LAPORAN
PERHITUNGAN STRUKTUR
RUKO 2 ½ LANTAI
JL. H. SANUSI
PALEMBANG
DAFTAR ISI
I. KRITERIA DESIGN
II. PERHITUNGAN STRUKTUR ATAS II.1. MODEL STRUKTUR 3D
II.2. BEBAN GRAVITASI II.3. BEBAN GEMPA
II.4. INPUT DATA SAP2000
II.5. PENULANGAN BALOK & KOLOM
III. PERHITUNGAN STRUKTUR SEKUNDER III.1. PERHITUNGAN PELAT
III.2. PERHITUNGAN TANGGA
IV. PERHITUNGAN STRUKTUR BAWAH/PONDASI IV.1. PERHITUNGAN PONDASI PLAT SETEMPAT
LAMPIRAN
I. KRITERIA DESIGN 1. Pendahuluan
1.1 Umum
Gedung Ruko terdiri dari 2½ lantai. Bentuk struktur adalah persegi panjang dengan panjang arah x = 16m dan panjang arah y = 13,5m. Laporan ini terutama menyajikan hasil perhitungan struktur atas yaitu meliputi perhitungan sistem rangka portal 3 dimensi. Termasuk perhitungan elemen pelat, balok, kolom. Untuk perhitungan struktur atas tersebut maka perencanaan sistem struktur atas telah dilakukan menggunakan analisa struktur 3 dimensi dengan bantuan program SAP2000 versi 7.4
1.2 Penjelasan Umum 1.2.1 Sistem Struktur
Sistem struktur bangunan Ruko direncanakan terbuat dari sistem rangka portal dengan balok, kolom terbuat dari beton konvensional. Sistem pelat lantai menggunakan pelat two way beton konvensional dengan keempat sisinya dipikul oleh balok. Sistem struktur bawah atau pondasi yang direncanakan adalah menggunakan pondasi plat setempat dengan perkuatan cerucup gelam.
1.2.2 Peraturan yang Digunakan
Perencanaan struktur dan pondasi bangunan ini dalam segala hal mengikuti semua peraturan dan ketentuan yang berlaku di Indonesia, khususnya yang ditetapkan dalam peraturan-peraturan berikut: 1. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SNI 03-2847-2002
2. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung, SNI 03-1726-2002 3. Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung, SKBI-1.3.53.1987 Standar :
1. American Concrete Institute, Building Code Requirements for Reinforced Concrete, 5th edition, ACI 319-89
2. American Society for Testing and Materials, ASTM Standard in Building Code,Vol. 1 & 2, 1986 3. Peraturan dan ketentuan lain yang relevan.
1.2.3 Mutu Bahan yang Digunakan
Dapat dijelaskan pula bahwa struktur bangunan adalah struktur beton bertulang biasa (konvensional). Mutu bahan/material struktur yang digunakan dalam perencanaan meliputi:
a. Mutu Beton
Kolom, balok, pelat, pondasi plat setempat : K-250 (fc’ = 210 kg/cm2) b. Mutu Baja Tulangan
Baja tulangan polos (BJTP-24) untuk Ø ≤ 12mm, fy = 2400 kg/cm2 Baja tulangan ulir (BJTD-40) untuk Ø ≥ 13mm, fy = 4000 kg/cm2 1.2.4 Pembebanan
Beban yang diperhitungkan adalah sebagai berikut :
1. Beban Mati (DL): yaitu akibat berat sendiri struktur, beban finishing, beban plafon dan beban dinding. Berat sendiri komponen struktur berupa balok dan kolom dihitung secara otomatis oleh SAP2000 • Beban ceiling/plafond = 18 kg/m2
• Beban M/E = 25 kg/m2
• Beban finishing lantai keramik = 24 kg/m2 • Beban plester 2,5cm = 3 kg/m2
• Beban dinding bata ½ batu : 250 kg/m2 • Berat sendiri pelat lantai (t=12 cm) = 288 kg/m2 • Berat sendiri pelat atap (t=10 cm) = 240 kg/m2 2. Beban Hidup (LL)
• Plat atap = 100 kg/m2 3. Beban Gempa (E)
Mengenai respon spektrum dari analisa dinamik dan analisa statik ekuivalen sepenuhnya mengikuti Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Bangunan Gedung, SNI 03-1726-2002 dengan ketentuan lokasi bangunan adalah zone 2 (Palembang) dengan faktor keutamaan I = 1 dan factor reduksi gempa R=8.5 (beton bertulang daktail) dalam arah x dan arah y. Beban angin tidak ditinjau, karena tidak menentukan dibandingkan dengan beban gempa.
2. Prosedur Perencanaan Struktur Atas
Pada tahap awal dari perencanaan, semua elemen struktur atas ditentukan terlebih dahulu. Kemudian hasil ini dianalisa sehingga seluruh komponen struktur diharapkan dapat mencapai hasil perencanaan yang efisien.
2.1 Pelat Lantai
Analisa pelat lantai beton bertulang biasa dihitung menurut ketentuan-ketentuan yang berlaku dalam PBI 71 NI-2 yaitu pelat yang memikul beban dalam satu arah (two way slab, arah x dan y). Penulangan pelat dihitung berdasarkan kekuatan batas.
2.2 Balok-balok Lantai dan Kolom
Balok-balok induk (balok portal) dan balok-balok anak dianalisa secara 3 dimensi baik terhadap beban vertikal maupun terhadap beban lateral (beban gempa) dengan mempergunakan program SAP2000 versi 7.4. Untuk penulangan lentur dipergunakan program Concrete Design yang ada dalam SAP2000 versi 7.4 dengan menyesuaikan faktor reduksi kekuatan dan kombinasi pembebanan sesuai dengan SNI 03-2847-2002. Program SAP2000 versi 7.4 secara langsung dapat mengolah gaya-gaya yang terjadi pada elemen bangunan menghasilkan luas tulangan lentur, geser, torsi yang diperlukan dan sekaligus dapat diketahui kombinasi beban mana yang paling dominan.
Faktor reduksi kekuatan yang dimaksud adalah: Phi_bending = 0,8
Phi_tension = 0,8
Phi_compression(Tied) = 0,65 Phi_compression(Spiral) = 0,7 Phi_shear = 0,75
Kombinasi beban yang dimaksud adalah: 1. U = 1.2 DL + 1.6 LL
2. U = 1.2 DL + 1.0 LL + 1.0 (± 1.0 Ex ± 0.3 Ey) 3. U = 1.2 DL + 1.0 LL + 1.0 (± 0.3 Ex ± 1.0 Ey)
Untuk penulangan kolom selain data-data yang telah disebutkan di atas juga dibutuhkan data-data konfigurasi tulangan pada masing-masing penampang kolom. Jadi pilihan penulangan untuk kolom adalah “Check” yaitu dengan konfigurasi tulangan yang ada dianalisa terhadap gaya-gaya dalam dan kombinasi pembebanan. Hasil analisa untuk penulangan kolom adalah rasio antara gaya-gaya yang terjadi dengan kapasitas dari kolom dan konfigurasi tulangan secara 3 dimensi.
2.3 Beban gempa nominal statik ekuivalen
2.3.1 Struktur gedung beraturan dapat direncanakan terhadap pembebanan gempanominal akibat pengaruh Gempa Rencana dalam arah masing-masing sumbu utama denah struktur tersebut, berupa beban gempa nominal statik ekuivalen.
2.3.2 Apabila kategori gedung memiliki Faktor Keutamaan I dan strukturnya untuk suatu arah sumbu utama denah struktur dan sekaligus arah pembebanan Gempa Rencana memiliki faktor reduksi gempa R dan waktu getar alami fundamental T1, maka beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar dapat dihitung menurut persamaan :
di mana C1 adalah nilai Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana menurut Gambar 2 untuk waktu getar alami fundamental T1, sedangkan Wt adalah berat total gedung, termasuk beban hidup yang sesuai.
2.3.3 Beban geser dasar nominal V harus dibagikan Sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang menangkap pada pusat massa lantai tingkat ke-i menurut persamaan :
di mana Wi adalah berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai, zi adalah ketinggian lantai tingkat ke-i diukur dari taraf penjepitan lateral, sedangkan n adalah nomor lantai tingkat paling atas.
2.4 Analisis statik ekuivalen
Mengingat pada struktur gedung beraturan pembebanan gempa nominal akibat pengaruh Gempa Rencana dapat ditampilkan sebagai beban-beban gempa nominal statik ekuivalen Fi yang menangkap pada pusat massa lantai-lantai tingkat, maka pengaruh beban-beban gempa nominal statik ekuivalen tersebut dapat dianalisis dengan metoda analisis statik 3 dimensi biasa yang dalam hal ini disebut analisis statik ekuivalen 3 dimensi.
3. Prosedur Perencanaan Struktur Bawah
Dari perhitungan dan analisa akibat beban tetap dan sementara diperoleh gaya-gaya yang bekerja pada setiap pondasi. Semua pondasi pelat setempat dianalisa/diperiksa terhadap semua keadaan pembebanan tersebut di atas. Hasil dari analisa secara keseluruhan memperlihatkan bahwa seluruh hasil perhitungan sesuai dengan batas-batas perencanaan.
II. PERHITUNGAN STRUKTUR ATAS II.1. MODEL STRUKTUR 3D
Pemodelan Struktur
a.Struktur dimodelkan dalam 3 dimensi dengan menggunakan elemen kolom dan balok Ukuran arah-x =4m+4m+4m+4m=16m
Ukuran arah-y=1,5m+4m+4m+4m=13,5m Ukuran arah-z=4m+4m+4m=12m
b. Kolom dianggap terjepit penuh pada bagian bawah, dengan memberikan balok sloof yg menghubungkan kolom-kolom bagian bawah
c. Beban-beban gravitasi (beban mati dan beban hidup) disalurkan dari pelat ke balok, kemudian didistribusikan ke kolom
d. Struktur dan komponen struktur direncanakan hingga semua penampang mempunyai kuat rencana minimum sama dengan kuat perlu yang dihitung berdasarkan kombinasi beban dan gaya terfaktor sesuai dg aturan
DENAH (XY-PLANE)
TAMPAK SAMPING (YZ-PLANE)
PERSPEKTIF SUDUT (STRUKTUR+TANGGA)
PERSPEKTIF SAMPING (STRUKTUR+TANGGA)
BEBAN GRAVITASI PORTAL BIDANG YZ
BEBAN GRAVITASI PORTAL BIDANG XZ
BEBAN GEMPA ARAH X- PER PORTAL BIDANG XZ
II.4. INPUT DATA SAP2000
DATA INPUT TERLAMPIR
II.5. PENULANGAN BALOK & KOLOM TABEL JUMLAH TULANGAN
PENULANGAN BALOK DAN KOLOM (BIDANG YZ)
III. PERHITUNGAN STRUKTUR SEKUNDER III.1. PERHITUNGAN PELAT 4mX4m
Momen max pelat lantai (Mx-tm)
III.2. PERHITUNGAN TANGGA
IV. PERHITUNGAN STRUKTUR BAWAH/PONDASI
IV.1. PERHITUNGAN PONDASI PLAT SETEMPAT UKURAN 1,25mx1,25mx0,2m Pmax = 49,64ton +13,96ton = 63,6ton
Pemodelan pelat pondasi setempat UKURAN 1,25mx1,25mx0,2m
IV.2. PERHITUNGAN PONDASI PLAT SETEMPAT UKURAN 1,25mx2,75mx0,2m P1max = 32,275ton +8,893ton = 41.168ton
P2max = 20,858ton +2,729ton = 23.587ton
Momenmax pelat pondasi setempat UKURAN 1,25mx2,75mx0,2m (Mx-tm)
USULAN METODA PERHITUNGAN INTERAKTIF STRUKTUR PONDASI DI ATAS TANAH LUNAK DENGAN MENYERTAKAN PENGARUH
PENURUNAN KONSOLIDASI JANGKA PANJANG.
Oleh Yudhi Lastiasih * Indrasurya B. Mochtar ** ABSTRAK
Perhitungan pondasi dangkal seperti pondasi pelat penuh ( mat foundation), pondasi sarang laba-laba dan pondasi cakar ayam di atas tanah lunak belum ada yang memasukkan unsur penurunan konsolidasi tanah dasar dalam perhitungan. Umumnya dalam perhitungan yang ada, struktur atas dan bawah dianggap terpisah. Untuk memasukkan konsolidasi jangka panjang, masalahnya adalah gedung kaku menyebabkan penurunan yang relatif merata, padahal untuk penurunan konsolidasi yang merata dibutuhkan reaksi tanah yang tidak merata. Hal ini tidak dapat dipenuhi dalam sistem perhitungan terpisah seperti yang ada selama ini. Pada uraian ini diupayakan suatu metoda perhitungan struktur yang dapat mengalami penurunan secara merata selama konsolidasi tanah berlangsung, tanpa menyebabkan terjadinya kerusakan pada strukturnya. Perhitungan dilakukan dengan program khusus dengan asumsi reaksi tanah selalu menghasilkan penurunan yang merata. Dari metode ini diusulkan cara perhitungan interaksi tanah – gedung yang menyebabkan gedung dapat mengalami settlement tanpa rusak.
1. Latar Belakang
Gedung berlantai > 2 dibangun di atas tanah yang lunak jarang yang menggunakan pondasi dangkal, umumnya dengan pondasi tiang pancang. Kalau tanah lunak > 15 m , maka penggunaan tiang pancang akan menjadi mahal. Akan tetapi banyak perencanaan tetap enggan menggunakan jenis pondasi langsung yang lebih murah, karena dibanyak kasus telah terjadi banyak masalah kerusakan pada gedungnya akibat penurunan konsolidasi tanah dasar. Jadi meskipun mahal, pondasi tiang pancang tetap menjadi alternatif utama.
Pada perencanaan dengan pondasi langsung maupun tiang pancang, umumnya struktur yang direncanakan oleh para perencana dianggap ditumpu secara sempurna baik terjepit maupun tersendi. Anggapan ini menunjukkan bahwa struktur dianggap terpisah dengan pondasi (tanah), meskipun kenyataannya struktur dan pondasi (tanah) merupakan sebuah sistem struktur pondasi yang utuh yang tidak
terpisah.. Selain itu akibat beban struktur akan terjadi deformasi berupa penurunan pada tanah, dan penurunan ini akan mempengaruhi/mengubah gaya-gaya dalam pada struktur. Jadi, akibat penurunan tanah harus di-inputkan kembali dalam perhitungan gedungnya.
Bila diharapkan suatu gedung berpondasi dangkal berdiri di a
tas tanah lunak tanpa mengalami kerusakan yang berarti, gedung tersebut haruslah memenuhi beberapa persyaratan berikut :
1. Gedung harus cukup kaku untuk melawan perbedaan penurunan (differential settlement) sehingga hampir tidak ada differential settlement pada tanah akibat konsolidasi tanah dasar. Jadi konsolidasi tanah yang diakibatkan oleh berat gedung adalah praktis merata (uniform).
2. Gedung tersebut haruslah mengakibatkan reaksi perlawanan tanah yang tidak merata sedemikian rupa sehingga dihasilkan penurunan konsolidasi yang merata seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Bentuk penurunan δ diatas media elastis ,penurunan merata akibat beban tak merata
3. Jumlah reaksi total tanah dasar haruslah sama dengan berat gedung. Jadi
∫
σ
.dA= W =berat gedung.4. Memenuhi toleransi differential settlement untuk bangunan beton yaitu 0.002 s/d 0.003, untuk bangunan baja yaitu 0.006 s/d 0.008.
δ1 δ2
δ1 = δ2 σ
Sampai saat ini belum pernah dicoba pendekatan di atas karena antara lain kesulitan dalam mendapatkan konfigurasi tegangan reaksi tanah yang menghasilkan penurunan konsolidasi yang merata. Hal ini karena konfigurasi tegangan yang menyebabkan penurunan konsolidasi yang merata tersebut juga sangat tergantung dari antara lain : tebal lapisan tanah yang memampat, jumlah lapisan, jenis lapisan dan parameter pemampatannya dan dimensi gedungnya.
Telah dilakukan penelitian lanjutan dengan menggunakan alat bantu program komputer untuk melihat bagaimana sistem struktur gedung yang berpondai dangkal ditinjau terhadap penurunan konsolidasi merata (Lastiasih dan Mochtar,2004).Dari penelitian tersebut diusulkan suatu metoda interaktif struktur – tanah sedemikian rupa sehingga gedung bertingkat dengan pondasi dangkal dapat dibuat mengalami penurunan yang relative merata sehingga tidak rusak selama terjadinya peristiwa konsolidasi tanah. Usulan metoda inilah yang diulas dalam makalah ini.
2. Dasar perhitungan penurunan konsolidasi
Bilamana suatu lapisan tanah yang “compressible” dan jenuh air diberi penambahan beban, penambahan beban pada awalnya akan diterima oleh air didalam pori tanah sehingga tekanan air pori akan naik secara mendadak. Kondisi tersebut menyebabkan air pori berusaha untuk mengalir keluar, dan kemudian peristiwa ini secara lambat laun disertai dengan pemampatan lapisan tanah yang terbebani. Kejadian ini disebut sebagai penurunan konsolidasi (consolidation settlement) dari tanah tersebut.
Perhitungan penurunan konsolidasi secara umum melibatkan tiga persamaan utama yaitu :
1. Persamaan untuk menghitung distribusi tegangan akibat beban di permukaan tanah pada suatu lokasi tertentu di bawah muka tanah;
(
)
2 5 2 2 3 . 2 3 z L z P pz + = ∆π
2 2 z x L= + Dimana : P = beban titikZ = kedalaman dari muka tanah ke titik yang ditinjau
X = jarak horisontal dari beban titik ke titik yang ditinjau
2. Persamaan perhitungan konsolidasi pada tiap lapisan tanah, berdasarkan distribusi tegangan yang didapat dari persamaan pertama untuk waktu tak hingga;
- Kondisi tanah terkonsolidasi normal (σ0’ = σc’ ) ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +∆ + × = ' 0 ' 0 0 log 1
σ
σ
σ
e H Cc Sc- Kondisi tanah terkonsolidasi lebih (σ0’ < σc’ ) Bila σ0’+∆σ < σc’ maka : ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +∆ + × = ' 0 ' 0 0 log 1
σ
σ
σ
e H Cs Sc Bila σ0’+∆σ > σc’ maka : ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +∆ + × + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + × = 0' ' 0 ' ' 0 log 1 log 1 o c c e H Cc e H Cs Scσ
σ
σ
σ
σ
Dimana :
H = tebal lapisan lempung
E0 = angka pori awal ( initial void ratio)
Cc = indeks kompresi ( compression index)
Cs = indeks mengembang (swelling index)
∆σ = besarnya tegangan akibat pembebanan di muka tanah (surcharge)
σ0’
= tegangan overburden efektif ( effective overburden pressure)
σc’
= tegangan prakonsolidasi efektif ( effective praconsolidation
pressure)
3. Persamaan untuk perhitungan kecepatan penurunan konsolidasi.
v dr v c H T t 2 . = Dimana :
t : waktu untuk menyelesaikan konsolidasi
Hdr : panjang aliran rata-rata yang harus ditempuh oleh air pori selama proses konsolidasi
Tv : Faktor waktu
cv : koefisien konsolidasi
3. Asumsi dasar yang digunakan dalam usulan metoda perhitungan interaktif struktur pondasi
1. Diatas media elastis, penurunan yang merata tidaklah dihasilkan oleh beban yang merata. Sebaliknya beban merata menghasilkan penurunan yang tidak merata.
2. Supaya penurunan merata dan tidak miring gedung dibuat simetris
PB = pusat berat gedung
O = pusat bidang kontak pondasi
3. Gedung kaku tahan diferential settlement, jadi settlement dianggap merata jadi gedung mengalami penurunan sebagai berikut :
δ1 δ2 δ1 = δ2 σ
.
O.
PB W Penurunan (settlement) σ f(σ)∫
= dA wσ
.4. Bisa dicari reaksi tanah sedemikain rupa dengan distribusi tegangan (σ)
sehingga didapatkan w=
∫
σ
.dA. Reaksi ini adalah reaksi yang menghasilkanpenurunan (settlement) konsolidasi merata untuk jangka waktu tertentu.
5. Bila gedung tahan berdiri diatas pondasi pegas ekivalen berarti gedung tersebut OK. = ct i ct si S F S pegas per Gaya k = . . =
t = waktu tertentu misal 20 tahun
6. Terlebih dahulu dicari daya dukung tanah yang di atas tanah tersebut akan dibangun suatu gedung, apakah tanah tersebut mampu bila di atasnya dibangun gedung dengan 1 atau 2 ataupun 3 tingkat. Apabila ternyata tanah tersebut tidak mampu ditinjau dari daya dukungnya, ada beberapa alternatif yang bisa dipergunakan yaitu :
a. Dengan memperbaiki tanah tersebut terlebih dahulu b. Dengan memperlebar pondasi dari gedung tersebut c. Kombinasi dari Alternatif 1 dan 2
d. Tidak jadi membangun di atas tanah tersebut dengan pondasi dangkal.
∆x spring
Kaku
k spring bervariasi
Sehingga reaksi menjadi :
Pondasi pegas ekivalen
7. Setelah diketahui daya dukung tanah mampu, mulai dicari konfigurasi pembebanan. Terlebih dahulu diasumsikan bahwa beban yang berada di atas titik berat gedung ≈ titik pusat bidang kontak pondasi dengan tanah, setelah itu dihitung besarnya tegangan yang terjadi pada lapisan dan titik yang ditinjau. 8. Dengan diketahui besarnya tegangan akibat pembebanan pada permukaan
tanah maka dapat dihitung besarnya penurunan konsolidasi tiap lapisan , dan dari sinilah didapatkan total penurunan yang terjadi. Bila penurunan ini tidak sama di sembarang titik, maka proses iterasi untuk mencari pembebanan mulai dilakukan. Proses iterasinya dilakukan dengan menambah nilai P (beban di permukaan tanah) yang berada diujung-ujung dan mengurangi nilai P yang berada ditengah-tengahnya. Iterasi baru berhenti jika penurunan total yang dihasilkan pada sembarang titik besarnya sama. Toleransi untuk beda penurunan yang masih dianggap sama sebesar 0,1 inchi atau 2,5 mm
9. Setelah mendapatkan konfigurasi pembebanan yang dimaksud, yaitu yang bisa menyebabkan terjadinya penurunan yang merata di sembarang titik, maka dapat diketahui reaksi yang terjadi pada tanah. Penurunan yang disebabkan oleh konsolidasi tanah dasar ini pada tiap lapisan di sembarang titik besarnya berlainan, tetapi bila ditotal dari semua lapisan itu hasilnya sama di sembarang titik.
10. Reaksi tanah yang menghasilkan penurunan konsolidasi tanah yang merata di atas dapat dianggap sama dengan reaksi tanah yang melawan beban pondasi gedung. Jadi bila misalnya tanah diasumsikan sebagai media elastis berupa sekumplan pegas, pegas-pegas tersebut harus dibuat memiliki konstanta pegas yang tidak sama sehingga dengan penurunan yang merata ( sama), reaksi pegas (= reaksi tanah) tidaklah merata.
i i si F k
δ
= …..(1)Jumlah total reaksi pegas inI harus sama dengan jumlah total berat gedungnya.
∫
F.dA= W… (2)∑
= = n i i F W 1 si n i ik W . 1∑
= =δ
Karena δ1 = δ2 = δ3 =…δn = δ, maka didapat
∑
∑
= = = = n i si n i si i k k W 1 1δ
δ
…(3)Bila dikaitkan dengan umur rencana dari struktur maka δ yang dipakai sebagai acuan bukanlah δtotal yang dihasilkan dari perumusan Sctotal untuk waktu tak terhingga, melainkan total U
δ
δ
= × , atau total Sc U × = %δ
…… (4)dimana U = derajat konsolidasi berdasarkan umur rencana gedung.
11. Kemudian harus dicek terlebih dahulu apakah daya dukung tanah mampu memenuhi atau tidak. Apabila telah memenuhi persyaratan daya dukung tanah maka gedung tersebut akan diuji kekuatannya bila diletakkan pada tanah yang dianggap sebagai media elastis yang terdiri dari sekumpulan pegas yang mempunyai konstanta pegas berlainan.
12. Dengan meletakkan gedung pada tanah yang dianggap terdiri dari sekumpulan pegas yang mempunyai konstanta pegas berlainan maka dihasilkan gaya-gaya dalam dari gedung tersebut. Setelah diketahui reaksi-reaksi dari gedung
tersebut maka reaksi tersebut diterapkan pada tanah dibawahnya apakah penurunan yang terjadi masih merata atau tidak ataukah terjadi differential settlement yang masih memenuhi batasan differential settlement untuk bangunan beton yaitu 0.002 s/d 0.003 setengah bentang bangunan dan untuk bangunan baja yaitu 0.006 s/d 0.008
13. Apabila penurunannya merata maka sampai umur rencana gedung tersebut tidak akan mengalami retak dan apabila penurunannya tidak merata maka gedung tersebut akan mengalami retak sehingga perlu diubah dimensi dari bagian struktur gedung tersebut hingga mampu menerima reaksi tersebut hingga umur yang direncanakan. Kontrol retak yang dilakukan berdasarkan Pedoman ACI yang menentukan bahwa z tidak melampaui 175 kip/inchi (30.6 MN/m) untuk konstruksi yang terlindung dan z tidak melampaui batas 145 kip/inchi (25.4 MN/m) untuk konstruksi yang dihujan-anginkan. Dimana z dapat dicari dari persamaan
h c s C w A d f z
β
= × × = 3 ….(5) 4. AnalisaDengan menggunakan metoda perhitungan interaktif struktur pondasi di atas tanah lunak yang menyertakan pengaruh penurunan konsolidasi jangka panjang dicoba diterapkan pada struktur dengan lebar bangunan 12 m, jarak kolom 3 m dan jumlah tingkat 1 seperti terlihat pada Gambar 2. Struktur ini dicoba dengan metode yang diusulkan pada penulisan kali ini dan juga dengan metode konvensional. Diharapkan dengan membandingkan kedua metode ini, maka dapat kita ketahui besarnya settlement dan momen yang terjadi pada struktur tersebut. Sehingga bisa direncanakan gedung yang memperhatikan settlement yang terjadi.
(a) Konvensional (b) Elastis Gambar 2. Pemodelan struktur
Setelah diadakan perhitungan dengan kedua metoda maka didapatkan hasil sbb : Momen yang terjadi pada balok dapat dilihat pada Tabel 1.
- Konvesional adalah metoda yang tidak memasukkan penurunan pada perhitungan strukturnya.
- Elastis adalah metoda yang memasukkan penurunan ( settlement) pada perhitungan strukturnya.
Tabel 1
No Konvensional Elastis
Mtump.ki Mlap. Mtump.ka Mtump.ki Mlap. Mtump.ka 1 0.352 0.1975 0.3946 1.3152 5.2917 8.0209 2 0.3808 0.1902 0.3804 6.1899 2.5017 6.3826 3 1.6247 1.2894 2.2651 2.855 1.5074 0.7593 4 2.1844 1.0681 2.1441 3.044 1.3164 0.9515 5 0.9665 0.926 1.4687 2.1656 0.9235 0.4409 6 1.4315 0.7093 1.4297 1.6771 1.0637 0.5458
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa perhitungan konvensional menghasilkan momen yang lebih kecil daripada perhitungan dengan metode yang diusulkan ini. Dari hasil tersebut dapat ditarik benang merah kenapa terjadi kerusakan dalam bentuk retak-retak pada dinding, balok dan kolom. Dengan melihat bahwa momen yang sesungguhnya terjadi jauh lebih besar apabila kita memperhitungkan settlement yang
1 3 4 2 5 6 1 3 4 2 5 6
ada daripada momen yang dihasilkan dari metoda tanpa memperhitungkan settlement. Oleh karena itulah mengapa sering terjadi kerusakan berupa retak-retak pada bangunan yang dibangun di atas tanah lempung lunak.
Pada perhitungan konvensional dihasilkan penurunan yang tidak merata pada tiap – tiap titik yang ditinjau melainkan semakin besar penurunan yang terjadi pada setengah bentang bangunan. Sedangkan pada metode elastis penurunan yang dihasilkan cenderung merata karena reaksi yang terjadi pada tanah tidak merata . Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Penurunan pada struktur dengan metode elastis
No Titik Reaksi pada tanah Sc (m) pada Metoda Elastis
1 7.38713 0.2270 2 6.51625 0.2287 3 6.29995 0.2323 4 6.26056 0.2366 5 6.26055 0.2382 6 6.26054 0.2396 7 6.26053 0.2407 8 6.26054 0.2390 9 6.26055 0.2383 10 6.26056 0.2366 11 6.29995 0.2323 12 6.51625 0.2287 13 7.38713 0.2270 5. Kesimpulan
Dari uraian-uraian yang telah dikemukakan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Kalau gedungnya kaku sehingga penurunan relative merata maka reaksi media elastis yang terjadi tidak merata, inilah yang membedakan dengan perhitungan metode konvensional dimana reaksi pada tanah merata sehingga menghasilkan penurunan yang tidak merata.
2. Gedung bertingkat berpondasi dangkal yang dibangun diatas tanah yang compressible tidak boleh dihitung dengan metode konvensional, perhitungan struktur harus memperhitungkan interaksi tanah struktur , karena momen yang terjadi sesungguhnya jauh lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
ACI Committee 336 (1988). "Suggested analysis and design procedures for combined footings and mats", ACI Structural Journal, American Concrete Institute, Detroit, Mich. U.S.A., Vol. 85,No. 3, pp. 304-324.
ACI Committee 336 (1989). Closure to "Suggested analysis and design procedures for combined footings and mats", ACI Structural Journal, American Concrete Institute, Detroit, Mich. U.S.A.,Vol. 86, No. 1, pp. 113-116.
Al-Shamrani, M. A. and Al-Mashary, F. A. (1999), “Development of A Computer Program for Study of Soil-Structure Interaction,” Final Report for Project No. R-7-416, Research Center, College of Engineering, King Saud University, Riyadh Saudi Arabia.
Arif,Musta’in, 2003,” Studi Pengaruh Penurunan Konsolidasi Tanah Dasar terhadap Gedung Berpondasi Dangkal”, Thesis Pasca Sarjana Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS. Bowles, J.E. (1996) ,”Foundation Analysis and Design”,5thÉdition, McGraw-Hill, 1175 p.
Buisman, A. S. K. (1936). “Results of Long Duration Settlement Tests,“ Proceedings, 1st International Conference on Soil Mechanics and Foundation engineering, Vol. 1, pp. 103-106.
Burland, J. B., B. B. Broms and V. F. B. de Mello (1977). "Behaviour of foundations and structures", Proceedings of the Ninth International Conference on Soil Mechanics and
Foundation Engineering, Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering,
Tokyo, Japan, Vol. 2, pp. 495-546.
Chamecki, S. (1956). “Structural Rigidity in Calculating Settlements,” Journal of Soil
Mechanics and Foundation Division, ASCE, Vol. 82, SM 1, pp. 1-19.
Dewobroto, Wiryanto.,2003, “Aplikasi Sains dan Teknik dengan Visual Basic 6.0”, Penerbit PT. Elex Media Komputindo.
Goschy, B. (1978). “Soil-Foundation-Structure Interaction,” Journal of the Structure
Hemsley, J. A. (ed.) (2000). "Design applications of raft foundations", Thomas Telford Ltd.,London, U.K., 626 pp.
Hetényi, M. (1946). "Beams on elastic foundation", The University of Michigan Press, Ann Arbor, Mich., U.S.A., 255 pp.
Horvilleur, J. F. and V. Patel (1995). "Mat foundation design - a soil-structure interaction problem", Design and Performance of Mat Foundations; State-of-the-Art Review, E. J. Ulrich (ed.), American Concrete Institute, Detroit, Mich., U.S.A., pp. 51-94.
King, G. J. W. and Chandrasekaran, V. S. (1974). “An Assessment of the Effects of
Interaction Between a Structure and its Foundation,” Proceedings, Conference on
Settlement of Structures, Cambridge,Penteck Press, London, pp.368-383.
Lambe T.W and Whitman R.V: Soil Mechanics. J. Wiley & Sons,Inc., New York, 1969, 553 pp.
Lee, I. K. and Harrison, H. B. (1970). “Structure and Foundation Interaction Theory,” Journal of Structure Division, ASCE, Vol. 96 No. ST2, pp. 177-197.
Lee, I. K. and Brown, P. T. (1972). “Structure-Foundation Interaction Analysis,” Journal of Structure Division, ASCE, Vol. 98 No. ST11, pp. 2413-2431.
Lukito,Doddy E.,1998, “Metode Perhitungan Penurunan Konsolidasi pada Segala Titik di Permukaan Tanah Dengan Menggunakan Program Komputer”, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS.
Lysmer, J., M. Tabatabai-Rassi, F. Jajirian, S. Vahdani, and F. Ostadan, 1981, “SASSI C A System for Analysis of Soil-Structure Interaction”, Report UCB/GT/81-02. Berkeley: University of California,
Lysmer, J., T. Udka, C. P. Tsai, and H. B. Seed. 1975, “FLUSH: A Computer Program for Approximate 2-D Analysis of Soil-Structure Interaction Problems”, Report EERC 75-30. Berkeley: University of California,
Meyerhof, G.G. (1947). “The Settlement Analysis of Building Frames,” The Structural Engineer, Vol.25, pp. 369-409.
Meyerhof, G.G. (1953). “Some Recent Foundation Research and its Application to Design,” TheStructural Engineer, Vol. 31, pp. 151-167.
Miyahara, F. and Ergatoudis, J. G. (1976). “Matrix Analysis of Structure-Foundation,” Journal of Structure Division, ASCE, Vol. 102, No. ST1, pp. 251-265. Mochtar,I.B.,2001,” Tinjauan Beberapa Kasus Masalah Pondasi di Lapangan (Belajar dari Pengalaman)”, Majalah TORSI, Jurusan Teknik Sipil ITS,Nopember 2001. Tavio,1998, “Analisa Pengaruh Konfigurasi Struktur dan Ketebalan Pondasi Terhadap Gaya Dalam Struktur Berdasarkan Peninjauan Interaksi Struktur-Tanah pada Gedung
Berpondasi Dangkal di Atas Tanah Sebagai Media Elastis”, Thesis Pasca Sarjana Jurusan Teknik Sipil FTS-ITS.
Terzaghi, Karl, Peck, Ralph B., Mesri, Gholamreza (1996),” Soil Mechanics in Engineering Practice”, 3rd Edition, Wiley-Interscience Publication
Wood, L. A. and Larnach, W. J. (1975). “The Interactive Behavior of a Soil-Structure System and its Effect on Settlements,” Proceedings of the Technical Session of a Symposium held at University of New South Wales, Australia, pp. 75-88.
PERENCANAAN GEDUNG PERPUSTAKAAN 5 ( LIMA ) LANTAI
DENGAN PRINSIP DAKTILITAS TINGKAT DUA
Tugas Akhir
untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil
diajukan oleh
S U Y O N O
N.I.M : D 100 960 286 N.I.R.M : 96.6.106.03010.50286
kepada
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan dunia ilmu pengetahuan ( science ) semakin cepat setiap
waktu dan akan terus berkembang sesuai dengan kemajuan jaman. Buku
merupakan sumber ilmu pengetahuan yang dapat membuat seseorang menjadi
mengerti akan ilmu pengetahuan, baik itu ilmu sosial maupun ilmu alam.
Memasyarakatkan budaya membaca dan memahami tentang ilmu pengetahuan
merupakan tujuan dari pendidikan nasional untuk meningkatkan Sumber Daya
Manusia ( SDM ) yang sudah lama digalakan oleh Pemerintah, untuk tujuan
tersebut dibutuhkan adanya prasarana penunjang. Prasarana penunjang tersebut
diantaranya adalah gedung perpustakaan.
Kodya Surakarta merupakan suatu kota yang cukup besar dengan
banyaknya penduduk yang membutuhkan suatu perpustakaan pusat kota yang
menyediakan buku-buku referensi untuk pengembangan SDM setiap anggota
masyarakat. Pembangunan perpustakaan pusat kota diharapkan akan dapat lebih
menggugah minat masyarakat kota untuk mempelajari ilmu pengetahuan sesuai
dengan minat dan bakat masing-masing.
Perencanaan gedung perpustakaan pusat kota perlu mempelajari struktur
organisasi suatu perpustakaan modern agar fungsi bangunan gedung tersebut
memenuhi syarat untuk pengembangan dimasa yang akan datang.
B. Maksud dan Tujuan
Perencana atau Ahli konstruksi yang baik ( professional engineers ),
dewasa ini sangat dibutuhkan sesuai dengan keadaan negara Indonesia yang
sedang giat membangun. Seorang Perencana diharapkan dapat menyesuaikan diri
dengan keadaan alam dan lingkungan dimana tempatnya berada serta
perkembangan teknologi.
Perkembangan ilmu pengetahuan dibidang perencanaan struktur gedung
dengan bahan beton bertulang telah berkembang, ini dapat dilihat dari peraturan
atau standar tata cara perencanaan struktur beton bertulang di Indonesia yang telah
mengalami perbaikan dari Peraturan Beton Indonesia 1971 ( PBI-1971 ) menjadi
Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung yang terbaru yaitu
SK SNI T-15-1991-03. Maksud dari Tugas Akhir yang dibuat oleh Penyusun ini
adalah mencari hasil perhitungan struktur dari gedung yang akan direncanakan
dengan prinsip gedung tahan gempa. Perhitungan struktur gedung tersebut terdiri
dari perhitungan struktur beton untuk kerangka bangunan dan perhitungan struktur
baja untuk atap bangunan. Perhitungan struktur untuk kerangka ( frame ) ini
menggunakan / mengacu pada Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk
Bangunan Gedung SK-SNI T-15-1991-03, sedangkan untuk perhitungan struktur
rangka atap baja (truss) mengacu pada Peraturan Perencanaan Bangunan Baja
Indonesia ( PPBBI-1983 ).
Perincian mengenai perencanaan struktur dari gedung perpustakan tersebut
dijelaskan sebagai berikut :
1. Mengetahui hasil perhitungan struktur baja untuk atap gedung, meliputi
dimensi profil yang digunakan serta jumlah baut sebagai alat penyambungnya.
2. Mengetahui hasil perhitungan struktur beton untuk kerangka gedung tersebut,
meliputi :
a. Dimensi serta penulangan yang digunakan untuk elemen kolom sesuai
dengan prinsip daktilitas tingkat 2 ( terbatas ).
b. Dimensi serta penulangan yang digunakan untuk elemen balok, sesuai
dengan prinsip daktilitas tingkat 2 ( terbatas ).
c. Dimensi serta penulangan pelat lantai dan tangga.
3. Mengetahui dimensi serta penulangan yang digunakan untuk dinding
basement dan pondasi bangunannya.
C. Ruang Lingkup Perencanaan
Ruang lingkup permasalahan perlu ditentukan, guna membatasi
permasalan yang akan dibahas. Beberapa batasan masalah yang dipakai dalam
perhitungan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Perencanaan hanya pada perhitungan atap baja, perhitungan struktur beton
( pelat lantai, tangga, balok dan kolom ) dan perencanaan pondasi.
2. Lokasi gedung berada di wilayah Surakarta ( wilayah gempa 3 ).
3. Digunakan mutu beton, f’
c= 30 MPa.
4. Digunakan mutu baja, f
y= 320 MPa dan f
y, s= 240 MPa.
5. Gedung direncanakan tahan gempa dengan prinsip daktilitas tingkat 2 /
terbatas ( limited ductility ).
6. Modulus elastisitas baja tulangan, E
S= 2,0 x 10
5MPa.
7. Perhitungan pembebanan mengikuti Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk
Gedung, PPIUG-1983.
8. Perencanaan struktur rangka atap ( truss ) mengacu pada Peraturan
Perencanaan Bangunan Baja Indonesia, PPBBI-1983.
9. Perencanaan beton berdasarkan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk
Bangunan Gedung, SK SNI T-15-1991-03.
10. Pembagian gaya geser gempa mengikuti buku Pedoman Perencanaan
Ketahanan Gempa Indonesia Untuk Gedung dan Rumah, SKBI-1.3.53.1987.
11. Perhitungan analisis struktur menganggap bahwa bahan elastis linear,
tegangan berbanding lurus dengan regangan ( Hooke’s law ).
12. Tidak dibahas perencanaan bangunan tambahaan seperti instalasi listrik,
sanitair dan plafond serta pintu dan jendela.
13. Tidak dibahas Rencana Anggaran Biaya ( R.A.B. ) bangunannya.
14. Tidak diadakan penelitian daya dukung tanah untuk lokasi gedung yang
direncanakan, sehingga data teknis keadaan tanah diasumsikan sendiri oleh
Penyusun.
D. Keaslian Tugas Akhir
Mengenai perencanaan arsitektural gedung perpustakaan pusat kodya
Surakarta telah dibuat oleh Setiawan, W. ( 2000 ) dalam Tugas Akhir Teknik
Arsitektur Universitas Muhammadiyah Surakarta. Perencanaan arsitektur yang
telah dibuatnya merupakan perpustakaan umum yang dikoordinasi oleh
Pemerintah Kodya Surakarta dan sebagai Pelaksana dikendalikan oleh pihak
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Gedung perpustakaan yang telah direncanakan mempunyai bentuk yang
tidak beraturan / a-simetris, mempunyai jumlah lantai utama ada 3 dengan 1 lantai
tambahan. Penyusun dalam kesempatan ini mengadakan perubahan dalam bentuk
maupun tata ruang, diusahakan sedapat mungkin simetris sesuai dengan prinsip
gedung tahan gempa. Perencanaan elemen struktural gedung perpustakaan yang
sedang direncanakan ini belum pernah dilakukan oleh Perencana lain.
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
1
Perancangan Balok Beton Bertulang dengan SAP2000
1Wiryanto Dewobroto (
http://sipil-uph.tripod.com
)
2Makalah ini membahas detail langkah-langkah perancangan balok beton bertulang dengan SAP2000 , sekaligus perbandingan desain dengan secara manual pada problem yang sama. Terbukti dengan merubah parameter faktor reduksi kekuatan maka hasil program sesuai dengan Code Indonesia (SK SNI T-15-1991-03). Perancangan struktur tahan gempa yang mensyaratkan daktailitas secara khusus telah ditetapkan sebagai nilai default pada perancangan rangka beton bertulang, sehingga untuk struktur rangka biasa (beban gravitasi) maka fasilitas default tersebut perlu dinon-aktifkan, jika tidak maka hasilnya tidak ekonomis (boros).
Pendahuluan
Program komputer rekayasa (SAP2000, GT-Strudl, ANSYS, dll) berbeda dengan
program komputer umum (EXCEL, AutoCAD, Words, dll) , karena pengguna
dituntut untuk memahami latar belakang metoda maupun batasan dari program
tersebut. Developer program secara tegas menyatakan tidak mau bertanggung
jawab untuk setiap kesalahan yang timbul dari pemakaian program. Umumnya
manual yang melengkapi program cukup lengkap , bahkan terlalu lengkap (baca:
sangat tebal) sedangkan semakin hari program yang dibuat menjadi semakin
mudah digunakan tanpa harus membaca manual maka mempelajari secara
mendalam materi manual program sering terabaikan. Oleh karena itu dengan
disajikannya contoh penyelesaian program dan hitungan manual pembanding
yang detail tetapi ringkas tentu sangat berguna.
Desain Penampang dengan SAP2000
Program SAP2000 menyediakan fitur dan modul terintegrasi yang lengkap untuk
desain struktur baja dan beton bertulang. Pengguna diberi kemudahan untuk
membuat, menganalisis, dan memodifikasi model struktur yang direncanakan
dengan memakai user interface yang sama. Dalam lingkungan pemakaian yang
interaktif maka dapat dievalusi penampang struktur berdasarkan design-code
internasional seperti
: U.S.A (ACI 1999, AASHTO 1997),Canadian
(CSA 1994),
British (BSI 1989), European (CEN 1992), dan New Zealand (NZS 3101-95).
Fasilitas perancangan berdasarkan design-code yang baku ternyata tidak terlalu
kaku karena pengguna mempunyai peluang untuk merubah parameter-parameter
tertentu untuk disesuaikan dengan peraturan perencanaan lokal. Sebagai contoh,
telah diketahui bahwa peraturan perencanaan beton yang digunakan di Indonesia
merupakan derivasi dari ACI 1989 sehingga dengan sedikit penyesuaian ,
1
Jurnal Teknik Sipil - UPH, Vol.1 No.2 Juli 2005. 2
Dosen tetap pada mata kuliah Komputer Rekaya Struktur dan Struktur Beton, di Jurusan Teknik Sipil , Universitas Pelita Harapan, Lippo Karawaci, Tangerang
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
2
SAP2000 dapat digunakan untuk perancangan struktur beton bertulang berdasar
peraturan Indonesia (SK SNI T-15-1991-03).
Identifikasi elemen Beam dan Kolom
Program SAP2000 adalah program analisa struktur yang didasarkan dari metode
elemen hingga , dalam hal tersebut struktur balok atau kolom diidealisaikan
sebagai elemen FRAME. Tetapi dalam desain, penampang balok memerlukan
tahapan yang berbeda dari penampang kolom sehingga pada saat pemasukan data
untuk frame section perlu informasi khusus apakah penampang tersebut
digolongkan sebagai balok atau sebagai kolom.
Gambar 1. Identifasi Desain
Catatan : elemen balok jika hanya menerima lentur
dan geser, sedangkan kolom adalah balok yang
menerima gaya aksial yang signifikan, yaitu jika
gaya aksial ultimate >> 0.1f’
cA
g(ACI 10.3.3)
Menu di samping dapat diakses dari : Define –
Frame Sections – Modify/Show Sections –
Reinforcement.
Menu sama juga dipakai pada waktu mendefinisikan
lokasi tulangan pada penampang. Bentuk penampang
yang dapat digunakan untuk desain beton bertulang
terbatas hanya pada bentuk Rectangular Section, Tee
Section , atau Circle Section untuk kolom.
Perancangan Balok Beton Bertulang
Asumsi Desain
Program SAP2000 akan menghitung dan melaporkan luas tulangan baja perlu
untuk lentur dan geser berdasarkan harga momen dan geser maksimum dari
kombinasi beban dan juga kriteria-kriteria perencanaan lain yang ditetapkan untuk
setiap Code yang diikuti. Tulangan yang diperlukan tadi akan dihitung
berdasarkan titik-titik yang dapat dispesifikasikan dalam setiap panjang element.
Semua balok hanya dirancang terhadap momen lentur dan geser pada sumbu
mayor saja, sedangkan dalam arah minor balok dianggap menyatu dengan lantai
sehingga tidak dihitung. Jika dalam kenyataannya perlu perancangan lentur dalam
arah minor (penampang bi-aksial) maka perencana harus menghitung tersendiri,
termasuk jika timbul torsi.
Dalam mendesain tulangan lentur sumbu mayor, tahapan yang dilakukan adalah
mencari momen terfaktor maksimum (untuk kombinasi beban lebih dari satu) dan
menghitung kebutuhan tulangan lenturnya. Penampang balok didesain terhadap
momen positif M
u+dan momen negatif M
u-maksimum dari hasil momen terfaktor
envelopes yang diperoleh dari semua kombinasi pembebanan yang ada. Momen
negatif pada balok menghasilkan tulangan atas, dalam kasus tersebut maka balok
selalu dianggap sebagai penampang persegi. Momen positif balok menghasilkan
tulangan bawah, dalam hal tersebut balok dapat direncanakan sebagai penampang
persegi atau penampang balok-T.
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
3
Untuk perencanaan tulangan lentur, pertama-tama balok dianggap sebagai
penampang tulangan tunggal, jika penampang tidak mencukupi maka tulangan
desak ditambahkan sampai pada batas tertentu.
Dalam perancangan tulangan geser , tahapannya meliputi perhitungan gaya geser
yang dapat ditahan beton V
c, kemudian menghitung nilai V
syaitu gaya geser yang
harus dipikul oleh tulangan baja dan selanjutnya jumlah tulangan geser
(sengkang) dapat ditampilkan.
Perencanaan struktur tahan gempa memerlukan persyaratan tertentu dan hal
tersebut tetap dapat dilakukan SAP2000 jika memakai Code ACI, Canadian, atau
New Zealand.
Tahapan Desain
Perancangan balok lentur dibagi dalam tahapan-tahapan sebagai berikut :
• Menentukan Momen Terfaktor Maksimum
Gambar 2. Menu Kombinasi Beban
Momen terfaktor maksimum untuk tulangan
lentur maupun gaya geser terfaktor untuk
sengkang / tulangan geser diperoleh dari
berbagai kombinasi pembebanan (Load
Combination) dari hasil kombinasi Load
Case yang dikalikan dengan faktor beban
sesuai dengan peraturan perencanaan yang
digunakan.
Menu di samping dapat diakses dari : Define
– Load Combination – Add New Combo.
Agar dapat dikombinasi, jangan lupa
mendefinisikan terlebih dahulu Load Case
dengan cara : Define – Static Load Case –
Add New Load.
Gambar 3. Mendefinisikan LOAD CASE
• Menentukan Jumlah Tulangan Lentur Perlu.
Bentuk penampang yang dapat digunakan dalam proses desain ini adalah
penampang kotak (Rectangular Section) untuk momen negatif dan momen
positip serta penampang T (Tee Section) untuk momen positip saja. Pada
penampang T yang menerima momen negatif maka bagian sayapnya
diabaikan dan dianggap sebagai penampang kotak.
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
4
Gambar 4. Mendefinisikan Penampang Balok TMenu diatas dapat diakses dari : Define – Frame Sections – Add Tee. Untuk
penampang kotak maupun lingkaran cara mendefinisikan sama hanya pilihan
terakhirnya adalah Add Rectangular dan Add Circle.
Informasi data untuk penulangan pada kotak dialog di atas akan ditampilkan
dipojok kiri bawah jika material yang dipilih adalah CONC (concrete) . Data
material untuk concrete secara default sudah disediakan oleh program, tetapi
tentu saja perlu disesuaikan dengan mutu beton / baja tulangan yang
digunakan, untuk itu digunakan menu : Define – Material – CONC – Modify
/ Show Material.
Gambar 5. Menetapkan Data Material Untuk Desain
Catatan : jangan lupa Satuan Unit yang digunakan, yang terlihat pada bagian
pojok kanan bawah dari tampilan program SAP2000.
Selanjutnya penampang dihitung sebagai penampang tulangan tunggal, tetapi
jika ternyata tidak mencukupi (over-reinforced section) maka program akan
mencoba menambahkan tulangan tekan dan mendesain ulang sebagai
penampang tulangan rangkap.
Karena peraturan di Indonesia (SK SNI T-15-1991-03) mengacu peraturan
Amerika (ACI 318-89) maka detail perhitungan yang dilakukan program
mirip dengan perencanaan umum yang berlaku di Indonesia. Meskipun
demikian tentu saja ada perbedaan yaitu pada faktor beban (dapat dirubah
pada saat memasukkan beban kombinasi) dan faktor reduksi kekuatan harus
disesuaikan .
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
5
Faktor reduksi kekuatan dapat diubah melalui menu : Option – Preferences –
Concrete – Strength Reduction Factor seperti berikut:
Gambar 6. Parameter ACI 318-99
Selanjutnya untuk memahami perencanaan balok lentur dengan SAP2000 terlebih
dahulu akan disajikan contoh perhitungan cara manual dari balok kantilever
secara lengkap sampai dengan gambar penulangan, pada cara manual tersebut
disajikan juga rumusan yang digunakan yang prinsip kerjanya sama dengan yang
ada pada program. Kemudian pada tahap berikutnya disajikan tahapan
perancangan dengan program SAP2000 secara detail dan hasilnya juga disajikan
sehingga dapat diperoleh gambaran dan pemahaman yang jelas.
Contoh Hitungan Manual Balok
Balok kantilever bentang 3.5 m mempnyai penampang berbentuk persegi, yang
memikul beban merata dan beban terpusat terfaktor (dianggap berat sendiri sudah
termasuk dalam spesifikasi beban yang diberikan).
Jika digunakan mutu beton f’
c28 MPa dan mutu baja tulangan f
y400 MPa (lentur)
dan f
y240 MPa (sengkang), desain penulangan menurut SK SNI T-15 1991-03.
Jawab :
1. Dari analisa struktur dapat diperoleh momen dan gaya geser rencana seperti
pada gambar berikut:
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
6
2.0 m 1.5 m q =10 kN/m P = 50 kN 50 120 70 135 311.25 120 u b=350 d = 437.5 Konfigurasi Balok (Estimasi Awal) u P = 50 kNu V (kN) d = 437.5 mm 254 u M (kN.m)u 131 kN 500 0.75 m 212.81Gambar 7. Pembebanan Kantilever dan Gaya Rencana
2. Hitung tulangan lentur yang diperlukan : (x = 0.0 adalah tumpuan kiri)
x (m) b (mm) d (mm) Mu (kN.m) Q ρ ρmin ρmaks s A (mm2) dipasang 0.000 311.25 0.35260 0.01693 2592 7D22 0.750 212.81 0.24108 0.01093 1674 5D22 1.500 350 437.5 120.00 0.13594 0.00589 0.0035 0.02276 902 3D22
Catatan:
2 u ' c bd M f 7 . 1 φ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ =Q
φ = 0.8 (lentur menurut SK SNI T-15 1991)
⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − − = 2 Q y ' c 0.85 0.85 f f ρ y min f 1.4 = ρ
⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + = y y ' c 1 maks f 600 5 . 382 f f β ρ As= ρbd
3. Hitung φV
cdengan memasukkan pengaruh momen :
01737 . 0 437.5 * 350 380 * 7 d b A w s w = = = ρ 0 . 1 226 . 0 254 10 * 5 . 437 * 131 M d V 3 u u = = ≤ − d b f 3 . 0 7 d b M d V 120 f V w c' w u u w ' c c ⎥ ≤ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = ρ
[
28 120*0.01737*0.226]
b d 0.3 28b d Vc= 71 + w ≤ w d b 1.587 d b 823 . 0 Vc= w ≤ w kN 126 N 10 * 126 d b 823 . 0 Vc= w = 3 = ∴Jika pengaruh momen tidak dimasukkan, maka :
d b 0.882 d b f V w w ' c 6 1 c= =
ternyata momen mengurangi kemampuan beton untuk menahan geser (dalam
desain tetap dipakai yang terkecil Æ konservatif).
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
7
kN 8 . 37 126 * 6 . 0 * V 21 c 2 1φ = =Catatan : φ = 0.6 (geser menurut SK SNI T-15 1991)
5. Gambarkan lokasi sengkang berdasarkan bidang geser yang terjadi
135 Vs 131 kN V = 75 kN φ c 2000 1500 d=437.5 sengkang minimum V = 37.8 kN φ ½ c φ sengkang perlu
6. Hitung sengkang minimum :
pakai s = 200 mm << 0.5 d = 218.75 mm << 600 mm
mm mm y w v 2 49 . 0 240 * 3 350 f 3 b min A = = = spakai ∅ 8 Æ A
v= 100 mm
2Æ maka
s≤1000.49=204mmpakai sengkang minimum ∅ 8 @ 200
7. Hitung kebutuhan sengkang:
kN 93 V V V u c s= φ − =
<<<
V f bwd 270kN ' c 3 1 c= =Æ s
maks= 0.5d
mm mm 3 y s v 2 886 . 0 437.5 * 240 10 * 3 9 d f V s A = = =Jika dipakai sengkang tulangan ∅ 10 Æ A
v= 157 mm
2, maka
maka
s≤1570.886=177mmpakai ∅ 10 @ 150
Potongan A 7D22 Ø10@ 150 l d 3D22 500 350 sengkang sengkang Ø8@ 200 Ø10 @ 150 Ø10 @ 150 Potongan B 5D22 350 3D22 350 Potongan C 3D22 3D22 Ø8 @ 200 A B C 750 2000 750Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
8
Contoh Hitungan Komputer Balok
Balok kantilever bentang 3.5 m mempnyai penampang berbentuk persegi, yang
memikul beban merata dan beban terpusat terfaktor (dianggap berat sendiri sudah
termasuk dalam spesifikasi beban yang diberikan).
Jika digunakan mutu beton f’
c28 MPa dan mutu baja tulangan f
y400 MPa (lentur)
dan f
y240 MPa (sengkang), desain penulangan menurut SK SNI T-15 1991-03
dengan bantuan program SAP2000.
2.0 m 1.5 m q =10 kN/m P = 50 kNu b=350 d = 437.5 u P = 50 kNu d = 437.5 mm 500 Konfigurasi Balok (Estimasi Awal)
Gambar 9. Balok Kantilever yang di Desain
Jawab :
1. Aktifkan program SAP2000, tetapkan Unit Satuan, yaitu kN-m.
2. Susun geometri, misalnya dengan template yang telah disediakan dan
dimodifikasi sesuai dengan model yang diinginkan, caranya :
a) Dari menu : File – New Model from Template dan klik gambar balok
menerus (Beam).
b) Kemudian dari template yang ada dipilih yang paling mendekati misalnya
adalah template Beam untuk balok menerus.
Data di atas diberikan karena secara
default program akan menempatkan
sumbu (0,0) tengah-tengah balok yang
dihasilkan dan sebenarnya yang
diperlukan adalah agar diberikan garis
bantu pada layar (grid-lines) yang sesuai dengan dimensi model.
c) Balok pada hasil template dihapus saja, kemudian grid-lines dimodifikasi
sesuai ukuran yang diharapkan , caranya: Draw – Edit Grid atau klik
double grid-lines, sehingga keluar menu :
Dari menu yang ditampilkan maka grid-lines x= - 3.5 dihapus dan
ditambahkan grid-lines baru yaitu x = 0.75 serta x=1.5.
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
9
d) Dengan grid-lines yang baru tersebut maka akan lebih mudah untuk
menggambar model struktur sebagai berikut :
q =10 kN/m P = 50 kNu u P = 50 kNu 0.75 1.50 2.00
3. Melengkapi data geometri dengan data material dan penampang, karena unit
satuan yang digunakan kN-m sedangkan parameter material dalam MPa maka
dalam memasukkan parameter tersebut unit satuannya diubah terlebih dahulu
dengan N-mm.
a) Dari menu: Define – Materials – CONC – Modify / Show Material ,
parameter untuk mutu beton dan tulangan dimasukkan.
b) Dari menu: Define – Frame Sections – Add Rectangular , parameter
dimensi untuk penampang kotak dimasukkan.
c) Selanjutnya type desain (balok atau kolom) serta penempatan tulangan
pada penampang beton tersebut dimasukkan dengan meng-klik tombol
Reinforcement pada menu diatas sehingga kotak dialog Reinforcement
Data ditampilkan :
Data mengenai Reinforcement Overrides for
Ductile Beams adalah yang berkaitan dengan
perencanaan struktur tahan gempa, oleh karena
balok yang direncanakan adalah balok biasa
maka data diatas dapat diabaikan (dibiarkan
bernilai nol).
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
10
4. Susun data pembebanan.
Beban yang diberikan dalam problem perencanaan di atas sudah dalam bentuk
beban terfaktor, selain itu berat sendiri sudah dimasukkan dalam parameter
beban yang diberikan , maka :
a) Load Case ditetapkan melalui menu : Define – Static Load Case .
Parameter Self Weight Multiplier yang
sebelumnya bernilai 1 (default) diubah
menjadi 0. Hal tersebut menunjukkan
bahwa berat sendiri tidak dimasukkan
pada Load Case bernama LOAD1.
Type beban (misal DEAD pada gambar di atas) tidak berpengaruh
sehingga tidak perlu diubah.
b) Beban merata dimasukkan dalam elemen balok melalui : Assign – Frame
Static Load – Point and Uniform , jangan lupa sebelum mengakses menu
maka unit satuan harus diubah dulu agar
sesuai dengan spesifikasi perencanaan,
selain itu element balok yang akan diberi
beban harus dipilih / ditandai terlebih dulu
dengan mouse.
Catatan : alternatif lain , gunakan
c) Beban terpusat dimasukkan dalam nodal, setelah ditandai (select) dengan
mouse maka beban dapat dimasukkan
melalui : Assign – Joint Static Load –
Forces ,
Catatan : alternatif lain , gunakan
d) Tahap akhir dari pembebanan adalah mendefinisikan kombinasi
pembebanan yang akan dipakai dalam perencanaan penampang.
Karena Load Case hanya satu (LOAD1) dan
sudah terfaktor maka sebenarnya tidak ada
yang bisa dikombinasikan, meskipun demikian
tetap perlu didefinisikan terlebih dahulu,
caranya : Define– Load Combination – Add
New Combo , hingga tampil kotak dialog
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
11
e) Selanjutnya beban-beban untuk setiap Load Case yang diberikan pada
elemen batang maupun pada titik nodal dapat
di-tampilkan pada layar komputer untuk keperluan check
ulang melalui : Display – Show Loads – Frames .
Hal tersebut penting karena kadang-kadang tidak
secara sengaja beban dapat terdefinisikan ulang dan
keadaan tersebut hanya dapat diketahui jika
dibandingkan antara nilai yang tercantum pada layar
dengan catatan manual yang ada.
Tabulasi pembebanan pada joint
Tabulasi pembebanan pada elemen
batang
Cara lain checking beban-beban
dapat juga dilakukan melalui :
Display – Show Input Tables –
Loading Data sehingga akan
ditampilkan kotak dialog Display
Loading Options yang akan
menampilkan option pembebanan
apa yang dapat ditampilkan
dalam bentuk tabulasi.
Khusus untuk kasus perencanaan ini maka data beban yang dapat
ditampilkan adalah Joint Forces dan Frame Span Distributed Loads
seperti gambar diatas.
5. Analisa Struktur Balok Kantilever.
Jika geometri , material , penampang dan pembebanan sudah diberikan maka
selanjutnya dapat dilakukan analisa struktur untuk mengetahui deformasi,
gaya-momen pada batang serta reaksi tumpuan yang terjadi. Analisa struktur
dilakukan melalui menu: Analyze – Run .
Catatan : alternatif lain , gunakan tombol
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
12
6. Desain Penampang Balok Kantilever.
Jika proses berjalan baik (dapat ditampilkan Diagram Gaya Geser dan
Bending Moment) maka proses desain penampang dapat dimulai.
a) Mengacu pada peraturan perencanaan Indonesia (SK SNI T-15 1991-03)
maka Strength Reduction Factor harus disesuaikan melalui: Option –
Preferences – Concrete .
b) Secara default program akan mendesain struktur beton bertulang sebagai
struktur tahan gempa ,
yaitu dengan mengklasifikasikan
struktur sebagai portal dengan
kategori
Intermediate atau
Special, untuk portal biasa maka
kategorinya Ordinary. Oleh karena
itu sebelum proses desain maka
kategori struktur harus dirubah
terlebih dahulu, caranya pilih
dahulu elemen struktur yang ada
dengan mouse kemudian dari menu
Design – Redefine Element Design Data sehingga muncul kotak dialog
disamping. Pada bagian Element Type di aktifkan dengan memberi
tanda
√ , selanjutnya pilih option Sway Ordinary, dan klik OK untuk
keluar dari kotak dialog tersebut.
c) Selanjutnya proses desain dimulai melalui menu : Design – Start Design /
Check of Structure. Sebagai hasilnya pada layar akan ditampilkan luas
tulangan lentur (default) , tetapi melalui menu Design – Diplay Design
Info maka informasi jumlah luas tulangan geser juga dapat dipilih .
Kadang-kadang apabila unit satuan yang
digunakan tidak cocok , nilai yang ditampilkan
bisa terlalu kecil sehingga bila dibulatkan yang
terlihat hanya nilai nol, misal luas tulangan 3000
mm
2bila dalam satuan meter menjadi 0.003 m
2,
sehingga bila dibulatkan dalam dua desimal akan
menjadi 0.00 m
2.
Oleh karena itu perhatikan UNIT SATUAN yang digunakan karena nilai
yang ditampilkan adalah sesuai dengan unit satuan tersebut.
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
13
d) Hasil desain yang ditampilkan dengan cara yang sudah diuraikan adalah
secara keseluruhan dari struktur tersebut, jadi jika strukturnya besar jelas
informasi yang disajikan tidak berguna karena angka-angka yang
ditampilkan saling bertumpuk. Pada umumnya informasi untuk setiap
element batang yang cukup mendetail lebih berguna, untuk itu yang dapat
dilakukan adalah:
i. Pilih element batang dengan mouse
ii. Klik tombol kanan mouse
maka kotak dialog Concrete Design Information akan tampil
Jika tombol ReDesign di-klik
maka kotak dialog Element
Overwrite Assignments akan
ditampilkan sehingga element
yang dipilih dapat didesain ulang
berdasarkan element type rangka
yang beda (Special, Intermediate,
Ordinary dan Non-Sway) tanpa
harus menganalisis ulang struktur
secara keseluruhan.Jika tombol
Details digunakan maka akan
ditampilkan hitungan perancangan
penampang pada element yang
sedang dipilih secara lebih detail
(lihat gambar disamping).
e) Hasil dapat dicetak ke file dan selanjutnya dapat didokumentasikan
dengan lebih mudah, yaitu dengan mengakses menu : File – Print Design
Tables.
Tombol File Name untuk mendefinisikan nama
file penampung dan direktori dimana file
tersebut akan ditempatkan di hardisk.
Catatan : perlu menjadi perhatian bahwa UNIT SATUAN output yang dicetak
tergantung konfigurasi yang digunakan sesaat sebelum permintaan cetak diberikan
dan hal itu dapat dilihat pada informasi yang ditampilkan pada pojok kanan bawah
dari program SAP2000. Untuk contoh output cetak yang ditampilkan di-set dalam
satuan N-mm. ( output di bawah telah di edit seperlunya)
Perancangan Struktur Beton Bertulang dengan SAP2000
14
SAP2000 v7.40 File: KANTILEVER N-mm Units PAGE 1 6/4/04 0:10:43
M A T E R I A L P R O P E R T Y D A T A
MAT MODULUS OF POISSON'S THERMAL WEIGHT PER MASS PER LABEL ELASTICITY RATIO COEFF UNIT VOL UNIT VOL CONC 20000.000 0.200 9.900E-06 2.356E-05 2.401E-09
M A T E R I A L D E S I G N D A T A
MAT DESIGN STEEL CONCRETE REBAR CONCRETE REBAR LABEL CODE FY FC FY FCS FYS CONC C 28.000 400.000 28.000 240.000
C O N C R E T E B E A M P R O P E R T Y D A T A
SECTION MAT BEAM BEAM TOP BOTTOM REBAR REBAR REBAR REBAR LABEL LABEL DEPTH WIDTH COVER COVER AT-1 AT-2 AB-1 AB-2 BALOK CONC 500.000 350.000 62.500 62.500 0.000 0.000 0.000 0.000
L O A D C O M B I N A T I O N M U L T I P L I E R S COMBO TYPE CASE FACTOR TYPE TITLE COMB1 ADD COMB1 LOAD1 1.0000 STATIC(DEAD) C O D E P R E F E R E N C E S Code: ACI 318-99 Phi_bending : 0.8 Phi_tension : 0.8 Phi_compression(Tied) : 0.7 Phi_compression(Spiral): 0.75 Phi_shear : 0.6 C O N C R E T E D E S I G N E L E M E N T I N F O R M A T I O N (ACI 318-99) FRAME SECTION ELEMENT FRAMING LLRF L_ratio L_ratio K K ID ID TYPE TYPE FACTOR MAJOR MINOR MAJOR MINOR 3 BALOK BEAM SWYORDN 1.000 1.000 1.000
4 BALOK BEAM SWYORDN 1.000 1.000 1.000 5 BALOK BEAM SWYORDN 1.000 1.000 1.000
C O N C R E T E D E S I G N O U T P U T (ACI 318-99)
FLEXURAL AND SHEAR DESIGN OF BEAM-TYPE ELEMENTS
ELEM SECTION STATION <---REQUIRED REINFORCING---> ID ID ID TOP COMBO BOTTOM COMBO SHEAR COMBO 3 BALOK 0.000 2591.885 COMB1 0.000 COMB1 0.861 COMB1 3 BALOK 187.500 2345.603 COMB1 0.000 COMB1 0.832 COMB1 3 BALOK 375.000 2111.245 COMB1 0.000 COMB1 0.802 COMB1 3 BALOK 562.500 1887.650 COMB1 0.000 COMB1 0.772 COMB1 3 BALOK 750.000 1673.848 COMB1 0.000 COMB1 0.742 COMB1
4 BALOK 0.000 1673.848 COMB1 0.000 COMB1 0.742 COMB1 4 BALOK 187.500 1469.015 COMB1 0.000 COMB1 0.713 COMB1 4 BALOK 375.000 1272.450 COMB1 0.000 COMB1 0.683 COMB1 4 BALOK 562.500 1083.545 COMB1 0.000 COMB1 0.653 COMB1 4 BALOK 750.000 901.770 COMB1 0.000 COMB1 0.623 COMB1
5 BALOK 0.000 901.770 COMB1 0.000 COMB1 0.000 COMB1 5 BALOK 500.000 638.440 COMB1 0.000 COMB1 0.000 COMB1 5 BALOK 1000.000 527.880 COMB1 0.000 COMB1 0.000 COMB1 5 BALOK 1500.000 252.627 COMB1 0.000 COMB1 0.000 COMB1 5 BALOK 2000.000 0.000 COMB1 0.000 COMB1 0.000 COMB1
