BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR -...

BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR

ANALISIS STRUKTUR RANGKA RUANG ATAP VELODROME TENGGARONG, V - 1 KALIMANTAN TIMUR

BAB V

PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR

5.1 Pemodelan Struktur

5.1.1. Bentuk Struktur

Struktur velodrome terdiri dari tiga bagian, yakni atap utama pada bagian tengah

dengan bentang terpanjang 95 meter pada arah lebar velodrome kemudian atap depan dan

belakang yang memiliki bentang 69 meter. Struktur atap velodrome berbentuk lengkung

yang terdiri dari dua layer (bottom layer dan top layer) sehingga membentuk sistem space

truss (rangka ruang).

Gambar 5.1 Struktur Velodrome

5.1.2. Sistem Struktur

Sistem struktur rangka ruang atap velodrome mempunyai konfigurasi susunan

elemen batang dalam ruang, dimana sambungan atau titik pertemuan ujung-ujung

member dimodelkan dalam dua jenis model yakni rigid joint dan joint sendi. Hal ini

dilakukan untuk mengakomodasi perilaku sambungan yang digunakan yaitu APORA

bottle connector system yang memiliki karakter diantara sendi dan rigid joint.

Setiap batang berputar kaku dan berpindah akibat tiga perpindahan orthogonal

dikedua ujung. Sebagaimana rangka ruang yang pada model yang memiliki sifat

sambungan sendi hanya dapat menyalurkan gaya aksial. Dengan demikian, deformasi



aksial — perpendekan atau perpanjangan — merupakan satu-satunya deformasi yang

terjadi pada elemen. Translasi titik kumpul yang terjadi akibat deformasi aksial juga

merupakan satu-satunya derajat kebebasan elemen. Perputaran ujung batang relative

terhadap titik kumpul bukan besaran ‘independent’, sebab besaran dan arahnya ditetapkan

dari translasi.

5.1.3. Proses input gambar pada SAP2000

Pemodelan struktur digunakan untuk memudahkan penulis dalam proses analisis

struktur karena permasalahan struktur yang cukup kompleks. Pemodelan yang akan

dilakukan berupa mengimport gambar pada program SAP2000 dari autoCAD yang

diperoleh dari gambar kerja. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

Modifikasi gambar pada autoCAD

Gambar yang digunakan pada tugas akhir ini adalah gambar struktur

velodrome dengan atap bentuk pelengkung pada satu arah yang terdiri dari

tiga bagian. Rangka tersusun dengan sistem struktur rangka ruang. Gambar

yang diperoleh ini kemenudian dimodifikasi menjadi satu jenis layer (pada

autoCAD) yang kemudian disimpan dalam bentuk dxf-file.

Import model pada SAP2000 dari autoCAD

Setelah bentuk model struktur terbentuk, kemudian dilakukan proses

import model pada SAP2000 dari file yang sudah disimpan dalam bentuk

dxf-file.Setelah itu model dapat diimport di SAP2000 yang menampilkan

satu struktur utuh, kemudian ditambah tumpuan pada kolom-kolomnya.

Pemodelan Rigid Joint dan Joint sendi

� Pemodelan rigid joint dapat dilakukan dengan mengimport gambar

autoCAD seperti tertera diatas, dengan melakukan langkah tersebut

otomais struktur atap terbentuk dalam sistem sambungan yang rigid.

� Pemodelan struktur dengan joint sendi dapat dilakukan dengan

merelease momen di ujung-ujung batang sehingga terbentuk model

sendi pada sambungan antar batang.



Gambar 5.2 Tampak Atas Struktur



Gambar 5.3 Tampak Samping (kanan) Struktur



Gambar 5.4 Tampak Depan Struktur



Gambar 5.5 Tampak Perspektif Struktur



Hasil import gambar dari autoCAD

Gambar 5.6 Model struktur untuk rigid joint



Gambar 5.7 Model struktur untuk joint sendi (release moment)

5.2 Analisis Struktur

5.2.1. Analisis Pembebanan

Sebelum memasuki tahap analisis struktur, terlebih dahulu dilakukan perhitungan

analisis pembebanan sesuai dengan peraturan di Indonesia yakni PEDOMAN

PERENCANAAN PEMBEBANAN UNTUK RUMAH DAN GEDUNG, SKBI-1.3.53.1987 kecuali

point c,e, dan f

Beban-beban yang ditinjau berupa :

a. Beban mati struktur

b. Beban SIDL

c. Beban angin

d. Beban hujan

e. Beban gempa

f. Beban temperatur

a. Beban mati struktur

Untuk perhitungan beban mati struktur dapat langsung dilakukan secara otomatis

pada SAP2000 ketika kita melakukan proses running pada struktur yang sudah

ditentukan penampang untuk setiap membernya yang pada SAP2000 didefinisikan

sebagai dead load.

b. Beban angin

Konsep-konsep sederhana telah sering digunakan dalam memperhitungkan beban

hidup untuk disain structural. Namun, sekarang beban hidup pada bangunan seperti

angin mendapat perhatian untuk mendapatkan hasil analisis struktur yang sedapat

mungkin mendekati keadaan sebenarnya. Beban angin telah menjadi signifikan saat

ini karena semakin bertambahnya bangunan-bangunan tinggi. Angin memiliki efek

penting pada tiap aspek disain. Faktor lainnya juga berkontribusi sehingga beban

angin menjadi sangat penting dalam disain, diantaranya: atap ringan berslope landai,



konstruksi dinding dan kemunculan struktur khusus yang memiliki bentuk

aerodinamis.

Beberapa bangunan tinggi yang terletak di daerah yang memiliki kecepatan angin

tinggi harus diperhitungkan terhadap beban angin. Beban angin dapat menghancurkan

atap, atap dapat terhisap dan terkadang menerbangkangkan seluruh bagian atap. Hal

ini dan banyak masalah lainnya semakin menegaskan betapa pentingnya pemahaman

yang lebih jelas terhadap angin dan efeknya.

Dengan pendekatan lama yang disimplifikasi (seperti pada PBBI), hanya tekanan

lateral seragam pada sisi bangunan arah datangnya angin dan gaya hisap yang

digunakan sebagai total beban angin. Untuk bangunan yang berada di daerah dimana

kecepatan angin menentukan disain, analisis ini perlu dilakukan lebih akurat. Angin

tidak konstan terhadap waktu, sehingga tidak seragam pada setiap sisi dan biasanya

tidak menyebabkan tekanan positif. Pada kenyataannya, angin merupakan fenomena

yang kompleks karena adanya turbulent flow, yang berarti bahwa gerakan setiap

partikel angin sangat tak beraturan, sehingga hanya bisa diperkirakan secara statistik

baik kecepatan maupun arahnya.

Pada perencanaan velodrome ini , untuk pembebanan angin digunakan peraturan

pembebanan (American Society of Civil Engineers) ASCE 7-05 karena dirasa

peraturan pembebanan Indonesia kurang cocok untuk jenis struktur atap dengan

bentang yang panjang. Untuk itu perlu dilakukan analisis menggunakan peraturan

ASCE 7-05.

Suatu struktur dengan bentang panjang harus didisain untuk beban yang ada

ditentukan pada MWFRS(Main Wind-Force Resisting System), setiap member

penyusun rangka ruang harus didisain terhadap komponen atap dan beban cladding. Setiap komponen harus dirancang untuk tahan terhadap beban-beban angin yang ada

pada peraturan. Menghitung beban angin menjadi sangat penting dalam disain sistem

struktur yang tahan terhadap gaya angin, termasuk di dalamnya member struktur dan

komponen – komponen pelengkap struktur.



Tahapan – tahapan yang dilakukan dalam prosedur analisis adalah sebagai berikut :

1. Menentukan basic wind speed, V.

Basic wind speed, V merupakan kecepatan angin 50 tahunan. Kecepatan ini diperoleh

dari perhitungan secara statistik yaitu menggunakan distribusi normal berdasarkan data

angin 10 tahun Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG) di daerah Samarinda.

Tabel 5.1 Data angin per10 tahun

Thn (x) (x-_

x )2

1989 89.00 139.24

1990 81.00 14.44

1991 76.00 1.44

1992 82.00 23.04

1993 73.00 17.64

1994 68.00 84.64

1995 71.00 38.44

1996 75.00 4.84

1997 72.00 27.04

1998 85.00 60.84

Σ 772 411.6

Setelah mendapatkan nilai standar deviasi, kemudian dihitung probabilitas

keterjadiannya seperti tercantum pada table berikut ini.

T Ktr Xtr

2 0 77.2

5 0.84 82.5

10 1.28 85.3

25 1.75 88.3

50 2.05 90.2

T adalah perioda ulang dan Ktr merupakan nilai yang didapat dari table distribusi

normal untuk T yang bersesuaian.

Xtr = X +Ktr. xS , sehingga untuk perioda perioda ulang 50 tahun:

2.7710

772 ==X

34.6110

6.411

1

)(1

2

=−

=−

−=∑

=

N

XXS

N

ii

x



X50=77.2+2.05*6.34 =90.2 km/jam.

Maka Basic wind speed, V yang digunakan adalah sebesar 90.2 km/jam.

2. Menentukan Importance factor, I

Tabel 5.2 Kategori bangunan berdasarkan ASCE 7-05

Occupancy

Category

I• Agricultural facilities

• Certain temporary facilities

• Minor storage facilities

IIIII

Buildings and other structures that represent a substantial hazard to human life in the event of failure, including, but not limited to:

• Buildings and other structures where more than 300 people congregate in one area

• Buildings and other structures with daycare facilities with a capacity greater than 150

• Buildings and other structures with elementary school or secondary school facilities with a capacity greater than 250

• Buildings and other structures with a capacity greater than 500 for colleges or adult education facilities

• Health care facilities with a capacity of 50 or more resident patients, but not having surgery or emergency treatment facilities

• Jails and detention facilities

Buildings and other structures, not included in Occupancy Category IV, with potential to cause a substantial economic impact and/or mass

disruption of day-to-day civilian life in the event of failure, including, but not limited to:

• Power generating stationsa

• Water treatment facilities

• Sewage treatment facilities

• Telecommunication centers

Buildings and other structures not included in Occupancy Category IV (including, but not limited to, facilities that manufacture, process,

handle, store, use, or dispose of such substances as hazardous fuels, hazardous chemicals, hazardous waste, or explosives) containing

sufficient quantities of toxic or explosive substances to be dangerous to the public if released.

Buildings and other structures containing toxic or explosive substances shall be eligible for classification as Occupancy Category II

structures if it can be demonstrated to the satisfaction of the authority having jurisdiction by a hazard assessment as described in

Section 1.5.2 that a release of the toxic or explosive substances does not pose a threat to the public.

Buildings and other structures designated as essential facilities, including, but not limited to: IV• Hospitals and other health care facilities having surgery or emergency treatment facilities

• Fire, rescue, ambulance, and police stations and emergency vehicle garages

• Designated earthquake, hurricane, or other emergency shelters

• Designated emergency preparedness, communication, and operation centers and other facilities required for emergency response

• Power generating stations and other public utility facilities required in an emergency

• Ancillary structures (including, but not limited to, communication towers, fuel storage tanks, cooling towers, electrical substation

structures, fire water storage tanks or other structures housing or supporting water, or other fire-suppression material or equipment)

required for operation of Occupancy Category IV structures during an emergency

• Aviation control towers, air traffic control centers, and emergency aircraft hangars

• Water storage facilities and pump structures required to maintain water pressure for fire suppression

• Buildings and other structures having critical national defense functions

Buildings and other structures (including, but not limited to, facilities that manufacture, process, handle, store, use, or dispose of such

substances as hazardous fuels, hazardous chemicals, or hazardous waste) containing highly toxic substances where the quantity of the

material exceeds a threshold quantity established by the authority having jurisdiction.

Buildings and other structures containing highly toxic substances shall be eligible for classification as Occupancy Category II structures if

it can be demonstrated to the satisfaction of the authority having jurisdiction by a hazard assessment as described in Section 1.5.2 that a

release of the highly toxic substances does not pose a threat to the public. This reduced classification shall not be permitted if the buildingsor other structures also function as essential facilities.

Cogeneration power plants that do not supply power on the national grid shall be designated Occupancy Category II.

All buildings and other structures except those listed in Occupancy Categories I, III, and IV II

OCCUPANCY CATEGORY OF BUILDINGS AND OTHER STRUCTURES FOR FLOOD, WIND, SNOW, EARTHQUAKE,

AND ICE LOADS

Nature of Occupancy

Buildings and other structures that represent a low hazard to human life in the event of failure, including, but not limited to:

Tabel 5.3 Nilai faktor kepentingan



Berdasarkan dua table di atas maka dapat ditentukan bangunan termasuk ke dalam

kategori II dengan importance factor, I=1.00

3. Menentukan wind direction factor, Kd yang diambil dari ASCE 7 sub-bab 6.5.4

Tabel 5.4 Nilai direction factor

Dari table diatas diperoleh besar Kd = 0.85 (untuk arched roofs maupun wall).

4. Menentukan exposure category :

Exposure B : pemukiman, hutan

Exposure C : pedesaan terbuka, peternakan, padang rumput

Exposure D : pantai

Tempat pendirian velodrome masuk ke dalam daerah ber-Exposure B (pemukiman).

Untuk lebih jelasnya mengenai tampak daerah Tenggarong dapat dilihat pada gambar

berikut ini yang diperoleh melalui foto satelit oleh google earth.



Gambar 5.8 Peta Kalimatan

Gambar 5.9 Peta Tenggarong



5. Menentukan Velocity Pressure Exposure coefficient,Kz :

Menentukan tinggi rata-rata atap, h :

hutama= 7.1 + (10.485+5.773)/2 = 15.214 m, = 0.6 h = 9.13 m

hkamopi=7.1 + 2.8625 = 9.986 m =0.6 h = 5.99 m

untuk z < diambil z = h.

Tabel 5.5 Nilai Kz didasarkan pada table 6-3 ASCE.

_

z_z

_

z



Sehingga didapatkan nilai nilai kofisien di tiap join pada elevasi tertentu sebagai berikut

Tabel 5.6 Nilai-nilai kofisien di tiap join pada elevasi tertentu

Kz or Kh

utama kanopi wall

z (m) Kz z (m) Kz Kz

8.81 0.70 9.72 0.71 0.70

11.60 0.75 11.28 0.74

14.31 0.80 13.18 0.78

16.68 0.83 14.75 0.80

18.78 0.86 15.97 0.82

20.35 0.88 16.85 0.83

21.65 0.90 17.38 0.84

22.58 0.91 17.56 0.84

23.14 0.91

23.33 0.92

6. Menentukan Topographic Factor, Kzt :

Kzt = ( a + K1+K2+K3)2

Jika kondisi dan lokasi struktur tidak sesuai dengan kondisi yang dijelaskan pada ASCE

bagian 6.5.7.1 karena topografi berupa dataran bukan perbukitan maka nilai Kzt = 1

7. Menentukan Gust Factor, G:

( )

++

=ZV

ZQ

Ig

QIgG

..7,11

...7.116/1

_

10

=

zcIZ

63.0

63.01

1

++

=

ZL

hBQ

_

10

_ ∈

= z

lLZ



Nilai c ,l, dan diperoleh dari ASCE tabel 6-2 sedangkan besar gQ dan qV

diambil sebesar 3,4

Tabel 5.7 Nilai-nilai kofisien pada masing-masing exposure

Dari table di atas maka diperoleh nilai c = 0.3, zmin=9.14 h = 14

= 1/3 dan l = 97.54 m.

Sehingga

Diletahui pula Butama= 84 dan Bkanopi=23, maka didapat:

_

z_

∈

_

∈

9514.9

145.97

3/1

=

=ZL

78.0

109

849563.01

163.0 =

++=Qutama

304.014.9

103.0

6/1

=

=ZI

( )794.0

..7,11

...7.11=

++

=ZV

ZQ

Ig

QIgGutama

87.0

109

239563.01

163.0

=

++=Qkanopi

( )847.0

..7,11

...7.11=

++

=ZV

ZQ

Ig

QIgGkanopi



6. Menentukan internal pressure coefficient, Gcpi

Gcpi didapatkan berdasarkan enclosure bangunan. Dalam hal ini bangunan termasuk

enclosed building.

Tabel 5.8 Klasifikasi Enclosure

Dari table di atas untuk enclosed building yaitu sebesar ±0.18.

7. Menentukan External pressure coefficient, Cp

Untuk atap lengkung koefisien menggunakan fig 6-8 ASCE dimana ditentukan

berdasarkan rasio tinggi-bentang. Untuk atap utama t=16.23, B=95 sedangkan atap

kanopi t=10.5, B=69.

Tabel 5.9 External pressure coefficient untuk atap

sementara untuk dinding dapat digunakan fig 6-6 dengan L=95, B=78 (utama) dan L=69,

B=12 untuk kanopi



Tabel 5.10 External pressure coefficient untuk dinding

Sehingga didapatkan External pressure coefficient, Cp, pada table berikut ini.

Cp

Roof utama -0.9 -0.87 -0.5

Roof kanopi -0.9 -0.85 -0.5

wall utama 0.8 -0.46

wall kanopi 0.8 -0.2

8. Menentukan Velocity pressure, qz dan qh

qz = 0.613.Kz.Kd.Kzt.V2.I (N/m2), V(m/s)

Maka didapatkan qh = 228.93 N/m2 dan nilai q terhadap ketinggian (qz) sebagai

berikut.:

Tabel 5.11 Velocity pressure

qz

utama kanopi wall

z (m) qz z (m) qz qz

8.81 228.93 9.72 233.18 175.06

11.60 245.24 11.28 243.30

14.31 260.40 13.18 254.37

16.68 272.04 14.75 262.66

18.78 281.42 15.97 268.71

20.35 287.97 16.85 272.84

21.65 293.10 17.38 275.26

22.58 296.65 17.56 276.06

23.14 298.73

23.33 299.42



9. Menentukan Design wind load, F

Beban angin disain menggunakan persamaan F = qGCp – qi(GCpi) (N/m2), sehingga

didapatkan nilai beban angin desain seperti pada table di bawah ini.

Tabel 5.12 Beban angin

p or F (N/m2)

utama kanopi wall u wall k

1 -204.90 118.72 118.72

2 -216.57

3 -227.41 -219.10

4 -235.72 -226.82

5 -242.43 -235.27

6 -240.26 -241.59

7 -243.80 -234.82

8 -246.25 -237.80

9 -247.69 -239.54

10 -248.17 -240.12

10 -199.44 -206.16

11 -199.44 -206.16

12 -199.44 -206.16

13 -199.44 -206.16

14 -199.44 -138.24

15 -132.15 -138.24

16 -132.15 -138.24

17 -132.15 -138.24

18 -132.15

19 -132.15 -68.26 -29.68



c. Beban hujan

Gambar 5.11 Penomoran joint pada tampak depan atap

Beban terbagi rata per m2 bidang datar berasal dari beban hujan sebesar (40 -

0,8α) kg/m2 dimana α adalah sudut kemiringan atap dalam derajat, dengan ketentuan

bahwa beban tersebut tidak perlu diambil lebih besar dari 20 kg/m2 dan tidak perlu

ditinjau bila kemiringan atapnya adalah lebih besar dari 50o.

Tabel 5.12 Beban hujan pada atap utama

No. Sudut, α Area, m2 hujan, kg/m2 beban hujan, kg

Titik derajat tengah pinggir tengah pinggir tengah pinggir

1 30 18.201 9.1005 16 20 291 182

2 26 36.402 18.201 19 11 699 198

3 23 36.402 18.201 20 20 728 364

4 19 36.402 18.201 20 20 728 364

5 16 36.402 18.201 20 20 728 364

6 12 36.402 18.201 20 20 728 364

7 9 36.402 18.201 20 20 728 364

8 5 36.402 18.201 20 20 728 364

9 2 36.402 18.201 20 20 728 364

10 0 36.402 18.201 20 20 728 364

11 2 36.402 18.201 20 20 728 364

12 5 36.402 18.201 20 20 728 364

13 9 36.402 18.201 20 20 728 364

14 12 36.402 18.201 20 20 728 364

15 16 36.402 18.201 20 20 728 364

16 19 36.402 18.201 20 20 728 364

17 23 36.402 18.201 20 20 728 364

18 26 36.402 18.201 19 11 699 198

19 30 18.201 9.1005 16 20 291 182



Tabel 5.13 Beban hujan pada kanopi

No. Sudut, α Area, m2 hujan, kg/m2 beban hujan, kg

Titik derajat tengah pinggir tengah pinggir tengah pinggir

3 23 36.402 18.201 20 20 728 364

4 19 36.402 18.201 20 20 728 364

5 16 36.402 18.201 20 20 728 364

6 12 36.402 18.201 20 20 728 364

7 9 36.402 18.201 20 20 728 364

8 5 36.402 18.201 20 20 728 364

9 2 36.402 18.201 20 20 728 364

10 0 36.402 18.201 20 20 728 364

11 2 36.402 18.201 20 20 728 364

12 5 36.402 18.201 20 20 728 364

13 9 36.402 18.201 20 20 728 364

14 12 36.402 18.201 20 20 728 364

15 16 36.402 18.201 20 20 728 364

16 19 36.402 18.201 20 20 728 364

17 23 36.402 18.201 20 20 728 364

d. Beban SIDL

Beban yang dimasukan untuk perhitungan beban Super Imposed Dead Load (SIDL)

meliputi :

• Berat penutup atap = 30 kg/m2

• Talang = 80 kg/m

• Lampu = 50 kg/joint

• Penangkal petir = 70 kg/joint

e. Beban gempa

Beban gempa direncanakan berdasarkan daerah gempa rencana di Tenggarong –

Kalimantan Timur yakni gempa zona 2. Mengenai ketentuan tentang besaran gempa pada

zona 2 mengikuti pedoman yang terdapat pada SNI 03-1726-2002. Proses perhitungan

bebanan gempa pada analisis dilakukan langsung melalui software SAP2000 dengan

mengacu pada peraturan UBC 97 untuk seismic load.



Define Response Spectrum Functions

Define Response Spectrum Functions dilakukan dengan mendefenisikan fungsi ke

program dengan input Ca dan Cv sesuai dengan wilayah gempa lokasi, yaitu wilayah

gempa 2 dengan kondisi tanah lunak. Keterangan : Ca = 0.23 dan Cv = 0.58

Gambar 5.12 Response spectrum gempa rencana

Gambar 5.13 Wilayah gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun



Gambar 5.14 Response Spectrum yang diplot pada SAP2000

f. Beban temperatur

Beban temperature yang diambil diperoleh dari perbedaan temperatur atmosfir dari

temperatur ruangan. Pada peraturan muatan Indonesia besar beban temperature di

Indonesia ditetapkan sebesar ±10oC (PMI 1970 pasal 6.2).

Berikut Beban-beban statik yang diassign pada SAP2000



KOMBINASI PEMBEBANAN

COMB 1) 1.4 (D+SIDL) COMB 2) 1.2 (D+SIDL) + 1.6 LL COMB 3) 0.9 (D+SIDL) + 1.3 W COMB 4) 0.9 (D+SIDL) - 1.3 W COMB 5) 0.9 (D+SIDL) + 1.3 W2 COMB 6) 0.9 (D+SIDL) - 1.3 W2 COMB 7) 1.2 (D+SIDL) + 1.3 W COMB 8) 1.2 (D+SIDL) - 1.3 W COMB 9) 1.2 (D+SIDL) + 1.3 W2 COMB 10) 1.2 (D+SIDL) - 1.3 W2 COMB 11) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + 1.3 W COMB 12) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - 1.3 W COMB 13) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + 1.3 W2 COMB 14) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - 1.3 W2 COMB 15) 0.9 (D+SIDL) + Ex COMB 16) 0.9 (D+SIDL) - Ex COMB 17) 0.9 (D+SIDL) + Ey COMB 18) 0.9 (D+SIDL) - Ey COMB 19) 1.2 (D+SIDL) + Ex COMB 20) 1.2 (D+SIDL) - Ex COMB 21) 1.2 (D+SIDL) + Ey COMB 22) 1.2 (D+SIDL) - Ey COMB 23) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + Ex COMB 24) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - Ex COMB 25) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L + Ey COMB 26) 1.2 (D+SIDL) + 0.5 L - Ey COMB 27) 1 D + T COMB 28) 1 D – T

5.2.2. Output Analisis Struktur Pada SAP2000

Untuk membandingkan pemodelan struktur untuk rigid joint terhadap joint sendi

dapat dilkukan perbandingan gaya-gaya dalam yang dihasilkan melalui hasil running pada

SAP2000. Output dari proses ini akan dihasilkan berupa gaya-gaya dalam yang terjadi

pada tiap member, berikut diagram gaya dalam axial pada dua permodelan tersebut

sebagai perbandingan.



a. Output pada rigid joint

Gambar 5.15 Diagram Gaya Dalam Axial akibat COMB3 (rigid joint)

Tabel 5.14 Output gaya dalam beberapa batang pada struktur model rigid joint

FRAME COMB

PU MU2 MU3

LABEL ton ton-m ton-m

3909 COMB3 6.1846 -0.00215 -0.05964

3981 COMB3 6.4302 -0.00143 -0.041

4023 COMB3 6.7611 0.0001 0.10435

5842 COMB3 4.1879 0.00221 -0.03806

5861 COMB3 5.4413 -0.00566 -0.04505

5928 COMB3 7.6528 -0.01356 0.03931

6113 COMB3 -2.1601 -0.0092 -0.00332

6477 COMB3 6.5053 -0.00665 -0.06039

6508 COMB3 8.1506 0.01454 0.03978

6628 COMB3 4.5922 -0.00228 -0.03923



b. Output pada joint sendi

Gambar 5.16 Diagram Gaya Dalam Axial akibat COMB3 (joint sendi)

Tabel 5.15 Output gaya dalam beberapa batang pada struktur model joint sendi

FRAME COMB

PU MU2 MU3

LABEL ton ton-m ton-m

3909 COMB3 6.1874 0 0.08174

3981 COMB3 6.428 0 0.06702

4023 COMB3 6.732 0 0.06702

5842 COMB3 4.1815 0 0.0552

5861 COMB3 5.4278 0 0.1233

5928 COMB3 7.6613 0 0.05599

6113 COMB3 -2.1749 0 0.00312

6477 COMB3 6.4906 0 0.05599

6508 COMB3 8.1852 0 0.05599

6628 COMB3 4.5848 0 0.0552

Dari dua hasil output gaya dalam dari dua model joint di atas terdapat hampir

kemiripan dari hasil keluaran gaya-gaya dalam yang dihasilkan. Sehingga untuk

melakukan disain diambil keputusan untuk menggunakan model joint sendi karena pada

disain mengunakan sambungan baut yang britel sehingga sangat dihindari terjadinya

momen yang besar pada joint.



5.2.3. Disain Member

Grade pipa baja yang umum ada di Indonesia

STK400

fy = 235 MPa

E = 200.000 MPa

Tabel 5.17 Standart ukuran pipa baja Medium yang ada dipasaran

Japan F yield

Size STK400

235

N/mm2

Code profil OD (mm) t (mm)

STKD42 1.25" 42.7 2.8

STKD48 1.5" 48.6 2.8

STKD60 2" 60.5 3.2

STKD76 2.5" 76.3 3.2

STKD89 3" 89.1 3.2

STKD114 4" 114.3 3.6

STKD139 5" 139.8 4.5

STKD165 6" 165.2 5.0

STKD190 7" 190.7 5.0

STKD216 8" 216.3 6.0

STKD267 10" 267.4 8.0



Atap velodrome ini terdiri dari 3152 member dan 817 join. Penulis menekankan

tinjauan analisis pada rangka atap sehingga kontribusi yang diperlukan dari pilar

dibutuhkan untuk menambah kekakuan struktur saja.

Pada table berikut akan ditampilkan contoh steel disain untuk beberapa member

Tabel 5.18 Hasil disain penampang terhadap gaya dalam untuk beberapa member

TABLE: Steel Design 2 - PMM Details - AISC-LRFD99

Frame DesignSect Combo Length Pu PhiPnc MuMajor PhiMnMaj P Mmaj Total

label m ton ton ton-m ton-m Ratio Ratio Ratio

3909 STKD165 COMB14 6.067 -17.927 28.950 0.109 2.768 0.619 0.039 0.659

3981 STKD165 COMB14 5.851 -20.246 30.128 0.089 2.768 0.672 0.032 0.704

4023 STKD165 COMB12 5.851 -20.818 30.128 0.089 2.768 0.691 0.032 0.723

5842 STKD139 COMB14 5.718 -10.041 19.126 0.074 1.777 0.525 0.041 0.566

5861 STKD165 COMB14 7.568 -13.884 21.071 0.164 2.768 0.659 0.059 0.718

5928 STKD165 COMB12 5.198 -22.677 33.701 0.075 2.768 0.673 0.027 0.700

6113 STKD89 COMB3 5.774 -2.157 3.588 0.003 0.509 0.601 0.006 0.607

6477 STKD165 COMB14 5.198 -23.494 33.701 0.075 2.768 0.697 0.027 0.724

6508 STKD165 COMB12 5.198 -23.329 33.701 0.075 2.768 0.692 0.027 0.719

6628 STKD139 COMB14 5.718 -10.407 19.126 0.074 1.777 0.544 0.041 0.586

5.2.4. Defleksi Maksimum

Salah satu cara untuk meminimalisasi momen pada join ialah dengan membatasi

defleksi maksimumnya. Berikut ini tabel defleksi defleksi maksimum yang terjadi akibat

kombinasi pembebanan yang terjadi

Tabel 5.19 Defleksi maksimum pada struktur

U1 U2 U3 R1 R2 R3 Lendutan ijin

(m) (m) (m) rad rad rad L/360

KANOPI DEPAN 7495 0.001161 -0.00855 -0.05214 0.000543 0.000039 0.000045 0.192 OK

PINGGIR ATAP UTAMA(DEPAN) 6767 -0.001145 0.005582 -0.02919 0.000282 -0.0003 -9.5E-06 0.264 OK

PINGGIR ATAP UTAMA(TENGAH) 6982 0.002994 0.000143 -0.06357 -1.5E-06 -0.00004 -2.3E-06 0.233 OK

PINGGIR ATAP UTAMA(BELAKANG) 7207 0.00341 -0.00453 -0.00675 -0.00031 -0.00076 -7.2E-05 0.264 OK

KANOPI BELAKANG 7663 0.001292 0.008375 -0.05262 -0.00055 -3.9E-05 -4.2E-05 0.192 OK

POSISI(BAG TENGAH) CEKLABEL JOINT

Dapat terlihat bahwa defleksi maksimum terjadi pada join 6982. Hal ini dapat

terjadi karena beban angin maksimum bekerja pada tengah bentang atap utama.



5.2.5. Perhitungan berat struktur

Perhitungan berat sruktur merupakan tahapan penting dalam proses pembangunan

suatu struktur bangunan. Hal ini menjadi penting untuk memperkirakan biaya yang akan

dikeluarkan untuk membiayai pembelian material pada pelaksanaan konstruksi. Pada

tahapan ini penulis memberikan gambaran mengenai quantity take off material yang

dibutuhkan yakni jumlah member penyusun rangka ruang.

Tabel 5.20 Jumlah material yang dibutuhkan untuk elemen penyusun rangka ruang

Profil Diameter tebal Panjang Qty Berat/btg total

(mm) (mm) (m) (ton) (ton) STKD89 88.9 3 3 8 0.021 0.17 3.5 8 0.034 0.27

4 86 0.035 3.01

4.5 64 0.034 2.18

5 96 0.036 3.46

5.5 1156 0.039 45.08 6 626 0.044 27.54 7.8 14 0.054 0.76 STKD139 139.8 4.5 3.8 28 0.058 1.62 5 46 0.076 3.50

5.5 245 0.086 21.07

6 521 0.090 46.89 7 7 0.101 0.71 7.5 8 0.106 0.85 STKD165 165.2 5 5.5 21 0.109 2.28 6 185 0.120 22.16 STKD190 190.7 5 5.5 9 0.119 1.07 6 20 0.134 2.68 7.8 4 0.173 0.69

Jumlah 3152 186

Jumlah connector set = 6292

Berat total connector set = 27 ton

Jumlah node = 817

Berat total node = 19 ton

Jadi berat total struktur atap = 186+27+19 = 232 ton , Luas Area = 11568 m2

Sehingga berat struktur atap per meter persegi = 20.06 kg



5.3 Analisis dan Pembahasan

5.3.1 Analisis Penampang (Faktor Reduksi)

Peraturan yang digunakan dalam disain, yaitu LRFD masih mendisain

menggunakan faktor reduksi kekuatan nominal, Ø, berdasarkan penampang elemen yang

prismatis, yaitu penampang yang memiliki karakteristik bahan, seperti dimensi, luas

penampang, maupun material bahan yang sama atau identik sepanjang bentang, dari satu

node ke node lainnya.

Pada kenyataannya, member yang kami gunakan pada disain space truss untuk

sepanjang bentang, yaitu dari satu node ke node lainnya, tidaklah prismatis melainkan

berubah pada ujung bentang, sesuai dengan bentuk konektor maupun node yang

berbentuk masing-masing botol dan bola (bottle connector dan ball joint).

Gambar 5.17 Member pada disain (a) Member Sebenarnya (b)

Pada saat running di program SAP2000, disain penampang yang di-run akan

dianggap prismatis, seperti pada gambar 5.17(a). Pada saat kondisi demikian, ujung dari

member dianggap memiliki bentuk penampang dan mutu yang sama. Namun pada

kenyataannya, seperti terlihat pada gambar 5.17(b). Bottle connector dan node memiliki

luas penampang yang lebih besar karena bentuknya yang masif, tidak seperti member

yang berupa hollow. Selain itu, pada ujung member sebenarnya memiliki mutu bahan

yang lebih besar karena memang konektor dan node didisain menggunakan bahan dengan

mutu yang lebih besar daripada membernya. Untuk itu, faktor reduksi yang sebenarnya



diberlakukan terhadap nominal bahan seharusnya lebih kecil (pengurang kekuatannya

lebih kecil) atau dalam hal ini Ø>0,85.

Untuk itu, dapat kita simpulkan bahwa penggunaan factor reduksi pada kode

masih dapat dilakukan karena kita tidak dapat menentukan secara pasti besaran factor

reduksi mengingat tidak ada kode yang mengatur mengenai hal tersebut. Selain itu, factor

reduksi riil yang terjadi pada kenyataannya akan lebih kecil sehingga masih lebih

konservatif untuk menggunakan faktor reduksi untuk elemen prismatik seperti yang

tercantum dalam kode.

5.3.2 Analisis Pemodelan kolom

Sesuai dengan keadaan sebenarnya pada disain superstructure yang kami dapatkan

datanya, kolom yang digunakan sebagai support space truss utama yaitu berukuran

1200x800 mm. Sementara kolom yang digunakan untuk atap kanopi yaitu 1200x800 serta

kolom bulat dengan diameter 600 mm. Selain itu terdapat pula pemodelan balok pada

kolom kanopi yaitu digunakan balok 600X300.

Pada kenyataannya, untuk bagian kolom utama yang mentransfer beban dari truss

ke pondasi terdapat tribun penonton pada bagian dalam stadion. Namun, hal ini kami

tidak perhitungkan karena kami asumsikan bahwa keberadaannya dapat memperkaku

kolom.

Pembebanan yang terjadi pada atap lengkung akan mengakibatkan reaksi

horizontal ke arah luar sehingga penulangan terbesar (tulangan tarik) akan terjadi pada

bagian dalam kolom karena kolom akan cenderung melenting cekung ke luar.



5.3.3 Analisis Hasil Disain

Hasil disain memperlihatkan bahwa member-member dengan dimensi tertentu

berada pada posisi yang relative sama. Pembagian ukuran tipe member dapat terlihat pada

gambar berikut ini.

Gambar 5.18 Pembagian member atap tampak samping (x-z)



Gambar 5.19 Pembagian member atap tampak atas (x-y)

Warna putih menunjukan member STKD 89, biru muda STKD 139, merah muda

STKD 165, dan biru tua member STKD 190. Dari gambar di atas dapat terlihat bahwa

member yang berdimensi besar berada di bagian tengah atap utama, member menuju

perletakan, serta member di ujung kanopi. Hal ini dapat terjadi karena member dekat

perletakan merupakan member terakhir yang menyalurkan beban sehingga akumulasi

gaya-gaya akan menjadi paling besar dibandingkan dengan pada bagian lainnya. Untuk

member-member yang berada di bagian tengah bentang, layaknya sebuah struktur di atas

dua tumpuan, pada bagian tengah terjadi gaya aksial paling besar sehingga member yang

digunakan merupakan member dengan dimensi paling besar. Untuk bagian kanopi, pada

bagian kantilever akan memikul beban dan gaya-gaya dalam yang terjadi paling besar

sehingga penggunaan member berdimensi besar akan terjadi pada bagian kantilever ini.

5.3.4 Analisis Perbandingan dengan Baja Konvensional

Asumsi penggunaan baja konvensional sebagai atap pada industri konstruksi pada

umumnya berkisar antara 25-35 kg/m2. Kami mengambil nilai tengah, sehingga asumsi

bahwa penggunaan baja konvensional akan menghasilkan berat 30 kg/m2, maka dapat kita

bandingkan antara penggunaan baja konvensional dengan penggunaan space truss.

Seperti telah diperhitungkan sebelumnya, hasil disain space truss yang kami

lakukan menghasilkan berat 20.06 kg/m2. Sehingga efisiensi yang didapatkan:

ŋ = (30-20.06)/30 X 100%

= 33 %

Dapat disimpulkan bahwa penggunaan space truss akan menghemat hingga 33%

dibandingkan dengan penggunaan baja konvensional. Selain dari segi biaya, penggunaan

space truss dalam konstruksi atap juga memudahkan pemasangan di lapangan terutama

pada sambungan yang relatif lebih mudah untuk dilakukan pemasangannya daripada baja

konvensional.

BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR -...

Documents

Transcript of BAB V PEMODELAN DAN ANALISIS STRUKTUR -...