Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi. Syarat untuk menempuh ujian sarjana Teknik Sipil. Disusun Oleh :

Transkripsi

1 ANALISIS DESAIN KOLOM KOMPOSIT BAJA-BETON DENGAN METODE LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi Syarat untuk menempuh ujian sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : ALFIN RICO SIMANJUNTAK BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 ABSTRAK Pada saat ini kolom bangunan tinggi banyak menggunakan material beton bertulang. Seiring dengan berkembangnya teknologi bahan konstruksi di beberapa negara, kini sudah mulai banyak digunakan material baja dalam konstruksi bangunan tinggi. Dewasa ini juga telah dikembangkan penggunaan material komposit dalam konstruksi kolom Dalam tugas akhir ini penulis mendesain 3 model gedung 10 lantai dengan material kolom yang berbeda, yaitu kolom beton bertulang, kolom baja dan kolom komposit beton baja. 3 model struktur ini di desain dengan fungsi gedung, wilayah gempa dan pembebanan yang sama. Kemudian akan di bandingkan di antara ketiga kolom tersebut yang mana yang paling optimal untuk digunakan pada gedung yang direncanakan tersebut. Hasil yang diperoleh kolom komposit baja beton lebih optimal digunakan pada struktur gedung yang direncanakan karena dimensinya lebih kecil sehingga mengurangi biaya material. Selain itu kolom komposit juga memiliki keuntungan terhadap bahaya kebakaran.

3 KATA PENGANTAR Puji syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala hikmat dan pertolongan-nya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana S1 pada Bidang Studi Struktur Jurusan Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah ANALISIS DESAIN KOLOM KOMPOSIT DENGAN METODE LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas akhir ini tidak lepas dari pertolongan banyak pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil sekaligus dosen pembimbing yang telah memberi bimbingan dan saran kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Syarizal, MT sebagai Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan. 3. Bapak dan Ibu staf pengajar dan seluruh pegawai Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan. 4. Orangtua tercinta M. Simanjuntak dan M. Pakpahan. Terimakasih atas dukungannya baik dalam doa, nasehat, materi dan tenaga yang sangat berarti bagi penulis selama proses penyelesaian Tugas Akhir ini. 5. Sri Irianti Pinem yang terkasih, atas bantuan dan dukungan kepada penulis sehingga Tugas Akhir ini dapat di selesaikan dengan baik

4 6. Ramot David Siallagan, tandem Project Tugas Akhir. Terimakasih atas dukungan dan bantuanya. 7. Appara Andreas, Doan, Deddy GS 8. Jefferey, Bekro, Markus, Dedy Gultom, Boy, HMT Rustxell Simanungkalit, Lae Endra dan rekan-rekan seperjuangan mahasiswa stambuk Serta adik-adik kelas yang telah memberikan banyak motivasi serta bantuan dan segala kekerabatan dan kerja sama selama pendidikan di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Medan. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf pengajar serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Medan, Juni 2013 Hormat saya Alfin Rico Simanjuntak NIM

5 DAFTAR ISI ABSTRAK....i KATA PENGANTAR..... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR NOTASI... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix BAB I : PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penulisan Pembatasan Masalah Metodologi BAB II : TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Teori Material dan Perencanaan Beton Bertulang Keunggulan Beton Bertulang Kelemahan Beton Perencanaan Struktur Beton Bertulang Prencanaan Pelat

6 Prencanaan alok Prencanaan Penulangan Prencanaan Kolom Baja Sifat Mekanis Baja Keunggulan Material Baja Kelemahan Beton Perencanaan Struktur Baja Prencanaan Komponen Lentur Prencanaan Komponrn Tekan Struktur Komposit Beton-Baja Balok Komposit Lebar Efektif Pelat Beton Komposit Kekuatan Balok Komposit dengan penghubung geser Menghitung momen nominal Penghubung Geser Kontrol Lendutan Kolom Komposit Kriteria Kolom Komposit Kuat Rencana Aksi Komposit Analisis Kolom Beban Aksial dan Lentur pada Kolom Kekuatan Kolom dengan Beban Sentris... 38

7 2.4.3 Konsep dan asumsi diagram interaksi kolom Eksentrisitas pada kolom Metode Desain BAB III : APLIKASI 3.1 Umum Metodologi dan diagram Alir Perencanaan Struktur Sekunder Struktur Beton Bertulang Struktur Baja dan Komposit Analisis dan Output Program Komputer BAB IV : ANALISIS KOLOM 4.1 Perencanaan Struktur Kolom Kolom Struktur Beton Bertulang Kolom Baja Kolom Komposit Pembahasan BAB IV : KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Keismpulan Saran DAFTAR PUSTAKA

8 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Datasheet Karakteristik Baja 31 Tabel 2.2 Koefisien Gempa (C) untuk kondisi tanah sedang 49 Tabel 3.1 Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate pada struktur kolom komposit 93 Tabel 4.1 Perbandingan kebutuhan material kolom masing-masing struktur 118 Tabel 4.2 Tabulasi perbandingan kolom masing-masing struktur 118 Tabel 4.3 Tabulasi perbandingan deformasi kolom 119

9 DAFTAR NOTASI Ac Ar As E Ec = luas penampang beton, mm2 = luas penampang tulangan longitudinal, mm2 = luas penampang profil baja, mm2 = modulus elastisitas baja, MPa = modulus elastisitas beton, Mpa Em = modulus elastisitas untuk perhitungan kolom komposit, MPa fcr f y fy fc kc L Nn rm w λc φc ω R0 W D h = tegangan tekan kritis, MPa = tegangan leleh untuk perhitungan kolom komposit, MPa = tegangan leleh profil baja, MPa = kuat tekan karakteristik beton, MPa = faktor panjang efektif kolom = panjang unsur struktur, mm = kuat aksial nominal, N = jari-jari girasi kolom komposit, mm = berat jenis beton, kg/m3 = parameter kelangsingan = faktor reduksi beban aksial tekan = faktor tekuk = Tingkat ketahanan terhadap api pada kelembaban nol (menit) = Berat jenis kolom baja (lbs/ft), untuk baja normal 90 lbs/ft = Parameter dalam perlindungan api (in), = 84,6 in = Ketebalan pelindung beton (in)

10 kc H ρc = Konduktivitas themal beton pada suhu kamar (Btu/hr o F), =0,95 Btu/hr o F = Kapasitas termal kolom baja pada suhu kamar = 0,11W (Btu/ft o F = Kepadatan beton (pcf) cc = panas spesifik beton pada suhu kamar (Btu/lb o F) L d As = dimensi satu sisi kolom beton pelindung (in) = tinggi penampang profil baja (in) = luas penampang profil baja (in)

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Kolom berfungsi sebagai elemen struktur tekan... 2 Gambar 1.2. Hubungan tegangan regangan pada beton dan baja (beban sentris)... 2 Gambar 1.3. latar belakang desain kolom sebagai material komposit beton-baja... 5 Gambar 1.4. Jenis-jenis Kolom... 5 Gambar 1.5 Denah dan potongan bangunan... 8 Gambar 2.1. Diagram tegangan regangan beton Gambar 2.2. konversi q segi tiga Gambar 2.3. nomogram faktor panjang efektif K Gambar 2.5 Macam-macam Struktur Komposit Gambar 2.6 Distribusi tegangan elastis pada balok Gambar 2.7 Distribusi tegangan plastis pada balok Gambar 2.8 Penampang Kolom komposit Gambar 2.9 kolom baja struktural dengan pelindung beton Gambar 2.10 Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit Gambar 2.11 Spektrum Respons Gempa Wilayah Gambar 3.1. Denah Rencana Bangunan Gambar 3.2 Tampak Depan Rencana Gambar 3.3 Skema diagram alir penyelesaian tugas akhir Gambar 3.4 Distribusi Gaya Gambar 3.5 q ekuivalen balok anak Gambar 3.6. Penampang dek bergelombang bondek Lysaght Gambar 3.7 Penulangan bondek atap... 49

12 Gambar 3.8 Penulangan bondek lantai Gambar 3.9 Denah pembebanan Balok Anak Gambar 3.10 Bidang momen dan geser pada balok sebelum komposit Gambar 3.11 Bidang momen dan geser pada balok setelah komposit Gambar 3.12 Distribusi tegangan plastis Gambar 3.13 Denah portal yang ditinjau Gambar 4.1 Skema Kolom Beton bertulang lantai Gambar 4.2 Nomogram faktor panjang efektif (K) Gambar 4.3 Kolom Beton bertulang lantai Gambar 4.4 Skema Kolom Beton bertulang lantai 5 74 Gambar 4.5 Nomogram faktor panjang efektif (K) 75 Gambar 4.6 Kolom Beton bertulang lantai Gambar 4.7 Skema Kolom Beton bertulang lantai 8 78 Gambar 4.8 Nomogram faktor panjang efektif (K) 79 Gambar 4.9 Kolom Beton bertulang lantai Gambar 4.10 Skema Kolom B2 struktur baja lantai 1 82 Gambar 4.11 Nomogram faktor tekuk 83 Gambar 4.12 Kolom B2 Struktur Baja lantai Gambar 4.13 Skema Kolom B2 Lantai 5 87 Gambar 4.15 Nomogram Kolom struktur baja lantai 5 88 Gambar 4.16 Kolom B2 Struktur Baja lantai Gambar 4.17 Skema Kolom Komposit lantai 1 96 Gambar 4.18 Nomogram Kolom komposit lantai 1 96 Gambar 4.19 Kolom komposit lantai

13 Gambar 4.20 Detail kolom komposit lantai Gambar 4.21 Kolom bangunan struktur Beton bertulang 102 Gambar 4.22 Kolom bangunan struktur baja 103 Gambar 4.23 Kolom bangunan struktur Beton bertulang 104 Grafik 4.1 grafik perbandingan deformasi kolom 107