Perbandingan RC Shell reinforcement design pd slab&beam

Dilihat perbandingan hasil design slab beton berdasarkan force method (SAFE) dan moment resultant atau predetermined field moment (SAFE/SAP2000), slab tersebut sudah ditinjau dan dianalisa sebelumnya.

Data perhitungan :

Tebal slab, th = 150 mm

Selimut beton, 

Tulangan atas (Top)

X cover = 20 mm (to centroid)

Y cover = 30 mm

Tulangan bawah (Bottom)

X cover = 20 mm (to centroid)

Y cover = 30 mm

Mutu beton, f'c = 27.5 MPa

Baja, fy = 400 MPa (deformed bars)

Faktor reduksi kekuatan tinjauan lentur, Phi_b = 0.9 (ACI318 dan default SAP2000)

Kombinasi yg ditinjau U=1.4D+1.7L

 

Design method using Nodal Moment (force method)

Hasil desain SAFE

Middle Strip

Lapangan

As_pos = 1104.11 mm2/m lebar strip

Tumpuan

As_neg = 801.36 mm2/m lebar strip

 

Hasil Design SAP2000

Lapangan

As_pos = Avg(0.590746,0.676456,0.676456,0.590746) =  0.633601 mm2/mm'

= 0.633601*3000 = 1900.80 mm2/m lebar strip

Tumpuan

As_neg = Avg(0.275341,0.286297,0.286297,0.275341) = 0.280819 mm2/mm'

= 0.280819*3000 = 842.457 mm2/m lebar strip

 

Design method using predetermined field moment (SAP2000 RC Shell Design)

Design method using Internal Moment (Wood-Armer/Moment Resultant, SAFE)

Perbedaan yang cukup signifikan terutama pada pembesian momen positif (lapangan). Pada desain beton slab/plate (XY plane,without membrane forces) didasarkan hubungan kesetimbangan (Tension steel) Ts = Cc (Conpression concrete), ini terlihat berbeda pada desain shell (3D,with membrane forces) SAP2000 yang didasarkan pada konversi bending moment thd lengan momen yg menjadikan pure membrane forces ditambahkan dengan membrane forces yg terjadi. Tidak diberikan dan dijelaskan dalam dokumentasi SAP2000 - shell reinforcement mengenai batasan validitas penggunaan, apakah dapat juga diterapkan pada element plate (bending only) atau element plane stress (membrane only), perlu merujuk pada pustaka aslinya dari Troels-Brondum-Nilsen(1974) dan Peter Marti (1990) untuk mengetahui detail dan kejelasannya.

Sebagai peninjauan awal saja, ditinjau aplikasi desain element shell SAP2000 untuk keadaan membrane force only yaitu struktur balok yang dimodelkan dgn element plane stress

Data perhitungan :

Lspans = 6.00m

Dimensi balok, BxH = 400x1000 mm

Mutu beton K300 --> f'c = 25.38 MPa

Tulangan fy = 400 MPa (deformed bars)

Tebal shell, th = 400 mm

Beban P = 2.22*6 = 13.33 kN

Momen Mu = 13.33*6.00 = 80.0 kN.m



Perhitungan standar desain balok beton ACI-318 dengan faktor Phi_b = 0.9 dapat dilihat disini, perkiraan kebutuhan kebutuhan tulangan perlu berkisar 4D10 (314.16mm2) tergantung konfigurasi tulangan.

 

Hasil output kebutuhan penulangan daerah tumpuan (negatif moment)

Nilai terbesar @h=1000mm, As_req(max) = 

Max(0.66032,0.595727,0.474602,0.405285,0.337724,0.221759,0.157382,0.081826,0.012451)

= 0.66032 = mm2/mm'

Nilai rata-rata, As_req(avg) =

Avg(0.66032,0.595727,0.474602,0.405285,0.337724,0.221759,0.157382,0.081826,0.012451)

= 0.327452889 mm2/mm'

As_req = 0.327452889*(1000-466.67)*2 = 349.28 mm2

Nilai terkecil@h=466.67mm, As_req(min) = Min(0.66032,0.595727,0.474602,0.405285,0.337724,0.221759,0.157382,0.081826,0.012451)

= 0.012451 mm2/mm' 



Jika ditinjau penulangan per-lapis

Lapis atas Hlap1 = 200 mm @ h=800~1000mm

Tinjau rata-rata, As_req(avg)=Avg(0.66032,0.595727,0.474602,0.405285,0.337724)

= 0.5339835 mm2/mm'

As_req(lap1) = 0.5339835*200*2 = 213.59 mm2

Lapis atas Hlap2 = 200 mm @ h=600~800mm

Tinjau rata-rata, As_req(avg)=Avg(0.66032,0.595727,0.474602,0.405285)

= 0.2805375 mm2/mm'

As_req(lap2) = 0.2805375*200*2 = 112.22 mm2

Lapis atas Hlap3 = 200 mm @ h=400~600mm

Tinjau rata-rata, As_req(avg)=Avg(0.157382,0.081826,0.012451,0.00)

= 0.06291475 mm2/mm'

As_req(lap3) = 0.06291475*200*2 = 25.17 mm2

Jumlah total, As_req(tot)= 213.59+112.22+25.17 = 350.98 mm2

 

Terlihat nilainya mendekati dibandingkan dengan perhitungan balok beton biasa (349.28mm2 atau 350.98mm2 terhadap 314.16mm2), namun perlu tambahan perbandingan lain seperti balok tinggi (deep) atau miring (haunched). Beberapa rujukan menyatakan bahwa perhitungan design moment pada element shell dgn menggunakan moment resultant (wood-armer) atau predetermined field moment sangat sensitif terhadap meshing yang digunakan (required fine mesh). Perlu adanya penulurusan verifikasi/validasi dari rujukan pustaka aslinya, sehingga didapat lebih kejelasan.