Analisis dan Desain Pelat Lantai Wafel Dari Beton Prategang.

(1)

ix Universitas Kristen Maranatha

ANALISIS DAN DESAIN PELAT LANTAI WAFEL

DARI BETON PRATEGANG

Erick Alfredo

NRP : 0721022

Pembimbing : Winarni Hadipratomo, Ir

ABSTRAK

Salah satu komponen struktur dalam bangunan yang penting adalah pelat. Pelat beton dua arah yang didukung pada keempat sisinya dengan rasio sisi panjang ke sisi lebar kurang dari 2 disebut sistem pelat dua arah. Di antara berbagai jenis pelat dua arah, pelat wafel memberikan nilai estetika sebagai plafon bangunan, biarpun bekistingnya cukup mahal. Pada dasarnya pelat wafel dapat dianalisis dengan prinsip yang sama seperti sistem pelat dua arah yang lain. Tujuan penulisan Tugas Akhir ini untuk menganalisis dan mendesain pelat lantai wafel dari beton prategang pada sebuah bangunan bentang besar dengan menggunakan program ETABS v9.7.2.

Data akan diolah dengan bantuan program dan kemudian dianalisis sesuai dengan peraturan SNI 2002 dan Peraturan Umum Kegempaan. Desain pelat wafel beton prategang kemudian secara manual dianalisis dengan metode portal ekuivalen.

(2)

x Universitas Kristen Maranatha

ANALYSIS AND DESIGN OF PRESTRESSED

CONCRETE WAFFLE SLAB

Erick Alfredo

NRP : 0721022

Advisor : Winarni Hadipratomo, Ir

ABSTRACT

Slab is one important component in building structure. Two-way slab supported on four sides with a ratio of long side to side width of less than 2 is called a two-way slab system. Among several type of two-way slab, waffle slab give an aesthetics value of the building. Basically either waffle slab or another two way slab system can be analyzed in the same way. The objective of this Thesis is to analyze and design long span prestressed concrete waffle slab using ETABS v9.7.2.

The data will be processed with the aid of the program and then analyzed in accordance with SNI 2002 regulations and the General Rules of seismicity. Design of prestressed concrete waffle slab then manually analyzed by the equivalent frame method.

The calculation results of the structure is at the safe side to resist earthquake forces in 4th seismic region on hard soil conditions. The number of seven-wire strand tendon placed are 3, 5, and 10 tendons in each rib, exterior drop panel, and interior drop panel respectively.

(3)

xi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... iii

PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN... iv

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... v

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

ABSTRAK ... ix

ABSTRACT ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvi

DAFTAR NOTASI ... xvii

DAFTAR LAMPIRAN ... xxi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 1

1.3 Ruang Lingkup Penelitian ... 2

1.4 Metode Pembahasan... 2

1.5 Sistematika Penulisan... 3

BAB II TINJAUAN LITERATUR 2.1 Klasifikasi Pelat Beton Dua Arah ... 4

2.2 Pilihan yang Ekonomis untuk Sistem Lantai Beton ... 8

2.3 Struktur Pelat Wafel ... 9

2.4 Pelat Dua Arah dengan Metode Portal Ekuivalen... 9

2.5 Beban Imbang Dua Arah ... 12

(4)

xii Universitas Kristen Maranatha

2.5.2 Batasan Tegangan Tarik Beton pada Beban Layan ... 19

2.6 Struktur Beton Prategang ... 20

2.6.1 Baja Prategang ... 20

2.6.2 Metode Penengangan Beton ... 22

2.6.3 Kehilangan Gaya Prategang ... 25

2.7 Ketentuan Umum Kegempaan ... 26

2.7.1 Daktilitas Struktur Bangunan ... 29

2.7.2 Pembatasan Waktu Getar Alami Fundamental ... 30

2.7.3 Gaya Gempa Rencana ... 30

2.7.4 Kinerja Batas Layan Struktur Gedung ... 31

2.7.5 Kinerja Batas Ultimate Struktur Gedung ... 32

BAB III STUDI KASUS 3.1 Data Struktur ... 33

3.2 Denah Struktur Bangunan ... 34

3.3 Data Material ... 37

3.4 Data Pembebanan ... 38

3.4.1 Beban Gravitasi ... 38

3.4.2 Beban Lateral (Gaya Gempa)... 39

3.5 Kombinasi Pembenanan ... 40

BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Analisis Statik Ekivalen Tanpa Balok Tepi ... 41

4.1.1 Berat Total Gedung (Wt) ... 41

4.1.2 Periode Getar Struktur... 42

4.1.3 Gaya Gempa Rencana ... 43

4.1.4 Gaya Gempa Nominal (FX) ... 43

4.1.5 Simpangan Antar Lantai ... 43

4.1.6 Kinerja Batas Layan dan Batas Ultimate ... 44

4.2 Analisis Beban Kerja... 46

4.3 Beban Imbang dan Profil Tendon ... 46

(5)

xiii Universitas Kristen Maranatha

4.5 Desain Momen ... 51

4.5.1 Desain Momen Beban Kerja ... 51

4.5.2 Desain Momen Imbang ... 52

4.5.3 Desain Momen Sekunder ... 53

4.5.4 Desain Momen Ultimate ... 55

4.5.5 Kuat Geser Nominal Pelat ... 56

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 58

5.2 Saran ... 59

DAFTAR PUSTAKA ... 60

(6)

xiv Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 flate plate ... 4

Gambar 2.2 Tipe sistem pelat dua arah: (a) pelat datar (flat plate), (b) pelat datar (flat slab), (c) pelat diatas balok, dan (d) pelat wafel ... 5

Gambar 2.3 Pelat Dua arah (flat slab): a) kepala kolom tanpa drop panel, (b) kepala kolom dengan drop panel, (c) hanya drop panel tanpa kepala kolom ... 6

Gambar 2.4 Pelat dua arah, L/S ≤ 2 ... 6

Gambar 2.5 (a) Sistem rusuk dua arah ... 7

Gambar 2.5 Sistem rusuk dua arah: (b) Tanpa pengisi, (c) Dengan Pengisi ... 8

Gambar 2.6 Momen lentur balok dengan perletakan jepit... 13

Gambar 2.7 Diagram alir perhitungan pelat wafel beton prategang ... 14

Gambar 2.8 Garis tendon prategang dalam panel dua arah ... 18

Gambar 2.9 Variasi distribusi tendon ... 19

Gambar 2.10 Jenis tendon: (a) MacAlloy Bar, (b) Diwidag Bar, (c) seven–wire strand, (d) Compacted strand ... 21

Gambar 2.11 Strand: : (a) 3 kawat, (b) 7 kawat (seven–wire strand), (c) 19 kawat ... 21

Gambar 2.12 Proses Penegangan Pratarik ... 23

Gambar 2.13 Metode Prategang Pascatarik ... 24

Gambar 2.14 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan periode 500 tahun ... 28

Gambar 2.15 Respons Spektrum Gempa Rencana ... 31

Gambar 3.1 Model Struktur 3 dimensi ... 34

Gambar 3.2 Denah tipikal struktur bangunan ... 35

(7)

xv Universitas Kristen Maranatha

Gambar 3.4 Denah pelat wafel ... 36

Gambar 3.5 Potongan memanjang I-I ... 36

Gambar 3.6 Potongan vertikal I-I... 37

Gambar 3.7 Detail rusuk dan pelat ... 37

Gambar 4.1 Pusat kekakuan massa ... 41

Gambar 4.2 Diagram momen akibat kombinasi 2 ... 47

Gambar 4.3 Profil tendon ... 48

Gambar 4.4 Daerah pelat yang ditinjau... 49

Gambar 4.5 Potongan profil tendon ... 51

Gambar 4.6 Detail pemasangan tendon ... 55

(8)

xvi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Faktor Keutamaan I ... 27

Tabel 2.2 Taraf kinerja struktur gedung ... 29

Tabel 2.3 Koefisien ... 30

Tabel 4.1 Berat total gedung ... 42

Tabel 4.2 Modal participating mass ratio... 42

Tabel 4.3 Gaya gempa rencana mode 1 ... 42

Tabel 4.4 Gaya gempa rencana mode 2 ... 43

Tabel 4.5 Gaya gempa nominal mode 1... 43

Tabel 4.6 Gaya gempa nominal mode 2... 43

Tabel 4.7 Story drift ... 44

Tabel 4.8 Kinerja batas layan ... 44

Tabel 4.9 Kinerja batas ultimate ... 45

Tabel 4.10 Distribusi momen akibat beban bersih ... 52

Tabel 4.11 Distribusi momen akibat beban imbang... 53

(9)

xvii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR NOTASI

A,B,f koefisien untuk perhitungan Isb

Ac luas penampang beton, mm2.

Am faktor respons gempa maksimum pada spektrum respons gempa rencana.

Aps luas tendon yang digunakan, mm2.

Ar pembilang dalam persamaan hiperbola faktor respons gempa C pada spektrum

respons gempa rencana

As luas tulangan non-prategang, mm2.

b dimensi lebar dalam arah yang ditentukan, mm.

bo keliling dari penampang kritis pada kolom dan drop panel, mm.

bw lebar badan rusuk, mm.

b1 lebar bagi penampang kritis pada drop panel dalam arah horizontal, mm.

b2 lebar bagi penampang kritis pada drop panel dalam arah vertikal, mm.

C faktor respons gempa. C konstanta torsi.

CAB jarak penampang kritis dari garis tengah CC ke garis AB, mm.

CCD jarak penampang kritis dari garis tengah CC ke garis CD, mm.

COF carry over factor

c1 ukuran kolom arah L1, m.

d jarak dari serat terluar ke baja tarik terjauh, mm.

dp jarak dari tepi tertekan ke titik pusat tendon longitudinal, mm.

db diameter nominal tulangan, mm.

DF distribution factor e eksentrisitas, mm.

Ec modulus elastisitas beton, MPa.

Eci modulus elastisitas awal beton, MPa.

(10)

xviii Universitas Kristen Maranatha fci tegangan tekan awal beton, MPa.

f_c’ mutu beton pada kondisi layan/beban kerja, MPa. fcs tegangan beton pada lokasi cgs, MPa.

FEM fixed end moment, kNm/m.

fpe tegangan tekan beton akibat gaya gaya prategang afektif, MPa.

fpi tegangan awal pada tendon, MPa.

fps tegangan pada tulangan prategang pada saat penampang mencapai kuat

nominalnya, MPa.

fpu kuat tarik tendon prategang yang disyaratkan, MPa.

fpy kuat leleh tendon prategang yang disyaratkan, MPa.

fy kuat leleh tulangan, MPa.

Fx beban gempa nominal statik ekuivalen arah x. Fy beban gempa nominal statik ekuivalen arah y. g percepatan gravitasi, m/s2.

h dimensi tinggi dalam arah yang ditentukan, mm. h tinggi lantai antar tingkat, mm.

hf tebal pelat, mm.

I faktor keutamaan gedung. Ic momen inersia beton, mm4.

Isb momen inersia balok–pelat, mm4

Jc momen inersia untuk transfer geser momen, mm4.

Kc kekakuan kolom, kNm.

Kt kekakuan torsi pelat, kNm.

Ksb kekakuan balok–pelat, kNm.

Ln bentang bersih diukur dari muka–ke–muka tumpuan, m.

Lu tinggi antar lantai, m.

MDL beban akibat berat sendiri, kNm.

Mn momen nominal, kNm.

MSD momen akibat berat mati tambahan, kNm.

(11)

xix Universitas Kristen Maranatha MU momen lentur penampang, kNm.

M1 momen primer, kNm.

n jumlah tendon yang digunakan. Pe gaya prategang efektif, MPa.

R faktor reduksi gempa

T waktu getar alami struktur, detik. Ux daktilitas gempa arah x.

Uy daktilitas gempa arah y.

V beban (gaya) geser dasar nominal statik ekuivalen akibat pengaruh gempa rencana yang bekerja di tingkat dasar struktur gedung beraturan dengan tingkat daktilitas umum.

Vbx gaya gempa rencana arah x.

Vby gaya gempa rencana arah y.

� kecepatan rambat rata–rata berbobot gelombang geser dengan tebal lapisan tanah sebagai besaran pembobotnya.

Wbal berat imbang pelat, kN/m2

Wi berat lantai tingkat ke–i struktur atas suatu gedung, N.

Wnet berat bersih pelat, kN/m2

WL beban hidup, kN/m2

WSW berat sendiri pelat, kN/m2

WSD berat mati tambahan, kN/m2

Wt berat total struktur, N.

Wu berat ultimate, kN/m2.

WW berat mati total pelat, kN/m2.

Wx berat lantai tingkat ke–i struktur dalam arah x, N.

Wy berat lantai tingkat ke–i struktur dalam arah y, N.

x tebal rusuk, mm.

y ukuran kolom arah desain, mm.

(12)

xx Universitas Kristen Maranatha

p konstanta yang digunakan untuk menghitung Vc dalam pelat prategang.

 faktor ukurang tulangan. c berat volume beton, kN/m3

f bagian dari momen tidak berimbang yang disalurkan sebagai lentur pada

hubungan pelat–kolom.

L faktor beban untuk beban hidup nominal.

p faktor yang memperhitungkan tipe tendon prategang

= 0,55 untuk ��

v bagian dari momen tidak berimbang yang dipindahkan sebagai geser eksentris

pada hubungan pelat–kolom.

m simpangan maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana.

y simpangan struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana pada saat terjadi

pelelehan pertama

zeta, koefisien pengali dari jumlah tingkat struktur gedung yang membatasi waktu getar alami fundamental struktur gedung.

 faktor daktilitas struktur gedung.

 faktor kelengkungan untuk desain prategang. p nilai batas indeks penulangan.

ξ ksi, faktor pengali dari simpangan struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana pada taraf pembebanan nominal.

(13)

xxi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR LAMPIRAN

L.1 Tabel momen (kN/m) ... 60

L.2 Diagram momen akibat kombinasi 1 ... 60

(14)

61 Universitas Kristen Maranatha

LAMPIRAN 1

Tabel support reactions

L.1 Tabel support reactions

LAMPIRAN 2

Diagram momen

(15)

LAMPIRAN 3

Diagram momen

L.3 Diagram momen akibat kombinasi 3 (kNm/m)

LAMPIRAN 4

Diagram momen

(16)

LAMPIRAN 5

Diagram momen

L.5 Diagram momen akibat kombinasi 5 (kNm/m)

LAMPIRAN 6

Diagram momen

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Beton merupakan bahan struktur yang sangat baik untuk menahan

tekan, tetapi kurang baik menahan tarik. Kuat tariknya hanya sekitar 10% dari

kuat tekannya. Sedangkan pada struktur bangunan bentang besar, akan selalu

terjadi tegangan tarik besar. Untuk menahan tegangan tarik tersebut, beton perlu

dikombinasikan dengan bahan lain yang kuat menahan tarik, yaitu baja.

Struktur beton prategang merupakan struktur komposit antara dua

bahan, yaitu beton dan baja, tetapi dengan mutu tinggi untuk mengatasi masalah

retak-retak. Konsep dasar beton prategang ialah dengan memberi tegangan

tekan permanen untuk melawan gaya-gaya elastik yang ditimbulkan oleh beban

dengan menarik baja tersebut, lalu menahannya ke beton sehingga membuat

beton dalam keadaan tertekan yang kemudian disebut gaya prategang.

Salah satu komponen struktur dalam bangunan yang penting adalah

pelat. Pelat beton dua arah yang didukung pada keempat sisinya dengan rasio

sisi panjang ke sisi lebar kurang dari 2 disebut sistem pelat dua arah. Di antara

berbagai jenis pelat dua arah, pelat wafel memberikan nilai estetika sebagai

plafon bangunan, biarpun bekistingnya cukup mahal.

Pada penulisan Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai analisis dan

desain pelat lantai wafel dari beton prategang dengan menggunakan program

ETABS_v9.7.2.

1.2 Tujuan Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini mempunyai tujuan menganalisis dengan

menggunakan program ETABS_{v9.7.2 dan mendesain pelat lantai wafel dari}

beton prategang dengan metode portal ekuivalen pada sebuah bangunan

(18)

2 Universitas Kristen Maranatha 1.3 Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Gedung tiga lantai dengan ukuran 48x48x15 m.

2. Terletak di wilayah gempa 4, dengan kondisi tanah keras.

3. Struktur pelat lantai wafel dan tanpa balok tepi.

4. Analisis dan desain menggunakan SNI 03-2847-2002 dan SNI

03-1726-2002.

5. Pemodelan struktur lengkap, analisis dan desain sistem struktur penahan

beban lateral dilakukan dengan program ETABS_v9.7.2.

6. Analisis dan desain pelat beton prategang dilakukan dengan metode portal

ekuivalen.

7. Teknik prategang dengan tendon_{terekat yang akan diterapkan pada}

struktur pelat.

8. Pelat akan didesain sebagai pelat aksi dua arah.

9. Detail pelaksanaan tidak diperhitungkan.

10. Pengaruh yang diakibatkan dari penarikan elemen prategang (tendon₎

terhadap elemen-elemen struktur di sekitarnya seperti kolom dan balok

tidak dievaluasi kembali.

11. Analisis dan desain detail connection _danEnd Block _{tidak dilakukan.}

12. Mutu beton, f’c= 40 MPa.

13. Modulus elastisitas beton, Ec= 4700 �′�

14. Kuat leleh tulangan non-prategang, fy= 400 MPa

15. Modulus elastisitas tulangan non-prategang Es= 200000 MPa

16. Tendon_{yang dipakai}Seven-wire-strand _f_pu_{= 1860 MPa} 17. Tegangan leleh tendon_{, f}_py_{= 0.85 f}_pu_.

18. Modulus elastisitas strand_{, E}_ps_{= 186000 MPa.}

1.4 Metode Pembahasan

Metode pembahasan yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah

(19)

3 Universitas Kristen Maranatha a. Studi Literatur

Literatur yang digunakan adalah buku-buku dan peraturan yang berlaku

mengenai struktur beton prategang yang digunakan sebagai acuan dalam

penulisan Tugas Akhir ini.

b. Penggunaan Program

Proses desain dan analisis akan dilakukan dengan bantuan program

komputer. Program yang digunakan ETABS_v9.7.2.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penelitian dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini meliputi:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini membahas latar belakang, tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian,

metode pembahasan dan sistsematika penulisan.

BAB II TINJAUAN LITERATUR

Bab ini membahas klasifikasi pelat beton dua arah, pilihan yang ekonomis

untuk sistem lantai beton, struktur pelat wafel, pelat dua arah dengan metode

portal ekuivalen, beban imbang dua arah, struktur beton prategang, ketentuan

umum kegempaan.

BAB III STUDI KASUS

Bab ini membahas data struktur, denah struktur bangunan, data material, data

pembebanan, kombinasi pembebanan.

BAB IV PEMBAHASAN

Bab ini membahas analisis statik ekuivalen tanpa balok tepi, analisis beban

kerja, beban imbang dan profil tendon, karakteristik rangka ekuivalen, desain

momen.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini membahas hasil kesimpulan dari perhitungan dan saran-saran dalam

(20)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini akan diuraikan kesimpulan dan saran yang didapat dari hasil

analisis dan desain pelat wafel dari beton prategang pascatarik dengan

menggunakan program ETABS v9.7.2.

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat dari hasil analisis dan desain yang telah

dilakukan ialah sebagai berikut:

1. Dari perhitungan drift akibat beban gempa menurut SNI didapat hasil bahwa

kinerja batas layan dan batas ultimate struktur memenuhi syarat. Artinya

gedung tersebut kuat menahan/nyaman terhadap gempa wilayah 4 dengan

kondisi tanah keras.

2. Desain prategang pascatarik menghasilkan gaya prategang efektif sebesar

102,8454 kN untuk satu strand.

3. Desain dilakukan untuk pola tendon yang merata pada seluruh bangunan

untuk arah x dan y, setiap rusuk dipasang 3 buah 7-wire-strands dan untuk

penebalan pelat di bagian eksterior sebanyak 5 buah tendon sedangkan pada

bagian interior dipasang sebanyak 10 buah tendon.

4. Pada pelat dipasang tulangan minimum yaitu D10 jarak 300 mm. Tulangan

praktis pada badan rusuk yaitu tulangan longitudinal berdiameter 10mm di

setiap sudut yang dipegang oleh sengkang dengan jarak 300 mm.

5. Untuk transfer momen geser di kolom A memenuhi syarat, yaitu vn = 152,88

kN/m2 < vc izin =18750 kN/m2.

Kemudian untuk drop panel tidak menggunakan tulangan geser karena

(21)

5.2 Saran

Pada umumnya untuk bentang pelat yang besar, diperlukan prategang,

terutama untuk pelat tanpa balok. Sebaliknya bentang yang besar ini

memerlukan kolom dengan ukuran besar supaya memenuhi persyaratan periode

getar.

Karena itu disarankan untuk mengusahakan bentang yang tidak terlalu

besar supaya ukuran kolom juga tidak terlalu besar.

Dan juga untuk mengatasi persyaratan periode getar bisa juga dicoba

(22)

DAFTAR PUSTAKA

1. Departemen Pekerjaan Umum, 2002, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton

untuk Bangunan Gedung, Jakarta: Badan Standarisasi Nasional.

2. Departemen Pekerjaan Umum, 2002, Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa

untuk Bangunan Gedung, Jakarta: Badan Standarisasi Nasional.

3. Hadipratomo, Winarni, 2008, Analisis dan Desain Struktur Beton Prategang,

Bandung: PT. Danamartha Sejahtera Utama.

4. Hassoun,M., Nadim dan Akthem Al-Manaseer, 2008, Structural

Concrete-Theory and Design 4th Edition, John Wiley & Sons, New Jersey.

5. Nawy, Edward G., 2010, Prestressed Concrete: A Fundamental Approach 4th