Studi Verifikasi Struktur Pracetak
Artikel ini meringkas studi verifikasi dan hasil fitur struktur beton bertulang pracetak (prefabrikasi). Contoh acuan adalah bangunan dalam buku “Önüretimli Betonarme Örnek Bir Sanayi Binasının TBDY-2018’e Göre Analiz ve Tasarımı” (Analisis dan Perancangan Contoh Bangunan Industri Beton Bertulang Pracetak menurut TBDY-2018) terbitan Asosiasi Prefabrikasi Turki (selanjutnya “buku”). Untuk penyelesaian langkah demi langkah bangunan yang sama di StatiCAD dengan tangkapan layar, lihat artikel Contoh Penyelesaian: Bangunan Industri Pracetak.
1. Pendekatan verifikasi
Verifikasi dilakukan berlapis; setiap lapisan menjamin masukan lapisan di atasnya:
- Inti elemen: Uji unit matematika elemen penampang variabel dengan solusi bentuk tertutup dan acuan numerik beresolusi tinggi.
- Geometri penampang: Perbandingan properti penampang templat pracetak dengan perhitungan penampang SAP2000 sendiri.
- Inti perhitungan: Perbandingan baris demi baris perhitungan Lampiran 8B, kren jembatan, R–D yang berbeda, sambungan, panel fasad, dan geser pondasi dengan contoh numerik dalam buku; perbandingan perhitungan korbel pendek dengan contoh dalam buku pegangan Asosiasi Prefabrikasi Turki dan dengan perhitungan manual.
- Skala bangunan: Pembangunan model bangunan buku di StatiCAD dan analisisnya; perbandingan besaran gempa, gaya dalam, dan tulangan dengan buku.
- Pemeriksaan elemen hingga independen: Model elemen hingga yang sama dibangun ulang di SAP2000 v27, lalu periode, kekakuan tereduksi, dan perpindahan dibandingkan.
2. Elemen penampang variabel
Matematika elemen telah diuji dengan program uji sebanyak 87 pemeriksaan, dan seluruhnya berhasil:
| Pengujian | Acuan | Hasil |
|---|---|---|
| Matriks kekakuan 12×12 pada penampang konstan | Matriks elemen Euler dan Timoshenko prismatik program | Sama dengan ketelitian relatif 10⁻⁹ |
| Integral fleksibilitas kantilever pada penampang meruncing | Integral numerik 400 000 titik dan rata-rata analitik | Sama dengan ketelitian relatif 10⁻⁶ |
| Gerak benda kaku dan simetri | K·urigid = 0, K = Kᵀ | Terpenuhi |
| Gaya ujung jepit beban terdistribusi, penampang konstan | qL/2, qL²/12 | Sama dengan ketelitian 10⁻⁹ |
| Gaya ujung jepit, elemen meruncing dan multisegmen | Keseimbangan gaya dan momen | Terpenuhi |
Perhitungan elemen prismatik tidak terpengaruh oleh penambahan penampang variabel.
3. Geometri penampang pracetak
Properti penampang yang dihasilkan dari templat parametrik dibandingkan dengan properti penampang yang didefinisikan di SAP2000 dengan parameter yang sama dan dihitung oleh SAP2000:
| Templat | Selisih luas dan inersia | Evaluasi |
|---|---|---|
| Precast I, Precast Box, Trapezoidal, Box/Tube | ≤ 0,02% | Identik |
| Precast T | Analitik (jumlah bagian-bagian persegi panjang) | Eksak |
| Precast U | Luas −4,1% pada penampang contoh | Selisih detail sambungan sayap–dinding |
4. Inti perhitungan: contoh numerik dalam buku
4.1 Diagonal ekuivalen TBDY Lampiran 8B
| Besaran | Buku | StatiCAD |
|---|---|---|
| Kekakuan aksial ekuivalen (EA)e | 727 960 N | 727 982 N |
| Kapasitas gaya diagonal Fmaks | 10 628 N | 10 622 N |
Selisih kecil berasal dari pembulatan π dan cos α dalam buku.
4.2 Beban kren jembatan
| Besaran | Nilai (buku = StatiCAD) |
|---|---|
| Reaksi roda total | 366 kN |
| Berat jembatan | 166 kN |
| Bagian massa per roda (buku: berat jembatan / 4) | 41,5 kN |
| Momen rencana balok kren Md | 692,8 kNm |
| Gaya geser rencana balok kren Vd | 516 kN |
| Momen rencana horizontal | 64,3 kNm |
Semua nilai identik dengan buku. Program membagi massa jembatan secara total (berat jembatan / g = 16,92 t) sama rata ke kolom massa.
Penerusan pembebanan kren ke analisis: Penulisan pembebanan kren ke simpul, penyelesaian elemen hingga, kombinasi, dan perancangan telah diuji dengan perhitungan manual pada sebuah model uji tersendiri: dua kolom kantilever (50/50, H = 10 m, jarak 12 m, diafragma kaku), rel pada arah X, elevasi atas korbel 7,00 m, e = 40 cm, masukan kren berupa nilai buku (γK = 1,6).
| Pengujian | Acuan | Hasil |
|---|---|---|
| Beban kren yang ditulis ke simpul | Perhitungan manual: Rkol,maks / Rkol,min = 305,7 / 89,1 kN; pada arah rel R/7 = 43,7 / 12,7 kN, pada arah jembatan R/10 = 30,6 / 8,9 kN; KG 83 kN per kolom | Identik |
| Gaya dalam dengan diafragma kaku (KV1 / KG) | Perhitungan manual: gaya pengikat antar kolom 10,785 / 4,532 kN; momen dasar kolom 14,45 kNm (KV1, kolom rel yang dibebani) / 12,12 kNm (KG) | Identik |
| Ekuivalensi Q | Model tanpa kren yang didefinisikan, dengan beban simpul yang sama ditulis ke kasus pembebanan Q | Hasil KV1 identik pada tingkat bit |
| Kombinasi | 10 kombinasi kren (65–74) ditambahkan pada 64 kombinasi TBDY; koefisien KG 1,0 pada Pers. 4.11 dan 0,9 pada Pers. 4.12 | Terpenuhi |
| Gaya aksial rancang kolom (1,4G + 1,6Q + 1,6KV1 + 1,6KHX1) | Perhitungan manual Nd = 532,12 kN (TS 500) | Identik; pemeriksaan gaya aksial dengan gempa (0,40·fck·Ac) mengambil KG, bukan kombinasi kren |
| Rel pada arah Y, opsi beban min pada rel seberang nonaktif | MY = +V·ex; gaya horizontal pada kedua rel dari Rkol,maks | Benar |
| Pemeriksaan cakupan kombinasi | Analisis penuh dengan beban kren pada bangunan buku dan sebuah model beton bertulang berdinding geser: gaya dalam kombinasi tersimpan = jumlah berfaktor hasil kasus pembebanan | Berimpit (pada model berdinding geser selisih relatif berorde 10⁻¹⁵) |
| Penyimpanan dan transisi | Simpan–buka; hapus kren; transisi proyek dengan kren ↔ tanpa kren | Identik pada tingkat bit |
| Invariansi pada proyek tanpa kren | Tujuh proyek uji, sebelum dan sesudah perubahan | 30 dari 31 file keluaran identik, satu file hanya berbeda pada stempel waktu |
Perbandingan numerik dengan hasil bangunan berkren pada buku tidak termasuk dalam cakupan pekerjaan ini.
4.3 R dan D yang berbeda pada bagian atas dan bawah
| Kasus | Besaran (X / Y) | Buku | StatiCAD |
|---|---|---|---|
| A (νatas = 0,408 / 0,406) | ν | 0,763 / 0,762 | 0,763 / 0,762 |
| (R̄a)bawah | 3,932 / 3,937 | 3,931 / 3,935 | |
| D̄bawah | 1,805 / 1,807 | 1,805 / 1,808 | |
| B (νatas = 0,320 / 0,261) | (R̄a)bawah | 4,121 / 4,261 | 4,121 / 4,259 |
| D̄bawah | 1,929 / 2,02 | 1,929 / 2,018 |
4.4 Sambungan TBDY Bab 8
Seluruh 43 pemeriksaan berhasil; hasilnya identik dengan buku kecuali dua selisih yang disengaja di bawah ini.
| Sambungan | Besaran | Hasil | Evaluasi |
|---|---|---|---|
| MFB (balok atap) | Gaya horizontal, momen, kuat geser pin (2Ø36) | 88,6 kN; 65,77 kNm; 173,3 kN | Identik |
| MFB | Gaya tarik tulangan stek | 358 kN (buku 253,5 kN) | Program menerapkan lengan pada TBDY Gambar 8.1; sisi aman |
| MAB3 (as E) | Gaya horizontal (−/+/dengan D −/dengan D +) | 440 / 335 / 1017 / 912 kN | Identik |
| MAB3 (as E) | Tulangan atas/bawah, luas las | 1355 / 1032 mm², 5381 mm² | Identik |
| MAB3 (as E) | Kapasitas momen MRd− / MRd+ | 286,5 / 409 kNm | Identik |
| MAB3 (as B) | Tulangan stek geser horizontal | 5512 mm² | Identik |
| MAB3 (as B) | Tulangan atas | 3339 mm² (buku 3630 mm²) | Pada perhitungan as B dalam buku, besaran yang berbeda dimasukkan ke dalam rumus; susunan as E dijadikan dasar |
| Gording | Kapasitas geser pin, las, dan tekuk | 114,6 / 113,4 / 347 kN | Identik |
4.5 Panel fasad dan geser pada pondasi
| Perhitungan | Hasil |
|---|---|
| Panel fasad (10,1 t, R/I = 3, Tp = 0,787 s) | Gaya gempa ekuivalen 102,3 kN, batas bawah 41,1 kN — identik |
| Geser pada pondasi (as E) | Rth = 107,5 kN ≥ Vth = 103 kN — identik |
4.6 Korbel pendek (TS 500 Pasal 8.4)
Buku tidak memuat perhitungan korbel (disebutkan bahwa perhitungan ini “akan dilakukan tersendiri”). Inti perhitungan diuji dengan contoh pada hlm. 99 buku pegangan Prefabrike Betonarme Yapılar Tasarım, Üretim ve Montaj Esasları (Prinsip Perancangan, Produksi, dan Pemasangan Struktur Beton Bertulang Pracetak) terbitan Asosiasi Prefabrikasi Turki dan dengan perhitungan manual yang disusun untuk korbel DK101 pada as B bangunan buku (dasar perhitungan: Perancangan Korbel Pendek (Konsol Pendek)).
| Contoh | Besaran | StatiCAD | Acuan | Evaluasi |
|---|---|---|---|---|
| Buku pegangan hlm. 99: Vd = 450 kN, Hd = 90 kN, h = 800 mm, d = 770 mm, b = 400 mm, a = 250 mm, C30, B420C | As metode buku pegangan | 656,1 mm² | 656 mm² | Identik |
| μe (batas Tabel 4.16) | 6,87 → 3,4 | 3,4 | Identik | |
| T2 | 488,0 kN | 488 kN | Identik | |
| Vr | 1320 kN | 1324 kN | Pembulatan (pada buku pegangan fcd = 21,5 MPa) | |
| Avh / A’s,min / tulangan bawah (3Ø18) | 328,0 / 640 / 763 mm² | 328 / 640 / 763 mm² | Identik | |
| Ast TS 500 | 903,6 mm² (suku tulangan minimum menentukan) | — | 38% lebih besar daripada metode buku pegangan | |
| Korbel DK101 as B bangunan buku: Vd = 718 kN, bw = h = 600 mm, d = 550 mm, av = 160 mm, C35 (γmc = 1,4), B420C, μ = 1,4 | Hd = 0,2·Vd | 143,6 kN | Perhitungan manual 143,6 kN | Identik |
| Ast ((2/3)·Awf + An menentukan) / Asv | 1329,4 / 468,1 mm² | 1329,4 / 468,1 mm² | Identik | |
| As metode buku pegangan | 1000,8 mm² | — | TS 500 / buku pegangan = 1,33 |
Nilai “1,7 lb = 1200” pada gambar hlm. 99 buku pegangan tidak dapat dihasilkan dengan definisi buku pegangan itu sendiri (1,7 × 576 = 979 mm; ketidakkonsistenan di dalam buku pegangan); program menghitung lb dari definisinya. Buku pegangan menempatkan empat lapis sengkang 2Ø8 di dalam d/2; karena TS 500 menyebarkan penempatannya hingga 2d/3, luas yang berada di dalam pita d/2 dibandingkan sebagai informasi.
Pengujian dan uji di dalam program:
- Inti perhitungan diuji dengan program uji yang independen dari program dan dengan kasus-kasus yang dihasilkan oleh perhitungan acuan yang ditulis secara terpisah (Python): seluruh 12 835 pemeriksaan berhasil (persamaan TS 500, batas cakupan dan penampang, opsi μ dan γ, kebutuhan geser dengan D, pemilihan tulangan, tambahan dari buku pegangan, teks laporan). Kemampuan pengujian dalam menangkap kesalahan diukur dengan uji mutasi, yaitu dengan sengaja menyisipkan kesalahan ke dalam perhitungan.
- Perancangan korbel pada model identik dengan perhitungan yang independen dari model dengan masukan yang sama pada lima korbel; penurunan masukan, kebutuhan geser dengan D, kebutuhan yang tidak lengkap (TIDAK DIPERIKSA), keadaan kesalahan, dan baris laporan benar pada 108 pemeriksaan.
- Kebutuhan otomatis: pada model kren jembatan berkolom dua (masukan kren buku, γK = 1,6), pada korbel kolom tepi Vd = 515,97 kN (1,4·q·L/2 + 1,6·Rkol,maks), Hd,ek = 48,92 kN (1,6·Rkol,maks/10), Hd = 152,11 kN, dan av = 150 mm identik dengan perhitungan manual; pada model dengan tiga kolom per rel, pada kolom antara Vd = 542,75 kN. Bila balok dan kren bertumpu pada korbel yang sama, kedua kontribusi dijumlahkan; pada balok bersendi, kebutuhan korbel identik dengan gaya ujung balok yang digunakan oleh perancangan sambungan. Pada keadaan muka yang salah, selisih elevasi 10 cm, model tanpa analisis, dan kren nonaktif, kebutuhan dianggap tidak lengkap (62 pemeriksaan; aturan pencocokan dan selubung juga diuji dengan 316 pemeriksaan unit).
- Tab Korbel: bila OK ditekan tanpa perubahan, data tersimpan dipertahankan apa adanya; Batal tidak mengubah apa pun; angka yang tidak valid, h yang tidak diisi, elevasi yang tidak muat pada kolom, dan arah yang tidak pasti pada kolom yang diputar tidak menutup jendela; hasil Hitung sama dengan perancangan yang disimpan; opsi seleksi jamak, Undo, serta teks bahasa Turki dan Inggris benar (117 pemeriksaan).
- Penyimpanan dan transisi: definisi korbel dan baris KONSOL kembali secara identik pada kedua format file (.sy4, .sbd); Undo / Redo mengembalikan korbel; pada penyalinan, salin lantai, pencerminan, dan rotasi, arah korbel ditransformasikan dengan benar. Pada laporan bahasa Turki dan Inggris, baris KONSOL dicetak dengan benar setelah baris-baris sambungan.
- Tidak ada perubahan pada proyek tanpa korbel: pada 12 proyek uji, keluaran analisis dan perancangan, file simpanan, dan teks laporan identik dengan versi sebelumnya (hanya nomor versi yang berbeda).
5. Perbandingan pada skala bangunan
Bangunan buku (denah 40×75 m, tinggi 10 m, lantai antara pada elevasi +5,00 di antara as A–C, kren jembatan 200 kN di antara as C–E; balok atap berpin pada kolom, balok lantai penerus momen; R–D berbeda pada bagian bawah) dibangun di StatiCAD.
| Besaran | Buku | StatiCAD | Evaluasi |
|---|---|---|---|
| SDS / SD1 | 1,384 / 0,477 | 1,3836 / 0,477 | Identik |
| Tp pada metode ekuivalen | 0,787 s | 0,787 s | Identik |
| Massa total | 3243 t | 3165 t | −2,4% (detail model) |
| Proporsi gaya lantai | 0,576 / 0,424 | 0,576 / 0,424 | Identik |
| ν, (R̄a)bawah, D̄bawah | Bagian 4.3 | Bagian 4.3 | Identik |
| Simpangan antar lantai pada lantai 1 (Y) | 0,011 | 0,0109 | Identik |
| Momen tumpuan balok lantai (as B) | −988 kNm | −1021 kNm | +3% |
| Periode dominan Tx / Ty (modal) | 1,107 / 1,042 s | 0,806 / 0,830 s (atap kaku) | Lihat di bawah |
Selisih periode: Buku memberikan periode dominan pada satu moda; pada model buku, atap bersifat semi-kaku dengan diagonal ekuivalen Lampiran 8B. Pada StatiCAD, dengan asumsi atap kaku, portal berlantai antara dan deretan kolom kantilever bergetar seperti subsistem yang terpisah. Ketika model yang sama dibangun secara independen di SAP2000 v27, periode StatiCAD direproduksi dalam 1% (Bagian 6). Dengan demikian, selisih tersebut bukan berasal dari solusi elemen hingga, melainkan dari idealisasi diafragma atap dan portal.
6. Perbandingan elemen hingga independen dengan SAP2000 v27
Model elemen hingga yang dibangun program (simpul, batang, pengali penampang efektif, sendi, ujung kaku, massa lantai) dibangun ulang di SAP2000 dengan asumsi yang sama; selain analisis modal, matriks kekakuan tereduksi dibandingkan suku demi suku dengan menerapkan beban satuan pada simpul utama lantai.
| Model | Besaran | StatiCAD | SAP2000 | Selisih |
|---|---|---|---|---|
| Persegi 3×3 as, 2 lantai | Tx / Ty | 0,6192 / 0,6192 s | 0,6240 / 0,6240 s | 0,8% |
| Persegi panjang 5×2 as, 2 lantai | Tx / Ty | 0,5677 / 0,6362 s | 0,5677 / 0,6316 s | 0,0% / 0,7% |
| Bangunan buku, tanpa diagonal | Tx / Ty | 0,8135 / 0,8965 s | 0,8194 / 0,9005 s | 0,7% / 0,4% |
| Bangunan buku, dengan diagonal Lampiran 8B dan gording | Tx / Ty | 0,8314 / 0,9166 s | 0,8383 / 0,9209 s | 0,8% / 0,5% |
Suku diagonal matriks kekakuan tereduksi bersesuaian dalam 2,5%, dan matriks massa ditemukan identik. Pada turunan bangunan buku dengan balok atap, balok kren, atau balok talang yang dihilangkan, kedua program juga bersesuaian dalam 1%.
7. Evaluasi umum
- Elemen penampang variabel dan penampang pracetak telah diverifikasi dengan solusi bentuk tertutup dan SAP2000.
- Perhitungan Lampiran 8B, kren jembatan, R–D berbeda, sambungan, panel fasad, dan geser pondasi sesuai satu lawan satu dengan contoh numerik dalam buku, kecuali pada titik-titik tempat program menerapkan peraturan di sisi aman.
- Penerusan pembebanan kren ke model analisis, kombinasi, dan perancangan telah diverifikasi dengan perhitungan manual pada model uji berkolom dua serta dengan pemeriksaan cakupan kombinasi pada dua model bangunan.
- Perhitungan korbel pendek (TS 500 Pasal 8.4) mereproduksi contoh buku pegangan dan perhitungan manual korbel bangunan buku; kebutuhan otomatis berimpit satu lawan satu dengan perhitungan manual pada model uji kren jembatan.
- Solusi elemen hingga bersesuaian dalam 1% pada periode dengan model independen yang dibangun di SAP2000 v27.
Seluruh hasil yang dihasilkan perangkat lunak wajib diperiksa oleh insinyur penanggung jawab.