BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Populasi penduduk di Indonesia bertambah dengan pesat setiap tahunnya. Seiring bertambahnya populasi penduduk makin banyak pula didirikan tempat tinggal. Hal ini menyebabkan makin sempitnya lahan untuk pertanian dan akan semakin berkurang setiap tahunnya. Oleh karena itu ide untuk mendirikan bangunan tingkat tinggi (pembangunan vertikal) yang hanya membutuhkan lahan secukupnya untuk menampung jumlah populasi yang banyak merupakan suatu hal yang menarik. Makin tinggi suatu bangunan makin tinggi pula resiko yang diterima. Bangunan tingkat tinggi harus mampu menerima beban gempa yang kuat (zona 5 dan 6). Beberapa tahun terakhir ini banyak terjadi gempa yang menelan banyak korban, baik yang berupa harta benda maupun nyawa. Banyak tempat tinggal yang rusak bahkan hancur rata dengan tanah. Hal ini disebabkan karena bangunan tersebut tidak kuat, sehingga tidak mampu menahan gaya gempa yang kuat. Unuk mampu menahan beban tersebut perlu di desain struktur yang kuat. Namun untuk mendapatkan struktur yang kuat diperlukan dimensi yang besar. Selain struktur harus kuat, struktur tersebut juga harus daktail yaitu : a. Material daktail dimana material ini mampu mengalami deformasi inelastis yang besar tanpa kehilangan kekuatannya. b. Elemen struktur dan penampang profil harus daktail c. Struktur harus daktail dimana sambungan tidak boleh leleh atau rusak. Oleh karena itu digunakan material baja sebagai sebagai struktur utama dan untuk menahan beban lateral (gempa dan angin) digunakan dinding geser pelat baja (steel plate shear wall). Dinding geser pelat baja (Steel Plate Shear Wall atau SPSW) adalah sebuah
sistem penahan beban lateral yang terdiri dari pelat baja vertikal padat, menghubungkan balok dan kolom di sekitarnya, dan terpasang dalam satu atau lebih plat sepanjang ketinggian struktur membentuk sebuah dinding penopang. Sebagaimana ditentukan oleh beberapa eksperimental dan analitis penyelidikan, deformasi inelastis siklik SPSW menunjukkan kekakuan awal tinggi, bersifat sangat daktail, dan dapat menghilangkan sejumlah besar energi(Berman dan Bruneau 2003). Sifat ini sangat cocok untuk melawan dan mengurangi beban gempa secara memadai.
1.2 Rumusan Masalah Secara umum berdasarkan latar belakang di atas, maka beberapa permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini, antara lain: 1. Bagaimana perilaku atau respon inelastik (drift ratio, gaya geser dasar, simpangan atap) antara suatu bangunan dengan menggunakan steel plate shear wall dibandingkan struktur baja biasa tanpa shear wall (open frames)? 2. Apa keuntungan dan kerugian struktur menggunakan SPSW dibandingkan dengan struktur open frame biasa 1.3 Tujuan Penelitian Dari permasalahan yang ada di atas, adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penyusunan tugas akhir ini adalah : 1. Menghitung respon inelastik (drift ratio, gaya geser dasar, simpangan atap) suatu bangunan dengan menggunakan steel plate shear wall dengan struktur rangka pemikul momen (open frames) 2. Menentukan keuntungan dan kerugian struktur menggunakan 1
SPSW dibandingkan dengan struktur open frame biasa 1.4
Batasan Masalah
Lingkup pembahasan yang akan dianalisa mencakup : 1. Pemodelan dengan memakai shear walls hanya pada portal eksterior memanjang dan melintang. 2. Struktur direncanakan terletak pada zona gempa kuat (zona 6). 3. Profil tanah ditetapkan menggunakan jenis tanah lunak (Tabel 4 SNI2002). 4. Tidak merencanakan bangunan bawah struktur. 5. Tidak merencanakan sambungan 6. Tidak membahas metode pelaksanaan di lapangan. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang dapat diberikan pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Sebagai bahan masukan bagi dunia perkonstruksian khususnya pada bangunan baja yang menggunakan pengaku pada strukturnya. 2. Sebagai bahan pertimbangan jenis pengaku yang akan digunakan dalam mendesain konstruksi bangunan baja. BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Penelitian pada dinding geser pelat baja dimulai pada awal tahun 1970-an. Walaupun badan penelitian yang telah terkumpul saat itu dengan jelas menunjukkan bahwa dinding geser baja menyediakan cara yang efektif dan ekonomis melawan angin dan beban gempa, relatif sedikit bangungan telah dibangun dengan metode ini. Hal ini dikarenakan, Pertama, banyak dari penelitian awal
dilakukan di Jepang dan dipublikasikan dalam bahasa Jepang, membatasi aksesibilitas untuk insinyur di bagian lain dunia. Kedua, konsensus mengenai beberapa aspek tentang desain, analisis, dan konsepkonsep detail belum tercapai(Robert G.Drive et al, 1997). Mayoritas bangunan dinding geser pelat baja dibangun di Jepang dan Amerika Serikat dengan mengambil beberapa bentuk. Panel dinding geser plat baja Berat kaku dan tipis historis telah disukai di Jepang, sedangkan panel dinding geser plat baja lentur dan cukup tebal telah mendominasi di Amerika serikat. Thorburn et al. (1983) menyajikan sebuah survei bangunan baja dengan menggunakan SPSW, dengan diskusi singkat tentang karakteristik masing-masing. Karena laporan itu diterbitkan, beberapa bangunan dinding geser baja telah dilaporkan dalam literatur, terutama bangunan lima lantai Veteran ’Administrasi Medical Center di Charleston’, Carolina selatan (Baldeli 1983) dan sebuah kantor berlantai delapan blok di Benoni, Afrika Selatan (Anon, 1989). Yang pertama adalah contoh dari peningkatan seismik bangunan beton yang diperkuat dengan menggunakan dinding geser pelat baja. Dinding geser terhubung ke struktur yang sudah ada dengan dibor-di jangkar dan kaku menggunakan bagian saluran. Sedangkan bangunan yang di Afrika Selatan menggunakan dinding geser panel lentur tipis yang mengandalkan prilaku pasca tekuk dari panel geser dalam melawan beban lateral. Penelitian telah dilakukan pada dinding geser pelat baja dengan keragaman bentuk. Namun, dinding geser baja dapat dibagi secara konseptual menjadi 2 jenis, yakni plat dinding geser baja yang tidak boleh tekuk dibawah beban desain dan plat dinding geser baja boleh tekuk. Penelitian pada kedua jenis ini sedang berlangsung. 2.2.Tinjauan
kronologis penelitian dinding geser pelat baja sebelumnya:
2
2.2.1. Laporan Astaneh-asl (2001) Usaha mengcompile sebuah dokumen komprehensif yang merinci perilaku dan desain dinding geser pelat baja dibuat oleh Astaneh-ASL(2001). Panel kaku dan lentur keduanya diperiksa dan disarankan agar pelat lentur padat digunakan kecuali jika terdapat celah di dinding geser yang memerlukan kaku. SPSW Failure diagram Menunjukkan daftar kemungkinan kegagalan mekanisme yang diatur menjadi urutan hieraskis mode kegagalan. Modus kegagalan ulet digolongkan sebagai modus yang lebih diinginkan daripada mode kegagalan rapuh dan disusun terlebih dahulu. Tabel ini dapat menjadi asisten desain yang efektif untuk memeriksa setiap anggota dalam sistem dinding geser pelat baja. Astaneh-asl(2001) merekomendasikan penggunaan persamaan yang menggambarkan prilaku pelat griders (AISC 1999) untuk desain pelat baja dinding geser lentur 2.2.2. Laporan Kulak et al. (2001) Kulak et al.(2001) disajikan ikhtisar dinding geser pelat baja penelitian yang dilakukan hingga saat ini. Sebuah desain contoh hipotesis gedung berlantai delapan di Vancouver, Kanada, dengan menggunakan dinding geser pelat baja sebagai sistem penahan beban lateral, juga disajikan. Desain awal dilakukan dengan menggunakan penjepit suara metode dan desain rinci dilakukan dengan menggunakan model strip(Thoburn et al. 1983). Begitu anggota ukuran, analisis getaran bebas dilakukan di bi-directional hanya tegangan-model strip, dari mana dasar frekuensi alam dinding bertekad untuk menjadi 1,65s. Sebuah analisis spektrum respons juga dilakukan untuk memperkirakan efek getaran mode yang lebih tinggi pada distribusi gaya lateral atas gedung tinggi. Analisis menentukan bahwa drift rasio karena beban angin
dan seismik dengan baik dalam tahun 1995 Kode Gedung Nasional Kanada (NBCC 1995) batas.yang inelastis respon statis dan dinamis dari dinding geser juga dianalisis menggunakan strip kompresi ketegangan-model, yang merupakan perpanjangan dari ketegangan-satunya strip model dan memiliki strip cenderung dalam dua arah untuk melawan beban lateral dalam arah mana pun. Kapasitas kompresi irisan, diambil 8% dari kapasitas tarik pelat padat, ditentukan oleh ketegangankalibrasi model model kompresi untuk kedua beban kumulatif berkelanjutan dan energi yang diserap dengan histeresis loop dari pengujian dengan Driver et al. 1998.
Gambar 2.1-Hysteresis Model(Mimura and Akiyama 1977)
Gambar 2.2-Strip Model (Thorburn et al 1983)
3
Gambar 2.3-One-Storey Test Specimen (Timler and Kulak 1983)
Gambar 2.6- One-Storey Test Specimens (Lubell 1997)
Gambar 2.4-Hysteresis Model proposed by Tromposch and Kulak (1987)
Gambar 2.7- One-Storey Test Specimens, SPSW4 (Lubell 1997)
Gambar 2.5- Four-Storey Test Specimen (Driver et al 1997; 1998)
4
BAB III METODOLOGI
Peraturan yang digunakan dalam perencanaan adalah : a. SNI 03 – 1729 – 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung b. Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983. c. SNI 03 – 1726 – 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung. d. Untuk check / kontrol dimensi digunakan SNI
3.1 Flowchart Metodologi
3.2.2. Pre Eliminary Design
Pertama-tama direncanakan lebih dahulu sebuah bangunan gedung typical dengan dimensi bangunan 30 18 m (jarak bentang 6 m) dan 8 lantai dengan tinggi bangunan 40 m (tinggi antar lantai 4 m), untuk kemudian dianalisa perilaku dan kapasitas geser pada sambungannya. Gedung yang didesain terletak di daerah rawan gempa dengan mengambil Zona Gempa 6 berdasarkan SNI-03-1726-2002. Balok induk
Balok anak
6.0 m
18.0 m
6.0 m
6.0 m
6.0 m
Gambar 3.1. Flowchart Metodologi
6.0 m
6.0 m 30.0 m
6.0 m
6.0 m
Gambar 3.2 Denah struktur bangunan baja tanpa dinding geser Balok induk
3.2 Penjelasan Flowchart
Balok anak
SPSW
3.2.1. Studi Literatur
Tahap ini mempelajari literatur yang berkaitan dan relevan dengan masalah penelitian yang diambil, terutama yang berkaitan dengan metodemetode analisis yang digunakan. Sumbersumber referensi ini dapat berupa buku, jurnal, ataupun data yang didapat lewat internet.
6.0 m
18.0
6.0 m SPSW
6.0 m
6.0 m
6.0 m
6.0 m 30.0 m
6.0 m
6.0 m
Gambar 3.3 Denah struktur bangunan baja dengan dinding geser
5
+ 40.00 + 40.00
4.0 m 4.0 m
+ 36.00
+ 36.00
4.0 m
4.0 m
+32.00
+32.00
4.0 m
4.0 m
+ 28.00
+ 28.00
4.0 m
4.0 m
+ 24.00
+ 24.00
4.0 m
4.0 m
+ 20.00
40.0 m
+ 20.00
40.0 m 4.0m
4.0m
+ 16.00
+ 16.00 4.0m
4.0m
+ 12.00
+ 12.00 4.0m
4.0m
+ 8.00
+ 8.00 4.0m
4.0m
+ 4.00
+ 4.00 4.0m
± 0.00
6.0 m
6.0 m
6.0 m 30.0 m
6.0 m
4.0m
± 0.00
6.0 m
6.0 m
Gambar 3.4 Potongan memanjang tanpa dinding geser
6.0 m
6.0 m 30.0 m
6.0 m
6.0 m
Gambar 3.6 Potongan memanjang dengan dinding geser
+ 40.00
+ 40.00
4.0 m
4.0 m
+ 36.00
+ 36.00
4.0 m
4.0 m
+32.00
+32.00
4.0 m
4.0 m
+ 28.00
+ 28.00
4.0 m
4.0 m
+ 24.00
+ 24.00 4.0 m
+ 20.00
4.0 m 40.0 m
+ 20.00
40.0 m
4.0 m
+ 16.00
4.0 m
+ 16.00 4.0 m
+ 12.00
4.0 m
+ 12.00 4.0 m
+ 8.00 4.0 m
4.0 m
+ 8.00 4.0 m
+ 4.00 4.0 m
+ 4.00 4.0 m
± 0.00 6.0 m
6.0 m 18.0 m
6.0 m
Gambar 3.5 Potongan melintang tanpa dinding geser
± 0.00 6.0 m
6.0 m 18.0 m
6.0 m
Gambar 3.7 Potongan melintang dengan dinding geser
6
di pihak angin = + 0,9 ;di angin = - 0,4
Gambar 3.8 Konfigurasi Dinding geser 4 bagian 3.2.3. Beban pada Struktur 3.2.3.1. Beban Mati (PPIUG 1983 Bab 2 Beban mati terdiri atas : 1. Berat sendiri dari bahan - bahan bangunan penting dan dari beberapa komponen gedung yang harus ditinjau di dalam menentukan beban mati dari suatu gedung, harus diambil menurut Tabel 2.1 2. Berat sendiri dari bahan bangunan dan dari komponen gedung yang tidak tercantum dalamTabel 2.1 harus ditentukan tersendiri. 3.2.3.2. Beban Hidup (PPIUG 1983 Bab 3) Beban hidup terdiri dari beban yang diakibatkan oleh pemakaian gedung dan tidak termasuk beban mati, beban konstruksi dan beban akibat lingkungan (alam) seperti beban angin, beban salju, beban hujan, beban gempa atau beban banjir. 3.2.3.3. Beban Angin (PPIUG 1983 Bab 4) Bangunan terletak ditepi laut sehingga tekanan tiup diambil minimum 40 kg/m2.
belakang
3.2.3.4. Beban Gempa (SNI03-1726-2002) Beban gempa yang digunakan adalah statik eqivalen yang sudah disesuaikan dengan SNI 2002. 3.2.3.5. Kombinasi Pembebanan Peraturan pembebanan menggu nakan SNI 03 – 1729 - 2002 dengan combinasi pembebanan sebagai berikut : COMBO 1 : 1,4 D COMBO 2 : 1,2 D + 1,6 L COMBO 3 : 1,2 D + 0,5 L + 1,3 W COMBO 4 : 1,2 D + 1 L + 1 E COMBO 5 : 0,9 D + 1 E di mana : D = Beban mati L = Beban hidup W = Beban angin E = Beban gempa
3.2.4 Kinerja batas layan Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan struktur gedung, dalam segala hal simpangan antartingkat yang dihitung dari simpangan struktur gedung menurut pasal 8.1 SNI 03-1726-2002 tidak boleh 0,03 melampaui kali tinggi tingkat R yang bersangkutan atau 30 mm, bergantung yang mana yang nilainya terkecil. Dari tabel 3 SNI 031726-2002 untuk SRPMK baja R = 8,5, untuk SRBE baja R = 8,5.
Koefisien angin untuk gedung tertutup pada bidang-bidang luar, koefisien angin (+ berarti tekanan dan – berarti isapan), adalah sebagai berikut : Dinding vertikal : 7
Gambar 3.9 Diagram beban – simpangan struktur gedung
3.2.5 Analisa struktur Pada tahap ini dilakukan pemodelan dan analisa linier struktur dengan menggunakan program SAP 2000 v.14 berdasarkan preliminary dan pembebanan yang telah direncanakan. Semua pembebanan harus dimasukan untuk menghasilkan gaya yang terbesar yang akan menghasilkan gaya dalam yang terbesar, untuk minor analisis menggunakan software abaqus versi 6.5 untuk mengetahui kekuatan steel plate shear wall itu sendiri. 3.2.6 Kontrol Dimensi Pada tahap ini dilakukan kontrol dimensi, dimensi yang direncanakan berdasarkan gaya dalam yang terjadi hasil dari permodelan dan penganalisaan yang dilakukan dengan bantuan program SAP 2000 v.14 berdasarkan preliminary dan pembebanan yang telah direncanakan. Pada tahap pengontrolan ini dilakukan supaya dimensi yang telah kita rencanakan atau asumsi sudah sesuai peraturan serta drift yang terjadi pada model struktur kita sesuai batasan (SNI 2002). Bila telah memenuhi persyaratan, maka dapat diteruskan ke tahap pendetailan dan apabila tidak memenuhi persyaratan, maka dilakukan re-design.
3.2.7 Analisa beban dorong statik ekuivalen Respon inelastis dan perhitungan daktilitas struktur yang telah direncanakan diatas dapat diketahui dengan cara melakukan analisa beban dorong statis dengan meletakkan beban gempa ke pusat massa dalam software SAP 2000 versi 14. 3.2.8 Prbandingan Setelah dilakukan analisa struktur gedung open frame dan struktur gedung steel plate shear wall maka dari dua analisa tersebut akan dibandingkan prilaku atau respon inelastik (drift ratio, gaya geser dasar, simpangan atap) 3.2.9 Visualisasi (Gambar) Hasil dari perencanaan dan penganalisaan akan dituangkan dalam bentuk output gambar dari SAP 2000 versi 14 dan Abaqus versi 6.5. 3.2.10. Kesimpulan Dari studi dan analisa yang telah dilakukan diatas maka akan disimpulkan keuntungan atau kerugian menggunakan steel plate shear wall
8
BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR SEKUNDER
Total beban finishing = 128 kg/m2 Beban Hidup Beban Hidup = 250 kg/m2
4.1 Pelat Atap 4.1.1 Data Perencanaan Pelat Atap : a. Beban Superimposed (Berguna) Beban finishing : - aspal t = 2 cm = 2.14 kg/m2 = 28 kg/m2 - rangka + plafond= (11+7)kg/m2=18 kg/m2 - ducting AC + pipa = 40 kg/m2 + Total beban finishing = 86 kg/m2
Beban superimposed/berguna = beban hidup + finishing = 250 kg/m2 + 128 kg/m2 = 378 kg/m2
Beban Hidup Beban Hidup = 100 kg/m2 Beban superimposed/berguna = 100 kg/m2 + 86 kg/m2 = 186 kg/m2 Berdasarkan tabel perencanaan praktis : - bentang (span) = 3m - tebal pelat beton = 10 cm = 3.25 cm2/m - tulangan negatif - direncanakan memakai tulangan dengan Ø = 10 mm (As = 0,7854 cm2) - banyaknya tulangan yang diperlukan tiap 1 m 3,25 N= = 4,14 buah ≈ 5 buah 0,7854 100 Jarak antar tulangan = =20 cm 5 Jadi dipasang tulangan negatif Ø10 – 200 b. Beban Mati = 10,1 kg/m2 Berat pelat bondek Berat beton = 0,1 x 2400 = 240 kg/m2 + qD = 250,1 kg/m2 4.2 Pelat Lantai 4.2.1 Data Perencanaan Pelat Lantai a. Beban Superimposed (Berguna) Beban finishing : - Spesi Lantai
Berdasarkan tabel perencanaan praktis : - bentang (span) = 3 m - tebal pelat beton = 10 cm - tulangan negatif = 3.25 cm2/m - direncanakan memakai tulangan Ø=10 mm (As = 0,7854 cm2) - yang diperlukan tiap 1 m 3,25 = 4,14 buah ≈ 5 buah N= 0,7854 100 Jarak antar tulangan = = 20 cm 5 Jadi dipasang tulangan negatif Ø10 – 200 b. Beban Mati Berat pelat bondek = 10,1 kg/m2 Berat beton=0,1x2400 = 240 kg/m2 qD = 250,1 kg/m2 4.3. Perencanaan Balok Anak Menggunakan profil WF 300x200x8x12 , dengan data sebagai berikut : A = 72,38 cm2 ix = 12,5 cm r = 18 mm W = 56,8 kg/m tw = 8 mm Zx = 823 cm3 d = 294 mm tf = 12 mm Sx = 771 cm3 bf = 200 mmIx = 11300 cm4 Iy = 1600 cm4 iy = 4,71 cm h = d–2(tf + r ) = 294–2(12+18) = 234 mm BJ-41 : fy = 2500 kg/cm2 fu = 4100 kg/cm2 fr = 700 kg/cm2 Beton : fc’= 300 kg/cm2 fL = fy – fr = 3000 – 700 = 2300 kg/cm2 Panjang balok anak (L) = 6000 mm = 6 m
9
Pembebanan :
Jadi, Lb < Lp → bentang pendek,
Beban mati - berat pelat bondex = 10,1 kg/m2 . 3 m = 30,3 kg/m - berat sendiri pelat beton = 0,1 m.2400kg/m3.3m = 720 kg/m - berat sendiri profil WF = 56,8 kg/m+ = 807,1 kg/m - berat ikatan :10 %.807,1 kg/m = 80,71 kg/m+ qD = 887,81 kg/m Beban hidup ( Tabel 3.1. PPI 1983 ) qL = 3 m x 250 kg/m2 = 750 kg/m Beban berfaktor = qU = (1.2 x qD) + (1.6 x qL) = (1.2 x 887,81 ) + (1.6 x 750) = 2265,37 kg/m
kuat nominal komponen struktur adalah : Mp = Fy x Zx = 2500 kg/cm2 x 823 cm3 = 202570 kgcm Mu < Φ Mn 10194,17 kgcm < 1851750 kgcm…OK Kontrol Kuat Geser h 1100 29,25 < 69,57...OK tw fy Vn 0,6. fy. Aw = 35280 kg Syarat : ΦVn ≥ Vu 0,9. 35280 kg ≥ 6796,12 kg 31752 kg ≥ 6796,12 kg...OK
Momen yang terjadi : 1 Mu = x qU x L2 = 10194,17 kg.m 8 Geser yang terjadi : 1 Vu = x qU x L = 6796,12 kg 2 Kontrol Lendutan Lendutan ijin : L 600 = = 1.67 cm f '= 360 360 5.qu .l 4 = 0.58 cm < f ' ...OK ymaks 384.E.Ix Kontrol Kekuatan Penampang (Local Buckling) Untuk Sayap bf 170 2tf fy
8,33 < 10,752.......OK 106,25...OK
Untuk Badan h 1680 tw fy
29,25 <
Kontrol Lateral Buckling Jarak Penahan Lateral Lb = 100 cm Lp = 234,465 cm, Lr = 742,890 cm 10
BAB V PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA 5.1 Pembebanan Struktur Utama Perhitungan pembebanan dilakukan untuk mengetahui distribusi beban-beban yang bekerja, sehingga dapat diketahui gayagaya dalam yang bekerja pada struktur. 5.2 Pembebanan Gravitasi 5.2.1 Berat bangunan Ringkasan berat bangunan dinyatakan dalam Tabel 5.1 berikut ini : Tabel 5.1 Berat struktur per lantai Lantai Tinggi (m) Berat Lantai (kg) 10 40 184743.6 9 36 305043.6 8 32 305043.6 7 28 307962 6 24 307962 5 20 307962 4 16 317446.8 3 12 317446.8 2 8 317446.8 1 4 317446.8 ∑ 2988504
5.3.2 Perhitungan Beban Hidup Tabel 5.4 Daftar Beban Hidup Deskripsi 1.Lantai Perkantoran 2.Atap
Beban hidup 250 kg/m2 100 kg/m2
5.3.3 Perhitungan Beban Gempa a). Wilayah Gempa : Zone 6 b). Jenis tanah
: Tanah Lunak
c). Percepatan gravitasi
: 9.81 m/dt2
d). Faktor kepentingan (I)
: 1 (kantor)
e). Faktor reduksi gempa (R) : 8.5(SRPMK) Tabel 5.5 Gaya gempa tiap lantai
Jadi berat total bangunan = 2988504 kg 5.3 Pembebanan 5.3.1 Perhitungan Beban Mati Tabel 5.2 Daftar Beban Mati
h h. Kontrol Analisa T Rayleigh akibat gempa arah sumbu X dan Y Besarnya T yang dihitung sebelumnya dengan rumus empiris harus dibandingkan dengan Trayleigh , dengan rumus : n
T1 6,3
Wi.di
2
i 1
n
g Fi.di i 1
5.3.1.1 Berat Sendiri Profil Baja (Self Weight) Tabel 5.3 Daftar Profil Baja Terpakai
11
Tabel 5.6 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu X
Trayleight(x) 6,3
detik
80998537 = 981 1696761
1.389
Tabel 5.7 Analisa T rayleigh akibat gempa arah sumbu Y
Tabel 5.8 Gaya gempa menggunakan T = 1,723
T empiris < Trayleight(x,y) 1.163 < 1.389 dan 1.723….OK Perhitungan nya menjadi : T1 = 1,723 detik
C1 Vx
0,95
T1
0,63x1
8,5
0,95 0,55 1,723
x 2988504 224167,29kg
lantai
i. Kontrol Drift Kinerja batas layan (Δs) struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar tingkat akibat pengaruhgempa rencana, yaitu untuk membatasi terjadinya pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, disamping untuk mencegah kerusakan non struktural dan ketidaknyamanan penghuni. Simpangan antar tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pengaruh gempa nominal yang sudah dikali faktor skala. Menurut SNI 1726 pasal 8.1.2 tidak boleh melampaui : 0,03 Δs < hi atau 30 mm (yang R terkecil) Δs<
191684865 Trayleight(y) 6,3 1.723 981 2610007
tiap
0,03 8,5
x4000 14,12 mm atau 30 mm
Kinerja batas ultimatum (Δm) struktur gedung ditentukan oleh simpangan antar tingkat maksimum struktur gedung diambang keruntuhan, yaitu untuk untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur yang dapat menimbulkkan korban jiwa. Simpangan (Δs) dan simpangan antar tingkat (Δm) harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikali dengan suatu faktor pengali. Faktor pengali berdasarkan ketentuan
12
SNI 1726 pasal 8.2.1 untuk gedung beraturan: 0,7 R 0,7 x8.5 5,95 Δm = ξ x Δs = 5,95 Δs Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas ultimate struktur gedung, dalam segala hal simpangan antar struktur gedung menurut SNI 1726 pasal 8.2.2 tidak boleh melampaui : 0,02 x hi = 0,02 x 4000 = 80 mm untuk lantai dengan hi = 4,00 m
Gambar 5.2 gambar displacement open frame biasa tanpa SPSW arah sumbu x
Tabel 5.9. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu X open frame tanpa SPSW
Gambar 5.3 gambar displacement dengan SPSW arah sumbu x
Tabel 5.10. Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu X dengan SPSW
Tabel 5.11 Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu Y open frame tanpa SPSW
13
Tabel 5.12 Kontrol kinerja batas layan dan kinerja batas ultimate arah sumbu Y setelah menggunakan SPSW
J. Verifikasi otomatis semua frame (balok kolom) dengan SAP
Gambar 5.6 Gambar verifikasi otomatis check SAP 2000
Gambar 5.4 Gambar displacement open frame biasa tanpa SPSW arah sumbu y
Gambar 5.5 Gambar displacement open frame biasa tanpa SPSW arah sumbu y
14
BAB VI ANALISA SPSW DENGAN ABAQUS 6.7 6.1. PRE PROCESSING Pemodelan geometrik struktur dengan bentuk yang diinginkan, beserta input data-data seperti jenis material yang digunakan, pola beban, rekatan antar elemen, jenis perletakan, dan messing element. Adapun step-step dari
Gambar6.3 Tahap Penggambaran plat
abaqus dalam pemodelan yaitu: 6.1.1. Parts Step ini merupakan penggambaran bentuk awal
dari
geometrik
struktur
dengan
menggunakan titik-titik koordinat dalam penggambaran
untuk
masing-masing
element struktur
Gambar 6.4 Gambar profil king cross
Gambar6.1 Tahap Penggambaran profil king
Gambar 6.5 Gambar profil WF
cross
Gambar 6.6 Gambar meshing profil king-cross Gambar6.2 Tahap Penggambaran profil WF
15
6.1.2. Materials Step ini merupakan penentuan jenis material masing-masing
6.1.3. Assembly Merupakan penggabungan dari element-
element. Dengan mengisi mass density,
element yang telah dibuat menjadi satu
elastisitas material, dan plastisitas material.
kesatuan. Dalam langkah ini dibagi beberapa
Density menu : Mass density untuk baja=
langkah diantaranya instances (memanggil
6850 kg/cm³ = 7.7008E-005 N/mm³
part-part
Elastis menu : Modulus young baja 200000
kesatuan), steps (pendefinisian element),
Mpa dengan poison ratio 0.3
constrain (input lekatan antar element), loads
Plastis menu : Yield stress (250,251,410);
(input beban yang ada), dab BCs (input
Plastis Strain (0,0.0188,0.1988)
perletakan)
yang
digunakan
untuk
untuk
dibentuk
dalam
satu
Gambar 6.7. Gambar kurva teganganregangan Gambar 6.9. Assembly
Gambar 6.8. Input materials Gambar 6.10. Gambar gaya-gaya dan reaksi perletakan untuk SPSW
16
6.2. PROCESSING Dalam hal ini abaqus mampu menganalisa linear analisis dan non-linear analisis pada finite element dengan ratusan parameter dalam banyak iterasi. Pemecahan analisa non linear dalam abaqus terdapat beberapa tahap yaitu: Kombinasi dan berulang prosedur tambahan; Menggunakan metode newton untuk memecahkan persamaan non linear Menentukan konvergensi;
permintaan output yang dapat digunakan dalam setiap langkah. Konvergensi Dalam hal ini abaqus mempertimbangkan gaya eksternal (P) dan gaya Internal (I) pada tubuh element. Beban internal bekerja pada sebuah nodal disebabkan oleh tegangan dalam element-element yang melekat pada nodal itu)
Menentukan beban sebagai fungsi waktu, dan Bertahap memilih waktu yang tepat secara otomatis.
Gambar 6.12. Gambar pemodelan beban internal dan eksternal
Gambar 6.11. Gambar Kurva perpindahan beban non-linear
6.3. POST PROCESSING Merupakan tahap hasil dari pemodelan struktur
Tujuan analisis adalah untuk menentukan respon ini. Dalam non linear analisis solusi tidak dapat dihitung dengan menyelesaikan system persamaan linear tunggal, seperti yang akan dilakukan dalam masalah linear. Sebaliknya, solusi ditemukan dengan menetapkan loading sebagai fungsi dari waktu sehingga respon non linear dapat dipeoleh ketika melakukan iterasi. Langkah kenaikan dan iterasi Pada dasarnya simulasi terdiri dari 1 atau
Gambar 6.13. Gambar visualisasi SPSW pada abaqus
banyak langkah. Pendefenisian proses kerja umumnya
terdiri
dari
prosedur
analisis,
pembebanan dan permintaan output. Beban yang berbeda, kondisi batas, analisis prosedur, dan
17
Tan4 α =
Tan
1
Balok anak WF 300x200x8x12 Balok Induk Eksterior : Untuk lantai 1 s/d 10 WF 500x200x10x16
twL 2 Ac
1 h3 1 twH Ab 360 IcL
4
α
=
0.6 x 400 2 x 268.8 1 200 3 1 0.6 x 200 114.2 360 x187 x 400 1
α = 36.8º
Balok Induk Interior : Untuk lantai 1 s/d 10 WF 500x200x9x14 Kolom : a. Lantai 1 s/d 4 : K 700x300x13x24 b. Lantai 5 s/d 7 : K 600x200x11x17 c. Lantai 8 s/d 10 : K 400x200x8x13 Balok lantai 1-4 1. Open Frame Mu max = 4,796,210.00 Kgcm Vu (-) = 19,421.32Kg 2. SPSW Mu max = 2,824,594.00 Kgcm Vu (-) = 13,652.30 Kg Balok lantai 5-10 1. Open Frame Mu max = 4,200,607.00 Kgcm Vu (-) = 17,374.89Kg 2. SPSW Mu max = 2,543,794.00 Kgcm Vu (-) = 12,673.20 Kg
Gambar 6.14. Gambar visualisasi SPSW pada abaqus
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1. Kesimpulan Dimensi Profil ; Dari hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan pada struktur gedung, didapatkan hasil sebagai berikut : SPSW : Plat baja BJ 37 dengan tebal 6 mm
Tabel 8.1 Gaya dalam yang terjadi pada struktur saat Open Fram tanpa pengaku, dan setelah menggunakan SPSW Open Frame Balok seg. bawah Mu max( kgcm ) Vu max (kg) Balok seg. Atas Mu max( kgcm ) Vu max (kg)
SPSW
4,796,210 19,421.32
2,824,594
4,200,607 17,374.89
2,543,794
13,652
12,673
Dari data Mu max dan Vu yang ada di atas, saat Struktur menggunakan SPSW berkurang ±1,7 kali terhadap terhadap struktur saat Open frame. Hal ini memberikan gambaran bahwa suatu struktur yang deberi SPSW, lebih bermaanfaat pada struktur berlantai 10. Sehingga dari momen yang mengalami pengurangan tersebut,dimensi Balok dapat
18
dikurangi lagi hingga kondisi se optimum mungkin.
Pengaruh gaya gempa yang terjadi terhadap struktur Open Frame,dan SPSW dapat dilihat pada grafik dibawah ini:
Gambar 7.1 Kinerja Batas Layan (∆s)
Dari grafik terlihat Drift yang sangat besar terjadi saat Open Frame (∆s= 383.78 mm),setelah SPSW menjadi ∆s= 81.038 mm. Pengecilan drift ±4.7 kali ini menunjukkan momen yang diterima oleh kolom dan balok akan mengecil pula. 7.2 Saran
Perlu dilakukan analisa struktur gedung penuh dan penggunaan beban cyclic menggunakan software abaqus untuk menganalisa perilaku SPSW dengan sempurna.
19
