah 1 % - 5%

3. Periksa kapasitas kolom untuk gaya aksial dan momen biaksial terfaktor untuk setiap kombinasi pembebanan

Diagram Interaksi Kolom 1. Pmax = 0.80 Po ……… untuk kolom persegi 2. Pmax = 0.85 Po ……… untuk kolom bulat 3. Po = Ø min [ 0.85 *fc*(Ag-Ast) + Fy* Ast] 4. Ø min = 0.75 .. untuk sengkang persegi 5. Ø min = 0.7 .. untuk sengkang spiral

CONCRETE SECTION (II) STRAIN DIAGRAM (III)STRESS DIAGRAM Diagram Hubungan Tegangan Regangan Beton

Periksa Kapasitas kolom

1. Tentukan Pu, Mux, dan Muy

sx dan sy = 1.0 jika P-Delta analisis disertakan 1 75 . 0 1    Pc Pu Cm b  dimana : 2 2 c

KL

EI

π

P



K = 1.00



1

βd



Ig

.

0.4E

EI

c





atau d se s g c

β

1

I

E

I

0.2E

El







d = Beban mati aksial terfaktor maksimum/beban total aksial terfaktor maksimum 4 . 0 4 . 0 6 . 0 2 1 _   M M Cm

M1 dan M2 adalah momen ujung kolom

M

2



M

1

Nilai M1/M2 positif jika arah M1 dan M2 berlawanan, dan negatif bila M1 dan M2 searah Periksa Kapasitas Kolom

1. Periksa gaya dan momen terhadap diagram interaksi kolom : P = Pu

Mx =bx.Muxb + sx. Muxs My =by.Muyb + sy. Muys Dimana :

Pu : Gaya aksial terfaktor

Muxb + Muyb : Momen terfaktor arah mayor dan minor akibat pembeban gravitasi Muxs + Muys : Momen terfaktor arah mayor dan minor akibat gaya lateral

bx, by, sx, sy : Faktor perbesaran momen

2. Koordinat P, Mx, My diplotkan pada kurva diagram interaksi.

3. Jika titik terletak didalam diagram maka kapasitas kolom mencukupi

4. Jika titik terletak diluar diagram tersebut maka kolom mengalami tegangan lebih, kapasitas kurang

Grafik geometris Perbandingan Kapasitas Kolom Penulangan geser kolom

Penulangan geser kolom direncanakan untuk setiap kondisi pembebanan dalam arah mayor dan minor kolom, dengan prosedur:

1. Tentukan gaya aksial (Pu) dan gaya geser (Vu) dari kolom Vu = Vp+ Vd + 1

Vp = Gaya geser akibat momen kapasitas pada kedua ujung balok Vd+1 = Gaya geser pada balok akibat beban gravitasi

2. Nilai Vp diambil yang maksimum antara Vp1 dan Vp2

L

M

M

V

i j p1  

_



L

M

M

V

i j p2  

_



dimana :   i i

,

M

M

_{= Momen kapasitas kolom negatif dan positif pada ujung}

I

 

j j

,

M

M

_{= Momen kapasitas kolom negatif dan positif pada ujung J}

3. Tentukan gaya geser yang dipikul beton (Vc) 4. Jika kolom dibebani gaya aksial tekan :

cv g u ' c cv g u ' c

.A

500.A

P

1

f

3.5

.A

2000.A

P

1

f

2.0

Vc

_







































5. Jika kolom dibebani gaya aksial tarik :

0

.A

500.A

P

1

f

2.0

V

_cv g u ' c c























6. Untuk desain rangka pemikul momen khusus, Vc = 0 jika memenuhi kedua syarat ini:

Pu (tekan) <

f

.A

g

/2

0

'

c

7. Hitung luas tulangan geser perlu (Av) Untuk kolom persegi

d

f

s

V

V

A

ys c u v









_





Untuk kolom bulat

' ys c u v

D

f

s

V

V

π

2

A









_





8. Bila syarat berikut tidak terpenuhi, maka penampang harus diperbesar :

cv ' c c u

_V

₈

_f

_A

V

_









_



5.1.5 Perhitungan Balok

Perencanaan balok portal memperhitungkan kuat lentur, geser dan torsi.

Program SAP ini akan menghitung dan memberikan luas tulangan dan jumlah tulangan yang diperlukan balok akibat momen lentur dan gaya geser beserta nomor jenis kombinasi beban yang menyebabkan keadaan ekstrim. Kebutuhan tulangan yang disediakan program adalah untuk 9 titik lokasi sepanjang bentang balok yang ditinjau yaitu pada ujung I, 1/8 bentang, ¼ bentang, 3/8 bentang, ½ bentang, 5/8 bentang, ¾ bentang, 7/8 bentang dan ujung j.

Semua balok hanya didesain pada arah momen lentur mayornya, demikian pula untuk gaya geser dan torsinya.

Penulangan Lentur

Langkah perencanaan penulangan lentur mengikuti diagram alir sebagai berikut :

Mu, bw, d, d’, h, fc’, fy, Es Fc’≥ 30 MPa 1 = 0.85 1 = 0.85-0.008(Fc’ – 30) 1 ≤ 0.65  1 = 0.65 Es Fy b

Fy

Fc







003

.

0

003

.

0

.

'

.

1

85

.

0

75

.

0

75

.

0

max







As₁ =_max.bw . d ; M₁ = As₁ Fy Mn = M₂ = Mu - M₁ M₂ ≤ 0 Tulangan Ganda s & s’ Tulangan Tunggal s & s’ = 0 _min = 1.4/Fy

= _min ≤ _{max Penampang}Perbesar

As =  . bw . d As’ = ' . bw . d’ ≥ _min STOP Ya Tidak Tidak Ya Ya Tidak Tidak Ya Tidak Ya Ya

Penulangan Geser Langkah Perencanaan :

1. Menentukan Vu yaitu gaya geser terfaktor

2. Menentukan Vc yaitu gaya geser yang dapat ditahan oleh beton 3. Menentukan tulangan geser pada kondisi seimbang

Cara perhitungan penulangan geser balok adalah sebagai berikut : 1. Menentukan Vu

Vu = Vp + Vd + 1 Dengan :

Vd = gaya geser akibat momen kapasitas pada kedua ujung balok Vd+1 = gaya geser pada balok akibat beban gravitasi

Nilai Vp diambil yang maksimum anatra Vp1 + dan Vp2

L

M

M

V

j j p1  

_



L

M

M

V

j j p2  

_



dimana :

M1¯ = Momen kapasitas balok ujung I tulangan atas (tarik) Mj+ = Momen kapasitas balok ujung J tulangan bawah (tarik) M1+ = Momen kapasitas balok ujung I tulangan bawah (tarik) Mj¯ = Momen kapasitas balok ujung J tulangan atas (tarik) 2. Menentukan Vc, mengikuti diagram alir sebagai berikut :

Vu, bw, d, h, fc’, fys Fc’ ≤ 25/3 MPa Vc = Tdk Perlu Tulangan Geser STOP

















_





Vu

Vc

bw

d

Vc

.

3

1

2

Vmax = Vc + Fc’ = 25/3 MPa

Fys

bw

s

Av

3

1



max

.

.

3

1

V

Vu

d

bw

Vc





















_

d

Fys

Vc

Vu

s

Av

.

.









Perbesar Penampang Tulangan Geser Tidak Vu ≤ 0.5  Vc Ya Tidak Ya Tidak Ya Tidak

untuk desain struktur rangka pemikul momen khusus Vc = 0 bila memenuhi 2 syarat ini:

1. Gaya aksial tekan terfaktor (termasuk akibat beban gempa) kurang dari fc’Ag/20 2. Gaya geser akibat beban gempa lebih dari atau sama dengan setengah dari gaya

geser total yang terjadi disepanjang bentang balok.

Penulangan torsi

Langkah perencanaan :

1. Menentukan besarnya momen torsi terfaktor

2. Menentukan besarnya luas tulangan sengkang untuk torsi 3. Menentukan besarnya luas tulangan longitudinal torsi

Cara perhitungan penulangan torsi balok mengikuti diagram alir sebagai berikut : cp cp P A Fc Tu 2 3 '



 A A  < 0.175 Ya  = 0.175 At_min = Tidak At < At_min Ya At = At_min Tidak B

Xo, Yo, X₁, Y₁, t, h, bw, d, Fys, Fy, Fc’, Vu, Tu A_cp = Xo . Yo P_cp = 2(Xo + Yo) Ph = 2 (X₁ + Y₁) A_oh = X₁ . Y₁ A_o = 0.85 . A_oh Vc = Puntir Diabaikan Tu > Penampang Solid: Perbesar Penampang STOP

A

Tidak Ya Tidak _Ya

- Hitung Vu, dan Tu sejarak d dari tumpuan

- Untuk puntir kompatibilitas, ambil nilai Puntir sebesar :

Xo X₁

B Vn ≤ Vc

_

₀

_.

₀

s

Av

Ya Vs = Vn - Vc Tidak Vs ≥ _{Ya Penampang Diperbesar} Tidak Ya Tidak

STOP

5.1.6 Perhitungan Pelat

Dalam merencanakan pelat beton bertulang, yang perlu dipertimbangkan bukan hanya pembebanan, tetapi juga tebal pelat. Langkah-langkah dalam merencanakan tebal pelat adalah sebagai berikut :

Menentukan bentang bersih pelat dalam arah x dan y

lxn lx lyn ly Balok b1/h1 Balok b2/h2 Balok b4/h4 Balok b3/h3

Keterangan :

ly = Bentang pelat yang terpanjang diujur antara as balok (mm) lx = Bentang pelat yang terpendek diukur antar as balok (mm) lyn = Bentang bersih pelat yang terpanjang (mm)

= ly – ½ b3 – ½ b4

Ixn = Bantang bersih pelat yang terpendek (mm) = ix-½ b1 – ½ b2 Menentukan nilai 

 = Iyn/Ixn

Menaksir tebal pelat (h awal) dan menentukan Ix dan ly pelat Ix pelat = (1/12).lx.h3 (mm4₎

Iy pelat = (1/12).ly.h3 (mm4₎

Menentukan nilai Ix, balok 1, Ix balok 2, Iy balok 3 dan Iy balok 4 Ix B1 = (1/12).b1.h13 (mm4₎ Ix B2 = (1/12).b2.h23 (mm4₎ Ix B3 = (1/12).b3.h33 (mm4₎ Ix B4 = (1/12).b4.h43 (mm4₎ Menentukan nilai  1 = Ix B1/Ix pelat 2 = Ix B2/Ix pelat 3 = Ix B3/Iy pelat 4 = Ix B4/Iy pelat m = (i)/n = (1+2+3+4)/n Menentukan tebal pelat yang dibutuhkan h(mm)





















_























0

.

12

1

1

5

36

1500

8

.

0

m y yn

f

I

h

Menentukan tebal pelat minimum (hmin) dan tebal pelat maksimum (hmax)

9β

36

1500

f

0.8

I

h

y yn min

_









_



36

1500

f

0.8

I

h

y yn max













5.1.7 Reduksi Momen Inersia Penampang Akibat Penampang Retak

Berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 pasal 5.5.1, dalam perencanaan struktur gedung terhadap pengaruh Gempa Rencana, pengaruh peretakan beton pada unsur-unsur struktur dari beton bertulang, beton pratekan dan baja komposit harus diperhitungkan terhadap kekakuannya. Untuk itu, momen inersia penampang unsur struktur dapat ditentukan sebesar momen inersia penampang utuh dikalikan dengan suatu persentase efektifitas penampang sebagai berikut :

 Untuk kolom dan balok rangka beton bertulang terbuka : 75%

 Untuk dinding geser beton bertulang kantilever

: 60%

 Untuk dinding geser beton bertulang berangkai

 Komponen dinding yang mengalami tarikan aksial : 50%

 Komponen dinding yang mengalami tekanan aksial : 80%

 Komponen balok perangkai dengan tulangan diagonal : 40%

 Komponen balok perangkai dengan tulangan memanjang : 20%

5.1.8 Pertemuan Balok Kolom

Panel pertemuan balok kolom portal harus diproporsikan sedemikian rupa sehingga memenuhi persyaratan kuat geser horisontal perlu dan kuat geser vertikal perlu yang

berkaitan dengan terjadinya momen kapasitas pada sendi plastis pada kedua ujung balok yang bertemu pada kolom tersebut.

Tegangan Geser Kolom :

karena pertemuan dengan kolom luar maka Mkap,ki = 0.

T = 0,7. Mkap,ka / zka

Vj,h = T - Vkol

Vj,v = d/hc .Vj,h

Kontrol Tegangan Geser Horisontal Minimal

dimana :

bj : Lebar Efektif Pertemuan, yang ditentukan sebagai berikut: a. Bila bc > bb, maka diambil nilai terkecil antara

bj = bc atau bj = bb + 0,5.hc

b. Bila bb > bc, maka diambil nilai terkecil antara bj = bb atau bj = bc + 0,5.hc

bb : Lebar Balok

bc : Lebar Kolom Yang Sejajar Dengan Lebar Balok

hc : Lebar Kolom Yang Tegak Lurus Balok bc > bb : bj = bc

: bj = bb + 0.5 hc

Penulangan Geser Horisontal

Tulangan Kolom Terpasang > Aj,v

6 DESAIN BANGUNAN UTAMA

6.2 Pemodelan

6.2.1 Bangunan Utama

7 DESAIN PONDASI

7.1 Daya Dukung Tanah Dasar

Kapasitas ultimate dari sebuah pondasi telapak merupakan daya dukung tanah dikali luasan pondasi telapak dengan formula sebagai berikut :

Daya Dukung pondasi : Qs = qu . A

dimana :

Qs : daya dukung telapak qu : Daya Dukung tanah As : Luasan telapak