STUDI PERBANDINGAN DISTRIBUSI GAYA GESER PADA
STRUKTUR DINDING GESER AKIBAT GAYA GEMPA DENGAN
BERBAGAI METODE ANALISIS
Franklin Kesatria Zai NIM: 15007133
(Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil) Institut Teknologi Bandung
ABSTRAK
Perencanaan struktur bangunan tahan gempa sangat penting di Indonesia mengingat sebagian besar wilayahnya terletak dalam wilayah gempa dengan intensitas moderat hingga tinggi. Pada saat kebutuhan secara fungsional mengijinkan, penahanan terhadap gaya lateral ditanggung oleh dinding struktur yang ada. Penggunaan dinding geserpada struktur bangunan sangat menguntungkan, karena dinding gesersangat efesien dalam menahan gaya lateral. Dalam Perancangan desain struktur bangunan termasuk bangunan dinding gesertidak terlepas dari penggunaan perangkat lunak yaitu program komputer struktur. Perangkat lunak yang ada, pada umumnya melakukan berbagai pendekatan dalam pemodelan struktur, sehingga hasil yang dikeluarkan belum tentu 100 % benar dan dapat langsung diterapkan. Pemakai harus terlebih dahulu mengerti dan mengetahui dasar-dasar yang dibutuhkan untuk kemudian melakukan pengambilan keputusan benar atau tidaknya hasil tersebut.
Pemodelan yang dilakukan dengan struktur dinding geser yang berdiri sendiri dan yang dihubungkan dengan portal. Analisis yang dilakukan adalah membandingkan parameter distribusi geser (deformasi, nilai D) dan pembagian gaya geser pada dinding geser dan kolom khusus untuk struktur dinding geser yang dihubungkan dengan portal. Masing-masing pemodelan melibatkan dua jenis pembebanan yaitu pembebanan konstan dan pembebanan berubah (pembebanan dengan metode statik ekivalen) serta beberapa metode analisis.
Metode yang digunakan dalam analisis adalah perhitungan secara manual dan programming. Perhitungan secara manual menggunakan teori tradisional dan metode Kiyoshi Muto dengan program bantu Microsoft Excel. Khusus untuk dinding geser yang dihubungkan dengan portal, dilakukan iterasi berulang hingga didapatkan nilai yang konvergen. Perhitungan programming adalah dengan memakai perangkat lunak seperti ETABS dan bahasa FORTRAN yang memakai metode analisis matriks kekakuan langsung.
Melalui metode-metode analisis tersebut, akan dibandingkan parameter distribusi geser, diantaranya adalah nilai D struktur, deformasi, nilai D kolom dan pembagian gaya geser pada dinding geser dan portal (untuk struktur dinding geser yang dihubungkan dengan portal).
PENDAHULUAN
Perencanaan struktur bangunan tahan gempa sangat penting di Indonesia mengingat sebagian besar wilayahnya terletak dalam wilayah gempa dengan intensitas moderat hingga tinggi. Pada saat kebutuhan secara fungsional mengijinkan, penahanan terhadap gaya lateral ditanggung oleh dinding struktur yang ada. Penggunaan dinding geserpada struktur bangunan sangat menguntungkan, karena dinding gesersangat efesien dalam menahan gaya lateral. Dalam Perancangan desain struktur bangunan termasuk bangunan dinding gesertidak terlepas dari penggunaan perangkat lunak yaitu program komputer struktur. Perangkat lunak yang ada, pada umumnya melakukan berbagai pendekatan dalam pemodelan struktur, sehingga hasil yang dikeluarkan belum tentu 100 % benar dan dapat langsung diterapkan. Pemakai harus terlebih dahulu mengerti dan mengetahui dasar-dasar yang dibutuhkan untuk kemudian melakukan pengambilan keputusan benar atau tidaknya hasil tersebut.
STUDI LITERATUR
Sebuah dinding geser merupakan dinding struktur yang dirancang untuk menahan geser, gaya lateral yang diakibatkan oleh gempa bumi. Dinding geser yang efektif adalah yang baik, kaku, dan kuat. Dalam struktur bangunan yang bertingkat, dinding geser sangat penting, karena selain mencegah kegagalan struktur, juga mendukung beberapa lantai gedung di
atasnya agar tidak runtuh ketika adanya gerakan lateral akibat beban gempa bumi.
Dinding geser pada gedung umumnya dihubungkan dengan portal-portal, dan pengaruh sambungan antara dinding geser dan portal sangat besar dan kelakuannya jauh berbeda dari dinding geser yang berdiri sendiri. Namun, Sifat-sifat lendutannya dapat langsung diturunkan dari lendutan dinding geser yang berdiri sendiri, dan metode perhitungan untuk dinding geser yang berdiri sendiri merupakan dasar perhitungan untuk dinding geser dengan pengaruh perbatasan. Lendutan dinding geser bertingkat banyak bisa dibedakan atas :
deformasi lentur deformasi geser
deformasi akibat rotasi pondasi Deformasi lentur kecil pada lantai-lantai bawah, namun pada lantai-lantai atas, pengaruh deformasi lentur pada lantai-lantai bawahnya menjadi besar. Karena alasan ini, secara nyata kekakuan berkurang pada lantai-lantai atas. Hal ini harus dicatat sebagai karakteristik dinding geser.
Penentuan koefisien distribusi gaya geser dengan memakai besaran-besaran dasar dan perhitungan yang didasarkan kekakuan elemen. Sebelum meninjau lebih jauh, berikut adalah prinsip karakteristik dinding geser yang dipakai untuk tujuan perancangan :
1. Dinding geser sebaiknya menerus sampai ke atas.
3. Bila dinding atas dan bawah tidak menerus (atau berseling), gaya gempa yang ditahan oleh dinding harus disalurkan melalui lantai.
TEORI PEMBAHASAN
Metode yang digunakan dalam analisis adalah perhitungan secara manual dan programming. Perhitungan secara manual menggunakan teori tradisional dan metode Kiyoshi Muto dengan program bantu Microsoft Excel.
Langkah-langkah perhitungan untuk dinding geser yang berdiri sendiri ialah sebagai berikut:
a. Mengidealisir distribusi beban luar diseluruh tinggi dinding
b. Menghitung deformasi geser dan lentur akibat beban luar dalam bentuk perpindahan relatif setiap tingkat.
c. Mengitung perpindahan total dari penjumlahan perpindahan relative setiap tingkat.
d. Menghitung koefisien distribusi gaya geser dari pembagian gaya geser akibat beban luar ideal setiap tingkat dengan jumlah perpindahan total di setiap tingkat.
Khusus untuk dinding geser yang dihubungkan dengan portal, dilakukan iterasi berulang hingga didapatkan nilai yang konvergen
Dasar-dasar Yang dipakai dalam perhitungan dinding geser yang dihubungkan dengan portal adalah:
Mencari geser total pada lantai ( ) di mana adalah geser kolom, maka: ∑ , geser total
akan didistribusikan pada kolom tiap lantai.
Hubungan momen balok dan kolom pada tiap join sesuai hokum keseimbangan momen. ∑ , di mana adalah momen akhir. Pada join kolom eksterior, maka
, sedangkan pada join kolom interior
Untuk menyatakan nilai deformasi akibat rotasi
Resisting momen, , pada balok yang bersebelahan ketika terdapat rotasi sudut, θ, pada dinding yaitu
, di mana untuk momen lentur pada sisi dinding hubungan balok, sedangkan
untuk momen lentur pada sisi berlawanan hubungan balok.
Nilai D di dapat dari perbandingan besarnya gaya geser total di tiap lantai dengan besarnya perpindahan horizontal yang terjadi pada lantai tersebut.
Pada akhirnya, tujuan dari iterasi adalah untuk mendapatkan nilai yang konvergen dengan perbedaan dengan nilai sebelumnya di bawah 1 persen.
Langkah-langkah perhitungan metoda kekakuan langsung secara umum :
1. Pembentukan derajat kebebasan pada struktur
2. Identifikasi model elemen 3. Identifikasi model struktur
Bahasa FORTRAN memodelkan struktur sebagai portalekivalen dengan konsep dasar seperti berikut:
1. Dinding geser dimodelkan sebagai kolom
2. Untuk mempertimbangkan lebar dinding geser, dibuat balok kaku dengan panjang sebesar setengah lebar dinding
3. Untuk mempertimbangkan
deformasi geser antara ujung atas kolom suatu lantai dengan ujung bawah kolom di lantai atasnya dibuat suatu balok kecil (L = 1 cm) yang berfungsi sebagai pegas dalam arah horizontal.
4. Momen inersia balok kecil diambil suatu nilai yang besar, sedangkan luas balok kecil (A) diambil sedemikian sehingga L/AE balok = KH/GAw dimana K = kappa, Aw luas penampang shear wall, H tinggi lantai.
PEMODELAN DAN PERHITUNGAN
Pemodelan yang dilakukan ada dua jenis, yaitu struktur dinding geser yang berdiri sendiri dan yang dihubungkan dengan portal. Analisis yang dilakukan adalah membandingkan parameter distribusi geser (deformasi, nilai D) dan pembagian gaya geser pada dinding geser dan kolom serta momen balok ujung kanan khusus untuk
struktur dinding geser yang dihubungkan dengan portal. Masing-masing pemodelan melibatkan dua jenis pembebanan yaitu pembebanan konstan dan pembebanan berubah (pembebanan dengan metode statik ekivalen). Pada pembebanan berubah digunakan asumsi data:
letak bangunan di daerah kota Bandung
Wilayah Gempa 4 (SNI 1726-2002) terlihat dalam Gambar (IV.3) di atas
Jenis tanah Lunak
Faktor respon gempa adalah 0,85 (Gambar
Faktor keutamaan gedung untuk hunian/kantor, I=1
Sistem rangka dengan pemikul momen menengah (SRPMM)
Selanjutnya, setelah di dapat model masing-masing pembebanan, baik, konstan maupun dengan metode statik ekivalen, kemudian, pembebanan ini diaplikasikan ke dalam perhitungan distribusi gaya geser yang telah dijabarkan sebelumnya pada bab Teori Pembahasan, yang akan menghasilkan beberapa parameter yang akan dianalisis, seperti deformasi horisontal struktur, pembagian gaya geser pada dinding geser dan pada kolom untuk struktur dengan interaksi dinding geser-portal, momen balok ujung kanan, serta nilai D sebagai koefisien distribusi gaya geser.
Pemodelan pada program ETABS, langkah-langkah yang digunakan dalam memodelkan struktur adalah sebagai berikut:
1. Mendefinisikan dimensi struktur keseluruhan dengan menggunakan garis bantu atau grid untuk arah x dan y global, serta jumlah lantai untuk arah z.
2. Mendefinisikan material yang digunakan, yakni beton.
3. Mendefinisikan properti untuk struktur, dalam pemodelan ETABS, balok dan kolom dimodelkan dengan frame section, sedangkan untuk dinding geser dimodelkan dengan wall/slab/deck section. Semua modifier tidak di ubah, di isi dengan angka 1. Untuk kolom, klik reinforcement, lalu design tipenya menjadi column. Untuk balok, klik reinforcement, lalu design tipenya menjadi beam. Pemodelan dinding geser menggunakan tipe shell.
4. Setelah semua properti struktur didefinisikan, maka struktur digambar sesuai dengan pemodelan, kemudian dilakukan assign beban lateral pada tiap lantai.
Selain pada ETABS, program yang dipakai untuk perhitungan adalah menggunakan program frame dengan memakai bahasa FORTRAN. Program frame hanya dilakukan pada model struktur interaksi dinding geser-portal. Berikut ini dijelaskan proses input perhitungan distribusi gaya geser oleh program frame pada bahasa FORTRAN,
yang memakai analisis matriks kekakuan langsung, sebagai berikut:
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Analisis yang dilakukan adalah membandingkan parameter distribusi geser (deformasi, nilai D) dan pembagian gaya geser pada dinding geser dan kolom serta momen balok ujung kanan khusus untuk struktur dinding geser yang dihubungkan dengan portal.
Untuk kemudahan analisis akan dibuat perbandingan parameter dalam bentuk grafik, sehingga dapat dilihat bagaimana kompatibilitas dari masing-masing metode analisis yang telah dilakukan sebelumnya, baik metode secara manual maupun secara programming.
yang berada di bawah 10 % untuk melihat keakuratan perhitungan dan sejauh mana iterasi yang akan dilakukan. Dalam dunia nyata teknik sipil, nilai plot error kurang dari atau sama dengan 5 % sudah cukup dijadikan suatu nilai yang akan dipakai dalam perencanaan.
Analisis terakhir yang dilaukan adalah melakukan penghalusan area (refinement area) pada struktur khususnya dengan memakai program bantu ETABS. Tujuan dilakukan untuk memperoleh hasil yang lebih halus dan lebih teliti. Upaya ini dilakukan dengan membagi-bagi elemen struktur menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Hal ini dilakukan sampai hasil yang di dapat tidak lagi mengalami perubahan yang signifikan. Refinement dalam ETABS dilakukan dengan melakukan mesh pada area shear wall pada tiap lantai.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan yang di dapat adalah sebagai berikut:
1. Pada analisis strukltur dinding geser yang berdiri sendiri, metode iterasi excel lebih kompatibel dengan hasil program ETABS daripada metode iterasi muto
2. Pada analisis strukltur dinding geser yang berdiri sendiri, metode program frame yang memakai bahasa FORTRAN lebih kompatibel dengan hasil program ETABS, sedangkan metode iterasi excel lebih kompatibel dengan metode iterasi muto.
3. Hasil program frame lebih fleksible dengan deformasi yang lebih besar dibandingkan hasil excel dan muto. Itu terjadi karena pada analisis manual perpendekan batang tidak dianggap ada sedangkan pada analisis frame perpendekan dinding geser, kolom, dan balok dianggap ada.
4. Hasil analisis metode program frame dapat mendekati nilai pada metode iterasi perhitungan manual (Excel dan Muto), apabila kekakuannya diubah. Kekakuan ini berhubungan dengan momen inersia elemen dan momen inersia berhubungan dengan luas penampang elemen. Pendekatan hasil di dapat dengan memperbesar luas penampang elemen sebanyak 1000 kali kecuali pada balok kaku diperbesar hanya 10 kali.
menyerupai nilai yang sebenarnya atau nilai eksak.
Saran yang dapat diberikan adalah sebagai berikut;
1. Penggunaan teori perhitungan secara tradisional/manual yang digunakan seperti teori dari Muto dan metode iterasi excel akan lebih baik jika sesuai (kompatibel) dengan penggunaan perangkat lunak/ program bantu seperti ETABS versi 9.7.4 maupun program frame yang memakai bahasa FORTRAND. Hasil analisis yang tidak signifikan terutama pada analisis metode dari muto disarankan harus mengalami perbaikan teori untuk hasil yang lebih baik di masa mendatang. 2. Teori pengaruh portal pada struktur inti
dinding geser perlu dipertimbangkan khususnya pada perhitungan secara manual agar di dapatkan hasil eksak yang mendekati program bantu.
3. Khusus pada program bantu ETABS versi 9.7.4 pada kasus interaksi dinding geser-portal, perlu dipertimbangkan ketelitian perhitungan dengan cara refinement area, karena nilai akhir refinement masih agak berbeda dengan nilai awal refinement struktur. Pada akhirnya nilai yang mendekati nilai eksak yang akan dipakai dalam desain bangunan.
PUSTAKA
Muto, K. 1974 : Aseismic Design of Buildings, Tokyo, Maruzen Company Ltd.
Badan Standardisasi Nasional (2002): Standar Nasional Indonesia
1726-2002 tentang Standar Perencanaan
Ketahanan Gempa untuk Struktur
Bangunan Gedung.
Departemen Pekerjaan Umum (1983):
Peraturan Pembebanan Indonesia
untuk Gedung, Jakarta, Yayasan
Badan Penerbit Pekerjaan Umum.
Surahman, A. (2002): Diktat Kuliah Analisa Struktur, Bandung, Penerbit ITB.
Surono, A. (2010): Catatan Kuliah Mekanika Bahan, Bandung, Penerbit ITB
Darmawan, S. (2008): Catatan Kuliah Statika, Bandung, Penerbit ITB
Sinaga, S.T. dan Sunardi (1998): Analisis Struktur Dinding Geser dengan
Metoda Elemen Hingga segiempat
Berderajat Kebebasan Dua Belas,
Bandung, Penerbit ITB.
Mulyati. (2011): Bahan Ajar Analisa Struktur II, Padang, Penerbit ITP.
Ashari. BAB III Metode Ubahan
Sudut.http://lecturer.poliupg.ac.id/ash
ari/Bahan%20Ajar%20MEREK%20I
II/BAB%20IIIUbahan%20Sudut.doc
