STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN FLAT PLATE

(1)

STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN FLAT PLATE DAN FLAT SLAB DENGAN

DROP PANEL PADA STRUKTUR BANGUNAN DITINJAU DARI SEGI VOLUME

Daniel Rumbi Teruna

1

_{, Stanley Prawira}

2

1

_{Department of Civil Engineering, University of Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan Kampus}

USU Medan

Email:

danielterunai@usu.ac.id

2

_{Departement of Civil Engineering, University of Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan Kampus}

USU Medan

Email:

stanley_prawira96@students.usu.ac.id

ABSTRAK

Flat plate dan flat slab (dengan drop panel) merupakan jenis pelat dua arah tanpa balok yang langsung menumpu pada kolom. Flat plate dan flat slab dapat mengurangi ketinggian struktur dan waktu pengerjaan konstruksi. Namun, flat plate dan flat slab membutuhkan pelat yang lebih tebal dari biasanya untuk mengatasi lendutan dan punching shear. Dalam penelitian ini, suatu struktur beton bertulang 7 lantai akan ditinjau dengan variasi bentang 4, 6, dan 8 m. Dalam permodelan, kolom dianggap sebagai elemen frame, pelat dan drop panel sebagai shell-thin, dan tumpuan dianggap jepit. Analisis dan desain dilakukan dengan bantuan program ETABS 2016 dengan memperhitungkan akibat beban mati, hidup, dan gempa (statik ekuivalen) Hasil analisis menunjukkan diagram momen pada lajur kolom lebih besar daripada lajur tengah. Penggunaan drop panel pada flat slab dapat mereduksi penggunaan beton hingga 8,36% pada 4 m, 6,87% pada 6 m, dan 28,47% pada 8 m. Sedangkan untuk tulangan dapat direduksi 5,67% pada 4 m, 21,21% pada 6 m, dan 43,32% pada 8 m.

Kata Kunci: flat plate, flat slab, drop panel, punching shear, lendutan, SNI 2847 2013

ABSTRACT

Flat plate and flat slab (with drop panels) are type of two-way plate without beam that is directly supported by column. Flat plate and flat slab can minimizing structure height and construction time. However flat plate and flat slab require thicker plate than usual to overcome deflection and punching shear. In this paper, 7 floors reinforced concrete structure will be considered at various span of 4, 6, and 8 m.When modelling, column will be considered as frame element, plate and drop panels as shell-thin, and bottom restraint as fixed. Analyzing and designing through ETABS 2016 with calculating the effect of dead load, live load, and quake (static equivalent). The result shows that moment diagram at column strips is larger than at middle strip. The application of drop panels on flat slab can save the usage of concrete by 8,36% at 4 m, 6,87% at 6 m, and 28,47% at 8 m. While for reinforcement can save 5,67% at 4 m, 21,21% at 6 m, and 42,21% at 8 m.

(2)

1. PENDAHULUAN

Flat slab adalah konstruksi pelat beton bertulang tanpa balok yang sering digunakan dewasa pada konstruksi beton bertulang pada bangunan, seperti kantor, tempat tinggal, atau fasilitas industry lainya dengan tinggi menengah (medium-rise office) karena effisiensi dari rasio bentang/tebal (span/depth ratios) dan segi ekonomis karena mengurangi tinggi lantai.

Dengan tidak menggunakan balok, keuntungan yang dapat diperoleh adalah mengurangi ketinggian perlantai, selain itu dapat mengurangi beban struktur. Keuntungan yang lainnya adalah penghematan dalam penggunaan plafon, penulangan yang lebih sederhana, pemasangan perancah dan bekisting yang sederhana dan ekonomis.

Namun, akibat tidak adanya balok, kelemahan terbesar dari sistem konstruksi ini adalah

kemampuan hubungan kolom-pelat dalam menahan gaya geser yang dapat menyebabkan penyebaran kerusakan secara horizontal dan menyebabkan pelat dapat runtuh atau lebih dikenal dengan punching shear. Selain itu, biasanya konsturksi flat slab memiliki pelat yang lebih tebal apabila dibandingkan dengan pelat konvensional.

Berikut ini adalah tipe-tipe dari flat slab:

• Flat plate

Dengan desain flat plate yang sederhana dalam formwork nya, memiliki kelebihan kecepatan pengerjaan yang relatif jauh lebih cepat dibandingkan dengan flat slab lainnya.

Sumber: Analysis and Design of Commercial Building with Flat Slab: Abrar, Rahil et al (2015) Gambar 1 Flat Plate

• Flat slab with drop panels

Desain slab ini memiliki penambahan drop panels yang berfungsi untuk meningkat ketahanan pelat memikul punching shear dan momen negative pada hubungan pelat kolom.

Sumber: Analysis and Design of Commercial Building with Flat Slab: Abrar, Rahil et al (2015) Gambar 2 Flat Slab with Drop Panels

• Flat slab with column head

Penambahan column head pada pelat selain meningkatkan tahanan geser pelat, juga mengurangi momen pada pelat karena memperpendek bentang.

• Flat slab with drop panels and column head

(3)

Sumber: Reinforced Concrete: Mechanics&Design, James K. Wigh & James McGregor (2011) Gambar 3 Flat Slab with Drop Panels and Column Head

2. TINJAUAN PUSTAKA

Menurut Muhammad Ibnu Syamsi (2015) pada penelitian “Perbandingan Analisis Two Way Slab with Beam dengan Flat Slab (Studi Kasus: Coal YardPLTU Kalimantan Barat)” bahwa sistem flat slab

(pelat datar) membutuhkan jumlah material beton 2,1% lebih banyak daripada sistem pelat dengan balok. Kebutuhan baja tulangannya juga 9,67% lebih banyak, akan tetapi sistem pelat datar membutuhkan waktu pelaksaan yang lebih cepat daripada sistem pelat dengan balok.

“Dikarenakan ukuran dan hubungan antar struktur tanah yang lebih padat, pondasi kolom memiliki tahanan punching shear yang lebih tinggi dibandingkan dengan flat slab" (Kueres et al, 2017).

Menurut Vikunj k. Tilva (2011) dalam Perbandingan Biaya antara Flat Slab with Drop dan without Drop pada Bangunan Tahan Gaya Lateral 4 (empat) Lantai, bahwa berdasarkan pengamatan sudut keruntuhan akibat punching shear berkisar antara 25o_{hingga 35}o_.

Momen pada Pelat

Dalam flat plate atau flat slab, pelat ditopang secara langsung oleh kolom tanpa adanya balok. Momen terbesar ada pada daerah antara kolom ke kolom

Geser pada Pelat

Geser yang terjadi pada flat plate dan flat slab hanya two-way shear atau punching shear yang terjadi di joint antara pelat-kolom yang menyebabkan terbentuknya kerucut terpancung atau piramida yang ditunjukan pada Gambar 4.

Sumber: Post-Punching Behavior of Flat Slab: Fernandes Ruiz et al (2013)

Gambar 4 Kegagalan Punching Shear

(4)

Peraturan SNI 2847 2013, menyakatan kekuatan geser yang direncanakan harus memenuhi kriteria berikut:

∅𝑉𝑛 ≥ 𝑉𝑢

Dengan Vuadalah gaya geser terfaktor pada penampang yang ditinjau.Vn adalah kekuatan geser nominal

yang dihitung dengan rumus dibawah ini. Untuk geser, factor reduksi, Ø, diambil 0,75.

Vn = Vc + Vs

Dimana Vcadalah kekuatan geser nominal yang disediakan oleh beton dan Vsadalah kekuatan geser

nominal yang disediakan oleh tulangan geser.

Kuat Geser Nominal Beton, Vc

Desain pelat dua arah terhadap punching shear berdasarkan peraturan SNI, ditentukan Vcharus diambil

terkecil dari (a), (b), dan (c): 1. 𝑉_𝑐 = 0,33𝜆√𝑓_𝑐′𝑏_𝑜𝑑

Dengan λ adalah factor untuk jenis beton ringan (beton biasa digunakanλ=1), fc’adalah mutu beton,

dan d adalah tebal efektif pelat. 2. 𝑉_𝑐 = 0,083(𝛼𝑠𝑑

𝑏0 + 2)𝜆√𝑓𝑐

′_𝑏

0𝑑

Dimana αs adalah 40 untuk kolom interior, 30 untuk kolom tepi, dan 20 untuk kolom eksterior. 3. 𝑉_𝑐 = 0,17(1 +2

𝛽)𝜆√𝑓𝑐′𝑏0𝑑

Dengan β adalah rasio sisi terpanjang dan terpendek kolom, beban terpusat, atau daerah reaksi. Percobaan yang dilakukan oleh Ghali dan Megally menunjukkan diagram hubungan load-deflection

untuk 5 jenis hubungan pelat-kolom untuk membandingkan kekuatan dan perilaku dari penambahan tiga dari empat metode yang ada (Gambar 5).

Sumber: Reinforced Concrete: Mechanics&Design, James K. Wigh & James McGregor (2011)

Gambar 5 Diagram Load-deflection

Drop Panel

(5)

Sumber: Reinforced Concrete: Mechanics&Design, James K. Wigh & James McGregor (2011)

Gambar 6 Drop panel

3. METODE PENELITIAN

Dalam penelitian ini akan dikaji efektifitas penggunaan drop panel pada struktur bangunan dengan varian bentang 4 m, 6 m dan 8 m. Struktur dimodelkan dengan tinggi antar lantai 4 m dengan total 7 lantai.. Permodelan dalam penelitian ini dilakukan dengan menggunakan bantuan program ETABS 2016. Pelat dimodelkan sebagai plate-thin, kolom dimodelkan sebagai elemen frame, dan tumpuan dimodelkan fixed.

(6)

Kombinasi pembebanan berdasarkan pada SNI 1727 2013, dengan beban hidup untuk tempat tinggal adalah 1,92kN/m2_{dan beban mati tambahan sebesar 1,0kN/m}2_.

1. 1,4DL

2. 1,2DL +1,6LL

3. 1,2DL +1,0LL +1,0E

Beban gempa yang digunakan berdasarkan SNI 1726 2012 yang dihitung dengan auto lateral load

pada program ETABS 2016.

Tabel 1 Tabulasi Geometri Struktur Bangunan

Pelat lantai Kolom

Output dari program ETABS 2016 berupa kebutuhan tulangan perlu kemudian ditabulasikan kedalam tabel berikut

Tabel 2 Volume Tulangan Perlu (m3₎

(7)

Tabel 3 Volume Beton (m3₎

Panjang Bentang Flat Plate Shear Stud Flat Slab Pelat Konvensional

4 m

350,56 - 321,27 273,28

6 m

842,66 - 784,77 527,8

8 m

1979,25 1961,33 1416,72 1022,56

Tabel 4 Punching Shear Ratio Dan Lendutan

Punching Shear Ratio (max)

Tabel 5 Perbandingan volume beton dan tulangan bentang 4 m

Flat Plate Flat Slab Efisiensi

Beton 350,56 321,27 8,36%

Tulangan 4,06 3,83 5,67%

Beton 842,66 784,77 6,87%

Tulangan 12,71 10,014 21,21%

Beton 1979,25 1416,72 28,42%

(8)

Tabel 8 Perbandingan volume beton dan tulangan bentang 8 m dengan shear stud

Beton 1961,33 1416,72 27,77%

Tulangan 24,26 14,02 42,20%

5. KESIMPULAN

Efektifitas penggunaan drop panels pada struktur bangunan sangat bergantung pada bentang struktur. Dalam proses desain harus memperhatikan kegagalan struktur akibat punching shear. Pada struktur flat slab cara untuk memperbesar tahanan pelat terhadap punching shear adalah dengan penggunaan drop panel, tulangan geser, atau memperbesar ukuran kolom. Beberapa kesimpulan dari hasil analisis diatas adalah sebagai berikut:

1. Penggunaan drop panel pada flat slab dapat mereduksi penggunaan beton hingga 8,36% pada 4 m, 6,87% pada 6 m, dan 28,47% pada 8 m. Sedangkan untuk tulangan dapat direduksi 5,67% pada 4 m, 21,21% pada 6 m, dan 43,32% pada 8 m.

2. Penggunaan drop panel dapat mereduksi volume beton dan tulangan.

3. Bila tidak menggunakan drop panel, tulangan geser sebaiknya digunakan pada bentang 8 meter untuk memperbesar tahanan pelat terhadap punching shear.

6. SARAN

Untuk pengembangan penelitian yang lebih lanjut mengenai flat slab, disarankan untuk: 1. Memperhitungkan penggunaan tulangan geser, seperti shear stud atau structural

shearhead pada flat plate.

2. Analisis penggunaan Post Tension pada flat plate untuk bentang yang lebih besar.

REFERENSI

[1] Anjaneyulu, B. dan Prakash, K. Jaya (2016). "Analysis and Design of Flat Slab by Using Etabs Software". International Journal of Science Engineering and Advance Technology. 4(2):105-112.

[2] Abrar, Rahil et al. (2015). "Analysis and Design of Commercial Building with Flat Slab". Department Of Civil Engineering Aurora’s Scientific, Techological & Research Academy Bandlaguda, Near Chandrayanagutta, Hyderabad.

[3] Badan Standardisasi Nasional. (2013). SNI 2847-2013: Persyaratan Beton Struktural Untuk Bangunan Gedung. Jakarta.

[4] Chavan, G. R. dan Tande, S. N. (2016). “Analysis and Design of Flat Slab”. International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology. 7(1):133-138.

[5] Kueres et al. (2017). "Uniform Design Method for Punching Shear in Flat Slab and Column Bases". Engineering Structures. 136: 149-164.

[6] Ruiz, M.F et al. (2013). "Post Punching Behaviour of Flat Slab". ACI Structural Jounal.

110-S66:801-812.

[7] Ibnu, M. S. (2015). “Perbandingan Analisis Two Way Slab With Beam dengan Flat Slab

(Studi Kasus: Coal Yard PLTU Kalimantan Barat)”. Jurnal Ilmiah Semesta Teknika. 18(2):168-175.

[8] MacGregor, James. dan James K. Wight (2011). Reinforced Concrete: Mechanic & Design Sixth Edition. New Jersey: Pearson.