laporan tugas rekstruk rangka baja

Upload: ahmad-taufiq

Post on 12-Jul-2015

1.133 views

Category:

Documents


15 download

TRANSCRIPT

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Desain dalam bangunan sangat bergantung dari material utama yang digunakan sebagai kekuatan struktural dari bangunan tersebut. Hal ini dikarenakan setiap material bangunan mempunyai karakteristik masing-masing yang berbeda-beda. Karena perbedaan karakteristik yang dimiliki oleh setiap jenis material bangunan, pemilihan material yang digunakan menjadi penting untuk dipertimbangkan dalam mendesain bangunan. Sebagai contoh, bangunan yang banyak menggunakan sistem rangka batang (truss) lebih cocok menggunakan material baja atau kayu daripada menggunakan beton. Pemilihan material juga bisa dikaitkan dengan fungsi utilitas dari bangunan tersebut. Misalnya, bangunan rumah di daerah beriklim dingin akan cocok jika menggunakan material beton karena beton sekaligus berguna sebagai penyeimbang suhu. Bangunan industri seperti pabrik atau gudang biasanya membutuhkan ruangan yang luas dengan sesedikit mungkin kolom untuk mengakomodasi kebutuhan akan penyimpanan barang dalam jumlah besar atau untuk menaruh mesin atau alat berat. Dalam hal ini, permodelan struktur sebagai kombinasi sistem rangka kaku (frame) dan sistem rangka batang (truss) bisa digunakan. Untuk material, baja tepat digunakan karena karakteristik baja yang cocok digunakan dalam sistem frame atau truss serta keunggulan baja dari segi suplainya yang tersedia banyak di pasaran. Dalam mendesain, perlu diperhatikan faktor pembebanan yang digunakan. Pembebanan tergantung dari beban-beban yang bekerja pada bangunan. Secara umum, pembebanan bisa digolongkan menjadi beban mati, beban hidup, dan beban lingkungan. Dalam Tugas Kecil SI-4111 Rekayasa Struktur, penulis mendesain suatu bangunan industri dengan menggunakan baja sebagai material struktural bangunan. Penekanan diberikan pada pembebanan terhadap gempa bumi karena mata kuliah ini bertujuan agar mahasiswa mampu merencanakan dan memeriksa bangunan tahan gempa. Bangunan yang penulis desain mempunyai spesifikasi bangunan yang telah ditentukan, seperti tinggi bangunan, panjang bangunan (beserta jarak antarportal), lebar bangunan, serta karakteristik lingkungan bangunan untuk pembebanan terhadap gempa bumi.

Kelompok 8

1

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

1.2 Tujuan Tujuan dari Tugas Kecil SI-4111 Rekayasa Struktur ini adalah: 1. Merencanakan suatu bangunan tahan gempa dengan baja sebagai material struktural utama. 2. Memberikan gambaran umum tentang proses desain dengan memperhitungkan gempa bumi sebagai salah satu faktor yang diperhitungkan.

1.3 Metodologi Dalam mendesain, metodologi yang digunakan melalui beberapa tahapan, yaitu: 1. Desain pradimensi (preliminary design) untuk menentukan penampang inisial dari struktur. Desain pradimensi ditentukan dengan menyesuaikan penampang dengan ketersediaan penampang di pasaran. 2. Memasukkan pembebanan mati, hidup, dan angina yang bekerja pada bangunan. 3. Memeriksa kapasitas penampang terhadap pembebanan yang bekerja. Jika kapasitas penampang tidak memenuhi, maka penampang yang digunakan harus diganti atau struktur bangunan harus dimodifikasi. 4. Setelah kapasitas penampang memenuhi, cek periode struktur penampang (T). Jika struktur dirasa kurang kaku atau terlalu kaku, penampang harus diganti lagi atau struktur harus dimodifikasi. 5. Setelah didapat periode struktur yang memenuhi, input beban gempa. 6. Periksa kapasitas penampang terhadap seluruh kombinasi pembebanan, termasuk beban gempa. Jika, kapasitas penampang memenuhi, maka struktur dapat digunakan.

Kelompok 8

2

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

BAB II PEMODELAN STRUKTUR DENGAN SAP 2000

2.1 Pembuatan Grid Setelah masuk ke dalam program SAP 2000, klik File lalu pilih New Model. Maka akan muncul tampilan sebagai berikut :

Gambar 2.1 Membuat Grid Baru

Setelah tampilan di atas muncul, tentukan unit yang akan digunakan. Di tampilan tersebut akan muncul beberapa contoh template yang bisa dipilih. Untuk tugas ini pilih Grid Only. Untuk spasi grid yang seragam, cukup dengan menu Quick Grid Lines untuk mengatur jumlah dan spasi grid. Pilih jumlah grid dan spasi grid arah sumbu x, y, dan z yang diinginkan lalu klik OK. Sedangkan untuk spasi grid yang beragam, data grid bisa diubah dengan menu Edit Grid Data. Caranya dengan klik kanan pada layar model lalu pilih Edit Grid Data. Lalu akan muncul menu Edit Grid Data seperti tampilan di bawah ini.

Kelompok 8

3

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Gambar 2.2 Edit Data Grid

2.2 Pedefinisian Material Untuk mendefinisikan material, langkah yang dilakukan adalah : Klik menu Define material add new material, tampilannya sebagai berikut :

Gambar 2.3 Define Material

Pada menu material property data seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini, masukkan Data Material Type, Weight per unit volume, Modulus elasticity, possons ratio, minimum tensile stress (fu), minimum yield stress (fy), dan lain-lain. Setelah selesai memasukkannya, klik Ok, dan kita beralih ke pendefinisian section properties.

Kelompok 8

4

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Gambar 2.4 Material Property Data

2.3 Pendefinisian Section Properties Klik Define Section Properties Frame Sections Lalu klik pilihan add new properties untuk menambahkan properti baru. Pada menu add frame property pilihlah jenis material yang akan digunakan yaitu steel (baja). Maka akan muncul beberapa contoh penampang baja seperti yang ditunjukkan Gambar 2.5. Pilihlah penampang yang diinginkan.

Gambar 2.5 Berbagai Macam Penampang Baja

Kelompok 8

5

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Setelah penampang dipilih, tentukan dimensi penampang yang diinginkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 di bawah ini, lalu klik OK.

Gambar 2.6 Menentukan Dimensi Penampang

2.4 Pembuatan Model Untuk menggambar model frame, klik Draw lalu pilih Draw Frame/Cable/Tendon. Lalu akan muncul tampilan Properties untuk memilih jenis section yang diinginkan dan properti lainnya. Lalu gambar frame sesuai dengan desain rencana. Desain yang akan direncanakan adalah sebagai berikut : Lebar : 26 meter Panjang : 36 meter (ada 7 kolom ke arah x dengan jarak antar kolom adalah 6 meter) Tinggi kolom : 10 meter Tinggi atap : 4.8 meter

Gambar 2.7 Pemodelan Struktur

Kelompok 8

6

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Untuk bracing, perlu adanya partial fixity dikarenakan bracing hanya berfungsi sebagai pengaku, bukan untuk memikul momen. Pilih menu assign frame release partial fixity. Lalu centang momen 22 (start dan end), momen 33 (start dan end), dan torsion (end).

Gambar 2.8 Partial Fixity untuk Bracing

2.5 Pendefinisian Beban a. Define Load Patterns Masukkan semua kemungkinan jenis beban yang akan membebani struktur beserta tipe dari beban tersebut apakah termasuk beban mati, hidup, angin, atau gempa. Lalu untuk masing-masing beban tersebut masukkan Self Weight Multiplier. Nilai self weight multiplier adalah 1 untuk beban struktur dan 0 untuk beban selain beban struktur.

Gambar 2.9 Define Load Patterns

Kelompok 8

7

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

b. Define Load Case

Gambar 2.10 Define Load Cases

Secara default tipe beban SW, Seng, Hujan, Angin, EQ-X, dan EQ-Y sudah terdefinisi dalam Load Case, jadi pilih Define - Load Case - Klik OK.

c. Define Load Combinations Untuk menambahkan kombinasi baru pilih Define - Load Combinations - Add New Combo. Masukkan semua kombinasi beban yang mungkin beserta scale factor, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.10 di bawah ini.

Gambar 2.11 Load Combination Data

Berikut ini beberapa kombinasi beban yang mungkin : Kelompok 8

1.4D 1.2D + 1.6L + 0.5H8

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

-

1.2D 1.3W + 0.5L + 0.5H 1.2D + 1.6H 0.8W 0.9D EQ-X 0.3EQ-Y 0.9D EQ-Y 0.3EQ-X 1.2D EQ-X 0.3EQ-Y 1.2D EQ-Y 0.3EQ-X

Gambar 2.12 Define Load Combinations

-

Kombinasi Envelope Kombinasi envelope merupakan sebuah kombinasi dengan

menggabungkan kombinasi yang ada.

Gambar 2.13 Envelope Combination

Kelompok 8

9

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

2.6 Assign Beban Setelah mendefinisikan beban apa saja yang membebani struktur yang harus dilakukan adalah memasukkan besaran dari beban-beban tersebut. Caranya dengan mengklik bagian struktur yang akan dibebani lalu pilih menu assign untuk memasukkan besaran beban lalu pilih submenu yang sesuai dengan jenis beban tersebut apakah termasuk joint loads atau frame loads. Khusus untuk berat sendiri (self weight) tidak perlu di-assign karena sudah dimasukkan dari properti material. a. Joint loads Salah satu beban yang termasuk jenis ini adalah beban gempa. Beban gempa yang akan direncanakan tergantung pada jenis tanah dan zonasi gempa. Diketahui jenis tanah sedang dengan zona gempa 5. Klik assign joint loads forces untuk meng-assign beban joint.

Gambar 2.14 Joint Forces

b. Frame Loads Beban yang termasuk frame loads di antaranya beban hujan dan beban angin. Klik assign frame loads distributed (untuk beban yang terdistribusi). i. Beban hujan Untuk beban hujan pilih koordinat global dengan arah sesuai percepatan gravitasi. ii. Beban angin Untuk beban angin pilih koordinat lokal dengan arah sumbu 2. Beban angin yang direncanakan adalah 25 kg/m2. iii. Beban seng Untuk beban hujan pilih koordinat global dengan arah sesuai percepatan gravitasi. Beban seng yang direncanakan adalah 10 kg/m2.Kelompok 8 10

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Gambar 2.15 Frame Distributed Loads

2.7 Assign Perletakan Pilih joint yang akan digunakan sebagai joint perletakan. Klik assign joint restraints lalu pilih tipe perletakan yang akan digunakan. Tipe perletakan yang digunakan adalah perletakan jepit.

Gambar 2.16 Joint Restraints

2.8 Menjalankan Analisis Terhadap Struktur Analisis kekuatan di sini ada 2 tahap, yaitu tahapan sebelum beban gempa dimasukkan dan tahap setelah beban gempa dimasukkan. Sebelum beban gempa dimasukkan model akan

Kelompok 8

11

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

di-run. Jika setelah di-run tidak ada bagian struktur yang overstess maka beban gempa dapat dimasukkan. Jika ada, maka kembali ke tahap perencanaan struktur dan material. Setelah melewati tahap pertama dilanjutkan dengan memasukkan beban gempa. Setelah beban gempa dimasukkan maka model di-run lagi. Jika masih ada bagian strruktur yang overstress maka kembali ke tahap perencanaan struktur dan material. Jika sudah tidak ada yang overstress berarti struktur sudah OK. Selain cek kekuatan, kenyamanan dari bangunan tersebut juga harus diperhatikan. Cek kenyamanan dilakukan dengan memeriksa apakah lendutan yang terjadi masih dalam batas lendutan izin yang ditentapkan SNI atau tidak. Lendutan yang terjadi bisa didapatkan dari tabel di SAP2000. Tabel bisa dimunculkan dengan cara memilih menu display lalu pilih submenu show table. Ceklis displacement untuk memunculkan tabel lendutan. Klik Analyze lalu pilih Run Analysis untuk menganalisis struktur. Setelah tampilan di bawah ini keluar klik OK.

Gambar 2.17 Run Analysis

Kelompok 8

12

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

BAB III PEMBEBANAN

3.1 Beban Mati (D) Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu. (PPPRG,1987). Dalam tugas ini, beban yang dikelompokkan dalam beban mati adalah Beban Struktur Baja Beban mati struktur dapat dilihat dari tabel di bawah ini.Tabel 3.1 Daftar Berat Elemen Struktur BajaNo 1 2 3 Elemen IWF 400x400x13x21 IWF 500x200x10x16 C 125x65x6x8 Berat Jenis (kgf/m) 172 89.6 89.6 89.6 13.4 13.4 Jumlah (m) 140 156 194.0 108 324 307.3 Keterangan Lokasi Elemen Kolom Frame atap Frame atap Penghubung antara frame Purlin Bracing atap Total Berat Elemen (kgf) 24080.00 13977.60 17383.29 9676.80 4341.60 4117.82 73577.11

Beban Seng Beban seng ditentukan sebesar 10 kg/m2

3.2 Beban Hujan (H) Beban hujan adalah beban yang ditimbulkan oleh berat air yang mengalir di atap saat hujan. Beban hujan ini tidak termasuk beban akibat genangan air. Beban hujan dipengaruh oleh kemiringan atap, karena semakin terjal atap, jumlah air yang ada di atap semakin sedikit. Beban hujan didefinisikam seperti di bawah ini

Dimana adalah sudut kemiringan atap, sehingga untuk tugas besar nilai H adalah kg/m2, dengan arah pembebanan sesuai gravitasi.

Kelompok 8

13

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

3.3 Beban Angin (W) Beban angin adalah beban yang ditimbulkan oleh angin dengan memperhatikan bentuk aerodinamika bangunan dan peninjauan terhadap pengaruh angin topan, puyuh, dan tornado, bila diperlukan. Beban angin dibedakan menjadi dua yaitu angin tiup dan angin hisap. Angin tiup akan mendorong struktur sedangkan angin hisap akan menarik struktur. Angin tiup dan angin hisap akan terlihat seperti Gambar 3.1

Gambar 3.1 Ilustrasi Angin Tiup dan Angin Hisap

Beban angin didefinisikan sebagai

Dimana, c = 0.9 untuk angin tiup dan c = 0.4 untuk angin hisap. Dalam tugas besar ini, nilai beban angin sebagai berikut kg/m2 kg/m2

3.4 Beban Gempa (V) Beban gempa adalah semua beban static ekuivalen yang bekerja pada gedung atau bagian gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu. Dalam hal pengaruh gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa dinamik, maka yang diartikan dengan beban gempa di sini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa tersebut (PPPRG,1987). Dalam SNI 03-1726-2003, beban gempa didefinisikan sebagai

Kelompok 8

14

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Dimana : I (tergantung pada keadaan tanah dan daerah gempa) = Importance factor, untuk tugas ini digunakan nilai 1

W = Berat stuktur R = 5.6 (tergantung pada jenis struktur yang didesain)

Pada tugas ini didefinisikan bahwa struktur berada pada daerah Gempa 5 dan memiliki keadaan tanah sedang.

kg Sehingga, Beban gempa arah Y = 5080,73/7 = 725,81 kg Beban gempa arah X = 5080,73/2 = 2540,36 kg

Beban gempa akan dimodelkan sebagai beban terpusat di titik-titik kumpul di frame struktur seperti pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Gaya Gempa Pada Arah Y

Kelompok 8

15

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

3.5 Kombinasi Pembebanan Struktur Kombinasi pembebanan dilakukan untuk mengetahui beban terbesar dari beberapa kemungkinan kondisi pembebanan pada struktur. Kombinasi yang digunakan dalam tugas ini adalah : 1.4D 1.2D + 1.6L + 0.5R 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5R 1.2D + 1.6R + 0.8W 0.9D + EQ-X + 0.3EQ-Y 0.9D + EQ-Y + 0.3EQ-X 1.2D + EQ-X + 0.3EQ-Y 1.2D + EQ-Y + 0.3EQ

Kelompok 8

16

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

BAB IV ANALISIS STRUKTUR TERHADAP BEBAN GEMPA

4.1 Gambaran Umum Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa Perencanaan struktur terhadap ketahanan terhadap gempa bumi di Indonesia harus mengacu pada Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI-1726-2002) atau Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan (SNI-28332008). Karena desain yang dilakukan adalah desain gedung industri, maka peraturan yang perlu untuk dijadikan sebagai acuan adalah SNI-1726-2002. Dalam perencanaannya, secara umum struktur gedung dibedakan menjadi dua jenis, yaitu struktur gedung beraturan dan struktur gedung tidak beraturan. Untuk kasus struktur gedung beraturan, analisis terhadap pembebanan gempa dilakukan dengan menerapkan analisis statik ekuivalen. Pada jenis analisis ini, pembebanan gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana ditampilkan sebagai beban-beban gempa nominal statik ekuivalen yang ditangkap pada pusat massa di masing-masing tingkat lantai. Pembebanan gempa ini dilakukan pada masing-masing sumbu utama denah struktur. Sedangkan untuk kasus struktur gedung tidak beraturan, analisis yang digunakan adalah analisis respons dinamik, analisis ragam spektrum respons, dan analisis respons dinamik riwayat waktu. Pada bangunan yang didesain kali ini, bangunan dapat dikategorikan dalam struktur gedung beraturan karena bentuknya yang simetri dan seragam untuk setiap portalnya. Dengan demikian, desain bangunan terhadap pembebanan gempa dilakukan dengan cara analisis beban gempa statik ekuivalen.

4.2 Periode Struktur Periode struktur adalah waktu getar yang dimiliki secara alami oleh struktur akibat karakteristik dari struktur itu sendiri (bukan akibat beban luar). Dalam merencanakan bangunan, nilai periode struktur perlu diperhatikan untuk menjaga kekakuan dari struktur. Struktur yang terlalu fleksibel tidak baik dalam perilakunya karena akan berdampak pada sifat struktur dalam menahan beban dinamis, termasuk beban gempa. Melalui analisis vibrasi bebas (free vibration) tiga dimensi yang didapatkan dari peranti lunak SAP2000, nilai dari modal yang dimiliki struktur dijelaskan dalam tabel berikut:Kelompok 8 17

SI-4111 REKAYASA STRUKTURTabel 4.1 Modal periode dan frekuensi struktur

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Type of output case 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Period (T) Sec 1.293413 1.040677 1.038309 1.023322 1.01344 1.00467 0.999941 0.998636 0.489483 0.396703 0.392202 0.387319

Frequency (f) Hz 0.77315 0.96091 0.9631 0.97721 0.98674 0.99535 1.0001 1.0014 2.043 2.5208 2.5497 2.5818

rad/sec 4.8578 6.0376 6.0514 6.14 6.1999 6.254 6.2836 6.2918 12.836 15.839 16.02 16.222

Eigenvalue rad2/sec2 23.599 36.453 36.619 37.699 38.438 39.112 39.483 39.586 164.77 250.86 256.65 263.16

Sebelum melangkah ke tahap desain selanjutnya, nilai periode struktur perlu diperiksa agar struktur tidak menjadi terlalu kaku karena biasanya akan memberikan perilaku yang kurang baik terhadap pembebanan dinamik, termasuk beban gempa. Nilai periode struktur maksimum yang ditetapkan berdasarkan oleh pengalaman, yaitu berkisar pada angka 1,8. Karena nilai dari periode struktur hasil perhitungan menggunakan peranti lunak SAP2000 telah memenuhi, maka desain dapat dilanjutkan ke tahap selanjutnya. Keseluruhan nilai yang ditampilkan pada tabel di atas saling berkaitan. Nilai dari frekuensi, merupakan kebalikan dari nilai dari periode sehingga dapat ditulis persamaan . Sementara adalah frekuensi angular dengan nilai merupakan . dan eigenvalue

4.3 Berat Struktur Berat struktur adalah besar beban yang perlu ditanggung oleh struktur akibat adanya perkalian antara massa dari struktur itu sendiri dengan percepatan gravitasi. Komponenkomponen struktural yang terdapat pada bangunan ini adalah kolom, frame atap, penghubung antar-frame, purlin, dan bracing. Perhitungan berat struktur dilakukan dengan mengalikan keseluruhan berat jenis struktur (dalam satuan kgf/m) dengan panjang masing-masing komponen struktur (dalam satuan m). Nilai dari berat jenis struktur tergantung dari jenis penampang yang digunakan. Karena seluruh komponen struktural menggunakan material yang sama, yaitu baja, maka

Kelompok 8

18

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

perbedaan jenis struktur dipengaruhi oleh bentuk potongan penampang yang terdiri dari tiga jenis. Perhitungan berat jenis struktur ditampilkan dalam tabel berikut:

Tabel 4.2 Perhitungan berat struktur

No 1 2

Elemen IWF 400x400x13x21 IWF 500x200x10x16 C 125x65x6x8

Berat Jenis (kgf/m) 172 89.6 89.6 89.6 13.4 13.4

Panjang (m) 140 156 194.0 108 324 307.3

Keterangan Lokasi Elemen Kolom Frame atap Frame atap Penghubung antara frame Purlin Bracing atap Total

Berat Elemen (kgf) 24080.00 13977.60 17383.29 9676.80 4341.60 4117.82 73577.11

3

4.4 Gaya Gempa Statik Berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI-1726-2002), struktur bangunan beraturan harus direncanakan terhadap pembebanan gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana dalam arah masing-masing sumbu utama denah struktur bangunan tersebut. Beban gempa yang dimaksud berupa beban gempa nominal statik ekuivalen. Penentuan beban geser nominal statik ekuivalen yang terjadi di tingkat dasar dapat dihitung melalui persamaan:

Dengan: = Faktor respons gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana = Faktor keutamaan gedung = Faktor reduksi gedung = Berat total gedung

Untuk mencari nilai C dapat dilihat dari respons spectra pada SNI 03-1726-2003, seperti gambar di bawah ini

Kelompok 8

19

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Gambar 4.1 Respons Spektra Wilayah Gempa 5 di Indonesia

Dari spektrum respons,

bisa didapatkan melalui persamaan

. Karena bangunan yang didesain akan berfungsi sebagai gedung industri, maka bangunan ini dapat dikategorikan kepada gedung umum (seperti untuk penghunian, perniagaan, dan perkantoran). Faktor keutamaan ( ) untuk bangunan dalam kategori ini bernilai 1,0. Nilai bergantung pada faktor daktilitas struktur. Diasumsikan, . . Nilai

R ini didapatkan dari tabel 2 SNI-1726-2002. Sementara

Tabel 4.3 Faktor keutamaan (I) untuk berbagai kategori bangunan

Kategori gedung

Faktor keutamaan I1 I2 1,0 I 1,0

Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan, dan 1,0 perkantoran Monumen dan bangunan monumental 1,0

1,6 1,0

1,6 1,4

Gedung penting pascagempa seperti rumah sakit, instalasi 1,4 air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, 1,6 produk minyak bumi, asam, bahan beracun Cerobong tangki di atas menaraKelompok 8

1,0

1,6

1,5

1,0

1,520

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Tabel 4.4 Parameter daktilitas struktur gedung

Dengan demikian, nilai dari gaya geser dasar nominal statik ekuivalen menjadi bernilai . Besar gaya ini akan dibebankan

(assign) pada setiap titik kumpul (joint) struktur pada salah satu ujung sisi struktur. Karena struktur memiliki tujuh titik kumpul, maka besarnya gaya geser total akan dibagi tujuh sebelum dikenakan pada masing-masing titik kumpul. Berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI-1726-2002), periode struktur (atau waktu getar alami struktur gedung beraturan) dalam arah masing-masing sumbu utama dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan Rayleigh yang dijabarkan sebagai berikut: Dengan: Keterangan: = berat struktur pada lantai ke-i = simpangan horizontal pada lantai ke-i = percepatan gravitasi = ketinggian lantai pada tingkat ke-iKelompok 8 21

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

= beban-beban gempa nominal statik ekuivalen = beban geser dasar nominal Karena struktur bangunan hanya memiliki satu lantai, maka perhitungan gaya sehingga ( periode struktur menjadi

)

untuk simpangan horizontal arah sumbu

x dan untuk simpangan horizontal arah sumbu y .

(

)

4.5 Optimasi Struktur Pembebanan terhadap gempa akan menyebabkan timbulnya tegangan yang berbeda pada setiap penampang struktur. Hal ini dapat menyebabkan penampang struktur tidak lagi mampu menahan kombinasi beban yang ada, termasuk dengan beban gempa. Untuk itu, perlu dilakukan pemeriksaan ulang lagi dari struktur terhadap kombinasi-kombinasi beban yang berlaku kini, termasuk beban gempa. Bertambahnya pembebanan yang berlaku pada struktur dapat menyebabkan perlu diubahnya penampang struktur atau dilakukannya modifikasi pada konfigurasi struktur. Dengan meninjau kombinasi pembebanan yang baru ini, dapat dilakukan optimasi terhadap struktur yang sifatnya final atau sudah mencapai tahap akhir. Optimasi struktur dilakukan untuk meminimalisasi penggunaan material bangunan sehingga dapat memangkas biaya yang keluar untuk pembuatan bangunan.

4.6 Pemeriksaan terhadap Syarat Lendutan Selain harus dinyatakan kuat secara struktural, bangunan yang didesain juga harus memenuhi ketentuan kenyamanan yang direpresentasikan dengan persyaratan lendutan maksimum yang diizinkan. Syarat lendutan ini diterapkan untuk menghindari

ketidaknyamanan pengguna bangunan karena terjadinya defleksi yang terlalu besar pada bangunan serta untuk menjaga alat-alat dalam bangunan (misalnya mesin-mesin atau bahanbahan kimia) yang sensitif terhadap lendutan. Lendutan perlu diperiksa terhadap dua komponen: balok dan kolom. Balok dikategorikan ke dalam balok biasa (bukan balok pemikul dinding atau balok dengan finishing yang getas) sedangkan kolom dikategorikan sebagai kolom dengan analisis ordeKelompok 8 22

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

pertama. Besarnya lendutan maksimum yang diizinkan pada struktur bangunan baja menurut SNI 03-1729-2000 tabel 6.4-1 dijelaskan dalam tabel berikut:

Tabel 4.5 Batas lendutan maksimum

Komponen struktur dengan beban tidak terfaktor Balok pemikul dinding atau finishing yang getas Balok biasa Kolom dengan analisis orde pertama saja Kolom dengan analisis orde kedua

Beban tetap L/360 L/240 h/500 h/300

Beban sementara h/200 h/200

Perhitungan besar lendutan maksimum yang diizinkan adalah sebagai berikut: untuk balok; untuk kolom. Lendutan aktual yang terjadi pada struktur dianalisis melalui peranti lunak SAP2000. Pemeriksaan kesesuaian struktur terhadap syarat batas lendutan disajikan dalam tabel berikut:

Tabel 4.6 Pemeriksaan terhadap syarat batas lendutan

Elemen Balok Kolom

Bentang (mm) 3250 10000

Defleksi Ijin (mm) 13.542 20

Defleksi aktual maksimum (mm) 3 1 2 7.551 11.468 5.311 7.551 11.468 5.311

1 OK OK

Status 2 OK OK

3 OK OK

Kelompok 8

23

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

BAB V ANALISIS SAMBUNGAN

5.1 Spesifikasi Sambungan Sambungan yang digunakan pada perencanaan struktur baja kali ini adalah sambungan baut. Keuntungan yang dari sambungan baut dibanding sambungan las adalah harga yang relatif lebih murah (sampai jumlah sambungan tertentu) dan tidak dibutuhkannya keahlian khusus dalam pemasangan (pengelasan butuh dikerjakan oleh teknisi). Baut yang digunakan untuk sambungan pada struktur baja ini adalah jenis baut A325. Baut A325 memiliki spesifikasi sebagai berikut:Tabel 5.1 Spesifikasi Sambungan

Parameter Fy Material (Mpa) Fu Material (Mpa) Jenis Baut Diameter Baut (mm) Luas Baut (mm2) Diameter Lubang (mm) Jarak Baut Dari Tepi (mm) Jarak Antar Baut (mm) Fu Baut (Mpa) Proof Stress (Mpa)

Nilai 240 400 A325 12.7 126.68 14.7 30 50 825 585

5.2 Analisis Sambungan Baut Untuk analisis sambungan pada tugas besar kali ini, ada dua titik sambungan yang akan ditinjau yaitu titik yang ada di bagian tengah-bawah dari bracing dan titik ujung dari bracing. Agar dapat mengetahui posisi titik-titik tersebut secara jelas dapat dilihat Gambar 5.1 di bawah ini. Titik-titik yang ditinjau ditandai dengan lingkaran biru.

Kelompok 8

24

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Gambar 5.1 Posisi Sambungan yang Ditinjau

Jika titik tersebut diperbesar maka detail sambungan akan terlihat seperti gambar di bawah ini :

Gambar 5.2 Detail Sambungan Lokasi 1

Untuk memastikan agar sistem sambungan dapat menahan gaya dalam yang bekerja pada struktur, maka diperlukan analisis terhadap kapasitas sistem sambungan. Dalam analisis kekuatan sistem sambungan baut, terdapat dua hal yang perlu diperiksa kekuatannya, yaitu: 1. Kekuatan pelat. 2. Kekuatan sambungan baut

5.2.1 Pemeriksaan terhadap Kekuatan Pelat Dalam suatu sistem sambungan, pelat dapat mengalami kegagalan akibat leleh, fraktur, atau geser blok. Berikut nilai kapasitas pelat terhadap ketiga jenis kegagalan tersebut:Kelompok 8 25

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Kapasitas pelat terhadap tegangan leleh, ditentukan dengan persamaan dengan nilai ( adalah luas kotor penampang).

Kapasitas pelat terhadap kegagalan fraktur, ditentukan melalui persamaan dengan nilai o Untuk geser leleh tarik fraktur ( .

Kapasitas pelat terhadap geser blok, ditentukan melalui persamaan: )

o Untuk geser fraktur tarik leleh (

)

Hasil perhitungan kapasitas pelat ditampilkan dalam tabel berikut:Tabel 5.2 Hasil perhitungan kapasitas pelat

Jenis Pengecekan U An Ae Tarik Sambungan Geser Murni Ans Ant Ags Agt Fraktur Geser Fraktur Tarik Leleh Geser Leleh Tarik Geser Blok

Profil C 125x65x6x8 0.75 661.8 496.35 148905 172800 347.7 330.9 480 375 83448 132360 69120 90000 130086

Satuan

mm2 mm2 N N mm2 mm2 mm2 mm2 N N N N N

Dengan nilai-nilai kapasitas pelat tersebut, maka kekuatan pelat tersebut mampu memikul gaya dalam yang terjadi. Kapasistas sambungan ini akan menahan gaya dalam yang bekerja pada struktur yang ditampilkan pada tabel berikut:Tabel 5.3 Gaya dalam yang bekerja pada lokasi sambungan 1

Batang 1 2 3 Kelompok 8

P (kgf) -2731.4179 4070.6055 -1161.366

P (N) -26795.21 39932.64 -11393 26

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

5.2.2 Pemeriksaan terhadap Kekuatan Sambungan Baut Kekuatan sambungan baut perlu diperiksa terhadap tiga kemungkinan kegagalan, yaitu kegagalan terhadap geser, tumpu, dan friksi. Jika kapasitas geser, tumpu, dan friksi baut mampu menahan gaya dalam yang terjadi pada struktur, sambungan baut baru dapat digunakan. Kapasitas sambungan baut dikatakan mampu menahan gaya dalam yang bekerja pada struktur ketika sambungan memenuhi persyaratan:

Kapasitas geser sambungan dihitung melalui persamaan Nilai adalah 0,5 untuk baut tanpa ulir atau 0,4 untuk baut dengan ulir. Sedangkan

. adalah

jumlah baut per baris dan adalah 0,75.

adalah luas bruto. Nilai untuk kapasitas geser sambungan baut

Kapasitas tumpu bangunan dihitung melalui persamaan adalah diameter baut dan bangunan adalah 0,75.

.

adalah tebal pelat. Nilai untuk perhitungan kapasitas tumpu

Kapasitas friksi sambungan hanya perlu dihitung untuk baut mutu tinggi. Persamaan kapasitas friksi sambungan adalah Nilai adalah 1 (untuk lubang standar). Perhitungan kapasitas ini dilakukan untuk masing-masing lokasi sambungan, yaitu lokasi 1 dan lokasi 2. Hasil perhitungan kapasitas sambungan disajikan dalam tabel berikut:Tabel 5.4 Perhitungan kapasitas sambungan baut pada lokasi sambungan 1

. Nilai

.

Jenis Pengecekan Kapasitas Geser Kapasitas Tumpu Sambungan Friksi

Nilai 47028.79 95634 5200.65

Satuan N N N

Keterangan 1 Bidang geser, baut dengan ulir

Dengan persyaratan

, maka seluruh kapasitas pelat memenuhi persyaratan untuk

menahan gaya dalam yang bekerja pada elemen. Untuk peninjauan kekuatan sambungan pada lokasi sambungan 2, dilakukan pemeriksaan terhadap kapasitas tarik (untuk elemen horizontal) dan pemeriksaan terhadap kapasitas tarik dan geser (untuk elemen diagonal). Perhitungan kapasitas penampang ditampilkan pada tabel berikut:

Kelompok 8

27

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Tabel 5.5 Kapasitas sambungan pada elemen horizontal lokasi 2

Jenis Pengecekan Kapasitas Tarik

n Baut 4

Nilai 235143.9

Satuan N

Keterangan Diperlukan 1, untuk kemudahan pemasangan dibuat jadi 4

Tabel 5.6 Kapasitas sambungan pada elemen diagonal lokasi 2

Jenis Pengecekan Kapasitas Tarik Kapasitas Geser

n Baut 4 4

Nilai 235143.9 125410.1

Satuan N N

Keterangan Diperlukan 1, untuk kemudahan pemasangan dibuat jadi 4

Untuk gaya dalam yang bekerja pada sambungan adalah sebagai berikut:Tabel 5.7 Gaya dalam pada elemen horizontal lokasi 2

Ket Max Min

P (Kgf-m) 13776.72 2928.57

V2 1031.32 -1584.17

V3 2.49 -2.49

T 0.65 -0.65

M2 32.52 -32.52

M3 1911.8 3909.65

Tabel 5.8 Gaya dalam pada elemen diagonal lokasi 2

Ket Max Min

P (Kgf-m) -3763.02 -15556

V2 1369.11 -1129.87

V3 48.77 -48.77

T 14 -14

M2 131.62 -131.62

M3 1786.91 3656.09

Gaya dalam tersebut perlu diselaraskan pada koordinat lokal baut dengan memproyeksikan terhadap kemiringan atap (20):Tabel 5.9 Gaya dalam yang telah diproyeksikan terhadap koordinat lokal sambungan

P Untuk Geser 14617.85841 143401.191

P Untuk Tarik 5320.46535 52193.76508

Kgf N

Sesuai perhitungan, kapasitas sambungan memenuhi persyaratan kekuatan untuk memikul gaya dalam.Kelompok 8 28

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

BAB VI KESIMPULAN

Berikut ini proses desain struktur baja untuk bangunan industri: i. Diketahui data dimensi bangunan yang diinginkan yaitu lebar 26 meter, panjang 36 meter (ada 7 kolom ke arah x dengan jarak antar kolom adalah 6 meter), tinggi kolom 10 meter, dan tinggi atap 4,8 meter. Seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini:

10 m

26 m

36 m

Gambar 6.1 Gambar Tiga Dimensi

4,8 m

10 m 26 mGambar 6.2 Gambar Tampak Sumbu Y-Z

Kelompok 8

29

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

ii.

iii. iv.

v.

Diketahui juga data beban luar rencana dari gedung tersebut di antaranya: - Beban seng sebesar 10 kg/m2. - Beban hujan, berasal dari fungsi sudut atap (). Beban Hujan = H = 40 0,8 (kg/m2) - Beban angin sebesar 25 kg/m2. - Beban gempa, tergantung dari struktur yang digunakan, jenis tanah, dan zonasi gempa. Diketahui bangunan akan berdiri pada tanah sedang dan zona gempa 5. Mengestimasi penampang baja yang akan digunakan untuk tiap elemen struktur. Analisis Struktur tersebut dengan pemodelan SAP2000. Analisis ini dibagi ke dalam 2 bagian: - Cek Kekuatan, cek kekuatan ini terbagi dalam 2 tahap yaitu cek kekuatan sebelum model dibebani beban gempa dan cek kekuatan setelah model dibebani beban gempa. Cek kekuatan meliputi cek overstress dan periode struktur. - Cek Kenyamanan, dengan memeriksa apakah lendutan yang terjadi masih di bawah batas lendutan izin yang ditentukan oleh SNI. Setelah melewati berkali-kali analisis dan redesign, maka didapatkan desain struktur yang optimum:

Tabel 6.1 Desain Struktur

No 1 2

Elemen IWF 400x400x13x21 IWF 500x200x10x16 C 125x65x6x8

Berat Jenis kg/m 172 89.6 89.6 89.6 13.4 13.4

Jumlah

Keterangan Lokasi Elemen Kolom Frame atap Frame atap Penghubung antara frame Purlin Bracing atap

3

140 156 194.0 108 324 307.3

vi.

Jenis sambungan yang akan digunakan untuk struktur adalah A325 dengan spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 5.1 Spesifikasi Sambungan

Parameter Fy Material (Mpa) Fu Material (Mpa) Jenis Baut Diameter Baut (mm) Luas Baut (mm2) Diameter Lubang (mm) Jarak Baut Dari Tepi (mm) Jarak Antar Baut (mm) Fu Baut (Mpa) Proof Stress (Mpa) Kelompok 8

Nilai 240 400 A325 12.7 126.68 14.7 30 50 825 585 30

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR

TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

Kelompok 8

31