LEMBAR PENGESAHAN STUDI PEMILIHAN STRUKTUR KOMPOSIT DAN STRUKTUR BETON BERTULANG DITINJAU DARI BIAYA PADA BANGUNAN HOT AIR FURNACE TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 LEMBAR PENGESAHAN STUDI PEMILIHAN STRUKTUR KOMPOSIT DAN STRUKTUR BETON BERTULANG DITINJAU DARI BIAYA PADA BANGUNAN HOT AIR FURNACE TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Dikerjakan oleh: AYU SILVIA DELISA Pembimbing Ir. Sanci Barus, M.T. NIP Penguji I Penguji II Ir. Besman Surbakti, M.T. Rahmi Karolina, S.T., M.T. NIP NIP Mengesahkan Koordinator PPSE Departemen T. Sipil FT. USU Ketua Departemen T. Sipil FT. USU Ir. Zulkarnain A. Muis, M. Eng.Sc Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP NIP PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2 STUDI PEMILIHAN STRUKTUR KOMPOSIT DAN STRUKTUR BETON BERTULANG DITINJAU DARI BIAYA PADA BANGUNAN HOT AIR FURNACE Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : AYU SILVIA DELISA BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014

3 SURAT PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : AYU SILVIA DELISA NIM : Departemen : Teknik Sipil FT. USU Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir Saya dengan Judul Studi Pemilihan Struktur Komposit dan Struktur Beton Bertulang Ditinjau Dari Biaya Pada Bangunan Hot Air Furnace bebas plagiat. Apabila di kemudian hari terbukti terhadap plagiat dalam Tugas Akhir saya tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan. Demikian pernyataan ini saya perbuat untuk dipergunakan sebagaimana mestinya. Medan, 21 April 2014 Penulis AYU SILVIA DELISA

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, dengan judul STUDI PEMILIHAN STRUKTUR KOMPOSIT DAN STRUKTUR BETON BERTULANG DITINJAU DARI BIAYA PADA BANGUNAN HOT AIR FURNACE. Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Koordinator PPSE, Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku pembimbing yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik.

5 6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya. 7. Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Ayahanda Abdul Rauf dan Ibunda Misfa Yuhesnita, adik-adik tercinta Rahmat Trio Hidayat dan Monica Zahara serta Angku dan ibu tersayang Rusmin Usman dan Nuraini Hamid yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan do a yang tiada batas untuk saya. 8. Terkhusus buat orang tercinta Febry Ananda MS, ST, yang telah memberikan nasehat, semangat, dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, terima kasih atas doanya. 9. Buat teman-teman Teknik Sipil Ekstensi pipit, muti, nisa, delima, cikay, dewi, dila, serta teman-teman mahasiswa/i angkatan 2011 dan mahasiswa sipil lainnya yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya dalam hal ini. Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, April 2014 Penulis (Ayu Silvia Delisa)

6 ABSTRAK Hot Air Furnace atau dikenal dengan tungku pemanas adalah suatu struktur yang memanaskan bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam. Dalam perencanaan struktur bangunan ini, pengaruh temperatur sangat besar sehingga dapat mereduksi tegangan leleh dan modulus elastisitas. Tegangan leleh yang dipakai adalah baja tulangan BJTD 40 (fy = 400 MPa) dan baja profil A36 (fy = 240 MPa). Berdasarkan ACI 216R-89 tegangan leleh direduksi menjadi 350,73 MPa dan 210,48 MPa. Sedangkan untuk modulus elastisitas beton (Ec = 4700 f c ) dan modulus elastisitas baja (Es = 2,1 x 10 5 MPa) direduksi menjadi MPa dan 1,859 x 10 5 MPa. Maka dari itu, alternatif pertama dalam perencanaan adalah struktur beton bertulang yang pada dasarnya memiliki ketahanan terhadap temperatur dan alternatif kedua adalah struktur komposit (baja-beton). Kedua desain struktur tersebut mengacu pada peraturan SNI dan metode LRFD berdasarkan SNI Untuk mempercepat perhitungan, analisis struktur dilakukan dengan menggunakan program SAP2000 versi 14.0 dengan memperhatikan finite element modeling dimana semua model disimulasi elastis linear sehingga gaya P- Delta aksial diasumsikan konstan sepanjang elemen. Pemodelan pada elemen balok dan kolom memakai elemen 1 Dimensi. Semua sambungan pada elemen balok dan kolom diasumsikan sebagai sambungan kaku dan kolom langsung terhubung pada pondasi yang diasumsikan perletakan jepit. Dalam penulisan ini, desain yang direncanakan untuk bangunan struktur beton bertulang dan struktur komposit (baja-beton) telah memenuhi kriteria desain. Dari hasil desain, dapat dihitung biaya struktur (balok dan kolom) dan diketahui adanya perbedaan biaya yang signifikan antara struktur beton bertulang dan struktur komposit yaitu sebesar 54% dimana struktur beton bertulang lebih murah dibanding struktur komposit. Maka dari itu, pemilihan struktur beton bertulang adalah alternatif yang efektif dan efisien dalam perencanaan bangunan Hot Air Furnace. Kata kunci: struktur beton bertulang, komposit, elastis linear, temperatur

7 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR NOTASI... xii BAB I. PENDAHULUAN... I Latar Belakang Masalah... I Rumusan Masalah... I Tujuan dan Manfaat... I Pembatasan Masalah... I Metodologi Penulisan... I Sistematika Penulisan... I-6 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... II Perilaku Struktur Beton, Baja dan Komposit Terhadap Perubahan Temperatur... II Perilaku Beton Terhadap Api... II Perilaku Baja Pada Temperatur Tinggi... II Perilaku Struktur Komposit Pada Temperatur Tinggi... II Metode Perencanaan Struktur Beton Bertulang... II Umum... II-5

8 Perencanaan Kuat Batas (Ultimate Strength Design)... II Keruntuhan Lentur Akibat Kondisi Batas (Ultimate)... II Keruntuhan Akibat Geser... II Pengaruh Keruntuhan Geser Terhadap Jumlah Tulangan Memanjang... II Kuat Perlu... II Struktur Balok Persegi... II Struktur Kolom... II Interaksi Beban Aksial dan Momen... II Metode Perencanaan Struktur Komposit... II Umum... II Balok Komposit... II Lebar Efektif Pelat Beton... II Kekuatan Balok Komposit dengan Penghubung Geser... II Menghitung Momen Nominal... II Penghubung Geser (Shear Connector)... II Kolom Komposit... II Aksi Komposit... II Rencana Anggaran Biaya... II-35 BAB III. METODOLOGI PERHITUNGAN STRUKTUR... III Pendahuluan... III Permodelan Geometri... III Material Property Data... III Section Designer... III Pembebanan... III-14

9 Kombinasi Pembebanan... III Desain Struktur Beton Bertulang dan Komposit... III Interactive Database Editing... III Building Code... III Prosedur Perencanaan... III Tahapan Penyusunan Rencana Anggaran Biaya... III-18 BAB IV. PERHITUNGAN STRUKTUR... IV Perencanaan Struktur Beton Bertulang... IV Perencanaan Dimensi Balok (Preliminary Design)... IV Perencanaan Tebal Pelat... IV Perencanaan Dimensi Kolom... IV Perhitungan Pembebanan... IV Analisa Pembebanan Vertikal... IV Analisa Struktur dengan Program SAP IV Perencanaan Dimensi Balok Anak (B1)... IV Perencanaan Dimensi Balok Induk (B2)... IV Perencanaan Dimensi Kolom (K1)... IV Perencanaan Dimensi Kolom (K2)... IV Perencanaan Struktur Komposit... IV Perhitungan Pembebanan... IV Analisa Pembebanan Vertikal... IV Analisa Struktur dengan Program SAP IV Perencanaan Dimensi Balok Anak (B1)... IV Perencanaan Dimensi Balok Induk (B2)... IV Perencanaan Dimensi Kolom Komposit (K1)... IV-43

10 Perencanaan Dimensi Kolom Komposit (K2)... IV Perhitungan Anggaran Biaya Struktur Beton Bertulang dan Struktur Komposit... IV-52 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... V Kesimpulan... V Saran... V-3 DAFTAR PUSTAKA... xiii LAMPIRAN

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Pengaruh perubahan suhu terhadap kekuatan beton Modulus Elastisitas Beton Pada Temperatur Tinggi Variasi sifat mekanis baja terhadap temperatur Gambar 2.4. Hubungan beban (P) dan lendutan ( ) balok komposit Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Gambar 2.9. Balok yang dibebani sampai runtuh Kurva Momen Kelengkungan Balok Perilaku Keruntuhan Balok Ciri-Ciri Keruntuhan Penampang Balok dengan Keruntuhan Geser Gambar Rasio Tulangan Memanjang dan Kapasitas Geser Gambar Beberapa kemungkinan bentuk distribusi tegangan Gambar Distribusi tegangan Gambar Kolom Memikul Beban Aksial Gambar (a) Lantai jembatan komposit dengan penghubung geser, (b) Balok baja yang diselubungi beton, (c) Lantai gedung komposit dengan penghubung geser. Gambar Penampang balok komposit Gambar Distribusi tegangan plastis Gambar Distribusi tegangan plastis negatif Gambar Penampang Kolom Komposit dari profil baja IWF (a), Kingcross yang dibungkus beton (b), Persegi (c) dan O (d) yang diisi beton Gambar Profil Baja Kingcross Gambar Perbandingan defleksi antara balok komposit dan non-komposit

12 Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3. Gambar 3.4. Denah Bangunan Koordinat lokal dengan system global Degrees of Freedom pada kondisi perletakan yang berbeda-beda Degrees of Freedom pada element frame Gambar 3.5. Orientasi sumbu lokal 2 dan 3 Gambar 3.6. Merubah orientasi sumbu lokal 2 dan 3 Gambar 3.7. Gambar 3.8. Gambar 3.9. Gambar 4.1. Gambar 4.2. Gambar 4.3. Gambar 4.4. Gambar 4.5. Gambar 4.6. Gambar 4.7. Gambar 4.8. Gambar 4.9. Modulus of elasticity of concrete at high temperatures Variasi sifat mekanis baja terhadap temperature Finite Element Modeling Modulus of elasticity of concrete at high temperatures Variasi sifat mekanis baja terhadap temperature Pemodelan Struktur 3 Dimensi Struktur Beton Bertulang oleh SAP2000 Penampang balok anak B1 Penampang balok induk B2 Penampang Kolom K1 Penampang Kolom K2 Pemodelan Struktur Komposit 3 Dimensi oleh SAP2000 Distribusi tegangan plastis positif Gambar Distribusi tegangan plastis negatif Gambar Distribusi tegangan plastis positif Gambar Distribusi tegangan plastis negatif Gambar Sketsa penampang kolom komposit K1 Gambar Sketsa penampang kolom komposit K2

13 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Tabel 4.2. Hasil perolehan dari SAP2000 untuk momen, aksial dan geser maksimum Hasil perolehan dari SAP2000 untuk momen, aksial dan geser maksimum pada balok, kolom, dan pelat lantai Tabel 4.3. Hasil SAP2000 untuk momen, aksial dan geser maksimum pada balok, kolom, dan pelat lantai Tabel 4.4. Perbandingan Hasil Perhitungan Dimensi Beton Bertulang dengan Data Proyek Hot Air Furnace Tabel 4.5. Tabel 4.6. Tabel 4.7. Tabel 4.8. Tabel 4.9. Tabel Tabel Tabel Perhitungan Volume Struktur Beton Bertulang Perhitungan Volume Struktur Komposit Rekapitulasi Volume Struktur Beton Bertulang Rekapitulasi Volume Struktur Komposit Daftar Harga Upah dan Bahan Daftar Analisa Harga Satuan Rencana Anggaran Biaya Struktur Beton Bertulang Rencana Anggaran Biaya Struktur Komposit

14 DAFTAR NOTASI a : tinggi balok tekan efektif, cm A s : luas penampang, mm 2 A st : luas tulangan, mm 2 A cn : luas penampang netto, cm 2 A g : luas penampang bruto, cm 2 A r : luas tulangan longitudinal, mm 2 b E b o b w C d DL d 1,d 2,d 3 E E c E m E s : lebar efektif pelat beton, cm : lebar bentang antar balok, m : lebar penampang, cm : gaya tekan pada beton, kg : tinggi efektif penampang, cm : beban mati, kn : Jarak dari garis netral gaya-gaya yang bekerja, cm : beban gempa, kn : modulus elastisitas beton, MPa : modulus elastisitas modifikasi, MPa : modulus elastisitas baja, MPa f' c : kuat tekan beton, N/mm 2 f my : tegangan leleh modifikasi, MPa f y : kuat leleh baja, N/mm 2 h wt k L : tinggi bangunan, m : factor panjang tekuk : panjang bentang, m

15 LL M n M u n Pc P f P n P nc P ns P u P w P yc Q n r y s x T t s U V V c V n V s V u Ø : beban hidup, kn : momen nominal, knm : momen ultimate, knm : jumlah stud : gaya tarik pada balok baja, kg : gaya yang bekerja pada sayap, kg : gaya aksial nominal, kg : gaya tekan pada beton, kg : gaya tekan pada profil baja, kg : gaya aksial ultimate, kg : gaya yang bekerja pada badan, kg : gaya tekan nominal maksimum dalam penampang baja, kg : kuat geser stud, kg/stud : jari-jari girasi, mm : jarak sengkang (space hoops), mm : gaya tarik pada baja, kg : tebal pelat, cm : kuat perlu, kn : volume, m3 : kapasitas kemampuan beton untuk menahan gaya geser, kn : kuat geser nominal, kn : kuat geser tulangan, kn : gaya geser terfaktor, kn : diameter tulangan : faktor reduksi

16 γ b : berat jenis beton ; γ b = 24 kn/m 3 γ k : berat jenis keramik ; γ k = 21 kn/m 3 ρ n ρ v ρ b ρ min λ c : rasio tulangan arah horizontal (transversal) : rasio tulangan arah longitudinal : rasio tulangan seimbang : rasio tulangan minimum : parameter kelangsingan kolom