Laporan Struktur gerbang

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

LAPORAN PERHITUNGAN STRUKTUR GERBANG UTAMA UNIVERSITAS TEUKU UMAR KABUPATEN ACEH BARAT PROVINSI ACEH

OKTOBER 2014

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

1

PENDAHULUAN

Gerbang, merupakan bangunan portal beton yang menjadi pintu akses utama kompleks. Sistem struktur utama gerbang ini di rencanakan sebagai sistem rangka terbuka beton bertulang dan didesain sebagai rangka pemikul momen khusus beton. Analisis struktur menggunakan metode kekakuan frame tiga dimensi (analisis dinamik gempa). Sedangkan desain struktur menggunakan metode desain kekuatan batas. 2

UMUM

2.1

Satuan

Satuan yang digunakan dalam perhitungan adalah: Panjang Luas Gaya Momen Tegangan

: : : : :

mm, m mm2, m2 kg, ton , N, kN kgm, tonm, kNm, Nmm kg/cm2, N/mm2

2.2

Peraturan, Standar, Referensi dan Program Aplikasi Komputer

2.2.1

Peraturan dan Standar

Peraturan dan standar yang digunakan adalah : 1. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983. 2. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung (SNI - 1726 2002). 3. Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SK SNI 03 2847 - 2002) 4. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SK SNI 03 - 1729 - 2002) 2.2.2

Referensi

Referensi yang digunakan adalah : 1. American Society for Testing and Materials (ASTM) 2. American Concrete Institute (ACI 318-2002) 3. AISC LRFD’93 4. Foundation Analysis and Design, Joseph E. Bowles 2.2.3

Program Aplikasi Komputer

Program aplikasi komputer yang digunakan adalah : 1. SAP, untuk analisa struktur 3

MATERIAL

3.1 3.1.1

Beton Mutu beton

Mutu beton struktural (kolom, balok, pelat lantai, pelat tangga) pada umur 28 hari adalah beton dengan mutu K-225 f’c=18,6 N/mm2 (silinder).

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Modulus elastisitas beton, Ec Berat jenis beton c 3.1.2

= 4700 f' c = 2400 kg/m3

Tulangan beton

Baja tulangan yang dipakai adalah baja tulangan berulir sesuai SII 0136-BjTD 40 dengan tegangan leleh minimal fy=400 N/mm 2 dan baja tulangan polos sesuai SII 0136-BjTP 24 dengan tegangan leleh minimal fy=240 N/mm2. 3.1.3

Mutu Baja

Baja yang dipakai adalah baja profil BJ-37 dengan tegangan leleh fy=400 N/mm 2 dan tegangan putus fu = 370 N/mm2 . 3.2

Mutu Baut Dan Baut Angker

Baut penyambung yang digunakan adalah baut mutu tinggi sesuai ASTM A325, untuk baut angker sesuai dengan ASTM A307. 3.3

Mutu Las

Material las yang digunakan sesuai dengan E70XX dengan tegangan leleh ijin Fyw = 482.63 N/mm2. 4

PEMBEBANAN

4.1 4.1.1

Jenis-jenis Pembebanan Beban Mati (D)

Beban mati adalah berat sendiri struktur termasuk segala unsur tambahan yang dianggap merupakan satu kesatuan tetap dengannya. Penentuan besaran beban mati standar yang dapat dijadikan acuan perancangan adalah mengacu ke Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983, yaitu : Beban Atap (Dak Beton): Pelat (10cm) = 0.1m x 2400 kg/m3

= 240 kg/m2

Lantai Tipikal : Pelat (12cm) = 0.12 x 2400 kg/m3

= 288 kg/m2

Lain-lain : Dinding bata 4.1.2

=

250 kg/m2

Beban Hidup (L) Beban hidup tergantung dari fungsi ruangan :

Ruangan umun

=

250 kg/m2

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Beban hidup atap dak 4.1.3

=

100 kg/m2

Beban Angin (W)

Mengacu pada “ Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung 1983” , beban angin adalah: 1. Diambil tekanan angin 40 kg/m2 2. Untuk daerah dimana kecepatan angin dapat menaikkan tekanan angin, tekanan angin (p) harus ditentukan dengan memakai rumus dibawah: V2 p 16 dimana : V 4.1.4

=

kecepatan angin (m/det)

Beban Gempa (E)

Gaya gempa dihitung secara dinamik mengacu ke Standar Perencanan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung (SNI - 1726 - 2002).

Wilayah Gempa Indonesia Dengan Percepatan Puncak Batuan Dasar Dengan Perioda Ulang 500 Tahun Sedangkan untuk penentuan jenis tanah dasar, sesuai dengan SNI03 – 1726 – 2002 Pasal 4.6.3 ditentukan dengan menggunakan rumus : m

 ti



N

i 1

m

 ti / Ni i 1

Dimana : 

N

:

Nilai Hasil Test Penetrasi Standar Rata-rata

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

ti Ni

: Tebal Lapisan Ke i : Nilai Hasil Test Penetrasi Standar Lapisan Ke i

Tabel 4 SNI 03 – 1726 – 2002

Perhitungan Jenis Tanah Berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 Pasal 4.6.3 Berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 pasal 5.8.2, arah pembebanan utama dihitung sebesar 100% dan arah tegak lurus pembebanan utama, dihitung sebesar 30%.

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Input Data Ca, Dan Cv pada program SAP Faktor Skala dihitung dengan menggunakan formula : g.I R Dimana : g : I : : R : :

Percepatan gravitasi (9.81 m/det 2) Faktor Keutamaan (berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 Tabel 1) Diambil = 1 Faktor Reduksi Gempa Representatif ( berdasarkan Tabel 9) Diambil = 7.2 (Daktilitas Parsial)

Sehingga didapat faktor skala sebesar 1.3625

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Input Data Faktor Skala pada program ETABS 4.2 4.2.1

Kombinasi Pembebanan Struktur Beton

Kombinasi pembebanan untuk struktur beton (desain ultimit) berdasarkan Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SK SNI 03 - 2847 - 2002) pasal 11.2, adalah : 1. 1.4D (Statik) 2. 1.2D + 1.6L (Statik) 3. 1.2D + 1.0L ± 1.6WL (Statik) 4. 0.9D ± 1.6WL (Statik) 5. 1.2D + 1.0L ± 1.0Ex ± 1.0Ey ± 0.3Ez (Dinamik) 6. 0.9D ± 1.0Ex ± 1.0Ey ± 0.3 (Dinamik) dimana : D : Beban Mati L : Beban Hidup W : Beban Angin E : Beban Gempa

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

5

KRITERIA PERANCANGAN

5.1

Beton

Dalam perancangan struktur beton bertulang berdasarkan SK SNI 03 - 2847 - 2002, hal-hal yang akan diperhatikan adalah: 5.1.1

Selimut beton

Selimut beton diatur dalam pasal 9.7 (1) adalah sebagai berikut: Tebal Selimut Minimum (mm) Beton yang dicor langsung diatas tanah dan selalu berhubungan dengan tanah Beton yang berhubungan langsung dengan tanah atau cuaca :  Batang D-19 hingga D-56  Batang D-16, jaring kawat polos P-16 atau kawat ulir D16 dan yang lebih kecil Beton yang tidak langsung berhubungan dengan cuaca atau beton tidak langsung berhubungan dengan tanah :  Pelat dinding, pelat berusuk  Batang D-44 dan D-56  Batang D-36 dan yang lebih kecil

75 50 40

40 20

Balok, kolom  Tulangan utama, pengikat, sengkang, lilitan spiral

40

Komponen struktur cangkang, pelat lipat  Batang D-16, jaring kawat polos P-16 atau ulir D-16 dan yang lebih kecil

20

5.1.2

Faktor Reduksi Kekuatan

Faktor reduksi kekuatan diatur pada pasal 11.3(2), adalah sebagai berikut : Faktor Reduksi Lentur, tanpa beban aksial Aksial tarik dan aksial tarik + lentur Aksial tekan dan aksial tekan + lentur (Spiral) Aksial tekan dan aksial tekan + lentur (lainnya) Geser & Torsi 5.1.3

0.8 0.8 0.7 0.65 0.75

Lendutan Ijin

Lendutan maksimum yang diijinkan diatur dalam pasal 11.5 adalah sebagai berikut :

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

5.1.4

Perhitungan Kolom

Perencanaan penulangan kolom dilakukan dengan program SAP yang menggunakan referensi peraturan standar ACI 318-2002. Prinsip penulangan kolom yang digunakan berupa desain kapasitas (Capacity Design) dengan sistem penulangan bi-aksial bending. Prosedur perencanaan 1.

Buat diagram interaksi gaya aksial dan momen biaksial untuk setiap tipe penampang. 2. Rasio tulangan yang diijinkan terhadap penampang kolom ialah 1 % - 5% 3. Periksa kapasitas kolom untuk gaya aksial dan momen biaksial terfaktor untuk setiap kombinasi pembebanan Membuat Diagram Interaksi

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Diagram Interaksi Kolom 1. 2. 3. 4. 5.

Pmax = 0.80 Po ……… untuk kolom persegi Pmax = 0.85 Po ……… untuk kolom bulat Po = Ø min [ 0.85 *fc*(Ag-Ast) + Fy* Ast] Ø min = 0.75 .. untuk sengkang persegi Ø min = 0.7 .. untuk sengkang spiral

CONCRETE SECTION

(II) STRAIN DIAGRAM

(III)STRESS DIAGRAM

Diagram Hubungan Tegangan Regangan Beton

Periksa Kapasitas kolom 1. 2.

Tentukan Pu, Mux, dan Muy Tentukan faktor pembesaran momen kolom

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

sx dan sy = 1.0 jika P-Delta analisis disertakan Cm b  1 Pu 1 0.75Pc dimana :

Pc 

π 2 EI KL2 K = 1.00

EI 

0.4E c .Ig 1  βd 

El  atau

0.2E c I g  E s I se 1  βd

d = Beban mati aksial terfaktor maksimum/beban total aksial terfaktor maksimum

Cm  0.6  0.4

M1  0.4 M2

M1 dan M2 adalah momen ujung kolom

M 2  M1

Nilai M1/M2 positif jika arah M1 dan M2 berlawanan, dan negatif bila M1 dan M2 searah Periksa Kapasitas Kolom 1.

Periksa gaya dan momen terhadap diagram interaksi kolom : P = Pu Mx = bx.Muxb + sx. Muxs My = by.Muyb + sy. Muys

Dimana : Pu Muxb + Muyb Muxs + Muys bx, by, sx, sy 2. 3. 4.

: : : :

Gaya aksial terfaktor Momen terfaktor arah mayor dan minor akibat pembeban gravitasi Momen terfaktor arah mayor dan minor akibat gaya lateral Faktor perbesaran momen

Koordinat P, Mx, My diplotkan pada kurva diagram interaksi. Jika titik terletak didalam diagram maka kapasitas kolom mencukupi Jika titik terletak diluar diagram tersebut maka kolom mengalami tegangan lebih, kapasitas kurang

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Grafik geometris Perbandingan Kapasitas Kolom Penulangan geser kolom Penulangan geser kolom direncanakan untuk setiap kondisi pembebanan dalam arah mayor dan minor kolom, dengan prosedur: 1.

Tentukan Vu = Vp = Vd+1 =

gaya aksial (Pu) dan gaya geser (Vu) dari kolom Vp+ Vd + 1 Gaya geser akibat momen kapasitas pada kedua ujung balok Gaya geser pada balok akibat beban gravitasi

2.

Nilai Vp diambil yang maksimum antara Vp1 dan Vp2

Vp1 

M i  M j L

Vp2 

M i  M j L

dimana :

M i , M i = Momen kapasitas kolom negatif dan positif pada

ujung

I

M j , M j 3. 4.

= Momen kapasitas kolom negatif dan positif pada ujung J

Tentukan gaya geser yang dipikul beton (Vc) Jika kolom dibebani gaya aksial tekan :

  Pu  .A cv  3.5 f c' Vc  2.0 f c'  1   2000.A g   5.

 



 1

Pu  .A cv 500.A g 

Jika kolom dibebani gaya aksial tarik :

 Pu  Vc  2.0 f c'  1  .A cv  0  500.A g   6.

Untuk desain rangka pemikul momen khusus, Vc = 0 jika memenuhi kedua syarat ini: Pu (tekan) <

f c' .A g /20

Gaya geser akibat beban gempa (VE)

 0.5Vu

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

7.

Hitung luas tulangan geser perlu (Av) Untuk kolom persegi

 Vu 

Av  

   Vc  s f ys d Mu, bw, d, d’, h, fc’, fy, Es

Untuk kolom bulat

 Vu

2 Av   π 8.

Tidak

Fc’≥ maka 30 Bila syarat berikut tidak terpenuhi, penampang harus 1 = 0.85 diperbesar :

 Vu   5.1.5

   Vc  s f ys D '

'    Vc   8 f c A cv

Perhitungan Balok

MPa

Ya

1 = 0.85-0.008(Fc’ – 30)

Perencanaan balok portal memperhitungkan kuat lentur, geser dan torsi. Program SAP ini akan menghitung dan memberikanYa luas tulangan dan jumlah tulangan 1 ≤ 1 = 0.65 yang diperlukan balok akibat momen lentur dan gaya geser beserta nomor jenis kombinasi 0.65 beban yang menyebabkan keadaan ekstrim. Kebutuhan tulangan yang disediakan program Tidak adalah untuk 9 titik lokasi sepanjang bentang balok yang ditinjau yaitu pada ujung I, 1/8 bentang, ¼ bentang, 3/8 bentang, ½ bentang, 5/8 bentang, ¾ bentang, 7/8 bentang dan 0.85 1.Fc' 0.003 ujung j.

 max  0.75 b  0.75

. Fy 003  Fy Es demikian pula untuk gaya Semua balok hanya didesain pada arah momen lentur0.mayornya, geser dan torsinya. Penulangan Lentur

As1 =max.bw . d ; M = As Fy Mn = Langkah perencanaan penulangan 1 1 lentur mengikuti diagram alir sebagai berikut :

M2 = Mu - M1

Tulangan Ganda s & s’

Tidak

Ya

M2 ≤ 0

Tulangan Tunggal s & s’ = 0

min = 1.4/Fy

= min

Tidak

≥ min

Ya

≤ max

Tidak

Perbesar Penampang

Ya

As =  . bw . d As’ = ' . bw . d’

Ya

STOP

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Penulangan Geser Langkah Perencanaan : 1. 2. 3.

Menentukan Vu yaitu gaya geser terfaktor Menentukan Vc yaitu gaya geser yang dapat ditahan oleh beton Menentukan tulangan geser pada kondisi seimbang

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Cara perhitungan penulangan geser balok adalah sebagai berikut : 1.

Menentukan Vu Vu = Vp + Vd + 1 Dengan Vd = Vd+1 =

: gaya geser akibat momen kapasitas pada kedua ujung balok gaya geser pada balok akibat beban gravitasi

Nilai Vp diambil yang maksimum anatra Vp1 + dan Vp2

M j  M j Vp1  L dimana : M1¯ = Mj+ = M1+ = Mj¯ = 2.

Vp2 

M j  M j L

Momen kapasitas balok ujung tulangan atas (tarik) Vu, bw, d, h,I fc’, fys Momen kapasitas balok ujung J tulangan bawah (tarik) Momen kapasitas balok ujung I tulangan bawah (tarik) Momen kapasitas balok ujung J tulangan atas (tarik)

Tidak : Menentukan Vc, mengikuti diagram sebagai Fc’ ≤alir 25/3 MPa berikut Fc’ = 25/3 MPa

Vc =

Vmax = Vc +

STOP

Ya

Vu ≤ 0.5  Vc

Tdk Perlu Tulangan Geser

Tidak



Vc 1   Ya  Vu   Vc  bw.d   2 3  

Av 1 bw  s 3 Fys

Tidak

Perbesar Penampang

Tidak

Av Vu  Vc Ya 1      Vc  bw.d   Vu   .Vmax s  .Fys.d 3  

Tulangan Geser

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

untuk desain struktur rangka pemikul momen khusus Vc = 0 bila memenuhi 2 syarat ini: 1. 2.

Gaya aksial tekan terfaktor (termasuk akibat beban gempa) kurang dari fc’Ag/20 Gaya geser akibat beban gempa lebih dari atau sama dengan setengah dari gaya geser total yang terjadi disepanjang bentang balok.

Penulangan torsi Langkah perencanaan : 1. 2. 3.

Menentukan besarnya momen torsi terfaktor Menentukan besarnya luas tulangan sengkang untuk torsi Menentukan besarnya luas tulangan longitudinal torsi

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Cara perhitungan penulangan torsi balok mengikuti diagram alir sebagai berikut : Xo, Yo, X1, Y1, t, h, bw, d, Fys, Fy, Fc’, Vu, Tu - Hitung Vu, dan Tu sejarak d dari tumpuan - Untuk puntir kompatibilitas, ambil nilai Puntir sebesar :

Acp = Xo . Yo Pcp = 2(Xo + Yo) Ph = 2 (X1 + Y1) Aoh = X1 . Y1 Ao = 0.85 . Aoh Vc =

2

Tu  

Fc ' Acp 3 Pcp

Tu >

Ya

Tidak

Puntir Diabaikan

STOP

Penampang Solid: Perbesar Penampang

Tidak

Ya

A

A Yo

Y1

X1 Xo

 < 0.175

Ya

 = 0.175

Tidak Atmin =

At < Atmin Tidak

B

Ya

At = Atmin

A

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

B

Vn ≤ Vc Tidak

Ya

Av  0.0 s

Vs = Vn - Vc

Vs ≥

Ya

Penampang Diperbesar

Tidak

Ya Tidak

STOP

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

5.1.6

Perhitungan Pelat

Dalam merencanakan pelat beton bertulang, yang perlu dipertimbangkan bukan hanya pembebanan, tetapi juga tebal pelat. Langkah-langkah dalam merencanakan tebal pelat adalah sebagai berikut :

Menentukan bentang bersih pelat dalam arah x dan y ly Balok b1/h1

lxn

Balok b4/h4

Balok b3/h3

Balok b2/h2 lyn

lx

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Keterangan : ly = Bentang pelat yang terpanjang diujur antara as balok (mm) lx = Bentang pelat yang terpendek diukur antar as balok (mm) lyn = Bentang bersih pelat yang terpanjang (mm) = ly – ½ b3 – ½ b4 Ixn = Bantang bersih pelat yang terpendek (mm) = ix-½ b1 – ½ b2 Menentukan nilai  

=

Iyn/Ixn

Menaksir tebal pelat (h awal) dan menentukan Ix dan ly pelat Ix pelat Iy pelat

= =

(1/12).lx.h3 (mm4) (1/12).ly.h3 (mm4)

Menentukan nilai Ix, balok 1, Ix balok 2, Iy balok 3 dan Iy balok 4 Ix B1 Ix B2 Ix B3 Ix B4

= = = =

(1/12).b1.h13 (1/12).b2.h23 (1/12).b3.h33 (1/12).b4.h43

(mm4) (mm4) (mm4) (mm4)

Menentukan nilai  1 2 3 4 m

= = = = =

Ix B1/Ix pelat Ix B2/Ix pelat Ix B3/Iy pelat Ix B4/Iy pelat (i)/n = (1+2+3+4)/n

Menentukan tebal pelat yang dibutuhkan h(mm)

fy    I yn  0.8  1500   h   1  36  5    m  0.12 1        dengan : fy = Mutu tulangan pelat (MPa)

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Menentukan tebal pelat minimum (hmin) dan tebal pelat maksimum (hmax)

h min

f   I yn  0.8  y  1500    36  9β

h max

5.1.7

fy    I yn  0.8  1500    36 Reduksi Momen Inersia Penampang Akibat Penampang Retak

Berdasarkan SNI 03 – 1726 – 2002 pasal 5.5.1, dalam perencanaan struktur gedung terhadap pengaruh Gempa Rencana, pengaruh peretakan beton pada unsur-unsur struktur dari beton bertulang, beton pratekan dan baja komposit harus diperhitungkan terhadap kekakuannya. Untuk itu, momen inersia penampang unsur struktur dapat ditentukan sebesar momen inersia penampang utuh dikalikan dengan suatu persentase efektifitas penampang sebagai berikut :   

Untuk kolom dan balok rangka beton bertulang terbuka Untuk dinding geser beton bertulang kantilever

: :

75%

60%

Untuk dinding geser beton bertulang berangkai  Komponen dinding yang mengalami tarikan aksial  Komponen dinding yang mengalami tekanan aksial

: 50% : 80%

 Komponen balok perangkai dengan tulangan diagonal  Komponen balok perangkai dengan tulangan memanjang

5.1.8

: :

40% 20%

Pertemuan Balok Kolom

Panel pertemuan balok kolom portal harus diproporsikan sedemikian rupa sehingga memenuhi persyaratan kuat geser horisontal perlu dan kuat geser vertikal perlu yang

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

berkaitan dengan terjadinya momen kapasitas pada sendi plastis pada kedua ujung balok yang bertemu pada kolom tersebut. Tegangan Geser Kolom :

karena pertemuan dengan kolom luar maka Mkap,ki = 0. T = 0,7. Mkap,ka / zka Vj,h = T - Vkol Vj,v = d/hc .Vj,h Kontrol Tegangan Geser Horisontal Minimal

dimana : bj :

bb bc hc bc > bb

: : : : :

Lebar Efektif Pertemuan, yang ditentukan sebagai berikut: a. Bila bc > bb, maka diambil nilai terkecil antara bj = bc atau bj = bb + 0,5.hc b. Bila bb > bc, maka diambil nilai terkecil antara bj = bb atau bj = bc + 0,5.hc Lebar Balok Lebar Kolom Yang Sejajar Dengan Lebar Balok Lebar Kolom Yang Tegak Lurus Balok bj = bc bj = bb + 0.5 hc

Penulangan Geser Horisontal

Penulangan Geser Vertikal

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

Tulangan Kolom Terpasang > Aj,v

6 6.1

DESAIN BANGUNAN UTAMA Layout Bangunan

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

6.2 6.2.1

Pemodelan Bangunan Utama

Denah Pembalokan Lantai 2 Bangunan

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

7 7.1

DESAIN PONDASI Daya Dukung Tanah Dasar

Kapasitas ultimate dari sebuah pondasi telapak merupakan daya dukung tanah dikali luasan pondasi telapak dengan formula sebagai berikut : Daya Dukung pondasi : dimana : Qs qu As

: : :

Qs = qu . A

daya dukung telapak Daya Dukung tanah Luasan telapak

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur

GERBANG Laporan Perhitungan Struktur