SI-4111 - M06 (2021) - Pembebanan

(1)

SI-4111 Rekayasa dan Perancangan Struktur

Pembebanan Gedung

Muhammad Riyansyah, S.T., Ph.D.

Kelompok Keahlian Rekayasa Struktur – FTSL ITB 2021

SI-4111 Rekayasa dan Perancangan Struktur (2021)

Muhammad Riyansyah, S.T., Ph.D. 1

8-Oct-21

(2)

• Beban Mati

• Beban yang selalu bekerja pada struktur

• Termasuk beban mati: berat sendiri struktur, komponen struktur tambahan, komponen nonstruktur, finishing, plafon, MEP

• Besarnya umumnya sudah teridentifikasi dan pada saat operasional tidak terlalu bervariasi.

• Beban Hidup

• Beban yang bekerja pada struktur saat struktur beroperasi normal

• Beban yang besarnya sangat bervariasi (fluktuatif)

8-Oct-21 SI-4111 Rekayasa dan Perancangan Struktur (2021)

Jenis-jenis Pembebanan

(3)

• Beban Lingkungan

• Beban yang diakibatkan oleh aksi lingkungan

• Bergantung pada lokasi, situasi, dan kondisi bangunan

• Umumnya, tidak ditinjau terjadi secara bersamaan

• Beban Konstruksi

• Beban yang terjadi akibat metode konstruksi

• Beban akibat alat-alat konstruksi

• Beban akibat kondisi sementara struktur (ketidakseimbangan, posisi support sementara, beban terbalik, dll)

• Umumnya, ditinjau dengan kombinasi beban khusus

Jenis-jenis Pembebanan

(4)

• Beban Khusus

• Beban akibat kejadian luar biasa seperti:

• Kebakaran

• Ledakan

• Benturan/impact

• Beban dengan peluang kejadian yang kecil, namun perlu ditinjau

• Beban akibat peralatan tertentu

Jenis-jenis Pembebanan

(5)

• Beban mati adlaah berat seluruh bahan konstruksi bangunan gedung yang terpasang, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, tangga, dinding partisi tetap, finishing, cladding, dan komponen arsitektural dan struktural

lainnya, serta peralatan layan terpasang lain termasuk keran.

• Ketentuan mengenai Beban Mati ada di SNI 1727:2013, Subbab 3.1

• Software analisis struktur umumnya telah memiliki fitur menghitung berat sendiri berdasarkan volume elemen struktur yang dimodelkan secara fisik.

• Untuk elemen yang tidak dimodelkan (nonstruktural, finishing, dll) harus dimodelkan sebagai beban (terpusat, terdistribusi garis, terdistribusi area, dll)

Beban Mati

(6)

• PPURG 1987

Beban Mati

(7)

• PPURG 1987

Beban Mati

(8)

• Beban yang diakibatkan oleh pengguna dan penghuni bangunan gedung atau struktur lain yang tidak termasuk beban konstruksi dan beban

lingkungan.

• Beban hidup bergantung pada fungsi bangunan atau ruangan-ruangan yang ada di dalam bangunan tersebut

• Ketentuan mengenai Beban Hidup ada di SNI 1727:2013, Pasal 4

Beban Hidup

(9)

Beban Hidup

(10)

Beban Hidup

(11)

Beban Hidup

(12)

Beban Hidup

(13)

Beban Hidup

(14)

Beban Hidup

(15)

Beban Hidup

(16)

Beban Hidup

(17)

Contoh Pembebanan pada Software

(18)

Contoh Pembebanan pada Software

(19)

(20)

(21)

Contoh Pembebanan pada Software

(22)

• Parameter dasar untuk penentuan beban angin pada SPBAU (Sistem Penahan Beban Angin Utama) dan K & K (Komponen dan Klading)

• Parameter-parameter dasar:

• Kecepatan angin dasar, 𝑉

• Faktor arah angin, 𝐾 𝑑

• Kategori exposure

• Faktor topografi, 𝐾 𝑧𝑡

• Faktor pengaruh tiupan angin

• Klasifikasi ketertutupan

• Koefisian tekanan internal, 𝐺𝐶 𝑝𝑖

Beban Angin

(23)

• Langkah-langkah penentuan beban angin (SNI 1727:2013):

1. Tentukan kategori risiko bangunan gedung atau struktur lain. [SNI 1727:2013, Tabel 1.5-1, hal. 3]

2. Tentukan kecepatan angin dasar, 𝑉, untuk kategori risiko yang sesuai. [SNI 1727:2013, Subbab 26.5]

3. Tentukan parameter beban angin [SNI 1727:2013]:

• Faktor arah angin, 𝐾 𝑑 [Subbab 26.6 dan Tabel 26.6-1, hal. 50]

• Kategori exposure [Subbab 26.7, hal. 51]

• Faktor topografi, 𝐾 𝑧𝑡 [Subbab 26.8 dan Tabel 26.8-1, hal. 52]

• Faktor efek tiupan angin, 𝐺 [Subbab 26.9, hal. 54]

Beban Angin

(24)

• Langkah-langkah penentuan beban angin (SNI 1727:2013):

4. Tentukan parameter beban angin [SNI 1727:2013] - lanjutan:

• Klasifikasi ketertutupan [Subbab 26.10, hal. 59]

• Koefisien tekanan internal, 𝐺𝐶 𝑝𝑖 [Subbab 26.11 dan Tabel 26.11-1, hal. 60]

• Koefisien koefisien exposure tekanan velositas, 𝐾 𝑧 atau 𝐾 ℎ [Tabel 27.3-1, hal. 65]

5. Tentukan tekanan velositas, 𝑞 𝑧 atau 𝑞 ℎ [Subbab 27.3.2, hal. 66]

6. Tentukan koefisien tekanan eksternal, 𝐶 𝑝 atau 𝐶 𝑁 [Gambar 27.4-1 s.d. 27.4-7, hal. 67 s.d. 75]

7. Hitung tekanan angin, 𝑝, pada setiap permukaan bangunan gedung [Persamaan (27.4-1) s.d. (27.4-3), hal. 66 dan 70]

Beban Angin

(25)

Contoh Perhitungan Beban Angin

(26)

• Lokasi bangunan gedung: Jakarta

• Karakteristik material:

• Mutu beton, 𝑓 𝑐 ′ = 30 MPa

• Baja tulangan, 𝑓 𝑦 = 400 MPa

• Parameter angin

• Kecepatan angin dasar, 𝑉 = 45 m/s

• Exposure B (SNI 1727:2013, Pasal 26.7.3)

• Kategori Risiko Bangunan: II (SNI 1726:2019, Pasal 4.1.2, Tabel 1)

• Elemen-elemen struktur

• Pelat lantai, 200 mm

• Balok, 560 x 560 mm

• Kolom interior, 650 x 650 mm

• Kolom eksterior, 600 x 600 mm

• Tebal dinding geser, 300 mm

Contoh Perhitungan Beban Angin

(27)

• Kecepatan angin dasar, 𝑉, 45 m/s pada lokasi struktur (berdasarkan data angin)

• Faktor arah angin, 𝐾 𝑑 = 0.85 untuk struktur penahan beban angin

utama (SNI 1727:2013, Tabel 26.6- 1)

• Faktor keutamaan, 𝐼 = 1.0 (SNI 1726:2012, Tabel 1)

(28)

• Kategori eksposur tekanan velositas, 𝐾 𝑧 , berdasarkan SNI 1727:2013 Tabel 27.3-1.

Contoh Perhitungan Beban Angin

(29)

• Sebagai alternatif,

𝐾 𝑧 =

2.01 4.6 𝑧 𝑔

2/𝛼

untuk 𝑧 < 4.6 𝑚

2.01 𝑧 𝑧 𝑔

2/𝛼

untuk 4.6 𝑚 ≤ 𝑧 ≤ 𝑧 𝑔

dengan,

𝛼 = eksponen pangkat untuk kecepatan tiup angin dalam 3 detaik (SNI 1727:2013, Tabel 26.9-1), = 7.0 untuk Eksposur B

𝑧 𝑔 = tinggi nominal lapisan batas atmosfor (SNI 1727:2013, Tabel 26.9-1), = 365.8 m untuk Eksposur B

(30)

Contoh Perhitungan Beban Angin

(31)

(32)

• Faktor topografi, 𝐾 𝑧𝑡

• Bangunan diasumsikan berada pada tanah datar (bukan berbukit), 𝐾 𝑧𝑡 = 1 (SNI 1727:2013, Pasal 26.8.2)

• Faktor efek tiup, 𝐺 dan 𝐺 𝑓

• Faktor ini bergantung pada kekakuan bangunan (SNI 1727:2013, Pasal 26.9).

• Bangunan kaku memiliki frekuensi alami lebih besar dari 1 Hz, sedangkan bangunan fleksibel kurang dari 1 Hz (SNI 1727:2013, Pasal 26.2)

Contoh Perhitungan Beban Angin

(33)

• Arah Utara-Selatan (sistem rangka portal dan dinding geser)

• 𝑇 𝑎 = 1

𝑛

₁

= 0.0488 ℎ 𝑛 3/4 = 0.0488 45.14 3/4 = 0.85 detik, atau frekuensi alami > 1 Hz

• Jadi, bangunan kaku → 𝐺 = 0.85 (SNI 1727:2013, Pasal 26.9.1)

• Arah Timur-Barat (sistem rangka portal saja)

• 𝑇 𝑎 = 1

𝑛

₁

= 0.0466 ℎ 𝑛 0.99 = 0.0466 45.14 0.99 = 1.44 detik, atau frekuensi alami < 1 Hz

• Jadi, bangunan fleksibel

• Perhitungan menggunakan 𝑛 1 = 1

1.44 = 0.7 → 𝐺 𝑓 = 0.93 (SNI 1727:2013, Pasal 26.9.5)

(34)

• Klasifikasi ketertutupan (SNI 1727:2013, Pasal 26.10)

• Bangunan diasumsikan tertutup berdasarakan ketentuan SNI 1727:2013, Pasal 26.2

• Koefisien tekanan internal, 𝐺𝐶 𝑝𝑖

• Untuk bangunan tertutup, 𝐺𝐶 𝑝𝑖 = ±0.18

(SNI 1727:2013, Tabel 26.11-1)

(35)

• Koefisien tekanan luar (eksternal), 𝐶 𝑝

• Untuk angin dalam arah U-S (SNI 1727:2013, Gambar 27.4-1)

• Dinding pada arah angin dating, 𝐶 𝑝 = 0.8

• Dinding pada arah angin pergi, untuk 𝐿/𝐵 = 20.7/56.1 = 0.37, 𝐶 𝑝 = −0.5

• Dinding samping, 𝐶 𝑝 = −0.7

• Atap, untuk ℎ/𝐿 = 45.1/20.7 = 2.18, 𝐶 𝑝 = −1.3 di keseluruhan atap (20.7 m <

ℎ/2 = 22.6 m). Dapat direduksi menjadi 0.80 × −1.3 = −1.04, untuk luasan > 93 m 2 (Gambar 6-6)

(36)

• Koefisien tekanan luar (eksternal), 𝐶 𝑝

• Untuk angin dalam arah T-B (SNI 1727:2013, Gambar 27.4-1)

• Dinding pada arah angin datang, 𝐶 𝑝 = 0.8

• Dinding pada arah angin pergi, untuk 𝐿/𝐵 = 56.1/20.7 =2.70, 𝐶 𝑝 = −0.26

• Dinding samping, 𝐶 𝑝 = −0.7

• Atap, untuk ℎ/𝐿 = 45.1/56.1 = 0.80,

• 𝐶 𝑝 = −1.14 dari tepi angin datang ke ℎ/2 = 22.6 m

• 𝐶 𝑝 = −0.78 dari 22.6 m ke ℎ = 45.1 m

• 𝐶 𝑝 = −0.62 dari 45.1 m ke 56.1 m

(37)

• Tekanan velositas, 𝑞 𝑧

• Tekanan velositas di ketinggian 𝑧 dapat dihitung dengan Persamaan 27.3-1 (SNI 1727:2013, Pasal 27.3.2)

𝑞 𝑧 = 0.613 𝐾 𝑧 𝐾 𝑧𝑡 𝐾 𝑑 𝑉 2

dengan,

𝑞 𝑧 dalam N/m 2 𝑉 dalam m/det

(38)

• Nilai 𝑞 𝑧 untuk 𝑉 = 45 m/det

(39)

• Tekanan angin desain, 𝑝

• Untuk bangunan kaku, tekanan angin desain dapat dihitung berdasarkan Persamaan 27.4-1 (SNI 1727:2013, Pasal 27.4.1),

𝑝 = 𝑞 𝐺 𝑓 𝐶 𝑝 − 𝑞 𝑖 𝐺𝐶 𝑝𝑖

dengan,

𝑝 dalam N/m 2

(40)

• Tekanan angin desain arah U-S (𝑉 = 45 m/det)

(41)

• Tekanan angin desain arah U-S (𝑉 = 45 m/det)

Contoh Perhitungan Beban Angin

(42)

• Tekanan angin desain, 𝑝

• Untuk bangunan fleksibel, tekanan angin desain dapat dihitung berdasarkan Persamaan 27.4-2 (SNI 1727:2013, Pasal 27.4.2),

𝑝 = 𝑞 𝐺𝐶 𝑝 − 𝑞 𝑖 𝐺𝐶 𝑝𝑖

dengan,

𝑝 dalam N/m 2

(43)

• Tekanan angin desain arah T-B (𝑉 = 45 m/det)

Contoh Perhitungan Beban Angin

(44)

• Tekanan angin desain arah T-B (𝑉 = 45 m/det)

(45)

• Base shear angin harus dibandingkan dengan base shear gempa.

• Bila base shear angin lebih besar, maka beban angin lebih menentukan dalam perencanaan struktur terhadap beban lateral.

• Namun, persyaratan detailing elemen struktur harus tetap mengikuti KDS struktur yang ditetapkan berdasarkan perhitungan gempa.

• Kombinasi beban yang digunakan harus sesuai dengan yang ditetapkan dalam SNI 1726:2019 Pasal 4.2.

• Perhitungan gaya-gaya dalam yang terjadi pada elemen-elemen struktur dapat ditentukan menggunakan program analisis struktur (ETABS, SAP2000, Midas, dll)

• Pada pemodelan struktur untuk analisis, kekakuan elemen-elemen struktur dapat direduksi sesuai ketentuan SNI 2847:2019.

SI-4111 - M06 (2021) - Pembebanan

SI-4111 Rekayasa dan Perancangan Struktur

• Besarnya umumnya sudah teridentifikasi dan pada saat operasional tidak terlalu bervariasi.

• Bergantung pada lokasi, situasi, dan kondisi bangunan

Jenis-jenis Pembebanan

Jenis-jenis Pembebanan

• Untuk elemen yang tidak dimodelkan (nonstruktural, finishing, dll) harus dimodelkan sebagai beban (terpusat, terdistribusi garis, terdistribusi area, dll)

lingkungan.

Beban Hidup

Beban Hidup

Contoh Pembebanan pada Software

Contoh Pembebanan pada Software

Beban Angin

• Faktor efek tiupan angin, 𝐺 [Subbab 26.9, hal. 54]

6. Tentukan koefisien tekanan eksternal, 𝐶 𝑝 atau 𝐶 𝑁 [Gambar 27.4-1 s.d. 27.4-7, hal. 67 s.d. 75]

• Karakteristik material:

Contoh Perhitungan Beban Angin

Contoh Perhitungan Beban Angin

Contoh Perhitungan Beban Angin

Contoh Perhitungan Beban Angin

• Klasifikasi ketertutupan (SNI 1727:2013, Pasal 26.10)

• Dinding pada arah angin dating, 𝐶 𝑝 = 0.8

• Dinding pada arah angin datang, 𝐶 𝑝 = 0.8

dengan,

dengan,

Contoh Perhitungan Beban Angin

Contoh Perhitungan Beban Angin

• Namun, persyaratan detailing elemen struktur harus tetap mengikuti KDS struktur yang ditetapkan berdasarkan perhitungan gempa.

Catatan