STUDI KOMPARATIF PERANCANGAN STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA DENGAN SISTEM RANGKA GEDUNG BERDASARKAN TATA CARA ASCE 7-05 DAN SNI

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ( IG ) STUDI KOMPARATIF PERANCANGAN STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA DENGAN SISTEM RANGKA GEDUNG BERDASARKAN TATA CARA ASCE 7-05 DAN SNI Yuwanita Tri Sulistyaningsih Pembimbing : Tavio, ST, MT, PhD Bambang Piscesa, ST, MT

2 Content.. PENDAHULUAN METODOLOGI PREELIMINARY DESIGN PEMBEBANAN & ANALISA BEBAN GEMPA PERANCANGAN STRUKTUR UTAMA PUSHOVER ANALYSIS PENUTUP

3 Latar Belakang Indonesia merupakan negara yang berada di wilayah gempa yang cukup tinggi. Oleh sebab itu, pembebanan akibat gaya gempa pada perancangan struktur gedung tahan gempa harus benar-benar diperhatikan. SNI ASCE 7-05 Force based design Performance based design

4 Pembagian Wilayah Gempa Berdasarkan SNI

5 Pembagian Wilayah Gempa Berdasarkan SNI Untuk Periode Singkat

6 Pembagian Wilayah Gempa Berdasarkan SNI Untuk Periode 1 detik

7 Tingkat Kinerja Struktur

8 Tujuan Mengetahui cara merancang struktur gedung tahan gempa dengan sistem rangka gedung berdasarkan tata cara ASCE Mengetahui cara merancang struktur gedung tahan gempa dengan sistem rangka gedung berdasarkan tata cara SNI Menilai kelebihan atau kekurangan perancangan struktur gedung tahan gempa dengan sistem rangka gedung berdasarkan tata cara ASCE 7-05 jika dibandingkan dengan tata cara SNI Menilai kinerja struktur yang dirancang berdasarkan tatacara SNI jika dievaluasi dengan pushover analysis.

9 Batasan Masalah Akan membahas satu contoh denah struktur sistem rangka gedung. Gedung bertingkat 10 lantai dan berfungsi sebagai perkantoran, lokasi kota Padang. Perhitungan analisa struktur menggunakan program bantu analisis ETABS Tidak meninjau perhitungan elemen struktur sekunder dan perencanaan pondasi. Tidak membahas pelaksanaan dilapangan. Tidak meninjau aspek ekonomi.

10 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir Start Studi Literatur Preeliminary Design Pembebanan : - Beban Mati - Beban Hidup - Beban Gempa (sesuai SNI ) Kombinasi pembebanan (sesuai SNI ) Pembebanan : - Beban Mati - Beban Hidup - Beban Gempa (sesuai ASCE 7-05) Kombinasi pembebanan (sesuai SNI ) Analisa struktur dengan ETABS Analisa struktur dengan ETABS Pendetailan struktur utama sesuai SNI Pendetailan struktur utama sesuai SNI Pushover Analysis dengan ETABS Pushover Analysis dengan ETABS Evaluasi kinerja struktur sesuai ATC 40, FEMA 356, FEMA 440, SNI Evaluasi kinerja struktur sesuai ATC 40, FEMA 356, FEMA 440 Kesimpulan Start

11 Data Perancangan Gedung yang akan dianalisa diasumsikan berada di kota Padang, Sumatera Barat dengan data-data sebagai berikut : Jenis gedung : Perkantoran Wilayah gempa : Wilayah gempa 5 (berdasarkan SNI ), kondisi tanah keras) Tinggi bangunan : 35 m ( 10 tingkat) Lebar bangunan : 30 m Panjang bangunan : 30 m Mutu beton (f c ) : 30 Mpa Mutu baja (f y) : 400 Mpa

12 Denah Struktur Gedung ShearwaLL

13 Preeliminary Design Balok Pelat Kolom Shearwall

14 Balok Balok dengan l = 600 cm. 1 1 h min l ,5 cm direncanakan h = 60 cm b 2 h cm Maka digunakan balok dengan dimensi 40/60 cm.

15 Tipe pelat Barat Timur Utara Selatan Rata 2 a b c d Pelat Berdasarkan SNI Pasal dimana untuk, maka ketebalan pelat minimum tidak boleh kurang dari: f y Ln 0, hf 90mm 36 9 m x 0, h f 12,72cm 9cm Jadi, pelat dengan ketebalan 15 cm dapat dipakai.

16 Kolom 40/60 40/60 40/60 40/60 40/60 40/60 40/60 U A W f ' c ,65x mm 40/60 40/60 40/60 A bxh 40/60 40/ b 2 b 464,37 mm Gambar 1 Pembebanan Kolom Direncanakan : b = 700 mm = 70 cm h = b = 70 cm W = 1.2 DL LL = 1.2 x x = kg Maka digunakan kolom dengan dimensi 70/70 cm.

17 Shear Wall Direncanakan : Tebal dinding geser Panjang bentang Tinggi total = 40 cm = 600 cm = 35 m Jadi, dinding geser dengan ketebalan 40 cm dapat dipakai

18 Pembebanan Vertikal Tabel Beban vertikal yang bekerja di masing-masing tingkat Lantai Tingkat 10 Tingkat 9 Tingkat 8 Tingkat 7 Tingkat 6 Tingkat 5 Tingkat 4 Tingkat 3 Tingkat 2 Tingkat 1 Beban Mati kg Beban Hidup kg Total Total kg Pembebanan Horisontal (Beban Gempa) Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05

19 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Waktu Getar Alami Fundamental (T 1 ) Tinggi gedung = 35 m. T1 C t hn 3 4 Dimana untuk sistem rangka gedung nilai C t = 0,0488 T x B U T T y T S 3 4 0, x B T 0,70detik 0,70detik Kontrol Pembatasan T sesuai SNI Pasal. 5.6 N = 10 (jumlah tingkat) = 0,16 (Tabel 8. SNI ) T 1 0,70 0,70. n 0,16 1,60 10 OK Approximate Fundamental Period (T) T L = 4 s h n = 35 m T x C t h n Nilai C t dan x diperoleh dari Tabel ASCE Untuk system rangka gedung nilai C t = 0,0488 dan x = 0,75. T x ( B T ) T y ( U S ) 0,0488 0, ,75 0,75 0,702s 0,702s

20 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 S s = 1,20 S 1 = 0,50 F a = 1,00 F V = 1,00 S MS F a S S 1,00 1,20 1,20 S F M1 V S 1 1,00 0,50 0,50 Design Spectral Acceleration Parameters 2 2 S DS S MS 1,20 0, S D S 3 1 M ,50 0,333

21 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Perhitungan Beban Geser Nominal Statik Ekivalen (V) Tinggi gedung = 35 m. C I V. 1 W t R C 1 = 0,5 (Gambar 2 SNI ) Berdasarkan Tabel 1 SNI , gedung perkantoran mempunyai nilai I = 1 R = 5,5 (Tabel 3 SNI ) V 0,5 1 5, ,20 Seismic Base Shear (V V C W S DS S C S R I Diketahui : R = 6 (Tabel ASCE 7-05) Berdasarkan Tabel 1-1 ASCE 7-05 gedung perkantoran termasuk dalam Occupancy Caterogy III. I = 1,25 (Tabel 2.7) C S 0, ,25 0,1667 Untuk T = 0,702 s < T L = 8 s, nilai C s di atas tidak boleh melebihi C S T S D1 R I 0,702 0, ,25 0,099 Jadi, C s pakai = 0,099 V 0, ,49 kg

22 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Distribusi F i F i Wihi Wihi V Lateral Seismic Force (F x ) C w x x n i 1 h i k x w h k i Untuk T < 0,5 s; maka nilai k = 1 T > 2,5 s; maka nilai k = 2 0,5 s < T < 2,5 s; maka nilai k diperoleh dengan cara interpolasi dari kedua nilai k di atas. T = 0,702 s; maka nilai k adalah sbb. k 1 0,702 2,5 0,5 0, ,101 F x C x V

23 Grafik Hubungan Gaya Gempa di tiap Tingkat Tingkat ke- 6 SNI ASCE Gaya Gempa (kg)

24 Kombinasi Pembebanan Kombinasi pembebanan yang bekerja pada struktur utama didasarkan pada SNl pasal 11.2 dimana secara umum kombinasi pembebanan yang bekerja adalah sebagai berikut : Combo 1 = 1,4D Combo 2 = 1,2D + 1,6L Combo 3 = 0,9D 1,0E-X Combo 4 = 0,9D 1,0E-Y Combo 5 = 1,2D + 1,0L ± 1,0E-X Combo 6 = 1,2D + 1,0L ± 1,0E-Y

25 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Cek Waktu Getar Alami Fundamental (perkiraan awal) dengan T Rayleigh Tabel Analisa T Raylegh akibat gempa arah sumbu Y (Utara Selatan) Tingkat h x W i F d i 2 W i d i F d i m kg kg m mm kg m 2 kg m ,13 0, ,5 181, , , ,41 0, , , ,37 0, ,3 185, , , ,32 0, ,5 138, , ,28 0,0095 9,5 94, , , ,23 0,0076 7,6 60, , ,18 0,0076 7,6 60, , , ,14 0,0038 3,8 15, , ,09 0,0022 2,2 5,078 78,49 1 3, ,05 0,0009 0,9 0,850 16,06 Jumlah 979, ,55 Cek Waktu Getar Alami Fundamental (perkiraan awal) dengan T Rayleigh Tabel Analisa T Raylegh akibat gempa arah sumbu Y (Utara Selatan) Tingkat h x W i F d i 2 W i d i F d i m kg kg m mm kg m 2 kg m ,13 0, ,4 226, , , ,41 0, ,7 292, , ,37 0, ,8 229, , , ,32 0, ,7 169, , ,28 0, ,6 117, , , ,23 0,0084 8,4 74, , ,18 0,0063 6,3 41, , , ,14 0,0042 4,2 18, , ,09 0,0024 2,4 6,044 85,63 1 3, ,05 0,0009 0,9 0,850 16,06 Jumlah 1176, ,98

26 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Tabel Analisa T Raylegh akibat gempa arah sumbu X (Barat - Timur) Tingkat 2 h x W i F d i W i d i F d i m kg kg m mm kg m 2 kg m ,13 0, ,20 175, , , ,41 0, ,40 217, , ,37 0, ,60 166, , , ,32 0, ,70 120, , ,28 0,0088 8,80 81, , , ,23 0,0068 6,80 48, , ,18 0,0068 6,80 48, , , ,14 0,0033 3,30 11, , ,09 0,0018 1,80 3,400 64,22 1 3, ,05 0,0007 0,70 0,514 12,49 Jumlah 873, ,40 Tabel Analisa T Raylegh akibat gempa arah sumbu X (Barat - Timur) Tingkat 2 h x W i F d i W i d i F d i m kg kg m mm kg m 2 kg m ,13 0, ,00 216, , , ,41 0, ,10 271, , ,37 0, ,00 205, , , ,32 0, ,90 148, , ,28 0,0097 9,70 98, , , ,23 0,0076 7,60 60, , ,18 0,0055 5,50 31, , , ,14 0,0036 3,60 13, , ,09 0,0020 2,00 4,197 71,36 1 3, ,05 0,0007 0,70 0,514 12,49 Jumlah 1051, ,45

27 Kontrol Drift 12 Grafik Hubungan Displacement Arah X di tiap Tingkat 10 8 Tingkat ke- 6 4 SNI ASCE Displacement (mm)

28 Kontrol Drift 12 Garfik Hubungan Displacement Arah Y di tiap Tingkat 10 8 Tingkat ke- 6 4 SNI ASCE Displacement (mm)

29 Kontrol Sistem Rangka Gedung Tabel Persentase antara reaksi pada perletakan kolom dan perletakan shear wall akibat beban gempa Prosentase Dalam Menahan Gempa (%) No Beban FX FY SRPM Shear Wall SRPM Shear Wall 1 Gempa X 3,87% 96,13% 5,85% 94,15% 2 Gempa Y 3,87% 96,13% 5,85% 94,15%

30 Perancangan Struktur Utama Permodelan struktur 3D dengan ETABS V 9.07

31 Perancangan Struktur Utama Penulangan Balok SNI ASCE 7-05 Penulangan Kolom SNI ASCE 7-05 Penulangan Shear Wall SNI ASCE 7-05

32 Penulangan Balok Interior B (1-3) Lentur SNI Balok Lokasi M u A s perlu A s pasang M n Tulangan (Nmm) (mm 2 ) (mm 2 ) (Nmm) Interior ujung Tump. Barat ,53 5 D , ,18 5 D , As B (1-2) Lapangan ,70 3 D , Tump. Timur ,18 5 D , ,18 5 D , Interior dalam Tump. Barat ,88 6 D , As B (2-3) ,18 5 D , Lapangan ,70 3 D , Tump.Timur ,60 6 D , ,18 5 D , ASCE 7-05

33 PUSHOVER ANALYSIS SAP

34 Kurva Pushover Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Gambar Kurva kapasitas pushover arah X Gambar Kurva kapasitas pushover arah X

35 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Gambar Kurva kapasitas pushover arah Y Gambar Kurva kapasitas pushover arah Y

36 Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE ,333 g T Gambar Kurva respon spektrum Gambar Kurva respon spektrum

37 Target perpindahan Berdasarkan SNI Berdasarkan ASCE 7-05 Kriteria Target Perpindahan (m) Arah X Arah Y Koefisien Perpindahan FEMA 356 0,091 0,091 Koefisien Perpindahan FEMA 440 0,091 0,091 Kinerja Batas Ultimit SNI ,062 0,064 Kriteria Target Perpindahan (m) Arah X Arah Y Koefisien Perpindahan FEMA 356 0,087 0,087 Koefisien Perpindahan FEMA 440 0,087 0,087 0,333 g T

38 Kesimpulan Berdasarkan SNI Kota Padang berada di wilayah gempa 5 dengan percepatan puncak batuan 0,25g Waktu getar alami = 0,70 detik Faktor keutamaan ( I ) untuk gedung perkantoran = 1 Faktor reduksi gempa maksimum ( R ) = 5,5 Gaya gempa ( V ) = ,20 kg Displacement maksimum yang dihasilkan Untuk arah X = 16,2 mm Untuk arah Y = 16,5 mm Daktilitas (μ Δ ) aktual arah X = 1,94 dan daktilitas (μ Δ ) aktual arah Y = 1,59. Hal ini menunjukkan bahwa daktilitas yang terjadi sesuai dengan SNI (μ m = 3,3 untuk Sistem Rangka Gedung) Faktor reduksi gempa R aktual arah X = 3,10 dan faktor reduksi gempa R aktual arah Y = 2,54. Hal ini menunjukkan bahwa faktor reduksi gempa R aktual yang terjadi sesuai dengan SNI (R m = 5,5 untuk Sistem Rangka Gedung)

39 Kesimpulan Berdasarkan ASCE 7-05 Kota Padang berada di wilayah dengan percepatan respon spektrum untuk periode singkat adalah 1,2g dan untuk periode 1 detik adalah 0,50g Waktu getar alami = 0,702 detik Faktor keutamaan ( I ) untuk gedung perkantoran = 1,25 Faktor reduksi gempa maksimum ( R ) = 6 Gaya gempa ( V ) = ,49 kg Displacement maksimum yang dihasilkan Untuk arah X = 18,0 mm Untuk arah Y = 18,4 mm Daktilitas (μ Δ ) aktual arah X = 1,59 dan daktilitas (μ Δ ) aktual arah Y = 1,97. Hal ini menunjukkan bahwa daktilitas yang terjadi sesuai dengan SNI (μ m = 3,3 untuk Sistem Rangka Gedung) Faktor reduksi gempa R aktual arah X = 2,55 dan faktor reduksi gempa R aktual arah Y = 3,15. Hal ini menunjukkan bahwa faktor reduksi gempa R aktual yang terjadi sesuai dengan SNI (R m = 5,5 untuk Sistem Rangka Gedung)

40 Saran 1. Jenis tanah yang dipakai dalam studi ini adalah jenis tanah keras karena peta gempa ASCE 7-05 yang tersedia saat ini hanya peta gempa untuk wilayah site class B yaitu tanah keras. Studi lebih lanjut bisa dilakukan pada tanah lunak atau sedang. 2. Studi lebih lanjut, perancangan berdasarkan tata cara ASCE 7-05 disesuaikan dengan ACI 2008 sedangkan untuk SNI tetap menggunakan SNI Studi lebih lanjut dapat dilakukan untuk bangunan yang tidak beraturan. 4. Studi lebih lanjut bisa dengan menggunakan system precast dengan memperhitungkan gaya gempa. 5. Studi lebih lanjut bisa dilakukan terhadap struktur gedung flate-plate, flateslab, atau gedung waffle-slab.

41 ARIGATO GOZAIMASHITA 6 JuLi 2010