ANALISA PERBANDINGAN PERILAKU STRUKTUR PADA GEDUNG DENGAN VARIASI BENTUK PENAMPANG KOLOM BETON BERTULANG TUGAS AKHIR Oleh: Riskiawan Ertanto NIM: 1104105018 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2015
ABSTRAK Kolom merupakan bagian vertikal dari suatu struktur rangka yang menerima beban tekan dan lentur. Pada perencanaan kolom banyak kemungkinan variasi penampang yang bisa digunakan. Kolom dengan sengkang lingkaran memiliki kinerja terbaik dalam menahan beban dan daktilitas dibandingkan kolom mempunyai sengkang persegi. Pada kenyataan di lapangan kolom yang sering digunakan dalam perencanaan adalah kolom dengan penampang persegi karena pelaksanaan pekerjaannya mudah. Berdasarkan hal tersebut pada tugas akhir ini akan ditinjau perilaku sruktur gedung yang dikenai beban aksial dan beban gempa dengan menggunakan variasi bentuk penampang kolom yang berbeda. mengetahui perbandingan perilaku struktur (simpangan horizontal dan gaya-gaya dalam) pada gedung dengan variasi bentuk penampang kolom beton bertulang. Penelitian dilakukan pada tiga bentuk penampang yaitu penampang bujur sangkar, lingkaran, dan persegi panjang dengan luas penampang beton dan luas tulangan yang sama. Pada kolom dengan penampang lingkaran, sengkang yang digunakan adalah sengkang spiral. Kolom persegi panjang didesain dengan perbandingan ukuran lebar dan panjang tertentu. Tulangan pada ketiga direncanakan tersebar merata. Struktur dengan masing-masing bentuk penampang kolom akan dimodelkan dengan menggunakan perangkat lunak SAP2000 dan kemudian akan dibandingkan perilaku struktur. Hasil analisa menunjukkan simpangan pada struktur dengan kolom persegi panjang memiliki simpangan struktur arah-x paling besar dengan rasio 19,1 % terhadap struktur dengan kolom bujur sangkar dan 17,3 % terhadap struktur dengan kolom lingkaran. Tetapi, pada arah y struktur dengan kolom persegi panjang memiliki simpangan paling kecil dengan rasio 18,8 % terhadap struktur dengan kolom bujur sangkar dan 20,5 % terhadap struktur dengan kolom lingkaran. Momen dan gaya geser kolom arah-x pada struktur dengan kolom persegi panjang adalah yang paling kecil. Sebaliknya, pada arah-y momen dan gaya geser kolom adalah yang terbesar. Momen dan gaya geser balok yang ditinjau pada struktur dengan kolom persegi panjang adalah yang paling kecil. Struktur dengan kolom persegi panjang dipengaruhi oleh arah penempatan kolom, dimana ketika kolom ditempatkan memanjang pada arah-y akan membuat struktur lebih kaku pada arah tersebut tetapi akan melemahkan kekakuan struktur pada arah lainnyastruktur dengan kolom lingkaran memiliki kapasitas dalam menahan aksial dan momen paling baik dengan rasio 14,7 % terhadap struktur dengan kolom bujur sangkar dan 14,2 % terhadap struktur dengan kolom persegi panjang dibandingkan dengan struktur dengan kolom bujur sangkar. Kata kunci : bentuk penampang kolom, perilaku struktur i
UCAPAN TERIMA KASIH Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Analisa Perbandingan Perilaku Struktur Pada Gedung Dengan Variasi Bentuk Penampang Kolom Beton Bertulang. Tidak lupa penulis mengirimkan shalawat serta salam kepada Nabi Besar Muhammad SAW yang telah membawa umat Islam ke jalan yang diridhoi Allah SWT. Terwujudnya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari peranan serta bantuan berbagai pihak. Untuk itu, dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. I. B. Dharma Giri, MT selaku pembimbing I atas pengetahuan, bimbingan, nasihat, dan dorongan pada penulis dan Bapak Ir. Dharma Putra, MCE selaku pembimbing II atas bimbingannya. Terima kasih juga penulis ucapkan untuk Ayah, Ibu, dan Adik yang tidak ada hentinya mendoakan, mendukung dan menyemangati; Dhika S. Hidayatullah yang selalu setia menemani penulis menyelesaikan tugas akhir ini dan selalu memberi semangat serta doa untuk penulis; kepada Shovi, Doan, Ilham, Bahri, Andi, Ronny, Marcel, Brahmantya, Adrial, Landepi, dan teman-teman kontrakan yang selalu menjadi saudara/i seperjuangan disaat senang maupun susah serta menjadi teman diskusi yang sangat baik; kepada seluruh kawan-kawan Teknik Sipil Udayana yang tidak dapat disebutkan satu per satu; kepada seluruh dosen yang telah memberikan waktu dan ilmu kepada saya selama berkuliah. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidaklah sempurna karena keterbatasan ilmu yang penulis miliki. Maka dari itu, penulis berbesar hati menerima kritik dan saran. Atas perhatiannya, penulis ucapkan terima kasih. Denpasar, 7 Agustus 2015 Penulis ii
DAFTAR ISI ABSTRAK... i UCAPAN TERIMAKASIH... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR NOTASI... viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Manfaat... 2 1.5 Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kolom... 4 2.1.1 Definisi Kolom... 4 2.1.2 Jenis Kolom... 4 2.1.3 Perencanaan Kolom... 5 2.1.4 Kapasitas Kolom... 7 2.1.5 Diagram Interaksi Kolom... 8 2.2 Pembebanan Struktur... 10 2.2.1 Beban Mati... 11 2.2.2 Beban Hidup... 11 2.2.3 Beban Gempa... 11 2.2.3.1 Penentuan Faktor Keutamaan Gedung... 11 2.2.3.2 Penentuan Wilayah Gempa... 13 2.2.3.3 Penentuan Kelas Situs... 15 2.2.3.4 Penentuan Kategori Desain Seismik... 16 2.2.3.5 Pemilihan Sistem Struktur... 16 2.2.3.6 Gaya Geser Dasar Seismik... 19 2.2.3.7 Kontrol Beban Gempa... 20 2.3 Kombinasi Pembebanan... 20 2.4 Persyaratan Desain Struktur SRPMK... 20 2.4.1 Balok... 21 2.4.2 Kolom... 22 2.5 Simpangan Ijin... 23 2.6 Pemodelan Struktur SAP2000 v15... 23 BAB III METODE 3.1 Bagan Alir Penelitian... 31 3.2 Desain dan Karakteristik Gedung... 32 3.3 Pemodelan dan Analisis Struktur... 33 3.4 Hasil Analisa dan Pengolahan Data... 33 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Penentuan Model Gedung... 34 4.2 Estimasi Dimensi... 36 4.2.1 Balok... 36 iii
BAB V 4.2.2 Pelat... 40 4.2.3 Kolom... 40 4.3 Persyaratan Desain Struktur SRPMK... 45 4.3.1 Balok... 45 4.3.2 Kolom... 46 4.4 Pembebanan... 47 4.4.1 Beban Mati... 47 4.4.2 Beban Hidup... 48 4.4.3 Beban Gempa... 48 4.4.3.1 Metode Autoload... 48 4.4.3.1 Metode Respon Spektrum... 50 4.4.3.3 Kontrol Beban Gempa... 51 4.5 Hasil Analisis... 52 4.5.1 Cek Capacity Ratio Desain... 53 4.5.2 Cek Simpangan Horizontal... 55 4.5.3 Perbandingan Perilaku Struktur... 56 PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 68 5.2 Saran... 69 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Jenis-jenis kolom... 5 Gambar 2.2 (a) Kolom konsentris, (b) kolom eksentris... 8 Gambar 2.3 Diagram interaksi P-M kolom... 9 Gambar 2.4 Ss, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER), kelas situs, SB... 14 Gambar 2.5 S1, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget (MCER), kelas situs, SB... 14 Gambar 2.6 Kotak dialog reinforcement data... 24 Gambar 2.7 Kotak dialog load pattern... 26 Gambar 2.8 Kotak dialog autoload IBC2009... 26 Gambar 2.9 Pendefinisian fungsi respon spektrum... 27 Gambar 2.10 Pengunggahan grafik respon spektrum ke SAP2000... 28 Gambar 2.11 Data load case respon spektrum... 29 Gambar 3.1 Bagan Alir penelitian... 32 Gambar 4.1 Denah gedung lantai 1... 34 Gambar 4.2 Denah gedung lantai 2 sampai dengan lantai 6... 35 Gambar 4.3 Denah gedung lantai 7... 35 Gambar 4.4 Potongan portal 3-3... 36 Gambar 4.5 Penempatan balok lantai 1 sampai dengan lantai 4... 38 Gambar 4.6 Penempatan balok lantai 5 dan lantai 6... 39 Gambar 4.7 Penempatan balok atap... 39 Gambar 4.8 Dimensi dan penulangan kolom bujur sangkar untuk lantai 1 sampai dengan lantai 4... 40 Gambar 4.9 Dimensi dan penulangan kolom lingkaran untuk lantai 1 sampai dengan lantai 4... 41 Gambar 4.10 Dimensi dan penulangan kolom persegi panjang untuk lantai 1 sampai dengan lantai 4... 41 Gambar 4.11 Dimensi dan penulangan kolom bujur sangkar untuk lantai 5 sampai dengan lantai 7... 42 Gambar 4.12 Dimensi dan penulangan kolom lingkaran untuk lantai 5 sampai dengan lantai 7... 42 Gambar 4.13 Dimensi dan penulangan kolom bujur sangkar untuk lantai 5 sampai dengan lantai 7... 43 Gambar 4.14 Penempatan kolom bujur sangkar... 43 Gambar 4.15 Penempatan kolom lingkaran... 44 Gambar 4.16 Penempatan kolom persegi panjang... 44 Gambar 4.17 Capacity ratio kolom bujur sangkar... 54 Gambar 4.18 Capacity ratio kolom lingkaran... 54 Gambar 4.19 Capacity ratio kolom persegi panjang... 55 Gambar 4.20 Kolom dan balok yang ditinjau... 57 Gambar 4.21 Grafik perbandingan simpangan struktur arah-x... 58 Gambar 4.22 Grafik perbandingan simpangan struktur arah-y... 59 Gambar 4.23 Grafik perbandingan gaya aksial kolom... 60 Gambar 4.24 Grafik perbandingan momen kolom arah-x... 61 v
Gambar 4.25 Grafik perbandingan momen kolom arah-y... 62 Gambar 4.26 Grafik perbandingan gaya geser kolom arah-x... 63 Gambar 4.27 Grafik perbandingan gaya geser kolom arah-y... 64 Gambar 4.28 Grafik perbandingan momen balok... 65 Gambar 4.29 Grafik perbandingan gaya geser balok... 66 Gambar 4.30 Grafik perbandingan capasity ratio kolom... 67 vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Kategori risiko bangunan gedung dan non gedung untuk beban gempa... 12 Tabel 2.2 Faktor keutamaan gempa... 13 Tabel 2.3 Koefisien Situs, Fa... 15 Tabel 2.4 Koefisien situs, Fv... 16 Tabel 2.5 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons Tabel 2.6 Percepatan pada perioda 1 detik... 17 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda pendek... 17 Tabel 2.7 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk sistem penahan gaya gempa... 17 Tabel 2.8 Simpangan antar lantai ijin (Δa)... 23 Tabel 4.1 Syarat lebar balok induk berdasarkan tinggi balok... 45 Tabel 4.2 Syarat lebar balok anak berdasarkan tinggi balok... 45 Tabel 4.3 Syarat dimensi penampang terpendek kolom bujur sangkar... 46 Tabel 4.4 Syarat dimensi penampang terpendek kolom persegi panjang... 46 Tabel 4.5 Syarat rasio dimensi kolom persegi... 46 Tabel 4.6 Syarat rasio dimensi kolom persegi panjang... 47 Tabel 4.7 Syarat rasio tulangan... 47 Tabel 4.8 Syarat jumlah tulangan longitudinal pada kolom lingkaran... 47 Tabel 4.9 Data gempa desain spektra indonesia... 50 Tabel 4.10 Data periode vs percepatan... 51 Tabel 4.11 Tabulasi data periode vs percepatan sesuai ts dan t0... 51 Tabel 4.12 Gaya geser dasar dengan metode statik dan dinamis... 52 Tabel 4.13 Simpangan struktur arah-x... 55 Tabel 4.14 Simpangan struktur arah-y... 56 Tabel 4.15 Perbandingan simpangan struktur arah-x... 57 Tabel 4.16 Perbandingan simpangan struktur arah-y... 58 Tabel 4.17 Perbandingan gaya aksial kolom... 59 Tabel 4.18 Perbandingan momen kolom arah-x... 60 Tabel 4.19 Perbandingan momen kolom arah-y... 61 Tabel 4.20 Perbandingan gaya geser kolom arah-x... 62 Tabel 4.21 Perbandingan gaya geser kolom arah-y... 63 Tabel 4.22 Perbandingan momen balok... 64 Tabel 4.23 Perbandingan gaya geser balok... 65 Tabel 4.24 Perbandingan capasity ratio kolom... 66 vii
DAFTAR NOTASI a Ag As Ast A s b c c1 c2 : tinggi blok tegangan persegi ekivalen : luas penampang komponen struktur tekan : luas tulangan tarik : luas total tulangan : luas tulangan tekan : lebar balok : jarak dari serat tekan terjauh ke sumbu netral : dimensi kolom persegi atau persegi ekivalen,yang diukur dalam arah bentang dimana momen ditentukan : dimensi kolom persegi atau persegi ekivalen,yang diukur dalam arah bentang dimana momen ditentukan yang diukur dalam arah tegak lurus terhadap c1 Cd : faktor pembesaran defleksi Cs : koefisien respon seismik d : jarak dari serat tekan terjauh ke pusat tulangan tekan longitudinal Es : modulus elastisitas baja Fa : faktor amplikasi getaran untuk periode pendek Fv : faktor amplikasi getaran untuk periode 1 detik fy : kuat leleh baja tulangan longitudinal f c : kuat tekan beton h : tinggi balok hx : tinggi dari dasar sampai tingkat x Ie : faktor keutamaan L : panjang bentang lo : panjang, yang diukur dari muka joint sepanjang sumbu komponen struktur, dimana tulangan transversal khusus harus disediakan Mn : momen lentur nominal Mu : momen terfaktor pada penampang N : jumlah tingkat viii
Nn : kekuatan nominal penampang Nu : gaya aksial terfaktor Pn : kekuatan aksial nominal penampang Pn,max : nilai Pn maksimum yang diperbolehkan Po : kekuatan aksial nominal pada eksentritas nol Pu : gaya aksial terfaktor; diambil sebagai positif untuk tekan dan negatif untuk tarik R : faktor modifikasi respon So : spasi pusat ke pusat tulangan transversal dalam panjang lo S1 Sa SD1 SDS SM1 SMS SS T Ta V W ξt Δ Δa Øc Øb ρ : parameter percepatan batuan dasar periode 1 detik : parameter percepatan respon spektral : parameter percepatan respons spektral pada perioda 1 detik : Parameter percepatan spektrum respons desain perioda pendek : parameter percepatan spektral pada periode 1 detik : parameter percepatan spektral pada periode pendek : percepatan batuan dasar peiode pendek : periode : periode fundamental pendekatan : gaya geser dasar : Berat seismik efektif : regangan tarik neto dalam lapisan terjauh baja tarik longitudinal pada kuat nominal, tidak termasuk regangan akibat dari prategang efektif, rangkak, susut, dan suhu : simpangan antar lantai : simpangan antar lantai ijin : faktor reduksi kuat tekan : faktor reduksi kuat lentur : rasio tulangan ix