BAB IV PEMODELAN STRUKTUR

Transkripsi

1 BAB IV PEMODELAN STRUKTUR Pada bagian ini akan dilakukan proses pemodelan struktur bangunan balok kolom dan flat slab dengan menggunakan acuan Peraturan SNI dan dengan menggunakan bantuan software ETABS versi PERENCANAAN TEBAL PELAT Untuk dapat menghasilkan sistem struktur yang baik maka bangunan yang didisain harus memenuhi ketentuan yang berlaku pada Peraturan SNI Berikut ini adalah beberapa ketentuan yang dapat dipergunakan untuk dapat menentukan dimensi tebal pelat pada sistem struktur balok kolom dan flat slab. Tabel 4. 1 Tebal Minimum Pelat tanpa balok interior Kekuatan leleh Tanpa drop panel Dengan drop panel fy (Mpa) Panel eksterior Panel eksterior Panel interior Tanpa Balok tepi Dengan Balok tepi Tanpa Balok tepi Dengan Balok tepi Panel interior 275 l n /33 l n /36 l n /36 l n /36 l n /40 l n / l n /30 l n /33 l n /33 l n /33 l n /36 l n / l n /28 l n /31 l n /31 l n /31 l n /34 l n /34 Keterangan : - Tebal pelat tanpa drop panel tidak boleh kurang dari Tebal pelat dengan drop panel tidak boleh kurang dari 100 -l n = Jarak bersih antar dua kolom yang berdekatan. Maka untuk menentukan tebal pelat sistem struktur flat slab dengan fy = 400 MPa, sistem struktur tanpa drop panel, digunakan tebal minimum sebesar l n /30. IV-1

2 Pada tugas akhir ini digunakan spesifikasi material sebagai berikut : Beton : E c = 25742, 96 MPa beton = 2400 Kg/m 3 fy = 400 MPa f c = 30 MPa Baja : BJ-41 (f y = 250 MPa, f u =410 MPa). 4.2 PERENCANAAN BALOK T Berdasarkan peraturan SNI , disain elemen balok T harus sesuai dengan ketentuan pada bab 10.10, yaitu : 1). Pada konstruksi balok T, bagian sayap dan badan balok harus dibuat menyatu (monolit) atau harus dilekatkan secara efektif sehingga menjadi satu kesatuan 2). Lebar pelat efektif sebagai bagian dari sayap balok T tidak boleh melebihi ¼ bentang balok, dan lebar efektif sayap dari masing-masing sisi badan balok tidak boleh melebihi : a. 8 kali t pelat, dan b. ½ jarak bersih antar balok- balok yang bersebelahan 3). Untuk balok yang mempunyai pelat hanya pada satu sisi, lebar efektif sayap dari sisi badan tidak boleh melebihi dari: a. 1/12 dari bentang balok, b. 6 kali t pelat, dan c. ½ jarak bersih antar balok-balok yang bersebelahan 4). Balok T tunggal, di mana bentuk T nya diperlukan untuk menambah luas daerah tekan, harus mempunyai ketebalan sayap tidak kurang dari ½ lebar badan balok, dan lebar efektif sayap tidak lebih dari 4 kali lebar badan balok 5). Bila tulangan lentur utama pelat, yang merupakan bagian dari sayap balok T (terkecuali untuk konstruksi pelat rusuk), dipasang sejajar dengan balok, maka harus disediakan penulangan di sisi atas pelat yang dipasang tegak lurus terhadap balok berdasarkan ketentuan berikut : a. Tulangan transversal tersebut harus direncanakan untuk memikul beban terfaktor selebar efektif pelat yang dianggap berprilaku sebagai kantilever. Untuk balok T tunggal, seluruh lebar dari sayap yang membentang harus IV-2

3 diperhitungkan. Untuk balok T lainnya, hanya bagian pelat selebar efektifnya saja yang perlu diperhitungkan. b. Tulangan transversal harus dipasang dengan spasi tidak melebihi 5 kali tebal pelat dan juga tidak melebihi 500. b efektif h tpelat d b w Gambar 4. 1 Penampang balok T 4.3 PERENCANAAN AWAL SISTEM STRUKTUR BALOK KOLOM DAN FLAT SLAB DENGAN DINDING GESER Berdasarkan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung SK SNI , sistem struktur yang akan dianalisis adalah Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) dengan dinding geser. Komponen struktur ini didesain untuk memikul gaya akibat beban gempa dan memikul momen (Lentur). Material yang digunakan di dalam portal tersebut adalah beton dengan kekuatan tekan 30 MPa dan tulangan dengan kapasitas tarik 410 MPa (BJ 41). IV-3

4 Gambar 4. 2 Denah struktur dengan dinding geser (Core Wall) Untuk menganalisis pengaruh gaya gempa pada struktur, pembebanan struktur dilakukan terhadap beban mati, beban mati tambahan (SDL), dan beban gempa sebagaimana dijelaskan di bawah ini: - Beban Mati (D) Beban mati merupakan beban dari seluruh bagian dari struktur yang bersifat tetap. dengan berat beton sebesar 2.4 KN/m 3. Beban hidup yang diperhitungkan adalah berat sendiri dari masing-masing elemen, seperti pelat, balok, kolom, dan dinding geser. Pelat dirancang setebal 150 dan dinding geser direncanakan setebal Beban Mati tambahan (SIDL) Beban mati tambahan (Super Imposed Dead Load) merupakan berat mati yang berasal dari elemen-elemen non struktural yang ditambahkan kepada struktur. Contoh dari beban SIDL yang digunakan pada perencanaan bangunan kali ini adalah beban peralatan mekanikal dan elektrikal sebesar 0.5 KN/m 2, beban penutup lantai keramik 0.24 KN/m 2 per cm tebal, beban mortar lantai 0.21 KN/m 2 per cm tebal, Plafond dan penggantung 0.18 KN/m 2, beban dinding setengah bata 2.5 KN/m 2. - Beban Hidup (L) Beban hidup atau live load merupakan beban-beban yang tidak bekerja pada bangunan selama bangunan itu berdiri melainkan beban yang berasal dari IV-4

5 penghuni atau barang-barang furniture tergantung dari fungsi bangunan. Menurut Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung SKBI , beban hidup pada bangunan apartemen untuk lantai) 250 Kg/m 2 dan untuk lantai atap sebesar 100 Kg/m 2. - Beban Gempa (E) Beban lateral yang dianggap dominan adalah beban gempa. Beban gempa desain yang digunakan adalah sebagai berikut (Uniform Building Code,UBC 1997). Spektrum gempa rencana yang digunakan adalah zona 3 dengan Z = 0.3 g dengan perencanaan struktur daktail penuh. Cv. I V W (4. 1) R. T yang tidak melebihi dari : 2.5xCa x I V W (4. 2) R tetapi juga tidak kurang dari V x Ca x I x W (4.3) C (g) DISAIN RESPONS SPECTRA ZONA GEMPA 3, TANAH LUNAK (UBC 1997) 2.5 CA =0.83 C v/t = 0.45/T C A = T (Detik) Gambar 4. 3 Kurva desain respons spectra zona gempa 3 tanah lunak Total gaya geser dasar yang dihasilkan didistribusikan berdasarkan ketinggian dari struktur yang memenuhi persamaan di bawah ini : IV-5

6 n V F t F (4.4) i 1 i Konsentrasi gaya di puncak ditentukan oleh persamaan di bawah ini : F t = 0.07 T. V (4.5) Nilai Ft tidak melebihi 0.25V dan dianggap nol apabila T kurang dari 0.7 detik. Sisa dari gaya geser dasar setelah dikurangi F t didistribusikan pada setiap lantai dengan menggunakan persamaan di bawah ini : V Ft w F x = x n w ihi i 1 h x (4.6) Sedangkan berdasarkan Peraturan IBC 2003, gaya geser dasar disain adalah V = C s.w (4.7) Keterangan : W = berat efektif struktur (berar gedung + beban mati lainnya yang mungkin terjadi ketika gempa bumi terjadi), dan C s = koefisien respons gempa Nilai gaya geser dasar disain harus lebih besar dari S DS I E W Gaya geser per lantai diberikan oleh rumus : F PX n Fi i x w b px (4.8) w i i x Keterangan : F PX = Gaya geser yang diaplikasikan pada diafragma lantai ke-i F i = Gaya yang didapatkan dari persamaan ASCE 7-02 (IBC 2003) pada lantai ke-i w PX = Berat efektif struktur pada lantai x w i = Berat efektif struktur pada lantai ke-i IV-6

7 Tabel 4. 2 Pembebanan Struktur Jenis beban Besar beban Satuan Keterangan Beban Mati 24 Kg/m3 Beton Bertulang Beban hidup atap 1 KN/m2 Beban hidup lantai 2.5 KN/m2 Beban mati tambahan (SIDL) a. Beban ME 0.5 KN/m2 b. Beban penutup lantai dari beton 0.24 x2 = 0.48 KN/m2 ketebalan 2 cm c. Beban mortar lantai 0.21 x 3 = 0.63 KN/m2 ketebalan 3 cm c. Plafond dan penggantung 0.18 KN/m2 d. Beban dinding 1/2 bata 2.5x4= 10 KN/m 2.5x3 = 7.5 KN/m SDL lantai KN/m 2 SDL lantai KN/m 2 Kombinasi pembebanan rencana pada struktur sesuai dengan Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Bertulang untuk Bangunan Gedung SNI sebagai berikut: 1.4 D SDL 1.2(D+SDL) L ± 1.0 Ex ± 0.3 Ey 1.2(D+SDL) L ± 1.0 Ey ± 0.3 Ex 0.9 (D+SDL) ± 1.0 Ex ± 0.3 Ey 0.9 (D+SDL) ± 1.0 Ey ± 0.3 Ex Selanjutnya dari kombinasi pembebanan di atas, di desain penampang sehingga dipenuhi konsep kolom kuat-balok lemah (strong column-weak beam). Di dalam pemodelan struktur dengan menggunakan ETABS versi penulis menggunakan parameter-parameter di bawah ini: Zona Gempa 3 pada peraturan UBC 1997 dengan jenis tanah S c (very dense soil and soft rock) Berdasarkan UBC 1997, parameter yang digunakan adalah C a = 0.33 ; C v = 0.45 Berdasarkan IBC 2003, parameter yang digunakan adalah S s = 0.83 ; S 1 = 0.45 Overstrength factor rencana (Faktor tahanan lebih total) = 2.8 Reduksi beban Gempa rencana (R) = 8.5 (untuk Peraturan UBC 1997) dan = 8 (untuk Peraturan IBC 2003) Daktilitas rencana struktur = 5.3 IV-7

8 4.2.1 Portal 5 lantai Gaya geser desain dapat diketahui setelah periode struktur diketahui. Untuk itu dibutuhkan ukuran penampang awal. Adapun ukuran penampang pada sistem struktur balok kolom dan flat slab adalah : Tabel 4. 3 Data sistem struktur balok kolom dan flat slab bangunan 5 lantai Data Struktur Balok Kolom: - Tebal pelat lantai = 0.15 m - Tebal dinding geser = m - Tinggi dasar = 4.00 m - Tinggi tipikal = 3.60 m - Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 46, KN - Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 45, KN Data Struktur Flat Slab: -Tebal pelat lantai = 0.15 m -Tebal dinding geser = 0.17 m -Tinggi dasar = 4.00 m -Tinggi tipikal = 3.60 m -Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 22, KN -Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 22, KN Kolom 600 x x 3.6 m Balok T 400 x m 5x 8000 Gambar 4. 4 Gambar denah portal bangunan 5 lantai IV-8

9 Pemodelan struktur di atas dibuat dengan menggunakan bantuan software ETABS versi untuk mendapatkan periode struktur bangunan. Analisis ini menghasilkan periode bangunan seperti pada tabel di bawah ini : Tabel 4. 4 Periode bangunan sistem struktur balok kolom dan flat slab 5 lantai BALOK KOLOM FLAT SLAB T UBC97 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x Ket. T UBC97 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x Ket OK OK T IBC 2003 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x T ibc 2003 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x OK OK Dari tabel di atas, dapat diambil kesimpulan bahwa sistem struktur balok kolom dan flat slab 5 lantai ini memenuhi ketentuan yang ada pada peraturan IBC 1997 dan UBC Dengan menggunakan kombinasi yang telah dijelaskan pada subbab 4.2.1, maka didesain penampang yang memenuhi kombinasi pembebanan tersebut. Berikut penampang yang digunakan dalam portal 5 lantai. Tabel 4. 5 Penampang portal sistem struktur balok kolom 5 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Balok T (balok induk) Balok T (Balok anak) Tabel 4. 6 Penampang portal sistem struktur flat slab 5 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt IV-9

10 4.2.2 Portal 10 lantai Gaya geser desain dari portal 10 lantai ini dapat diketahui setelah diketahui periode struktur dari bangunan. Dimensi pelat dan shear wall yang digunakan adalah : Tabel 4. 7 Data sistem struktur balok kolom dan flat slab bangunan 10 lantai Data Struktur Balok Kolom: - Tebal pelat lantai = 0.12 m - Tebal dinding geser = 0.12 m - Tinggi dasar = 4.00 m - Tinggi tipikal = 3.60 m - Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 171, KN - Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 169, KN Data Struktur Flat Slab: -Tebal pelat lantai = 0.15 m -Tebal dinding geser = 0.17 m -Tinggi dasar = 4.00 m -Tinggi tipikal = 3.60 m -Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 97, KN -Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 97, KN Gambar 4. 5 Gambar denah portal bangunan 10 lantai IV-10

11 Analisis ini menghasilkan periode bangunan seperti pada tabel di bawah ini : Tabel 4. 8 Periode bangunan sistem struktur balok kolom dan flat slab 10 lantai BALOK KOLOM FLAT SLAB T UBC97 ( Batasan maksimum T struktur) Tstr x Ket. T UBC97 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x OK OK T IBC 2003 (Batasan maksimum T struktur) Tstr x Ket. T ibc 2003 (Batasan Maksimum T Struktur Tstr x OK OK Dengan menggunakan kombinasi yang telah dijelaskan pada subbab 4.2.1, maka didesain penampang yang memenuhi kombinasi pembebanan tersebut. Berikut penampang yang digunakan dalam portal 10 lantai. Tabel 4. 9 Penampang portal sistem struktur balok kolom 10 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Balok T (balok induk) Balok T (Balok anak) Tabel Penampang portal sistem struktur flat slab 10 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Portal 20 lantai Gaya geser desain dapat diketahui setelah periode struktur diketahui. Untuk itu dibutuhkan ukuran penampang awal. Adapun ukuran penampang pelat dan shear wall tersebut adalah sebagai berikut : IV-11

12 Tabel Data sistem struktur balok kolom dan flat slab bangunan 20 lantai Data Struktur Balok Kolom: - Tebal pelat lantai = 0.15 m - Tebal dinding geser = 0.15 m - Tinggi dasar = 4.00 m - Tinggi tipikal = 3.60 m - Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 370, KN - Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 370, KN Data Struktur Flat Slab: -Tebal pelat lantai = 0.30 m -Tebal dinding geser = 0.50 m -Tinggi dasar = 4.00 m -Tinggi tipikal = 3.60 m -Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 226, KN -Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 226, KN Gambar 4. 6 Portal 20 lantai Pemodelan struktur di atas dibuat dengan menggunakan bantuan software ETABS versi untuk mendapatkan periode struktur bangunan. Berikut ini merupakan periode struktur bangunan untuk tipe struktur balok kolom dan flat slab : IV-12

13 Tabel Periode bangunan sistem struktur balok kolom dan flat slab 20 lantai BALOK KOLOM FLAT SLAB T UBC97 ( Batasan maksimum T struktur) Tstr x Ket T UBC97 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x Ket OK OK T IBC 2003 (Batasan maksimum T struktur) Tstr x T ibc 2003 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x OK OK Dengan menggunakan kombinasi yang telah dijelaskan pada subbab 4.2.1, maka didesain penampang yang memenuhi kombinasi pembebanan tersebut. Berikut penampang yang digunakan dalam portal 20 lantai. Tabel Penampang portal sistem struktur balok kolom 20 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Balok T (balok induk) lt Balok T (balok induk) lt Balok T (Balok anak) Tabel Penampang portal sistem struktur flat slab 20 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt IV-13

14 4.2.4 Portal 30 lantai Gaya geser desain dapat diketahui setelah periode struktur diketahui. Untuk itu dibutuhkan ukuran penampang awal. Adapun ukuran penampang prlat dan shear wall tersebut adalah sebagai berikut : Tabel Data sistem struktur balok kolom dan flat slab bangunan 30 lantai Data Struktur Balok Kolom: - Tebal pelat lantai = 0.15 m - Tebal dinding geser = 0.30 m - Tinggi dasar = 4.00 m - Tinggi tipikal = 3.60 m - Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 455, KN - Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 494, KN Data Struktur Flat Slab: -Tebal pelat lantai = 0.30 m -Tebal dinding geser = 0.50 m -Tinggi dasar = 4.00 m -Tinggi tipikal = 3.60 m -Berat struktur, W (KN) IBC 2003 = 290, KN -Berat struktur, W (KN) UBC 1997 = 290, KN Gambar 4. 7 Portal struktur bangunan 30 lantai IV-14

15 Pemodelan struktur di atas dibuat dengan menggunakan bantuan software ETABS versi untuk mendapatkan periode struktur bangunan. Berikut ini disajikan periode struktur untuk sistem struktur balok kolom dan flat slab : Tabel Periode bangunan sistem struktur balok kolom dan flat slab 30 lantai BALOK KOLOM FLAT SLAB T UBC97 ( Batasan maksimum T struktur) Tstr x Ket. T UBC97 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x Ket OK OK T IBC 2003 (Batasan maksimum T struktur) Tstr x T ibc 2003 (Batasan Maksimum T Struktur) Tstr x OK OK Dengan menggunakan kombinasi yang telah dijelaskan pada subbab 4.2.1, maka didesain penampang yang memenuhi kombinasi pembebanan tersebut. Berikut penampang yang digunakan dalam portal 20 lantai. Tabel Penampang portal sistem struktur balok kolom 30 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Balok T (balok induk) lt Balok T (balok induk) lt Balok T (Balok induk) lt Balok T (Balok anak) Tabel Penampang portal sistem struktur flat slab 30 lantai Kolom lt Kolom lt Kolom lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt Kolom Boundary Element lt IV-15