perencanaan struktur gedung baja-beton komposit aman gempa

18 Pages·2014·0.54 MB·Indonesian

PERENCANAAN STRUKTUR GEDUNG BAJA-BETON KOMPOSIT
AMAN GEMPA

Umar Iswanto, Yurisman, Khadavi
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta Padang
Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak

Penggunaan baja sebagai material struktur bangunan di Indonesia masih belum meluas
seperti di negara-negara lain, khususnya di kota Padang. Bila menggunakan struktur baja
biasa, penampang baja yang diperlukan akan lebih besar. Berbeda bila menggunakan struktur
komposit, maka akan diperoleh penghematan berat baja. Dalam tulisan ini direncanakan
struktur komposit dari sebuah gedung kantor 4 lantai yang terletak di Jl. Air Pacah Kota
Padang. Struktur komposit mencakup struktur atas (pelat lantai, balok dan kolom). Beban
gempa dihitung dengan metoda statik ekivalen dimana struktur ditinjau secara 3D dan sesuai
dengan peraturan gempa terbaru, yaitu RSNI 03-1726-201x. Dari peta respon spektra,
diperoleh respon spektra periode pendek (Ss) = 1,35g dan periode 1 detik (S ) = 0,55g, Kota
1
Padang termasuk dalam kategori desain seismik “D”. Design Base Shear (V) diperoleh
sebesar 4269034 N. Dari hasil perhitungan diperoleh ketebalan pelat 11 cm dengan memakai
union floordeck W-1000, balok induk memakai profil IWF 400.200.8.13 dan IWF
350.175.8.9, dimensi kolom 600x600 mm dengan profil IWF 400.400.21.21 di dalamnya.
Adapun struktur bawah digunakan sloof 30x40 cm, pondasi memakai 4 pondasi tiang Φ40 cm
(per titik) dengan kedalaman 15 m dan pilecap 2,2 x 2,2 x 0,7 m.

Kata kunci : Struktur komposit, baja-beton, floordeck
DESIGN OF STEEL-CONCRETE COMPOSITE BUILDING
STRUCTURE WITH EARTHQUAKE SAFETY

Umar Iswanto, Yurisman, Khadavi
Department of Civil Engineering, Faculity of Civil Engineering and Planing,
University Of Bung Hatta Padang
Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrack

The use of steel as a structural material in Indonesia is still not as widespread as in other
countries particularly in the city of Padang. When using ordinary steel structures, steel section
required will be larger. When using composite structures, it will obtain a weight saving of
steel. In this paper, planned composite structure of a 4-storey office building located on Jl. Air
Pacah Padang. Composite structures include upper structures (floor slabs, beams and
columns). Earthquake loads are calculated with equivalent static method whereby 3D
structure reviewed and in accordance with the newest eartquake regulation, thats is RSNI 03-
1726-201x. From spectral respon map, obtained that the short period spectral respon (S ) =
1
1,35g and 1s periode spectral respon (S ) = 0,55g. Padang City classified seismic design
1
category “D”. Design Base Shear (V) obtained 4269034 N. From the calculations, the plate
thickness is 11 cm by using union floordeck W-1000, primary beam using IWF 400.200.8.13
and IWF 350.175.8.9 profile, dimensions of column is 600x600 mm with IWF profile
400.400.21.21 inside. The bottom structure is used sloof 30x40 cm, 4 pile foundation Φ40 cm
(per point) with 15 m depth and used pilecap 2.2 x 2.2 x 0,7 m.

Keywords : composite structure, steel-concrete, floordeck
PENDAHULUAN
kantor 4 lantai yang terletak di Jl. Air

Pacah, Kota Padang dengan struktur
Penggunaan baja sebagai material
baja komposit yang ditujukan dapat
struktur bangunan di Indonesia masih
menahan beban gempa yang terjadi,
belum meluas seperti di negara-negara
sesuai dengan peraturan – peraturan
lain, khususnya di kota Padang.
dalam RSNI 03-1729-201x.
Perencanaan struktur baja umumnya
Adapun maksud dari penulisan
masih menggunakan struktur baja
tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
konvensional.
1. Merencanakan struktur gedung
Bila menggunakan struktur baja
dengan memanfaatkan keuntungan
biasa, penampang baja yang diperlukan
dari struktur baja dan beton yang
akan lebih besar dan kurang efisien.
dikombinasikan sehingga beraksi
Penggunan baja sebagai struktur
sebagai struktur baja-beton
bangunan akan lebih baik lagi bila
komposit.
dikombinasikan dengan beton.
2. Merencanakan struktur baja-beton
Perpaduan antara baja profil
komposit yang memenuhi
dengan beton yang digabung bersama
persyaratan tahan gempa
untuk memikul beban tekan dan lentur
berdasarkan RSNI 03-1729-201x
disebut struktur komposit.
dimana pada saat terjadi gempa
Keistimewaan yang nyata dari sitem
kekuatan gedung yang
komposit (Charles G.Salmon, 1991)
direncanakan dapat melindungi
adalah :
jiwa penghuni dan memastikan
1) Penghematan berat baja
kerusakan yang terjadi berada pada
2) Penampang balok baja yang
batas yang masih dapat diperbaiki
digunakan lebih kecil
kembali.
3) Kekakuan lantai meningkat
3. Bisa merencanakan sambungan
4) Kapasitas menahan beban lebih
pada struktur baja komposit yang
besar
memenuhi persyaratan.
5) Panjang bentang untuk batang

tertentu dapat lebih besar
Tujuan dari penyusunan Tugas

Akhir ini adalah :
Dalam tugas akhir ini akan dibuat
1. Mendapatkan dimensi pelat
contoh perencanaan sebuah gedung
komposit, balok komposit dan ditinjau pada dua arah);
kolom komposit yang mampu 4. Baja yang digunakan untuk
menahan gempa dan memenuhi struktur komposit adalah profil
persyaratan keamanan struktur. IWF.
2. Memperoleh perencanaan
sambungan balok anak dengan METODOLOGI PENULISAN

balok induk, dan sambungan balok
Metodologi penulisan dalam tugas
induk dengan kolom yang sesuai
akhir ini, yaitu dilakukan dengan
dengan SNI 03-1729-2002.
metode studi pustaka atau studi literatur

dengan mengumpulkan informasi, data
BATASAN MASALAH
– data, dan keterangan dari buku-buku,
Secara garis besar batasan
standar, peraturan atau pedoman
masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :
perencanaan yang relevan, ditambah
1. Tidak meninjau analisa biaya,
dengan masukan dari dosen
manajemen konstuksi, maupun segi
pembimbing.
arsitektural;

2. Perhitungan tidak meninjau HASIL
struktur sekunder, seperti tangga;
A. Pelat Komposit
3. Analisa Struktur
Pelat komposit adalah struktur
a) Beban gempa dihitung
pelat beton yang memakai dek baja
dengan menggunakan analisa
(floordeck atau bonedeck), dimana dek
beban gempa statik ekuivalen
baja berfungsi sebagai bekisting tetap
(RSNI 03-1726-200x);
sekaligus sebagai tulangan yang
b) Perhitungan mekanika
menahan momen positif. Pelat komposit
struktur (kecuali struktur
ini biasanya digunakan pada proyek-
pelat lantai dan balok anak)
proyek yang besar dan membutuhkan
untuk mendapatkan
waktu penyelesaian yang cepat.
gaya-gaya dalam (bidang M,
Dalam tugas akhir ini, pelat
D dan N) menggunakan
komposit direncanakan menggunakan
bantuan program SAP2000;
Union floordeck W-1000 dari PT.
c) Permodelan struktur
Union Metal, Bekasi dengan tebal 0,7
dilakukan secara 3
mm.
Dimensi (analisa gempa
I +I
I = c u
d 2
N.A ycc or yuc
yuc or ycs
C.G.S
ysb
Gambar 2. Penampang Pelat Komposit

Dimana,
( )
ycc = d 2ρn+(ρn)2 −ρn
Gambar 1. Denah Pelat
ycs = d – ycc

Berdasarkan SNI 03-1729-2002, b
0,5b(hc)2 +n.Asd+Wr.dd(h−0,5dd)
tebal minimal beton di atas gelombang Cs
yuc=
b
floordeck adalah 50 mm. Dalam tugas b.hc+n.As+Wr.dd.
Cs
akhir ini, dicoba dengan ketebalan 60
yus = d – yuc
mm, sehingga total tebal pelat komposit
n = rasio modulus (Es/Ec)
menjadi 110 mm.
Is = Momen inersia dek baja
Momen Inersia pelat komposit ρ = rasio tulangan = As/bd2
perlu dihitung untuk mengetahui

kekuatan pelat komposit dalam
Untuk mengetahui ketahan pelat
menahan lendutan. Momen inersia pelat
komposit dalam menahan momen yang
komposit yang dihitung adalah momen
terjadi, terlebih dahulu pelat komposit
inersia cracked section (I ) dan momen
c digolongkan pada pelat under reinforce
inersia uncracked section (I ). Rata –
uc atau pelat over reinforce yang
rata dari keduanya merupakan momen
tergantung pada rasio besarnya tekanan
inersia desain (I ) yang digunakan
d (c/d) dari pelat. Perbandingan tersebut
dalam kontrol lendutan.
adalah:
I ={( b/3× y 3 +n× A × y 2 )}+n×I 711(h−dd)
c cc s cs s (c/d) =
b
b(hc)3 (711+ fy)d
I = +b.hc.(yuc−0,5hc)2 +
UC 12
ϕs.As.fy
c =
+Wr.dd.dd2 +(h−yuc−0,5dd)2 b + α1.ϕc.fc'.d.b.β1
 12 Cs

n.Is+n.As.(yus)2
• Pelat under reinforce, c < (c/d) Dari hasil perhitungan diperoleh
b
M = φ .As.fy (d – a/2) wiremesh yang dipakai :
ru s
• Pelat under reinforce, c > (c/d) - arah x : Φ10 – 100
b
Mro = α1.Φc.fc.b.β1.c. (d-β1.c/2) - arah y : Φ6 –100
Hasil perhitungan menunjukkan Berikut ini adalah gambar hasil
bahwa pelat tergolong over reinforce. perhitungan pelat komposit :
Adapaun hasil kontrol adalah sebagai WIREMESH Ø6-100 WIREMESH Ø10-100
berikut :
• Kontrol terhadap lendutan :
UNION FLOORDECK W-1000 T.0,7 MM
- δ = 10,8 mm
Gambar 3. Pelat komposit dengan
- δ = 16,67 mm
izin
wiremesh
Syarat :

δ < δ
izin B. Struktur Aman Gempa
10,8 mm < 16,67 mm.................OK
Beban gempa dalam tugas akhir
• Kontrol terhadap momen :
ini dihitung dengan metode analisis
- Mu = 11,391 KNm
beban statik ekivalen yang berdasarkan
- Mro = 33,730 KNm
RSNI 03-1726-201x.
Syarat :
Dari analisa beban gempa
Mu < Mro
diperoleh parameter – parameter
11,391 < 33,730 ...........................OK
sebagai berikut :

• Kategori resiko bangunan : II
Tulangan pada pelat direncanakan
• Faktor keutamaan (I ) : 1,0
e
menggunakan wiremesh. Untuk
• Klasifikasi situs : D
menghitungnya, pertama luas tulangan
• Respon Spektra percepatan
dengan perhitungan tulangan pelat
- Periode pendek (Ss) : 1,35g
konvensional. Setelah didapat luas
- Periode 1 dt (S ) : 0,55g
1
tulangan yang diperlukan (As
• Koefisien Situs
konvensional), selanjutnya
- Periode pendek (Fa) : 1,0
dikonversikan ke luas tulangan
- Periode 1 dt (F ) : 1,0
v
wiremesh dengan formula berikut :
• Parameter Respon Percepatan
- Periode pendek (S ) : 1,35g
MS
- Periode 1 dt (SM1) : 0,55g
• Parameter percepatan balok baja sebagai penyangganya
Spektral Desain dihubungkan secara menyeluruh dan
- Periode pendek (SDs) : 0,9g mengalami defleksi sebagai satu
- Periode 1 dt (S ) : 0,37g kesatuan. (Salmon & Johnson, 1991)
1
• Kategori Desain Seismik : D Dalam perencanaan balok
• Koefisien R, C , dan Ω komposit, ada beberapa tahapan yang
d 0
- R : 8 perlu diperhatikan :
- C : 3 1) Preliminary Design
d
- Ω : 5,5 2) Kontrol Stabilitas Penampang
0
• Periode Struktur 3) Kontrol Kekuatan Balok
Fundamental (T) : 0,55dt • Sebelum Komposit
• Koefisien Respon • Setelah Komposit
Gempa (Cs) : 0,081
• Design Base Shear (V): 4269034 N Preliminary design dilakukan
dengan memilih profil baja yang
• Distribusi Gaya Lateral (Fx) dan
direncanakan. Dalam hal ini, profil baja
gaya horizontal (Vstory) :
yang dipilih adalah:

Tabel 1. Distribusi gaya horizontal • Balok anak : IWF 250.175.7.11
Lantai Fx (N) Vstory (N) • Balok induk arah x
4 1.657.246,95 1.657.246,95 IWF 400.200.8.13
3 1.305.893,53 2.963.140,47 • Balok induk arah y
2 870.595,68 3.833.736,16
IWF 350.175.8.9
1 435.297,84 4.269.034,00
Kontrol stabilitas penampang

dilakukan pada sayap dan web dari
C. Balok Komposit
profil baja, dengan rumusan sebagai
Sebuah balok komposit adalah
berikut :
sebuah balok yang kekuatannya
a. Pada sayap
bergantung pada interaksi mekanis
170 b
diantara dua atau lebih bahan. λ = λ f
p f =
fy 2t
f
Aksi komposit terjadi apabila
dimana,
dua batang struktural pemikul pemikul
b : lebar flens
f
beban seperti pada pelat beton dan
tf : tebal flens
Bila λ < λ , maka dikategorikan geser dan lendutan yang terjadi.
f p
penampang kompak, bila λ > λ , • Kuat lentur
f p
dikategorikan ponampang tak kompak. Mp = Zx . fy
Berikut ini adalah hasil perhitungan dari Mu
Syarat : ≤ Mp
ϕ
balok yang direncanakan :
Tabel 4. Hasil kontrol kuat lentur balok

Elemen Mu/φ (Nmm) Mp (Nmm) Ket
Tabel 2. Hasil kontrol stabilitas pada sayap
Balok
Elemen λ λ Ket 211.758,4 12.480.000 OK
p f
Anak
Penampang
Balok
Balok Anak 7,96 10,97
Kompak
Induk 224.597.483 285.600.000 OK
Balok Induk Penampang
Arah x
7,96 10,97
Arah x Kompak
Balok
Balok induk Penampang
induk 73.876.282,22 153.840.000 OK
7,96 9,72
arah y Kompak
arah y

b. Pada Web
• Kuat geser
1680 b
λ = λ = w Vn = 0,6 . fy . Aw
p w
fy 2t
w Syarat : Vu ≤ φ Vn
dimana,

bw : lebar web Tabel 5. Hasil kontrol kuat geser balok
t : tebal web Elemen Vu (N) φVn (N) Ket
w
Balok Anak 28,00 71,00 OK
Balok Induk
Tabel 3. Hasil kontrol stabilitas pada web
42,75 71,00 OK
Arah x
Elemen λ λ Ket
p f
Balok induk
38,00 71,00 OK
Penampang
arah y
Balok Anak 108,44 28,00
Kompak

Balok Induk Penampang
108,44 42,75 • Lendutan
Arah x Kompak
Syarat : δ ≤ δ
Balok induk Penampang izin
108,44 38,00
arah y Kompak
Hasil kontrol balok sebelum
Untuk mengontrol kekuatan balok komposit dapat dilihat pada tabel
sebelum komposit, maka balok berikut ini :
dikontrol terhadap kuat lentur, kuat
Tabel 6. Hasil kontrol lendutan balok Tabel 7. Hasil kontrol lendutan balok
sebelum komposit sebelum komposit dengan penyokong
δ δizin sementara
Elemen Ket
(mm) (mm) δ δizin
Elemen Ket
Balok Anak 44 16,7 OK (mm) (mm)
Balok Induk Balok Anak 2,8 8,35 OK
28,56 16,7 OK
Arah x Balok Induk
1,78 8,35 OK
Balok induk NOT Arah x
48,00 19,44
arah y OK Balok induk
3,00 9,72 OK
arah y
Dari ketiga hasil di atas, ternyata
Untuk mengontrol kekuatan balok
balok tidak dapat menahan lendutan
setelah komposit, maka terlebih dahulu
yang terjadi, maka balok diberi
ditentukan lebar efektif dari pelat beton.
penyokong sementara di tengah –
Lebar efektif pelat beton diamibil dari
tengah bentang.
nilai yang terkecil dari :
Balok Induk a) beff ≤ L/4
b) b ≤ b
eff o
Penyokong
Kolom Sementara Kolom c) b ≤ bf + 16tc
IWF IWF eff
400.400.21.21 400.400.21.21
Momen nominal (Mn) balok
komposit dihitung berdasarkan
distribusi tegang plastis.
Gambar 4. Balok induk dengan diberi
penyokong sementara

Penyokong sementara dipasang

sampai beton mengeras, dan setelah
Gambar 5. Distribusi tegangan plastis
beton mengeras maka penyokong
balok komposit
sementara boleh dilepaskan. Berikut ini
H a
Mn = As⋅ fy +tc−
adalah hasil kontrol lendutan balok  
 2 2
setelah diberi penyokong sementara :
dimana,

tc = Tebal pelat (mm)
a = tinggi blok tekan (mm) b
b = Eff
tr
T n
=
0,85⋅ f'c⋅b A = b . tc
Eff tr tr
T = As . fy A ⋅t  H
tr c + As t +
2  c 2 

y =
na
A + As
Tabel 8. Hasil kontrol balok terhadap tr
momen
Elemen Mu/φ (Nmm) Mp (Nmm) Ket Selanjutnya, momen inersia
Balok
penampang transformasi dihitung
113.894.072,50 477.629.860,61 OK
Anak
dengan rumusan sebagai berikut :
Balok
b ⋅tc3  tc2
Induk 113.894.072,50 477.629.860,61 OK I = tr + A y −  +Is+
tr 12 tr na 2 
Arah x
Balok H  2
As +tc−y 
induk 131.913.381 288.012.890,72 OK  2  na
arah y

Berikut ini adalah tabel hasil
Momen inersia yang digunakan
kontrol balok setelah terhadap lendutan:
dalam mengontrol kekuatan terhadap

lendutan adalah momen inersia
Tabel 9. Hasil kontrol lendutan balok
penampang transformasi. Untuk
setelah komposit
menentukannya, maka harus dihitung : δ
Elemen δizin (mm) Ket
• Lebar transformasi (b ) (mm)
tr
Balok Anak 14,8 16,7 OK
• Luas transformasi (A )
tr
Balok Induk
• Letak garis netral penampang 10,6 16,7 OK
Arah x
tranformasi (y )
na Balok induk
14,79 19,44 OK
arah y

Gaya geser yang terjadi antara
pelat beton dan profil baja harus
dipikul oleh sejumlah penghubung
geser (stud connector) , sehingga tidak
Gambar 6. Penampang transformasi balok terjadi slip pada saat masa layan.
komposit