STUDI PERILAKU SAMBUNGAN BALOK-KOLOM
(BEAM-COLUMN JOINTS)PADA BANGUNAN STRUKTUR BETON BERTULANG KOMPOSIT
(STEEL REINFORCED CONCRETE)
AKIBAT BEBAN GEMPA
Nama Mahasiswa :
Nuresta Dwiarti
Dosen Pembimbing :
Budi Suswanto, ST, MT, Ph.D Endah Wahyuni, ST, M.Sc, Ph.D
Abstrak
Steel Reinforced Concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja di dalamnya, dan telah banyak digunakan untuk struktur bangunan bertingkat antara 5-20 lantai.
Seperti pada kontruksi gedung lainnya, panel pertemuan (sambungan) antara balok dan kolom pada kontruksi gedung SRC merupakan bagian yang rawan mengalami kegagalan struktur terutama akibat beban gempa. Untuk itu pada tugas akhir ini dilakukan studi analisa mengenai sambungan balok-kolom pada struktur SRC, yaitu mengenai kuat gesernya. Kuat geser yang dimiliki oleh sambungan balok-kolom SRC ini dihitung dengan menggunakan dua metode perhitungan, yaitu metode superposisi dan metode modifikasi strut-and-tie, untuk kemudian dibandingkan dengan kuat geser dari struktur beton bertulang biasa. Selain itu penampang dari masing-masing elemen struktur meliputi penampang balok dan kolom juga dianalisa dengan bantuan program XTRACT.
Dari hasil analisa yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa metode strut-and-tie memberikan hasil perhitungan yang lebih teliti daripada metode superposisi, namun langkah-langkah perhitungannya lebih rumit. Sedangkan dari hasil output kekuatan penampang elemen balok dan kolom dari program XTRACT, dapat dilihat bahwa penampang elemen struktur dari SRC memiliki kekuatan nominal yang hampir sama dengan elemen struktur dari beton bertulang meskipun dengan ukuran penampang yang lebih kecil.
Kata Kunci : SRC, sambungan balok-kolom, XTRACT.
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Steel Reinforced Concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja di dalamnya. Sistem SRC ini terdiri dari beton, baja profil, tulangan longitudinal, dan tulangan transversal (Chen dan Cheng 2003). SRC memanfaatkan kelebihan yang dimiliki oleh masing-masing elemen dasar pembentuknya, yaitu sifat kekakuan dari Reinforced Concrete dan kekuatan dari struktur baja, sehingga menjadikan SRC struktur yang memiliki kekakuan dan kekuatan yang sangat tinggi. SRC memiliki kapasitas menahan beban yang besar dengan penampang yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan struktur beton bertulang konvensional, namun juga memiliki
ketahanan terhadap api dan korosi yang lebih baik dibandingkan kolom baja biasa dan juga efek penguatan dalam melawan tekuk. Penelitian mengenai Steel Reinforced Concrete terus dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir di beberapa Negara seperti Jepang, Taiwan, dan Amerika. Aplikasi dari SRC ini pun sudah banyak digunakan untuk struktur bangunan bertingkat antara 5-20 lantai. Untuk bangunan gedung bertingkat sangat tinggi terutama gedung pencakar langit, penggunaan struktur komposit ini akan memberikan keuntungan dari segi ekonomis karena kebutuhan dimensi untuk struktur beton bertulang yang semula besar dapat direduksi dengan menggunakan struktur komposit sehingga dapat menghemat tata ruang (Teguh 2008).
merupakan bagian yang rawan pada suatu struktur tahan gempa karena sifat pemecaran energinya yang spesifik. Tak terkecuali pada kontruksi gedung yang menggunakan struktur SRC. Pada saat struktur dilanda gempa, akan terjadi gaya geser yang sangat besar pada sambungan balok dan kolom terutama ketika timbulnya sendi plastis balok pada muka kolom. Gaya geser ini dapat mengakibatkan keruntuhan pada inti panel join baik karena dilampuinya kapasitas geser atau karena hancurnya lekatan (bond) dari tulangan atau akibat dari keduanya (Lillyantina 2008). Terlebih lagi karena daya lekat natural antara profil baja dan beton pada struktur balok atau kolom SRC sangat kecil dibandingkan dengan gaya tekan pada balok beton yang bekerja di atas flange profil baja. Bila kapasitas geser pada bidang pertemuan ini tidak mencukupi, keretakan dapat terjadi, dan kegagalan struktur pun tak dapat dicegah. Oleh karena itu sangatlah penting untuk bisa memperkirakan kekuatan geser yang dimiliki daerah sambungan balok-kolom komposit ini. Sehingga dengan demikian daerah pertemuan balok-kolom ini dapat direncanakan dengan lebih baik.
Untuk itu pada penelitian ini akan dilakukan studi analisa mengenai kapasitas geser sambungan balok-kolom (beam-column joints) pada struktur beton bertulang komposit
(Steel Reinforced Concrete.) Untuk memprediksi besarnya kuat geser akan menggunakan dua metode, yaitu Metode Superposisi Kuat Geser (Strength Superposition Method) dan Metode Strut-and-Tie (Strut-and-Tie Method), dimana hasil dari perhitungan kuat geser dari struktur SRC ini akan dibandingkan dengan kuat geser dari struktur beton bertulang biasa. Selain itu juga akan digunakan beberapa program bantu, yaitu SAP 2000 versi 14 untuk analisa struktur secara umum, dan program bantu XTRACT untuk analisa penampang elemen struktur.
Dengan menganalisa kekuatan geser pada sambungan balok-kolom struktur SRC ini, diharapkan daerah sambungan balok-kolom ini dapat direncanakan dengan lebih baik terutama
kolom SRC dengan menggunakan
metode superposisi dan metode modified softened strut-and-tie?
2.Bagaimana perbandingan hasil analisa
kuat geser sambungan balok-kolom antara struktur Steel Reinforced Concrete dengan struktur Reinforced Concrete?
3.Bagaimana hasil analisa penampang
elemen struktur Steel Reinforced Concrete dengan menggunakan program XTRACT?
1.3.Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah : 1. Mendapatkan hasil analisa prediksi
kekuatan geser dari sambungan balok-kolom SRC dengan menggunakan
metode superposisi dan metodemodified softened strut-and-tie.
2. Membandingkan hasil analisa kuat geser sambungan balok-kolom antara struktur
Steel Reinforced Concrete dengan struktur Reinforced Concrete?
3. Mendapatkan hasil analisa penampang elemen struktur Steel Reinforced Concrete dengan menggunakan program XTRACT.
1.4.Batasan Masalah
1. Beban gempa yang dihitung berdasarkan pada SNI-03-1726-2002.
2. Pembebanan berdasarkan PPIUG 1983. 3. Analisa linier struktur menggunakan
program bantu SAP 2000 v.14.
4. Analisa penampang elemen struktur menggunakan program bantu XTRACT. 5. Perhitungan kuat geser sambungan balok-kolom pada struktur SRC menggunakan metode superposisi dan
metode softened strut-and-tie.
6. Tidak menghitung struktur bangunan bawah (pondasi).
7. Tidak membahas detail metode pelaksanaan.
f
2.1 Steel Reinforced Concrete
Steel Reinforced Concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja di dalamnya. SRC memiliki kelebihan dari masing-masing elemen dasar pembentuknya, yaitu sifat kekakuan dari Reinforced Concrete dan kekuatan dari struktur baja. Karena struktur komposit melibatkan dua macam material yang berbeda, maka perhitungan kapasitasnya tidak sesederhana bila struktur bukan komposit (Suprobo 2000).
Tak terkecuali perhitungan kapasitas gesernya, terutama pada daerah sambungan balok dan kolom.
2.2 Desain Sambungan Balok-Kolom SRC
Menurut Wakabayashi (1986), kriteria desain untuk sambungan yang baik pada struktur daktail tahan gempa adalah sebagai berikut :
1. Kekuatan dari sambungan tidak boleh kurang dari syarat maksimum yang dapat memperbesar mekanisme struktur sendi plastis. Hal ini dapat mengurangi secara relatif kebutuhan akan perbaikan dan kehilangan energi akibat mekanisme sambungan yang mengalami penurunan kekuatan saat terkena beban berulang dalam fase elastis.
2. Kapasitas dari kolom seharusnya tidak dipengaruhi oleh kemungkinan terjadinya penurunan kekuatan pada sambungan. Daerah sambungan harus benar-benar diperhitungkan sebagai bagian dari kolom. 3. Selama terjadi gaya gempa, sambungan
diharapkan berada dalam keadaan fase plastis.
4. Deformasi sambungan tidak boleh meningkatkan terjadinya simpangan.
5. Perkuatan pada sambungan yang diperlukan untuk meningkatkan kapasitas tidak boleh menyebabkan kesulitan dalam proses konstruksi.
2.3 Metode Superposisi
Dalam metode ini kekuatan geser dari beton bertulang dan profil baja dihitung masing-masing terlebih dulu. Kemudian hasil dari kedua perhitungan tersebut disuperposisikan untuk mendapatkan kekuatan geser dari joint SRC.
a. Kekuatan Geser Struktur Profil Baja
Badan profil
b.Kekuatan Geser Beton Bertulang
Untuk sambungan 4 penampang j
c
rc f A
V
1
.
67
'
Untuk 2 atau 3 penampang j
c
rc f A
V
1
.
25
'
Untuk tipe sambungan lainnya j
c
rc f A
V
1
.
00
'
Kuat geser sambungan SRC :
slf sw rc
src V V V V
2.4 METODE SOFTENED
STRUT-AND-TIE
BAB III METODOLOGI
3.1 Flowchart Metodologi
Gambar 3.1 Flowchart Metodologi
3.2 Penjelasan Flowchart
a. Studi Literatur
Tahap ini mempelajari literatur yang berkaitan dan relevan dengan masalah penelitian yang diambil
b. Pre Eliminary Design
Pertama-tama direncanakan lebih dahulu dua buah bangunan gedung
typical, yaitu gedung dengan elemen struktur beton bertulang dan gedung dengan elemen struktur SRC. Dimensi bangunan 30 18 m (jarak bentang 6 m) dan 10 lantai dengan tinggi bangunan 40 m (tinggi antar lantai 4 m), terletak di daerah rawan gempa dengan mengambil Zona Gempa 6 berdasarkan SNI-03-1726-2002. Mulai
Studi Literatur
Pre-eliminary Design
Pembebanan (PPIUG 1983, SNI 2002)
Analisa Linier Struktur (SAP 2000 v.14)
Kontrol dimensi
Analisa Kekuatan Penampang Elemen Struktur Beton
Bertulang dan SRC (XTRACT)
Perhitungan kuat geser joint balok-kolom beton bertulang dan SRC
Visualisasi Hasil (Gambar)
Selesai
NO
Gambar 3.2. Denah bangunan
Gambar 3.4. Portal melintang
c. Pembebanan
Pembebanan dalam perencanaan ini: 1) Beban Mati (PPIUG 1983 Bab 2) 2) Beban Hidup (PPIUG 1983 Bab 3) 3) Beban Gempa (PIUG 1983 Bab 5)
d. Analisa Linier Struktur
Setelah dimensi awal elemen-elemen struktur masing-masing gedung dan pembebanannya ditentukan, dilakukan analisa linier struktur dengan menggunakan program bantu SAP 2000 V.14.
e. Kontrol Dimensi dan Drift
Dari gaya-gaya dalam yang diperoleh dari hasil analisa struktur oleh program SAP, dilakukan perhitungan kontrol dimensi masing-masing elemen struktur dan kontrol drift atau kinerja batas layan struktur gedung.
f. Analisa Penampang
g. Perhitungan Kuat Geser Sambungan
Balok-Kolom
Kuat geser pada sambungan balok-kolom struktur beton bertulang dan struktur SRC dihitung dan kemudian dibandingkan. Untuk memperkirakan kuat geser pada sambungan SRC ini akan digunakan dua metode, yaitu metode superposisi dan metode softened strut-and-tie
h. Visualisasi Hasil (Gambar)
Penggambaran hasil perencanaan dan analisa perhitungan dalam bentuk gambar teknik.
BAB IV
PRE ELIMINARY DESIGN DAN PEMBEBANAN
4.1 Umum
Bab ini berisi perhitungan-perhitungan untuk menentukan perkiraan awal dari dimensi elemen struktur utama bangunan, antara lain dimensi pelat, balok anak, balok induk, dan kolom.
4.2 Data Perencanaan
Data- data perencanaan yang akan digunakan adalah sebagai berikut :
Panjang bangunan : 30 m Lebar bangunan : 18 m Jarak bentang : 6 m Tinggi total : 40 m Jumlah lantai : 10 Tinggi antar lantai : 4 m
Mutu beton (fc’) : 30 MPa Mutu baja tulangan (fy) : 390 MPa Mutu baja profil (Fy) : 250 MPa Fungsi bangunan : Perkantoran
Zone gempa : Zone 6
Kategori tanah : Tanah lunak
4.3 Perencanaan Struktur Beton Bertulang
4.4 Pembebanan Struktur Beton Bertulang
a. Pembebanan Gravitasi
Pembebanan gravitasi pada struktur hanya diterima oleh frame saja, dimana besarnya beban-beban yang bekerja adalah sesuai dengan PPIUG 1983. Selanjutnya dicari q ekuivalen dari beban yang bekerja pada frame balok ini, sesuai dengan garis leleh yang akan terjadi. Dalam hal ini q ekuivalen berbentuk segitiga dengan rumus
x ek q l
q 41
b. Pembebanan Gempa
Merencanakan beban gempa bertujuan untuk mendapatkan beban gempa yang sesuai dengan peraturan untuk dibebankan kedalam struktur gedung. Beban gempa rencana dicek terhadap kontrol – kontrol sesuai peraturan gempa yaitu SNI 03-1726-2002, dimana kontrol – kontrol tersebut terdiri dari kontrol waktu getar alami fundamental (T), dan simpangan (drift). Tabel 4.2 Gaya gempa tiap lantai pada struktur beton bertulang
Kontrol Analisa T Rayleigh akibat
gempa arah sumbu X dan Y
Tabel 4.3 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu X pada struktur beton bertulang
64.34 9,81
46.44 6,3
Trayleight = 1,708 detik
Nilai T yang diijinkan = 1,708-(20% x 1,708) = 1,3664 detik
Karena T1 = 1.163 detik < T Rayleigh = 1,3664 detik, maka T1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan
SNI 1726 Pasal 6.2.2.
Tabel 4.4 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu Y pada struktur beton bertulang
68,11 9,81
52.04 6,3
Trayleight = 1,75 detik
Nilai T yang diijinkan = 1,75-(20% x 1,75) = 1,4 detik
Karena T1 = 1.163 detik < T Rayleigh = 1,4 detik, maka T1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726
Pasal 6.2.2.
akibat gempa harus dihitung ulang dengan menggunakan nilai Trayleigh, dan beban gempa yang dihitung ulang inilah yang akan digunakan dalam analisa struktur.
Tabel 4.5 Gaya gempa tiap lantai dengan Trayleigh
Kontrol Drift
Menurut SNI 1726 pasal 8.1.2 tidak boleh melampaui :
Δs < hi R
03 , 0
atau 30 mm (yang terkecil)
Δs< x3500 19,1mm 5.5
0,03
atau 30 mm R
7 , 0
95 , 5 5 . 8 7 , 0 x
Δm = ξ x Δs = 5,95 Δs
Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimate struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar struktur gedung menurut SNI 1726 pasal 8.2.2 tidak boleh melampaui : 0,02 x hi = 0,02 x 4000 = 80 mm untuk lantai dengan hi = 4,00 m
Tabel 4.6. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x
Tabel 4.7. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu y
4.5 Perencanaan Struktur SRC
Perencanaan pelat struktur SRC sama dengan pelat pada struktur beton bertulang. Sedangkan balok anak menggunakan profil baja WF 250.175.7.11 dan dipasang hanya pada arah melintang.
Tabel 4.8. Dimensi balok struktur SRC
4.6 Pembebanan Struktur SRC
a. Pembebanan Gravitasi
b. Pembebanan Gempa
Tabel 4.10. Gaya gempa tiap lantai pada struktur SRC
Kontrol Analisa T Rayleigh akibat
gempa arah sumbu X dan Y
Tabel 4.11 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu X
77,23 9,81
80,105 6,3
Trayleight = 2,0485 detik
Nilai T yang diijinkan = 2,048-(20% x 2,0485) = 1,638 detik
Karena T1 = 1.163 detik < T Rayleigh = 1,638 detik maka T1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726
Pasal 6.2.2.
Tabel 4.12 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu Y
37 , 82 9,81
91,022 6,3
Trayleight = 2,11 detik
Nilai T yang diijinkan = 2,11-(20% x 2,11) = 1,69 detik
Karena T1 = 1,163 detik < T Rayleigh = 1,69 detik maka T1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726
Pasal 6.2.2.
ketentuan SNI 1726 Pasal 6.2.2.
Oleh karena nilai T yang dihitung secara empiris lebih kecil dari (Trayleigh – 20% Trayleigh) baik dari arah X ataupun Y sehingga tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal 6.2.2, maka perhitungan beban geser horizontal akibat gempa harus dihitung ulang dengan menggunakan nilai Trayleigh, dan beban gempa yang dihitung ulang inilah yang akan digunakan dalam analisa struktur.
Kontrol Drift
Tabel 4.14. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x
Tabel 4.15. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu y
BAB V
PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER
5.1 Umum
Pada bab ini akan direncanakan struktur sekunder dari gedung beton bertulang maupun SRC, yang meliputi pelat dan balok anak.
5.2 Perencanaan Struktur Sekunder Beton
Bertulang
a. Pelat
Penulangan Pelat Atap
Data-data
perencanaan
untuk
penulangan pelat atap:
- Dimensi plat : (3 x 3) m2 - Tebal plat : 100 mm - Tebal decking : 40 mm
- Diameter tulangan rencana : 8 mm - Mutu tulangan baja : 390 MPa - Mutu beton : 30 MPa β1 = 0.85 - dx = 100 – 20 – ½ (8) = 76 mm - dy = 100 – 20 – 8 – ½ (8) = 68 mm Dari hasil perhitungan diperoleh tulangan lentur untuk pelat atap
Ø 8 – 200 mm.
Penulangan Pelat Lantai
Data-data perencanaan penulangan
pelat lantai:
- Dimensi plat : (3 x 3) m2 - Tebal plat : 120 mm - Tebal decking : 20 mm
- Diameter tulangan rencana : 10 mm - Mutu tulangan baja : 390 MPa - Mutu beton : 30 MPa β1 = 0.85 - dx = 120 – 20 – ½ (10) = 95 mm - dy = 120 – 20 – 10 – ½ (10) = 85 mm Dari hasil perhitungan diperoleh tulangan lentur untuk pelat lantai
Ø 10 – 200 mm.
Dari hasil perhitungan diperoleh kebutuhan tulangan
Pada daerah tumpuan tulangan atas 4 D22 tulangan bawah 2 D22 Pada daerah lapangan tulangan atas 2 D22 tulangan bawah 3 D22
Gambar 5.1 penulangan lentur balok anak pada daerah tumpuan dan lapangan.
Sedangkan untuk tulangan geser dipasang tulangan 2Ø10 – 150
5.3 Perencanaan Struktur Sekunder SRC
a. Pelat
Perencanaan pelat pada struktur gedung SRC disamakan dengan perencanaan pelat pada struktur gedung beton bertulang.
b. Balok Anak
Balok anak pada struktur gedung SRC direncanakan menggunakan profil baja dan dipasang hanya pada arah melintang. Profil baja yang digunakan WF 250.175.7.11 dengan data sebagai berikut:
BAB VI
PERENCANAAN STRUKTUR
PRIMER
6.1 Umum
Dalam bab ini akan direncanakan struktur primer dari kedua struktur gedung yang meliputi elemen struktur balok induk dan kolom.
6.2 Perencanaan Struktur Primer Beton
Bertulang
a. Balok Induk Eksterior E (3-4)
Data Perencanaan : c
f
'
= 30 MPa
y
f
= 390 MPa
h = 600 mm
b = 400 mm
Tul.longitudinal = D 25 Tul.geser = 12 mm Cover = 40 mm
d’ = 40+12+ (½) (25) = 64,5 mm
Dari hasil perhitungan diperoleh kebutuhan tulangan lentur pada balok :
Tumpuan kiri
Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm2 ) Lapangan
Tulangan atas = 2 D25 (As = 981,75 mm2 ) Tulangan bawah = 2 D25 (As = 981,75 mm2 ) Tumpuan kanan
Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm2 ) Untuk tulangan geser dipasang sengkang 2 12
– 120 untuk daerah di dalam sendi plastis, dan sengkang 2 12 – 200 untuk di luar sendi plastis.
b. Balok Induk Interior E (2-3)
Tabel 6.2 Resume Momen Desain Pada Balok Induk Interior E (3-4)
Data Perencanaan : c
f
'
= 30 MPa
y
f
= 390 MPa
h = 600 mm
b = 400 mm
Tul.longitudinal = D 25 Tul.geser = 12 mm Cover = 40 mm
d’ = 40+12+ (½) (25) = 64,5 mm
d = h -d’ = 600 – 63 = 535,5 mm
Dari hasil perhitungan diperoleh kebutuhan tulangan lentur pada balok :
Tumpuan kiri
Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm2 ) Lapangan
Tulangan atas = 2 D25 (As = 981,75 mm2 ) Tulangan bawah = 2 D25 (As = 981,75 mm2 ) Tumpuan kanan
Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm2 ) Untuk tulangan geser dipasang sengkang 2 12
– 120 untuk daerah di dalam sendi plastis, dan sengkang 2 12 – 200 untuk di luar sendi plastis.
c. Kolom Eksterior E4 Lantai 1-4
Data :
Mutu beton (fc’) : 30 MPa
Mutu baja (fy) : 400 MPa
Tabel 6.3 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Ekserior E4 antara Lantai dasar dan 1
Tabel 6.4 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Eksterior E4 antara Lantai 1 dan 2
Dari diagram interaksi yang dibuat oleh program PCACOL diperoleh :
Tulangan Longitudinal =
16D25 (1 % <
ρ
= 1,275 % < 6 %)….OK Dari hasil perhitungan dan dengan bantuan program PCACOL diperoleh :∑Me = 1010 + 1020
= 2030 KNm > 6/5 x 631,54 = 757,85 = 2030 KNm > 757,85 (OK)
Maka syarat strong coloumn weak beam terpenuhi.
Sedangkan untuk tulangan geser pada daerah sendi plastis dipasang 4 13 – 100 dan 4 13 – 130 untuk di luar sendi plastis.
d. Kolom Interior E3 Lantai 1-4
Mutu beton (fc’) : 30 MPa
Mutu baja (fy) : 400 MPa
Lebar kolom (B) : 800 mm Tinggi kolom(H) : 800 mm Panjang kolom : 4000 mm
Tabel 6.5 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Interior E4 antara Lantai dasar dan 1
Tabel 6.3 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Interior E4 antara Lantai 1 dan 2
Dari diagram interaksi yang dibuat oleh program PCACOL diperoleh :
Tulangan Longitudinal =
16D25 (1 % <
ρ
= 1,275 % < 6 %)….OK Dari hasil perhitungan dan dengan bantuan program PCACOL diperoleh :∑Me = 1010 + 1020
= 2030 KNm > 6/5 x 631,54 = 757,85 = 2030 KNm > 757,85 (OK)
Sedangkan untuk tulangan geser pada daerah sendi plastis dipasang 4 13 – 100 dan 4 13 – 130 untuk di luar sendi plastis.
6.3 Perencanaan Struktur Primer SRC
a. Balok Induk Eksterior 3 (A-B)
Balok komposit direncanakan dengan menggunakan profil B-SRC 40x60 dengan spesifikasi material:
Baja (300x200x9x14)
Beton
f’c = 30 MPa
b = 40 cm h = 60 cm
tulangan utama atas = 4 D22 mm tulangan utama bawah = 2 D22 mm diameter tulangan sengkang = 12 mm diperoleh momen nominal
Mn = 640006847 Nmm > Mu =
481680306,74 Nmm…. OK !
b. Balok Induk Insterior 3 (A-B)
Balok komposit direncanakan dengan menggunakan profil B-SRC 40x60 dengan spesifikasi material:
Baja (300x200x9x14)
Beton
Mn = 640006847 Nmm > Mu = 451585680 Nmm…. OK !
c. Kolom SRC
Dari hasil perhitungan direncanakan kolom komposit baik untuk kolom eksterior maupun interior dengan dimensi 60 cm x 60 cm dengan profil K400.200.8.13 dan tulangan longitudinal 4D25.
d. Sambungan Profil Baja Balok dengan
Profil Baja Kolom
Sambungan profil baja balok dengan profil baja kolom pada struktur SRC menggunakan sambungan las sudut.
e. Sambungan Antara Kolom
BAB VII
SAMBUNGAN BALOK-KOLOM
7.1 Umum
Pada bab ini akan dibahas perhitungan kapasitas geser pada sambungan balok-kolom baik pada struktur beton bertulang ataupun pada struktur SRC. Sambungan balok-kolom yang ditinjau adalah sambungan eksterior yang terkekang pada kedua atau ketiga sisinya.
7.2 Sambungan Balok-Kolom Beton
Bertulang
7.2.1 Sambungan Interior
Sambungan balok-kolom interior atau untuk selanjutnya pada strutur beton bertulang akan disebut Hubungan Balok-Kolom (HBK) yang ditinjau adalah sambungan balok-kolom pada B-2 arah U-S.
T1 = As x 1,25 fy =
= 1435806 N = 1435,81 KN T2 = As x 1,25 fy
=
= 957206,25 N = 957,21 KN
Gambar 7.1 Sketsa sambungan balok-kolom interior
Momen negatif (Mpr
-) :
Tulangan terpasang = As=6D25=2945,24 mm2
Momen positif (Mpr +
)
Tulangan terpasang As = 4D25 = 1963,5 mm2
sehingga
Total gaya geser pada pot.x-x = T1 + T2 - Vh Vx-x = 1435,81 + 957,21 – 333,97
= 2059,05 kN
Sesuai SNI 03-2847-2002 pasal 23.5.3.1 kuat geser nominal untuk HBK yang terkekang pada keempat sisinya pada struktur beton bertulang adalah :
(HBK kuat menahan gaya geser yang mungkin terjadi)
Karena kuat geser pada HBK cukup kuat untuk menahan gaya geser yang mungkin terjadi, maka cukup dipasang tulangan sengkang praktis. Untuk kesederhanaan penditailing, akan dipakai Ash ujung kolom seperti yang telah dihitung pada sub.bab
6 D25
3.1.3.d(3) untuk tulangan transversal HBK ini. Sehingga dipasang tulangan sengkang 4 13 = 530,93 mm2.
Kontrol luas tulangan transversal minimum hubungan balok-kolom eksterior
Berdasarkan SNI 03-2847-2002 pasal 23.4.4.1.b, luas total penampang sengkang tertutup persegi tidak boleh kurang dari yang ditentukan pada persamaan :
menentukan Ash = 489,46 mm
2
< Av = 530,93 mm 2
sehingga sengkang 4 13 – 100 memenuhi syarat.
7.2.2 Sambungan Eksterior
Sambungan balok-kolom eksterior yang ditinjau adalah sambungan balok-kolom pada B-3 arah U-S.
T1 = As x 1,25 fy =
= 1435806 N = 1435,81 KN Momen negatif (Mpr
-) :
Tulangan terpasang = As = 6D25 = 2945,24 mm2
Momen positif (Mpr +
)
Tulangan terpasang As = 4D25 = 1963,5 mm2
sehingga
Total gaya geser pada potongan x-x = T1– Vh Vx-x = 1435,81 – 333,97
= 1101,84 kN
Sesuai SNI 03-2847-2002 pasal 23.5.3.1 kuat geser nominal untuk HBK yang terkekang pada ketiga sisinya pada struktur beton bertulang adalah :
seperti yang telah dihitung pada sub.bab 3.1.3.d(3) untuk tulangan transversal HBK ini. Sehingga dipasang tulangan sengkang 4 13 = 530,93 mm2.
7.3 Sambungan Balok-Kolom SRC
Menghitung kapasitas geser pada sambungan balok-kolom SRC dapat dilakukan dengan dua metode perhitungan, yaitu Metode Superposisi dan Metode Strut-and-tie.
Data-data perencanaan yang diperlukan : Data Material
- fc’ beton = 30 MPa - fy profil baja = 250 MPa - fy tulangan = 390 MPa - modulus elastisitas beton
Ec = 25742,96 MPa - modulus elastisitas baja
Es = 200000 MPa
7.3.1 Sambungan Interior
a. Metode Superposisi
Kuat geser dari badan profil baja
w Kuat geser dari sayap profil baja
f bertulang yang terkekang pada keempat sisinya
Maka kuat geser dari joint SRC
slf
Dari hasil analisa struktur dengan Program SAP, diperoleh momen negatif maksimum pada balok eksterior sebesar 451585680 Nmm = 451,6 KNm. Untuk itu dari program XTRACT akan dilihat gaya geser yang terjadi pada balok saat momen kapasitas balok mendekati momen 451,6 KNm. Dari analisa program XTRACT diperoleh Vb = 1398 KN
b. Metode Modifikasi Strut-and-tie
Prosedur perhitungan kuat geser sambungan balok-kolom SRC dengan metode strut-and-tie seperti yang digambarkan pada flowchart Gambar 3.14 adalah sebagai berikut.
1. Menghitung sudut inklinasi
lh = .1000
1322 7 , 451 1000 .
c b T M
341,68 mm
2. Menghitung luasan efektif diagonal strut
(Astr)
Untuk metode modifikasi strut-and-tie, luasan efektif diagonal strut disumbangkan oleh beton bertulang dan profil baja.
Astr yang disumbangkan dari beton bertulang : bj = bb + hc = 400 + 600 = 950 mm
bj = bb + 2x = 400 + 2(100) = 600 mm bj dipakai
Astr,rc = as bj = 315,83 x 600 = 189498 mm 2
Sedangkan Astr dari profil baja dihitung sebagai berikut.
Untuk kuat tekan beton antara
20
fc100
'
3.35
0.52
cf
Koefisien transformasi dari tegangan baja profil ke beton dihitung dengan :
Kontrol :
Astr steel = as tw ( -1)
= 0,79 x 315,83 x 8 x (14,167-1) = 26326,85 mm2
Total luasan efektif diagonal strut :
Astr =Astr,rc + Astr,s
= 189498+ 26326,85 = 215824,85 mm2
3. Menghitung nilai indeks strut-and-tie
(K)
Luasan dari horizontal dan vertical ties
Tegangan leleh dari horizontal dan vertical ties
Fyh = Ath Fyh = 2050,08 250 / 1000 =
512,52 kN
Fyv = Atv Fyv = 1938,6 250 / 1000 =
484,65 kN
Keseimbangan gaya-gaya vertikal pada saat mengalami leleh
Nilai indeks strut-and-tie horizontal
Nilai indeks strut-and-tie vertikal
Total nilai indeks K
4. Menghitung kuat geser nominal
Kuat tekan diagonal nominal
Berdasarkan perhitungan modifikasi strut-and-tie yaitu dengan perhitungan komposit parsial, kuat geser nominal pada sambungan balok-kolom dapat dihitung dari metode softened strut-and-tie dari beton bertulang dan badan profil baja arah longitudinal ditambah dengan kuat geser dari sayap profil baja dari perhitungan superposisi. Nilai untuk sambungan interior diambil 1,2.
Gaya geser yang diterima oleh sambungan adalah sebesar
Vjh = Tb + Cb - Vcol
Dari analisa program XTRACT diperoleh Vb = 1398 KN
Karena kuat geser nominal lebih besar dari gaya geser yang mungkin terjadi, maka cukup dipasang tulangan sengkang praktis. Untuk itu dipasang corner tie dengan ukuran 13-100.
Gambar 7.3 Tampak atas sambungan balok-kolom SRC Interior
7.3.2 Sambungan Eksterior
a. Metode Superposisi
Kuat geser dari badan profil baja
w
Kuat geser dari sayap profil baja
f
bertulang
yang terkekang pada keempat sisinyaMaka kuat geser dari joint SRC
Gaya geser yang diterima oleh sambungan adalah sebesar
Vjh = Vb - Vcol
Dari hasil analisa struktur dengan Program SAP, diperoleh momen negatif maksimum pada balok eksterior sebesar 481680306,74 Nmm = 481,7 KNm. Untuk itu dari program XTRACT akan dilihat gaya geser yang terjadi pada balok saat momen kapasitas balok mendekati momen 481,7 KNm.
Dari analisa program XTRACT diperoleh Vb = 1504 KN
b. Metode Modifikasi Strut-and-tie
Prosedur perhitungan kuat geser sambungan balok-kolom SRC dengan metode strut-and-tie seperti yang digambarkan pada flowchart Gambar 3.14 adalah sebagai berikut.
1. Menghitung sudut inklinasi
Dari program software XTRACT diperoleh Mb = 485,6 KNm
(untuk sambungan eksterior dan sudut dapat digunakan ab = hb/5)
2. Menghitung luasan efektif diagonal
strut (Astr)
Untuk metode modifikasi strut-and-tie, luasan efektif diagonal strut disumbangkan oleh beton bertulang dan profil baja.
Astr yang disumbangkan dari beton bertulang : bj = bb + hc = 400 + 600 = 950 mm
Untuk kuat tekan beton antara
20
fc100
'
3.35
0.52
cf
Koefisien transformasi dari tegangan baja profil ke beton dihitung dengan :
Kontrol : 0
E
sF
yAstr steel = as tw ( -1)
= 0,793 x 234,66 x 8 x (14,167-1) = 19611,81 mm2
Total luasan efektif diagonal strut :
Astr =Astr,rc + Astr,s
Luasan dari horizontal dan vertical ties
Tegangan leleh dari horizontal dan vertical ties
Fyh= Ath Fyh = 2093,1 250/1000 = 523,275 kN Fyv= Atv Fyv = 1937,22 250/1000= 484,305kN
Keseimbangan gaya-gaya horizontal pada saat mengalami leleh
Keseimbangan gaya-gaya vertikal pada saat mengalami leleh
Nilai indeks strut-and-tie horizontal
Nilai indeks strut-and-tie vertikal
Total nilai indeks K
3. Menghitung kuat geser nominal
Kuat tekan diagonal nominal
Berdasarkan perhitungan modifikasi strut-and-tie yaitu dengan perhitungan komposit parsial, kuat geser nominal pada sambungan balok-kolom dapat dihitung dari metode softened strut-and-tie dari beton bertulang dan badan profil baja arah longitudinal ditambah dengan kuat geser dari sayap profil baja dari perhitungan superposisi.
Gaya geser yang diterima oleh sambungan adalah sebesar
Vjh = Vb - Vcol
Dari analisa program XTRACT diperoleh Vb = 1504 KN
Mb = 485,6 KNm
Vcol = Mb/Hkolom = 485,6/4 = 121,4 kN Vjh = 1504 – 121,4
= 1382,6 kN < VSRC = 2635,92 kN
OK
Karena kuat geser nominal lebih besar dari gaya geser yang mungkin terjadi, maka cukup dipasang tulangan sengkang praktis. Untuk itu dipasang corner tie dengan ukuran 13-100.
BAB VIII
HASIL ANALISA PENAMPANG DENGAN PROGRAM XTRACT
8.1 Umum
Pada bab ini akan dibahas hasil analisa penampang tiap elemen struktur dari masing-masing gedung dengan bantuan program XTRACT. Dari program XTRACT ini akan dapat dilihat momen ultimate pada penampang, dan dapat menampilkan interaksi antara tegangan aksial dan momen (Axial Force-Moment interaction).
8.2 Hasil Analisa Penampang Struktur
Beton Bertulang
a. Analisa Penampang Balok
Berdasarkan perhitungan kebutuhan tulangan untuk balok induk struktur beton bertulang seperti yang telah dihitung pada Bab VI, didapatkan jumlah tulangan atas 6 D25 dan tulangan bawah 4 D25.
Gambar 8.1 Model penampang balok beton pada XTRACT
Dari hasil analisa dengan menggunakan XTRACT didapatkan bahwa penampang balok induk mengalami leleh pertama kali saat mencapai momen sebesar 501,7 KNm dan mencapai batas ultimate saat Mn = 525,7 KNm. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 8.3.
b. Analisa Penampang Kolom
Berdasarkan perhitungan kebutuhan tulangan untuk balok induk struktur beton bertulang seperti yang telah dihitung pada Bab
Gambar 8.2 Model penampang kolom beton pada XTRACT
Dari hasil analisa program XTRACT dengan beban momen saja seperti tampak pada Gambar 8.6, diperoleh momen ultimate pada kolom sebesar 1029 KNm pada garis keseimbangan 310,8 mm. Sedangkan momen pada saat leleh adalah sebesar 832,6 KNm pada garis keseimbangan 213,6 mm. Tulangan yang berwarna kuning menunjukkan bahwa tulangan tersebut telah leleh pada saat penampang mencapai momen maksimumnya. Sedangkan pada Gambar 8.7 dapat dilihat diagram interaksi antara tegangan aksial dan momen yang terjadi
8.3 Hasil Analisa Penampang Struktur
SRC
a. Analisa Penampang Balok
Penampang balok SRC yang akan dianalisa oleh program XTRACT ini memiliki baja profil WF 300.200.9.14 di dalamnya denan kebutuhan tulangan longitudinal sebanyak 4 D25 di bagian atas dan 2 D25 di bagian bawah, seperti tampak pada Gambar 8.3.
Pada Gambar 8.8, dapat dilihat balok SRC mulai mengalami leleh saat mencapai momen 438,7 KNm pada garis keseimbangan 65,56 mm, hingga akhirnya mencapai momen maksimum sebesar 520,7 KNm, pada garis keseimbangan 128 mm. Warna kuning pada profil dan tulangan menunjukkan bagian yang telah leleh pada saat terjadi momen maksimum.
b. Analisa Penampang Kolom
Berdasarkan perhitungan kebutuhan tulangan untuk balok induk struktur SRC seperti yang telah dihitung pada Bab VI, didapatkan jumlah tulangan longitudinal 4 D25, dengan profil baja di dalamnya adalah K 400.200.8.13.
Gambar 8.4 Model penampang kolom beton pada XTRACT
Dari hasil analisa program XTRACT dengan beban momen saja seperti tampak pada Gambar 8.9, diperoleh momen ultimate pada kolom sebesar 937,9 KNm pada garis keseimbangan 116,4 mm. Sedangkan momen pada saat leleh adalah sebesar 634,6 KNm pada garis keseimbangan 86,02 mm. tulangan dan profil yang berwarna kuning menunjukkan bahwa bagian yang telah leleh pada saat
penampang mencapai momen
maksimumnya. Sedangkan pada Gambar 8.10 dapat dilihat diagram interaksi antara tegangan aksial dan momen yang terjadi.
BAB IX
PENUTUP
9.1 Kesimpulan
Studi analisa mengenai sambungan balok-kolom SRC ini dimulai dengan merencanakan terlebih dahulu dua buah gedung typical sederhana, satu gedung didesain dengan struktur beton bertulang biasa, dan satu gedung didesain dengan struktur SRC. Setelah melakukan desain awal terhadap masing-masing elemen struktur, dilakukan analisa struktur dengan bantuan program SAP untuk memperoleh gaya-gaya dalam yang terjadi akibat berbagai macam kombinasi pembebanan yang diberikan. Dengan gaya-gaya dalam tersebut dilakukan perencanaan elemen struktur primer yang kemudian akan dianalisa penampangnya dengan bantuan program XTRACT. Balok induk beton bertulang berdimensi 40 cm x 60 cm, dan kolom 80 cm x 80 cm. sedangkan struktur SRC memiliki dimensi balok 40 cm x 50 cm dan kolom 60 cm x 60 cm.
Dari hasil analisa program XTRACT terhadap penampang elemen kedua jenis struktur dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1) Balok SRC meski dengan dimensi
yang lebih kecil ternyata memiliki momen ultimate sebesar 520,7 KNm, hampir sama besarnya dengan balok beton bertulang dengan dimensi lebih besar yang memiliki momen ultimate 525,7 KNm. Dengan menggunakan struktur SRC dapat mengurangi luas penampang elemen strukturyang dibutuhkan untuk menerima momen ultimate yang sama hingga 20 % nya. 2) Demikian juga dengan penampang
Sedangkan untuk analisa kapasitas geser dari sambungan balok-kolom SRC dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1) Untuk sambungan balok-kolom eksterior diperoleh kuat geser :
Metode superposisi
VSRC = 3464,75 kN > Vjh = 1382,6 kN Metode modifikasi Strut-and-Tie
VSRC = 2635,92 kN > Vjh = 1382,6 kN Untuk sambungan balok-kolom interior diperoleh kuat geser :
Metode superposisi
VSRC = 4292,91 kN > Vjh = 2674,6 kN Metode modifikasi Strut-and-Tie
VSRC = 3781,74 kN > Vjh = 2674,6 kN Dari metode modifikasi strut-and-tie
diperoleh kuat geser yang lebih kecil daripada metode superposisi, hal ini karena metode modifikasi strut-and-tie
lebih teliti dalam perhitungannya dengan menyesuaikan gaya-gaya yang terjadi pada daerah sambungan. namun perhitungannya lebih rumit.
2) Bila dibandingkan dengan kuat geser sambungan beton bertulang, dimana untuk balok eksterior kuat gesernya
dan untuk balok interior , kuat geser pada sambungan balok-kolom SRC tidak berbeda jauh dengan kuat geser yang dimiliki beton bertulang, meskipun struktur SRC memiliki luas penampang elemen struktur yang lebih kecil. Berdasarkan analisa di atas, apabila kedua struktur memiliki dimensi elemen struktur yang sama, kuat geser pada sambungan SRC akan lebih besar karena mendapat sumbangan dari sayap dan badan profil baja.
9.2 Saran
1) Bila menghendaki hasil perhitungan yang lebih teliti, metode perhitungan
Modifikasi Strut-and-Tie dapat digunakan untuk menghitung kuat geser pada sambungan balok-kolom struktur SRC, terutama bila untuk kepentingan eksperimen. Sedangkan metode superposisi dapat digunakan untuk keperluan perencanaan gedung biasa yang tidak terlalu membutuhkan hasil perhitungan yang teliti.
Gambar 8.5 Hasil analisa penampang balok beton bertulang
dengan beban momen curvatur Gambar 8.6 Hasil analisa penampang kolom beton bertulang
Gambar 8.13 Hasil analisa penampang kolom beton bertulang dengan beban momen curvatur
