BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penggunaan baja dan beton sebagai bahan konstruksi begitu dominan dalam

perkembangan teknologi struktrur bangunan masa kini, begitu pula dengan

ditemukannya metode LRFD (Load and Resistance Factor Design) yang

memperbarui dari metode sebelumnya yakni metode ASD (Allowable Strength

Design) atau konsep tegangan ijin. Dengan filosofi desain LRFD atau keadaan

batas cenderung dilapangan di peroleh desain yang lebih ekonomis. Hal ini

hendaknya perlu menjadi perhatian bagi para sarjana teknik sipil untuk terus

mengkaji lebih mendalam terutama mengenai karakteristik metode LRFD dalam

hubungannya dengan menganalisis balok dan kolom encased.

Pada kolom dan balok encased perbandingan luas baja dengan luas

penampang kolom dan balok (As/Ag) paling sedikit 0,01 agar memenuhi syarat

sebagai kolom dan balok encased. Pada kolom dan balok encased tidak terdapat

batas atas untuk besarnya ratio luas profil terhadap luas penampang kolom,

Balok dan kolom encased dalam suatu struktur memiliki beberapa

keunggulan misalnya :

1. Ketahan terhadap api dan korosi yang lebih baik dibandingkan kolom dan

balok baja biasa karena pengaruh perlindungan dari selubung beton

2. Efek penguatan dalam melawan tekuk

3. Kemampuan kolom dan balok encased memikul beban aksial dan lentur

lebih besar dibandingkan kolom beton bertulang.

Keuntungan diatas didapat karena terlindungnya profil baja oleh beton bertulang

yang menyelimutinya.

Sedangkan mengenai pembebanan dinamis, kita bisa mengetahui perilaku-

perilaku struktur terhadap gerakan-gerakan yang diakibatkan oleh pergeseran

tanah (kulit bumi), Gerakan-Gerakan ini cenderung berubah-ubah menurut

waktu, sehingga kita bisa memindahkan gerakan-gerakan ini kedalam pembeban

struktur yang arah horizontalnya lebih dominan dibanding arah vertikalnya.

Pembebanan ini dalam suatu struktur sering disebut sebagai beban gempa.

1.2 Rumusan Masalah

1. Berapa dimensi penampang pada balok dan kolom yang dibutuhkan ?

2. Bagaiman gambar penampang dan sambungan pada balok dan kolom?

1.3 Maksud dan Tujuan

Maksud dari Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui secara tepat dan

benar mengenai analisis perilaku gempa dinamis serta analisis mengenai balok

dan kolom encased yang disesuaikan dengan metode LRFD (Load and Resistance

Factor Design).

Sedangkan tujuan yang ingin di capai antara lain :

1. Untuk mengetahui besar dimensi penampang pada balok dan kolom.

2. Untuk mengetahui hasil gambar penampang dan sambungan pada

balok dan kolom.

1.4 Batasan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas dalam perhitungan perencanaan struktur

ini meliputi :

1. Perhitungan pembebanan secara manual

2. Perhitungan statika dengan menggunakan program STAAD PRO 2007

V.81

3. Perencanaan balok encased

4. Perencanaan kolom encased

5. Perencanaan penghubung geser (Shear Connector)

6. Perencanaan sambungan

7. Perencanaan plat dasar (Base Plat)

BAB II

DASAR TEORI PERENCANAAN

2.1 Pembebanan

2.1.1 Beban Mati

Dalam bangunan yang dimaksud dengan beban mati adalah beratnya

struktur sendiri, berat dinding dan elemen-elemen lainnya yang permanen. Dalam

perencanaan arsitek menafsir dimensi bagian-bagian dari struktur guna

menentukan tinggi bersih dari ruangan yang diapit tiang-tiang pendukung.

Perhitungan struktural yang medetail selanjutnya diserahkan kepada insinyur sipil

sebagai konstruktor. Bahan struktur yang modern seperti baja bermutu tinggi

beton pratekan dan campuran alumunium mengurangi besarnya beban mati.

2.1.2 Beban Hidup

Yang dimaksud dengan beban hidup adalah beban-beban yang dapat

dipindah-pindah atau berubah arah seperti orang, mesin, penyekat fleksibel yang

tidak termasuk struktur, air hujan dan salju yang terdapat di daerah yang beriklim

dingin, tekanan dan isapan angin, tekanan air, tekanan tanah juga termasuk beban

hidup. Kebanyakan beban-beban tersebut tidak menentu. Maka diambilah

ketentuan-ketentuan yang aman dan dianggap sebagai beban merata supaya

uniform. Beban hidup untuk pembebanan lantai tingkat misalnya rumah tinggal q

= 200kg/m2, gedung konser atau bioskop dan balkon q = 400kg/m2, sedangkan

perpustakaan dengan buku-buku q = 600kg/m2.

Tabel Beban Hidup pada Lantai Gedung.a Lantai dan tangga rumah tinggal, kecuali yang disebut dalam

b.200 kg/m2

b Lantai dan tangga rumah sederhana dan gudang-gudang tidak penting yang bukan untuk toko, pabrik atau bengkel.

125 kg/m2

c Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor, toko, toserba, restoran, hotel, asrama dan rumah sakit.

250 kg/m2

d Lantai ruang olah raga 400 kg/m2

e Lantai ruang dansa 500 kg/m2

f Lantai dan balkon dalam dari ruang-ruang untuk pertemuan yang lain dari pada yang disebut dalam a s/d e, seperti

400 kg/m2

masjid, gereja, ruang pagelaran, ruang rapat, bioskop dan panggung penonton

g Panggung penonton dengan tempat duduk tidak tetap atau untuk penonton yang berdiri.

500 kg/m2

h Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam c 300 kg/m2

i Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam d, e, f dan g.

500 kg/m2

j Lantai ruang pelengkap dari yang disebut dalam c, d, e, f dan g.

250 kg/m2

k Lantai untuk:  pabrik, bengkel, gudang, perpustakaan, ruang arsip, toko buku, toko besi, ruang alat-alat dan ruang mesin, harus direncanakan terhadap beban hidup yang ditentukan tersendiri, dengan minimum

400 kg/m2

l Lantai gedung parkir bertingkat:- untuk lantai bawah 800 kg/m2

- untuk lantai tingkat lainnya 400 kg/m2

m Balkon-balkon yang menjorok bebas keluar harus direncanakan terhadap beban hidup dari lantai ruang yang berbatasan, dengan minimum

300 kg/m2

Beban Hidup pada atap gedung, yang dapat dicapai dan dibebani oleh orang,

harus diambil minimum sebesar 100 kg/m2 bidang datar.

Atap dan/atau bagian atap yang  tidak dapat dicapai  dan dibebani oleh orang,

harus diambil yang menentukan (terbesar) dari:

Beban terbagi rata air hujan, Wah = 40 - 0,8 α

dengan α = sudut kemiringan atap, derajat ( jika α > 50o dapat

diabaikan).Wah  = beban air hujan, kg/m2 (min. Wah atau 20 kg/m2).

Beban terpusat berasal dari seorang pekerja atau seorang pemadam

kebakaran dengan peralatannya sebesar minimum 100 kg.

Balok   tepi   atau   gordeng   tepi   dari   atap   yang   tidak   cukup   ditunjang  

oleh   dinding   atauvpenunjang   lainnya   dan   pada   kantilever   harus  

ditinjau   kemungkinan   adanya   beban   hidup terpusat sebesar minimum 200 kg.

Beban Hidup  Horizontal perlu ditinjau akibat gaya desak orang yang

nilainya berkisar 5% s/d 10% dari beban hidup vertikal (gravitasi).

Reduksi Beban Hidup  pada perencanaan  balok induk dan portal (beban

vertikal/gravitasi), untuk   memperhitungkan  peluang   terjadinya  nilai   beban

hidup   yang   berubah-ubah,   beban hidup merata tersebut dapat dikalikan dengan

koefisien reduksi.

2.1.3 Beban Angin

Beban angin adalah beban yang bekerja pada suatu struktur, akibat

pengaruh struktur yang mem-blok aliran angin, sehingga energi kinetic angin akan

dikonversi menjadi tekanan energi potensial, yang menyebabkan terjadinya beban

angin.Beban angin menekan atau menghisap bangunan tidak menentu dan sukar

dipastikan. Hal ini termasuk ilmu aerodinamika. Faktor-faktor yang penting

adalah kecepatan angin, kepadatan udara, permukaan bidang dan bentuk dari

bangunan. Sebagai dasar perhitungan tekanan angin di Indonesia adalah 80kg/m2

pada bidang tegak sampai setinggi 20m. Untuk menanggulangi tekanan dan

isapan angin, perlu dipasang penguat-penguat yang merupakan siku-siku,

bangunan petak, gelagar dan penguat sudut sebagai konstruksi penahan angin.

2.1.4 Beban Gempa

Beban gempa adalah beban yang bekerja pada suatu struktur akibat dari

pergerakan tanah yang disebabkan karena adanya gempa bumi (baik itu gempa

tektonik atau vulkanik) yang mempengaruhi struktur tersebut.

Gempa mengakibatkan beban pada struktur karena interaksi tanah dengan

struktur dan karakteristik respons struktur. Gempa bumi terjadi akibat dari

longsoran tanah, gerak tektonik dan letusan gunung berapi mengakibatkan

getaran-getaran pada permukaan kulit bumi. Gempa bumi ada yang mendatar

adapula yang vertikal. Yang arahnya mendatar 5 sampai 10 kali yang arahnya

vertikal. Bila terjadi gempa bumi, hubungan-hubungan dan landasan struktur

mendapat goyangan-goyangan yang hendak mematahkan dan menguji

kekokohannya. Maka untuk bangunan empat lantai atau lebih dan bangunan besar

harus diadakan perhitungan terhadap gempa bumi.

Pada dasarnya yang dimaksud dengan bangunan tahan gempa bukan

berarti bangunan itu tidak akan rubuh bila ada gempa. Secara prinsip bangunan

tahan gempa memiliki tiga kaidah sebagai berikut:

1. Bila terjadi gempa ringan, bangunan tidak akan mengalami kerusakan baik

pada elemen struktur (kolom , balok, atap, dinding dan pondasi) maupun

pada elemen non struktur (genteng dan kaca).

2. Bila terjadi gempa berkakuatan sedang bangunan bisa mengalami

kerusakan hanya pada elemen non struktur. Sedangkan elemen strukturnya

tidak boleh rusak.

3. Bila terjadi gempa berkekuatan besar, bangunan bisa mengalami

kerusakan baik struktur maupun non struktur namun tidak boleh

membahayakan penghuni yang ada di dalam bangunan. Penghuni harus

mempunyai waktu untuk menyelamatkan diri sebelum bangunan runtuh.

2.1.4 Beban Khusus

Beban khusus adalah beban yang bekerja pada gedung atau bagian gedung

yang terjadi akibat dari selisih suhu, pengangkatan dan pemasangan, penurunan

fondasi, susut, dan gaya-gaya tambahan yang berasal dari beban hidup seperti

gaya rem yang berasal dari keran, gaya sentrifugal, dan gaya dinamis yang berasal

dari mesin-mesin dan pengaruh-pengaruh  khusus lainnya.

Pada   peninjauan   beban   kerja   pada   tanah   dan   pondasi,   perhitungan   Day

Dukung   Tanah (DDT) izin dapat dinaikkan (lihat tabel).

Jenis Tanah

Pondasi

Pembebanan Tetap DDT

izin (kg/cm2)

Pembebanan Sementara

kenaikan DDT izin (%)

Keras ≥ 5,0 50

Sedang 2,0 – 5,0 30

Lunak 0,5 – 2,0 0 - 30

Sangat Lunak 0,0 - 0,5 0

4. Note : 1 kg/cm2 = 98,0665 kPa (kN/m2)

Faktor keamanan (SF ≥ 1,5) tinjauan terhadap guling, gelincir

dll. Beban Mati, berat sendiri bahan bangunan komponen gedung.

2.1.5 Beban Kombinasi

Faktor beban diperlukan dalam analisis beban suatu gedung agar

struktur dan komponen struktur memenuhi syarat kekuatan dan layak

pakai terhadap bermacam-macam kombinasi beban. Berdasarkan SNI 03-

2847-2002 pasal 11.2, kombinasi beban yang harus dipenuhi yaitu:

1.    Kuat Perlu dan Beban Terfaktor

Kuat Perlu dan Beban Terfaktor adalah kekuatan struktur yang

dibutuhkan dalam menampung beban-beban yang bekerja pada struktur

tersebut. Berikut adalah spesifikasi Kuat Perlu dab Beban Terfaktor pada

suatu struktur gedung:

a. Kuat perlu ( U ) untuk menahan beban mati ( D )

U ≥ 1,4D

b. Kuat perlu ( U ) untuk menahan beban mati ( D ), beban hidup

( L ), dan beban atap ( A ) atau beban hujan ( R )

U ≥ 1,2D + 1,6L + 0,5 ( A atau R )

c. Kuat perlu ( U ) untuk menahan beban mati ( D ), beban hidup

( L ), dan beban angin ( W ) harus diambil dari nilai terbesar

dari kombinasi berikut:

U ≥ 1,2D + 1,0L ± 1,6W + 0,5 ( A atau R )

atau

U ≥ 0,9D ± 1,6W

tetapi nilai ini tidak boleh kurang dari persamaan no. 2

d. Kuat perlu ( U ) untuk menahan beban mati ( D ), beban hidup

( L ), dan beban gempa ( E ) harus diambil dari nilai terbesar

dari kombinasi berikut:

U ≥ 1,2D + 1,0L ± 1,0E

atau

U ≥ 0,9D ± 1,0E

tetapi nilai-nilai ini tidak boleh kurang dari persamaan no. 2

e. Kuat perlu (U) yang menahan beban tambahan akibat tekanan

tanah ( H ) maka persamaan no. 2, 3, dan 4 ditambahkan

dengan 1,6H

U ≥ 1,2D + 1,6L + 0,5 ( A atau R ) + 1,6H

U ≥ 0,9D ± 1,6W + 1,6H

U ≥ 0,9D ± 1,0E + 1,6H

f. Kuat perlu (U) yang menahan beban tambahan akibat tekanan

fluida ( F )

U ≥ 1,4 (D + F)

U ≥ 1,2D + 1,6L +0,5 (A atau R) + 1,2F

g. Kuat perlu (U) yang menahan beban tambahan akibat pengaruh

struktural ( T )

U ≥ 1,2 (D + T) + 1,6L + 0,5 (A atau R)

2.    Kuat Rencana

Kuat rencana suatu struktur dihitung berdasarkan kuat nominalnya

dikalikan dengan faktor reduksi kekuatan ( Ø ). Yang dimaksud kuat

nominal adalah kekuatan suatu penampang struktur yang dihitung

berdasarkan metode perencanaan sebelum dikalikan dengan faktor reduksi.

a. Kuat rencana suatu komponen struktur, sambungannya dengan

komponen struktur lain, dan penampangnya, sehubungan dengan

perilaku lentur, beban normal, geser dan torsi, harus diambil sebagai

hasil kali kuat nominal yang dihitung berdasarkan ketentuan dan

asumsi dari tata cara ini dengan suatu faktor reduksi kekuatan.

b. Faktor Reduksi Kekuatan ditentukan sebagai berikut:

(1) Lentur, tanpa beban aksial 0,80

(2) Beban Aksial dan Beban Aksial Lentur. ( Untuk beban aksial

dengan lentur, kedua nilai kuat nominal dari beban aksial dan

momen harus dikalikan dengan nilai tunggal yang sesuai):

v  Aksial tarik dan aksial tarik dengan lentur 0,80

v  Aksial tekan dan aksial tekan dengan lentur: 0,70

komponen struktur dengan tulangan spiral 0,65

komponen struktur lainnya 0,75

(3) Geser dan torsi

Kecuali pada struktur yang bergantung pada sistem rangka

pemikul momen khusus atau sistem dinding khusus untuk

menahan pengaruh gempa:

o v Faktor Reduksi untuk geser pada komponen struktur penahan

gempa yang kuat geser nominalnya lebih kecil dari pada gaya

geser yang timbul sehubungan dengan pengembangan kuat

lentur nominalnya 0,55

o v Faktor Reduksi untuk geser pada diafaragma tidak boleh

melebihi faktor reduksi minimum untuk geser yang digunakan

pada komponen vertikal dari sistem pemikul beban lateral.

o v Geser pada hubungan balok-kolom dan pada balok perangkai

yang diberi tulangan diagonal 0,80

(4) Tumpuan pada beton kecuali daerah pengangkuran pasca tarik

0,65

(5) Daerah pengangkuran pasca tarik 0,85

(6) Penampang lentur tanpa beban aksial pada komponen struktur

pratarik dimana panjang penanaman strand-nya kurang dari

panjang penyaluran yang ditetapkan 0,75

c.    Perhitungan panjang penyaluran sesuai dengan pasal 14 tidak

memerlukan faktor reduksi

d.    Faktor reduksi kekuatan untuk lentur , tekan, geser dan tumpu pada

beton polos struktural ( pasal 24 ) harus diambil sebesar 0,55

2.1.6 Konsep Dasar LRFD (Load Resistance Factor Design)

Design stuktur haruslah memberikan keamanan yang cukup baik

terhadap kemungkinan kelebihan beban (over load) atau kekurangan

kekuatan. Desain harus memberikan cadangan kekuatan yang diperlukan

akibat kemungkinan kelebihan beban dan kemungkinan kekuatan material

yang rendah. Oleh karena itulah LRFD memberikan factor resistance

(keamanan) dan factor beban.

Persamaan umum LRFD dituliskan :

ɸ Rn ≥ ∑ γ Qi

Dimana ruas kiri mewakili factor resistance atau reduksi kekuatan (ɸ)

dikalikan dengan resistance nominal kekuatan dari beban (Rn) sedangkan

ruas kanan mewakili faktor-faktor kelebihan beban (γ) dikalikan dengan

beban (Q) seperti beban mati, beban hidup dan beban angin.

2.1.7 Faktor Beban

Spesifikasi LRFD mengambil kombinasi-kombinasi beban terfaktorkan

seperti berikut : (Struktur Baja I ; Charles G. Salmon ; Hal 29)

1,4 D

1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr atau S atau R)

1,2 D + 1,6 L (Lr atau S atau R) + (0,5 L atau 0,8 W)

1,2 D + 1,3 W + 0,5 L + 0,5 (Lr atau S atau R)

1,2 D + 1,5 E + (0,5 L atau 0,2 S)

0,9 D – (1,3 W atau 1,5 E)

Dimana :

D : Beban Mati

L : Beban Hidup

Lr : Beban Hidup Atap

W : Beban Angin

S : Beban Salju

E : Beban Gempa

R : Beban air hujan atau es

2.1.8 Faktor reduksi ɸ untuk keadaan kekuatan batas

Kuat rencana untuk Faktor reduksi

Komponen struktur yang memikul lentur : Balok Balok plat berdinding penuh Plat badan yang memikul geser Plat badan pada tmpuan Pengaku

0,900,900,900,900,90

Komponen struktur yang memikul gaya tekan aksial : Kuat penampang 0,85

Kuat penampang struktur 0,85Komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial :

Terhadap kuat penampang Terhadap kuat tarik fraktur

0,900,75

Komonen struktur yang memikul aksi-aksi kombinasi : Kuat lentur atau geser Kuat tarik Kuat tekan

0,900,900,85

Komponen struktur komposit : Kuat tekan Kuat tumpu beton Lentur dengan distribusi tegangan plastis Lentur dengan distribusi tegangan elastis

0,850,600,850,90

Sambungan baut : Baut yang memikul geser Baut yang memikul tarik Baut yang memikul kombinasi geser dan tarik Lapis yang memikul tumpu

0,750,750,750,75

Sambungan las : Las sumpul penetrasi penuh Las sudut dan las tumpul penetrasi sebagian Las pengisi

0,900,750,75

Pemilihan material baja disebabkan dari keunggulan atau sifat umum dari

baja itu sendiri yang tergantung dari bermacam-macam logam campuran dan

proses pengerjaannya. Beberapa sifat umum dari baja :

1. Teguh

Yaitu batas dari tegangan dalam dimana perpatahan mulai berlangsung

dapat dikatakan pula sebagai daya perlawanan baja terhadap tarikan,

tekanan dan lentur.

2. Elastis

Yaitu kesanggupan dalam batas-batas pembebanan ditiadakan akan

kembali ke semula.

3. Merupakan kemampuan baja untuk menyerap energi mekanis atau

kesanggupan untuk menerim perubahan-perubahan bentuk yang besar

tanpa menderita kerugian berupa cacat-cacat atau kerusakan yang

terlihat dari luar, dan dalam jangka pendek sebelum patah masih dapat

merubah bentuk.

4. Bisa ditempa

Dalam keadaan pijar baja menjadi lembek dan plastis tanpa merugikan

sifat-sifat keteguhannya sehinnga dapat berubah bentuknya dengan baik.

5. Bisa dilas

Sifat dalam keadaan panas digabungkan satu dengan yang lain dengan

memakai atau tidak memakai bahan tambahan, tanpa merugikan sifat-

sifat keteguhan.

6. Adalah kekuatan melawan terhadap masuknya benda lain kedalamnya.

4.1.1 Sifat Mekanisme Baja

Sifat mekanis baja struktur yang digunakan dalam perencanaan

harus memenuhi persyaratan minimum pada tabel berikut :

Jenis Baja

Tegangan putus

Minimum fu

(Mpa)

Tegangan Leleh

Minimum fy

(Mpa)

Peregangan

Minimum

(%)

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BJ 50 500 290 16

BJ 55 550 410 13

Tegangan Leleh

Tegangan leleh untuk perencanaan ( fy ) tidak boleh diambil

melebihi nilai yang diberikan pada tabel sifat mekanisme baja

struktural.

Tegangan Putus

Tegangan putus untuk perencanaan ( fu ) tidak boleh diambil

melebihi nilai yang diberikan pada tabel sifat mekanisme baja

struktural.

Sifat-sifat mekanis lainnya

Sifat-sifat mekanisme lainnya baja struktural untuk perencanaan

adalah sebagai berikut :

Modulus elastis : E = 200.000 Mpa

Modulus geser : G = 80.000 Mpa

Nisbah poisson : = 0,3

Koefisien pemuaian : = 12 . 10-6 / oC

a. Baja Struktural

Baja struktural adalah bahan yang digunakan untuk konstruksi baja, yang

dibentuk dengan pola tertentu mengikuti standar tertentu dari komposisi

kimia dan kekuatan tertentu pula. Juga dapat didefinisikan sebagai produk

canai panas, dengan penampang bentuk khusus seperti siku, pipa dan

balok.

o Syarat penerimaan baja

Laporan uji material baja dipabrik yang disahkan oleh lembaga

yang berwenang dapat dianggap sebagai bukti yang cukup untuk

memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam standar ini.

o Baja yang tidak dapat teridentifikasi

Baja yang tidak dapat teridentifikasi boleh digunakan selama

memenuhi ketentuan berikut ini :

1. Bebas dari cacat permukaan

2. Sifat fisik material dan kemudahan untuk dilas tidak mengurangi

kekuatan dan kemampuan layan strukturnya.

3. Ditest sesuai ketentuan yang berlaku. Tegangan leleh ( fy ) untuk

perencanaan tidak boleh lebih dari 170 mpa, sedangkan

tegangan putusnya ( fu ) tidak boleh diambil lebih dari 300 mpa.

b. Alat sambung

Baut, mur dan ring

Alat sambung mutu tinggi

Las

Penghubung geser jenis paku yang dilas

Baut angker