BAB I PEMODELAN STRUKTUR 1.1. Pendahuluan
Bangunan yang ditinjau adalah bangunan perkantoran yang berlokasi di Jl. Pahlawan - Semarang, Jawa Tengah. Memiliki kelas situs SD (tanah sedang). Pemodelan struktur dilakukan menggunakan software software SAP2000 v14.0.0 Advanced mengacu kepada peraturan terbaru.
Gambar 1. 1 3D View Model View Model Struktur Bangunan 1.2. Peraturan yang Digunakan
Adapun peraturan yang digunakan dalam mendesain bangunan ini adalah sebagai berikut. 1. SNI 1726:2012 Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung dan Lainnya. 2. SNI1727:2013 Beban Minimum untuk Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur Lain. 3. SNI 2847:2013 Persyaratan Beton Struktural untuk Bangunan Gedung. 4. Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah Dan Gedung (PPPURG) 1987.
1
1.3. Spesifikasi Bangunan
Spesifikasi bangunan ialah data yang berkaitan dengan mutu, kualitas, bahan, dan lain-lain. Bangunan ini memiliki spesifikasi sebagai berikut.
Mutu beton beton f’c = f’c = 30 MPa (kolom dan balok).
Mutu beton f’c = f’c = 25 Mpa (plat).
Mutu baja fy = 400 MPa (tulangan utama)
Mutu baja fy = 240 MPa (sengkang dan plat)
Lokasi bangunan termasuk kelas situs SD (kondisi tanah sedang)
Bangunan digunakan sebagai gedung untuk fasilitas pendidikan dengan kategori resiko II dengan Faktor Keutamaan Gempa (Ie) (Ie ) = 1,0.
Berdasarkan parameter respons percepatan pada perioda pendek (SDS) dan perioda 1 detik (SD1), bangunan gedung termasuk dalam Kriteria Desain Seismik (KDS) : D.
Sistem penahan gaya gempa yang diijinkan adalah Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK), dengan Koefisien Modifikasi Respons (R) = 8,0
1.4. Model Struktur SAP2000
Pemodelan struktur dilakukan dengan menganggap bangunan tangga dan dinding geser dihitung dengan pemodelan yang berbeda. Bentuk pemodelan struktur pada SAP2000 dapat dilihat pada gambar sebagai berikut.
Gambar 1. 2 Tampak Depan
2
Gambar 1. 3 Tampak Samping
Gambar 1. 4 Denah Lantai 1 dan 2 (Parkir)
Gambar 1. 5 Denah Lantai 3 (Kantor dan Taman)
3
Gambar 1. 6 Denah Lantai 4, 5, dan 6 (Kantor)
Gambar 1. 7 Denah Lantai 7 (Atap)
4
BAB II PEMODELAN PEMBEBANAN 2.1. Pendahuluan
Pembebanan yang dimasukkan ke tiap lantai pada pemodelan SAP2000 adalah beban hidup dan beban mati. Beban yang digunakan mengacu kepada PPPURG 1987 dan SNI 1727:2013 diambil nilai terbesar diantara 2 peraturan tersebut. Ada 3 jenis fungsi lantai yang berbeda pada bangunan ini yaitu lantai parkir (1 dan 2), lantai kantor (3,4 5, dan 6) serta lantai atap (7). 2.2. Perhitungan Pembebanan a.
Beban Lantai Parkir
1) Beban Mati
Beban Plat (tebal 0,15 m)
0,15 x 2400 = 360
Beban Spesi (tebal 0,03 m)
0,03 x 2100 = 63
Beban Plafon + Penggantung
11 + 7
Beban MEP
= 18 25
Total
466 kg/m2
2) Beban Hidup Beban hidup parkir sebesar 800 kg/m2 untuk lantai bawah dan 400 kg/m2 untuk tingkat lainnya berdasarkan peraturan. b.
Lantai Kantor
1) Beban Mati
Beban Plat (tebal 0,13 m)
0,13 x 2400 = 312
Beban Spesi (tebal 0,03 m)
0,03 x 2100 = 63
Beban Keramik Marmer
0,015 x 2563 = 39
Beban Plafon + Penggantung
11 + 7
Beban MEP
= 18 25
Total
418 kg/m2
2) Beban Hidup Beban hidup untuk kantor sebesar 250 kg/m2.
5
c.
Lantai Atap
1) Beban Mati
Beban Plat (tebal 0,12 m)
0,12 x 2400 = 288
Beban Spesi (tebal 0,03 m)
0,03 x 2100 = 63
Beban Plafon + Penggantung
11 + 7
Beban MEP
= 18 25
Total
394 kg/m2
2) Beban Hidup Beban hidup untuk atap sebesar 100 kg/m2. Pemodelan beban yang telah dimasukkan ke tiap lantai sesuai fungsinya (beban hidup) dapat dilihat pada Gambar 2.1 dan 2.2.
Gambar 2. 1 Variasi Pembebanan Beban Hidup Tiap Lantai
6
Gambar 2. 2 Variasi Pembebanan Beban Mati Tiap Lantai 2.3. Kombinasi yang Digunakan
Mengacu pada (SNI 03-1726 – 2012), kombinasi pembebanan yang ditinjau di dalam analisis dan desain struktur Gedung perkuliahan adalah : a. Kombinasi Pembebanan Tetap: U = 1,4.D U = 1,2.D + 1,6.L b. Kombinasi Pembebanan Sementara: U = (1,2 + 0,2. SDS).D + 1,0.L + (I/R) x (100%.Ex + 30%.Ey) dimana :
D : beban mati, L = beban hidup I : Faktor Keutamaan Gempa : 1,0 R : Faktor Modifikasi Respon : 8 Ex dan Ey = beban gempa arah X dan gempa arah Y.
Untuk nilai SDS = 0, 769 kombinasi pembebanan sementara menjadi : U = 1,354.D + 1,0.L + 0,125.(Ex) + 0,0375.(Ey) U = 1,354.D + 1,0.L + 0,0375.(Ex) + 0,125.(Ey)
7
BAB III GEMPA STATIK EKUIVALEN 3.1. Teori Dasar
Analisis statik ekivalen merupakan salah satu metode menganalisis struktur gedung terhadap pembebanan gempa dengan menggunakan beban gempa nominal statik ekivalen. Analisis ini biasa digunakan pada gedung yang memiliki struktur beraturan. Beban geser dasar nominal statik ekivalen V (base shear) yang tejadi di tingkat dasar dapat dihitung menurut persamaan: V = Cs.Wt Dimana Cs adalah Coefficient Skewness dan Wt adalah berat total struktur di tingkat dasar (berat total gedung). Beban geser dasar nominal V tersebut harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan:
Dimana Wi adalah berat lantai tingkat ke-i termasuk beban hidup yang sesuai, zi adalah ketinggian lantai tingkat ke-i , sedangkan n adalah nomor lantai tingkat paling atas (Gambar 3.1).
Gambar 3. 1 Struktur gedung yang mengalami beban gempa nominal statik ekivalen
Fi dan simpangan sebesar d 8
3.2. Menghitung Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekivalen (V)
Adapun perhitungan untuk menentukan Beban Geser Dasar Nominal Statik Ekivalen (V) adalah sebagai berikut. 3.2.1. Menentukan Berat Dan Massa Gedung
Beban gempa pada bangunan dipengaruhi oleh massa bangunan, sehingga perlu ditentukan massa dari lantai bangunan yang akan disimulasikan dengan beban gempa. Massa dari setiap lantai bangunan diperhitungkan dengan meminjau beban yang bekerja diatasnya, berupa beban mati dan beban hidup. Kemungkinan terjadinya gempa bersamaan dengan beban hidup yang bekerja penuh pada bangunan adalah kecil, sehingga besar beban hidup yang bekerja dapat direduksi. Wt = 100% DL + 30% LL Dimana : DL = Beban Mati (Berat sendiri) struktur pada setiap lantai gedung LL = Beban Hidup (Beban Berguna) struktur pada setiap lantai gedung Untuk mendapatkan berat per lantai, digunakan software SAP2000 untuk menghitung nilai tersebut. Berikut adalah hasil perhitungan keluaran SAP2000. GroupName Text LT1 LT2 LT3 LT4 LT5 LT6 LT7
SelfMass SelfWeight Kgf-s2/m Kgf 84537.74 829032 81968.05 803832 75702.91 742392 62963.40 617460 62963.40 617460 62963.40 617460 60457.34 592884 ΣWt = 4820520
Tabel 1 Berat dan Massa per Lantai Massa yang sudah didapatkan melalui tabel diatas dimasukkan ke titik berat tiap lantai seperti contoh pada gambar berikut.
9
Gambar 3. 2 Massa di Lantai 7 (Tampak Atas) Dan agar tiap lantai bergerak seragam, perlu diikat melalui assign/joint/ constraint/diaphragm pada SAP2000 per lantainya. 3.2.2. Menghitung V
Pada kasus ini, gedung yang ditinjau adalah gedung perkantoran dengan kelas situs SD berlokasi di Jl. Pahlawan, Semarang. Menurut SNI 1726:2012 halaman 14, gedung perkantoran memiliki kategori resiko II dengan Ie = 1,0. Dari aplikasi puskim.pu.go.id pada daerah Kota Semarang, didapat Ss = 1.098 dan S1 = 0.364.
Kelas Situs
Parameter Respons Spektral Percepatan Gempa MCE R Terpetakan pada Periode Pendek, T = 0,2 detik, S s
SA
Ss ≤ 0,25 0,8
Ss = 0,5 0,8
Ss = 0,75 0,8
SB
1,0
1,0
SC
1,2
SD SE SF Catatan:
0,8
Ss ≥ 1,25 0,8
1,0
1,0
1,0
1,2
1,1
1,0
1,0
1,6
1,4
1,2
1,1
1,0
2,5
1,7
1,2
0,9
0,9
Ss = 1
SS
a. Untuk nilai antara S s dapat dilakukan interpolasi linear b. SS = Situs yang memerlukan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respon situs spesifik.
Tabel 2 Nilai Fa
10
Kelas Situs
Parameter Respons Spektral Percepatan Gempa MCE R Terpetakan pada Periode, T = 1 detik, S 1
SA
S1 ≤ 0,1 0,8
S1 = 0,2 0,8
S1 = 0,3 0,8
S1 = 0,4 0,8
S1 ≥ 0,5 0,8
SB
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
SC
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
SD
2,4
2,0
1,8
1,6
1,5
SE
3,5
3,2
2,8
2,4
2,4
SF Catatan:
SS
a. Untuk nilai antara S 1 dapat dilakukan interpolasi linear b. SS = Situs yang memerlukan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respon situs spesifik.
Tabel 3 Nilai Fv Dari nilai Ss dan S1 didapat nilai Fa = 1,05 dan Fv = 1,67. Maka dapat dihitung nilai parameter respon percepatan: SMS = 1,05 x 1,098 = 1,153 SM1 = 1,67 x 0,364 = 0,608 Parameter percepatan spektral: SDS = 2/3 SMS = 2/3 x 1,153 = 0,769 SD1 = 2/3 SM1 = 2/3 x 0,608 = 0,405 Berdasarkan nilai
dan 1 dan kategori resiko maka ditentukan KDS adalah D.
KDS ini diinput pada preferences yang ada di SAP2000. Ta = Ct.hnx = 0,0466 (27,9)0,9 = 0,932 detik Cs =
, = = 0,0543 ,
Nilai Cs tidak boleh melebihi:
, = 0,0961 = =
Dan tidak boleh dibawah Csmin =
, ,, = 0,0227 =
11
Digunakan Cs = 0,0543 Maka, beban geser dasar nominal statik ekivalen V (base shear) adalah sebagai berikut. V = 0,0543 x 4820520 = 261.755 kg (pembulatan ke-atas) 3.3. Menghitung Gaya Gempa Statik Ekuivalen tiap Lantai (Fi)
Perhitungan besarnya beban gempa nominal statik ekivalen tiap tingkat ditabelkan sebagai berikut. Tingkat
Wi
Hi
Wi.Hi
Fi (kg)
7
829032
27,9 23129993
76004,8
6
803832
23,6 18970435
62336,6
5
742392
19,3 14328166
47082,1
4
617460
15
9261900
30434,5
3
617460
10,7
6606822
21709,9
2
617460
7,6
4692696
15420,1
1
592884
4,5
2667978
8766,94
ΣWi.Hi = 79657989,6 V = 261755 Tabel 4 Nilai Fi Keterangan:
8, x 261755 = 76004,8 kg 8 F6 = 8, x 261755 = 62336,6 kg 8 F5 = 8, x 261755 = 47082,1 kg x 261755 = 30434,5 kg F4 = 8, 8 x 261755 = 21709,9 kg F3 = 8, F2 = 8, x 261755 = 15420,1 kg 8 x 261755 = 8766,9 kg F1 = 8, F7 =
12
Setelah besarnya beban gempa nominal statik ekivalen pada tiap tingkat (Fi) dapat dilakukan analisis statik biasa dengan menganggap Fi sebagai beban horizontal, dan sekaligus dapat mendesain struktur gedungnya.
13
BAB IV RESPON SPEKTRUM 4.1. Pendahuluan
Untuk perhitungan beban gempa pada struktur
bagunan khususnya pada
bangunan Gedung pada soal UAS mata kuliah PBS 2018, perlu dibuat Kurva Respon Spektra Desain untuk lokasi dimana bangunan akan didirikan. Untuk membuat Kurva Spektrum Respons Desain dilakukan dengan software on-line yang tersedia pada situs: puskim.pu.go.id (http://puskim.pu.go.id/Aplikasi/desainspektraindonesia2011/ ). Dengan menggunakan software on line yang tersedia, didapatkan Kurva Percepatan Respon Spektrum Desain untuk wilayah Kota Semarang dan sekitarnya seperti pada Gambar 4.1.
Gambar 4. 1 Respon Spektrum Gempa Rencana Kota Semarang untuk Beberapa
Kondisi Tanah Dasar Dari perhitungan spektrum respon desain, didapat parameter-parameter seismik sbb. :
-
Percepatan spektrum respon desain pada periode pendek (SDS) : 0,769 (g).
-
Percepatan spektrum respon desain pada periode 1 detik (SD1) : 0,405 (g).
14
Respon spektrum yang didapatkan dari software tersebut kemudian di-input ke SAP2000 seperti pada gambar berikut.
Gambar 4. 2 Jendela Input Respon Spektrum pada SAP2000
Dipastikan di bagian Load Case respon spectrum telah diaktifkan dan diatur bagian gempa arah x untuk U1 serta arah x untuk U2 pada bagian Load Name
Gambar 4. 3 Jendela Pengaturan Case Respon Spektrum Arah X 15
Gambar 4. 4 Jendela Pengaturan Case Respon Spektrum Arah Y
16
BAB V DESAIN BALOK 5.1. Tinjauan Khusus
Pada soal UAS mata kuliah PBS Gedung 2018 diminta untuk merencanakan penulangan lentur dan geser pada elemen yang ditinjau yaitu pada lantai 4, as C segmen antara as 2 dan 3. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 5.1.
Gambar 5. 1 Tinjauan perencanaan tulangan lentur dan geser balok
Metode yang digunakan dalam perhitungan desain balok ini adalah menghitung
kebutuhan
tulangan
melalui
SAP2000.
Selanjutnya
dilakukan
pengecekan dengan metode manual untuk mengkonfirmasi hasil hitungan kebutuhan tulangan yang dilakukan oleh program SAP2000.
17
5.2. Perhitungan Tulangan Lentur
Perhitungan diawali dengan melihat kebutuhan tulangan yang disajikan pada program SAP2000 pada Gambar 5.2. Asumsi ukuran balok induk di awal adalah h=500 mm dan b=350 mm.
Gambar 5. 2 Kebutuhan Tulangan Lentur Menurut SAP2000 (satuan dalam mm)
Data yang diketahui (diambil yang terbesar diantara kedua angka pada ujung balok) adalah sebagai berikut. Pada momen negatif (ujung balok) Astarik = 2637 mm2 Astekan = 1250 mm2 Digunakan tulangan D22 untuk tulangan lentur. Maka jumlah kebutuhan tulangannya adalah:
= , , = 6,937 = 8 buah = = 3,288 = 4 buah N = , , N =
Pada momen positif (lapangan) Astarik = 1662 mm2 Astekan = 758 cm2
= = 4,372 = 5 buah , , = 8 = 1,978 = 2 buah N = , , N =
Untuk mengkonfirmasi kekuatan dari konfigurasi tulangan yang didapat melalui program tersebut, maka dilakukan pengecekan momen kapasitas dalam rangka mengetahui apakah konfigurasi tersebut memenuhi atau tidak. 18
Cek Momen Nominal Posisi Momen Negatif (ujung balok)
Mu = 413,214 KNm d = 600-50-10-22-15 = 503 mm d’= 50+10+11 = 71 mm Ast = 8x0,25x3,14x222 = 3041,06 mm2 As’t= 4x0,25x3,14x22 2 = 1520,53 mm2 (− ). ,−,. a= = 144,81 mm ,8.. = ,8..
Ø [AsAs fyd a Asfyd d ] ,8 = 0,9 [3041,061520,53 400503 1520,33.400503 71]
ØMn =
′
′
= 1417912350 Nmm = 1417,9 KNm ØMn (= 1417,9 KNm) > Mu (= 413,214 KNm)………………….OK! Cek Momen Nominal Posisi Momen Positif (lapangan)
19
Mu = 189,934 KNm d = 600-50-10-22-15 = 503 mm d’= 50+10+11 = 71 mm Ast = 5x0,25x3,14x222 = 1900,66 mm2 As’t= 2x0,25x3,14x22 2 = 760,26 mm2 (− ). ,−,. a= ,8.. = ,8.. = 108,61 mm
Ø [AsAs fyd a Asfyd d ] 8, = 0,9 [1140,403400503 760,26.400503 71] ′
ØMn =
= 302445159 Nmm = 302,445 KNm ØMn (= 302,445 KNm) > Mu (= 189,934 KNm)………………….OK! 5.3. Perhitungan Tulangan Geser
Vu = 215,23 KN = 215230 N
′ b.d = 0,75.0,17√ 30 350.388 = 94835.42 N
ØVc = Ø.0,17 Vs =
+ ØVc = + 8, = 413420,56 N Ø ,
Jarak Sengkang pada ujung balok Digunakan tulangan geser berdiameter 10 mm 4 kaki. Maka kebutuhan tulangan gesernya adalah sebagai berikut. S1 =
.. = 8,..88 = 117,937 mm = 110 mm V ,
S2 = d/2 = 388/2 = 194 mm S3 =
. 8, ,bw = ,. = 1025,3 mm
S4 < 600 mm Dipilih yang terkecil yaitu S1 = 110 mm Jarak Sengkang pada lapangan Pada jarak 1750 mm dari muka tumpuan hingga ke bagian lapangan, bekerja gaya geser sebesar: Vu = 98436 N (1/4 bentang dari ujung I dari analisa struktur) 20
′ b.d = 0,75.0,17√ 30 350.388 = 94835.42 N
ØVc = Ø.0,17 Vs =
+ ØVc = 8 + 8, = 257695,227 N Ø ,
Digunakan tulangan geser berdiameter 10 mm 4 kaki. Maka kebutuhan tulangan gesernya adalah sebagai berikut. S1 =
.. = 8,..88 = 189,11 mm = 180 mm V ,
S2 = d/2 = 388/2 = 194 mm S3 =
. 8, ,bw = ,. = 1025,3 mm
S4 < 600 mm Dipilih yang terkecil yaitu S1 = 180 mm Perencanaan lengkap balok yang ditinjau dapat dilihat pada Gambar 5.3
Gambar 5. 3 Konfigurasi Tulangan Lentur dan Geser pada Balok yang Ditinjau
21
BAB VI DESAIN KOLOM 6.1. Tinjauan Khusus
Pada soal UAS mata kuliah PBS Gedung 2018 diminta untuk merencanakan penulangan kolom pada elemen yang ditinjau yaitu pada as C3 segmen antara lantai 4 dan 5. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 6.1
Gambar 6. 1 Tinjauan Perencanaan Kolom
Metode yang digunakan adalah menghitung kebutuhan tulangan pada kolom menggunakan program SAP2000. Output kebutuhan tulangan dari
program
SAP2000 kemudian menjadi dasar perhitungan tulangan utama dan tulangan geser. 6.2. Perhitungan Tulangan Longitudinal
Perhitungan dimulai dengan mendapatkan luas kebutuhan tulangan pada kolom. Luas kebutuhan tulangan didapatkan dari program SAP2000 (Gambar 6.2)
22
Gambar 6. 2 Kebutuhan Tulangan Longitudinal
As = 3518 mm2 Digunakan tulangan D22 untuk keperluan tulangan kolom. Jumlah kebutuhan tulangan longitudinal adalah sebagai berikut. N =
8 = 9,256 = 12 buah ,.,.
6.3. Perhitungan Tulangan Geser Kolom
Untuk tulangan geser, Gaya geser diambil dari data gempa static ekivalen sebagai Vu (lihat tabel 4). Dari tabel 4, diketahui Vu = 30434,5 kg. Maka perhitungannya adalah sebagai berikut. Vu = 30434,5 kg = 304345 N D = 500-50-10-11 = 429
′ b.d = 0,75.0,17√ 30 350.429 = 94835.42 N
ØVc = Ø.0,17
− ØVc −8, = 279346,107 N Ø = , , 2 (2 kaki) = = . = 1,628 mm /mm Vs =
= 0,407 mm2/mm
(3 kaki)
Bila digunakan sengkang diameter 10 mm, luas satu kaki adalah 78,54 mm2 Jarak Sengkang =
8, , = 144,73 = 150 mm
Jadi, digunakan sengkang diameter 10 mm 3 kaki dengan jarak 150 mm.
23
Gambar 6. 3 Konfigurasi Tulangan Kolom
24
