Analisa Portal dengan Menggunakan Kolom Tampang Hollow Tube Standar JIS Dibandingkan dengan Kolom Tampang WF Standar SNI untuk High Rise Building
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Baja sebagai Material Struktur
Baja merupakan salah satu bahan bangunan yang unsur utamanya terdiri
dari besi. Baja ditemukan ketika dilakukan penempaan dan pemanasan yang
menyebabkan tercampurnya besi dengan bahan karbon pada proses pembakaran,
sehingga membentuk baja yang mempunyai kekuatan yang lebih besar dari pada
besi.
2.1.1
Kelebihan dan Kekurangan
Beberapa keunggulan dan Kelemahan baja sebagai material konstruksi,
antara Lain:
1) Kelebihan material baja sebagai material konstruksi, antara lain:
Kekuatan Tinggi
Baja memiliki kekuatanyang kinggi, sehingga dapat menguragi ukuran
struktur serta mengurangi pula berat sendiri dari struktur.
Keseragaman dan Keawetan yang Tinggi
Baja memiliki keseragaman dan keawetan yang tinggi, tidak seperti
halnya material beton bertulang yang terdiri dari berbagai macam bahan
penyusun, material baja lebih seragam/homogen serta memiliki tingkat
keawetan yang jauh lebih tinggi jika prosedur perawatan dilakukan
sebagaimana mestinya.
7
Universitas Sumatera Utara
Elastisitas
Baja berperilaku mendekati asumsi perancang teknik dibandingkan
dengan material lain karena baja mengikuti hukum Hooke hingga
mencapai tegangan yang cukup tinggi. Momen inersia untuk penampang
baja dapat ditentukan dengan pasti dibandingkan dengan penampang
beton bertulang.
Daktilitas
Daktilitas baja cukup tinggi, karena suatu batang baja yang menerima
tegangan tarik yang tinggi akan mengalami regangan tarik cukup besar
sebelum terjadi keruntuhan.
Keuntungan Lain
Beberapa keuntungan lain pemakaian baja sebagai material konstruksi
adalah kemudahan penyambungan antarelemen yang satu dengan yang
lainnya menggunakan alat sambung las dan baut.
Pembuatan baja
melalui proses gilas panas mengakibatkan baja mudah dibentuk menjadi
penampang-penampang
yang
diinginkan.
Kecepatan
pelaksanaan
konstruksi baja juga menjadi suatu keunggulan material baja.
2) Kelemahan Baja sebagai Material Struktur Secara umum baja mempunyai
kekurangan seperti dijelaskan dibawah ini.
Biaya pemeliharaan umumnya material baja sangat rentan terhadap
korosi jika dibiarkan terjadi kontak dengan udara dan air sehingga perlu
dicat secara periodik.
8
Universitas Sumatera Utara
Biaya perlindungan terhadap kebakaran meskipun baja tidak mudah
terbakar tetapi kekuatannya menurun drastis jika terjadi kebakaran.
Selain itu baja juga merupakan konduktor panas yang baik sehingga
dapat menjadi pemicu kebakaran pada komponen lain. Akibatnya, portal
dengan kemungkinan kebakaran tinggi perlu diberi pelindung. Ketahanan
material baja terhadap api dipersyaratkan dalam Pasal 14 SNI 03-17292002 (anonim2, 2002).
Rentan Terhadap Buckling Semakin langsung suatu elemen tekan,
semakin besar pula bahaya terhadap buckling (tekuk). Sebagaimana telah
disebutkan bahwa baja mempunyai kekuatan yang tinggi per satuan berat
dan jika digunakan sebagai kolom seringkali tidak ekonomis karena
banyak material yang perlu digunakan untuk memperkuat kolom
terhadap buckling.
Fatik Kekuatan baja akan menurun jika mendapat beban siklis. Dalam
perancangan perlu dilakukan pengurangan kekuatan jika pada elemen
struktur akan terjadi beban siklis.
2.1.2
Sifat Mekanik Baja Standar SNI
Menurut SNI 03–1729–2002 (anonim2, 2002) sifat mekanis baja struktural
yang digunakan dalam perencanaan harus memenuhi persyaratan minimum yang
diberikan pada Tabel 2.1.
9
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Persyaratan Sifat Mekanis Baja Struktural Standar SNI 03–1729–2002
(Anonim2, 2002)
Tegangan putus
Tegangan Leleh
Peregangan
Minimum fu
Minimum fy
Minimum
(Mpa)
(Mpa)
(%)
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
c
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
Nisbah poisson
: = 0,3
Mpa
10
Universitas Sumatera Utara
Koefisien pemuaian
2.1.3
: = 12 . 10-6 / oC
Sifat Mekanik Baja Standar JIS
Jepang merupakan salah satu produsen baja terbesar di dunia. Para
perusahaan baja asal jepang menggunakan standar JIS seperti Nippon Steel &
Sumitomo Metal Corporation (NSSMC). Berikut merupakan tabel material baja
standar JIS.
Tabel 2.2 Persyaratan Sifat Mekanis Baja Struktura Standar JIS
(Wiryanto Dewobroto, 2015)
Kuat Leleh
Kuat Tarik
Rasio
(MPa)
(MPa)
Leleh
Kategor
Elongasi
Standar
Mutu
i Kuat
(%)
Min. Maks. Min. Maks.
400
JIS G
N/mm2
3101 (SS
(%)
SS400
235
400
510
-
21
JIS G
SM400A
235
400
510
-
24
3106 (SM
SM
235
400
510
-
21
Steel)
400B
235
400
510
-
22
Steel)
SM
400C
JIS G
SM400A
235
-
400
510
-
24
3136 (SN
SM
235
355
400
510
80
21
Steel)
400B
235
355
400
510
80
22
SM
11
Universitas Sumatera Utara
400C
400
JIS G
SS490
275
490
610
-
21
N/mm2
3101 (SS
JIS G
SM490A
315
490
610
-
24
3106 (SM
SM
315
490
610
-
21
Steel)
490B
315
490
610
-
22
Steel)
SM
490C
JIS G
SM
3136 (SM
490B
Steel)
SM
325
445
490
610
80
21
325
445
490
610
80
22
490C
2.2
Nippon Steel
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) didirikan pada
Oktober 2012 yang merupakan kerja sama antara Nippon Steel Corporation dan
Sumitomo Metal Industries, Ltd adalah salah satu perusahaan Jepang penghasil
baja terdepan di dunia yang berpartisipasi dalam pembuatan material struktur
inovatif yang bersifat tahan kerusakan dan memiliki masa layan yang panjang.
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation telah mengembangkan baja mutu
tinggi kelas 1000 N (kuat tarik 950 N/mm2).
PT Krakatau Steel Tbk (KRAS) dan Nippon Steel Corporation (NSC)
bekerjasama untuk mengembangkan infrastruktur dan bangunan tahan gempa
12
Universitas Sumatera Utara
berbahan dasar baja di Indonesia. Produsen baja asal Jepang ini menggandeng PT
Krakatau Steel dalam mengembangkan Nittetsu Super Frame atau struktur tahan
gempa. Produk buatan Nippon Steel Corporation ini punya keunggulan dibanding
konstruksi konvensional karena tahan gempa bumi, biaya lebih murah, konstruksi
singkat dan hemat energi.
Dalam bidang infrastruktur, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
mempromosikan perkembangan dari produk baru baja Hollow tube untuk
menjawab kebutuhan akan struktur yang lebih tahan terhadap gempa, dan biaya
yang lebih murah dalam pembangunan dan perbaikan.
Nippon steel memiliki spesifikasi sendiri, dimana Sifat fisik dari Nippon
Steel memiliki beberapa tipe (Lampiran 1) dan Nippon steel mengacu pada JIS
(Japan Industrial Standard).
2.3 Profil Baja
Baja tersedia dalam berbagai bentuk penampang yang sering dikenal
dengan profil. Berdasarkan cara pembentukan penampang profil baja, dikenal 2
macam baja, yaitu Hot Rolled Sections dan Cold Rolled Sections. Baja tipe hot
rolled section dibentuk (rolled) pada kondisi panas sedangkan baja tipe cold
rolled section dibentuk pada kondisi dingin.
Baja Hot Rolled Sections memiliki beberapa penampang, yaitu dapat
dilihat pada gambar 2.1.
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Strandar tipe penampang profil baja canai panas
(Macdonad, 2002)
Secara teoritis terdapat jumlah bentuk yang tidak terbatas dapat digunakan
untuk memikul beban tekan dalam suatu struktur. Tetapi dari segi praktis, jumlah
bentuk penampang elemen tekan menjadi terbatas karena beberapa pertimbangan
yaitu: profil yang tersedia, masalah sambungan, tipe struktur.
Berikut merupakan inersia dari penampang WF dan Hollow Tub :
14
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Inersia Penampang WF dan Hollow Tub
(Wiryanto Dewobroto, 2015)
Tampang Tub untuk pekerjaan konstruksi bangunan
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation terus melakukan
perkembangan akan produk-produknya, dalam menciptakan baja yang memiliki
kekuatan tinggi dan biaya yang lebih ekonomis.
Karena itu Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation menciptakan dan
menyuplai baja tabung yang unik dan metode penyambungannya untuk memenuhi
kebutuhan ini.
15
Universitas Sumatera Utara
Beberapa kelebihan tampang tube antara lain :
a) Radius girasi yang konstan
b) Tidak memerlukan bracing
c) Lebih mudah dalam pengecatan
d) Permukaan yang lebih sedikit untuk dicat dengan lapisan tahan api
e) Mempunyai tegangan torsi yang baik
f) Permukaan yang lebih baik dari segi estetika
g) Profil bulat baja hollow memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap angin.
h) Tidak mudah kotor seperti pada bagian sayap dari profil terbuka WF.
i) Untuk beban dinamis, baja tabung memiliki frekuensi getar yang lebih tinggi
dari penampang baja lain.
For tubular sections, higher strength to weight ratio could result in upto
30% savings in steel (“Comparison Between Conventional Steel Structures And
Tubular Steel Structures”, M.G.Kalyanshetti, G.S. Mirajkar; 2012).
Beberapa kelemahan dari penampang pipa dan persegi atau segi empat
adalah:
1. Memerlukan penutup pada ujung penampang untuk mencegah korosi.
2. Mempunyai berat yang lebih besar dibandingkan dengan profil IWF untuk
modulus penampang yang sama.
3. Dalam hal sambungan dengan rivet atau baut, tetapi dapat diatasi dengan alat
penyambung las.
16
Universitas Sumatera Utara
Ada beberapa jenis sambungan yang digunakan untuk kolom tampang
hollow dengan balok baja WF.
Berikut merupakan beberapa jenis sambungan yang digunakan, yaitu:
(a) Internal diaphragm
(b) Eksternal diaphragm
(c) Through diaphragm
Gambar 2.2. Detail Sambungan
(Ying Qin, 2013)
17
Universitas Sumatera Utara
2.4 Alat sambung Baut
2.4.1
Pendahuluan
Setiap struktur baja merupakan gabungan dari beberapa komponen batang
yang disatukan dengan alat pengencang (Agus Setiawan, 2008).
.Beberapa alat sambung yang sering digunakan adaah:
Baut, mur dan ring
Alat sambung mutu tinggi
Las
Penghubung geser jenis paku yang dilas
Baut angker
Salah satu alat pengencang di samping las yang cukup populer adalah baut
terutama baut mutu tinggi. Ada dua tipe baut mutu tinggi yang distandarkan oleh
ASTM adalah tipe A325 dan A490. Baut ini memiliki kepala berbentuk segi
enam. Baut A325 terbuat dari baja karbon yang memiliki kuat leleh 560-630
Mpa, baut A490 terbuat daari baja alloy dengan kuat leleh 790-900Mpa,
tergantung pada diameternya (Agus Setiawan, 2008).
2.4.2
Tahanan Nominal Baut
Suatu baut yang memikul beban terfaktor, Ru, sesuai persyaratan LRFD
harus memenuhi (Agus Setiawan, 2008) :
Ru ≤ ϕ . Rn
..........................................................(2.1)
Dimana:
Ru
= Tahanan nominal baut
18
Universitas Sumatera Utara
ϕ
= Faktor reduksi
Tahanan Geser Baut
Tahanan nominal satu baut yang memikul gaya geser memenuhi persamaan:
Rn ≤ m . r1 . fub . Ab
...............................................(2.2)
Dimana:
r1 = 0,5 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser
r1 = 0,4 untuk baut dengan ulir pada bidang geser
fub = Kuat tarik baut (MPa)
Ab = Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir
m = jumlah bidang geser
Tahanan Tarik Baut
Baut yang memikul gaya tarik tahanan nominalnya dihitung menurut:
Rn ≤ 0,75 . fub . Ab
...............................................(2.3)
Dimana:
fub = Kuat tarik baut (MPa)
Ab = Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir
Tahanan Tumpu Baut
Tahanan tumpu nominal tergantung kondisi yang terlemah dari baut atau
komponen pelat yang disambung. Besarnya ditentukan sebagai berikut:
Rn = 2,4. db . tp . fu
...............................................(2.4)
19
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
db = Diameter baut pada daerah tak berulir
tp = Tebat pelat
fu = Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat
Jarak dan spasi baut
Bambar 2.3 Jarak dan spasi baut
(Wiryanto Dewobroto, 2015)
Dimana:
S = Spasi minimum antar lubang (S ≥ 2,667d – 3d)
St = Jarak antara pusat lubang ke tepi bagian sambungan (S ≥
1,25d)
20
Universitas Sumatera Utara
2.5 Beban Pada Struktur
2.5.1
Beban Mati
Menurut
Peraturan
Pembebanan
Indonesia
Untuk
Gedung
(Anonim3,1983), beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang
bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian,
mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan
dari gedung itu. Oleh karena itu, beban mati terdiri atas:
a. Beban sendiri dari bahan-bahan bangunan penting dan dari beberapa
komponen gedung yang harus ditinjau di dalam suatu gedung.
b. Berat sendiri dari bahan bangunan dan dari komponen gedung yang tidak
tercantum dalam persyaratan.
Beban mati atau berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung yang
dipakai berdasarkan tabel:
Tabel 2.4 Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung
(Anonim3, 1983)
Bahan Bangunan
Berat
Baja
7850 kg/m³
Batu alam
2600 kg/m³
Batu belah, batu bulat, batu gunung
1500 kg/m³
Batu pecah
1450 kg/m³
Beton
2200 kg/m³
Beton bertulang
2400 kg/m³
Katu (kelas I)
1000 kg/m³
Kerikil, koral
1650 kg/m³
21
Universitas Sumatera Utara
Pasangan batu merah
1700 kg/m³
Pasangan batu belah, batu bulat, batu
2200 kg/m³
gunung
Pasangan batu cetak
2200 kg/m³
Komponen Gedung
Berat
Adukan, per cm tebal:
-
dari semen
21 kg/m2
-
dari kapur, semen merah atau tras
17 kg/m2
Aspal,
termasuk
bahan
mineral
14 kg/m2
penambah per cm tebal
Dinding pasangan batu merah:
-
satu bata
450 kg/m2
-
setengah bata
250 kg/m2
Dinding pasangan batako berlubang:
-
tebal dinding 20 cm (HB 20)
200 kg/m2
-
tebal dinding 10 cm (HB 10)
120 kg/m2
Langit-langit dan dinding (termasuk
rusuk-rusuknya
tanpa
penggantung
langit-langit atau pengaku), yaitu:
-
semen asbes (eternit dan bahan lain 11 kg/m2
sejenisnya)
dengan
tebal
maksimum 4 mm
-
kaca dengan tebal 3-5 mm
10 kg/m2
Penggantung langit-langit (dari kayu)
22
Universitas Sumatera Utara
dengan bentang maksimum 5 m
7 kg/m2
Penutup atap genteng dengan reng dan
usuk/kaso per m2 bidang atap
50 kg/m2
2.5.2 Beban Hidup
Beban hidup adalah beban yang terjadi akibat penghunian atau
penggunaan suatu gedung, dan di dalamnya termasuk beban-beban pada lantai
yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta
peralatan yang tidak merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari gedung dan
dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan
perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut (Anonim3, 1983) pada Bab
3.
Beban hidup terdiri dari beban yang diakibatkan oleh pemakaian gedung
dan tidak termasuk beban mati, beban konstruksi dan beban akibat lingkungan
(alam) seperti beban angin, beban salju, beban hujan, beban gempa, atau beban
banjir.
Beban hidup pada lantai bangunan yang digunakan terdapat dalam tabel:
23
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.5 Beban Hidup pada Lantai Gedung
(Anonim3, 1983)
Kegunaan Bangunan
-
Berat
Lantai dan tangga rumah tinggal 125 kg/m2
sederhana
-
Lantai
sekolah,
kantor,
toko,
ruang
toserba,
kuliah, 250 kg/m2
restoran,
hotel, asrama dan rumah sakit.
400 kg/m2
-
Lantai ruang olah raga
-
Lantai pabrik, bengkel, gudang, 400 kg/m2
perpustakaan, ruang arsip, toko
buku, ruang mesin dan lain-lain.
-
Lantai gedung parkir bertingkat 800 kg/m2
untuk lantai bawah.
-
Tangga, bordes tangga
300 kg/m2
2.5.3 Beban Gempa (Quake Load)
Analisis struktur terhadap beban gempa mengacu pada Standar
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung (Anonim1, 2002).
Analisis struktur terhadap beban gempa pada gedung dilakukan dengan Metode
Analisis Dinamik Spektrum Respon. Besarnya beban gempa nominal pada
struktur bangunan dihitung dengan rumus:
24
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan gaya geser dasar total, V, pada suatu arah, ditetapkan sebagai
berikut:
V
C .I
Wt
R
.................................................................. (2.5)
Dan harus memenuhi persamaan berikut ini:
.......................................................................... (2.6)
Dimana:
V
= gaya geser dasar rencana total
Vmax = gaya geser dasar rencana maksimum
C
= faktor respons gempa yang didapat dari spektrum respons gempa
rencana untuk waktu getar alami fundamental T dilihat dari
gambar II.13
I
= I1 I2
I1
= faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa
berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu
selama umur gedung
I2
= faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa
berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut.
Faktor keutamaan untuk berbagai-bagai jenis gedung harus
diambil menurut tabel 2.1.
R
= faktor reduksi gempa
1,6 < R < 8,5
25
Universitas Sumatera Utara
R
= 1,6 – faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang
berperilaku elastik penuh.
R
= 8,5 – faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang
berperilaku daktail penuh (Sistem Rangka
Pemikul Momen
Khusus/SRPMK).
Wt
= berat total gedung
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Respons Spektrum Gempa Rencana
(Anonim1, 2002)
Tabel 2.6 Faktor Keutamaan untuk berbagai kategori gedung dan bangunan
27
Universitas Sumatera Utara
(Anonim1, 2002)
Faktor
Keutamaan
Kategori Gedung
I1
Gedung
umum
penghunian,
seperti
perniagaan
I2
I
1,0
1,0
1,0
1,6
1,6
pusat 1,4
1,0
1,4
1,0
1,6
1,0
1,5
untuk
dan 1,0
perkantoran
Monumen dan bangunan monumental
Gedung penting pasca gempa seperti
rumah sakit, instalasi air bersih,
pembangkit
tenaga
listrik,
penyelamatan dalam keadaan darurat,
fasilitas radio dan televisi
Gedung untuk
menyimpan
bahan
berbahaya seperti gas, produk minyak 1,6
bumi, asam, bahan beracun.
Cerobong, tangki di atas menara
1,5
Catatan :
Untuk semua struktur bangunan gedung yang ijin
penggunaannya
diterbitkan
sebelum
berlakunya
Standar ini maka Faktor Keutamaam, I, dapat dikalikan
80%
28
Universitas Sumatera Utara
Untuk keperluan analisis pendahuluan struktur dan pendimensian
pendahuluan dari unsur-unsurnya, waktu getar alami struktur gedung, T, dalam
arah masing-masing smbu utama dapat ditentukan dengan menggunakan rumus
Rayleigh seperti berikut ini:
√
∑
....................................................... (2.7)
∑
Atau menggunakan rumus:
√
.................................................................... (2.8)
Dimana:
T
= waktu getar alami struktur gedung
Wi
= berat bangunan pada tingkat i
di
= defleksi (simpangan) pada tingkat i
g
= percepatan gravitasi
Fi
= gaya gempa horizontal
H
= tinggi struktur
L
=
panjang
bangunan
dalam
arah
yang
ditinjau
(memanjang/melintang)
29
Universitas Sumatera Utara
Beban geser dasar akibat gempa (V) yang dibagikan ke sepanjang tinggi
struktur menjadi beban-beban horizontal terpusat yang bekerja pada masingmasing tingkat lantai dengan menggunakan rumus:
∑
............................................................ (2.9)
Dimana:
Wi
= berat bangunan pada tingkat i
hi
= ketinggian bangunan pada tingkat i
V
= gaya geser dasar akibat beban gempa
30
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.7 Faktor daktilitas maksimum, faktor reduksi gempa maksimum,
faktor tahanan lebih struktur dan faktor tahanan lebih total beberapa jenis sistem
dan subsistem struktur gedung (Anonim1, 2002)
μm
Rm
f
2,7
1,8
4,5
2,8
2,8
2,2
2,8
4,4
2,2
b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)
1,8
2,8
2,2
1.
4,3
3,3
7,0
5,5
2,8
2,8
3,6
3,6
5,6
5,6
2,2
2,2
4,1
4,0
3,6
6,4
6,5
6,0
2,2
2,8
2,8
3,3
5,5
2,8
5,2
5,2
3,3
8,5
8,5
5,5
2,8
2,8
2,8
2,7
2,1
4,0
4,5
3,5
6,5
2,8
2,8
2,8
5,2
2,6
4,0
8,5
4,2
6,5
2,8
2,8
2,8
5,2
2,6
8,5
4,2
2,8
2,8
4,0
2,6
4,0
6,5
4,2
6,5
2,8
2,8
2,8
(tidakdengan
untuk Wilayah
& 6) bertulang
d.Beton bertulang
SRPMM5 beton
2,6
4,2
2,8
(tidak
untukkonsentrik
Wilayah 5khusus
& 6)
Rangka
bresing
a.Baja dengan SRPMK baja
b.Baja dengan SRPMB baja
4,6
2,6
7,5
4,2
2,8
2,8
Sistem struktur kolom kantilever
1,4
2,2
2
Beton bertulang biasa (tidak untuk Wilayah 3, 4, 5 & 6)
3,4
5,5
2,8
5,2
5,2
3,3
8,5
8,5
5,5
2,8
2,8
2,8
4,0
6,5
2,8
Sistem dan subsistem
1.
Sistem dinding
Uraian sistem pemikul beban gempa
1. Dinding geser beton bertulang
2. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan
penumpu
dan bresingnya memikul
3. Rangka bresing di mana
(Sistem struktur yang tidak
beban
a.Baja
memiliki rangka ruang pemikul
beban gravitasi secara lengkap.
2. Sistem rangka gedung
(Sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang
pemikul beban gravitasi secara
lengkap.
Rangka bresing eksentris baja (RBE)
2. Dinding geser beton bertulang
3. Rangka bresing biasa
a.Baja
b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)
4. Rangka bresing konsentrik khusus
a.Baja
5. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail
6. Dinding geser beton bertulang kantilever
Beban lateral dipikul
dinding geser atau rangka
3. Sistem rangka pemikul momen
(Sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang
pemikul beban gravitasi secara
lengkap.
4.
Dinding geser daktail
beton bertulang kantilever
7.
Rangka pemikuldaktail
momen khusus (SRPMK)
a.Baja
b.Beton bertulang
2. Rangka pemikul momen menengah beton (SRPMM)
3. Rangka pemikul momen biasa (SRPMB)
a.Baja
b.Beton bertulang
4. Rangka batang baja pemikul momen
1.
khusus geser
1. Dinding
a.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang
b.Beton bertulang dengan SRPMB baja
c. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang
2. RBE baja
a.Dengan SRPMK baja
b.Dengan SRPMB baja
3. Rangka bresing biasa
a.Baja dengan SRPMK baja
b.Baja dengan SRPMB baja
c.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang
Sistem ganda
(Terdiri dari: 1) rangka ruang
yang memikul seluruh beban
gravitasi; 2) pemikul beban lateral
berupa dinding geser atau rangka
bresing dengan rangka pemikul
momen. Rangka pemikul momen
harus direncanakan secara
4.
terpisah
memikul
sekurang5.mampu
Sistem
struktur
gedung
kolom
kantilever:
(Sistem
struktur
6. Sistem
interaksi
dinding
7.
geser tunggal
Subsistem
(Subsistem struktur bidang yang
membentuk struktur gedung
secara keseluruhan)
1. Rangka terbuka baja
2. Rangka terbuka beton bertulang
Rangka terbuka beton bertulang dengan balok
3.
4.
Dinding geser beton
beton bertulang berangkai
daktail
31
Universitas Sumatera Utara
2.5.4 Kombinasi Pembebanan
Peraturan pembebanan menggunakan SNI 03-1729-2002. Oleh karena itu,
struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan berikut ini
1,4D
...........(2.10)
1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H)
...........(2.11)
1,2D + 1,6 (La atau H) + (γ L L atau 0,8W)
...........(2.12)
1,2D + 1,3 W + γ L L + 0,5 (La atau H)
...........(2.13)
1,2D ± 1,0E + γ L L
...........(2.14)
0,9D ± (1,3W atau 1,0E)
...........(2.15)
Dimana:
D
= beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen,
termasuk dinding, lantai, atap, plafond, partisi tetap, tangga, dan
peralatan layan tetap.
L
= beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung.
La = beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh
pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh
orang dan benda bergerak.
W = beban angin
E
2.6
= beban gempa
Kinerja Batas Layan
Kinerja batas layan (∆s) struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar-
tingkat akibat pengaruh Gempa Rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya
32
Universitas Sumatera Utara
pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah
kerusakan non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Untuk memenuhi
persyaratan kinerja batas layan (∆s) struktur gedung tidak boleh melampaui: (SNI
03-1726-2002)
........................(2.16)
Nilai yang digunakan adalah nilai yang terkecil.
Kinerja batas ultimit (∆m) struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan
simpangan antar-tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa
rencana dalam kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk
membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat
menimbulkan korban jiwa. Simpangan dan simpangan antar-tingkat ini harus
dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal,
dikalikan dengan suatu faktor pengali ξ sebagai berikut: (SNI 03-1726-2002)
ξ= 0,7 R
∆m = ξx∆s
(untuk struktur gedung beraturan)
............(2.17)
............(2.18)
2.7 SAP 2000
Program SAP 2000 merupakan pengembangan program SAP yang dibuat
oleh Prof. Edward L. Wilson dari University of California at Berkeley, US sekitar
tahun 1970. Untuk melayani keperlua komersial dari program SAP, pada tahun
1975 dibentuk perusahaan Computer & Structure, lnc. Dipimpin oleh Ashraf
33
Universitas Sumatera Utara
Habibullah, di mana perusahaan tersebut sampai saat ini masih tetap eksis dan
berkembang (http://www.csiberkeley.com).
Sebagai program komputer analisa struktur yang dikembangkan cukup
lama dari lingkungan universitas sehingga source code pada awal mulanya dapat
dengan mudah dipelajari, maka program SAP menjadi cikal bakal programprogram analisa struktur lain di dunia. Dengan reputasi lebih dari 30 tahun,
program SAP dikenal secara luas dalam komunitas rekayasa, khususnya di bidang
teknik sipil dan secara spesifik lagi adalah para structural engineer.
SAP 2000 merupakan salah satu program aplikasi komputer yang paling
popular dalam dunia desain struktur konstruksi. Adapun keunggulan program
SAP 2000 antara lain memiliki fasilitas desain elemen, baik untuk material baja
maupun beton. Disamping itu, SAP 2000 benar-benar mampu membantu
penyelesaian pekerjaan analisis struktur karena kita hanya memasukkan data
dengan benar, maka proses analisis akan langsung diambil alih oleh SAP 2000
dan prosesnya pun tergolong sangat cepat.
Selain itu, kelebihan dari program ini adalah kita tidak hanya dapat
menganalisis struktur (untuk mengetahui gaya-gaya dalam yang timbul), tetapi
juga bisa melanjutkannya sampai kebagian check/design struktur untuk
mengetahui dimensi dan jumlah tulangan.
34
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Baja sebagai Material Struktur
Baja merupakan salah satu bahan bangunan yang unsur utamanya terdiri
dari besi. Baja ditemukan ketika dilakukan penempaan dan pemanasan yang
menyebabkan tercampurnya besi dengan bahan karbon pada proses pembakaran,
sehingga membentuk baja yang mempunyai kekuatan yang lebih besar dari pada
besi.
2.1.1
Kelebihan dan Kekurangan
Beberapa keunggulan dan Kelemahan baja sebagai material konstruksi,
antara Lain:
1) Kelebihan material baja sebagai material konstruksi, antara lain:
Kekuatan Tinggi
Baja memiliki kekuatanyang kinggi, sehingga dapat menguragi ukuran
struktur serta mengurangi pula berat sendiri dari struktur.
Keseragaman dan Keawetan yang Tinggi
Baja memiliki keseragaman dan keawetan yang tinggi, tidak seperti
halnya material beton bertulang yang terdiri dari berbagai macam bahan
penyusun, material baja lebih seragam/homogen serta memiliki tingkat
keawetan yang jauh lebih tinggi jika prosedur perawatan dilakukan
sebagaimana mestinya.
7
Universitas Sumatera Utara
Elastisitas
Baja berperilaku mendekati asumsi perancang teknik dibandingkan
dengan material lain karena baja mengikuti hukum Hooke hingga
mencapai tegangan yang cukup tinggi. Momen inersia untuk penampang
baja dapat ditentukan dengan pasti dibandingkan dengan penampang
beton bertulang.
Daktilitas
Daktilitas baja cukup tinggi, karena suatu batang baja yang menerima
tegangan tarik yang tinggi akan mengalami regangan tarik cukup besar
sebelum terjadi keruntuhan.
Keuntungan Lain
Beberapa keuntungan lain pemakaian baja sebagai material konstruksi
adalah kemudahan penyambungan antarelemen yang satu dengan yang
lainnya menggunakan alat sambung las dan baut.
Pembuatan baja
melalui proses gilas panas mengakibatkan baja mudah dibentuk menjadi
penampang-penampang
yang
diinginkan.
Kecepatan
pelaksanaan
konstruksi baja juga menjadi suatu keunggulan material baja.
2) Kelemahan Baja sebagai Material Struktur Secara umum baja mempunyai
kekurangan seperti dijelaskan dibawah ini.
Biaya pemeliharaan umumnya material baja sangat rentan terhadap
korosi jika dibiarkan terjadi kontak dengan udara dan air sehingga perlu
dicat secara periodik.
8
Universitas Sumatera Utara
Biaya perlindungan terhadap kebakaran meskipun baja tidak mudah
terbakar tetapi kekuatannya menurun drastis jika terjadi kebakaran.
Selain itu baja juga merupakan konduktor panas yang baik sehingga
dapat menjadi pemicu kebakaran pada komponen lain. Akibatnya, portal
dengan kemungkinan kebakaran tinggi perlu diberi pelindung. Ketahanan
material baja terhadap api dipersyaratkan dalam Pasal 14 SNI 03-17292002 (anonim2, 2002).
Rentan Terhadap Buckling Semakin langsung suatu elemen tekan,
semakin besar pula bahaya terhadap buckling (tekuk). Sebagaimana telah
disebutkan bahwa baja mempunyai kekuatan yang tinggi per satuan berat
dan jika digunakan sebagai kolom seringkali tidak ekonomis karena
banyak material yang perlu digunakan untuk memperkuat kolom
terhadap buckling.
Fatik Kekuatan baja akan menurun jika mendapat beban siklis. Dalam
perancangan perlu dilakukan pengurangan kekuatan jika pada elemen
struktur akan terjadi beban siklis.
2.1.2
Sifat Mekanik Baja Standar SNI
Menurut SNI 03–1729–2002 (anonim2, 2002) sifat mekanis baja struktural
yang digunakan dalam perencanaan harus memenuhi persyaratan minimum yang
diberikan pada Tabel 2.1.
9
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Persyaratan Sifat Mekanis Baja Struktural Standar SNI 03–1729–2002
(Anonim2, 2002)
Tegangan putus
Tegangan Leleh
Peregangan
Minimum fu
Minimum fy
Minimum
(Mpa)
(Mpa)
(%)
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
c
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
Nisbah poisson
: = 0,3
Mpa
10
Universitas Sumatera Utara
Koefisien pemuaian
2.1.3
: = 12 . 10-6 / oC
Sifat Mekanik Baja Standar JIS
Jepang merupakan salah satu produsen baja terbesar di dunia. Para
perusahaan baja asal jepang menggunakan standar JIS seperti Nippon Steel &
Sumitomo Metal Corporation (NSSMC). Berikut merupakan tabel material baja
standar JIS.
Tabel 2.2 Persyaratan Sifat Mekanis Baja Struktura Standar JIS
(Wiryanto Dewobroto, 2015)
Kuat Leleh
Kuat Tarik
Rasio
(MPa)
(MPa)
Leleh
Kategor
Elongasi
Standar
Mutu
i Kuat
(%)
Min. Maks. Min. Maks.
400
JIS G
N/mm2
3101 (SS
(%)
SS400
235
400
510
-
21
JIS G
SM400A
235
400
510
-
24
3106 (SM
SM
235
400
510
-
21
Steel)
400B
235
400
510
-
22
Steel)
SM
400C
JIS G
SM400A
235
-
400
510
-
24
3136 (SN
SM
235
355
400
510
80
21
Steel)
400B
235
355
400
510
80
22
SM
11
Universitas Sumatera Utara
400C
400
JIS G
SS490
275
490
610
-
21
N/mm2
3101 (SS
JIS G
SM490A
315
490
610
-
24
3106 (SM
SM
315
490
610
-
21
Steel)
490B
315
490
610
-
22
Steel)
SM
490C
JIS G
SM
3136 (SM
490B
Steel)
SM
325
445
490
610
80
21
325
445
490
610
80
22
490C
2.2
Nippon Steel
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) didirikan pada
Oktober 2012 yang merupakan kerja sama antara Nippon Steel Corporation dan
Sumitomo Metal Industries, Ltd adalah salah satu perusahaan Jepang penghasil
baja terdepan di dunia yang berpartisipasi dalam pembuatan material struktur
inovatif yang bersifat tahan kerusakan dan memiliki masa layan yang panjang.
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation telah mengembangkan baja mutu
tinggi kelas 1000 N (kuat tarik 950 N/mm2).
PT Krakatau Steel Tbk (KRAS) dan Nippon Steel Corporation (NSC)
bekerjasama untuk mengembangkan infrastruktur dan bangunan tahan gempa
12
Universitas Sumatera Utara
berbahan dasar baja di Indonesia. Produsen baja asal Jepang ini menggandeng PT
Krakatau Steel dalam mengembangkan Nittetsu Super Frame atau struktur tahan
gempa. Produk buatan Nippon Steel Corporation ini punya keunggulan dibanding
konstruksi konvensional karena tahan gempa bumi, biaya lebih murah, konstruksi
singkat dan hemat energi.
Dalam bidang infrastruktur, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
mempromosikan perkembangan dari produk baru baja Hollow tube untuk
menjawab kebutuhan akan struktur yang lebih tahan terhadap gempa, dan biaya
yang lebih murah dalam pembangunan dan perbaikan.
Nippon steel memiliki spesifikasi sendiri, dimana Sifat fisik dari Nippon
Steel memiliki beberapa tipe (Lampiran 1) dan Nippon steel mengacu pada JIS
(Japan Industrial Standard).
2.3 Profil Baja
Baja tersedia dalam berbagai bentuk penampang yang sering dikenal
dengan profil. Berdasarkan cara pembentukan penampang profil baja, dikenal 2
macam baja, yaitu Hot Rolled Sections dan Cold Rolled Sections. Baja tipe hot
rolled section dibentuk (rolled) pada kondisi panas sedangkan baja tipe cold
rolled section dibentuk pada kondisi dingin.
Baja Hot Rolled Sections memiliki beberapa penampang, yaitu dapat
dilihat pada gambar 2.1.
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Strandar tipe penampang profil baja canai panas
(Macdonad, 2002)
Secara teoritis terdapat jumlah bentuk yang tidak terbatas dapat digunakan
untuk memikul beban tekan dalam suatu struktur. Tetapi dari segi praktis, jumlah
bentuk penampang elemen tekan menjadi terbatas karena beberapa pertimbangan
yaitu: profil yang tersedia, masalah sambungan, tipe struktur.
Berikut merupakan inersia dari penampang WF dan Hollow Tub :
14
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Inersia Penampang WF dan Hollow Tub
(Wiryanto Dewobroto, 2015)
Tampang Tub untuk pekerjaan konstruksi bangunan
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation terus melakukan
perkembangan akan produk-produknya, dalam menciptakan baja yang memiliki
kekuatan tinggi dan biaya yang lebih ekonomis.
Karena itu Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation menciptakan dan
menyuplai baja tabung yang unik dan metode penyambungannya untuk memenuhi
kebutuhan ini.
15
Universitas Sumatera Utara
Beberapa kelebihan tampang tube antara lain :
a) Radius girasi yang konstan
b) Tidak memerlukan bracing
c) Lebih mudah dalam pengecatan
d) Permukaan yang lebih sedikit untuk dicat dengan lapisan tahan api
e) Mempunyai tegangan torsi yang baik
f) Permukaan yang lebih baik dari segi estetika
g) Profil bulat baja hollow memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap angin.
h) Tidak mudah kotor seperti pada bagian sayap dari profil terbuka WF.
i) Untuk beban dinamis, baja tabung memiliki frekuensi getar yang lebih tinggi
dari penampang baja lain.
For tubular sections, higher strength to weight ratio could result in upto
30% savings in steel (“Comparison Between Conventional Steel Structures And
Tubular Steel Structures”, M.G.Kalyanshetti, G.S. Mirajkar; 2012).
Beberapa kelemahan dari penampang pipa dan persegi atau segi empat
adalah:
1. Memerlukan penutup pada ujung penampang untuk mencegah korosi.
2. Mempunyai berat yang lebih besar dibandingkan dengan profil IWF untuk
modulus penampang yang sama.
3. Dalam hal sambungan dengan rivet atau baut, tetapi dapat diatasi dengan alat
penyambung las.
16
Universitas Sumatera Utara
Ada beberapa jenis sambungan yang digunakan untuk kolom tampang
hollow dengan balok baja WF.
Berikut merupakan beberapa jenis sambungan yang digunakan, yaitu:
(a) Internal diaphragm
(b) Eksternal diaphragm
(c) Through diaphragm
Gambar 2.2. Detail Sambungan
(Ying Qin, 2013)
17
Universitas Sumatera Utara
2.4 Alat sambung Baut
2.4.1
Pendahuluan
Setiap struktur baja merupakan gabungan dari beberapa komponen batang
yang disatukan dengan alat pengencang (Agus Setiawan, 2008).
.Beberapa alat sambung yang sering digunakan adaah:
Baut, mur dan ring
Alat sambung mutu tinggi
Las
Penghubung geser jenis paku yang dilas
Baut angker
Salah satu alat pengencang di samping las yang cukup populer adalah baut
terutama baut mutu tinggi. Ada dua tipe baut mutu tinggi yang distandarkan oleh
ASTM adalah tipe A325 dan A490. Baut ini memiliki kepala berbentuk segi
enam. Baut A325 terbuat dari baja karbon yang memiliki kuat leleh 560-630
Mpa, baut A490 terbuat daari baja alloy dengan kuat leleh 790-900Mpa,
tergantung pada diameternya (Agus Setiawan, 2008).
2.4.2
Tahanan Nominal Baut
Suatu baut yang memikul beban terfaktor, Ru, sesuai persyaratan LRFD
harus memenuhi (Agus Setiawan, 2008) :
Ru ≤ ϕ . Rn
..........................................................(2.1)
Dimana:
Ru
= Tahanan nominal baut
18
Universitas Sumatera Utara
ϕ
= Faktor reduksi
Tahanan Geser Baut
Tahanan nominal satu baut yang memikul gaya geser memenuhi persamaan:
Rn ≤ m . r1 . fub . Ab
...............................................(2.2)
Dimana:
r1 = 0,5 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser
r1 = 0,4 untuk baut dengan ulir pada bidang geser
fub = Kuat tarik baut (MPa)
Ab = Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir
m = jumlah bidang geser
Tahanan Tarik Baut
Baut yang memikul gaya tarik tahanan nominalnya dihitung menurut:
Rn ≤ 0,75 . fub . Ab
...............................................(2.3)
Dimana:
fub = Kuat tarik baut (MPa)
Ab = Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir
Tahanan Tumpu Baut
Tahanan tumpu nominal tergantung kondisi yang terlemah dari baut atau
komponen pelat yang disambung. Besarnya ditentukan sebagai berikut:
Rn = 2,4. db . tp . fu
...............................................(2.4)
19
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
db = Diameter baut pada daerah tak berulir
tp = Tebat pelat
fu = Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat
Jarak dan spasi baut
Bambar 2.3 Jarak dan spasi baut
(Wiryanto Dewobroto, 2015)
Dimana:
S = Spasi minimum antar lubang (S ≥ 2,667d – 3d)
St = Jarak antara pusat lubang ke tepi bagian sambungan (S ≥
1,25d)
20
Universitas Sumatera Utara
2.5 Beban Pada Struktur
2.5.1
Beban Mati
Menurut
Peraturan
Pembebanan
Indonesia
Untuk
Gedung
(Anonim3,1983), beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang
bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian,
mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan
dari gedung itu. Oleh karena itu, beban mati terdiri atas:
a. Beban sendiri dari bahan-bahan bangunan penting dan dari beberapa
komponen gedung yang harus ditinjau di dalam suatu gedung.
b. Berat sendiri dari bahan bangunan dan dari komponen gedung yang tidak
tercantum dalam persyaratan.
Beban mati atau berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung yang
dipakai berdasarkan tabel:
Tabel 2.4 Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung
(Anonim3, 1983)
Bahan Bangunan
Berat
Baja
7850 kg/m³
Batu alam
2600 kg/m³
Batu belah, batu bulat, batu gunung
1500 kg/m³
Batu pecah
1450 kg/m³
Beton
2200 kg/m³
Beton bertulang
2400 kg/m³
Katu (kelas I)
1000 kg/m³
Kerikil, koral
1650 kg/m³
21
Universitas Sumatera Utara
Pasangan batu merah
1700 kg/m³
Pasangan batu belah, batu bulat, batu
2200 kg/m³
gunung
Pasangan batu cetak
2200 kg/m³
Komponen Gedung
Berat
Adukan, per cm tebal:
-
dari semen
21 kg/m2
-
dari kapur, semen merah atau tras
17 kg/m2
Aspal,
termasuk
bahan
mineral
14 kg/m2
penambah per cm tebal
Dinding pasangan batu merah:
-
satu bata
450 kg/m2
-
setengah bata
250 kg/m2
Dinding pasangan batako berlubang:
-
tebal dinding 20 cm (HB 20)
200 kg/m2
-
tebal dinding 10 cm (HB 10)
120 kg/m2
Langit-langit dan dinding (termasuk
rusuk-rusuknya
tanpa
penggantung
langit-langit atau pengaku), yaitu:
-
semen asbes (eternit dan bahan lain 11 kg/m2
sejenisnya)
dengan
tebal
maksimum 4 mm
-
kaca dengan tebal 3-5 mm
10 kg/m2
Penggantung langit-langit (dari kayu)
22
Universitas Sumatera Utara
dengan bentang maksimum 5 m
7 kg/m2
Penutup atap genteng dengan reng dan
usuk/kaso per m2 bidang atap
50 kg/m2
2.5.2 Beban Hidup
Beban hidup adalah beban yang terjadi akibat penghunian atau
penggunaan suatu gedung, dan di dalamnya termasuk beban-beban pada lantai
yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta
peralatan yang tidak merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari gedung dan
dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan
perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut (Anonim3, 1983) pada Bab
3.
Beban hidup terdiri dari beban yang diakibatkan oleh pemakaian gedung
dan tidak termasuk beban mati, beban konstruksi dan beban akibat lingkungan
(alam) seperti beban angin, beban salju, beban hujan, beban gempa, atau beban
banjir.
Beban hidup pada lantai bangunan yang digunakan terdapat dalam tabel:
23
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.5 Beban Hidup pada Lantai Gedung
(Anonim3, 1983)
Kegunaan Bangunan
-
Berat
Lantai dan tangga rumah tinggal 125 kg/m2
sederhana
-
Lantai
sekolah,
kantor,
toko,
ruang
toserba,
kuliah, 250 kg/m2
restoran,
hotel, asrama dan rumah sakit.
400 kg/m2
-
Lantai ruang olah raga
-
Lantai pabrik, bengkel, gudang, 400 kg/m2
perpustakaan, ruang arsip, toko
buku, ruang mesin dan lain-lain.
-
Lantai gedung parkir bertingkat 800 kg/m2
untuk lantai bawah.
-
Tangga, bordes tangga
300 kg/m2
2.5.3 Beban Gempa (Quake Load)
Analisis struktur terhadap beban gempa mengacu pada Standar
Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Rumah dan Gedung (Anonim1, 2002).
Analisis struktur terhadap beban gempa pada gedung dilakukan dengan Metode
Analisis Dinamik Spektrum Respon. Besarnya beban gempa nominal pada
struktur bangunan dihitung dengan rumus:
24
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan gaya geser dasar total, V, pada suatu arah, ditetapkan sebagai
berikut:
V
C .I
Wt
R
.................................................................. (2.5)
Dan harus memenuhi persamaan berikut ini:
.......................................................................... (2.6)
Dimana:
V
= gaya geser dasar rencana total
Vmax = gaya geser dasar rencana maksimum
C
= faktor respons gempa yang didapat dari spektrum respons gempa
rencana untuk waktu getar alami fundamental T dilihat dari
gambar II.13
I
= I1 I2
I1
= faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa
berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu
selama umur gedung
I2
= faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa
berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut.
Faktor keutamaan untuk berbagai-bagai jenis gedung harus
diambil menurut tabel 2.1.
R
= faktor reduksi gempa
1,6 < R < 8,5
25
Universitas Sumatera Utara
R
= 1,6 – faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang
berperilaku elastik penuh.
R
= 8,5 – faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang
berperilaku daktail penuh (Sistem Rangka
Pemikul Momen
Khusus/SRPMK).
Wt
= berat total gedung
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Respons Spektrum Gempa Rencana
(Anonim1, 2002)
Tabel 2.6 Faktor Keutamaan untuk berbagai kategori gedung dan bangunan
27
Universitas Sumatera Utara
(Anonim1, 2002)
Faktor
Keutamaan
Kategori Gedung
I1
Gedung
umum
penghunian,
seperti
perniagaan
I2
I
1,0
1,0
1,0
1,6
1,6
pusat 1,4
1,0
1,4
1,0
1,6
1,0
1,5
untuk
dan 1,0
perkantoran
Monumen dan bangunan monumental
Gedung penting pasca gempa seperti
rumah sakit, instalasi air bersih,
pembangkit
tenaga
listrik,
penyelamatan dalam keadaan darurat,
fasilitas radio dan televisi
Gedung untuk
menyimpan
bahan
berbahaya seperti gas, produk minyak 1,6
bumi, asam, bahan beracun.
Cerobong, tangki di atas menara
1,5
Catatan :
Untuk semua struktur bangunan gedung yang ijin
penggunaannya
diterbitkan
sebelum
berlakunya
Standar ini maka Faktor Keutamaam, I, dapat dikalikan
80%
28
Universitas Sumatera Utara
Untuk keperluan analisis pendahuluan struktur dan pendimensian
pendahuluan dari unsur-unsurnya, waktu getar alami struktur gedung, T, dalam
arah masing-masing smbu utama dapat ditentukan dengan menggunakan rumus
Rayleigh seperti berikut ini:
√
∑
....................................................... (2.7)
∑
Atau menggunakan rumus:
√
.................................................................... (2.8)
Dimana:
T
= waktu getar alami struktur gedung
Wi
= berat bangunan pada tingkat i
di
= defleksi (simpangan) pada tingkat i
g
= percepatan gravitasi
Fi
= gaya gempa horizontal
H
= tinggi struktur
L
=
panjang
bangunan
dalam
arah
yang
ditinjau
(memanjang/melintang)
29
Universitas Sumatera Utara
Beban geser dasar akibat gempa (V) yang dibagikan ke sepanjang tinggi
struktur menjadi beban-beban horizontal terpusat yang bekerja pada masingmasing tingkat lantai dengan menggunakan rumus:
∑
............................................................ (2.9)
Dimana:
Wi
= berat bangunan pada tingkat i
hi
= ketinggian bangunan pada tingkat i
V
= gaya geser dasar akibat beban gempa
30
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.7 Faktor daktilitas maksimum, faktor reduksi gempa maksimum,
faktor tahanan lebih struktur dan faktor tahanan lebih total beberapa jenis sistem
dan subsistem struktur gedung (Anonim1, 2002)
μm
Rm
f
2,7
1,8
4,5
2,8
2,8
2,2
2,8
4,4
2,2
b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)
1,8
2,8
2,2
1.
4,3
3,3
7,0
5,5
2,8
2,8
3,6
3,6
5,6
5,6
2,2
2,2
4,1
4,0
3,6
6,4
6,5
6,0
2,2
2,8
2,8
3,3
5,5
2,8
5,2
5,2
3,3
8,5
8,5
5,5
2,8
2,8
2,8
2,7
2,1
4,0
4,5
3,5
6,5
2,8
2,8
2,8
5,2
2,6
4,0
8,5
4,2
6,5
2,8
2,8
2,8
5,2
2,6
8,5
4,2
2,8
2,8
4,0
2,6
4,0
6,5
4,2
6,5
2,8
2,8
2,8
(tidakdengan
untuk Wilayah
& 6) bertulang
d.Beton bertulang
SRPMM5 beton
2,6
4,2
2,8
(tidak
untukkonsentrik
Wilayah 5khusus
& 6)
Rangka
bresing
a.Baja dengan SRPMK baja
b.Baja dengan SRPMB baja
4,6
2,6
7,5
4,2
2,8
2,8
Sistem struktur kolom kantilever
1,4
2,2
2
Beton bertulang biasa (tidak untuk Wilayah 3, 4, 5 & 6)
3,4
5,5
2,8
5,2
5,2
3,3
8,5
8,5
5,5
2,8
2,8
2,8
4,0
6,5
2,8
Sistem dan subsistem
1.
Sistem dinding
Uraian sistem pemikul beban gempa
1. Dinding geser beton bertulang
2. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan
penumpu
dan bresingnya memikul
3. Rangka bresing di mana
(Sistem struktur yang tidak
beban
a.Baja
memiliki rangka ruang pemikul
beban gravitasi secara lengkap.
2. Sistem rangka gedung
(Sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang
pemikul beban gravitasi secara
lengkap.
Rangka bresing eksentris baja (RBE)
2. Dinding geser beton bertulang
3. Rangka bresing biasa
a.Baja
b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)
4. Rangka bresing konsentrik khusus
a.Baja
5. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail
6. Dinding geser beton bertulang kantilever
Beban lateral dipikul
dinding geser atau rangka
3. Sistem rangka pemikul momen
(Sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang
pemikul beban gravitasi secara
lengkap.
4.
Dinding geser daktail
beton bertulang kantilever
7.
Rangka pemikuldaktail
momen khusus (SRPMK)
a.Baja
b.Beton bertulang
2. Rangka pemikul momen menengah beton (SRPMM)
3. Rangka pemikul momen biasa (SRPMB)
a.Baja
b.Beton bertulang
4. Rangka batang baja pemikul momen
1.
khusus geser
1. Dinding
a.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang
b.Beton bertulang dengan SRPMB baja
c. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang
2. RBE baja
a.Dengan SRPMK baja
b.Dengan SRPMB baja
3. Rangka bresing biasa
a.Baja dengan SRPMK baja
b.Baja dengan SRPMB baja
c.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang
Sistem ganda
(Terdiri dari: 1) rangka ruang
yang memikul seluruh beban
gravitasi; 2) pemikul beban lateral
berupa dinding geser atau rangka
bresing dengan rangka pemikul
momen. Rangka pemikul momen
harus direncanakan secara
4.
terpisah
memikul
sekurang5.mampu
Sistem
struktur
gedung
kolom
kantilever:
(Sistem
struktur
6. Sistem
interaksi
dinding
7.
geser tunggal
Subsistem
(Subsistem struktur bidang yang
membentuk struktur gedung
secara keseluruhan)
1. Rangka terbuka baja
2. Rangka terbuka beton bertulang
Rangka terbuka beton bertulang dengan balok
3.
4.
Dinding geser beton
beton bertulang berangkai
daktail
31
Universitas Sumatera Utara
2.5.4 Kombinasi Pembebanan
Peraturan pembebanan menggunakan SNI 03-1729-2002. Oleh karena itu,
struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan berikut ini
1,4D
...........(2.10)
1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H)
...........(2.11)
1,2D + 1,6 (La atau H) + (γ L L atau 0,8W)
...........(2.12)
1,2D + 1,3 W + γ L L + 0,5 (La atau H)
...........(2.13)
1,2D ± 1,0E + γ L L
...........(2.14)
0,9D ± (1,3W atau 1,0E)
...........(2.15)
Dimana:
D
= beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen,
termasuk dinding, lantai, atap, plafond, partisi tetap, tangga, dan
peralatan layan tetap.
L
= beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung.
La = beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh
pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh
orang dan benda bergerak.
W = beban angin
E
2.6
= beban gempa
Kinerja Batas Layan
Kinerja batas layan (∆s) struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar-
tingkat akibat pengaruh Gempa Rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya
32
Universitas Sumatera Utara
pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah
kerusakan non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Untuk memenuhi
persyaratan kinerja batas layan (∆s) struktur gedung tidak boleh melampaui: (SNI
03-1726-2002)
........................(2.16)
Nilai yang digunakan adalah nilai yang terkecil.
Kinerja batas ultimit (∆m) struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan
simpangan antar-tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa
rencana dalam kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk
membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat
menimbulkan korban jiwa. Simpangan dan simpangan antar-tingkat ini harus
dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal,
dikalikan dengan suatu faktor pengali ξ sebagai berikut: (SNI 03-1726-2002)
ξ= 0,7 R
∆m = ξx∆s
(untuk struktur gedung beraturan)
............(2.17)
............(2.18)
2.7 SAP 2000
Program SAP 2000 merupakan pengembangan program SAP yang dibuat
oleh Prof. Edward L. Wilson dari University of California at Berkeley, US sekitar
tahun 1970. Untuk melayani keperlua komersial dari program SAP, pada tahun
1975 dibentuk perusahaan Computer & Structure, lnc. Dipimpin oleh Ashraf
33
Universitas Sumatera Utara
Habibullah, di mana perusahaan tersebut sampai saat ini masih tetap eksis dan
berkembang (http://www.csiberkeley.com).
Sebagai program komputer analisa struktur yang dikembangkan cukup
lama dari lingkungan universitas sehingga source code pada awal mulanya dapat
dengan mudah dipelajari, maka program SAP menjadi cikal bakal programprogram analisa struktur lain di dunia. Dengan reputasi lebih dari 30 tahun,
program SAP dikenal secara luas dalam komunitas rekayasa, khususnya di bidang
teknik sipil dan secara spesifik lagi adalah para structural engineer.
SAP 2000 merupakan salah satu program aplikasi komputer yang paling
popular dalam dunia desain struktur konstruksi. Adapun keunggulan program
SAP 2000 antara lain memiliki fasilitas desain elemen, baik untuk material baja
maupun beton. Disamping itu, SAP 2000 benar-benar mampu membantu
penyelesaian pekerjaan analisis struktur karena kita hanya memasukkan data
dengan benar, maka proses analisis akan langsung diambil alih oleh SAP 2000
dan prosesnya pun tergolong sangat cepat.
Selain itu, kelebihan dari program ini adalah kita tidak hanya dapat
menganalisis struktur (untuk mengetahui gaya-gaya dalam yang timbul), tetapi
juga bisa melanjutkannya sampai kebagian check/design struktur untuk
mengetahui dimensi dan jumlah tulangan.
34
Universitas Sumatera Utara