JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
ANALISA PERBANDINGAN BERBAGAI PENAMPANG DINDING GESER KOMPOSIT AKIBAT BEBAN LATERAL Fran Sinta Suryani, Budi Suswanto, R Soewardojo Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrakβ Dinding geser merupakan struktur penahan beban lateral pada bangunan gedung bertingkat tinggi. Struktur dinding geser yang sudah biasa digunakan adalah dengan menggunakan material berupa beton atau hanya baja saja, dimana keduanya memiliki kelemahan dan kelebihan masing-masing. Dinding geser beton yang masih mengkhawatirkan terhadap daktilitasnya terutama pada zona gempa tinggi, sedangkan dinding geser pelat baja terdapat kekhawatiran terhadap keseluruhan tekuk yang mempengaruhi kekuatan gesernya. Oleh karena itu, digunakanlah dinding geser komposit pelat baja sebagai altenatif, yaitu dengan menggabungkan kelebihan dan mengkompensasi kekurangan dari dinding geser beton bertulang dan dinding geser pelat baja. Dinding geser komposit pelat baja yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah perbandingan dari berbagai tipe penampang dinding geser komposit pelat baja dengan dinding geser yang hanya baja saja maupun hanya dengan beton bertulang saja. Analisis yang digunakan dalam perbandingan ini adalah dengan push-over analysis dimana diberikan pengaruh gempa rencana sebagai beban lateral yang nilainya ditingkatkan secara berangsurangsur hingga melampaui pembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama di dalam struktur dinding geser komposit pelat baja tersebut. Deformasi dan tegangan yang diperoleh dari hasil analisa penampang dengan menggunakan program bantu menunjukan bahwa pelat mengalami buckling terlebih dahulu sebelum terjadi kelelehan. Namun, pada cssw type 2 terlihat bahwa masih terjadi peningkatan deformasi apabila diberikan beban lagi dan tidak seperti pelat yang lain, yang telah mengalami buckling saat atau sebelum beban yang diberikan sebesar 30 ton. Sementara, tegangan maksimum yang terjadi adalah pada dinding geser pelat baja. Perlu dilakukan studi yang lebih lanjut lagi untuk mengetahui perlakuan yang terjadi pada setiap dinding geser. Kata Kunciβ Dinding geser komposit pelat baja, push-over analysis, beban lateral, deformasi, tegangan.
I. PENDAHULUAN
D
inding geser pelat baja sering digunakan dalam bangunan tahan gempa dan diharapkan dapat menahan beban lateral dalam struktur bangunan. Dinding geser pelat baja terdiri dari
baja tipis dengan dua kolom dan dua balok lantai horisontal. Pelat baja dengan dua kolom di sisi kanan dan kiri berperilaku sebagai gelagar pelat vertikal dengan kolom bertindak sebagai flanges (sayap) dan lembaran baja sebagai web (badan). Sedangkan balok lantai horisontal memberikan kekakuan lateral dari gelagar pelat vertikal. Selain dinding geser pelat baja, juga terdapat dinding geser komposit pelat baja. Dimana pada dinding geser komposit, lapisan beton bertulang terhubung pada salah satu sisi pelat baja untuk meningkatkan kapasitas geser dengan meningkatkan jumlah garis medan tarik regional, juga untuk meningkatkan bantalan panel terhadap faktor destruktif seperti kebakaran, impuls, dan ledakan. Dilakukan peningkatan kapasitas geser supaya distribusi garis diagonal di pelat baja diperoleh dengan menggunakan mesh baja sebagai pengaku yang terhubung ke pelat baja sehingga menghasilkan kekakuan lateral, atau dengan menggunakan lapisan beton yang terhubung ke plat baja dengan konektor geser (studs) untuk menahan tekuk (buckling) (Rahai dan Fatami 2009). Pada penelitian sebelumnya oleh Rahai dan Hatami (2009) telah dilakukan analisis mengenai dinding geser komposit pelat baja. Namun yang ditinjau adalah penyelidikan mengenai efek dari jarak antara shear connectors pada perilaku dinding geser komposit dan ini menunjukkan bahwa semakin jauh jarak antara stud maka dapat meningkatkan penyerapan energi dalam dinding geser komposit pelat baja dan mengurangi nilai dari perpindahan pergeseran baja dan tegangan normal maksimum pada stud sampai jarak tertentu, di luar yang tidak ada perubahan. Selain itu, pada kekakuan balok tengah dan hubungan balok kolomnya tidak berdampak signifikan. Oleh karena itu, pada tugas akhir kali ini akan dilakukan pembahasan dan analisis mengenai dinding geser komposit pelat baja dengan membandingkan beberapa tipe penampang dinding geser komposit dengan dinding geser yang berupa baja saja atau beton bertulang saja. Yang berdasar pada pushover analysis dimana diberikan pengaruh gempa rencana sebagai beban lateral yang nilainya ditingkatkan secara berangsur-angsur hingga melampaui pembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan pertama di dalam struktur dinding geser komposit pelat baja tersebut. Dilakukan perbandingan dari berbagai penampang dinding geser diharapkan dapat diketahui secara signifikan, dinding geser
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
2
mana yang mampu membantu kekakuan balok kolom. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Umum Dinding geser merupakan bagian dari struktur bangunan yang berfungsi sebagai penahan lateral bangunan bertingkat tinggi. Dinding geser yang telah umum digunakan adalah dinding geser beton, namun selalu ada kekhawatiran terhadap daktilitas, kekuatan lokal serta efisiensi pembangunan dalam bengunan bertingkat tinggi terutama pada zona gempa tinggi. Dalam beberapa tahun terakhir terdapat alternatif baru mengenai dinding geser, yaitu menggunakan dinding geser pelat baja karena dianggap lebih efisien dibandingkan dinding geser beton. Tetapi tentu saja masih terdapat kelemahan yaitu kekhawatiran terhadap keseluruhan tekuk pada pelat baja yang mempengaruhi kekuatan geser dan kekakuan serta kehilangan energi (Zhao 2004), sebagaimana besarnya deformasi inelastik pada pelat baja dapat menghasilkan putaran atau rotasi yang besar pada hubungan momen dan simpangan (Allen 1980). Di sisi lain, terdapat dinding geser komposit pelat baja yang dapat memberikan alternatif lain karena dapat mengkompensasi kerugian dari dinding geser beton betulang dan dinding geser pelat baja, karena menggabungkan keunggulan dari keduanya. Berdasarkan American institute of Steel Contruction, Inc1997 (AISC 1997), tipe-tipe dinding geser seperti pada Gambar 2.1 : a. Pelat beton berada di salah satu sisi dinding dengan pembatas di sisi lainnya adalah pelat baja. b. Pelat baja berada di tengah-tengah struktur dinding geser komposit dengan beton sebagai elemen pembatas. c. Hampir sama dengan Gambar 2.1 (b), yaitu beton sebagai elemen pembatas yang menyelimuti pelat baja dan kolom.
Gambar 2.1. Tipe dinding geser komposit pelat baja (Astaneh-Asl 2002)
B. Karakteristik Dinding Geser Komposit a. Pelat baja Elemen ini merupakan pelat baja yang relatif tipis. Alasan mengapa dinding geser komposit pelat baja ini mampu mencapai titik leleh adalah karena dinding beton yang ada telah menguatkan pelat baja sehingga dapat mencegah terjadinya tekuk sebelum mencapai titik leleh. Dengan kata lain, dinding beton bertindak sebagai pengaku dan mencegah tekuk pelat.
Gambar 2.2. Komponen-komponen pada dinding geser komposit (Astaneh-Asl 2002)
b.
Dinding geser beton bertulang Dinding beton bertulang dapat dihubungkan ke salah satu sisi dinding geser pelat baja, Gambar 2.1 (a) atau kedua sisi pelat baja dinding geser, Gambar 2.1 (b dan c) atau dinding beton bertulang dapat terjepit di antara dua pelat dinding geser baja, Gambar 2.1 (d). Dalam semua hal ini, dinding beton bertulang memberikan kekuatan geser dan kekakuan, melalui bidang kompresi yang ditunjukkan pada Gambar 2.4, dan beberapa daktilitas tergantung pada jumlah penguat atau pengaku dalam dinding. Dinding beton bertulang juga berpartisipasi dalam melawan saat terjadi keruntuhan. Dinding beton bertulang dapat dicor di tempat atau berupa pracetak. Salah satu peran penting dari dinding beton bertulang adalah untuk mencegah tekuk dari dinding pelat baja. Hal ini dilakukan dengan menghubungkan pelat baja dan dinding beton bertulang dengan menggunakan konektor geser (studs). c. Kolom Selain beban gravitasi, kolom di sisi dinding geser komposit berfungsi untuk menahan sebagian besar momen balik. Kolom juga menyediakan titik balik untuk aksi ketegangan bidang pelat baja dan bantalan elemen untuk elemen tekan diagonal dari dinding beton. Dalam struktur dengan kolom yang relatif besar, kolom juga dapat mentransfer cukup banyak gaya geser d. Balok Bagian atas dan bawah balok dalam suatu aksi dinding geser komposit berfungsi sebagai angkur apabila terjadi tegangan pada bidang pelat baja dan bantalan sebagai elemen kompresi untuk kompresi diagonal dinding beton. Selain itu, balok menahan beban gravitasi dari lantai. Karena saat momen balik, balok dikenakan aliran geser yang relatif besar di ujungnya.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
3
III. METODOLOGI A. Flowchart Metodologi
B. Preliminari Desain Direncanakan dinding geser komposit pelat baja dengan dimensi komponen yang berkaitan adalah sebagai berikut:
Tipe-tipe dinding geser yang dianalisa: IV. PERHITUNGAN DAN ANALISA A. Pembebanan struktur utama Perhitungan pembebanan dilakukan untuk ,mengetahui distribusi beban-beban yang bekerja, sehingga dapat diketahui gaya-gaya yang bekerja pada struktur, perhitungan pembebanan dilkaukan secara serentak apabila data-data beban dan dimensi awal elemen struktur telah ditentukan. B. Pembebanan gravitasi berat bangunan
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 C. Perhitungan beban gempa Analisa perhitungan beban gempa yang bekerja pada struktur dari SNI 1726 β 2002 Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Bangunan Gedung adalah menggunakan analisa pembebanan gempa berdasarkan statik ekivelen dengan data struktur : Wilayah gempa = Zone 6 Jenis tanah = Tanah Lunak Percepatan gravitasi = 10 m/dt2 Faktor kepentingan (I) = 1 (perkantoran) Faktor reduksi gempa (R) = 8,5 (SRPMK)
4 Gaya geser nominal (Vn) ππππ = 0,6π΄π΄π π π π πΉπΉπ¦π¦ = 0.6 x 160000 x 2400 = 230400000 kg Gaya geser yang dapat terjadi ππππππππ = πΆπΆππππ π
π
π¦π¦ ππππ πΆπΆππππ =
οΏ½πΉπΉπ¦π¦ +πΉπΉπ’π’ οΏ½
1
= +οΏ½
2 οΏ½2πΉπΉπ¦π¦ οΏ½ (2400 +3700 )
πΉπΉπ’π’
2πΉπΉπ¦π¦
οΏ½
3700
πΆπΆππππ = = 0.5 + οΏ½ οΏ½=1.27 2Γ2400 2Γ2400 V nse = 1.27 x 1.1 x 230400000 = 321868800 kg Tegangan leleh yang mungkin terjadi fy sw = Ry . fy = 1.1 x 2400 = 2640 kg/cm2 > fy = 2400 kg/cm2 E. Hasil Analisa dengan Program Bantu Untuk membandingkan hasil deformasi dan tegangan yang terjadi pada dinding geser, maka dilakukan analisa dengan menggunakan bantuan program bantu yang lain.
D. Kontrol Penampang Elemen penampang composite steel plate shear wall Untuk elemen penampang composite steel plate shear wall hanya dituliskan salah satu penjabaran dari ketiga model yang ada, karena gaya-gaya yang dihasilkan sama. Kontrol dimensi dinding geser fy = 240 MPa = 2400 kg/cm2 fu = 370 MPa = 3700 kg/cm2 L = 400 cm b = d = 400 cm tw = 6 mm = 0.6 cm A sp = b x d = 400 x 400 = 160000 cm2 Ry = antara 1.1 s/d 1.5 β dipakai Ry = 1.1 Panel aspek ratio 0.8 < L/ b < 2.5 Ratio = L/b = 400 / 400 = 1 OK Kontrol penampang dinding geser 5 πππ£π£ = 5 + (ππ β )2 β
5
πππ£π£ = 5 + (400 β ππ π‘π‘
β€ 1,10οΏ½
400 0.6
ππ π£π£ πΈπΈ
πΉπΉπ¦π¦π¦π¦
β€ 1,10οΏ½
400 )2
= 658,061
658 ,061 Γ2100000 2400
β 666,67 β€ 834,699
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
5 Displacement maksimum yang terjadi pada composite steel plate shear wall type2 sebesar 0,8224mm.
Displacement yang terjadi pada composite steel plate shear wall type3 sebesar 0,829mm.
Displacement yang terjadi pada concrete shear wall sebesar 1mm.
Displacement maksimum yang terjadi pada steel plate shear wall sebesar 0,819mm.
Tegangan maksimum yang terjadi pada steel plate shear wall 36,412Mpa.
Displacement maksimum yang terjadi pada composite steel plate shear wall type1 sebesar 0,823mm. Tegangan maksimum yang terjadi pada cssw type1 22,412Mpa.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Tegangan maksimum yang terjadi pada cssw type2 33,669Mpa.
Tegangan maksimum yang terjadi pada cssw type2 36,7851Mpa.
Tegangan yang terjadi pada cssw type2 1,94Mpa. V. PENUTUP A. Kesimpulan Dari analisa yang telah dilakukan dengan menggunakan bantuan program analisa struktur dan penampang, diperoleh hasil dari besarnya deformasi serta tegangan yang terjadi pada dinding geser, baik itu untuk dinding geser pelat baja biasa, komposit maupun dinding geser beton. 1. Untuk steel plate shear wall arah x mengalami deformasi sebesar 0,8199mm saat beban lateral sebesar 30 ton. Pada spswa menunjukan bahwa tegangan yang terjadi mengalami tekan, dengan maksimum tegangan yang terjadi adalah sebesar 18,7485 N/mm2, pada saat tegangan geser. 2. Sedangkan pada composite steel plate shear wall, untuk tipe1 deformasi maksimum terjadi pada arah x sebesar 0,82mm saat beban lateral 20 ton. Pada composite steel plate shear wall type 1, tegangan yang terjadi pada part baja sebesar 11,2983 N/mm2 pada saat tegangan geser. Dan untuk part beton sebesar 5,13613 N/mm2. 3. Namun untuk tipe 2 pada saat beban lateral sebesar 20 ton diberikan, masih terjadi peningkatan deformasi hingga beban lateral sebesar 30 ton dari 0,822 mm ke 0,8221 mm. Pada composite steel plate shear wall type 2, tegangan yang terjadi pada part baja sebesar 18,4828 N/mm2 pada tegangan geser. Dan untuk part beton sebesar 4,29338 N/mm2. 4. Begitu juga untuk tipe 3, namun pada tipe 3 sudah terlihat akan terjadi buckling pada saat beban sebesar 30 ton yaitu 0,829mm. Pada composite steel plate shear wall type 3, tegangan yang terjadi pada part baja yang sebesar 20,0039 N/mm2 pada tegangan geser. Dan untuk part beton sebesar 3,84939 N/mm2.
6 5.
Untuk concrete shear wall displacement maksimum yang terjadi pada arah x saat beban 20 ton, sedangkan pada saat pemberian beban sebesar 30 ton pelat sudah mengalami buckling. Pada concrete shear wall, tegangan yang terjadi sebesar 1,0704 N/mm2 pada tegangan geser saat beban lateral yang diberikan sebesar 30 ton. Jadi, diantara kelima model tersebut, dapat disimpulkan bahwa untuk composite steel plate shear wall type 2 masih dapat mengalami peningkatan deformasi apabila beban lateralnya juga ditingkatkan. Sedangkan untuk tegangan yang terjadi masih kurang dari tegangan yang diijinkan, sehingga dinding geser pelat komposit masih belum mengalami kelelehan. Dan untuk boundary elemen dinding geser pada kelima model dinding geser tersebut, setelah dilakukan perhitungan analisa penampang, untuk balok menggunakan profil WF350.250.9.14 dan untuk kolom menggunakan profil WF300.300.10.15 telah memenuhi. B. Saran 1. Pada saat pemodelan pada program bantu analisis struktur ataupun penampang, perlu diperhatikan bebanbebannya dan transfer gaya-gaya dalam. 2. Perlu dilakukan studi yang lebih mendalam untuk mengetahui perilaku dinding geser yang lebih lanjut lagi, sehingga diharapkan dapat diterapkan di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA [1]
AISC. 1997. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Inc. May. Chicago. [2] Allen, H.G dan P.S. Bulson. 1980. Background to Buckling. McGraw Hill Book Company, U.K. [3] Astaneh-Asl, A. 2002. Seismic Behavior and Design of Composite Steel Plate Shear Walls. Steel Tips Reports, Structural Steel Educational Council. May. Berkeley, CA. [4] Ericken, Jason, S.E., and Rafael Sabelli,S.E..2008. A Closer Look at Steel Plate Shear Walls. Modern Steel Construction Journal. January. [5] Rahai, A dan F. Hatami. 2009. Evaluation of Composite Shear Wall Behavior Under Cyclic Loadings. Journal of Constructional Steel Research. March. [6] Zhao, Qiuhong dan A. Astaneh-Asl. 2007. Seismic Behavior of Composite Shear Wall Systems and Application of Smart Structures Technology. Journal of Steel Structures. USA. [7] Zhao, Qiuhong dan A. Astaneh-Asl. 2004. Cyclic Behavior of an Innovative Steel Shear Wall System. Proceedings of the 13th World Conferences on Earthquake Engineering. Vancouver, Canada. [8] _______.1983. Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung 1983. Departemen Pekerjaan Umum. Mei. Bandung. [9] _______. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung SNI 03-1729-2002. Departemen Pekerjaan Umum. [10] _______. 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002. Badan Standarisasi Nasional. April. Jakarta.
