SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Akademik Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Sipil Strata Satu (S1) Pada Program
Studi Teknik Sipil Fakultas Teknologi dan Informatika Universitas Mathla’ul Anwar Banten.
ANALISIS ELEMEN STRUKTUR KOLOM TERHADAP BEBAN GEMPA WIL V DI GEDUNG ASRAMA PONPES KAUNGCAANG
CADASARI PANDEGLANG DENGAN METODE DINAMIK (TIME HISTORY)
Oleh :
Nama : Ridwan Arifin NIM : F.27.16.0023 Program Study : Teknik Sipil Jenjang : Strata Satu (S1)
FAKULTAS TEKNOLOGI DAN INFORMATIKA PROGRAM STUDY TEKNIK SIPIL
UNIVERSITAS MATHLA’UL ANWAR BANTEN 2020 M/1441 H
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS
Yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Ridwan Arifin
NIM : F.27.16.0023
Program Studi : Teknik Sipil Jenjang : Strata Satu (S1) Jenis Karya : Skripsi
Dengan ini menyatakan bahwa skripsi yang telah saya buat dengan judul:
Analisis Elemen Struktur Kolom Terhadap Beban Gempa Wil V Di Gedung Asrama Ponpes Kaungcaang Cadasi Pandeglang Dengan Metode Dinamik (Time History).
Judul skripsi tersebut adalah hasil karya sendiri, dan semua sumber baik yang kutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar dan skripsi belum pernah diterbitkan atau dipublikasikan dimanapun dan dalam bentuk apapun.
Demikianlah surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila dikemudian hari ternyata saya memberikan keterangan palsu dan atau ada pihak lain yang mengklaim bahwa skripsi yang telah saya buat adalah hasil karya milik seseorang atau badan tertentu, saya bersedia diproses baik secara pidana maupun perdata dan kelulusan saya dari Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknologi dan Informatika Universitas Mathla’ul Anwar Banten dan dicabut/dibatalkan.
Pandeglang, 11 Agustus 2020 Yang menyatakan,
Materai Rp. 6.000,-
Ridwan Arifin
SURAT PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya :
Nama : Ridwan Arifin
NIM : F.27.16.0023
Program Studi : Teknik Sipil Jenjang : Strata Satu (S1) Jenis Karya : Skripsi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, dengan ini menyetujui untuk memberikan ijin kepada pihak Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknologi dan Informatika Universitas Mathla’ul Anwar Banten (FTI UNMA Banten) Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-exclusive Royalti-Free Right) atas karya ilmiah kami yang berjudul : “Analisis Elemen Struktur Kolom Terhadap Beban Gempa Wil V Di Gedung Asrama Ponpes Kaungcaang Cadasi Pandeglang Dengan Metode Dinamik (Time History)”: Dengan Hak Bebas Royalti Non- Eksklusif ini pihak FTI UNMA Banten berhak menyimpan, mengalih-media atau bentuk-kan, mengelolaannya dalam pangkalan data (database), mendistribusikannya dan menampilkan atau mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari kami selama tetap mencantumkan nama kami sebagai penulis/pencipta karya ilmiah tersebut.Saya bersedia untuk menanggung secara pribadi, tanpa melibatkan pihak FTI UNMA Banten, segala bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran Hak Cipta dalam karya ilmiah saya ini.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Pandeglang, 11 Agustus 2020 Yang menyatakan,
Materai Rp. 6.000,-
Ridwan Arifin
PERSETUJUAN SKRIPSI
Nama Pelaksana Skripsi : Ridwan Arifin Nomor Induk Mahasiswa : F.27.16.0023 Program Studi : Teknik Sipil Jenjang Studi : Strata Satu (S 1)
Judul Skripsi :“Analisis Elemen Struktur Kolom Terhadap Beban Gempa Wil V Di Gedung Asrama Ponpes
Kaungcaang Cadasi Pandeglang Dengan Metode Dinamik (Time History)”
Dosen Pembimbing : 1.H.Soedarsono, ST., MMT 2.Sangiru, ST., M.Ars
Pandeglang, 11 Agustus 2020 Menyetujui,
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
H. Soedarsono, ST., MMT Sangiru, ST., M.Ars
Mengetahui, Dekan
Susilawati, M.Kom.
HALAMAN PENGESAHAN SKRIPSI
Nama :Ridwan Arifin
NIM : F.27.16.0023
Program Studi :Teknik Sipil Jenjang :Strata Satu (S1)
Tanggal Pengujian : 27 Juni 2020 s.d 15 Agustus 2020
Judul Skripsi : Analisis Elemen Struktur Kolom Terhadap Beban Gempa Wil V Di Gedung Asrama Ponpes
Kaungcaang Cadasi Pandeglang Dengan Metode Dinamik (Time History)”
Telah berhasil dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T) pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknologi dan Informatika Universitas Mathla’ul Anwar Banten.
Pandeglang, 11 Agustus 2020 Menyetujui,
Dosen Penguji I Dosen Penguji II
H. Soedaarsono, ST., MMT Sangiru, ST., M.Ars
Mengetahui, Ketua Penguji Dekan
Susilawati, M.Kom H. Soedarsono, ST., MMT
ABSTRAK
Nama : Ridwan Arifin, NIM : F.27.16.0023, Judul Skripsi : “Analisis Elemen Struktur Kolom Terhadap Beban Gempa Wil V Di Gedung Asrama Ponpes Kaungcaang Cadasi Pandeglang Dengan Metode Dinamik (Time History)”
Pada suatu konstruksi bangunan gedung, kolom berfungsi sebagai pendukung beban-beban dari struktur yang berada di atasnya untuk diteruskan ke tanah dasar melalui pondasi. Beban yang umum dipikul oleh struktur kolom ini adalah beban dari balok dan plat lantai yang berupa beban aksial tekan serta momen lentur. Oleh karena itu dapat didefinisikan bahwa kolom ialah suatu struktur yang mendukung beban aksial dengan/tanpa momen lentur.
Dari latar belakang dan identifikasi masalah maka masalah dapat dirumuskan sebagai berikut : 1.Apakah rasio tulangan elemen struktur kolom sudah memenuhi syarat ? 2. Apakah kolom sudah memenuhi syarat strong column weak beam ? 3. Apakah kolom dengan dimensi 800 x 300 mm dan tulangan 18 D 16 mampu menahan beban gempa dinamik (time history) ?
Pada tugas akhir ini dilakukan analisis statik ekuivalen dan analisis time history pada struktur beraturan dengan sudut dalam sehingga akan diperoleh keakurasian analisis statik ekuivalen terhadap analisis time history melalui perbandingan respons struktur yang dihasilkan. Analisis gempa akan disesuaikan dengan peraturan terbaru yang berlaku di Indonesia yaitu SNI - 1726-2019.
Kesimpulan yang diperoleh rasio penulangan kolom ρ = 1,51 %, menurut SNI 03-2847-2013 Pasal 21.6.3.1, luas tulangan memanjang, Ast tidak boleh kurang dari 0,01 (1 %) dan tidak boleh lebih dari 0,06 (6 %).
Tulangan Longitudinal kolom: 18 D16 (1 % < 1,51 % < 8 %) OK!
Berdasarkan pasal 21.6.2.2 : SNI 03-2847-2013 kuat kolom harus memenuhi syarat strong column weak beam Mnc (1,2)Mnb1943,66 ≥ (1,2) 760,01 1943,66 kNm ≥ 912,01 kNm Memenuhi persyaratan “Strong Column Weak Beam” Ketiga kolom yang dianalisis dengan dimensi kolom Ac = 300x800 mm dan luas tulangan As = 18 D16 mampu memikul beban gempa. Dengan syarat aman momen rencana harus lebih besar dengan momen yang diperlukan (Mr >
Mu ) = OK!
OK!
Kata kunci : Elemen Struktur kolom, Time History
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT tiada daya dan upaya kecuali dengan izinNya hingga penulis diperkenankan menyelesaikan Skripsi dengan judul “Analsis Elemen Struktur Kolom Terhadap Beban Gempa Wil V di Gedung Asrama Ponpes Kaungcaang Cadasari Pandeglang Dengan Metode Dinamik (Time History)”. Skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan akademik guna memperoleh gelar Sarjana Teknik Sipil Strata Satu (S1) pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknologi dan Informatika Universitas Mathla’ul Anwar Banten.
Akhir kata semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak pada umumnya dan mahasiswa pada khususnya.
Pandeglang, Agustus 2020
Ridwan Arifin
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS ...i
SURAT PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... ii
PERSETUJUAN SKRIPSI ... iii
HALAMAN PENGESAHAN SKRIPSI ...iv
ABSTRAK ... v
KATA PENGANTAR ...vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR TABEL... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR LAMPIRAN ...xiv
DAFTAR NOTASI ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
1.6 Sistematika Penulisan... 5
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
2.1 Pengertian Elemen Struktur Kolom ... 6
2.2 Jenis-jenis Kolom ... 7
2.3 Jenis Kolom Berdasarkan Bentuk Dan Susunan Tulangan ... 7
2.4 Jenis Kolom Berdasarkan Letak/Posisi Beban Aksial ... 9
2.5 Jenis Kolom Berdasarkan Panjang Kolom ... 11
2.6 Kolom Dengan Beban Aksial Kecil ... 24
2.7 Pengaruh Beban Aksial Pada Penampang Kolom ... 24
2.8 Penampang Kolom Pada Kondisi Beban Sentris ... 24
2.9 Penampang Kolom pada Kondisi Beton Tekan Menentukan ... 24
2.10 Penampang Kolom Pada Kondisi Seimbang (balance) ... 24
2.11 Penampang Kolom Pada Kondisi Tulangan Tarik Menentukan .. 24
2.12 Penampang Kolom Pada Kondisi Pn=0 ... 24
2.13 Diagram Interaksi Kolom ... 24
2.14 Time Histori ... 26
2.15 Praturan Yang Digunakan ... 27
Halaman
2.16 Pembebanan ... 28
2.17 Persyaratan Umum Perencanaan Gempa Untuk Gedung Berdasarkan SNI 1726 2019 ... 29
2.18 Peta Gempa IndonesiaTahun 2019 SNI 1726 2019 ... 44
2.19 Program ETABS ... 46
2.20 Tela’ah Penelitin Terdahulu (State Of The Aart) ... 57
2.21 Kerangka Berfikir ... 59
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 60
3.1 Metode Penelitian... 61
3.2 Alat Dan Bahan ... 61
3.2.1 Data Primer ... 64
3.2.2 Data Sekunder ... 64
3.2.3 Observasi ... 64
3.2.4 Literatur/Buku Referensi ... 64
3.3 Bagan Alur Penulisan ... 65
3.4 Jadwal Dan Tempat Penelitian ... 65
3.4.1 Jadwal Penelitian ... 65
3.4.2 Tempat Penelitian... 65
3.5 Metode Yang Digunakan ... 65
3.5.1 Metode Kuantitatif ... 65
3.5.2 Metode Dinamik (Time History) ... 65
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 67
4.1 Model Struktur ... 67
4.2 Perhitungan Analisis Statik Ekuivalen ... 69
4.3 Parameter Beban Gempa Dengan Program Spektra Indo ... 84
4.4 Kombinasi Beban Untuk Metode Ultimate ... 86
4.5 Analisis Struktur dengan Menggunakan Program ETABS ... 88
4.5.1 Tahapan-Tahapan Analisis Struktur Dengan ETABS... 89
4.5.2 Gaya Dalam Hasil Perhitungan Program ETABS ... 98
4.5.3 Kontrol Hasil Analisis Gempa Dengan Program Aplikasi ETABS ... 100
4.6 Perhitungan Elemen Struktur Kolom ... 105
4.7 Persyratan Perhitungan Kolom Berdasarkan SNI 2847 2013 ... 112
4.8 Diagram Interaksi Kolom Dengan Program SPColumn ... 114
4.9 Resume ... 116
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 118
5.1 Kesimpulan ... 118
5.2 Saran ... 118
DAFTAR PUSTAKA ... 119
LAMPIRAN ... 120
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Contoh Tabel untuk Hitungan Gaya Aksial dan Momen
Lentur Kolom ... 19
Tabel 2.2 Kategori Resiko Bangunan Gedung dan Struktur Lainnya untuk Beban Gempa ... 29
Tabel 2.3 Faktor Keutamaan Gempa... 31
Tabel 2.4 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk Sistem Penahan Gaya Gempa ... 32
Tabel 2.5 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda pendek ... 36
Tabel 2.6 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda 1 detik ... 37
Tabel 2.7 Koefisien untuk batas atas pada perioda yang dihitung .... 41
Tabel 2.8 Nilai parameter perioda pendekatan Ct dan x ... 41
Tabel 2.9 Simpangan antar lantai ijin (Δa) ... 43
Tabel 2.10 Telaah Penelitian Terdahulu ... 58
Tabel 4.1 Nilai D-Value Kolom lantai 3 ... 75
Tabel 4.2 Nilai D-Value Kolom lantai 2 ... 75
Tabel 4.3 Nilai D-Value Kolom lantai 1 ... 76
Tabel 4.4 Nilai Koefisien kekakuan Balok Lantai 3 ... 79
Tabel 4.5 Nilai Koefisien kekakuan Balok Lantai 2 ... 80
Tabel 4.6 Nilai Koefisien kekakuan Balok Lantai 1 ... 80
Tabel 4.7 Nilai Koefisien Bariasi Tinggi Tingkat Lantai 3... 81
Tabel 4.8 Nilai Koefisien Bariasi Tinggi Tingkat Lantai 2... 81
Tabel 4.9 Spektrum Respons Gempa Rencana ... 83
Tabel 4.10 Output Nilai Desain Spektra Indo ... 84
Tabel 4.11 Pu dan Mu ... 100
Tabel 4.12 Periode Struktur ... 101
Tabel 4.13 Modal Participation Mass rasio ... 102 Halaman
Tabel 4.14 Base Shear ... 102
Tabel 4.15 Simpangan antar Tingkat Arah X ... 103
Tabel 4.16 Simpangan antar Tingkat Arah Y ... 104
Tabel 4.17 Hitungan Besarnya Momen... 106
Tabel 4.18 Hitungan Besarnya Momen ... 107
Tabel 4.19 Hitungan Besarnya Momen ... 108
Tabel 4.20 Tabel Hasil Perhitungan Kolom ... 110
Tabel 4.21 Resume Perbandingan ... 116
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Peta Lokasi Penelitian di Ponpes kaungcaang Cadasari
Pandeglang ... 2
Gambar 2.1 Jenis Kolom Berdasarkan Bentuk Dan Susunan Tulangannya Tipe Tulangan ... 8
Gambar 2.2 Jenis KolomBerdasarkan Letak Beban Aksial ... 9
Gambar 2.3 Penampang Kolom, Diagram Regangan dan Diagram Tegangan 10 Gambar 2.4 Kolom dengan Beban Sentris ... 13
Gambar 2.5 Kolom dengan Beban Eksentris ... 19
Gambar 2.6 Distribusi Regangan Pada Kondisi Penampang Seimbang ... 21
Gambar 2.7 Kolom dengan beban Pn = 0 ... 23
Gambar 2.8 Contoh Diagram Interaksi Kolom M – N ... 23
Gambar 2.9 Spektrum Respon Desain ... 40
Gambar 2.10 Penentuan Simpangan antar Lantai ... 42
Gambar 2.11 Parameter gerak tanah Ss, gempa maksium yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER) wilayah Indonesia untuk spektrum respons 0,2-detik (redaman kritis 5 %) ... 44
Gambar 2.12 Parameter gerak tanah, S1, gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko-tertarget (MCER) wilayah Indonesia untuk spektrum respons 0,2- detik (redaman kritis 5 %) ... 44
Gambar 2.13 Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun SNI 1726 2002 ... 45
Gambar 2.14 Berbagai jenis pilihan struktur dalam ETABS ... 48
Gambar 2.15 Layar tampilan ETABS ... 48
Gambar 2.16 Sistem koordinat cartesian ... …53
Gambar 2.17 Sistem koordinat Cylindrical ... 53
Gambar 2.18 Contoh sumbu global X-Y-Z (untuk keseluruhan model) ... 53
Gambar 2.19 Contoh sumbu lokal 1-2-3 (untuk tiap elemen) ... 54 halaman
Gambar 2.20 Translasi ... 55
Gambar 2.21 Rotasi ... 55
Gambar 2.22 Arah putaran ... 55
Gambar 2.23 Elemen dalam ETABS ... 56
Gambar 3.1 Bagan Alir ... 61
Gambar 3.2 Jadwal Pelaksanaan ... 61
Gambar 3.3 Peta Lokasi Penelitian ... 61
Gambar 4.1 Denah Gedung Asrama Ponpes ... 68
Gambar 4.2 Beban Geser Tingkat ... 72
Gambar 4.3 Stifness Rasio ... 74
Gambar 4.4 Shear/Geser ... 76
Gambar 4.5 Distribusi Gaya Geser ... 78
Gambar 4.6 Koefisien Variasi Tinggi Tingkat Lantai 3 ... 81
Gambar 4.7 Koefisien Variasi Tinggi Tingkat Lantai 2 ... 82
Gambar 4.8 Spektrum Respons Gempa Rencana ... 83
Gambar 4.9 Respons Spektrum Cadasari Pandeglang Tanah Sedang ... 85
Gambar 4.10 Respons Spektrum Cadasari Pandeglang ... 85
Gambar 4.11 Denah Gedung Asrama Ponpes Kaungcaang ... 88
Gambar 4.12 3D Gedung Asrama Ponpes Kaungcaang ... 88
Gambar 4.13 Model Initialization ... 89
Gambar 4.14 New Model ... 89
Gambar 4.15 Difine Materials ... 90
Gambar 4.16 Frame Properties ... 90
Gambar 4.17 Slab Properties ... 91
Gambar 4.18 Frame Section Properties ... 91
Gambar 4.19 Frame Assigmnet-End Length Offset ... 92
Gambar 4.20 Difine Diaphragm... 93
Gambar 4.21 Joint Assignment-Restraints... 93
Gambar 4.22 Difine Load Pattern ... 94
Gambar 4.23 Difine Time History Functions ... 94
Gambar 4.24 Load Case Data ... 95
Gambar 4.25 Load Combinations ... 95
Gambar 4.26 Shell Load Assignment-Uniform ... 96
Gambar 4.27 Mass Source ... 96
Gambar 4.28 Analysis Option ... 97
Gambar 4.29 Run Analysis ... 97
Gambar 4.30 Hasil desainAnalisis Beton ... 98
Gambar 4.31 Bending Momen Diagram (BMD) ... 98
Gambar 4.32 Shear Force Diagram (SFD)... 99
Gambar 4.33 Axial Force ... 99
Gambar 4.34 Simpangan Antar Tingkat ... 104
Gambar 4.35 Penampang Melintang Kolom Beton Bertulang ... 105
Gambar 4.36 Diagram Regangan (Tarikan dan Tekanan) ... 106
Gambar 4.37 Diagram Regangan (Tarikan dan Tekanan) ... 107
Gambar 4.38 Diagram Regangan (Tarikan dan Tekanan) ... 108
Gambar 4.39 Diagram Interaksi Kolom Kiri B6... 110
Gambar 4.40 Diagram Interaksi Kolom Tengah E6 ... 111
Gambar 4.41 Diagram Interaksi Kolom Kanan I6 ... 111
Gambar 4.42 Moemn Pada Balok ... 113
Gambar 4.43 Diagram Interaksi Kolom SPColumn ... 114
Gambar 4.44 Diagram Interaksi Kolom SPColumn 2 ... 115
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.1 Surat Ijin Penelitian
Lampiran 1.2 Data Hasil Analisis Penelitian Lampiran 1.3 Gambar Perencanaan
Lampiran 1.4. Gambar Kaji Ulang
Lampiran 1.5. Outpun Nilai Dari ETABS
DAFTAR NOTASI
Lo beban hidup atap desain tanpa reduksi per ft2 (m2) dari proyeksi horizontal yand ditumpu oleh komponen struktur
Psf pounds-force per kaki persegi kN/m2 kilo newton/meter2
kN kilo newton
Ie faktor keutamaan gempa T perioda fundamental struktur
PPEBD percepatan puncak efektif batuan dasar Ss percepatan batuan dasar pada perioda pendek S1 percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik
SDS respons spektral percepatan desain pada perioda pendek SD1 respons spektral percepatan desain pada perioda 1 detik Tα perioda fundamental struktur pendekatan
Ts
Cs koefisien respons gempa R koefisien modifikasi respons Cd faktor amplifikasi defleksi Ω0 faktor kuat lebih
SRPMB sistem rangka pemikul momen biasa SRPMM sistem rangka pemikul momen menengah SRPMK sistem rangka pemikul momen khusus SDSB sistem dinding struktural biasa
SDSM sistem dinding struktural menengah SDSK sistem dinding struktural khusus
Cu koefisien untuk batas atas pada perioda yang dihitung Hn ketinggian struktur (m)
m meter
N jumlah tingkat
Tc perioda fundamental struktur yang diperoleh program analisis struktur
V Geser dasar seismik W berat seismik efektif
Fi, Fx bagian dari gaya geser dasar, V, pada tingkat i atau x
wi, wx bagian berat seismik efektif total struktur (W) yang ditempatkan atau dikenakan pada tingkat i atau x
hi, hx tinggi dari dasar sampai tingkat i atau x, dinyatakan dalam (m) Vx distribusi horisontal gaya gempa
g gravitasi (9,81 m/s) DD dead load (beban mati) DL live load (beban hidup)
E earthquake (gempa)
Vdinamik gaya geser dasar dinamik
Vstatik gaya geser dasar statik
Tmaks perioda fundamental maksimum
Ct nilai parameter perioda pendekatan (Tabel 2.7)
∆ simpangan struktur
Fi gaya gempa desain tingkat kekuatan
ei perpindahan elastis yang dihitung akibat gaya gempa desain tingkat kekuatan
i perpindahan yang diperbesar
∆α batas simpangan antar lantai
∆i simpangan antar lantai
∆i / Li rasio simpangan antara lantai
t target perpidahan
SNI standar nasional indonesia
PPURG peraturan pembebanan untuk rumah dan gedung f’c kuat tekan beton
fy kuat leleh baja
Es elastisitas baja tulangan
1
Pada suatu konstruksi bangunan gedung, kolom berfungsi sebagai pendukung beban-beban dari struktur yang berada di atasnya untuk diteruskan ke tanah dasar melalui pondasi. Beban yang umum dipikul oleh struktur kolom ini adalah beban dari balok dan plat lantai yang berupa beban aksial tekan serta momen lentur. Oleh karena itu dapat didefinisikan bahwa kolom ialah suatu struktur yang mendukung beban aksial dengan/tanpa momen lentur.(Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.1)
Dari hasil observasi pada struktur bangunan atas, kolom merupakan komponen struktur yang paling penting untuk diperhatikan, karena apabila kolom ini mengalami kegagalan, maka dapat berakibat keruntuhan struktur bangunan atas dari gedung secara keseluruhan. Apabila beban pada kolom bertambah, maka retak akan banyak terjadi di seluruh tinggi kolom pada lokasi-lokasi tulangan sengkang. Dalam keadaan batas keruntuhan (limit state of failure) selimut beton di luar sengkang (pada kolom bersengkang) atau di luar spiral (pada kolom berspiral) akan lepas sehingga tulangan memanjangnya akan mulai terlihat. Apabila bebanya terus bertambah, maka terjadi keruntuhan dan tekuk lokal (local buckling) tulangan memanjang pada batang tak tertumpu sengkang atau spiral. Dapat dikatakan bahwa dalam keadaan batas keruntuhan selimut beton lepas dahulu sebelum lekatan baja-beton hilang.
Peneliti tertarik mengambil judul tentang elemen struktur kolom tahan beban gempa karena mengingat gempa dapat mengakibatkan keruntuhan bangunan,
maka gedung di wilayah Pandeglang harus dibuat atau direncanakan dengan memperhitungkan beban gempa., Pandeglang berada pada wilayah gempa V dimana nilai ini menunjukkan daerah dengan resiko gempa kuat (satu level dibawah zona paling bahaya wilayah gempa VI) Defleksi yang besar pada bangunan bertingkat memiliki peluang yang tinggi terjadi terutama pada banguan yang berada di wilayah rawan gempa. Untuk lebih jelasnya dapat diperlihatkan pada lokasi penelitian berikut ini.
Gambar 1.1. Peta Lokasi Penelitian di Ponpes kaungcaang Cadasari Pandeglang Sumber : Google peta provinsi banten 2019
Dari latar belakang dan identifikasi peneliti tertarik untuk menjadikan bahan penelitian dan untuk itu peneliti mengambil judul penelitian “Analisis Elemen Struktur Kolom Terhadap Beban Gempa Wil V Di Gedung Asrama Ponpes Kaungcaang Cadasari Pandeglang Dengan Metode Dinamik (Time History)”
Lokasi Penelitian Ponpes Kaungcaang Cadasari
Pandeglang
1.2. Rumusan Masalah
Dari latar belakang dan identifikasi masalah maka masalah dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Apakah rasio tulangan elemen struktur kolom sudah memenuhi syarat ? 2. Apakah kolom memenuhi syarat strong column weak beam ?
3. Apakah kolom dengan dimensi 800 x 300 mm dan tulangan 18 D 16 mampu menahan beban gempa dinamik (time history) ?
1.3. Batasan Masalah
Agar pembahasan ini tidak melebar dan keterbatasan kemampuan penulis maka pembahasan dibatasi sebagai berikut:
1. Perhitungan, dan penggambaran bangunan hanya elemen struktur kolom saja.
2. Analisis Struktur
a. Metode Time History dipakai untuk menganalisis beban gempa dengan bantuan ETABS.
b. Analisis hanya kolom kiri, tengah, dan kanan.
c. Analisis hanya beban gempa saja (beban angin dan beban air hujan tidak diperhitungkan)
d. Dimensi kolom dan diagram interaksi (Pn Vs Mn) 1.4.Tujuan Penelitian
Tujuan dari analisis ini adalah untuk mengevaluasi pengaruh beban gempa pada struktur gedung asrama tiga lantai di daerah Pandeglang . Pengaruh gempa
yang ditinjau mencakup dimensi, tulangan, dan defleksi struktur kolom dengan membandingkan terhadap gedung tanpa beban gempa.
1. Untuk mengevaluasi pengaruh beban gempa pada struktur gedung asrama 3 lantai.
2. Untuk mengetahui dimensi kolom dan jumlah tulangan yang sesuai dengan pengaruh beban gempa.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini merupakan dampak dari tercapainya tujuan dan terjawabnya rumusan masalah secara akurat. Hasil dari penelitian ini di harapkan dapat berguna bagi:
1. Bagi Penulis dapat menambah pengetahuan dan wawasan serta dapat mengaplikasikan dan merealisasikan teori yang telah diperoleh selama perkuliahan, khususnya dapat menambah wawasan tentang perencanaan struktur bangunan gedung terhadap terjadinya gempa tinggi.
2. Bagi Universitas dengan penelitian ini diharapkan dapat menjadi referensi sekaligus evaluasi dalam merencanakan struktur gedung tahan gempa.
3. Bagi Perusahaan dengan penelitian ini diharapkan dapat menjadi referensi dalam perencanaan struktur bangunan terhadap terjadinya gempa tinggi.
4. Bagi Masyarakat umum diharapkan mampu memberi manfaat terhadap ilmu pengetahuan khususnya dalam bidang teknik sipil dan memberikan informasi yang mampu menjadi referensi dalam menganalisa gedung bertingkat tinggi tahan gempa.
1.6. Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan penulisan, ruang lingkup pembahasan dan sistematika penulisan yang akan digunakan dalam laporan tugas akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini berisi informasi bersifat umum, tentang dasar teori yang berkaitan dengan perencanaan struktur, pembebanan dan analisa perhitungan struktur yang di tinjau.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini menjelaskan metode yang digunakan dalam perhitungan dan membahas proses pengumpulan data, dari data primer, data sekunder, observasi (pengamatan di lapangan) dan literatur atau pustaka yang akan dijadikan acuan dalam penelitian ini.
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi analisa perhitungan dan hasil yang didapat.
BAB V PENUTUP
kesimpulan menjawab rumusan masalah dan saran menunjang kesimpulan, sehingga hubungan antara Bab I, II, III, dan IV berkolerasi yaitu ada hubungan sebab akibat serta ada solusi atau penyelesaian .
6 2.1. Pengertian Elemen Struktur Kolom
Kolom merupakan komponen dengan rasio tinggi terhadap dimensi lateral terkecil melebihi tiga yang digunakan terutama untuk mendukung beban aksial.
(SNI -03- 2847- 2002).
Kolom merupakan komponen struktur yang paling penting untuk diperhatikan, karena apabila kolom ini mengalami kegagalan, maka dapat berakibat keruntuhan struktur bangunan atas dari gedung secara keseluruhan.
Apabila beban pada kolom bertambah, maka retak akan banyak terjadi di seluruh tinggi kolom pada lokasi-lokasi tulangan sengkang. Dalam keadaan batas keruntuhan (limit state of failure) selimut beton di luar sengkang (pada kolom bersengkang) atau di luar spiral (pada kolom berspiral) akan lepas sehingga tulangan memanjangnya akan mulai terlihat. Apabila bebanya terus bertambah, maka terjadi keruntuhan dan tekuk lokal (local buckling) tulangan memanjang pada batang tak tertumpu sengkang atau spiral. Dapat dikatakan bahwa dalam keadaan batas keruntuhan selimut beton lepas dahulu sebelum lekatan baja-beton hilang.(Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.1) 2.2. Jenis-jenis Kolom
Kolom dapat dibedakan menjadi beberapa jenis yaitu menurut bentuk susunan tulangannya maupun dari panjang-pendeknya kolom dalam hubungannya dengan dimensi lateral. (Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang.
hal.2)
2.3. Jenis kolom berdasarkan bentuk dan susuna tulangan
Berdasarkan bentuk dan susunan tulangan, kolom dibedakan menjadi 3 macam, Seperti pada Gambar (2.1) berikut:
1. Kolom persegi atau bujursangkar dengan tulangan longitudinal dan tulangan sengkang.
2. Kolom bulat dengan tulangan longitudinal dan tulangan lateral berupa sengkang atau spiral.
3. Kolom komposit dimana profil baja diselimuti oleh beton. Bentuk struktural tersebut dapat ditempatkan di dalam rangka tulangan.
Gambar 2.1. Jenis Kolom Berdasarkan Bentuk Dan Susunan Tulangannya Tipe Tulangan: (a) Kolom Persegi; (b) Kolom Spiral; (c) Kolom Komposit.
(Sumber: Ali Asroni, 2010. Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.2) Dari ketiga jenis kolom tersebut, kolom bersengkang (segi empat dan bujur sangkar) merupakan jenis yang paling banyak dijumpai karena pelaksanaan pekerjaannya mudah dan harga pembuatanya murah.
2.4. Jenis kolom berdasarkan letak/posisi beban aksial
Berdasarkan letak beban aksial yang bekerja pada penampang kolom, kolom dibedakan menjadi 2 macam, yaitu kolom dengan posisi beban sentris dan kolom dengan posisi beban eksentris, dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Untuk kolom dengan posisi beban sentris, berarti kolom ini menahan beban aksial tepat pada sumbu kolom. (lihat Gambar 2.2(a)). Pada keadaan ini seluruh permukaan penampang beton beserta tulangan kolom menahan beban tekan.
Untuk kolom dengan posisi beban eksentris, berarti beban aksial bekerja di luar sumbu kolom dengan eksentrisitas sebesar e (lihat Gambar 2.2.(b)). Beban aksial P dan eksentrisitas e ini akan menimbulkan momen (M) sebesar M = P.e. dengan demikian, kolom yang menahan beban aksial eksentris ini pengaruhnya sama dengan kolom yang menahan beban aksial sentris P serta momen M seperti tampak pada Gambar 2.2.(c).
Gambar 2.2. Jenis Kolom Berdasarkan Letak Beban Aksial
(Sumber: Ali Asroni, 2010. Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.3)
2.5. Jenis kolom berdasarkan panjang kolom
Berdasarkan ukuran panjang dan pendeknya, kolom dibedakan atas 2 macam, yaitu: kolom panjang (sering pula disebut kolom langsing atau kolom kurus), dan kolom pendek (sering pula disebut kolom tidak langsing atau kolom gemuk). Beban yang bekerja pada kolom panjang dapat menyebabkan terjadi kegagalan/keruntuhan kolom akibat kehilangan stabilitas lateral karena bahaya tekuk. Tetapi pada kolom pendek, kehilangan stabilitas lateral karena tekuk ini tidak pernah dijumpai. Jadi kegagalan/keruntuhan pada kolom pendek sering disebabkan oleh kegagalan materialnya (lelehnya baja tulangan dana tau hancurnya beton).(Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang.
hal.5)
2.5.1. Asumsi Dasar Perencanaan Kolom
Sama halnya dengan balok, pada perencanaan kolom juga digunakan asumsi dasar sebagai berikut (lihat Gambar 2-5).
1. Pasal 12.2.2 SNI 03-2847-2002: Distribusi regangan di sepanjang tebal kolom dianggap berupa garis lurus (linear), seperti terlukis pada Gambar 2.3.(b).
2. Pasal 12.2.2 SNI 03-2847-2002: Tidak terjadi slip antara beton dan tulangan.
3. Pasal 12.2.3 SNI 03-2847-2002: Regangan tekan masksimal beton dibatasi pada kondisi ultimit εcu’ = 0,003 (lihat Gambar 2.3.(b)).
4. Pasal 12.2.5 SNI 03-2847-2002: Kekuatan Tarik beton diabaikan.
5. Pasal 12.2.4 SNI 03-2847-2002: Tegangan baja tulangan tarik maupun tekan (fs maupun fs’) yang belum mencapai leleh (<fy) dihitung sebesar modulus elastisitas baja tulangan (Es) dikalikan dengan regangannya (εs maupun εs’).
6. Pasal 12.2.6 SNI 03-2847-2002: Hubungan antara distribusi tegangan tekan beton dan regangan beton dapat diasumsikan persegi, trapezium, parabola atau bentuk lainnya.
7. Pasal 12.2.7 SNI 03-2847-2002: Bila hubungan antara distribusi tegangan dan regangan beton diasumsikan berbentuk tegangan beton persegi ekuivalen, maka dipakai nilai tegangan beton sebesar 0,85.fc’ yang terdistribusi secara merata pada daerah tekan ekuivalin (seperti Gambar 2.3.(c)) yang dibatasi oleh tepi penampang dan suatu garis lurus yang sejajar garis lurus yang sejajar garis netral sejarak a = β1.c dari serat tekan meksimal.
Gambar 2.3. Penampang Kolom, Diagram Regangan dan Diagram Tegangan (Sumber: Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.6)
8. Pasal 12.2.7.3 SNI 03-2847-2002: Faktor β1 diambil sebagai berikut:
a) Untuk fc’ ≤ 30 MPa, ………..….(1) b) Untuk fc’ > 30 MPa, ……...………....(2)
……….…(3) 2.5.2. Ketentuan Perencanaan
Beberapa ketentuan yang penting untuk diperhatikan dalam perencanaan kolom meliputi hal-hal berikut:
2.5.2.1. Luas Tulangan Total (Ast)
Menurut Pasal 12.9.1 SNI 03-2847-2002: luas total (Ast) tulangan longitudinal (tulangan memanjang) kolom harus memenuhi syarat berikut:
.………...……….….(4) dengan: Ast = luas total tulangan memanjang, mm2.
Ag = Luas bruto penampang kolom, mm2.
2.5.2.2. Diameter Tulangan Geser (Begel Atau Sengkang) Diameter begel kolom (ϕbegel) disyaratkan:
..………..…..(5) 2.5.2.3. Gaya Tarik Dan Gaya Tekan Pada Penampang Kolom
Kolom yang sering dipakai pada bangunan gedung adalah kolom dengan penampang segi empat seperti pada Gambar 23. Jika kolom menahan beban eksentris Pn, maka pada penampang kolom sebelah kiri menahan beban tarik yang akan ditahan oleh baja tulangan, sedangkan sebelah kanan menahan beban tekan yang akan ditahan oleh beton dan baja tulangan.
Gaya tarik bagian kiri ditahan oleh tulangan, sebesar:
………...…...…...(6)
Gaya tekan yang ditahan beton bagian kanan, sebesar:
………..……,….(7)
Gaya tekan yang ditahan oleh tulangan kanan, sebesar:
(a) Jika luas beton tekan diperhitungkan, maka:
….……….………,,.…(8) (b) Jika luas tekan beton diabaikan, maka:
………,,,….(9)
Persamaan (9) merupakan persamaan yang paling mudah dan paling banyak dipakai pada perencanaan.
Selanjutnya dengan memperhatikan keseimbangan gaya vertikal pada Gambar 2.3.(c), diperoleh gaya aksial:
………,..(10)
2.5.2.4. Nilai Regangan Dan Tegangan Baja Tulangan
Besar regangan baja tulangan dapat ditentukan berdasarkan perbandingan 2 segitiga yang sebangun pada Gambar 2.3(b).
Untuk regangan Tarik baja tulangan sebelah kiri, dihitung sebagai berikut:
………....………..(11) Untuk regangan tekan baja tulangan sebelah kanan, dihitung sebagai berikut:
…………….….…(12)
Untuk baja tulangan (tarik maupun tekan) yang sudah leleh, maka nilai regangannya diberi notasi dengan: εy, dan dihitung dengan persamaan:
dengan
………...(13)
Selanjutnya tegangan baja tulangan Tarik dan tekan dihitung sebagai berikut:
………..….….….(14) Jika εs (atau εs’) ≥ εy, maka tulangan sudah leleh, dipakai
……….…....(15)
2.6. Kolom Dengan Beban Aksial Kecil
Pasal 11.3.2.2 SNI 03-2847-2002 mensinyalir, bahwa untuk komponen struktur yang memakai fy ≤ 400 MPa dengan tulangan simetris dan dengan (h-d- ds’)/h ≥ 0,7 boleh dianggap hanya menahan momen lentur saja apabila nilai ϕ.Pn
kurang dari 0,10.fc’. Ag, sedangkan untuk kolom yang lain (fy > 400 MPa, (h-d- ds’)/h < 0,7), boleh dianggap hanya menahan momen lentur saja apabila nilai ϕ.Pn
< dari nilai terkecil dari nilai 0,10.fc’. Ag dan ϕ.Pn,b
dengan:
ϕ = 0,65 (untuk kolom dengan tulangan sengkang), ϕ = 0,70 (untuk kolom dengan tulangan spiral).
Jadi menurut pasal tersebut, bahwa untuk semua kolom dengan beban < “ϕ.Pn kecil”
(kurang dari nilai terkecil antara nilai 0,10.fc’.Ag atau ϕ.Pn,b), nilai ϕ dapat ditingkatkan menjadi ϕ = 0,80 (hanya menahan momen lentur saja).
Puφ diambil nilai terkecil dari nilai 0,10.fc’. Ag atau ϕ.Pn,b………..(16) Untuk kolom dengan tulangan sengkang berlaku ketentuan berikut:
a) Jika beban Pu (Pu = ϕ.Pn) ≥ Puφ , maka, nilai ϕ = 0,65 …………..…...…(17) b) Jika beban Pu (Pu = ϕ.Pn) < Puφ,
Maka nilai :
………..…………....(18)
dengan:
Pu = Gaya aksial tekan perlu atau gaya aksial tekan terfaktor, kN.
Puφ= Gaya aksial tekan terfaktor pada batas nilai ϕ yang sesuai, kN.
Pn,b = Gaya aksial nominal pada kondisi regangan penampang seimbang (balance), kN.
Φ = Faktor reduksi kekuatan.
Ag = Luas bruto penampang kolom, mm2.
2.7. Pengaruh Beban Aksial Pada Penampang Kolom
Keadaan beban aksial yang bekerja pada penampang kolom dibedakan menjadi 2 macam, yaitu beban sentris dan beban eksentris. Untuk penampang kolom dengan beban eksentris masih dibedakan lagi menjadi 4 macam, yaitu:
1. Penampang kolom pada kondisi tekan menentukan 2. Penampang kolom pada kondisi seimbang (balance)
3. Penampang kolom pada kondisi tulangan Tarik menentukan
4. Penampang kolom dengan eksentrisitas sangat besar, sehingga beban Pn
dianggap nol (P = 0) atau diabaikan.
2.8. Penampang Kolom Pada Kondisi Beban Sentris
Pada penampang kolom dengan kondisi beban sentris, berarti beban tersebut bekerja pada sumbu (as) longitudinal kolom, sehingga beton maupun baja tulangan (semuanya) menahan beban tekan.
Gambar 2.4. Kolom dengan Beban Sentris
(Sumber: Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.11) Kekuatan penampang kolom dengan beban sentris ditentukan dengan
menganggap bahwa semua baja tulangan (A1 dan A2) sudah mencapai leleh, jadi tegangan baja tulangan fs = fs’ = fy. Disamping itu, regangan tekan beton sudah mencapai batas maksimal, yaitu εc’ = εcu’ = 0,003.
Pada kondisi beban sentris (P0) ini dapat dianalisis seperti berikut: Ag = b.h = luas bruto penampang kolom, mm2.
Ast = A1 + A2 = Luas total baja tulangan, mm2. An = Luas bersih (netto) beton = Ag - Ast, mm2. Gaya tekan beton:
Gaya tekan tulangan:
Cc = 0,85.fc’. An ……….………...….(19) C1 = A1.fy ………..….…….…...(20)
C2 = A2.fy ………..…...…...(21) Dengan mempertimbangkan kesetimbangan gaya vertikal harus nol, maka
diperoleh:
( ) Sehingga diperoleh persamaan berikut:
( ) ………..(22) Pada kenyataannya, beban yang betul-betul sentris itu jarang sekali dijumpai, dan dianggap tidak ada. Oleh karena itu Pasal 12.3.5 SNI 03-2847-2002 memberi Batasan kuat tekan nominal maksimal sebesar 80% dari beban sentris untuk kolom dengan tulangan sengkang, atau 85% dari brban sentris untuk kolom dengan tulangan spiral. Dengan demikian diperoleh rumus sebagai berikut:
Pn maks = 0,80.P0 (kolom dengan tulangan sengkang)………..….(23)
Pn maks = 0,85.P0 (kolom dengan tulangan spiral)………..……...(24)
Kuat rencana dihitung dengan memasukan faktor reduksi kekuatan ϕ pada kuat nominalnya. Jadi kuat rencana pada penampang kolom dengan beban sentris dihitung dengan persamaan berikut:
ϕ.Pn maks = 0,80. ϕ.P0 (kolom dengan tulangan sengkang)………...………(25)
ϕ.Pn maks = 0,80. ϕ.P0 (kolom dengan tulangan spiral)………...…...(26)
2.9. Penampang Kolom pada Kondisi Beton Tekan Menentukan
Jika beban Pn pada kondisi beban sentris digeser ke kanan, maka pada penampang kolom sebelah kiri mulai menahan beban Tarik relatif kecil (sehingga
baja tulangan Tarik belum leleh), sedangkan penampang kolom sebelah kanan tetap menahan beban tekan yang cukup besar (sehingga dapat menimbulkan retak beton tekan). Kekuatan penampang kolom pada kondisi ini bergantung pada kekuatan tekan dari beton, sehingga disebut:
Kolom pada kondisi beton tekan mmenentukan atau kondisi patah tekan, dan dilukiskan pada Gambar 2.5.
Batas pada penampang kolom yang menahan tegangan Tarik (di sebelah kiri) dan menahan tegangan tekan (di sebelah kanan) berupa garis lurus yang tegangannya nol, disebut: “garis netral”. Garis ini berada pada jarak c dari batas tepi beton tekan.
Gambar 2.5. Kolom dengan Beban Eksentris
(Sumber: Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.13)
Pada penampang kolom dengan kondisi beton tekan menentukan, regangan tekan beton telah mencapai batas ultimit (εcu = 0,003), tulangan tekan As’ telah mencapai leleh (fs’ = fy), tetapi tulangan Tarik As belum leleh (εs < εy atau fs < fy).
Tinggi blok tegangan beton tekan persegi ekuivalen a dihitung sebesar:
………...….(27)
dengan:
β1 dapat dilihat pada persamaan (1) sampai persamaan (3).
Nilai regangan dan tegangan pada tulangan Tarik maupun tulangan tekan yang terjadi pada kolom, dapat dihitung dengan persamaan (11) sampai persamaan (15).
Karena kolom menahan beban eksentris, maka kolom akan menahan beban aksial dan momen lentur. Beban aksial yang ditaha oleh kolom dapat dihitung berdasarkan Gambar 2.5(c), yaitu dengan cara menjumlahkan beban vertikal = 0, sedangkan untuk momen lentur dihitung dari beban-beban Ts, Cc, Cs pda Gambar 2.5(c) dikalikan dengan jarak masing-masing beban ke sumbu kolom.
Untuk memudahkan hitungan, maka proses hitungan dilaksanakan dengan menggunakan table seperti contoh pada Tabel …… Gaya/beban pada Tabel ini diberi tanda plus (+) jika arah gaya mengarah ke atas, dan tanda minus (-) jika arah gaya ke bawah. Lengan momen juga diberi tanda (+) jika letak gaya kanan di sumbu kolom, dan tanda minus (-) jika letak gaya di kiri sumbu kolom.
Tabel 2.1. Contoh Tabel untuk Hitungan Gaya Aksial dan Momen Lentur Kolom
Gaya (kN) Lengan ke sumbu (m) Momen (kNm) -Ts = -As.fs = …. -Zs = -(h/2-ds) = ….. Ts.Zs = …..
Cc = 0,85.fc'.a.b = ….. Zc = (h/2-a/2) = ….. Cc.Zc = …..
Cs = As'.fs' = ….. Zs' = (h/2-ds') = ….. Cs.Zs' = …..
Jumlah: Pn = ….. Mn = …….
(Sumber:Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.14)
Selanjutnya dihitung:
………....(28)
Dengan nilai ϕ dapat dilihat pada Persamaan (2.5a) sampai Persamaan (2.5c).
Perlu dicatat, bahwa jarak c (yaitu jarak antara garis netral dan batas tepi beton tekan) pada penampang kolom dengan kondisi beton tekan menentukan adalah relatif besar.
Jika beban Pn digeser ke kanan sedikit demi sedikit, maka jarak c akan berkurang secara perlahan, dan suatu saat pada penampang kolom ini akan terjadi kondisi seimbang (balance) dengan jarak c dinotasikan dengan cb. Maka, penampang kolom dengan kondisi beton tekan menentukan berlaku syarat berikut:
………...(29)
2.10. Penampang Kolom pada Kondisi Seimbang (balance)
Pada penampang kolom dengan kondisi seimbang, maka tulangan Tarik mencapai leleh (εs = εy) bersamaan dengan regangan beton tekan mencapai batas retak atau batas ultimit (εc’ = εcu’ = 0,003). Pada kondisi ini diperoleh jarak antara garis netral dan tepi beton tekan = cb, dan distribusi regangan pada penampang kolom dilukiskan pada Gambar 2.6. Nilai cb dapat ditentukan dengan cara berikut:
(lihat Gambar 2.6):
Gambar 2.6 Distribusi Regangan Pada Kondisi Penampang Seimbang.
(Sumber:Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.15)
εs = εy = fy/Es atau εs = fy/200000, dan εcu’ = 0,003 akan diperoleh:
…….……….………(30)
Selanjutnya dengan menggunakan Tabel 2-4 dapat dihitung gaya aksial Pn,b dan momen lentur Mn,b, serta gaya aksial rencana ϕ.Pn,b dan momen rencana ϕ.Mn,b
dengan persamaan (28).
2.11. Penampang Kolom pada Kondisi Tulangan Tarik Menentukan
Jika beben aksial Pn telah berada pada kondisi penampang seimbang, kemudian beban tersebut digeser lagi ke kanan, maka luas penampang beton tekan akan semakin kecil, sehingga regangan tekan beton juga berkurang (εc’ < 0,003) dan nilai c ikut berkurang pula, yaitu:
c < cb ………..(31)
Sebaliknya, luas penampang beton tarik akan berubah menjadi besar, sehingga regangan tulangan Tarik melebihi batas leleh. Dengan demikian, kekuatan penampang kolom pada kondisi ini ditentukan oleh kuat leleh tulangan Tarik, dan disebut: Penampang kolom pada kondisi tulangan tarik menentukan atau kondisi patah tarik.
Sesuai dengan persamaan (15), Karena εs > εy maka dalam perhitungan digunakan fs = fy. disamping itu, besar beban aksial dan momen lentur yang terjadi pada kolom dapat dihitung dengan menggunakan Tabel 2.1, kemudian dihitung pula kuat rencana yang berupa ϕ.Pn dan ϕ.Mn dengan Persamaan (28).
2.12. Penampang Kolom pada Kondisi Beban Pn = 0
Untuk penampang kolom dengan beban aksial Pn = 0, berarti kolom hanya menahan momen lentur saja. Karena hanya menahan momen lentur saja, maka kolom tersebut dianalisis/dihitung seperti balok biasa.
Momen nominal dihitung dengan menggunakan rumus-rumus seperti pada hitungan momen nominal balok, dan dengan faktor reduksi kekuatan ϕ = 0,80.
Proses hitungan dilakukan dengan rumus-rumus berikut:
Dihitung momen nominal Mn dan ϕ.Mn:
……….………...(32)
Gambar 2.7 Kolom dengan beban Pn = 0
(Sumber: Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.17) 2.13. Diagram Interaksi Kolom
Beban yang bekerja pada kolom, biasanya berupa kombinasi antara beban aksial dan momen lentur. Besar beban aksial dan momen lentur yang mampu ditahan oleh kolom bergantung pada ukuran/dimensi kolom, dan jumlah serta letak baja tulangan yang ada/terpasang pada kolom tersebut. Hubungan antara beban aksial dan momen lentur digambarkan dalam suatu diagram yang disebut Diagram Interaksi Kolom M
– N. Manfaat dari diagram interaksi kolom M – N, yaitu dapat memberikan gambaran tentang kekuatan dari kolom yang bersangkutan.
Untuk suatu penampang kolom, dapat digambarkan diagram interaksi kolom yang meliputi 3 macam, yaitu:
1. Diagram interaksi kolom untuk kuat rencana.
2. Diagram interaksi kolom untuk kuat nominal, dan 3. Diagram interaksi kolom untuk kuat batas (kapasitas).
Diagram interaksi kolom dibuat dengan pertolongan 2 buah sumbu (yaitu sumbu vertikal dan sumbu horizontal) yang saling berpotongan tegak lurus sesamanya.
sumbu vertikal menggambarkan besar beban aksial (P) atau gaya normal (N), sedangkan sumbu horizontal menggambarkan besar momen lentur (M) yang dapat ditahan oleh kolom. (Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.18)
Seperti dilukiskan pada gambar (2.8) ini dapat diketahui, apakah kolom mampu menahan beban aksial perlu sebesar (Pu) dan momen perlu sebesar (Mu). untuk keperluan tersebut, nilai dari (Pu) dan (Mu) diplotkan pada sumbu diagram.
Kemudian dengan membuat garis vertical dari momen (Mu), maka akan diperoleh titik potong (R). Pada contoh Gambar (2.8) ini diperoleh titik (R) berada di dalam diagram interkasi kuat rencana, maka kolom mampu menahan beban yang bekerja.
Tetapi sebaliknya, jika titik (R) berada di luar diagram interkasi kuat rencana, maka kolom tersebut dinyatakan tidak mampu menahn beban yang bekerja.
Gambar 2.8. Contoh Diagram Interaksi Kolom M – N
(Sumber:Ali Asroni, 2010.Kolom Fondasi & Balok T Beton Bertulang. hal.19)
2.14. Time History
Analisis riwayat waktu (Time History Analysis) merupakan kajian tanggap dinamik struktur linear atau non linear yang menerima beban dinamik luar dengan fungsi waktu (Amrinsyah Nasution,2016.Rekayasa Gempa & sistem Struktur Tahan Gempa.hal 321)
Para ahli menjadikan efek beban dinamik oleh gempa menjadi gaya statik horizontal yang bekerja pada pusat massa, yang disebut dengan analisis statik ekuivalen. Pemilihan metode analisis untuk perencanaan gedung tahan gempa harus dilakukan dengan tepat. Pada peraturan, analisis statik ekuivalen dikhususkan untuk struktur gedung beraturan, sedangkan analisis time history dapat digunakan untuk struktur beraturan maupun tidak beraturan. Struktur bangunan yang memiliki sudut dalam adalah salah satu konfigurasi bangunan yang dapat mengkategorikan suatu gedung menjadi struktur beraturan ataupun tidak beraturan. Pada tugas akhir ini dilakukan analisis statik ekuivalen dan analisis time history pada struktur beraturan dengan sudut dalam sehingga akan diperoleh keakurasian analisis statik ekuivalen terhadap analisis time history melalui perbandingan respons struktur yang dihasilkan. Analisis gempa akan disesuaikan dengan peraturan terbaru yang berlaku di Indonesia yaitu SNI - 1726- 2019.
2.15. Peraturan Yang Digunakan
Adapun peraturan yang digunakan dalam Penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 03-1726-2002) dan (SNI 03-1726-2019) 2. Persyaratan beton struktural untuk bangunan gedung ( SNI- 2847-2019) 3. Baja tulangan Beton (SNI 07-2052-2002)
4. Beban Minimum Untuk Perencanaan Bangunan Gedung Dan Struktur Lain ( SNI 1727-2013)
5. Pedoman Perancanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (PPPURG-1987)
2.16. Pembebanan
2.16.1. Beban Mati
Beban mati ialah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung tersebut (PPPURG, 1987 hal.7).
Adapun beban mati yang digunakan adalah sebagai berikut:
Berat jenis beton = 2400 Kg/m3
Berat jenis baja = 7850 Kg/m3
Spesi lantai keramik t = 2 cm = 42 Kg/m3 Penutup lantai keramik = 24 Kg/m3 Plafond + penggantung = 18 Kg/m3
M & E = 20 Kg/m3
Beban hidup ialah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu gedung, termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah, mesin mesin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembebanan laintai dan atap tersebut. (PPPURG, 1987 hal.7).
Adapun beban mati yang digunakan adalah sebagai berikut:
Beban hidup lantai = 250 Kg/m3
Beban hidup atap = 100 Kg/m3 2.16.3. Beban Gempa
Beban gempa adalah semua beban statik ekwivalen yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu. Dalam hal pengaruh gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisis dinamik, maka yang diartikan dengan beban gempa disini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang erjadi oleh gerakan tanah akibat gempa itu. (PPPURG, 1987 hal.7).
Dalam tulisan ini, untuk beban gempa dilakukan dengan menggunakan peraturan terbaru perencanaan ketahanan gempa untuk gedung, yaitu SNI - 1726- 2019. Analisis beban gempa dilakukan dengan 2 metode, metode pertama adalah analisis statik ekuivalen dengan mengambil parameter-parameter beban gempa dari program Spektra Indonesia dan metode kedua adalah analisis time history dengan mengambil rekaman catatan gempa yang telah disesuaikan dengan respons spektra. Rekaman catatan gempa yang diambil adalah el centro.
2.17. Persyaratan Umum Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Gedung Berdasarkan SNI -1726-2019
2.17.1. Gempa Rencana
Pengaruh gempa rencana harus ditinjau dalam perencanaan dan evaluasi struktur bangunan gedung dan non gedung, serta berbagai bagian dan peralatannya secara umum. Sesuai SNI -1726-2019, gempa rencana ditetapkan sebagai gempa dengan kemungkinan terlewati besarannya selama umur struktur bangunan 50 tahun adalah sebesar 2%.
2.17.2. Faktor Keutamaan dan Kategori Resiko Struktur Bangunan
Untuk berbagai kategori resiko struktur bangunan gedung dan non gedung sesuai tabel 2.2 untuk pengaruh gempa rencana terhadapnya harus dikalikan dengan suatu faktor keutamaan I menurut tabel 2.2 seperti berikut ini:
Tabel 2.2 Kategori Resiko Bangunan Gedung dan Struktur Lainnya untuk Beban Gempa
Jenis pemanfaatan
Kategori risiko Gedung dan struktur lainnya yang memiliki resiko rendah terhadap jiwa
manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
- Fasilitas pertanian, perkebunan, perternakan, dan perikanan - Fasilitas sementara
- Gudang penyimpanan
- Rumah jaga dan struktur kecil lainnya
I
Semua gedung dan struktur lain, kecuali yang termasuk dalam kategori resiko I,III,IV, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
- Perumahan
- Rumah toko dan rumah kantor - Pasar
Sumber : SNI-1726-2019 hal.24-25
Jenis pemanfaatan Kategori risiko - Gedung perkantoran
- Gedung apartemen/ Rumah susun - Pusat perbelanjaan/ Mall
- Bangunan industri - Fasilitas manufaktur - Pabrik
II
Gedung dan struktur lainnya yang memiliki resiko tinggi terhadap jiwa manusia pada saat terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
- Bioskop
- Gedung pertemuan - Stadion
- Fasilitas kesehatan yang tidak memiliki unit bedah dan unit gawat darurat
- Fasilitas penitipan anak - Penjara
- Bangunan untuk orang jompo
Gedung dan struktur lainnya, tidak termasuk ke dalam kategori resiko IV, yang memiliki potensi untuk menyebabkan dampak ekonomi yang besar dan/atau gangguan massal terhadap kehidupan masyarakat sehari-hari bila terjadi kegagalan, termasuk, tapi tidak dibatasi untuk:
- Pusat pembangkit listrik biasa - Fasilitas penanganan air - Fasilitas penanganan limbah - Pusat telekomunikasi
Gedung dan struktur lainnya yang tidak termasuk dalam kategori resiko IV, (termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk fasilitas manufaktur, proses, penanganan, penyimpanan, penggunaan atau tempat pembuangan bahan bakar berbahaya, bahan kimia berbahaya, limbah berbahaya, atau bahan yang mudah meledak) yang mengandung bahan beracun atau peledak di mana jumlah kandungan bahannya melebihi nilai batas yang disyaratkan oleh instansi yang berwenang dan cukup menimbulkan bahaya bagi masyarakat jika terjadi kebocoran.
III
Gedung dan struktur lainnya yang ditunjukkan sebagai fasilitas yang penting, termasuk, tetapi tidak dibatasi untuk:
- Bangunan-bangunan monumental - Gedung sekolah dan fasilitas pendidikan
- Rumah sakit dan fasilitas kesehatan lainnya yang memiliki fasilitas bedah dan unit gawat darurat
- Fasilitas pemadam kebakaran, ambulans, dan kantor polisi, serta garasi kendaraan darurat
IV
Jenis pemanfaatan Kategori risiko - Tempat perlindungan terhadap gempa bumi, angin badai, dan
tempat perlindungan darurat lainnya
- Fasilitas kesiapan darurat, komunikasi, pusat operasi dan fasilitas lainnya untuk tanggap darurat
- Pusat pembangkit energi dan fasilitas publik lainnya yang dibutuhkan pada saat keadaan darurat
- Struktur tambahan (termasuk menara telekomunikasi, tangki penyimpanan bahan bakar, menara pendingin, struktur stasiun listrik, tangki air pemadam kebakaran atau struktur rumah atau struktur pendukung air atau material atau peralatan pemadam kebakaran ) yang disyaratkan untuk beroperasi pada saat keadaan darurat
Gedung dan struktur lainnya yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi struktur bangunan lain yang masuk ke dalam kategori resiko IV.
Tabel 2.3 Faktor Keutamaan Gempa
Kategori resiko Faktor keutamaan gempa, Ie
I atau II 1,00
III 1,25
IV 1,50
Sumber : SNI-1726-2019 hal.25
2.17.3. Pemilihan Sistem Struktur Penahan Beban Gempa
Sistem penahan gaya gempa lateral dan vertikal dasar harus memenuhi salah satu tipe yang ditunjukkan dalam tabel 1.2. Pembagian setiap tipe berdasarkan pada elemen vertikal yang digunakan untuk menahan gaya gempa lateral. Sistem struktur yang digunakan harus sesuai dengan batasan sistem struktur dan batasan ketinggian struktur yang ditunjukkan dalam tabel 1.2. Faktor modifikasi respons yang sesuai, R, faktor kuat lebih sistem, Ω0, dan faktor pembesaran defleksi, Cd, sebagaimana ditunjukkan dalam tabel 1.2 harus
lantai tingkat desain.
Tabel 2.4 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk Sistem Penahan Gaya Seismik
Sistem penahan- gaya seismik
Koefisien modifika si
respon (R)
Fakto kuat r lebih sistem (Ω0)
Faktor pembesar a defleksi,
(Cd)
Batasan sistem struktur dan batasan tinggi
struktur (m) Kategori desain B C D E F Sistem rangka pemikul
momen
1. Rangka baja pemikul
momen khusus 8 3 5½ T
B T B
T B
T B
T B 2. Rangka batang baja
pemikul momen khusus
7 3 5½ T
B T
B 48 30 TI 3. Rangka baja pemikul
momen menengah 4½ 3 4 T
B T
B 10 TI TI 4. Rangka baja pemikul
momen biasa 3½ 3 3 T
B T
B TI TI TI 5. Rangka beton
Bertulang pemikul momen khusus
8 3 5½ T
B T B
T B
T B
T B 6. Rangka beton
bertulang pemikul momen menengah
5 3 4½ T
B T
B TI TI TI 7. Rangka beton bertulang
pemikul momen biasa 3 3 2½ T
B TI TI TI TI 8. Rangka baja dan beton
komposit pemikul momen khusus
8 3 5½ T
B T B
T B
T B
T B 9. Rangka baja dan beton
komposit pemikul momen menengah
5 3 4½ T
B T
B TI TI TI Sumber : SNI-1726-2019 hal.50-51
Sistem penahan- gaya seismik
Koefisien modifika si respon
(R)
Fakto kuat r lebih sistem
(Ω0)
Faktor pembesara
defleksi, (Cd)
Batasan sistem struktur dan batasan tinggi
struktur (m) Kategori desain B C D E F 10.Rangka baja dan beton
Komposit terkekang
parsial pemikul 6 3 5½ 48 48 30 TI TI
11.Rangka baja dan beton komposit pemikul
momen biasa 3 3 2½
T
B TI TI TI TI 12.Rangka baja canai
dingin pemikul momen
khusus 3½ 3 3½
10 10 10 10 10
2.17.4. Redundansi
Faktor redundansi (ρ), harus dikenakan pada sistem penahan gaya gempa dalam masing-masing kedua arah ortogonal untuk semua struktur sesuai dengan ketentuan berikut.
2.17.4.1. Kondisi di mana nilai ρ adalah 1,0
Nilai ρ diijinkan sama dengan 1,0 untuk hal-hal berikut ini:
1. Struktur dirancang untuk kategori desain seismik B atau C;
2. Perhitungan simpangan antar lantai dan pengaruh P-delta;
3. Desain komponen nonstruktural;
4. Desain struktur non gedung yang tidak mirip dengan bangunan gedung;
5. Desain elemen kolektor, sambungan lewatan, dan sambungannya dimana kombinasi beban dengan faktor kuat-lebih;
6. Desain elemen struktur atau sambungan di mana kombinasi beban
8. Beban diafragma;
9. Struktur dengan sistem peredaman;
10. Desain dinding struktural terhadap gaya keluar bidang, termasuk sistem angkurnya.
2.17.4.2. Faktor Redundansi, ρ, Untuk Kategori Desain Seismik D sampai F Untuk struktur yang dirancang untuk kategori desain seismik D, E, atau F, ρ harus sama dengan 1,3 kecuali jika satu dari dua kondisi berikut dipenuhi, di mana ρ diijinkan diambil sebesar 1,0:
Masing-masing tingkat yang menahan lebih dari 35 persen geser dasar dalam arah yang ditinjau;
Struktur dengan denah beraturan di semua tingkat dengan sistem penahan gaya gempa terdiri dari paling sedikit dua bentang perimeter penahan gaya gempa yang merangka pada masing- masing sisi struktur dalam masing-masing arah ortogonal di setiap tingkat yang menahan lebih dari 35 persen geser dasar. Jumlah bentang untuk dinding geser harus dihitung sebagai panjang dinding geser dibagi dengan tinggi tingkat atau dua kali panjang dinding geser dibagi dengan tinggi tingkat untuk konstruksi rangka ringan.
2.17.5. Kombinasi dan Pengaruh Beban Gempa Ultimite
Struktur, komponen-elemen struktur dan elemen-elemen fondasi harus dirancang sedemikian hingga kuat rencananya sama atau melebihi pengaruh beban-beban terfaktor dengan kombinasi-kombinasi sebagai berikut:
2. U = 1,2D + 1,6L + 0,5 (Lr atau R)
3. U = 1,2D + 1,6 (Lr atau R) + (L atau 0,5 W) 4. U = 1,2D + 1,0W + L+ 0,5 (Lr atau R) 5. U = 1,2D + 1,0E + L
6. U = 0,9D + 1,0W 7. U = 70,9D + 1,0E
Pengaruh beban gempa, E, harus ditentukan sesuai dengan berikut ini:
1. Untuk penggunaan dalam kombinasi beban 5 atau kombinasi beban 5 dan 6, E harus ditentukan sesuai dengan persamaan 3.1 berikut:
………....(33) 2. Untuk penggunaan dalam kombinasi beban 7 atau kombinasi beban 8, E
harus ditentukan sesuai dengan persamaan 33 berikut:
………(34)
dengan:
- E adalah pengaruh beban gempa;
- Eh adalah pengaruh beban gempa horizontal;
- Ev adalah pengaruh beban gempa vertikal.
Pengaruh beban gempa horisontal, Eh, harus ditentukan sesuai dengan persamaan 35 sebagai berikut:
………..………..(35) dengan:
- Q adalah pengaruh gaya gempa horisontal dari V atau Fp;
- Jika disyaratkan pengaruh tersebut harus dihasilkan dari penerapan gaya horisontal secara serentak dalam dua arah tegak lurus satu sama lain;
