BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR

BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR

BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR 5.1

Pemodelan Struktur

5.1.1. Bentuk Struktur Struktur velodrome terdiri dari tiga bagian, yakni atap utama pada bagian tengah dengan bentang terpanjang 95 meter pada arah lebar velodrome kemudian atap depan dan belakang yang memiliki bentang 69 meter. Struktur atap velodrome berbentuk lengkung yang terdiri dari dua layer (bottom layer dan top layer) sehingga membentuk sistem space truss (rangka ruang).

Gambar 5.1 Struktur Velodrome

5.1.2. Sistem Struktur Sistem struktur rangka ruang atap velodrome mempunyai konfigurasi susunan elemen batang dalam

ruang,

dimana sambungan atau titik pertemuan ujung-ujung

member dimodelkan dalam dua jenis model yakni rigid joint dan joint sendi. Hal ini dilakukan untuk mengakomodasi perilaku sambungan yang digunakan yaitu APORA bottle connector system yang memiliki karakter diantara sendi dan rigid joint. Setiap batang berputar kaku dan berpindah akibat tiga perpindahan orthogonal dikedua ujung. Sebagaimana rangka ruang yang pada model yang memiliki sifat sambungan sendi hanya dapat menyalurkan gaya aksial. Dengan demikian, deformasi ANALISIS STRUKTUR RANGKA RUANG ATAP VELODROME TENGGARONG, KALIMANTAN TIMUR

V-1


aksial — perpendekan atau perpanjangan — merupakan satu-satunya deformasi yang terjadi pada elemen. Translasi titik kumpul yang terjadi akibat deformasi aksial juga merupakan satu-satunya derajat kebebasan elemen. Perputaran ujung batang relative terhadap titik kumpul bukan besaran ‘independent’, sebab besaran dan arahnya ditetapkan dari translasi.

5.1.3. Proses input gambar pada SAP2000 Pemodelan struktur digunakan untuk memudahkan penulis dalam proses analisis struktur karena permasalahan struktur yang cukup kompleks. Pemodelan yang akan dilakukan berupa mengimport gambar pada program SAP2000 dari autoCAD yang diperoleh dari gambar kerja. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut : Modifikasi gambar pada autoCAD Gambar yang digunakan pada tugas akhir ini adalah gambar struktur velodrome dengan atap bentuk pelengkung pada satu arah yang terdiri dari tiga bagian. Rangka tersusun dengan sistem struktur rangka ruang. Gambar yang diperoleh ini kemenudian dimodifikasi menjadi satu jenis layer (pada autoCAD) yang kemudian disimpan dalam bentuk dxf-file. Import model pada SAP2000 dari autoCAD Setelah bentuk model struktur terbentuk, kemudian dilakukan proses import model pada SAP2000 dari file yang sudah disimpan dalam bentuk dxf-file.Setelah itu model dapat diimport di SAP2000 yang menampilkan satu struktur utuh, kemudian ditambah tumpuan pada kolom-kolomnya. Pemodelan Rigid Joint dan Joint sendi Pemodelan rigid joint dapat dilakukan dengan mengimport gambar autoCAD seperti tertera diatas, dengan melakukan langkah tersebut otomais struktur atap terbentuk dalam sistem sambungan yang rigid. Pemodelan struktur dengan joint sendi dapat dilakukan dengan merelease momen di ujung-ujung batang sehingga terbentuk model sendi pada sambungan antar batang.

ANALISIS STRUKTUR RANGKA RUANG ATAP VELODROME TENGGARONG, KALIMANTAN TIMUR

V-2


Gambar 5.2 Tampak Atas Struktur


V-3


Gambar 5.3 Tampak Samping (kanan) Struktur


V-4


Gambar 5.4 Tampak Depan Struktur


V-5


Gambar 5.5 Tampak Perspektif Struktur


V-6


Hasil import gambar dari autoCAD

Gambar 5.6 Model struktur untuk rigid joint


V-7


Gambar 5.7 Model struktur untuk joint sendi (release moment)

5.2

Analisis Struktur

5.2.1. Analisis Pembebanan Sebelum memasuki tahap analisis struktur, terlebih dahulu dilakukan perhitungan analisis pembebanan sesuai dengan peraturan di Indonesia yakni PEDOMAN PERENCANAAN PEMBEBANAN UNTUK RUMAH DAN GEDUNG, SKBI-1.3.53.1987

kecuali

point c,e, dan f Beban-beban yang ditinjau berupa : a. Beban mati struktur b. Beban SIDL c. Beban angin d. Beban hujan e. Beban gempa f. Beban temperatur a. Beban mati struktur Untuk perhitungan beban mati struktur dapat langsung dilakukan secara otomatis pada SAP2000 ketika kita melakukan proses running pada struktur yang sudah ditentukan penampang untuk setiap membernya yang pada SAP2000 didefinisikan sebagai dead load. b. Beban angin Konsep-konsep sederhana telah sering digunakan dalam memperhitungkan beban hidup untuk disain structural. Namun, sekarang beban hidup pada bangunan seperti angin mendapat perhatian untuk mendapatkan hasil analisis struktur yang sedapat mungkin mendekati keadaan sebenarnya. Beban angin telah menjadi signifikan saat ini karena semakin bertambahnya bangunan-bangunan tinggi. Angin memiliki efek penting pada tiap aspek disain. Faktor lainnya juga berkontribusi sehingga beban angin menjadi sangat penting dalam disain, diantaranya: atap ringan berslope landai,


V-8


konstruksi dinding dan kemunculan struktur khusus yang memiliki bentuk aerodinamis. Beberapa bangunan tinggi yang terletak di daerah yang memiliki kecepatan angin tinggi harus diperhitungkan terhadap beban angin. Beban angin dapat menghancurkan atap, atap dapat terhisap dan terkadang menerbangkangkan seluruh bagian atap. Hal ini dan banyak masalah lainnya semakin menegaskan betapa pentingnya pemahaman yang lebih jelas terhadap angin dan efeknya. Dengan pendekatan lama yang disimplifikasi (seperti pada PBBI), hanya tekanan lateral seragam pada sisi bangunan arah datangnya angin dan gaya hisap yang digunakan sebagai total beban angin. Untuk bangunan yang berada di daerah dimana kecepatan angin menentukan disain, analisis ini perlu dilakukan lebih akurat. Angin tidak konstan terhadap waktu, sehingga tidak seragam pada setiap sisi dan biasanya tidak menyebabkan tekanan positif. Pada kenyataannya, angin merupakan fenomena yang kompleks karena adanya turbulent flow, yang berarti bahwa gerakan setiap partikel angin sangat tak beraturan, sehingga hanya bisa diperkirakan secara statistik baik kecepatan maupun arahnya. Pada perencanaan velodrome ini , untuk pembebanan angin digunakan peraturan pembebanan (American Society of Civil Engineers) ASCE 7-05 karena dirasa peraturan pembebanan Indonesia kurang cocok untuk jenis struktur atap dengan bentang yang panjang. Untuk itu perlu dilakukan analisis menggunakan peraturan ASCE 7-05. Suatu struktur dengan bentang panjang harus didisain untuk beban yang ada ditentukan pada MWFRS(Main Wind-Force Resisting System), setiap member penyusun rangka ruang harus didisain terhadap komponen atap dan beban cladding. Setiap komponen harus dirancang untuk tahan terhadap beban-beban angin yang ada pada peraturan. Menghitung beban angin menjadi sangat penting dalam disain sistem struktur yang tahan terhadap gaya angin, termasuk di dalamnya member struktur dan komponen – komponen pelengkap struktur.


V-9


Tahapan – tahapan yang dilakukan dalam prosedur analisis adalah sebagai berikut : 1. Menentukan basic wind speed, V. Basic wind speed, V merupakan kecepatan angin 50 tahunan. Kecepatan ini diperoleh dari perhitungan secara statistik yaitu menggunakan distribusi normal berdasarkan data angin 10 tahun Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG) di daerah Samarinda. Tabel 5.1 Data angin per10 tahun _

Thn (x) (x- x )2 1989 89.00 139.24 1990 81.00 14.44 1991 76.00 1.44 1992 82.00 23.04 1993 73.00 17.64 1994 68.00 84.64 1995 71.00 38.44 1996 75.00 4.84 1997 72.00 27.04 1998 85.00 60.84 772 411.6 Σ

X =

772 = 77.2 10 N

Sx =

∑ (X i =1

i

− X )2 =

N −1 mendapatkan nilai

Setelah

411 .6 = 6.34 10 − 1 standar deviasi, kemudian dihitung probabilitas

keterjadiannya seperti tercantum pada table berikut ini. T

Ktr

Xtr

2

0

77.2

5

0.84

82.5

10

1.28

85.3

25

1.75

88.3

50

2.05

90.2

T adalah perioda ulang dan Ktr merupakan nilai yang didapat dari table distribusi normal untuk T yang bersesuaian. Xtr = X +Ktr. S x , sehingga untuk perioda perioda ulang 50 tahun: ANALISIS STRUKTUR RANGKA RUANG ATAP VELODROME TENGGARONG, KALIMANTAN TIMUR

V - 10


X50=77.2+2.05*6.34 =90.2 km/jam. Maka Basic wind speed, V yang digunakan adalah sebesar 90.2 km/jam. 2. Menentukan Importance factor, I Tabel 5.2 Kategori bangunan berdasarkan ASCE 7-05 OCCUPANCY CATEGORY OF BUILDINGS AND OTHER STRUCTURES FOR FLOOD, WIND, SNOW, EARTHQUAKE, AND ICE LOADS Occupancy Nature of Occupancy Category Buildings and other structures that represent a low hazard to human life in the event of failure, including, but not limited to: I • Agricultural facilities • Certain temporary facilities • Minor storage facilities

All buildings and other structures except those listed in Occupancy Categories I, III, and IV II Buildings and other structures that represent a substantial hazard to human life in the event of failure, including, but not limited to: • Buildings and other structures where more than 300 people congregate in one area • Buildings and other structures with daycare facilities with a capacity greater than 150 • Buildings and other structures with elementary school or secondary school facilities with a capacity greater than 250 • Buildings and other structures with a capacity greater than 500 for colleges or adult education facilities • Health care facilities with a capacity of 50 or more resident patients, but not having surgery or emergency treatment facilities • Jails and detention facilities Buildings and other structures, not included in Occupancy Category IV, with potential to cause a substantial economic impact and/or mass disruption of day-to-day civilian life in the event of failure, including, but not limited to: • Power generating stationsa • Water treatment facilities • Sewage treatment facilities • Telecommunication centers

II III

Buildings and other structures not included in Occupancy Category IV (including, but not limited to, facilities that manufacture, process, handle, store, use, or dispose of such substances as hazardous fuels, hazardous chemicals, hazardous waste, or explosives) containing sufficient quantities of toxic or explosive substances to be dangerous to the public if released. Buildings and other structures containing toxic or explosive substances shall be eligible for classification as Occupancy Category II structures if it can be demonstrated to the satisfaction of the authority having jurisdiction by a hazard assessment as described in Section 1.5.2 that a release of the toxic or explosive substances does not pose a threat to the public. Buildings and other structures designated as essential facilities, including, but not limited to: • Hospitals and other health care facilities having surgery or emergency treatment facilities • Fire, rescue, ambulance, and police stations and emergency vehicle garages • Designated earthquake, hurricane, or other emergency shelters • Designated emergency preparedness, communication, and operation centers and other facilities required for emergency response • Power generating stations and other public utility facilities required in an emergency • Ancillary structures (including, but not limited to, communication towers, fuel storage tanks, cooling towers, electrical substation structures, fire water storage tanks or other structures housing or supporting water, or other fire-suppression material or equipment) required for operation of Occupancy Category IV structures during an emergency • Aviation control towers, air traffic control centers, and emergency aircraft hangars • Water storage facilities and pump structures required to maintain water pressure for fire suppression • Buildings and other structures having critical national defense functions Buildings and other structures (including, but not limited to, facilities that manufacture, process, handle, store, use, or dispose of such substances as hazardous fuels, hazardous chemicals, or hazardous waste) containing highly toxic substances where the quantity of the material exceeds a threshold quantity established by the authority having jurisdiction. Buildings and other structures containing highly toxic substances shall be eligible for classification as Occupancy Category II structures if it can be demonstrated to the satisfaction of the authority having jurisdiction by a hazard assessment as described in Section 1.5.2 that a release of the highly toxic substances does not pose a threat to the public. This reduced classification shall not be permitted if the buildings or other structures also function as essential facilities. Cogeneration power plants that do not supply power on the national grid shall be designated Occupancy Category II.

IV

Tabel 5.3 Nilai faktor kepentingan


V - 11


Berdasarkan dua table di atas maka dapat ditentukan bangunan termasuk ke dalam kategori II dengan importance factor, I=1.00 3. Menentukan wind direction factor, Kd yang diambil dari ASCE 7 sub-bab 6.5.4 Tabel 5.4 Nilai direction factor

Dari table diatas diperoleh besar Kd = 0.85 (untuk arched roofs maupun wall).

4. Menentukan exposure category : Exposure B : pemukiman, hutan Exposure C : pedesaan terbuka, peternakan, padang rumput Exposure D : pantai

Tempat pendirian velodrome masuk ke dalam daerah ber-Exposure B (pemukiman). Untuk lebih jelasnya mengenai tampak daerah Tenggarong dapat dilihat pada gambar berikut ini yang diperoleh melalui foto satelit oleh google earth. ANALISIS STRUKTUR RANGKA RUANG ATAP VELODROME TENGGARONG, KALIMANTAN TIMUR

V - 12


Gambar 5.8 Peta Kalimatan

Gambar 5.9 Peta Tenggarong


V - 13


5. Menentukan Velocity Pressure Exposure coefficient,Kz : Menentukan tinggi rata-rata atap, h :

_

hutama= 7.1 + (10.485+5.773)/2 = 15.214 m,

z_= 0.6 h = 9.13 m z =0.6 h = 5.99 m

hkamopi=7.1 + 2.8625 = 9.986 m _

untuk z <

z diambil z = h.

Tabel 5.5 Nilai Kz didasarkan pada table 6-3 ASCE.


V - 14


Sehingga didapatkan nilai nilai kofisien di tiap join pada elevasi tertentu sebagai berikut Tabel 5.6 Nilai-nilai kofisien di tiap join pada elevasi tertentu Kz or Kh utama kanopi wall z (m) Kz z (m) Kz Kz 8.81 0.70 9.72 0.71 0.70 11.60 0.75 11.28 0.74 14.31 0.80 13.18 0.78 16.68 0.83 14.75 0.80 18.78 0.86 15.97 0.82 20.35 0.88 16.85 0.83 21.65 0.90 17.38 0.84 22.58 0.91 17.56 0.84 23.14 0.91 23.33 0.92

6. Menentukan Topographic Factor, Kzt : Kzt = ( a + K1+K2+K3)2 Jika kondisi dan lokasi struktur tidak sesuai dengan kondisi yang dijelaskan pada ASCE bagian 6.5.7.1 karena topografi berupa dataran bukan perbukitan maka nilai Kzt = 1

7. Menentukan Gust Factor, G:  (1 + 1.7.g Q .I Z .Q )   G =   1 + 1,7.gV .I Z 

Q=

_

1

 B + h  1 + 0.63  LZ 

1/ 6

 10  I Z = c _     z 

   z  LZ = l    10    _

0.63

∈


V - 15

BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR _

_

Nilai c ,l, z dan ∈ diperoleh dari ASCE tabel 6-2 sedangkan besar gQ dan qV diambil sebesar 3,4 Tabel 5.7 Nilai-nilai kofisien pada masing-masing exposure

Dari table di atas maka diperoleh nilai c = 0.3, zmin=9.14 h = 14 _

∈= 1/3 dan l = 97.54 m.

1/ 3

 14   Sehingga LZ = 97.5  9.14 

= 95

1/ 6

 10  I Z = 0.3  = 0.304  9.14  Diletahui pula Butama= 84 dan Bkanopi=23, maka didapat:

Qutama =

1  95 + 84  1 + 0.63   109 

0.63

= 0.78

 (1 + 1.7.gQ .I Z .Q )   = 0.794 Gutama =   1 + 1,7.gV .I Z 

Qkanopi =

1  95 + 23  1 + 0.63   109 

0.63

= 0.87

 (1 + 1.7.g Q .I Z .Q )   = 0.847 Gkanopi =   1 + 1,7.gV .I Z 


V - 16


6.

Menentukan internal pressure coefficient, Gcpi Gcpi didapatkan berdasarkan enclosure bangunan. Dalam hal ini bangunan termasuk

enclosed building. Tabel 5.8 Klasifikasi Enclosure

Dari table di atas untuk enclosed building yaitu sebesar ±0.18.

7. Menentukan External pressure coefficient, Cp Untuk atap lengkung koefisien menggunakan fig 6-8 ASCE dimana ditentukan berdasarkan rasio tinggi-bentang. Untuk atap utama t=16.23, B=95 sedangkan atap kanopi t=10.5, B=69.

Tabel 5.9 External pressure coefficient untuk atap

sementara untuk dinding dapat digunakan fig 6-6 dengan L=95, B=78 (utama) dan L=69, B=12 untuk kanopi


V - 17


Tabel 5.10 External pressure coefficient untuk dinding

Sehingga didapatkan External pressure coefficient, Cp, pada table berikut ini. Roof utama Roof kanopi wall utama wall kanopi

-0.9 -0.9 0.8 0.8

Cp -0.87 -0.85

-0.5 -0.5 -0.46 -0.2

8. Menentukan Velocity pressure, qz dan qh qz = 0.613.Kz.Kd.Kzt.V2.I (N/m2), V(m/s) Maka didapatkan qh = 228.93 N/m2 dan nilai q terhadap ketinggian (qz) sebagai berikut.: Tabel 5.11 Velocity pressure qz utama z (m) qz 8.81 228.93

kanopi z (m) qz 9.72 233.18

11.60

245.24

11.28

243.30

14.31

260.40

13.18

254.37

16.68

272.04

14.75

262.66

18.78

281.42

15.97

268.71

20.35

287.97

16.85

272.84

21.65

293.10

17.38

275.26

22.58

296.65

17.56

276.06

23.14

298.73

23.33

299.42

wall qz 175.06


V - 18


9. Menentukan Design wind load, F Beban angin disain menggunakan persamaan F = qGCp – qi(GCpi) (N/m2), sehingga didapatkan nilai beban angin desain seperti pada table di bawah ini.

Tabel 5.12 Beban angin

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

utama -204.90 -216.57 -227.41 -235.72 -242.43 -240.26 -243.80 -246.25 -247.69 -248.17 -199.44 -199.44 -199.44 -199.44 -199.44 -132.15 -132.15 -132.15 -132.15 -132.15

p or F (N/m2) kanopi wall u 118.72

wall k 118.72

-219.10 -226.82 -235.27 -241.59 -234.82 -237.80 -239.54 -240.12 -206.16 -206.16 -206.16 -206.16 -138.24 -138.24 -138.24 -138.24 -68.26

-29.68


V - 19


c.

Beban hujan

Gambar 5.11 Penomoran joint pada tampak depan atap

Beban terbagi rata per m2 bidang datar berasal dari beban hujan sebesar (40 0,8α) kg/m2 dimana α adalah sudut kemiringan atap dalam derajat, dengan ketentuan bahwa beban tersebut tidak perlu diambil lebih besar dari 20 kg/m2 dan tidak perlu ditinjau bila kemiringan atapnya adalah lebih besar dari 50o. Tabel 5.12 Beban hujan pada atap utama No.

Sudut, α

Titik

Area, m2

hujan, kg/m2

beban hujan, kg

derajat

tengah

pinggir

tengah

pinggir

tengah

pinggir

1

30

18.201

9.1005

16

20

291

182

2

26

36.402

18.201

19

11

699

198

3

23

36.402

18.201

20

20

728

364

4

19

36.402

18.201

20

20

728

364

5

16

36.402

18.201

20

20

728

364

6

12

36.402

18.201

20

20

728

364

7

9

36.402

18.201

20

20

728

364

8

5

36.402

18.201

20

20

728

364

9

2

36.402

18.201

20

20

728

364

10

0

36.402

18.201

20

20

728

364

11

2

36.402

18.201

20

20

728

364

12

5

36.402

18.201

20

20

728

364

13

9

36.402

18.201

20

20

728

364

14

12

36.402

18.201

20

20

728

364

15

16

36.402

18.201

20

20

728

364

16

19

36.402

18.201

20

20

728

364

17

23

36.402

18.201

20

20

728

364

18

26

36.402

18.201

19

11

699

198

19

30

18.201

9.1005

16

20

291

182


V - 20


Tabel 5.13 Beban hujan pada kanopi Area, m2

hujan, kg/m2

No.

Sudut, α

beban hujan, kg

Titik

derajat

tengah

pinggir

tengah

pinggir

tengah

pinggir

3

23

36.402

18.201

20

20

728

364

4

19

36.402

18.201

20

20

728

364

5

16

36.402

18.201

20

20

728

364

6

12

36.402

18.201

20

20

728

364

7

9

36.402

18.201

20

20

728

364

8

5

36.402

18.201

20

20

728

364

9

2

36.402

18.201

20

20

728

364

10

0

36.402

18.201

20

20

728

364

11

2

36.402

18.201

20

20

728

364

12

5

36.402

18.201

20

20

728

364

13

9

36.402

18.201

20

20

728

364

14

12

36.402

18.201

20

20

728

364

15

16

36.402

18.201

20

20

728

364

16

19

36.402

18.201

20

20

728

364

17

23

36.402

18.201

20

20

728

364

d. Beban SIDL Beban yang dimasukan untuk perhitungan beban Super Imposed Dead Load (SIDL) meliputi : •

Berat penutup atap = 30 kg/m2

•

Talang = 80 kg/m

•

Lampu = 50 kg/joint

•

Penangkal petir = 70 kg/joint

e. Beban gempa Beban gempa direncanakan berdasarkan daerah gempa rencana di Tenggarong – Kalimantan Timur yakni gempa zona 2. Mengenai ketentuan tentang besaran gempa pada zona 2 mengikuti pedoman yang terdapat pada SNI 03-1726-2002. Proses perhitungan bebanan gempa pada analisis dilakukan langsung melalui software SAP2000 dengan mengacu pada peraturan UBC 97 untuk seismic load.


V - 21


Define Response Spectrum Functions Define Response Spectrum Functions dilakukan dengan mendefenisikan fungsi ke program dengan input Ca dan Cv sesuai dengan wilayah gempa lokasi, yaitu wilayah gempa 2 dengan kondisi tanah lunak. Keterangan : Ca = 0.23 dan Cv = 0.58

Gambar 5.12 Response spectrum gempa rencana

Gambar 5.13 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun


V - 22


Gambar 5.14 Response Spectrum yang diplot pada SAP2000

f. Beban temperatur Beban temperature yang diambil diperoleh dari perbedaan temperatur atmosfir dari temperatur ruangan. Pada peraturan muatan Indonesia besar beban temperature di Indonesia ditetapkan sebesar ±10oC (PMI 1970 pasal 6.2).

Berikut Beban-beban statik yang diassign pada SAP2000


V - 23


KOMBINASI PEMBEBANAN COMB 1) COMB 2) COMB 3) COMB 4) COMB 5) COMB 6) COMB 7) COMB 8) COMB 9) COMB 10) COMB 11) COMB 12) COMB 13) COMB 14) COMB 15) COMB 16) COMB 17) COMB 18) COMB 19) COMB 20) COMB 21) COMB 22) COMB 23) COMB 24) COMB 25) COMB 26) COMB 27) COMB 28)

5.2.2.

1.4 (D+SIDL) 1.2 (D+SIDL) + 1.6 LL 0.9 (D+SIDL) + 1.3 W 0.9 (D+SIDL) - 1.3 W 0.9 (D+SIDL) + 1.3 W2 0.9 (D+SIDL) - 1.3 W2 1.2 (D+SIDL) + 1.3 W 1.2 (D+SIDL) - 1.3 W 1.2 (D+SIDL) + 1.3 W2 1.2 (D+SIDL) - 1.3 W2 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + 1.3 W 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - 1.3 W 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + 1.3 W2 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - 1.3 W2 0.9 (D+SIDL) + Ex 0.9 (D+SIDL) - Ex 0.9 (D+SIDL) + Ey 0.9 (D+SIDL) - Ey 1.2 (D+SIDL) + Ex 1.2 (D+SIDL) - Ex 1.2 (D+SIDL) + Ey 1.2 (D+SIDL) - Ey 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + Ex 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - Ex 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + Ey 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - Ey 1D+T 1D–T

Output Analisis Struktur Pada SAP2000 Untuk membandingkan pemodelan struktur untuk rigid joint terhadap joint sendi

dapat dilkukan perbandingan gaya-gaya dalam yang dihasilkan melalui hasil running pada SAP2000. Output dari proses ini akan dihasilkan berupa gaya-gaya dalam yang terjadi pada tiap member, berikut diagram gaya dalam axial pada dua permodelan tersebut sebagai perbandingan.


V - 24


a. Output pada rigid joint

Gambar 5.15 Diagram Gaya Dalam Axial akibat COMB3 (rigid joint)

Tabel 5.14 Output gaya dalam beberapa batang pada struktur model rigid joint FRAME LABEL 3909 3981 4023 5842 5861 5928 6113 6477 6508 6628

COMB COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3

PU ton 6.1846 6.4302 6.7611 4.1879 5.4413 7.6528 -2.1601 6.5053 8.1506 4.5922

MU2 ton-m -0.00215 -0.00143 0.0001 0.00221 -0.00566 -0.01356 -0.0092 -0.00665 0.01454 -0.00228

MU3 ton-m -0.05964 -0.041 0.10435 -0.03806 -0.04505 0.03931 -0.00332 -0.06039 0.03978 -0.03923


V - 25


b. Output pada joint sendi

Gambar 5.16 Diagram Gaya Dalam Axial akibat COMB3 (joint sendi)

Tabel 5.15 Output gaya dalam beberapa batang pada struktur model joint sendi FRAME LABEL 3909 3981 4023 5842 5861 5928 6113 6477 6508 6628

COMB COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3

PU MU2 MU3 ton ton-m ton-m 6.1874 0 0.08174 6.428 0 0.06702 6.732 0 0.06702 4.1815 0 0.0552 5.4278 0 0.1233 7.6613 0 0.05599 -2.1749 0 0.00312 6.4906 0 0.05599 8.1852 0 0.05599 4.5848 0 0.0552

Dari dua hasil output gaya dalam dari dua model joint di atas terdapat hampir kemiripan dari hasil keluaran gaya-gaya dalam yang dihasilkan. Sehingga untuk melakukan disain diambil keputusan untuk menggunakan model joint sendi karena pada disain mengunakan sambungan baut yang britel sehingga sangat dihindari terjadinya momen yang besar pada joint. ANALISIS STRUKTUR RANGKA RUANG ATAP VELODROME TENGGARONG, KALIMANTAN TIMUR

V - 26


5.2.3.

Disain Member

Grade pipa baja yang umum ada di Indonesia STK400

fy = 235 MPa

E = 200.000 MPa

Tabel 5.17 Standart ukuran pipa baja Medium yang ada dipasaran Japan

F yield 235

Size Code profil

STK400

N/mm2

OD (mm)

t (mm)

STKD42

1.25"

42.7

2.8

STKD48

1.5"

48.6

2.8

STKD60

2"

60.5

3.2

STKD76

2.5"

76.3

3.2

STKD89

3"

89.1

3.2

STKD114

4"

114.3

3.6

STKD139

5"

139.8

4.5

STKD165

6"

165.2

5.0

STKD190

7"

190.7

5.0

STKD216

8"

216.3

6.0

STKD267

10"

267.4

8.0


V - 27


Atap velodrome ini terdiri dari 3152 member dan 817 join. Penulis menekankan tinjauan analisis pada rangka atap sehingga kontribusi yang diperlukan dari pilar dibutuhkan untuk menambah kekakuan struktur saja. Pada table berikut akan ditampilkan contoh steel disain untuk beberapa member Tabel 5.18 Hasil disain penampang terhadap gaya dalam untuk beberapa member TABLE: Steel Design 2 - PMM Details - AISC-LRFD99 Frame DesignSect Combo Length Pu label m ton 3909 STKD165 COMB14 6.067 -17.927 3981 STKD165 COMB14 5.851 -20.246 4023 STKD165 COMB12 5.851 -20.818 5842 STKD139 COMB14 5.718 -10.041 5861 STKD165 COMB14 7.568 -13.884 5928 STKD165 COMB12 5.198 -22.677 6113 STKD89 COMB3 5.774 -2.157 6477 STKD165 COMB14 5.198 -23.494 6508 STKD165 COMB12 5.198 -23.329 6628 STKD139 COMB14 5.718 -10.407

PhiPnc MuMajor PhiMnMaj P ton ton-m ton-m Ratio 28.950 0.109 2.768 0.619 30.128 0.089 2.768 0.672 30.128 0.089 2.768 0.691 19.126 0.074 1.777 0.525 21.071 0.164 2.768 0.659 33.701 0.075 2.768 0.673 3.588 0.003 0.509 0.601 33.701 0.075 2.768 0.697 33.701 0.075 2.768 0.692 19.126 0.074 1.777 0.544

Mmaj Ratio 0.039 0.032 0.032 0.041 0.059 0.027 0.006 0.027 0.027 0.041

Total Ratio 0.659 0.704 0.723 0.566 0.718 0.700 0.607 0.724 0.719 0.586

5.2.4. Defleksi Maksimum Salah satu cara untuk meminimalisasi momen pada join ialah dengan membatasi defleksi maksimumnya. Berikut ini tabel defleksi defleksi maksimum yang terjadi akibat kombinasi pembebanan yang terjadi

Tabel 5.19 Defleksi maksimum pada struktur POSISI(BAG TENGAH)

LABEL JOINT

KANOPI DEPAN PINGGIR ATAP UTAMA(DEPAN) PINGGIR ATAP UTAMA(TENGAH) PINGGIR ATAP UTAMA(BELAKANG) KANOPI BELAKANG

7495 6767 6982 7207 7663

U1 (m) 0.001161 -0.001145 0.002994 0.00341 0.001292

U2 (m) -0.00855 0.005582 0.000143 -0.00453 0.008375

U3 (m) -0.05214 -0.02919 -0.06357 -0.00675 -0.05262

R1 rad 0.000543 0.000282 -1.5E-06 -0.00031 -0.00055

R2 rad 0.000039 -0.0003 -0.00004 -0.00076 -3.9E-05

R3 Lendutan ijin rad L/360 0.000045 0.192 -9.5E-06 0.264 -2.3E-06 0.233 -7.2E-05 0.264 -4.2E-05 0.192

Dapat terlihat bahwa defleksi maksimum terjadi pada join 6982. Hal ini dapat terjadi karena beban angin maksimum bekerja pada tengah bentang atap utama.


V - 28

CEK OK OK OK OK OK


5.2.5. Perhitungan berat struktur Perhitungan berat sruktur merupakan tahapan penting dalam proses pembangunan suatu struktur bangunan. Hal ini menjadi penting untuk memperkirakan biaya yang akan dikeluarkan untuk membiayai pembelian material pada pelaksanaan konstruksi. Pada tahapan ini penulis memberikan gambaran mengenai quantity take off material yang dibutuhkan yakni jumlah member penyusun rangka ruang. Tabel 5.20 Jumlah material yang dibutuhkan untuk elemen penyusun rangka ruang

Diameter tebal Panjang Qty Berat/btg total (mm) (mm) (m) (ton) (ton) STKD89 88.9 3 3 8 0.021 0.17 3.5 8 0.034 0.27 4 86 0.035 3.01 4.5 64 0.034 2.18 5 96 0.036 3.46 5.5 1156 0.039 45.08 6 626 0.044 27.54 7.8 14 0.054 0.76 STKD139 139.8 4.5 3.8 28 0.058 1.62 5 46 0.076 3.50 5.5 245 0.086 21.07 6 521 0.090 46.89 7 7 0.101 0.71 7.5 8 0.106 0.85 STKD165 165.2 5 5.5 21 0.109 2.28 6 185 0.120 22.16 STKD190 190.7 5 5.5 9 0.119 1.07 6 20 0.134 2.68 7.8 4 0.173 0.69 Jumlah 3152 186 Profil

Jumlah connector set = 6292 Berat total connector set = 27 ton Jumlah node = 817 Berat total node = 19 ton Jadi berat total struktur atap = 186+27+19 = 232 ton , Luas Area = 11568 m2 Sehingga berat struktur atap per meter persegi = 20.06 kg


V - 29


5.3

Analisis dan Pembahasan

5.3.1 Analisis Penampang (Faktor Reduksi) Peraturan yang digunakan dalam disain, yaitu LRFD masih mendisain menggunakan faktor reduksi kekuatan nominal, Ø, berdasarkan penampang elemen yang prismatis, yaitu penampang yang memiliki karakteristik bahan, seperti dimensi, luas penampang, maupun material bahan yang sama atau identik sepanjang bentang, dari satu node ke node lainnya. Pada kenyataannya, member yang kami gunakan pada disain space truss untuk sepanjang bentang, yaitu dari satu node ke node lainnya, tidaklah prismatis melainkan berubah pada ujung bentang, sesuai dengan bentuk konektor maupun node yang berbentuk masing-masing botol dan bola (bottle connector dan ball joint).

Gambar 5.17 Member pada disain (a) Member Sebenarnya (b)

Pada saat running di program SAP2000, disain penampang yang di-run akan dianggap prismatis, seperti pada gambar 5.17(a). Pada saat kondisi demikian, ujung dari member dianggap memiliki bentuk penampang dan mutu yang sama. Namun pada kenyataannya, seperti terlihat pada gambar 5.17(b). Bottle connector dan node memiliki luas penampang yang lebih besar karena bentuknya yang masif, tidak seperti member yang berupa hollow. Selain itu, pada ujung member sebenarnya memiliki mutu bahan yang lebih besar karena memang konektor dan node didisain menggunakan bahan dengan mutu yang lebih besar daripada membernya. Untuk itu, faktor reduksi yang sebenarnya


V - 30


diberlakukan terhadap nominal bahan seharusnya lebih kecil (pengurang kekuatannya lebih kecil) atau dalam hal ini Ø>0,85. Untuk itu, dapat kita simpulkan bahwa penggunaan factor reduksi pada kode masih dapat dilakukan karena kita tidak dapat menentukan secara pasti besaran factor reduksi mengingat tidak ada kode yang mengatur mengenai hal tersebut. Selain itu, factor reduksi riil yang terjadi pada kenyataannya akan lebih kecil sehingga masih lebih konservatif untuk menggunakan faktor reduksi untuk elemen prismatik seperti yang tercantum dalam kode.

5.3.2 Analisis Pemodelan kolom Sesuai dengan keadaan sebenarnya pada disain superstructure yang kami dapatkan datanya, kolom yang digunakan sebagai support space truss utama yaitu berukuran 1200x800 mm. Sementara kolom yang digunakan untuk atap kanopi yaitu 1200x800 serta kolom bulat dengan diameter 600 mm. Selain itu terdapat pula pemodelan balok pada kolom kanopi yaitu digunakan balok 600X300. Pada kenyataannya, untuk bagian kolom utama yang mentransfer beban dari truss ke pondasi terdapat tribun penonton pada bagian dalam stadion. Namun, hal ini kami tidak perhitungkan karena kami asumsikan bahwa keberadaannya dapat memperkaku kolom. Pembebanan yang terjadi pada atap lengkung akan mengakibatkan reaksi horizontal ke arah luar sehingga penulangan terbesar (tulangan tarik) akan terjadi pada bagian dalam kolom karena kolom akan cenderung melenting cekung ke luar.


V - 31


5.3.3 Analisis Hasil Disain Hasil disain memperlihatkan bahwa member-member dengan dimensi tertentu berada pada posisi yang relative sama. Pembagian ukuran tipe member dapat terlihat pada gambar berikut ini.

Gambar 5.18 Pembagian member atap tampak samping (x-z)


V - 32


Gambar 5.19 Pembagian member atap tampak atas (x-y)

Warna putih menunjukan member STKD 89, biru muda STKD 139, merah muda STKD 165, dan biru tua member STKD 190. Dari gambar di atas dapat terlihat bahwa member yang berdimensi besar berada di bagian tengah atap utama, member menuju perletakan, serta member di ujung kanopi. Hal ini dapat terjadi karena member dekat perletakan merupakan member terakhir yang menyalurkan beban sehingga akumulasi gaya-gaya akan menjadi paling besar dibandingkan dengan pada bagian lainnya. Untuk member-member yang berada di bagian tengah bentang, layaknya sebuah struktur di atas dua tumpuan, pada bagian tengah terjadi gaya aksial paling besar sehingga member yang digunakan merupakan member dengan dimensi paling besar. Untuk bagian kanopi, pada bagian kantilever akan memikul beban dan gaya-gaya dalam yang terjadi paling besar sehingga penggunaan member berdimensi besar akan terjadi pada bagian kantilever ini.

5.3.4 Analisis Perbandingan dengan Baja Konvensional Asumsi penggunaan baja konvensional sebagai atap pada industri konstruksi pada umumnya berkisar antara 25-35 kg/m2. Kami mengambil nilai tengah, sehingga asumsi bahwa penggunaan baja konvensional akan menghasilkan berat 30 kg/m2, maka dapat kita bandingkan antara penggunaan baja konvensional dengan penggunaan space truss. Seperti telah diperhitungkan sebelumnya, hasil disain space truss yang kami lakukan menghasilkan berat 20.06 kg/m2. Sehingga efisiensi yang didapatkan:

ŋ = (30-20.06)/30 X 100% = 33 %

Dapat disimpulkan bahwa penggunaan space truss akan menghemat hingga 33% dibandingkan dengan penggunaan baja konvensional. Selain dari segi biaya, penggunaan space truss dalam konstruksi atap juga memudahkan pemasangan di lapangan terutama pada sambungan yang relatif lebih mudah untuk dilakukan pemasangannya daripada baja konvensional.


V - 33

BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR

Recommend Documents