1

STUDI ANALISIS KINERJA BANGUNAN 2 DAN 4 LANTAI

KAYU GLULAM KELAS II (KAMPER) TERHADAP BEBAN

SEISMIK DENGAN PUSHOVER ANALYSIS DAN ANALISIS

PERKUATAN KAYU GLULAM KELAS II (KAMPER)

DENGAN KAYU KELAS I DAN PELAT BAJA.

Oleh

Mohammad Febriant

NIM : 15009120

(Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Program Studi Teknik Sipil)

Indonesia dikaruniai berbagai macam jenis kayu yang patut dibudidayakan dan

dimanfaatkan sebagai bahan konstruksi bangunan. Kayu kamper adalah salah satu

contoh kayu yang telah dikenal luas di masyarakat dan cocok untuk dijadikan

bahan konstruksi. Di pasaran dimensi kayu terbatas, oleh karena itu pendesainan

bangunan kayu yang memiliki span yang besar menemui hambatan. Salah satu

kekurangan dari material kayu adalah kayu memiliki keruntuhan yang getas,

namun ini tidak berarti daktilitas kayu tidak bisa bertambah karena kayu masih

bisa mengalami plastifikasi di daerah tekan.

1. Pendahuluan

Pada umumnya kayu yang dihasilkan mempunyai diameter kecil, sehingga kayu

sebagai bahan alamiah berupa balok atau log belum efisien sebagai komponen

struktural. Adanya ketersediaan balok dengan diameter kecil, sedangkan

kebutuhan sebagian komponen struktural memerlukan dimensi cukup besar, maka

perlu suatu metoda yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut.

2. Dasar Teori

2.1 Kayu Glulam (Glue Laminated Timber)

Glulam dapat didefinisikan sebagai, produk yang dihasilkan dari balok kayu

berdasarkan kapasitas tegangannya dibuat dari lapisan-lapisan kayu terpilih yang

direkatkan dengan perekat tertentu dengan arah serat tiap lapisan kayu sejajar

pada arah longitudinalnya.

Konversi kuat acuan kayu solid ke glulam

Kuat Lentur (MPa)

Kuat Tarik Sejajar Serat (MPa)

Kuat Tarik Tegak Lurus Serat (MPa)

Kuat Tekan Sejajar Serat (MPa)

Kuat Tekan Tegak Lurus Serat (MPa)

Kuat Geser (MPa)

Modulus Elastisitas Rata - Rata (MPa)

Modulus Elastisitas 5% (MPa)

Modulus Elastisitas Tegak Lurus (MPa)

Modulus Geser (MPa)

Berat Jenis (kg/m3) CATATAN : Untuk glulam kombinasi faktor konversi diaplikasikan pada setiap lapisan

kayu glulam yang berbeda. Diasumsikan bahwa setiap lapisan glulam yang berbeda

memiliki minimal 1/6 dari total tinggi balok kayu atau dua lapisan laminasi, yang mana

yang lebih besar menentukan.

Acuan penentuan nilai pada tabel di atas berdasarkan EN 338 atau mengacu pada

prinsip-prinsip yang diberikan pada EN 1194.

2.2 Perencanaan Pembebanan

Dalam menghitung gaya dalam yang terjadi pada struktur harus diperhatikan gaya

luar yang bekerja pada struktur. Beban nominal yang harus ditinjau adalah sebagai

berikut:

a) Beban mati (D)

b) Beban hidup (L)

c) Behan hidup atap (La)

d) Beban hujan (H), tidak termasuk yang diakibatkan genangan air.

e) Beban angin (W),

2.3 Kuat Terkoreksi R`

Kuat terkoreksi dihitung berdasarkan persamaan berikut :

2.4 Faktor Koreksi

Dalam penentuan kuat terkoreksi, R', perlu diperhatikan faktor-faktor koreksi

berikut ini

1. faktor koreksi untuk masa layan

2. faktor koreksi untuk konfigurasi komponen struktur

3. faktor koreksi tambahan untuk kayu struktural dan kayu lapis yang dilem

4. faktor koreksi tambahan untuk panel struktural

5. faktor koreksi tam bahan untuk tiang dan pancang kayu

6. faktor koreksi tambahan untuk sambungan struktural

2.4.1 Faktor koreksi kelembaban

Balok kayu 0.85 * 1.00 0.97 0.67 0.8** 0.90

Balok kayu besar (125 mm x 125 mm

atau lebih besar)

1.00 1.00 1.00 0.67 0.91 1.00

Lantai papan kayu 0.85* - - 0.67 - 0.90

Glulam (kayu laminasi structural) 0.80 0.80 0.87 0.53 0.73 0.83

* Untuk

** Untuk

2.4.2 Faktor koreksi temperature

Kondisi

Acuan

Kadar air pada masa

layan*

Basah atau Kering 1.0 0.9 0.9

Kering 1.0 0.8 0.7

Basah 1.0 0.7 0.5

2.4.3 Faktor koreksi stabilitas balok

adalah faktor koreksi stabilitas balok, untuk memperhitungkan pengaruh

pengekangan lateral parsial. Faktor koreksi stabilias balok, , dihitung sebagai

berikut :

√(

)

Dengan :

adalah faktor tahanan

stabilitas;

adalah momen tekuk lateral

elastis;

adalah tahanan lentur untuk

lentur terhadap sumbu kuat;

2.4.4 Faktor koreksi ukuran

adalah faktor koreksi ukuran, untuk memperhitungkan pengaruh dimensi

komponen struktur sesuai dengan tata cara yang berlaku. Untuk kayu yang

mutunya ditetapkan secara marsinal

Klasifikasi

ukuran Faktor ukuran kayu

Ukuran kayu

Lantai Gunakan dari NDS-S table 4A, 4B, 4E dan 4F

Balok (

)

, dimana d adalah ketebalan aktual kayu , ( inchi )

2.4.5 Faktor Koreksi Volume

Faktor Koreksi pengaruh Volume kayu untuk kayu glulam yang dibebani tegak

lurus sisi lebar lapisan ditetapkan menggunakan persamaan

(

)

(

)

(

)

Keterangan :

adalah koefisien pembebanan

= 130 mm

adalah lebar komponen struktur

lentur (mm)

= 305 mm

adalah tinggi komponen struktur

(mm)

= 6400 mm

= panjang komponen struktur

lentur di antara titik – titik dengan

momen nol (mm)

2.4.6 Faktor Koreksi Penggunaan Datar

Faktor Koreksi Penggunaan Datar digunakan untuk menghitung peningkatan

kapasitas lentur dari komponen struktur kayu yang digunakan secara mendatar.

Faktor Koreksi Penggunaan Datar Kayu Glulam

Dimensi sejajar muka lebar lapisan

270 mm atau 265 mm

220 mm atau 215 mm

170 mm

130 mm atau 125 mm

80 mm atau 75 mm

65 mm

1,01

1,04

1,07

1,10

1,16

1,19

2.4.7 Faktor Koreksi Kelengkungan

Faktor Koreksi Kelengkungan digunakan untuk memperhitungkan pengaruh

kelengkungan terhadap kapasitas lentur.

(

)

Keterangan :

adalah tebal lapisan

adalah jari- jari kelengkungan

pada sisi dalam balok melengkung

2.4.8 Faktor Koreksi Takikan

Pada penampang di sepanjang takikan dari sebuah balok persegi dengan tinggi d,

tahanan geser terkoreksi dikalikan dengan faktor koreksi takikan yang dihitung

sebagai berikut :

(

)

adalah tinggi balok tanpa takikan

adalah tinggi balok di dalam daerah takikan

Jika pada ujung takikan terdapat irisan miring dengan sudut θ terhadap serat kayu

untuk mengurangi konsentrasi tegangan maka faktor koreksi takikan dihitung

sebagai berikut :

(

( )

)

2.4.9 Faktor Koreksi Area Tumpu

= faktor area tumpu

= 1.0 untuk konservatif pada semua kondisi

= panjang tumpuan ( panjang tumpuan antara 75 mm sampai 150 mm )

2.5 Analisis Pushover

Analisa statik nonlinier merupakan prosedur analisa untuk mengetahui perilaku

keruntuhan suatu bangunan terhadap gempa, dikenal pula sebagai analisa

pushover atau analisa beban dorong statik.

2.5.1 Sendi Plastis (Plastic Hinge) Dalam analisis static pushover menggunakan software SAP2000 diperlukan

pendefinisian sendi plastis atau hinge terlebih dahulu.

Gambar 2.1 Kurva Load-Deformation Hinge

Panjang sendi plastis digunakan untuk memperoleh nilai rotasi ultimit dari

kurfatur ultimit. Untuk dapat menentukan panjang sendi plastis dapat

menggunakan persamaan yang telah disederhanakan sebagai berikut.

Dimana :

Lp= Panjang sendi plastis

H = Tinggi penampang

L=Panjang kritis dari penampang kritis sendi plastis ke titik kontraflekstur

fy = kuat leleh

dbl = diameter perkuatan longitudinal

2.6 Perkuatan Balok kayu

Keruntuhan Tarik pada kayu

Mode keruntuhan ini yang paling umum terjadi pada kayu. Keruntuhan ini bersifat

Brittle (getas) karena kayu tidak memiliki sifat plastis ketika dikenai tegangan

tarik. Penetapan batas tegangan tarik kayu dianggap tercapai ketika tegangan

maksimum tekan sama dengan tegangan tariknya. Ada 2 mode keruntuhan yang

bisa dikenali pada zona tarik berdasarkan tingkat plastifikasi di bagian tekan.

a) Keruntuhan tarik kayu ketika penampang masih dalam kondisi linear-

elastic

b) Keruntuhan kayu ketika penampang dalam kondisi diantara elastis dan

platis.

2.6.1.1 Keruntuhan Tekan pada kayu

Keruntuhan mode ini jarang terjadi di balok tanpa perkuatan. Tetapi ketika balok

diperkuat di bagian tarik, keruntuhan mode ini bisa terjadi.

a) Keruntuhan tekan terjadi sebelum terjadi runtuh tarik

3. Metodologi

Metode analisis yang dilakukan perencanaan elemen struktur, analisis pushover,

dan analisis perkuatan. Perencanaan elemen struktur tersusun dari asumsi dimensi

struktur awal dan pembebanan hingga menghasilkan dimensi yang optimal

ditinjau dari kapasitas dan kekakuan struktur. Analisis pushover dilakukan untuk

melihat perilaku struktur bangunan kayu dan mekanisme keruntuhannya. Analisis

perkuatan dilakukan untuk melihat pengaruh perkuatan baja dan kayu kelas I di

daerah tarik kayu glulam kamper.

3.1 Perencanaan Elemen Struktur

Profil penampang kolom, balok, rafter, dan bresing digunakan sebagai dasar

pemodelan awal bangunan pada SAP2000. Pada proses design sistem struktur

bangunan kayu dipengaruhi oleh beban gempa, beban gravitasi, beban angin,

beban hujan, dan kapasitas penampang yang digunakan .

3.1.1 Perencanaan Elemen Balok Pada pendesainan balok dibedakan menjadi 3 jenis balok yaitu balok induk arah-

X, balok induk arah-Y dan balok anak.

Bangunan 2 lantai

Bangunan 4 lantai

Dimensi Balok Anak Balok Induk X Balok Induk Y

H (mm) 80 300 500

B (mm) 60 200 200

3.1.2 Perencanaan Elemen Kolom Pada perencanaan desain, kolom diasumsikan ukuran profil kolom tersebut yang

dianggap dapat menanggung beban yang terjadi. Ukuran balok di setiap lantainya

berbeda dikarenakan beban yang ditanggung tiap kolom pada setiap lantai berbeda

besarnya.

Bangunan 2 lantai

Dimensi Kolom 1A Kolom 1B Kolom 2

H (mm) 500 260 500

B (mm) 200 200 200

Bangunan 4 lantai

Dimensi Kolom 1A Kolom 1B Kolom 2A Kolom 2B Kolom 3A Kolom 3B Kolom 4

H (mm) 420 340 420 320 420 300 420

B (mm) 200 200 200 200 200 200 200

3.1.3 Pengecekan Kapasitas Penampang Dimensi elemen struktur diatas harus dilakukan pengecekan kapasitas penampang

untuk mengetahui apakah penampang yang telah didesain mampu memikul

beban-beban yang telah ditentukan. Perhitungan Kapasitas Penampang kayu

menggunakan metode LRFD seperti yang telah dijelaskan pada bab dasar teori.

Beberapa pengecekan yang harus dilakukan untuk elemen struktur kolom antara

lain :

a. Pengecekan momen

b. Pengecekan geser

c. Kombinasi tekan dan momen

4. Analisis Kinerja Struktur (Pushover Analysis)

4.1 Dimensi struktur

Berikut ini akan dipaparkan dimensi struktur yang digunakan pada proses analisis

pushover untuk mendapatkan mekanisme keruntuhan yang sesuai. Dimensi-

dimensi struktur tersebut disajikan pada tabel-tabel berikut ini.

Bangunan 2 Lantai

Balok dan Rafter

Dimensi Balok induk Balok induk X2 Balok induk Y Rafter

Dimensi Balok Anak Balok Induk X Balok Induk Y

H (mm) 80 240 420

B (mm) 60 200 200

X1 (lantai 1) (lantai 2)

b(mm) 200 200 200 200

h(mm) 500 300 500 380

Kolom

Dimensi Kolom 1A Kolom 1B Kolom 2 Bracing

b(mm) 200 200 200 Diameter

h(mm) 600 260 400 =12mm

Bangunan 4 Lantai

Balok dan Rafter Dimensi Balok induk

X1 (lantai

1)

Balok

induk X2

(lantai 2)

Balok

induk X3

(lantai 3)

Balok

induk X4

(lantai 4)

Balok

induk Y

Rafter

b(mm) 200 200 200 200 200 200

h(mm) 800 500 340 300 500 380

Kolom

Dimensi Kolom 1A Kolom 1B Kolom 2A Kolom 2B Kolom 3A Kolom 3B Kolom 4

h(mm) 600 540 540 520 520 500 500

b(mm) 200 200 200 200 200 200 200

Bracing

Dimensi Bracing1

(lantai 1)

Bracing 2

(lantai 2)

Bracing 3

(lantai 3)

Bracing 4

(lantai 4)

Diameter (mm) 16 16 12 12

4.2 Analisis Kinerja Struktur

Pembebanan yang berpengaruh pada saat proses analisis pushover adalah beban

mati dan beban hidup yang direduksi sebesar 30 %. Hasil analisis pushover

menunjukkan bahwa kerusakan terberat memang berada pada perimeter atau

rangka pemikul beban gempa.

4.2.1 Analisis Pushover Bangunan 2 Lantai Sebagai perbandingan, analisis pushover dilakukan pada struktur menggunakan

bracing jenis tension-only dari tulangan baja dan struktur bangunan tanpa bracing.

Perbandingan antara base shear dengan displacement pushover arah-y lebih besar

dibanding pushover arah-x. Hal ini bisa disebabkan karena kekakuan pada arah-y

lebih besar dibanding kekakuan bangunan arah X. Gradien pada kurva berubah

ketika terbentuk sendi plastis pada elemen struktur. Berikut ini hasil perhitungan

analisis pushover menggunakan metode FEMA440 equivalent linearization.

Berdasarkan hasil perhitungan metode FEMA440 equivalent linearization didapat

titik kinerja sebagai berikut :

Jenis Struktur Pushover Gaya geser (kN) Daktilitas Perpindahan (m)

Tanpa Bracing arah-X 257,69 1 0,025

arah-Y 4,811 1 0,00215

Dengan Bracing arah-X 265,876 1,261 0,027

arah-Y 4,774 1 0,00284

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

0 100 200 300 400 500

Dis

pla

cem

ent

(mm

)

Base Shear (kN)

Pushover Bangunan 2 Lantai

Tanpa Bracing Arah Y

Dengan Bracing Arah Y

Tanpa Bracing Arah X

Dengan Bracing Arah X

4.2.2 Analisis Pushover Bangunan 4 Lantai Sebagai perbandingan, analisis pushover dilakukan pada struktur menggunakan

bracing jenis tension-only dari tulangan baja dan struktur bangunan tanpa bracing.

Seperti pada struktur dua lantai sebelumnya perbandingan antara base shear

dengan displacement pushover arah-y lebih besar dibanding pushover arah-x. Hal

ini bisa disebabkan karena kekakuan pada arah-y lebih besar dibanding kekakuan

bangunan arah X. Pada saat sebelum sendi plastis pertama terbentuk perilaku

sturktur tanpa bracing dan dengan bracing relatif sama. Ketika sendi plastis

pertama terbentuk, kurva antara struktur tanpa bracing dan dengan bracing mulai

menunjukkan perbedaan. Berikut ini hasil perhitungan analisis pushover

menggunakan metode FEMA440 equivalent linearization didapat titik kinerja

sebagai berikut :

Jenis Struktur Pushover Gaya geser (kN) Daktilitas Perpindahan (m)

Tanpa Bracing arah-X 715,516 1 0,098

arah-Y 1018,428 1 0,063

Dengan

Bracing

arah-X 1756,051 6,803 0,192

arah-Y 2065,783 5,521 0,131

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Base Shear (kN)

Bangunan 4 Lantai

Tanpa Bracing Arah XDengan Bracing Arah XTanpa Bracing Arah YDengan Bracing Arah Y

5. PERKUATAN KAYU GLULAM

Perkuatan digunakan pada elemen struktur kayu seperti balok untuk meningkatkan

kapasitas penampang pada elemen tersebut atau mengurangi dimensi penampang

jika dianggap terlalu besar. Bahan perkuatan bisa berbagai macam seperti baja,

carbon fibre, ataupun kayu dengan kuat acuan yang lebih tinggi.

5.1 Efek penambahan perkuatan

Glulam tanpa perkuatan biasanya mengalami kegagalan di daerah tarik. Sehingga

perkuatan diberikan pada daerah tarik untuk memperkuat bagian tersebut. Pada

dasarnya ini menambah kapasitas tarik yang dapat mengakibatkan moda

kegagalan berpindah ke daerah tekan.

Hubungan tegangan-regangan berikut ini memperlihatkan distribusi tegangan

pada balok yang diberi perkuatan. Terlihat bahwa kegagalan masih berada pada

daerah tarik, dengan daerah tekan yang mengalami plastifikasi.

Untuk mengetahui sampai persentase batas perkuatan yang dapat diberikan pada

balok akan diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Gambar di bawah ini

memperlihatkan balok kayu kamper glulam yang diperkuat dengan kayu bangkirai

dan yang diperkuat dengan plat baja dengan terus menambahkan persentase tebal

laminasi perkuatan hingga kayu pada bagian tekan mengalami kegagalan.

Kayu glulam kamper baru mulai mencapai plastis pada saat pemberian perkuatan

sebanyak 6% dari total tinggi penampangdan saat diberikan perkuatan sebanyak

26% kayu glulam mengalami keruntuhan pada bagian tekan.

Kayu mulai mengalami plastifikasi pada saat diberi perkuatan baja setebal 7mm.

Keruntuhan kayu pada bagian tarik terus berlanjut hingga kayu diberi perkuatan

baja setebal 35 mm lalu kayu mengalami keruntuhan di bagian tekan.

6. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari Tugas akhir ini dapat diuraikan sebagai

berikut :

Pada saat pendesainan struktur bangunan kayu menggunakan kayu glulam,

konversi kuat acuan kayu solid ke kayu glulam harus dilakukan.

Bracing tulangan baja berpengaruh besar pada daktilitas struktur kayu,

terutama pada struktur 4 lantai saat permodelan. Struktur kayu tanpa

perkuatan hanya mencapai nilai daktilitas 1 dan struktur kayu dengan

bracing tulangan baja dapat meningkatkan daktilitasnya hingga 6.

Selain menggunakan bracing tulangan baja, salah satu cara yang dapat

meningkatkan daktilitas struktur adalah dengan pemberian perkuatan di

daerah tariknya.

Kapasitas penampang kayu yang diperkuat daerah tarik dapat terus naik

hinggga batas tertentu. Dalam hal ini kayu glulam kamper yang diperkuat

oleh kayu bangkirai kapasitasnya terus naik hingga tebal perkuatan

mencapai 30 % dari tinggi total penampang setelah itu nilai kapasitas

mengalami penurunan. Sedangkan letika dipetkuat oleh baja, kapasitas

penampang terus naik hingga tebal baja mencapai 15% dari total tinggi

penampang dan setelah itu kapasitas kayu tidak mengalami kenaikan.

Balok kayu dengan perkuatan baja mempunyai batas maksimum kapasitas

penampang yang lebih besar dibanding dengan perkuatan kayu bangkirai.

Balok kayu dengan perkuatan baja memiliki harga perkuatan per-m yang

lebih murah dibandingkan dengan perkuatan kayu bangkirai dengan

kapasitas yang sama.

7. DAFTAR PUSTAKA

Jobin, Jacob dan Barragán , Olga Lucia Garzon (2007) : Flexural Strengthening

of Glued Laminated Timber Beams with Steel and Carbon Fiber

Reinforced Polymers, Master’s Thesis in the International Master’s

Programme Structural Engineering, CHALMERS UNIVERSITY OF

TECHNOLOGY.

A, Vanessa., A, Manfred.,B, Kolbein., H, Anders Søvsø., K, Petr., L, Antonín.,

M, Kjell Arne., M, Andrzej., M, Alois., P, Miroslav,. dan T, Matjaz.

(2008) : Handbook 1 – Timber Structures, Leonardo da Vinci Pilot

Projects.

A, Manfred.,B, Kolbein., K, Petr., L, Antonín., M dan P, Miroslav,. dan T,

Matjaz. (2008) : Handbook 2 – Design Of Timber Structures

According to Ec 5 , Leonardo da Vinci Pilot Projects.

SNI 03-xxxx-2000. Tata Cara Perencanaan Struktur Kayu Untuk Bangunan

Gedung (Beta Version).

SNI 1726-2012. Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur

Bangunan Gedung dan Non Gedung. Sugiri, Saptahari.(2012) Struktur dan Bahan Kayu. Penerbit ITB.