Desain Struktur Beton 2 [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Fungsi Struktur bangunan di dalam proyek ini adalah sebagai bangunan sekolah, terdiri dari 4 lantai, dan pada perencanaannya bangunan sekolah ini akan direncanakan sesuai dengan peraturan yang berlaku. 1.2 Denah



Gambar. Tampak Atas



Gambar. Tampak Depan



Gambar. Tampak Samping 1.3 Mutu Bahan 



Mutu Beton Mutu Beton menyatakan kekuatan tekan luas bidang permukaan. Beton dengan mufu fc' 25 menyatakan kekuatan tekan minimum adalah 25 MPa pada umur beton 28 hari, dengan menggunakan silinder beton diameter 15 cm, tinggi 30 cm. Mengacu pada standar SNI 03-2847-2002 yang merujuk pada ACI (American Concrete Institute). 1 MPa = 10 kg/cm2







Mutu Beton Karakteristik



Beton dengan mutu K-250 menyatakan kekuatan tekan karakteristik minimum adalah 250 kg/cm2 pada umur beton 28 hari, dengan menggunakan kubus beton ukuran 15x15x15 cm. Mengacu pada PBI 71 yang merujuk pada standar eropa lama. 



Perbandingan fc' dan K Dengan perbandingan kuat tekan benda uji : Kubus 15x15x15 cm = 1,00 Kubus 20x20x20 cm = 0,95 Silinder 15x30 cm = 0,83







Berbagai mutu beton, antara lain: 1. Mutu tinggi fc'35 – fc'65 MPa setara K400 – K800 kg/cm2 Umumnya digunakan untuk beton prategang seperti tiang pancang beton prategang, gelagar beton prategang, pelat beton prategang dan sejenisnya. 2. Mutu sedang fc'20 – fc'35 MPa setara K250 – K400 ( kg/cm2 ) Umumnya digunakan untuk beton bertulang seperti pelat lantai jembatan, gelagar betonbertulang, diafragma, kerb beton pracetak, gorong-gorong beton bertulang, bangunan bawah jembatan. 3. Mutu rendah fc'15 – fc'20 MPa setara K175 – K250 kg/cm2 Umumya digunakan untuk struktur beton tanpa tulangan seperti beton siklop, trotoar dan pasangan batu kosong yang diisi adukan, pasangan batu. fc'10 – fc'15 MPa setara K125 – K175 kg/cm2 Di gunakan sebagai lantai kerja, penimbunan kembali dengan beton



1.4 Bagian Struktur yang Didesain Adapun bagian struktur yang akan didesain pada perencanaan ini adalah: 1. Merencanakan dimensi dan penulangan pelat 2. Merencanakan dimensi dan penulangan balok 3. Merencanakan dimensi dan penulangan kolom 4. Merencanakan dimensi dan penulangan pondasi



Garis besar perencanaan adalah sebagai berikut: Direncanakan suatu bangunan 4 lantai yang berfungsi sebagai pusat sekolah dengan struktur bangunan terdiri dari pelat, balok, kolom dan pondasi berada pada zona gempa II serta membuat gambar detailnya. Adapun ketentuan-ketentuan yang lain untuk desain ini adalah: Mutu beton (fc’)



= 20 Mpa



Mutu tulangan (fy)



= 340 Mpa



Mutu Sengkang (fys) = 320 Mpa Daya dukung tanah



= 200 kN/m2



Berat volume tanah



= 14 kN/m2



Tanah keras pondasi pada kedalaman = -1,0 m Beban hidup yang bekerja pada atap sebesar 100 kg/m2 dan pada setiap lantai disesuaikan dengan fungsi bangunan. 1.5 Peraturan Peraturan standar perencanaan struktur bangunan pada hakekatnya untuk kesejahteraan dan berhubungan dengan segi keamanan manusia. Di Indonesia, peraturan atau pedoman standar yang mengatur perencanaan dan pembangunan pelaksanaan beton bertulang telah beberapa kali mengalami perubahan dan pembaharuan, sejak Peraturan Beton Indonesia 1971 (PBI 71) kemudian SK SNI T-15-1991-03 dan terakhir adalah standar tata cara perhitungan struktur beton nomor : SNI 03-2847-2002. Pembaharuan ditujukan untuk memenuhi kebutuhan dalam upaya mengimbangi pesat laju perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya yang berhubungan dengan beton. Perhitungan struktur tersebut dengan memakai metode SNI 03-2847-2002 untuk perencanan struktur beton bertulang dan referensi dari buku Desain struktur beton Gideon & Vis, Desain Beton Bertulang Chu Kia Wang.



BAB II PRELIMINARY DESIGN 2.1



Perencanaan Dimensi Balok Syarat dimensi balok, menurut SNI 03-2847-2002







Untuk kondisi, ’Dua tumpuan’, tebal minimum balok (h) = l/16







Untuk kondisi, ’Satu ujung menerus’, (h) = l/18,5







Untuk kondisi, ’Kedua ujung menerus’, (h) = l/21







Untuk kondisi, ’Kantilever’, (h) = l/8



Dengan l = bentang terpanjang (mm), ketentuan ini berlaku untuk nilai fy = 400 Mpa sedangkan untuk fy selain nilai tersebut dikalikan dengan (0.4 +fy/700). Untuk lebar balok, syaratnya : bw = h/2 sampai dengan 2h/3.



Perhitungan: Diketahui : L = 6 m = 600 cm maka : untuk kondisi Satu ujung menerus h  600  32,43 cm 18.5



untuk Kedua ujung menerus h = 600  28,57 cm 21



dipakai h = 400 mm = 40 cm untuk lebar balok syaratnya h/2 ≤ bw ≤ 2h/3 bw = h/2 =



40  20 cm, tidak boleh lebih dari 2



bw = 2h/3 =



2 x 40  26,67 cm (dipakai bw = 25 cm) 3



maka dimensi balok awal h



= 40 cm



bw = 25 cm



40 cm



25 cm



Gambar 2.1 Perencanaan Awal Balok 2.2



Perencanaan Dimensi Kolom Direncanakan kolom bujur sangkar dengan b = h dan untuk tiap lantai digunakan dimensi



yang sama. Tebal pelat rencana (hf) = 12 cm Tinggi balok (hw) = 40 cm Lebar balok (bw) = 25 cm Bentang balok (L) = 600 cm bf



h y1 y2



bw



Titik berat y 1 = hw - ½ hf



Titik berat y 2 = (h –hf)/2



= 40 +1/2 (12)



= 40/2



= 46 cm



= 20 cm



Perencanaan lebar efektif flens (bf) Menurut SNI 03-2847-2002, pasal 10.10 Butir 2. Lebar pelat efektif sebagai bagian dari sayap balok –T tidak boleh melebihi seperempat bentang balok (bf < ¼ l). Lebar efektif sayap dari masing-masing sisi badan balok tidak boleh melebihi: 1. Delapan kali tebal pelat (8 hf), dan 2. setengah jarak bersih (1/2 ln)antara balok-balok yang bersebelahan. Maka : bf < ¼ l



bf < ¼ (600) bf < 150 cm



b1 < 8 hf



b1 < 8 x 12 b1 < 96 cm



b1 < ½ ln



b1 < ½ (l -2 (1/2 bw) b1 < ½ (600-2(1/2 25)) b1 < 287,5 cm



maka dipakai b 1 = 96 cm, maka bf = bw +2b1 =25+2(96) = 217 > 150 cm dipakai bf = 150 cm



Penentuan titik berat (yb)



hf = 12 cm bf = 150 cm



hw = 40 cm bw = 25 cm yb



=



( A1 y1 )  ( A2 y 2 ) ( A1  A2 )



=



(bf .hf . y1 )  (bw.hw. y 2 ) (bf .hf )  (bw.hw)



=



(150 x12 x 46 )  (25 x 40 x 20 ) (150 x12 )  (25 x 40 )



= 36,71 cm



Menghitung inersia I b1



= (1/12 bf.hf 3 ) + (A 1 .d 1 2 ) = (1/12 x 150 x 12 3 ) +(150 x 12 x (46-36,71) 2 )



I b2



= 176947,38 cm 4



= (1/12 bw.hw 3 ) + (A 2 .d 2 2 ) = (1/12 x 25 x 40 3 ) + (25 x 40 x (36.71 – 20) 2 )



= 412557,43 cm 4 +



I b total = 589504,81 cm 4 Kekakuan K = Ib  589504,81  982,50 cm 3 l



600



Menghitung Dimensi Kolom Diketahui: Tinggi kolom, T = 4 m = 400 cm ( kolom lantai 1) Momen Inersia kolom I k = 1/12 bh 3 , b = h = 1/12 b 4 Kekakuan kolom K K kolom > K balok   



kolom



=



Ik T



Ik > 982,50 cm 3 T 1 ( b4 ) 12 > 400



982,50 cm 3



b 4 > 982,50 x 400 x 12







b>



4



4716000



b > 46,60 cm Digunakan kolom dengan ukuran 50 cm x 50 cm.



2.3



Perencanaan Dimensi Pelat Perencanaan tebal pelat menurut SNI 03-2847-2002, pasal 11.5.3 Konstruksi 2 arah butir



ke 3: Tebal pelat minimum dengan balok yang menghubungkan tumpuan pada semua sisinya harus memenuhiketentuan sebagai berikut: a) untuk  m yang sama atau lebih kecil dari 0.2 harus menggunakan pasal 11.5(3(2)). b) untuk  m yang lebih besar dari 0.2 tapi tidak lebih dari 2, ketebalan pelat minimum harus memenuhi







 n  0,8 



h=



fy   1500 



 36  5 ( m  0,2)



dan tidak boleh kurang dari 120mm. c) untuk  m yang lebih besar dari 2 , ketebalan pelat minimum tidak boleh kurang dari 



n  0,8  h=







fy   1500 



36  9



dan tidak boleh kurang dari 90 mm.



d) pada tepi yang tidak menerus, balok tepi harus mempunyai rasio kekakuan  tidak kurang dari 0.8 atau sebagai alternatif ketebalan minimum yang ditentukan persamaan 16



atau persamaan 17 harus dinaikkan paling tidak 10% pada panel dengan tepi yang tidak menerus.



 m = harga rata-rata dari semua  pada tepi pelat 



E cb .I b E cs .I s



=



m =



1   2   3   4 4



Perhitungan Tebal Pelat Diketahui Tebal pelat rencana, Panjang bentang,



h f = 12 cm l = 600 cm



Panjang bentang bersih, ln = l -2 (1/2 bw) ln = 600 - 2(1/2 x 25) = 575 cm Perbandingan bentang terpanjang dengan bentang terpendek,   600  30 / 200  30  3.35



Mutu baja yang digunakan fy = 340 Mpa



4 3



2 1



Menentukan  1



Diketahui : bf = 300 cm



hf = 12 cm



hw = 40 cm



bw = 25 cm



y1 = 32 cm



y2 = 6 cm



be = bw + 8hf



be = bw + hw



= 25 + 8(12)



= 25 + 40



= 121 cm



= 65 cm



Note : nilai be diambil yang terkecil, jadi be = 65 cm y= =



(be.hf . y 2 )  (hw.bw. y1 ) (be.hf )  (bw.hw) 



(65x12x6)  (40x25x32) (65x12)  (25x40)



= 20.61 cm



Menghitung inersia I bp



= (1/12 bf.hf 3 ) + (A 1 .d 1 2 ) = (1/12 x 300x 12 3 ) +(300 x 12 x (32-20.61) 2 )



Ip



= 1/12 bf hf 3 = 1/12 x 300 x 12 3 = 43200 cm 4



= 510235.56 cm 4



α1



=



α1



=



Ecb .I bp



untuk kontruksi monolit Ecb = Ecp



Ecp .I p Ibp



=



Ip



510235.56  11.81 43200



Menentukan  2



Diketahui : bf = 400 cm



hf = 12 cm



hw = 45 cm



bw = 25 cm



y1 = 34,5 cm



y2 = 6 cm



be = bw + 8hf



be = bw + 2.hw



= 25 + 8(12)



= 25 + 2(45)



= 121 cm



= 115 cm



Note : nilai be diambil yang terkecil, jadi be = 115 cm y= =



(be.hf . y 2 )  (hw.bw. y1 ) (be.hf )  (bw.hw) 



(115x12x6)  (45x25x34,5) (115x12)  (25x45)



= 18,79 cm Menghitung inersia Ibp



= (1/12 bf.hf 3 ) + (A 1 .d 1 2 ) = (1/12 x 400x 12 3 ) +(400 x 12 x (34.5-18.79) 2 )



= 1242259.68 cm 4



= 1/12 bf hf 3



Ip



= 1/12 x 400 x 12 3 = 57600 cm 4 α2



=



α2



=



Ecb .I bp Ecp .I p Ibp



untuk kontruksi monolit Ecb = Ecp



= 1242259.68  21.57



Ip



57600



Menentukan α3



Diketahui : bf = 300 cm



hf = 12 cm



hw = 45 cm



bw = 25 cm



y1 = 34,5 cm



y2 = 6 cm



be = bw + 8hf



be = bw + hw



= 25 + 8(12)



= 25 + 45



= 121 cm



= 70 cm



Note : nilai be diambil yang terkecil, jadi be = 70 cm



y= =



(be.hf . y 2 )  (hw.bw. y1 ) (be.hf )  (bw.hw) 



(70x12x6)  (45x25x34,5) (70x12)  (25x45)



= 22.32 cm



Menghitung inersia Ibp = (1/12 bf.hf 3 ) + (A 1 .d 1 2 ) = (1/12 x 300 x 12 3 ) +(300 x 12 x (34.5-22.32) 2 ) = 577268.64 cm4 Ip



= 1/12 bf hf 3 = 1/12 x 300 x 12 3 = 43200 cm 4



α3



α3



=



Ecb .I bp



untuk kontruksi monolit Ecb = Ecp



Ecp .I p



=



Ibp Ip



= 577268.64  13.36 43200



Menentukan α4



Diketahui : bf = 600 cm



hf = 12 cm



hw = 50 cm



bw = 25 cm



y1 = 37 cm



y2 = 6 cm



be = bw + 8hf



be = bw + hw



= 25 + 8(12)



= 25 + 2(50)



= 121 cm



= 125 cm



Note : nilai be diambil yang terkecil, jadi be = 121 cm



y=



(be.hf . y 2 )  (hw.bw. y1 ) (be.hf )  (bw.hw) 



= (121x12x6)  (50x25x37)



(121x12)  (25x50)



= 20.34 cm Menghitung inersia Ibp = (1/12 bf.hf 3 ) + (A 1 .d 1 2 ) = (1/12 x 600 x 12 3 ) +(600 x 12 x (37-20.34) 2 ) = 2084800.32 cm4 Ip



= 1/12 bf hf 3 = 1/12 x 600 x 12 3 = 86400 cm 4



α4



=



α4



=



Ecb .I bp Ecp .I p Ibp Ip



Maka :  m =



untuk kontruksi monolit Ecb = Ecp



= 2084800.32  24.13 86400



1   2   3   4 4



 m = 11.81  21.57  13.36  24.13  17.72 4



untuk  m yang lebih besar dari 2 , ketebalan pelat minimum tidak boleh kurang dari fy    l n  0,8  1500   h= dan tidak boleh kurang dari 90 mm. 36  9 



maka : fy    l n  0,8  1500   h= 36  9 



340   575 0,8   1500   = = 8.92 cm 36  9 x 3.35



Maka tebal pelat yang digunakan adalah 12 cm.



BAB III ANALISA PEMBEBANAN 3.1



Perhitungan Pembebanan



3.1.1 Pembebanan Pelat Atap Analisa pembebanan berdasarkan peraturan pembebanan Indonesia untuk gedung -



Tebal pelat atap



: 12 cm



-



Tebal Water Proofing (aspal)



: 1 cm



-



Berat sendiri beton bertulang



: 2400 kg/m 3



-



Berat sendiri aspal



: 14 kg/m2/cm tebal



-



Berat plafond + eternit



: 18 kg/m 2



-



Berat hidup pelat atap



: 100 kg/m2



-



Berat sendiri dinding



: 250 kg/m2



a. Beban Mati Berat sendiri pelat atap



= tebal x bj beton = 0,12 m x 2400 kg/m 3



Berat Aspal



= 288 kg/m 2



= tebal x bj aspal = 1 cm x 14 kg/m2/cm tebal = 14 kg/m 2 = 18 kg/m 2



Berat Plafond + eternit Berat Mati Total (Wd)



= 320 kg/m



+



2



b. Beban hidup (Wl) Beban hidup pelat atap



= 100 kg/m 2



Berdasarkan SNI 03-2847-2002, agar struktur dan komponen struktur memenuhi syarat kekuatan dan layak pakai terhadap bermacam-macam kombinasi beban , harus memenuhi ketentuan dari faktor beban . Kuat perlu (Wu) yang menahan beban mati Wd dan beban hidup (Wl) : Wu



= 1,2 Wd + 1,6 Wl = 1,2 (320) + 1,6 (100) = 544 kg/m 2



3.1.2 Pembebanan Pelat Lantai Analisa pembebanan berdasarkan PPIUG 1983 :



a



-



Tebal pelat lantai



= 0,16 m



-



Tebal spesi



= 1 cm



-



Tebal ubin



= 1 cm



-



Bj beton



= 2400 kg/m 3



-



Bj spesi



= 21 kg/m2/cm tebal



-



Bj Ubin



= 24 kg/m2/cm tebal



-



Berat plafond + eternit = 18 kg/m 2



-



Beban hidup



= 250 kg/m 2 (untuk bangunan sekolah)



Beban Mati Berat sendiri pelat atap



= tebal x bj beton = 0,16 m x 2400 kg/m 3



Berat spesi



= 384 kg/m 2



= tebal x bj spesi = 1 cm x 21 kg/m2/cm tebal = 21 kg/m 2



Berat ubin



= tebal x bj ubin =1 cm x 24 kg/m2/cm tebal



= 24 kg/m 2



Berat Mati Total (Wd)



= 18 kg/m 2 + = 447 kg/m 2



Berat Plafond + eternit



a



Beban hidup (Wl) Beban hidup pelat atap



= 250 kg/m 2



Kuat perlu (Wu) yang menahan beban mati Wd dan beban hidup (Wl) : Wu = 1,2 Wd + 1,6 Wl = 1,2 (447) + 1,6 (250) = 936,4 kg/m 2



A



B



A



A



B



A



A



B



A



A



B



A



A



B



A



A



B



A



A



B



A



Gambar. Denah Pelat Atap



3.2



Perhitungan Gaya Dalam Penyaluran beban berdasarkan metode amplop. Momen-momen ditentukan dengan tabel



4.2.b (grafik dan tabel perhitungan beton bertulang) menurut masing-masing tipe pelat. Contoh perhitungan : Wu



= 544 Kg/m2



ly/lx



= 6/6 = 1



A



Untuk perhitungan pelat atap A : Tipe pelat di atas merupakan tipe III. Untuk nilai ly/lx = 1, maka diperoleh : Mlx = 0.001Wulx2 x = 0,001 x 544 x 36 x 28 2



= 548.35 kgm



Mly = 0,001Wulx x = 0,001 x 544 x 36 x 28



= 548.35 kgm



Mtx = -0,001Wulx2x = -0,001 x 544 x 36 x 68



= -1331.71 kgm



Mty = -0,001Wulx2x = -0,001 x 544 x 36 x 68



= -1331.71 kgm



Mtix = ½ Mlx = ½ x 548.35 = 274.18 kgm Mtiy = ½ Mly = ½ x 548.35 = 274.18 kgm Perhitungan selanjutnya disajikan dalam bentuk tabel berikut :



Dari excel



3.3



Penulangan Pelat Data-data yang digunakan yaitu : 



Mutu beton (f’c)







Mutu tulangan lentur = 340 Mpa







Mutu tulangan geser = 340 Mpa







Tebal pelat







Penutup beton : -



= 20 MPa



= 12 cm = 120 mm



40 mm (untuk tulangan Ø< 16 , dimana beton langsung dicor diatas tanah dan selalu berhubungan dengan tanah atau cuaca)



-



20 mm (untuk tulangan Ø< 16 , dimana beton tidak langsung berhubungan dengan tanah atau cuaca)



3.3.1 Perhitungan penulangan pelat atap A Diketahui Mlx = 548.35 kgm = 5483500 Nmm 



Menentukan diameter tulangan dengan sistem coba-coba ØD = 12 mm







Menentukan defektif



d efektif  h    1 / 2 D = 120 – 20 – ½(12) = 94 mm 



Menentukan Mn



Mn 



M







 = faktor reduksi 0,8, berdasarkan SK SNI 03 - 2847 – 2002 Mn 















5483500  6854375 Nmm 0,8



Menentukan m m







M



fy 0,85  f ' c







340  20 0,85  20



Menentukan Rn Rn 



Mn 6854375   0.77 2 bd 1000  942







Menentukan ρB



B 



0,851 f ' c  600  600  f fy y 



   



ρB = ratio tulangan yang memberi kondisi regangan seimbang β = 0,85 B 







0,85  0,85  20  600     0.027 340  600  340 



Menentukan ratio tulangan tarik maksimum (  maks )  maks  0,75 B  0,75  0,027  0,020







Menentukan ratio tulangan tarik minimum (  m in )



 m in  



1,4 1,4   0,0041 f y 340



Menentukan  perlu  perlu 



1  2mRn 1 1 m  fy



 1  2  20  0.77  1  1   20  340  



 perlu 



1 0,046  0,0023 20



   



Penggunaan  harus memenuhi syarat sebagai berikut: -



Jika  < min, digunakan min



-



Jika min <  < maks, digunakan 



-



Jika  > maks, perhitungan harus diulangi



Karena  perlu <  m in , maka yang digunakan adalah  m in = 0,0041 



Menentukan luas tulangan tarik (As perlu) As perlu = ρ.b.d = 0,0041 x 1000 x 94 = 385 mm2







Menentukan Luas tulangan (AsØD12) Luas tulangan (AsØD12)



= 1    D2 4 = 1    12 2 4 = 113,04 mm2







Menentukan jarak tulangan (S)



0,25    D 2  b As



Jarak tulangan (S) ≤ ≤ 



0,25   12 2 1000  293 .61 mm 385



Menentukan jumlah tulangan Jumlah tulangan (n)



=



As perlu AD12



= 385/ 113,04 = 3,40 Jadi yang digunakan 4 buah tulangan. 



Kontrol kapasitas : Cc = Ts a



=



Asd  n  fy 0,85  f c 'b



= 113 ,04  4  340 0,85  20  1000



= 9.04 mm Ts



= (As  n  fy) = 113,04  4  340 = 153734 N



Mntotal = Ts (d-(1/2  a)) = 153734 (94 – 4.52) = 13.75  106 Nmm Mu



= ф  Mn total = 0,8  13.75  106 = 11  106 N.mm



Syarat Mn > Mu : 13.75  106 > 11  106  aman! 



Kontrol geser (dipakai hanya untuk momen lapangan) Vn = ½ x 0,15 qu x L = ½ x 0,15 x 8,212 x 6000 = 3695.4 N/mm



Vc  b 



d 6



f ' cx0,6  1000x



94 20 x0,6  54271 N/mm 6



Syarat : Vc  Vn................ok!! Digunakan tulangan Ø12-300 Perhitungan selanjutnya dapat dilihat dalam tabel berikut:



Dari excel



BAB IV PERENCANAAN PORTAL