ANALISIS STRUKTUR GEDUNG BERTINGKAT RENDAH DENGAN SOFTWARE ETABS V.9.6.0

Transkripsi

1 ANALISIS STRUKTUR GEDUNG BERTINGKAT RENDAH DENGAN SOFTWARE ETABS V Muhammad Haykal, S.T. Akan Ahli Struktur Halaman 1

2 Table Of Contents 1.1 DATA STRUKTUR METODE ANALISIS PERATURAN DAN STANDAR SPESIFIKASI MATERIAL PEMODELAN STRUKTUR DENGAN ETABS GRID STRUKTUR INPUT DATA BALOK DAN KOLOM PELAT LANTAI DAN PELAT ATAP PEMBEBANAN BEBAN GRAVITASI BEBAN GEMPA METODE ANALISIS STRUKTUR TERHADAP GEMPA METODE STATIK EKUIVALEN METODE ANALISIS RESPON SPECTRUM KOMBINASI PEMBEBANAN ANALISIS KINERJA BATAS LAYAN (ΔS) KINERJA BATAS ULTIMIT (ΔM) PARAMETER PERENCANAAN KONS. BETON PENULANGAN KOLOM DAN BALOK DAFTAR REFERENSI TENTANG PENULIS 28 Halaman 2

3 ANALISIS STRUKTUR GEDUNG DENGAN SOFTWARE ETABS V DATA STRUKTUR 1. Fungsi bangunan : Gedung Pertokoan 2. Struktur : Struktur beton bertulang dengan balok kolom 3 dimensi 3. Elevasi : 3 lantai + 1 lantai atap 4. Tebal pelat beton : 12 cm & 10 cm 5. Dimensi Kolom : 50x50 cm, 25x25 cm, dan 15x15 cm 6. Dimensi balok : 40X60 cm, 20x40 cm, dan 20x30 cm 1.2. METODE ANALISIS Analisis struktur portal utama : metode kekakuan tiga dimensi dengan bantuan program ETABS V PERATURAN DAN STANDAR 1. Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung (SNI ) 2. Pedoman perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung (PPIUG-1983) 3. Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung (SNI ) 4. American Concrete Institute Building Code (ACI ) 1.4 SPESIFIKASI MATERIAL 1. Mutu Baja : fy = 400 MPa (BJTD 40), untuk Ø > 10 mm; fy = 240 MPa (BJTP 24), untuk Ø < 10 mm. 2. Mutu Beton Pelat, Balok, Kolom : K-300 (fc =25 MPa) Untuk semua elemen struktur kolom, balok dan pelat digunakan beton dengan kuat tekan beton yang disyaratkan, fc = 25 Mpa (Setara dengan mutu beton K-300). Modulus elastisitas beton, Ec = ^0.5 = MPa Halaman 3

4 Gambar 1 Input Material Struktur 5.1 PEMODELAN STRUKTUR DENGAN ETABS GRID STRUKTUR Gambar 2 Grid Rencana Etabs Halaman 4

5 Gambar 3 Elevasi Rencana (Etabs) Gambar 4 Denah Lantai 1 Halaman 5

6 Gambar 5 Denah Lantai 2 Gambar 6 Denah Lantai 3 Halaman 6

7 Gambar 7 Denah Lantai Atap Gambar 8 Elevation View Arah Y Gambar 9 Elevation View Arah X Halaman 7

8 1.5.2 Input data balok dan kolom Dimensi balok yang diinput dalam ETABS ada beberapa macam dan diberi kode sesuai dengan dimensinya. Untuk balok menggunakan balok 40x60cm, 20x40cm, dan 20x30cm. sedangkan untuk kolom menggunakan kolom persegi dengan ukuran 50x50cm (Lantai dasar 1, dan 2), 25x25cm (lantai 3) dan 15x15cm (kolom praktis). Gambar 10 Input data dimensi balok dan kolom Gambar 11 Contoh input data balok 40x60cm Halaman 8

9 Gambar 12 Contoh input kolom 50x50cm Pelat lantai dan pelat atap Untuk pelat lantai menggunakan tebal 12 cm dan untuk pelat atap menggunakan tebal 10 cm. Masing-masing diberi notasi Pelat 120 dan Pelat 100. Pelat dimodelkan sebagai membrane. Gambar 13 Input data dan dimensi pelat Gambar 14 Contoh input pelat lantai tebal 12 cm Halaman 9

10 1.6 PEMBEBANAN Beban Gravitasi a. Beban mati (DL) berat sendiri komponen struktur sudah dihitung secara otomatis oleh ETABS berdasarkan input data dimensi dan karakteristik material yang direncanakan. Beban mati tambahan untuk lantai 1-3 (plat lantai pertokoan) : Berat finishing lantai (Spesi) 5cm x 21 kg/m 2 = 105 kg/m 2 Keramik = 24 kg/m 2 Berat instalasi ME = 25 kg/m 2 Berat langit-langit + penggantung = 18 kg/m 2 + = 172 kg/m 2 Beban mati tambahan untuk lantai 4 dan 5 (plat atap beton) : Berat finishing lantai (Spesi) 5cm x 21 kg/m 2 = 105 kg/m 2 Berat instalasi ME = 25 kg/m 2 Berat langit-langit + penggantung = 18 kg/m 2 + Lantai 4 = 148 kg/m 2 Lantai 5 = 21 kg/m 2 Beban mati pada balok untuk tinggi antar lantai 3 m : Berat dinding bata (1/2 bata) = 250 kg/m 2 Tinggi balok tepi = 0,4 m Beban merata = (3-0,4) x 250 = 650 kg/m Beban mati pada balok untuk tinggi antar lantai 4 m : Berat dinding bata (1/2 bata) = 250 kg/m 2 Tinggi balok tepi = 0,6 m Beban merata = (4-0,6) x 250 = 850 kg/m a. Beban hidup (LL) Lantai 1-3 (plat lantai pertokoan) = 250 kg/m 2 Lantai 4 (plat atap beton) = 100 kg/m 2 Halaman 10

11 Lantai 5 (plat atap beton) = 250 kg/m 2 b. Beban lift Berat sendiri mesin lift P1 = 800 kg Kapasitas penumpang maksimal 10 orang P2 = 800 kg + Beban akibat gaya reaksi lift P = 1600 kg c. Beban atap Beban akibat gaya reaksi untuk dudukan kuda-kuda P1 = 1406,54 kg P 2 = 1406,54 kg Gambar 15 Static load case definition Gambar 16 Input beban mati pada pelat lantai Halaman 11

12 Gambar 17 Input beban mati pada pelat atap Gambar 18 Input beban hidup pada pelat lantai Gambar 19 Input beban hidup pada pelat atap Halaman 12

13 Gambar 20 Input beban mati (pasangan bata) pada balok arah x Gambar 21 Input beban mati (pasangan bata) pada balok arah y Beban Gempa Adapun parameter-parameter pembebanan gempa yang akan digunakan dalam analisis struktur adalah sebagai berikut: 1. Wilayah gempa : 5 2. Jenis tanah : Tanah keras 3. Analisis yg digunakan : Analisis statik ekivalen Analisis dinamik menggunakan spectrum response 4. Faktor reduksi daktilitas struktur (R) : 8,5 Halaman 13

14 Gambar 22 Input data massa KETERANGAN: Berdasarkan PPIUG 1983, untuk gedung perpustakaan menggunakan faktor reduksi beban hidup sebesar 0,80. Gambar 23 Input diafragma pada masing-masing lantai Gambar 24 Diafragma pada masing-masing lantai Halaman 14

15 1.7 METODE ANALISIS STRUKTUR TERHADAP GEMPA Metode Statik Ekivalen Gaya geser dasar nominal pada struktur akibat gempa menurut SNI , dihitung dengan rumus sebagai berikut : I V C1 Wt R Waktu getar alami dapat diperoleh dari hasil Modal Analysis dengan ETABS untuk Mode 1 yang memungkinkan struktur berperilaku elasto plastis. Gambar 25 Mode 1 (arah x) dengan T= Untuk menghindari penggunaan struktur yang terlalu fleksibel, maka perlu dilakukan kontrol terhadap waktu getar yang diperoleh. Syarat yang harus dipenuhi : T <.n (lihat SNI ), dengan n = jumlah tingkat = 3. Untuk Wilayah gempa 5, maka nilai = Maka batas maksimum waktu getar = 0,16 x 3 = 0,48 sec. Untuk Mode 1 dengan T = 0,4239 sec < 0,48 sec (OK), jadi fleksibilitas struktur memenuhi ketentuan SNI Catatan: Pembatasan nilai T untuk bangunan bertingkat rendah akan menghasilkan bangunan yg sangat kaku. Halaman 15

16 Tabel 1 Distribusi gaya geser horizontal akibat gempa Lantai zi (m) Wi (kg) wi.zi Fix,y (kg) Lantai 5(plat atap lift) , , , Lantai 4 (plat atap) , , , Lantai , , ,03826 Lantai , , ,69721 Lantai , , , , ,86 Lantai Pusat kekakuan Tabel 2 Eksentrisitas rencana arah x Pusat massa e b (arah y) 1.5e b e-0.05b ed x-kr (m) Lantai Pusat kekakuan Pusat massa Tabel 3 Eksentrisitas rencana arah y e b (arah x) 1.5e b e-0.05b ed y-kr (m) Halaman 16

17 Gambar 26 Input beban gempa statik arah x Gambar 27 Input beban gempa statik arah y Metode Analisis Response Spectrum Besar beban gempa ditentukan oleh percepatan gempa rencana dan massa total struktur. Massa total struktur terdiri dari berat sendiri elemen struktur, beban mati dan beban hidup yang dikalikan faktor reduksi 0,8. Percepatan gempa diambil dari data zone 5 peta wilayah gempa (lihat SNI ). Halaman 17

18 Gambar 28 Input data kurva spectrum gempa rencana Nilai spectrum response tersebut harus dikalikan dengan suatu faktor skala (FS) yang besarnya = g x I/R dengan g = percepatan gravitasi (g = 9,81 m/det2). FS = 9,81 x 1/8,5 = (I = faktor keutamaan gedung, R = faktor reduksi). Analisis dinamik dilakukan dengan metode superposisi spectrum response dengan mengambil response maksimum dari 4 arah gempa yaitu 0, 45, 90, dan 135. Nilai redaman untuk struktur beton diambil, Damping = 0,05. Gambar 29 Input data response spectrum gempa (SPEXY & SPEXX) Halaman 18

19 1.8 KOMBINASI PEMBEBANAN Gambar 30 Input kombinasi beban Gambar 31 Contoh input kombinasi beban (COMB10) Untuk kombinasi pembebanan gempa dengan metode statik ekivalen, menurut SNI harus dilakukan dengan meninjau secara bersamaan 100% gempa arah x (ex) dan 30% gempa arah y (ey), dan sebaliknya. Dengan demikian kombinasi pembebanan untuk gempa statik ekivalen menjadi sebagai berikut : U = 1,4 DL U = 1,2 DL + 1,6 LL U = 0,9 DL + 0,3. 1,0 EQx + 1,0 EQy U = 0,9 DL - 0,3. 1,0 EQx + 1,0 EQy U = 0,9 DL + 0,3. 1,0 EQx - 1,0 EQy Halaman 19

20 U = 0,9 DL - 0,3. 1,0 EQx - 1,0 EQy U = 0,9 DL + 1,0 EQx + 0,3. 1,0 EQy U = 0,9 DL - 1,0 EQx + 0,3. 1,0 EQy U = 0,9 DL + 1,0 EQx - 0,3. 1,0 EQy U = 0,9 DL - 1,0 EQx - 0,3. 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL + 0,3. 1,0 EQx + 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL - 0,3. 1,0 EQx + 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL + 0,3. 1,0 EQx - 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL - 0,3. 1,0 EQx - 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL + 1,0 EQx + 0,3. 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL - 1,0 EQx + 0,3. 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL + 1,0 EQx - 0,3. 1,0 EQy U = 1,2 DL + 1,0 LL - 1,0 EQx - 0,3. 1,0 EQy Untuk kombinasi pembebanan gempa dinamik dengan response spectrum, kombinasi pembebanannya sebagai berikut: U = 1,2 DL + 1,0 LL + 1,0 SPECX + 0,3. 1,0 SPECY U = 1,2 DL + 1,0 LL + 0,3. 1,0 SPECX + 1,0 SPECY U = 0,9 DL + 1,0 SPECX + 0,3. 1,0 SPECY U = 0,9 DL + 0,3. 1,0 SPECX + 1,0 SPECY 1.9 ANALISIS Kinerja Batas Layan (ΔS) Δsx = 5,3 4,77 = 0,53 mm Δsy = 5,74 3,81 = 1,93 mm Besar simpangan antar tingkat Δs tidak boleh melebihi : Δs = 0,03.hi atau < 30 mm R Untuk lantai (h = 4000 mm) Δs = 0, ,5 = 14,12 mm < 30 mm Untuk lantai (h = 3000 mm) Δs = 0, ,5 = 10,59 mm < 30 mm Perhitungan kinerja batas layan (Δs) dapat dilihat pada table berikut : Halaman 20

21 Tabel 4 Kinerja Batas Layan Akibat Gempa Arah X Lantai hi (m) Δs(mm) drift Δs antar tingkat (mm) Syarat drift Δs (mm) Keterangan story OK story OK story OK story OK Lantai hi (m) Δs(mm) drift Δs antar tingkat (mm) Syarat drift Δs (mm) Keterangan story OK story OK story OK story OK Kinerja Batas Ultimit (Δm) Δm = 0,7. R. Δs = 0,7. 8,5. 1,52 = 9,044 mm Batas Δm tidak boleh melebihi : Δm = 0,02. hi = 0, = 80 mm Δm = 0,02. hi = 0, = 60 mm Tabel 5 Kinerja Batas Layan akibat gempa arah Y Perhitungan kinerja batas ultimit (Δm) dapat dilihat pada table berikut : Tabel 6 Analisa Δm akibat gempa arah X Lantai hi (m) Δs(mm) drift ΔM antar tingkat (mm) Syarat drift ΔM (mm) Keterangan story OK story OK story OK story OK Halaman 21

22 Tabel 7 Analisa Δm akibat gempa arah Y Lantai hi (m) Δs(mm) drift ΔM antar tingkat (mm) Syarat drift ΔM (mm) Keterangan story OK story OK story OK story OK Parameter perencanaan konstruksi beton Sebelum dilakukan analisis struktur, perlu dilakukan penyesuaian parameter perencanaan konstruksi beton menurut American Concrete Institute (ACI ) terhadap SNI Penyesuaian dilakukan dengan mengubah ketentuan (Options) untuk perencanaan Konstruksi beton (Concrete frame Design). Gambar 32 Faktor reduksi kekuatan yang disesuaikan dengan SNI Gambar 33 Momen Arah X Akibat Gempa Statik Ekuivalen Halaman 22

23 Gambar 34 Momen arah x akibat gempa Response Spectrum Gambar 35 Gaya geser arah x akibat gempa statik ekivalen Halaman 23

24 Gambar 36 Gaya geser arah x akibat gempa Response Spectrum Dari kedua metode analisis dapat disimpul bahwa hasilnya tidak jauh berbeda. Penggunaan beban gempa statik ekivalen hanya untuk struktur gedung yang beraturan, sedangkan beban gempa dinamik bisa untuk struktur gedung beraturan maupun struktur gedung tidak beraturan Penulangan kolom dan balok Hasil perhitungan penulangan kolom dan balok dengan kombinasi pembebanan yang telah ditetapkan dapat dilihat pada gambar dibawah berikut. Tampak bahwa tidak satupun elemen kolom atau balok yang mengalamai over strength (O/S) yang ditandai dengan warna merah pada elemennya. Dengan demikian secara keseluruhan struktur aman terhadap berbagai macam kombinasi beban yang telah ditetapkan. Sebagai contoh cara menetapkan jumlah tulangan kolom berdasarkan hasil desain penulangan adalah sebagai berikut: Luas tulangan longitudinal kolom yang dibutuhkan = 51,613 mm Misal digunakan tulangan deform D22, maka luas 1 tulangan = /4 x 2,2 2 = 3,801 cm 2 Jumlah tulangan yang dibutuhkan = 51,613/3,801 = 13,58 buah Maka digunakan tulangan 14 D 22 Luas tulangan geser kolom arah sumbu kuat = arah sumbu lemah = cm 2 Misal digunakan tulangan P 10, maka luas sengkang 2 P = 2 x /4 x 1,0 2 = 1,571 cm 2. Jarak sengkang yang dibutuhkan = 1,571 /0,087 = 18,06 cm. Maka digunakan sengkang 2 P (Cek syarat di SNI) Halaman 24

25 Gambar 37 Tulangan Longitudinal Gambar 38 Tulangan geser Halaman 25

26 Gambar 39 Concrete Design Information Halaman 26

27 1.10 DAFTAR REFERENSI Ilham, M. N, Analisis Struktur Gedung Bertingkat dengan Software ETABS Rastandi, J. I (2006), Dampak Pembatasan Waktu Getar Alami pada Gedung Bertingkat Rendah, Seminar HAKI. SNI , Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. SNI , Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung. PPIUG 1983, Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung. Halaman 27

28 1.12 TENTANG PENULIS Muhammad Haykal adalah alumni Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Papanya seorang petani dan Mamanya adalah seorang pedagang. (Atas nama bangsa Indonesia, Yogyakarta, 22 Februari 2014) Anda diperbolehkan untuk mengirimkan lewat pos dan dan memberikan buku elektronik ini kepada siapa saja yang Anda inginkan, selama Anda tidak mengubah, atau mengedit isinya dan format digitalnya. Sebenarnya, kami akan sangat senang bila Anda membuat duplikat buku elektronik ini sebanyak-banyaknya. Tetapi bagaimanapun, hak untuk membuat buku dalam bentuk cetak atas naskah ini untuk dijual adalah tindakan yang tidak dibenarkan. Kiranya buku ini masih jauh dari kesempurnaan. oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun sangat kami harapkan. Halaman 28