BAB III METODOLOGI PEMBAHASAN 3.1 Data Perencanaan Adapun data-data yang didapat untuk melakukan perencanaan struktur gedung ini antara lain : a. Gambar arsitektur (gambar potongan dan denah) Gambar 3.1 Potongan Arsitektur Bangunan Ellips R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 1
Gambar 3.2 Denah Arsitektur Lantai 1 6 Banguan Ellips Gambar 3.3 Denah Arsitektur Lantai 7 10 Banguan Ellips R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 2
b. Lokasi bangunan berada di daerah Banten tepatnya di Anyer, termasuk kedalam wilayah gempa 5 Gambar 3.4 Lokasi Banguan Berdasarkan Wilayah Gempa c. Kategori bangunan adalah Apartemen dan hotel d. Finishing lantai terdiri dari pasangan keramik dengan spesi mortar ketebalan 2.5 cm e. Dinding interior merupakan pasangan dinding ½ bata dengan tebal 15 cm f. Dinding exterior merupakan Curtain Wall, elemen Curtain Wall terdiri dari pasangan kaca ketebalan 8 mm, kusen alumunium ekstrusi (alumunium alloy) berupa mullion dengan berat g. Langit-langit plafon merupakan pasangan gypsum dengan rangka zincalum serta terdapat instalasi Mekanikal dan Elektrikal (ME). h. Struktur merupakan beton bertulang dengan mutu bahan : - Mutu tulangan, f y = 400 Mpa - Mutu beton pelat dan balok, f c = 35 Mpa - Mutu beton kolom, f c = 40 MPa R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 3
3.2 Perencanaan Struktur Gedung Secara umum perencanaan struktur gedung dilakukan melalui beberapa tahapan, seperti yang tergambar dalam diagram alir berikut, Mulai A Data-data perencanaan: - Gambar arsitektur, - Spesifikasi gedung Analisa Pembebanan Gempa Statis Equivalen dan Penempatan Beban Gempa pada Pusat Massa Gedung Preliminari Elemen Struktur: -Pelat -Balok -Kolom Permodelan Struktur dengan Software Running Struktur Desain Penulangan Elemen Struktur Balok, Pelat, dan Kolom dengan SRPMK sesuai SNI 03-2847-2002 Analisa Pembebanan Statis (beban hidup dan mati) Gedung dan Input Beban Statis pada Gedung Gambar Detail A Selesai Gambar 3.5 Diagram Alir Perencanaan Struktur Gedung dengan SRPMK Dari gambar 3.5 di atas dapat kita lihat bahwa langkah awal perencanaan gedung adalah dimulai dengan pengumpulan data-data perencanaan berupa gambar arsitektur dan spesifikasi teknis gedung seperti keutamaan fungsi gedung, lokasi gedung berada yang berkaitan dengan wilayah gempa, mutu beton yang dipakai, mutu tulangan yang dipakai, dan lain sebagainya. Perhitungan preliminary desain menjadi urutan pertama dalam mendesain struktur gedung. Preliminari desain / prarencana menjadi sangat penting untuk dilakukan, suatu struktur dikatakan optimal tidak hanya dilihat dari segi R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 4
kekuatannya saja tetapi struktur yang optimum adalah struktur yang secara maksimal mampu menahan seluruh beban yang bekerja serta ekonomis dari segi dimensi penampang struktur tersebut. Output dari preliminary desain adalah dimensi elemen struktur yang optimum berdasarkan ketentuan dalam SNI 03-2847-2002. Hasil akhir prliminari desain seperti tebal pelat (h), tinggi (h) dan lebar (b) balok, dan lebar kolom (b), kemudian diaplikasikan secara keseluruhan dan dimodelkan dalam bentuk geometris struktur gedung. Dalam proses permodelan ini Penulis menggunakan bantuan software analisa struktur Etabs. Ada 2 jenis pembebanan pada gedung yaitu pembebanan statis yang meliputi beban hidup dan beban mati, dan pembebanan dinamis atau pembebanan gempa. Beban statis yang bekerja pada gedung dianalisa sedemikian rupa sehingga menghasilkan besaran atau nilai yang cukup mewakili dan di-input pada pemodelan struktur yang telah dilakukan sebelumnya. Sedangkan beban gempa dihitung secara khusus dan sistematis pada gambar 3.2 berikut. R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 5
T = 0.06 H 3 4 T = 0.06 H 3 4 C I V = R W t T = 6.3 1 g 2 i i W d Fd i i Wi.Zi Fi = V ΣWi.Zi Wi.Zi F = 10 ΣWi.Zi Wi.Zi Fi = 90% V ΣWi.Zi lt. paling atas % V T T 1 T 1 < 20% Gambar 3.6 Diagram Alir Analisa Beban Gempa Dari gambar 3.6 tampak langkah-langkah / metode analisa beban gempa dimana persamaan-persamaan yang dipakai berdasarkan landasan teori pada bab sebelumnya. Dalam analisis pembebanan gempa, pemeriksaan terhadap kinerja R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 6
batas layan (Δs) menjadi sangat penting dilakukan untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah kerusakan non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Begitu pula dengan pemeriksaan terhadap kinerja batas ultimit (Δm) perlu dilakukan untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa manusia dan untuk mencegah benturan berbahaya antar-gedung atau antar bagian struktur gedung yang dipisah dengan sela pemisah (sela delatasi). Kembali pada gambar 3.1, setelah beban gempa ditempatkan pada pusat massa, maka dilakukan running struktur untuk mendapatkan gaya-gaya dalam setiap elemen struktur akibat kombinasi beban yang dipersyaratkan dalam SNI 03-2847-2002 untuk SRPMK yang telah di input sebelumnya pada tahapan permodelan struktur dengan software Etabs. Desain penulangan dihitung berdasarkan output gaya-gaya dalam yang didapat. Penulangan disesuaikan dengan ketentuan penulangan untuk SRPMK yang diatur dalam SNI 03-2847-2002. Sehingga hasil akhir dari seluruh perencanaan struktur gedung yang dilakukan adalah detail penulangan seluruh elemen struktur yaitu balok, pelat lantai, dan kolom. 3.3 Diagram Alir Perencanaan Struktur Pelat Lantai a. Preliminari desain pelat Pada gambar 3.7 perhitungan preliminari desain tebal pelat (h) dalam SNI 03-2847-2002 dihitung dengan persamaan (2.12) dan persamaan (2.13) tergantung dari besarnya rasio rata-rata kekakuan lentur penampang balok terhadap kekakuan lentur suatu pelat dengan lebar yang dibatasi dalam arah lateral oleh sumbu dari R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 7
panel yang bersebelahan (bila ada) pada tiap sisi dari balok (α m ). Dimana besarnya α m dibatasi pada nilai tertentu (lihat persamaan pada gambar 3.3). Untuk setiap persamaan tebal pelat (h), SNI 03-2847-2002 membatasi nilai tebal pelat (h) yang dihitung dengan persamaan (2.12) dan persamaan (2.13). Jika nilai h yang dhitung berdasarkan rumus melebihi dari pada batas yang telah ditentukan maka tebal pelat (h) yang dipakai adalah tebal pelat minimum (h min ) dalam hal ini nilai h min ekivalen atau sama dengan nilai batasan tebal pelat (h) itu sendiri (lihat gambar 3.7). Gambar 3.7 Diagram Alir Preliminari Desain Pelat Lantai R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 8
b. Penulangan Pelat Lantai Berikut Penulis sajikan metode perhitungan penulangan pelta lantai secara sistematis dalam bentuk diagram alir pada gambar 3.8. Gambar 3.8 Diagram Alir Desain Penulangan Pelat Lantai Bentuk geometrik pelat lantai cenderung melebar searah horizontal menjadikan elemen struktur ini lebih dominan menerima beban lentur dibandingkan dengan beban geser yang bekerja pada sistem struktur gedung, dengan bentuk geometric seperti itu pula dengan sendirinya pelat lantai telah mampu menahan beban geser yang bekerja pada sistem struktur tersebut sehingga perhitungan penulangan lebih ditekankan pada penulangan lentur dengan kata lain R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 9
metode perhitungan penulangan pelat lantai untuk semua jenis sistem rangka pemikul baik itu SRPMB, SRPMM, maupun SRPMK adalah sama. Dari gambar 3.4 dengan data-data perhitungan yang ada, dapat kita lihat bahwa perhitungan penulangan pelat lantai tidak terlepas dari besarnya momen lentur yang terjadi. Momen lentur yang diperhitungkan adalah pada arah X dan Y karena desain pelat merupakan pelat dua arah (two way slab) yang berarti penyaluran beban didistribusikan di kedua arah yaitu X dan Y. Adapun metode perhitungan momen lentur dapat dilakukan dengan bantuan software atau secara manual dengan melakukan perhitungan pendekatan momen dengan menggunakan tabel sepeti pada tabel 2.3. Perhitungan penulangan tidak terlepas dari syarat rasio penulangan sebagaimana diatur dalam SNI 03-2847- 2002. Sehingga penampang perlu dilakukan kontrol terhadap syarat rasio penulangan. Untuk lebih jelasnya jumlah penulangan dihitung seperti pada gambar 3.8. 3.4 Diagram Alir Perencanaan Struktur Balok a. Preliminari Desain Balok Gambar 3.9 merupakan diagram alir preliminary desain balok dimana hasil akhir dari preliminary desain ini adalah dimensi balok yaitu h dan b. untuk memberikan desain yang ekonomis dan optimum dimensi h dan b ditentukan berdasarkan beban terfaktor yang bekerja dalam hal ini adalah beban hidup dan mati yang bekerja pada elemen struktur tersebut. Momen terfaktor dihitung dengan persamaan umum balok sederhana. Dengan adanya beban dan momen yang bekerja pada balok sederhana maka dimensi balok awal perlu dihitung kembali dengan menggunakan persamaan R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 10
(2.38) serta batasan nilai b pada persamaan (2.36). Dimensi penampang balok dihitung dengan cara coba-coba (trial & error) pada nilai b dan d (tinggi effektif penampang balok). Sehingga didapatkan dimensi h dan b yang sesuai dengan syarat pada persamaan (2.38) dan persamaan (2.36) serta memenuhi persyaratan SRPMK. q. l 2 u M u = 8 bd 2 M u φf ' ω 59 c ( 1 0. ω) f y. ω = ρ f ' c Gambar 3.9 Diagram Alir Preliminari Desain Balok R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 11
b. Perencanaan Lentur Balok Penampang persegi dengan penulangan tarik dan tekan dinamakan juga dengan penampang bertulangan ganda (rangkap). Oleh karena kekuatan tekan beton relative tinggi, maka kebutuhan akan penulangan tekan untuk mendapatkan kekuatan yang cukup tidak begitu besar. Perencanaan tulangan rangkap terkait dengan penentuan kekuatan momen nominal lentur Mn dimana b, d, d, As, As, fc dan fy sebagai besaran yang diketahui. Seperti halnya balok dengan tulangan tunggal, balok dengan tulangan ganda SNI 03-2847-2002 menyatakan bahwa ρ tidak boleh kurang dari ρ min dimana besarnya ρ min = 1.4/f y, jika syarat tak terpenuhi maka jumlah tulangan lentur harus ditambah. Secara filosofi persyaratan daktilitas di dalam arti berapa besar regangan yang seharusnya di dalam tulangan tarik di saat serat tekan luar dari beton mencapai regangan sebesar 0.003 harus sama untuk suatu balok dengan atau tanpa tulangan tekan. Mengatur diagram regangan agar jarak garis netral (c) tidak melebihi (c b ) merupakan cara yang mudah dimengerti dan paling sederhana di dalam perhitungan sebagai jalan untuk menentukan perbandingan tulangan ρ maks yang diizinkan pada suatu balok bertulangan ganda. Pada gambar 3.10 nilai a ditentukan dari persamaan kesetimbangan tegangan untuk kondisi penulangan ganda (lihat gambar 2.3 distribusi regangan dan regangan penampang balok tulangan ganda). Kondisi tulangan baja ditentukan dengan regangan baja yang terjadi, apakah tulangan baja tersebut leleh atau tidak. Regangan baja tulangan tekan dapat dihitung dengan persamaan R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 12
segitiga sebangun dari diagram regangan sehingga didapatkan persamaan (2.47) seperti pada gambar 3.10. Mulai A n, n, b, h, d, 1 d, fy,fc, Mu B B As, As, < maks? tidak Perbesar Dimensi Tambah tulangan tidak ρ = min 1.4 f y min? Ya a Mn = (Asfy Asfs' )(d ) + As' fs'(d d' ) 2 atau a Mn = (As As' )fy(d ) + As' fy(d d' ) 2 B ya Hitung tinggi garis netral (c) Mn Mu? tidak Perbesar Dimensi atau tambah tulangan Ya a = 0.85 c Hitung As perlu, As terpasang f s =f y ya c d' εs' = 0.003 c fy εy = E s s > y? tidak f ' = ε ' E s s s Kontrol syarat SRPMK (SNI-2002, psl. 23.3 (2(2)), psl. 23.3 (2(1)), psl. 23.5 (1(4))) Ok Tdk Ok Pakai Jumlah tulangan (As terpasang ) minimum memenuhi syarat SRPMK Mn, n, n (0.85fc'β1)600 ρb = fy (600 + fy) ρ maks = 0. 025 (syarat SRPMK) Selesai A Gambar 3.10 Diagram Alir Perencanaan Balok Beton Bertulang dengan Tulangan Ganda R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 13
Tulangan baja mencapai kondisi leleh jika regangannya melebihi f y /E s sehingga f s = fy. Tetapi jika kondisi tulangan tidak melebihi f y /E s maka nilai fs ditentukan lain sesuai dengan persamaan (2.54). Untuk lebih jelas maka perencanaan penulangan balok terhadap lentur dibuat secara sistematis seperti pada gambar 3.10 (diagram alir perencanaan penulangan lentur balok dengan tulangan ganda). Output / hasil akhir dari perencanaan penulangan lentur ini adalah besaran nilai Mn (tahanan momen nominal balok) dan jumlah tulangan baik untuk tulangan tekan (n ) maupun tulangan tarik (n). c. Perencanaan Geser Balok Pada gambar 3.11 disajikan perencanaan tulangan geser, tulangan geser direncanakan akibat gaya geser rencana yang memenuhi syarat SRPMK dimana gaya geser dihitung akibat momen nominal kedua ujung balok, Mpr, dan beban gravitasi yang bekerja pada balok yang ditinjau. Dalam perencanaan geser balok, kuat geser beton tiabaikan (Vc=0) jika gaya geser akibat Mpr saja lebih besar 50% dari pada gaya geser rencana (Ve) dan gaya aksial terfaktor yang bekerja tidak melebihi (Ag.fc )/20. Output akhir perencanaan geser balok ini adalah jarak antar tulangan sengkang. Dalam perencanaan SRPMK jarak antar tulangan geser (sengkang) perlu dilakukan control terhadap jarak maksimum. Jika nilai s yang didapatkan dengan persamaan tidak dapat terpenuhi maka s diambil nilai s terkecil yang ditentukan berdasarkan batasan maksimum s. Untuk lebih jelas langkah perencanaan tulangan geser balok disajikan pada diagram alir gambar 3.11 di bawah ini. R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 14
Mulai A f c, fy, b, h, d, As terpasang As(1.25 f y) a = 0.85. fc'. b Hitung M pr maksimum akibat gempa kiri dan kanan. a M pr = As 1.25 f y d 2 M V = ( ) + M L pr kiri pr kanan e ± W u.l 2 Kontrol s i untuk daerah sendi plastis (syarat SRPMK): s i d/4 s i 8 ø utama s i 24 ø sengk s i 300 mm Terpenuhi Tentukan batas sendi plastis l 0 = 2L Hitung Vs di luar area sendi plastis Vs V u V 2 = c φ Tidak terpenuhi Ambil nilai s i yang paling minimum Tidak Terpenuhi Kontrol thd syarat SRPMK : - Gaya geser akibat Mpr > 0.5Ve - Gaya aksial tekan < (A g f c )/20 Terpenuhi Avi f y d si = Vs i Hitung kuat geser nominal dgn rumus : Vni Vsi = Vc φ (V n akibat beban gempa saja (akibat M pr saja), ɸ = 0.75) V c = 0 Hitung kuat geser nominal dgn rumus : Vni Vs i = φ (V n akibat beban gempa saja (akibat M pr saja), ɸ = 0.75) Kontrol jarak s utk daerah luar sendi plastis (Syarat SRPMK, Psl. 23.3 (3(4)) & Psl 13.5 (4(1))) : s i d/2 Terpenuhi s 1 = Jarak sengkang daerah sendi plastis s 2 = Jarak sengakng daerah diluar sendi palstis Tidak terpenuhi Gunakan s 2 = d/2 Kontrol V s ⅔ f c.b.d (Psl. 13.5 (6(9))) Tidak terpenuhi Selesai Terpenuhi Gunakan rumus : V s = ⅔ f c.b.d Avi f si = Vs i y d A Gambar 3.11 Diagram Alir Perencanaan Tulangan Geser Balok R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 15
3.5 Diagram Alir Perencanaan Struktur Kolom a. Preliminari Kolom Mulai f c, fy, t, DL, LL Pu = Beban aksial terfaktor A g 0.2 u ( f ' + f ρ ) Dimana : 0.01 g 0.06 c P y t b = Ag Kontrol syarat SRPMK : Pu > (A g.f c )/10 Uk. Terkecil penampang > 300mm Rasio b/h 0.4 Ok Tdk Ok - Ubah dimensi kolom - Pakai dimensi minimum b, h Selesai Gambar 3.12 Diagram Alir Preliminari Desain Kolom Pada gambar 3.12 diagram alir preliminary desain kolom, dimensi awal kolom dalam hal ini diwakili dengan notasi A g merupakan fungsi daripada gaya aksial terfaktor (P u ) dimana besarnya gaya terfaktor diambil berdasarkan area pembebanan di sekitar kolom yang memberikan kontribusi terbesar pada kolom. Nilai pembagi pada persamaan di atas adalah 0.2 karena kolom diasumsikan R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 16
kolom selain beban aksial yang bekerja juga menerima beban momen. Dimana beban momen ini merupakan input untuk menentukan penulangan lentur kolom. Pada diagram alir di atas diasumsikan bahwa kolom merupakan penampang persegi dimana setiap sisi kolom memiliki dimensi yang sama sehingga nilai Ag merupakan nilai kuadrat daripada dimensi lebar sisi kolom. b. Perencanaan Tulangan Memanjang Kolom Gambar 3.13 Diagram Alir Perencanaan Tulangan Memanjang Kolom R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 17
Pada gambar 3.13 dapat kita lihat bahwa perencanaan penulangan lentur kolom ini dilakukan secara trial & error, dimana SRPMK mensyaratkan bahwa besaran jumlah antara momen nominal ujung kolom atas dan bawah lantai (ΣMe) pada pertemuan HBK yang ditinjau tidak boleh kurang daripada 6/5 jumlah momen nominal ujung balok (ΣMg) pada pertemuan HBK yang ditinjau. Sehingga revisi terhadap jumlah maupun ukuran tulangan menjadi langkah agar syarat SRPMK dapat terpenuhi. Untuk mempermudah perhitungan Me, momen nominal ujung kolom di pertemuan HBK, digunakan bantuan software PCACol, dimana Me ditentukan berdasarkan Pu terendah akibat kombinasi beban gempa pada tiap arah gempa yang diplotkan ke dalam diagram interaksi. SRPMK mengatur desain penulangan baik lentur maupun geser. Oleh karena itu perlu dilakukan kontrol desain terhadap persyaratan SRPMK sebagaimana telah diatur dalam SNI 03-2847-2002 (lihat persyaratan SRPMK pada BAB II TINJAUAN PUSTAKA). Dengan demikian output atau keluaran dari desain penulangan dapat dituangkan dalam bentuk gambar detail yang mempresentasikan jumlah tulangan dan diameter tulangan yang dipakai. R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 18
c. Perencanaan Geser Kolom M Ve = pr3 + M pr 4 H Pu fc V C ' = 1 + b d 14Ag 6 Vui Vsi Vc = φ Vui Vs i = φ Avi f y d si = Vs i Vs i Vui = φ Vc 350 hx sx = 100 + 3 Gambar 3.14 Diagram Alir Perencanaan Tulangan Geser Kolom Diagram alir yang disajikan di atas merupakan langkah-langkah perencanaan tulangan geser / transversal kolom dimana metode perhitungan menggunakan SRPMK. Pada perencanaan tulangan geser kolom dengan metode SRPMK, SNI 03-2847-2002 mensyaratkan bahwa gaya geser rencana dihitung akibat momen nominal ujung kolom yang ditinjau dalam kondisi balance (Mnb). Untuk mempermudah perhitungan, maka digunakan bantuan software PCACol dalam menentukan Mnb (Mpr). R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 19
Dalam perencanaan penulangan geser kolom dengan metode SRPMK, SNI 03-2847-2002 mensyaratkan bahwa kuat geser beton pada kolom diabaikan (Vc=0) jika kuat geser rencana (Ve) yang ditentukan berdasarkan kuat lentur nominal (Mnb) kurang dari 50% gaya geser yang dihitung dalam analisis struktur dan gaya aksial terfaktor, Pu, kurang daripada (Ag.fc )/20. Sehingga dalam perencanaan penulangan geser kolom dengan metode SRPMK tidak adanya kontribusi kuat geser beton yang disumbangkan untuk memikul beban akibat kombinasi gempa yang ada. R. ERICK PRIHARNA L. 41107120001 III - 20