STUDI ANALISIS STRUKTUR RUMAH TINGGAL SEDERHANA 2 LANTAI TAHAN GEMPA MENGGUNAKAN BAJA CANAI DINGIN (COLD-FORMED STEEL) Skripsi : Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik Disusun Oleh : ASHARI ERIA FILATELI 201410340311126 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2018
STUDI ANALISIS STRUKTUR RUMAH TINGGAL SEDERHANA 2 LANTAI TAHAN GEMPA MENGGUNAKAN BAJA CANAI DINGIN (COLD-FORMED STEEL) Skripsi : Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik Disusun Oleh : ASHARI ERIA FILATELI 201410340311126 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2018 i
KATA PENGANTAR Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh. Bismillahirahmanirrahim. Alhamdulillahirabbil alamin, puji syukur penulis panjatkan kehadiran Allah SWT karena atas rahmat dan hidayah-nya, penulisan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Shalawat serta salam selalu tercurahkan kepada Rasulullah SAW, keluarga, para sahabat dan pengikut beliau hingga akhir zaman. Laporan tugas akhir yang berjudul STUDI ANALISIS STRUKTUR RUMAH TINGGAL SEDERHANA 2 LANTAI TAHAN GEMPA MENGGUNAKAN BAJA CANAI DINGIN (COLD-FORMED STEEL) ini diajukan untuk memenuhi persyaratan pendidikan Sarjana Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang. Penulis menyadari dalam proses penulisan laporan tugas akhir ini banyak kekurangan yang menyertai penulis hingga akhirnya laporan ini terselesaikan. Meskipun banyak sekali kendala, tetapi banyak pihak-pihak yang sangat membantu atas terselesainya laporan ini. Maka dari itu pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar- besarnya kepada: 1. Orang tua saya Ibu Supeni dan Bapak Sri Buwono, serta Kakak-kakakku tercinta yang telah mendukung penuh perkuliahan maupun kesibukan saya selama proses kuliah berlangsung. 2. Jajaran Rektorat Universitas Muhammadiyah Malang 3. Jajaran Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang 4. Ibu Ir. Rofikatul Karimah MT., sebagai Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang yang banyak memberikan kemudahan kebijakan baik itu dalam aspek perkuliahan maupun perlombaan. 5. Bapak Ir. Erwin Rommel MT., selaku Dosen Pembimbing I yang sangat lapang dada dalam menyampaikan keilmuannya sehingga saya bisa sampai pada tahap ini dan seterusnya berkat ilmu yang beliau ajarkan. 6. Bapak Dr. Abdul Samad ST., MT,. selaku Dosen Pembimbing II dan Dosen Pembimbing lomba KBGI 2017 yang begitu ramah kepada anak didiknya. iv
7. Seluruh Dosen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang yang tidak bisa saya sebut satu-satu dikarenakan kesemuanya membawa efek positif dalam perkembangan karir saya. 8. Seluruh Karyawan Universitas Muhammadiyah Malang baik itu Staf, Partime, Laboran dan lainnya khususnya Karyawan Teknik Sipil UMM. 9. Laboratorium MATC tercinta serta staf, partime dan rekan asisten yang memberikan suasana kekeluargaan selama saya menjadi bagian dari keluarga Lab. MATC UMM. 10. LSO Surya Team Fakultas Teknik UMM yang telah berjuang bersama dalam memperjuangkan prestasi non akademik untuk mengharumkan nama UMM. 11. Laboratorium Teknik Sipil UMM serta para asisten dan partime yang bekerja keras untuk memajukan Teknik Sipil UMM. 12. Untuk Keluarga dan Sahabat tercinta Kos Mulyodadi Jetak Lor : Haidar Khoirul Amin, Firmansyah Ramadhan, Ivan Hendri, dan Mas Syamsu yang berbagi suka duka bersama selama tinggal bersama. 13. Untuk Orang Tercinta Nurizza Rahmania Putri dan Sahabat Seperjuangan Irfan Anshori dan Pramesta Armanisag yang selalu mendukung penuh dan memberi semangat kepada saya selama proses karir saya. 14. Keluarga Sipil C UMM yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang begitu hangat nuansa kekeluargaannya. 15. Senior dan Alumni Lab.MATC, Surya Team, maupun Jurusan Teknik Sipil itu sendiri yang banyak memberikan masukan kepada saya. 16. Keluarga Sipil A UMM yang bisa menerima saya dengan lapang dan menyenangkan ketika saya harus pindah kelas karena pekerjaan. 17. Teman-teman Teknik Sipil UMM dan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah serta teman dari lintas fakultas dan jurusan yang telah berjuang bersama-sama menuntut ilmu di UMM. Dengan segala kerendahan hati penulis mohon maaf sebesar-besarnya bila tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis membuka diri untuk segala saran dan kritik yang bersifat membangun guna kesempurnaan dari v
karya tulis akhir ini. Semoga karya tulis akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis, pembaca, dan menjadi sumbangan yang berarti bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepan. Wassalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh. Malang, 7 September 2018 Penulis vi
DAFTAR ISI DAFTAR ISI...i DAFTAR TABEL...iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR LAMPIRAN...ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 4 1.3 Maksud Dan Tujuan... 4 1.4 Metode Penulisan...4 1.5 Manfaat Penulisan... 5 1.6 Batasan Penulisan... 5 BAB II DASAR TEORI... 6 2.1 Dasar Teori Perancangan... 4 2.1.1 Gempa Bumi...4 2.1.2 Penggunaan Peraturan Standart Nasional Indonesia... 7 2.1.3 Konsep dan Filosofi Perencanaan Bangunan Tahan Gempa. 7 2.1.4 Sistem Rangka Pemikul Momen... 10 2.1.5 Konsep Bangunan Ramah Lingkungan... 11 2.1.6 Struktur Baja Canai Dingin... 12 2.1.7 Konsep Bangunan dengan Material Baja Canai Dingin... 13 2.1.8 Batasan Dimensi... 15 2.1.9 Kriteria Pembebanan... 16 2.1.10 Analisa Gempa... 19 2.2 Aspek-Aspek Yang Diterapkan Pada Bangunan... 46 2.2.1 Material... 46 2.2.2 Alat Sambung...49 ix
2.2.3 Jenis Beban...51 2.2.4 Peraturan Yang Digunakan... 52 BAB III METODE PEMBAHASAN... 54 3.1 Metodologi Pembahasan... 54 3.2 Diagram Alir Perencanaan Secara Umum... 55 3.3 Modelisasi Struktur Sebenarnya... 56 3.4 Analisa Struktur... 57 3.4.1 Analisa Perhitungan Kuda-kuda... 57 3.4.2 Analisa Penampang Kuda-Kuda... 62 3.4.3 Analisa Perhitungan Portal... 66 3.4.4 Analisa Penampang Balok... 85 3.4.5 Analisa Penampang Kolom... 88 3.4.6 Pemeriksaan Hubungan Balok-Kolom... 91 3.4.7 Analisa Sambungan Bangunan Sebenarnya...93 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN... 102 4.1 Modelisasi Model Struktur... 102 4.2 Analisa Struktur... 103 4.2.1 Analisa Perhitungan Kuda-kuda... 103 4.2.2 Analisa Penampang Kuda-Kuda... 108 4.2.3 Analisa Perhitungan Portal dengan Sistem Frame... 113 4.2.4 Analisa Penampang Balok... 114 4.2.5 Analisa Penampang Kolom...119 4.2.6 Pemeriksaan Hubungan Balok-Kolom... 121 4.2.7 Analisa Sambungan Bangunan Model... 122 4.3 Sambungan Kolom dan Lantai Dasar...123 4.4 Sambungan Kolom dengan Balok...125 4.5 Sambungan Balok Dengan Balok... 128 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 144 x
5.1 Kesimpulan... 144 5.1 Saran... 145 DAFTAR PUSTAKA... 146 LAMPIRAN I LAMPIRAN II LAMPIRAN III LAMPIRAN IV xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Kategori Risiko Bangunan Gedung dan Non Gedung untuk Beban Gempa... 20 Tabel 2.2 Faktor Keutamaan Gempa... 22 Tabel 2.3 Faktor Keutamaan Gempa (SNI Tabel 2)... 23 Tabel 2.4 Klasifikasi Situs (SNI Tabel 3)... 25 Tabel 2.5 Koefisien Situs Fa (SNI Tabel 4)... 26 Tabel 2.6 Koefisien Situs Fv (SNI Tabel 5)... 26 Tabel 2.7 Kategori Desain Seismik berdasarkan Parameter Respons Percepatan pada Perioda Pendek... 27 Tabel 2.8 Kategori Desain Seismik berdasarkan Parameter Respons Percepatan pada Perioda 1 detik... 28 Tabel 2.9 Koefisien untuk Batas Atas pada Perioda yang Dihitung... 30 Tabel 2.10 Nilai Parameter Perioda Pendekatan Ct dan x... 30 Tabel 2.11 Nilai Koefisien Waktu Getar Perkiraan Ct Dan x (SNI-1726-2012 Tabel 15)... 32 Tabel 2.12 Faktor R, Cd, dan Ωo untuk sistem penahan gaya gempa... 33 Tabel 2.13 Ketidakberaturan Vertikal pada Struktur... 36 Tabel 2.14 Ketidakberaturan Vertikal pada Horisontal... 37 Tabel 2.15 Pesyaratan Masing-masing Tingkat yang Menahan lebih dari 35 Persen Gaya Geser Dasar... 38 Tabel 2.16 Prosedur Analisis yang boleh digunakan A... 39 Tabel 2.17 Prosedur Analisis yang boleh digunakan B... 41 Tabel 3.1 Panjang dan Berat Elemen Kuda-kuda... 58 Tabel 3.2 Berat Komponen Beban Mati... 58 Tabel 3.3 Berat Kuda-Kuda Yang Dilimpahkan Ke Setiap Buhul... 59 Tabel 3.4 Rekapitulasi Beban Hidup dan Beban Mati... 60 xii
Tabel 3.5 Rekapitulasi Reaksi Kuda-kuda... 61 Tabel 3.6 Hasil Pemeriksaan Tegangan Pada Batang Tekan... 64 Tabel 3.7 Hasil Pemeriksaan Tegangan Pada Batang Tarik... 66 Tabel 3.8 Kategori Risiko Bangunan Gedung dan Non Gedung... 68 Tabel 3.8 Kategori Risiko Bangunan Gedung dan Non Gedung (Lanjutan). 69 Tabel 3.10 Faktor Keutamaan Bangunan...69 Tabel 3.11 Rekapitulasi Berat lantai 1 (W1)... 70 Tabel 3.12 Rekapitulasi Berat lantai 2 (W2)... 70 Tabel 3.13 Berat Atap (W atap)... 71 Tabel 3.14 Klasifikasi Situs... 71 Tabel 3.15 Hasil Desain Spektrum Dan Parameter Percepatan Gempa...73 Tabel 3.16 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Respons Percepatan Pada Periode Pendek... 74 Tabel 3.17 Kategori Desain Seismik Berdasarkan Parameter Respons Percepatan Pada Periode 1 detik... 74 Tabel 3.18 Faktor R, Cd, Ω0 untuk Sitem Penahan Gaya Gempa... 75 Tabel 3.19 Faktor Distribusi Vertikal Gaya Gempa (Fx)... 78 Tabel 3.20 Distribusi Vertikal Beban Gempa... 78 Tabel 3.21 Simpangan Ijin Antar Lantai...82 Tabel 3.22 Simpangan permodelan portal menggunakan StaadPro... 83 Tabel 3.23 Defleksi Dan Simpangan Antai Lantai Arah Z... 84 Tabel 3.24 Defleksi Dan Simpangan Antai Lantai Arah X... 84 Tabel 3.25 Spesifikasi penampang balok profil Rectangular Box (Hollow). 85 Tabel 3.26 Spesifikasi penampang kolom profil Rectangle (hollow)... 88 Tabel 4.1 Panjang Dan Berat Elemen Kuda-Kuda... 104 Tabel 4.2 Berat Komponen Beban Mati... 105 Tabel 4.3 Berat Kuda-kuda yang Dilimpahkan ke Setiap Buhul... 105 Tabel 4.4 Rekapitulasi Beban Hidup dan Beban Mati... 106 xiii
Tabel 4.5 Spesifikasi Penampang Profil Siku Kuda- kuda... 108 Tabel 4.6 Hasil Pemeriksaan Tegangan Pada Batang Tekan... 110 Tabel 4.7 Hasil Pemeriksaan Tegangan Pada Batang Tarik... 113 Tabel 4.8 Spesifikasi penampang kolom profil Square Box Hollow...115 Tabel 4.9 Spesifikasi Penampang balok profil Rectangular (hollow)... 116 Tabel 4.10 Simpangan Horizontal Pada Siklus Pertama...132 Tabel 4.11 Simpangan Horizontal Pada Siklus Kedua...132 Tabel 4.12 Simpangan Horizontal Pada Siklus Ketiga...133 Tabel 4.13 Simpangan Horizontal Pada Siklus Keempat...134 Tabel 4.14 Berat Bangunan Model...136 Tabel 4.15 Rencana Waktu Pemotongan dan Pelubangan Komponen...132 Tabel 4.16 Rencana Waktu Konstruksi...132 Tabel 4.17 Hasil Uji Siklus Pertama(Rasio +/- 2,5%)...140 Tabel 4.18 Hasil Uji Siklus Pertama(Rasio +/- 3,5%)...140 Tabel 4.19 Hasil Uji Siklus Pertama(Rasio +/- 4,5%)...141 Tabel 4.20 Hasil Uji Siklus Pertama(Rasio +/- 5,5%)...141 xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Peta Zonasi Gempa Indonesia... 6 Gambar 2.2 Strong Column Weak Beam... 8 Gambar 2.3 Perilaku Struktur Saat Mendapat Gaya Lateral Gempa... 9 Gambar 2.4 Sikulasi udara dengan bukaan yang tepat... 12 Gambar 2.5 Peta untuk Ss... 23 Gambar 2.6 Peta untuk S1... 24 Gambar 2.7 Spektrum Respons Desain... 29 Gambar 2.8 Diafragma fleksibel... 35 Gambar 2.9 Pengaruh Beban Ortogonal... 39 Gambar 2.10 Penentuan Simpangan Antar Lantai... 40 Gambar 2.11 Torsi Tak Terduga... 42 Gambar 2.12 Pembesaran Torsi Tak Terduga... 43 Gambar 2.13 Bata Ringan (Hebel)... 48 Gambar 3.1 Diagran Alir Perencanaan Bangunan Rumah 2 Lantai... 55 Gambar 3.2 Kuda-Kuda Bangunan Sebernarnya... 57 Gambar 3.3 Hasil Reaksi Pembebanan pada kuda-kuda... 61 Gambar 3.4 Peta Lokasi Bangunan Melalui Desain Spektra Indonesia... 72 Gambar 3.5 Hasil Desain Spektrum dan Parameter Percepatan Gempa... 72 Gambar 3.6 Portal 3D... 81 Gambar 3.7 Simpangan Ijin Antar Lantai... 82 Gambar 3.8 Displacement Potal Sumbu Resultan... 84 Gambar 3.9 Hubungan Balok Kolom... 91 Gambar 3.10 Sambungan Pelat Lantai-Kolom...94 Gambar 3.11 Sambungan Kolom-Balok... 97 Gambar 3.12 Sambungan Balok-Balok... 100 Gambar 4.1 Kuda-kuda Bangunan Sebenarnya... 104 xv
Gambar 4.2 Hubungan Balok Kolom... 121 Gambar 4.3 Sambungan Pelat Lantai Kolom... 124 Gambar 4.4 Sambungan Kolom-Balok... 126 Gambar 4.5 Sambungan Balok-Balok... 129 Gambar 4.6 Simulasi Kurva Histeretik Menggunakan Program Software...135 Gambar 4.7 Hasil Kurva Histeretik Dari Pengujian Pembebanan...143 xvi
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN I : MODEL BANGUNAN, METODE KONSTRUKSI DAN ASPEK K3 LAMPIRAN II : DOKUMENTASI LAPANGAN LAMPIRAN III : ANALISA DAN OUTPUT STAADPRO V8 SERIES 6 LAMPIRAN IV : GAMBAR KERJA xvii
145 DAFTAR PUSTAKA [BSN]. Badan Standardisasi Nasional. 2012. SNI-1726-2012 Tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. Jakarta : BSN. [BSN]. Badan Standardisasi Nasional. 2013. SNI-1727-2013 Tentang Pembebanan Minimum Dalam Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur Lain. Jakarta : BSN. [BSN]. Badan Standardisasi Nasional. 2013. SNI-7971-2013 Tentang Struktur Baja Canai Dingin. Jakarta : BSN. [BSN]. Badan Standardisasi Nasional. 2015. SNI-1729-2015 Tentang Spesifikasi Untuk Bangunan Gedung Baja Struktural. Jakarta : BSN. AISI Standard, 2007. North American Standard For Cold-Formed Steel Framing Product Data. American Iron and Steel Institute. AISI Standard, 2009. Design Flowchart For Using thw 2007 Edition of the North American Cold-Formed Steel Spesification and the 2008 Edition of the AISI Cold-Formed Steel Design, American Iron and Steel Institute. BMKG, 2014, Tentang Gempa, diakses tanggal 20 Agustus 2017, http://balai3.denpasar.bmkg.go.id/tentang-gempa Detiawan, Agus. 2008, Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD. Jakarta: Erlangga. Litbang.Pu, 2011, Aplikasi Desain Spektra Indonesia 2011, diakses tanggal 20 Agustus 2017, http://puskim.pu.go.id/aplikasi/desain_spektra_indonesia_2011/ Purwono, Rachmat. 2005. Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa, edisi keempat. Surabaya : ITS Press.