TINJAUAN PUSTAKA
II. BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
TINJAUAN UMUM Pada tahap perencanaan struktur gedung perlu dilakukan tinjauan
pustaka. Hal ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara susunan fungsional gedung dengan sistem struktural yang akan digunakan. Selain itu dalam merencanakan setiap elemen-elemen bangunan perlu juga ditunjang oleh dasardasar teori yang jelas dan standar yang berlaku agar suatu bangunan dapat dipertanggungjawabkan. Bangunan harus kokoh dan aman terhadap keruntuhan (kegagalan struktur) dan terhadap gaya-gaya yang disebabkan angin dan gempa bumi. Maka setiap elemen bangunan disesuaikan dengan kriteria dan persyaratan yang ditentukan, agar mutu bangunan yang dihasilkan sesuai dengan fungsi yang diinginkan. Fungsi utama dari struktur adalah dapat memikul secara aman dan efektif beban yang bekerja pada bangunan, serta menyalurkannya ke tanah melalui pondasi Beban yang bekerja terdiri dari beban vertikal dan beban horizontal. Pada bab ini akan dijelaskan mengenai langkah – langkah perhitungan struktur mulai dari perhitungan struktur bawah (sub structure) sampai perhitungan struktur atas (upper structure). Perhitungan struktur menggunakan Standar Nasional Indonesia untuk perencanaan bangunan gedung (SNI Beton dan SNI Gempa 2002) sebagai acuan.
2.2.
KONSEP PERENCANAAN STRUKTUR Konsep tersebut merupakan dasar teori perencanaan dan perhitungan
struktur, yang meliputi desain terhadap beban lateral (gempa) dan metode analisis struktur yanng digunakan. TUGAS AKHIR
II-1
TINJAUAN PUSTAKA
2.2.1.
Desain Terhadap Beban Lateral Kestabilan lateral dalam mendesain struktur merupakan hal
terpenting, karena gaya lateral mempengaruhi desain elemen-elemen vertikal dan horizontal struktur itu sendiri. Mekanisme dasar untuk menjamin kestabilan lateral diperoleh dengan menggunakan hubungan/ sambungan kaku untuk memperoleh bidang geser kaku yang dapat memikul beban lateral. Beban lateral yang paling berpengaruh terhadap struktur adalah beban gempa. Tinjauan beban gempa yang terjadi pada struktur digunakan untuk mengetahui metode analisis struktur yang digunakan. 2.2.2.
Analisis Struktur Terhadap Gempa Penentuan metode analisis struktur tergantung pada bentuk atau
desain gedung itu sendiri, merupakan gedung beraturan atau tidak beraturan. Struktur gedung ditetapkan sebagai struktur gedung beraturan apabila memenuhi ketentuan sebagai berikut (SNI 03-1726-2002) :
Tinggi struktur gedung diukur dari taraf penjepitan lateral tidak lebih dari 10 tingkat atau 40 m.
Denah struktur gedung adalah persegi panjang tanpa tonjolan dan kalaupun mempunyai tonjolan, panjang tonjolan tersebut tidak lebih dari 25 % dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah tonjolan tersebut.
Denah struktur gedung tidak menunjukkan coakan sudut dan kalaupun mempunyai coakan sudut, panjang sisi coakan tidak lebih dari 15 % dari ukuran terbesar denah struktur gedung dalam arah sisi coakan tersebut.
Sistem struktur gedung tidak menunjukkan loncatan bidang muka dan kalaupun mempunyai loncatan bidang muka, ukuran dan denah struktur bagian gedung yang menjulang dalam masing-masing arah, tidak kurang dari 75 % dari ukuran terbesar denah struktur bagian
TUGAS AKHIR
II-2
TINJAUAN PUSTAKA
gedung sebelah bawahnya. Dalam hal ini, struktur rumah atap yang tingginya tidak lebih dari dua tingkat tidak perlu dianggap menyebabkan adanya loncatan bidang muka.
Sistem struktur gedung memiliki berat lantai tingkat yang beraturan, artinya setiap lantai tingkat memiliki berat yang tidak lebih dari 150 % dari berat lantai tingkat diatas atau dibawahnya. Berat atap atau rumah atap tidak perlu memenuhi ketentuan ini.
Sistem struktur gedung memiliki lantai tingkat menerus, tanpa lubang atau bukaan yang luasnya lebih dari 50 % luas seluruh lantai tingkat. Kalaupun ada lantai tingkat dengan lubang atau bukaan seperti itu, jumlahnya tidak boleh melebihi 20 % dari jumlah lantai tingkat seluruhnya. Untuk struktur gedung beraturan, pengaruh gempa rencana dapat
ditinjau sebagai pengaruh beban gempa statik ekuivalen, sehingga analisisnya dilakukan berdasarkan analisis statik ekuivalen. Struktur yang tidak memenuhi ketentuan diatas ditetapkan sebagai gedung tidak beraturan. Untuk gedung tidak beraturan, pengaruh beban rencana dapat ditinjau sebagai pengaruh pembebanan gempa dinamik, sehingga analisisnya dilakukan berdasarkan analisis respon dinamik. Tetapi pada perencanaan Hotel All Seasons ini akan ditinjau dengan analisis dinamik maupun statik ekuivalen untuk membandingkan keakuratan dari hasil analisis statik ekuivalen terhadap analisis dinamis. a.
Perencanaan Struktur Gedung Beraturan Struktur
gedung
beraturan
dapat
direncanakan
terhadap
pembebanan gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana dalam arah masing-masing sumbu utama denah struktur tersebut.
TUGAS AKHIR
II-3
TINJAUAN PUSTAKA
Pembebanan gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana pada struktur gedung beraturan ditampilkan sebagai beban-beban gempa nominal statik ekuivalen yang menangkap pada pusat massa lantai-lantai tingkat.
Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekuivalen (V) yang terjadi ditingkat dasar dapat dihitung menurut persamaan : V=
C .I Wt R
dimana, I adalah Faktor Keutamaan Struktur menurut Tabel 2.4, C adalah nilai Faktor Respon Gempa yang didapat dari Respon Spektrum Gempa Rencana untuk waktu getar alami fundamental T, dan Wt adalah berat total gedung termasuk beban hidup yang sesuai.
Beban geser dasar nominal V harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban gempa nominal statik ekuivalen (Fi) yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-I, menurut persamaan : Fi =
Wi Zi
∑ni=1(Wi Zi)
Vx
Dimana, Wi adalah berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai, Zi adalah ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral dan n adalah nomor lantai tingkat paling atas.
Rasio perbandingan antara tinggi struktur gedung dan ukuran denahnya dalam arah pembebanan gempa sama dengan atau melebihi 3, maka nilai 0,1 V harus dianggap sebagai beban horizontal terpusat yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat paling atas, sedangkan 0,9 V sisanya dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen.
TUGAS AKHIR
II-4
TINJAUAN PUSTAKA
Waktu getar alami fundamental struktur gedung beraturan dalam arah masing-masing sumbu utama dapat ditentukan dengan rumus Reyleigh sebagai berikut : T = 6,3
∑ni=1 Wi di2 g ∑ni=1 Fi di
dimana, di adalah simpangan horizontal lantai tingkat ke-i dinyatakan dalam mm dan g adalah percepatan gravitasi yang ditetapkan sebesar 9810 mm/det2.
Apabila waktu getar alami fundamental Ti struktur gedung untuk penentuan faktor respon gempa C ditentukan dengan rumus empirik atau didapat dari hasil analisa fibrasi bebas 3 dimensi, nilainya tidak boleh menyimpang lebih dari 20 % dari yang dihitung menurut rumus Reyleigh.
b.
Perencanaan Struktur Gedung Tidak Beraturan Perencanaan struktur gedung tidak beraturan dianalisis dengan
analisis dinamik. Untuk analisis terhadap beban gempa dinamik, lantailantai dari bangunan dianggap sebagai diafragma kaku. Dengan model ini, massa-massa dari setiap bangunan dipusatkan pada titik berat lantai (model massa terpusat / lump mass model).
Pengaruh gempa rencana terhadap struktur gedung tersebut harus ditentukan melalui analisis respons dinamik 3 dimensi. Untuk mencegah terjadinya respons struktur gedung terhadap pembebanan gempa yang dominan dalam rotasi dari hasil analisis vibrasi bebas 3 dimensi, paling tidak gerak ragam pertama (fundamental) harus dominan dalam translasi.
Daktilitas struktur gedung tidak beraturan harus ditentukan yang representatif mewakili daktilitas struktur 3D. Tingkat daktilitas tersebut dapat dinyatakan dalam faktor reduksi gempa R
TUGAS AKHIR
II-5
TINJAUAN PUSTAKA
representatif, yang nilainya dapat dihitung sebagai nilai rata-rata berbobot dari faktor reduksi gempa untuk 2 arah sumbu koordinat ortogonal dengan gaya geser dasar yang dipikul oleh struktur gedung dalam masing-masing arah tersebut sebagai besaran pembobotnya menurut persamaan : R=
Vx0 + Vy0 Vx0 Vy0 + Rx Ry
Di mana Rx dan Vx0 adalah faktor reduksi gempa dan gaya geser dasar untuk pembebanan gempa dalam arah sumbu-x sedangkan Ry dan Vy0 faktor reduksi gempa dan gaya geser dasar untuk pembebanan gempa dalam arah sumbu-y. Metoda ini hanya boleh dipakai apabila rasio antara nilai-nilai faktor reduksi gempa untuk 2 arah pembebanan gempa tersebut tidak lebih dari 1,5.
Nilai akhir respons dinamik struktur gedung terhadap pembebanan gempa nominal akibat pengaruh Gempa Rencana dalam suatu arah tertentu, tidak boleh diambil kurang dari 80 % nilai respons ragam yang pertama. Bila respons dinamik struktur gedung dinyatakan dalam gaya geser dasar nominal V, maka persyaratan tersebut dapat dinyatakan menurut persamaan berikut : V ≥ 0,8 V1 di mana V1 adalah gaya geser dasar nominal sebagai respons ragam yang pertama terhadap pengaruh Gempa Rencana menurut persamaan : V1 =
C1 I Wt R
Dengan C1 adalah nilai Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana menurut Gambar 2.3. untuk waktu getar alami pertama T1, I adalah Faktor Keutamaan menurut Tabel I dan R adalah faktor reduksi gempa representatif dari TUGAS AKHIR
II-6
TINJAUAN PUSTAKA
struktur gedung yang bersangkutan, sedangkan Wt adalah berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai. Analisis respons dinamik terbagi menjadi dua jenis, yaitu : - Analisis Ragam Spektrum Respons Perhitungan respons dinamik dapat dilakukan dengan memakai spektrum respons gempa rencana. - Analisis Respons Dinamik Riwayat Waktu Perhitungan respons dinamik dapat dilakukan dengan metode analisis dinamik 3 dimensi berupa analisis respons dinamik linier
dan
non-linear
riwayat
waktu
dengan
suatu
akselerogram yang diangkakan sebagai gerakan tanah masukan.
2.3.
PERENCANAAN STRUKTUR BANGUNAN 2.3.1.
Pembebanan Hal yang mendasar pada tahap pembebanan adalah pemisahan
antara beban-beban yang bersifat statis dan dinamis. a.
Beban Statis Beban statis adalah beban yang bekerja secara terus menerus pada
suatu struktur. Beban ini bersifat tetap (steady states). Deformasi yang terjadi pada struktur akibat beban statis akan mencapai puncaknya jika beban mencapai nilai maksimum. Beban statis umumnya dapat dibedakan menjadi beban mati dan beban hidup. (i)
Beban Mati Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu bangunan
yang bersifat tetap. Beban mati pada struktur bangunan ditentukan oleh berat jenis bahan bangunan. TUGAS AKHIR
II-7
TINJAUAN PUSTAKA
Menurut Pedoman Perencanaan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung tahun 1987 beban mati pada struktur terbagi menjadi 2, yaitu beban mati akibat material konstruksi dan beban mati akibat komponen gedung. Tabel 2.1
Berat sendiri material konstruksi
Baja
7850 kg/m3
Beton bertulang
2400 kg/m3
Sumber : Pedoman Perencanaan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung 1987
Tabel 2.2
Berat sendiri komponen gedung
Adukan semen per cm tebal
21 kg/m2
Dinding pasangan bata merah setengah batu
250 kg/m2
Langit – langit eternit, tebal maksimum 4 mm
11 kg/m2
penggantung langit–langit kayu (max 5 m)
7 kg/m2 24 kg/m2
Penutup lantai keramik
Sumber : Pedoman Perencanaan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung, 1987
(ii)
Beban Hidup Beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat pemakaian
dan penghunian suatu bangunan, termasuk beban–beban pada lantai yang berasal dari barang–barang yang dapat berpindah dan atau beban akibat air hujan pada atap.
TUGAS AKHIR
II-8
TINJAUAN PUSTAKA
Tabel 2.3
Beban hidup pada struktur
Lantai kamar
200 kg/m2
Lantai ruang alat dan mesin
400 kg/m2
Tangga, bordes tangga
300 kg/m2
Pelat atap
100 kg/m2
Beban hidup pada atap/bagian atap yang tidak dapat dicapai dan dibebani oleh orang, harus diambil yang paling menentukan di antara dua macam beban berikut : a.
Beban terbagi rata per m2 bidang datar berasal dari beban hujan sebesar (40-0,8α) kg/m2, dengan α = sudut kemiringan atap (º). Beban tersebut tidak perlu diambil 20 kg/m2 dan tidak perlu ditinjau bila α 50º.
b.
Beban terpusat dari seorang pekerja/pemadam kebakaran dengan peralatannya minimum 100 kg.
Sumber : Pedoman Perencanaan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung, 1987
Untuk memenuhi kebutuhan air pada bangunan tinggi, biasanya digunakan sistem tangki atap atau roof tank. Pada sistem ini air ditampung terlebih dahulu dalam tangki bawah (dipasang pada lantai terendah bangunan atau di bawah muka tanah), kemudian dipompakan ke suatu tangki atas yang biasanya dipasang di atas atap atau di atas lantai tertinggi bangunan. Pada sistem pasokan ke bawah (down feed) pompa digunakan untuk mengisi tangki air diatas atap. Dengan sakelar pelampung, pompa akan berhenti bekerja jika air dalam tangki sudah penuh dan selanjutnya air dialirkan dengan memanfaatkan gaya gravitasi.
TUGAS AKHIR
II-9
TINJAUAN PUSTAKA
Gambar 2.1
Down Feed (Pasokan ke Bawah)
Sumber : Panduan Sistem Bangunan Tinggi Untuk Arsitek Dan Praktisi Bangunan
Perhitungan perkiraan kebutuhan air dimaksudkan untuk memperoleh gambaran mengenai volume tangki penyimpanan air yang perlu disediakan dalam suatu bangunan. Kebutuhan air dapat dihitung berdasarkan jumlah standar pemakaian per hari per unit (orang, tempat tidur, tempat duduk, dan lain-lain). Kebutuhan air per hari dapat dilihat pada tabel 2.4. Tabel 2.4
TUGAS AKHIR
Kebutuhan Air per Hari
II-10
TINJAUAN PUSTAKA
b.
Beban Dinamis Beban dinamis adalah beban yang bekerja secara tiba-tiba pada
struktur. Beban ini bersifat tidak tetap (unsteady state) serta mempunyai karakteristik besaran dan arah yang berubah dengan cepat. Deformasi pada struktur akibat beban dinamis terjadi secara cepat. Beban dinamis ini terdiri dari beban gempa dan beban angin. (i)
Beban Gempa Beban gempa adalah fenomena yang diakibatkan oleh benturan
atau pergesekan lempeng tektonik (plate tectonic) bumi yang terjadi di daerah patahan (fault zone). Pada saat terjadi benturan antara lempenglempeng aktif tektonik bumi, akan terjadi pelepasan energi gempa yang berupa gelombang energi yang merambat ke dalam atau di permukaan bumi. Besarnya beban gempa yang terjadi pada struktur bangunan tergantung dari beberapa faktor, yaitu: massa dan kekakuan struktur, waktu getar alami dan pengaruh redaman dari struktur, kondisi tanah dan wilayah kegempaan dimana struktur itu didirikan.
Wilayah Gempa dan Spektrum Respons Besar kecilnya beban gempa yang diterima suatu struktur
tergantung pada lokasi dimana struktur bangunan tersebut akan dibangun. Indonesia terbagi menjadi 6 wilayah gempa, dimana wilayah gempa 1 adalah wilayah dengan kegempaan paling rendah dan wilayah gempa 6 adalah wilayah dengan kegempaan paling besar. Kota Jogjakarta terletak pada wilayah gempa 3 seperti terlihat pada Gambar 2.2 Peta Wilayah Gempa berikut.
TUGAS AKHIR
II-11
TINJAUAN PUSTAKA
Gambar 2.2
Peta Wilayah Gempa Indonesia
Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
TUGAS AKHIR
II-12
TINJAUAN PUSTAKA
Harga dari faktor respon gempa (C) dapat ditentukan dari Diagram Spektrum Gempa Rencana, sesuai dengan wilayah gempa dan kondisi jenis tanahnya untuk waktu getar alami fundamental.
Gambar 2.3
Spektrum Respons
Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
TUGAS AKHIR
II-13
TINJAUAN PUSTAKA
Faktor Keutamaan Gedung (I) Faktor Keutamaan adalah suatu koefisien yang diadakan
untuk memperpanjang waktu ulang dari kerusakan struktur – struktur gedung yang relatif lebih utama, untuk menanamkan modal yang relatif besar pada gedung itu. Waktu ulang dari kerusakan struktur gedung akibat gempa akan diperpanjang dengan pemakaian suatu faktor keutamaan. Faktor Keutamaan I menurut persamaan : I = I1 x I2 Dimana, I1 adalah faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa selama umur gedung, sedangkan I 2 adalah faktor Keutamaan untuk menyesuaikan umur gedung tersebut. Faktor – faktor keutamaan I1, I2 dan I ditetapkan menurut Tabel 2.5. Tabel 2.5
Faktor Keutamaan untuk Berbagai Gedung dan Bangunan Faktor Keutamaan Kategori gedung / bangunan
Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran. Monumen dan bangunan Monumental Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, Cerobong, tangki di atas menara
I
I1
I2
1,0
1,0
1,0
1,0
1,6
1,6
1,4
1,0
1,4
1,6
1,0
1,6
1,5
1,0
1,5
(=I1*I2)
Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
TUGAS AKHIR
II-14
TINJAUAN PUSTAKA
Daktilitas Struktur Gedung Faktor daktilitas struktur gedung µ adalah rasio antara
simpangan maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan m dan simpangan struktur gedung pada saat terjadinya pelelehan pertama y, yaitu : 1,0 ≤ µ =
m y
≤ µm
Pada persamaan ini, µ = 1,0 adalah nilai faktor daktilitas untuk struktur bangunan gedung yang berperilaku elastik penuh, sedangkan µm adalah nilai faktor daktilitas maksimum yang dapat dikerahkan oleh sistem struktur bangunan gedung yang bersangkutan. Tabel 2.6
Parameter Daktilitas Struktur Gedung
Sistem dan subsistem
Uraian sistem pemikul
struktur gedung
beban gempa 1. Dinding geser beton
1. Sistem dinding penumpu bertulang (Sistem struktur yang tidak
2. Dinding penumpu dengan
memiliki rangka ruang
rangka baja ringan dan
pemikul beban gravitasi
bresing tarik
secara lengkap. Dinding
3.Rangka bresing di mana
penumpu atau sistem
bresingnya memikul beban
bresing memikul hampir
gravitasi
semua beban gravitasi.
a. Baja
Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing)
TUGAS AKHIR
b. Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)
m
Rm
f1
2,7 4,5 2,8
1,8 2,8 2,2
2,8 4,4 2,2 1,8 2,8 2,2
II-15
TINJAUAN PUSTAKA
Sistem dan subsistem
Uraian sistem pemikul
struktur gedung
beban gempa 1.Rangka bresing eksentris baja (RBE) 2.Dinding geser beton bertulang
m
Rm
f1
4,3 7,0 2,8 3,3 5,5 2,8
3.Rangka bresing biasa 2. Sistem rangka gedung (Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka ruang pemikul beban gravitasi secara lengkap. Beban lateral dipikul dinding geser atau rangka bresing)
a. Baja b. Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6)
3,6 5,6 2,2 3,6 5,6 2,2
4.Rangka bresing konsentrik khusus a. Baja 5.Dinding geser beton bertulang berangkai daktail
4,1 6,4 2,2 4,0 6,5 2,8
6.Dinding geser beton bertulang kantilever daktail
3,6 6,0 2,8
penuh 7.Dinding geser beton bertulang kantilever daktail
3,3 5,5 2,8
parsial 1. Sistem rangka pemikul
1.Rangka pemikul momen
momen
khusus (SRPMK)
(Sistem struktur yang pada dasarnya memiliki rangka
a. Baja
5,2 8,5 2,8
ruang pemikul beban
b. Beton bertulang
5,2 8,5 2,8
gravitasi secara lengkap.
2.Rangka pemikul momen
Beban lateral dipikul
menengah beton (SRPMM)
TUGAS AKHIR
3,3 5,5 2,8
II-16
TINJAUAN PUSTAKA
Sistem dan subsistem
Uraian sistem pemikul
struktur gedung
beban gempa
rangka pemikul momen
3.Rangka pemikul momen
terutama melalui
biasa (SRPMB)
m
Rm
f1
mekanisme lentur) a.Baja
2,7 4,5 2,8
b.Beton bertulang
2,1 3,5 2,8
4.Rangka batang baja pemikul momen khusus (SRBPMK)
4,0 6,5 2,8
4. Sistem ganda (Terdiri
1.Dinding geser
dari :
a.Beton bertulang dengan
a. Rangka ruang yang
SRPMK beton bertulang
memikul seluruh beban
b. Beton bertulang dengan
gravitasi
SRPMB saja
b. Pemikul beban lateral
c.Beton bertulang dengan
berupa dinding geser atau
SRPMM beton bertulang
rangka bresing dengan
2.RBE baja
rangka pemikul momen.
a.Dengan SRPMK baja
5,2 8,5 2,8
Rangka pemikul momen
b.Dengan SRPMB baja
2,6 4,2 2,8
harus direncanakan secara
3.Rangka bresing biasa
terpisah mampu memikul
a.Baja dengan SRPMK baja
4,0 6,5 2,8
sekurang-kurangnya 25%
b.Baja dengan SRPMB baja
2,6 4,2 2,8
dari seluruh beban lateral
c. Beton bertulang dengan
c. Kedua sistem harus
SRPMK beton bertulang
direncanakan untuk
(tidak untuk Wilayah 5 & 6)
memikul secara bersama-
d.Beton bertulang dengan
sama seluruh beban lateral
SRPMM beton bertulang
dengan memperhatikan
(tidak untuk Wilayah 5 & 6)
TUGAS AKHIR
5,2 8,5 2,8 2,6 4,0 6,5 2,8
4,0 6,5 2,8
2,6 4,2 2,8
II-17
TINJAUAN PUSTAKA
Sistem dan subsistem
Uraian sistem pemikul
struktur gedung
beban gempa
interaksi/sistem ganda)
m
Rm
f1
4.Rangka bresing konsentrik khusus a.Baja dengan SRPMK baja
4,6 7,5 2,8
b.Baja dengan SRPMB baja
2,6 4,2 2,8
5. Sistem struktur gedung kolom kantilever (Sistem struktur yang
Sistem struktur kolom
memanfaatkan kolom
kantilever
1,4 2,2
2
kantilever untuk memikul beban lateral) 6. Sistem interaksi dinding
Beton bertulang biasa (tidak
geser dengan rangka
untuk Wilayah 3, 4, 5 & 6) 1.Rangka terbuka baja 2.Rangka terbuka beton bertulang
3,4 5,5 2,8 5,2 8,5 2,8 5,2 8,5 2,8
3.Rangka terbuka beton 7.Subsistem tunggal
bertulang dengan balok beton
(Subsistem struktur bidang
pratekan (bergantung pada
yang membentuk struktur
indeks baja total)
gedung secara
4.Dinding geser beton
keseluruhan)
bertulang berangkai daktail
3,3 5,5 2,8
4,0 6,5 2,8
penuh 5.Dinding geser beton bertulang kantilever daktail
3,3 5,5 2,8
parsial Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
TUGAS AKHIR
II-18
TINJAUAN PUSTAKA
Arah Pembebanan Gempa Pengaruh gempa dapat datang dari arah manapun. Arah
gempa dapat disimulasikan dengan meninjau beban gempa rencana yang disyaratkan oleh peraturan, bekerja pada ke dua arah sumbu utama struktur (sb. X dan sb. Y) bangunan yang saling tegak lurus secara simultan. Pengaruh beban gempa dalam arah utama diangggap efektif 100% dan harus dianggap terjadi bersamaan dengan pengaruh beban gempa dalam arah tegak lurusnya dengan efektifitas 30%.
Pembatasan Waktu Getar Untuk mencegah penggunaan struktur yang terlalu fleksibel,
nilai waktu getar struktur fundamental harus dibatasi. Dalam SNI 03 – 1726 – 2002 diberikan batasan sebagai berikut : T<ξn dimana : T
Tabel 2.7
= waktu getar stuktur fundamental
n
= jumlah tingkat gedung
ξ
= koefisien pembatas (tabel 2.7)
Parameter Daktilitas Struktur Gedung
Wilayah Gempa
Koefisien pembatas (ξ)
1
0,20
2
0,19
3
0,18
4
0,17
5
0,16
6
0,15
Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
TUGAS AKHIR
II-19
TINJAUAN PUSTAKA
Jenis Tanah
Pengaruh gempa rencana di muka tanah harus ditentukan dari hasil analisis perambatan gelombang gempa dari kedalaman batuan dasar ke muka tanah dengan menggunakan gerakan gempa masukan dengan percepatan puncak untuk batuan dasar. Gelombang gempa merambat melalui batuan dasar dibawah permukaan tanah dari kedalaman batuan dasar ini gelombang gempa merambat ke permukaan tanah sambil mengalami pembesaran atau amplifikasi bergantung pada jenis lapisan tanah yang berada di atas batuan dasar tersebut. Ada tiga kriteria yang dipakai untuk mendefinisikan batuan dasar yaitu :
Standard penetrasi test (N)
Kecepatan rambat gelombang geser (Vs)
Kekuatan geser tanah (Su) Jenis tanah ditetapkan sebagai tanah keras, tanah sedang dan
tanah lunak, apabila untuk lapisan setebal 30 m paling atas dipenuhi syarat-syarat yang terdapat dalam tabel 2.8. Tabel 2.8 Jenis
Jenis – Jenis Tanah
Vs (m/dt)
N
Su (Kpa)
tanah
Keras
Vs 350
N 50
Su 100
Sedang
175 Vs < 350
15 N < 50
50 Su < 100
Lunak
Vs < 175
N < 15
Su < 50
Khusus
Diperlukan evaluasi khusus ditiap lokasi
Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
TUGAS AKHIR
II-20
TINJAUAN PUSTAKA
Perhitungan nilai hasil Test Penetrasi Standar rata-rata ( N ) :
m ti i 1 N m t i / Ni i 1 dimana :
ti
= Tebal lapisan tanah ke-i
Ni
= Nilai hasil Test Penetrasi Standar lapisan tanah ke-i
m
= Jumlah lapisan tanah yang ada di atas batuan dasar
Perencanaan Beban Struktur perlu diperhitungkan terhadap adanya kombinasi
pembebanan dari beberapa kasus pembebanan yang mungkin terjadi selama umur rencana. Menurut Pedoman Perencanaan Pembebanan Indonesia untuk Rumah dan Gedung 1987, ada dua kombinasi pembebanan yang perlu ditinjau pada struktur yaitu: Kombinasi pembebanan tetap dan kombinasi pembebanan sementara. Kombinasi pembebanan tetap dianggap beban bekerja secara terus-menerus pada struktur selama umur rencana. Kombinasi pembebanan tetap disebabkan oleh bekerjanya beban mati dan beban hidup. Sedangkan kombinasi pembebanan sementara tidak bekerja secara terus-menerus pada stuktur, tetapi pengaruhnya tetap diperhitungkan dalam analisis struktur. Kombinasi pembebanan ini disebabkan oleh bekerjanya beban mati, beban hidup, dan beban gempa. Nilai-nilai tersebut dikalikan dengan suatu faktor beban, tujuannya agar struktur dan komponennya memenuhi syarat kekuatan dan layak pakai terhadap berbagai kombinasi pembebanan.
TUGAS AKHIR
II-21
TINJAUAN PUSTAKA
Berdasarkan kasus pembebanan yang terdapat pada struktur, maka menurut Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002) struktur harus mampu menahan kombinasi pembebanan dibawah ini : 1,2 D + 1,6 L 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E Keterangan : D
: beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap. plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap.
L
:
beban
hidup
yang
ditimbulkan
oleh
penggunaan
gedung,termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain. E 2.3.2.
: beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03-1726-2002. Perencanaan Struktur Atas Struktur atas (upper structure) adalah bagian dari struktur yang
berfungsi menerima kombinasi pembebanan, yaitu beban mati, beban hidup, dan beban lainnya yang direncanakan akan bekerja pada struktur. a.
Perencanaan Pelat Lantai (Slab) Pelat lantai merupakan suatu konstruksi yang menumpu langsung
pada balok dan atau dinding geser. Pelat lantai dirancang dapat menahan beban mati dan beban hidup secara bersamaan sesuai kombinasi pembebanan yang bekerja diatasnya. Langkah-langkah dalam perencanaan pelat adalah : 1.
Menentukan syarat batas, tumpuan dan panjang bentang
2.
Menentukan beban-beban yang bekerja pada pelat lantai
3.
Menentukan tebal pelat lantai.
TUGAS AKHIR
II-22
TINJAUAN PUSTAKA
Berdasarkan buku “Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Gedung” (SNI 03 - 1728 - 2002 pasal 11.5(3)), ketebalan pelat yang digunakan tidak boleh kurang dari 120 mm. Jadi, tebal pelat lantai diambil sebesar t = 120 mm. 4.
Menentukan kapasitas momen nominal (M n) yang bekerja pada pelat lantai
5.
Menentukan besarnya momen desain (Mu), yaitu dengan : Mu = Ф Mn dimana : Ф = faktor reduksi kekuatan
6.
Untuk daerah yang mengalami tarik harus dipasang tulangan. Tulangan diperlukan untuk menahan tarik yang terjadi pada pelat lantai. Langkah-langkah untuk menentukan tulangan pada daerah tarik, yaitu : a.
Menetapkan tebal penutup beton
b.
Menetapkan diameter tulangan utama yang direncanakan dalam arah X dan arah Y
c.
Menentukan tinggi efektif dalam arah X dan arah Y
d.
Membagi Mu dengan b x d2 Mu b×d2 dimana : b = lebar pelat per meter panjang d = tinggi efektif pelat
e.
Menentukan rasio tulangan (ρ) dengan persamaan : Mu 2
b ×d
f.
= ρ x Ф x fy
1-0,588×ρ×
fy f'c
Memeriksa syarat rasio penulangan (ρmin < ρ < ρmax) ρmin = ρb =
1,4 fy
0,85∙β1∙f'c fy
x
600 600+fy
ρmax = 0,75 ρb TUGAS AKHIR
II-23
TINJAUAN PUSTAKA
g.
Mencari luas tulangan yang dibutuhkan pelat As = ρ x b x d
b.
Perencanaan Kolom Kolom adalah suatu elemen tekan dan merupakan struktur utama
dari bangunan yang berfungsi untuk memikul beban vertikal yang diterimanya. Pada umumnya kolom tidak mengalami lentur secara langsung.
Gambar 2.4
Jenis Kolom Beton Bertulang
Kolom beton bertulang secara garis besar dibagi dalam tiga kategori, yaitu : 1.
Blok tekan pendek Jika ketinggian dari kolom tekan tegak kurang dari tiga kali dimensi kolom terkecil, kolom tersebut dianggap sebagai blok tekan pendek.
2.
Kolom pendek Jika kegagalan kolom diawali dengan keruntuhan material, kolom tersebut diklasifikasikan sebagai kolom pendek. Kolom pendek diasumsikan sebagai kolom kokoh dengan fleksibilitas kecil. Kekuatan kolom pendek sangat bergantung kepada luas penampang dan kekuatan material.
3.
Kolom panjang atau langsing
TUGAS AKHIR
II-24
TINJAUAN PUSTAKA
Kolom diklasifikasikan sebagai kolom panjang jika kegagalannya diakibatkan oleh ketidakstabilan, bukan karena kekuatan material. Ketidakstabilan terjadi akibat adanya potensi menekuk pada kolom panjang, sehingga kapasitas kolom dalam memikul beban menjadi lebih kecil. Pada kolom panjang, perbandingan dimensi antara arah memanjang dengan dimensi arah melintang sangat besar. Berdasarkan Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung (SNI Beton 2002), kuat tekan rencana dari komponen struktur tekan tidak boleh diambil lebih besar dari ketentuan berikut : a.
Untuk komponen struktur non-prategang dengan tulangan spiral atau komponen struktural tekan komposit. ФPn (max) = 0,85 Ф [0,85 x f’c (Ag - As) + fy x As]
b.
Untuk komponen struktur non-prategang dengan tulangan pengikat. ФPn (max) = 0,80 Ф [0,85 x f’c (Ag - As) + fy x As] Kolom panjang atau langsing merupakan salah satu
elemen yang perlu diperhatikan. Proses perhitungannya didasari oleh konsep perbesaran momen. Momen dihitung dengan analisis rangka biasa dan dikalikan oleh faktor perbesaran momen yang berfungsi sebagai beban tekuk kritis pada kolom. Parameter yang berpengaruh dalam perencanaan kolom beton bertulang panjang adalah : a.
Panjang bebas (Lu) dari sebuah elemen tekan harus diambil sama dengan jarak bersih antara pelat lantai, balok, atau komponen lain yang mampu memberikan
TUGAS AKHIR
tahanan lateral dalam arah yang ditinjau. Bila terdapat II-25
TINJAUAN PUSTAKA
kepala kolom atau perbesaran balok, maka panjang bebas harus diukur terhadap posisi terbawah dari kepala kolom atau perbesaran balok dalam bidang yang ditinjau. b.
Panjang efektif (Le) adalah jarak antara momen – momen nol dalam kolom. Prosedur perhitungan yang digunakan untuk menentukan panjang efektif dapat menggunakan kurva alinyemen. Untuk menggunakan kurva alinyemen dalam kolom,
faktor Ψ dihitung pada setiap ujung kolom. Faktor Ψ pada satu ujung kolom sama dengan jumlah kekakuan [Σ(EI/l)] kolom yang bertemu pada titik tersebut, termasuk kolom yang ditinjau, dibagi dengan jumlah semua kekakuan balok yang bertemu pada titik tersebut. Satu dari dua nilai Ψ disebut ΨA, yang lain disebut ΨB. Setelah nilai ini dihitung, faktor panjang efektif k didapat dengan menempatkan mistar antara ΨA dan ΨB. Titik perpotongan antara mistar dengan nomograf tengah adalah k.
TUGAS AKHIR
II-26
TINJAUAN PUSTAKA
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Panjang Efektif Kolom Tumpuan Jepit dan Sendi
Kurva Alinyemen untuk Portal Tak Bergoyang dan Portal Bergoyang
Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
TUGAS AKHIR
II-27
TINJAUAN PUSTAKA
Selain itu, nilai k untuk portal bergoyang juga dapat dihitung melalui persamaan : Jika ψm < 2 k
20 m 1 m 20
Jika ψm > 2
k 0.9 1 m dengan ψm merupakan rata – rata dari ψA dan ψB. Untuk pembahasan kolom ini, perlu dibedakan antara portal tidak bergoyang dan portal bergoyang. Suatu struktur dapat dianggap rangka portal bergoyang jika nilai indeks stabilitas (Q) > 0,05. Q= dimana :
∑ Pu ×Δo Vu×Lc
Pu = Beban Vertikal Vu = Gaya geser lantai total pada tingkat yang ditinjau Δo = Simpangan relatif antar tingkat orde pertama Lc = Panjang efektif elemen kolom yang tertekan Untuk komponen tekan yang tidak ditahan terhadap goyangan samping, pengaruh kelangsingan boleh diabaikan apabila k×Lu r
< 22
Jari-jari girasi (r) boleh diambil sama dengan 0,3 kali dimensi total dalam arah stabilitas yang di tinjau untuk komponen struktur tekan persegi, dan sama dengan 0,25 kali diameter untuk komponen struktur bulat. Untuk bentuk penampang lainnya, r dapat dihitung dengan rumus : r=
TUGAS AKHIR
I A
II-28
TINJAUAN PUSTAKA
Properti yang digunakan untuk menghitung pembesaran momen yang nantinya akan dikalikan dengan momen kolom, diantaranya adalah : a) Modulus elastisitas ditentukan dari rumus berikut: Ec = Wc1,5 0,043
′ (MPa)
Untuk wc antara 1500 dan 2500 kg/m3 atau 4700
′ untuk
beban normal. b) Momen inersia dengan Ig = momen inersia penampang bruto terhadap sumbu pusat dengan mengabaikan penulangan : Tabel 2.9 Momen Inersia Elemen Struktur Balok
0,35 Ig
Kolom
0,70 Ig
Dinding tidak retak
0,70 Ig
Dinding retak
0,35 Ig
Pelat lantai dan lantai dasar
0,25 Ig
Sumber : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk struktur Bangunan Gedung (SNI 03-1726-2002)
Dalam portal bergoyang untuk setiap kombinasi pembebanan perlu menentukan beban mana yang menyebabkan goyangan cukup berarti (kemungkinan beban lateral) dan mana yang tidak. Momen ujung terfaktor yang menyebabkan goyangan dinamakan M1s dan M2s, dan keduanya harus diperbesar karena pengaruh PΔ. Momen ujung lain yang tidak menyebabkan goyang cukup berarti adalah M1ns dan M2ns. Momen ini ditentukan dari analisis orde pertama dan tidak perlu diperbesar. Pembesaran momen δsMs dapat ditentukan dengan rumus TUGAS AKHIR
berikut :
II-29
TINJAUAN PUSTAKA
δsMs = dimana:
Ms
1-
∑ Pu 0,75 ∑ Pc
≥ Ms
Pu
= beban vertikal dalam lantai yang ditinjau
Pc
= beban tekuk Euler untuk semua kolom penahan goyangan
dalam lantai tersebut, dicari dengan rumus Pc =
πEI (klu )2
Sehingga momen desain yang digunakan harus dihitung dengan rumus : M1
= M1ns + δs M1s
M2
= M2ns + δs M2s
Terkadang titik momen maksimum dalam kolom langsing dengan beban aksial tinggi akan berada di ujung– ujungnya, sehingga momen maksimum akan terjadi pada suatu titik di antara ujung kolom dan akan melampaui momen ujung maksimum lebih dari 5%. Hal ini terjadi bila : >
35 Pu f'cAg
untuk kasus ini, momen desain ditentukan dengan rumus berikut: Mc = δns (M2ns + δsM2s) Selain itu, portal bergoyang mungkin saja menjadi tidak stabil akibat adanya beban gravitasi, sehingga harus dilakukan kontrol terhadap ketidakstabilan beban gravitasi. Portal menjadi tidak stabil akibat gravitasi apabila δs > 2,5 sehingga portal harus diperkaku. Elemen kolom menerima beban lentur dan beban aksial, menurut SNI 03-2847-2002 pasal 11.3.2.2 untuk perencanaan kolom yang menerima beban lentur dan beban aksial ditetapkan koefisien reduksi bahan 0,65 sedangkan TUGAS AKHIR
II-30
TINJAUAN PUSTAKA
pembagian tulangan pada kolom (penampang segiempat) dapat dilakukan dengan :
Tulangan dipasang simetris pada dua sisi kolom (two faces)
Tulangan dipasang pada empat sisi kolom (four faces) Pada
perencanaan
gedung
hotel
ini
digunakan
perencanaan kolom dengan menggunakan tulangan pada empat sisi kolom (four faces). Perhitungan gaya-gaya dalam berupa momen, gaya geser, gaya normal maupun torsi pada kolom menggunakan program SAP 2000 V.10. Dari hasil output gaya-gaya dalam tersebutu kemudian digunakan untuk menghitung kebutuhan tulangan pada kolom. Penulangan dalam kolom juga merupakan salah satu faktor yang ikut membantu komponen beton dalam mendukung beban yang diterima. Penulangan pada kolom dibagi menjadi tiga jenis, diantaranya adalah : 1.
Tulangan Utama Kolom Tulangan utama (longitudinal reinforcing) merupakan
tulangan yang ikut mendukung beban akibat lentur (bending). Pada setiap penampang dari suatu komponen struktur luas, tulangan utama tidak boleh kurang dari : As min = dan tidak lebih kecil dari : As min = TUGAS AKHIR
√f'c bd 2fy 1,4 fy
bd II-31
TINJAUAN PUSTAKA
dimana: As = luas tulangan utama fc’ = tegangan nominal dari beton fy = tegangan leleh dari baja b
= lebar penampang
d
= tinggi efektif penampang
Luas tulangan utama komponen struktur tekan nonkomposit tidak boleh kurang dari 0.01 ataupun lebih dari 0.08 kali luas bruto penampang Ag. Jumlah minimum batang tulangan utama pada komponen struktur tekan dalam sengkang pengikat segiempat atau lingkaran adalah 4 batang. Penentuan tulangan utama kolom dapat diketahui dengan mengatahui kapasitas penampang kolom terlebih dahulu. Kapasitas penampang kolom dinyatakan dalam bentuk diagram interaksi P – M yang menunjukkan hubungan beban aksial dengan momen lentur pada kondisi batas. Gaya-gaya dalam yang terjadi pada kolom yang berada pada bagian dalam diagram interaksi berarti aman, sedangkan jika berada diluar diagram interaksi menyatakan keruntuhan. Diagram Interaksi kolom dapat diperoleh dari analisa menggunakan SAP 2000. 2.
Tulangan Geser Kolom Tulangan geser (shear reinforcing) merupakan tulangan
yang ikut mendukung beban akibat geser (shear). Jenis tulangan geser dapat berupa :
Sengkang yang tegak lurus terhadap sumbu aksial komponen struktur
TUGAS AKHIR
II-32
TINJAUAN PUSTAKA
Jaring kawat baja las dengan kawat – kawat yang dipasang tegak lurus terhadap sumbu aksial komponen struktur
Spiral, sengkang ikat bundar atau persegi
Gambar 2.7
Jenis Sengkang Pengikat
Berdasarkan SNI 03-2847-2002, Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung, perencanaan penampang terhadap geser harus didasarkan pada : Ø Vn ≥ Vu Vn = Vc + Vs keterangan : Vc = Gaya geser nominal yang disumbangkan oleh beton (N) Vs = Gaya geser nominal yang disumbangkan oleh tulangan geser (N) Vu = Gaya geser ultimate yang terjadi (N)
Vn =
TUGAS AKHIR
Vu Ø
, dimana Ø = 0,75
II-33
TINJAUAN PUSTAKA
kuat geser maksimum untuk komponen struktur (SNI 03-28472002 pasal 13.3.2.2) yaitu: Vc = 0,3.√f'c.b.d. 1+
0,3.Pu Agr
2
Vs = .√f'c.b.d 3
dimana : Vn = kuat geser nominal (N) Ø
= faktor reduksi
f’c = kuat tekan beton (MPa) b
= lebar penampang kolom (mm)
d
= tinggi efektif penampang kolom (mm)
Nu = gaya aksial yang terjadi (N) Agr = luas penampang kolom (mm2) Jika : (Vn – Vc) < Vs
, maka penampang cukup
(Vn – Vc) ≥ Vs
, maka penampang harus diperbesar
Vu < Ø V c
, maka tidak perlu tulangan geser
Vu ≥ Ø Vc
, maka perlu tulangan geser
Jika tidak dibutuhkan tulangan geser, maka digunakan tulangan geser minimum (Av) permeter. Luas tulangan geser minimum untuk komponen struktur non prategang (SNI 032847-2002 pasal 13.5.5.3) dihitung dengan : Av min =
75√f'c.b.s 1200 fy
tetapi Av tidak boleh kurang dari : Av
TUGAS AKHIR
=
1 b∙s 3 fy
II-34
TINJAUAN PUSTAKA
dengan demikian diambil Av terbesar, jarak sengkang dibatasi sebesar
. Pemasangan tulangan pada kolom harus memenuhi
beberapa persyaratan diantaranya adalah : 1. Spasi maksimum sengkang ikat yang dipasang pada rentang
lo dari muka hubungan balok-kolom adalah so.
Spasi so
tersebut tidak boleh melebihi : a.
Delapan kali diameter tulangan longitudinal terkecil
b.
24 kali diameter sengkang ikat
c.
Setengah dimensi penampang terkecil komponen struktur
d.
300 mm
Panjang lo tidak boleh kurang dari nilai terbesar berikut ini : a.
tinggi bersih kolom
b.
Dimensi terbesar kolom
c.
500 mm
2. Sengkang ikat pertama harus dipasang pada jarak tidak lebih
daripada 0,5 so dari muka hubungan balok-kolom. 3. Tulangan
hubungan
balok-kolom
harus
memenuhi
persyaratan dalam SNI beton 2002. 4. Spasi sengkang ikat pada penampang kolom tidak boleh
melebihi 2 so. c.
Perencanaan Balok Secara umum desain tinggi balok direncanakan (L/10 – L/15) dan
lebar balok direncanakan (1/2 h – 2/3 h). Perhitungan gaya-gaya dalam yang terjadi pada balok digunakan software SAP 2000 V.10. Hasil output berupa gaya - gaya dalam pada balok kemudian digunakan untuk menghitung kebutuhan tulangan pada balok. TUGAS AKHIR
II-35
TINJAUAN PUSTAKA
1. Perhitungan tinggi efektif balok
d = h – ( p + Øsengkang +
2 Øtulangan utama)
di mana : b = lebar balok (mm) h = tinggi balok (mm) d = tinggi efektif balok (mm) p = tebal selimut beton (mm), p = 40 mm Ø = diameter tulangan (mm) 2. Perhitungan jarak serat tekan terluar ke garis netral penampang balok (c) c = = a
d∙ εc εc +εs d∙ εc
fy
εc +Es
= β1 . c
dimana : c
= jarak serat tekan terluar ke garis netral penampang (mm)
εc
= regangan beton = 0,003
εs
= regangan baja
fy
= tegangan leleh tulangan (MPa)
Es
= modulus elastisitas baja = 200.000 Mpa
TUGAS AKHIR
II-36
TINJAUAN PUSTAKA
A
= tinggi blok tegangan tekan ekivalen penampang beton dalam keadaan balanced (mm)
3. Perhitungan ρmax dan ρmin 1,4
ρmin
=
ρb
=
ρmax
= 0,75 ρb
fy 0,85∙β1∙f'c fy
x
600 600+fy
syarat rasio tulangan : ρmin ≤ ρ ≤ ρmax 4. Perhitungan tulangan utama daerah tumpuan : As
=
ρ
=
Mu Ø . fy .
d-
a 2
As b. d
Dalam pelaksanaan dipasang tulangan tekan dimana ρ’ tidak boleh melebihi dari 0,5 ρb (SNI 03-1728-2002). As’max = ρ’ . b . d
Gambar 2.8
Diagram Regangan dan Gaya-Gaya Dalam Cc
= 0,85 x f’c x a x B = 0,85 x f’c x β1 x c x B
Cs TUGAS AKHIR
= f’s x As’ II-37
TINJAUAN PUSTAKA
= εs’ x Es x n x As =
0,003 c
x (c - d’) x 2.105 x ½ x As
T s = As x f y Ts – Cc – Cs = 0 400 As – 7225c - 300As100As – 7225c +
Cs× d-d'
18900As c
18900As c
=0
=0
+ Cc× d-
a 2
…pers (1)
=
Mu
…pers (2)
φ
Dari pers (1) dan (2) akan diperoleh nilai c dan As. 5.
Cek tulangan tekan telah leleh atau belum : c-d'
εs’ = εy =
c
×εc
fy E
jika, εs’ > εy , tulangan tekan leleh εs’ < εy , tulangan tekan belum leleh 6.
Kapasitas momen terhadap T : Mn
= Cs× d-d'
+ Cc× d-
a 2
Ø Mn = 0,8 . Mn Syarat aman kapasitas penampang : Mu < Ø Mn 7.
Perhitungan tulangan geser dan torsi daerah tumpuan :
Pengaruh Geser Perencanaan penampang geser harus didasarkan pada :
TUGAS AKHIR
Vu ≤ Vc + Vs
II-38
TINJAUAN PUSTAKA
Kuat geser yang disumbangkan beton sebesar : fy
Vc
=Ø.
Ø Vc
= 0,6 . Vc
6
.b.d
Jika, Vu < Ø Vc, tidak perlu tulangan geser Vu ≥ Ø Vc, perlu tulangan geser Cek penampang; Vs < Vs max = Ø .2 ∕3 . √fc . b . d
Vs max
Jika Vu < Ø Vc, maka digunakan tulangan geser minimum (Av) permeter sebesar: ′ . .
Av min =
tetapi Av tidak boleh kurang dari: Av min =
1 b∙s 3 fy
Pengaruh Torsi Perencanaan penampang geser harus didasarkan pada : Tu ≤ Tc + Ts Besar torsi yang disumbangkan penampang sebesar : Tc = Ø .
√fc 3
.
Acp2 Pcp
dimana : Acp = b . h Pcp = 2 (b + h)
TUGAS AKHIR
II-39
TINJAUAN PUSTAKA
Jika, Tu < Tc, tidak perlu tulangan puntir Tu ≥ Tc, perlu tulangan puntir
2.3.3.
Perencanaan Struktur Bawah Struktur bawah (pondasi) pada suatu bangunan yang berfungsi
meneruskan atau menyalurkan beban dari struktur atas ke lapisan tanah dasar. Tegangan kontak yang terjadi antara pondasi dan tanah tidak boleh melewati tegangan yang diizinkan, serta tidak boleh mengakibatkan gerakan tanah yang dapat membahayakan struktur. Perencanaan dan perhitungan pondasi dilakukan dengan membandingkan beban-beban yang bekerja terhadap dimensi pondasi dan daya dukung tanah dasar (Teknik Pondasi 1, 2002). Jenis pondasi yang dipilih harus mempertimbangkan beberapa hal berikut : 1.
Beban total yang bekerja pada struktur Merupakan hasil kombinasi pembebanan yang terbesar yaitu kombinasi antara beban mati bangunan (D), beban hidup (L), beban angin ( W ) dan beban gempa (E).
2.
Kondisi tanah dasar di bawah bangunan Merupakan hasil analisa tanah pada kedalaman lapisan tertentu serta perhitungan daya dukung tiap lapisan tanahnya.
3.
Faktor biaya Berdasarkan hasil penyelidikan tanah dapat disimpulkan tipe pondasi yang efisien digunakan.
4.
Keadaan disekitar lokasi bangunan Hal ini berkaitan dengan pelaksanaan pemasangan pondasi, apakah dekat dengan lokasi pemukiman penduduk atau tidak, sehingga
TUGAS AKHIR
II-40
TINJAUAN PUSTAKA
pada saat pemasangan pondasi tidak menimbulkan gangguan bagi penduduk sekitar. Beban-beban yang bekerja pada pondasi meliputi :
Beban terpusat yang disalurkan dari bangunan atas
Berat terpusat akibat berat sendiri pondasi
Beban momen, akibat deformasi struktur sebagai pengaruh dari beban lateral.
Analisa daya dukung tanah mempelajari kemampuan tanah dalam mendukung beban pondasi struktur yang terletak di atasnya. Daya dukung tanah (bearing capacity) adalah kemampuan tanah untuk mendukung beban, baik dari segi struktur pondasi maupun bangunan di atasnya, tanpa terjadi keruntuhan geser. Daya dukung batas (ultimate bearing capacity) adalah daya dukung terbesar dari tanah dan biasanya diberi simbol qult. Besarnya daya dukung yang diijinkan sama dengan daya dukung batas dibagi angka qult keamanan, rumusnya qa = . FK Perancangan pondasi harus dipertimbangkan terhadap keruntuhan geser, dan penurunan yang berlebihan. Untuk terjaminnya stabilitas jangka panjang, perhatian harus diberikan pada peletakan dasar pondasi. Pondasi harus diletakkan pada kedalaman yang cukup untuk menanggulangi resiko adanya erosi permukaan, gerusan, kembang susut, dan gangguan tanah di sekitar pondasi. a.
Perencanaan Pondasi Bored Pile 1. Perhitungan Daya Dukung Bored Pile Analisa-analisa kapasitas daya dukung, dilakukan dengan cara
pendekatan untuk memudahkan perhitungan. Perhitungan daya dukung Bored Pile didasarkan pada kekuatan bahan dan didasarkan pada hasil sondir. Dari Hasil sondir dibagi lagi menjadi 3 metode perhitungan,yaitu:
TUGAS AKHIR
II-41
TINJAUAN PUSTAKA
Mayerhof Pult
= qc * Ab + Fs * As qc = tahanan penetrasi kerucut statis (kg/cm 3)
Dimana :
Ab = luas ujung bawah tiang (cm2) Fs = tahanan gesek (Kg/cm2) As = luas dinding tiang (cm2) Bogeman Pall
=
qc* Ab 3
Dimana :
+
JHP* O 5
qc
= tahanan penetrasi kerucut statis (kg/cm3)
Ab
= luas ujung bawah tiang (cm2)
JHP
= tahanan friksi (kg/cm)
O
= keliling dinding tiang (cm)
Trofimankove Pall
=
kb* qc* Ab+
Dimana :
2,5
JHP* O D
qc
= tahanan penetrasi kerucut statis (kg/cm3)
Ab
= luas ujung bawah tiang (cm2)
JHP
= tahanan friksi (kg/cm)
O
= keliling dinding tiang (cm)
D
= 1,5 – 3
Dari ketiga analisis di atas dipilih nilai terkecil sebagai dasar perencanaan. 2. Pondasi Tiang Kelompok (Pile Group) Efisiensi kelompok tiang dihitung berdasarkan persamaan : Pall
TUGAS AKHIR
total =
Eff * n * Pall
II-42
TINJAUAN PUSTAKA
Eff = 1-
Ø
n-1 m+ m-1n n
90
m*n
dimana : m
= jumlah baris
n
= jumlah tiang = tan-1 (d/s)
d
= diameter tiang (cm)
s
= jarak antar tiang (cm)
3. Menghitung Momen Maksimum dan Gaya Aksial Dalam perhitungan gaya-gaya dalam (momen lentur dan gaya normal) pada pondasi Bored Pile dihitung dengan 2 cara, yaitu dengan Bending Moment Diagram dan dengan rumus empiris. Dari hasil kedua perhitungan tersebut kemudian diambil salah satu yang mempunyai nilai terbesar. 1) Perhitungan Momen Bending Moment Diagram Momen akibat gaya lateral dihitung dengan persamaan : Mhi = H * hi dimana : H = gaya lateral hi = jarak gaya lateral H terhadap gaya F i yang ditinjau Besarnya momen di suatu titik : Mi
= Mhi - Σ (Fi * yi)
dimana : Mhi
= momen akibat gaya lateral
Fi = gaya horisontal akibat tekanan tanah ke- i TUGAS AKHIR
II-43
TINJAUAN PUSTAKA
yi = jarak gaya Fi terhadap titik yang ditinjau Besarnya momen maksimum yang diijinkan untuk satu pondasi Bored Pile : Mmax =
M SF x nx x ny
dimana : M = Mi maksimum SF= Safety Factor nx = jumlah tiang per baris ny = jumlah baris tiang Perhitungan dengan Rumus Empiris Menghitung momen maksimum akibat beban aksial : Mmax = Pmax * e dimana : Pmax
= beban aksial maksimum pada pondasi Bored Pile
e
= eksentrisitas
2) Perhitungan gaya aksial Perhitungan gaya aksial ditinjau terhadap dua arah, yaitu terhadap arah x dan terhadap arah y.
TUGAS AKHIR
II-44
TINJAUAN PUSTAKA
Terhadap Arah x Pmax = Pmin =
P n
+
Mx * Xmax ∑ X2
P Mx * Xmax n
-
∑ X2
Terhadap Arah y Pmax = Pmin =
P n
+
My * Ymax ∑ Y2
P My * Ymax n ∑ Y2
dimana : P
= beban aksial yang bekerja pada tiang
Mx
= momen luar arah sumbu x
My = momen luar arah sumbu y TUGAS AKHIR
II-45
TINJAUAN PUSTAKA
n
= jumlah tiang
Xmax
= jarak antar tiang terjauh pada sumbu x
Ymax
= jarak antar tiang terjauh pada sumbu y
ΣX
2
= jumlah kuadrat jarak antar tiang arah x
ΣY
2
= jumlah kuadrat jarak antar tiang arah y
b.
Perencanaan Pile Cap Pada struktur dengan kolom yang memikul beban berat, atau jika
struktur kolom tidak didukung oleh tanah yang kuat dan seragam, umumnya digunakan pondasi menerus untuk menyalurkan beban ke tanah. Pondasi menerus dapat terdiri dari Pile Cap menerus yang mendukung kolom-kolom yang berada dalam satu baris, tetapi jenis pondasi menerus yang paling sering digunakan ialah pondasi Pile Cap menerus yang menggabungkan dua baris Pile Cap yang berpotongan, sehingga mereka membentuk pondasi grid. Namun, untuk kasus beban yang lebih besar lagi atau tanah yang lebih lemah, baris–baris Pile Cap digabungkan menjadi satu Pile Cap monolit membentuk pondasi rakit (raft foundation). Pondasi rakit (raft foundation) adalah pondasi yang membentuk rakit melebar ke seluruh bagian dasar bangunan. Bila luasan pondasi yang diperlukan > 50 % dari luas bagian bawah bangunan maka lebih disarankan untuk menggunakan pondasi rakit, karena lebih memudahkan untuk pelaksanaan penggalian dan penulangan beton. Penentuan dari dimensi atau ketebalan pondasi Pile Cap ditentukan oleh daya dukung yang dibutuhkan, faktor keamanan dan batas penurunan yang masih diizinkan, dengan memperhatikan kondisi dan jenis tanah di lokasi bangunan. Area maksimal yang tertutup oleh pondasi rakit umumnya adalah seluas bagian dasar bangunan. Jika daya dukung yang dibutuhkan masih belum tercapai, maka solusinya adalah dengan memperdalam pondasi atau memperdalam ruang bawah tanah dari bangunan. TUGAS AKHIR
II-46
TINJAUAN PUSTAKA
Walaupun
perhitungan
daya
dukung
pondasi
Pile
Cap
menggunakan pendekatan teori perhitungan daya dukung untuk pondasi telapak, tetapi karakter penurunan untuk kedua tipe pondasi itu sangat berbeda.
Penurunan
pondasi
Pile
Cap
umumnya
lebih
seragam
dibandingkan dengan penurunan pada pondasi telapak. Pada proses analisisnya, pondasi Pile Cap dianggap sebagai material yang sangat kaku dan distribusi tekanan yang ditimbulkan akibat beban dapat dianggap linier. Penentuan kedalaman pondasi dilakukan dengan cara coba-coba, setelah kedalaman ditentukan, gaya-gaya yang bekerja pada dasar pondasi dihitung. Beban-beban dari kolom diperoleh dari perhitungan struktur atas, dan berat sendiri pondasi Pile Cap juga dimasukkan dalam proses analisis. Pada pondasi Pile Cap setiap titik didukung secara langsung oleh tanah dibawahnya, sehingga momen lentur yang terjadi menjadi sangat kecil. Penyebaran tekanan pada dasar pondasi dihitung dengan persamaan berikut : q=
∑P A
+
∑(P×y) Ix
+
∑(P×x) Iy
dimana : ΣP
= jumlah total beban pondasi
A = luas total pondasi Pile Cap x, y
= jarak eksentrisitas dari pusat beban kolom ke pusat pondasi
Ix,Iy
= momen inersia pondasi Pile Cap terhadap sumbu-x dan sumbu-y
Persyaratan yang harus dipenuhi : Beban normal Beban sementara
: σmax ≤ σtanah : σmax ≤ 1,5 x σtanah
σmn > 0 (tidak boleh ada tegangan negatif) TUGAS AKHIR
II-47
TINJAUAN PUSTAKA
c.
Perhitungan Geser Pons Tegangan geser pons dapat terjadi di sekitar beban terpusat,
ditentukan antara lain oleh tahanan tarik beton di bidang kritis yang berupa piramida atau kerucut terpancung di sekitar beban atau reaksi tumpuan terpusat tersebut yang akan berusaha lepas dari (menembus) panel. Bidang kritis untuk perhitungan geser pons dapat dianggap tegak lurus pada bidang panel dan terletak pada jarak d/2 dari keliling beban (reaksi) terpusat yang bersangkutan, dimana d adalah tinggi efektif pelat. Jadi tegangan geser pons pada bidang kritis dihitung dengan rumus : Vu =
Nu b0 ×d
dimana : Nu
= gaya tekan desain
bo
= keliling bidang kritis pada pelat
d
= tebal efektif pelat
Perencanaan pelat untuk melawan geser pons adalah berdasarkan : P ≤ ΦVc dimana : P Φ
= gaya axial pada kolom = faktor reduksi kekuatan geser beton (shear seismic) = 0,55
Vc
= kuat geser pons nominal pondasi
Untuk pelat, kuat geser pons nominal diambil dari nilai terkecil dari rumus dibawah ini : Vc = Vc = TUGAS AKHIR
1 3
√f'c ×bo×d 6
√f'c×bo×d
II-48
TINJAUAN PUSTAKA
dimana : βc
= rasio sisi panjang terhadap sisi pendek dari kolom
f’c
= kuat nominal beton
d.
Perhitungan Lendutan Maksimum Lendutan merupakan aspek yang harus diperhitungkan pada
struktur. Apabila lendutan yang terjadi pada struktur melebihi lendutan ijin, selain terjadi ketidaknyamanan pada pengguna struktur, juga dapat menimbulkan kegagalan konstruksi. Untuk
perhitungan
lenturan/lendutan
dari
gelagar
dengan
perletakan jepit–jepit yang menahan beban baik merata dan beban terpusat digunakan rumus sebagai berikut : 1.
Akibat beban merata δ1 =
2.
q×L4 384×E×I
≤ δijin
Akibat beban terpusat δ2 =
P×L3 192×E×I
≤ δijin
di mana : δ
= besarnya lendutan yang terjadi
δ ijin = besarnya lendutan yang diijinkan = q
= beban merata
P
= beban terpusat
L
= bentang/panjang gelagar/balok yang ditinjau
E
= modulus elastisitas
I
= momen inersia
Lendutan izin maksimum pada struktur dapat dilihat dari tabel berikut.
TUGAS AKHIR
II-49
TINJAUAN PUSTAKA
Tabel 2.10
Lendutan Izin Maksimum Lendutan Yang
Jenis Komponen Struktur
Diperhitungkan
Batas Lendutan
Atap datar yang tidak menahan atau tidak
Lendutan seketika
disatukan dengan
1 180
akibat beban hidup
komponen nonstruktural yang mungkin akan rusak
(LL)
oleh lendutan yang besar Lantai yang tidak menahan atau tidak
Lendutan seketika
disatukan dengan
1 360
akibat beban hidup
komponen nonstruktural yang mungkin akan rusak
(LL)
oleh lendutan yang besar Konstruksi atap atau
Bagian dari lendutan
lantai yang menahan atau
total yang terjadi
disatukan dengan
setelah pemasangan
komponen nonstruktural
komponen
yang mungkin akan rusak
nonstruktural (jumlah
oleh lendutan yang besar
dari lendutan jangka
Konstruksi atap atau
panjang, akibat semua
lantai yang menahan atau
beban tetap yang
disatukan dengan
bekerja, dan lendutan
komponen nonstruktural
seketika, akibat
yang mungkin tidak akan
penambahan beban
rusak oleh lendutan yang
hidup)
L 480
L 240
besar.
Batasan
ini
kemungkinan
tidak
dimaksudkan
penggenangan
air.
untuk
mencegah
Kemungkinan
penggenangan air harus diperiksa dengan melakukan perhitungan lendutan, termasuk lendutan tambahan akibat TUGAS AKHIR
II-50
TINJAUAN PUSTAKA
Lendutan Yang
Jenis Komponen Struktur
adanya
Batas Lendutan
Diperhitungkan
penggenangan
air
tersebut,
dan
mempertimbangkan pengaruh jangka panjang dari beban yang selalu bekerja, lawan lendut, toleransi konstruksi dan keandalan sistem drainase.
Batas lendutan boleh dilampaui bila langkah pencegahan kerusakan terhadap komponen yang ditumpu atau yang disatukan telah dilakukan.
Lendutan jangka panjang harus dihitung berdasarkan ketentuan
11.5(2(5))
atau
11.5(4(2)),
tetapi
boleh
dikurangi dengan nilai lendutan yang terjadi sebelum penambahan komponen non-struktural. Besarnya nilai lendutan ini harus ditentukan berdasarkan data teknis yang dapat diterima berkenaan dengan karakteristik hubungan waktu dan lendutan dari komponen struktur yang serupa dengan komponen struktur yang ditinjau.
Tetapi tidak boleh lebih besar dari toleransi yang disediakan untuk komponen non-struktur. Batasan ini boleh dilampaui bila ada lawan lendut yang disediakan sedemikian hingga lendutan total dikurangi lawan lendut tidak melebihi batas lendutan yang ada. Sumber : Tata cara perhitungan struktur beton untuk bangunan gedung (SNI Beton 2002)
2.3.4.
Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM) Detail penulangan komponen sistem rangka pemikul momen
menengah harus memenuhi ketentuan-ketentuan sebagai berikut :
TUGAS AKHIR
II-51
TINJAUAN PUSTAKA
a.
Balok Kuat lentur positif komponen struktur lentur pada muka kolom
tidak boleh lebih kecil dari sepertiga kuat lentur negatifnya pada muka tersebut. Baik kuat lentur negatif maupun kuat lentur positif pada setiap irisan penampang di sepanjang bentang tidak boleh kurang dari seperlima kuat lentur yang terbesar yang disediakan pada kedua muka-muka kolom di kedua ujung komponen struktur tersebut. Pada kedua ujung komponen struktur lentur tersebut harus dipasang sengkang sepanjang jarak dua kali tinggi komponen struktur diukur dari muka perletakan ke arah tengah bentang. Sengkang pertama harus dipasang pada jarak tidak lebih daripada 50 mm dari muka perletakan. Spasi maksimum sengkang tidak boleh melebihi : - d/4 - Delapan kali diameter tulangan longitudinal terkecil - 24 kali diameter sengkang - 300 mm Sengkang harus dipasang di sepanjang bentang balok dengan spasi tidak melebihi d/2. b.
Kolom
Spasi maksimum sengkang ikat yang dipasang pada rentang dari muka hubungan balok-kolom adalah so. Spasi so tersebut tidak boleh melebihi : - Delapan kali diameter tulangan longitudinal terkecil - 24 kali diameter sengkang ikat - Setengah dimensi penampang terkecil komponen struktur - 300 mm Panjang lo tidak boleh kurang dari pada nilai terbesar berikut ini : - Seperenam tinggi bersih kolom - Dimensi terbesar penampang kolom TUGAS AKHIR
II-52
TINJAUAN PUSTAKA
- 500 mm Sengkang ikat pertama harus dipasang pada jarak tidak melebihi daripada 0,5 so dari muka hubungan balok-kolom. Spasi sengkang ikat pada sembarang penampang kolom tidak boleh melebihi 2 so c.
Pelat Dua Arah Tanpa Balok Pemasangan tulangan pada pelat dua arah harus memenuhi
persyaratan sebagai berikut : - Momen pelat terfaktor pada tumpuan akibat beban gempa harus ditentukan untuk kombinasi pembebanan. Semua tulangan yang disediakan untuk memikul Ms, yaitu bagian dari momen pelat yang diimbangi oleh momen tumpuan, harus dipasang di dalam lajur kolom. - Bagian dari momen harus dipikul oleh tulangan yang dipasang pada daerah lebar efektif.
Gambar 2.9
Lokasi Tulangan Pada Konstruksi Pelat Dua Arah
- Setidak-tidaknya setengah jumlah tulangan lajur kolom di tumpuan diletakkan di dalam daerah lebar efektif pelat. - Paling sedikit seperempat dari seluruh jumlah tulangan atas lajur kolom TUGAS AKHIR
II-53
TINJAUAN PUSTAKA
di daerah tumpuan harus dipasang menerus di keseluruhan panjang bentang. - Jumlah tulangan bawah yang menerus pada lajur kolom tidak boleh kurang daripada sepertiga jumlah tulangan atas lajur kolom di daerah tumpuan. - Setidak-tidaknya setengah dari seluruh tulangan bawah di tengah bentang harus diteruskan dan diangkur hingga mampu mengembangkan kuat lelehnya pada muka tumpuan. - Pada tepi pelat yang tidak menerus, semua tulangan atas dan bawah pada daerah tumpuan harus dipasang sedemikian hingga mampu mengembangkan kuat lelehnya pada muka tumpuan.
Gambar 2.10
Pengaturan Tulangan Pada Pelat
Kuat geser rencana balok, kolom, konstruksi pelat dua arah yang memikul beban gempa tidak boleh kurang daripada : -
Jumlah gaya lintang yang timbul akibat termobilisasinya kuat lentur nominal komponen struktur pada setiap ujung bentang bersihnya dan gaya lintang akibat beban gravitasi terfaktor.
TUGAS AKHIR
II-54
TINJAUAN PUSTAKA
-
Gaya lintang maksimum yang diperoleh dari kombinasi beban rencana termasuk pengaruh beban gempa, E, diman nilai E diambil sebesar dua kali nilai yang ditentukan alam peraturan perencanaan terhadap gempa.
Gambar 2.11
TUGAS AKHIR
Gaya lintang rencana untuk SPRMM
II-55
