BAB IV KONSEP DESAIN STRUKTUR BETON BERDASARKAN
DENGAN SNI 03-2847-2002
IV.1 Umum
Sebagai tahapan awal dalam setiap perencanaan struktur, perlu dilakukan pengumpulan informasi selengkapnya. Beberapa informasi umum seperti kegunaan
bangunan, sistem struktur bangunan, wilayah gempa, dan sebagainya perlu diperhatikan dengan baik.
Pada bab ini akan dibicarakan mengenai langkah-langkah dan persyaratan dalam mendesain struktur rangka beton bertulang untuk bangunan 6 tingkat dan
bangunan 10 tingkat. Standar perencanaan yang disesuaikan dengan SNI 03-2847- 2002. SNI ini merupakan standar perencanaan yang paling baru di dalam menghitung
struktur beton untuk bangunan gedung.
I.2 Perencanaan Struktur Dengan Tingkat Daktilitas Penuh
IV.2.1 Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Lentur Berdasarkan SNI 03-2847- 2002
Kuat lentur perlu balok portal M
u,b
harus ditentukan dengan kombinasi pembebanan kuat perlu sebagai berikut :
M
u,b
= 1.2 M
D
+ 1.6 M
L …………………………
SNI-2847
4.1
Universitas Sumatera Utara
M
u,b
= 1.2 M
D
+ 0.5 M
L
± 1.1 M
E …………………………
SNI-2847
4.2
M
u,b
= 0.9 M
D
± 1.1 M
E …………………….…
SNI-2847
4.3 dimana :
M
D
= momen lentur balok akibat beban mati tak berfaktor M
L
= momen lentur balok akibat beban hidup tak berfaktor M
E
= momen lentur balok akibat beban gempa tak berfaktor Agar sesuai dengan perencanaan dengan konsep desain kapasitas, maka perlu dicari
besarnya nilai momen kapasitas balok, yaitu : M
pr
= φ
M
n ………………………
SNI-2847
4.4 dimana :
M
pr
= Kuat momen lentur mungkin dari suatu komponen struktur, dengan atau tanpa beban aksial, yang ditentukan menggunakan sifat-sifat
komponen struktur pada muka join dengan menganggap kuat tarik pada tulangan longitudinal sebesar minimum 1.25 fy dan faktor
reduksi kekuatan φ.
Universitas Sumatera Utara
M
n
= Momen nominal penampang atau secara umum dikenal sebagai :
M
kap
= φ
o
M
nak.b
……………… SNI-2847 4.5
dimana : M
kap
=
kapasitas lentur aktual balok yang pada pusat pertemuan balok kolom, memperhitungkan luas tulangan terpasang sebenarnya, dengan
menganggap kuat tarik minimum tulangan 1.25 dan faktor reduksi kekuatan
φ. M
nak
=
kapasitas lentur aktual balok yang pada pusat pertemuan balok kolom, memperhitungkan luas tulangan terpasang sebenarnya, dengan
memperhitungkan faktor reduksi kekuatan φ.
φ
o
=
faktor penambahan kekuatan, yang ditetapkan sebesar 1.25
untuk fy 400 MPa 1.4
untuk fy ≥ 400 Mpa
4.2.2Perencanaan Balok Portal Terhadap Beban Geser
Universitas Sumatera Utara
Kuat geser rencana balok harus dihitung sesuai dengan desain kapasitas, yaitu dengan memperhitungkan terjadinya sendi-sendi plastis di ujung-ujung balok.
Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 4.1. dan dapat dipergunakan perumusanya sebagai berikut :
2
2 1
W L
M M
Ve
pr pr
+ +
= ……………… SNI-2847
4.6
Untuk kolom : H
M M
Ve
pr pr
2 1
+ =
Gambar 4.1 Perencanaan Geser untuk Balok dan Kolom SNI-03-2847-2002 dimana :
M
pr1
= M
pr
di ujung sebelah kiri
Universitas Sumatera Utara
M
pr2
= M
pr
diujung sebelah kanan L = bentang balok
W = beban gravitasi H = tinggi kolom
atau secara umum dikenal sebagai :
L D
kap kap
V V
M M
Vub 5
. 2
. 1
ln 7
. +
+ +
× =
− +
… SNI-2847 4.7
Kuat geser balok portal yang dibebani oleh beban gravitasi sepanjang bentangnya harus dihitung dalam kondisi terjadi sendi-sendi plastis pada kedua ujung
balok portal tersebut, dengan arah tanda yang berlawanan seperti yang terlihat pada gambar 4.2. Tetapi kuat geser balok rencana ini tidak perlu lebih besar dari yang
ditentukan yaitu sebesar :
E L
D
V K
V V
Vub 3
. 5
5 .
2 .
1
max
+ +
=
… SNI-2847 4.8
dimana : M
kap
=kapasitas lentur aktual balok yang pada pusat pertemuan balok kolom, memperhitungkan luas tulangan terpasang sebenarnya, dengan
menganggap kuat tarik minimum tulangan 1.25 dan faktor reduksi kekuatan
φ.
Universitas Sumatera Utara
ln = bentang bersih balok V
D
= gaya geser balok akibat beban mati tak berfaktor V
L
= gaya geser balok akibat beban hidup tak berfaktor V
E
= gaya geser balok akibat beban gempa tak berfaktor K = faktor jenis struktur yang berlaku untuk struktur yang ditinjau
Gambar 4.2 Sendi plastis pada kedua ujung balok portal
IV.2.3 Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Lentur-Aksial Untuk mensimulasikan pengaruh gempa rencana yang arah terjadinya tidak
beraturan, kombinasi pembebanan antara beban gravitasi dengan beban gempa, harus diperhitungkan dalam 2 arah yang saling tegak lurus. Struktur harus mampu memikul
100 gaya gempa yang terjadi, yang terjadinya bersamaan dengan 30 dalam arah tegak lurusnya.
Universitas Sumatera Utara
Kuat lentur kolom portal pada pusat hubungan balok kolom harus direncanakan sesuai dengan kemungkinan terjadinya kapasitas sendi plastis di kedua
ujung balok tersebut lihat Gambar 4.3, atau secara singkat adalah sebagai berikut :
∑
≥ Mg Me
5 6
……………………… SNI-2847 4.9
dimana : Me = momen pada muka join, yang berhubungan dengan kuat lentur
nominal kolom yang merangka pada join tersebut, yang dihitung untuk beban aksial terfaktor, konsisten dengan arah gaya lateral yang
ditinjau, yang menghasilkan kuat lentur terendah. N-mm Mg = momen pada muka join, yang berhubungan dengan kuat lentur
nominal balok termasuk plat yang berada dalam kondisi tarik yang merangka pada join tersebut. N-mm
Atau secara umum dikenal sebagai SKSNI T15-1991-03 :
3 .
ln 1
7 .
. .
∑ ∑
+ =
by kap
bx kap
M M
a hn
h Muk
ω … SNI-2847
4.10 dan tidak perlu lebih besar dari :
3 .
3 .
5 5
. 2
. 1
. Ey
Ek Lk
Dk bx
kap u
M M
K M
M M
+ +
+ =
… SNI-2847 4.11
dimana :
Universitas Sumatera Utara
h = panjang bentang balok hn = panjang bersih bentang balok
ω
d
= faktor pembesar dinamis yang memperhitungkan terjadinya sendi plastis secara keseluruhan, diambil sebesar
5 6
α = faktor distribusi momen pada pertemuan hubungan balok-kolom. Faktor α terdiri dari 4 macam, yakni :
α
ax
= faktor distribusi momen arah sumbu x yang mewakili distribusi momen bagian atas kolom lantai ke-i dan bagian bawah kolom
lantai ke-i+1 α
bx
= faktor distribusi momen arah sumbu x yang mewakili distribusi momen bagian bawah kolom lantai ke-i dan bagian atas kolom
lantai ke-i-1 α
ay
= faktor distribusi momen arah sumbu y yang mewakili distribusi momen bagian atas kolom lantai ke-i dan bagian bawah kolom
lantai ke-i+1 α
by
= faktor distribusi momen arah sumbu y yang mewakili distribusi momen bagian bawah kolom lantai ke-i dan bagian atas kolom
lantai ke-i-1 M
kap.bx
= momen kapasitas lentur balok kiri dan kanan pada portal arah x M
kap.by
= momen kapasitas lentur balok kiri dan kanan pada portal arah y
Universitas Sumatera Utara
M
D.k
= momen pada kolom akibat beban mati tak berfaktor M
L.k
= momen pada kolom akibat beban hidup tak berfaktor M
E.k
= momen pada kolom akibat beban gempa tak berfaktor
Gambar 4.3 Pertemuan balok dan Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya Sendi- sendi Plastis pada Kedua Ujung Balok
Sedangkan untuk beban aksial rencana N
u.k
yang bekerja pada kolom portal, direncanakan dengan rumusan sebagai berikut :
] 3
. [
7 .
5 .
2 .
1
. y
kapka kapki
x kapka
kapki V
L D
k u
M M
M M
L R
N N
N
∑ ∑
∑ ∑
− +
− +
+ =
.. SNI-
28474.12 dalam segala hal tidak perlu lebih besar dari :
3 .
3 .
5 5
. 2
. 1
. Ey
Ex L
D mak
k u
N N
K N
N N
+ +
+ =
..SNI-2847 4.13
Universitas Sumatera Utara
dimana : R
V
= faktor reduksi yang ditentukan sebesar 1.0
untuk 1 n 4 1.1 – 0.025 n untuk 4 n 20
0.6 untuk n 20
n adalah jumlah lantai diatas kolom yang ditinjau L = adalah bentang balok yang bersesuaian
N
D
= gaya aksial kolom akibat beban mati tak berfaktor N
L
= gaya aksial kolom akibat beban hidup tak berfaktor N
E
= gaya aksial kolom akibat beban gempa tak berfaktor
IV.2.4 Perencanaan Kolom Portal Terhadap Beban Geser Kuat geser perlu pada kolom harus diperhitungkan dengan kemungkinan
terjadinya sendi plastis pada kedua ujung balok lihat gambar 4.4. Besarnya kuat geser ini adalah sebagai berikut :
H M
M V
pr pr
e 2
1
+ =
……………… SNI-2847 4.14
dimana : H = tinggi kolom
Universitas Sumatera Utara
atau secara umum lebih dikenal sebagai :
Hn M
M V
bawah k
u atas
k u
k u
. .
.
+ =
………………… SNI-2847 4.15
Untuk kolom tingkat pertama
Hn M
M V
bawah k
kap atas
k u
k u
. .
.
+ =
…………………SNI-2847 4.16
Untuk kolom tingkat teratas
Hn M
M V
bawah k
kap atas
k kap
k u
. .
.
+ =
………………… SNI-2847 4.17
Dalam segala hal, besarnya nilai diatas tidak perlu lebih besar dari
E L
D mak
k u
V K
V V
V 3
. 5
5 .
2 .
1
.
+ +
=
………………… SNI-2847 4.18
dimana : M
u.k
= momen rencana kolom pada ujung kolom M
kap
= momen kapasitas kolom pada ujung kolom Hn = adalah tinggi bersih kolom
V
D
= gaya geser kolom akibat beban mati tak berfaktor
Universitas Sumatera Utara
V
L
= gaya geser kolom akibat beban hidup tak berfaktor V
E
= gaya geser kolom akibat beban gempa tak berfaktor
Gambar 4.4 Kolom Portal dalam Kondisi Terjadinya Sendi-sendi Plastis pada Kedua Ujung Balok yang Bertemu dengan Kolom tersebut
Urutan langkah perencanaan selengkapnya di dalam mendesain bangunan 6 tingkat
dan bangunan 10 tingkat dapat dilihat pada gambar 4.5
DIAGRAM ALIR PERENCANAAN BANGUNAN 6 TINGKAT DAN BANGUNAN 10 TINGKAT
Mulai Informasi perencanaan Umum 1
Persyaratan Tata Letak Struktur 2 1
Beban Gravitasi
3
Beban Gempa
4
Beban Mati
3a
Beban Hidup
3b
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Diagram Alir perencanaan Struktur pemikul MomenKhususDaktilitas penuh
benar telah
yang F
V T
V z
W z
W F
W R
I C
V Cn
asalkan T
Sembarang Trial
n n
1 1
1 1
1 1
1
, ,
∑
=
= =
=
Interstory Drift
5
T 0,7 : 1.2 d
1-
d
1
h
1
0,02 T 0,7 : 1.2 d
1-
d
1
h
1
0,025 Program komputer Analisis Struktur
6
Momen Rencana Balok portalP
IR.M 7
Mu, b = 1,2 M
1
+ 1,6 M
1
Mu, b = 1,2 M
1
+ 0,5 M
1
± 1,1 M
E
Mu, b = 0,9 M
1
± 1,1 M
E
Penulangan Lentur Tumpuan
8
dan Lapangan Balok Portal P
IR.M
max ,
,
2
lentur M
P M
P Mu
b Mn
d x
b x
p As
bd b
Mu
IR IP
= φ
1
Universitas Sumatera Utara
Geser Rencana Balok Portal Desain Kapasitas R
IR.V 9
2 1
2 5
, 2
, 1
7 ,
3 ,
5 5
, 2
, 1
5 ,
2 ,
1 7
, ,
4 ,
1 ,
,
max _
_ 2
= +
− −
= +
− −
= −
− +
= +
+ =
+ +
+ =
= =
+ +
Vc maka
Vub Vub
Jika Vub
Vub Vub
x Ln
n Ln
Vub Vub
Vub Vub
x Ln
d Ln
Vub V
V Ln
M M
x Vub
V K
V V
Vub V
V Ln
M M
x Vub
b Mnak
b Mkap
d b
Rn b
Mnak
dalam Luar
dalam dalam
E D
kap kap
E E
D E
D kap
kap
1
Penulangan geser Balok P
IP,V 10
. .
. 6
, 6
1
Geser V
Pi V
Pi Vu
Vc Vs
Vs d
fy Av
S Vc
Vub Vs
d bw
fc Vc
platis Sendi
Luar Di
Vc is
SendiPlast Pada
g g
maks plentra
+ Φ
= −
= =
=
Momen rencana Kolom
11
3 ,
ln 7
, 3
, ln
7 ,
3 ,
ln 7
, 3
, ln
7 ,
1 1
kapbykx kapbykx
kapbxkx kapbxkr
bawah ky
u kapbykx
kapbykx kapbxkx
kapbxkr atas
ky u
kapbykx kapbykx
kapbxkx kapbxkr
bawah kx
u kapbykx
kapbykx kapbxkx
kapbxkr atas
kx u
E E
E E
E E
E E
M M
M M
I hn
h M
M M
M M
I hn
h M
M M
M M
I hn
h M
M M
M M
I hn
h M
i lantai
atas M
i lantai
bawah M
i lantai
atas M
i lantai
atas M
i lantai
bawah M
i lantai
atas M
+ +
+ =
+ +
+ =
+ +
+ =
+ +
+ =
− +
= −
+ =
α ω
α ω
α ω
α ω
α α
ϑ ϑ
ϑ ϑ
2
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Lanjutan
Momen Maksimum Kolom
12
2
3 ,
3 ,
5 5
, 2
, 1
3 ,
3 ,
5 5
, 2
, 1
max max
Ex Ey
Ly Eh
kx u
Ey Ex
Lx Eh
kx u
M M
K M
M M
M M
K M
M M
+ +
+ +
+ +
= =
Momen Desain KolomP
IR.M 13
M
X
Design = minimum Maksimum M
u.kx rencana
: M
u.kx maksimum
M
y
Design = minimum Maksimum M
u.ky rencana
: M
u.ky maksimum
Gaya aksila rencana kolom
14
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
x kapks
kapks y
kaps kaps
u L
D ky
u x
kapks kapks
y kaps
kaps u
L D
ky u
y kapks
kapks x
kaps kaps
u L
D kx
u y
kapks kapks
x kaps
kaps u
L D
kx u
M M
M M
L R
N N
M M
M M
L R
N N
M M
M M
L R
N N
M M
M M
L R
N N
3 ,
7 ,
5 ,
2 ,
1 .
3 ,
7 ,
5 ,
2 ,
1 .
3 ,
7 ,
5 ,
2 ,
1 .
3 ,
7 ,
5 ,
2 ,
1 .
min max
min max
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
− +
− +
+ =
− +
− +
+ =
− +
− +
+ =
− +
− +
+ =
Gaya Aksial Maksimum Kolom
15
3 ,
. 3
, 5
5 ,
2 ,
1 3
, .
3 ,
5 5
, 2
, 1
3 ,
. 3
, 5
5 ,
2 ,
1 3
, .
3 ,
5 5
, 2
, 1
min max
min max
EX EY
L D
uky EX
EY L
D uky
EY EX
L D
ukx EY
EX L
D ukx
N N
K N
N N
N N
K N
N N
N N
K N
N N
N N
K N
N N
+ +
= +
+ =
+ +
= +
+ =
Gaya Aksial Desain Kolor Ndesign.maks = minimum N
u.kx maks rencana
: N
u.kx maks maksimum
Ndesign. Min = minimum N
u.ky min rencana
: N
u.ky min maksimum
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4,5 lanjutan
Penulangan kolom akibat MU.k dan Nu.k desain
17
. ,
.
. .
aksial N
Pi V
Pi N
Nn Lentur
M Pi
M Pi
M M
gx RX
k u
R k
u n
Φ Φ
2
3 Momen Kapasitas Kolom
18
Mkap = 1,4’ M
nak
: fy = 400 Mpa
Gaya Geser Rencana Kolom
19
hn M
M V
kxbawah x
kxatas x
k x
+ =
.
Gaya Geser maksimum kolom
20
E E
D k
u
V K
V V
V 3
, 5
5 ,
2 ,
1
min
+ +
=
Gaya Geser Desain Kolom P
ir.y 21
V
u.kx
Desain = minimum V
u.kx
rencana maksimum V
u.ky
Desain = minimum V
u.ky
rencana maksimum Penulangan geser kolom P
ir.y 22
. .
. 6
, .
6 14
1
,
geser V
Pi V
Pi Vu
Vc Vs
Vs d
fy Av
S V
desain A
Vu Vs
d x
bw x
fc Ag
x Nu
Vc
g R
maks a
+ Φ
− =
− =
+
=
Universitas Sumatera Utara
IV.3 Persyaratan Perencanaan Seismik