ANALISIS STRUKTUR GEDUNG BERTINGKAT RENDAH DENGAN SOFTWARE ETABS V.9.6.0 Muhammad Haykal, S.T. Akan Ahli Struktur Halaman 1
Table Of Contents 1.1 DATA STRUKTUR. 3 1.2 METODE ANALISIS.. 3 1.3 PERATURAN DAN STANDAR 3 1.4 SPESIFIKASI MATERIAL 3 1.5 PEMODELAN STRUKTUR DENGAN ETABS 4 1.5.1 GRID STRUKTUR.. 4 1.5.2 INPUT DATA BALOK DAN KOLOM.. 8 1.5.3 PELAT LANTAI DAN PELAT ATAP 9 1.6 PEMBEBANAN.. 10 1.6.1 BEBAN GRAVITASI.. 10 1.6.2 BEBAN GEMPA.. 13 1.7 METODE ANALISIS STRUKTUR TERHADAP GEMPA.. 15 1.7.1 METODE STATIK EKUIVALEN.. 15 1.7.2 METODE ANALISIS RESPON SPECTRUM 17 1.8 KOMBINASI PEMBEBANAN.. 19 1.9 ANALISIS... 20 1.9.1 KINERJA BATAS LAYAN (ΔS) 20 1.9.2 KINERJA BATAS ULTIMIT (ΔM) 21 1.9.3 PARAMETER PERENCANAAN KONS. BETON 22 1.9.4 PENULANGAN KOLOM DAN BALOK... 24 1.10 DAFTAR REFERENSI.. 27 1.11 TENTANG PENULIS 28 Halaman 2
ANALISIS STRUKTUR GEDUNG DENGAN SOFTWARE ETABS V9.6.0 1.1. 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 V9.6.0 1.3 PERATURAN DAN STANDAR 1. Tata cara perencanaan struktur beton untuk bangunan gedung (SNI 03-2847-2002) 2. Pedoman perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung (PPIUG-1983) 3. Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung (SNI 03-1726-2002) 4. American Concrete Institute Building Code (ACI 318-99) 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 = 4700. 25^0.5 = 23500 MPa Halaman 3
Gambar 1 Input Material Struktur 5.1 PEMODELAN STRUKTUR DENGAN ETABS 1.5.1 GRID STRUKTUR Gambar 2 Grid Rencana Etabs Halaman 4
Gambar 3 Elevasi Rencana (Etabs) Gambar 4 Denah Lantai 1 Halaman 5
Gambar 5 Denah Lantai 2 Gambar 6 Denah Lantai 3 Halaman 6
Gambar 7 Denah Lantai Atap Gambar 8 Elevation View Arah Y Gambar 9 Elevation View Arah X Halaman 7
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
Gambar 12 Contoh input kolom 50x50cm 1.5.3 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
1.6 PEMBEBANAN 1.6.1 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
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
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
Gambar 20 Input beban mati (pasangan bata) pada balok arah x Gambar 21 Input beban mati (pasangan bata) pada balok arah y 1.6.2 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
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
1.7 METODE ANALISIS STRUKTUR TERHADAP GEMPA 1.7.1 Metode Statik Ekivalen Gaya geser dasar nominal pada struktur akibat gempa menurut SNI 03-1726-2002, 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=0.4239 Untuk menghindari penggunaan struktur yang terlalu fleksibel, maka perlu dilakukan kontrol terhadap waktu getar yang diperoleh. Syarat yang harus dipenuhi : T <.n (lihat SNI 03-1726-2002), dengan n = jumlah tingkat = 3. Untuk Wilayah gempa 5, maka nilai = 0.16. 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-03-1726-2002. Catatan: Pembatasan nilai T untuk bangunan bertingkat rendah akan menghasilkan bangunan yg sangat kaku. Halaman 15
Tabel 1 Distribusi gaya geser horizontal akibat gempa Lantai zi (m) Wi (kg) wi.zi Fix,y (kg) Lantai 5(plat atap lift) 16 2772,696438 44363,14301 209,538035 Lantai 4 (plat atap) 15 78087,69025 1171315,354 5532,410487 Lantai 3 12 385575,9109 4626910,931 21854,03826 Lantai 2 8 506661,5591 4053292,472 19144,69721 Lantai 1 4 299412,2402 1197648,961 5656,790589 1272510,097 11093530,86 Lantai Pusat kekakuan Tabel 2 Eksentrisitas rencana arah x Pusat massa e b (arah y) 1.5e + 0.05b e-0.05b ed x-kr (m) 5 1.571 1.5 0.071 25 1.3565-1.179-1.179 2.679 4 13.497 12.495 1.002 25 2.753-0.248-0.248 12.743 3 12.189 13.028 0.839 25 2.5085-0.411-0.411 13.439 2 11.278 12.998 1.72 25 3.83 0.47 0.47 12.528 1 15.699 14.251 1.448 25 3.422 0.198 0.198 14.053 Lantai Pusat kekakuan Pusat massa Tabel 3 Eksentrisitas rencana arah y e b (arah x) 1.5e + 0.05b e-0.05b ed y-kr (m) 5 26.021 26.125 0.104 30 1.656-1.396-1.396 27.521 4 13.285 12.967 0.318 30 1.977-1.182-1.182 14.149 3 15.084 12.865 2.219 30 4.8285 0.719 0.719 12.146 2 15.982 12.421 3.561 30 6.8415 2.061 2.061 10.36 1 12.032 11.828 0.204 30 1.806-1.296-1.296 13.124 Halaman 16
Gambar 26 Input beban gempa statik arah x Gambar 27 Input beban gempa statik arah y 1.7.2 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 03-1726-2002). Halaman 17
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 = 1.1541 (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
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 03-1726- 2002 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
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 1.9.1 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 = 0,03.4000 8,5 = 14,12 mm < 30 mm Untuk lantai (h = 3000 mm) Δs = 0,03.3000 8,5 = 10,59 mm < 30 mm Perhitungan kinerja batas layan (Δs) dapat dilihat pada table berikut : Halaman 20
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 4 3 5.3 0.53 10.59 OK story 3 4 4.77 1.33 14.12 OK story 2 4 3.44 1.92 14.12 OK story 1 4 1.52 1.52 14.12 OK Lantai hi (m) Δs(mm) drift Δs antar tingkat (mm) Syarat drift Δs (mm) Keterangan story 4 3 5.74 1.93 10.59 OK story 3 4 3.81 1.35 14.12 OK story 2 4 2.46 1.37 14.12 OK story 1 4 1.09 1.09 14.12 OK 1.9.2 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 = 0,02. 4000 = 80 mm Δm = 0,02. hi = 0,02. 3000 = 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 4 3 5.3 31.535 60 OK story 3 4 4.77 28.3815 80 OK story 2 4 3.44 20.468 80 OK story 1 4 1.52 9.044 80 OK Halaman 21
Tabel 7 Analisa Δm akibat gempa arah Y Lantai hi (m) Δs(mm) drift ΔM antar tingkat (mm) Syarat drift ΔM (mm) Keterangan story 4 3 5.74 34.153 60 OK story 3 4 3.81 22.6695 80 OK story 2 4 2.46 14.637 80 OK story 1 4 1.09 6.4855 80 OK 1.9.3 Parameter perencanaan konstruksi beton Sebelum dilakukan analisis struktur, perlu dilakukan penyesuaian parameter perencanaan konstruksi beton menurut American Concrete Institute (ACI 318-99) terhadap SNI 03-2847- 2002. 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
Gambar 34 Momen arah x akibat gempa Response Spectrum Gambar 35 Gaya geser arah x akibat gempa statik ekivalen Halaman 23
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. 1.9.4 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 = 0.087 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 10 150. (Cek syarat di SNI) Halaman 24
Gambar 37 Tulangan Longitudinal Gambar 38 Tulangan geser Halaman 25
Gambar 39 Concrete Design Information Halaman 26
1.10 DAFTAR REFERENSI Ilham, M. N, Analisis Struktur Gedung Bertingkat dengan Software ETABS 9.2.0. Rastandi, J. I (2006), Dampak Pembatasan Waktu Getar Alami pada Gedung Bertingkat Rendah, Seminar HAKI. SNI 03-1726-2002, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. SNI 03-2847-2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung. PPIUG 1983, Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung. Halaman 27
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) http://ekhalmussaad.wordpress.com/ Anda diperbolehkan untuk mengirimkan lewat pos dan email 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