Transcript presentasiMNCTower-R2 - Jurusan Teknik sipil FT UNS

Oleh :
Prof. DR. Ir. WIRATMAN WANGSADINATA
Direktur Utama PT Wiratman
Guru Besar Emeritus Universitas Tarumanagara
Konferensi Nasional Teknik Sipil ke-7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret Solo (UNS-Solo)
24 Oktober 2013
Lokasi
Jalan Kebonsirih No.17-19, Jakarta
Struktur Atas 56 tingkat, tinggi 252
m. Besmen 5 lapis, dalam 22 m
Besaran
Gedung
- 27 tingkat pertama untuk kantor
Pusat MNC (MNC Media Tower)
- Di atas lantai 27 untuk hotel &
fasilitasnya yang akan
dioperasikan oleh Grand Hyatt
- Besmen 5 lapis untuk ruang
parkir.
Peraturan yang
dipakai
 SNI 03-1726-2002: Tata cara
perencanaan ketahanan gempa
untuk bangunan gedung
 SNI 03-2847-2002: Tata cara
perhitungan struktur beton
untuk bangunan gedung
Pemilik Proyek
PT. MNC LAND, Tbk.
Arsitek
AEDAS Pte. Ltd, Singapore & PT. TETRA DESAIN INDONESIA
Konsultan Struktur dan Geoteknik
PT WIRATMAN
Konsultan Mekanikal dan Elektrikal
ARUP Singapore Pte. Ltd. & PT. SKEMANUSA
Penyelidik Geoteknik
PT. TESTANA INDOTEKNIKA
Konsultan Uji Terowongan Angin
BMT FLUID MECHANICS Ltd, United Kingdom
Quantity Surveyor
WT Partnership
DEPTH
DESCRIPTION
NSPT
Su (kPa)
1.00 m
fill materials : concrete, sand & qravel
2.50 m
clayey silt, trace of sand, soft to medium
5
30
8.50 m
silty clay, trace of sand, medium
8
45
10.00 m
silty clay, very soft to soft
2
14
12.00 m
clayey silt, trace of sand, medium
10
60
16.00 m
clayey silt, trace of sand, very stiff
23
135
18.00 m
sand, silty sand, very dense
40
82
20.00 m
clayey silt, trace of sand, very stiff
30
150
21.50 m
silty sand, very dense
35
175
24.00 m
silty clay, trace of organic materials, medium
11
65
28.00 m
silty clay, clayey silt, stiff
17
100
30.00 m
clayey silt, very stiff
22
130
37.00 m
cemented sand, cemented silt, very hard
> 50
155
40.00 m
clayey silt, trace of sand, very stiff
29
175
> 50
205
42.00Tanah
m
gravelly sand,
silty sand, cemented silty sand.
Kategory
: Tanah
Lunak
44.00 m
clayey silt, sandy silt, trace of sand, hard
37
200
46.00 m
sand, sandy silt, dense-very dense
35
200
48.00 m
cemented sand,cemented silt, sandy silt, very hard
> 50
240
50.00 m
clayey silt, sandy silt, trace of sand, hard
37
200
80.00 m
clayey silt, very stiff
25
155
Karena Jakarta terletak di Wilayah 3 pada peta wilayah gempa Indonesia,
untuk kondisi Tanah Lunak, spektrum respons gempa rencana dengan perioda
ulang 500 tahunan adalah sebagai berikut :
0.75
0.75
C=
T
C
0.3
T (det)
0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
Faktor Keutamaan struktur gedung ini ditetapkan I = 1,0
5.0
6.0
Berhubung desain arsitektur tidak menghendaki
adanya core wall di atas lantai 27, karena untuk
bagian atas dipakai sistem lift transparan
(panoramik), maka dipilih sistem struktur sebagai
berikut :
BERDASARKAN G AM BAR ARSI T E
PADA TANG GAL 16 AGUST US 2 013
B
-
 Bagian bawah (tingkat 1 s/d 27) :
Core wall dengan sistem Outrigger
 Bagian atas (tingkat 28 s/d 56) :
Mega frame dengan mega beam dan mega
bracing, tanpa core wall.
Sistem ini adalah solusi yang paling sesuai untuk
memenuhi tuntutan desain arsitektur dan
sepengetahuan kami belum pernah diterapkan
sebelumnya di tempat lain.
C
-
DENAH LANTAI 39
S KALA /
C
-
1 : 100
A
-
B
-
Mengingat perannya yang vital dalam menyangga
struktur bagian atas (bertingkat 29), maka struktur
bagian bawah (bertingkat 27) yang berupa core
wall dengan sistem outrigger, didesain untuk tetap
berperilaku elastik terhadap gempa kuat.
252.100
L57
L56
L55
L54
L53
L52
L51
L50
L49
L48
L47
L46
L45
L44
Hal ini adalah untuk mencegah agar struktur bagian
bawah tidak gagal lebih awal dibandingkan dengan
struktur bagian atas.
L43
L42
L41
L40
L39
L38
L37
L36
L35
L34
L33
L32
L31
L30
L29
Untuk sistem struktur secara keseluruhan, telah
ditetapkan Faktor Reduksi Gempa R = 4,50, yang
diverifikasi dengan hasil Analisis Dorong Statik
Non-linier (Static Non-linear Push-over Analysis).
L28
L27
L26
L25
L24
L23
L22
L21
L20
L19
L18
L17
Untuk analisis, struktur atas dimodelkan terjepit
pada taraf lantai dasar.
L16
L15
L14
L13
L12
L11
L10
L9
L8
L7
L6
L5
L4
L3
L2
GF
±0.000
B1
B2
B3
B4
POTONGAN - A
POTONGAN - B
POTONGAN - C
SKALA
SKALA
SKALA
1 : 400
1 : 400
1 : 400
Bila Ve adalah gaya geser dasar respons dinamik elastik, gaya geser dasar pada
pelelehan pertama adalah :
Vy = Ve / μ
di mana μ adalah faktor daktilitas.
Beban gempa rencana (nominal) adalah :
Vd = Vy / f1
di mana f1 = 1,6 adalah faktor kuat lebih beban dan bahan.
Beban gempa rencana (nominal) dapat juga dinyatakan sebagai :
Vd = Ve / R
di mana R adalah faktor reduksi gempa, sehingga :
R = μ . f1 = 1,6 μ
Beban gempa kuat adalah :
Vm = Vy . f2 = Vd . f1 . F2 = Vd . f
di mana f adalah faktor kuat lebih total dan f2 adalah faktor kuat lebih struktur, menurut
rumus :
f2 = 0,83 + 0,17 μ
= 0,83 + 0,17 R/f1
Gaya geser dasar nominal statik ekuivalen untuk gedung beraturan adalah :
V1 = C1 I Wt / R
di mana Wt adalah berat total gedung, berikut sebagian beban hidup.
Besaran 0,8 V1 adalah batas minimum gaya geser dasar untuk desain
Hasil analisis vibrasi bebas :
T1 = 5,467 det
T2 = 4,249 det
T3 = 2,700 det
translasi - y
translasi - x
rotasi - z
Rangkuman :
Nomor
ragam
Waktu getar
alami T
(det)
1
Modal participating mass ratio (%)
Rz
Komponen gerak
dominan
Ux
Uy
5,467
0,010
66,904
0,059
translasi-y
2
4,249
58,810
0,041
0,020
translasi-x
3
2,700
0,101
0,037
61,573
rotasi-z
Persyaratan menurut Peraturan :
- Waktu getar alami pertama tidak boleh melampaui :
0,18 n = 0,18 x 56 = 10,08 det > 5,467 det (o.k.)
- Ragam vibrasi pertama dan kedua harus dominan dalam translasi (o.k.).
60
50
50
40
40
R = 4,5 (design)
tingkat
tingkat
60
30
R = 1 (elastic)
30
R = 4,5 (design)
R = 1 (elastic)
20
20
10
10
0.8V1 = 22.540 kN
0
0
Vdx = 52.220 kN
50000
100000
0.8V1 = 22.540 kN
Vex = 235.000 kN
150000
200000
0
250000
Gaya geser tingkat (kN)
Gaya geser tingkat respons dinamik dalam arah-x
0
50000
Vex = 240.000 kN
Vdx = 53.333 kN
100000
150000
200000
250000
Gaya geser tingkat (kN)
Gaya geser tingkat respons dinamik dalam arah-y
Karena untuk arah-x maupun arah-y Vd > 0,8 V1, beban gempa rencana
didasarkan pada Vd, tidak perlu penyesuaian terhadap 0,8 V1.
60
50
50
40
40
tingkat
tingkat
60
30
30
20
20
10
10
0
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Beban Statik(kN)
Beban gempa rencana statik ekuivalen dalam arah-x
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Beban Statik (kN)
Beban gempa rencana statik ekuivalen dalam arah-y
Beban gempa rencana statik ekuivalen pada masing-masing taraf lantai, adalah selisih gaya geser tingkat
dari dua tingkat berturut-turut.
Lonjakan beban gempa pada taraf lantai 53 disebabkan oleh massa air kolam renang, sedangkan pada
taraf lantai 26 dan 3, disebabkan oleh massa ruang mekanikal dan tangki air, sehingga menimbulkan gaya
inersia setempat yang besar.
Ada 2 kriteria kinerja struktur yang harus dipenuhi :
1. Kinerja batas layan, yaitu simpangan antar-tingkat akibat beban gempa rencana,
tidak boleh melampaui 0,03/R atau 30 mm.
Hal ini adalah untuk mencegah terjadinya kerusakan non-struktur dan ke-tidaknyamanan penghuni akibat gempa sedang.
2. Kinerja batas ultimit, yaitu simpangan antar-tingkat akibat beban gempa ultimit
sebesar 0,7 R kali beban gempa rencana, tidak boleh melampaui 0,02 h (h = tinggi
tingkat).
Hal ini adalah untuk mencegah keruntuhan struktur secara dini akibat gempa kuat,
sehingga menyebabkan jatuhnya korban.
60
60
456 mm
Service
(Design)
50
50
Ultimate
Service
(Design)
1854 mm
Ultimate
40
tingkat
40
tingkat
589 mm
1436 mm
30
30
20
20
10
10
0
0
0
500
1000
1500
2000
simpangan (mm)
Simpangan struktur akibat beban gempa
rencana dan gempa kuat dalam arah-x
0
500
1000
simpangan (mm)
1500
2000
Simpangan struktur akibat beban gempa
rencana dan gempa kuat dalam arah-y
Simpangan lantai puncak tidak melampaui batas maksimum 4% tinggi
gedung = 10,08 m.
60
60
50
50
Service
limit
40
Ultimate limit
Ultimate limit
tingkat
tingkat
40
30
Service
limit
Service
drift
Ultimate
drift
20
30
Service
drift
20
10
10
0
0
0
50
100
150
Simpangan antar tingkat (mm)
Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa
rencana dan gempa kuat dalam arah-x
0
Ultimate
drift
50
100
Simpangan antar tingkat (mm)
150
Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa
rencana dan gempa kuat dalam arah-y
Baik akibat beban gempa rencana, maupun gempa kuat, persyaratan kinerja batas
layan maupun kinerja batas ultimit dipenuhi (o.k.)
Simpangan antar-tingkat akibat beban gempa kuat, di beberapa ketinggian gedung
sudah hampir mencapai batasnya. Hal ini berarti, bahwa nilai R yang ditetapkan
sudah cukup tepat dan tidak dapat dinaikkan lagi.
Analisis ini adalah untuk memeriksa kelayakan pemilihan nilai R yang ditetapkan
untuk desain ( R = 4,5 ? ).
Pemeriksaan nilai R melalui Analisis Dorong Statik Non-linier dapat dibenarkan,
karena respons ragam pertama dan ke dua adalah dominan dalam translasi.
Struktur didorong ke samping dengan mengerjakan beban-beban lateral pada
struktur dengan intensitas yang ditingkatkan secara berangsur-angsur. Distribusi
beban sepanjang tinggi gedung diambil sama seperti pada desain, sedangkan
beban gravitasi dianggap bernilai tetap. Setelah terjadi sejumlah besar sendi
plastis, tercapailah kondisi struktur di ambang keruntuhan.
Tujuan utama adalah untuk mendapatkan diagram δ-V, di mana δ adalah
simpangan lantai puncak dan V adalah gaya geser dasar yang bersangkutan.
Dari diagram δ-V didapatlah gaya geser dasar yang menyebabkan pelelehan pertama
Vy dan simpangan lantai puncak δy yang bersangkutan.
Jika δm adalah simpangan maksimum lantai puncak pada kondisi struktur di ambang
keruntuhan, maka berdasarkan dalil kesamaan simpangan maksimum, didapat :
 Ve 
 δy
δm  
 Vy 
 
δm
μ
δy
R = 1,6 μ
250000
Ve = 235.000 kN
Gaya geser dasar (kN)
200000
150000
100000
Vɣ = 67.233 kN
50000
µx = 3,49; Rx = 5,58
δm = 2,076
δy = 0,5938
0
0
0,50
1,00
Simpangan lantai puncak (m)
1,50
Analisis Dorong Statik Non-linier untuk arah -x
2,00
250000
Vey = 240.000 kN
Gaya geser dasar (kN)
200000
150000
100000
Vɣy = 65.753 kN
50000
µy = 3,63; Ry = 5,81
0
0
0,50
δyy = 0,7825
1,00
δmy = 2,8411
1,50
2,00
Simpangan lantai puncak (m)
Analisis Dorong Statik Non-linier untuk arah -y
2,50
3,00
Rangkuman :
Untuk arah-x :
Vex = 235.000 kN
Vyx = 67.233 kN
δyx = 0,5938 m
V 
δmx   ex  δyx  2,076 m
 Vyx 


δ
μ x  mx  3,49
δyx
Rx = 1,6 μx = 5,58 > 4,5
Untuk arah-y :
Vey = 240.000 kN
Vyy = 65.753 kN
δyy = 0,7825 m
 Vey 
 δ yy  2,856 m
δmy  
 Vyy 


δmy
μy 
 3,63
δ yy
Ry = 1,6 μy = 5,81 > 4,5
Dari hasil Analisis Dorong Statik Non-linier didapat R > 4,5. Walaupun demikian, tidak
dapat dipakai nilai R yang lebih tinggi, karena kinerja batas ultimit akan dilampaui,
sehingga nilai R yang ditetapkan sebesar R = 4,5 sudah cukup tepat.
Suatu pengujian dalam terowongan angin lapisan batas (boundary layer) telah dilakukan
terhadap model struktur skala 1:400 dengan 5% redaman kritis, oleh BMT FLUID
MECHANICS Ltd, United Kingdom.
Distribusi beban angin sepanjang tinggi gedung untuk desain kekuatan struktur, telah
didapat dari model berdasarkan kecepatan angin dengan periode ulang 50 tahun sebesar
32,3 m/det, yaitu suatu sentakan angin (gust wind) 3 det pada ketinggian 10 m di atas
permukaan laut pada lapangan terbuka.
Percepatan struktur yang dipicu oleh angin diukur pada model, untuk memeriksa
kinerja layan dari gedung, berdasarkan kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun
dan 10 tahun, sebesar berturut-turut 20,6 m/det dan 28,2 m/det.
Untuk memenuhi pedoman kenyamanan bagi penghuni untuk gedung hunian dan
gedung perkantoran, batas-batas percepatan tersebut adalah :
- untuk kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun : 8 mlli-g
- untuk kecepatan angin dengan perioda ulang 10 tahun : 10 – 20 milli-g
MNC Tower, Level 51, 5,0% Damping
NBCC (residental)
ISO10137 (residental)
35
Percepatan puncak [milli-g]
30
25
20
15
10
5
0
0,5
1,0
Periode ulang [tahun]
5,0
10,0
Dari pengukuran percepatan pada model didapat, bahwa percepatan puncak terjadi
pada lantai ke-51 dan ke-53, yaitu :
- akibat kecepatan angin dengan perioda ulang 1 tahun : 0,9 milli-g < 8 milli-g (o.k.)
- akibat kecepatan angin dengan perioda ulang 10 tahun : 2,8 milli-g < 10 milli-g (o.k)
Jadi, struktur gedung ini menunjukkan kinerja akibat angin yang memuaskan
60
50
50
40
40
30
Gempa-x
Angin-x
20
tingkat
tingkat
60
30
Gempa-y
10
10
0
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
(kN)
Beban Statik Angin vs Gempa arah - x
6000
Angin-y
20
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
(kN)
Beban Statik Angin vs Gempa arah - y
LRFD :
U = 1,2 D + 1,0 L + 1,6 W + 0,5 A
LRFD :
U = 1,2 D + 1,0 L ± 1,0 E
U = 0,9 D + 1,6 W
U = 0,9 D ± 1,0 E
Ternyata, kombinasi pembebanan oleh beban gravitasi dan beban angin, tidak
menentukan untuk desain kekuatan struktur gedung ini.
7000
BERDASARKAN G AM BAR ARSI T EKT URYANG DITERIMA
PADA TANG GAL 16 AGUST US 2 013
Struktur Besmen dimodelkan sebagai struktur di bawah tanah yang terjepit pada taraf
fondasi, dibebani oleh reaksi-reaksi tumpuan Struktur Atas pada taraf lantai dasar dan
beban-beban lain yang disyaratkan bekerja pada struktur di bawah tanah.
Agar Struktur Besmen akibat gempa kuat tidak gagal lebih awal dari Struktur Atas,
Struktur Besmen didesain untuk tetap berperilaku elastik akibat gempa kuat tersebut.
BERDASARKAN G AM BAR ARSI T EKT URYANG DITERIMA
PADA TANG GAL 16 AGUST US 2 013
Seluruh struktur Besmen duduk di atas sebuah rakit sebesar 45 m x 55 m dengan tebal 3
m, didukung oleh 210 tiang bor dengan diameter 1.200 mm.
Beban izin pada masing-masing tiang bor untuk beban gravitasi adalah 8.350 kN,
termasuk efek kelompok, yang dapat dikalikan 2 bila pengaruh gempa kuat
diperhitungkan.
Penurunan gedung jangka panjang diantisipasi akan mencapai sekitar 180 mm.
Kami menyampaikan apresiasi yang setinggi-tingginya atas kerja keras tim
desain PT. Wiratman, khususnya :
 Wina Arizona
 Dypiter Arifin
 Yudit Kuntardi
sehingga perencanaan struktur Gedung MNC Media Tower ini, dapat
diselesaikan dengan memuaskan.