MODIFIKASI PERENCANAAN GEDUNG TOWER C KEBAGUSAN CITY JAKARTA MENGGUNAKAN STRUKTUR BAJA KOMPOSIT

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 1 MODIFIKASI PERENCANAAN GEDUNG TOWER C KEBAGUSAN CITY JAKARTA MENGGUNAKAN STRUKTUR BAJA KOMPOSIT Muhammad Zakki, Endah Wahyuni, ST, MSc, PhD, dan Ir. R. Soewardojo, MSc Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya endah@ce.its.ac.id Abstrak Maraknya pembangunan gedung-gedung tinggi di Indonesia membuat para perencana struktur mencari alternatif desain yang paling tepat untuk digunakan dalam merencanakan suatu bangunan, salah satunya adalah dalam pemilihan bahan struktur utama gedung. Dalam pemilihan bahan struktur, ada perencana yang menggunakan beton bertulang maupun baja komposit. Dewasa ini, penggunaan baja komposit pada bangunan gedung khususnya di Indonesia sudah semakin banyak karena adanya kelebihan-kelebihan yang dimiliki struktur baja komposit dibandingkan dengan struktur beton bertulang biasa. Perbedaan antara balok beton bertulang dengan balok komposit adalah untuk momen positif, pada beton bertulang gaya-gaya tarik yang terjadi pada elemen struktur dipikul oleh besi tulangan, sedangkan pada struktur komposit gaya-gaya tarik yang terjadi dipikul oleh profil baja. Jika ditinjau dari segi kualitas dan efisiensi waktu pekerjaan bangunan dengan struktur baja komposit lebih menguntungkan. Dengan menggunakan konstruksi komposit dalam desain suatu komponen struktur ternyata dapat diperoleh beberapa keuntungan sebagai berikut, diantaranya dapat mereduksi berat profil baja yang dipakai, tinggi profil baja yang dipakai dapat dikurangi, meningkatkan kekakuan lantai, dan dapat menambah panjang bentang layan. Dalam tugas akhir ini, dimodifikasi struktur gedung Tower C Kebagusan City Jakarta menggunakan struktur baja komposit yang semula bangunan ini direncanakan menggunakan struktur beton bertulang biasa. Bangunan tersebut direncanakan berjumlah 20 lantai. Bangunan tersebut sangat tinggi, sehingga penggunaan struktur baja komposit akan menjadi kelebihan tersendiri. Hasil dari penyelesaian Tugas Akhir ini yaitu adanya dimensi terhadap bangunan yang meliputi dimensi pelat, tangga, lift, atap, balok anak, balok induk, kolom dan pondasi. Pada akhirnya, dari penyusunan tugas akhir ini penulis mengharapkan dapat merencanakan suatu struktur komposit yang efisien tanpa mengabaikan faktor keselamatan dan fungsi bangunan tersebut. Kata Kunci Baja Komposit, Balok Komposit, Kolom Komposit, Perencanaan Gedung. I. PENDAHULUAN ARAKNYA pembangunan gedung-gedung tinggi di MIndonesia membuat para perencana struktur mencari alternatif desain yang paling tepat untuk digunakan dalam merencanakan suatu bangunan, salah satunya adalah dalam pemilihan bahan struktur utama gedung. Dalam pemilihan bahan struktur, ada perencana yang menggunakan beton bertulang maupun baja komposit. Dewasa ini, penggunaan baja komposit pada bangunan gedung khususnya di Indonesia sudah semakin banyak karena adanya kelebihan-kelebihan yang dimiliki struktur baja komposit dibandingkan dengan struktur beton bertulang biasa. Perumusan Masalah Permasalahan yang perlu diperhatikan dalam penyusunan tugas akhir ini diantaranya adalah: 1. Bagaimana merencanakan dimensi struktur (preliminary design) yang meliputi struktur primer dan struktur sekunder pada bangunan ini dengan menggunakan baja komposit? 2. Bagaimana menghitung pembebanan pada gedung ini? 3. Bagaimana memodelkan dan menganalisa struktur pada bangunan ini? 4. Bagaimana merencanakan sambungan yang memenuhi kriteria perancangan struktur pada bangunan ini? 5. Bagaimana merencanakan pondasi pada bangunan ini? 6. Bagaimana menggambarkan hasil perhitungan dan perencanaan struktur pada bangunan ini kedalam gambar teknik? Batasan Masalah Dalam penyelesaian tugas akhir ini dibatasi pembahasan pada batasan-batasan berikut: 1. Pada perencanaan ini segi biaya bangunan tidak ditinjau. 2. Aspek arsitektur bangunan tidak diperhitungkan dalam perencanaan ini. 3. Peraturan yang digunakan adalah SNI , SNI , SNI , SNI dan LRFD. 4. Program bantu yang digunakan adalah SAP2000 dan AutoCAD. II. TINJAUAN PUSTAKA Struktur komposit merupakan perpaduan antara beton dan baja profil. Perbedaan antara balok beton bertulang dengan balok komposit yaitu untuk momen positif, pada beton bertulang gaya-gaya tarik yang terjadi pada elemen struktur dipikul oleh besi tulangan, sedangkan pada struktur komposit gaya-gaya tarik yang terjadi dipikul oleh profil baja. Jika ditinjau dari segi kualitas dan efisiensi waktu, pekerjaan bangunan dengan struktur baja komposit lebih menguntungkan. Dengan menggunakan konstruksi komposit dalam desain suatu komponen struktur dapat

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 2 diperoleh beberapa keuntungan sebagai berikut: dapat mereduksi berat profil baja yang dipakai, tinggi profil baja yang dipakai dapat dikurangi, meningkatkan kekakuan lantai, dapat menambah panjang bentang layan (Salmon & Johnson, 1991). Penampang komposit mempunyai kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan penampang lempeng beton dan gelagar baja yang bekerja sendiri-sendiri dan dengan demikian dapat menahan beban yang lebih besar atau beban yang sama dengan lenturan yang lebih kecil pada bentang yang lebih panjang. Apabila untuk mendapatkan aksi komposit bagian atas gelagar dibungkus dengan lempeng beton, maka akan didapat pengurangan pada tebal seluruh lantai, dan untuk bangunan-bangunan pencakar langit, keadaan ini memberikan penghematan yang cukup besar dalam volume, pekerjaan pemasangan kabel-kabel, pekerjaan saluran pendingin ruangan, dinding-dinding, pekerjaan saluran air, dan lain-lainnya (Amon, 1999). Pada struktur komposit akan terjadi aksi komposit. Aksi komposit terjadi apabila dua batang struktural pemikul beban, seperti pada pelat beton dan balok baja sebagai penyangganya, dihubungkan secara menyeluruh dan mengalami defleksi sebagai satu kesatuan. IV. PRINSIP-PRINSIP PUBLIKASI Gambar 2. Metodologi Tugas Akhir IV. PEMBEBANAN DAN ANALISA GEMPA Gambar 1. Perbandingan antara balok yang melendut dengan dan tanpa aksi komposit Pada balok komposit, pada bidang pertemuan antara pelat beton dan balok baja dipasang alat penghubung geser sehingga pelat beton dan balok baja bekerja sebagai satu kesatuan. Pada bidang kontak tersebut bekerja gaya geser vertikal dan horizontal. Gaya geser horizontal tersebut akan menahan perpanjangan serat bawah pelat dan perpendekan serat atas balok baja. Pada balok nonkomposit, hanya bekerja gaya vertikal saja. III. METODOLOGI Tahapan pengerjaan tugas akhir ini adalah pengumpulan data-data berupa data umum bangunan dan data tanah. Kemudian dilanjutkan dengan studi literatur yang berhubungan dengan tugas akhir yakni berupa pencarian referensi dan peraturan-peraturan yang berkaitan dengan tugas akhir. Selanjutnya melakukan preliminary design dan menghitung pembebanan. Kemudian melakukan pemodelan dan analisa struktur. Selanjutnya dilakukan kontrol terhadap dimensi. Dilakukan design ulang jika seandainya kontrol dimensi tidak memenuhi. Jika telah memenuhi, dilanjutkan dengan tahapan penggambaran dengan menggunakan AutoCad. Flowchart selengkapnya dapat dilihat pada gambar 2. Gambar 3. Pemodelan struktur Kategori Resiko Bangunan : II Faktor Keutamaan :1 Analisa Kelas Situs : SD (Tanah Sedang) Ss = 0,6 0,7g S 1 = 0,2 0,25g S DS = 0,528 S D1 = 0,267 Ct = 0,0724 x = 0,8 Ta = 1,926 C u x T a = 1,4 x 1,926 = 2,699 detik T = 2,622 detik < C u x T a = 2,699 detik, maka dipakai T = 2,622 detik Kategori desain seismik tipe D Koefisien modifikasi respon R = 5 Faktor kuat-lebih 0 = 3 Pembesaran defleksi C d = 4,5 S = 13 m ; De = 54,4 m

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 3 13/54,4 = 0,24 < 3, maka struktur pelat sebagai diafragma adalah kaku. Tabel 1. Partisipasi Massa Ragam Terkombinasi TABLE: Modal Periods And Frequencies OutputCase StepType StepNum Period Frequency CircFreq Eigenvalue Text Text Unitless Sec Cyc/sec rad/sec rad2/sec2 MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode V. PERHITUNGAN STRUKTUR Struktur Sekunder Tebal pelat atap = 9 cm Tebal pelat lantai = 10 cm Lebar bordes = 120 cm Panjang bordes = 320 cm Panjang tangga = 300 cm Lebar tangga = 150 cm Tinggi bordes = 175 cm Tinggi injakan (t) = 15 cm Lebar inkajan (i) = 30 cm Tebal pelat tangga = 9 cm Struktur Primer Balok: Balok induk direncanakan menggunakan profil WF 350 x x 8 x 12 BJ 41 : fy = 0 kg/cm 2 fu = 4100 kg/cm 2 Perhitungan Balok Melintang: Kondisi sebelum komposit Pada kondisi sebelum komposit, berdasarkan hasil SAP2000 v diperoleh gaya-gaya dalam maksimum sebagai berikut: Mmax = 12221,7 kg.m Vmax = 10066,52 kg L = 570 cm a. Kontrol kuat geser h 272 h plastis tw fy ,57 fy Vn = 0,6 x fy x Aw Aw = d x tw = 33,6x0,8= 26,88 cm 2 = 0,6 x 0 x 26,88 = kg Syarat: Vn Vu ( = 0,9) 0,9 x , ,52...Ok!! b. Kontrol Kuat Momen Lentur - Tekuk Lokal (local buckling) Sayap: bf ,38 2. tf 2x p 10,75 bf p 2. tf Penampang Kompak! - Tekuk Lateral (lateral buckling) Jarak penahan lateral = 285 cm Dari tabel profil untuk WF 350xx8x12 dengan BJ 41, diperoleh: Lp = 294,699 cm Lr = 868,078 cm Dengan demikian: Lb < Lp...Bentang Pendek! Mn = Mp = Zx.fy = 1163 x 0 = kg.cm = kgm Syarat : ΦMn Mu (Φ = 0,9) 0,9 x , , ,7...Ok!! c. Kontrol Lendutan Lendutan ijin: L 570 f ' 2,375 cm Dari hasil perhitungan dengan SAP2000 v diperoleh lendutannya sebesar: y maks = 0,31 cm Syarat: y max < f ' 0,31 < 2,375...Ok!! Badan: h p 106,25 h p tw Kondisi Setelah Komposit Pada kondisi setelah komposit, berdasarkan hasil SAP2000 v diperoleh gaya-gaya dalam maksimum sebagai berikut: M max (+) = 4671,98 kgm M max (-) = ,15 kgm V max = 10833,88 kg Zona Momen Positif a. Kontrol kuat geser Kuat geser balok tergantung pada perbandingan antara tinggi bersih pelat badan (h) dengan tebal pelat badan (tw). h k n E 1.1 fy dimana k n = 5 untuk balok tanpa pengaku vertikal pelat badan, sehingga:

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) x ,57 0 h k fye 1.1 n plastis tw Vn = 0,6 x fy x Aw Aw = d x tw = 33,6x0,8= 26,88 cm 2 = 0,6 x 0 x 26,88 = kg Syarat: Vn Vu ( = 0,9) 0,9 x , ,88...Ok!! b. Lebar Efektif (balok interior) - b eff L/4 = 142,5 cm - b eff b o = 640 cm dipakai b eff = 142,5 cm c. Kontrol kuat momen lentur: - Tekuk Lokal (local buckling) Sayap: bf ,38 2. tf 2x p 10,75 bf p 2. tf Penampang Kompak! Karena profil penampang kompak, maka kekuatan lentur positif dapat dihitung menggunakan distribusi tegangan plastis. - Menghitung momen nominal (Mn) Mencari tebal pelat rata-rata (tb rata2 ) akibat bondeks yang dipasang sejajar balok. A lubang bondeks = 8,75 x 0,5(1,2+3,2)(5,3) = 102,03 cm 2 A pelat penuh = 10 x 142,5 = 1425 cm 2 A beton = ,03 = 1322, cm 2 tb rata2 = A beton / b eff = 1323 / 142,5 = 9,28 cm Menentukan gaya yang terjadi: C = 0,85 x fc x tb rata2 x b eff = 0,85 x 300 kg/cm 2 x 9,28 cm x 142,5 cm = kg T = As x fy = 88,15 cm 2 x 0 kg/cm 2 = kg Karena C > T, maka garis netral terletak di pelat beton Asxfy (88,15)(0) a 6,06cm 0.85xfc' xb (0,85)(300)(142,5) eff Badan: h p 106,25 h p tw tb hr d beff Gambar 4. Penampang Komposit Balok Induk Melintang T a d3 C d2 = 0 - Menentukan jarak jarak dari centroid gaya gaya yang bekerja d1 = hr + tb a/2 = 5,3 + 4,7 (6,06/2) = 6,97 cm d2 = 0 (Profil baja tidak mengalami tekan) d3 = d/2 = 33,6/2 = 16,8 cm e = d1 + d2 + d3 = 6, ,8 = 23,77 cm - Menghitung momen positif Mn = T x e = (220375)(23,77) = ,75 kg.cm = 52383,14 kg.m Syarat: Mn Mu ( = 0,85) 0,85 x 52383, , , ,98...Ok!! Momen nominal penampang komposit lebih besar daripada momen akibat beban berfaktor, sehingga penampang mampu menahan beban yang terjadi. d. Kontrol Lendutan Lendutan ijin: L 570 f ' 2,375 cm Dari hasil perhitungan dengan SAP2000 v diperoleh lendutannya sebesar: y maks = 0,34 cm Syarat: y max < f ' e. 0,34 < 2,375...Ok!! 30 e. Perencanaan Penghubung Geser Untuk penghubung geser yang dipakai adalah tipe stud dengan: ds = 19 mm Asc = 283,4 mm Ec 0,041xWc 1.5 fc' 0,041(2400) fu = 400 Mpa = 40 kg/mm 2 = 26403,5 MPa Qn 0,5xAscx fc' xec 0,5x283,4 x 30x26403,5 = ,7 N = 12610,67 kg/stud Syarat: Qn Asc. fu 12610,67 < (283,4)(40) 12610,67 > 11335,4...pakai Qn = 11335,4 kg d1 e

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 5 Cek koefisien reduksi (rs) karena pengaruh pelat bondeks yang dipasang tegak lurus terhadap balok. hr = 53 mm Hs = (hr+40) mm = 93 mm Wr = 180 mm Nr = 2 (dipasang 2 stud pada setiap gelombang) 0,85 Wr Hs rs 1 1 Nr hr hr 0, rs rs 1, dipakai rs = 1 Jumlah stud untuk setengah bentang dimana shear connector dipasang 2 buah dalam satu baris: T N 9,72 10 pasang 2Qnxrs (2)(11335,4)(1) Jarak seragam (S) dengan stud pada masing masing lokasi: L 570 S 57cm N 10 Jarak maksimum (S max ) = 8 x t plat beton...lrfd-15.6 = 8 x 10cm = 80 cm Jarak minimum (S min ) = 6 x ds.lrfd-15.6 = 6 x 1,9 cm = 11,4 cm Jadi, dipasang shear connector setiap jarak 50 cm. Luas flens tertekan: ( Pyc T)/ ,84 A' 27,63 cm 2 fy 0 A' 27,63 A' b. 1,11 cm b 24,9 Menentukan jarak jarak dari centroid gaya gaya yang bekerja: d1 = hr + tb c = 5,3 + 4,7 2 = 8 cm d2 = /2 = 1,11/2 = 0,56 cm d3 = d/2 = 33,6/2 = 16,8 cm Perhitungan momen negatif : Mn = T.(d1 + d2) + Pyc.(d3 d2) = 82223,33(8 + 0,56) (16,8 0,56) = ,71 kg.cm = 42827,22 kg.m Syarat: Mn Mu ( = 0,85) 0,85 x 42827, , , ,15...Ok!! Jadi, Balok induk dengan profil WF 350 x x 8 x 12 dapat digunakan. Kolom: Kolom komposit direncanakan menggunakan profil K500x200x10x16 dan beton 750x750 Zona Momen Negatif Dipasang tulangan pada pelat beton berjumlah 10Ø19 disepanjang b eff. Batang tulangan menambah kekuatan tarik nominal pada pelat beton. Batang tulangan menambah kekuatan tarik nominal pada pelat beton: T = n x Ar x fyr = 10 x (0,25 x x 1,9 2 ) x 2900 = 82223,33 kg Gaya tekan nominal maksimum dalam penampang baja: Pyc = As x fy = 88,15 x 0 = kg tb hr d c beff Gambar 5. Distribusi Tegangan Negatif Balok Induk Melintang T 2fy fy Pyc d2 d1 d3 Kuat rencana kolom komposit :. Pn 0, , ,85 kg Syarat :.Pn> Pu ,85Kg > ,69 Kg...OK Semua beban desain kolom ditopang oleh kolom komposit (terdiri dari profil baja dan beton). Kontrol interaksi : Pu ,69 0,78 > 0,2 c.pn ,85 Pu Untuk > 0,2...Digunakan rumus 1 pada SNI Pn ps.12.5 Pu 8 Mux Muy 1,0. Pn 9. Mnx. Mny , ,33 0,78 1,0 9 0, ,6 0, ,6 = 0,833 < 1...Ok!! Jadi kolom komposit profil K 500x200x10x16 dengan selimut beton 75 cm x 75 cm dapat digunakan. Karena Pyc T, maka garis netral terletak pada profil baja, berlaku persamaan: (Pyc T)/2 = ( ,33)/2 = 69075,84 kg Gaya pada sayap: Tf = bf x tf x fy = 20 x 1,4 x 0 = kg Tf > (Pyc T)/2, sehingga garis netral jatuh pada flens profil. VI. KESIMPULAN Dari hasil analisa dan perhitungan pada tugas akhir ini, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Dilakukan perhitungan struktur sekunder terlebih dahulu seperti perhitungan tangga, pelat lantai, dan balok anak terhadap beban-beban yang bekerja

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 6 baik beban mati, beban hidup maupun beban terpusat. 2. Dilakukan kontrol terhadap balok utama pada kondisi sebelum komposit dan kondisi setelah komposit. Kontrol yang dilakukan meliputi : kontrol lendutan, kontrol penampang (local buckling), kontrol lateral buckling dan kontrol geser. 3. Dilakukan kontrol kekuatan struktur kolom komposit yang meliputi kontrol luas minimum beton pada kolom komposit, perhitungan kuat tekan aksial kolom, perhitungan kuat lentur kolom, dan kontrol kombinasi aksial dan lentur. 4. Rigid connection digunakan untuk sambungan antara balok-kolom. Simple connection digunakan pada sambungan balok anak dengan balok induk. 5. Dimensi - dimensi dari struktur yang digunakan adalah sebagai berikut : Dimensi kolom - Profil : K 500x200x10x16 - Beton : 750x750 Profil balok induk : WF 350xx8x12 Profil balok anak : WF x175x7x11 Profil balok lift - Balok penggantung : WF 350xx8x12 - Balok Penumpu : WF 300x300x9x14 - Balok pemisah : WF 300x150x5.5x8 Profil balok tangga - Utama : WF 175x90x5x8 - Penumpu : WF 150x150x7x10 6. Struktur bangunan bawah menggunakan pondasi dalam berupa tiang pancang berdiameter 60 cm sedalam 18 meter. DAFTAR PUSTAKA [1] Amon, Rene., Bruce Knobloch., dan Atanu Mazumder Perencanaan Konstruksi Baja Untuk Insinyur dan Arsitek 2. Jakarta : PT. Pradinya Paramita. [2] Badan Standarisasi Nasional. SNI Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. [3] Badan Standarisasi Nasional. SNI Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung, Pedoman Perencanaan. [4] Badan Standarisasi Nasional. SNI Tata Cara Perhitungan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung. [5] Badan Standarisasi Nasional. SNI Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung. [6] Gunawan, Ir, Rudy Tabel Profil Konstruksi Baja. Yogyakarta : Penerbit Kanisius. [7] G. Salmon, Charles & John E. Johnson Struktur Baja Desain Dan Prilaku Jilid 1 Edisi Kedua. Diterjemahkan oleh Ir. Wira M.S.CE. Jakarta : Erlangga. [8] ILT Learning SAP2000 Versi 10. Jakarta : Elex Media Komputindo. [9] Marwan dan Isdarmanu Buku Ajar: Struktur Baja I. Surabaya: Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS. [10] Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung Menggunakan LRFD, Laboratotium Mekanika Struktur Pusat Penelitian Antar Universitas Bidang Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung, Bandung, Juli 2000.