Tugas Baja Komposit [PDF]

Citation preview

NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



TUGAS STRUKTUR BAJA A. Komposit Baja Beton Struktur komposit antara beton dan balok baja merupakan struktur yang memanfaatkan kelebihan dari beton dan baja yang bekerja bersama-sama sebagai satu kesatuan. Kelebihannya a dalah beton kuat terhadap tekan dan baja kuat terhadap tarik. Balok baja pada konstruksi dan pelat beton yang dicor ditempat, sebelumnya didesain berdasarkan asumsi bahwa pelat beton dan baja dalam menahan beban bekerja secara terpisah. (SNI 1729:2015)



Macam-macam Struktur Komposit Baja Beton Struktur komposit (Composite) merupakan struktur yang terdiri dari dua material atau lebih dengan sifat bahan yang berbeda dan membentuk satu kesatuan sehingga menghasilkan sifat gabungan yang lebih baik. Umumnya srtuktur komposit berupa : 1.



Kolom baja terbungkus beton / balok baja terbungkus beton (Gambar 1.a/d).



2.



Kolom baja berisi beton/tiang pancang (Gambar 1.b/c).



3.



Balok baja yang menahan slab beton (Gambar 1.e).



(a)



(b)



(d)



(c)



(e)



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



Gambar 1. Macam-macam Struktur Komposit (Ir. As’at Pujianto, MT:2011) Elemen Sturktur Komposit 1. Kolom Komposit Kolom komposit didefinisikan sebagai “kolom baja yang dibuat dari potongan baja giling (rolled) built-up dan di cor di dalam beton struktural atau terbuat dari tabung atau pipa baja dan diisi dengan beton struktural (Salmon & Jonson, 1996). Dalam perencanaan kolom komposit, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan : a. Kontrol luas penampang kolom Perbandingan antara luas profil baja dengan luas beton harus lebih/ sama dengan 4%. As ≥ 4% Ac



b.



Kontrol Tulangan Longitudinal Syarat : At ≥ Atmin, Dimana : At = Luas tulangan longitudinal Atmin = 0,18 St St = Jarak tulangan



c. Kontrol Tulangan Lateral Syarat : At ≥ Atmin, Dimana : Al = Luas tulagan lateral Almin = 0,18 Sl Sl = Jarak tulangan lateral d. Kontrol kuat tekan nominal kolom



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



Dimana, fmy =Tegangan leleh modifikasi ω = faktor tekuk kolom e. Kontrol SPRMK Σ Mpc ≥1 Σ Mpb Dimana, Mpc = Jumlah momen kolom di bawah sambungan pada pertemuan as kolom dan as balok. Mpc = Jumlah momen balok di bawah sambungan pada pertemuan as kolom dan as balok. Dari hasil perencanaan diperoleh dimensi kolom komposit 600 x 600 mm, dengan memakai profil baja IWF. 400.400.21.21. Penampang kolom seperti gambar berikut :



Sumber:Iswanto;2014 2. Balok Komposit Sebuah balok komposit adalah sebuah balok yang kekuatannya bergantung pada interaksi mekanis diantara dua atau lebih bahan. Aksi komposit terjadi apabila dua batang struktural pemikul pemikul beban seperti pada pelat beton dan balok baja sebagai penyangganya dihubungkan secara menyeluruh dan mengalami defleksi sebagai satu kesatuan (Salmon & Johnson, 1991). Dalam perencanaan balok komposit, ada beberapa tahapan yang perlu diperhatikan : 1) Preliminary Design 2) Kontrol Stabilitas Penampang 3) Kontrol Kekuatan Balok



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



• Sebelum Komposit • Setelah Komposit Preliminary design dilakukan dengan memilih profil baja yang direncanakan. Dalam hal ini, profil baja yang dipilih adalah: • Balok anak : IWF 250.175.7.11 • Balok induk arah x IWF 400.200.8.13 • Balok induk arah y IWF 350.175.8.9 Kontrol stabilitas penampang dilakukan pada sayap dan web dari profil baja, dengan rumusan sebagai berikut : a. Pada sayap



dimana, bf : lebar flens tf : tebal flens Bila λf < λp , maka dikategorikan penampang kompak, bila λf > λp, dikategorikan ponampang tak kompak. Berikut ini adalah hasil perhitungan dari balok yang direncanakan : Tabel 1. Hasil control stabilitas pada sayap



b. Pada Web



Dimana, bw = lebar Web tw = tebal web



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



Tabel 2. Hasil Kontrol Stabilitas pada Web



Untuk mengontrol kekuatan balok sebelum komposit, maka balok dikontrol terhadap kuat lentur, kuat geser dan lendutan yang terjadi. • Kuat lentur Mp = Zx . fy Syarat :



Mu ≤ Mp φ Tabel 3. Hasil Kontrol Kuat Lentur pada Balok



 Kuat geser Vn = 0,6 . fy . Aw Syarat : Vu ≤ φ Vn Tabel 4. Hasil Kontrol Kuat Geser pada Balok



 Lendutan Syarat : δ ≤ δizin



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



Hasil kontrol balok sebelum komposit dapat dilihat pada tabel berikut ini : Tabel 5. Hasil Kontrol Lendutan balok sebelum komposit



Dari ketiga hasil di atas, ternyata balok tidak dapat menahan lendutan yang terjadi, maka balok diberi penyokong sementara di tengah – tengah bentang.



Gambar 1. Balok induk dengan diberi penyokong sementara Penyokong sementara dipasang sampai beton mengeras, dan setelah beton mengeras maka penyokong sementara boleh dilepaskan. Berikut ini adalah hasil kontrol lendutan balok setelah diberi penyokong sementara : Tabel 6. Hasil Kontrol Lendutan balok sebelum komposit dengan penyokong sementara



Untuk mengontrol kekuatan balok setelah komposit, maka terlebih dahulu ditentukan lebar efektif dari pelat beton. Lebar efektif pelat beton diamibil dari nilai yang terkecil dari : a) beff ≤ L/4



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



b) beff ≤ bo c) beff ≤ bf + 16tc Momen nominal (Mn) balok komposit dihitung berdasarkan distribusi tegang plastis.



Gambar 2. Distribusi Tengangan Plastis Balok Komposit



Dimana, Tc = Tebal pelat (mm) a



= tinggi blok tekan (mm)



Momen inersia yang digunakan dalam mengontrol kekuatan terhadap lendutan adalah momen inersia penampang transformasi. Untuk menentukannya, maka harus dihitung : • Lebar transformasi (btr) • Luas transformasi (Atr) • Letak garis netral penampang tranformasi (yna) Perhitungan penghubung geser jenis paku untuk aksi komposit punuh dengan rumusan sebagai berikut : Untuk aksi komposit penuh : Vh = 0,85 x f’c x a x bEff



Dimana, Asc = Luas Stud



Syarat :



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



Qn ≤ Asc . fu Jumlah stud yang diperlukan :



Dari perhitungan yang dilakukan, didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 7. Jumlah stud pada balok komposit



B. KONSEP SISTEM RANGKA PEMIKUL BAJA (SPRMK, SPRMM, SPRMB) SRPM adalah singkatan dari Sistem Rangka Pemikul Momen, atau Moment Resisting



Frame. Istilah ini sering kita dengar pada pembahasan mengenai struktur gedung tahan gempa. SRPM merupakan salah satu "pilihan" sewaktu merencanakan sebuah bangunan tahan gempa. Ciri-ciri SRPMM antara lain: 1. Beban lateral khususnya gempa, ditransfer melalui mekanisme lentur antara balok dan kolom. Jadi, peranan balok, kolom, dan sambungan balok kolom di sini sangat penting 2.



Tidak menggunakan dinding geser. Kalaupun ada dinding, dinding tersebut tidak didesain untuk menahan beban lateral



3.



Tidak menggunakan bresing (bracing). Dalam hal ini, bangunan tersebut dapat dianalisis sebagai SRPM pada arah sumbu kuat kolom. (Putra,dkk:2017)



SRPM dibagi menjadi tiga tingkatan, yaitu: 1. SPRMM Ketentuan Struktur Untuk Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM) Syaratsyarat dan perumusan yang dipakai pada perencanaan komponen struktur dengan sistem rangka pemikul momen menengah menurut SNI-03-2847-2002: 1. Detail penulangan komponen SRPMM harus memenuhi ketentuan-ketentuan pasal 23.10.4, bila beban aksial tekan terfaktor pada komponen struktur tidak melebihi (Agfc’/10). Bila beban aksial tekan terfaktor pada komponen struktur melebihi



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



(Agfc’/10), maka pasal 23.10.5 harus dipenuhi.. Bila konstruksi pelat dua arah tanpa balok digunakan sebagai bagian dari sistem rangka pemikul beban lateral, maka detail penulangannya harus memenuhi pasal 23.10.6. 2. Kuat geser rencana balok, kolom dan konstruksi pelat dua arah yang memikul beban gempa tidak boleh kurang daripada: a. Jumlah gaya lintang yang timbul akibat termobilisasinya kuat lentur nominal komponen struktur pada setiap ujung bentang bersihnya dan gaya lintang akibat beban gravitasi terfaktor (lihat Gambar 2.2), atau b. Gaya lintang maksimum yang diperoleh dari kombinasi beban rencana termasuk pengaruh beban gempa, E, dimana nilai E diambil sebesar dua kali nilai yang ditentukan dalam peraturan perencanaan tahan gempa. (Putra,dkk:2017). 2. SPRMB SRPMB adalah sistem yang direncanakan untuk memiliki daktilitas yang paling rendah (sekitar 2.7) di antara SRPM yang lain. Ketika terjadi gempa rencana, SRPMB diharapkan mengalami deformasi inelastis secara terbatas pada komponen struktur dan sambungansambungannya. Menurut penelitian Muljati dan Santoso (2008), SRPMB di zona 2 wilayah kegempaan Indonesia (SNI 03-1726- 2002) memiliki kinerja pada level structural stability limit state (SEAOC, 2001). Komponen struktural telah mengalami kerusakan yang signifikan, tetapi masih memenuhi persyaratan simpangan antar lantai. Melanjutkan penelitian tersebut, penelitian ini bertujuan mengetahui kinerja SRPMB di wilayah 6 peta gempa Indonesia yang direncanakan sesuai SNI 03-1729-2002. (Muljati:2010) 3. Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SPRMK) SRPMK adalah sistem rangka pemikul momen khusus dimana struktur rangka beton bertulang direncanakan berperilaku daktail penuh artinya semua kapasitas daktilitas strukturnya dikerahkan secara maksimal. Menurut SNI-03-2847:2013, komponen srtuktur



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



lentur rangka momen khusus berlaku untuk membentuk bagian sistem penahan gaya gempa dan diproposikan terutama untuk menahan lentur Perencanaan Struktur Rangka Pemikul Momen Informasi diperlukan dalam perencanaan struktur adalah mengenai data bahan, bentuk denah, standar dan referensi yang dipakai dalam perencanaan. Informasi digunakan langkah awal dalam perencanaan struktur. a. Estimasi Dimensi Struktur Dalam mendimensi struktur maka dilakukan estimasi dalam penentuan dimensi awal yang nantinya akan didapatkan dimensi struktur yang sesuai dengan gaya-gaya yang terjadi sehingga yang didapat :  Balok Pelat Lantai 2 s/d 4 : Balok induk (30/60)  Balok Pelat Atap : balok induk 25/40 b. Perencanaan Pelat dan Tangga Pembebanan pelat dan tangga pada struktur ini meliputi beban hidup dan beban mati yang dikombinasikan dengan mengalikan koefisien 1,2 untuk beban mati dan 1,6 untuk beban hidup. Besarnya beban mati dihitung berdasarkan PPIUG sebesar 2400 kg/m3. Besarnya beban hidup pada lantai gedung berupa : Lantai rumah sakit 250 kg/m2 , tangga 300 kg/m2 , pelat atap 100 kg/m2 . Didapat tebal pelat atap 10 cm dan tebal pelat lantai 12 cm. Perhitungan mekanika untuk tangga menggunakan perletakan sendi-rol sebagai tumpuan. Penulangan pelat dan tangga, dari gaya dalam yang diperoleh selanjutnya dihitung tulangan yang dipasang untuk menahan gaya tersebut sehingga elemen struktur dapat menahan beban yang bekerja. Sehingga didapat dengan tulangan pokok D10-250 mm untuk pelat atap dan D10-200 mm untuk pelat lantai 2 s/d 4. Dan untuk tulangan tangga di dapat D14-250 mm, tebal bordes 150 mm dan sisi miring digunakan D10-250. c. Pembebanan pada Portal Beban yang bekerja di pelat, balok anak dan tangga akan membebani portal pada struktur gedung. Untuk menganalisa besarnya beban gempa rencana pada struktur gedung ini ditentukan dengan cara analisis gaya lateral ekivalen karena struktur gedung merupakan gedung beraturan karena denahnya persegi panjang, tidak menunjukkan coakan sudut dan tidak lebih dari 10 tingkat maka pembebanan gempa nominal akibat



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



pengaruh gempa dapat di tampilkan sebagai distribusi gaya lateral (Fi) yang menangkap pada pusat masa lantai tingkat. Gaya gempa lateral (F) yang timbul di semua tingkat harus ditentukan dari persamaan berikut : Fx = Cvx . V



Dimana; F = Beban gempa lateral V = Gaya geser dasar Cvx = Koefisien distribusi hi = Tinggi lantai pada tingkat i Wi = Berat efektif pada lantai i Pendistribusian ini dilaksanakan dengan memperhitungkan kekakuan dari masingmasing bagian struktur terhadap kekakuan total



Dimana; B = Lebar balok atau kolom h = Tinggi Balok atau kolom L = Panjang balok atau kolom Kk = Kekakuan kolom Kb = Kekakuan balok K = 1000 cm3 d. Simpangan Antar Lantai Story drift perencanaan awal :



Pemeriksaan Persyaratan P- Δ



dimana : θ = Koefisien stabilitas pada tingkat x



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



Px = Beban total vertical perencanaan pada semua kolom tingkat x Δ = Initial design story drift pada tingkat x Vx = gaya geser seismic pada tingkat x Hsx = Tinggi tingkat x Cd = Deflection amplication factor Jika θ > 0,1 maka initial design story drift dan design story shear harus diperbesar dengan incremental factor ad = 1,0 /(1- θ). Sehingga θ < 0,10 maka lanjut pada pemeriksaan story drift yg diijinkan. Selanjutnya perhitungan dilakukan pentabelan arah X dan Y e. Perencanaan Balok Portal Terhadap Lentur Balok harus memikul beban gempa dengan perencanaan lentur momen ultimit (Mu) ≤ momen nominal (Mn) pada daerah tumpuan dan lapangan balok. Cek spasi terhadap satu lapis tulangan tarik, dua lapis dan satu laspis tulangan tekan dengan asumsi tulangan tarik sudah leleh. f. Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Geser Gaya geser terfaktor pada muka tumpuan dihitung sebagai berikut:



g. Perencanaan Kolom terhadap Beban Lentur dan Aksial Kuat lentur minimum kolom dihitung dengan persyaratan kolom, sebagai berikut:



Dimana Mc harus dicari dari gaya aksial terfaktor yang menghasilkan kuat lentur terendah, konsisten dengan arah gempa yang ditinjau. h. Perencanaan Kolom Portal terhadap Beban Geser Kuat geser kolom SRPMK berdasarkan terjadinya sendi-sendi plastis pada ujung balokbalok yang bertemu pada kolom tersebut. Untuk perencanaan kolom, gaya geser didapat dengan menjumlahkan Mpr kolom atas dengan Mpr kolom bawah dibagi dengan tinggi bersih kolom. Gaya geser tidak perlu diambil lebih besar gaya geser rencana dari kuat hubungan balok kolom berdasarkan balok, dan tidak boleh lebih kecil dari gaya geser terfaktor hasil analisis struktur. i. Sambungan Lewatan Tulangan Vertikal Kolom



NOVIRA YUDIA FADILLAH 07171060 Tugas Stuktur Bangunan Baja



Sesuai pasal SNI 03-2847-2002 pasal 14.2(3) panjang sambungan lewatan tulangan 12 D 22 dihitung dengan rumus



j. Perencanaan Pondasi Dari data sondir diketahui tanah keras letaknya yaitu berada pada kedalaman 7 m dibawah pondasi. Kemampuan tiang pancang dihitung berdasarkan kemampuan terhadap kuat bahan tiang dan kekuatan tanah.



Kp = 4 x sisi tiang pancang Q=



θc 5



k. Kontrol kekuatan tiang terhadap beban horizontal. Perhitungan kekuatan terhadap beban horizontal. Ms 0 (Rudiatmoko,dkk:2012)