PERENCANAAN ALTERNATIF GEDUNG KAMPUS FAKULTAS ILMU BUDAYA UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG DENGAN MENGGUNAKAN PROFIL CASTELLATED BEAM NON KOMPOSIT

Transkripsi

1 PERENCANAAN ALTERNATIF GEDUNG KAMPUS FAKULTAS ILMU BUDAYA UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG DENGAN MENGGUNAKAN PROFIL CASTELLATED BEAM NON KOMPOSIT Edy Sulistyanto Raharjo, M. Taufik Hidayat, Eva Arifi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Jl. MT. Haryono 167 Malang, 65145, Jawa Timur Indonesia ABSTRAK Castellated Beam adalah profil baja yang kekuatan komponen strukturnya bertambah dengan cara memperpanjang profil kearah satu sama lain dan di las sepanjang pola. Profil ini juga biasa disebut sarang lebah karena memiliki bentuk lubang segi enam menyerupai sarang. Castellated Beam ini mempunyai tinggi (h hampir 50% lebih tinggi dari profil awal sehingga meningkatkan nilai lentur axial, momen inersia (Ix, dan modulus section (Sx. Badan profil dibuat dicetakan hot - rolled (molding panas dengan bentuk I, H, U dan memotong zig zag. Setengah hasil pemotongan digeser atau dibalik dimana ujung atas kanan dilas dengan ujung bawah kiri, dan sebaliknya. Sehingga lubang yang dihasilkan berbentuk segi enam (hexagonal. Dalam perenacanaan ini akan dilakukan analisis struktur gedung dengan material baja Wide Flange yang dipotong menjadi baja Castellated Beam dengan mutu baja BJ 41. Analisis yang akan dilakukan pada studi ini yaitu dengan menggunakan bantuan software SAP 000. Dalam analisisnya menggunakan 3 dimensi dengan memasukkan beban-beban yang bekerja pada stuktur, dengan bentang balok induk sebesar 7, meter. Dari hasil analisis program SAP 000 digunakan baja baja Castellated Beam 918 x 0 x 13 x 3 yang berasal dari baja Wide Flange 61 x 0 x 13 x 3 karena menenuhi kategori penampang kompak, dan harus memenuhi syarat Mn Mu serta perhitungan kuat geser memenuhi syarat Vn Vu Kata kunci : castellated beam; momen inersia; modulus section; wide flange ABSTRACT Castellated Beam is a steel profile which the strength of its structure components increased by lengthening the profile towards one another and welded along the pattern. This profile generally called the beehive because its hexagon shape resembles a nest hole. The height (h of castellated beam is almost 50% higher than the original profile. Thus, castellated beam increases the value of axial bending, the moment of inertia (Ix, and the modulus section (Sx. Web profile is created in hot - rolled (hot molding to form I, H, U and zigzag cutting. Half of the cutting results are shifted or reversed which in the top right corner, the cutting welded to the bottom left, and also the opposite part of the cutting, so the outcome is in hexagonal form. This design analyzes the structure of the building using wide flange steel material which cut into castellated beam with the BJ 41 quality of the steel. The analysis of this study uses the help of the SAP 000 software. The analysis uses a 3-dimension by entering loads which works on the structure, with the beam span of 7. meters. The result of the analysis of SAP 000, steel castellated beam used 918 x 0 x 13 x 3, originating from the Wide Flange Steel of 61 x 0 x 13 x 3. Because comply the sectional compact category, and must qualify Mn Mu and the calculation of shear strength eligible Vn Vu Keywords: castellated beam; inertia moment; modulus section; wide flange

2 1. PENDAHULUAN Dalam teknik sipil, struktur biasanya dibagi menjadi dua bagian, struktur atas dan struktur bawah. Struktur atas berfungsi sebagai pendukung beban kerja pada sebuah bangunan, struktur atas terdiri dari balok, kolom, lantai dan atap. Struktur bawah berfungsi sebagai pendistribusian beban dari atas ke bawah, struktur bawah terdiri dari pondasi. Pembangunan gedung pencakar langit merupakan solusi akan terbatasnya lahan. Sebagai perencana gedung pencakar langit, harus memperhatikan beban - beban pada bangunan seperti gaya seismik dan gravitasi. Salah satu bangunan tinggi di kota Malang adalah Kampus Fakultas Ilmu Budaya Universitas Brawijaya Malang. Bangunan ini menggunakan struktur beton bertulang. Perencanaan penggunaan struktur beton bertulang dilakukan karena lebih mudah untuk dilakukan dan tidak memerlukan keahlian khusus dalam pengerjaan, tetapi bagaimana jika bangunan tersebut menggunakan struktur baja. Karena struktur beton ini memiliki kelemahan bahwa bangunan menanggung beban mati relatif besar, sehingga bangunan menjadi kurang efektif untuk menanggung beban yang lebih besar. Kelemahan lain dari struktur beton adalah faktor suhu, waktu, kerja atau produksi beton siap (ready mix. Ditambah berat sendiri pada bangunan, akan lebih besar beban gempa yang harus ditahan bangunan tersebut. Sementara bangunan Kampus Fakultas Ilmu Budaya Universitas Brawijaya Malang menggunakan ukuran balok dan kolom yang besar. Maka membutuhkan perencanaan lebih lanjut, khususnya dengan menggunakan struktur baja. Struktur baja juga memiliki kekurangan dari segi manufaktur dan pemeliharaan, serta struktur baja juga lebih mahal dari struktur beton. Profil baja Castlellated Beam adalah hasil pengembangan dari profil baja Wide Flange Shape. Salah satu keuntungan dari profil baja Castlellated Beam adalah bobot yang lebih ringan, tetapi dengan kapasitas momen inersia 1,5 kali lebih besar dari profil Wide Flange Shape dengan berat yang sama, sehingga penggunaan baja akan lebih efisien (dalam kg dan lebih besar menerima momen lentur. Castlellated Beam belum banyak digunakan di gedung-gedung tinggi..1. TINJAUAN PUSTAKA Castellated Beam adalah profil baja yang kekuatannya komponen strukturnya bertambah dengan cara memperpanjang profil kearah satu sama lain dan di las sepanjang pola. Profil ini juga biasa disebut sarang lebah karena memiliki bentuk lubang segi enam menyerupai sarang. Castellated Beam ini mempunyai tinggi (h hampir 50% lebih tinggi dari profil awal sehingga meningkatkan nilai lentur axial, momen inersia (Ix, dan modulus section (Sx (Knowles, Pada flens profil ini memikul sebagian besar beban lentur, sehingga jika ditinjau dari daya tahan terhadap momen maka seharusnya pengurangan luas badan profil ini tidak merupakan persoalan. Namun untuk gaya lintang yang dipikul oleh badan profil ini harus diperhatikan atau ditinjau lebih lanjut. Gaya lintang terkecil berada pada tengah bentang sehingga tidak mempengaruhi kekuatan balok. Gambar 1. Momen lentur akibat gaya lintang. Gambar. Tegangan lentur akibat gaya lintang. Gambar diatas menunjukkan momen lentur akibat gaya lintang, pada bagian potongan T atas dan bawah biasanya merupakan titik balik momen (point of inflection dikarenakan gaya lintang yang dimisalkan terjadi pada tengah lubang ( e. Tetapi jika dimisalkan gaya lintang dipikul sama besar pada bagian atas dan bawah dikarenakan tinggi kedua bagian T itu sama... Terminologi Berikut ini merupakan ilustrasi bagian dari Castellated Beam : Web Post :Area padat dari Castellated Beam Castellation :Area yang telah mengalami pelubangan (hole. Throat Width :Perpanjangan horizontal dari potongan gigi bawah profil. Throat Depth :Tinggi daerah profil potongan gigi bawah sampai sayap profil. Gambar 3. Bagian-bagian hexagonal castellated beam (Patrick Bardley, 007

3 3. METODE PENELITIAN Nama Gedung : Gedung Kampus Fakultas Ilmu Budaya Universitas Brawijaya Struktur Gedung: Gedung menggunakan struktur Jumlah lantai beton : 8 lantai Tinggi Bangunan : ± 35,3 m Tinggi Lantai : Lantai 1 Lantai 7 : 4,5 m Zona Gempa : 4 Lantai 8 :,4 m Data perencanaan : Mengunakan Profil Castellated Beam pada balok dan Profil Wide Flange pada kolom 3.1. Diagram Alur Perencanaan 4.PEMBAHASAN Hasil output SAP 000 v15 akibat beban kombinasi, didapat: Mulai Data Perencanaan Desain awal Pembebanan Analisis Statika Menggunakan SAP000 Pemodelan dan Analisa Struktur Desain Balok Castellated Beam Desain Kolom Kontrol Desain Gambar Detail Balok dan kolom menggunakan AutoCAD 016 Selesai Mmax 9308,89 kgm Vu kcm 6038 kg Profil WF 61x0x13x3 Mutu baja BJ 41, fy 50 Mpa 500 kg/cm d bf tw tf 61 mm 0 mm 13 mm 3 mm Ix cm 4 Zx 3777,651 cm 3 Sx 3380 cm 3 r h ry Es G rx 60 ⁰ mm 5mm 43,1 mm Mpa Mpa 46 mm As mm Iy 3180 cm 4 Cw,758 x 10 1 mm 6 J mm 4 L 7, m 4.1. Kontrol Penampang Cek kelangsingan profil WF Pelat Sayap λp 170 fy ,75 λ bf tf 0 x3 4,391 λ < λp Penampang Kompak (OK Pelat badan λp 1680 fy ,53 λ h tw ,154 λ < λp Penampang Kompak (OK

4 4..Perhitungan Dimensi Profil Castellated (Berdasarkan Jurnal Openned Web Expanded Beam and Girder Asumsi, K1 1,5 h d ( K ( 1, mm d g d + h mm b h ,669 mm tan 1,73 dg tf d T h ho h 61 mm 918 x3 e 0,5 x ho 153 mm ao b + e 506,338 mm mm Maka profil Wide Flange menjadi profil Castellated Beam dengan data-data sebagai berikut : d g 918 mm bf 0 mm r mm ho 61 mm ao 506,338 mm t w 13 mm t f 3 mm h d g ( t f + r 88 mm L 7, m 4.3. Mencari Ix dan Zx Pada Profil Castellated Pada bagian tanpa lubang Ix ( 1 1 x b x dg³ ( x mm ,0116 cm 4 Zx ( tw x dg² mm³ 669,418 cm³ Pada bagian berlubang Ix ( 1 1 x b x dg³ ( x 1 1 x (b tw (dg tf³ (bf tw (dg tf x tf tw x (b (dg tf 3 ( 1 x tw x(dg tf h³ ( ,87 cm 4 Zx ( 1 4 x b x dg² ( x 1 4 tw x (b (dg tf² x ( 1 x tw x ho² mm 3 541,15 mm 3 Ix Ix rata rata Ix Ix Ix tanpa lubang + Ix berlubang 57950, ,9 Ix 31847,6 cm Kontrol Penampang Cek kelangsingan profil WF Pelat Sayap λp 170 fy ,75 λ bf tf 0 x3 4,391 λ < λp Penampang Kompak (OK Pelat badan (ketika solid λp 1680 fy ,53 λ h tw ,69 λ < λp Penampang Kompak (OK Dari kombinasi pembebanan didapat Mu 9308,89 kgm kgcm Karena penampang kompak, maka: Mn Mp Mp Fy x Z 500 x 669, kgcm Mp 1,5 x My 1,5 x ( Fy x Sx 1,5 x 500 x 5931, ,5 kgcm (Dipilih yang terkecil, maka diambil Mp kgcm Mn 0,9 x ,5 kgcm mm 4

5 Mn Mu f L ,5 kgcm kgcm ( OK Pelat badan (ketika berlubang X 1 π S x E s.g.j.a λ dt tw λp 170 fy ,75 λr 370 fy fr ,578 λ < λp < λr maka, Penampang Kompak ( OK Karena penampang kompak maka Mn Mp Mp Fy x Zx 500 x 541, kgcm Mp 1,5 x My 1,5 x ( Fy x Sx 1,5 x 500 x 5931, ,5 kgcm (Dipilih yang terkecil, maka diambil Mp kgcm Δ As h o x tw 61, x 1,3 79,56 cm Momen lentur nominal (berdasarkan ASCE journal page337 Mn Mp fy x Δ As ( ho 4 + e x 30, kgcm Mn 0,9 x Mn 0,9 x ,5 kgcm Mn Mu , kgcm ( OK Kontrol tekuk lateral : L p 790 fy. L p ,1 L p 153,447 mm f L f y f r X 1 π X ,468 MPa X 4.C w ( S x I y G.J X 4.,758x10¹² X 7,139 mm 4 /N ( L r X 1 f L X (f l L r 43,1 1355, L r 649,485 mm ,139 (180 L < L p ( Bentang pendek, sehingga Mn Mp Kontrol kuat geser : d tf tw , fy , fy ,57 Kontrol tekuk badan (berdasarkan ASCE journal page 3319 d tf tw 1365 fy 67,077 86,33... (OK d tf tw 1100 fy 67,077 69,57... (OK ao 506,338 mm ho 61 mm ao 506,338 ho 61 Vp fy x tw x d 3 0,87 3,0 (OK 500 x 1,3 x 7, ,049 kg Po ao + 6ho ho d 506, , ,87 5,6 (OK (Nilai 5,6 adalah untuk baja non komposit f L 50 70

6 Untuk tee atas dan bawah : Vpt μ 0 v ao 6 + μ v+ 3 Vnt fy x tw x dt x 1,3 x , ,489 kg 506,338 dt 130 3,895 0,435 1 (OK 6 + μ v+ 3 x Vpt 0,435 x 43930, ,17 kg Vnt Vpt ,17 kg 43930,489 kg Vn Vnt x Vnt x ,17 137,55 kg Vn Vn 0,9 x Vn 0,9 x 137,55 Vn Vu ,09 kg 6038 kg 4.5. Persamaan Interaksi : ( Mu Mn ³ + (Vu Vn ³ ,09 kg ( ,5 ³ + ( ,09 ³ 1,0 0, ,034 1,0 0,997 1,0 (OK 4.6. Kontrol Jarak Antar Lubang : S ( b + e (176, ,338 mm S ho S ao ( 0,8 1 0, , (OK 659,338 50,634 x 0, ,338 19,944 (OK 4.7. Kontrol Lendutan Dari analisis sturktur program SAP000 di dapat lendutan sebesar 0,0 m atau cm pada joint Perencanaan Kolom Profil WF 458 x 417 x 30 x 50 Bf tf 417 mm 50 mm tw ry fy fu ro Es G rx d h 30 mm 107 mm 50 MPa 410 MPa mm MPa MPa 188 mm 458 mm d (tf + r 314 mm As 5860 mm Zy 44937,5 mm 3 Zx mm3 Sx mm 3 Ix mm 4 Iy mm 4 Cw,5177 * mm 4 J mm 4 L 4500 mm 4.9. Kontrol Penampang Cek kelangsingan penampang pada profil WF Pelat Sayap b 08,5 4,17 t f ,811 f y 50 b t f Pelat badan < λ r (OK h ,467 t w ,05 f y 50 h t w < λ r (OK Faktor panjang efektif Bagian dasar kolom diasumsikan jepit, sehingga G A 1 Momen inersia kolom WF 458 x 417 x 30 x 50 Ix cm 4 Momen inersia Castellated beam 918 x 0 x 13 x 3 Ix 31847,6 cm 4

7 Faktor panjang efektif k G Bx (I L kolom ( I L balok G Bx , ,4085 G Bx 1,63 G By (I L kolom ( I L balok G By , ,606 G By, Akibat portal bergoyang ( 1,D + 1L + 1Ex + 0,3Ey Akibat portal tidak bergoyang ( 1,D+1L k cx 0,8 (dari nomogram diagram λ c k cx. L. π λ c λ c 0,15 f y E s 0, π Karena λ c 0,15 maka: ω 1 f cr f y ω f cr 50 1 f cr 50 MPa Kuat rencana nominal N n A s. f cr N n N n N N n kg N u c.n n persamaan ,14 0, N u c N n ( M ux 0,49 > 0, Maka mengunakan b M n x + M uy Cek kelangsingan penampang profil N u c.n n λ h t w λ ,14 0, ,49 > 0,15 b M n y 1,0 λ 10,467 λ p 500 (,33 f y N u > 665 c N y f y λ p (, ,14 0, > λ p 58,14 > 4,058 λ < λ p 10,467 < 58,37 (Maka penampang kompak Kontrol tekuk lateral : L p 790 fy. L p L p 5346,147 mm f L f y f r f L f L 180 X 1 π S x X 1 E s.g.j.a π X ,14 MPa X 4.C w ( S x I y G.J X 4.,51777x10¹³ X 0,447 mm 4 /N ( L r X 1 f L X (f l L r , L r ,3 mm L < L p ,447( < 5346,147 mm (Bentang Pendek Sehingga M n M p Untuk Mnx M px Z x. f y M px M px Nmm M px ,5 kgm M px 1,5. My M px 1,5. Fy. Sx M px 1,

8 M px Nmm M px kgm (Dipilih yang terkecil, maka diambil Mpx ,5 kgm Mnx 0,9 x Mpx Untuk Mny M py Z y. f y 0,9 x ,5 1913,9 kgm M py 44937,5.50 M py Nmm M py 5613,4375 kgm M py 1,5. My M py 1,5. Fy. Sy M py 1, M py Nmm M py kgm (Dipilih yang terkecil, maka diambil Mpy 5613,4375 kgm Mny 0,9 x Mpy 0,9 x5613, ,093 kgm Menentukan perbesaran momen δ b Mux : Hubungan Balok Kolom M 1 M A M B M C M k cx. L 3360,89 kgm 689,46 kgm 1963,96 kgm 466,39 kgm 788,81 kgm 0, k cx. L 19,148 C m 0,6 0,4. ( M 1 M C m 0,6 0,4. ( 3360,89 788,81 C m 0,4155 π. Es. Ag ( k cx. L π (19, ,93 N ,793 kg δ b δ b C m 1 N u N el 0, , ,793 δ b 1,064 1 (maka diambil 1,064 Mux δ b x Mu maks 1, ,81 776,051 kgm Menentukan perbesaran momen δ b Muy : Hubungan Balok Kolom M 1 M A M B M C M k cy. L 44,46 kgm 183,33 kgm 75,8 kgm 334,93 kgm 594,06 kgm 0, k cy. L 34,485 C m 0,6 0,4. ( M 1 M C m 0,6 0,4. ( 44,46 594,06 C m 0,30 π. Es. Ag ( k cy. L π (34, ,71 N 79168,571 kg δ b δ b C m 1 N u N el 0, , ,571 δ b 1,46 1 (maka diambil 1,46 Muy δ b. Mu maks 1, ,6 740,48 kgm Akibat portal bergoyang ( 1Ex+0,3Ey k cx 1,4 (dari nomogram diagram Menentukan perbesaran momen δ s Mux : Hubungan Balok Kolom

9 M 1 M A M B M C M 16789,74 kgm 16873,5 kgm 16957,7 kgm kgm 41544,74 kgm N u 3148, , ,1 + k cx. L 38895, ,93 kg 1, k cx. L 33,51 π. Es. Ag ( k cx. L π (33, ,4 N Nel ,54 kg 4 x , kg δ s δ s 1 1 N u N el , δ s 1,134 1 (maka diambil 1,134 Mux δ s. Mu maks 1, , ,795 kgm Menentukan perbesaran momen δ s Muy : Hubungan Balok Kolom M 1 M A M B M C M 10693,6 kgm 6385,0 kgm 076,43 kgm 8357,46 kgm 1638,48kgm N u 51, , , ,34 k cy. L , , ,5 kg 1, k cy. L 60,981 π. Es. Ag ( k cy. L π (60, ,048 N Nel 89674,9048 kg 6 x 89674, ,49 kg δ s δ s 1 1 N u N el , ,49 δ s 1,048 1 (maka diambil 1,048 Muy δ s. Mu maks 1, , ,33 kgm Periksa persamaan Mux δ b. Mntux + δ s. Mltux 776,051 kgm , ,846 kgm Muy δ b. Mntuy + δ s. Mltuy 740, , ,803 kgm Kontrol kuat tekan lentur : N u c N n ( M ux b M nx + M uy b M ny 1, , (54883, , , ,09 1,0 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulam 0,991 1,0 (OK Perencanaan alternatif gedung Kampus Fakultas Ilmu Budaya Universitaas Brawijaya Malang mengunakan profil Castellated Beam non komposit adalah : 1. Dilakukan proses perhitungan yang bertujuan mendapatkan potongan zig-zag dari profil Wide Flange untuk mendapatkan lubang dari profil Castellated Beam dan dilanjutkan dengan perhitungan struktur sekunder dan primer pada beban-beban yang bekerja.. Dilakukan cek perhitungan terhadap profil Castellated Beam yang menenuhi kategori penampang kompak, serta perhitungan harus

10 memenuhi syarat Mn Mu dan perhitungan kuat geser memenuhi syarat Vn Vu 5. Saran Berdasarkan hail perencanaan, diharapkan: 1. Seiring dengan kemajuan teknologi, perhitungan gaya-gaya dalam analisis struktur 3D menggunakan aplikasi merupakan suatu alternatif, akan tetapi dari hasil yang diperoleh harus tetap memperhatikan peraturan-peraturan yang berlaku. Sehingga hasilnya dapat dipertanggung jawabkan.. Para perencana juga harus memperhatikan input data dalam program analisis struktur, karena kesalahan input akan membuat hasil tidak valid. Hal kecil yang sering terlupakan adalah satuan, hal-hal kecil seperti ini harus benar diperhatikan. 3. Pemilihan profil yang digunakan harus benarbenar diperhatikan. Sebagai enginerring merencanakan sturktur gedung harus seefisien mungkin, salah satu faktornya adalah biaya. Karena tidak dapat dipungkiri biaya adalah faktor yang sangat menentukan dalam suatu proyek. Akan tetapi harus tetap mempertimbangkan batasan-batasan peraturan yang berlaku, sehingga selain efesien struktur gedung tersebut dapat bertahan lama. DAFTAR PUSTAKA American Institute of Stell Construction, 1999, Load and Resistance Factor Design Spesification, Chicago, Illinois. Journal of Structural Engineering, 199, Proposed Spesification for Structural Steel Beams with Web Openings, ASCE Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung Menggunakan Metode LRFD. Standar Nasional Indonesia Tentang Tata Cara Perecanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. Standar Nasional Indonesia Tentang Tata Cara Perecanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung. Setiawan, Agus, 008. Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD (Sesuai Dengan SNI Semarang: Erlangga. W. Blodgett, Omet Design Of Welded Structures. U.S.A: The James F. Lincoln Arc Welding Fondation