TUGAS AKHIR KAJIAN PENGARUH DILATASI PADA BANGUNAN PABRIK PT. AGRI FIRST FLOUR MEDAN TUGAS AKHIR. Handiman

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR KAJIAN PENGARUH DILATASI PADA BANGUNAN PABRIK PT. AGRI FIRST FLOUR MEDAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan sarjana Teknik Sipil Handiman Dosen Pembimbing : Ir. BESMAN SURBAKTI, MT BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 LEMBAR PENGESAHAN KAJIAN PENGARUH DILATASI PADA BANGUNAN PABRIK PT. AGRI FIRST FLOUR MEDAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat dalam menempuh Colloqium Doctum/ Ujian Sarjana Teknik Sipil Dikerjakan oleh: HANDIMAN Pembimbing Ir. Besman Surbakti, MT NIP: Penguji I Penguji II Penguji III Prof.Dr.Ing. Johannes Tarigan Ir. Daniel Rumbi Teruna,MT Ir. Chainul Mahni NIP: NIP: NIP: Mengesahkan: Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, Prof.Dr.Ing. Johannes Tarigan NIP: BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012 ii

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan anugrah, berkat dan karunia-nya hingga terselesaikannya tugas akhir ini dengan judul Kajian Pengaruh Dilatasi pada Bangunan Pabrik PT. Agri First Flour Medan. Tugas akhir ini disusun untuk diajukan sebagai syarat dalam ujian sarjana teknik sipil bidang studi struktur pada fakultas teknik Medan. Penulis menyadari bahwa isi dari tugas akhir ini masih banyak kekurangannya. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Untuk penyempurnaannya, saran dan kritik dari bapak dan ibu dosen serta rekan mahasiswa sangatlah penulis harapkan. Penulis juga menyadari bahwa tanpa bimbingan, bantuan dan dorongan dari berbagai pihak, tugas akhir ini tidak mungkin dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua yang senantiasa penulis cintai yang dalam keadaan sulit telah memperjuangkan hingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan ini. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU serta selaku dosen pembanding yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU. iii

4 3. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan saran kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT selaku dosen pembanding yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun. 5. Ibu Ir. Chainul Mahni selaku dosen pembanding yang telah memberikan kritikan dan nasehat yang membangun. 6. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Jurusan teknik Sipil. 7. Kedua orang tua penulis yang turut mendukung segala kegiatan akademis penulis dan selalu memberikan semangat kepada penulis. 8. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan masukan dan semangat kepada penulis, stambuk 02, Herman, stambuk 04, Erwin, stambuk 06, Alexander, Subroto, Diana, stambuk 07, Darwin, Ivan, Coandra, Effendy, stambuk 08, Felix yang paling menginspirasi, Agus, Wira, Hendry, Edward, Randy, Iskandar, Astri, Nurul, Dany, Jevri, Artur, Rosiva, David, dan teman teman lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu semuanya, serta senior-senior dan adik-adik yang memberikan dukungan serta info mengenai kegiatan sipil. 9. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dan kemudahan dalam penyelesaian administrasi, Kak Lince, Bang Zul, dan lain lain. iv

5 Walaupun dalam menyusun Tugas akhir ini penulis telah berusaha untuk mengkaji dan menyampaikan materi secara sistematis dan terstruktur, tetapi tentunya Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Kritik dan saran yang membangun tentulah sangat penulis harapkan di kemudian hari. Medan, Mei 2012 Handiman v

6 ΑΒSTRAK Pada umumnya bangunan yang memiliki perbedaan panjang dengan lebar yang besar atau bentuk yang tidak beraturan seperti bentuk L, T, dan lain lain, selalu dipakai pemisah atau dilatasi pada pertemuan bagian yang tidak beraturan. Pada tugas akhir ini, penulis melakukan kajian tentang pengaruh dari sebuah bangunan pabrik PT. Agri First Flour Medan yang memakai dilatasi diubah menjadi bangunan yang tidak memakai dilatasi. Dari kajian tersebut diperoleh bahwa bangunan yang tidak memakai dilatasi memiliki gaya gaya dalam yang lebih besar terutama gaya geser, tulangan yang lebih besar terutama tulangan geser, gaya geser dasar yang lebih besar, dan memiliki drift antar tingkat yang lebih kecil, tetapi tidak memenuhi syarat dalam kondisi batas ultimit jika dibandingkan dengan bangunan yang memakai dilatasi, di mana hal tersebut diakibatkan oleh timbulnya torsi pada bangunan sebagai akibat bentuk bangunan yang tidak beraturan. Kata kunci : dilatasi, tulangan, drift, gaya dalam vi

7 DAFTAR ISI Lembar Pengesahan... ii Kata Pengantar... iii Abstrak... vi Daftar Isi... vii Daftar Tabel... x Daftar Gambar... xiii Daftar Notasi... xvii Daftar Grafik... xx BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1. Umum... 1 I.2. Latar Belakang Masalah... 5 I.3. Maksud dan Tujuan... 5 I.4. Pembatasan Masalah... 5 I.5. Metologi Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 II.1. Struktur Bangunan gedung... 7 II.2. Perencanaan Struktur Beton Bertulang II.3. Kuat rencana II.4. Konsep Perencanaan Bangunan Terhadap Pengaruh Gaya Gempa II.4.1. Pemakaian gaya horizontal akibat gaya gempa II.4.2. Analisis beban ekivalen II.4.3. Kondisi tanah vii

8 II.4.4. Analisis gempa secara dinamik II.4.5. Eksentrisitas rencana II.4.6. Pembatasan penyimpangan lateral II.5. Konsep Strong Column Weak Beam II.6. Pendetailan kolom dn balok yang baik II.7. Program finite element method II.7.1. Sistem sumbu koordinat II.7.2. Metode matrik kekakuan II.7.3. D.O.F ( Degree of Freedom ) II.7.4. Element frame pada program finite element method 46 II.7.5. Element shell BAB III APLIKASI III.1. Data bangunan III.2 Data beban beban struktur III.3 Kombinasi pembebanan III.4 Analisa struktur BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil Aplikasi IV.1.1. Waktu getar alami struktur IV.1.2. Gaya geser dasar IV.1.3. Partisipasi massa IV.1.4. Metode Penjumlahan respon ragam IV.1.5. Simpangan struktur IV.2 Perbandingan luas tulangan viii

9 IV.3 Perbandingan drift antar tingkat dan gaya geser dasar IV.4 Checking beam column joint terhadap geser IV.5 Perbandingan gaya dalam kolom pada daerah dilatasi IV.6 Analisa dan pembahasan BAB V Kesimpulan dan Saran V.1 Kesimpulan V.2 Saran Daftar Pustaka... xxi Daftar Lampiran... xxii ix

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Lendutan izin maksimum Tabel 2.2 Jenis-jenis tanah. 28 Tabel 2.3 Faktor keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan.. 31 Tabel 2.4 Faktor daktalitas maksimum, faktor reduksi gempa maksimum, faktor tahanan lebih struktur dan faktor tahanan lebih total beberapa jenis sistem dan subsistem bangunan gedung Tabel 3.1 Penampang balok dan kolom Tabel 3.2 Area Section Tabel 3.3 Data sondir pada titik pertama Tabel 3.4 Data sondir pada titik kedua Tabel 3.5 Data sondir pada titik ketiga Tabel 3.6 Nilai NN dari ketiga titik penyondiran Tabel 3.7 Spektrum respon Tabel 4.1 Waktu getar alami struktur Tabel 4.2 Modal participating mass ratio Tabel 4.3 Selisih Periode Antar Mode yang Berdekatan Tabel 4.4 Analisa Δs akibat arah gempa x pada bangunan Cleaning Tabel 4.5 Analisa Δs akibat arah gempa y pada bangunan Cleaning Tabel 4.6 Analisa Δs akibat arah gempa x pada bangunan Mill Tabel 4.7 Analisa Δs akibat arah gempa y pada bangunan Mill Tabel 4.8 Analisa Δs akibat arah gempa x pada bangunan Finishing product Tabel 4.9 Analisa Δs akibat arah gempa y pada bangunan Finishing product x

11 Tabel 4.10 Simpangan maksimum antar tingkat arah x pada bangunan Cleaning Tabel 4.11 Simpangan maksimum antar tingkat arah y pada bangunan Cleaning Tabel 4.12 Simpangan maksimum antar tingkat arah x pada bangunan Mill Tabel 4.13 Simpangan maksimum antar tingkat arah y pada bangunan Mill Tabel 4.14 Simpangan maksimum antar tingkat arah x pada bangunan Finishing product Tabel 4.15 Simpangan maksimum antar tingkat arah y pada bangunan Finishing product Tabel 4.16 Penulangan kolom bangunan gedung dengan dilatasi Tabel 4.17 Tulangan longitudinal kolom pada bangunan tanpa dilatasi..109 Tabel 4.18 Tulangan sengkang kolom pada bangunan tanpa dilatasi Tabel 4.19 Perbedaan antara berat dari tulangan sengkang kolom bangunan dengan dilatasi dibandingkan bangunan tanpa dilatasi..112 Tabel 4.20 Tabel 4.21 Tabel 4.22 Tabel 4.23 Penulangan balok pada bangunan gedung dengan dilatasi Tulangan longitudinal balok pada bangunan tanpa dilatasi Tulangan sengkang balok pada bangunan tanpa dilatasi Perbedaan antara berat dari tulangan sengkang balok bangunan dengan dilatasi dibandingkan bangunan tanpa dilatasi Tabel 4.24 Perbedaan Drift Δs antar tingkat bangunan dengan dilatasi dibandingkan bangunan tanpa dilatasi dalam kondisi Kinerja Batas Layan Tabel 4.25 Perbedaan Drift Δm antar tingkat bangunan dengan dilatasi dibandingkan bangunan tanpa dilatasi dalam kondisi Kinerja Batas Ultimit Tabel 4.26 Gaya gaya dalam kolom pada daerah dilatasi 1 dan tanpa dilatasi Tabel 4.27 Gaya gaya dalam kolom pada daerah dilatasi 2 dan tanpa dilatasi xi

12 Tabel 4.28 Gaya gaya dalam kolom pada daerah dilatasi 3 dan tanpa dilatasi Tabel 4.29 Gaya dalam maksimum kolom pada daerah dilatasi.142 Tabel 4.30 Gaya dalam kolom maksimum pada daerah tanpa dilatasi Tabel 4.31 Persen kenaikan gaya gaya dalam bangunan yang tidak memakai dilatasi 143 xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Denah bangunan... 3 Gambar 1.2 Potongan C C bangunan... 4 Gambar 2.1 Denah struktur bangunan tidak simetris... 9 Gambar 2.2 Struktur SDOF dengan beban gempa Gambar 2.3 Beban horizontal ekivalen Gambar 2.4 Gaya geser dasar Gambar 2.5 Peta wilayah gempa berdasarkan program Spektra Indo v1.0 beta.. 27 Gambar 2.6 Penulangan daktalitas pada kolom Gambar 2.7 Deformasi pada nodal Gambar 2.8 Tumpuan sebagai nodal dengan d.o.f ditahan Gambar 2.9 D.O.F truss element Gambar 2.10 D.O.F beam element Gambar 2.11 D.O.F plane frame element Gambar 2.12 D.O.F grid element Gambar 2.13 D.O.F space frame element Gambar 3.1 Denah bangunan Gambar 3.2 Potongan C-C ( kolom ) Gambar 3.3 Potongan E-E ( kolom ) Gambar 3.4 Potongan A-A ( kolom ) Gambar 3.5 Potongan 1-1 ( kolom ) Gambar 3.6 Potongan 3-3 ( kolom ) Gambar 3.7 Potongan 5-5 ( kolom ) Gambar 3.8 Potongan 9-9 ( kolom ) xiii

14 Gambar 3.9 Potongan ( kolom ) Gambar 3.10 Potongan ( kolom ) Gambar 3.11 Potongan ( kolom ) Gambar 3.12 Potongan ( kolom ) Gambar 3.13 Potongan C-C ( balok ) Gambar 3.14 Potongan A-A ( balok ) Gambar 3.15 Potongan 1-1 ( balok ) Gambar 3.16 Potongan 3-3 ( balok ) Gambar 3.17 Potongan 5-5 ( balok ) Gambar 3.18 Potongan 9-9 ( balok ) Gambar 3.19 Potongan ( balok ) Gambar 3.20 Potongan ( balok ) Gambar 3.21 Potongan ( balok ) Gambar 3.22 Potongan ( balok ) Gambar 3.23 Respon spectrum rencana Gambar 3.24 Pemodelan struktur SDOF Gambar 3.25 Struktur 3 DOF, Model matematik, dan free body diagram Gambar 4.1 Denah struktur bangunan pada program finite element method Gambar 4.2 Gambar potongan memanjang bangunan pada program finite element method Gambar 4.3 Gambar potongan memanjang bangunan pada program finite element method Gambar 4.4 Gambar tiga dimensi bangunan pada program finite element method xiv

15 Gambar 4.5 Potongan bangunan yang memakai dilatasi ( kolom ) Gambar 4.6 Potongan bangunan yang tanpa dilatasi ( kolom ) Gambar 4.7 Potongan memanjang bangunan yang memakai dilatasi ( balok ) Gambar 4.8 Potongan melintang bangunan yang memakai dilatasi ( balok ) Gambar 4.9 Potongan memanjang bangunan yang tanpa dilatasi ( balok ) Gambar 4.10 Potongan melintang bangunan yang tanpa dilatasi ( balok ) Gambar 4.11 Analisa geser dari HBK kolom tengah B3A pada grid 12E elevasi 4.50 m Gambar 4.12 Potongan bangunan yang memakai dilatasi Gambar 4.13 Potongan bangunan yang tanpa dilatasi Gambar 4.14 Gambar momen pada bagian dilatasi 1 ( kn m ) Gambar 4.15 Gambar momen pada bagian tanpa dilatasi 1 ( kn m ) Gambar 4.16 Gambar lintang pada bagian dilatasi 1 ( kn ) Gambar 4.17 Gambar lintang pada bagian tanpa dilatasi 1 ( kn ) Gambar 4.18 Gambar normal pada bagian dilatasi 1 ( kn ) Gambar 4.19 Gambar normal pada bagian tanpa dilatasi 1 ( kn ) Gambar 4.20 Gambar torsi pada bagian dilatasi 1 ( kn m ) Gambar 4.21 Gambar torsi pada bagian tanpa dilatasi 1 ( kn m ) Gambar 4.22 Gambar momen pada bagian dilatasi 2 ( kn m ) Gambar 4.23 Gambar momen pada bagian tanpa dilatasi 2 ( kn m ) Gambar 4.24 Gambar lintang pada bagian dilatasi 2 ( kn ) Gambar 4.25 Gambar lintang pada bagian tanpa dilatasi 2 ( kn ) Gambar 4.26 Gambar normal pada bagian dilatasi 2 ( kn ) Gambar 4.27 Gambar normal pada bagian tanpa dilatasi 2 ( kn ) xv

16 Gambar 4.28 Gambar torsi pada bagian dilatasi 2 ( kn m ) Gambar 4.29 Gambar torsi pada bagian tanpa dilatasi 2 ( kn m ) Gambar 4.30 Gambar momen pada bagian dilatasi 3 ( kn m ) Gambar 4.31 Gambar momen pada bagian tanpa dilatasi 3 ( kn m ) Gambar 4.32 Gambar lintang pada bagian dilatasi 3 ( kn ) Gambar 4.33 Gambar lintang pada bagian tanpa dilatasi 3 ( kn ) Gambar 4.34 Gambar normal pada bagian dilatasi 3 ( kn ) Gambar 4.35 Gambar normal pada bagian tanpa dilatasi 3 ( kn ) Gambar 4.36 Gambar torsi pada bagian dilatasi 3 ( kn m ) Gambar 4.37 Gambar torsi pada bagian tanpa dilatasi 3 ( kn m ) xvi

17 DAFTAR NOTASI f c = Kuat tekan beton ( MPa ) Ec = Modulus elastis pada beton ( MPa ) Ecs = Modulus elastis pada baja ( MPa ) h = Tebal pelat (cm, mm ) ln = Panjang bentang bersih balok dalam arah melintang ( cm, mm ) β = Perbandingan antara bentang bersih dalam arah memanjang terhadap arah melintang dari pelat dua arah αm α = Nilai rata-rata dari α = Rasio kekakuan lentur penampang balok terhadap kekakuan lentur pelat dengan lebar yang dibatasi secara lateral oleh garis-garis sumbu tengah dari panel-panel yang bersebelahan pada tiap sisi balok f y = Kuat leleh baja ( MPa ) l = Panjang balok ( cm, mm ) δ = Lendutan ( cm, mm ) M = Momen ( N mm ) EI = Kekakuan lentur komponen struktur ( N mm 2 ) w = Beban terbagi rata ( N/mm ) c Ø = Koefisien lendutan = Koefisien reduksi h = tebal total komponen struktur ( cm, mm ) d = Jarak dari serat tekan terluar ke pusat tulangan tekan ( cm, mm ) ds = Jarak dari serat tarik terluar ke pusat tulangan tarik (cm, mm ) Ag = Luas bruto penampang (mm 2 ) xvii

18 Pb = Kuat aksial nominal pada kondisi rengangan seimbang ( N ) R = Faktor reduksi gempa v s = Kecepatan rambat gelombang geser rata rata ( m/det ) N = Nilai hasil Test Penetrasi Standar rata - rata S u = Kuat geser niralir rata rata ( kpa ) t i = Tebal lapisan tanah ke-i (cm ) N i = Nilai hasil test penetrasi standart ke-i qc = Perlawanan penetrasi konus ( kg/cm 2 ) µ = Nilai faktor daktalitas struktur bangunan gedung µ m = Nilai faktor daktalitas maksimum struktur bangunan gedung RR mm f 1 = adalah faktor reduksi gempa maksimum = Faktor tahanan lebih beban dan bahan yang terkandung dalam struktur gedung e d = Eksentrisitas rencana e d ( cm, mm ) e = Eksentrisitas teoritis ( cm, mm ) hi = tinggi pada lantai ke I ( cm, mm ) q c = Tahanan lekat pada sondir ( kg/cm 2 ) e x = Eksentrisitas terhadap sumbu x ( cm, mm ) e y = Eksentrisitas terhadap sumbu y ( cm, mm ) ζ = Koefisien pengali dari jumlah tingkat struktur gedung yang membatasi waktu getar alami H = Tinggi stuktur ( cm, mm ) T 1 = Waktu getar alami ( detik ) V = Gaya geser dasar nominal yang bekerja pada tingat dasar sturktur ( kn ) xviii

19 C I R = Nilai faktor respon spectrum = Faktor keutamaan bangunan = Faktor redusi gempa Wt = Berat bangunan total ( kn ) Δs = Kinerja Batas Layan ( cm, mm ) Δm = Kinerja Batas Ultimit ( cm, mm ) b w = Lebar badan balok ( cm, mm ) d = Tinggi efektif penampang ( cm, mm ) d b = Diameter nominal batang tulangan ( cm, mm ) s = Spasi tulangan tranversal diukur sepanjang sumbu longitudinal komponen struktur ( cm, mm ) s 0 = Spasi maksimum tulangan tranversal ( cm, mm ) Ac = Luas inti komponen struktur tekan yang ditulangi tulangan spiral diukur hingga diameter luar dari spiral ( mm 2 ) ρ s = Rasio volume tulangan spiral terhadap volume inti beton yang terkekang oleh tulangan spiral (diukur dari sisi luar tulangan spiral) A sh = Luas penampang total tulangan tranversal dalam rentang spasi s ( mm 2 ) h c = Dimensi penampang inti kolom diukur dari sumbu ke sumbu tulangan pengekang ( cm, mm ) Ø = Diameter tulangan ( cm, mm ) qt = Jumlah hambatan lekat ( kg/cm 2 ) Ux = Perpindahan arah x ( cm, mm ) Uy = Perpindahan arah y ( cm, mm ) Uz = Perpindahan arah z ( cm, mm ) xix

20 DAFTAR GRAFIK Grafik 2.1 Konversi nilai sondir ke N-SPT xx