Oleh :

MUHAMMAD AMITABH PATTISIA (3109 106 045)

Dosen Pembimbing:

BUDI SUSWANTO, ST.,MT.,PhD.

Ir. R SOEWARDOJO, M.Sc

PROGRAM SARJANA LINTAS JALUR JURUSAN TEKNIK SIPIL

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2012

Latar Belakang Suatu bangunan baja gedung terdiri dari beberapa elemen yaitu balok dan

kolom. Suatu elemen struktur kolom biasanya harus memikul beban aksial (tarik atau

tekan) dan momen lentur secara bersama-sama maka elemen tersebut dapatdikatakan balok kolom (beam-column).

Dalam konstruksi bangunan baja suatu elemen struktur pada suatu bangunangedung harus mempunyai syarat-syarat perencanaan yang harus dipenuhi.

Secara umum dalam penelitian ini akan direncanakan sebuah bangunangedung yang typical dengan dimensi bangunan 20 m x 30 m ( jarak bentang 5m) dan 5 lantai dengan tinggi bangunan 20 m (tinggi tiap lantai 4m).

Tugas Akhir ini akan difokuskan untuk mempelajari perilaku struktur bajakhususnya elemen kolom yang mengalami beban aksial dan lentur secarabersamaan karena dalam perencanaan struktur elemen kolom, terjadinyamomen akan lebih besar karena adanya faktor pembesaran momen.

Perumusan MasalahAdapun permasalahan yang ingin dibahas yaitu

Bagaimana menganalisa struktur kolom baja dengan menggunakan program SAP 2000 versi 14?

Bagaimana menganalisa struktur kolom baja yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan (beam­column) dengan menggunakan rumus empiris dengan menghitung momen akibat pembesaran momen?

Bagaimana mengetahui perilaku struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan seperti regangan, tegangan dan defleksi yang terjadi dengan mengunakan software Abaqus 6.7?

Bagaimana mengetahui kekuatan penampang yang terjadi pada struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan dengan mengunakan software Xtract 2.6.2?

Tujuan PenelitianAdapun tujuan khusus penelitian yang ingin dicapai yaitu

Dapat menganalisa struktur kolom baja dengan menggunakan program SAP 2000 versi 14.

Dapat menganalisa struktur kolom baja yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan (beam­column) dengan menggunakan rumus empiris dengan menghitung momen akibat pembesaran momen.

Dapat mengetahui perilaku struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan seperti regangan, tegangan dan defleksi yang terjadi dengan mengunakan software Abaqus 6.7.

Dapat mengetahui kekuatan penampang yang terjadi pada struktur kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan dengan mengunakan software Xtract 2.6.2.

Batasan Masalah PenelitianPermasalahan dalam penelitian ini sebenarnya cukup banyak yang harus

diperhatikan, namum mengingat akan keterbatasan waktu, penelitian ini mengambil batasan:

1. Hanya mempelajari perilaku kolom yang menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan

2. Tidak meninjau dari segi analisa biaya, arsitektural dan manajemen konstruksi

3. Tidak membahas struktur bagian bawah 4. Tidak membahas metode pelaksanaan di lapangan5. Analisa struktur memakai alat bantu software seperti SAP 2000 versi 14, Xtract

2.6.2 dan Abaqus 6.7.

ManfaatManfaat yang bisa didapatkan dari penelitian ini adalah Untuk dunia konstruksi

1. Sebagai bahan masukan bagi dunia konstruksi khususnya elemenstruktur kolom yang menerima beban aksial dan momen lentur secarabersamaan.

2. Sebagai bahan pertimbangan bahwa struktur kolom tidak hanyadidesain terhadap gaya aksial tetapi lentur juga harus diperhitungkan.

Untuk penulis1. Dapat memberikan pengetahuan khususnya ketika suatu elemen

struktur kolom menerima beban aksial dan lentur secara bersamaan2. Dapat mengetahui dalam perencanaan hal-hal yang harus diperhatikan

dalam merencanakan suatu struktur tidak hanya menghitungkekuatannya saja tetapi kestabilan suatu bangunan juga harusdipertimbangkan.

FLOWCHART METODE STUDI

Gambar 1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir

Preliminary dan Pembebanan (PPIUG 1987, SNI 03-1729-2002)

Mulai

Studi Literatur

YES

Rumus Empiris Analisa penampang

Rumus Empiris Analisa Defleksi

Analisa Struktur (SAP 2000 v.14)

Kontrol penampang (SNI 03-1729-2002)

NO

AA

Visualisasi Hasil (Gambar)

Selesai

Analisa Defleksi Struktur Kolom

(Abaqus 6.7)

Analisa Penampang Struktur Kolom(Xtract 2.6.2)

AA

Preliminary Elemen Struktur

Gambar 2 tampak atas bangunan

Gambar3 Gambar tampak melintang dan memanjang bangunan

+24,00

+32,00

+28,00

+36,00

+40,00

+20,00

+12,00

+16,00

+8,00

+4,00

+0,00-

+40,00

+32,00

+36,00

+28,00

+24,00

-+0,00

+4,00

+8,00

+16,00

+12,00

+20,00

PERMODELAN PORTAL Pada Tugas Akhir ini akan dihitung dan dianalisa

satu permodelan portal.

Gambar 4 Permodelan 2D Portal yang akan dianalisa

1

2

3

1

2

3

Kolom KC1 sebelah kiriTitik 1 (Node 2243)Titik 2 (Node 1248)Titik 3 (Node 31)

Kolom KC2 sebelah kananTitik 1 (Node 1548)Titik 2 (Node 1248)Titik 3 (Node 31)

Analisa Struktur Pada tahap ini dilakukan

pemodelan dan analisa linierstruktur dengan mengunakanprogram bantu SAP 2000 v.14berdasarkan preeliminary danpembebanan yang telahdirencanakan.

Gambar 5 Pemodelan bangunan denganmenggunakan SAP 2000 v.14

Pembebanan KOMBINASI PEMBEBANANKombinasi Pembebanan yang dipakai berdasarkan SNI 1729 2002

yaitu : COMBO 1 : 1.4 D COMBO 2 : 1.2 D + 1.6 L COMBO 3 : 1.2 D + 0.5 L + 1.3 W COMBO 4 : 1.0 D + 1.0 L ± 1.0 E COMBO 5 : 0.9 D ± 1.0 E

Keterangan : D = Beban MatiL = Beban HidupW = Beban AnginE = Beban Gempa

PembebananStruktur BajaPelat AtapBeban mati = 319,1 kg/m2

Beban Hidup = 91,107 kg/m2

Pelat lantai 1-9Beban mati = 350,1 kg/m2

Beban dinding = 250 kg/m2

Beban hidup = 172,966 kg/m2

Dimensi Struktur UtamaBalok Induk Melintang Dimensi balok induk lantai 1-4 = WF 600x200x12x20 Dimensi balok induk lantai 5-7 = WF 600x200x11x17 Dimensi balok induk lantai 8-10 = WF 450x200x8x12

Balok Induk Memanjang Dimensi balok induk lantai 1-4 = WF 600x200x10x15 Dimensi balok induk lantai 5-7 = WF 500x200x9x14 Dimensi balok induk lantai 8-10 = WF 400x200x8x13

Kolom King Cross Dimensi kolom lantai 1-4 = KC 800x300x14x26 Dimensi kolom lantai 5-7 = KC 588x300x12x20 Dimensi kolom lantai 8-10 = KC 600x200x11x17

Kolom King Cross 800x300x14x26 Direncanakan Kolom King cross dengan

K800x300x14x26A = 534,8 cm2 r = 28 mmW = 419,8 kg/m Ix = 303700 cm4

H = 800 mm Iy = 315027 cm4

B = 300 mm iy = 23,83 cmix = 24,27 cm Zx = 9203,39 cm3

t1 = 14 mm Zy = 9385,306 cm3

t2 = 26 mm BJ 41

Gambar 6 Letak Kolom King Cross

BALOK WF 600x200x12x20L = 5m

BALOK WF 600x200x10x15L = 5m

KOLOM K 800x300x14x26L = 4m

Bagian dasar kolom diasumsikan jepit, sehingga nilai GB = 1.

Jenis rangka tidak berpengaku (unbraced frame), sehingga dari nomogram didapatkan nilai Kcx = 1,86 dan nilai Kcy = 1,9. Kcy yang menentukan.

Karena kategori , 0,25 < < 1,2

,

Maka nilai sama dengan

dengan nilai Pu sebesarMaka nilai sama dengan

Dari hasil diatas masuk kategori rumus interaksi 1

Struktur Bergoyang

Untuk nilai Ncrsx dan Ncrsy didapat hasil seperti berikut:

Bagian dasar kolom dianggap jepit sehingga nilai GB= 1

Menghitung Mu arah x

Dipakai nilai

Menghitung Mu arah y

Dipakai nilai

Kontrol tekuk Lokal Untuk Sayap

penampang kompak Untuk Badan

penampang kompak

Kontrol Lateral Buckling Jarak penahan lateral

Karena maka termasuk bentang pendek. Maka nilai Mnx dan Mny adalah sebagai berikut:

Kontrol Kombinasi Momen dan Lentur

SAMBUNGAN Profil balok induk menggunakan WF 600.200.12.20 dan

kolom dengan profil King Cross 800.300.14.26. Sambungan akan didesain dengan metode rigid connection. Sambungan akan direncanakan seperti balok konsol dengan panjang 564 mm.Mutu baja yang digunakan BJ41 dengan fy = 250 Mpa dan fu = 410 Mpa.

Gambar 7 Detail sambungan balok anak dengan balokInduk

WF 250X175X7X11

L 60X60X6

∅ 16 mm

Tulangan negatif φ 10-250

25.00

WF 600x200x12x20

9.00

4.00

8.00

4.00

Tulangan negatif φ 10-250

9.00

WF 600x200x12x20

WF 250X175X7X11

4.00

8.00

4.00

L 60X60X6

∅ 16 mm

Gambar 8 Sambungan Balok dengan Kolom

∅ 22 ∅ 28

L.100x100x10

∅ 22

∅ 32

WF.600x200x12x20KC

800x

300x

14x2

6 ∅ 28

∅ 32

∅ 28

POTONGANWF.600x200x12x20

T.600x300x14x23

L.100x100x10

∅ 28

Gambar 9 Sambungan Kolom dengan Kolom yang sama dimensi

∅ 32

∅ 32

Pelat 12mm

Pelat 12mm

∅ 32

KC.800x300x14x26

KC.800x300x14x26

12∅ 32 20∅ 32

Pelat 12mm

Pelat 12mm AA

Gambar 10 Sambungan Kolom dengan Kolom yang beda dimensi

KC.588x300x12x20

∅ 28 ∅ 28

Pelat 80mm

Pelat 13mm

AA

Pelat 12mm

∅ 28 Pelat 12mm

∅ 28

Pelat 12mm

∅ 28

∅ 28

Pelat 12mmPelat 12mm

∅ 28 Pelat 12mm

Pelat 106mm ∅ 28

KC.800x300x14x26

KC.588x300x12x20

Hasil Penampang pada Xtract 2.6.2Profil WF 600x200x12x20

Dari hasil Analysis Reportdapat dilihat bahwa :Kuat momen nominal (Mn) = Maka,

Dari hasil diatas ternyata hasilnya hampir sama dengan perhitugan manual yaitu sebesar

Profil King CrossDari hasil gambar diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 3323 KN saat Mmax = 2292 KNm. Beban tekan maksimum = 1,304x104 KN dan beban tarik maksimum = 1,304x104 KNDari hasil manual diperoleh hasil bahwa Pmax adalah 3323 KN saat Mmax = 2300,885 KNm. Beban tekan maksimum = 1,300x104 KN dan beban tarik maksimum = 1,304x104 KN

HASIL ANALISA PORTAL DENGAN PROGRAM ABAQUS V 6.7Tegangan yang terjadi terhadap struktur portal

Warna pada struktur portal menunjukkan teganganyang terjadi pada elemen tersebut. Semakin warnamerah maka menunjukkan bahwa tegangan yang terjadi semakin besar.

Untuk membandingkan penampang kolom yang diberi beban asli dan beban setelah dilakukan tambahan beban yang menjadi tolak ukur untuk menentukan efektifitas dan pengaruh terhadap struktur portal dan penampang king cross itu sendiri adalah deformasi, tegangan dan regangan yang terjadi.

Gambar 11 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban asli

Gambar 12 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban gempa tambahan 25 ton

Gambar 13 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban gempa tambahan 35 ton

Gambar 14 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban gempa tambahan 45 ton

Gambar 15 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban gempa tambahan 55 ton

Gambar 16 Hasil Abaqus 6.7 akibat beban gempa tambahan 65 ton

Warna pada struktur portal menunjukkan tegangan yang terjadi pada elemen tersebut. Semakin warna merah maka menunjukkan bahwa deformasi, regangan dan tegangan yang terjadi semakin besar. Dari hasil Gambar 8.12, 8.13, 8.14, 8.15, 8.16 dan 8.17 akan ditinjau untuk tiap titik pada suatu elemen dapat dilihat pada Gambar 8.18.

Gambar 8.17 Titik yang akan ditinjau pada analisa Abaqus 6.7

1

2

3

1

2

3

Displacement Untuk tinjauan kolom pada KC1 pada titik 1 pada node

2243, dimana nilai displacement maksimum terletak pada arah Z atau U3 karena yang dominan beban disebabkan oleh beban lateral. Untuk displacement arah Magnitude hasil ini diperoleh dari resultan dari 3 gaya yaitu arah X, Y dan Z. Dari hasil Tabel 8.3 dapat dilihat bahwa semakin ditambahkan bebannya, displacement yang terjadi menjadi lebih besar dari beban awal yang digunakan. Tetapi untuk arah Y semakin ditambahkan bebannya maka hasilnya semakin kecil dan hasilnya yang tadinya negatif akan menjadi positif. Hal ini terjadi pada node 1348 dengan beban 55 ton.

Gambar 19 Displacement pada kolom node 2243

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60 70

Magnitude

Arah X

Arah Y

Arah Z

Kolom Node 2243De

fleks

i (m

m)

Beban (Ton)

Regangan Regangan pada kolom KC2 pada titik 1 pada node 2243,

didapatkan hasil bahwa semakin besar beban lateral yang diberikan maka regangan yang terjadi cenderung meningkat pada arah E11, E33, E12, E13 dan E23 sedangkan pada arah E22 cenderung menurun. Dari semua regangan tidak ada yang melebihi regangan maksimumnya sebesar ε = fy / E = 250/200000 = 0,00125.

Gambar 20 regangan pada kolom KC2 pada node 2243

-0.0012

-0.001

-0.0008

-0.0006

-0.0004

-0.0002

0

0.0002

0.0004

0.0006

0 10 20 30 40 50 60 70

E.E11

E.E22

E.E33

E.E12

E.E13

E.E23

Kolom Node 2243

Reg

anga

n

Beban (Ton)

Tegangan Tegangan pada kolom KC2 pada titik 1 pada node 2243,

didapatkan hasil bahwa semakin besar beban lateral yang diberikan maka regangan yang terjadi cenderung meningkat pada arah S11, S22, S33, S12, S13 dan S23. Dari semua tegangan tidak ada yang melebihi fy berarti pada titik 1 atau node 2243 tidak terjadi kelelehan karena tegangan maksimum yang terjadi yaitu sebesar -226,871 Mpa pada tegangan arah sumbu Z atau E33 dengan beban 65 ton.

Gambar 21 tegangan pada kolom KC2 node 2243

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 10 20 30 40 50 60 70 S.S11

S.S22

S.S33

S.S12

S.S13

S.S23

Kolom Node 2243Te

gang

an(M

Pa)

Beban (Ton)

Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan pada struktur

bangunan gedung, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: Dari hasil perhitungan dan analisis SAP 2000 v14 yang telah

dilakukan pada struktur bangunan gedung, perencanaan dimensi profil pada balok anak, balok induk dan kolom King cross sudah memenuhi kriteria ketentuan kekuatan profil terhadap beban yang diterima oleh struktur seperti kontrol tekuk lokal, tekuk lateral, persamaan interaksi, lendutan dan geser.

Dari hasil perhitungan kolom pada KC 800x300x14x26 dengan menambahkan pembesaran momen sudah memenuhi kriteria kekuatan seperti kontrol tekuk lokal, tekuk lateral dan masuk terhadap kontrol kombinasi tekan dan lentur masuk kriteria yaitu 0,96438 lebih kecil dari 1,0. Sedangkan pada kolom KC 588x300x12x20 untuk kontrol kombinasi tekan dan lentur masuk kriteria yaitu 0,6759 lebih kecil dari 1,0.

Dari hasil analisa perilaku menggunakan software Abaqus 6.7 kolommengalami displacement maksimum pada arah Z (U3) sebesar 2,3129 mm yang ditinjau di atas penampang kolom di titik 1 (Node 1558) dengan beban lateral awal yaitu 23,124 ton (15,294 N/mm2). Displacement tersebut akan semakinmeningkat saat beban lateral yang diberikan juga bertambah. Untuk nilaitegangan yang terjadi pada kolom akibat pemberian beban lateral yang semakin bertambah didapatkan hasil tegangan maksimum berada di titik 1 (Node 1558) dengan beban sebesar 65 ton mengalami tegangan sebesar 262,635 Mpa pada arah Z (S33). Hasil ini menunjukkan bahwa pada titik tersebut sudah mengalami kelelehan sebab fy bernilai 250 Mpa. Untuk nilai regangan didapatkan pada kolom KC2 yang mengalami regangan maksimum pada arah Z (E33) sebesar 0,0013355. Hasil ini menunjukkan sudah melebihi regangan maksimum sebesar 0,00125.

Dari hasil perhitungan manual dan menggunakan program Xctract 2.6.2 dapat disimpulkan bahwa pada penampang balok momen nominal perhitunganmanual pada balok WF 600x200x12x20 lebih kecil dari perhitungan Xtract2.6.2 selisihnya sebesar 4,25 %, sedangkan pada penampang kolom KC 800x300x14x26 nilai momen nominal hasil perhitungan sedikit lebih besardibandingkan hasil Xtract selisihnya sebesar 0,386% dan untuk kuat tekanperhitungan manual lebih kecil dibandingkan hasil analisa Xtract selisihnyasebesar 0,262%, sedangkan untuk tarik nominal pada perhitungan manual sama dengan perhitungan dengan Xtract.

Saran Perlu ditambahkan stiffner pada sambungan balok

kolom karena jika tidak ditambahkan akan menyebabkan beam column joint mengalami sendi plastis. Diusahakan terjadi sendi plastis terletak pada muka balok.

Perlu ditambahkan yield stress dan plastic strainhingga mencapai kondisi putusnya yaitu sebesar fupada saat memasukkan material pada plasticity. Jika tidak ditambahkan perilaku pada strukturnya jika diberi beban tambahan akan linier.

Perlu pembelajaran program ABAQUS secara advance untuk melakukan percobaan bahan dengan teknologicomputer.