ANALISIS EFEK PENEMPATAN DINDING BATA TERHADAP RESPON BANGUNAN AKIBAT EKSITASI GEMPA
Jonathan Marbun
1dan Daniel Rumbi Teruna
21Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Perpustakaan, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
E-mail: jojomarbun24@gmail.com
2Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Perpustakaan, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
E-mail: daniel1@usu.ac.id
Abstrak
Penempatan dinding bata yang tidak seragam pada bangunan dapat menyebabkan ketidakberaturan kekakuan, karena dinding bata mempengaruhi kekakuan lateral struktur secara keseluruhan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efek variasi penempatan dinding bata terhadap respon bangunan akibat gaya gempa. Dalam tulisan ini dikaji 4 variasi penempatan dinding bata yang memiliki 3 jenis bukaan/lubang dengan tetap mempertahankan massa yang sama. Jenis dinding bata pertama yaitu dinding bata tanpa bukaan, kedua dinding bata dengan bukaan 25% di diagonal tengah, dan yang terakhir dinding bata dengan bukaan 25% di diagonal bawah.
Dalam permodelan, dinding bata dimodelkan sebagai elemen truss sedangkan balok dan kolom dimodelkan sebagai elemen balok, dimana reduksi kekakuan akibat adanya bukaan turut serta diperhitungkan. Analisis linear riwayat waktu dilakukan dibawah 3 rekaman gempa (El-centro, Kobe, dan Loma Prieta) dengan bantuan software SAP 2000. Hasil analisis menunjukkan bahwa penambahan kekakuan dinding bata dapat mereduksi perpindahan lateral dan memperkecil periode getar alami pada struktur. Sebagai tambahan untuk bangunan tanpa dinding bata momen kolom maksimum terjadi pada lantai 2 sedangkan simpangan maksimum terjadi pada lantai 1. Selanjutnya untuk bangunan dengan dinding bata momen kolom maksimum dan simpangan antar lantai terjadi pada lantai yang tidak terdapat dinding bata. Terakhir, respon maksimum bangunan terjadi dibawah rekaman gempa Kobe.
Kata kunci: Gempa, Dinding bata, Kekakuan, Batang Tekan
Abstract
Unsymmetrical placement of masonry infill walls can cause stiffness irregularity, because it affects the structure stiffness entirely. This study aims to analyze the effect of infill walls configuration on the building response due to seismic forces. Therefore, four different infill walls configurations with 3 different openings were investigated by maintaining the mass of the structure remain the same. There are three types of masonry infill wall opening, first is a masonry infill wall without opening, second is a masonry infill wall with 25% opening in center diagonal, and third is a masonry infill wall with 25% opening in down left diagonal. In the modeling, masonry infill walls modeled as truss element while structural beam and column modeled as 1 dimensional beam element, and then stiffness reduction for masonry infill walls that have openings also considered. Linear time history analysis was conducted using SAP 2000 software under three seismic excitations (El Centro, Kobe, and Loma Prieta). Analysis result showed that infill walls added stiffness reduced lateral displacement and shortens the natural vibration period of the structure. In addition, for bare frame structure (without infill wall) the maximum column moment occur on the first floor and maximum interstory drift occur on the second floor. Furthermore, for building with infill wall the maximum column moment and interstory drift occur on the story where infill wall does not exist. Finally, the maximum response of building occur under Kobe ground motion excitation.
Keywords: Earthquake, Masonry infill walls, Stiffness, Equivalent Single Strut
1. Pendahuluan
Pada perencanaan struktur bangunan, dinding bata yang digunakan sebagai partisi biasanya hanya dianggap sebagai beban dan tidak mempunyai fungsi struktural ,tetapi kenyataannya dinding bata turut menyumbangkan kekakuan lateral pada suatu sistem struktur. Pemahaman seperti ini sering sekali menyebabkan kesalahan dalam perencanaan bangunan karena penempatan dinding bata yang tidak merata pada setiap lantai dapat menyebabkan ketidakteraturan bangunan secara vertikal. Hal ini sering terjadi karena pada umumnya bangunan membutuhkan lantai yang terbuka untuk digunakan sebagai lahan parkir, lobi sedangkan pada lantai lainnya diperlukan dinding bata sebagai partisi. Penempatan dinding bata yang tidak merata tersebut menyebabkan lantai lunak pada lantai yang terbuka. Bangunan yang mempunyai lantai lunak (soft storey) lemah dalam menahan gaya gempa. Kelemahan bangunan ini disebabkan karena interstorey drift yang berbeda jauh pada lantai lunak dapat menyebabkan gaya lateral tidak dapat didistribusikan secara merata pada setiap lantai. Situasi seperti ini menyebabkan konsentrasi tegangan pada lantai yang mempunyai perpindahan yang lebih besar. Kondisi seperti ini dapat menyebabkan bangunan tersebut runtuh dengan soft storey mechanism. Mekanisme keruntuhan ini sangat berbahaya karena bangunan akan runtuh secara tiba-tiba karena mempunyai nilai daktalitas yang rendah. Oleh karena itu perlu penelitian yang lebih lanjut tentang efek penempatan dinding bata terhadap respon bangunan akibat eksitasi gempa.
2. Perumusan Masalah
Pada perencanaan bangunan sering sekali mengabaikan kekakuan yang di sumbangkan oleh dinding bata.
Hal tersebut dapat menyebabkan kesalahan dalam perencanaan karena tanpa disadari kekakuan bata di tingkat atas menyebabkan lantai lunak pada tingkat dasar bangunan. Pemakaian dinding bata pun mempunyai variasi bukaan yang digunakan sebagai pintu atau pun jendela oleh karena itu ada 3 variasi bukaan dinding bata yang akan dianalisis yaitu dinding bata tanpa bukaan, dinding bata dengan bukaan 25% di tengah, dan dinding bata dengan bukaan 25% di diagonal bawah seperti yang terlihat pada tabel 1. Ketiga variasi dinding bata tersebut di konfigurasikan pada keempat model bangunan. Model bangunan pada penelitian ini mempunyai massa yang sama dan beban yang sama. Pada tabel 2 di jelaskan spesifikasi umum bangunan dimana mutu bahan pada keempat model bangunan juga sama sehingga yang membedakan 4 model bangunan hanyalah kekakuan dinding bata. Pada gambar 1 terlihat model bangunan yang akan dianalisis, model bangunan 1 dinding bata hanya dimodelkan sebagai beban merata pada balok, model bangunan 2 dan 3 dinding bata terletak pada lantai atas, dan model bangunan 4 yang tidak terdapat dinding bata pada lantai 3.
Tabel 1.Jenis Dinding Bata Tabel 2. Spesifikasi Umum Bangunan
3. Metode Penelitian
3.1 Permodelan kekakuan dinding bata
Dinding bata pada bangunan beton bertulang tidak hanya menyumbang kemampuan dalam menahan beban tetapi juga kekakuan. Sistem struktur rangka yang mempunyai dinding bata akan lebih kaku daripada yang tidak mempunyai dinding bata. Pada beban lateral yang rendah maka dinding bata dan rangka beton bertulang akan sepenuhnya berperilaku komposit. Seiring dengan penambahan gaya lateral maka perilaku rangka dan dinding bata semakin kompleks karena rangka akan berdeformasi secara lentur tetapi dinding bata akan berdeformasi secara geser. Akibatnya terjadi pemisahan rangka dengan dinding pada salah satu sudut dinding akibat diagonal tarik dan terbentuk batang tekan pada sudut dinding bata lainnya dengan arah diagonal (Paulay dan Priestley, 1992). Melihat dari mekanisme keruntuhan dinding bata pada rangka struktur, maka untuk memodelkan kekakuan dari dinding bata dapat di pakai metode “strut and tie” dimana dinding bata di modelkan sebagai batang tekan diagonal. Pada gamabar 2 batang tekan diagonal mempunyai lebar yang sama seperti dinding bata yang dipakai, sedangkan nilai w dapat ditentukan sebesar 0.25 dari panjang diagonal dinding bata (Paulay dan Priestley, 1992).
W = 0.25 Dm
(Pers.3.1) Gambar 1. Model Bangunan
Untuk dinding bata yang mempunyai bukaan maka nilai w akan direduksi sesuai dengan letak bukaannya.
Faktor reduksi kekakuan pada dinding bata yang mempunyai bukaan didasari dari penelitian asteris (2003) yang menganalisis efek bukaan pada dinding bata dengan metode elemen hingga, Gambar 3 menunujukkan hasil penelitian asteris untuk menentukan faktor reduksi kekakuan dinding bata dengan bukaan. Adanya faktor reduksi kekakuan ini maka dimensi batang tekan dinding bata yang mempunyai bukaan akan lebih kecil dari yang tidak mempunyai bukaan. Pada Gambar 4 menunjukkan dimensi batang tekan dari masing-masing dinding bata yang ada pada penelitian ini, terlihat bahwa dimensi dinding bata yang mempunyai bukaan lebih kecil dari pada didnding bata yang tidak mempunyai bukaan. Setelah dimensi batang tekan diketahui maka batang tekan akan diaplikasikan kepada model bangunan sesuai dengan konfigurasi penempatan dinding bata pada masing-masing bangunan. Dalam permodelan, batang tekan yang dimodelkan sebagai dinding bata hanya boleh menerima gaya aksial normal sehingga pada elemen batang tekan inersia penampang di modifikasi menjadi nol agar momen dan gaya lintang tidak bekerja pada elemen batang tekan. Menggunakan dimensi batang tekan pada gambar 4 maka permodelan SAP 2000 dilakukan sehingga didapat model bangunan seperti pada gambar 5.
Gambar 3. Faktor Reduksi Kekakuan Dinding Bata (sumber:Asteris 2003) Gambar 2. Permodelan diagonal strut pada dinding bata
Gambar 5. Permodelan Pada SAP 2000
Gambar 4. Dimensi diagonal strut pada dinding bata
4. Hasil dan Pembahasan
Akibat dari kekakuan dinding bata maka periode getar bangunan 2,3,dan 4 lebih kecil daripada bangunan 1. Pada gambar 6 menunjukkan bahwa rata-rata periode struktur yang memperhitungkan kekakuan dinding bata 65 % lebih kecil daripada yang tidak memperhitungkan kekakuan dinding bata.
Dari gambar 7 dilihat perpindahan maximum terjadi pada bangunan 1 arah y sebesar 86.72 mm, hal ini disebabkan oleh kekakuan bangunan 1 lebih rendah dari pada kekakuan bangunan 2, 3, dan 4. Bangunan 2, 3, dan 4 merupakan bangunan yang memperhitungkan kekakuan dinding bata sehingga kekakuan bangunan tersebut lebih besar dari pada bangunan 1, dapat diliahat juga dari gambar 7 perpindahan bangunan 1 arah x lebih besar 2.5 kali daripada bangunan yang memodelkan kekakuan dinding bata.
Respon bangunan yang berbeda akibat penempatan dinding bata juga dapat dilihat dari simpangan antar lantai dari keempat bangunan, dari gambar 8 dapat dilihat bahwa simpangan maksimum pada bangunan 2 dan 3 ada pada lantai 1 dimana tidak ada dinding bata pada lantai dasar. Simpangan pada bangunan 4 maksimum berada pada lantai 3 dimana lantai 3 tidak mempunyai dinding bata sehingga mempunyai kekakuan yang lebih kecil. Bangunan 1 mempunyai simpangan yang tesebar normal seperti kurva logaritmik, ini menunjukkan bahwa gaya lateral pada bangunan 1 tersebar merata pada setiap lantai. Pada bangunan 2, 3, dan 4 grafik simpangan menunjukkan adanya konsentrasi gaya lateral pada lantai yang mempunyai simpangan maksimum. Hal ini menandakan bahwa bangunan 2, 3, dan 4 mempunyai lantai lunak. Sehingga diperlukan kolom yang lebih besar untuk menyebarkan gaya lateral dengan merata dan meningkatkan daktalitas bangunan. Perbedaan simpangan antar lantai juga mempengaruhi momen kolom, seperti pada gambar 9 momen kolom maksimum yang terjadi ada pada lantai 1 bangunan 3. Kekakuan dinding bata menyebabkan momen kolom pada lantai 2,3, dan 4 pada bangunan 2 dan 3 relatif kecil dibandingkan dengan bangunan 1. Pada bangunan 4 momen maksimum terjadi pada lantai 3 dimana tidak terdapat dinding bata pada lantai tersebut tetapi momen kolom yang terjadi masih lebih kecil daripada bangunan 1.
Gambar 6. Grafik Periode Getar Alami Struktur
Gambar 9. Grafik Momen Kolom Gambar 7. Grafik Perpindahan Lantai
Gambar 8. Grafik Simpangan Antar Lantai
Kesimpulan
Dari hasil analisis yang dilakukan pada keempat model bangunan dengan menggunakan SAP 2000 maka dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa :
1. Periode getar alami maksimum bangunan 1 adalah 0.53 detik, pada bangunan 2 sebesar 0.36 detik, bangunan 3 0.37 detik, dan pada bangunan 4 sebesar 0.35 detik. Hal ini menunjukkan bahwa kekakuan dinding bata mereduksi periode getar alami bangunan sebesar 65% sehingga dinding bata mengubah respon bangunan terhadap eksitasi gempa.
2. Perpindahan maksimum pada bangunan 1 adalah 102.1 mm, pada bangunan 2 42.01 mm, pada bangunan 3 32.48 mm, dan pada bangunan 4 sebesar 29.96 mm. Sehingga, kekakuan dinding bata dapat mereduksi perpindahan dari struktur bangunan saat terjadi gempa.
3. Simpangan antar lantai pada bangunan 1 maksimum sebesar terjadi pada lantai 2, pada bangunan 2 dan 3 terjadi pada lantai 1 masing-masing sebesar 20.15 mm dan 22.85 mm, pada bangunan 4 simpangan maksimum terjadi pada lantai 3 sebesar 17.15 mm. Hal ini dapat dijelaskan dari penempatan dinding bata dimana pada umumnya bangunan dengan kekakuan yang seragam mempunyai simpangan maksismum pada lantai tengahnya ini terjadi pada bangunan 1. Sedangkan akibat penempatan dinding bata maka simpangan maksimum pada bangunan 2 dan terjadi pada lantai 1, dan pada bangunan 4 terjadi pada lantai 3 dimana pada lantai tersebut tidak terdapat dinding bata.
4. Pada bangunan 1, 2, 3, dan 4 momen kolom maksimum terjadi pada lantai 1, dimana momen kolom maksimum yang terjadi ada pada bangunan 3 sebesar 876.8662 kN-m. Hal ini menunjukkan bahwa kekakuan dinding bata dapat mempengaruhi perencanaan kolom suatu bangunan dalam menahan gaya gempa.
Saran
Setelah penelitian ini selesai maka ada beberapa saran untuk penelitian selanjutnya yaitu:
1. Untuk penelitian selanjutnya model struktur bangunan dapat dianalisis secara nonlinear pushover analysis untuk mengidentifikasi daktalitas bangunan dan sendi plastis yang terjadi akibat gaya gempa.
2. Untuk penelitian lebih lanjut kekakuan dinding bata dapat di modelkan dengan metode lain dengan memperhitungkan sifat nonlinear material dinding bata.
3. Dalam desain bangunan maka perlu diperhitungkan kekakuan dinding bata dan penempatannya pada bangunan tersebut. Hal ini bertujuan untuk mengindari kesalahan dalam perencanaan yang berakibat pada daktalitas bangunan yang rendah.
4. Kekakuan dinding bata dapat mereduksi perpindahan struktur dalam merespon eksitasi gempa, sehingga penempatannya harus direncanakan agar tidak terjadi ketidakberaturan kekakuan dalam struktur bangunan.
Untuk mengoptimalkan kekakuan dinding bata pada struktur bangunan, maka dinding bata sebaiknya tersekap(confined) sehingga dinding bata dapat menyumbangkan kekakuannya tanpa terjadi kerusakan parah
Daftar Pustaka
Asteris.P.G, 2003, M.ASCE, Lateral Stiffness of Brick Masonry In filled Plane Frames, Journal of Structural Engineering, Vol.129, No.8, August1, 2003.ASCE, ISSN0733-9445/2003/8-1071±1079.
Paulay T, Priestley MJN. Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings. John Wiley & Sons, New York, 1992.
