Bagaimana Perencanaan Struktur Diafragma dan Elemen Kolektor ?

Berdasarkan SNI 2847:2019 dan dibantu program ETABS

Photo by Josefina Di Battista on Unsplash

Pelat lantai, atap dek dan lantai precast merupakan bagian dari diafragma yang berfungsi untuk mentransferkan gaya horizontal menuju sistem penahan gempa (gaya lateral).

mendesain diafragma sama seperti mendesain elemen lentur sebagaimana perencanaan lentur elemen balok, dinding, dan kolom.

mendesain diafragma dapat dilakukan dengan 4 metode
1.Metode Balok Sederhana
2.Metode Strut and Tie
3. Metode Elemen Deskrit (finite element method)
4. Metode Alternatif

ANALISA AWAL

• Tentukan Gaya Lateral
  Gaya Fx dan Fpx harus ditentukan, Gaya transfer (gaya dalam) pada diafragma juga harus ditentukan.
  Ketika menggunakan analisa modal respons spektrum (MRSA), gaya transfer untuk setiap mode vibrasi harus ditentukan. Nilai Desain dapat diperhitungkan dengan mengkombinasikan nilai individual setiap modal menggunakan metode SRSS atau CQC.
  Ketika menggunakan linier response history analysis (LRHA), hasil akselerasi dapat secara langsung digunakan sebagai Fpx.
  Ketika menggunakan modal respon spektrum maka akselerasi harus diskala I/R hanya pada mode pertama.
• Gaya Transfer Diafragma
  Gaya transfer diafragma memiliki 2 pilihan. bisa menggunakan rumus ASCE pasal (12.10–1) selanjutnya ada gaya desain alternatif sesuai ASCE 7–16 pasal (12.10–4) dimana dalam penentuan Cpx antara ASCE 7–16 grafik 12.10–2 dan FEMA P-1050–2015 memiliki perbedaan. Keputusan ini dikembalikan kepada user / engineer dalam memilih prosedur yang dipakai. untuk Fpx bisa dianalisa untuk tingkat lantai yang ditinjau atau dianalisa pada seluruh lantai bangunan.

Perhitungan koefisien percepatan desain Cpx

Nilai FPx tidak boleh kurang dari FPx-min (ASCE pasal 12.10–2) dan
FPx-max (ASCE pasal 12.10–3). Nilai FPx ini hanya diterapkan pada lantai yang ditinjau.

ANALISA AKHIR

• Metode Balok Sederhana
  Diafragma terdiri dari elemen
  kord tarik
kord tekan
kolektor
Jika lantai diafragma di hitung dengan penyederhanaan sebagai elemen balok, maka gaya lateral dianggap sebagai beban merata pada balok. Sehingga lantai diafragma akan berperilaku sebagaimana lentur pada balok. Gaya in-plane diafragma bisa dianggap seperti gaya in-plane pada balok. Dari sini maka elemen kord bisa dianggap sebagai zona tulangan longitudinal atas dan zona tulangan bawah pada balok. Sedangkan kolektor akan berperilaku untuk menahan geser sehingga kolektor bisa dianggap sebagai zona tulangan transversal yang menahan geser pada balok.

Penyederhanaan diafragma yang dihitung sebagai elemen balok

Elemen kolektor yang berfungsi untuk mengumpulkan gaya geser pada diafragma,

• Metode Finite Element Analisis
  Dengan menggunakan metode finite element, lantai diafragma dapat didesain menggunakan semi-rigid, shell dan kekakuan inersia slab bisa diambil antara 0.2–0.5, Namun ada rekomendasi untuk mengambil nilai terbesar antara batas atas dan batas bawah dari kekakuan inersia tersebut. meshing pada elemen lantai harus dibagi menjadi lebih kecil dari biasanya. biasanya 1/5 dari panjang dinding geser. Dari sini gaya in-plane pada diafragma bisa didapat menggunakan menu Section Cuts yang disediakan oleh ETABS. Pengambilan zona gaya in-plane tersebut bisa mengikuti seperti contoh dibawah ini.

contoh zona gaya in-plane diafragma

DESAIN PROSEDUR

• Tentukan Beban dan faktor tahanan
  Beban pada diafragma mengikuti section 12.8.3 dan section 12.10.1 pada ASCE 7–16 atau Pasal 7.8.3 dan 7.10.1 pada SNI 1726:2020. Karna SNI 1726:2020 sebagian Pasalnya mengadopsi ASCE 7–16 maka SNI 1726:2020 juga menyediakan desain alternatif untuk penentuan gaya diafragma pada pasal 7.10.3. Faktor tahanan menggunakan tabel 21.2.1 pada SNI 2847:2019
• Kombinasi Beban
  Kombinasi beban yang digunakan adalah sesuai dengan kombinasi beban sesuai dengan ASCE 7–16 section 2.3.1 dan untuk kombinasi beban gempa dibagi menjadi 2 yaitu menggunakan section 2.3.6 untuk gempa standar atau section 12.4.3 untuk elemen struktur dengan kasus yang spesifik. salah satu contohnya adalah struktur bangunan yang mengalami iregularitas tipe 4 sesuai ASCE 7–16 Tabel 12.3.1 kombinasi kuat lebih (overstrength) hanya digunakan pada elemen yang ditinjau bukan pada struktur secara keseluruhan
• Tulangan Kord
  Tulangan kord yang diperlukan harus dapat menahan gaya in-plane dari gaya diafragma. Gaya momen dalam bidang (in-plane) ditahan oleh kopel Tekan (Cu) dan Tarik (Tu) yang bekerja dalam jarak jd.
  Tu =Cu = M / jd
  Tulangan tersebut dihitung dengan rumus As = Tu /ϕ fy
Zona tulangan chord yang diperlukan adalah sebesar h/4
  dimana h adalah tinggi lantai diafragma

Zona tolangan chord yang diperlukan

• Tulangan Kolektor
  kuat geser diafragma dihitung sesuai dengan prinsip perhitungan geser pada dinding struktural langsing yang disyaratkan sesuai Pasal 18.12.9 pada SNI 2847:2019. Elemen kolektor biasanya merupakan elemen balok jika bangunan berupa struktur rangka pemikul momen atau dual system. Jika elemen horizontal bangunan berupa sistem flat slab maka elemen kolektor berupa tulangan terpusat yang menyalurkan gaya ke elemen vertikal bangunan. Jika elemen kolektor berupa balok, maka gaya geser diafragma tersebut akan dijadikan gaya aksial pada balok. Gaya aksial tersebut jika berupa tekan maka tidak boleh melebihi 0.2 f’c dan jika menggunakan desain faktor overstrenght maka ditingkatkan menjadi
  0.5 f’c sesuai dengan Pasal 18.12.7.5 pada SNI 2847:2019. Tulangan pada elemen kolektor harus sesuai dengan Pasal diatas.

Zona penulangan elemen kolektor jika menggunakan flat slab