ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR FLAT PLATE BETON BERTULANG UNTUK GEDUNG EMPAT LANTAI TAHAN
GEMPA Helmi Kusuma NRP : 0321021
Pembimbing : Daud Rachmat Wiyono, Ir., M.Sc FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA BANDUNG
ABSTRAK
Pada umumnya arsitek menginginkan desain struktur gedung dengan jarak antara kolom yang cukup lebar, tetapi tinggi tiap lantai dari gedung tidak terlalu tinggi hanya berkisar 3-5 meter. Hal ini dapat diatasi dengan sistem struktur Flat
Plate. Flat Plate digunakan untuk mereduksi ketebalan pelat, karena berhubungan
dengan bentang yang dibuat cukup panjang. Indonesia adalah daerah rawan gempa maka perlu diperhitungkan sistem penahan gempa agar strukturnya dapat menahan beban gempa yang terjadi sesuai dengan peraturan yang berlaku.
Dengan berkembangnya program komputer, maka struktur Flat Plate dapat dihitung dengan menggunakan program Etabs Nonlinear dengan sistem penahan gempanya memakai Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM). Berdasarkan analisis numerik tiga dimensi, digunakan untuk menvalidasi hasil yang didapatkan oleh komputer dengan program Etabs, maka dapat dilakukan perhitungan pembanding analisis manual yaitu dengan Portal Ekivalen tahan gempa cara Muto.
DAFTAR ISI
Halaman
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR...i
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR...ii
ABSTRAK... iii
PRAKATA...iv
DAFTAR ISI... vi
DAFTAR TABEL...x
DAFTAR GAMBAR...xii
DAFTAR LAMPIRAN...xv
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN...xvi
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1
1.2 Tujuan...3
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan...3
1.4 Sistematika Pembahasan...4
1.5 Diagram Analisis Perhitungan Luas Tulangan...5
BAB 2 ANALISIS DAN DESAIN FLAT PLATE DENGAN CARA PORTAL EKIVALEN 2.1 Analisa Struktur Flat plate...6
2.1.1 Pendahuluan...6
2.1.2 Struktur Flat Flate...7
2.2 Metode Rangka Ekivalen...8
2.2.1 Rangka Ekivalen...9
2.2.2 Menentukan Momen Statis Total Rencana...10
2.2.3 Distribusi Momen untuk Jalur Kolom dan Jalur Tengah...12
2.2.4 Kekakuan Lentur, Faktor Carry Over dan Momen Ujung...14
BAB 3 ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR FLAT PLATE BETON BERTULANG TAHAN GEMPA 3.1 Prosedur Analisis Struktur Flat Plate Tahan Gempa...16
3.2 Besarnya Gaya Gempa yang Bekerja...18
3.3 Perhitungan Harga D Cara Muto...21
3.4 Menentukan Momen-momen pada Kolom dan Pelat...24
3.5 Ketentuan untuk SRPMM...28
3.6 Penulangan Lentur Flat Plate...36
BAB 4 PEMODELAN, ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR BETON BERTULANG DENGAN PROGRAM KOMPUTER 4.1 Langkah-langkah Menganalisis Bangunan Struktur Flat Plate (Analisis Numerik) Dalam Program Etabs ...37
4.1.1 Masukan Data Material...37
4.1.2 Memilih Section yang digunakan...38
4.1.3 Memilih Jenis Pelat dan Memasukkan Ketebalan Pelatnya...39
4.1.4 Mendefinisikan Static Load Cases Names ...39
4.1.5 Mendefinisikan Load Combination...40
4.1.6 Mendefinisikan Mass Source...40
4.1.8 Memberikan Beban pada Model Struktur (SDL dan LL)...41
4.1.9 Lakukan Analisis...42
4.1.10 Hasil Running Program...42
4.1.11 Luas Penulangan Berdasarkan Program...43
BAB 5 STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN 5.1 Preliminary Design...44
5.1.1 Preliminary Design Pelat...44
5.1.2 Preliminary Design Kolom...46
5.2 Analisis dan Desain Struktur Flat Plate dengan Cara Portal Ekivalen...50
5.2.1 Gaya Gempa yang Bekerja pada masing–masing Lantai...51
5.2.2 Harga D (D Value) ...55
5.2.3 Momen–momen Akibat Gaya Gempa...68
5.2.4 Momen–momen pada Lantai 2 akibat Beban Vertikal...73
5.2.5 Kombinasi Momen–momen akibat Beban Vertikal + Gempa....80
5.2.6 Pembagian Momen–momen ke Jalur Kolom dan Jalur Tengah..80
5.2.7 Penulangan Pelat Lantai 2 ...82
5.2.8 Transfer Momen dan Geser...91
5.3 Analisis dan Desain Struktur Flat Plate dengan ETABS Pada Portal C...95
5.3.1 Model Gedung Flat Plate...95
5.3.2 Melakukan Validasi Model Flat Plate...95
5.3.3 Menghitung Periode Getar T berdasarkan ETABS...96
5.3.5 Diagram Momen berdasarkan Hasil ETABS...97
5.4 Gambar Luas Tulangan Kolom Berdasarkan Hasil ETABS dan Luas Tulangan berdasarkan Hasil Manual... ...98
5.5 Perbandingan Hasil Tulangan Kolom dari Analisis Manual dengan ETABS...99
5.6 Detailing Penulangan Kolom, Penulangan Pelat dari Portal yang Ditinjau... ... ...100
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN 6.1Kesimpulan...102
6.2Saran...103
DAFTAR PUSTAKA...104
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tebal Minimum Pelat tanpa Balok Interior... 7
Tabel 2.2 Pembagian Momen Negatif Terfaktor Interior pada Jalur Kolom...13
Tabel 2.3 Pembagian Momen Negatif Terfaktor Eksterior pada Jalur Kolom...13
Tabel 2.4 Pembagian Momen Positif Terfaktor...14
Tabel 2.5 Pembagian Momen terhadap Jalur Kolom...14
Tabel 3.1 Menentukan Harga yo...25
Tabel 3.2 Faktor Koreksi y1...26
Tabel 2.3 Harga Koreksi y2 dan y3...27
Tabel 5.1 Distribusi Gaya Gempa Horizontal Total Masing-masing Lantai...54
Tabel 5.2 Harga Kt...56
Tabel 5.3 Harga Ks...…...57
Tabel 5.4 Harga Kes...57
Tabel 5.5 Harga Kc...58
Tabel 5.6 Harga TR...63
Tabel 5.7 Harga Koefisien Distribusi Gaya Geser...66
Tabel 5.8 Harga COF...75
Tabel 5.9 Akibat DL dan Akibat 1,2 DL + 0,5 LL...76
Tabel 5.11 Hasil Momen Muka Kolom...78
Tabel 5.12 Kombinasi Momen-momen akibat Beban Vertikal + Gempa...80
Tabel 5.13 Penulangan Jalur Kolom dan Jalur Tengah pada Bentang 1-2 = 4-3... ...86
Tabel 5.14 Penulangan Jalur Kolom dan Jalur Tengah pada Bentang 2-3...87
Tabel 5.15 Penulangan Kolom Tengah dan Kolom Pinggir...90
Tabel 5.16 Hasil Massa Total dari Hasil Manual dan Hasil Etabs...95
Tabel 5.17 Hasil Gaya Gempa dari Hasil Etabs...96
Tabel 5.18 Hasil Pemeriksaan terhadap Rayleigh...96
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 (a) Lantai Flat Slab Dengan Drop Panel, (b) Lantai Flat
Plate...7
Gambar 2.2 Idealisasi untuk Metode Rangka Ekivalen...9
Gambar 2.3 Rangka Ekivalen... 10
Gambar 2.4 Jalur Kolom dan Jalur Tengah pada Portal Ekivalen (arah y)...12
Gambar 3.1 (a) Denah Flat Plate.... 17
Gambar 3.1 (b) Portal As B = As C...17
Gambar 3.2 Gaya Geser Dasar (Base Shear)...18
Gambar 3.3 Gaya Gempa yang Bekerja pada masing-masing Portal...20
Gambar 3.4 Kekakuan Pelat Ekivalen...22
Gambar 3.5 Titik Belok “Inflection Point”...23
Gambar 3.6 Momen pada Kolom dan Pelat...24
Gambar 3.7 Gaya Lintang Rencana untuk SRPMM...31
Gambar 3.8 Lokasi Tulangan pada Konstruksi Pelat Dua Arah...33
Gambar 3.9 Contoh Penampang Persegi Ekivalen Komponen-komponen pendukung...34
Gambar 3.10 Pengaturan Tulangan pada Pelat...35
Gambar 3.11 Lentur Persegi Panjang...36
Gambar 5.1 Preliminary Design Pelat...44
Gambar 5.2 Preliminary Design Kolom...46
Gambar 5.4 Lebar Efektif Pelat... 55
Gambar 5.5 Menentukan Kt...56
Gambar 5.6 Harga Kes dan Kc untuk Portal as A = as D...59
Gambar 5.7 Harga Kes dan Kc untuk Portal as B = as C...59
Gambar 5.8 Harga K− ,a,dan D...60
Gambar 5.9 Harga K− ...60
Gambar 5.10 Hasil K− ,a, dan D untuk Portal as A = as D...61
Gambar 5.11 Hasil K− ,a, dan D untuk Portal as B = as C...63
Gambar 5.12 Gaya Gempa yang Bekerja pada Portal as B = as C...67
Gambar 5.13 Gaya Geser yang Bekerja pada masing-masing Tingkat...68
Gambar 5.14 Harga y2 dan y3...69
Gambar 5.15 Harga Momen-momen akibat Gaya Gempa pada Portal as B = as C...70
Gambar 5.16 Diagram Momen...71
Gambar 5.17 Momen-momen pada Pelat Ekivalen Portal as B = as C untuk Lantai 2...72
Gambar 5.18 Momen Muka Kolom...72
Gambar 5.19 Harga Ks...73
Gambar 5.20 Koefisien Momen Primer, COF, Koefisien Induksi dan Momen Primer...75
Gambar 5.21 Hasil Momen Proses “Two Cycle”...77
Gambar 5.22 Kombinasi Momen-momen akibat Beban Vertikal + Gempa...80
Gambar 5.24 Menentukan Gaya Aksial Kolom Tengah dan Kolom Pinggir... 87
Gambar 5.25 (a) Dimensi Kolom...91
Gambar 5.25 (b) Dimensi Kolom...93
Gambar 5.26 Moment 3-3 Diagram (COMB1)...97
Gambar 5.27 Luas Tulangan Kolom berdasarkan hasil ETABS...98
Gambar 5.28 Luas Tulangan Kolom berdasarkan hasil Manual...99
Gambar 5.29 Penulangan Kolom...100
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
o LAMPIRAN A
Output Etabs Ver 8.4.6
Lampiran 1 3D View...106
Lampiran 2 Elevation View Portal C Story 2...106
Lampiran 3 Moment 3-3 Diagram (COMB1)...107
Lampiran 4 Moment 3-3 Diagram (COMB3)...107
Lampiran 5 Plan View Story 2 Elevation 8000 Resultant M11 Diagram (COMB1)...108
Lampiran 6 Plan View Story 2 Elevation 8000 Resultant M11 Diagram (COMB3)...108
Lampiran 7 3D View Resultant M11 Diagram (COMB3)...109
Lampiran 8 3D View Resultant M22 Diagram (COMB3)...109
o LAMPIRAN B Lampiran 1 Contoh Gambar Bangunan Tugas Akhir...111
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
A = Luas Penampang, m2
As = Luas Tulangan, mm2
C = Faktor Respon Gempa
COF = Carry Over Factor
D = Koefisien distribusi gaya geser
DF = Distribusi Faktor
DL = Dead Load, kg/m2
di = Simpangan horizontal pada tingkat ke-i akibat beban gempa horizontal
Fi , mm
E = Modulus Elastisitas, MPa
FEM = Fixed End Momen
F i = Beban gempa horizontal dalam arah yang ditinjau yang bekerja pada
tingkat ke-i, kg
fy = Tegangan leleh, MPa
fc’ = Mutu beton, MPa
g = Percepatan gravitasi, m/det2
h = Tinggi Bangunan, m
hi = Ketinggian lantai ke-i diukur dari penjepitan lateral
I = Momen inersia, m4
K = Kekakuan Struktur, kg-m
LL = Live Load, kg/m2
Mu = Momen, Nmm
Pu = Gaya Aksial, kg
Qu = Gaya geser
R = Faktor Reduksi Gempa
SDL = Super Dead Load, kg/m2
T = Periode, detik
V = Gaya geser, kg
Wt = Berat total beban mati + beban hidup yang telah direduksi, kg
Wi = Berat lantai ke-i
δ = defleksi = simpangan horizontal
γbeton = Berat jenis beton, kg/m3
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu sistem struktur yang dapat dipakai untuk mendesain gedung
adalah sistem struktur flat plate yang terdiri dari pelat dan kolom tanpa balok atau
pelat dan dinding beton bertulang tanpa balok. Pemakaian sistem struktur flat
plate ini adalah untuk gedung-gedung yang mempunyai bentang yang cukup besar
dan membutuhkan ketinggian bangunan yang tidak terlalu tinggi tetapi cukup
2
yang relatif tidak terlalu tinggi ini biasanya efektif untuk gedung apartemen atau
hotel karena ruang-ruangannya berupa kamar-kamar yang memakai AC sehingga
bila ketinggian ruangan tidak terlalu tinggi akan menghemat biaya AC. Disamping
itu dengan tidak adanya balok akan menghemat ketinggian ruangan dan
mengurangi biaya finishing dinding exterior bangunan.
Sistem struktur flat plate ini tidak menggunakan balok sehingga
ketinggian balok yang pada umumnya adalah 1/12 s/d 1/16 L. Pada gedung
pertokoan sistem inipun dapat dipakai untuk memperendah ketinggian gedung dan
meletakkan mesin AC yang tingginya 1,2 m, ditambah peralatan ducting AC dan
rak-rak kabel listrik dan pipa hydrant memerlukan total ruangan sebesar kira-kira
1,5 m. Dampak lain dari berkurangnya ketinggian bangunan adalah pengurangan
jumlah anak tangga sehingga dapat mencapai lantai atas dengan tidak terlalu
tinggi. Umumnya ketinggian bangunan tiap lantainya adalah 4 m, jadi dengan
sistem flat plate ini masih didapatkan ruangan yang cukup tinggi bila dipasang
plafon.
Pada gedung apartemen atau gedung perbelanjaan yang cukup tinggi,
pengaruh gempa perlu diperhitungkan. Untuk struktur gedung dengan jumlah
lantai yang tidak banyak misalnya dibawah 6 lantai dapat digunakan SRPMM
(Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah) tanpa dinding geser beton bertulang
sebagai sistem penahan gempanya. Sementara itu gedung dengan jumlah lantai
yang banyak harus memakai sistem penahan gempa yang berupa dinding geser
beton bertulang. Hal ini dikarenakan sifat dinding geser adalah kaku pada bagian
bawah strukturnya, sementara untuk sistem portal terbuka (sistem balok pelat)
3
Pada kasus yang lain kadang kala untuk keperluan pengembangan
diperlukan pembangunan gedung dengan bentang yang lebih besar yang menyatu
dengan bangunan existing yang sudah ada. Agar fungsi ruang bangunan tersebut
tetap menyatu maka tidak mungkin bangunan baru dengan bentang yang lebih
besar memakai sistem struktur balok pelat karena membutuhkan ketinggian balok
yang lebih besar. Sistem struktur flat plate atau flat slab sering kali menjadi
pilihan utama yang tepat untuk menyelesaikan kasus seperti ini.
1.2 Tujuan
Tujuan tugas akhir ini adalah :
1. Melakukan perhitungan struktur tahan gempa untuk sistem flat plate.
2. Membuat detailing penulangan sistem struktur flat plate.
3. Melakukan perbandingan hasil perhitungan yang dilakukan antara
perhitungan manual dengan perhitungan numerik.
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan
Pada skripsi ini diketengahkan pembahasan mengenai analisis dan desain
dari struktur gedung empat lantai. Adapun batasan–batasan masalah yang dibahas
dalam skripsi ini adalah sebagai berikut :
1. Struktur gedung yang ditinjau adalah struktur gedung empat lantai.
2. Memakai sistem struktur flat plate .
3. Sistem rangka pemikul momen menengah (SRPMM).
4
5. Analisis struktur flat plate menggunakan cara portal ekivalen pada portal
yang ditinjau
6. Analisis manual dikerjakan dengan statik ekivalen.
7. Analisis numerik menggunakan program ETABS dengan statik ekivalen.
8. Perbandingan Hasil dilakukan untuk portal yang ditinjau.
9. Geser kolom tidak diperhitungkan.
1.4 Sistematika Pembahasan
Secara garis besar sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai
berikut :
Bab 1 : PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, ruang
lingkup dan batasan masalah dan sistematika tugas akhir.
Bab 2 : ANALISIS DAN DESAIN FLAT PLATE DENGAN CARA
PORTAL EKIVALEN
Bab ini menguraikan teori tentang pelat, jenis–jenis pelat dan batasan–batasan
yang terdapat dalam perencanaan pelat, dasar teori yang digunakan dengan
metoda portal ekivalen.
Bab 3 : ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR FLAT PLATE BETON
BERTULANG TAHAN GEMPA
Bab ini menyajikan teori ketentuan–ketentuan untuk Sistem Rangka Pemikul
Momen Menengah (SRPMM) sebagai sistem penahan gempanya.
Bab 4 : PEMODELAN, ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR
BETON BERTULANG DENGAN PROGRAM KOMPUTER
5
Bab 5 : STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN
Menganalisa hasil perhitungan yaitu cara manual (portal ekivalen) dan cara
numerik menggunakan Etabs.
Bab 6 : KESIMPULAN DAN SARAN
Merupakan bab terakhir yang berisi kesimpulan yang didapat dari hasil
pembahasan dan analisis.
1.5 Diagram Analisis Perhitungan Luas Tulangan
Analisis Numerik Luas Tulangan Pelat dan Kolom
Data :
- Momen Lapangan danTumpuan
- Penulangan Pelat - Penulangan Kolom
Luas Tulangan Pelat dan Kolom
BAB 6
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan analisis secara manual dan menggunakan program ETABS, dapat disimpulkan sebagai berikut :
o Berdasarkan hasil luas tulangan kolom yang dianalisis secara manual dan program ETABS, pada luas tulangan kolom adalah cukup kecil, perbedaannya adalah 4,4 %.
109
6.2 Saran
1. Sebaiknya dengan Sistem Rangka Pemikul Momen Menengah (SRPMM) dengan struktur flat Plate, dapat dilakukan untuk struktur gedung yang lebih tinggi asalkan didukung dengan dimensi kolom yang diijinkan oleh arsitek.
2. Pada program Etabs yang digunakan sangat tepat bila dapat dilakukan dengan analisis statik ekivalen tiga dimensi untuk dibandingkan dengan analisis manual yang dilakukan.
110
DAFTAR PUSTAKA
1. Departemen Pekerjaan Umum,(1987), Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung, SKBI – 1.3.53.1987.
2. Departemen Pekerjaan Umum, (2002), Rancangan Standar Nasional Indonesia : SNI No. 03 – 2847 – 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton Untuk Bangunan Gedung. Badan Standardisasi Nasional,Jakarta. 3. Departemen Pekerjaan Umum, (2002), Standar Nasional Indonesia :
SNI – 03 –1726 – 2002, Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung. Badan Standardisasi Nasional, Jakarta. 4. ETABS, Concrete Frame Design Manual, Computer and Structures Inc, 2002.
5. Ir. Gunawan. T dan Ir. Margaret. S, (1992), Teori Soal dan Penyelesaian Konstruksi Beton 2, jilid 1, Delta Teknik Group, Jakarta.
