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
Force based design
ASCE 7-05
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 031726-2002. 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 031726-2002. 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.
Start
Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir
Studi Literatur
Preeliminary Design
Pembebanan : - Beban Mati - Beban Hidup - Beban Gempa (sesuai SNI 03-1726-2002)
Pembebanan : - Beban Mati - Beban Hidup - Beban Gempa (sesuai ASCE 7-05)
Kombinasi pembebanan (sesuai SNI 03-2847-2002)
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 Padang, Sumatera Barat dengan data-data sebagai berikut : Jenis gedung Wilayah gempa
Tinggi bangunan Lebar bangunan Panjang bangunan Mutu beton (f’c) Mutu baja (f y)
: Perkantoran : Wilayah gempa 5 (berdasarkan SNI 03-1726-2002), kondisi tanah keras) : 35 m ( 10 tingkat) : 30 m : 30 m : 30 Mpa : 400 Mpa
di
kota
Denah Struktur Gedung
ShearwaLL
Preeliminary Design
Balok
Pelat
Kolom Shearwall
Balok Balok dengan l = 600 cm.
hmin
1 l 16
1 600 37,5 cm 16
direncanakan h = 60 cm 2 2 b h 60 40 cm 3 3
Maka digunakan balok dengan dimensi 40/60 cm.
Tipe pelat
Barat
Timur
Utara
Selatan
Rata2
a b c d
7.72 7.91 7.91 7.72
7.91 7.91 7.91 7.91
7.91 7.91 7.72 7.72
7.91 7.91 7.91 7.91
7.86 7.91 7.86 7.81
Berdasarkan SNI 03-2847-2002 Pasal 11.5.3.3 dimana untuk , maka ketebalan pelat minimum tidak boleh kurang dari: Ln 0,8 hf
fy
1500 36 9
400 1500 560 36 9 460
90mm
560x 0,8 hf
12,72cm
9cm
Jadi, pelat dengan ketebalan 15 cm dapat dipakai.
Pelat
m
2
Kolom
U
40/60
40/60
40/60
40/60
40/60
40/60
40/60
40/60
40/60
40/60
40/60
W f 'c
40/60
215640 b 2
+
4204980 215640mm 2 0,65x30
A bxh
Gambar 1 Pembebanan Kolom
W
A
1.6
b
464,37 mm
Direncanakan : b = 700 mm = 70 cm h = b = 70 cm
=
1.2 DL
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 = 40 cm Panjang bentang = 600 cm Tinggi total = 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 Beban Hidup kg kg 640755 27000 981756 67500 981756 67500 981756 67500 981756 67500 981756 67500 981756 67500 981756 67500 981756 67500 981756 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
Waktu Getar Alami Fundamental (T1) Tinggi gedung = 35 m. T1
Ct hn
3
Ty U
0,0488 35
T
S
Tx B
T
3
4
0,70 detik
0,70 detik
Kontrol Pembatasan T sesuai SNI 031726-2002 Pasal. 5.6 N = 10 (jumlah tingkat) = 0,16 (Tabel 8. SNI 03-1726-2002) T1 0,70
.n 0,16 10
0,70 1,60
Approximate Fundamental Period (T) TL = 4 s hn = 35 m
4
Dimana untuk sistem rangka gedung nilai Ct = 0,0488 Tx B
Berdasarkan ASCE 7-05
OK
T
Ct
hn
x
Nilai Ct dan x diperoleh dari Tabel 12.8-2 ASCE 7-05. Untuk system rangka gedung nilai Ct = 0,0488 dan x = 0,75.
Tx ( B
T)
T y (U
S)
0,0488 350,75 0,0488 350, 75
0,702 s 0,702 s
Berdasarkan SNI 03-1726-2002
Berdasarkan ASCE 7-05 Ss = 1,20 S1 = 0,50 Fa = 1,00 FV = 1,00 S MS
Fa S S
1,00 1,20 1,20
S M1
FV S1 1,00 0,50 0,50
Design Spectral Acceleration Parameters 2 2 S DS S MS 1,20 0,800 3 3 S D1
2 S M1 3
2 0,50 0,333 3
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Perhitungan Beban Geser Nominal Statik Ekivalen (V) Tinggi gedung = 35 m.
C1 .I Wt R C1 = 0,5 (Gambar 2 SNI 03-1726-2002) Berdasarkan Tabel 1 SNI 03-17262002, gedung perkantoran mempunyai nilai I=1 R = 5,5 (Tabel 3 SNI 03-1726-2002)
V
V
0,5 1 10111059 916286,20 5,5
Berdasarkan ASCE 7-05 Seismic Base Shear (V S DS V CS W 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) CS
0,800 6 1,25
0,1667
Untuk T = 0,702 s < TL = 8 s, nilai Cs di atas tidak boleh melebihi CS
V
S D1 R T I
0,333 6 0,702 1,25
0,099
Jadi, Cs pakai = 0,099
0,099 10111059 999915,49 kg
Berdasarkan SNI 03-1726-2002 Distribusi Fi Fi
Wihi V Wihi
Berdasarkan ASCE 7-05 Lateral Seismic Force (Fx) C
wx hxk x
n
wi hik i 1
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
Fx
1
0,702 0,5 2 1 2,5 0,5
C
x
V
1,101
Grafik Hubungan Gaya Gempa di tiap Tingkat 12
10
Tingkat ke-
8
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 Cek Waktu Getar Alami Fundamental (perkiraan awal) dengan TRayleigh Tabel Analisa TRaylegh akibat gempa arah sumbu Y (Utara – Selatan) Tingkat 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Jumlah
hx m 35 31,5 28 24,5 21 17,5 14 10,5 7 3,5
Wi kg 667755 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256
F kg 113529,13 160551,41 142712,37 124873,32 107034,28 89195,23 71356,18 53517,14 35678,09 17839,05
di m 0,0165 0,0150 0,0133 0,0115 0,0095 0,0076 0,0076 0,0038 0,0022 0,0009
Wi di mm 16,5 15 13,3 11,5 9,5 7,6 7,6 3,8 2,2 0,9
2
2
kg m
181,796 236,083 185,603 138,764 94,695 60,605 60,605 15,151 5,078 0,850 979,2309
F di kg m 1873,23 2408,27 1898,07 1436,04 1016,83 677,88 542,31 203,37 78,49 16,06 10150,55
Berdasarkan ASCE 7-05 Cek Waktu Getar Alami Fundamental (perkiraan awal) dengan TRayleigh Tabel Analisa TRaylegh akibat gempa arah sumbu Y (Utara – Selatan) Tingkat 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Jumlah
hx m 35 31,5 28 24,5 21 17,5 14 10,5 7 3,5
Wi kg 667755 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256
F kg 113529,13 160551,41 142712,37 124873,32 107034,28 89195,23 71356,18 53517,14 35678,09 17839,05
di m 0,0184 0,0167 0,0148 0,0127 0,0106 0,0084 0,0063 0,0042 0,0024 0,0009
Wi di mm 18,4 16,7 14,8 12,7 10,6 8,4 6,3 4,2 2,4 0,9
2
2
kg m
226,075 292,627 229,829 169,235 117,894 74,036 41,645 18,509 6,044 0,850 1176,743
F di kg m 2088,94 2681,21 2112,14 1585,89 1134,56 749,24 449,54 224,77 85,63 16,06 11127,98
Berdasarkan SNI 03-1726-2002
Berdasarkan ASCE 7-05
Tabel Analisa TRaylegh akibat gempa arah sumbu X (Barat - Timur) Tingkat 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Jumlah
hx m 35 31,5 28 24,5 21 17,5 14 10,5 7 3,5
Wi kg 667755 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256
F kg 113529,13 160551,41 142712,37 124873,32 107034,28 89195,23 71356,18 53517,14 35678,09 17839,05
di m mm 0,0162 16,20 0,0144 14,40 0,0126 12,60 0,0107 10,70 0,0088 8,80 0,0068 6,80 0,0068 6,80 0,0033 3,30 0,0018 1,80 0,0007 0,70
Wi di kg m
2
2
175,246 217,574 166,580 120,129 81,254 48,518 48,518 11,426 3,400 0,514 873,158
F di kg m 1839,17 2311,94 1798,18 1336,14 941,90 606,53 485,22 176,61 64,22 12,49 9572,40
Tabel Analisa TRaylegh akibat gempa arah sumbu X (Barat - Timur) Tingkat 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Jumlah
hx m 35 31,5 28 24,5 21 17,5 14 10,5 7 3,5
Wi kg 667755 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256 1049256
F kg 113529,13 160551,41 142712,37 124873,32 107034,28 89195,23 71356,18 53517,14 35678,09 17839,05
2
di
Wi di
m 0,0180 0,0161 0,0140
2
0,0119
0,0097 0,0076 0,0055 0,0036 0,0020 0,0007
mm 18,00 16,10 14,00 11,90 9,70 7,60 5,50 3,60 2,00 0,70
F di
kg m kg m 216,353 2043,52 271,978 2584,88 205,654 1997,97 148,585 1485,99 98,724 1038,23 60,605 677,88 31,740 392,46 13,598 192,66 4,197 71,36 0,514 12,49 1051,949 10497,45
Kontrol Drift
Grafik Hubungan Displacement Arah X di tiap Tingkat 12
10
Tingkat ke-
8
6 SNI 03-1726-2002 ASCE 7-05 4
2
0 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
Displacement (mm)
14.00
16.00
18.00
20.00
Kontrol Drift
Garfik Hubungan Displacement Arah Y di tiap Tingkat 12
10
Tingkat ke-
8
6 SNI 03-1726-2002 ASCE 7-05 4
2
0 0
2
4
6
8
10
Displacement (mm)
12
14
16
18
20
Kontrol Sistem Rangka Gedung Tabel Persentase antara reaksi pada perletakan kolom dan perletakan shear wall akibat beban gempa
No 1 2
Beban Gempa X Gempa Y
Prosentase Dalam Menahan Gempa (%) FX FY SRPM Shear Wall SRPM Shear Wall 3,87% 96,13% 5,85% 94,15% 3,87% 96,13% 5,85% 94,15%
Perancangan Struktur Utama
Permodelan struktur 3D dengan
ETABS V 9.07
Perancangan Struktur Utama SNI 03 -1726 - 2002
Penulangan Balok
Penulangan Kolom
ASCE 7 - 05
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
Interior ujung Tump. Barat As B (1-2)
Lapangan Tump. Timur
Interior dalam Tump. Barat As B (2-3) Lapangan Tump.Timur
ASCE 7-05
Mu (Nmm) -195908068 51309070 128982200 -116926454 56191487 -234441730 94198300 82462540 -232551390 94198300
A s perlu 2
(mm ) 1202,53 1170,18 756,70 1170,18 1170,18 1452,88 1170,18 756,70 1440,60 1170,18
Tulangan 5 5 3 5 5 6 5 3 6 5
D D D D D D D D D D
19 19 19 19 19 19 19 19 19 19
A s pasang 2
(mm ) 1416,93 1416,93 850,16 1416,93 1416,93 1700,31 1416,93 850,16 1700,31 1416,93
Mn (Nmm) 232482319 232482319 142507822 232482319 232482319 275889382 275889382 142507822 275889382 275889382
PUSHOVER ANALYSIS
SAP2000 14.1.0
Kurva Pushover Berdasarkan SNI 03-1726-2002
Gambar Kurva kapasitas pushover arah X
Berdasarkan ASCE 7-05
Gambar Kurva kapasitas pushover arah X
Berdasarkan SNI 03-1726-2002
Gambar Kurva kapasitas pushover arah Y
Berdasarkan ASCE 7-05
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
Kriteria Koefisien Perpindahan FEMA 356 Koefisien Perpindahan FEMA 440 Kinerja Batas Ultimit SNI 03-1726-2002
Target Perpindahan (m) Arah X Arah Y 0,091 0,091 0,062
0,091 0,091 0,064
Berdasarkan ASCE 7-05
Target Perpindahan (m)
Kriteria Koefisien Perpindahan FEMA 356 Koefisien Perpindahan FEMA 440
Arah X
Arah Y
0,087 0,087
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 (μΔ) aktual arah X = 1,94 dan daktilitas (μΔ) aktual arah Y = 1,59. Hal ini menunjukkan bahwa daktilitas yang terjadi sesuai dengan SNI 03-1726-2002 (μm = 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 (Rm = 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 (μΔ) aktual arah X = 1,59 dan daktilitas (μΔ) aktual arah Y = 1,97. Hal ini menunjukkan bahwa daktilitas yang terjadi sesuai dengan SNI 03-1726-2002 (μm = 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 (Rm = 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 032847-2002. 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.
6 JuLi 2010
ARIGATO GOZAIMASHITA…
