Flexural and Shear Behavior at Beam Column Joint Precast Concrete for Fast Build House and Earthquake Resistance with Infill Frame System

Flexural and Shear Behavior at Beam Column Joint Precast Concrete for Fast Build House and Earthquake Resistance with

Infill Frame System

BUDIANTO¹,TAVIO²,DATA IRANATA³

1Jurusan Teknik Sipil, FTSP, ITS, email: buddie_aant@yahoo.co.id

2Jurusan Teknik Sipil, FTSP, ITS, email: tavio_w@yahoo.com

3Jurusan Teknik Sipil, FTSP, ITS, email: data@ce.its.ac.id

Abstract Earthquake which frequently happened in Indonesia lately, it have caused the structure design with earthquake resistance to make effective and can be worked in great quantities and efficient, without reduce strength of any structure building component for the planning use fully ductility (Seismic Design for Special Moment Resisting Frame). It is can apply to use infill frame system for precast concrete to building structure. Especially at beam column joint will be developed to make capable for support contribution to strength flexure and shear of building structure, with verification packet program structure analysis. So it is design module of dry joint connection at beam column joint which is give easily for assembly system to be done and then have achieve price selective for prominent after earthquake in regions. It have any difficulty with expense trouble so must be supply with anything reconstruction of house.

Reconstruction which after earthquake very so much, in the fact demand to rebuild house with easily and fastest assembly of building structures it’s very important. So it make considering to assembly precast concrete for building strategy with make good job of building infill frame structure.

Keywords Design precast beam colum joint, infill frame, verification anaysis. I. PENDAHULUAN

Pada Perkembangan dewasa ini, rumah cepat bangun dan tahan gempa sangat diperlukan bagi pemukiman penduduk khususnya pada daerah gempa sedang dan gempa tinggi (zona wilayah 3, 4, 5, dan 6) dan restrukturisasi pemukiman pasca gempa. Beberapa konsep pembangunan rumah tahan gempa mengacu dalam SNI 03-1726-2002 dan tata cara perhitungan struktur beton SNI 03-2847-2002, sehingga didapatkan struktur rumah cepat bangun dan tahan gempa yang efektif dan efisien. Kemampuan Serviceability Limit Stress (SLS) atau kondisi batas layan, dimana terjadi gempa kecil tidak runtuh pada periode gempa 50- tahunan. Ataupun dengan melakukan damage control atau kondisi batas kerusakan, yaitu boleh terjadi kerusakan, tetapi dapat juga direpair pada saat pasca gempa. Sehingga bangunan struktur rumah cepat bangun dan tahan gempa memberikan kontribusi pada keselamatan atau batas keselamatan (safety margin), dengan memperhatikan daktilitas dan kekuatan struktural hubungan Balok Kolom. Sehingga konsep dari rumah cepat bangun dan tahan gempa dapat diterapkan dengan efektif dan efisien khususnya dengan menjamin perilaku lentur dan geser beton pracetak hubungan Balok Kolom (HBK) dengan pemenuhan regulasi yang berlaku.

Modul desain tersebut diharapkan dapat mengantikan modul PU (Pekerjaan Umum) yang mengunakan desain rumah kayu tahan gempa yang lebih sederhana. Desain pada penentuan jumlah tulangan dan pengekangan normal concrete pada beton pracetak sangat diperhatikan dengan melakukan analisis perhitungan.

Desain sambungan beton pracetak pada Hubungan Balok Kolom (HBK) memberikan kemudahan sistem pemasangan dan harga yang lebih terjangkau. Pada saat rekonstruksi pasca gempa, terjadi peningkatan permintaan pembangunan rumah tinggal. Hal ini menuntut adanya kemudahan dalam sistem pemasangan beton pracetak pada rumah cepat bangun dan tahan gempa, sehingga memberikan kontribusi kemudahan dalam pelaksanaan sambungan pemasangan beton pracetak pada building strategy atau proses assembly (pemasangan) tersebut. Karena akan mengurangi waktu, biaya pekerja dan formwork, maka diharapkan pemakaian beton pracetak rumah akan menekan biaya, waktu dan kualitas lebih terjamin. Sehingga, desain rumah cepat dan tahan gempa dengan menggunakan beton pracetak ini akan memberikan solusi kemudahan perakitan dan diharapkan memiliki nilai harga yang bersaing, yang dapat mengatasi problem rekonstruksi atau restrukturisasi pasca gempa.

I. DASAR TEORI

Beban gempa yang terjadi merupakan kejadian probabilistik yang harus diperhitungkan pada pembebanan struktur, agar struktur tersebut mampu bertahan jika terkena gempa. Syarat agar struktur tahan gempa maka struktur tersebut harus mempunyai daktilitas yang cukup sehingga mampu berdeformasi.

Beban gempa yang diberikan adalah beban dinamis pada zona gempa sedang (3,4) dan gempa tinggi (5,6) yang direncanakan dengan menggunakan analisa dinamis.

Prinsip perencanaan sambungan pada elemen pracetak dapat dikelompokan dalam dua kategori (Priestley,1996) yaitu:

- Sambungan kuat (strong connection), bila sambungan antar elemen pracetak tetap berperilaku elestis pada saat gempa kuat, sistem sambungan harus dan terbukti secara teoritis dan eksperimental memiliki kekuatan dan ketegaran yang minimal sama dengan yang dimiliki struktur sambungan beton monolit yang setara.

- Sambungan daktail (ductile connection), bila pada sambungan boleh terjadi deformasi inelestis, sistem sambungan harus terbukti secara teoritis dan eksperimental memenuhi persyaratan kehandalan dan kekakuan struktur tahan gempa.

Infill frame sering digunakan pada struktur rangka sebagai dinding interior beton dan dinding luar gedung.

Infill frame terdiri dari 3 komponen, yaitu rangka (frame/skeletal structure), infill (bagian pengisi) dan penghubung antara rangka dan pengisinya.

II. METODOLOGI

Perilaku pracetak hubungan balok kolom (HBK) pada rumah cepat bangun dan tahan gempa dengan proses pelaksanaan yang ditunjukan pada diagram alir

Gambar 1. Diagram alir

Proses Desain Hubungan Balok Kolom (HBK) pada Rumah Cepat Bangun dan Tahan Gempa.

III. HASIL PENELITIAN

Perencanaan awal desain

1. Atap yang digunakan adalah Galvalum 2. Material beton pracetak

Material balok menggunakan beton normal, fc

= 20 MPa, berat jenis 2400 kg/m³

Material kolom mengunakan beton normal, fc

= 20 MPa, berat jenis 2400 kg/m³ 3. Material tulangan baja fy 320 MPa

4. Wilayah gempa : menengah (WG=4) dan tinggi (WG=6)

5. Direncanakan untuk tanah lunak dan keras 6. Ditetapkan berat per elemen tidak boleh lebih

kurang dari 2 ton karena digunakan mobil crane dengan kapasitas 2 ton

7. Tangga beton pracetak 8. Sistem struktur infill frame

9. Perhitungan keseluruhan dengan SAP 2000 Version 9, kemudian per elemen digunakan analisis dilakukan dengan paket program struktur analisis PCICOL dan LUSAS Version 13.5-7 untuk melakukan pre-processing dan post-processing pada analisa non linier Rekapitulasi pembebanan

Beban gravitasi

Beban gempa

Fp dinding

Fp = 584.73 kg (1 lantai) Fp = 1167.64 kg (2 lantai) Analisa Struktur dengan SAP2000

1 lantai WG 4, WG 6, tanah lunak dan keras

p p

p K PW

R F = C¹

2 lantai WG 4, WG 6, tanah lunak dan keras

1 lantai WG 6 tanah keras (as shown only) Kontrol strong column weak beam:

Mn atas = 5385646 Nmm

Mn bawah = 5385646

Nmm 6/5 Σ Mg =

12925550 Nmm Bacaan PCICOL = 760000 Nmm

(Dari diagram interaksi kolom)

Σ Me = 1169231 Nmm (OK) Kontrol HBK :

T1 = 62832 N

T2 = 62832 N

Mpr1 = 6732058 Nmm Mpr2 = 6732058 Nmm

Mu = 6732058 Nmm

Vh = 4414 N

Vxx = 121249 N

φVc = 128294 N (OK)

Perhitungan Sambungan Balok dan Kolom 1 lantai WG 6 tanah keras (as shown only) Mutu materials baut Bj 41

Baut diameter = 20 mm (M20) Tebal pelat =15 mm

Dari hasil SAP2000 didapatkan:

-Mu = 658999.95 Nmm

-Pu = 1682.75 N 176.625 )

15 4 (

2 =

= π

Ab mm²

Geser : Vd = φ ∗0.5∗ fu ∗ Ab ∗m

= 54312.19 N

Tumpu : Rd =φ∗2,4∗db∗tp∗ fu

= 221400 N

Tarik : Td = φ∗0,75∗ fu∗ Ab

= 40734.14 N

Td menentukan (diambil yang terkecil) Td = 40734.14 N

a. Cara Pendekatan Titik Putar

841.375N 2

1682.75 =

=

= n

Vu Pu

< Td = 40734.14 N

4.763623 625

. 176

375 .

841 =

=

= Ab

fuv Vu MPa

75 , 153 410 . 5 , 0 . 75 , 0 . 5 , 0

. fu^b = =

φf MPa

Result : OK Beban tarik max:

) 55 (

* 1

55 658999.95

max ₂max= ₂∗

Σ

= ∗ d d Tu Mu

= 1.1982*10⁴N b. Kontrol Interaksi Geser dan Tarik :

Ab ft Td =

φ

∗ ∗

_{ft =1,3∗ fu −1,5∗ fuv} = 525.855 > fu = 410 Dipakai ft = 410 Mpa

Td = 54312.19 N

5.4312 x 10⁴ N > 1,1982 x 10⁴ N Tumax Result : OK

c. Sambungan Las Las mutu E 70xx











 



 



∗ +

∗

∗



 



∗ 

= D te

L te L

Ix *

1 2 12 2

2 1

2 3

=571.67x105 mm⁴



 



=  2 D Sx Ix

= 16.33 x 105 mm³ Akibat beban geser sentris Pu :

320 1682.75

=

= A fv Pu

= 5.26 N/mm²

Akibat beban momen lentur Mu:

105

x 16.33 658999.95

=

= Sx fh Mu

= 0.40 N/mm²

Akibat momen lentur dan geser sentris:

2

2 fh

fv

ftot = +

= 5.27 N/mm² Kuat Rencana Las:

Fuv < φf.0,5.fu^b

703

* 70 6 , 0 75 , 0

6 ,

0 ₇₀

∗

∗

=

∗

∗

= fn

F

fn _{f E xx}

φ φ φ

=3,163 x 103 N/mm² ftot <

φ

fn ^OK

fn mm

teperlu ftot 0,002 3163

27 .

5 =

=

≥ φ te mm

aperlu 0,0023

707 , 0

002 , 0 707 ,

0 = =

≥

Perletakan dan Pembebanan

Note:

Pembebanan diambil pada bagian sambungan yang mengalami gaya dalam terbesar dikenakan ke elemen meshing

Post processing

Daktilitas Sambungan Kondisi leleh ( fy = 250 MPa) Load case 2 (dengan 6 load factor)

Kondisi maksimum ( fu = 410 MPa) Load case 3 (dengan 19 load factor)

µ = 0.5577

0.067 µ = 8.361

µ = 8.4 dibulatkan 8.5 Didapatkan taraf kerja R = 8.5 Kinerja Struktur

IV. KESIMPULAN

Pada rumah cepat bangun sangat penting diperhatikan sambungan daktail (ductile connection), yaitu terjadi deformasi inelestis, sistem sambungan harus terbukti secara teoritis memenuhi persyaratan kehandalan dan kekakuan struktur tahan gempa memiliki nilai R=8.5 (daktail penuh).

Pada pengujian eksperimental akan ditunjukan oleh penelitian selanjutnya pada modul yang terbentuk

V. DAFTAR PUSTAKA

[1] C.E. Warns, 1992, “Concrete International” American Journal of Physical Anthropology No.151, American

[2] Departemen Pekerjaan Umum RI, 1991,” Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung”, Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan, Indonsia

[3] N. Priestley,1996, “ Structural Engineering International” 1 (8) : 151-156.

[4] P. Heru, E. Tjahjono, A.W. Henki, 2001, “Studi Modelisasi Perilaku Sambungan Balok – Kolom Beton Bertulang”, Laporan Hasil Penelitian, Universitas Indonesia