Download - Tugas Rekstruk Rangka Baja
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Desain dalam bangunan sangat bergantung dari material utama yang digunakan sebagai
kekuatan struktural dari bangunan tersebut. Hal ini dikarenakan setiap material bangunan
mempunyai karakteristik masing-masing yang berbeda-beda.
Karena perbedaan karakteristik yang dimiliki oleh setiap jenis material bangunan,
pemilihan material yang digunakan menjadi penting untuk dipertimbangkan dalam
mendesain bangunan. Sebagai contoh, bangunan yang banyak menggunakan sistem rangka
batang (truss) lebih cocok menggunakan material baja atau kayu daripada menggunakan
beton. Pemilihan material juga bisa dikaitkan dengan fungsi utilitas dari bangunan tersebut.
Misalnya, bangunan rumah di daerah beriklim dingin akan cocok jika menggunakan material
beton karena beton sekaligus berguna sebagai penyeimbang suhu.
Bangunan industri seperti pabrik atau gudang biasanya membutuhkan ruangan yang luas
dengan sesedikit mungkin kolom untuk mengakomodasi kebutuhan akan penyimpanan
barang dalam jumlah besar atau untuk menaruh mesin atau alat berat. Dalam hal ini,
permodelan struktur sebagai kombinasi sistem rangka kaku (frame) dan sistem rangka batang
(truss) bisa digunakan. Untuk material, baja tepat digunakan karena karakteristik baja yang
cocok digunakan dalam sistem frame atau truss serta keunggulan baja dari segi suplainya
yang tersedia banyak di pasaran.
Dalam mendesain, perlu diperhatikan faktor pembebanan yang digunakan. Pembebanan
tergantung dari beban-beban yang bekerja pada bangunan. Secara umum, pembebanan bisa
digolongkan menjadi beban mati, beban hidup, dan beban lingkungan.
Dalam Tugas Kecil SI-4111 Rekayasa Struktur, penulis mendesain suatu bangunan
industri dengan menggunakan baja sebagai material struktural bangunan. Penekanan
diberikan pada pembebanan terhadap gempa bumi karena mata kuliah ini bertujuan agar
mahasiswa mampu merencanakan dan memeriksa bangunan tahan gempa. Bangunan yang
penulis desain mempunyai spesifikasi bangunan yang telah ditentukan, seperti tinggi
bangunan, panjang bangunan (beserta jarak antarportal), lebar bangunan, serta karakteristik
lingkungan bangunan untuk pembebanan terhadap gempa bumi.
1
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
1.2 Tujuan
Tujuan dari Tugas Kecil SI-4111 Rekayasa Struktur ini adalah:
1. Merencanakan suatu bangunan tahan gempa dengan baja sebagai material struktural
utama.
2. Memberikan gambaran umum tentang proses desain dengan memperhitungkan gempa
bumi sebagai salah satu faktor yang diperhitungkan.
1.3 Metodologi
Dalam mendesain, metodologi yang digunakan melalui beberapa tahapan, yaitu:
1. Desain pradimensi (preliminary design) untuk menentukan penampang inisial dari
struktur. Desain pradimensi ditentukan dengan menyesuaikan penampang dengan
ketersediaan penampang di pasaran.
2. Memasukkan pembebanan mati, hidup, dan angina yang bekerja pada bangunan.
3. Memeriksa kapasitas penampang terhadap pembebanan yang bekerja. Jika kapasitas
penampang tidak memenuhi, maka penampang yang digunakan harus diganti atau
struktur bangunan harus dimodifikasi.
4. Setelah kapasitas penampang memenuhi, cek periode struktur penampang (T). Jika
struktur dirasa kurang kaku atau terlalu kaku, penampang harus diganti lagi atau
struktur harus dimodifikasi.
5. Setelah didapat periode struktur yang memenuhi, input beban gempa.
6. Periksa kapasitas penampang terhadap seluruh kombinasi pembebanan, termasuk
beban gempa. Jika, kapasitas penampang memenuhi, maka struktur dapat digunakan.
2
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
BAB II
PEMODELAN STRUKTUR DENGAN SAP 2000
2.1 Pembuatan Grid
Setelah masuk ke dalam program SAP 2000, klik File lalu pilih New Model. Maka akan
muncul tampilan sebagai berikut :
Gambar 2.1 Membuat Grid Baru
Setelah tampilan di atas muncul, tentukan unit yang akan digunakan. Di tampilan tersebut
akan muncul beberapa contoh template yang bisa dipilih. Untuk tugas ini pilih Grid Only.
Untuk spasi grid yang seragam, cukup dengan menu Quick Grid Lines untuk mengatur
jumlah dan spasi grid. Pilih jumlah grid dan spasi grid arah sumbu x, y, dan z yang
diinginkan lalu klik OK.
Sedangkan untuk spasi grid yang beragam, data grid bisa diubah dengan menu Edit Grid
Data. Caranya dengan klik kanan pada layar model lalu pilih Edit Grid Data. Lalu akan
muncul menu Edit Grid Data seperti tampilan di bawah ini.
3
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Gambar 2.2 Edit Data Grid
2.2 Pedefinisian Material
Untuk mendefinisikan material, langkah yang dilakukan adalah :
Klik menu Define material add new material, tampilannya sebagai berikut :
Gambar 2.3 Define Material
Pada menu material property data seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini,
masukkan Data Material Type, Weight per unit volume, Modulus elasticity, posson’s ratio,
minimum tensile stress (fu), minimum yield stress (fy), dan lain-lain. Setelah selesai
memasukkannya, klik Ok, dan kita beralih ke pendefinisian section properties.
4
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Gambar 2.4 Material Property Data
2.3 Pendefinisian Section Properties
Klik Define Section Properties Frame Sections
Lalu klik pilihan add new properties untuk menambahkan properti baru. Pada menu add
frame property pilihlah jenis material yang akan digunakan yaitu steel (baja). Maka akan
muncul beberapa contoh penampang baja seperti yang ditunjukkan Gambar 2.5. Pilihlah
penampang yang diinginkan.
Gambar 2.5 Berbagai Macam Penampang Baja
5
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Setelah penampang dipilih, tentukan dimensi penampang yang diinginkan seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.6 di bawah ini, lalu klik OK.
Gambar 2.6 Menentukan Dimensi Penampang
2.4 Pembuatan Model
Untuk menggambar model frame, klik Draw lalu pilih Draw Frame/Cable/Tendon. Lalu
akan muncul tampilan Properties untuk memilih jenis section yang diinginkan dan properti
lainnya. Lalu gambar frame sesuai dengan desain rencana. Desain yang akan direncanakan
adalah sebagai berikut :
Lebar : 26 meter
Panjang : 36 meter (ada 7 kolom ke arah x dengan jarak antar kolom adalah 6 meter)
Tinggi kolom : 10 meter
Tinggi atap : 4.8 meter
Gambar 2.7 Pemodelan Struktur
6
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Untuk bracing, perlu adanya partial fixity dikarenakan bracing hanya berfungsi sebagai
pengaku, bukan untuk memikul momen. Pilih menu assign frame release partial fixity.
Lalu centang momen 22 (start dan end), momen 33 (start dan end), dan torsion (end).
Gambar 2.8 Partial Fixity untuk Bracing
2.5 Pendefinisian Beban
a. Define Load Patterns
Masukkan semua kemungkinan jenis beban yang akan membebani struktur beserta
tipe dari beban tersebut apakah termasuk beban mati, hidup, angin, atau gempa. Lalu
untuk masing-masing beban tersebut masukkan Self Weight Multiplier. Nilai self weight
multiplier adalah 1 untuk beban struktur dan 0 untuk beban selain beban struktur.
Gambar 2.9 Define Load Patterns
7
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
b. Define Load Case
Gambar 2.10 Define Load Cases
Secara default tipe beban SW, Seng, Hujan, Angin, EQ-X, dan EQ-Y sudah
terdefinisi dalam Load Case, jadi pilih Define - Load Case - Klik OK.
c. Define Load Combinations
Untuk menambahkan kombinasi baru pilih Define - Load Combinations - Add
New Combo. Masukkan semua kombinasi beban yang mungkin beserta scale
factor, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.10 di bawah ini.
Gambar 2.11 Load Combination Data
Berikut ini beberapa kombinasi beban yang mungkin :
- 1.4D
- 1.2D + 1.6L + 0.5H
8
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
- 1.2D ± 1.3W + 0.5L + 0.5H
- 1.2D + 1.6H ± 0.8W
- 0.9D ± EQ-X ± 0.3EQ-Y
- 0.9D ± EQ-Y ± 0.3EQ-X
- 1.2D ± EQ-X ± 0.3EQ-Y
- 1.2D ± EQ-Y ± 0.3EQ-X
Gambar 2.12 Define Load Combinations
- Kombinasi Envelope
Kombinasi envelope merupakan sebuah kombinasi dengan
menggabungkan kombinasi yang ada.
Gambar 2.13 Envelope Combination
9
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
2.6 Assign Beban
Setelah mendefinisikan beban apa saja yang membebani struktur yang harus
dilakukan adalah memasukkan besaran dari beban-beban tersebut. Caranya dengan
mengklik bagian struktur yang akan dibebani lalu pilih menu assign untuk
memasukkan besaran beban lalu pilih submenu yang sesuai dengan jenis beban
tersebut apakah termasuk joint loads atau frame loads. Khusus untuk berat sendiri
(self weight) tidak perlu di-assign karena sudah dimasukkan dari properti material.
a. Joint loads
Salah satu beban yang termasuk jenis ini adalah beban gempa. Beban gempa yang
akan direncanakan tergantung pada jenis tanah dan zonasi gempa. Diketahui jenis tanah
sedang dengan zona gempa 5.
Klik assign → joint loads → forces untuk meng-assign beban joint.
Gambar 2.14 Joint Forces
b. Frame Loads
Beban yang termasuk frame loads di antaranya beban hujan dan beban angin. Klik
assign → frame loads → distributed (untuk beban yang terdistribusi).
i. Beban hujan
Untuk beban hujan pilih koordinat global dengan arah sesuai percepatan gravitasi.
ii. Beban angin
Untuk beban angin pilih koordinat lokal dengan arah sumbu 2. Beban angin yang
direncanakan adalah 25 kg/m2.
iii. Beban seng
Untuk beban hujan pilih koordinat global dengan arah sesuai percepatan gravitasi.
Beban seng yang direncanakan adalah 10 kg/m2.
10
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Gambar 2.15 Frame Distributed Loads
2.7 Assign Perletakan
Pilih joint yang akan digunakan sebagai joint perletakan. Klik assign → joint →
restraints lalu pilih tipe perletakan yang akan digunakan. Tipe perletakan yang
digunakan adalah perletakan jepit.
Gambar 2.16 Joint Restraints
2.8 Menjalankan Analisis Terhadap Struktur
Analisis kekuatan di sini ada 2 tahap, yaitu tahapan sebelum beban gempa dimasukkan
dan tahap setelah beban gempa dimasukkan. Sebelum beban gempa dimasukkan model akan
11
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
di-run. Jika setelah di-run tidak ada bagian struktur yang overstess maka beban gempa dapat
dimasukkan. Jika ada, maka kembali ke tahap perencanaan struktur dan material.
Setelah melewati tahap pertama dilanjutkan dengan memasukkan beban gempa. Setelah
beban gempa dimasukkan maka model di-run lagi. Jika masih ada bagian strruktur yang
overstress maka kembali ke tahap perencanaan struktur dan material. Jika sudah tidak ada
yang overstress berarti struktur sudah OK.
Selain cek kekuatan, kenyamanan dari bangunan tersebut juga harus diperhatikan. Cek
kenyamanan dilakukan dengan memeriksa apakah lendutan yang terjadi masih dalam batas
lendutan izin yang ditentapkan SNI atau tidak. Lendutan yang terjadi bisa didapatkan dari
tabel di SAP2000. Tabel bisa dimunculkan dengan cara memilih menu display lalu pilih
submenu show table. Ceklis displacement untuk memunculkan tabel lendutan.
Klik Analyze lalu pilih Run Analysis untuk menganalisis struktur. Setelah tampilan di
bawah ini keluar klik OK.
Gambar 2.17 Run Analysis
12
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
BAB III
PEMBEBANAN
3.1 Beban Mati (D)
Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat tetap,
termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan
tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu. (PPPRG,1987). Dalam
tugas ini, beban yang dikelompokkan dalam beban mati adalah
Beban Struktur Baja
Beban mati struktur dapat dilihat dari tabel di bawah ini.
Tabel 3.1 Daftar Berat Elemen Struktur Baja
Berat Jenis Jumlah Berat Elemen(kgf/m) (m) (kgf)
1 IWF 400x400x13x21 172 140 Kolom 24080.0089.6 156 Frame atap 13977.6089.6 194.0 Frame atap 17383.2989.6 108 Penghubung antara frame 9676.8013.4 324 Purlin 4341.6013.4 307.3 Bracing atap 4117.82
Total 73577.11
C 125x65x6x8
2
3
Keterangan Lokasi ElemenElemenNo
IWF 500x200x10x16
Beban Seng
Beban seng ditentukan sebesar 10 kg/m2
3.2 Beban Hujan (H)
Beban hujan adalah beban yang ditimbulkan oleh berat air yang mengalir di atap saat
hujan. Beban hujan ini tidak termasuk beban akibat genangan air. Beban hujan dipengaruh
oleh kemiringan atap, karena semakin terjal atap, jumlah air yang ada di atap semakin sedikit.
Beban hujan didefinisikam seperti di bawah ini
H=40−0.8 α( kg
m2)
Dimana α adalah sudut kemiringan atap, sehingga untuk tugas besar nilai H adalah
H=40−0.8× 20=16kg/m2,
dengan arah pembebanan sesuai gravitasi.
13
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
3.3 Beban Angin (W)
Beban angin adalah beban yang ditimbulkan oleh angin dengan memperhatikan bentuk
aerodinamika bangunan dan peninjauan terhadap pengaruh angin topan, puyuh, dan tornado,
bila diperlukan.
Beban angin dibedakan menjadi dua yaitu angin tiup dan angin hisap. Angin tiup akan
mendorong struktur sedangkan angin hisap akan menarik struktur. Angin tiup dan angin hisap
akan terlihat seperti Gambar 3.1
Gambar 3.1 Ilustrasi Angin Tiup dan Angin Hisap
Beban angin didefinisikan sebagai
W =25 ×c
Dimana, c = 0.9 untuk angin tiup dan c = 0.4 untuk angin hisap.
Dalam tugas besar ini, nilai beban angin sebagai berikut
W tiup=25 ×0.9=22.5 kg/m2
W hisap=25× 0.4=10 kg/m2
3.4 Beban Gempa (V)
Beban gempa adalah semua beban static ekuivalen yang bekerja pada gedung atau bagian
gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu. Dalam hal pengaruh
gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa dinamik, maka yang
diartikan dengan beban gempa di sini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang
terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa tersebut (PPPRG,1987). Dalam SNI 03-1726-2003,
beban gempa didefinisikan sebagai
14
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
V=C × I ×WR
Dimana :
C=0.5T
(tergantung pada keadaan tanah dan daerah gempa)
I = Importance factor, untuk tugas ini digunakan nilai 1
W = Berat stuktur
R = 5.6 (tergantung pada jenis struktur yang didesain)
Pada tugas ini didefinisikan bahwa struktur berada pada daerah Gempa 5 dan memiliki
keadaan tanah sedang.
C= 0.51.293
=0.387
V=0.387 × 1× 73577.115.6
=5080,73 kg
Sehingga,
Beban gempa arah Y = 5080,73/7 = 725,81 kg
Beban gempa arah X = 5080,73/2 = 2540,36 kg
Beban gempa akan dimodelkan sebagai beban terpusat di titik-titik kumpul di frame struktur
seperti pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Gaya Gempa Pada Arah Y
15
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
3.5 Kombinasi Pembebanan Struktur
Kombinasi pembebanan dilakukan untuk mengetahui beban terbesar dari beberapa
kemungkinan kondisi pembebanan pada struktur. Kombinasi yang digunakan dalam tugas ini
adalah :
1.4D
1.2D + 1.6L + 0.5R
1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5R
1.2D + 1.6R + 0.8W
0.9D + EQ-X + 0.3EQ-Y
0.9D + EQ-Y + 0.3EQ-X
1.2D + EQ-X + 0.3EQ-Y
1.2D + EQ-Y + 0.3EQ
16
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
BAB IV
ANALISIS STRUKTUR TERHADAP BEBAN GEMPA
4.1 Gambaran Umum Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa
Perencanaan struktur terhadap ketahanan terhadap gempa bumi di Indonesia harus
mengacu pada Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung
(SNI-1726-2002) atau Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan (SNI-2833-
2008). Karena desain yang dilakukan adalah desain gedung industri, maka peraturan yang
perlu untuk dijadikan sebagai acuan adalah SNI-1726-2002.
Dalam perencanaannya, secara umum struktur gedung dibedakan menjadi dua jenis,
yaitu struktur gedung beraturan dan struktur gedung tidak beraturan. Untuk kasus struktur
gedung beraturan, analisis terhadap pembebanan gempa dilakukan dengan menerapkan
analisis statik ekuivalen. Pada jenis analisis ini, pembebanan gempa nominal akibat pengaruh
gempa rencana ditampilkan sebagai beban-beban gempa nominal statik ekuivalen yang
ditangkap pada pusat massa di masing-masing tingkat lantai. Pembebanan gempa ini
dilakukan pada masing-masing sumbu utama denah struktur. Sedangkan untuk kasus struktur
gedung tidak beraturan, analisis yang digunakan adalah analisis respons dinamik, analisis
ragam spektrum respons, dan analisis respons dinamik riwayat waktu.
Pada bangunan yang didesain kali ini, bangunan dapat dikategorikan dalam struktur
gedung beraturan karena bentuknya yang simetri dan seragam untuk setiap portalnya. Dengan
demikian, desain bangunan terhadap pembebanan gempa dilakukan dengan cara analisis
beban gempa statik ekuivalen.
4.2 Periode Struktur
Periode struktur adalah waktu getar yang dimiliki secara alami oleh struktur
akibat karakteristik dari struktur itu sendiri (bukan akibat beban luar). Dalam
merencanakan bangunan, nilai periode struktur perlu diperhatikan untuk menjaga
kekakuan dari struktur. Struktur yang terlalu fleksibel tidak baik dalam perilakunya
karena akan berdampak pada sifat struktur dalam menahan beban dinamis, termasuk
beban gempa.
Melalui analisis vibrasi bebas (free vibration) tiga dimensi yang didapatkan
dari peranti lunak SAP2000, nilai dari modal yang dimiliki struktur dijelaskan dalam
17
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
tabel berikut:
Tabel 4.1 Modal periode dan frekuensi struktur
Type of output casePeriod (T) Frequency (f) ω Eigenvalue
Sec Hz rad/sec rad2/sec2
1 1.293413 0.77315 4.8578 23.5992 1.040677 0.96091 6.0376 36.4533 1.038309 0.9631 6.0514 36.6194 1.023322 0.97721 6.14 37.6995 1.01344 0.98674 6.1999 38.4386 1.00467 0.99535 6.254 39.1127 0.999941 1.0001 6.2836 39.4838 0.998636 1.0014 6.2918 39.5869 0.489483 2.043 12.836 164.77
10 0.396703 2.5208 15.839 250.8611 0.392202 2.5497 16.02 256.6512 0.387319 2.5818 16.222 263.16
Sebelum melangkah ke tahap desain selanjutnya, nilai periode struktur perlu
diperiksa agar struktur tidak menjadi terlalu kaku karena biasanya akan memberikan
perilaku yang kurang baik terhadap pembebanan dinamik, termasuk beban gempa.
Nilai periode struktur maksimum yang ditetapkan berdasarkan oleh pengalaman, yaitu
berkisar pada angka 1,8. Karena nilai dari periode struktur hasil perhitungan
menggunakan peranti lunak SAP2000 telah memenuhi, maka desain dapat dilanjutkan
ke tahap selanjutnya.
Keseluruhan nilai yang ditampilkan pada tabel di atas saling berkaitan. Nilai dari
frekuensi, merupakan kebalikan dari nilai dari periode sehingga dapat ditulis persamaan f =1T
. Sementara ω adalah frekuensi angular dengan nilai ω=2 πT
=2 πf dan eigenvalue merupakan
ω2.
4.3 Berat Struktur
Berat struktur adalah besar beban yang perlu ditanggung oleh struktur akibat adanya
perkalian antara massa dari struktur itu sendiri dengan percepatan gravitasi. Komponen-
komponen struktural yang terdapat pada bangunan ini adalah kolom, frame atap, penghubung
antar-frame, purlin, dan bracing.
Perhitungan berat struktur dilakukan dengan mengalikan keseluruhan berat jenis
struktur (dalam satuan kgf/m) dengan panjang masing-masing komponen struktur (dalam
18
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
satuan m). Nilai dari berat jenis struktur tergantung dari jenis penampang yang digunakan.
Karena seluruh komponen struktural menggunakan material yang sama, yaitu baja, maka
perbedaan jenis struktur dipengaruhi oleh bentuk potongan penampang yang terdiri dari tiga
jenis. Perhitungan berat jenis struktur ditampilkan dalam tabel berikut:
Tabel 4.2 Perhitungan berat struktur
No ElemenBerat Jenis Panjang Keterangan Lokasi
Elemen
Berat Elemen
(kgf/m) (m) (kgf)
1 IWF 400x400x13x21 172 140 Kolom 24080.00
2 IWF 500x200x10x16
89.6 156 Frame atap 13977.6089.6 194.0 Frame atap 17383.2989.6 108 Penghubung antara frame 9676.80
3 C 125x65x6x813.4 324 Purlin 4341.6013.4 307.3 Bracing atap 4117.82
Total 73577.11
4.4 Gaya Gempa Statik
Berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan
Gedung (SNI-1726-2002), struktur bangunan beraturan harus direncanakan terhadap
pembebanan gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana dalam arah masing-masing
sumbu utama denah struktur bangunan tersebut. Beban gempa yang dimaksud berupa beban
gempa nominal statik ekuivalen.
Penentuan beban geser nominal statik ekuivalen yang terjadi di tingkat dasar dapat
dihitung melalui persamaan:
V=CIR
W
Dengan:
C = Faktor respons gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana
I = Faktor keutamaan gedung
R = Faktor reduksi gedung
W = Berat total gedung
Untuk mencari nilai C dapat dilihat dari respons spectra pada SNI 03-1726-2003, seperti
gambar di bawah ini
19
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Gambar 4.1 Respons Spektra Wilayah Gempa 5 di Indonesia
Dari spektrum respons, C bisa didapatkan melalui persamaan
C=0,5 ×T=0,5× 1,293 s=0,387. Karena bangunan yang didesain akan berfungsi sebagai
gedung industri, maka bangunan ini dapat dikategorikan kepada gedung umum (seperti untuk
penghunian, perniagaan, dan perkantoran). Faktor keutamaan (I) untuk bangunan dalam
kategori ini bernilai 1,0. Nilai R bergantung pada faktor daktilitas struktur. Diasumsikan,
R=5,6. Nilai R ini didapatkan dari tabel 2 SNI-1726-2002. Sementara W =73.577,11kgf .
Tabel 4.3 Faktor keutamaan (I) untuk berbagai kategori bangunan
Kategori gedung Faktor keutamaan
I1 I2 I
Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan, dan
perkantoran
1,0 1,0 1,0
Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6
Gedung penting pascagempa seperti rumah sakit, instalasi
air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan
dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi
1,4 1,0 1,4
Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas,
produk minyak bumi, asam, bahan beracun
1,6 1,0 1,6
Cerobong tangki di atas menara 1,5 1,0 1,5
20
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Tabel 4.4 Parameter daktilitas struktur gedung
Dengan demikian, nilai dari gaya geser dasar nominal statik ekuivalen menjadi
bernilai V=0,387 × 1,05,6
×73.577,11=5.080,73 kgf . Besar gaya ini akan dibebankan (assign)
pada setiap titik kumpul (joint) struktur pada salah satu ujung sisi struktur. Karena struktur
memiliki tujuh titik kumpul, maka besarnya gaya geser total akan dibagi tujuh sebelum
dikenakan pada masing-masing titik kumpul.
Berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur
Bangunan Gedung (SNI-1726-2002), periode struktur (atau waktu getar alami struktur
gedung beraturan) dalam arah masing-masing sumbu utama dapat ditentukan dengan
menggunakan persamaan Rayleigh yang dijabarkan sebagai berikut:
T 1=6,3√∑i=1
n
W id i2
g∑i=1
n
F id i
Dengan:
F i=W i zi
∑i=1
n
W i zi
V
Keterangan:
W i = berat struktur pada lantai ke-i
21
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
d i = simpangan horizontal pada lantai ke-i
g = percepatan gravitasi
z i = ketinggian lantai pada tingkat ke-i
F i = beban-beban gempa nominal statik ekuivalen
V = beban geser dasar nominal
Karena struktur bangunan hanya memiliki satu lantai, maka perhitungan gaya
F=V=5080,73 kgf sehingga periode struktur menjadi
T x=6,3√ (73.577,11 kgf ) (0,0205 m )2
(9,81m
s2 ) (5080,73 kgf ) (0,0205 m)=1,096 s
untuk simpangan horizontal arah sumbu
x dan untuk simpangan horizontal arah sumbu y
T y=6,3√ (73.577,11 kgf ) (0,0125m)2
(9,81m
s2 )(5080,73 kgf ) (0,0125m )=0,856 s
.
4.5 Optimasi Struktur
Pembebanan terhadap gempa akan menyebabkan timbulnya tegangan yang berbeda
pada setiap penampang struktur. Hal ini dapat menyebabkan penampang struktur tidak lagi
mampu menahan kombinasi beban yang ada, termasuk dengan beban gempa. Untuk itu, perlu
dilakukan pemeriksaan ulang lagi dari struktur terhadap kombinasi-kombinasi beban yang
berlaku kini, termasuk beban gempa.
Bertambahnya pembebanan yang berlaku pada struktur dapat menyebabkan perlu
diubahnya penampang struktur atau dilakukannya modifikasi pada konfigurasi struktur.
Dengan meninjau kombinasi pembebanan yang baru ini, dapat dilakukan optimasi terhadap
struktur yang sifatnya final atau sudah mencapai tahap akhir. Optimasi struktur dilakukan
untuk meminimalisasi penggunaan material bangunan sehingga dapat memangkas biaya yang
keluar untuk pembuatan bangunan.
4.6 Pemeriksaan terhadap Syarat Lendutan
Selain harus dinyatakan kuat secara struktural, bangunan yang didesain juga harus
memenuhi ketentuan kenyamanan yang direpresentasikan dengan persyaratan lendutan
maksimum yang diizinkan. Syarat lendutan ini diterapkan untuk menghindari
ketidaknyamanan pengguna bangunan karena terjadinya defleksi yang terlalu besar pada
22
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
bangunan serta untuk menjaga alat-alat dalam bangunan (misalnya mesin-mesin atau bahan-
bahan kimia) yang sensitif terhadap lendutan.
Lendutan perlu diperiksa terhadap dua komponen: balok dan kolom. Balok
dikategorikan ke dalam balok biasa (bukan balok pemikul dinding atau balok dengan
finishing yang getas) sedangkan kolom dikategorikan sebagai kolom dengan analisis orde
pertama. Besarnya lendutan maksimum yang diizinkan pada struktur bangunan baja menurut
SNI 03-1729-2000 tabel 6.4-1 dijelaskan dalam tabel berikut:
Tabel 4.5 Batas lendutan maksimum
Komponen struktur dengan beban tidak terfaktor Beban tetap Beban sementara
Balok pemikul dinding atau finishing yang getas L/360 -
Balok biasa L/240 -
Kolom dengan analisis orde pertama saja h/500 h/200
Kolom dengan analisis orde kedua h/300 h/200
Perhitungan besar lendutan maksimum yang diizinkan adalah sebagai berikut:
∆ izin=L
240=3250 mm
240=13,542mm untuk balok;
∆ izin=h
500=10.000 mm
500=20 mm untuk kolom.
Lendutan aktual yang terjadi pada struktur dianalisis melalui peranti lunak SAP2000.
Pemeriksaan kesesuaian struktur terhadap syarat batas lendutan disajikan dalam tabel berikut:
Tabel 4.6 Pemeriksaan terhadap syarat batas lendutan
Elemen Bentang (mm)
Defleksi Ijin (mm)
Defleksi aktual maksimum (mm) Status1 2 3 1 2 3
Balok 3250 13.542 7.551 11.468 5.311 OK OK OKKolom 10000 20 7.551 11.468 5.311 OK OK OK
23
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
BAB V
ANALISIS SAMBUNGAN
5.1 Spesifikasi Sambungan
Sambungan yang digunakan pada perencanaan struktur baja kali ini adalah
sambungan baut. Keuntungan yang dari sambungan baut dibanding sambungan las
adalah harga yang relatif lebih murah (sampai jumlah sambungan tertentu) dan tidak
dibutuhkannya keahlian khusus dalam pemasangan (pengelasan butuh dikerjakan oleh
teknisi).
Baut yang digunakan untuk sambungan pada struktur baja ini adalah jenis baut
A325. Baut A325 memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 5.1 Spesifikasi Sambungan
Parameter NilaiFy Material (Mpa) 240Fu Material (Mpa) 400Jenis Baut A325Diameter Baut (mm) 12.7
Luas Baut (mm2) 126.68Diameter Lubang (mm) 14.7Jarak Baut Dari Tepi (mm) 30Jarak Antar Baut (mm) 50Fu Baut (Mpa) 825Proof Stress (Mpa) 585
5.2 Analisis Sambungan Baut
Untuk analisis sambungan pada tugas besar kali ini, ada dua titik sambungan
yang akan ditinjau yaitu titik yang ada di bagian tengah-bawah dari bracing dan titik
ujung dari bracing. Agar dapat mengetahui posisi titik-titik tersebut secara jelas dapat
dilihat Gambar 5.1 di bawah ini. Titik-titik yang ditinjau ditandai dengan lingkaran
biru.
24
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Gambar 5.1 Posisi Sambungan yang Ditinjau
Jika titik tersebut diperbesar maka detail sambungan akan terlihat seperti
gambar di bawah ini :
Gambar 5.2 Detail Sambungan Lokasi 1
Untuk memastikan agar sistem sambungan dapat menahan gaya dalam yang
bekerja pada struktur, maka diperlukan analisis terhadap kapasitas sistem sambungan.
Dalam analisis kekuatan sistem sambungan baut, terdapat dua hal yang perlu
diperiksa kekuatannya, yaitu:
1. Kekuatan pelat.
2. Kekuatan sambungan baut
5.2.1 Pemeriksaan terhadap Kekuatan Pelat
25
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Dalam suatu sistem sambungan, pelat dapat mengalami kegagalan akibat leleh,
fraktur, atau geser blok. Berikut nilai kapasitas pelat terhadap ketiga jenis kegagalan tersebut:
Kapasitas pelat terhadap tegangan leleh, ditentukan dengan persamaan
ϕNn=ϕAg × fy dengan nilai ϕ=0,85 (Ag adalah luas kotor penampang).
Kapasitas pelat terhadap kegagalan fraktur, ditentukan melalui persamaan
ϕNn=ϕAe× fu dengan nilai ϕ=0,75.
Kapasitas pelat terhadap geser blok, ditentukan melalui persamaan:
o Untuk geser leleh – tarik fraktur (f u. Ant ≥ 0,6. f u . Anv)
T n=0,6. f y . A gv+ f u. Ant
o Untuk geser fraktur – tarik leleh (f u. Ant ≤ 0,6. f u . Anv)
T n=0,6. f u . Anv+f y . A gt
Hasil perhitungan kapasitas pelat ditampilkan dalam tabel berikut:
Tabel 5.2 Hasil perhitungan kapasitas pelat
Jenis Pengecekan Profil C 125x65x6x8 Satuan
U 0.75 An 661.8 mm2Ae 496.35 mm2
Tarik Sambungan 148905 NGeser Murni 172800 N
Ans 347.7 mm2
Ant 330.9 mm2
Ags 480 mm2
Agt 375 mm2
Fraktur Geser 83448 NFraktur Tarik 132360 NLeleh Geser 69120 NLeleh Tarik 90000 NGeser Blok 130086 N
Dengan nilai-nilai kapasitas pelat tersebut, maka kekuatan pelat tersebut mampu memikul
gaya dalam yang terjadi. Kapasistas sambungan ini akan menahan gaya dalam yang bekerja
pada struktur yang ditampilkan pada tabel berikut:
Tabel 5.3 Gaya dalam yang bekerja pada lokasi sambungan 1
Batang P (kgf) P (N)1 -2731.4179 -26795.21
26
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
2 4070.6055 39932.643 -1161.366 -11393
5.2.2 Pemeriksaan terhadap Kekuatan Sambungan Baut
Kekuatan sambungan baut perlu diperiksa terhadap tiga kemungkinan kegagalan,
yaitu kegagalan terhadap geser, tumpu, dan friksi. Jika kapasitas geser, tumpu, dan friksi baut
mampu menahan gaya dalam yang terjadi pada struktur, sambungan baut baru dapat
digunakan. Kapasitas sambungan baut dikatakan mampu menahan gaya dalam yang bekerja
pada struktur ketika sambungan memenuhi persyaratan:
ϕRn≥ Ru
Kapasitas geser sambungan dihitung melalui persamaan Rn=r1 ×m × Ab × fu.
Nilai r1 adalah 0,5 untuk baut tanpa ulir atau 0,4 untuk baut dengan ulir. Sedangkan m
adalah jumlah baut per baris dan Ab adalah luas bruto. Nilai ϕ untuk kapasitas geser
sambungan baut adalah 0,75.
Kapasitas tumpu bangunan dihitung melalui persamaan Rn=2,4 × fu ×db ×t p. db
adalah diameter baut dan t p adalah tebal pelat. Nilai ϕ untuk perhitungan kapasitas tumpu
bangunan adalah 0,75.
Kapasitas friksi sambungan hanya perlu dihitung untuk baut mutu tinggi. Persamaan
kapasitas friksi sambungan adalah Rn=1,13× r × ( proof load ) ×m. Nilai r=0,35. Nilai ϕ
adalah 1 (untuk lubang standar).
Perhitungan kapasitas ini dilakukan untuk masing-masing lokasi sambungan,
yaitu lokasi 1 dan lokasi 2. Hasil perhitungan kapasitas sambungan disajikan dalam
tabel berikut:
Tabel 5.4 Perhitungan kapasitas sambungan baut pada lokasi sambungan 1
Jenis Pengecekan Nilai Satuan KeteranganKapasitas Geser 47028.79 N 1 Bidang geser, baut dengan ulir
Kapasitas Tumpu 95634 N Sambungan Friksi 5200.65 N
Dengan persyaratan ϕRn≥ Ru, maka seluruh kapasitas pelat memenuhi persyaratan untuk
menahan gaya dalam yang bekerja pada elemen.
Untuk peninjauan kekuatan sambungan pada lokasi sambungan 2, dilakukan
pemeriksaan terhadap kapasitas tarik (untuk elemen horizontal) dan pemeriksaan terhadap
kapasitas tarik dan geser (untuk elemen diagonal). Perhitungan kapasitas penampang
ditampilkan pada tabel berikut:
27
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Tabel 5.5 Kapasitas sambungan pada elemen horizontal lokasi 2
Jenis Pengecekan
n Baut Nilai Satuan Keterangan
Kapasitas Tarik 4 235143.9 N Diperlukan 1, untuk kemudahan pemasangan dibuat jadi 4
Tabel 5.6 Kapasitas sambungan pada elemen diagonal lokasi 2
Jenis Pengecekan
n Baut Nilai Satuan Keterangan
Kapasitas Tarik 4 235143.9 N Diperlukan 1, untuk kemudahan pemasangan dibuat jadi 4
Kapasitas Geser 4 125410.1 N
Untuk gaya dalam yang bekerja pada sambungan adalah sebagai berikut:
Tabel 5.7 Gaya dalam pada elemen horizontal lokasi 2
Ket P (Kgf-m) V2 V3 T M2 M3Max 13776.72 1031.32 2.49 0.65 32.52 1911.8
Min 2928.57 -1584.17 -2.49 -0.65 -32.52-
3909.65
Tabel 5.8 Gaya dalam pada elemen diagonal lokasi 2
Ket P (Kgf-m) V2 V3 T M2 M3Max -3763.02 1369.11 48.77 14 131.62 1786.91
Min -15556 -1129.87 -48.77 -14 -131.62 -3656.09
Gaya dalam tersebut perlu diselaraskan pada koordinat lokal baut dengan memproyeksikan
terhadap kemiringan atap (20°):
Tabel 5.9 Gaya dalam yang telah diproyeksikan terhadap koordinat lokal sambungan
P Untuk Geser
P Untuk Tarik
14617.85841 5320.46535 Kgf
143401.191 52193.76508
N
28
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Sesuai perhitungan, kapasitas sambungan memenuhi persyaratan kekuatan untuk memikul
gaya dalam.
BAB VI
KESIMPULAN
Berikut ini proses desain struktur baja untuk bangunan industri:
i. Diketahui data dimensi bangunan yang diinginkan yaitu lebar 26 meter, panjang 36 meter (ada 7 kolom ke arah x dengan jarak antar kolom adalah 6 meter), tinggi kolom 10 meter, dan tinggi atap 4,8 meter. Seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar 6.1 Gambar Tiga Dimensi
29
36 m
10 m
26 m
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
Gambar 6.2 Gambar Tampak Sumbu Y-Z
ii. Diketahui juga data beban luar rencana dari gedung tersebut di antaranya:- Beban seng sebesar 10 kg/m2.- Beban hujan, berasal dari fungsi sudut atap (α). Beban Hujan = H = 40 – 0,8 α
(kg/m2)- Beban angin sebesar 25 kg/m2.- Beban gempa, tergantung dari struktur yang digunakan, jenis tanah, dan zonasi
gempa. Diketahui bangunan akan berdiri pada tanah sedang dan zona gempa 5.iii. Mengestimasi penampang baja yang akan digunakan untuk tiap elemen struktur.iv. Analisis Struktur tersebut dengan pemodelan SAP2000. Analisis ini dibagi ke dalam 2
bagian:- Cek Kekuatan, cek kekuatan ini terbagi dalam 2 tahap yaitu cek kekuatan sebelum
model dibebani beban gempa dan cek kekuatan setelah model dibebani beban gempa. Cek kekuatan meliputi cek overstress dan periode struktur.
- Cek Kenyamanan, dengan memeriksa apakah lendutan yang terjadi masih di bawah batas lendutan izin yang ditentukan oleh SNI.
v. Setelah melewati berkali-kali analisis dan redesign, maka didapatkan desain struktur yang optimum:
Tabel 6.1 Desain Struktur
No ElemenBerat Jenis Jumlah
Keterangan Lokasi Elemen
kg/m
1IWF
400x400x13x21 172 140 Kolom
2IWF
500x200x10x16
89.6 156 Frame atap89.6 194.0 Frame atap89.6 108 Penghubung antara frame
3 C 125x65x6x813.4 324 Purlin13.4 307.3 Bracing atap
30
4,8 m
10 m
26 m
SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011
vi. Jenis sambungan yang akan digunakan untuk struktur adalah A325 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 5.1 Spesifikasi Sambungan
Parameter NilaiFy Material (Mpa) 240Fu Material (Mpa) 400Jenis Baut A325Diameter Baut (mm) 12.7Luas Baut (mm2) 126.68Diameter Lubang (mm) 14.7Jarak Baut Dari Tepi (mm) 30Jarak Antar Baut (mm) 50Fu Baut (Mpa) 825Proof Stress (Mpa) 585
31