ABSTRAK Ballroom pada Hotel Mantra di Sawangan Bali terbuat dari beton bertulang. Panjang bentang bangunan tersebut 16 meter dengan tinggi balok mencapai 1 m dan tinggi bangunan 5,5 m. Diatas ballroom tersebut terdapat kolam renang yang menyebabkan beban yang diterima sangan berat. Maka perlu dibuat alternatif untuk struktur ini dengan menggunakan baja. Alternatif ini diharapkan dapat menghasilkan dimensi yang lebih kecil sehingga ketinggian bangunan dapat diperkecil. Balok baja yang digunakan sebagai alternatif adalah balok baja berlubang, (alternatif 1) dan balok baja komposit berselimut beton (alternatif 2). Karena harga baja mahal, maka dibuat juga struktur alternatif kombinasi balok baja kolom beton (alternatif 3), dengan harapan biaya pekerjaan kolom beton bertulang lebih murah dari kolom baja. Struktur tersebut dibandingkan dari segi perilaku struktur (lendutan dan simpangan), dimensi, berat dan harga struktur. Kemudian akan diketahui perbandingan dari masing-masing struktur tersebut dengan kelebihan dan kekurangannya. Perbandingan struktur dari struktur eksisting dan struktur alternatif dibuat dengan menggunakan persentase dimana struktur eksisting sebagai pembanding dengan nilai 100%. Untuk perbandingan lendutan yang terjadi pada balok induk adalah alternatif 2 135%, dan alternatif 2 dan 3 187%. Perbandingan simpangan arah x yaitu alternatif 3 153%, alternatif 2 195%, dan alternatif 1 469%. Perbandingan simpangan arah y yaitu alternatif 2 117%, alternatif 3 119% dan alternatif 1 188%. Untuk perbandingan dimensi yang dibandingkan adalah tinggi dari balok induk bentang panjang yaitu alternative 1 dan 3 59% dan alternative 2 76%. Perbandingan berat struktur yaitu alternative 1 29%, alternative 3 57% dan alternative 2 86%. Perbandingan harga struktur yaitu alternative 2 189%, alternative 3 196%, alternative 1 241%. Untuk menentukan yang paling efektif dari struktur tersebut dapat disesuaikan dengan kebutuhan, misalnya ingin ketinggian bangunan yang minimal maka dipilih struktur alternatif 1, jika ingin dimensi yang minimal dan harga yang murah maka dapat dipilih struktur alternatif 2 atau struktur alternatif 3. Kata kunci: Balok, bentang panjang, beton bertulang, baja berlubang, komposit, kombinasi, alternatif, efektif i
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat Nya lah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul Pemakaian Balok Baja sebagai Alternatif Balok Beton Bertulang pada Struktur Bentang Panjang (Kasus Ballroom Hotel Mantra Sawangan-Bali) Pada kesempatan ini penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada berbagai pihak atas segala bantuannya dalam menyusun proposal tugas akhir ini. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE. PhD. dan Ir. Ida Bagus Dharma Giri, MT.yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama penyusunan Tugas Akhir ini. Bapak dan Ibu Dosen/Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Universitas Udayana. Orang tua serta keluarga yang telah memberikan dukungan moril, semangat, harapan, doa serta pengorbanan yang tak ternilai harganya. Seluruh teman-teman serta semua pihak yang penulis tidak dapat sebutkan satu persatu dalam menyelesaikan tugas ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki, karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Denpasar, 17 Oktober 2016 Penulis ii
DAFTAR ISI ABSTRAK... i UCAPAN TERIMA KASIH... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Manfaat... 3 1.5 Ruang Lingkup... 3 1.6 Batasan Masalah... 3 1.7 Data Studi Kasus... 4 1.7.1 Lokasi dan Fungsi Bangunan... 4 1.7.2 Data Material... 4 1.7.3 Data Gambar... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 9 2.1 Umum... 9 2.2 Struktur Beton Bertulang... 11 2.2.1 Pelat Beton Bertulang... 11 2.2.2 Balok Beton Bertulang... 13 2.2.3 Kolom Beton Bertulang... 17 2.3 Struktur Baja... 17 2.3.1 Perhitungan Kekuatan Aksial... 17 2.3.2 Perhitungan Kekuatan Lentur... 18 2.3.3 Perhitungan Kekuatan Geser... 19 2.3.4 Interaksi Aksial dan Lentur... 20 2.3.5 Jenis Sambungan... 20 2.3.6 Baja Berlubang... 21 2.4 Struktur Komposit... 21 2.4.1 Persyaratan Struktur Komposit... 21 2.4.2 Lebar Efektif... 22 2.4.3 Kekuatan Lentur Struktur Komposit... 22 2.4.4 Kekuatan Geser Struktur Komposit... 23 2.4.5 Kekuatan Aksial Struktur Komposit... 24 2.5 Pembebanan... 25 2.5.1 Jenis Jenis Beban... 25 2.5.2 Kombinasi Pembebanan... 26 2.6 Beban Gempa... 27 iii
2.6.1 Faktor Keutamaan (Ie) dan Kategori Risiko Struktur Bangunan... 27 2.6.2 Parameter Percepatan Terpetakan... 27 2.6.3 Kelas Situs... 27 2.6.4 Parameter Percepatan Spektral Desain... 28 2.6.5 Kategori Desain Seismik... 28 2.6.6 Penentuan Perioda... 28 2.6.7 Metode Statik Ekuivalen... 29 2.7 ETABS... 31 2.7.1 Menu Define pada ETABS... 31 2.7.2 Menu Analyze pada ETABS... 32 2.7.3 Menu Design pada ETABS... 32 BAB III METODE PENELITIAN... 33 3.1 Kerangka Penelitian... 33 3.2 Pengumpulan Data Perancangan... 34 3.3 Perancangan Struktur... 34 3.3.1 Pemodelan Struktur... 34 3.3.2 Analisis Struktur... 35 3.3.3 Desain Struktur... 35 3.6 Perbandingan Struktur... 36 3.7 Kesimpulan... 36 BAB IV PEMBAHASAN... 37 4.1 Pembebanan... 37 4.2 Pemodelan Struktur... 38 4.3 Perancangan Struktur Eksisting... 49 4.3.1 Perencanaan Pelat... 50 4.3.2 Perencanaan Balok Beton Bertulang... 51 4.3.3 Perencanaan Kolom Beton Bertulang... 52 4.3.4 Perhitungan Perilaku Struktur... 53 4.3.5 Perhitungan Berat Struktur Beton Bertulang... 55 4.3.6 Perhitungan Harga Struktur Beton Bertulang... 56 4.4 Perancangan Struktur Baja... 60 4.4.1 Perancangan Balok Baja... 60 4.4.2 Perancangan Kolom Baja... 62 4.4.3 Perancangan Balok Baja Berlubang... 63 4.4.4 Rekapitulasi Perilaku Struktur Baja... 66 4.4.5 Perhitungan Berat Struktur Baja... 67 4.4.6 Perhitungan Harga Struktur Baja... 68 4.5 Perancangan Struktur Alternatif 2... 68 4.5.1 Perancangan Balok Komposit... 68 4.5.2 Perancangan Kolom Komposit... 73 4.5.3 Rekapitulasi Perilaku Struktur Alternatif 2... 74 4.5.4 Perhitungan Berat Struktur Alternatif 2... 76 4.5.5 Perhitungan Harga Struktur Alternatif 2... 77 4.6 Perancangan Struktur Alternatif 3... 78 4.6.1 Perancangan Balok Baja Alternatif 3... 78 4.6.2 Perancangan Kolom Beton Bertulang Alternatif 3... 78 iv
4.6.3 Rekapitulasi Perilaku Struktur Alternatif 3... 79 4.6.4 Perhitungan Berat Struktur Alternatif 3... 80 4.6.5 Perhitungan Harga Struktur Alternatif 3... 80 4.7 Perbandingan Struktur... 81 BAB V PENUTUP... 84 5.1 Kesimpulan... 84 5.2 Saran... 85 DAFTAR PUSTAKA... 86 Lampiran A Pembebanan... 87 Lampiran B Perancangan Struktur Eksisting... 91 Lampiran C Perancangan Struktur Alternatif 2... 125 Lampiran D Perancangan Struktur Alternatif 2... 163 Lampiran E Perancangan Struktur Alternatif 3... 184 v
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Denah Ballroom... 4 Gambar 1.2 Portal L (melintang)... 5 Gambar 1.3 Portal 1 (memanjang)... 5 Gambar 1.4 Detail balok induk... 6 Gambar 1.5 Detail balok anak dan balok konsol... 7 Gambar 1.6 Detail kolom... 8 Gambar 2.1 Diagram tegangan regangan beton bertulang... 9 Gambar 2.2 Diagram tegangan regangan baja komposit... 9 Gambar 2.3 Penampang balok komposit baja terbungkus beton... 10 Gambar 2.4 Tegangan, regangan, dan gaya yang terjadi pada beton bertulang... 14 Gambar 2.5 Menu pata ETABS... 31 Gambar 2.6 Mendefinisikan material... 31 Gambar 2.7 Mendefinisikan beban... 31 Gambar 2.8 Menu Design pada ETABS... 32 Gambar 3.1 Diagram alir langkah-langkah perancangan... 33 Gambar 4.1 Standar satuan dan aturan... 39 Gambar 4.2 Menentukan grid struktur... 39 Gambar 4.3 Grid yang telah dibuat... 40 Gambar 4.4 memodifikasi grid struktur... 40 Gambar 4.5 Menggambar elemen struktur... 41 Gambar 4.6 Hasil menggambar elemen pelat... 42 Gambar 4.7 Hasil penggambaran pada tampilan 3 dimensi... 42 Gambar 4.8 Mendefinisikan beban... 43 Gambar 4.9 mendefinisikan beban gempa dengan auto load... 43 Gambar 4.10 Memasukkan beban mati... 44 Gambar 4.11 Memasukkan beban hidup... 44 Gambar 4.12 Kombinasi pembebanan... 45 Gambar 4.13 Membuat kombinasi beban... 45 Gambar 4.14 Mendefinisikan material... 46 Gambar 4.15 Membuat definisi material baru... 46 Gambar 4.16 Frame properties... 47 Gambar 4.17 Pilihan jenis dan bentuk properti... 47 Gambar 4.18 Menentukan dimensi properti... 48 Gambar 4.19 Properti untuk kolom... 48 Gambar 4.20 Properti untuk balok... 49 Gambar 4.21 Denah keterangan nama elemen struktur... 50 Gambar 4.22 Lendutan pada balok beton bertulang... 54 Gambar 4.23 Simpangan arah x struktur beton bertulang... 54 Gambar 4.24 Simpangan arah y struktur beton bertulang... 54 Gambar 4.25 Denah rencana lubang... 63 Gambar 4.26 Lubang pada balok induk B1... 64 Gambar 4.27 Faktor reduksi penampang balok B1... 65 Gambar 4.28 Lendutan pada balok baja... 66 Gambar 4.29 Simpangan arah x pada struktur baja... 67 Gambar 4.30 Simpangan arah y pada struktur baja... 67 Gambar 4.31 Memasukkan faktor pembesaran momen inersia... 70 Gambar 4.32 Memasukkan beban selimut beton pada balok komposit... 71 vi
Gambar 4.33 Lendutan pada balok komposit... 75 Gambar 4.34 Simpangan arah x pada struktur komposit... 75 Gambar 4.35 Simpangan arah y pada struktur komposit... 76 Gambar 4.36 Simpangan arah x pada struktur kombinasi... 79 Gambar 4.37 Simpangan arah y pada struktur kombinasi... 79 Gambar 4.38 Perbandingan dimensi struktur... 82 vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel minimum pelat tanpa balok interior (Tabel 9.5c)... 12 Tabel 2.2 Beban Mati Pada Struktur... 26 Tabel 3.1 Tabel perbandingan hasil struktur... 36 Tabel 4.1 Rekapitulasi momen pada pelat... 50 Tabel 4.2 Dimensi balok beton bertulang... 51 Tabel 4.3 Kontrol kekuatan momen pada balok beton bertulang... 51 Tabel 4.4 Kontrol kekuatan geser pada balok beton bertulang... 52 Tabel 4.5 Dimensi kolom beton bertulang... 52 Tabel 4.6 Menentukan rasio tulangan pada kolom beton bertulang... 53 Tabel 4.7 Kontrol kekuatan geser kolom beton bertulang... 53 Tabel 4.8 Berat struktur beton bertulang... 55 Tabel 4.9 Ketentuan harga untuk beton bertulang... 56 Tabel 4.10 Rekapitulasi perhitungan harga pekerjaan beton bertulang... 57 Tabel 4.11 Rekapitulasi perhitungan harga pekerjaan bekisting... 58 Tabel 4.12 Rekapitulasi perhitungan harga pekerjaan tulangan... 59 Tabel 4.13 Harga struktur beton bertulang... 60 Tabel 4.14 Data profil baja untuk balok... 61 Tabel 4.16 Kontrol kekuatan momen pada balok baja... 61 Tabel 4.17 Kontrol kekuatan geser pada balok baja... 62 Tabel 4.18 Data profil baja untuk kolom... 62 Tabel 4.19 Kontrol kekuatan aksial dan momen kolom baja... 63 Tabel 4.20 Kontrol kekuatan geser kolom baja... 63 Tabel 4.21 Kontrol momen pada balok baja berlubang... 66 Tabel 4.22 Kontrol gaya geser pada balok baja berlubang... 66 Tabel 4.23 Perhitungan berat struktur baja... 67 Tabel 4.24 Harga pekerjaan struktur baja... 68 Tabel 4.25 Dimensi dan profil baja balok komposit... 69 Tabel 4.26 Perhitungan berat selimut beton balok komposit... 70 Tabel 4.27 Kontrol momen pada balok komposit... 71 Tabel 4.28 Kontrol geser pada balok komposit... 72 Tabel 4.29 Perhitungan tulangan untuk balok komposit... 73 Tabel 4.30 Dimensi dan profil baja kolom komposit... 73 Tabel 4.31 Kontrol momen pada kolom komposit... 74 Tabel 4.32 Kontrol geser pada kolom komposit... 74 Tabel 4.33 Perhitungan tulangan untuk kolom komposit... 74 Tabel 4.34 Perhitungan berat struktur komposit... 77 Tabel 4.35 Rekapitulasi harga struktur komposit... 77 Tabel 4.36 Dimensi kolom struktur alternatif 3... 78 Tabel 4.37 Menentukan rasio tulangan kolom beton bertulang alternatif 3... 78 Tabel 4.38 Kebutuhan geser kolom beton bertulang struktur alternatif 3... 79 Tabel 4.39 Berat struktur alternatif 3... 80 Tabel 4.40 Harga struktur alternatif 3... 81 Tabel 4.41 Tabel perbandingan lendutan... 81 Tabel 4.42 Tabel perbandingan simpangan arah x... 81 Tabel 4.43 Tabel perbandingan simpangan arah y... 81 Tabel 4.44 Tabel perbandingan dimensi... 82 Tabel 4.45 Tabel perbandingan berat struktur... 82 viii
Tabel 4.46 Tabel perbandingan harga struktur... 83 ix
DAFTAR NOTASI A : Luas penampang (mm 2 ) a : Tinggi untuk perhitungan gaya tekan beton A v : Luas penampang bagian geser (mm 2 ) b f : Lebar sayap baja (mm) C d : Deflection amplification d : Tinggi penampang baja (mm) E c : Modulus elastisitas beton (MPa) E s : Modulus elastisitas baja (MPa) f' c : Kuat tekan beton (MPa) F cr : Tegangan kritis (MPa) F u : Tegangan putus baja (MPa) F y : Tegangan leleh baja (MPa) G : Modulus geser (MPa) g : percepatan gravitasi (m/s 2 ) I e : Faktor keutamaan hunian M : Momen (Nmm) M nx : Momen nominal arah sumbu x (Nmm) M ny : Momen nominal arah sumbu y (Nmm) M p : Momen plastis (Nmm) M ux : Momen ultimit arah sumbu x (Nmm) M uy : Momen ultimit arah sumbu y (Nmm) N n : Gaya aksial nominal (N) N u : Gaya aksial ultimit (N) P : Gaya aksial (N) r : Jari-jari girasi (mm) s : Jarak antar sengkang (mm) t f : Tebal sayap baja (mm) t w : Tebal badan baja (mm) V : Gaya geser dasar (N) V n : Gaya geser nominal (N) V u : Gaya geser ultimit (N) : Faktor penyesuaian level gaya : Faktor reduksi : Parameter kelangsingan p : Parameter batas kelangsingan untuk elemen kompak r : Parameter batas kelangsingan untuk elemen nonkompak : Rasio tulangan b : Rasio tulangan kondisi balance maks : Rasio tulangan maksimal min : Rasio tulangan minimal : Faktor reduksi kekuatan x