BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Kerangka Berfikir Sengkang merupakan elemen penting pada kolom untuk menahan beban gempa. Selain menahan gaya geser, sengkang juga berguna untuk menahan tulangan utama dan inti beton tidak berhamburan sewaktu menerima gaya aksial ketika gempa terjadi. Efek pengekangan tersebut mengakibatkan tegangan dan regangan beton meningkat sehingga kapasitas yang mampu dipikulnya juga akan meningkat. Maka diharapkan dengan pemakaian ukuran penampang kolom yang lebih kecil, tetap menghasilkan kekuatan yang sama. Dalam perhitungan struktur kolom tidak akan lepas dari dari suatu diagram yang biasanya disebut dengan diagram interaksi. Diagram interaksi ini merupakan kapasitas dari kekutan penampang kolom itu sendiri. Dalam perhitungan secara manual maka dilakukan perhitungan coba-coba yang tidak sedikit. Untuk memudahkan perhitungan maka akan lebih cepat dengan menggunakan bantuan dari program komputer, yaitu program SPColumn v3.63. Pada penelitian ini akan dilakukan simulasi untuk merancang ukuran penampang kolom (parameter yang didapat berdasarkan output program ETABS). Pada percobaan pertama (Model 1) akan dilakukan rancangan konfigurasi ukuran penampang kolom tanpa memperhitungkan efek kekangan sengkang, sedangkan percobaan kedua (Model 2) akan dilakukan rancangan konfigurasi ukuran penampang kolom dengan memperhitungkan efek kekangan sengkang (memakai f cc) Berdasarkan hasil perhitungan dua model konfigurasi kolom tersebut akan dilakukan perbandingan dan III-1
akan di ambil sebuah simpulan mengenai hasil desain ukuran penampang kolom tersebut. 3.2 Prosedur Penelitian Perubahan yang terjadi akibat memperhitungkan efek kekangan sengkang kolom adalah meningkatnya tingkat kekakuan dan kekuatan kolom. Dengan meningkatnya kekakuan dan kekuatan kolom maka dapat memungkinkan untuk mendesain suatu elemen struktur kolom dengan dimensi yang lebih kecil. Berikut tahapan dalam penelitian ini: 1) Penentuan desain struktur yang akan digunakan penelitian, penentuan ini meliputi material struktur, elemen struktur, dan geometri struktur. 2) Desain pendahuluan yaitu tahapan awal desain untuk memperkirakan dimensi awal. Penentuan ini berdasarkan peraturan SNI-2847-2013 tentang Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung. 3) Penentuan pembebanan struktur untuk beban kerja yang akan dipertimbangkan bekerja pada struktur. Penentuan berdasarkan peraturan SNI-1726-2012 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. 4) Permodelan struktur menggunakan program ETABS 9.74. 5) Perhitungan detail tulangan kolom menggunakan program SPColumn v3.63. 6) Analisis perbandingan desain penampang kolom tanpa memperhitungkan efek pengekangan sengkang kolom (Model 1) dan dengan memperhitungkan efek pengekangan sengkang kolom (Model 2). III-2
3.3 Diagram Alir Penyusunan Tugas Akhir Untuk memudahkan pengerjaan perencanaan maka dibuat flowchart tentang urutan hal-hal yang harus dikerjakan sehingga diharapkan pengerjaan perencanaan dapat berurutan dan sistematis. Diagram alir pada penyusunan Tugas Akhir adalah sebagai berikut : Gambar 3.1 Diagram Alir Penyusunan Tugas Akhir III-3
Dalam diagram di atas terlihat bahwa langkah awal pengkajian struktur gedung beton bertulang dilakukan dengan pengumpulan data-data untuk perencanaan, yang berupa gambar rencana bangunan dan spesifikasi material yang akan dipakai. Setelah data-data tersebut di atas diperoleh, maka dilanjutkan dengan melakukan prarencana elemen struktur beton bertulang yang terdiri dari pelat lantai, balok dan kolom. Prarencana masing-masing elemen struktur bertujuan untuk mendapatkan dimensi awal penampang optimum dari struktur yang direncanakan untuk menahan beban-beban yang bekerja pada elemen struktur tersebut. Apabila dimensi penampang optimum masing-masing elemen struktur telah diperoleh, tahapan selanjutnya adalah pemodelan struktur dengan program ETABS. Hal penting dalam pemodelan ini adalah bentuk layout struktur, parameter struktur dan elemen-elemennya, serta pembebanan berserta kombinasinya yang direncanakan bekerja pada struktur tersebut. Setelah persyaratan pemodelan di atas terpenuhi, maka bisa untuk dilaksanakan perhitungan (running) dengan bantuan program ETABS. Dari analisis komputer ini akan dihasilkan data-data gaya dalam dan kestabilan dari model struktur yang dikaji. Berdasarkan output data yang dihasilkan dari running program ETABS, selanjutnya dipakai untuk parameter desain penampang kolom dengan memakai program SPColumn v3.63. III-4
3.4 Desain Perencanaan Struktur 3.4.1 Denah Struktur Gedung 4 3 2 1 A B C D E F G Gambar 3.2 Denah Struktur A B C D E F G Gambar 3.3 Elevasi Gedung III-5
3.4.2 Material Struktur Material struktur pada penelitian ini yaitu sebagai berikut : 1) Kuat tekan beton, f c : 30 Mpa 2) Modulus elastisitas beton, Ec : 25742.96 Mpa 3) Kuat tarik baja, fy : 400 Mpa 4) Modulus elastisitas baja, Es : 200000 Mpa 5) Regangan beton, εc : 0.003 3.4.3 Geometri Struktur Permodelan struktur dibuat dengan denah struktur berbentuk persegi panjang, yaitu bangunan beraturan dan bangunan tidak beraturan geometri vertikal. Secara umum geometri struktur bangunan sebagai berikut : 1) Jenis struktur : Struktur beton bertulang konvensional 2) Jenis bangunan : Gedung perkantoran 3) Lokasi bangunan : Jakarta Utara 4) Jumlah lantai : 11 lantai 5) Tinggi lantai dasar : 4.00 m 6) Tinggi lantai (Typical) : 3.60 m 7) Sistem atap : Pelat lantai beton bertulang 8) Panjang bentang memanjang : 36.00 m 9) Panjang bentang melintang : 24.60 m 10) Tinggi struktur bangunan : 40.00 m III-6
3.5 Tahap Perencanaan Struktur 3.5.1 Desain Pendahuluan Desain pendahuluan dilakukan untuk mendapatkan dimensi awal yang digunakan untuk perancangan struktur sesuai dengan SNI-2874-2013 dan untuk persyaratan kekuatan dan kekakuan struktur juga mengacu pada SNI-2847-2013. Desain pendahuluan terdiri dari : 1) Prarencana Balok Prarencana balok merupakan tahapan perancangan awal untuk menentukan dimensi balok, yaitu tinggi balok (h) dan lebar balok (b). Perancangan awal ini bertujuan untuk memperoleh dimensi penampang yang optimum terhadap kondisi struktur dan rencana pembebanan yang akan bekerja pada struktur balok tersebut. Diagram alir prarencana balok adalah sebagai berikut : Gambar 3.4 Diagram Alir Prarencana Balok III-7
2) Prarencana Pelat Prarencana pelat lantai bertujuan untuk mendapatkan tebal pelat (h) optimum pada suatu struktur pelat dan balok beton bertulang. Diagram alir prarencana pelat adalah sebagai berikut : Gambar 3.5 Diagram Alir Prarencana Pelat Lantai 3) Prarencana Kolom Prarencana kolom merupakan tahapan untuk mendapatkan perkiraan awal dimensi penampang kotor kolom (Ag). Dimensi penampang kolom diperoleh dari perhitungan berdasarkan pembebanan struktur di atasnya, yaitu beban dari pelat lantai dan balok. Diagram alir prarencana kolom dapat dilihat pada gambar 3.6 : III-8
Gambar 3.6 Diagram Alir Prarencana Kolom 3.5.2 Asumsi dan Perancangan Pembebanan struktur pada penelitian berdasarkan SNI-1727-2013 tentang Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung. Beban kerja yang dipertimbangkan bekerja pada struktur gedung adalah sesuai SNI-2847-2013 pasal 10.2 dalam merencanakan struktur terhadap beban lentur atau aksial atau kombinasi dari beban lentur dan aksial, digunakan asumsi sebagai berikut : 1) Distribusi regangan diasumsikan linier. 2) Regangan maksimum pada serat tekan beton terluar sama dengan 0,003. 3) Tegangan tulangan yang lebih kecil dari fy diambil sebesar Es dikalikan dengan regangan baja εs sedangkan tegangan tulangan yang lebih besar dari fy diambil sama dengan fy. 4) Kuat tarik beton diabaikan. III-9
5) Hubungan antara distribusi tegangan tekan beton dengan regangan beton diasumsikan berbentuk persegi. 3.5.3 Analisis Beban Beban yang bekerja pada struktur utama berupa beban mati, beban hidup dan beban gempa. 1) Beban Mati Beban mati merupakan beban yang tetap bekerja selama bangunan ada dan besarnya tidak berubah. Beban-beban ini langsung bekerja pada struktur dan diletakkan pada pelat lantai. Beban mati pada pelat lantai terdiri dari : a) Berat sendiri material yang digunakan. b) Beban mati yang ditahan oleh penampang, seperti dinding bata, adukan keramik, utilitas, plafond dan penggantung. 2) Beban Hidup Beban hidup merupakan beban yang dapat berpindah atau dipindahkan dan bekerja pada struktur, besarnya sesuai dengan fungsi dari ruang. Seperti halnya beban mati, beban hidup bekerja di atas lantai. 3) Beban Gempa Pembebanan struktur beban gempa berdasarkan peraturan SNI-1726-2012. Analisis beban gempa dilakukan dengan cara analisis gaya lateral ekivalen. Diagram alir perhitungan gempa metode statik ekivalen adalah sebagai berikut : III-10
Gambar 3.7 Diagram Alir Perhitungan Gempa Metode Statik Ekivalen III-11
3.5.4 Permodelan Struktur Permodelan struktur beraturan dibuat berdasarkan data desain struktur yang sudah ditentukan dengan acuan SNI-2847-2013. Permodelan dibuat dengan data pelat, balok, dan kolom sesuai data yang didapat dari desain pendahuluan sebagai acuan perbandingan terhadap efisiensi struktur yang ditinjau, dengan data beban yang bekerja pada struktur mengikuti ketentuan dalam peraturan SNI-1726-2012. 3.5.5 Periksa Kekakuan Tahap dimana untuk memeriksa kekakuan sebuah struktur yang di desain agar mencapai titik kekakuan yang diatur didalam peraturan SNI-2847-2013 tentang simpangan struktur terhadap batas layan. 3.5.6 Periksa Kekuatan Faktor di dalam sebuah desain, perencanaan,dan juga pelaksanaan dari sebuah struktur yaitu mengenai kekuatan sebuah struktur bangunan yang diatur didalam peraturan SNI-2847-2013, maka memeriksa kekuatan adalah hal yang sangat penting di dalam membangun atau konstruksi gedung. 3.6 Perhitungan Sengkang Karena struktur pada umumnya berada dalam daerah rawan gempa bumi maka pada saat terjadi gempa tegangan geser dapat berubah tandanya. Maka dari itu pada setiap tulangan dibutuhkan sengkang sebagai pengikat dan pengaku di dalam elemen struktur. III-12
3.6.1 Metode Perhitungan Efek Pengekangan Kolom Analisis yang digunakan pada penelitian ini menggunakan metode perhitungan efek kekangan pada sengkang kolom. Karena perkuatan pada daerah sengkang kolom ini sangatlah berperan penting untuk menjadi tumpuan pada konstruksi sebuah gedung. Pada penelitian ini peningkatan kekuatan elemen struktur ditinjau dengan memperhitungkan efek kekangan sengkang kolom, yaitu dengan merubah fc menjadi fcc. 3.6.2 Hasil Perhitungan Sengkang Kolom Didalam tahap ini dapat diketahui hasil yang telah dilakukan dengan perhitungan dengan efek pengekangan sengkang pada kolom. Karena dengan adanya pengekangan sengkang kolom akan menyebabkan meningkatnya mutu beton dari fc ke fcc. Dengan begitu ukuran penampang kolom yang dirancang bisa diperkecil. 3.6.3 Hasil Perbandingan Perhitungan Efek Kekangan Sengkang Kolom Perbandingan dari kedua tahap pekerjaan perhitungan akan di dapatkan sebuah hasil yaitu apakah dari kedua model konfigurasi struktur kolom menghasilkan desain ukuran penampang kolom yang lebih efisien, dan tentunya sesuai dengan ketentuan yang diatur dalam peraturan SNI yang berlaku. III-13