TUGAS AKHIR ( IG09 1307 ) STUDI KOMPARATIF PERANCANGAN STRUKTUR GEDUNG TAHAN GEMPA DENGAN SISTEM RANGKA GEDUNG BERDASARKAN TATA CARA ASCE 7-05 DAN SNI 03-1726-2002 Yuwanita Tri Sulistyaningsih 3106100037 Pembimbing : Tavio, ST, MT, PhD Bambang Piscesa, ST, MT
Content.. PENDAHULUAN METODOLOGI PREELIMINARY DESIGN PEMBEBANAN & ANALISA BEBAN GEMPA PERANCANGAN STRUKTUR UTAMA PUSHOVER ANALYSIS PENUTUP
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 03-1726-2002 ASCE 7-05 Force based design Performance based design
Pembagian Wilayah Gempa Berdasarkan SNI 03-1726-2002
Pembagian Wilayah Gempa Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Untuk Periode Singkat
Pembagian Wilayah Gempa Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Untuk Periode 1 detik
Tingkat Kinerja Struktur
Tujuan Mengetahui cara merancang struktur gedung tahan gempa dengan sistem rangka gedung berdasarkan tata cara ASCE 7-05. Mengetahui cara merancang struktur gedung tahan gempa dengan sistem rangka gedung berdasarkan tata cara SNI 03-1726-2002. 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 03-1726-2002. Menilai kinerja struktur yang dirancang berdasarkan tatacara SNI 03-1726-2002 jika dievaluasi dengan pushover analysis.
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 9.0.7. Tidak meninjau perhitungan elemen struktur sekunder dan perencanaan pondasi. Tidak membahas pelaksanaan dilapangan. Tidak meninjau aspek ekonomi.
Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir Start Studi Literatur Preeliminary Design Pembebanan : - Beban Mati - Beban Hidup - Beban Gempa (sesuai SNI 03-1726-2002) Kombinasi pembebanan (sesuai SNI 03-2847-2002) Pembebanan : - Beban Mati - Beban Hidup - Beban Gempa (sesuai ASCE 7-05) Kombinasi pembebanan (sesuai SNI 03-2847-2002) Analisa struktur dengan ETABS 9.0.7 Analisa struktur dengan ETABS 9.0.7 Pendetailan struktur utama sesuai SNI 03-2847-2002 Pendetailan struktur utama sesuai SNI 03-2847-2002 Pushover Analysis dengan ETABS 9.0.7 Pushover Analysis dengan ETABS 9.0.7 Evaluasi kinerja struktur sesuai ATC 40, FEMA 356, FEMA 440, SNI 03-1726-2002 Evaluasi kinerja struktur sesuai ATC 40, FEMA 356, FEMA 440 Kesimpulan Start
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 03-1726-2002), 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
Denah Struktur Gedung ShearwaLL
Preeliminary Design Balok Pelat Kolom Shearwall
Balok Balok dengan l = 600 cm. 1 1 h min l 600 37,5 cm 16 16 direncanakan h = 60 cm b 2 h 3 2 3 60 40 cm Maka digunakan balok dengan dimensi 40/60 cm.
Tipe pelat Barat Timur Utara Selatan Rata 2 a 7.72 7.91 7.91 7.91 7.86 b 7.91 7.91 7.91 7.91 7.91 c 7.91 7.91 7.72 7.91 7.86 d 7.72 7.91 7.72 7.91 7.81 Pelat Berdasarkan SNI 03-2847-2002 Pasal 11.5.3.3 dimana untuk, maka ketebalan pelat minimum tidak boleh kurang dari: f y Ln 0,8 1500 hf 90mm 36 9 m 2 400 560x 0,8 1500 h f 12,72cm 9cm 560 36 9 460 Jadi, pelat dengan ketebalan 15 cm dapat dipakai.
Kolom 40/60 40/60 40/60 40/60 40/60 40/60 40/60 U A W f ' c 4204980 0,65x30 2 215640mm 40/60 40/60 40/60 A bxh 40/60 40/60 215640 b 2 b 464,37 mm Gambar 1 Pembebanan Kolom Direncanakan : b = 700 mm = 70 cm h = b = 70 cm W = 1.2 DL + 1.6 LL = 1.2 x 249615 + 1.6 x 75600 = 420498 kg Maka digunakan kolom dengan dimensi 70/70 cm.
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
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 640755 981756 981756 981756 981756 981756 981756 981756 981756 981756 Beban Hidup kg 27000 67500 67500 67500 67500 67500 67500 67500 67500 67500 Total Total kg 667755 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 10111059 Pembebanan Horisontal (Beban Gempa) Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Berdasarkan ASCE 7-05
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 0,0488 35 x B T 0,70detik 0,70detik Kontrol Pembatasan T sesuai SNI 03-1726-2002 Pasal. 5.6 N = 10 (jumlah tingkat) = 0,16 (Tabel 8. SNI 03-1726-2002) 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 12.8-2 ASCE 7-05. Untuk system rangka gedung nilai C t = 0,0488 dan x = 0,75. T x ( B T ) T y ( U S ) 0,0488 0,0488 35 35 0,75 0,75 0,702s 0,702s
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 0,800 3 3 2 S D S 3 1 M1 2 3 0,50 0,333
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 03-1726-2002) Berdasarkan Tabel 1 SNI 03-1726- 2002, gedung perkantoran mempunyai nilai I = 1 R = 5,5 (Tabel 3 SNI 03-1726-2002) V 0,5 1 5,5 10111059 916286,20 Seismic Base Shear (V V C W S DS S C S R I Diketahui : R = 6 (Tabel 12.2-1 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 0,800 6 1,25 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 0,333 6 1,25 0,099 Jadi, C s pakai = 0,099 V 0,099 10111059 999915,49 kg
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 0,5 2 1 1,101 F x C x V
Grafik Hubungan Gaya Gempa di tiap Tingkat 12 10 8 Tingkat ke- 6 SNI 03-1726-2002 ASCE 7-05 4 2 0 0.00 20000.00 40000.00 60000.00 80000.00 100000.00 120000.00 140000.00 160000.00 180000.00 200000.00 Gaya Gempa (kg)
Kombinasi Pembebanan Kombinasi pembebanan yang bekerja pada struktur utama didasarkan pada SNl 03-2847-2002 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
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 10 35 667755 113529,13 0,0165 16,5 181,796 1873,23 9 31,5 1049256 160551,41 0,0150 15 236,083 2408,27 8 28 1049256 142712,37 0,0133 13,3 185,603 1898,07 7 24,5 1049256 124873,32 0,0115 11,5 138,764 1436,04 6 21 1049256 107034,28 0,0095 9,5 94,695 1016,83 5 17,5 1049256 89195,23 0,0076 7,6 60,605 677,88 4 14 1049256 71356,18 0,0076 7,6 60,605 542,31 3 10,5 1049256 53517,14 0,0038 3,8 15,151 203,37 2 7 1049256 35678,09 0,0022 2,2 5,078 78,49 1 3,5 1049256 17839,05 0,0009 0,9 0,850 16,06 Jumlah 979,2309 10150,55 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 10 35 667755 113529,13 0,0184 18,4 226,075 2088,94 9 31,5 1049256 160551,41 0,0167 16,7 292,627 2681,21 8 28 1049256 142712,37 0,0148 14,8 229,829 2112,14 7 24,5 1049256 124873,32 0,0127 12,7 169,235 1585,89 6 21 1049256 107034,28 0,0106 10,6 117,894 1134,56 5 17,5 1049256 89195,23 0,0084 8,4 74,036 749,24 4 14 1049256 71356,18 0,0063 6,3 41,645 449,54 3 10,5 1049256 53517,14 0,0042 4,2 18,509 224,77 2 7 1049256 35678,09 0,0024 2,4 6,044 85,63 1 3,5 1049256 17839,05 0,0009 0,9 0,850 16,06 Jumlah 1176,743 11127,98
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 10 35 667755 113529,13 0,0162 16,20 175,246 1839,17 9 31,5 1049256 160551,41 0,0144 14,40 217,574 2311,94 8 28 1049256 142712,37 0,0126 12,60 166,580 1798,18 7 24,5 1049256 124873,32 0,0107 10,70 120,129 1336,14 6 21 1049256 107034,28 0,0088 8,80 81,254 941,90 5 17,5 1049256 89195,23 0,0068 6,80 48,518 606,53 4 14 1049256 71356,18 0,0068 6,80 48,518 485,22 3 10,5 1049256 53517,14 0,0033 3,30 11,426 176,61 2 7 1049256 35678,09 0,0018 1,80 3,400 64,22 1 3,5 1049256 17839,05 0,0007 0,70 0,514 12,49 Jumlah 873,158 9572,40 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 10 35 667755 113529,13 0,0180 18,00 216,353 2043,52 9 31,5 1049256 160551,41 0,0161 16,10 271,978 2584,88 8 28 1049256 142712,37 0,0140 14,00 205,654 1997,97 7 24,5 1049256 124873,32 0,0119 11,90 148,585 1485,99 6 21 1049256 107034,28 0,0097 9,70 98,724 1038,23 5 17,5 1049256 89195,23 0,0076 7,60 60,605 677,88 4 14 1049256 71356,18 0,0055 5,50 31,740 392,46 3 10,5 1049256 53517,14 0,0036 3,60 13,598 192,66 2 7 1049256 35678,09 0,0020 2,00 4,197 71,36 1 3,5 1049256 17839,05 0,0007 0,70 0,514 12,49 Jumlah 1051,949 10497,45
Kontrol Drift 12 Grafik Hubungan Displacement Arah X di tiap Tingkat 10 8 Tingkat ke- 6 4 SNI 03-1726-2002 ASCE 7-05 2 0 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 Displacement (mm)
Kontrol Drift 12 Garfik Hubungan Displacement Arah Y di tiap Tingkat 10 8 Tingkat ke- 6 4 SNI 03-1726-2002 ASCE 7-05 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Displacement (mm)
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%
Perancangan Struktur Utama Permodelan struktur 3D dengan ETABS V 9.07
Perancangan Struktur Utama Penulangan Balok SNI 03-1726 - 2002 ASCE 7-05 Penulangan Kolom SNI 03-1726 - 2002 ASCE 7-05 Penulangan Shear Wall SNI 03-1726 - 2002 ASCE 7-05
Penulangan Balok Interior B (1-3) Lentur SNI 03-1726-2002 Balok Lokasi M u A s perlu A s pasang M n Tulangan (Nmm) (mm 2 ) (mm 2 ) (Nmm) Interior ujung Tump. Barat -195908068 1202,53 5 D 19 1416,93 232482319 51309070 1170,18 5 D 19 1416,93 232482319 As B (1-2) Lapangan 128982200 756,70 3 D 19 850,16 142507822 Tump. Timur -116926454 1170,18 5 D 19 1416,93 232482319 56191487 1170,18 5 D 19 1416,93 232482319 Interior dalam Tump. Barat -234441730 1452,88 6 D 19 1700,31 275889382 As B (2-3) 94198300 1170,18 5 D 19 1416,93 275889382 Lapangan 82462540 756,70 3 D 19 850,16 142507822 Tump.Timur -232551390 1440,60 6 D 19 1700,31 275889382 94198300 1170,18 5 D 19 1416,93 275889382 ASCE 7-05
PUSHOVER ANALYSIS SAP2000 14.1.0
Kurva Pushover Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Berdasarkan ASCE 7-05 Gambar Kurva kapasitas pushover arah X Gambar Kurva kapasitas pushover arah X
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Berdasarkan ASCE 7-05 Gambar Kurva kapasitas pushover arah Y Gambar Kurva kapasitas pushover arah Y
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Berdasarkan ASCE 7-05 0,333 g T Gambar Kurva respon spektrum Gambar Kurva respon spektrum
Target perpindahan Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 03-1726-2002 0,062 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
Kesimpulan Berdasarkan SNI 03-1726-2002 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 ) = 916286,20 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 03-1726-2002 (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 03-1726-2002 (R m = 5,5 untuk Sistem Rangka Gedung)
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 ) = 999915,49 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 03-1726-2002 (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 03-1726-2002 (R m = 5,5 untuk Sistem Rangka Gedung)
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 03-1726-2002 tetap menggunakan SNI 03-2847-2002. 3. 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.
ARIGATO GOZAIMASHITA 6 JuLi 2010