Oleh : MUHAMMAD AMITABH PATTISIA ( )

Oleh : MUHAMMAD AMITABH PATTISIA (3109 106 045) Dosen Pembimbing: BUDI SUSWANTO, ST.,MT.,PhD. Ir. R SOEWARDOJO, M.Sc PROGRAM SARJANA LINTAS JALUR JURUSAN TEKNIK SIPIL Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012

Latar Belakang Suatu bangunan baja gedung terdiri dari beberapa elemen yaitu balok dan kolom. Suatu elemen struktur kolom biasanya harus memikul beban aksial (tarik atau tekan) dan momen lentur secara bersama-sama maka elemen tersebut dapat dikatakan balok kolom (beam-column). Dalam konstruksi bangunan baja suatu elemen struktur pada suatu bangunan gedung harus mempunyai syarat-syarat perencanaan yang harus dipenuhi. Secara umum dalam penelitian ini akan direncanakan sebuah bangunan gedung yang typical dengan dimensi bangunan 20 m x 30 m ( jarak bentang 5 m) dan 5 lantai dengan tinggi bangunan 20 m (tinggi tiap lantai 4m). Tugas Akhir ini akan difokuskan untuk mempelajari perilaku struktur baja khususnya elemen kolom yang mengalami beban aksial dan lentur secara bersamaan karena dalam perencanaan struktur elemen kolom, terjadinya momen akan lebih besar karena adanya faktor pembesaran momen.

Perumusan Masalah Adapun permasalahan yang ingin dibahas yaitu Bagaimana menganalisa struktur kolom baja dengan menggunakan program SAP 2000 versi 14? Bagaimana menganalisa struktur kolom baja yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan (beam-column) dengan menggunakan rumus empiris dengan menghitung momen akibat pembesaran momen? Bagaimana mengetahui perilaku struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan seperti regangan, tegangan dan defleksi yang terjadi dengan mengunakan software Abaqus 6.7? Bagaimana mengetahui kekuatan penampang yang terjadi pada struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan dengan mengunakan software Xtract 2.6.2?

Tujuan Penelitian Adapun tujuan khusus penelitian yang ingin dicapai yaitu Dapat menganalisa struktur kolom baja dengan menggunakan program SAP 2000 versi 14. Dapat menganalisa struktur kolom baja yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan (beam-column) dengan menggunakan rumus empiris dengan menghitung momen akibat pembesaran momen. Dapat mengetahui perilaku struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan seperti regangan, tegangan dan defleksi yang terjadi dengan mengunakan software Abaqus 6.7. Dapat mengetahui kekuatan penampang yang terjadi pada struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan dengan mengunakan software Xtract 2.6.2.

Batasan Masalah Penelitian Permasalahan dalam penelitian ini sebenarnya cukup banyak yang harus diperhatikan, namum mengingat akan keterbatasan waktu, penelitian ini mengambil batasan: 1. Hanya mempelajari perilaku kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan 2. Tidak meninjau dari segi analisa biaya, arsitektural dan manajemen konstruksi 3. Tidak membahas struktur bagian bawah 4. Tidak membahas metode pelaksanaan di lapangan 5. Analisa struktur memakai alat bantu software seperti SAP 2000 versi 14, Xtract 2.6.2 dan Abaqus 6.7.

Manfaat Manfaat yang bisa didapatkan dari penelitian ini adalah Untuk dunia konstruksi 1. Sebagai bahan masukan bagi dunia konstruksi khususnya elemen struktur kolom yang menerima beban aksial dan momen lentur secara bersamaan. 2. Sebagai bahan pertimbangan bahwa struktur kolom tidak hanya didesain terhadap gaya aksial tetapi lentur juga harus diperhitungkan. Untuk penulis 1. Dapat memberikan pengetahuan khususnya ketika suatu elemen struktur kolom menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan 2. Dapat mengetahui dalam perencanaan hal-hal yang harus diperhatikan dalam merencanakan suatu struktur tidak hanya menghitung kekuatannya saja tetapi kestabilan suatu bangunan juga harus dipertimbangkan.

FLOWCHART METODE STUDI Mulai Studi Literatur Preliminary dan Pembebanan (PPIUG 1987, SNI 03-1729-2002) A Analisa Penampang Struktur Kolom (Xtract 2.6.2) A Analisa Defleksi Struktur Kolom (Abaqus 6.7) Analisa Struktur (SAP 2000 v.14) NO Visualisasi Hasil (Gambar) Kontrol penampang (SNI 03-1729-2002) Selesai YES Rumus Empiris Analisa penampang Rumus Empiris Analisa Defleksi A A Gambar 1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir

Preliminary Elemen Struktur Gambar 2 tampak atas bangunan

+40,00 +40,00 +36,00 +36,00 +32,00 +32,00 +28,00 +28,00 +24,00 +24,00 +20,00 +20,00 +16,00 +16,00 +12,00 +12,00 +8,00 +8,00 +4,00 +4,00 +0,00 - -+0,00 Gambar3 Gambar tampak melintang dan memanjang bangunan

PERMODELAN PORTAL Pada Tugas Akhir ini akan dihitung dan dianalisa satu permodelan portal. 1 1 Kolom KC1 sebelah kiri Titik 1 (Node 2243) Titik 2 (Node 1248) Titik 3 (Node 31) 2 3 2 3 Kolom KC2 sebelah kanan Titik 1 (Node 1548) Titik 2 (Node 1248) Titik 3 (Node 31) Gambar 4 Permodelan 2D Portal yang akan dianalisa

Analisa Struktur Pada tahap ini dilakukan pemodelan dan analisa linier struktur dengan mengunakan program bantu SAP 2000 v.14 berdasarkan preeliminary dan pembebanan yang telah direncanakan. Gambar 5 Pemodelan bangunan dengan menggunakan SAP 2000v.14

Pembebanan KOMBINASI PEMBEBANAN Kombinasi Pembebanan yang dipakai berdasarkan SNI 1729 2002 yaitu : COMBO 1 : 1.4 D COMBO 2 : 1.2 D + 1.6 L COMBO 3 : 1.2 D + 0.5 L + 1.3 W COMBO 4 : 1.0 D + 1.0 L ± 1.0 E COMBO 5 : 0.9 D ± 1.0 E Keterangan : D = Beban Mati L = Beban Hidup W = Beban Angin E = Beban Gempa

Pembebanan Struktur Baja Pelat Atap Beban mati = 319,1 kg/m 2 Beban Hidup = 91,107 kg/m 2 Pelat lantai 1-9 Beban mati = 350,1 kg/m 2 Beban dinding = 250 kg/m 2 Beban hidup = 172,966 kg/m 2

Dimensi Struktur Utama Balok Induk Melintang Dimensi balok induk lantai 1-4 Dimensi balok induk lantai 5-7 Dimensi balok induk lantai 8-10 Balok Induk Memanjang Dimensi balok induk lantai 1-4 Dimensi balok induk lantai 5-7 Dimensi balok induk lantai 8-10 Kolom King Cross Dimensi kolom lantai 1-4 Dimensi kolom lantai 5-7 Dimensi kolom lantai 8-10 = WF 600x200x12x20 = WF 600x200x11x17 = WF 450x200x8x12 = WF 600x200x10x15 = WF 500x200x9x14 = WF 400x200x8x13 = KC 800x300x14x26 = KC 588x300x12x20 = KC 600x200x11x17

Kolom King Cross 800x300x14x26 Direncanakan Kolom King cross dengan K800x300x14x26 A = 534,8 cm 2 r = 28 mm W = 419,8 kg/m I x = 303700 cm 4 H = 800 mm I y = 315027 cm 4 B = 300 mm i y = 23,83 cm i x = 24,27 cm Z x = 9203,39 cm 3 t 1 = 14 mm Z y = 9385,306 cm 3 t 2 = 26 mm BJ 41

BALOK WF 600x200x10x15 L = 5m KOLOM K 800x300x14x26 L = 4m BALOK WF 600x200x12x20 L = 5m Gambar 6 Letak Kolom King Cross

Bagian dasar kolom diasumsikan jepit, sehingga nilai G B = 1.

, Jenis rangka tidak berpengaku (unbraced frame), sehingga dari nomogram didapatkan nilai K cx = 1,86 dan nilai K cy = 1,9. K cy yang menentukan. Karena kategori, 0,25 < < 1,2

Maka nilai sama dengan dengan nilai Pu sebesar Maka nilai sama dengan Dari hasil diatas masuk kategori rumus interaksi 1

Struktur Bergoyang

Untuk nilai Ncrsx dan Ncrsy didapat hasil seperti berikut: Bagian dasar kolom dianggap jepit sehingga nilai G B = 1

Menghitung Mu arah x Dipakai nilai

Menghitung Mu arah y Dipakai nilai

Kontrol tekuk Lokal Untuk Sayap Untuk Badan penampang kompak penampang kompak

Kontrol Lateral Buckling Jarak penahan lateral Karena maka termasuk bentang pendek. Maka nilai M nx dan M ny adalah sebagai berikut: Kontrol Kombinasi Momen dan Lentur

SAMBUNGAN Profil balok induk menggunakan WF 600.200.12.20 dan kolom dengan profil King Cross 800.300.14.26. Sambungan akan didesain dengan metode rigid connection. Sambungan akan direncanakan seperti balok konsol dengan panjang 564 mm. Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan f y = 250 Mpa dan f u = 410 Mpa.

9.00 Tulangan negatif φ 10-250 9.00 Tulangan negatif φ 10-250 L 60X60X6 4.00 L 60X60X6 4.00 8.00 25.00 8.00 16 mm 4.00 WF 250X175X7X11 16 mm 4.00 WF 250X175X7X11 WF 600x200x12x20 WF 600x200x12x20 Gambar 7 Detail sambungan balok anak dengan balok Induk

32 T.600x300x14x23 28 WF.600x200x12x20 KC 800x300x14x26 28 28 22 L.100x100x10 22 L.100x100x10 32 POTONGAN WF.600x200x12x20 28 Gambar 8 Sambungan Balok dengan Kolom

KC.800x300x14x26 Pelat 12mm KC.800x300x14x26 20 32 12 32 A Pelat 12mm A 32 32 Pelat 12mm Pelat 12mm 32 Gambar 9 Sambungan Kolom dengan Kolom yang sama dimensi

Pelat 106mm KC.588x300x12x20 Pelat 12mm 28 Pelat 12mm Pelat 12mm 28 28 Pelat 80mm Pelat 12mm KC.588x300x12x20 A 28 28 A Pelat 13mm 28 28 Pelat 12mm Pelat 12mm 28 KC.800x300x14x26 Gambar 10 Sambungan Kolom dengan Kolom yang beda dimensi

Hasil Penampang pada Xtract 2.6.2 Profil WF 600x200x12x20 Dari hasil Analysis Report dapat dilihat bahwa : Kuat momen nominal (Mn) = Maka, Dari hasil diatas ternyata hasilnya hampir sama dengan perhitugan manual yaitu sebesar

Profil King Cross Dari hasil gambar diperoleh hasil bahwa P max adalah 3323 KN saat M max = 2292 KNm. Beban tekan maksimum = 1,304x10 4 KN dan beban tarik maksimum = 1,304x10 4 KN Dari hasil manual diperoleh hasil bahwa P max adalah 3323 KN saat M max = 2300,885 KNm. Beban tekan maksimum = 1,300x10 4 KN dan beban tarik maksimum = 1,304x10 4 KN

HASIL ANALISA PORTAL DENGAN PROGRAM ABAQUS V 6.7 Tegangan yang terjadi terhadap strukturportal Warna pada strukturportal menunjukkan tegangan yang terjadi pada elemen tersebut. Semakin warna merah maka menunjukkan bahwa tegangan yang terjadi semakin besar. Untuk membandingkan penampang kolom yang diberi beban asli dan beban setelah dilakukan tambahan beban yang menjadi tolak ukur untuk menentukan efektifitas dan pengaruh terhadap struktur portal dan penampang king cross itu sendiri adalah deformasi, tegangan dan regangan yang terjadi.

Gambar 11 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban asli

Gambar 12 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban gempa tambahan 25 ton

Warna pada struktur portal menunjukkan tegangan yang terjadi pada elemen tersebut. Semakin warna merah maka menunjukkan bahwa deformasi, regangan dan tegangan yang terjadi semakin besar. Dari hasil Gambar 8.12, 8.13, 8.14, 8.15, 8.16 dan 8.17 akan ditinjau untuk tiap titik pada suatu elemen dapat dilihat pada Gambar 8.18.

1 1 2 2 3 Gambar 8.17 Titik yang akan ditinjau pada analisa Abaqus 6.7 3

Displacement Untuk tinjauan kolom pada KC1 pada titik 1 pada node 2243, dimana nilai displacement maksimum terletak pada arah Z atau U3 karena yang dominan beban disebabkan oleh beban lateral. Untuk displacement arah Magnitude hasil ini diperoleh dari resultan dari 3 gaya yaitu arah X, Y dan Z. Dari hasil Tabel 8.3 dapat dilihat bahwa semakin ditambahkan bebannya, displacement yang terjadi menjadi lebih besar dari beban awal yang digunakan. Tetapi untuk arah Y semakin ditambahkan bebannya maka hasilnya semakin kecil dan hasilnya yang tadinya negatif akan menjadi positif. Hal ini terjadi pada node 1348 dengan beban 55 ton.

Defleksi (mm) 10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 Kolom Node 2243 0 10 20 30 40 50 60 70 Beban (Ton) Magnitude Arah X Arah Y Arah Z Gambar 19 Displacement pada kolom node 2243

Regangan Regangan pada kolom KC2 pada titik 1 pada node 2243, didapatkan hasil bahwa semakin besar beban lateral yang diberikan maka regangan yang terjadi cenderung meningkat pada arah E11, E33, E12, E13 dan E23 sedangkan pada arah E22 cenderung menurun. Dari semua regangan tidak ada yang melebihi regangan maksimumnya sebesar ε = fy / E = 250/200000 = 0,00125.

0.0006 0.0004 Kolom Node 2243 0.0002 E.E11 Regangan 0-0.0002-0.0004-0.0006-0.0008 0 10 20 30 40 50 60 70 E.E22 E.E33 E.E12 E.E13 E.E23-0.001-0.0012 Beban (Ton) Gambar 20 regangan pada kolom KC2 pada node 2243

Tegangan Tegangan pada kolom KC2 pada titik 1 pada node 2243, didapatkan hasil bahwa semakin besar beban lateral yang diberikan maka regangan yang terjadi cenderung meningkat pada arah S11, S22, S33, S12, S13 dan S23. Dari semua tegangan tidak ada yang melebihi fy berarti pada titik 1 atau node 2243 tidak terjadi kelelehan karena tegangan maksimum yang terjadi yaitu sebesar -226,871 Mpa pada tegangan arah sumbu Z atau E33 dengan beban 65 ton.

50 Kolom Node 2243 Tegangan(MPa) 0-50 -100-150 -200 0 10 20 30 40 50 60 70 S.S11 S.S22 S.S33 S.S12 S.S13 S.S23-250 Beban (Ton) Gambar 21 tegangan pada kolom KC2 node 2243

Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan pada struktur bangunan gedung, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Dari hasil perhitungan dan analisis SAP 2000 v14 yang telah dilakukan pada struktur bangunan gedung, perencanaan dimensi profil pada balok anak, balok induk dan kolom King cross sudah memenuhi kriteria ketentuan kekuatan profil terhadap beban yang diterima oleh struktur seperti kontrol tekuk lokal, tekuk lateral, persamaan interaksi, lendutan dan geser. Dari hasil perhitungan kolom pada KC 800x300x14x26 dengan menambahkan pembesaran momen sudah memenuhi kriteria kekuatan seperti kontrol tekuk lokal, tekuk lateral dan masuk terhadap kontrol kombinasi tekan dan lentur masuk kriteria yaitu 0,96438 lebih kecil dari 1,0. Sedangkan pada kolom KC 588x300x12x20 untuk kontrol kombinasi tekan dan lentur masuk kriteria yaitu 0,6759 lebih kecil dari 1,0.

Dari hasil analisa perilaku menggunakan software Abaqus 6.7 kolom mengalami displacement maksimum pada arah Z (U3) sebesar 2,3129 mm yang ditinjau di atas penampang kolom di titik 1 (Node 1558) dengan beban lateral awal yaitu 23,124 ton (15,294 N/mm 2 ). Displacement tersebut akan semakin meningkat saat beban lateral yang diberikan juga bertambah. Untuk nilai tegangan yang terjadi pada kolom akibat pemberian beban lateral yang semakin bertambah didapatkan hasil tegangan maksimum berada di titik 1 (Node 1558) dengan beban sebesar 65 ton mengalami tegangan sebesar 262,635 Mpa pada arah Z (S33). Hasil ini menunjukkan bahwa pada titik tersebut sudah mengalami kelelehan sebab fy bernilai 250 Mpa. Untuk nilai regangan didapatkan pada kolom KC2 yang mengalami regangan maksimum pada arah Z (E33) sebesar 0,0013355. Hasil ini menunjukkan sudah melebihi regangan maksimum sebesar 0,00125. Dari hasil perhitungan manual dan menggunakan program Xctract 2.6.2 dapat disimpulkan bahwa pada penampang balok momen nominal perhitungan manual pada balok WF 600x200x12x20 lebih kecil dari perhitungan Xtract 2.6.2 selisihnya sebesar 4,25 %, sedangkan pada penampang kolom KC 800x300x14x26 nilai momen nominal hasil perhitungan sedikit lebih besar dibandingkan hasil Xtract selisihnya sebesar0,386% dan untuk kuat tekan perhitungan manual lebih kecil dibandingkan hasil analisa Xtract selisihnya sebesar 0,262%, sedangkan untuk tarik nominal pada perhitungan manual sama dengan perhitungan dengan Xtract.

Saran Perlu ditambahkan stiffner pada sambungan balok kolom karena jika tidak ditambahkan akan menyebabkan beam column joint mengalami sendi plastis. Diusahakan terjadi sendi plastis terletak pada muka balok. Perlu ditambahkan yield stress dan plastic strain hingga mencapai kondisi putusnya yaitu sebesar f u pada saat memasukkan material pada plasticity. Jika tidak ditambahkan perilaku pada strukturnya jika diberi beban tambahan akan linier. Perlu pembelajaran program ABAQUS secara advance untuk melakukan percobaan bahan dengan teknologi computer.