BAB 2 DASAR TEORI Dasar Perencanaan Jenis Pembebanan

Transkripsi

1 BAB DASAR TEORI.1. Dasar Perencanaan.1.1. Jenis Pembebanan Dalam merencanakan struktur suatu bangunan bertingkat, digunakan struktur yang mampu mendukung berat sendiri, gaya angin, beban hidup maupun beban khusus yang bekerja pada struktur bangunan tersebut. Beban-beban yang bekerja pada struktur dihitung menurut SNI Beban-beban tersebut adalah : a. Beban Mati (qd) Beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian tak terpisahkan dari gedung itu. Untuk merencanakan gedung ini, beban mati yang terdiri dari berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung adalah : 1. Bahan Bangunan : a. Baja kg/ m 3 b. Beton Bertulang kg/m 3 c. Beton biasa kg/m 3 d. Pasangan batu belah kg/m 3. Komponen Gedung : a. Dinding pasangan bata ringan (hebel) 1,5 cm + render kg/m b. Langit langit dan dinding termasuk rusuk rusuknya tanpa penggantung kg/m c. Penutup atap metal 1 mm dengan reng dan usuk/kaso kg/m d. Penutup lantai dari ubin semen portland, keramik dan beton (tanpa adukan) per cm tebal... 4 kg/m e. Adukan semen per cm tebal... 1 kg/m 4

2 5 b. Beban Hidup (ql) Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu gedung, termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta peralatan yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan pembebanan lantai dan atap tersebut. Khususnya pada atap, beban hidup dapat termasuk beban yang berasal dari air hujan. Beban hidup yang bekerja pada bangunan ini disesuaikan dengan rencana fungsi bangunan tersebut. Beban hidup untuk bangunan ini terdiri dari : 1. Beban atap kg/m. Beban tangga dan bordes kg/m 3. Beban lantai kg/m Berhubung peluang untuk terjadi beban hidup penuh yang membebani semua bagian dan semua unsur struktur pemikul secara serempak selama unsur gedung tersebut adalah sangat kecil, maka pada perencanaan balok induk dan portal dari sistem pemikul beban dari suatu struktur gedung, beban hidupnya dikalikan dengan suatu koefisien reduksi yang nilainya tergantung pada penggunaan gedung yang ditinjau, seperti diperlihatkan pada tabel.1. :

3 6 Tabel.1.Koefisien Reduksi Beban Hidup Penggunaan Gedung 1. PERUMAHAN/PENGHUNIAN : Rumah tinggal, hotel, rumah sakit. PERDAGANGAN : Toko,toserba,pasar 3. PERTEMUAN UMUM : Mesjid, gereja, bioskop, restoran, ruang dansa, ruang pagelaran 4. GANG DAN TANGGA : a. Perumahan / penghunian b. Pendidikan, kantor c. Pertemuan umum, perdagangan dan penyimpanan, industri, tempat kendaraan Sumber : SNI Koefisien Beban Hidup untuk Perencanaan Balok Induk 0,75 0,80 0,90 0,75 0,75 0,90 c. Beban Angin (W) Beban Angin adalah semua beban yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang disebabkan oleh selisih dalam tekanan udara. Beban Angin ditentukan dengan menganggap adanya tekanan positif dan tekanan negatif (hisapan), yang bekerja tegak lurus pada bidang yang ditinjau. Besarnya tekanan positif dan negatif yang dinyatakan dalam kg/m ini ditentukan dengan mengalikan tekanan tiup dengan koefisien koefisien angin. Tekan tiup harus diambil minimum 5 kg/m, kecuali untuk daerah di laut dan di tepi laut sampai sejauh 5 km dari tepi pantai. Pada daerah tersebut tekanan hisap diambil minimum 40 kg/m. Sedangkan koefisien angin untuk gedung tertutup : 1) Dinding Vertikal a. Di pihak angin ,9 b. Di belakang angin...- 0,4

4 7 ) Atap segitiga dengan sudut kemiringan a. Di pihak angin : < ,0-0,4 65<< ,9 b. Di belakang angin, untuk semua...- 0,4.1.. Sistem Kerja Beban Bekerjanya beban untuk bangunan bertingkat berlaku sistem gravitasi, yaitu elemen struktur yang berada di atas akan membebani elemen struktur di bawahnya, atau dengan kata lain elemen struktur yang mempunyai kekuatan lebih besar akan menahan atau memikul elemen struktur yang mempunyai kekuatan lebih kecil. Dengan demikian sistem bekerjanya beban untuk elemen-elemen struktur gedung bertingkat secara umum dapat dinyatakan sebagai berikut : Beban pelat lantai didistribusikan terhadap balok anak dan balok portal, beban balok portal didistribusikan ke kolom dan beban kolom kemudian diteruskan ke tanah dasar melalui pondasi Provisi Keamanan Dalam pedoman beton SNI , struktur harus direncanakan untuk memiliki cadangan kekuatan untuk memikul beban yang lebih tinggi dari beban normal. Kapasitas cadangan ini mencakup faktor pembebanan (U), yaitu untuk memperhitungkan pelampauan beban dan faktor reduksi ( ), yaitu untuk memperhitungkan kurangnya mutu bahan di lapangan. Pelampauan beban dapat terjadi akibat perubahan dari penggunaan untuk apa struktur direncanakan dan penafsiran yang kurang tepat dalam memperhitungkan pembebanan. Sedang kekurangan kekuatan dapat diakibatkan oleh variasi yang merugikan dari kekuatan bahan, pengerjaan, dimensi, pengendalian dan tingkat pengawasan. Seperti diperlihatkan faktor pembebanan (U) pada tabel.. dan faktor reduksi kekuatan ( ) pada tabel.3. :

5 8 Tabel.. Faktor Pembebanan U No. KOMBINASI BEBAN FAKTOR U D, L D, L, W D, W 1, D +1,6 L 1, D + 1,6 L ± 0,8 0,9 D + 1,3 W Sumber : SNI Keterangan : D = Beban mati L = Beban hidup Lr = Beban hidup tereduksi W = Beban angin Tabel.3. Faktor Reduksi Kekuatan No GAYA Lentur tanpa beban aksial Aksial tarik dan aksial tarik dengan lentur Aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur a. Komponen dengan tulangan spiral b. Komponen lain Geser dan torsi Tumpuan Beton Komponen struktur yang memikul gaya tarik a. Terhadap kuat tarik leleh b. Terhadap kuat tarik fraktur Komponen struktur yang memikul gaya tekan 0,80 0,80 0,70 0,65 0,75 0,65 0,9 0,75 0,85 Sumber : SNI Karena kandungan agregat kasar untuk beton struktural seringkali berisi agregat kasar berukuran diameter lebih dari cm, maka diperlukan adanya jarak tulangan minimum agar campuran beton basah dapat melewati tulangan baja tanpa terjadi pemisahan material sehingga timbul rongga - rongga pada beton. Sedang untuk

6 9 melindungi dari karat dan kehilangan kekuatannya dalam kasus kebakaran, maka diperlukan adanya tebal selimut beton minimum. Beberapa persyaratan utama pada pedoman beton SKSNI T adalah sebagai berikut : a. Jarak bersih antara tulangan sejajar dalam lapis yang sama, tidak boleh kurang dari db ataupun 5 mm, dimana db adalah diameter tulangan. b. Jika tulangan sejajar tersebut diletakkan dalam dua lapis atau lebih, tulangan pada lapisan atas harus diletakkan tepat diatas tulangan di bawahnya dengan jarak bersih tidak boleh kurang dari 5 mm. Tebal selimut beton minimum untuk beton yang dicor setempat adalah: a. Untuk pelat dan dinding = 0 mm b. Untuk balok dan kolom = 40 mm c. Beton yang berhubungan langsung dengan tanah atau cuaca = 40 mm.. Perencanaan Struktur Atap Atap direncanakan dari struktur baja yang dirakit di tempat atau di proyek. Perhitungan struktur rangka atap didasarkan pada panjang bentangan jarak kuda kuda satu dengan yang lainnya. Selain itu juga diperhitungkan terhadap beban yang bekerja, yaitu meliputi beban mati, beban hidup, dan beban angin. Setelah diperoleh pembebanan, kemudian dilakukan perhitungan dan perencanaan dimensi serta batang dari kuda kuda tersebut...1. Rencana Rangka Kuda-Kuda a. Pembebanan Pada perencanaan atap ini, beban yang bekerja adalah : 1) Beban mati ) Beban hidup 3) Beban angin

7 10 b. Asumsi Perletakan Tumpuan sendi dan roll. c. Analisa struktur menggunakan program SAP 000. d. Analisa tampang menggunakan peraturan SNI e. Perhitungan dimensi profil kuda-kuda. 1) Batang tarik Ag perlu = P mak Fy An perlu = 0,85.Ag An = Ag-dt L = Panjang sambungan dalam arah gaya tarik x Y Yp U 1 x L Ae = U.An Cek kekuatan nominal : Kondisi leleh Pn 0,9. Ag. Fy Kondisi fraktur Pn 0,75. Ag. Fu Pn P. (aman) ) Batang tekan b tw Periksa kelangsingan penampang : 300 Fy

8 11 c K. l r Fy E Apabila = λc 0,5 ω = 1 0,5< λs < 1, ω 1,43 1,6-0,67λc λs 1, ω 1,5. s Pn. Ag. Fcr Ag f y Pu P n 1. (aman).. Perencanaan Gording a. Pembebanan Pada perencanaan atap ini, beban yang bekerja pada gording adalah: 1. Beban mati (titik) Beban mati (titik), seperti terlihat pada gambar.1. : y x q Gambar.1. Pembebanan Gording untuk Beban Mati (titik) Menentukan beban mati (titik) pada gording (q) a) Menghitung : qx = q sin qy = q cos Mx1 = 1 /8.qy. L My1 = 1 /8.qx. L qx qy

9 1 Beban hidup Beban hidup, seperti terlihat pada gambar.. : y x Px P Gambar.. Pembebanan Gording untuk Beban Hidup a) Menentukan beban hidup pada gording (P) b) Menghitung : Px = P sin Py = P cos Mx = 1 /4.Py. L My = 1 /4.Px. L Py. Beban angin Beban angin, seperti terlihat pada gambar.3. : TEKAN HISAP Gambar.3. Pembebanan Gording untuk Beban Angin Beban angin kondisi normal, minimum = 5 kg/m a) Koefisien angin tekan = (0,0 0,4) b) Koefisien angin hisap = 0,4

10 13 Beban angin : a) Angin tekan (W1) = koef. Angin tekan x beban angin x 1/ x (s1+s) b) Angin hisap (W) = koef. Angin hisap x beban angin x 1/ x (s1+s) Beban yang bekerja pada sumbu x, maka hanya ada harga Mx : 1) Mx (tekan) = 1 /8. W1. L Mx (hisap) = 1 /8. W. L b. Kontrol terhadap tegangan Mx Wx My Wy Keterangan : Mx = Momen terhadap arah x Wx = Beban angin terhadap arah x My = Momen terhadap arah y Wy = Beban angin terhadap arah y c. Kontrol terhadap lendutan Secara umum, lendutan maksimum akibat beban mati dan beban hidup harus lebih kecil dari 1 L pada balok yang terletak bebas atas dua tumpuan, L adalah 50 bentang dari balok tersebut, pada balok menerus atau banyak perletakkan, L adalah jarak antar titik beloknya akibat beban mati,sedangkan pada balok kantilever L adalah dua kali panjang kantilevernya. (PPBBI 1984 pasal 15.1 butir 1) sedangkan untuk lendutan yang terjadi dapat diketahui dengan rumus: qx. L Px. L Zx 384. E. Iy 48. E. Iy qy. L Py. L Zy 384. E. Ix 48. E. Ix Z Zx Zy

11 14 Keterangan: Z = lendutan pada baja qy = beban merata arah y Zx = lendutan pada baja arah x Ix = momen inersia arah x Zy = lendutan pada baja arah y Iy = momen inersia arah y qx = beban merata arah x Syarat gording itu dinyatakan aman jika: Z Z ijin.3. Perencanaan Struktur Beton Ada dua jenis struktur didalam perencanaan beton bertulang yaitu struktur statis tertentu dan struktur statis tidak tertentu. Pada struktur statis tertentu diagram diagram gaya dalam dapat ditentukan secara mudah dengan tiga persyaratan kesetimbangan yaitu M = 0 ; V = 0 ; H = 0. Pada struktur statis tak tertentu, besarnya momen tidak dapat ditentukan hanya dengan menggunakan tiga persamaan kesetimbangan yang telah disebutkan, perobahan bentuk struktur ini serta ukuran komponennya memegang peranan penting didalam menentukan distribusi momen yang bekerja didalamnya. Letak tulangan pada struktur statis tak tertentu dapat ditentukan dengan menggambarkan bentuknya setelah mengalami perobahan bentuk. Seperti terlihat pada gambar.4.: Gambar.4. Diagram Tegangan pada Beton

12 Perencanaan Pelat Lantai Dalam perencanaan struktur pelat bangunan ini menggunakan metode perhitungan Arah. Dengan ketentuan Ly (Pelat Dua Arah). Beban pelat lantai pada jenis Lx ini disalurkan ke empat sisi pelat atau ke empat balok pendukung, akibatnya tulangan utama pelat diperlukan pada kedua arah sisi pelat. Seperti terlihat pada Gambar.5. : Gambar.5. Pelat Dua Arah Dengan perencanaan : a. Pembebanan : 1) Beban mati ) Beban hidup : 50 kg/m b. Asumsi Perletakan : jepit elastis, jepit penuh dan jepit bebas. c. Analisa struktur menggunakan tabel SNI d. Analisa tampang menggunakan SNI Pemasangan tulangan lentur disyaratkan sebagai berikut : 1) Jarak minimum tulangan sengkang 5 mm ) Jarak maksimum tulangan sengkang 40 atau h

13 16 Penulangan lentur dihitung analisa tulangan tunggal dengan langkah-langkah sebagai berikut : M n dengan, 0,80 m = M u f y 0,85xf ' c Rn = = M n bxd 1 1 m 1.m.Rn fy b = 0,85.fc.. fy max = 0,75. b min <<maks fy tulangan tunggal <min dipakai min = 0,005 As = ada. b. d Luas tampang tulangan As = Jumlah tulangan x Luas.3.. Perencanaan Balok Dalam perencanaan balok langkah pertama yang perlu dilakukan untuk pendimensian balok adalah menentukan besarnya gaya gaya dalam yang terjadi pada struktur untukkemudian hasil perencanaan dianalisa apakah memenuhi syarat atau tidak, adapun syarat yang dipakai adalah : h = 1/10 L 1/1 L b = 1/ h /3 h secara umum hubungan antara d dan h ditentukan oleh : d = h -1/Øtul - Øsengk - p keterangan : h = tinggi balok

14 17 b = lebar balok d = tinggi efektif L = panjang bentang Ø tul= diameter tulangan utama. Øsengk = diameter sengkang. h d b Gambar.6. Penampang Balok Dengan perencanaan : a. Pembebanan : 1) Beban mati ) Beban hidup : 50 kg/m b. Asumsi Perletakan : jepit jepit, jepit sendi dan sendi sendi. c. Analisa struktur menggunakan program SAP 000. d. Analisa tampang menggunakan peraturan SNI Perhitungan tulangan lentur : M n M u dengan, 0,80 f y m = 0,85xf ' c Rn = = M n bxd 1 1 m 1.m.Rn fy

15 18 b = 0,85.fc.. fy max = 0,75. b min = 1,4/fy min <<maks <min fy Perhitungan tulangan geser : 0,60 Vc = 1 6 x Vc=0,6 x Vc f ' cxbxd Φ.Vc Vu 3 Φ Vc ( perlu tulangan geser ) Vu < Vc < 3 Ø Vc (tidak perlu tulangan geser) Vs perlu = Vu Vc ( pilih tulangan terpasang ) Vs ada = ( Av. fy. d) s ( pakai Vs perlu ) tulangan tunggal dipakai min.3.3. Perencanaan Kolom Kolom direncanakan untuk memikul beban aksial terfaktor yang bekerja pada semua lantai atau atap dan momen maksimum yang berasal dari beban terfaktor pada satu bentang terdekat dari lantai atau atap yang ditinjau. Kombinasi pembebanan yang menghasilkan rasio maksimum dari momen terhadap beban aksial juga harus diperhitungkan. Momen-momen yang bekerja harus didistribusikan pada kolom di atas dan di bawah lantai tersebut berdasarkan kekakuan relatif kolom dengan memperhatikan kondisi kekangan pada ujung kolom. Terlihat pada gambar.7. :

16 19 d h b selimut beton Gambar.7. Penampang kolom Didalam merencanakan kolom terdapat 3 macam keruntuhan kolom, yaitu : 1. Keruntuhan seimbang, bila Pn = Pnb.. Keruntuhan tarik, bila Pn < Pnb. 3. Keruntuhan tekan, bila Pn > Pnb. Adapun langkah-langkah perhitungannya : 1. Menghitung Mu, Pu, e = Mu. Tentukan f c dan fy 3. Tentukan b, h dan d Pu 4. Hitung Pnb secara pendekatan As = As Maka Pnb = Cc = 0,85.f c.ab.b Dengan: ab = Hitung Pn perlu = Pu d 600 fy Bila Pn < Pnb maka terjadi keruntuhan tarik

17 0 As = Pn.( e h d ) i fy.( d d ) Pnperlu a 0,85. f ' c. b Bila Pnperlu> Pnb maka terjadi keruntuhan tekan. e k d d' k 1 3. he d 0,5 1,18 1 k 1 As' k1. Pnperlu. Kc fy k Kc b. h. f ' c Untuk meyakinkan hasil perencanaan itu harus dicek dengan analisis dan memenuhi : Pn Pu Keterangan : As = Luas tampang baja e = Eksentrisitas b = Lebar tampang kolom Pn = Kapasitas minimal kolom d = Tinggi efektif kolom k = faktor jenis struktur d = Jarak tulangan kesisi He = Tebal kolom luar beton (tekan) f c = Kuat tekan beton.4. Perencanaan Struktur Pondasi Dalam perencanaan struktur ini, pondasi yang digunakan adalah pondasi telapak (foot plat) dan daya dukung ijin tanah () sebesar,5 kg/cm. Adapun langkahlangkah perhitungan pondasi yaitu :

18 1 a. Menghitung daya dukung tanah Pu tanah A A Pu tan ah B L A σa yang terjadi = P A total M total ( 1 ). b. L 6 σa tanah yang terjadi < σa ijin tanah...(aman). Dengan : σ ijin tanah,5 kg/m A = Luas penampang pondasi B = Lebar pondasi Pu = Beban ultimate L = Panjang pondasi b. Menghitung berat pondasi Vt = (Vu + berat pondasi). c. Menghitung tegangan kontak pondasi (qu). 1 Mu. qu. L Mu Mn fy m 0,85. f ' c Mn Rn b.d 1. 1 m Jika ρ<ρ maks Jika ρ>ρ maks. m. Rn 1 fy tulangan tunggal tulangan rangkap Jika ρ>ρ min dipakai ρ min = 0,005

19 As= ρada. b. d Keterangan : Mn = Momen nominal b = Lebar penampang Mu = Momen terfaktor d = Jarak ke pusat tulangan tarik = Faktor reduksi fy = Tegangan leleh ρ = Ratio tulangan Rn = Kuat nominal f c = Kuat tekan beton d. Perhitungan tulangan geser. Pondasi footplat, seperti terlihat pada gambar.8. : P a B B ht Gambar.8. Pondasi Footplat Perhitungan : Mencari P dan ht pada pondasi. L = (ht + b + a) =... (kg/cm ) τ pons = P L.ht τ ijin = 0,65. σk τ pons < τ ijin, maka (tebal Footplatcukup, sehingga tidak memerlukan tulangan geser pons). Keterangan : ht = Tebal pondasi. P = Beban yang ditumpu pondasi. τ pons = Tulangan geser pons.