PERENCANAAN STRUKTUR BAJA PADA BANGUNAN REFINERY DAN FRAKSINASI DELAPAN LANTAI TUGAS AKHIR AHMAD AMANU SURYA SOEMAKARYA

Transkripsi

1 PERENCANAAN STRUKTUR BAJA PADA BANGUNAN REFINERY DAN FRAKSINASI DELAPAN LANTAI TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : AHMAD AMANU SURYA SOEMAKARYA BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016

2 ABSTRAK Struktur baja (steel structure) adalah material yang banyak digunakan dalam bangunan industri khususnya bangunan dengan fungsi sebagai refinery dan fraksinasi. Namun, dibutuhkan perencanaan yang optimum agar kinerja dari bangunan tersebut dapat memenuhi standart keamanan dan kenyamanan Penelitian ini menggunakan struktur baja sebagai rangka utama, struktur di analisa sebagai open frame dengan diafragma kaku pada elevasi +5,8 m dan diafragma flexible pada elevasi lain nya. Beban mati di hitung berdasarkan berat jenis, beban hidup dan beban angin di hitung berdasarkan peraturan pembebanan Indonesia untuk gedung 1983, sedangkan beban gempa di hitung dengan tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur bangunan gedung dan non gedung (SNI 1726:2012). Struktur baja sendiri di hitung dengan spesifikasi untuk bangunan gedung baja struktural (SNI 1729:2015). Analisa struktur untuk struktur sekunder dilakukan dengan manual sedangkan untuk struktur primer dilakukan dengan menggunakan bantuan software etabs Sambungan momen mengunakan momen plastis profil sebagai momen ultimate perencanaan sambungan dan di disain dengan metode plastis tanpa mengakibatkan efek prying, sedangkan sambungan geser mengunakan tahanan geser ultimate dari profil sebagai gaya geser ultimate sambungan dan di disain dengan mengunakan tahanan material terendah dari material sambungan dan elemen yang disambung. Dari hasil penelitian diperoleh dimensi struktur sekunder berupa pelat lantai floordeck, pelat lantai chekered, balok pengaku,dan balok anak, untuk struktur primer diperoleh dimensi balok kolom yang memenuhi standart keamanan dan kenyamanan. Struktur primer juga di disain dengan batas daktailitas sehingga pada saat terjadi gempa simpangan antar lantai tidak terlalu jauh Kata kunci: struktur baja,, kinerja ultimate, kinerja layan, i

3 KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah saya panjatkan atas kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta ala yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, dengan judul Perencanaan Struktur Baja Pada Bangunan Refinery Dan Fraksinasi Delapan Lantai Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT selaku pembimbing, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT selaku koordinator pada subjurusan Struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Ir. Torang Sitorus, M.T., Bapak M. Agung Putra Handana ST, MT, selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. ii

4 6. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 7. Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Bapak Pudjijono dan Ibu Aswita yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan do a yang tiada batas untuk saya. Saudara-saudara tercinta, Guru guru yang saya hormati dan cintai, Orang tua yang saya hormati dan adik adik yang saya sayang. Asilah maisun kurniasih yang telah banyak membantu dan mendukung saya selama ini, terima kasih atas doanya. Dan keluarga besar yang selalu memberi semangat kepada saya. Fazray syah player yang selalu berbagi ilmu terima kasih atas dukungan moril maupun materil. 8. Pegawai Administrasi yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian administrasi. Terima kasih atas bantuannya selama awal kuliah sampai saat ini. 9. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Angkatan 2011, Ahmad Syarief, Barly, Dhika Swandana, Eky, Hilman wardana, Philips napitupulu, Yogie, Zulfuadli, Michael Tambunan 010, Yusriawan 010, bang M.Hafiz 08, bang Ucup 08, bang Ibnu 08, bang Siddiq 08, bang, bang Ozzy 08,,abang-abang dan kakak senior dan adik-adik angkatan 2012, Ahmed nanda dkk, adik-adik angkatan 2013 alby novran dkk, adik-adik angkatan 2014 Ridho Rajib dkk, dan bagi kawankawan serta adek-adek yang belum tersebutkan namanya, saya mohon maaf yang sebesar-besarnya. Miskin harta manusiawi, miskin hati jangan, apalagi miskin ilmu maka dari itu tetaplah berkarya. Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, yang disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya. iii

5 Oleh karena itu, saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca demi perbaikan menjadi lebih baik. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, November 2016 Penulis, Ahmad Amanu SS iv

6 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR NOTASI... xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Mamfaat Penelitian Pembatasan Masalah Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASAR TEORI Dasar Perencanaan Jenis Pembebanan Beban Mati Beban Hidup Beban Angin Beban Gempa Kombinasi Pembebanan Kinerja Struktur Gedung Kinerja Batas Layan Kinerja Batas Kekuatan Perencanaan Pelat Floor Deck Perencanaan Pelat Chekered Perencanaan Batang Tekan v

7 Perencanaan Batang Lentur Perencanaan Balok Kolom Perencanaan Balok Komposit Perencanaan Sambungan Las Perencanaan Sambungan Baut Disain untuk Stabilitas BAB III METODE PENELITIAN Persiapan Bagan Alir Mulai Pengumpulan Data Studi Literatur Tahap Disain Data Pengolahan Data Hasil Dan Pembahasan Kesimpulan dan saran Selesai BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Disain Struktur Sekunder Pelat Floor Deck Balok Anak Pelat Floor Deck Pelat Chekered Siku Pengaku Pelat Chekered Balok Anak Pelat Chekered Gording Sagrod Ikatan Angin Tangga Disain Struktur Primer Beban Beban Yang Bekerja vi

8 Beban Grafitasi Beban angin Beban Gempa Beban Notional Kombinasi Beban Kontrol Drift Kontrol Profil Kolom 350 x 350 x 12 x Kolom 300 x 300 x 10 x Kolom 200 x 200 x 8 x Balok Komposit 300 x 150 x 6,5 x Balok Komposit 350 x 175 x 7 x Dimensi Sambungan Sambungan Balok Kolom Sambungan Balok Balok BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A vii

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Berat jenis bahan bangunan... 6 Tabel 2.2 Beban Mati Tambahan (komponen gedung)... 7 Tabel 2.3 Beban Hidup Pada Lantai Bangunan... 9 Tabel 2.4 Beban Hidup Pada Atap Tabel 2.5 Koefisien reduksi beban hidup Tabel 2.6 Koefisien Beban Angin Tabel 2.7 Kategori risiko bangunan gedung dan non gedung untuk beban gempa Tabel 2.8 Faktor keutamaan gempa Tabel 2.9 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk sistem penahan gaya gempa Tabel 2.10 Klasifikasi situs Tabel 2.11 Koefisien situs, Fa Tabel 2.12 Koefisien situs, Fv Tabel 2.13 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda pendek Tabel 2.14 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda 1 detik Tabel 2.15 Nilai parameter perioda pendekatan Ct dan x Tabel 2.16 Koefisien untuk batas perioda struktur Tabel 2.17 Persyaratan untuk masing-masing tingkat yang menahan lebih dari 35 persen gaya geser dasar viii

10 Tabel 2.18 Simpangan antar lantai ijin Tabel 2.19 Tebal Minimum balok non-prategang atau pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung Tabel 2.20 Rasio Tulangan Minimum Pada Pelat Tabel 2.21 Nilai kekuatan lentur berdasarkan SNI Tabel 2.22 Batas Lendutan Maksimum Tabel 2.23 Nilai untuk Rg dan Rp untuk setiap kasus. Kapasitas untuk angkur steel headed stud Tabel 2.24 Tebal minimum las sudut Tabel 2.25 Pratarik baut minimum, kn* Tabel 2.26 Kekuatan nominal pengencang dan bagian yang berulir, ksi (MPa) Tabel 2.27 Dimensi Lubang Nominal, mm Tabel 2.28 Jarak tepi minimum dari pusat lubang standar ke tepi dari bagian yang disambung Tabel 2.29 Kapasitas sambungan end-pelat menurut AISC Tabel 4.1 Beban mati struktur (rangka) Tabel 4.2 Beban mati struktur (Atap, partisi, diafragma, dll) Tabel 4.3 Beban hidup struktur Tabel 4.4 Waktu getar alami dan partisipasi massa Tabel 4.5 Base Reaction Tabel 4.6 Simpangan antar lantai akibat gempa X Tabel 4.7 Simpangan antar lantai akibat gempa Y ix

11 Tabel 4.8 Resume gaya luar dan stress ratio Kolom 350 x 350 x 12 x Tabel 4.9 Resume gaya geser Kolom 350 x 350 x 12 x Tabel 4.10 Resume gaya luar dan stress ratio Kolom 300 x 300 x 10 x Tabel 4.11 Resume gaya geser Kolom 300 x 300 x 10 x Tabel 4.12 Resume gaya luar dan stress ratio Kolom 200 x 200 x 8 x Tabel 4.13 Resume gaya geser Kolom 200 x 200 x 8 x Tabel 4.14 Resume Gaya luar envelope balok komposit 300 x 150 x 6,5 x Tabel 4.15 Resume Gaya luar envelope balok komposit 350 x 175 x 7 x Tabel 5.1 Resume gaya luar dan stress ratio kolom Tabel 5.2 Resume gaya luar dan stress ratio balok komposit x

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Jalur Cincin Api dan Gunung Berapi Sebagai Pusat Gempa Gambar 2.2 Peta Gempa Pada SNI Gambar 2.3 Respon Spektrum Gempa Rencana Wilayah Medan (SNI ) Gambar 2.4 Penentuan simpangan antar lantai Gambar 2.5. Diagram tegangan momen positif floor deck Gambar 2.6. Diagram tegangan momen negatif floor deck Gambar 2.7 Kuat Momen Lentur Nominal Akibat Tekuk Torsi Lateral Gambar 2.8 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ < (ts - hfd) Gambar 2.9 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ > (ts - hfd) Gambar 2.10 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ < (ts + tf) Gambar 2.11 Diagram tegangan balok komposit momen positif dengan ẏ > (ts + tf) Gambar 2.12 Diagram tegangan balok komposit momen negatif dengan ts > ẏ > (ts + tf) Gambar 2.13 Diagram tegangan balok komposit momen negatif dengan ẏ > (ts + tf) Gambar 2.14 Tebal efektif las sudut xi

13 Gambar 2.15 Panjang las longitudinal Gambar 2.16 Momen plastis siklik pada sambungan pemikul momen Gambar 2.17 Sambungan pemikul momen menurut AISC Gambar 2.18 Lokasi sendi plastis Gambar 2.19 Menentukan Muc Gambar 2.20 Geometri sambungan end-plate Gambar 2.21 Momen kopel baut tarik terhadap sayap tekan Gambar 2.22 Sambungan balok anak ke balok induk Gambar 2.23 Pengaruh Orde ke-2 (AISC 2010) Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1 Tributari area elevasi +5,80 m Gambar 4.2 Distribusi momen untuk pelat satu arah Gambar 4.3. Diagram tegangan momen kopel (positif) floor deck Gambar 4.4 Diagram tegangan momen kopel (negatif) floor deck Gambar 4.5 Tributari area elevasi +10,70 m Gambar 4.6 Distribusi momen untuk pelat satu arah Gambar 4.7 Rencana atap elevasi +12,50 m dan +35,50 m Gambar 4.8 Kecepatan angin Gambar 4.9 Rencana sagrod Gambar 4.10 Tributari area ikatan angin Gambar 4.11 Rencana tangga Gambar 4.12 Respon spectra rencana xii

14 Gambar 4.13 Beban notional pada etabs Gambar 4.14 Grafik simpangan antar lantai VS elevasi akibat gempa X Gambar 4.15 Grafik simpangan antar lantai VS elevasi akibat gempa Y Gambar 4.16 Rencana sambungan balok kolom IWF 350 x 175 x 7 x Gambar 4.17 Rencana sambungan balok kolom IWF 300 x 150 x 6,5 x Gambar 4.18 Rencana sambungan balok balok IWF 300 x 150 x 6,5 x Gambar 4.19 Detail sambungan balok balok IWF 300 x 150 x 6,5 x Gambar 4.20 Rencana sambungan balok balok IWF 250 x 125 x 6 x Gambar 4.21 Detail sambungan balok balok IWF IWF 250 x 125 x 6 x Gambar 4.22 Rencana sambungan balok balok IWF 200 x 100 x 5,5 x Gambar 4.23 Detail sambungan balok balok IWF 200 x 100 x 5,5 x Gambar 4.24 Rencana sambungan balok balok L 70 x 70 x xiii

15 DAFTAR NOTASI A : luas penampang beton (mm 2 ) A B : luas penampang baut (mm 2 ) As : luas tulangan tarik (mm 2 ) As : luas tulangan tekan (mm 2 ) Av : luas tulangan geser dalam daerah sejarak s (mm 2 ) Aw Cb Cd Cu Cs Ct Cw Eh Ev Es Ec : luas badan profil : faktor midifikasi tekuk torsi lateral untuk diagram momen tidak merata : faktor amplifikasi defleksi : koefisien batas prioda struktur : koefisien respons seismik : koefisien prioda struktur pendekatan : konstanta warping : gaya gempa horizontal : gaya gempa vertikal : modulus elastisitas baja (MPa) : modulus elastisitas beton (MPa) I : momen inersia (mm 4 ) Ie J K Lp Lr : faktor keutamaan gempa : konstanta torsi : koefisien panjang efektif : panjang plastis : panjang batas untuk kondisi inelastis xiv

16 Lb Mu Mn Mux Muy Muc Mnx Mny N Ni Pr Pe : panjang profil tak terkekang : momen maksimum pada komponen struktur (Nmm) : momen tahanan nominal profil/penampang : momen lentur terfaktor terhadap sumbu-x : momen lentur terfaktor terhadap sumbu-y : momen rencana sambungan : kuat nominal lentur penampang terhadap sumbu-x : kuat nominal lentur penampang terhadap sumbu-y : jumlah, tingkat : gaya notional yang bekerja pada level i : gaya tekan hasil kombinasi LRFD.: : gaya menurut euler Pn : gaya terkoreksi menurut SNI Ptr R SDS : Kuat tarik baut : faktor modifikasi respons : parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang perioda pendek S1 : parameter percepatan spektrum respons desain dalam rentang sebesar 1,0 detik Ta Tc V n : waktu getar struktur pendekatan : waktu getar struktur analisa modal : kuat geser nominal (N) Vu : gaya geser hasil kombinasi LRFD. V1 : gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik ragam yang xv

17 pertama saja Vt : gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil analisis ragam spektrum respons yang telah dilakukan. W Y a b c cv d : berat seismik efektif : konstanta tebal end-plate : tinggi blok tegangan (mm) : lebar balok (mm) : jarak serat tekan terluar ke garis netral (mm) : koefisien geser : jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tarik/ tinggi efektif (mm) d : jarak dari serat tekan terluar ke titik berat tulangan tekan (mm) g hfd f c ffd fy fnt fnv h kv qdl qll qwl : percepatan grafitasi : tinggi floor deck : kuat tekan beton (MPa) : tegangan floor deck : tegangan leleh baja (MPa) : tegangan tarik baut (MPa) : tegangan geser baut (MPa) : tinggi balok (mm) : koefisien tekuk geser pelat badan : beban akibat berat sendiri (kn/m) : beban akibat beban hidup (kn/m) : beban akibat tekanan angin (kn/m) r : jari jari inersia (mm 4 ) xvi

18 Δ : defleksi pada elemen global 1 : konstanta yang merupakan fungsi dari kelas kuat beton δ λ : defleksi pada elemen lokal : kelangsingan =. xvii