3. METODOLOGI PENELITIAN

(1)

19

Universitas Kristen Petra

3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Metodologi Penelitian

Lima metode penempatan VSL Gensui Damper akan dibandingkan pada penelitian ini. Metode yang digunakan antara lain metode Uniform, SSSAmod, ODAM, PM, dan metode Lavan A/R. Dalam penelitian ini, jumlah damper yang digunakan pada bangunan adalah sebanyak jumlah lantai, yaitu 10 damper.

Penempatan masing-masing metode seperti dijelaskan di Bab 2 dan iterasi untuk metode SSSAmod, ODAM, PM, dan Lavan A/R diterminasi saat damper telah diletakkan atau dipindahkan sebanyak 10 kali. Terminasi juga dilakukan apabila pemindahan damper telah konvergen atau kembali seperti langkah sebelumnya unuk metode ODAM dan Lavan A/R. Tiga struktur bangunan beton bertulang, dua bangunan dengan satu tingkat soft story dan satu bangunan dengan dua tingkat soft story, akan diuji dengan kelima metode yang telah disebutkan diatas. Dengan demikian dapat dibandingkan performa kelima metode terhadap struktur beton bertulang.

Bangunan yang denah dan ketinggiannya telah ditentukan direncanakan dengan menggunakan persyaratan gempa SNI 1726:2012 pada wilayah Surabaya dengan jenis tanah sedang, kecuali B3. Karena meninjau peraturan gempa, maka konsep strong column weak beam diterapkan pada B1 dan B2, sedangkan tidak pada B3. Elemen struktur didesain agar tidak memenuhi standar yang ada agar tidak terjadi overstrength sehingga kinerja damper yang diaplikasikan dapat ditinjau karena kerusakan sendi plastis dan simpangan diharapkan cukup besar. Gempa 2500 tahun yang disesuaikan dengan persyaratan gempa SNI 1726:2012 untuk wilayah Surabaya akan digunakan dalam analisis ketiga bangunan yang telah didesain.

Ketiga bangunan yang akan digunakan dalam penelitian ini didesain dengan dua jenis balok utama, yaitu balok interior dan belok eksterior. Kolom dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu interior, eksterior, dan corner. Ketiga bangunan didesain memiliki ukuran kolom yang mengecil secara bertahap, dimana kolom pada lantai 1 memiliki ukuran terbesar dan kolom pada lantai 10 memiliki ukuran

(2)

20

terkecil. Desain seperti ini mendukung agar tidak terjadi overstrength dan dapat dilihat kinerja damper. Seperti yang sudah disebutkan di atas, B1 dan B3 dibuat dengan ketidakberaturan vertical tingkat lunak pada lantai pertama, sedangkan B2 dibuat memiliki ketidakberaturan vertikal tingkat lunak pada lantai pertama dan kelima. Perkuatan yang digunakan pada penelitian ini menggunakan system approach dengan VSL Gensui damper dan penempatannya dioptimasi menggunakan metode SSSAmod, ODAM, PM, dan Lavan A/R.

Analisis yang digunakan adalah non-linear time history analysis dengan beban dinamis time history function El Centro arah x yang disesuaikan dengan respons spektrum wilayah Surabaya dengan beban gempa 2500 tahun. Program SAP2000 v18.2. digunakan dalam analisis ketiga bangunan tersebut. Setelah menganalisis ketiga bangunan dengan lima metode, maka hasilnya akan dibandingkan dengan kinerja bangunan yang masih belum diberi damper atau bare frame untuk menentukan efisiensi dari masing-masing metode.

Penelitian ini dilakukan dengan langkah-langkah yang ada pada flowchart berikut ini (Gambar 3.1).

Gambar 3.1. Flowchart Penelitian

Start

Desain Bangunan 1

Analisis ketiga bangunan menggunakan SAP2000 v18.2 dengan non-linear time history yang disesuaikan dengan persyaratan SNI 1726:2012 pada wilayah Surabaya

Pengumpulan data untuk properti VSL Gensui Damper yang akan diaplikasikan ke metode yang telah ditentukan

Analisis bangunan menggunakan non-linear direct integration time history analysis dengan kelima metode

Perbandingan hasil kelima metode

Penarikan hasil dan kesimpulan

Finish

Desain Bangunan 3 Desain Bangunan 2

(3)

21

Bangunan uji pertama (B1) dan kedua (B2) didesain menggunakan respons spektrum sesuai SNI 1726:2012 pada wilayah Surabaya. Bangunan ketiga (B3) menggunakan dimensi penampang seperti B1, hanya saja penulangannya dikurang satu ukuran. Misalkan D22 menjadi D19, D19 menjadi D16, dan seterusnya.

Masing-masing bangunan uji kemudian diberi damper dengan menerapkan lima metode penempatan (Uniform, SSSAmod, PM, ODAM, dan Lavan A/R).

Untuk masing-masing langkah, diambil output dari SAP2000 yang berupa joint displacement, frame hinge states, dan modal periods and frequencies. Ketiga output tersebut digunakan dalam perhitungan untuk menentukan properti damper pada langkah berikutnya. Masing-masing metode memiliki langkah paling banyak 10 langkah, kecuali bila terkena batasan yang disebutkan pada subbab pertama.

Setelah kelima metode diterapkan pada ketiga bangunan uji, maka hasil-hasilnya direkap dan dibandingkan. Langkah terakhir dalam penelitian ini adalah dengan menyimpulkan metode terbaik dari hasil-hasil yang sudah didapatkan.

3.2. Langkah Penempatan Damper 3.2.1. SSSAmod dan PM

Kedua metode ini mengikuti langkah perhitungan yang dijelaskan pada Bab 2 dalam persamaan 2.2 untuk metode SSSAmod dan persamaan 2.4 untuk metode PM untuk menentukan letak menempatkan damper. Awal dari kedua metode ini adalah bare model, karena damper belum terpasang sama sekali, maka joint displacement yang digunakan dalam perhitungan adalah interstory drift.

Interstory drift atau pi terbesar diambil sebagai lokasi penempatan. Setelah damper dipasang, bangunan kembali dianalisis menggunakan non-linear time history.

Kemudian, joint displacement dari damper diambil untuk perhitungan properti damper yang sesungguhnya. Pada Gambar 3.2. dan Gambar 3.3. ditampilkan langkah pertama atau penempatan damper pertama untuk metode SSSAmod dan PM secara berurutan.

(4)

22

(a) (b) (c)

Gambar 3.2. Penempatan Damper dengan Metode SSSAmod pada Langkah Pertama untuk (a) B1, (b) B2, dan (c) B3

(a) (b) (c)

Gambar 3.3. Penempatan Damper dengan Metode PM pada Langkah Pertama untuk (a) B1, (b) B2, dan (c) B3

(5)

23

3.2.2. ODAM dan Lavan A/R

Kedua metode ini mengikuti langkah perhitungan yang dijelaskan pada Bab 2 dalam persamaan 2.2 untuk metode ODAM dan persamaan 2.4 untuk metode Lavan A/R untuk menentukan letak memindahkan damper. Kedua metode ini diawali dengan penempatan damper secara Uniform, kemudian dari lantai dengan indikator yang terkecil, damper dipindahkan ke lantai dengan indikator yang terbesar. Karena damper telah dipasang, maka perhitungan properti damper langsung menggunakan joint displacement dari damper. Namun, penentuan letak pemindahan tetap menggunakan interstory drift. Pada Gambar 3.4. dan Gambar 3.5.

ditampilkan langkah pertama atau penempatan damper pertama untuk metode ODAM dan Lavan A/R secara berurutan.

(a) (b) (c)

Gambar 3.4. Penempatan Damper dengan Metode ODAM pada Langkah Pertama untuk (a) B1, (b) B2, dan (c) B3

(6)

24

(a) (b) (c)

Gambar 3.5. Penempatan Damper dengan Metode Lavan A/R pada Langkah Pertama untuk (a) B1, (b) B2, dan (c) B3

3.2.3. Uniform

Metode penempatan secara Uniform dilakukan dengan memasang seluruh damper sekaligus secara rata, yaitu satu damper per lantai. Perhitungan properti damper menggunakan interstory drift dari analisa non-linear time history pada bare frame. Setelah damper dipasang, dilakukan analisa non-linear time history dan kemudian diambil joint displacement pada damper untuk menghitung properti sesungguhnya dari masing-masing damper. Pada Gambar 3.6. ditampilkan langkah pertama penempatan damper untuk metode Uniform.

(7)

25

(a) (b) (c)

Gambar 3.6. Penempatan Damper dengan Metode Uniform untuk (a) B1, (b) B2, dan (c) B3

3.3. Mendefinisikan dan Menempatkan VSL Gensui Damper pada Bangunan Uji Dalam SAP2000

3.3.1. Strain Ratio

Strain Ratio merupakan perbandingan dari nilai deformasi yang terjadi pada VSL Gensui Damper dengan karetnya yang memiliki ketebalan 15 mm. Dari VSL, batas strain ratio adalah 50% - 300% jika melihat Gambar 2.3., Gambar 2.5., Gambar 2.7., dan Gambar 2.10. Deformasi dari damper dapat diambil dari joint displacement dari kedua joint damper yaitu atas dan bawah.

3.3.2. Frekuensi

Frekuensi bangunan didapatkan dari modal analysis saat run analysis dari seluruh bangunan. Kemudian setelah analisis selesai, dapat didapatkan output berupa Modal Periods and Frequencies. Pada Gambar 2.1., Gambar 2.6., dan Gambar 2.8., batas frekuensi yang terdapat pada grafik VSL adalah 0 – 3.

(8)

26

3.3.3. Temperatur

Temperatur yang diambil adalah suhu rata-rata tahunan kota Surabaya, sesuai dengan lokasi yang diambil untuk respons spektrum, yaitu sebesar 28.54°C.

Rata-rata dihitung berdasarkan Gambar 3.7. yang diambil dari National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Gambar 3.7. Suhu Rata-rata Bulanan Surabaya

Sumber: National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) 3.3.4. Define Link Properties

Setelah mendapatkan damper drift atau interstory drift, frekuensi, dan temperature sesuai masing-masing bangunan uji, dapat dihitung properti damper sesuai langkah-langkah dan persamaan yang terdapat pada Bab 2. Tabel 3.1.

menunjukkan parameter yang digunakan sebagai input untuk properti damper pada SAP2000.

(9)

27

Tabel 3.1. Parameter VSL Gensui Damper untuk Link Properties pada SAP2000

SAP2000 VSL Gensui Satuan Keterangan

Effective Stifness Keq kN/mm

Efffective Damping Ceq kN.s/mm

Stifness Ku kN/mm

Yield Strength Qd kN

Post Yield Stifness Ratio

r -

Yielding Exponent - - Selalu sama dengan 2

(sifat bilinear damper) Sumber: VSL (2016, p. 17)

Langkah pendefisian damper ke dalam SAP2000 adalah sebagai berikut:

define – section properties – link/support properties – add new property (Gambar 3.8.).

Untuk link/support type, pilih plastic (wen), dan direction memilih sesuai dengan arah gempa. Untuk penelitian ini diteliti arah gempa U1, maka sumbu lokal untuk damper dipilih U2, kemudian beri centang pada non-linear (Gambar 3.9.).

Untuk memasukkan angka-angka properti dari damper, pilih modify/show for U2.

Kemudian masukkan angka sesuai perhitungan untuk masing-masing damper yang akan digunakan pada bangunan (Gambar 3.10.).

(10)

28

Gambar 3.8. Define Link Properties pada SAP2000 v18.2

Gambar 3.9. Link/Support Property Data pada SAP2000

(11)

29

Gambar 3.10. Link/Support Directional Properties pada SAP2000

3.3.5. Memasang VSL Gensui Damper dalam Bangunan

Damper yang dimodelkan memiliki dimensi kubus berukuran 40 x 40 x 40 cm³, maka diperlukan batang virtual yang berukuran 40 x 40 cm² (Gambar 3.11.) dengan tinggi sepanjang tinggi lantai dikurangi 40 cm yang kemudian dibagi dua (karena digunakan dua batang). Sambungan batang virtual dengan balok dianggap sangat kaku agar tidak terjadi kerusakan pada damper, maka dari itu faktor modifikasi inersia 2 dan 3 pada property modifiers perlu diganti menjadi 1x10¹⁰ seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.12. Permodelan batang virtual dilakukan dengan cara memilih define – section properties – frame sections – add new property.

(12)

30

Gambar 3.11. Frame Section untuk Batang Virtual

Gambar 3.12. Property Modifiers untuk Batang Virtual

(13)

31

Setelah pendefinisian batang virtual dan link atau damper, maka dilanjutkan dengan pemasangan damper tersebut ke bangunan uji. Pertama gambarkan batang virtual sepanjang tinggi lantai dikurangi dengan tinggi damper dibagi dua. Contohnya, tinggi lantai kedua pada bangunan uji adalah 4 meter, maka 4 meter dikurangi dengan 0.4 meter dibagi 2, maka panjang satu batang virtual pada lantai tersebut adalah 1.8 meter. Kemudian, dua batang virtual digambarkan, sehingga ada gap sebesar 40 cm di tengah kedua batang virtual tersebut sebagai tempat untuk meletakkan link atau damper. Kemudian menggunakan fitur draw – draw 2 joint link, damper dapat dipasang. Pada Gambar 3.13., dapat dilihat damper yang telah dipasang pada bangunan uji, dimana damper adalah benda yang berwarna hijau (dilingkari).

Gambar 3.13. VSL Gensui Damper yang Terpasang pada Bangunan Uji