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.
- 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 | 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.
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 |
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.
- 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.