STUDI PERILAKU SAMBUNGAN BALOK-KOLOM (BEAM-COLUMN JOINTS) PADA BANGUNAN STRUKTUR BETON BERTULANG KOMPOSIT (STEEL REINFORCED CONCRETE)

Transkripsi

1 1 STUDI PERILAKU SAMBUNGAN BALOK-KOLOM (BEAM-COLUMN JOINTS) PADA BANGUNAN STRUKTUR BETON BERTULANG KOMPOSIT (STEEL REINFORCED CONCRETE) AKIBAT BEBAN GEMPA Nama Mahasiswa : Nuresta Dwiarti Dosen Pembimbing : Budi Suswanto, ST, MT, Ph.D Endah Wahyuni, ST, M.Sc, Ph.D Abstrak Steel Reinforced Concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja di dalamnya, dan telah banyak digunakan untuk struktur bangunan bertingkat antara 5-20 lantai. Seperti pada kontruksi gedung lainnya, panel pertemuan (sambungan) antara balok dan kolom pada kontruksi gedung SRC merupakan bagian yang rawan mengalami kegagalan struktur terutama akibat beban gempa. Untuk itu pada tugas akhir ini dilakukan studi analisa mengenai sambungan balok-kolom pada struktur SRC, yaitu mengenai kuat gesernya. Kuat geser yang dimiliki oleh sambungan balok-kolom SRC ini dihitung dengan menggunakan dua metode perhitungan, yaitu metode superposisi dan metode modifikasi strut-and-tie, untuk kemudian dibandingkan dengan kuat geser dari struktur beton bertulang biasa. Selain itu penampang dari masing-masing elemen struktur meliputi penampang balok dan kolom juga dianalisa dengan bantuan program XTRACT. Dari hasil analisa yang telah dilakukan dapat dilihat bahwa metode strut-and-tie memberikan hasil perhitungan yang lebih teliti daripada metode superposisi, namun langkah-langkah perhitungannya lebih rumit. Sedangkan dari hasil output kekuatan penampang elemen balok dan kolom dari program XTRACT, dapat dilihat bahwa penampang elemen struktur dari SRC memiliki kekuatan nominal yang hampir sama dengan elemen struktur dari beton bertulang meskipun dengan ukuran penampang yang lebih kecil. Kata Kunci : SRC, sambungan balok-kolom, XTRACT. BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Steel Reinforced Concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja di dalamnya. Sistem SRC ini terdiri dari beton, baja profil, tulangan longitudinal, dan tulangan transversal (Chen dan Cheng 2003). SRC memanfaatkan kelebihan yang dimiliki oleh masing-masing elemen dasar pembentuknya, yaitu sifat kekakuan dari Reinforced Concrete dan kekuatan dari struktur baja, sehingga menjadikan SRC struktur yang memiliki kekakuan dan kekuatan yang sangat tinggi. SRC memiliki kapasitas menahan beban yang besar dengan penampang yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan struktur beton bertulang konvensional, namun juga memiliki ketahanan terhadap api dan korosi yang lebih baik dibandingkan kolom baja biasa dan juga efek penguatan dalam melawan tekuk. Penelitian mengenai Steel Reinforced Concrete terus dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir di beberapa Negara seperti Jepang, Taiwan, dan Amerika. Aplikasi dari SRC ini pun sudah banyak digunakan untuk struktur bangunan bertingkat antara 5-20 lantai. Untuk bangunan gedung bertingkat sangat tinggi terutama gedung pencakar langit, penggunaan struktur komposit ini akan memberikan keuntungan dari segi ekonomis karena kebutuhan dimensi untuk struktur beton bertulang yang semula besar dapat direduksi dengan menggunakan struktur komposit sehingga dapat menghemat tata ruang (Teguh 2008). Pada setiap kontruksi gedung, panel pertemuan (sambungan) kolom dan balok

2 2 merupakan bagian yang rawan pada suatu struktur tahan gempa karena sifat pemecaran energinya yang spesifik. Tak terkecuali pada kontruksi gedung yang menggunakan struktur SRC. Pada saat struktur dilanda gempa, akan terjadi gaya geser yang sangat besar pada sambungan balok dan kolom terutama ketika timbulnya sendi plastis balok pada muka kolom. Gaya geser ini dapat mengakibatkan keruntuhan pada inti panel join baik karena dilampuinya kapasitas geser atau karena hancurnya lekatan (bond) dari tulangan atau akibat dari keduanya (Lillyantina 2008). Terlebih lagi karena daya lekat natural antara profil baja dan beton pada struktur balok atau kolom SRC sangat kecil dibandingkan dengan gaya tekan pada balok beton yang bekerja di atas flange profil baja. Bila kapasitas geser pada bidang pertemuan ini tidak mencukupi, keretakan dapat terjadi, dan kegagalan struktur pun tak dapat dicegah. Oleh karena itu sangatlah penting untuk bisa memperkirakan kekuatan geser yang dimiliki daerah sambungan balok-kolom komposit ini. Sehingga dengan demikian daerah pertemuan balok-kolom ini dapat direncanakan dengan lebih baik. Untuk itu pada penelitian ini akan dilakukan studi analisa mengenai kapasitas geser sambungan balok-kolom (beam-column joints) pada struktur beton bertulang komposit (Steel Reinforced Concrete.) Untuk memprediksi besarnya kuat geser akan menggunakan dua metode, yaitu Metode Superposisi Kuat Geser (Strength Superposition Method) dan Metode Strut-and- Tie (Strut-and-Tie Method), dimana hasil dari perhitungan kuat geser dari struktur SRC ini akan dibandingkan dengan kuat geser dari struktur beton bertulang biasa. Selain itu juga akan digunakan beberapa program bantu, yaitu SAP 2000 versi 14 untuk analisa struktur secara umum, dan program bantu XTRACT untuk analisa penampang elemen struktur. Dengan menganalisa kekuatan geser pada sambungan balok-kolom struktur SRC ini, diharapkan daerah sambungan balok-kolom ini dapat direncanakan dengan lebih baik terutama dalam menahan beban akibat gempa Permasalahan Permasalahan yang akan dibahas dalam studi ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana hasil analisa prediksi kekuatan geser dari sambungan balokkolom SRC dengan menggunakan metode superposisi dan metode modified softened strut-and-tie? 2. Bagaimana perbandingan hasil analisa kuat geser sambungan balok-kolom antara struktur Steel Reinforced Concrete dengan struktur Reinforced Concrete? 3. Bagaimana hasil analisa penampang elemen struktur Steel Reinforced Concrete dengan menggunakan program XTRACT? 1.3. Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah : 1. Mendapatkan hasil analisa prediksi kekuatan geser dari sambungan balokkolom SRC dengan menggunakan metode superposisi dan metode modified softened strut-and-tie. 2. Membandingkan hasil analisa kuat geser sambungan balok-kolom antara struktur Steel Reinforced Concrete dengan struktur Reinforced Concrete? 3. Mendapatkan hasil analisa penampang elemen struktur Steel Reinforced Concrete dengan menggunakan program XTRACT Batasan Masalah 1. Beban gempa yang dihitung berdasarkan pada SNI Pembebanan berdasarkan PPIUG Analisa linier struktur menggunakan program bantu SAP 2000 v Analisa penampang elemen struktur menggunakan program bantu XTRACT. 5. Perhitungan kuat geser sambungan balok-kolom pada struktur SRC menggunakan metode superposisi dan metode softened strut-and-tie. 6. Tidak menghitung struktur bangunan bawah (pondasi). 7. Tidak membahas detail metode pelaksanaan Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan pengetahuan dalam memperkirakan kekuatan geser pada sambungan balok-kolom Steel Reinforced Concrete, sehingga dengan demikian dapat dilakukan perencanaan desain sambungan tahan gempa yang lebih baik.

3 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Steel Reinforced Concrete Steel Reinforced Concrete (SRC) merupakan struktur komposit gabungan dari Reinforced Concrete (beton bertulang) dengan profil baja di dalamnya. SRC memiliki kelebihan dari masing-masing elemen dasar pembentuknya, yaitu sifat kekakuan dari Reinforced Concrete dan kekuatan dari struktur baja. Karena struktur komposit melibatkan dua macam material yang berbeda, maka perhitungan kapasitasnya tidak sesederhana bila struktur bukan komposit (Suprobo 2000). Tak terkecuali perhitungan kapasitas gesernya, terutama pada daerah sambungan balok dan kolom. 2.2 Desain Sambungan Balok-Kolom SRC Menurut Wakabayashi (1986), kriteria desain untuk sambungan yang baik pada struktur daktail tahan gempa adalah sebagai berikut : 1. Kekuatan dari sambungan tidak boleh kurang dari syarat maksimum yang dapat memperbesar mekanisme struktur sendi plastis. Hal ini dapat mengurangi secara relatif kebutuhan akan perbaikan dan kehilangan energi akibat mekanisme sambungan yang mengalami penurunan kekuatan saat terkena beban berulang dalam fase elastis. 2. Kapasitas dari kolom seharusnya tidak dipengaruhi oleh kemungkinan terjadinya penurunan kekuatan pada sambungan. Daerah sambungan harus benar-benar diperhitungkan sebagai bagian dari kolom. 3. Selama terjadi gaya gempa, sambungan diharapkan berada dalam keadaan fase plastis. 4. Deformasi sambungan tidak boleh meningkatkan terjadinya simpangan. 5. Perkuatan pada sambungan yang diperlukan untuk meningkatkan kapasitas tidak boleh menyebabkan kesulitan dalam proses konstruksi. a. Kekuatan Geser Struktur Profil Baja Badan profil V 0.6 F d t V sw Sayap profil slf yw c 0.6 F b. Kekuatan Geser Beton Bertulang Untuk sambungan 4 penampang V 1.67 f ' A rc Untuk 2 atau 3 penampang V 1.25 f ' A rc c c Untuk tipe sambungan lainnya V 1.00 f ' A rc Kuat geser sambungan SRC : V V V V src rc c sw 2.4 METODE SOFTENED STRUT-AND- TIE Tata cara dalam perhitungan kekuatan geser dengan menggunakan metode Softened Strut-and-tie dapat digambarkan sebagai berikut. yf j j j w slf b f t f 2.3 Metode Superposisi Dalam metode ini kekuatan geser dari beton bertulang dan profil baja dihitung masing-masing terlebih dulu. Kemudian hasil dari kedua perhitungan tersebut disuperposisikan untuk mendapatkan kekuatan geser dari joint SRC.

4 4 BAB III METODOLOGI 3.1 Flowchart Metodologi Mulai Studi Literatur Pre-eliminary Design Pembebanan (PPIUG 1983, SNI 2002) Analisa Linier Struktur (SAP 2000 v.14) NO Kontrol dimensi 3.2 Penjelasan Flowchart a. Studi Literatur Tahap ini mempelajari literatur yang berkaitan dan relevan dengan masalah penelitian yang diambil b. Pre Eliminary Design Pertama-tama direncanakan lebih dahulu dua buah bangunan gedung typical, yaitu gedung dengan elemen struktur beton bertulang dan gedung dengan elemen struktur SRC. Dimensi bangunan m (jarak bentang 6 m) dan 10 lantai dengan tinggi bangunan 40 m (tinggi antar lantai 4 m), terletak di daerah rawan gempa dengan mengambil Zona Gempa 6 berdasarkan SNI YES Analisa Kekuatan Penampang Elemen Struktur Beton Bertulang dan SRC (XTRACT) Perhitungan kuat geser joint balok-kolom beton bertulang dan SRC Visualisasi Hasil (Gambar) Selesai Gambar 3.1 Flowchart Metodologi

5 5 Gambar 3.2. Denah bangunan Gambar 3.3. Portal memanjang

6 6 g. Perhitungan Kuat Geser Sambungan Balok-Kolom Kuat geser pada sambungan balok-kolom struktur beton bertulang dan struktur SRC dihitung dan kemudian dibandingkan. Untuk memperkirakan kuat geser pada sambungan SRC ini akan digunakan dua metode, yaitu metode superposisi dan metode softened strut-and-tie h. Visualisasi Hasil (Gambar) Penggambaran hasil perencanaan dan analisa perhitungan dalam bentuk gambar teknik. BAB IV PRE ELIMINARY DESIGN DAN PEMBEBANAN 4.1 Umum Bab ini berisi perhitungan-perhitungan untuk menentukan perkiraan awal dari dimensi elemen struktur utama bangunan, antara lain dimensi pelat, balok anak, balok induk, dan kolom. Gambar 3.4. Portal melintang c. Pembebanan Pembebanan dalam perencanaan ini: 1) Beban Mati (PPIUG 1983 Bab 2) 2) Beban Hidup (PPIUG 1983 Bab 3) 3) Beban Gempa (PIUG 1983 Bab 5) d. Analisa Linier Struktur Setelah dimensi awal elemen-elemen struktur masing-masing gedung dan pembebanannya ditentukan, dilakukan analisa linier struktur dengan menggunakan program bantu SAP 2000 V.14. e. Kontrol Dimensi dan Drift Dari gaya-gaya dalam yang diperoleh dari hasil analisa struktur oleh program SAP, dilakukan perhitungan kontrol dimensi masing-masing elemen struktur dan kontrol drift atau kinerja batas layan struktur gedung. f. Analisa Penampang Pada tahap ini akan dilakukan analisa penampang elemen struktur dari kedua gedung dengan bantuan program XTRACT. 4.2 Data Perencanaan Data- data perencanaan yang akan digunakan adalah sebagai berikut : Panjang bangunan : 30 m Lebar bangunan : 18 m Jarak bentang : 6 m Tinggi total : 40 m Jumlah lantai : 10 Tinggi antar lantai : 4 m Mutu beton (fc ) : 30 MPa Mutu baja tulangan (fy) : 390 MPa Mutu baja profil (Fy) : 250 MPa Fungsi bangunan : Perkantoran Zone gempa : Zone 6 Kategori tanah : Tanah lunak 4.3 Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tabel 4.1 Pre eliminary design struktur beton bertulang

7 7 4.4 Pembebanan Struktur Beton Bertulang a. Pembebanan Gravitasi Pembebanan gravitasi pada struktur hanya diterima oleh frame saja, dimana besarnya beban-beban yang bekerja adalah sesuai dengan PPIUG Selanjutnya dicari q ekuivalen dari beban yang bekerja pada frame balok ini, sesuai dengan garis leleh yang akan terjadi. Dalam hal ini q ekuivalen berbentuk segitiga dengan rumus 1 q qek 4 l x Kontrol Analisa T Rayleigh akibat gempa arah sumbu X dan Y Tabel 4.3 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu X pada struktur beton bertulang Trayleight 6,3 = 1,708 detik 9, Nilai T yang diijinkan = 1,708-(20% x 1,708) = 1,3664 detik Karena T 1 = detik < T Rayleigh = 1,3664 detik, maka T 1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal Tabel 4.4 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu Y pada struktur beton bertulang b. Pembebanan Gempa Merencanakan beban gempa bertujuan untuk mendapatkan beban gempa yang sesuai dengan peraturan untuk dibebankan kedalam struktur gedung. Beban gempa rencana dicek terhadap kontrol kontrol sesuai peraturan gempa yaitu SNI , dimana kontrol kontrol tersebut terdiri dari kontrol waktu getar alami fundamental (T), dan simpangan (drift). Tabel 4.2 Gaya gempa tiap lantai pada struktur beton bertulang Trayleight 6,3 = 1,75 detik 9,81 68,11 Nilai T yang diijinkan = 1,75-(20% x 1,75) = 1,4 detik Karena T 1 = detik < T Rayleigh = 1,4 detik, maka T 1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal Oleh karena nilai T yang dihitung secara empiris lebih kecil dari (T rayleigh 20% T rayleigh ) baik dari arah X ataupun Y sehingga tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal 6.2.2, maka perhitungan beban geser horizontal

8 8 akibat gempa harus dihitung ulang dengan menggunakan nilai T rayleigh, dan beban gempa yang dihitung ulang inilah yang akan digunakan dalam analisa struktur. Tabel 4.7. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu y Tabel 4.5 Gaya gempa tiap lantai dengan T rayleigh Kontrol Drift Menurut SNI 1726 pasal tidak boleh melampaui : 0,03 Δs < hi atau 30 mm (yang terkecil) R 0,03 Δs< x ,1 mm atau 30 mm 5.5 0,7R 0,7x 8.5 5,95 Δm = ξ x Δs = 5,95 Δs Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimate struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar struktur gedung menurut SNI 1726 pasal tidak boleh melampaui : 0,02 x hi = 0,02 x 4000 = 80 mm untuk lantai dengan hi = 4,00 m 4.5 Perencanaan Struktur SRC Perencanaan pelat struktur SRC sama dengan pelat pada struktur beton bertulang. Sedangkan balok anak menggunakan profil baja WF dan dipasang hanya pada arah melintang. Tabel 4.8. Dimensi balok struktur SRC Tabel 4.9. Dimensi kolom struktur SRC Tabel 4.6. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x

9 9 4.6 Pembebanan Struktur SRC a. Pembebanan Gravitasi Nilai T yang diijinkan = 2,048-(20% x 2,0485) = 1,638 detik Karena T 1 = detik < T Rayleigh = 1,638 detik maka T 1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal Tabel 4.12 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu Y b. Pembebanan Gempa Tabel Gaya gempa tiap lantai pada struktur SRC Kontrol Analisa T Rayleigh akibat gempa arah sumbu X dan Y Tabel 4.11 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu X Trayleight 6,3 91,022 = 2,11 detik 9,81 82,37 Nilai T yang diijinkan = 2,11-(20% x 2,11) = 1,69 detik Karena T 1 = 1,163 detik < T Rayleigh = 1,69 detik maka T 1 hasil empiris yang dihitung di atas tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal ketentuan SNI 1726 Pasal Oleh karena nilai T yang dihitung secara empiris lebih kecil dari (T rayleigh 20% T rayleigh ) baik dari arah X ataupun Y sehingga tidak memenuhi ketentuan SNI 1726 Pasal 6.2.2, maka perhitungan beban geser horizontal akibat gempa harus dihitung ulang dengan menggunakan nilai T rayleigh, dan beban gempa yang dihitung ulang inilah yang akan digunakan dalam analisa struktur. Tabel 4.13 Gaya gempa tiap lantai dengan T rayleigh Trayleight 6,3 80,105 = 2,0485 detik 9,81 77,23

10 10 Kontrol Drift Tabel Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu x Penulangan Pelat Atap Data-data perencanaan untuk penulangan pelat atap: - Dimensi plat : (3 x 3) m 2 - Tebal plat : 100 mm - Tebal decking : 40 mm - Diameter tulangan rencana : 8 mm - Mutu tulangan baja : 390 MPa - Mutu beton : 30 MPa β1 = dx = ½ (8) = 76 mm - dy = ½ (8) = 68 mm Dari hasil perhitungan diperoleh tulangan lentur untuk pelat atap Ø mm. Tabel Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu y BAB V PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER 5.1 Umum Pada bab ini akan direncanakan struktur sekunder dari gedung beton bertulang maupun SRC, yang meliputi pelat dan balok anak. 5.2 Perencanaan Struktur Sekunder Beton Bertulang a. Pelat Penulangan Pelat Lantai Data-data perencanaan penulangan pelat lantai: - Dimensi plat : (3 x 3) m 2 - Tebal plat : 120 mm - Tebal decking : 20 mm - Diameter tulangan rencana : 10 mm - Mutu tulangan baja : 390 MPa - Mutu beton : 30 MPa β1 = dx = ½ (10) = 95 mm - dy = ½ (10) = 85 mm Dari hasil perhitungan diperoleh tulangan lentur untuk pelat lantai Ø mm. b. Balok Anak

11 11 Dari hasil perhitungan diperoleh kebutuhan tulangan Pada daerah tumpuan tulangan atas 4 D22 tulangan bawah 2 D22 Pada daerah lapangan tulangan atas 2 D22 tulangan bawah 3 D22 Gambar 5.1 penulangan lentur balok anak pada daerah tumpuan dan lapangan. Sedangkan untuk tulangan geser tulangan 2Ø dipasang 5.3 Perencanaan Struktur Sekunder SRC a. Pelat Perencanaan pelat pada struktur gedung SRC disamakan dengan perencanaan pelat pada struktur gedung beton bertulang. b. Balok Anak Balok anak pada struktur gedung SRC direncanakan menggunakan profil baja dan dipasang hanya pada arah melintang. Profil baja yang digunakan WF dengan data sebagai berikut: BAB VI PERENCANAAN STRUKTUR PRIMER 6.1 Umum Dalam bab ini akan direncanakan struktur primer dari kedua struktur gedung yang meliputi elemen struktur balok induk dan kolom. 6.2 Perencanaan Struktur Primer Beton Bertulang a. Balok Induk Eksterior E (3-4) Data Perencanaan : f ' c = 30 MPa f y = 390 MPa h = 600 mm b = 400 mm Tul. longitudinal = D 25 Tul. geser = 12 mm Cover = 40 mm d = (½) (25) = 64,5 mm d = h - d = = 535,5 mm Tabel 6.1 Resume Momen Desain Pada Balok Induk Eksterior E (3-4)

12 12 Dari hasil perhitungan diperoleh kebutuhan tulangan lentur pada balok : Tumpuan kiri Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm 2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm 2 ) Lapangan Tulangan atas = 2 D25 (As = 981,75 mm 2 ) Tulangan bawah = 2 D25 (As = 981,75 mm 2 ) Tumpuan kanan Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm 2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm 2 ) Untuk tulangan geser dipasang sengkang untuk daerah di dalam sendi plastis, dan sengkang untuk di luar sendi plastis. b. Balok Induk Interior E (2-3) Tabel 6.2 Resume Momen Desain Pada Balok Induk Interior E (3-4) Data Perencanaan : f ' c f y = 30 MPa = 390 MPa h = 600 mm b = 400 mm Tul. longitudinal = D 25 Tul. geser = 12 mm Cover = 40 mm d = (½) (25) = 64,5 mm d = h - d = = 535,5 mm Dari hasil perhitungan diperoleh kebutuhan tulangan lentur pada balok : Tumpuan kiri Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm 2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm 2 ) Lapangan Tulangan atas = 2 D25 (As = 981,75 mm 2 ) Tulangan bawah = 2 D25 (As = 981,75 mm 2 ) Tumpuan kanan Tulangan atas = 6 D25 (As = 2945,24 mm 2 ) Tulangan bawah = 4 D25 (As = 1963,5 mm 2 ) Untuk tulangan geser dipasang sengkang untuk daerah di dalam sendi plastis, dan sengkang untuk di luar sendi plastis. c. Kolom Eksterior E4 Lantai 1-4 Data : Mutu beton (f c ) : 30 MPa Mutu baja (f y ) : 400 MPa Lebar kolom (B) : 800 mm Tinggi kolom(h) : 800 mm Panjang kolom : 4000 mm

13 13 Tabel 6.3 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Ekserior E4 antara Lantai dasar dan 1 d. Kolom Interior E3 Lantai 1-4 Mutu beton (f c ) : 30 MPa Mutu baja (f y ) : 400 MPa Lebar kolom (B) : 800 mm Tinggi kolom(h) : 800 mm Panjang kolom : 4000 mm Tabel 6.5 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Interior E4 antara Lantai dasar dan 1 Tabel 6.4 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Eksterior E4 antara Lantai 1 dan 2 Tabel 6.3 Kesimpulan Pu dan Mu Kolom Interior E4 antara Lantai 1 dan 2 Dari diagram interaksi yang dibuat oleh program PCACOL diperoleh : Tulangan Longitudinal = 16D25 (1 % < ρ = 1,275 % < 6 %).OK Dari hasil perhitungan dan dengan bantuan program PCACOL diperoleh : Me = = 2030 KNm > 6/5 x 631,54 = 757,85 = 2030 KNm > 757,85 (OK) Maka syarat strong coloumn weak beam terpenuhi. Sedangkan untuk tulangan geser pada daerah sendi plastis dipasang dan untuk di luar sendi plastis. Dari diagram interaksi yang dibuat oleh program PCACOL diperoleh : Tulangan Longitudinal = 16D25 (1 % < ρ = 1,275 % < 6 %).OK Dari hasil perhitungan dan dengan bantuan program PCACOL diperoleh : Me = = 2030 KNm > 6/5 x 631,54 = 757,85 = 2030 KNm > 757,85 (OK) Maka syarat strong coloumn weak beam terpenuhi.

14 14 Sedangkan untuk tulangan geser pada daerah sendi plastis dipasang dan untuk di luar sendi plastis. 6.3 Perencanaan Struktur Primer SRC a. Balok Induk Eksterior 3 (A-B) Balok komposit direncanakan dengan menggunakan profil B-SRC 40x60 dengan spesifikasi material: Baja (300x200x9x14) Mn = Nmm > Mu = Nmm. OK! c. Kolom SRC Dari hasil perhitungan direncanakan kolom komposit baik untuk kolom eksterior maupun interior dengan dimensi 60 cm x 60 cm dengan profil K dan tulangan longitudinal 4D25. Beton f c = 30 MPa b = 40 cm h = 60 cm tulangan utama atas = 4 D22 mm tulangan utama bawah = 2 D22 mm diameter tulangan sengkang = 12 mm diperoleh momen nominal Mn = Nmm > Mu = ,74 Nmm. OK! d. Sambungan Profil Baja Balok dengan Profil Baja Kolom b. Balok Induk Insterior 3 (A-B) Balok komposit direncanakan dengan menggunakan profil B-SRC 40x60 dengan spesifikasi material: Baja (300x200x9x14) Beton f c = 30 MPa b = 40 cm h = 60 cm tulangan utama atas = 4 D22 mm tulangan utama bawah = 2 D22 mm diameter tulangan sengkang = 12 mm diperoleh momen nominal Sambungan profil baja balok dengan profil baja kolom pada struktur SRC menggunakan sambungan las sudut. e. Sambungan Antara Kolom Sambungan antar kolom menggunakan sambungan baut 10 mm.

15 15 Momen negatif (M pr - ) : Tulangan terpasang = As=6D25=2945,24 mm 2 Momen positif (M pr + ) Tulangan terpasang As = 4D25 = 1963,5 mm 2 BAB VII SAMBUNGAN BALOK-KOLOM 7.1 Umum Pada bab ini akan dibahas perhitungan kapasitas geser pada sambungan balok-kolom baik pada struktur beton bertulang ataupun pada struktur SRC. Sambungan balok-kolom yang ditinjau adalah sambungan eksterior yang terkekang pada kedua atau ketiga sisinya. 7.2 Sambungan Balok-Kolom Beton Bertulang Sambungan Interior Sambungan balok-kolom interior atau untuk selanjutnya pada strutur beton bertulang akan disebut Hubungan Balok-Kolom (HBK) yang ditinjau adalah sambungan balok-kolom pada B-2 arah U-S. T 1 = As x 1,25 f y = = N = 1435,81 KN T 2 = As x 1,25 f y = = ,25 N = 957,21 KN sehingga Total gaya geser pada pot.x-x = T 1 + T 2 - V h V x-x = 1435, ,21 333,97 = 2059,05 kn Sesuai SNI pasal kuat geser nominal untuk HBK yang terkekang pada keempat sisinya pada struktur beton bertulang adalah : 6 D25 (HBK kuat menahan gaya geser yang mungkin terjadi) 4 D25 Gambar 7.1 Sketsa sambungan balok-kolom interior Karena kuat geser pada HBK cukup kuat untuk menahan gaya geser yang mungkin terjadi, maka cukup dipasang tulangan sengkang praktis. Untuk kesederhanaan penditailing, akan dipakai A sh ujung kolom seperti yang telah dihitung pada sub.bab

16 d(3) untuk tulangan transversal HBK ini. Sehingga dipasang tulangan sengkang 4 13 = 530,93 mm 2. Kontrol luas tulangan transversal minimum hubungan balok-kolom eksterior Berdasarkan SNI pasal b, luas total penampang sengkang tertutup persegi tidak boleh kurang dari yang ditentukan pada persamaan : T 1 = As x 1,25 f y = = N = 1435,81 KN Momen negatif (M pr - ) : Tulangan terpasang = As = 6D25 = 2945,24 mm 2 Momen positif (M pr + ) Tulangan terpasang As = 4D25 = 1963,5 mm 2 menentukan A sh = 489,46 mm 2 < A v = 530,93 mm 2 sehingga sengkang memenuhi syarat Sambungan Eksterior Sambungan balok-kolom eksterior yang ditinjau adalah sambungan balok-kolom pada B-3 arah U-S. 6 D25 sehingga Total gaya geser pada potongan x-x = T 1 V h V x-x = 1435,81 333,97 = 1101,84 kn Sesuai SNI pasal kuat geser nominal untuk HBK yang terkekang pada ketiga sisinya pada struktur beton bertulang adalah : 4 D25 Gambar 7.2 Sketsa sambungan balokkolom eksterior Karena kuat geser pada HBK cukup kuat untuk menahan gaya geser yang mungkin terjadi, maka cukup dipasang tulangan sengkang praktis. Untuk kesederhanaan penditailing, akan dipakai A sh ujung kolom

17 17 seperti yang telah dihitung pada sub.bab d(3) untuk tulangan transversal HBK ini. Sehingga dipasang tulangan sengkang 4 13 = 530,93 mm Sambungan Balok-Kolom SRC Menghitung kapasitas geser pada sambungan balok-kolom SRC dapat dilakukan dengan dua metode perhitungan, yaitu Metode Superposisi dan Metode Strut-and-tie. Data-data perencanaan yang diperlukan : Data Material - fc beton = 30 MPa - fy profil baja = 250 MPa - fy tulangan = 390 MPa - modulus elastisitas beton Ec = 25742,96 MPa - modulus elastisitas baja Es = MPa - rasio modulus elastisitas n = 7,77 Data Kolom - Lebar kolom b c = 600 mm - Tinggi kolom h c = 600 mm - Tinggi profil d s = 400 mm - Lebar sayap profil b f = 200 mm - Tebal sayap profil t f = 13 mm - Tebal badan profil t w = 8 mm Data Balok - Lebar balok b b = 400 mm - Tinggi balok h b = 500 mm - Tinggi profil d s = 300 mm - Lebar sayap profil b f = 200 mm - Tebal sayap profil t f = 14 mm - Tebal badan profil t w = 9 mm - b j = b b + h c = = 900 mm b j = b b + 2x = (100) = 600 mm ambil b j = 600 mm - A j = h c x b j = 600 x 600 = mm Sambungan Interior a. Metode Superposisi Kuat geser dari badan profil baja V 0.6 F d t sw yw V sw = 0,6 x 250 x 400 x 8 = N = 480 KN Kuat geser dari sayap profil baja 2 V slf Fyf b f t f 3 = N = 520 kn s w Kuat geser dari sambungan pada beton bertulang yang terkekang pada keempat sisinya V 1.67 f ' A rc c Maka kuat geser dari joint SRC V V V V src rc sw j slf V src = 3292, = 4292,91 kn Gaya geser yang diterima oleh sambungan adalah sebesar V jh = 2 V b - V col Dari hasil analisa struktur dengan Program SAP, diperoleh momen negatif maksimum pada balok eksterior sebesar Nmm = 451,6 KNm. Untuk itu dari program XTRACT akan dilihat gaya geser yang terjadi pada balok saat momen kapasitas balok mendekati momen 451,6 KNm. Dari analisa program XTRACT diperoleh V b = 1398 KN M b = 451,7 KNm V col = M b /H kolom = 451,7/4 = 112,925 kn V jh = ,4 = 2674,6 kn < V SRC = 4292,91 kn OK b. Metode Modifikasi Strut-and-tie Prosedur perhitungan kuat geser sambungan balok-kolom SRC dengan metode strut-and-tie seperti yang digambarkan pada flowchart Gambar 3.14 adalah sebagai berikut. 1. Menghitung sudut inklinasi Dari program software XTRACT diperoleh = 451,7 KNm M b T b = 1398 KN CG to NA balok = 65,84 mm CG to NA kolom = 88,06 mm T c = 1322 KN (saat M b = 451,7 KNm) h b 600 a b = CGtoNA 65, = 234,16 mm h a c = c 600 CGtoNA 88, = 211,94 mm M b 451,7 l v = ,1 mm T 1398 b

18 18 M b 451,7 l h = T 1322 c 341,68 mm A str steel = a s t w ( -1) = 0,79 x 315,83 x 8 x (14,167-1) = 26326,85 mm 2 Total luasan efektif diagonal strut : A str = A str,rc + A str,s = ,85 = ,85 mm 2 2. Menghitung luasan efektif diagonal strut (A str ) Untuk metode modifikasi strut-and-tie, luasan efektif diagonal strut disumbangkan oleh beton bertulang dan profil baja. 3. Menghitung nilai indeks strut-and-tie (K) A str yang disumbangkan dari beton bertulang : b j = b b + h c = = 950 mm b j = b b + 2x = (100) = 600 mm b j dipakai A str,rc = a s b j = 315,83 x 600 = mm 2 Sedangkan A str dari profil baja dihitung sebagai berikut. Untuk kuat tekan beton antara 20 f 100 c ' f c Luasan dari horizontal dan vertical ties Koefisien transformasi dari tegangan baja profil ke beton dihitung dengan : Kontrol : E F 0 s y Tegangan leleh dari horizontal dan vertical ties F yh = A th F yh = 2050, / 1000 = 512,52 kn F yv = A tv F yv = 1938,6 250 / 1000 = 484,65 kn Keseimbangan gaya-gaya horizontal pada saat mengalami leleh

19 19 Keseimbangan gaya-gaya vertikal pada saat mengalami leleh Karena kuat geser nominal lebih besar dari gaya geser yang mungkin terjadi, maka cukup dipasang tulangan sengkang praktis. Untuk itu dipasang corner tie dengan ukuran Nilai indeks strut-and-tie horizontal Nilai indeks strut-and-tie vertikal Total nilai indeks K 4. Menghitung kuat geser nominal Kuat tekan diagonal nominal Berdasarkan perhitungan modifikasi strutand-tie yaitu dengan perhitungan komposit parsial, kuat geser nominal pada sambungan balok-kolom dapat dihitung dari metode softened strut-and-tie dari beton bertulang dan badan profil baja arah longitudinal ditambah dengan kuat geser dari sayap profil baja dari perhitungan superposisi. Nilai untuk sambungan interior diambil 1,2. Gaya geser yang diterima oleh sambungan adalah sebesar V jh = T b + C b - V col Dari analisa program XTRACT diperoleh = 1398 KN V b M b = 451,7 KNm V col = M b /H kolom = 451,7/4 = 112,925 kn V jh = ,925 = 2683,075 kn < V SRC = 3781,74 kn OK Gambar 7.3 Tampak atas sambungan balokkolom SRC Interior Sambungan Eksterior a. Metode Superposisi Kuat geser dari badan profil baja V 0.6 F d t sw yw V sw = 0,6 x 250 x 400 x 8 = N = 480 KN Kuat geser dari sayap profil baja 2 V slf Fyf b f t f 3 = N = 520 kn s w Kuat geser dari sambungan pada beton bertulang yang terkekang pada keempat sisinya V 1.25 f ' A rc c Maka kuat geser dari joint SRC V V V V src rc sw j slf V src = 2464, = 3464,75 kn

20 20 Gaya geser yang diterima oleh sambungan adalah sebesar V jh = V b - V col Dari hasil analisa struktur dengan Program SAP, diperoleh momen negatif maksimum pada balok eksterior sebesar ,74 Nmm = 481,7 KNm. Untuk itu dari program XTRACT akan dilihat gaya geser yang terjadi pada balok saat momen kapasitas balok mendekati momen 481,7 KNm. Dari analisa program XTRACT diperoleh V b = 1504 KN M b = 485,6 KNm V col = M b /H kolom = 485,6/4 = 121,4 kn V jh = ,4 = 1382,6 kn < V SRC = 3464,75 kn OK 2. Menghitung luasan efektif diagonal strut (A str ) Untuk metode modifikasi strut-and-tie, luasan efektif diagonal strut disumbangkan oleh beton bertulang dan profil baja. A str yang disumbangkan dari beton bertulang : b j = b b + h c = = 950 mm b j = b b + 2x = (100) = 600 mm b j dipakai A str,rc = a s b j = 234,66 x 600 = mm 2 Sedangkan A str dari profil baja dihitung sebagai berikut. Untuk kuat tekan beton antara 20 f 100 c ' f c b. Metode Modifikasi Strut-and-tie Prosedur perhitungan kuat geser sambungan balok-kolom SRC dengan metode strut-and-tie seperti yang digambarkan pada flowchart Gambar 3.14 adalah sebagai berikut. 1. Menghitung sudut inklinasi Dari program software XTRACT diperoleh M b = 485,6 KNm T b = 1504 KN CG to NA balok = 69,23 mm CG to NA kolom = 87,71 mm T c = 1392 KN (saat M b = 485,6 KNm) a b = h b /5 = 500/5 = 100 mm (untuk sambungan eksterior dan sudut dapat digunakan a b = h b /5) h a c = c 600 CGtoNA 87, 71=212,29 mm 2 2 M b 485,6 l v = ,87 mm T 1504 b M b 485,6 l h = T 1392 c 348,85 mm Koefisien transformasi dari tegangan baja profil ke beton dihitung dengan : Kontrol : E F 0 s y A str steel = a s t w ( -1) = 0,793 x 234,66 x 8 x (14,167-1) = 19611,81 mm 2 Total luasan efektif diagonal strut : A str = A str,rc + A str,s = ,81 = ,81 mm 2 2. Menghitung nilai indeks strut-and-tie (K)

21 21 3. Menghitung kuat geser nominal Kuat tekan diagonal nominal Luasan dari horizontal dan vertical ties Berdasarkan perhitungan modifikasi strut-andtie yaitu dengan perhitungan komposit parsial, kuat geser nominal pada sambungan balokkolom dapat dihitung dari metode softened strut-and-tie dari beton bertulang dan badan profil baja arah longitudinal ditambah dengan kuat geser dari sayap profil baja dari perhitungan superposisi. Tegangan leleh dari horizontal dan vertical ties F yh = A th F yh = 2093,1 250/1000 = 523,275 kn F yv = A tv F yv = 1937,22 250/1000= 484,305kN Keseimbangan gaya-gaya horizontal pada saat mengalami leleh Keseimbangan gaya-gaya vertikal pada saat mengalami leleh Gaya geser yang diterima oleh sambungan adalah sebesar V jh = V b - V col Dari analisa program XTRACT diperoleh V b = 1504 KN M b = 485,6 KNm V col = M b /H kolom = 485,6/4 = 121,4 kn V jh = ,4 = 1382,6 kn < V SRC = 2635,92 kn OK Karena kuat geser nominal lebih besar dari gaya geser yang mungkin terjadi, maka cukup dipasang tulangan sengkang praktis. Untuk itu dipasang corner tie dengan ukuran Nilai indeks strut-and-tie horizontal Nilai indeks strut-and-tie vertikal Total nilai indeks K Gambar 7.3 Tampak atas sambungan balokkolom SRC Interior

22 22 BAB VIII HASIL ANALISA PENAMPANG DENGAN PROGRAM XTRACT 8.1 Umum Pada bab ini akan dibahas hasil analisa penampang tiap elemen struktur dari masingmasing gedung dengan bantuan program XTRACT. Dari program XTRACT ini akan dapat dilihat momen ultimate pada penampang, dan dapat menampilkan interaksi antara tegangan aksial dan momen (Axial Force-Moment interaction). 8.2 Hasil Analisa Penampang Struktur Beton Bertulang a. Analisa Penampang Balok Berdasarkan perhitungan kebutuhan tulangan untuk balok induk struktur beton bertulang seperti yang telah dihitung pada Bab VI, didapatkan jumlah tulangan atas 6 D25 dan tulangan bawah 4 D25. Gambar 8.1 Model penampang balok beton pada XTRACT Dari hasil analisa dengan menggunakan XTRACT didapatkan bahwa penampang balok induk mengalami leleh pertama kali saat mencapai momen sebesar 501,7 KNm dan mencapai batas ultimate saat M n = 525,7 KNm. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 8.3. b. Analisa Penampang Kolom Berdasarkan perhitungan kebutuhan tulangan untuk balok induk struktur beton bertulang seperti yang telah dihitung pada Bab VI, didapatkan jumlah tulangan longitudinal 16 D25. Gambar 8.2 Model penampang kolom beton pada XTRACT Dari hasil analisa program XTRACT dengan beban momen saja seperti tampak pada Gambar 8.6, diperoleh momen ultimate pada kolom sebesar 1029 KNm pada garis keseimbangan 310,8 mm. Sedangkan momen pada saat leleh adalah sebesar 832,6 KNm pada garis keseimbangan 213,6 mm. Tulangan yang berwarna kuning menunjukkan bahwa tulangan tersebut telah leleh pada saat penampang mencapai momen maksimumnya. Sedangkan pada Gambar 8.7 dapat dilihat diagram interaksi antara tegangan aksial dan momen yang terjadi 8.3 Hasil Analisa Penampang Struktur SRC a. Analisa Penampang Balok Penampang balok SRC yang akan dianalisa oleh program XTRACT ini memiliki baja profil WF di dalamnya denan kebutuhan tulangan longitudinal sebanyak 4 D25 di bagian atas dan 2 D25 di bagian bawah, seperti tampak pada Gambar 8.3. Gambar 8.3 Model penampang balok SRC pada XTRACT

23 23 Pada Gambar 8.8, dapat dilihat balok SRC mulai mengalami leleh saat mencapai momen 438,7 KNm pada garis keseimbangan 65,56 mm, hingga akhirnya mencapai momen maksimum sebesar 520,7 KNm, pada garis keseimbangan 128 mm. Warna kuning pada profil dan tulangan menunjukkan bagian yang telah leleh pada saat terjadi momen maksimum. b. Analisa Penampang Kolom Berdasarkan perhitungan kebutuhan tulangan untuk balok induk struktur SRC seperti yang telah dihitung pada Bab VI, didapatkan jumlah tulangan longitudinal 4 D25, dengan profil baja di dalamnya adalah K Gambar 8.4 Model penampang kolom beton pada XTRACT Dari hasil analisa program XTRACT dengan beban momen saja seperti tampak pada Gambar 8.9, diperoleh momen ultimate pada kolom sebesar 937,9 KNm pada garis keseimbangan 116,4 mm. Sedangkan momen pada saat leleh adalah sebesar 634,6 KNm pada garis keseimbangan 86,02 mm. tulangan dan profil yang berwarna kuning menunjukkan bahwa bagian yang telah leleh pada saat penampang mencapai momen maksimumnya. Sedangkan pada Gambar 8.10 dapat dilihat diagram interaksi antara tegangan aksial dan momen yang terjadi. BAB IX PENUTUP 9.1 Kesimpulan Studi analisa mengenai sambungan balokkolom SRC ini dimulai dengan merencanakan terlebih dahulu dua buah gedung typical sederhana, satu gedung didesain dengan struktur beton bertulang biasa, dan satu gedung didesain dengan struktur SRC. Setelah melakukan desain awal terhadap masing-masing elemen struktur, dilakukan analisa struktur dengan bantuan program SAP untuk memperoleh gaya-gaya dalam yang terjadi akibat berbagai macam kombinasi pembebanan yang diberikan. Dengan gaya-gaya dalam tersebut dilakukan perencanaan elemen struktur primer yang kemudian akan dianalisa penampangnya dengan bantuan program XTRACT. Balok induk beton bertulang berdimensi 40 cm x 60 cm, dan kolom 80 cm x 80 cm. sedangkan struktur SRC memiliki dimensi balok 40 cm x 50 cm dan kolom 60 cm x 60 cm. Dari hasil analisa program XTRACT terhadap penampang elemen kedua jenis struktur dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1) Balok SRC meski dengan dimensi yang lebih kecil ternyata memiliki momen ultimate sebesar 520,7 KNm, hampir sama besarnya dengan balok beton bertulang dengan dimensi lebih besar yang memiliki momen ultimate 525,7 KNm. Dengan menggunakan struktur SRC dapat mengurangi luas penampang elemen strukturyang dibutuhkan untuk menerima momen ultimate yang sama hingga 20 % nya. 2) Demikian juga dengan penampang kolom SRC yang memiliki momen ultimate 937,9 KNm, hampir sama besarnya dengan momen ultimate kolom beton bertulang sebesar 1029 KNm, dimana pengurangan luas penampangnya adalah sebesar 25 % dari luas penampang kolom beton bertulang.

24 24 Sedangkan untuk analisa kapasitas geser dari sambungan balok-kolom SRC dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1) Untuk sambungan balok-kolom eksterior diperoleh kuat geser : Metode superposisi V SRC = 3464,75 kn > V jh = 1382,6 kn Metode modifikasi Strut-and-Tie V SRC = 2635,92 kn > V jh = 1382,6 kn Untuk sambungan balok-kolom interior diperoleh kuat geser : Metode superposisi V SRC = 4292,91 kn > V jh = 2674,6 kn Metode modifikasi Strut-and-Tie V SRC = 3781,74 kn > V jh = 2674,6 kn Dari metode modifikasi strut-and-tie diperoleh kuat geser yang lebih kecil daripada metode superposisi, hal ini karena metode modifikasi strut-and-tie lebih teliti dalam perhitungannya dengan menyesuaikan gaya-gaya yang terjadi pada daerah sambungan. namun perhitungannya lebih rumit. 2) Bila dibandingkan dengan kuat geser sambungan beton bertulang, dimana untuk balok eksterior kuat gesernya dan untuk balok interior, kuat geser pada sambungan balok-kolom SRC tidak berbeda jauh dengan kuat geser yang dimiliki beton bertulang, meskipun struktur SRC memiliki luas penampang elemen struktur yang lebih kecil. Berdasarkan analisa di atas, apabila kedua struktur memiliki dimensi elemen struktur yang sama, kuat geser pada sambungan SRC akan lebih besar karena mendapat sumbangan dari sayap dan badan profil baja. 9.2 Saran 1) Bila menghendaki hasil perhitungan yang lebih teliti, metode perhitungan Modifikasi Strut-and-Tie dapat digunakan untuk menghitung kuat geser pada sambungan balok-kolom struktur SRC, terutama bila untuk kepentingan eksperimen. Sedangkan metode superposisi dapat digunakan untuk keperluan perencanaan gedung biasa yang tidak terlalu membutuhkan hasil perhitungan yang teliti. 2) Untuk gedung-gedung tinggi, pemakaian struktur SRC dapat menjadi alternatif, karena memiliki kapasitas menahan beban yang besar dengan penampang yang relatif lebih kecil

25 25 Gambar 8.5 Hasil analisa penampang balok beton bertulang dengan beban momen curvatur Gambar 8.6 Hasil analisa penampang kolom beton bertulang dengan beban momen curvature

26 26 Gambar 8.7 Hasil analisa penampang kolom beton bertulang dengan interaksi tegangan aksial dan momen Gambar 8.8 Hasil analisa penampang balok SRC dengan beban momen curvatur

27 27 Gambar 8.13 Hasil analisa penampang kolom beton bertulang dengan beban momen curvatur Gambar 8.14 Hasil analisa penampang kolom beton bertulang dengan interaksi tegangan aksial dan momen

28 28