TUGAS AKHIR
PERHITUNGAN SUPER STRUKTUR PENGEMBANGAN GEDUNG KULIAH FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS BOSOWA
Disusun Oleh :
ATKAL GUNAWAN 45 15 041 021
JURUSAN SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BOSOWA MAKASSAR
2021
Judul Tugas Akhir :
SURAT PERNYATAAN
KEASLIAN DAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : ATKAL GUNAWAN
Nomor Stambuk : 45 15 041 021 Program Studi : Teknik Sipil
PERHITUNGAN SUPER STRUKTUR
PENGEMBANGAN GEDUNG KULIAH FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS BOSOWA
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa :
1. Tugas akhir yang saya tulis ini merupakan hasil karya saya sendiri dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
2. Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya tidak keberatan apabila Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa menyimpan, mengalih mediakan / mengalih formatkan, mengelola dalam bentuk data base, mendistribusikan dan menampilkanya untuk kepentingan akademik.
3. Bersedia dan menjamin untuk menanggung secara pribadi tanpa melibatkan pihak Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa dari semua bentuk tuntutan hukum yang timbul atas pelanggaran hak cipta dalam tugas akhir ini.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya untuk dapat digunakan sebagaimana mestinya.
Makassar, 06 Maret 2021 Yang Menyatakan
ATKAL GUNAWAN
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena hanya atas berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat serta salam tercurahkan kepada Rasulullah SAW, keluarga dan sahabatnya. Setiap kemudahan dan kesabaran yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “Perhitungan Super Struktur Pengembangan Gedung Kuliah Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa” sebagai salah satu syarat kelulusan di Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa.
Selama proses penyusunan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan banyak bimbingan, dukungan dan arahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat yang besar penulis menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan sebesar- besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ridwan, S.T., M.Si., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Bosowa.
2. Ibu Ir. Nurhadijah Yunianti, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa.
3. Bapak Ir. Arman Setiawan, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I dan Ibu Dr. Ir. Hj. Hijriah, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II yang selalu sabar dan tulus meluangkan waktunya untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
vii
4. Bapak Dr. Ir. H. Syahrul Sariman, M.T., selaku Ketua Kelompok Dosen Bidang Kajian Struktur Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa.
5. Seluruh Bapak/Ibu dosen dan karyawan Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Bosowa.
6. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan moril dan material serta selalu mendoakan penulis.
7. Bapak Ronny Hasudungan, Ph.D. dan Channel Youtube Belajar Struktur di UBL
8. Saudara/Saudari seperjuangan Teknik Sipil 2015, terima kasih atas bantuan dan kerjasamanya, kalian luar biasa.
9. Dan semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini tentunya masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun dari pembaca akan sangat bermanfaat bagi penulis. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Makassar, 16 Februari 2021
Penulis
viii
PERHITUNGAN SUPER STRUKTUR PENGEMBANGAN GEDUNG KULIAH FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS BOSOWA
Atkal Gunawan1) Arman Setiawan2) Hijriah3) 1Mahasiswa 2,3 Dosen Pembimbing
[email protected] ABSTRAK
ATKAL GUNAWAN. Perhitungan Super Struktur Pengembangan Gedung Kuliah Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa. (dibimbing oleh Arman Setiawan dan Hijriah).
Dalam perencanaan struktur, material baja sebagai bahan konstruksi memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan menggunakan material konstruksi lainnya, salah satunya adalah baja mempunyai kekuatan yang tinggi.
Gedung Kuliah Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa merupakan gedung 7 lantai yang terletak di Jalan Urip Sumoharjo No.4, Makassar.
Perhitungan struktur menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) dengan bantuan program SAP2000 v22. Peraturan yang dipergunakan pada perencanaan ini adalah SNI 1729:2015, SNI 1727:2018, SNI 2847:2019, SNI 1726:2019, ANSI/SDI C-2011. Australian Standard HB-212-2002, dan SNI 2052:2017.
Dari hasil analisis didapatkan tebal pelat bondek atap 100 mm, tebal pelat bondek lantai 125 mm, balok anak atap portal 1-2 IWF150x100x6x9 dan IWF300x150x6.5x9 portal 2-3, balok anak lantai portal 1-2 IWF250x125x6x9 dan IWF350x175x7x11 portal 2-3, balok induk atap portal 1-2 IWF200x100x5.5x8 (melintang) dan IWF150x100x6x9 (memanjang), balok induk atap portal 2-3 IWF350x175x7x11 (melintang) dan IWF300x150x6.5x9 (memanjang), balok induk lantai portal 1-2 IWF300x150x6,5x9 (melintang dan memanjang), balok induk lantai portal 2-3 IWF400x200x8x13 (melintang dan memanjang), kolom portal 1-2 lantai 1 s/d 3 H400x400x13x21 dan kolom lantai 4 s/d 6 IWF400x200x8x13, portal 2-3 kolom lantai 1 s/d 6 H400x400x13x21.
Kata kunci : Struktur Baja, Sistem Rangka Pemikul Momen, Gedung Kuliah
ix
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman Judul ... i
Lembar Pengajuan ... ii
Lembar Pengesahan ... iii
Pernyataan Keaslian Dan Publikasi Tugas Akhir ... iv
Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ... v
Kata Pengantar ... vi
Abstrak ... viii
Daftar Isi ... ix
Daftar Notasi ... xv
Daftar Gambar ... xxiv
Daftar Tabel ... xxx BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Rumusan Masalah ... I-3 1.3 Tujuan dan Manfaat ... I-3 1.3.1 Tujuan ... I-4 1.3.2 Manfaat ... I-4 1.4 Pokok Bahasan dan Batasan Masalah ... I-4 1.4.1 Pokok Bahasan ... I-4 1.4.2 Batasan Masalah ... I-5
x
1.5 Sistematika Penulisan ... I-6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Umum ... II-1 2.2 Metode Perencanaan ... II-4 2.2.1 LRFD ... II-4 2.2.2 SAP2000 ... II-5 2.2.3 AutoCad ... II-7 2.2.4 Sistem Rangka Pemikul Momen ... II-8 2.3 Konsep Pembebanan ... II-9 2.3.1 Beban Gempa ... II-9 2.3.2 Beban Angin ... II-17 2.3.3 Beban Mati ... II-25 2.3.4 Beban Hidup ... II-25 2.3.5 Sistem Kerja Beban ... II-26 2.3.6 Kombinasi Pembebanan ... II-27 2.4 Perencanaan Kapasitas ... II-28 2.5 Kekuatan Desain ... II-29 2.5.1 Kekuatan Nominal ... II-29 2.5.2 Faktor Ketahanan ... II-29 2.6 Preliminary Design ... II-30 2.6.1 Perencanaan Struktur Sekunder ... II-30 2.6.2 Perencanaan Struktur Primer ... II-30 2.7 Pemodelan Struktur ... II-31
xi
2.8 Kontrol Perencanaan Struktur ... II-31 2.8.1 Kontrol Desain Bangunan ... II-31 2.8.2 Kontrol Elemen Struktur ... II-32 2.8.3 Perencanaan Sambungan ... II-38 2.9 Penggambaran Teknik ... II-40 2.10 Studi Literatur ... II-40 BAB III METODE PERENCANAAN/PERHITUNGAN
3.1 Pengumpulan Data ... III-1 3.2 Modelisasi Struktur ... III-2 3.2.1 Data Masukan Material ... III-4 3.2.2 Data Masukan Elemen Struktur ... III-4 3.2.2.1 Data Masukan Balok dan Kolom ... III-4 3.2.2.2 Data Masukan Pelat Atap dan Lantai ... III-5 3.2.3 Besaran Massa ... III-5 3.3 Diagram Alir Perencanaan ... III-6 BAB IV PERENCANAAN/PERHITUNGAN
4.1 Perencanaan Struktur Sekunder ... IV-1 4.1.1 Perencanaan Pelat ... IV-1 4.1.1.1 Perencanaan Pelat Atap ... IV-2 4.1.1.2 Perencanaan Pelat Lantai ... IV-13 4.1.2 Perencanaan Balok Anak ... IV-23 4.1.2.1 Perencanaan Dimensi Balok Anak Atap ... IV-23 4.1.2.2 Perencanaan Dimensi Balok Anak Lantai ... IV-31
xii
4.1.3 Perencanaan Balok Lift ... IV-37 4.1.3.1 Perencanaan Balok Penggantung Lift ... IV-39 4.1.3.2 Perencanaan Balok Penumpu Lift ... IV-44 4.1.4 Perencanaan Tangga ... IV-49 4.1.4.1 Perencanaan Jumlah Injakan Tangga ... IV-50 4.1.4.2 Perencanaan Tebal Pelat Anak Tangga ... IV-51 4.1.4.3 Perencanaan Pengaku Pelat Anak Tangga ... IV-53 4.1.4.4 Perencanaan Pelat Bordes ... IV-56 4.1.4.5 Perencanaan Balok Bordes ... IV-57 4.1.4.6 Perencanaan Balok Utama Tangga... IV-62 4.1.4.7 Perencanaan Balok Penumpu Tangga ... IV-69 4.2 Perencanaan Struktur Primer ... IV-74 4.2.1 Pembebanan Struktur Primer ... IV-74 4.2.1.1 Beban Mati ... IV-74 4.2.1.2 Beban Hidup ... IV-75 4.2.1.3 Beban Angin ... IV-76 4.2.1.4 Beban Gempa ... IV-83 4.2.2 Kontrol Pembebanan Struktur ... IV-88 4.2.2.1 Kontrol Beban Aksial Kolom ... IV-88 4.2.2.2 Kontrol Pembebanan Balok Anak ... IV-91 4.2.2.3 Berat Elemen Struktur ... IV-92 4.2.2.4 Kontrol Partisipasi Massa ... IV-95 4.2.2.5 Kontrol Waktu Getar Alami Fundamental ... IV-97
xiii
4.2.2.6 Kontrol Gaya Geser Dasar Gempa... IV-99 4.2.2.7 Distribusi Gaya Gempa ... IV-100 4.2.2.8 Kontrol Simpangan Antar Lantai ... IV-101 4.2.3 Perhitungan Balok Induk ... IV-103 4.2.3.1 Balok Induk Arah X (Melintang) ... IV-103 4.2.3.2 Balok Induk Arah Y (Memanjang) ... IV-107 4.2.4 Perhitungan Kolom ... IV-111 4.2.5 Perhitungan Sambungan ... IV-118 4.2.5.1 Sambungan Balok Anak Lantai dengan Balok Induk ... IV-118 4.2.5.2 Sambungan Balok Anak Atap dengan Balok Induk ... IV-125 4.2.5.3 Sambungan Tangga ... IV-132 4.2.5.4 Sambungan Balok Induk dengan Kolom ... IV-145 4.2.5.5 Sambungan Antar Kolom ... IV-150 4.2.5.6 Sambungan Kolom dengan Base Plate ... IV-156 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... V-1 5.2 Saran ... V-3 Daftar Pustaka ... xxxii Lampiran ... xxxiv Lampiran 1. Lembar Asistensi
Lampiran 2. Desain Arsitektur Gedung Kedokteran Universitas Bosowa Lampiran 3. Tabel Baja PT. Gunung Garuda
Lampiran 4. Brosur Perencanan Praktis Pelat SUPER FLOOR DECK
xiv Lampiran 5. Steel Deck Institute 2011 Lampiran 6. Steel Beam Design (Nilai Lr) Lampiran 7. Hasil Pengujian Tanah (Sondir) Lampiran 8. Hasil Analisis SAP2000 v22
Lampiran 9. Gambar Struktur Gedung Kedokteran Universitas Bosowa
xv
DAFTAR NOTASI
∆ : Simpangan
∆a : Simpangan izin A : Luas profil a : Tinggi profil
a : Kemiringan tangga a : Ukuran las sudut
a : Panjang rencana haunch Ab : Luas bruto penampang baut ABM : Luas penampang logam dasar Ae : Luas neto efektif
Ag : Luas penampang bruto
An : Luas elemen-elemen yang tersambung langsung Ant : Luas neto penahan tarik
Anv : Luas neto yang menahan geser Anv : Luas neto penahan geser
Aw : Luas badan, tinggi keseluruhan dikali tebal badan (d.tw) Awe : Luas efektif las
B : Dimensi horizontal bangunan gedung, diukur tegak lurus terhadap arah angin
B : Dimensi bangunan tegak lurus arah angin b : Tinggi rencana haunch
B : Lebar base plate
B1 : Pengali untuk menghitung efek P-, ditentukan untuk setiap komponen struktur yang menahan tekan dan lentur
B2 : Pengali untuk menghitung efek P-, ditentukan untuk setiapsetiap tingkat dari struktur.
xvi bf : Lebar profil
bs : Lebar pelat pengaku minimum C1 : Jarak minimum untuk kunci
Cb : Faktor modifikasi tekuk torsi lateral untuk diagram momen nonmerata
Cd : Faktor pembesaran defleksi
Cm : Koefisien yang diperhitungkan untuk momen nonmerata Cm : Koefisien dengan asumsi tanpa translasi lateral dari portal Cp , CN : Koefisien tekanan eksternal
CS : Koefisien respons seismik
Ct , x : Parameter periode pendekatan untuk T Cv : Koefisien geser badan
Cvx : Faktor distribusi vertikal Cw : Konstanta pilin (mm6) D : Beban mati
D : Gaya geser
d : Diameter
d : Tinggi profil balok db : Diameter baut
E : Beban gempa
E : Modulus elastis baja (200 000 Mpa) e : Eksentrisitas pada sambungan
f : Lendutan
f : Gaya (kg)
Fa : Koefisien situs untuk periode pendek yaitu pada periode 0,2 detik
f'c : Kuat tekan beton atau mutu beton Fcr : Tegangan kritis
xvii Fcr : Tegangan kritis
Fe : Tegangan tekuk elastis FE : Mutu las
Fi : Bagian dari geser dasar seismik (V) yang timbul di tingkat i FnBM : Tegangan nominal dari logam dasar
Fnw : Tegangan nominal dari logam las fu : Tegangan putus baja
Fv : Koefisien situs untuk periode panjang (pada periode 1 detik) Fx : Gaya lateral
fy : Tegangan leleh baja
G : Faktor efek hembusan angin
G : Modulus elastis geser dari baja (77200 MPa) G : Faktor kekangan akibat adanya batang lentur yang
merangka ke batang tekan yang sedang ditinjau GCpi : Koefisien tekanan internal
h : Tnggi atap rata-rata h : Tinggi penampang
h : Tinggi bersih badan profil h : Tinggi efektif
H : Geser tingkat
hi , hx : Tinggi dari dasar sampai tingkat I atau x hn : Batasan tinggi struktur
Ie : Faktor keutamaan gempa Ix : Inersia sumbu x profil (mm4) ix : Jari-jari girasi sumbu x profil (mm) Iy : Inersia sumbu y profil (mm4) iy : Jari-jari girasi sumbu y profil (mm) J : Konstanta torsi (mm4)
xviii J1 : Sambungan titik 1 (portal 1) J2A : Sambungan titik 2 (portal 1-2) J2B : Sambungan titik 2 (portal 2-3) J3 : Sambungan titik 3 (portal 3)
k : Eksponen yang terkait dengan perioda struktur k : Faktor panjang efektif kolom
K : Kontrol beban
K1, K2, K3 : Faktor untuk memperoleh Kzt
Kd : Faktor arah angin
KDS : Kategori desain seismik
Ke : Faktor elevasi permukaan tanah Ktr : Indeks tulangan transversal
Kz : Faktor panjang efektif untuk tekuk torsi
Kz , Kh : Koefisien eksposur tekanan velositas di tingkat z atau h Kzt : Faktor topografi
Kzt : Koefisien faktor topografi L : Panjang penampang l : Lebar injakan
L : Dimensi bangunan paralel arah angin L : Panjang bentang
L : Dimensi horizontal bangunan gedung, diukur paralel terhadap arah angin
L : Beban hidup
Lb : Jarak penahan lateral
Ld : Panjang penyaluran batang ulir dan kawat
Lp : Panjang bentang maksimum balok yang mampu menahan momen plastis
Lr : Panjang bentang minimum balok yang tahanannya
xix
ditentukan oleh momen kritis tekuk torsi lateal
M : Gaya momen
m : Jumlah bidang geser
M1 : Momen terkecil ujung bawah M2 : Momen terbesar ujung atas
MA : Nilai mutlak momen pada titik seperempat dari segmen MB : Nilai mutlak momen pada titik seperdua dari segmen MC : Nilai mutlak momen pada titik tiga-perempat dari segmen Mc : Kekuatan lentur tersedia
Mlt : Momen orde pertama menggunakan kombinasi beban lateral
Mmaks : Nilai mutlak momen maksimum dalam segmen Mn : Kuat lentur nominal
Mnt : Momen orde pertama menggunakan kombinasi beban no lateral
Mp : Momen lentur plastis
Mr : Kekuatan lentur perlu menggunakan kombinasi beban Mr : Momen lentur orde kedua yang diperlukan menggunakan
kombinasi beban Mu : Kuat lentur ultimate
N : Nilai hasil test penetrasi standar rata-rata n : Jumlah tulangan/baut
N : Gaya normal
N : Panjang base plate Ø : Diameter tulangan/baut p : Tekanan angin desain P : Beban titik
Pc : Kekuatan aksial tersedia
xx
Pe story : Kekuatan tekuk kritis elastis untuk tingkat pada arah translasi yang diperhitungkan
Pe1 : Kekuatan tekuk kritis elastis komponen struktur pada bidang lentur
Plt : Gaya aksial orde pertama menggunakan kombinasi beban lateral
Plt : Gaya aksial orde-pertama yang menggunakan kombinasi beban DFBK atau DKI, akibat translasi lateral hanya dari struktur
Pmf : Beban vertikal total pada kolom dalam tingkat yang merupakan bagian dari rangka momen
Pn : Kuat tekan nominal
Pnt : Gaya aksial orde pertama menggunakan kombinasi beban no lateral
Pr : Kekuatan aksial perlu menggunakan kombinasi beban Pr : Kekuatan aksial orde kedua yang diperlukan menggunakan
kombinasi beban DFBK
Pstory : Beban vertikal total didukung oleh tingkat menggunakan kombinasi beban DFBK atau DKI, yang sesuai, termasuk beban-beban dalam kolom-kolom yang bukan merupakan bagian dari sistem penahan gaya lateral
Pu : Kekuatan aksial nominal Pu : Kuat tekan ultimate q : Beban merata
qz , qh : Tekanan velositas di tingkat z atau h R : Faktor modifikasi respons
r : Radius joint permukaan
R : Rasio perbandingan kapasitas R : Koefisien modifikasi respon
xxi
r1 : 0.5 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser 0.4 untuk baut ada ulir pada bidang geser Rd : Kuat tumpu desain
RM : Koefisien untuk menghitung pengaruh P- pada P-
Rn : Kekuatan nominal Rn : Kuat nominal baut
Rpg : Faktor reduksi kekuatan lentur
Ru : Kekuatan perlu menggunakan kombinasi beban DFBK Ru : Kuat ultimate baut
RV : Reaksi vertikal s : Jarak antar tulangan S : Jarak antar baut
S : Jarak baut ketepi tidak terbebani
S1 : Parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan untuk periode 1,0 detik
S1 : Jarak baut ketepi terbebani SA : Batuan keras
Sa : Spektrum respon percepatan desain
SB : Batuan
SC : Tanah keras SD : Tanah sedang
SD1 : Parameter percepatan spektral desain untuk periode 1 detik SDS : Parameter percepatan spektral desain untuk periode
pendek SE : Tanah lunak SF : Tanah khusus
SM1 : Parameter percepatan spektral pada periode 1 detik yang sudah dsesuaikan terhadap pengaruh kelas situs
xxii
SMS : Parameter percepatan spektral pada periode pendek yang sudah disesuaikan terhadap pengaruh kelas situs
Ss : Parameter respons spektral percepatan gempa MCER terpetakan untuk periode pendek
Sx : Modulus elastisitas sumbu x profil (cm3) Sxc : Modulus penampang elastis
Sy : Modulus elastisitas sumbu y profil (cm3) T : Perioda fundamental struktur
t : Tebal tertipis pelat yang disambung t : Tinggi injakan
T : Gaya kopel pada sayap T : Gaya tarik (kg)
Ta : Perioda fundamental pendekatan Tc : Perioda fundamental analisis software Te : Tebal efektif las
tf : Tebal sayap profil tp : Tebal tertipis pelat
ts : Tebal pelat pengaku minimum tw : Tebal badan profil
U : Mutu baja tulangan
U : Faktor geser yang tidak diperhitungkan V : Gaya dasar seismik
V : Kecepatan angin dasar Vd : Kuat geser desain Vn : Kuat geser nominal
Vs : Besaran percepatan rambat gelombang geser rata-rata Vu : Kuat geser ultimate
W : Beban angin
xxiii W : Berat profil
W : Modulus Tekuk We : Jarak baut ke tepi
wi : Bagian berat seismik efektif total struktur tingkat i Wt : Berat seismik efektif
wx : Bagian berat seismik efektif total struktur tingkat x x : Indeks sehubungan dengan sumbu kuat lentur y : Indeks sehubungan dengan sumbu lemah lentur z : Tinggi di atas tanah
z : Tinggi dinding
Zx : Modulus plastisitas sumbu x profil (cm3) Zy : Modulus plastisitas sumbu y profil (cm3) α : Faktor lokasi penulangan
β : Faktor pelapis
δ : Faktor amplifikasi momen δX : Defleksi pada lantai ke-x θ : Sudut rencana
ρ : Faktor redudansi σu : Tegangan ultimate σy : Tegangan leleh
ϒ : Faktor ukuran batang tulangan ϕ : Faktor reduksi kekuatan Ω0 : Faktor kuat lebih sistem
: Faktor penyesuaian level gaya DFBK/DKI
: Parameter kelangsingan
p : Parameter batas kelangsingan untuk elemen kompak
r : Parameter batas kelangsingan untuk elemen nonkompak
xxiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman 2.1 Kurva hubungan tegangan dan regangan ... II-3 2.2 Kekakuan sistem rangka pemikul momen ... II-9 2.3 Peta parameter gerak tanah, Ss ... II-11 2.4 Peta parameter gerak tanah, S1 ... II-11 2.5 Peta kecepatan angin Asia-Pasific ... II-19 2.6 Nilai kecepatan angin level I ... II-19 2.7 Penampang steel floor deck ... II-37 3.1 Lokasi gedung kedokteran ... III-1 3.2 Denah struktur ... III-2 3.3 Tampak depan struktur... III-2 3.4 Tampak samping struktur ... III-2 3.5 Edit grid data struktur ... III-3 3.6 Pemodelan 3D struktur ... III-3 3.7 Input material baja dan beton ... III-4 3.8 Input elemen struktur balok dan kolom ... III-4 3.9 Input besaran massa ... III-5 3.10 Diagram alir perencanaan ... III-6 4.1 Pelat bondek ... IV-1 4.2 Denah pelat gedung ... IV-2 4.3 Detail pelat atap ... IV-2
xxv
4.4 Momen 1-1 pelat atap ... IV-3 4.5 Momen 2-2 pelat atap ... IV-3 4.6 Penulangan pelat atap ... IV-12 4.7 Detail pelat lantai ... IV-13 4.8 Momen 1-1 pelat lantai ... IV-13 4.9 Momen 2-2 pelat lantai ... IV-14 4.10 Penulangan pelat lantai ... IV-23 4.11 Konfigurasi balok anak gedung ... IV-23 4.12 Distribusi beban balok anak atap portal 1-2 ... IV-24 4.13 Distribusi beban balok anak atap portal 2-3 ... IV-28 4.14 Distribusi beban balok anak lantai portal 1-2 ... IV-31 4.15 Distribusi beban balok anak lantai portal 2-3 ... IV-35 4.16 Denah lift ... IV-38 4.17 Denah balok lift ... IV-38 4.18 Model pembebanan balok penggantung lift ... IV-40 4.19 Model pembebanan balok penggantung lift SAP2000 ... IV-40 4.20 Reaksi perletakan balok penggantung lift ... IV-40 4.21 Gaya momen (M3) balok penggantung lift ... IV-41 4.22 Gaya geser (V2) balok penggantung lift ... IV-41 4.23 Gaya normal (akisal) balok penggantung lift ... IV-41 4.24 Posisi MA, MB, dan MC balok penggantung lfit ... IV-43 4.25 Lendutan balok penggantung lift ... IV-44 4.26 Pembebanan balok penumpu lift ... IV-45
xxvi
4.27 Model pembebanan balok penumpu lift SAP2000 ... IV-45 4.28 Gaya momen (M3) balok penumpu lift ... IV-46 4.29 Gaya geser (V2) balok penumpu lift ... IV-46 4.30 Gaya normal (aksial) balok penumpu lift ... IV-46 4.31 Posisi MA, MB, dan MC balok penumpu lfit ... IV-48 4.32 Lendutan balok penumpu lift ... IV-49 4.33 Denah tangga ... IV-51 4.34 Potongan A-A tangga ... IV-51 4.35 Tinggi tanjakan dan lebar injakan ... IV-51 4.36 Pelat anak tangga ... IV-51 4.37 Pembebanan pengaku pelat anak tangga ... IV-53 4.38 Pembebanan balok utama tangga ... IV-64 4.39 Pembebanan balok utama tangga SAP2000 ... IV-65 4.40 Reaksi perletakan balok utama tangga SAP2000 ... IV-65 4.41 Gaya momen (M3) balok utama tangga ... IV-65 4.42 Gaya geser (V2) balok utama tangga ... IV-66 4.43 Gaya normal (aksial) balok utama tangga ... IV-66 4.44 Lendutan balok utama tangga ... IV-68 4.45 Pembebanan balok penumpu tangga ... IV-69 4.46 Pembebanan balok penumpu tangga SAP2000 ... IV-70 4.47 Reaksi perletakan balok penumpu tangga ... IV-70 4.48 Gaya momen (M3) balok penumpu tangga... IV-71 4.49 Gaya geser (V2) balok penumpu tangga ... IV-71
xxvii
4.50 Gaya normal (aksial) balok penumpu tangga ... IV-71 4.51 Posisi MA, MB, dan MC balok penumpu tangga ... IV-73 4.52 Lendutan balok penumpu tangga ... IV-74 4.53 Dimensi struktur bangunan ... IV-76 4.54 Pola distribusi beban angin Y-Z (parallel) ... IV-79 4.55 Detail beban angin dating Y-Z (4, 18.76) ... IV-80 4.56 Pola distribusi beban angin X-Z (tegak lurus) ... IV-80 4.57 Detail beban angin datang X-Z (4.80, 18.76) ... IV-81 4.58 Distribusi beban angin arah Y (SAP2000) ... IV-82 4.59 Distribusi beban angin arah X (SAP2000) ... IV-82 4.60 Menentukan nilai Ss ... IV-83 4.61 Menentukan nilai S1 ... IV-83 4.62 Grafik respon spektrum ... IV-85 4.63 Input diafragma SAP2000 ... IV-86 4.64 Analisis modal SAP2000 ... IV-87 4.65 Area pembebanan kolom as-A3 ... IV-88 4.66 Detail area pembebanan kolom as-A3 ... IV-88 4.67 Hasil output gaya aksial pada kolom as-A3 ... IV-90 4.68 Hasil output beban merata balok anak portal 2-3 ... IV-91 4.69 Berat elemen struktur tiap lantai ... IV-92 4.70 Periode arah-y ... IV-98 4.71 Periode arah-x ... IV-98 4.72 Visualisasi distribusi gaya gempa arah-x ... IV-101
xxviii
4.73 Visualisasi distribusi gaya gempa arah-y ... IV-101 4.74 Elemen 50 balok induk arah-x ... IV-103 4.75 Gaya dalam elemen 50 balok induk arah-x ... IV-103 4.76 Posisi MA, MB, MC elemen 50 balok induk arah-x ... IV-105 4.77 Lendutan elemen 50 balok induk arah-x ... IV-107 4.78 Elemen 523 balok induk arah-y ... IV-107 4.79 Gaya dalam elemen 523 balok induk arah-y... IV-108 4.80 Posisi MA, MB, MC elemen 523 balok induk arah-y ... IV-110 4.81 Lendutan elemen 523 balok induk arah-y ... IV-111 4.82 Kolom elemen 131 ... IV-111 4.83 Faktor Panjang efektif, k ... IV-115 4.84 Sambungan balok anak lantai 2 yang ditinjau ... IV-118 4.85 Bidang geser pada profil L60x60x6 J1 dan J2A ... IV-121 4.86 Sambungan J1 dan J2A lantai ... IV-121 4.87 Bidang geser pada profil L60x60x6 J2B dan J3 ... IV-124 4.88 Sambungan J2B dan J3 lantai ... IV-125 4.89 Sambungan balok anak atap yang ditinjau ... IV-125 4.90 Bidang geser pada profil L60x60x6 J1 dan J2A ... IV-128 4.91 Sambungan J1 dan J2A atap ... IV-128 4.92 Bidang geser pada profil L60x60x6 J2B dan J3 ... IV-131 4.93 Sambungan J2B dan J3 atap ... IV-132 4.94 Sambungan tangga yang ditinjau ... IV-132 4.95 Bidang geser pada profil L60x60x6 J1A ... IV-135
xxix
4.96 Sambungan J1A ... IV-136 4.97 Bidang geser pada profil L60x60x6 J1B dan J1C ... IV-138 4.98 Sambungan J1B dan J1C ... IV-139 4.99 Sambungan J2 dan J3... IV-141 4.100 Bidang geser pada profil L60x60x6 J4... IV-143 4.101 Sambungan J4 ... IV-145 4.102 Desain geometris haunch ... IV-145 4.103 Bidang geser pada profil end plate ... IV-149 4.104 Sambungan balok induk dengan kolom ... IV-150 4.105 Titik berat sambungan antar kolom ... IV-155 4.106 Sambungan antar kolom ... IV-156 4.107 Elemen 131 ... IV-156 4.108 Rencana las pada base plate ... IV-157 4.109 Arah beban sumbu-x pada base plate ... IV-160 4.110 Arah beban sumbu-y pada base plate ... IV-161 4.111 Sambungan base plate ... IV-164
xxx
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman 2.1 Koefisien situs Fa ... II-12 2.2 Koefisien situs Fv ... II-12 2.3 Klasifikasi situs ... II-14 2.4 Kategori risiko bangunan untuk beban gempa ... II-14 2.5 Faktor keutamaan gempa, Ie ... II-14 2.6 KDS pada perioda pendek ... II-15 2.7 KDS pada perioda 1 detik ... II-15 2.8 Langkah-langkah menentukan beban angin SPGAU ... II-18 2.9 Faktor arah angin, Kd... II-20 2.10 Kategori eksposur ... II-20 2.11 Koefiaien tekanan internal, GCpi ... II-22 2.12 Koefisien eksposur tekanan velositas ... II-22 2.13 Koefisien tekanan eksternal, Cp ... II-23 2.14 Berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung ... II-25 2.15 Beban hidup terdistribusi merata untuk bangunan ... II-26 2.16 Faktor reduksi kekuatan ... II-30 2.17 Lendutan izin penampang ... II-36 2.18 Lendutan maksimum penampang ... II-37 2.19 Ukuran minimum las sudut ... II-39 4.1 Koefien eksposur tekanan velositas ketinggian z ... IV-78
xxxi
4.2 Koefisien tekanan eksternal, Cp ... IV-78 4.3 Tekanan angin desain, P ... IV-79 4.4 Rekapitulasi beban angin dating Y-Z ... IV-80 4.5 Rekapitulasi beban angin pergi Y-Z ... IV-80 4.6 Rekapitulasi beban angin dating X-Z ... IV-81 4.7 Rekapitulasi beban angin pergi X-Z ... IV-81 4.8 Perhitungan beban mati dan hidup lantai ... IV-88 4.9 Perhitungan beban mati dinding ... IV-89 4.10 Perhitungan beban mati balok ... IV-89 4.11 Perhitungan beban mati kolom ... IV-89 4.12 Total beban aksial kolom as-A3 ... IV-90 4.13 Berat seisimik efektif lantai 7 ... IV-92 4.14 Berat seismik efektif lantai 6 ... IV-93 4.15 Berat seismik efektif lantai 5 ... IV-93 4.16 Berat seismik efektif lantai 4 ... IV-94 4.17 Berat seismik efektif lantai 3 ... IV-94 4.18 Berat seismik efektif lantai 2 ... IV-95 4.19 Rasio partisipasi massa... IV-96 4.20 Distribusi gempa arah-x... IV-100 4.21 Distribusi gempa arah-y... IV-100 4.22 Kontrol simpangan lantai arah-x dan arah-y ... IV-102 4.23 Rekapitulasi analisa struktur sekunder ... IV-165 4.24 Rekapitulasi analisa struktur primer ... IV-166
I-1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Perencanaan struktur dapat didefinisikan sebagai campuran antara seni dan ilmu pengetahuan yang dikombinasikan dengan intuisi seorang ahli struktur mengenai perilaku struktur dengan dasar-dasar pengetahuan dalam statika, dinamika, mekanika bahan, dan analisis struktur untuk menghasilkan suatu struktur yang ekonomis dan aman, selama masa layannya (Setiawan, 2008).
Struktur bangunan gedung terdiri dari struktur atas dan bawah.
Struktur atas adalah bagian dari struktur bangunan gedung yang berada di atas muka tanah. Sedangkan struktur bawah adalah bagian dari struktur bangunan gedung yang terletak di bawah muka tanah, yang dapat terdiri dari struktur besmen, dan/atau struktur fondasinya. Struktur bangunan gedung harus memiliki sistem penahan gaya lateral dan vertikal yang lengkap, yang mampu memberikan kekuatan, kekakuan, dan kapasitas disipasi energi yang cukup untuk menahan gerak tanah desain dalam batasan-batasan kebutuhan deformasi dan kekuatan yang disyaratkan (Indarto dkk, 2013).
Menurut Setiawan (2008), material baja sebagai bahan konstruksi memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan material konstruksi lainnya. Beberapa keunggulan baja adalah mempunyai kekuatan, keawetan dan daktilitas yang tinggi, serta kemudahan dalam
I-2
penyambungan antar elemen yang satu dengan lainnya dapat menggunakan alat sambung las ataupun baut.
Sebagai salah satu wilayah yang terletak di antara beberapa tectonic plate aktif, Indonesia memang termasuk negara yang rawan terhadap bencana gempa bumi dan juga tsunami, mengingat posisi Indonesia sebagai negara kepulauan. Pengetahuan mengenai kegempaan pun sudah sepantasnya menjadi salah satu menu wajib bagi para insinyur, mulai dari geologist yang menguraikan mengenai sumber gempa sampai pada civil engineer yang menjabarkannya dalam bentuk seismic resistance pada struktur bangunan (Satyarno dkk, 2012).
Menurut Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan
Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, ada beberapa sistem rangka struktur tahan gempa yaitu Rangka Pemikul Momen (RPM), Rangka Bresing Konsentrik (RBK), dan Rangka Bresing Eksentrik (RBE).
Pengembangan Gedung Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa Makassar merupakan gedung yang direncanakan dengan 7 lantai yang terletak di Jalan Urip Sumoharjo No.4, Makassar. Gedung ini dibangun sebagai salah satu metode pembelajaran untuk menambah ilustrasi dalam bangku perkuliahan maupun praktikum. Selain itu, juga dapat membantu mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa Makassar untuk meningkatkan cara belajar yang efektif dan efisien dengan fasilitas yang lebih lengkap.
I-3
Dalam perencanaan tugas akhir ini, penulis akan merencanakan struktur atas Pengembangan Gedung Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa Makassar menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM) dengan bantuan program SAP2000 v22.
Peraturan yang dipergunakan pada perencanaan struktur atas Pengembangan Gedung Kuliah Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa Makassar adalah Spesifikasi untuk Bangunan Gedung Baja Struktural (SNI 1729:2015), Beban Desain Minimum dan Kriteria Terkait Untuk Bangunan Gedung dan Struktur Lain (SNI 1727:2018), Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung dan Penjelasan (SNI 2847:2019), Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 1726:2019), Composite Steel Floor Deck-Slabs (SDI C- 2011), Design Wind Speeds for the Asia-Pasific Region (Standards Australia HB-212-2002), dan Baja Tulangan Beton (SNI 2052:2017).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka pokok permasalahan yang akan dibahas yaitu :
1. Bagaimana menentukan dimensi struktur atas Pengembangan Gedung Kuliah Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa?
2. Bagaimana menuangkan hasil perencanaan ke dalam gambar teknik?
1.3 Tujuan dan Manfaat
Berdasakan latar belakang dan perumusan masalah di atas, maka penelitian ini memiliki tujuan dan manfaat sebagai berikut :
I-4 1.3.1 Tujuan
1. Menentukan dimensi struktur atas Pengembangan Gedung Kuliah Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa.
2. Dapat menuangkan hasil perencanaan ke dalam gambar teknik.
1.3.2 Manfaat
1. Pengembangan ilmu pengetahuan dalam bidang ketekniksipilan yaitu perencanaan struktur baja menggunakan peraturan terbaru.
2. Mengetahui perubahan dan perkembangan standarisasi dalam perencanaan konstruksi baja
3. Sebagai acuan bahan bacaan atau referensi pustaka untuk melakukan penelitian yang lebih lanjut.
1.4 Pokok Bahasan dan Batasan Masalah
Agar penelitian ini lebih mengarah pada latar belakang dan permasalahan yang telah dirumuskan maka diperlukan batasan-batasan masalah guna membatasi ruang lingkup penulisan sebagai berikut.
1.4.1 Pokok Bahasan
1. Bangunan yang akan ditinjau yaitu struktur atas (super struktur) Pengembangan Gedung Kuliah Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa.
2. Perhitungan analisa struktur dan pembebanan menggunakan aplikasi SAP2000 v22.
3. Penggambaran struktur dan sambungan menggunakan aplikasi AutoCAD 2019.
I-5
4. Analisis perhitungan berdasarkan Spesifikasi untuk Bangunan Gedung Baja Struktural (SNI 1729:2015), Beban Desain Minimum dan Kriteria Terkait Untuk Bangunan Gedung dan Struktur Lain (SNI 1727:2018), Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung dan Penjelasan (SNI 2847:2019), Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung (SNI 1726:2019), Composite Steel Floor Deck-Slabs (ANSI/SDI C-2011), Design Wind Speeds for the Asia-Pasific Region (Australian Standard HB-212-2002), dan Baja Tulangan Beton (SNI 2052:2017).
1.4.2 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam perencanaan ini adalah sebagai berikut : 1. Struktur atas yang didesain adalah pelat, tangga, balok, kolom dan
sambungan.
2. Mutu material yang digunakan adalah baja BJ 41, beton (f’c) 20 Mpa, baut A325, dan las FE70xx.
3. Beban yang bekerja pada struktur adalah beban gravitasi, angin dan gempa.
4. Dinding dianggap sebagai beban.
5. Tidak melakukan peninjauan terhadap struktur bawah, rencana kerja dan syarat-syarat (RKS), rencana anggaran biaya (RAB), waktu perencanaan, metode pelaksanaan, sistem sanitasi, dan instalasi listrik gedung dari segi arsitektural.
I-6 1.5 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Dalam bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, pokok bahasan, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini membahas teori-teori dasar berdasarkan kajian pustaka tentang perencanaan gedung dan metode perencanaan/perhitungan yang dipergunakan
BAB III : METODE PERENCANAAN
Bab ini berisi tentang gambaran umum lokasi, data-data terkait dan tahapan perencanaan Pengembangan Gedung Fakultas Kedokteran Universitas Bosowa.
BAB IV : PERENCANAAN/PERHITUNGAN
Pada bagian ini dikemukakan hasil-hasil perencanaan yaitu hasil perhitungan dan gambar teknik dengan menggunakan software SAP2000 v22 dan AutoCAD 2019.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini menyajikan kesimpulan dan saran dari hasil perencanaan yang merupakan penutup dari tugas akhir ini.
II-1 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum
Menurut Setiawan (2008), perencanaan adalah sebuah proses untuk mendapatkan suatu hasil yang optimum. Suatu struktur dikatakan optimum apabila memenuhi kriteria-kiriteria berikut :
1. Biaya minimum 2. Berat minimum
3. Waktu konstruksi minimum 4. Tenaga kerja minimum 5. Biaya manufaktur minimum
6. Manfaat maksimum pada saat masa layan
Menurut Setiawan (2008), kerangka perencanaan struktur adalah pemilihan susunan dan ukuran dan elemen struktur sehingga beban yang bekerja dapat dipikul secara aman, dan perpindahan yang terjadi masih dalam batas-batas yang disyaratkan. Prosedur perencanaan struktur secara iterasi dapat dilakukan sebagai berikut :
1. Perancangan, penetapan fungsi dari struktur
2. Penetapan konfigurasi struktur awal (preliminary) sesuai langkah 1, termasuk pemilihan jenis material yang akan digunakan
3. Penetapan beban kerja struktur
4. Pemilihan awal bentuk dan ukuran elemen struktur berdasarkan langkah 1, 2, dan 3
II-2
5. Analisa struktur, untuk memperoleh gaya-gaya dalam dan perpindahan elemen
6. Evaluasi, apakah perancangan sudah optimum 7. Perencanaan ulang langkah 1 hingga 6
8. Perencanaan akhir, apakah langkah 1 hingga 7 sudah memberikan hasil yang optimum
Pada konstruksi bangunan modern, struktur baja menjadi pilihan andal. Bagaimana tidak, baja adalah material yang mempunyai rasio kekuatan terhadap beratnya yang relatif tinggi, konstruksinya jadi relatif ringan. Baja adalah hasil produk pabrik, mutunya terjaga ketat. Oleh sebab itu sifat materialnya relatif homogen dan konsisten dibanding jenis material lainnya. Konsekuensinya, elemen struktur baja umumnya langsing, baik dari segi penampang atau keseluruhan. Karena buatan pabrik juga maka ukurannya terbatas, sehingga perlu sistem sambungan untuk merangkainya menjadi satu kesatuan yang lebih besar. Dampaknya, proses perencanaan jadi tidak sederhana. Pada elemen atau penampang langsing maka masalah stabilitas (tekuk) akan dominan. Pada sambungannya, karena alat sambung yang dipakai relatif kecil (baut), akan timbul konsentrasi tegangan. Hal itu akan menyebabkan ada bagian elemen tersebut yang dapat secara cepat mencapai kondisi inelastis (Dewobroto, 2015).
Menurut Setiawan (2008), Agar dapat memahami perilaku suatu struktur baja, maka seorang ahli struktur harus memahami pula sifat-sifat
II-3
mekanik dari baja. Model pengujian yang paling tepat untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik dari material baja adalah dengan melakukan uji tarik terhadap suaru benda uji baja. Uji tekan tidak dapat memberikan data yang akurat terhadap sifat-sifat mekanik material baja, karena disebabkan beberapa hal antara lain adanya potensi tekuk pada benda uji yang mengakibatkan ketidakstabilan dari benda uji tersebut, selain itu perhitungan tegangan yang terjadi di dalam benda uji lebih mudah dilakukan untuk uji tarik daripada uji tekan. Gambar 2.1 rnenunjukkan suatu hasil uji tarik material baja yang dilakukan pada suhu kamar serta dengan memberikanlaju regangan yang normal. Tegangan nominal (f) yang terjadi dalam benda uji diplot padasumbu vertikal, sedangkan regangan (ε) yang merupakan perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang mula-mula (∆L/L) diplot pada sumbu horizontal.
Gambar 2.1 Kurva hubungan tegangan dan regangan (Setiawan, 2008)
II-4 2.2 Metode Perencanaan
Metode yang digunakan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini adalah analisis menggunakan metode yang umumnya disebut “Perencanaan Kekuatan Batas” atau LRFD (Load and Resistance Factor Design) dengan bantuan program SAP 2000 v22 dan AutoCad 2019 serta menggunakan Sistem Rangka Pemikul Momen (SRPM).
2.2.1 LRFD
LRFD (Load And Resistance Factor Deisgn) /DFBK (Desain Faktor Beban dan Ketahanan) adalah spesifikasi yang dikeluarkan oleh AISC (American Institute of Steel Construction) untuk desain konstruksi baja.
LRFD merupakan metode yang memproporsikan komponen struktur sedemikian sehingga kekuatan desain sama atau melebihi kekuatan perlu komponen akibat aksi kombinasi beban LRFD (Badan Standarisasi Nasional. 2015. Spesifikasi Untuk Bangunan Gedung Baja Struktural.)
Menurut Suryoatmon (2015), desain setiap komponen struktur tidak boleh kurang dari kekuatan yang dibutuhkan berdasarkan kombinasi pembebanan LRFD.
∑ 𝛾𝑖𝑄𝑖 ≤ ∅𝑅𝑛
𝑁
𝑖=1
Ru : Kekuatan yang dibutuhkan
Rn : Kekuatan nominan yang ditentukan dari peraturan Φ : Faktor tahanan
ϒ : Faktor beban
(2.1)
II-5
Qi : Salah satu dari N beban kerja kombinasi pembebanan LRFD
Menurut Suryoatmon (2015), LRFD memperhitungkan keamanan pada kedua sisi (faktorbeban dan faktor tahanan).Faktor beban ditentukan dengan teori probabilitas dan memperhitungkan deviasi beban nominal dari beban aktual, ketidakpastian di dalam analisis yang mentransformasikan beban menjadi efek beban sertaprobabilitas bahwa lebih dari satu beban ekstrim terjadi secara simultan. Sedangkan faktor ketahanan ditentukan dengan teori probabilitas dan memperhitungkan pengerjaan yang tidak sempurna, variabilitas kekuatan material kesalahan dalam pelaksanaan, serta konskuensi kegagalan yang ditimbulkan
2.2.2 SAP2000
Seri program SAP merupakan salah satu program analisis dan perancangan struktur yang telah dipakai secara luas di seluruh dunia, di mana program ini adalah hasil penelitian dan pengembangan oleh tim dari University of California, Berkeley di bawah pimpinan Prof. Edward L. Wilson selama lebih dari 25 tahun (Satyarno dkk, 2012).
Peluncuran program pertama kali sejak tahun 1970, dengan versi awal merupakan program berbasis teks (DOS). Input dimasukkan lewat teks dengan format tertentu yang kemudian dianalisis dan bisa ditampilkan hasilnya ataupun dilakukan pemeriksaan model struktur baik dalam bentuk teks maupun grafis, walau demikian perubahan terhadap model tetap harus dilakukan pada teks input data, tidak langsung pada tampilan grafisnya (Satyarno dkk, 2012).
II-6
Setelah versi SAP90, mulai dipasarkan versi SAP2000 yang sudah berbasis grafis dan beroperasi dalam sistem Windows. Dengan sistem yang sudah berbasis grafis ini maka proses pembuatan model, pemeriksaan, tampilan hasil sampai pada perancangan dapat dilakukan secara interaktif langsung terhadap gambar model di layar (Satyarno dkk, 2012).
Model struktur pada SAP2000 dapat diidealisasikan dalam berbagai macam elemen, antara lain elemen joint (titik), frame (batang), shell (pelat), sampai pada elemen solid (pias elemen 3 dimensi untuk pemodelan elemen hingga/finite element), sebagai aktualisasi elemen sebenarnya. Misalnya balok dan kolom pada bangunan bertingkat dimodelkan sebagai elemen frame, pelat jembatan atau dinding geser sebagai shell, tubuh bendungan dibagi-bagi dalam pias-pias kecil elemen solid, dan lain-lain. Setelah selesai dilakukan analisis dengan sukses maka selanjutnya dapat ditampilkan hasil analisis secara visual antara lain deformasi (perubahan bentuk/lendutan) serta gaya-gaya dalam (momen, geser, aksial) pada struktur (Satyarno dkk, 2012).
Menurut Dewobroto (2013), eksksplorasi penggunaan program rekayasa SAP2000 dapat menyelesaikan kasus antara lain :
1. Analisa statik mulai dari struktur sederhana sampai kompleks, misalnya space frame, tangga melayang, dan sebagainya.
2. Analisa dinamik, termasuk beban impak, efek beban ledak, analisa responsespektra, analisa riwayat waktu, eigenvektor.
3. Efek gaya prategang pada struktur balok, portal, maupun truss
II-7
4. Struktur dengan penampang non-prismatik (linier dan parabolik).
5. P-∆ efek dan simulasi manual.
6. Garis pengaruh dan response struktur jembatan terhadap beban bergerak dari kendaraan yang melintas di atasnya.
7. Pengaruh perbedaan suhu pada element struktur.
8. Teknik mereduksi ukuran model pada struktur yang besar, tetapi bentuknya simetris, termasuk teknik penomoran nodal/element pada input melalui file teks untuk memanfaatkan option generate yang tersedia pada program sehingga hanya diperlukan data yang lebih sedikit dibanding teknik regular.
2.2.3 AutoCad
AutoCAD adalah perangkat lunak komputer berbasis CAD untuk membuat gambar-gambar teknik, baik di bidang sipil, arsitek, mesin, maupun pemakaian umum. Pertama kali dirilis bulan Desember 1982 oleh Autodesk. Format data asli AutoCAD adalah DWG, namun mendukung pula penyimpanan dalam format DXF dan DWF (format untuk mempublikasikan data CAD) (Soma, 2018).
Untuk saat ini, AutoCAD hanya dapat berjalan di sistem operasi Microsoft Windows. Dulu pernah dibuat pula versi Unix dan Macintosh tahun 1980-an dan 1990-an, namun tidak dilanjutkan lagi. Autodesk juga selalu mengeluarkan versi ringan dari AutoCAD, yaitu AutoCAD LT dengan harga yang lebih murah dan kemampuan hanya untuk menggambar 2 Dimensi (Soma, 2018).
II-8
AutoCAD mengubah paradigma menggambar Teknik dari menggambar dalam bentuk sketsa ke dalam bentuk maya yang diwakili titik dan garis. Pengguna tidak lagi membutuhkan penggaris dan meja kerja sebagai alat menggambar (Putra, 2014).
Menurut Putra (2014), AutoCAD adalah aplikasi yang banyak digunakan dalam menggambar teknik, antara lain :
1. Denah
2. Rumah/Gedung
3. Mesin dan sebagainya
2.2.4 Sistem Rangka Pemikul Momen
Menurut Poerbo (2000), portal ialah struktur linier yang terdiri dari balok dan kolom yang sambungannya kaku (rigid), oleh karena itu disebut Rigid Rrame. Untuk bangunan bertingkat banyak, dipakai Portal Bertingkat baik di arah melintang maupun di arah memanjang gedung (Multy Story Rigid Frame). Portal termasuk struktur rangka (Skeleton Structure) dimana ada pembagian tugas antara komponen pemikul beban dan komponen pembatas ruang.
Menurut Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, Sistem Rangka Pemiul Momen (SRPM) terbagi menjadi 3jenis, yaitu :
1. SRPMB (Sistem Rangka Pemikul Momen Biasa) 2. SRPMM (SistemRangka Pemikul Momen Menengah) 3. SRPMK (Sistem Rangka PemikulMomen Khusus)
II-9
Gambar 2.2 Kekakuan SRPM (Satyarno dkk, 2012) 2.3 Konsep Pembebanan
2.3.1 Beban Gempa
Gempa adalah fenomena getaran yang diakibatkan oleh benturan atau pergesekan lempeng tektonik (plate tectonic) bumi yang terjadi di daerah patahan (fault zone) (Indarto dkk, 2013).
Menurut Satyarno dkk (2012), pada dasarnya ada dua metode Analisa Perencanaan Gempa, yaitu :
1. Analisis Beban Statik Ekuivalen (Equivalent Static Load Analysis), Analisis ini adalah suatu cara analisa struktur, dimana pengaruh gempa pada struktur dianggap sebagai beban statik horizontal untuk menirukan pengaruh gempa yang sesungguhnya akibat gerakan tanah. Metode ini digunakan untuk bangunan struktur yang beraturan dengan ketinggian tidak lebih dari 40 m.
2. Analisis Dinamik (Dynamic Analysis), Metode ini digunakan untuk bangunan dengan struktur yang tidak beraturan. Perhitungan gempa dengan analisis dinamik ini terdiri dari :
II-10
- Analisa Ragam Spektrum Respons, Analisa Ragam Spektrum
Respons adalah suatu cara analisa dinamik struktur, dimana suatu model dari matematik struktur diberlakukan suatu spektrum respons gempa rencana, dan ditentukan respons struktur terhadap gempa rencana tersebut.
- Analisa Respons Riwayat Waktu, Analisa Respons Riwayat Waktu
adalah suatu cara analisa dinamik struktur, dimana suatu model matematik dari struktur dikenakan riwayat waktu dari gempa-gempa hasil pencatatan atau gempa-gempa tiruan terhadap riwayat waktu dari respons struktur ditentukan.
Menurut Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung, pengaruh gempa rencana yang harus ditinjau dalam perencanaan dan evaluasi struktur bangunan gedung dan nongedung serta berbagai bagian dan peralatannya secara umum. Gempa rencana ditetapkan sebagai gempa dengan kemungkinan terlampaui besarannya selama umur struktur bangunan 50 tahun adalah sebesar 2%. Terdapat 2 buah peta wilayah gempa, yaitu untuk gempa denga periode T = 0,2 detik dan gempa dengan periode T = 1 detik. Grafik respons spektrum tidak disediakan, melainkan harus direncanakan sendiri menggunakan parameter-parameter percepatan yang dapat dihitung berdasarkan wilayah gempa dan struktur gedung yang dibangun. Langkah-langkah membuat respons spektrum desain adalah sebagai berikut:
II-11
a. Menentukan Ss (diperoleh dari peta gempa SNI 1726:2019 dengan periode ulang 2500 tahun dan T= 0,2 detik) dan S1 (diperoleh dari peta gempa dengan priode ulang 2500 tahun dan T = 1 detik)
Gambar 2.3 Peta parameter gerak tanah,Ss (Badan Standarisasi Nasional.
2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
Gambar 2.4 Peta parameter gerak tanah,S1 (Badan Standarisasi Nasional.
2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
b. Menentukan jenis tanah dan koefisien situs, Setelah jenis tanah ditentukan, dengan nilai Ss dan S1 yang diperoleh dilangkah awal
II-12
maka fa dan fv akan diperoleh melalui table berikut
Tabel 2.1 Koefisien situs Fa (Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
Tabel 2.2 Koefisien situs Fv (Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
c. Menghitung SMS dan SM1 (parameter spektrum respon percepatan pada periode pendek dan periode 1 detik) yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs, harus ditentukan dengan perumusan berikut ini:
SMS = Fa.SS (2.2)
SM1 = Fv.S1 (2.3)
Kelas Situs
Parameter Respon Spektral Percepatan Gempa (MCER) Terpetakan pada Periodik Pendek, T = 0.2 detik, Ss
Ss ≤ 0.25 Ss = 0.5 Ss = 0.75 Ss = 1 Ss ≥ 1.25
SA 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
SB 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
SC 1.3 1.3 1.2 1.2 1.2
SD 1.6 1.4 1.2 1.1 1.0
SE 2.4 1.7 1.3 1.1 0.8
SF SSᵇ
Kelas Situs
Parameter Respon Spektral Percepatan Gempa (MCER) Terpetakan pada Periodik 1 detik, S₁
S₁ ≤ 0.1 S₁ = 0.2 S₁ = 0.3 S₁ = 0.4 S₁ ≥ 0.5
SA 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
SB 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
SC 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
SD 2.4 2.2 2.0 1.9 1.8
SE 4.2 3.3 2.8 2.4 2.2
SF SSᵇ
II-13
d. Menghitung parameter percepatan spektral desain untuk periode pendek, SDS dan periode 1 detik SD1 harus ditentukan melalui persamaan berikut:
SDS = 2/3 SMS (2.4)
SD1 = 2/3 SM1 (2.5)
e. Spektrum respons desain,
- Untuk perioda yang lebih kecil dari T0, spektrum respons percepatan desain Sa harus diambil dari persamaan:
(2.6)
- Untuk perioda lebih besar dari atau sama dengan T0 dan lebih
kecil atau sama dengan TS, spektrum respons percepatan desain, Sa sama dengan SDS
- Untuk perioda lebih besar dari TS, spektrum respons percepatan desain Sa, diambil berdasarkan persamaan:
(2.7) (2.8) (2.9) - Sesuai pasal 5.3 SNI 1726-2019, jenis tanah dikelompokan
menjadi 6 bagian, dengan pembagiannya berdasarkan besaran percepatan rambat gelombang geser rata-rata (Vs), nilai hasil test penetrasi standar rata-rata (N), dan kuat geser nilai rata- rata.
Sa = SDS {0.4 + 0.6 T
T0 }
T0 = 0.2 𝑆𝐷1
SDS
TS = 0.2 𝑆𝐷1
SDS
Sa = 𝑆𝐷1
T
II-14
Tabel 2.3 Klasifikasi Situs (Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan
Gedung dan Non Gedung.)
- Sesuai pasal 4.1.2 SNI 1726-2019, menentukan kategori resiko
struktur bangunan gedung atau non gedung. Pengaruh gempa rencana harus dikalikan dengan faktor keutamaan.
Tabel 2.4 Kategori risiko bangunan untuk beban gempa (Badan
Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan
Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
Jenis Pemanfaatan Kategori
Resiko Gedung dengan resiko redah terhadap jiwa manusia I
Semua gedung lain II
Gedung dengan resiko tinggi terhadap jiwa manusia III Gedung yang ditunjukan untukfasilitas penting IV
Tabel 2.5 Faktor keutamaan gempa (Badan Standarisasi Nasional. 2019.
Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
Kategori Risiko Faktor Keutamaan Gempa, Ie
I atau II 1,00
III 1,25
IV 1,50
II-15
I, II dan III IV
SDS < 0.167 A A
0.167 < SDS < 0.33 B C 0.33 < SDS < 0.50 C D
0.50 < SDS D D
Nilai SDS Kategori Risiko
I, II dan III IV
SD1 < 0.067 A A
0.067 < SD1 < 0.133 B C 0.133 < SD1 < 0.20 C D
0.20 < SD1 D D
Kategori Risiko Nilai SD1
f. Kategori Desain Seismik (KDS), dihitung berdasarkan pasal 6.5 SNI 1726-2019
Tabel 2.6 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda pendek (Badan Standarisasi
Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
Tabel 2.7 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda 1 detik (Badan Standarisasi Nasional. 2019. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung.)
Gaya geser dasar gempa dan beban lateral gempa, sesuai pasal 7.8 SNI 1726-2019, gaya dasar seismik V dalam arah yang ditetapkan harus ditentukan dengan persamaan berikut:
V = CS.Wt (2.10) Keterangan:
CS = koefisien respons seismik Wt = Berat seismik efektif
II-16
Koefisien respons seismik, Cs harus ditentukan dengan persamaan berikut:
(2.11) Nilai CS yang dihitung diatas tidak boleh melebihi berikut ini:
(2.12) CS harus tidak kurang dari
Cs = 0,044 SDSIe ≥ 0,01 (2.13) Untuk struktur yang berlokasi di S1 sama dengan atau lebih besar dari 0,6 g, maka Cs harus tidak kurang dari
(2.14) Keterangan:
Sesuai pasal 7.8.3 SNI 1726-2019, gaya gempa lateral yang timbul di semua tingkat harus ditentukan dari persamaan berikut:
Fx = CvxV dan (2.15)
(2.16) SDS = parameter percepatan spektrum respons desain dalam
rentang perioda pendek
SD1 = Parameter percepatan spektrum respons desain pada perioda 1 detik
S1 = parameter percepatan spektrum respons maksimum yang dipetakan
T = perioda struktur dasar (detik) R = faktor modifikasi respons Ie = faktor keutamaan hunian
C
S=
SDS(IeR)
C
S=
SD1(TR
Ie)
C
S=
0.5S1(R
Ie)
II-17
Sesuai pasal 7.8.4 SNI 1726-2019, gaya tingkat desain gempa di semua tingkat harus ditentukan dengan persamaan berikut:
(2.17) Keterangan:
Fi = bagian dari geser dasar seismik (V) yang timbul di tingkat i 2.3.2 Beban Angin
Beban Angin, adalah beban yang bekerja pada struktur akibat tekanan-tekanan dari gerakan angin. Besarnya tekanan tiup harus diambil minimum sebesar 25 kglm2 (Setiawan, 2008)
Berdasarkan Badan Standarisasi Nasional. 2018. Beban Desain Minimum dan Kriteria Terkait Untuk Bangunan Gedung dan Struktur Lain, luas elemen Komponen dan Klading yang lebih besar dari 65 m2 harus didesain menggunakan ketentuan/langkah-langkah Sistem Penahan Gaya Angin Utama (SPGAU).
Keterangan :
Cvx = faktor distribusi vertikal
V = gaya lateral desain total atau geser didasar struktur
wi & wx = bagian berat seismik efektif total struktur yang ditempatkan atau dikenakan pada tingkat i atau x
hi & hx = tinggi dari dasar sampai tingkat i atau x
k = eksponen yang terkait dengan perioda struktur : untuk struktur dengan T ≤ 0,5 detik, k = 1
untuk struktur dengan T ≥ 2,5 detik, k = 2
untuk struktur dengan 0,5 < T < 2,5 detik, k di tentukan dengan interpolasi linear antara 1 dan 2
II-18
Tabel 2.8 Langkah-langkah untuk menentukan beban angin SPGAU untuk bangunan gedung tertutup, tertutup sebagian, dan terbuka dari semua ketinggian (Badan Standarisasi Nasional. 2018. Beban Desain Minimum dan Kriteria Terkait Untuk Bangunan Gedung dan Struktur Lain.)
Langkah 1 Tentukan kategori risiko
Langkah 2 Tentukan kecepatan angin dasar, V, untuk kategori risiko yang sesuai
Langkah 3
Tentukan parameter beban angin:
- Faktor arah angin, Kd
- Kategori Eksposur - Faktor topografi, Kzt
- Faktor elevasi permukaan tanah, Ke
- Faktor efek hembusan angin, G, atau Gf
- Klasifikasi ketertutupan
- Koefisien tekanan internal, (GCpi)
Langkah 4 Tentukan koefisien eksposur tekanan velositas, Kz atau Kh
Langkah 5 Tentukan tekanan velositas qz, atau qh
Langkah 6 Tentukan koefisien tekanan eksternal, Cp atau CN
Langkah 7 Hitung tekanan angin, p, pada setiap permukaan bangunan gedung
Nilai parameter ditentukan berdasarkan kriteria yang dipersyaratkan pada pasal 26.1.2.1 SNI 1727:2018 tentang Sistem Penahan Gaya Angin Utama (SPGAU).
a. Kecepatan Angin Dasar, V
Kecepatan angin dasar yang digunakan dalam menentukan beban angin desain pada bangunan gedung dan struktur lain dapat ditentukan dengan melihat HB 212-2002-Design Wind Speeds for the Asia-Pasific Region, yaitu publikasi yang dikeluarkan oleh Australian
II-19
Standard. Untuk wilayah Indonesia, HB-212-2002 mengkategorikan ke level I seperti gambar dibawah ini :
Gambar 2.5 Peta kecepatan angin Asia-Pasific(Australian Standard.
2002. Design Wind Speeds for the Asia-Pasific Region.) Untuk nilai kecepatan angin level I dan keterangannya adalah sebagai berikut :
Gambar 2.6 Nilai kecepatan angin level I(Australian Standard. 2002.
Design Wind Speeds for the Asia-Pasific Region.) b. Koefisien Faktor Arah Angin, Kd
Berdasarkan pasal 26.5.3 SNI 1727:2018, faktor arah angin harus ditentukan dari Tabel 2.9 berikut :
II-20
Tabel 2.9 Faktor arah angin, Kd (Badan Standarisasi Nasional. 2018.
Beban Desain Minimum dan Kriteria Terkait Untuk Bangunan Gedung dan Struktur Lain.)
Tipe Struktur Kd
Sistem Penahan Gaya Angin Utama (SPGAU) 0.85
Komponen dan Klading (K & K) 0.85
Atap lengkung 0.85
Cerobong asap, tangki, dan struktur yang sama (persegi) 0.90 Cerobong asap, tangki, dan struktur yang sama (segi enam) 0.95 Cerobong asap, tangki, dan struktur yang sama (segi
delapan) 1.00
Cerobong asap, tangki, dan struktur yang sama (bundar) 1.00 Dinding atau reklame yang menempel berdiri bebas 0.85
Papan reklame atau rangka kisi 0.85
Rangka batang menara (segi tiga, persegi, persegi panjang) 0.85
Rangka batang menara (penampang lain) 0.95
c. Kategori Eksposur
Berdasarkan pasal 26.7 SNI 1727:2018, kategori eksposur harus ditentukan berdasarkan tabel berikut :
Tabel 2.10 Kategori eksposur (Badan Standarisasi Nasional. 2018.
Beban Desain Minimum dan Kriteria Terkait Untuk Bangunan Gedung dan Struktur Lain.)
Jenis Keterangan
Eksposur B
"Daerah perkotaan dan pinggiran kota, daerah berhutan dengan penghalang terhadap hembusan angin berjarak dekat"
Eksposur C
"Dataran terbuka dengan penghalang terhadap hembusan angin tersebar yang tingginya kurang dari 9 m"
Eksposur D
"Area datar, area tidak berpenghalang dan area permukaan air. Kategori ini termasuk hamparan lupur halus"
II-21 d. Koefisien Faktor Topografi, Kzt
Berdasarkan pasal 26.8.1 SNI 1727:2018, efek peningkatan kecepatan angin pada bukit, bukit memanjang, dan tebing curam terisolasi yang secara umum menimbulkan perubahan mendadak pada topografi, dalam setiap kategori eksposur, harus dimasukkan dalam perhitungan beban angin. Efek peningkatan kecepatan angin diperhitungkan, dengan persamaan :
Kzt = (1 + K1K2K3)2 (2.18)
Jika kondisi situs dan lokasi bangunan gedung dan struktur lain tidak memenuhi semua kondisi yang disyaratkan pasal 26.8.1 SNI 1727:2018, maka diambil nilai Kzt = 1
e. Faktor efek hembusan angin, G
Berdasarkan pasal 26.11.1 Faktor efek hembusan angin, untuk bangunan gedung dan struktur lain yang kaku, nilai G diambil = 0.85 f. Koefisien Tekanan Internal, (GCpi)
Keterangan :
Kzt = Koefisien faktor topografi
K1 = Faktor untuk memperhitungkan bentuk fitur topografis dan pengaruh peningkatan kecepatan maksimum.
K2 = Faktor untuk memperhitungkan reduksi dalam peningkatan kecepatan sehubungan dengan jarak ke sisi angin datang atau ke sisi angin pergi dari puncak.
K3 = Faktor untuk memperhitungkan reduksi dalam peningkatan kecepatan sehubungan dengan ketinggian di atas elevasi kawasan setempat.
