ANALISA DIMENSI DAN STRUKTUR ATAP MENGGUNAKAN METODE DAKTILITAS TERBATAS

Transkripsi

1 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 1 - ANALISA DIMENSI DAN STRUKTUR ATAP MENGGUNAKAN METODE DAKTILITAS TERBATAS M. Ikhsan Setiawan ABSTRAK Sttruktur gedung Akademi Keperawatan Universitas Muhammadiyah Surabaya direncanakan ulang dengan menggunakan metode Daktilitas Terbatas. Dimana gedung tersebut direncanakan sedemikian rupa dengan pendetailan khusus sehingga mampu berperilaku inelastis terhadap beban siklis gempa tanpa mengalami keruntuhan getas. Dalam hal ini beban gempa rencana harus diperhitungkan dengan menggunakan faktor jenis struktur, K=. Data umum dalam perencanaan penelitian ini sebagai berikut: Analisa struktur ini meliputi perencanaan struktur atap baja dan plat beton, perencanaan struktur primer balok dan kolom, serta perencanaan struktur sekunder plat lantai dan tangga. Untuk perencanaan struktur bangunan bawah meliputi pondasi tiang pancang, poer, dan sloof. Beban gempa pada struktur dihitung dengan metode beban statis ekivalen (BSE), sedangkan untuk analisa struktur menggunakan progran SAP 000 versi 7.4. Output yang dihasilkan Analisa dengan Metode SAP 000 ini diwujudkan dalam bentuk laporan perhitungan struktur dan gambar-gambar detail baik arsitektur maupun struktur yang dapat dijadikan acuan dalam pelaksanaan pembangunan. Kata Kunci: atap, dimensi, daktilitas terbatas, SAP 000 PENDAHULUAN Latar Belakang Dalam penelitian ini dilakukan analisa perencanaan pembangunan Gedung Universitas Muhammadiyah Surabaya yang berstruktur beton precast dengan daktilitas dua atau terbatas. Perhitungan struktur dengan daktilitas dua dirancang agar bangunan dapat berperilaku inelastis terhadap beban siklis gempa tanpa mengalami keruntuhan getas, beban geser dasar akibat gempa untuk perancangan dengan daktilitas dua harus ditentukan menurut Standar Tatacara Perhitungan struktur beton Untuk Bangunan Gedung 1991 dengan ketentuan, bahwa nilainya harus dihitung berdasarkan nilai faktor jenis struktur sekurang-kurangnya K. Perumusan Masalah 1. Berapa dimensi gording, ikatan angin, kuda-kuda dan analisa sambungan kudakuda?. Berapa kebutuhan tulangan lentur, geser dan torsi yang diperlukan sebagai penguat struktur? Batasan Masalah Perencanaan untuk struktur bangunan atas dan bawah dengan tingkat daktilitas. Beban gempa dihitung dengan Beban Statik Ekivalen dan analisa struktur dengan SAP Perencanaan dan Perhitungan Bangunan Atas, meliputi : a. Struktur Atap : Rangka Baja dan Pelat Beton. Analisa Struktur a. Menggunakan metode daktilitas

2 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 b. Perhitungan mekanika struktur (kecuali struktur pelat lantai) untuk mendapatkan gaya-gaya dalam bidang (bidang M, D, N) menggunakan Program Bantu SAP 000 Non Linear. METODE PENELITIAN Gambar 3 Diagram Alir Perencanaan Data umum bangunan : Data umum bangunan: Nama Gedung : Gedung Akademi Keperawatan UNMUH Lokasi : Jl. Sutorejo 59 Mulyosari Surabaya Luas Bangunan : 1818 m Tinggi Bangunan : 1 m Data Bahan : Mutu Beton (fc ) : 5 MPa Mutu Baja (fy) : 390 MPa (BJ 37) untuk tulangan utama 40 MPa (BJ 37) untuk tulangan geser Data Tanah Data tanah yang digunakan adalah data tanah dari laboraturium seperti yang terlampir. PERHITUNGAN DIMENSI Data-Data Perhitungan Bahan kuda-kuda : Baja Wide Flange (WF) Shape Bahan gording : Baja Light Lip Chanels

3 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 3 - Mutu baja Jenis bangunan Bahan penutup atap Bentang kuda-kuda Jarak kuda-kuda Jenis atap Jarak antar gording Sudut kemiringan (α) Penggantung gording : BJ 37 (σ = 1600 kg/cm) : Konstruksi tertutup : Genting : 18 m : 8 m : Pelana : 1.04 m : 30 : buah Gambar 4. Rencana Struktur Atap Perhitungan Gording Kontrol usuk Pembebanan 0,5x50 Q atap + rangka : = 0,5 kg/m 100 Perhitungan momen P = k g q = 0, 5 k g /m L = 1,0 4 m Gambar 5 Peninjauan Momen M = 8 1.q.l p.l= 8 1.0, = 938 kg cm Kontrol tegangan kayu usuk 5/7 (σ = 150 kg/m, untuk kayu mutu A kelas I) harus memenuhi persyaratan control tegengan sebagai berikut σ σ

4 4 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 M M σ = =. σ W 1/ 6. b. h 938 σ = = 71,96 kg/cm < 150 kg/cm (ok) 1/ Kontrol lendutan δ = 0,0 + 0,13 = 0,15 cm < δ = 0,4 cm (ok) dimana : E = Modulus kayu kelas I (15000 kg/cm ) pada PPKI I =Momen Inersia Kayu ( 1 1.b.h 3 ) Jadi dengan jarak gording 104 cm kayu usuk 5/7 bisa digunakan karena memenuhi syarat tegangan dan lendutan ijin untuk dipakai. Perencanaan Gording Direncanakan pakai gording Light Lip Channels C 150 x 75 x 0 x 4, ,5 Gambar 6: Profil Gording Berat sendiri (q) = 7,5 kg/m Momen Inersia (Ix) = 489 kg/m 4 Momen Inersia (Iy) = 99, kg/m 4 Section modulus (Wx) = 7,1 cm 3 Section Modulus (Wy) = 16,8 cm 3 Perhitungan Pembebanan 75 q sin a q q cos a Gambar 7. Peninjauan Beban 1. Beban Mati Berat Total (q d total) q dx = 89,89 (sin 30 ) = 44,95 kg/m q dy = 89,89 (cos 30 ) = 77,85 kg/m. Beban Hidup a. Beban Terpusat P x = 100 (cos 30 ) = 86,6 kg =89,89 kg/m

5 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 5 - b. Beban Air Hujan q = W x jarak gording = 16 x 1,04 = 16,64 kg/m q lx = 16,64 (sin 30 ) = 8,3 kg q lx = 16,64 (cos 30 ) = 14,41 kg 3. Beban Angin q w = 40 {(0,0 x 30) 0,4} x 1,04 = 8,3 kg/m Kombinasi Pembebanan 1 + Mx = 359, = 459,6 kgm My = 69, + 157,73 = 16,93 kgm Mx = 359, ,56 = 46,16 kgm My = 69, + 7,4 + 1,81 = 76,6 kgm Dari kombinasi momen di atas yang menentukan adalah ; Mx = 459,6 kgm My = 16,93 kgm Perencanaan Penggantung Gording Pembebanan Gording Beban Mati Berat Total (q d total) = 89,89 kg/m Beban Hidup Beban Pekerja = 100 kg/m Perhitungan Penggantung Gording Gambar 8: Penggantung Gording 1,04 β = arc tg,67 β = 1,8 0 P x = 50 kg q x = 44,95 kg/m a = q x.l = 44,95.1,04 = 46,75 kg ΣQ x = a + P x = 46, = 96,75 kg n = 1

6 6 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: Qx A =. sin 1.96,75 = = 1,98 cm 1600.sin 1,8 Ø = 4.A = 4.1,98 = 1,58 cm Maka dipakai penggantung gording Ø 16 mm. Perhitungan Ikatan Angin Kontrol batang tarik berdasarkan PPBBI 89 Ps ,0 l 4,51cm l d 500 dimana : l = panjang ikatan angin 451 d min = 0, jadi dipakai diameter ikatan angin 19 mm Perhitungan Kuda Kuda Pada perencanaan atap baja ini menggunakan profil baja WF yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut : L kuda-kuda = 1039,3 cm Q = 49,6 kg/m A = 63,14 cm Ix = cm 4 Iy = 984 cm 4 Wx = 775 cm3 Wy = 11 cm3 ts = 11 mm tb = 7 mm ix = 14,7 cm iy = 3,95 cm Dari analisa struktur didapatkan data-data sebagai berikut : Momen perletakan kiri = 08,11 Kg-m Momen perletakan kanan = 1607,17 Kg-m Momen perletakan tengah = 1590,86 Kg-m Gaya aksial (N) = 305 Kg Kontrol Tegangan Maksimum L 1039,3 λ = 70, 69 ix 14,7 ω = 1,478 M. P , σ max = 76, 71 kg/cm Wx A ,14 σ max = 76,71 kg/cm < σ = 1600 kg/cm Maka profil WF dapat dipakai sebagai kuda kuda. Perhitungan Setengah Kuda Kuda

7 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 7 - Pada perencanaan setengah kuda - kuda ini menggunakan profil baja WF yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut : L kuda-kuda = 06 cm Q = 17, kg/m A = 1,9 cm Ix = 383 cm4 Iy = 134 cm4 Wx = 76,5 cm3 Wy = 6,7 cm3 ts = 8 mm tb = 6 mm ix = 4,18 cm iy =,47 cm Dari analisa struktur didapatkan data-data sebagai berikut : M = 66,54 Kg-m N = 04,83 Kg D = 354,76 Kg Kontrol Tegangan Maksimum L 06 λ = 4, 9 ω = 1,169 ix 4,8 M. P ,169 04,83 σ max = 89, 94 kg/cm Wx A 76,5 1,9 σ max = 89,94 kg/cm < σ = 1600 kg/cm Maka profil WF dapat dipakai sebagai setengah kuda kuda. Perhitungan Kolom Pendek Kuda Kuda Pada perencanaan kolom pendek ini menggunakan profil baja WF yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut : L kuda-kuda = 10 cm Q = 49,6 kg/m A = 63,14 cm Ix = cm 4 Iy = 984 cm 4 Wx = 775 cm3 Wy = 11 cm3 ts = 11 mm tb = 7 mm ix = 14,7 cm iy = 3,95 cm Dari analisa struktur didapatkan data-data sebagai berikut : M = 1817,77 Kg-m N = 3133,6 Kg D = 456,8 Kg Kontrol Tegangan Maksimum

8 8 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 L 10 λ = 8, 16 ω = 1,000 ix 14,7 M. P , ,6 σ max = 84, 17 Wx A ,14 σ max = 84,17 kg/cm < σ = 1600 kg/cm kg/cm Maka profil WF dapat dipakai sebagai kolom pendek kuda kuda. Perhitungan Sambungan Sambungan Kuda Kuda dan Kolom Pendek 64,15 Gambar 13. Detail Sambungan Kuda Kuda Dan Kolom Pendek Dari analisa struktur didapat data data sebagai berikut : M = kgcm D = 456,8 kg N = 3086,9 kg Kontrol tegangan : N M 3086, , kg A Wx 63, Sambungan Baut Direncanakan Ø baut = 19 mm A = ¼.π.Ø =,84 cm Σd = d1 d d3 d 4 = 1, ,5 = 341,5 cm dmak = 40,5 cm Tegangan ideal : 1,56 308,3 1,56(19,4) = 348,0 kg/cm < 1600 kg/cm OK! Sambungan Las A = ( b + d 1 ) + ( b + d ) = ( 17,5 + 40,4 ) + ( 17,5 + 1,09 ) = 175,0 cm d d W = b. d b. d ,45 = (17,5 40,4) 3 = 1467,55 cm 3 1,09 (17,5 1,09) 3

9 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 9 - Kontrol tegangan Akibat Momen M ,5kg W 1467,55 Akibat Geser v idiil Pv A Gambar 14: Detail Las 3670,35 0,97kg 175,0 3( v ) 95,5 3(0,97) 10,17kg tot ( H ) 95,5 0,97 97,78kg τ = 0, = 960 kg/cm tc = tot 10,17 0, 11 diambil 0,5 cm 960 Kaki alas t a = c 0,5 0, 71 0,707 0,707 Tebal plat penyambung t max = a max + 0,1 = 0,71 + 0,1 = 0,81 cm ladi diambil tebal plat penyambung minimal 1 cm Kontrol : Tc 1/.t. 0,5 ½ 1 0,5 0,71.. OK!

10 10 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 Sambungan Overstek dan Kolom Pendek Gambar 15: Detail Sambungan Overstek dan Kolom Dari analisa struktur didapat data data sebagai berikut : M = 6654 kgcm D = 354,76 kg N = 04,83 kg Kontrol tegangan : N M 04, , kg A Wx 1,9 765 Sambungan Baut Direncanakan Ø baut = 19 mm Tegangan ideal : 1,56 109,14 1,56(36,06) = 1093,07 kg/cm < 1600 kg/cm OK! Sambungan Las A = ( b + d 1 ) + ( b + d ) = ( ,05 ) + ( ,55 ) = 83, cm d d W = b. d b. d ,5 11,55 = (1010,5) (10 11,55) 3 3 = 97, cm 3 Kontrol tegangan Akibat Momen M ,8kg W 97, Akibat Geser Pv 409,65 v 4,9kg A 83,

11 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 11 - idiil Sambungan Kapstain Gambar 16. Detail Las 3( v ) 10,8 3(4,9) 10,97kg tot ( H ) 10,8 4,9 10,86kg τ = 0, = 960 kg/cm tc = tot 10,97 0, diambil 0,5 cm 960 Kaki alas t a = c 0,5 0, 71 0,707 0,707 Tebal plat penyambung t max = a max + 0,1 = 0,71 + 0,1 = 0,81 cm ladi diambil tebal plat penyambung minimal 1 cm Kontrol : Tc 1/.t. 0,5 ½ 1 0,5 1,06.. OK! Gambar 17: Detail Sambungan Kapstain Dari analisa struktur didapat data data sebagai berikut : M = kgcm D = 171,1 kg N = 186,51 kg

12 1 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 Kontrol tegangan : N M 186, , kg A Wx 63, Sambungan Baut Direncanakan Ø baut = 19 mm A = ¼.π.Ø =,84 cm Σd = d1 d d3 d 4 = 1, ,5 = 341,5 cm dmak = 40,5 cm Tegangan ideal : 1,56 353,53 1,56(71,55) = 364,65 kg/cm < 1600 kg/cm OK! Sambungan Las A = ( b + d 1 ) + ( b + d ) = ( 17,5 + 40,4 ) + ( 17,5 + 1,09 ) = 175 cm d d W = b. d b. d ,4 1,09 = (17,5 40,4) (17,51,09) 3 3 = 1467,55 cm 3 Kontrol tegangan: Gambar 18. Detail Las idiil 3( v ) 109,51 3(11,61) 111,34kg tot τ = 0, = 960 kg/cm tc = tot 110,34 0, 11 diambil 0,5 cm 960 Kaki alas t a = c 0,5 0, 71 0,707 0,707 Tebal plat penyambung t max = a max + 0,1 = 0,71 + 0,1 ( H ) 109,51 11,61 110,1kg

13 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 13 - = 0,81 cm jadi diambil tebal plat penyambung minimal 1 cm Kontrol : Tc 1/.t. 0,5 ½ 1 0,5 1,06.. OK! Perencanaan Plat Landasan fc = 5 Mpa σ plat (Bj 37) = 160 Mpa = 1600 kg/cm σ ta angker (Bj 37) = 160 Mpa = 1600 kg/cm σ = 160 Mpa = 1600 kg/cm σ tb angker (Bj 37) = 0,3 x fc = 7,5 Mpa = 75 kg/cm Profil kolom WF b H b a B a Dari out put SAP 000 M = 1817,77 kg.m N = 456,8 kg D = 3133,6 kg Tegangan yang terjadi : σ 1, = N M ± A W = 456, σ 1 =, ,395 = 43,15 kg/cm σ =,73-40,395 = - 37,665 kg/cm Gambar 19: Detail Perletakan Kolom Pendek Syarat dimensi plat : N 456,8 A 3,75cm b 75 Dimensi landasan : B = 30 cm dan H = 30 cm a = 30 17,5 6,5cm b = 30 17,5 6,5cm Momen pada plat : M 1 = 1/6 a b σ 1 = 1/6 6,5 6,5 43,15 = 1754,76 kg.cm M = 1/6 B a σ = 1/6 17,5 6,5 43,15 = 4913,33 kg.cm

14 14 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 M 1 < M jadi yang menentukan adalah M Perencanaan tebal plat : σ o = M W σ = 1600 kg/cm = 4913, t σ = 1600 kg/cm t = 6 6M ,33 = = 0,78 cm dipakai plat dengan t = 1 cm Perhitungan Plat Landas Dari out put SAP 000 M = 1817,77 kg.m N = 456,8 kg D = 3133,6 kg Direncanakan e = 3,15 cm x1 43,15 30 x1 37,665 = 14 cm x 1 x f = = 16cm = x e = 16 3,15 = 13,875 cm M = 0 Cc.a M N.f = 0 Cc.3, ,8.1,875 = 0 Cc = 8985,33 kg V = 0 Cc N T = 0 T = 8985,33 456,8 = 659,05 kg Direncanakan pakai 4 baut per sisinya 659,05 T = 163,6 kg 4

15 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 15 - N M N e Cc' 43,15 kg X1 37,665 kg a X T f Gambar 0. Perhitungan Baut σ = T T A A A = 163,6 1, D = 4.A 41,0 = = 1,14 cm π Dipakai D16 mm untuk tiap sisinya, A =,011 cm Kontrol akibat geser k = D 3133,6 783,315kg n 4 τ = k 7 A 4 1 1,6 175,54 kg τ.0,5.σ = 98 kg/cm (Ok) Beban maksimum baut : τ maks = 659,05 kg maks 659,05 σ t = A ,6 Tegangan ideal : σ i = σ 4 + 1,56τ = 811,8 1,56 79,4 811,8 kg = 817,85 kg/cm < σ = 1600 kg/cm ok Perhitungan Panjang angker (SKSNI T ps.3.5.) 0,0xAxfy L db = fc' 0,0x,011x40 = 5 = 193,0 mm

16 16 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 tidak boleh kurang dari : 0,06 x d b x fy = 0,06 x 16 x 40 = 30,4 mm Dipakai panjang penyaluran 50 mm Perhitungan Sambungan Kolom dengan Plat landasan Dari out put SAP 000 M = 1817,77 kg.m N = 456,8 kg D = 3133,6 kg L 1 = 30 = 60 cm L 1 = 4 6,5 = 5 cm L 1 = 15,7 = 35 cm L 1 = 8.375= 33,5 cm L 1 = 15,3 = 30,6 cm + L tot = 184,1 cm L1 L L L3 L 5 L 3 L4 L 4 Gambar 1: Detail Plat Landasan 1 Direncanakan tebal las 0,6 cm, jadi tebal efektif = 0,6 = 0,44 Luasan las = 0,44 184,1 = 78,06 cm Titik berat las : 17,5 x = 8,75cm 17,5 y = 8,75cm Perhitungan Inersia Las : Ix = { [( ,44 3 ) + (30 0,44 9,75 )]} + {4 [( 1 1 0,44 17,5 3 ) + ( 0,44 17,5 0)]} + {4 [( 1 1 0,44 8,375 3 ) + (0,44 8,375 4,1875)]} + { [( 1 1 0,44 15,3 3 ) + (0,44 15,3 0)]} = 400,7 cm 4

17 Analisa Dimensi dan Struktur Atap Menggunakan Metode Daktilitas Terbatas 17 - Iy = { [( 1 1 0, ) + ( 0, )]} + {4 [( 1 1 0,44 6,4 3 ) + (0,44 6,5 11,875 )]} + { [( ,5 0,44 3 ) + ( 17,5 0,44 8,75 )]} + {4 [( 1 1 8,375 0,44 3 ) + (8,375 0,44 7,65 )]} + { [( ,3 0,44 3 ) + (15,3 0,44 0)]} = 5405,34 cm 4 Ip = Ix + Iy = 400, ,34 = 9605,61 cm 4 Kontrol tegangan Akibat Momen M y ,75 H Ip 9605,61 M x ,75 V Ip 9605,61 165,585kg 165,585kg Akibat geser D D 3133,6 τ v = 40,14kg A. b 4. d 78,06 τ Tot = τ τ = v + H ( 165, ) 165,585 = 64,08 kg/cm < 960 kg/cm (OK) τ ijin = 0,6 x σ = 0,6 x 1600 kg/m = 960 kg/cm Tot 64,08 tc perlu = 0, 75cm (dipakai 0,5 cm) 960 ijin tc 0,5 kaki las = a = 0, 707 cm 0,707 0,707 a = 0,707 cm (1 cm 0,1 cm = 0,9 cm)..ok Kesimpulan 1. Dimensi yang digunakan dalam penelitian ini adalah: kayu usuk 5/7 (σ = 150 kg/m, untuk kayu mutu A kelas I) profil Light Lip Channels 150 x75x0x4,5 penggantung gording Ø 16 mm. Kuda-kuda profil baja WF Ssetengah kuda-kuda menggunakan profil baja WF Pada perencanaan kolom pendek ini menggunakan profil baja WF yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut : L kuda-kuda = 10 cm Q = 49,6 kg/m

18 18 NEUTRON, VOL.10, NO., AGUSTUS 010: 1-18 A = 63,14 cm Ix = cm 4 Iy = 984 cm 4 Wx = 775 cm3 Wy = 11 cm3 ts = 11 mm tb = 7 mm ix = 14,7 cm iy = 3,95 cm Dari analisa struktur didapatkan data-data sebagai berikut: M = 1817,77 Kg-m N = 3133,6 Kg D = 456,8 Kg Maka profil WF dapat dipakai sebagai kolom pendek kuda kuda. Daftar Pustaka Departemen Pekerjaan Umum (1983), Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Bangunan Gedung (PPIUG 1983), Bandung: Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan. Departemen Pekerjaan Umum (1971), Pedoman Beton 1971, Badan dan Pengembangan Departemen Pekerjaan Umum. Departemen Pekerjaan Umum (1989), Pedoman Beton 1989, Badan dan pengembangan Depertemen Pekerjaan Umum. Departemen Pekerjaan Umum (1991), Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung (SKSNI T ), Bandung: Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan. Departemen pekerjaan Umum (1987), Peraturan Perencanaan Ketehanan Gempa Untuk Rumah dan Gedung (SKBI ), Jakarta : Yayasan Badan Penerbit PU. Kusuma, Gideon dan W.C. Vis (1997), Perencanaan Struktur Pada Daerah Rawan Gempa (CUR 3) Edisi 6, Penerbit Erlangga. L. Wahyudi dan Syahril A. Rahim (1999), Struktur Beton Bertulang, Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama Sardjono HS (1987), Pondasi Tiang Pancang, Surabaya: Penerbit Sinar Wijaya. Wang, C.K, dan Charles G. Salmon (1990), Disain Beton Bertulang Edisi ke 4, Jakarta: Penerbit Erlangga.