Webinar SNI 2847-2019 PUPR, Bandung, 26-27 Oktober 2021 Perencanaan Diafragma Struktural By Dr. Nathan Madutujuh Komda HAKI Jabar About the author - Lahir di Alor, NTT, 1965 - S1 Unpar, M.Sc. (Virginia Tech), S3 (Unpar) - Director of ESRC, Bandung, Indonesia - Director of PT Anugrah Multi Cipta Karya – Engineering Consultant, Bandung - Lecturer at FT Sipil Pasca Sarjana UNPAR - Anggota Tim beberapa SNI Struktur Baja dan Beton - Anggota Tim Pengembangan Aplikasi RSA2021 - Research and Development for Engineering Software for Civil Engineering and Prefabricated Materials - Website: www.ptamck.com, www.esrcen.com - E-mail: esrc.nathanm7@gmail.com - Youtube: esrc sanspro Diafragma Definisi Diafragma (R.12.1.1,Ps. D18:2) Komponen struktur bidang pad arah horizontal atau vertikal yang berfungsi menyalurkan gaya gempa lateral kepada komponen struktur penahan beban lateral Contoh : pelat lantai beton (diafragma horizontal) dinding besmen beton (diafragma vertikal) Apa yang perlu didisain : Tulangan tambahan pada pelat diafragma, kord dan balok kolektor terhadap gaya diafragma akibat beban lateral Ps. 18 Disain Diafragma untuk seismik KDS D,E,F Disain untuk Structural Integrity 1. Menggunakan dimensi tipikal yang cukup 2. Menggunakan Sistem struktur lantai yang baik 3. Menggunakan Sistem struktur lateral yang baik 4. Menggunakan Layout struktur yang baik 5. Menggunakan bahan yang kekuatannya cukup 6. Menggunakan sistem pondasi yang sesuai 7. Menggunakan pendetailan yang baik Dsb. Design for Structural Integrity Horizontal Irregularity Solusi untuk Horizontal Irregularity 1. Pembatasan Ketinggian maksimum 2. Perbesaran gaya diafragma 1.25x 3. Perkuatan daerah Re-entrant corner 4. Perkuatan Chord dan Collector 5. Sambungan pada area transfer gaya geser Design for Structural Integrity Re-entrant Corner Definisi Diafragma (R.12.1.1) Komponen struktur bidang pada arah horizontal atau vertikal yang berfungsi menyalurkan gaya gempa lateral kepada komponen struktur penahan beban lateral Contoh : pelat lantai beton (diafragma horizontal) dinding besmen beton (diafragma vertikal) Apa yang perlu didisain : Tulangan tambahan pada pelat diafragma, kord dan balok kolektor terhadap gaya diafragma akibat beban lateral dari angin, gempa dan tekanan tanah pada dinding besmen Contoh Tulangan Chord Diafragma Efek Diafragma tidak perlu ditinjau bila: (ASCE 7-16 p.) Rasio L/W <= 3 Denah regular Tidak ada void besar Tidak ada shearwall Posisi kolom merata Tidak ada kantilever panjang Kenapa baru sekarang : Sebenarnya sudah ada sejak lama Perhitungan masih dilakukan sederhana (FEM masih jarang) Untuk re-entrant corner dan chord saja Sangat perlu utk sistem flat slab/flat plate/void besar/irregular Yang sudah ada bagaimana ? Jenis2 Diafragma (ps. 12.1) 1. Diafragma Kaku 2. Diafragma Fleksibel 3. Diafragma Semi-rigid 4. Diafragma type truss Diafragma Kaku (S/De <= 3) (Contoh: Rigid vs Fleksibel) Diafragma Semi-rigid Diafragma Fleksibel Diafragma Semi-rigid (Yang tidak memenuhi rigid atau fleksibel) 1. Deformasi sesuai kekakuan elemen bidang 2. Pemodelan dengan Metode FEM 3. Menggunakan elemen shell utk pelat 4. Dilakukan pada model 3D Diafragma Tipe Truss (Contoh : Lantai dgn metal deck, sistem strutting galian, dsb) Gaya yang bekerja pada Diafragma (SNI 1726 Ps. 7.10 ) Gaya pada Diafragma (Fpx) 1. Fpx lebih besar dari Fpi 2. Karena merupakan kondisi percepatan maksimum yang terjadi pada suatu lantai pada saat gempa 3. Percepatan maksimum pada semua lantai belum tentu terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga tidak perlu diterapkan sekaligus, cukup 1 lantai saja 4. Lantai yang tidak diterapkan Fpx, diberikan gaya sebesar Fpi 5. Yang perlu ditinjau : Lantai tipikal, lantai dgn void besar, lantai dgn denah tidak beraturan, lantai podium, lantai dgn perubahan elemen penahan lateral Lantai Diafragma yang ditinjau Gaya yang bekerja pada Diafragma (SNI 1726 Ps. 7.10 ) Gaya yang bekerja pada Diafragma (Diafragma jenis Cast-in-place) Gaya yang bekerja pada Diafragma (Diafragma jenis Precast) Gaya yang bekerja pada Diafragma (Diafragma jenis Precast) Gaya yang bekerja pada Diafragma (SNI 1726 Ps. 7.10 ) Komponen2 pada Diafragma 1. Kord 2. Kolektor/distributor 3. Sambungan transfer geser Menentukan gaya rencana pada Kord: 1. Metode Balok ekivalen (Kekakuan kolom diabaikan, shearwall sebagai tumpuan) 2. Metode FEM dengan elemen Shell (Ukuran mesh = 1.0-1.5m) 3. Metode Strut and Tie Menentukan lokasi dan gaya2 pada Kord Menentukan gaya2 pada Kord (metode FEM) Menentukan gaya2 pada Kord Metode Strut and Tie Menentukan gaya2 pada Kord Metode Strut and Tie Menentukan lokasi Kolektor (Flow of Force) Menentukan Transfer gaya lateral tambahan Dimensi Pelat Diafragma Tebal Minimum: (ps. 18.12.6) Utk Precast dan Waffle Slab: Pelat Komposit : 50mm Pelat Non-komposit : 65mm Untuk Cast-in-place Slab: Sesuai tslab minimum, tergantung span (Umumnya >= 100mm) Jarak Tulangan Pelat Diafragma (Ps. 12.5, 12.7, 18.12.6) Utk Baja Tulangan Ulir: Smax <= 450 mm (umumnya <= 2*Tp) Untuk Wiremesh: Smax <= 250 mm Untuk Strand : Fmax <= 420 Mpa Sambungan Tulangan: Ld utk mencapai Fy atau sambungan Mekanis Tipe 2 (ps. 18.12.7.3,4) Tulangan pelat harus juga memenuhi syarat tulangan minimum utk susut dan suhu. Contoh Layout Chord dan Collector Contoh Layout dan detail Chord Contoh Layout Collector dan wall Contoh Layout Collector Contoh Transfer Gaya Lateral Tulangan Kolektor (Ps. 18.12) Tulangan Kolektor (Ps. 18.12) Untuk gaya kolektor tanpa W: Fc > 0.2*fc' → diberi sengkang, smax <= b/3 Sampai fc' < 0.15*fc' Untuk gaya kolektor x W: Fc > 0.5*fc' → diberi sengkang, smax <= b/3 Sampai fc' < 0.4*fc' Tulangan Kolektor (Ps. 18.12) Tulangan memanjang Kolektor (Ps. 18.12) Contoh Tulangan geser ke Shearwall Contoh Tulangan geser ke Kolektor Contoh Pemasangan Tulangan Chord Contoh Pemasangan Kolektor Contoh Pemasangan Kolektor Contoh Pemasangan Tulangan Re-entrant Contoh Diafragma dengan pelat HCS 1. Tanpa Topping - Tidak direkomendasikan untuk kategori D,E,F - Memerlukan sambungan joint atau las 2. Dengan Topping - Minimal topping 50mm (Komposit), 65mm (non-komposit) - Mutu beton = min(fc topping, hcs) - Tebal Teff = Ttopping (non-komposit), Ttotal (komposit) Contoh Diafragma dengan pelat HCS (Tipe dengan atau tanpa topping) Contoh Tulangan Kord pada pelat HCS (Tipe dengan atau tanpa topping) Contoh Tulangan Kord pada pelat HCS (Tul HCS hanya efektif pada arah memanjang) Sambungan Joint pada HCS tanpa topping Contoh Tulangan Kord pada pelat HCS (Sambungan tulangan harus memenuhi Ld) Contoh Tulangan Kord pada pelat HCS Contoh Tulangan Kord pada pelat HCS Contoh perhitungan diafragma dengan program komputer 1. Program SANSPRO, ETABS, SAFE dsb 2. Model FEM dengan elemen shell 3. Ukuran mesh maksimal 1.0-1.5m 4. Untuk 1 pelat dibagi minimal 2x2 atau 3x3 Contoh perhitungan dengan SANSPRO 1. Penentuan Gaya untuk Kord atau Kolektor Contoh perhitungan dengan SANSPRO 2. Memilih lantai mana yang diberikan Fpx Opsi : 0 = None, 1=Fpi (Gaya lateral ekivalen), 2=Fpx (Gaya diafragma) Contoh perhitungan dengan SANSPRO 3. Meng-generate Gaya Diafragma Fpx Contoh perhitungan dengan SANSPRO 3. Meng-generate Gaya Diafragma Fpx Masukkan Rasio Luas Shearwall : rwallx = 0, rwallz = 1.0 (Shearwall hanya di arah Z) Contoh perhitungan dengan SANSPRO 4. Tabel Gaya Fpx yang digenerate Contoh perhitungan dengan SANSPRO 4. Tabel Gaya Fpx yang digenerate Contoh perhitungan dengan SANSPRO 4. Diagram Gaya Fpi yang digenerate Contoh perhitungan dengan SANSPRO 4. Diagram Gaya Fpx yang digenerate Contoh perhitungan dengan SANSPRO 5. Kontur Momen Mxx Pelat dan Penulangan (Gravity Load) Contoh perhitungan dengan SANSPRO 5. Kontur Momen Myy Pelat dan Penulangan (Gravity Load) Contoh perhitungan dengan SANSPRO 7. Kontur Sxx Gempa arah Z, Load Comb 6..9 → 6 Contoh perhitungan dengan SANSPRO 7. Kontur Sxx Gempa arah Z, Load Comb 6..9 → 6 Contoh perhitungan dengan SANSPRO 7. Kontur Sxx Gempa arah Z, Section Cut Horizontal Contoh perhitungan dengan SANSPRO 7. Kontur Sxx Gempa arah Z, Section Cut Calculation of Chord rebar arah X T = 4932.23 kg (increase by 25% for irregular structure), db=13mm= 1.3 cm nb = 1.4 * T * 1.25 / (0.9*0.7854*1.3^2*3900) = Contoh perhitungan dengan SANSPRO 8. Kontur Syy Gempa arah Z, Load Comb 2 Contoh perhitungan dengan SANSPRO 8. Kontur Syy Gempa arah Z, Load Comb 3 Contoh perhitungan dengan SANSPRO 8. Kontur Syy, Section Cut Calculation of Chord rebar arah Y T = .65 kg x 1.25 (increase by 25% for irreg structure), db=10mm = 1.0 cm nb = 1.4 * T * 1.25 / (0.9*0.7854*1.0^2*3900) = 1.4 * 1537.65 * 1.25 / 2756.75 = 0.97 → use 1 D10 (no need for chord rebar) Contoh perhitungan dengan SANSPRO 9. Gaya Kolektor pada Transfer Floor Ada perbedaan gaya lateral force sebesar 5822.2 kg yang harus ditambahkan pada gaya lateral diafragma Fpx pada lantai transfer Contoh perhitungan dengan SANSPRO 10. Menentukan Lokasi Kolektor (Kontur Sxx, Syy) 1. Kolektor mengumpulkan gaya dari diafragma ke shearwall 2. Distributor menyebarkan gaya dari diafragma ke shearwall 3. Gaya kolektor = Gaya aksial di Beam + Pelat lebar efektif Contoh perhitungan dengan SANSPRO 10. Menentukan Lokasi Kolektor (Kontur Sxx, Syy) Akibat Gaya Aksial pada Kolektor: Left Collector T = 2.65 * 200 * 12 = 6288 kg Beam Axial = 1769 kg 1 D16 = 0.9*0.7854*1.6^2*3900 = 7057.3 kg Use 2 D16 → Available > 4 D16 → OK Right Collector T = 1.10 * 200 * 12 = 2592 kg Beam Axial = 3587.8 kg 1 D16 = 0.9*0.7854*1.6^2*3900 = 7057.3 kg Use 2 D16 → Available > 4 D16 → OK Catatan: 1. Gaya output SANSPRO untuk opsi Kolektor sudah termasuk faktor dan Perlu ditinjau juga untuk kombinasi M,N dsb dan dicheck terhadap Diagram Interaksi M,N menggunakan program disain penampang kolom 2. Untuk Kolektor yang memikul gaya aksial ( x W) besar (fc > 0.5*fc') perlu didisain sebagai kolom dan diberikan confinement Contoh Detail Tulangan Kord Note: Gaya T perlu dikalikan faktor 1.25 untuk kondisi ketidakberaturan horizontal Contoh Detail Tulangan Kolektor Note: - Gaya Tmax dikalikan / karena pada perhitungan ini dipilih opsi untuk Kord (belum dikalikan ) dan pada output SANSPRO sudah otomatis dikalikan Contoh Detail Tulangan Kolektor Contoh Penempatan Tulangan Kord (Ps. 12.5.2) Contoh Detail Tulangan geser ke Shearwall dan Kolektor 1. Dapatkan gaya geser pada sambungan (Dengan tegangan geser x luas area geser) 2. Gaya geser dikalikan faktor perbesaran 3. Gaya geser dicheck terhadap geser friksi 4. Bila kurang ditambahkan tulangan geser tambahan Contoh Detail Tul geser ke Shearwall dan Kolektor Contoh Kapasitas geser penampang diafragma Contoh Kapasitas geser penampang diafragma Kapasitas geser friksi pelat beton Contoh Kapasitas geser friksi Penempatan tulangan geser References SNI 2847-2019, BSN, 2019 SNI 1726-2019, BSN, 2019 Untuk studi lebih lanjut bisa dipelajari : NIST.GCR.16-917-42, Seismic Design of Cast-in-Place Concrete Diaphragms, Chords, and Collectors NIST.GCR.16-917-47, Seismic Design of Precast Concrete Diaphragms Seismic Design of Diaphragms, S.K. Gosh, 2009 SANSPRO V.5.10 Advanced Tutorial, 2015 (www.esrcen.com)