Desain Gedung Beton Bertulang SPRMK Berdasarkan SNI Gempa 2012 dan SNI Beton Bertulang 2013 PDF

Preview

Summary

LAPORAN TUGAS DESAIN STRUKTUR LANJUT “DESAIN GEDUNG BETON BERTULANG BERTINGKAT SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN KHUSUS (SRPMK) BERDASARKAN SNI 2847:2013 DAN SNI 1726:2012” RIDHO AIDIL FITRAH, ST 1520922016 DOSEN : DR. RUDDY KURNIAWAN, ST.MT KK REKAYASA STRUKTUR-MAGISTER TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVE...

Description

LAPORAN TUGAS DESAIN STRUKTUR LANJUT “DESAIN GEDUNG BETON BERTULANG BERTINGKAT SISTEM RANGKA PEMIKUL MOMEN KHUSUS (SRPMK) BERDASARKAN SNI 2847:2013 DAN SNI 1726:2012”

RIDHO AIDIL FITRAH, ST 1520922016

DOSEN : DR. RUDDY KURNIAWAN, ST.MT

KK REKAYASA STRUKTUR-MAGISTER TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2016

SOAL : Anda adalah salah satu anggota tim struktur dari konsultan perencana yang ditunjuk oleh owner untuk mendesain sebuah gedung bertingkat 3 lantai untuk perpustakaan Fakultas Teknik-Universitas Andalas, kota Padang. Perencanaan layout mengikuti gambar di bawah ini. Struktur yang direncanakan adalah struktur dengan beton bertulang. Hasil penyelidikan tanah didapatkan bahwa tanah tersebut memiliki indeks plastisitas lebih dari 20 dan kadar air lebih dari 40 % sehingga dapat disimpulkan kondisi tanah adalah tanah lunak. Gedung tersebut akan didesain dengan sistem struktur ganda Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus dan Dinding Struktural. Desainlah elemen struktur (kolom dan balok) dengan mengikuti peraturan SNI 1726: 2012 dan SNI 2847 : 2013

Sketsa Bangunan

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1

Tinjuan Umum Laporan ini merupakan tugas mata kuliah desain struktur lanjut. Struktur

utama yang direncanakan menggunakan komponen beton bertulang. Dalam proses perencanaan struktur ini mempertimbangkan beberapa hal antara lain fungsi bangunan, stabilitas, kehandalan. Semua hal itu harus dipertimbangkan mengingat rencana lokasi bangunan dari tugas ini terletak pada daerah dengan tingkat kerawanan tinggi terhadap gempa. Dengan demikian, struktur harus direncanakan sedemikian rupa sehingga komponen struktur tetap aman ketika gempa terjadi. Dalam tugas ini hanya terbatas pada desain elemen balok, kolom, dan joint. Detail perencanaan struktur diperlihatkan dalam gambar perencanaan.

Gambar 1.1 Model Struktur Space Frame Bangunan

1.2

Informasi Gedung Secara umum, data-data yang berkenaan dengan perencanaan gedung ini

adalah sebagai berikut : Fungsi gedung

Gedung perpustakaan

Sistem struktur

Sistem struktur rangka beton pemikul momen khusus

1

Material Struktur : -

Balok

-

Beton bertulang fc’ : 25 MPa

-

Kolom

-

Beton bertulang fc’ : 25 MPa

-

Pelat Lantai

-

Beton bertulang fc’ : 25 MPa

Baja tulangan struktur

BJTD-40 (fy=400 MPa) dan BJTD 24 (fy = 240 MPa)

Dimensi Elemen Struktural -

Balok

300 mm x 500 mm

-

Kolom

500 mm x 600 mm

2

BAB II DASAR-DASAR PERENCANAAN 2.1

Standar Acuan Perencanaan Struktur Bangunan Beton Bertulang Perencanaan dan desain gedung pada tugas ini mengacu pada peraturan-

peraturan berikut : 1. Peraturan Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung SNI 032847-2013. 2. Tata Cara Perencanaan Tahan Gempa Untuk Bangunan Gedung SNI 03-17262012. 3. Beban Minimum Untuk Perancangan Bangunan Gedung SNI 1727-2013.

2.2

Kombinasi Pembebanan Berdsarkan SNI 1727-2013, beban-beban yang bekerja dan diperhitungkan

dalam desain struktur bangunan ini terdiri dari : 1. Beban mati (DL) yang berasal dari berat sendiri struktur yaiitu berat balok, kolom dan pelat lantai dengan mengasumsikan berat volume beton bertulang yaitu 2400 kg/m3. 2. Berat mati tambahan (SDL) yang terdiri dari beban tambahan yang bersifat permanen pada struktur yang terdiri dari : -

Beban spesi

= 2000 kg/m3

-

Beban keramik

= 24 kg/m3

-

Beban Plafond

= 10 kg/m2

-

Beban MEP

= 20 kg/m2

-

Beban Dinding

= 200 kg/m2

3. Beban hidup (LL) yang diasumsikan sebesar 250 kg/m2 dan beban hujan dengan asumsi genangan setebal 5 cm di lantai dak sebesar 100 kg/m2. Beban-beban tersebut diperhitungkan dalam bentuk kombinasi pembebana seperti yang disyaratkan dalam SNI Gempa 03-1726-2012 dan SNI Beton 032847-2013 yaitu :

3

1. 1.4 DL 2. 1.2 DL +1.6 LL 3. (1.2+0.2 SDS)DL+LL ± ρ (1.0 QEX) ± ρ (0.3 QEY) 4. (1.2+0.2 SDS)DL+LL ± ρ (0.3 QEX) ± ρ (1.0 QEY) 5. (0.9-0.2 SDS)DL ± ρ (1.0 QEX) ± ρ (0.3 QEY) 6. (0.9-0.2 SDS)DL ± ρ (0.3 QEX) ± ρ (1.0 QEY)

Dimana :

2.3

DL

= Beban mati

LL

= Beban hidup

QEX

= Beban gempa arah X

QEY

= Beban gempa arah Y

ρ

= Faktor redundansi

SDS

= Percepatan permukaan tanah maksimum

Faktor Reduksi Kekuatan Kekuatan

desain

yang

disediakan

oleh

suatu

komponen

struktur,

sambungannya dengan komponen struktur yang lain, dan penampangnya, sehubungan dengan lentur, beban normal, geser, dan torsi, harus diambil sebesar keuatan nominal dihitung sesuai dengan persyaratan dan asumsi dari standar ini, yang dikalikan dengan faktor reduksi kekuatan Ø dalam 9.3.2, 9.3.4 dan 9.3.5 : a. Untuk penampang kendali tarik

Ø = 0.9

b. Untuk penampang kendali tekan - Komponen struktur dengan tulangan spiral

Ø = 0.75

- Komponen struktur bertulang lainnya

Ø = 0.65

c. Geser dan Torsi

2.4

Ø = 0.75

Perencanaan Elemen Struktur Lentur (Balok)

4

2.4.1

Kuat Perlu dan Kuat Desain Lentur Semua asumsi yang digunakan dalam perencanaan lentur (desain balok)

mengacu pada SNI Beton Pasal 10, yang mencakup desain komponen struktur lentur dan aksial. Secara umum, desain elemen struktur lentur harus memenuhi persyaratan : ØMn ≥ Mu

(2.1)

Dimana : Mn

= Kuat lentur nominal balok

Ø

= Faktor reduksi kekuatan (0,9 untuk kendali tarik)

Mu

= Momen akibat beban luar terfaktor Momen nominal pada persamaan (2.1) dihitung dengan persamaan : 𝒂

Mn = As.fy.(d- ) 𝟐

(2.2)

Dimana : As

= Luas tulangan tarik atau tekan terpasang

fy

= Kuat leleh baja tulangan

d

= Tinggi efektif penampang balok

a

= Tinggi blok tegangan tekan yang disederhanakan

Gambar 2.1 Konsep perhitungan momen nominal balok

2.4.2

Kuat Perlu dan Kuat Desain Geser Perencanaan kuat geser balok secara umum mengacu pada SNI Beton Pasal

11 yang mensyaratkan bahwa desain geser balok harus memenuhi syarat : ØVn ≥ Vu

(2.3)

5

Dimana : Vn

= Kuat geser nominal balok

Ø

= Faktor reduksi kekuatan geser balok (0.75)

Vu

= Gaya geser luar akibat beban luar terfaktor Nilai Vn pada persamaan 2.3 merupakan total dari kuat geser beton Vc dan

kuat geser yang berasal dari baja tulangan Vs. Nilai Vc dan Vs ditentukan berdasarkan persamaan (11-3) dan persamaan (11-15) SNI Beton, yaitu : 𝟏

𝑽𝒄 = 𝟔 𝒇𝒄′. 𝒃𝒘. 𝒅 𝑽𝒔 =

𝑨𝒔.𝒇𝒚.𝒅 𝒔

(2.4) (2.5)

Dimana : fc’

= Kuat tekan beton

bw

= Lebar balok

d

= Tinggi efektif balok

Av

= Luas penampang tulangan geser

fy

= Kuat leleh baja

s

= Spasi antar tulangan geser

2.4.3

Kaidah Standar Perencanaan Balok Kaidah standar perencanaan elemen balok terdiri dari persyaratan geometri,

persyaratan tulangan lentur dan tulangan transversal (tulangan geser). Kaidah standar perencanaan elemen struktur lentur sistem struktur SRPMK mengacu pada SNI Beton pasal 21.5.1 yaitu : 1. Persyaratan Geometri a. Bentang bersih komponen struktur lentur tidak boleh kurang dari empat kali tinggi efektifnya. b. Perbandingan lebar terhadap tinggi komponen struktur lentur tidak boleh kurang dari 0.3 c. Lebar penampang haruslah : i. ≥ 25 mm

6

ii. ≤ lebar kolom ditambah jarak pada setiap sisi kolom yang tidak melebihi tiga per empat tinggi komponen struktur lentur. 2. Persyaratan Tulangan Longitudinal Beberapa persyaratan tulangan lentur yang perlu diperhatikan pada perencanaan komponen struktur lentur SRPMK, di antaranya adalah : a. Masing-masing luas tulangan atas dan bawah harus lebih besar dari luas tulangan minimum yang disyaratkan yaitu (0.25bwd√fc’)/fy atau (1.4bwd)/fy. Rasio tulangan lentur maksimum (ρmaksimum) juga dibatasi sebesar 0.025. Selain itu, pada penampang harus terpasang secara menerus minimum dua batang tulangan atas dan dua batang tulangan bawah. b. Kuat lentur positif balok pada muka kolom harus lebih besar atau sama dengan setengah kuat lenutr negatifnya. Kuat lentur negative dan positif pada setiap penampang di sepanjang bentang tidak boleh kurang dari seperempat kuat lentur terbesar pada bentang tersebut. 3. Persyaratan Tulangan Transversal (Tulangan Geser) Tulangan transversal pada komponen lentur dibutuhkan terutama unntuk menahan

geser,

mengekang

daerah

inti

penampang

beton

dan

menyediakan tahanan lateral bagi setiap batang tulangan lentur dimana tegangan leleh terbentuk. Hal yang terjadi pada saat gempa kuat terjadi adalah terkelupasnya selimut beton (spalling) pada daerah sekitarnya., maka semua tulangan transversal pada elemen SRPMK harus berbentuk sengkang

tertutup.

Beberapa

persyaratan

harus

dipenuhi

untuk

pemasangan tulangan sengkang tertutup di antaranya : a. Sengkang tertutup harus dipasang : I. Pada daerah

hingga dua kali tinggi balok diukur dari muka

tumpuan. II.

Di sepanjang daerah dua kali tinggi balok pada kedua sisi dari suatu penampang yang berpotensi terbentuk sendi plastis.

7

b. Sengkang tertutp pertama harus dipasang tidak lebih dari 50 mm dari muka tumpuan. Spasi sengkang tertutup tidak boleh melebihi : I. d/4 II. enam kali diameter terkecil tulangan memanjang III. 150 mm

2.5

Perencanaan Elemen Struktur Tekan (Kolom)

2.5.1

Kuat Perlu dan Kuat Desain Kolom Semua asumsi dan tata cara perencanaan kuat tekan kolom secara umum

mengacu pada SNI Beton pasal 10 yang mensyaratkan bahwa desain tekan kolom harus memenuhi syarat : ØPn ≥ Pu

(2.6)

Dimana : Pn

= Kuat aksial nominal balok

Ø

= Faktor reduksi kekuatan geser kolom (0.75 untuk kekangan spiral dan 0.6 untuk kekangan selain spiral)

Pu

= Gaya geser luar akibat beban luar terfaktor

Pada kondisi nyata, hampir tidak ada kolom yang mengalami pembebanan aksial murni (tidak ada momen). Hal ini disebabkan oleh sifat imperfection (ketidak sempurnaan) dan akibat eksentritas gaya aksial yang bekerja pada kolom. Sehingga dalam perencanaan kolom perlu memperhatikan efek dari momen luar. Perencanaan kolom dengan pengaruh momen harus mempertimbangkan interaksi antara momen dan lentur, salah satu cara yang mudah adalah dengan membuatkan diagram interaksi aksial lentur kolom seperti pada gambar di bawah ini :

8

Gambar 2.2 Diagram Interaksi Aksial Lentur Kolom

2.5.2

Desain Tulangan Geser SNI Beton pasal 21.6.5.1 mensyaratkan bahawa gaya geser desain, Ve, harus

ditentukan sedemikian rupa dari peninjauan terhadap gaya-gaya maksimum yang dapat dihasilkan di muka-muka pertemuan (joint) di setiap ujung komponen struktur. Gaya-gaya joint ini harus ditentukan menggunakan kekuatan momen maksimum yang mungkin, Mpr, di setiap ujung komponen struktur yang berhubungan dengan rentang dari beban aksial terfaktor, Pu, yang bekerja pada komponen struktur. Geser komponen struktur tidak perlu melebihi yang ditentukan dari kekuatan joint berdasarkan pada Mpr komponen struktur transversal yang merangka ke dalam joint. Dalam semua kasus Ve tidak boleh kurang dari geser terfaktor yang ditentukann oleh analisis struktur. Dalam perencanaan geser, kuat geser beton diabaikan jika kedua syarat ini terpenuhi : 1. Gaya geser ditimbulkan gempa yang dihitung sesuai dengan 21.6.5.1, mewakili setengah atau lebih dari kekuatan geser perlu maksimum dalam lo; 2. Gaya tekan aksial terfaktor, Pu, termasuk pengaruh gempa kurang dari Ag.fc’/10.

2.5.3

Kaidah Standar Perencanaan Kolom

9

Kaidah standar perencanaan kolom SRPMK mengacu pada SNI Beton pasal 21.6 yaitu : 1. Persyaratan Geometri (Pasal 21.6.1) a. Gaya aksial terfaktor yang bekerja pada kolom harus melebihi Ag.fc’/10. b. Sisi terpendek kolom tidak boleh kurang dari 300 mm. c. Rasio dimensi penampang tidak kurang dari 0.4 2. Kuat Lentur Minimum Kolom (Pasal 21.6.2) Kuat lentur minimum kolom harus memenuhi persamaan berikut: 𝑴𝒏𝒄 ≥ 𝟏. 𝟐

𝑴𝒏𝒃

(2.7)

Dimana : ∑Mnc = Jumlah kekuatan lentur nominal kolom yang merangka ke dalam joint, yang dievaluasi di muka-muka joint. Kekuatan lentur kolom harus dihitung untuk gaya aksial terfaktor, konsisten dengan arah gaya-gaya lateral yang ditinjau, yang menghasilkan kekuatan lentur terendah. ∑Mnb = Jumlah kekuatan lentur nominal balok yang merangka ke dalam joint, yang dievaluasi di muka-muka joint.

3. Persyaratan Tulangan Lentur (Pasal 21.6.3) a. Rasio tulangan lentur terpasang tidak boleh kurang dari 0.01 tetapi tidak boleh lebih dari 0.06. b. Sambungan lewatan hanya boleh dipasang di tengah tinggi kolom dan harus diikat dengan tulangan confinement dengan spasi tulangan yang ditetapkan pada pasal 21.6.4.3.

2.6

Perencanaan Join Hubungan balok-kolom (join) merupakan elemen struktur yang paling penting

dalam suatu sistem struktur rangka pemikul momen. Akibat gaya lateral yang bekerja pada struktur, momen lentur ujung pada balok-balok yang merangka pada join yang

10

sama akan memutar join pada arah yang sama. Hal ini akan menimbulkan gaya geser yang besar pada hubungan balok-kolom. Perencanaan join, hubungan balok kolom sistem struktur rangka pemikul momen khusus (SRPMK) mengacu pada SNI Beton pasal 21.7.

Gambar 2.3 Join Balok-Kolom

11

BAB III ANALISIS STRUKTUR 3.1

Perhitungan Beban Gempa pada Struktur

A.

Tentukan Kategori Resiko Bangunan Gedung Berdasarkan soal, fungsi dari bangunan gedung yang didesain adalah

perpustakaan. Menurut Tabel 1 SNI 1726: 2012 perpustakaan merupakan fasilitas pendidikan dengan kategori resiko IV.

B.

Tentukan Faktor Keutamaan Gempa (Ie) Menurut Tabel 2 SNI 1726 :2012 gedung dengan kategori resiko IV memiliki

faktor keutamaan gempa (Ie) adalah 1,50.

C.

Tentukan Parameter Percepatan Tanah (Ss dan S1)

Parameter percepatan tanah terbagi atas dua bagian yaitu percepatan tanah dengan perioda pendek T = 0,2 detik (Ss) dan percepatan tanah dengan perioda T = 1 detik (S1).Penentuan nilai Ss dan S1 dapat ditentukan dengan cara melihat peta seismik pada Gambar 9 SNI 1726:2012.

12

Gambar 3.1 Peta untuk Percepatan Tanah Perioda Pendek T= 0.2 detik (Ss)

Gambar 3.2 Peta untuk Percepatan Tanah Perioda T= 1 detik (S1)

Gedung perpustakaan yang akan didesain berlokasi di kota Padang yang memiliki intensitas gempa yang tinggi di Indonesia. Kondisi tanah pada gedung tersebut adalah tanah lunak (soft clay). Berdasarkan peta tersebut didapatkan nilai Ss = 1.38 g dan S1 = 0.6 g. D.

Tentukan Klasifikasi Situs (SA-SF) Berdasarkan lokasi, jenis tanah ditentukan sebagai tanah lunak. Berdasarkan

Tabel 3 SNI 1726 : 2012, klasifikasi tanah lunak berada pada klasifikasi situs SE.

13

E.

Tentukan Faktor Koefisien Situs (Fa, Fv) Tabel 4 menunjukkan faktor koefisien situs yang dapat ditentukan

berdasarkan kelas situs dan parameter percepatan tanah. Faktor koefisien situs terbagi menjadi dua bagian yaitu faktor amplifikasi getaran perioda pendek (Fa) dan factor amplifikasi getaran perioda 1 detik (Fv).

Nilai Ss yang didapatkan sebelumnya adalah 1.38g dan nilai S1 adalah 0.6g. Berdasarkan nilai tersebut maka faktor koefisien situs untuk klasifikasi situs SE adalah Fa = 0.9 dan Fv = 2.4.

F.

Hitung Parameter Percepatan Desain (SDS dan SD1) Tahapan pertama perhitungan nilai SDS dan SD1 adalah menghitung nilai

parameter spektra respons percepatan perioda pendek (SMS) dan perioda 1 detik (SM1).

14

Berdasarkan persamaan 5 dan 6 pada pasal 6.2 perhitungan nilai tersebut adalah sebagai berikut : SMS

= Fa x Ss = 0.9 x 1.38g = 1.242g

SM1

= Fv x S1 = 2.4 x 0.6g = 1.44g

Persamaan 7 dan 8 pada pasal 6.3 menunjukkan perhitungan nilai SDS dan SD1 sebagai berikut : SDS

= 2/3 x SMS = 2/3 x 1.242g = 0.83g

SD1

= 2/3 x SM1 = 2/3 x 1.44g = 0.96 g

G.

Menggambar Respons Spektra Desain Bentuk dasar respons spektra desain seperti pada Gambar 1 SNI 1726:2012,

adalah sebagai berikut :

Gambar 3.3 Respon Spektra Percepatan Gempa Desain

15

dimana : T0

𝑆𝐷1 0.96 = 0.2 = 0.2 x 0.83 𝑆𝐷𝑠

Ts

=

𝑆𝐷1 𝑆𝐷𝑠

=

0.96 0.83

= 0.23 detik

= 1.153 detik 𝑇

Untuk ( 0≤T< T0) ;

Sa = SDS 𝑥 (0.4 + 0.6 𝑇0)

Untuk (T0 - Ts)

;

Sa = SDS

Untuk (T>Ts)

;

Sa =

𝑆𝐷1 𝑇

Percepatan spektral pada saat T= 0, menurut persamaan di atas adalah 0.4 (SDS). Nilai ini merupakan nilai perkiraan percepatan puncak batuan dasar desain. Antara periode T0 hingga Ts, nilai percepatan spectral konstan pada nilai SDS. Ordinat hasil perhitungan periode, T (s) dan percepatan spectral, Sa (g) seoerti terlihat pada Tabel 1. Gambar 3.4 memperlihatkan grafik hasil plotting ordinat spektral desain pada diagram kartesius. Tabel 1 Percepatan Spektral

16

Gambar 3.4 Respon Spektra Percepatan Gempa Desain Kota Padang Tanah Lunak

Percepatan tersebut akan diinputkan pada program ETABS untuk menghitung respons struktur yang akan terjadi dan gaya dalam yang akan digunakan untuk desain struktur beton bertulang.

3.2

Permodelan Struktur Beban-beban yang dihitung diinputkan ke software analisis struktur untuk

diperoleh respon struktur. Setelah semua properties mekanik gedung dimodelkan maka dilakukan analisis struktur untuk memeperoleh gaya dalam. Gambar 3.X memperlihatkan diagram momen gedung akibat kombinasi pembebanan. Permodelan 3 dimensi gedung perpustakaan adalah sebagi berikut :

Gambar 3.5 Permodelan 3 Dimensi Gedung Perpustakaan

17

Gambar 3.6 Diagram Momen Gedung Perpustakaan Akibat Kombinasi Pembebanan

Gambar 3.7 Diagram Gaya Geser Gedung Perpustakaan Akibat Kombinasi Pembebanan

Gambar 3.8 Diagram Gaya Aksial Gedung Perpustakaan Akibat Kombinasi Pembebanan

18

3.3

Rekapitulasi Gaya Dalam

19

BAB IV PERENCANAAN ELEMEN STRUKTUR ATAS 4.1

Perencanaan Balok Balok yang akan didisain adalah balok tepi arah Y dengan data-data desain

sebagai berikut : Lebar balok

: 300 mm (berdasarkan hasil Preliminary)

...