STUDI KOMPARASI SISTEM STRUKTUR SMRF PROFIL BAJA WF DAN …

STUDI KOMPARASI SISTEM STRUKTUR SMRF PROFIL BAJA WF DAN CFST MENGGUNAKAN ANALISIS PUSHOVER DAN

MEMPERHITUNGKAN RIGIDITAS SAMBUNGAN DENGAN MENINJAU SENDI PLASTIS PADA PANEL ZONE

Axel Ivanda Tanjung, Henki Wibowo Ashadi

1. Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Universitas Indonesia, Depok, Jawa Barat 16424,

Indonesia 2. Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Universitas Indonesia, Depok, Jawa Barat 16424,

Indonesia

Email : [email protected]

Abstrak

Indonesia merupakan daerah yang dikelilingi oleh aktivitas seismik yang paling aktif dan memiliki lempeng konvergen yang paling rumit. Untuk itu diperlukan bangunan yang memiliki ketahanan terhadap gempa.

Ketahanan tersebut dapat digambarkan dari sifat daktilitas serta kekuatan struktur. Special Moment Resisting Frame merupakan salah satu sistem rangka yang digunakan dalam struktur tahan gempa. Dalam SMRF, properti sambungan dan panel zone akan mempengaruhi perilaku struktur. Penelitian dilakukan menggunakan aplikasi

computer Drain-2DX untuk memodelkan struktur bangunan secara 2 dimensi untuk melakukan analisis pushover. Sedangkan material yang digunakan adalah baja Wide Flange dan Concrete Filled Steel Tubes.

Dengan perbandingan pemodelan terbukti bahwa panel zone mempengaruhi perlemahan kekuatan dan daktilitas struktur. Selain itu, rigiditas sambungan mempengaruhi kekakuan struktur secara umum dengan struktur WF

memiliki daktilitas yang lebih ditinggi.

Comparison Study of Special Moment Resisting Frame Behavior with Wide Flange and Concrete-Filled Steel Tube Profile Using Pushover Analysis and Rigidity of Connection

Considering Plastic Hinge in Panel Zone

Abstract

Indonesia is an area surrounded by the most active seismic activity and has the most complicated convergent plates. So, building has some requirement to resist earthquake. Resistance can be described from the property of ductility and structural strength. Special Moment Resisting Frame is one of the frame system used in earthquake resistant structure. In SMRF, connection properties and zone panels will affect the behavior of the structure. The study was conducted using Drain-2DX computer application to modeling the building structure in 2 dimension

and perform pushover analysis. Wide flange steel and concrete-filled steel tubes are used to compare the behavior of both structure. The comparison all of model become the evident that the zone panels affect the

strengthening and ductility of structures. In addition, the rigidity of the connections affects the stiffness of the structure in general with the WF structure have a higher ductility.

Kata Kunci: Panel Zone, Special Moment Resisting Frame, Wide Flange, CFST, Drain-2DX, pushover analysis

Studi Komparasi ..., Axel Ivanda Tanjung, FT UI, 2017

Pendahuluan

Indonesia merupakan daerah yang dikelilingi oleh aktivitas seismik yang paling aktif

dan memiliki lempeng konvergen yang paling rumit. Ibrahim (1989) menemukan paling tidak

terdapat 460 gempa dengan magnitude lebih dari 4.0 skala Richter terjadi setiap tahun terdiri

dari 61% gempa dangkal, 34% gempa menengah, dan 5% gempa dalam dan kebanyakan

berasal dari bawah laut. Hal tersebut terjadi karena Indonesia termasuk kedalam zona Ring of

Fire dimana sekitar 90% gempa bumi di dunia dan 80% gempa terbesar di dunia terdapat

pada zona ini. Menurut USGS, terdapat 10 gempa bumi lebih yang memiliki magnitude 6.0

skala Richter setiap tahunnya di Indonesia. Gempa tersebut menyebabkan pergerakan tanah

dimuka bumi yang disebut dengan ground motion dan berdampak pada kerusakan bangunan.

Hal ini mempengaruhi desain dari bangunan terutama gedung bertingkat yang dibangun di

kota-kota Indonesia.

Untuk mendesain bangunan diperlukan perhitungan terhadap faktor gempa.

Bangunan akan menerima beban gempa berupa gaya lateral. Saat gempa terjadi struktur

bangunan tersebut diharapkan tidak mengalami kerusakan yang berarti dan tidak terjadi

keruntuhan sehingga penghuni dapat meninggalkan bangunan ataupun menyelamatkan diri

sebelum bangunan runtuh.

Sifat dari material bangunan yang memiliki kondisi elastis dan inelastis dimana pada

kondisi elastis bangunan akan kembali seperti kondisi awal sebelum terjadi deformasi.

Namun, struktur akan melewati batas elastisnya dan mencapai batas inelastis menuju kepada

fase keruntuhannya atau kondisi failure. Struktur yang baik akan berada pada zona inelastik

lebih lama sebelum batas keruntuhan terjadi. Hal ini disebut dengan daktilitas atau

kemampuan dari suatu struktur bangunan untuk berdeformasi pada daerah inelastiknya

sebelum menuju keruntuhannya. Batas dari kondisi elastis menuju kondisi plastis adalah batas

yang disebut dengan titik leleh.

Material umum yang digunakan sebagai bahan pembuatan bangunan adalah baja dan

beton. Material baja memiliki daktilitas yang lebih baik dibanding dengan beton. Baja

memiliki berat yang cukup ringan dibanding dengan kuat yang mampu dipikul dan memiliki

kekakuan yang tinggi sehingga cukup efektif dalam menahan beban khususnya beban-beban

lateral yang dihasilkan oleh gempa bumi. Sedangkan beton memiliki sifat yang getas dimana

daktilitas yang dimiliki beton rendah. Itulah yang menyebabkan bangunan baja lebih dipilih

untuk menahan gaya gempa dibandingkan dengang bangunan beton.


Sistem yang digunakan untuk menahan beban gempa umumnya adalah sistem

Moment Resisting Frame. Sistem ini dapat menahan gaya lateral gempa dan mendisipasikan

energi menuju kondisi inelastik. Balok, kolom, dan sambungan balok kolom pada Moment

Resisting Frame akan menahan aksi lentur, aksial, dan geser pada sebuah bangunan yang

terjadi karena goncangan gedung pada siklus displacement inelastik selama ground shaking

pada gempa berlangsung. Terdapat tiga tipe dari Moment Resisiting Frame yaitu Special

Moment Resisting Frame, Intermediate Moment Resisting Frame, dan Ordinary Moment

Resisting Frame.

Pada sambungan dari komponen balok baja dan kolom baja apabila terdapat gaya

akibat gempa akan terjadi sendi plastis diujung elemen-elemen struktur. Asumsi awal sebelum

beban gempa diberikan elemen struktur akan bersifat kaku (rigid) akan berubah menjadi sendi

apabila baja telah melewati batas lelehnya. Kelelehan dari elemen struktur dapat terjadi pada

ujung dari balok, kolom ataupun daerah panel zone (sambungan antara kolom dan balok)

berdasarkan gaya gempa yang terjadi dan desain dari struktur yang dibuat. Daerah panel zone

ini memiliki karakteristik menerima gaya geser dan mempengaruhi perilaku dari struktur

secara keseluruhan sehingga diperlukan perhatian khusus terhadap komponen struktur

tersebut. Adapun tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah untuk mengevaluasi perilaku

dari struktur Momen Resisting Frame dengan material komposit berupa Concrete Filled Tube

untuk menahan gaya lateral yang terjadi akibat gempa secara plastis dengan meninjau

mekanisme sendi plastis yang terjadi. Pengaruh pemodelan sambungan pada struktur juga

menjadi faktor yang ditinjau. Selain itu, fokus penelitian ditujukan terhadap respons struktur

secara global pada struktur yang dimodelkan dengan panel zone.

Tinjauan Teoritis

Gempa adalah hasil dari pelepasan energi yang tersimpan pada lapisan kulit bumi

dan menyebabkan gelombang seismik. Dalam mendesain struktur diperlukan perhitungan

terhadap beban gempa pada wilayah tersebut. Di Indonesia, pembebanan gempa terhadap

bangunan diatur dalam SNI 1726:2012. Peraturan tersebut didasarkan pada beberapa

parameter seperti situs tanah, dan penggunaan kategori desain seimik untuk mendapatkan

grafik respon spektrum desain. Sistem struktur yang digunakan untuk menahan gaya lateral

gempa juga berpengaruh terhadap kemampuan struktur menahan gaya lateral. Sistem penahan

lateral struktur diatur dalam ANSI/AISC 341-05 dimana pada penelitian ini difokuskan pada

penggunaan Special Moment Resisting Frame.


Dalam konsep desain, untuk mencari sistem yang cocok dengan mekanisme penahan

gaya gempa ditentukan dengan nilai Response Modification Factor (R) yang menentukan

daktilitas dan kuat lebih dari struktur. Berdasarkan ASCE 7-10, nilai Response Modification

Factor dari Special Moment Resisting Frame adalah 8. Spesial Moment Resisting Fame

diharapkan dapat menahan deformasi inelastik secara signifikan saat diberikan gaya gempa

sesuai dengan desainnya. Adapun persyaratan yang harus dipenuhi adalah sambungan balok

dan kolom yang disyarakatkan memenuhi kriteria berikut:

• Sambungan harus mampu menahan sudut interstory drift minimal 0.04 radian.

• Ketahan lentur yang diukur pada sambungan ditentukan pada muka kolom harus

sama atau kurang dari 0.80 Mp pada kolom yang disambung pada sudut interstory

drift 0.04 radian.

• Terdapat hubungan yang harus dipenuhi untuk sambungan balok dan kolom dimana

jumlah momen nominal pada kolom atas dan bawah sambungan harus lebih besar

dibanding jumlah dari momen nominal pada balok baja atau beton komposit pada

perpotongan antara balok dan garis tengah kolom.

Apabila ditinjau dari komponen sistem rangka, selain balok dan kolom terdapat

daerah yang disebut panel zone. Daerah ini dideskripsikan sebagai elemen yang menerima

tegangan geser dan umumnya mencapai keadaan failure dengan mekanisme leleh terhadap

geser. Menurut studi dari Tsai (1995), terdapat pengaruh signifikan pada panel zone oleh

perilaku dari sambungan dan hal tersebut menunjukan kapasitas deformasi inelastik

sambungan dapat diperbesar jika panel zone dirancang sesuai dengan proporsinya. Dalam

memodelkan panel zone terdapat 2 model yang dapat digunakan yaitu model Krawinkler dan

model Scissor. Pada penelitian ini, panel zone dimodelkan dengan model Scissor karena

mekanisme yang sederhana dan tidak membutuhkan memori yang banyak.

Penggunaan material CFST memiliki beberapa keuntungan diantaranya sebagai

berikut:

• Local buckling dapat dicegah oleh beton yang berada didalam dan penurunan

kekuatan setelah local buckling sedang.

• Baja dari penampang CFT mengalami mekanisme plastis selama beban lentur berada

di luar penampang.

• Tidak menggunakan formwork sehingga lebih ramah terhadap lingkungan.

• Beton akan menyerap panas apabila terjadi kebakaran.


Pada penelitian ini dilakukan analisis terhadap mekanisme sendi plastis. Sendi plastis

adalah bagian dimana momen ultimate kapasitas suatu bagian dari struktur secara signifikan

mencapai zona inelastiknya. Sendi memiliki mekanisme tidak dapat menahan momen,

sehingga sendi plastis berperilaku seperti sendi yang mengijinkan terjadinya putaran sudut.

Analisis sendi plastis mempertimbangkan hal berikut:

• Beban hingga mencapai keruntuhan.

• Jumlah kemungkinan terjadinya sendi plastis yang dibutuhkan untuk terjadinya

keruntuhan.

• Kemungkinan letak dari sendi plastis.

• Mekanisme keruntuhan bebas dan hubungan dengan nilai Mp.

• Kemungkinan kombinasi mekanisme yang saling bebas untuk mendapatkan nilai Mp

terbesar yang dibutuhkan.

Untuk mendapatkan mekanisme sendi plastis dilakukan analisis statik non-linier

pushover. Dalam tulisan ini, digunakan displacement control atau kontrol lendutan yaitu

untuk mendapatkan lendutan yang diinginkan dengan gaya gempa yang telah dikonversi

menjadi pola beban statik ekivalen berdasarkan FEMA-356. Sedangkan gaya dorong yanh

diberikan pada struktur mengikuti pola pembebanan lateral pada FEMA 273 dengan

redistribusi gaya pada tiap lantai sesuai dengan gaya statik ekivalen.

Metode Penelitian Berdasarkan diagram, tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Mendefinisikan Batasan Masalah

Batasan masalah adalah batasan dari penulis dalam melakukan penelitian

sehingga terdapat beberapa variabel yang tidak diikutsertakan atau diasumsikan.

Batasan masalah yang digunakan dalam merancang bangunan adalah sebagai berikut:

• Sistem Rangka yang digunakan dalam struktur tahan gempa adalah Special Moment

Resisting Frame.

• Seluruh komponen balok dan kolom menggunakan material Concrete Steel Filled

Tube serta untuk mendapatkan perbandingan digunakan profil baja WF

• Sistem sambungan yang digunakan dalam perencanaan bangunan adalah sambungan

semi-rigid

• Perancangan bangunan dilakukan setinggi 15 lantai

• Panel zone didefinisikan menggunakan model scissor


• Panel zone hanya dimodelkan pada kolom dan balok interior struktur

b. Melakukan Tahapan Preliminary menggunakan ETABS

Tahapan ini merupakan tahap dimana dimensi dari profil ditentukan. Selain

dimensi, material dari profil juga ditentukan pada tahap ini. Data profil WF yang telah

didapatkan dari referensi gedung bertingkat diganti menggunakan profil CFST.

c. Melaksanakan Perancangan Sesuai dengan Kriteria Desain

Pada bagian ini didefinisikan terlebih dahulu kriteria desain berdasarkan studi

literatur yang telah dilakukan. Kriteria desain yang telah ditentukan adalah

menggunakan sistem SMRF yang dimodelkan pada lokasi dari portal tersebut.

d. Modelisasi Struktur

Modelisasi struktur dibuat sesuai dengan bentuk struktur yang terdapat pada

kondisi yang ingin dibangun. Untuk mendapatkan analisis dari penampang yang dibuat

maka digunakan program ETABS untuk mendapatkan kuat dari penampang. Saat

memodelkan struktur, bagian kolom dan balok saling menyambung yang menghasilkan

portal.

e. Mendefinisikan beban gravitasi dan gempa

Sebelum dilakukan langkah selanjutnya, pembebanan terhadap struktur harus

didefinisikan. Beban yang terdapat pada struktur adalah beban mati, beban gravitasi dan

beban gempa. Adapun persyaratan dari pembebanan gempa terdapat pada SNI Gempa

1726:2012 dan tentang pembebanan terhadap gedung terdapat pada SNI Gedung

1727:2013.

a. Pengecekan terhadap Desain

Setelah beban dan kombinasinya diinputkan didalam software, maka akan

didapatkan analisis dari kekuatan penampang. Untuk menentukan kekuatan penampang

dilihat dari momen maksimum dan geser yang terjadi. Selain itu dilakukan juga

pengecekan terhadap lendutan yang diizinkan. Apabila hasil dari pengecekan

menunjukan profil tidak memiliki penampang yang memadai, maka dilakukan kembali

tahapan preliminary design untuk mendapatkan penampang yang sesuai dengan

spesifikasi yang diinginkan.

b. Melakukan Analisis Pushover

Setelah penampang yang didapatkan sesuai kriteria pembebanan yaitu mampu

menahan beban mati, gravitasi, dan gempa, penulis melakukan analisis statik non-linier


menggunakan beban dorong statis. Untuk melakukan analisis digunakan bantuan

software Drain 2DX. Software ini mengharuskan mengkonversi bangunan 3D menjadi

2D untuk mendapatkan perilaku dari bangunan. Selanjutnya, setelah didapatkan pola

beban dorong dari pembebanan diberikan beban lateral sesuai dengan pola beban

dorong untuk mendapatkan deformasi yang telah di desain (kontrol terhadap deformasi).

Analisis pushover akan menghasilkan kurva kapasitas (gaya-perpindahan) yang

menggambarkan nilai dari batas kerja struktur terhadap beban gempa. Analisis pushover

akan memberikan mekanisme dari keruntuhan struktur dengan tahapan yang diharapkan

para perencana struktur.

c. Mendapatkan output analisis pushover

Hasil dari analisis pushover adalah nilai dari gaya-perpindahan, momen-rotasi,

geser-distorsi, dan mekanisme sendi plastis dari bangunan. Output tersebut akan

dianalisis dan dibandingkan antara hasil penggunaan dari material CFST dengan

material baja untuk mendapatkan kelebihan dan kekurangan masing-masing struktur.


Mulai

Mendefinisikan Batasan Masalah

Melakukan Tahapan

Preliminary Design

menggunakan ETABS

Modelisasi Struktur

Mendefinisikan Pembebanan Gravitasi dan

Gempa

Melaksanakan Perancangan Sesuai Kriteria

Desain

Melakukan Pengecekan Terhadap Desain

Memenuhi

Melakukan Analisis Pushover

Mendapatkan Output Analisis

Pushover

Grafik Momen dan Rotasi

Grafik Gaya dan Defleksi

Letak Terjadinya Sendi Plastis

Melakukan Analisis Hasil

Output

Selesai

Tidak Memenuhi

Berdasarkan SNI 1726:2012SNI 1727:2013

1. Sistem Rangka SMRF2. Material Infilled Concrete dan Baja WF3. Sambungan Semi Rigid4. >15 Lantai

Drain 2DX

Gambar 1 Diagram Alir Tahapan Penelitian

(Sumber: Olahan Penulis 2017) Hasil Penelitian

Setelah bangunan dimodelkan dengan Drain-2DX dilakukan analisis pushover

terhadap bangunan. Adapun komparasi yang dilakukan adalah sebagai berikut:

• Struktur dengan sambungan Extended End Plate dan struktur rigid tanpa

memodelkan elemen 4.

• Struktur baja Wide Flange dengan panel zone dan tanpa panel zone.

• Struktur CFST dengan panel zone dan tanpa panel zone.

• Struktur baja Wide Flange dengan CFST

Untuk struktur yang dimodelkan dengan panel zone menggunakan elemen 4 atau

dilakukan permodelan terhadap sambungan yaitu tipe extende end plate. Sedangkan saat

struktur baja Wide Flange dan CFST dibandingkan sambungan tidak dimodelkan atau

diasumsikan hubungan antara balok dan kolom rigid. Selain itu, mekanisme sendi plastis yang


terjadi pada struktur wide flange dan CFST dianalisis dan dilakukan komparasi berdasarkan

kenaikan displacement pada nodal kontro yaitu nodal paling atas bangunan.

1. Rigiditas Sambungan

Gambar 2 Kurva pushover pada WF dengan extended end plate dan tanpa elemen 4 (kiri) dan hubungan momen rotasi pada elemen 18 balok yang meleleh (kanan)

(Sumber: Olahan Penulis 2017)

Gambar 3 Nilai story drift (kiri) dan story shear (kanan)


0

1000

2000

3000

4000

0 1 2 3 4

Load Factor x Base Shear (kN

)

Displacement (m)

Load vs Displacement

WF dengan Sambungan

WF tanpa Sambungan

0

500

1000

1500

-‐0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Mom

en (kNm)

Rotasi (radian)

Momen Rotasi

WF dengan Sambungan

WF tanpa Sambungan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Lantai ke

Story DriN (m)

Story DriN

DriN WF dengan Sambungan

DriN WF tanpa Sambungan

0 1000 2000 3000 4000 1 3 5 7 9

11 13 15

Shear Story (kN)

Lantai ke-‐

Story Shear

WF tanpa Sambungan WF dengan Sambungan


Gambar 4 Story displacement (Sumber: Olahan Penulis 2017)

2. Panel Zone pada Wide Flange

Gambar 5 Kurva Pushover, Story Displacement, Story Drift, Story Shear

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5


)

Displacement (m)


WF dengan Panel Zone

WF tanpa Panel Zone

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Lantai ke-‐

Story DriN (m)

Story DriN

DriN WF dengan Panel Zone

DriN Wf tanpa Panel Zone

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15

0 100 200 300 400

Lantai ke-‐

Story Displacement (cm)

Story Displacement

Displacement WF tanpa Panel Zone

Displacement WF dengan Panel Zone

0 2000 4000 6000 8000

1 3 5 7 9 11 13 15

Story Shear (kN)

Lantai ke-‐

Story Shear

WF tanpa Panel Zone WF dengan Panel Zone

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 50 100 150 200 250 300 350

Lantai ke-‐


Story Displacement

Displacement WF dengan Sambungan

Displacement WF tanpa Sambungan


Sumber: (Olahan Penulis (2017) 3. Panel Zone pada CFST

Gambar 7 Kurva Pushover, Story Displacement, Story Drift, Story Shear (Sumber: Olahan Penulis 2017)

4. Struktur WF dan CFST

0

1000

2000

3000

4000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5


)

Displacement (m)


Struktur CFST Struktur WF

0 500

1000 1500 2000 2500 3000 3500

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5


)

Displacement (m)


CFST Tanpa Panel Zone

CFST dengan Panel Zone

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15

0 100 200 300 400

Lantai ke-‐


Story Displacement

Displacement CFST dengan Panel Zone

Displacement CFST tanpa Panel Zone

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 0.1 0.2 0.3

Lantai ke-‐

Story DriN (m)

Story DriN

DriN CFST dengan Panel Zone

DriN CFST tanpa Panel Zone

0 1000 2000 3000 4000 1

4

7

10

13

Geser Lantai kN

Lantai ke-‐

Story Shear

CFST tanpa Panel Zone CFST dengan Panel Zone


Gambar 8 Kurva Pushover CFST dan WF (Sumber: Olahan Penulis 2017)

Gambar 9 Story Drift dan Gaya Geser Lantai (Sumber: Olahan Penulis 2017)

Tabel 1 Faktor Daktilitas Struktur Nama Struktur Faktor Daktilitas

WF dengan Panel Zone 27.67 WF tanpa Panel Zone 16.17

WF dengan Sambungan 20.75 WF tanpa Sambungan 19.69

CFST dengan Panel Zone 8.36 CFST tanpa Panel Zone 8.09


0 200 400 600

1

3

5

7

9

11

13

15

Gaya Geser (kN) Lantai ke-‐

Geser Lantai WF vs CFST

WF 3 Bay

CFST 3 Bay

0 0.5 1 1.5 2

1 3 5 7 9 11 13 15

Lantai ke-‐

Story DriN (m

)

Story DriN

DriN CFST Grav DriN WF Grav


5. Mekanisme Sendi Plastis

Gambar 9 Story Drift dan Gaya Geser Lantai (Sumber: Olahan Penulis 2017)


Pembahasan

Pada perbandingan rigiditas sambungan karena asumsi pada struktur yang

dimodelkan tanpa sambungan adalah rigid, maka nilai dari stiffness struktur secara global

lebih besar dengan nilai 5418.78 kN/m pada step ke-10 atau sering disebut dengan initial

stiffness. Sedangkan struktur yang dimodelkan dengan Extended End Plate memiliki

kekakuan awal sebesar 4706.89 kN/m. Nilai kekakuan struktur secara global dapat dicari

menggunakan hubungan kurva pushover dimana kekakuan dari struktur adalah gradient dari

kurva tersebut. Oleh karena itu, kekakuan dari struktur bervariasi sesuai dengan hubungan

base shear dan perpindahannya. Selain itu, struktur dengan sambungan memiliki faktor

daktilitas sebesar 20.75 sedangkan 19.6875 untuk nilai daktilitas struktur tanpa sambungan.

Hal tersebut membuktikan bahwa nilai daktilitas dari struktur dengan sambungan lebih tinggi.

Dari hubungan momen-rotasi pada elemen 18 yaitu saat elemen pertama balok

meleleh, dapat dilihat hubungan momen dan rotasi pada struktur tanpa sambungan berada

sedikit diatas bangunan yang dimodelkan dengan sambungan. Hal tersebut membuktikan

bahwa tanpa memodelkan sambungan membuat perilaku struktur menjadi rigid. Untuk

perbandingan dari story drift struktur tiap-tiap lantai, struktur dengan sambungan extended

end plate mengalami story drift lebih besar dibandingkan dengan tanpa sambungan dimana

drift yang terjadi semakin besar pada bagian tengah lantai. Hal tersebut berhubungan dengan

nilai gaya geser lantai dimana pada 1 pada struktur tanpa sambungan bernilai 3785.6 kN

sedangkan untuk struktur dengan sambungan bernilai 3553 kN. Nilai geser lantai yang terjadi

pada struktur tanpa sambungan lebih besar dibandingkan struktur dengan sambungan. Hal

tersebut terjadi karena struktur tanpa desain sambungan membutuhkan gaya geser yang lebih

besar untuk meningkatkan nilai perpindahannya.

Untuk perbandingan struktur panel zone pada wide flange, Struktur yang dimodelkan

dengan panel zone mengalami keruntuhan pada step ke 332 dengan nilai base shear 3536.48

kN sedangkan struktur tanpa panel zone runtuh pada step ke 291 dengan nilai base shear

6644.587 kN. Nilai dari initial stiffness pada struktur tanpa panel zone berada diatas struktur

panel zone dengan kekakuan 5904.2375 kN/m pada step ke 24. Struktur panel zone memiliki

nilai initial stiffness sebesar 3523.36 kN/m pada step ke 24. Kekakuan struktur tanpa panel

zone secara signifikan menurun pada step ke 28 dengan nilai kekakuan 3431.391 kN/m.

Berdasarkan nilai dari daktilitas struktur, WF dengan panel zone memiliki nilai daktilitas

sebesar 27.67 sedangkan WF tanpa panel zone memiliki nilai daktilitas sebesar 16.17. Hal

tersebut menunjukan bahwa pendefinisian panel zone dapat meningkatkan daktilitas struktur.


Simpangan antar lantai yang terjadi pada struktur dengan panel zone lebih besar

dibanding struktur tanpa panel zone. Hal tersebut terjadi dikarenakan panel zone yang lemah

sehingga mengalami leleh pada step awal analisis pushover. Pada kedua grafik simpangan

antar lantai, drift terbesar terjadi pada lantai 6 dan 7. Hal tersebut terjadi karena geser lantai

yang terjadi pada struktur meningkat dari lantai atas ke lantai bawah, sedangkan pada lantai 6

dan 7 terjadi pergantian penampang balok dan kolom menjadi lebih kecil sehingga simpangan

yang terjadi menjadi lebih besar. Kenaikan nilai simpangan juga terjadi pada lantai ke 11 dan

12 karena perubahan penampang.

Untuk struktur panel zone pada CFST memiliki kecenderungan yang sama dengan

wide flange. Berdasarkan grafik kurva pushover dari bangunan dengan panel zone yang

dimodelkan (Struktur 1) berada di bawah bangunan tanpa panel zone yang dimodelkan

(Struktur 2). Namun, Struktur 2 dapat didorong lebih jauh dibanding Struktur 1. Struktur 2

mengalami keruntuhan pada displacement ke 284 cm sedangkan Struktur 1 mengalami

keruntuhan pada displacement ke 301 cm yang menunjukan bahwa Struktur 1 lebih daktail

dibanding struktur 2 dimana struktur 2 mengalami keruntuhan pada nilai base shear 3193.3

kN. Sedangkan Struktur 1 mengalami keruntuhan pada nilai base shear 2273.8 kN. Sedangkan

apabila dilihat dari nilai daktilitas, struktur CFST dengan panel zone memiliki daktilitas lebih

tinggi yaitu bernilai 8.36 sedangkan untuk struktur CFST yang didefinisikan tanpa panel zone

memiliki faktor daktilitas sebesar 8.09.

Apabila dilihat dari nilai drift, pola persebaran simpangan antar lantai pada kedua

struktur berbeda. Pada struktur tanpa panel zone drift yang terjadi pada lantai 11 dan 12

mengalami kenaikan siginifikan. Drift terbesar model panel zone terjadi di lantai ke 6 dengan

nilai 25 cm sedangkan model tanpa panel zone terjadi pada lantai ke 12 dengan nilai drift

20.31 cm. Nilai dari gaya geser lantai meningkat dari lantai 1 hingga lantai 15. Sebagai

perbandingan, untuk struktur tanpa panel zone memiliki nilai geser lantai pada lantai 1

sebesar 3042.7 kN sedangkan yang dimodelkan dengan panel zone memiliki nilai gaya geser

sebesar 2273.1 kN. Hal tersebut menandakan bahwa struktur tanpa panel zone memiliki

kekuatan yang lebih tinggi.

Untuk melakukan perbandingan pada struktur WF dan CFST, periode kedua

bangunan disamakan. Struktur CFST memiliki periode 1.394 sekon dan WF memiliki nilai

1.396 sekon. Struktur CFST mengalami keruntuhan pada step ke 301 sedangkan struktur WF

mengalami keruntuhan pada step ke 315. Karena grafik pushover dari struktur WF berada

diatas struktur CFST, profil WF menerima lebih besar gaya sehingga energi disipasi struktur


lebih besar dibanding CFST. Pada struktur CFST, nilai kekakuan geser awal struktur adalah

1789.09 kN/m sedangkan pada WF kekakuan awal struktur mencapai 5456.006 kN/m.

Apabila ditinjau dari nilai gaya geser yang terjadi pada tiap lantai, struktur CFST

menerima gaya geser lebih kecil dibandingkan struktur WF. Walaupun simpangan yang

terjadi pada struktur CFST lebih besar dibanding struktur WF, kemampuan disipasi energi

struktur WF lebih tinggi dibandingkan struktur CFST sehingga gaya geser yang diterima

struktur WF lebih besar. Sedangkan drift terbesar pada struktur CFST terjadi pada lantai 6

dengan nilai 1.89 cm dan pada struktur WF terjadi pada lantai ke 3 dengan nilai 0.59471 cm.

Selisih perpindahan pada nodal paling atas adalah 14.45 cm dimana kecenderungan nilai drift

CFST lebih besar.

Untuk mekanisme sendi plastis, kejadian sendi plastis pada struktur wide flange

komponen panel zone mengalami mekanisme sendi plastis paling awal yaitu pada step ke-11

yang terjadi pada elemen 43 dengan load factor 1.3727 dan nilai base shear 645.95 kN.

Elemen 43 merupakan komponen panel zone pada lantai ke-6. Kelelehan panel zone

selanjutnya terjadi pada elemen 41 yang berada diseberang elemen 43 dan terus berlanjut

secara runtun hingga step ke-28 pada elemen 15 dengan load factor 3.1401 atau base shear

1295.1 kN. Mekanisme sendi plastis pada balok mulai terjadi pada step ke 31 di elemen 18

dengan load factor 3.4011. Elemen tersebut berada pada sisi eksterior dari struktur dan

dilanjutkan dengan sendi plastis yang terjadi pada sisi ekterior lainnya. Balok eksterior

mengalami sendi plastis lebih awal dikarenakan pemodelan panel zone yang hanya

dimodelkan pada bagian interior. Panel zone mendisipasi energi yang diberikan oleh gaya

beban dorong sehingga sendi plastis pada balok interior tertunda. Selanjutnya, sendi plastis

pada kolom terjadi secara beriringan pada sisi ekterior yang berseberangan. Mekanisme

kelelehan ujung balok eksterior dan panel zone terus terjadi hingga step ke 77. Balok interior

pada lantai 5 mulai mengalami sendi plastis pada kedua ujung nodalnya pada step ke 100

yaitu pada elemen 14 dengan load factor 5.5461.

Pada step ke-81, kolom dasar bagian eksterior mengalami sendi plastis pada load

factor ke 5.1363 atau nilai base shear 2111.2 kN. Sedangkan kolom dasar bagian interior baru

mengalami kelelehan pada step ke 100 dengan nilai base shear 2297.1 kN. Selanjutnya,

secara berseling terjadi mekanisme sendi plastis pada panel zone, balok ekterior dan kolom

interior. Panel zone terakhir yang mengalami sendi plastis adalah elemen ke 18 dan 20 pada

step ke 119. Sendi plastis pada kolom mulai terjadi di elemen ke 2 pada lantai 2 bagian

ekterior pada step ke 158 dengan nodal I yang mengalami kelelehan saat nilai base shear

2736.3 kN. Mekanisme sendi plastis pada kolom tersebut belum menyebabkan terjadinya


mekanisme soft story karena sendi plastis belum terjadi pada kedua nodal pada ujung elemen

dan kolom lain belom mengalami sendi plastis. Kolom lain yang mengalami sendi plastis

adalah elemen 17 pada nodal I dimana terjadi pada step ke 172.

Tabel 2 Jumlah Sendi Plastis WF

Jumlah Sendi Plastis

Balok Kolom Panel Zone Step 1-20 - - 24

Step 21-40 18 - 8 Step 41-60 6 - 15

Step 61-100 6 3 6 Step 101-120 6 - 2 Step 121-160 14 1 - Step 161-200 8 1 - Step 201-332 27 9 -


Tabel 3 Step Sendi Plastis WF


Mekanisme sendi plastis pada struktur Concrete Filled Steel Tube terjadi pada step

ke-38. Karena kurva hubungan momen rotasi dari panel zone yang cukup kuat dengan nilai

momen leleh yang tinggi, maka panel zone pada struktur CFST tidak mengalami kelelehan

pada step awal. Balok elemen 13 yang terletak pada bagian eksterior lantai 5 mengalami

kelelehan terlebih dahulu pada load factor 1.3648 dengan nilai base shear sebesar 696.78 kN.

Balok eksterior terus mengalami mekanisme sendi plastis hingga step 69.

Pada step tersebut, kolom eksterior struktur mengalami kelelehan pada nilai base

shear 1001.139 kN. Balok eksterior terus mengalami kelelehan diselingi dengan mekanisme

sendi plastis pada nodal I kolom intrior lantai dasar saat step ke 74. Mekanisme sendi plastis

yang terjadi pada struktur CFST lebih sedikit dibanding struktur WF. Hal tersebut ditandai

dengan jumlah step dan load factor yang terus meningkat tanpa mekanisme sendi plastis.


Pada step ke 207, panel zone lantai 11 mengalami sendi plastis dengan nilai base shear

1818.114 kN. Pada step 222 panel zone lantai 12 mengalami kelelehan.

Panel zone pada struktur CFST terus mengalami kelelehan hingga menjelang

keruntuhan. Hal tersebut berlawanan dengan hasil analisis beban dorong pada struktur WF

dimana mekanisme sendi plastis panel zone terjadi pada step awal. Selain itu, struktur CFST

lebih banyak terjadi sendi plastis pada kolom dibandingkan struktur WF. Keruntuhan struktur

terjadi pada step ke 301 dimana terjadi keruntuhan pada balok elemen 39 dan 45 ditandai

dengan munculnya event code 20.

Tabel 4 Jumlah Sendi Plasti CFST

Jumlah Sendi Plastis

Balok Kolom Panel Zone Step 1-40 4 - -

Step 41-60 14 - - Step 61-100 12 2 -

Step 101-210 2 6 2 Step 211-250 2 4 2 Step 251-300 9 6 7


Tabel 5 Step Sendi Plastis WF


Secara umum, mekanimse sendi plastis yang terjadi pada struktur WF lebih banyak

dibandingkan pada struktur CFST. Hal tersebut menunjukan perilaku struktur WF yang lebih

daktail. Selain itu, panel zone pada struktur WF mengalami kelelehan terlebih dahulu

dikarenakan struktur WF memiliki panel zone yang lemah yang berakibat kelelehan pada

step-step awal. Hal tersebut dapat diatasi dengan penggunaan stiffener pada panel zone WF.

Sedangkan untuk CFST memiliki panel zone yang kuat sehingga yield terjadi pada step akhir.

Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang dilakukan melalui beberapa tahapan pembuatan pada

proses penelitian sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa :


• Struktur yang dimodelkan dengan panel zone mengalami simpangan antar lantai

yang lebih besar dibandingkan tanpa panel zone.

• Pemodelan panel zone yang lemah berdampak pada low strength dan plastifikasi

pada panel zone akan berdampak pada pelemahan kekuatan dan kekakuan dari

struktur secara global.

• Pada struktur Wide Flange, mekanisme sendi plastis pada panel zone lebih

cenderung terjadi dibandingkan pada Concrete Filled Steel Tube dikarenakan

material dan konfigurasi penampang

• Profil Concrete Filled Steel Tube memiliki nilai kekakuan yang lebih rendah

dibandingkan profil Wide Flange dan daktilitasnya lebih rendah dibanding Wide

Flange.

• Pengaruh dari luasan baja yang digunakan pada kedua struktur adalah pada properti

daktilitas. Profil Wide Flange memiliki luasan baja yang lebih besar sehingga

struktur Wide Flange lebih daktail dibandingkan Concrete Filled Steel Tube.

• Rigiditas sambungan mempengaruhi perilaku struktur secara global. Daktilitas

struktur secara global meningkat dibandingkan pemodelan tanpa penginputan

sambungan karena struktur dapat bergerak lebih bebas. Tanpa penginputan

sambungan model bangunan dapat diasumsikan rigid. Penginputan sambungan

menyebabkan penurunan momen leleh pada sambungan dibawah daerah rigid

sehingga kekakuan dari struktur berkurang.

• Nilai dari efek dari P Delta yang diabaikan menyebabkan nilai dari perpindahan

nodal lebih jauh. Saran

Berdasarkan pada hasil penelitian, maka terdapat beberapa saran untuk penelitian ini

antara lain :

• Pemodelan panel zone pada struktur SMRF perlu dikaji lagi dengan memodelkan

daerah tersebut menggunakan eksperimen full scale agar perilaku panel zone dapat

digambarkan secara lebih baik

• Pada pemodelan struktur sebaiknya dilakukan pengecekan terhadap kapasitas panel

zone karena perilaku struktur secara global berpengaruh dan sebaiknya didesain kuat

• Perlu dilakukan pemodelan panel zone menggunakan program finite element untuk

menggambarkan perilaku panel zone secara lebih spesifik.


• Efek komposit dari struktur CFST tidak secara mendetail dilakukan. Pengaruh mutu

bahan, poisson ratio,

• Pengembangan software Drain-2DX agar dapat melakukan analisis terhadap panel

zone yang di definisikan pada seluruh nodal pertemuan balok dan kolom.

• Pengujian terhadap struktur 3 dimensi perlu dilakukan untuk melihat perilaku

bangunan secara real yaitu pengaruh dari beban dorong arah X, Y dan Z.

• Sambungan yang dimodelkan menggunakan Frye-Morris perlu divariasi dengan tipe

selain Extended End Plate untuk melihat perilaku rigiditas sambungan lain terhadap

struktur.

• Pemodelan sambungan dari struktur CFST yang perlu dikaji secara eksperimental.

• Analisis beban dorong menggunakan software ETABS atau SAP2000 sebagai

pembanding dari hasil penelitian.

• Penggunaan Performance Based Design sesuai ATC-40 dan FEMA 356 untuk

mendapatkan target deformasi dan perilaku struktur pada daerah performance point-

nya

• Perlu dilakukan penelitian mengenai studi kelayakan atau feasibilitas penggunaan

profil CFST dari segi manajemen konstrukti seperti analisis biaya dan metode

konstruksi yang digunakan. Daftar Referensi American Institue of Steel Construction, Inc. (2005). Prequlified Connections for Special and

Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. American Institute of Steel Construction, Inc. (2005). Seismic Provision for Structural Steel

Building Including Supplement No. 1. Chicago. Aziz, A. (2012). Studi Perilaku Sistem Rangka Baja K-Split EBF (Eccentrically Braced

Frames) Terhadap Beban Gempa Dengan Analisis Pushover. Universitas Indonesia. Badan Standardisasi Nasional. (2012). Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk

Struktur Bangunan Gedung dan Non Gedung. Jakarta. Charney, F., & Downs, W. (2004). Modeling Procedures for Panel Zone Deformations in

Moment Resisting Frames. Connection in Steel Structures V. Davilla-Arbona, F. J. (2007). Panel Zone Behaviour in Steel Moment Resisting Frames.

Istituto Universitario di Studi Siperiori. Earthquake Resistant Design of Steel Structures. (t.thn.). Eurocode 3. (1993). Design of Steel Structures. Brussels. FEMA 356 Prestandard. (2000). Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation

of Buildings. Virginia.


Fukomoto, T., & Morita, K. (2005). Elastoplastic Behavior of Panel Zone in Steel Beam-to-Concrete Filled Steel Tube Column Moment Connections. Journal of Civil Engineering (ASCE).

Guevara-Perez, L. T. (2012). "Soft Story" and "Weak Story" In Earthquake Resistant Design: A Multidisciplinary Approach. 15 WCEE.

Hamburger, R., Krawinkler, H., Malley, J., & Adan, S. (2009). Seismic Design of Steel Special Moment Frames: A Guide of Practicing Engineers. NEHRP Seismic Design Technical Brief.

Hu, J. W. (2008). Seismic Performance Evaluations and Analyses for Composite Moment Frames with Smart SMA PR-CFT Connections. Dissertation.

Inai, E., Mukai, A., Kai, M., Tokinoya, H., Fukumoto, Toshiyuki, . . . Kori. (2004). Behavior of Concrete-Filled Steel Tube Beam Coloums. Journal of Structural Engineering.

Kartal, M. (2010). Effect of Semi-Rigid Connection on Structural Responses. Electronic Journal of Structural Engineering.

Prakasa Adhi, C. (2013). Studi Perilaku Rangka Baja Sistem Ganda Antara SIstem Rangka Pemikul Momen dengan Sistem Rangka Bresing Terhadap Beban Gempa dengan Analisis Pushover. Skripsi Universitas Indonesia.

Prakasa, A. C. (2013). Studi Perilaku Rangka Baja Sistem Ganda Antara Sistem Rangka Pemikul Momen dengan Sistem Rangka Bresing Konsenstris Terhadap Gempa dengan Analisis Pushover. University of Indonesia.

Purwadi, A. (2011). Perilaku Non-Linier Penampang Komposit Baja dan Beton pada Sambungan Interior. Universitas Indonesia.

Ramezansefat, H., Aghakouchack, A., & Shahbeyk, S. (2012). Behavior of Steel Intermediate Moment Frames Designed According to Iranian National Building Code under Lateral Load. 15 WCEE.

Tsuda, K., & Morino, S. (2006). Design and Construction of Concrete-Filled Steel Tube Coloumn System in Japan.

Tuna, M., & Topkaya, C. (2015). Panel Zone Deformation Demand in Steel Moment Resisting Frame. Journal of Constructional Steel Research.

University of California Berkerley. (1993). Drain-2DX Element Description and User Guide for Element Type01, Type02, Type04, Type06, Type09, and Type15. California.

Varghese, V., & Borkar, Y. R. (2013). Comperative Study of S.M.R.F Building Over O.M.R.F. Building With Seismic and Wind Effect. International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA).


Documents

STUDI KOMPARASI SISTEM STRUKTUR SMRF PROFIL BAJA WF DAN …