3 Perencanaan Struktur Bangunan Tinggi

8/12/2019 3 Perencanaan Struktur Bangunan Tinggi

1/135

PendahuluanPembangunan gedung bertingkat sudah dilaksanakan sejakzaman dahulu kala, tetapi yang dikategorikan sebagaimoderen tall building dimulai sejak 1880s. The first

modern tall building mungkin adalah gedung HomeInsurance Building yang berupa konstruksi baja di Chicagopada tahu 1883 yang kemudian diikuti oleh gedung-gedungpencakar langit lainnya. Gedung-gedung tinggi padaawalnya didominasi oleh struktur baja karenaperkembangan industri baja yang cukup pesat, sedangkanperkembangan struktur beton relatif lambat dan baruberkembang pesat pada 1950s. Evolusi dari gedung-gedung pencakar langit secara umum dapat dilihat pada

gambar berikut :

PERENCANAAN STRUKTUR BANGUNAN TINGGI


2/135

Gambar Evolusi dari gedung-gedung pencakar langit pada periode sebelum 1950.


3/135

Perencanaan struktur suatu gedung bertingkat secara rincimembutuhkan suatu rangkaian proses analisis dan perhitunganyang panjang serta rumit, yang didasarkan pada asumsi danpertimbangan teknis tertentu.Dengan kecanggihan perangkat lunak yang ada pada saat inimemungkinkan para teknisi untuk merencanakan segalasesuatunya dari berbagai sudut pandang dengan sangat rinci

dengan tingkat ketelitian yang tinggi.

Perlu disadari bahwa reliabilitas hasil suatu perhitungan sangattergantung pada mutu masukannya (Garbage In , Garbage Out ).Seringkali para perencana mengikuti secara penuh seluruh hasilkeluaran suatu komputer tanpa mengkaji ulang apakah hasilkeluaran tersebut mengandung berbagai kejanggalan.Kadangkala kejanggalan tersebut tidak mudah ditemukan karenapara perencana belum atau kurang memiliki kepekaan terhadapperilaku struktur yang direncanakan.


4/135

Proses perencanaan diawali dengan diskusi dan kolaborasi antar

disiplin, kemudian perencana struktur akan membuat kriteria

perencanaan (design criteria) struktur yang dianggap paling ekonomis

serta dapat memenuhi semua persyaratan disiplin lain. Kriteria

perencanaan tersebut antara lain meliputi design philosophy, jenis dan

besaran pembebanan, kekuatan dan stabilitas, kekakuan dan

pembatasan deformasi, layak pakai, rangkak, susut, pengaruh

temperatur dan ketahanan terhadap api serta pembatasan penurunan

dan perbedaan penurunan termasuk soil-structure interaction.


5/135

1. Syarat Stabilitasa.Statikb.Dinamik

2. Syarat Kekuatana.Statikb.Dinamik

3. Syarat Daktilitasa.Elastik ( Fully Elastic )b.Daktilitas terbatas ( limited ductility )c.Daktilitas penuh ( full ductility )

4. Syarat layak pakai dalam keadaan layan ( serviceability )a.Lendutan pelat dan balok

b.Simpangan bangunan ( lateral drift )c.Simpangan antar tingkat ( Interstory drift )d.Percepatan ( acceleration ), khususnya perencangan strukturterhadap pengaruh angin.e.Retakan ( cracking )f.Vibrasi/getaran ( vibration )

Syarat syarat Umum Perancangan StrukturGedung meliputi:


6/135

5. Syarat Durabilitas ( durability )a.Kuat tekan minimum betonb.Tebal selimut betonc.Jenis dan kandungan semend.Tinjauan korosie.Mutu baja

6. Syarat ketahanan terhadap kebakarana.Dimensi minimum dari elemen/komponen strukurb.Tebal selimut betonc.Tebal lapisan pelindung terhadap ketahanan kebakarand.Jangka waktu ketahanan terhadap api/kebakaran (struktur atas danbasemen)

7. Syarat intergritasa.Pencegahan terhadap keruntuhan progresif (biasanya diberipenambahan tulangan pemegang antar komponen beton precast).

8. Syarat yang berhubungan dengan pelaksanaan konstruksia.Penyesuaian dengan metoda konstruksi yang umum dilakukan padadaerah setempat.b.Bahan bangunan serta mutu bahan yang tersediac.Kondisi cuaca selama pelaksanaand.Kesediaan berbagai sumber daya setempat.

9. Peraturan dan standar yang berlaku.


7/135

2. STANDAR PERENCANAAN

Secara umum, standar yang dipakai adalah konsep LRFD(Load Resistance Factor Design) , yaitu konsep ketahananstruktur terhadap beban terfaktor dengan tinjauan adanyafaktor reduksi kekuatan masing-masing komponen strukturyang diproposikan.

Pengertian umumnya adalah, suatu struktur dinyatakan kuatbila dalam setiap perencanaan kekuatan dipenuhi :

U Rn

n R

U

n R

Dimana : = faktor reduksi kekuatan

= kuat nominal

= kuat perlu= kuat rancang yang tersedia


8/135

Beban Pada Struktur

1. Beban Grafitasia. Beban mati, semua bagian dari struktur yang bersifat

tetap.b. Beban hidup, semua beban yang terjadi akibat

penghunian atau pengguna suatu gedung.

2. Beban Lateral

a. Beban angin, semua beban pada struktur yang

disebabkan oleh selisih tekanan udara.

b. Beban gempa , semua beban yang terjadi akibat

pergerakan tanah akibat adanya gempa.


9/135

3. Beban khusus

Beban khusus ialah semua beban yang bekerja pada gedung atau bagian

gedung yang terjadi akibat tekanan air, selisih suhu, pengangkatan dan

pemasangan, penurunan fondasi, susut, gaya-gaya tambahan yang berasaldari beban hidup seperti gaya rem yang berasal dari keran, gaya

sentrifugaldan gaya dinamik yang berasal dari mesin-mesin, serta pengaruh-

pengaruh khusus lainnya. Aksi akibat beban khusus harus diperhitungkan

dan ditambahkan pada perhitungan perencanaan sebelumnya yang

merupakan suatu rangkaian kombinasi pembebanan


10/135

Perencanaan Struktur-Umum

Sistem Struktur.

Sistem struktur dari suatu bangunan, merupakan kumpulan dan kombinasiberbagai elemen struktur yang dihubungkan dan disusun secara teratur, baik

secara discrete maupun menerus yang membentuk suatu totalitas kesatuan

struktur.

Tujuan Perncanaan Struktur

Sistem struktur pada bangunan tinggi dirancang dan dipersiapkan agar mampu:

1. Memikul beban vertical baik statik maupun dinamik

2. Memikul beban horizontal, baik akibat angin maupun gempa3. Menahan berbagai tegangan yang diakibatkan oleh pengaruh temperature

dan shinkage.

4. Menahan external dan internal blast dan beban kejut ( impact loads ).

5. Mengantisipasi pengaruh vibrations dan fatigue


11/135

Pemilihan Sistem Struktur

Pemilihan sistem struktur bergantung pada beberapa parameter berikut:1. Economical consideration, yang meliputi construction cost, nilai kapitalisasi,

rentable space variation dan cost of time variation.

2. Construction speed yang dipengaruhi oleh profil bangunan, experience,

methods dan expertise, material struktur, tpi konstruksi (cast-in-situ, precast

atau kombinasi) serta local contruction industry.

3. Overall geometry, meliputi panjang, lebar dan tinggi bangunan.

4. Vertical profile-building shape.


12/135


13/135

5. Pembatasan ketinggian (height restriction)

6. Kelangsingan (slenderness), yaitu ratio antara tinggi terhadap lebar

bangunan.

7. Plan configuration , yaitu depth-widht ratio dan degree of regularity (dapat

dilihat pada peraturan seperti UBC atau NEHRP).

8. Kekuatan, kekakuan dan daktilitas.Kekuatan berhubungan erat dengan material properties, kekaakuan

meliputi kekakuan lentur, kekakuan geser, kekakuan torsi dan daltilitas

meliputi strain ductility, curvature ductility dan displacement ductility.

10 Jenis/tipe pembebanan, yang ,eliputi beban gravitasi, beban lateral berupabeban angin dan seismic serta beban-beban khusus lainnya.

11. Kondisi tanah pendukung bangunan


14/135


15/135

Sistem Struktur Atas

Bentuk Bangunan dan sistem struktur rangka bangunan sangat berkaitan eratsatu sama lainnya baik dalm arah horizontal maupun vertical.

Suatu sisem struktur disebut baik bila dicapai hal-hal berikut:

a.Bentuk dan denah struktur yang simetris

b.Skala struktur yang proporsional

c.Tidak adanya perubahan mendadak dari tahanan lateral

d.Tidak adanya perubahan mendadak dari kekakuan lateral

e.Pembagian struktur yang seragam dan teratur

f.Titik berat massa hampir sama dengan titik berat kekakuan

g.Tidak sulit dibangun, dan dalam batasan biaya yang memadai


16/135

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan sistem strktur

terhadap beban lateral antara lain adalah :

1. Kekakuan diaphragma dan kekakuan struktur

2. Distribusi gaya dan konsentrasi tahanan

3. Tahanan pada keliling luar (perimeter) struktur bangunan

4. Loncatan bidang vertikal (vertikal set back)5. Diskontinuitas kekuatan dan kekakuan struktur karena adanya balok

transfer (transfer girder), lantai transfer (transfer floor) atau dinding

struktur yang tidak menerus ke bawah, dan dinding struktur yang

letaknya berselang-seling baik dalam arah vertikal maupun horizontal.


17/135

6. Soft story effect

7. Ketidakteraturan struktur8. Adanya torsi yang besar tanpa adanya tahanan yang cukup untuk

menampung torsi

9. Benturan antar bangunan

10. Pemisahan bangunan11. Efek kolom pendek ( Short column effect )

12. Kemudahan pelaksanaan, terutama pada detail sambungan dan

kerapatan tulangan.


18/135

Sistem rangka struktur

Berbagai sistem rangka dapat berupa :1. Rigid-Frame

2. Truss/Braced-Frame

3. Infilled-Frame

4. Shear Wall Structures

5. Coupled Shear Wall Structures

6. Wall-Frame

7. Core Structures

8. Outrigger + Shear Wall + Braced Structures

9. Tubular Structures


19/135

Sistem struktur yang sederhana, beraturan dan tidak terlalu tinggi,

analisis beban lateralnya masih dapat dilakukan dengan cara quasi

statik tetapi untuk bentuk yang tidak beraturan sudah harus dilakukan

dengan 3 dimensi yang disertai dengan analisis dinamik, baik linear

maupun nonlinear

Berikut ini diberikan gambaran umum sebagai rough rule of thumb

yang menggambarkan secara global hubungan antara sistem rangka

struktur dan jumlah tingkat bangunan dan gambar berikutnya khusus

untuk struktur beton bertulang pada gedung kantor (office building).


20/135


21/135


22/135

Sistem Struktur Atas

1. Bentuk dan deh struktur yang simetris.2. Skala struktur yang proporsional.

3. Tidak ada perubahan mendadak dari tahana lateral.

4. Tidak adanya perubahan mendadak dari kekakuan lateral.5. Pembagian struktur yang seragam dan teratur.

6. Titik berat masa hampir sama dengan titik berat kekakuan.7. Tidak sulit dibangun dan dalam batasan biaya yang

memadahi.

a. Sistem struktur disebut baik bila dicapai :


23/135

b. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalammenentukan sistem struktur terhadap beban lateral,antara lain :

1. Kekakuan diagfragma dan kekuan struktur.

2. Distribusi gaya dan konsentrasi tahanan.3. Tahanan pada keliling luar (perimeter) struktur

bangunan.4. Loncatan bidang vertikal.

5. Diskontinuitas kekuatan dan kekakuan struktur, akibatadanya balok transfer, lantai trasfer, dinding struktur

yang tidak menerus, dinding struktur yang letaknyaberselang seling.


24/135

6. Soft story effect

7. Ketidak teraturan struktur.

8. Adanya torsi yang besar tanpa adanya tahan torsi.

9. Benturan antar bangunan.

10. Pemisahan bangunan.

11. Effek kolom pendek.

12. Kemudahan pelaksanaan, terutama pada detail bangunan

dan kerapatan tulangan.


25/135

Sistem rangka struktur, dapat berupa :

1. Rigid-frame2. Truss/braced-frame3. Shear wall struktur4. Cauple shear wall struktur

5. Wall-frame6. Core struktur7. Outrigger +shear wall+ Braced structure8. Tubular structure


26/135


27/135

Tebal minimum pelat lantai pada umumnya berkisar antara 1/30 1/35 bentang

pendek untuk tumpuan balok-balok pada kedua sisinya.Dan 1/30 1/35 bentang panjang untuk struktur pelat lantai flat-plates (pelat

tanpa balok- balok penumpu).


28/135

Si t St kt b h


29/135

Sistem Struktur bawah Penentuan sistem struktur bawah harus didasarkan pada data-data sebagai berikut :

a. Gambar rebcana arsitektur termasuk jumlah lapis basementyang dibutuhkan.

b. Keadaan dan situasi bangunan disekitarnya.

c. Hasil penyelidikan tanah yang meliputi :

1. Keadaan muka air tanah.2. Penelitian pumping test jika dasar basement berada di

bawah mika air tanah.

3. Lapisan tanah pendukung pondasi bangunan.4. Rekomendasi sistem pondasi beserta daya dukung

dan perkiraan penurunan bangunan.


30/135

CIRI-CIRI UTAMAA DARI BERBAGAISISTEM STRUKTUR

.

Momen resisting frame sering disebut juga sebagai Rigid frame atau Open frame (

portal terbuka). Pada ketinggian tertentu open frame tidak ekonomi, dan beralih pada

shear-wall frame yang lebih ekonomis, walaupun wall kurang daktail dibandingkan

dengan open frame. Momen resisting frame bisa berupa steel frame atau concrete frame.

Momen resisting frame bisa bersifat braced atau unbraced frame. Braced frame

structures dipergunakan baik pada bangunan rendah ataupun bangunan tinggi.

Penggunaan braced frame bertujuan untuk meningkatkan stiffness. Shear wall termasuk

dalam kategori braced frame.

Suatu portal/frame akan diperlakukan sebagai Braced atau Unbraced

adalah tergantung pada perbandingan kekakuan lateral terhadap kekakuan

kolomnya.

1. Momen resisting frame .


31/135

Komponen tekan dalam satu tingkat dapat dianggap Braced bila pada tingkat

tersebut dipenuhi ketentuan-ketentuan berikut:

1.

dimana :

Q : index stabilitas untuk suatu tingkat.

Pu: beban vertikal total terfaktor pada tingkat yang ditinjau Vu : beban gesertotal terfaktor pada tingkat yang ditinjau

0 : lendutan relatif dari orde pertama antar tingkat yang ditinjau terhadap V u.

Ic : panjang kolom yang dihitung dari pusat sambungan portal/frame.

2. lendutan total pada puncak bangunan < (h s/1500), dimana h s adalah tinggi total bangunan.


32/135

2. Shear Wall-frame

3 Vierendeel pada bangunan tinggi


33/135

3. Vierendeel pada bangunan tinggi


34/135

4. Staggered Truss Buildings


35/135

5. Truss Frame


36/135


37/135


38/135


39/135

6. Shear Walls + Outriggers

1. Sampai ketinggian tertentu Wall-Frame tidak ekonomis karena Shear-

Core terlalu langsing untuk menampung drift yang berlebihan.2. Outrigger + Belt Truss akan mengaktifkan partisipasi dari perimeter

columns sebagai Struts and Ties, sehingga terjadi redistribusi stresses

dan eccentric loading.

3. Dengan demikian, Outrigger yang akan mentransfer vertical shear daricore ke perimeter columns, dan horizontal shear ditahan oleh core.

Perilaku struktur ini identik dengan sistem struktur stuktur cantilever

tube-in-tube, tetapi tanpa adanya shear stiffness pada outer-tube.

4. Akan menetralisir differential columns shortening akibat beban gravitydan juga sebagian besar dari thermal movement.


40/135


41/135

Perilaku dari Outrigger dapat dijelaskan secara diagramatis sebagai berikut:


42/135

7 Tubular Structures


43/135

7. Tubular Structures

Makin tinggi bangunan, kelangsingan core, wall dan frames sudah tidak

cukup efektif dalam memikul/menahan beban/gaya lateral. Dengan demikian,

seluruh struktur dapat berperilaku seperti Huge Cantilever tube .


44/135

8 Mega Structures


45/135

8. Mega Structures

9 P b d t t t kt b j d t kt b t


46/135

9. Perbedaan utama antara struktur baja dan struktur beton

Disamping berbagai perbedaan seperti berat, biaya dan contruction method

masih ada perbedaan dalam dynamic respons yang terjadi.

Steel building 2/3 damping concrete buildings

Note: lower damping akan mengakibatkan higher acceleration.

Steel building beratnya 3/4 concrete buildingsNote: lower damping akan mengakibatkan higher acceleration.

Kedua faktor tersebut kurang menguntungksn untuk steel building ditinjau dari

dynamic respons yang terjadi.Damping i s the g rea t unknow n in m ot ion s tud ies and ye t has a mos t

s ign i f i can t e ffec t o n dynamic performance .

Konfigurasi Bangunan dan Building Layout


47/135

g g g y

Perencanaan struktur bangunan yang ideal adalah jika dipenuhinya

konfigurasi bangunan seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Walaupun demikian, jarang sekali dapat dijumpai bangunan yang dapat

sepenuhnya mengikuti ketentuan-ketentuan tersebut. Dengan demikian maka

perhitungan 3 dimensi baik secara elastis maupun inelastis sangat

diperlukan.

Dalam perencanaan building layout, sudah harus diakomodasikan semua

kepentingan dari disiplin lain, dan perencanaan building layout harus diatur

sedemikian rupa sehingga semua beban-beban dapat disalurkan secaraefisien dan efektif. Disamping itu metoda konstruksi sangat berperan dalam

pencapaian struktur yang diinginkan sesuai asumsi yang diletakkan dalam

perencanaan strukturnya.


48/135


49/135

ANALISA SHEAR WALL STRUCTURE


50/135

ANALISA SHEAR WALL STRUCTURE

Struktur shear wall adalah struktur dimana beban

horizontal seluruhnya dipikulkan pada shear wall. Struktur

dinding geser wall biasanya menerus keseluruhan tinggi

bangunan yang membentuk vertikal kantilever.

PERILAKU SHEAR WALL STRUCTURE

Struktur shear wall pada bangunan tinggi pada umumnyaterdiri dari wall yang berdimensi berubah menurut

ketinggian, dibagi dalam beberap region.

Untuk memahami perilaku tersebut maka struktur dibagi dalam


51/135

katagori :

1. Proportionate, struktur dikatakan proportionate bilaberlaku :

oo

o

uu

u

I I

I

I I

I

,2,1

,1

,2,1

,1

2. Tidak Proportionate, struktur dikatakan tidakproportionate bila berlaku :

oo

o

uu

u

I I

I

I I

I

,2,1

,1

,2,1

,1


52/135

Proportionate Nontwisting Structures


53/135

Suatu struktur yang bersifat simetrik terhadap denah dan sumbu

pembebanan tidak mengalami twist. Dengan demikian, pada setiap lantai i,

total gaya geser luar Q i dan total momen luar M i akan didistribusikan

kepada masing-masing dinding sesuai dengan kekakuan lenturnya.

Besarnya gaya geser dan momen pada wall j dilantai i dapat dinyatakan

sebagai berikut:

Untuk struktur proportionate nontwisting seperti uraian tersebut di atas tidak


54/135

menimbulkan redistribusi geser dan momen pada setiap perubahan

lantai/tingkat serta tidak terjadi redistribusi gaya-gaya interaksi antar dinding-

dinding. Bentuk dari system struktur ini adalah yang paling sederhana karena

semua besaran proportional.

Proportionate Twisting Structures

Struktur yang tidak berada dalam kondisi simetris baik terhadap denah maupun

sumbu beban akan mengalami twist dan translasi. Dengan demikian, horizontal

displacement yang terjadi adalah merupakan kombinasi deformasi translasi

dan deformasi rotasi lantai terhadap titik pusat twist. Untuk jenis proportionate

structures titik pusat twist tadi jatuh berimpit dengan titik pusat kekakuan lentur

walls.


55/135

Letak titik pusat twist (center of twist) dapat ditulis sebagai berikut:


56/135

Dari kedua persamaan di atas terlihat bahwa komponen pertama dari ruas


57/135

Dari kedua persamaan di atas terlihat bahwa komponen pertama dari ruas

kanan persamaan tersebut menunjukan gaya geser dan momen akibat

translasi dan komponen kedua menunjukan akibat torsi dan struktur. C ji menunjukan jarak wall j pada lantai i dari shear center:

Untuk struktur yang proportionate dan memiliki walls saling tegak lurus atau

yang memiliki kekakuan dalam dua arah, titik pusat twist dapat ditulis sebagai

berikut :


58/135

Nonproportionate Nontwisting Strructures.

Sistem struktur yang nonproportionate dengan denah yang simetris dan

nontwisting structure seperti ditunukkan pada gambar berikut dapat dianalisa

menggunakan plane frame analysis program dengan cara

menggabungkan/menjejerkan semua dinding menjadi satu plane frame ekivalen.

Disini walls dimodelkan sebagai elemen kolom ekivalen dan semua kolom

ekivalen dan semua kolom ekivalen tadi dihubungkan dengan suatu batang axial

rigid links. Khusus untuk struktur yang simetris nontivisting, analisa dapat

dipersingkat bila analisa dilakukan terhadap separuh struktur sehingga beban

yang dikerjakan juga dapat diambil separuhnya.


59/135


60/135

Contoh Soal Diketahui suatu struktur bangunan bertingkat 20. Tinggi bangunan 20

@3.50m = 70m. Bangunan mengandung 5 shear wall yang terdiri dari 3 type

dan semuanya berada dalam posisi simetris. Bangunan mengalami beban

lateral merata sebesar 60 kN/m atau 30 kN/m-tinggi bangunan bila

dikerjakan pada separuh bangunan (karena simetris). Perubahan kekakuandari dinding terjadi pada lantai A dan B sehingga bangunan terbagi dalam 3

region seperti terlihat pada gambar. Seluruh bangunan memiliki Modulus

elastisitas E yang sama.


61/135

Ti j S h W ll 1 W ll 2 W ll 3 W1+W2+1/2W3

Berikut daftar bangunan:


62/135

Tinjau Separuh

Struktur

Wall 1 Wall 2 Wall 3 W1+W2+1/2W3

Inertia I 1(m 4) Inertia I 2(m4) Inertia I 3(m4) Ixi(m 4)

Top region

45.50m - 70.00m

8.533 2.083 13.023 23.639

Middle region

21.00m - 45.50m

12.800 3.125 13.023 28.948

Bottom region

0.00m - 21.00m

19.200 14.292 23.535 57.027


63/135

2. Tentukan selisih kekakuan relatif dalam arah vertical pada lantai yangberubah


64/135

Perhatikan wall-1 yang mengalami perubahan pada lantai A.

k A1 = 0.442 0.361 = 0.081

Perhatikan wall-1 yang mengalami perubahan pada lantai B

kB1 = 0.336 0.442 = - 0.106

Dengan cara yang sama dapat dihitung untuk parameter pada wall-2 dan wall-3.

3. Tentukan kekakuan relatif arah vertical pada perbatasan lantai yangberubah

Perhatikan wall-1 yang mengalami perubahan pada lantai A

p t A1 = - (8.533)/(8.533 + 12.800) = - 0.400

pb A1 = (12.800)/(8.533 + 12.800) = 0.600

Perhatikan wall-1 yang mengalami perubahan pada lantai B

p tB1 = - (12.800)/(12.800 + 19.200) = - 0.400

pbB1 = (19.200)/(12.800 + 19.200) = 0.600

Dengan cara yang sama dapat dihitung unyuk parameter pada wall-2 dan wall-3


65/135


66/135

B


67/135

M 30 (70 49) 2 / 2 6615 kN

6. Perhitungan momen luar M i akibat beban lateral pada setiap lantai i,yaituantara lain adalah :


68/135

Dengan cara yang sama dapat dihitung untuk lantai lainnya.

7. Perhitungan primary moments pada setiap wall j.

M A+1 = 30 (70 - 49) 2 / 2 = 6615 kNm.

M A = 30 (70 45.50) 2 / 2 = 9004 kNm.

M A-1 = 30 (70 42) 2 / 2 = 11760 kNm.

a. Untuk diatas dan dibawah level lantai yang berubah pada level x adalah :

Mtpxj = k txj Mx Mbpxj = k bxj Mx dan

Untuk perubahan pada lantai A pada wall-1 adalah :

MtpA1 = 0,361 x 9004 = 3250 kNmMbpA1 = 0,442 x 9004 = 3980 kNm

Dengan cara yang sama dapat dihitung pada perubahan lantai dan wall lainnya.

b. Untuk lantai i lainnya adalah :


69/135

Mpij = k ij Mi

Untuk lantai A+1 dan lantai A-1 dari wall-1 adalah :

MpA+1,1 = 0,361 x 6615 = 2388 kNmMpA-1,1 = 0,442 x 11760 = 5198 kNm

Dengan cara yang sama dapat dihitung untuk wall dan levellantai lainnya.

8. Tentukan secondary moments dari setiap wall j pada level-levelberikut :

a. Pada daerah perbatasan perubahan lantai x ditentukansebagai berikut :

Mtsxj =- txj Mx Mbsxj= - bxj Mx dan

Untuk wall-1 pada perubahan dilantai A adalah :

MtsA1 = - (-0,036) x 9004 = 324 kNmMb (0 045) 9004 405 kN


70/135

MbsA1 = - (0,045) x 9004 = -405 kNm

b. Pada dua level diatas dan dua level dibawah daerah perbatasanperubahan lantai x ditentukan sebagai berikut :

Ms,x+1j = -0,268 M tsxj Ms,x+2j = (-0,268) 2 Mtsxj

Untuk wall-1 pada satu level diatas dan dibawah perubahan dilantai A :Ms.A+1,1 = -0,268 x 324 = -87 kNmMs,A-1,1 = -0,268 x (-405) = 109 kNm

Untuk wall dan lantai lainnya dapat dihitung dengan cara yang sama.

9. Momen akhir diperoleh dengan menjumlahkan primary moment dansecondary momen yang bersangkutan.


71/135

a. Momen wall j pada perubahan lantai x ditentukan sebagai berikut :

Mtfxj = M tpxj + M tsxj

Sebagai kontrol harus dipenuhi :

Mbfxj = M bpxj + M bsxj

Momen wall-1 pada perubahan dilantai A adalah :

MtfA1 = 3250 + 324 = 3574 kNmMbfA1 = 3980 405 = 3575 kNm (OK)

Untuk wall dan perubahan lantai lainnya dapat dihitung dengan cara yang sama.

b. Pada intermediate floors i pada wall j ditentukan sebagai berikut :

M fij = M pij + M sij


72/135

Untuk wall-1 pada lantai A+1 :

MfA+1,1 = 2388 + (-0,268)(324) = 2301 kNm

Untuk wall dan lantai lainnya dapat dihitung dengan cara yang sama .

10. Perhitungan gaya geser dapat diperoleh dengan membagi momendengan tinggi tingkat yang bersangkutan.

Sebagai contoh, gaya geser pada wall-1 pada tingkat 14, yaitu antaralantai A dan lantai A+1 dapat dihitung sebagai berikut :

QA+1,1

= 1/I1

(MA,1

MA+1,1

) = 1/3. 50 (3574 2301) = 364 kNm.

MomWall 1 Wall 2 Wall 3

Tabel Momen Lentur pada Shear Wall (kNm)


73/135

Floor

Level

Mom

en

Luar

M i

Mom

en

prime

r M pij

Mom

en

secon

d M sij

Mom

en

final

M fij

Mom

en

prime

r M pij

Mom

en

secon

d M sij

Mom

en

final

M fij

Mom

en

prime

r M pij

Mom

en

secon

d M sij

Mom

en

final

M fij

A+1 6615 2388 -87 2301 582 -22 560 3645 +109 3754

A t 9004 3250 +324 3574 792 +81 873 4961 -405 4556

A b 9004 3980 -405 3575 972 -99 873 4052 +504 4556

A-1 11760 5198 +109 5307 1270 +27 1297 5292 -135 5157

B+1 31054 13726 +289 14015 3354 -289 3065 13974 0 13974

B t 36015 15919 -1080 14839 3890+108

04970 16207 0 16207

B b 36015 12101+273

714838 9040 -4070 4970 14874

+133

316207

B-1 41344 13892 -734 13158 10337+109

111468 17075 -357 16718

Base 73500 24696 0 24696 18448 0 18449 30356 0 30356

Nonproportionate Twisting Structures


74/135

Struktur yang memiliki denah yang asymmetric pada umumnya akanmengalami puntir bila mengalami pembebanan lateral. Kondisi yang demikian

menjadikan struktur yang rumit, sehingga sullit untuk mendapatkan hasil yang

benar tanpa bantuan komputer.

Walaupun demikian, pemanfaatan komputer belum tentu memberikan hasil

yang benar.

Kebenaran dan akurasi hanya dapat dicapai bila perencana dapat memilihasumsi dan model struktur yang tepat.

Analisa Coupled Shear Wall Structures

Coupled shear wall atau kadangkala disebut juga dengan istilah dinding berangkai

( i di j k d b b ik ) bil dih b k l h d l ( i d d


75/135

(seperti ditunjukan pada gambar berikut) bila dihubungkan oleh pendel (pin-ended

link) hanya dapat menyalurkan beban aksial antara dinding-dinding struktur sajadan mome-momen yang ditimbulkan hanya akan dipikul oleh masing-masing

individu dinding struktur yang besarnya sebanding dengan kekauan lenturnya.

Selanjutnya bila dinding-dinding tersebut dihubungkan oleh suatu connectingbeam yang kaku dimana ujung-ujung batang mempunyai kemampuan menahan

momen, maka momen-momen yang akan dipikul oleh dinding-dinding akan

berkurang dan besarnya tergantung pada kekakuan dari connecting beam yang

terpasang. Dengan demikian jelas kiranya bagaimana peranan connecting beampada coupled shear wall structures.


76/135

Gambar. Coupled shear wall


77/135

Continuous Medium Method Basic Equation

Untuk menjelaskan metoda ini, sebaiknya diperhatikan gambar berikut :


78/135

Penggunaan metoda ini didasarkan pada beberapa asumsi berikut :


79/135

1. Properties dari walls dan connecting beams tidak berubah untuk keseluruhan tinggi

bangunan serta memiliki tingkat tingkat yang konstan.

2. Hukum Plane section before bending remain plane after bending berlaku pada

semua elemen struktur.

3. Balok atap mempunyai kekakuan separuh dari balok tipikal.

4. Balok dianggap sangat kaku dalam arah axialnya (axially rigid)

5. Titik balik balok (point of contraflexure) dianggap berada pada tengah bentang.

Jika kita potong pada tengah laminase pada keseluruhan tinggi bangunan, maka

yang akibat beban lateral hanya akan dijumpai shear flow dengan intensitas q(z)


80/135

persatu-satuan tinggi pada laminase serta gaya axial dengan identitas n(z) persatu-

satuan tinggi bangunan pada laminase.

Gaya axial N yang bekerja pada wall tentunya merupakan integrasi dari shear flow pada laminase setinggi bangunan, sehingga dengan demikian dapat ditulis:

Akibat beban lateral akan menimbulkan berbagai deformasi sebagaiberikut:


81/135

1. Displacement akibat rotasi dari wall menimbulkan displacement 1, dimana :


82/135

2. Diceplacement akibat bending deformation pada connecting beammenimbulkan displacement 2, dimana:

3. Diceplacement akibat shearing deformation pada connecting beam menimbulkandisplacement 3, dimana:

Displacement akibat bending dan shearing selanjutnya dapat juga didapat dengan cara

mengganti kekakuan lentur connecting beam EI b dengan kekakuan lentur equivalen


83/135

EI c, dimana:

Koreksi ini biasa dilakukan bila ratio panjang terhadap tinggi balok kurangdari 5 yaitu dimana pengaruh geser mulai significant.

Untuk balok persegi, dengan demikian 2 + 3 dapat juga dinyatakan sebagai

berikut:

4. Displacement 4 yang merupakan relative displacement akibat pengaruhaxial deformation yang berbeda dari wall.


84/135

Relative displacement 4 pada level z dapat ditulis sebagai :

A1 dan A 2 adalah luas penampang dinding 1 dan dinding 2

5. Setiap deformation yang diakibatkan oleh fondasi baik berupa vertical atau

rational displacement akan mengakibatkan pergerakan seluruh ketinggian

dinding sebagai pergerakan suatu rigrid body.

Dengan asumsi bahwa relative vertical displacement y dan rotation 0 terjadi

bersamaan maka relative vertical displacement 5 dapat ditulis sebagai brkt:

5 = -y + l = b

Dalam keadaan sebenarnya pada original dedeflected structure garis titik balik (line

of contraflexure) dari cencting beam tidak terjadi relative vertical displacement,

dengan demikian berdasarkan kondisi dari vertical compatibility pada posisi


85/135

dengan demikian berdasarkan kondisi dari vertical compatibility pada posisi

tersebut maka harus dipenuhi: 1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 0

Untuk rigrid base b = 0

Selanjutnya tinjau momen-curvature dari coupled wall tersebut termasuk

pengaruh momen lawan akibat geser gaya axial pada connecting beamtersebut, maka diperoleh:

1. Gaya axial pada dinding


86/135

Hubungan antara Force factor F 1 dengan parameter z/H dan kH dapat dilihat

pada diagram berikut :

2. Gaya geser pada laminae

Gaya-gaya geser pada laminae q adalah sebagai berikut:


87/135

Hubungan antara Shear flow factor F 2 dengan parameter z/H dan kH

dapat dilihat pada diagram berikut:

3. Karena momen-momen adalah proportional terhadap kekakuannya, maka momenlentur pada setiap level pada wall -1 dan wall -2 adalah:


88/135

4. Deflection

Pada puncak bangunan dimana z/H, maximum deflection yang timbul adalah:


89/135

Hubungan antara Deflection factor F 3, k dan kH adalah sebagai berikut:

Bila diperhatikan, uraian di atas baru memperlihatkan sebagian besar pada struktur

laminae (equivalent continous system) dan belum menunjukan gaya-gaya batang

g gg h D g d iki t k d tk g g g


90/135

yang sesungguhnya. Dengan demikian untuk mendapatkan gaya-gaya yang

sesungguhnya masih perlu ditransformasikan lebih lanjut.

1. Gaya geser Q 1 pada setiap connecting beam I pada level z I , adalah:

momen lentur balok pada tepi dinding adalah Q 1 b/2

2. Gaya geser dinding

Ti j k i b d i l d i d l d k i


91/135

Tinjau keseimbangan dari elemen pada continuum model, dan untuk itu

perhatikan gambar di bawah ini:

M = Momen luar total


92/135

Setelah disubtitusikan dengan persamaan-persamaan sebelumnya maka diperoleh:

S 1=

,


93/135

S 2=

Jika wall-1 dan wall-2 sama maka diperoleh:

S 1 = S 2=

S 1(H) = S 2(H) = -

Q = -

dan

3. Stress distribution pada shear wall

Perhatiakan suatu pasangan dari suatu coupled shear wall seperti gambar berikut ini.


94/135

Stress distribution pada penampang terhadap momen lentur dinding M 1 dan

M2 serta gaya axial N adalah ditunjukkan pada gambar (b) sebagai berikut:

Dengan menyatakan tanda positif untuk tegangan tarik, maka tegangan

=

Untuk wall-2 dapat dilakukan dengan cara yang sama.


95/135

maksimum pada serat tepi luar wall-1 adalah:

A =

=

B =

=

Untuk wall-2 dapat dilakukan dengan cara yang sama.


96/135

Dengan demikian maka tegangan pada serat extreme dari wall-1 adalah:

A =

2


97/135

1002

222

2

K c A A I z H w

g B

Cara yang sama dapat dilakukan untuk wall-2.

2. Individual cantilever action gambar (d).Dengan asumsi bahwa kedua elemen didinding tersebut mengalami

deflection yang sama, maka momen yang dipikul oleh masing-masing elemen

dinding akan proportional terhadap second moment of area-nya. Momen total

yang dipikul oleh wall pada Individual cantilever action adalah :

21 21100 z H w K M Ind

Dengan demikian, momen lentur untuk masing-masing elemen wall-1 dan

wall-2 adalah sebagai berikut :


98/135

2111 21100/ z H w K M 2212 21100/ z H w K M

Tegangan-tegangan extreme pada serat tepi wall-1 adalah :

1002

1 112

1

11 K cc M z H w A

1002

1 122

1

21 K cc M z H w B

Cara yang sama dapat dilakukan untuk wall-2.

Dari persamaan tersebut diatas juga terlihat hubungan :

K K 21 100


99/135

Selanjutnya parameter k H ditentukkan sebagai berikut :

21

22

21

3

2

112

H AI h

H k

I A Ab I C


100/135

Concentrated load P pada puncak bangunan.

1. Gaya axial pada dinding.

1zPH


101/135

)(sinhcosh1

12 z H k H k H k H z

I k

PH N

2. Gaya geser pada laminae.

22

1

F I k P q

3. Momen dinding.

Momen dinding total adalah :

M = P ( H-z)

21 100 K K

Diagram untuk Shear flow factor 2 F ( z/H, kH ) dan Wall moment factor

1 K 2

K dan dapat dilihat pada diagram dibawah ini.


102/135


103/135

4. Deflection

Maximum lateral deflection H y pada puncak bangunan adalah :3 PH


104/135

33 F E Y H Diagram untuk top deflection factor 3 F ( k, kH ) dapat dilihat pada gambar dibawah ini

Triangularly distributed loading.

1. Gaya axial pada dinding.

)(sinh

/12/sinh z H k

H k H k H k


105/135

)/()(

1)/1(6/1)/1(2

1

)(cosh1

)(sinhcosh

232

2

2

2

2

H z H k

H z H z

z H k H k

H k H k

I k

PH N

2. Gaya geser pada laminae

22 F I k H

pQ

3. Momen dinding.Momen dinding total adalah :

M = 1/6 p ( H-z ) ( 2-z/H )

21 100 K K

2 F 1 K 2 K Diagram untuk Shear flow factor ( z/H, kH ) dan Wall moment factor dandapat dilihat pada gambar dibawah ini.

4. Deflection.

Maximum lateral deflectionH y pada puncak bangunan adalah :


106/135

H y

3

4

12011

F E

PH Y H

Diagram untuk top deflection factor 3 F ( kH ) dapat dilihat pada gambar dibawah ini.


107/135


108/135


109/135

1. Diagram alternative. Masih berdasarkan teori atau metoda yang sama, yaitu berdasarkan continuummodel dapat juga dipakai diagram alternative dalam bentuk yang agak berbedayang akan ditunjukkan dibawah ini, tetapi dengan notasi atau parameter yangsedikit berbeda


110/135

)()(

)()(

2.12.

2.11.1

1.11.

E E

E E

M I

M

M I I

I M


111/135

2.11.1 I I


112/135


113/135


114/135


115/135


116/135


117/135


118/135


119/135


120/135


121/135


122/135


123/135


124/135


125/135


126/135


127/135


128/135


129/135


130/135


131/135


132/135


133/135


134/135


135/135

3 Perencanaan Struktur Bangunan Tinggi

Documents

Transcript of 3 Perencanaan Struktur Bangunan Tinggi