Analisis Lebar Strat Diagonal Pada Struktur Rangka Beton Bertulang dengan Dinding Pengisi Berlubang Sentris.

(1)

ANALISIS LEBAR STRAT DIAGONAL PADA

STRUKTUR RANGKA BETON BERTULANG

DENGAN DINDING PENGISI BERLUBANG SENTRIS

TUGAS AKHIR

Oleh:

I PUTU AGUS PUTRA WIRAWAN NIM: 1204105050

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

(2)

(3)

(4)

ABSTRAK

Analisis lebar strat diagonal pada struktur rangka beton bertulang dengan dinding pengisi berlubang sentris dengan balok dan kolom praktis di tepi lubang (lintel) telah dilakukan dengan memodel dinding sebagai elemen shell dan strat diagonal. Pada tahap awal dilakukan validasi model rangka dinding pengisi (RDP) penuh dan RDP berlubang satu tingkat untuk mendapatkan respon model RDP penuh dan RDP berlubang sama dengan hasil uji laboratorium. Setelah itu dilanjutkan memodel struktur rangka sederhana satu tingkat dengan penambahan dinding pengisi penuh dan berlubang dengan variasi bukaan 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dan 60% untuk mendapatkan persamaan lebar strat yang sesuai dengan perilaku model elemen shell. Persamaan yang didapat kemudian diaplikasikan pada model rangka 2, 3 dan 4 tingkat dengan penambahan dinding pengisi berlubang dengan variasi bukaan 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dan 60% untuk membandingkan perilaku antara model strat diagonal dengan model elemen shell.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemodelan dinding pengisi dengan strat diagonal dan elemen shell mampu menirukan hasil laboratorium. Dengan membandingkan respon struktur RDP berlubang dengan lintel yang dimodel menggunakan elemen shell dan strat diagonal serta membandingkannya dengan hasil eksperimen, diperoleh persamaan lebar strat Wds

=

, dimana d adalah panjang diagonal dinding; c adalah koefisien kekakuan pasangan dinding dengan lintel (c = 1.0565r2 - 2.281r + 1.3764); r adalah rasio bukaan dinding. Aplikasi persamaan lebar strat pada struktur rangka 2, 3 dan 4 tingkat model strat menunjukkan perilaku yang bersesuaian dengan perilaku model elemen shell. Hanya saja model dengan persentase lubang 50% dan 60% pada lantai teratas model strat lebih kaku 4-10% dibandingkan dengan model elemen shell.

Kata kunci: dinding pengisi berlubang, elemen shell, lintel, persamaan lebar strat diagonal, simpangan.

(5)

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji dan syukur dipanjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya Tugas Akhir ini, yang berjudul “Analisis Lebar Strat Diagonal Pada Struktur Rangka Beton

Bertulang Dengan Dinding Pengisi Berlubang Sentris” dapat terselesaikan. Selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, saran, dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini diucapkan terima kasih pada Bapak Ir. Made Sukrawa, MSCE, Ph.D dan Ibu Ir. Ida Ayu Made Budiwati, M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing. Terima kasih pula kepada Nyoman Widiana Surya atas bantuannya dalam proses pengerjaan Tugas Akhir ini.

Bukit Jimbaran, 22 April 2016

(6)

DAFTAR ISI

HALAMAN PERNYATAAN ... Error! Bookmark not defined. HALAMAN PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined.

ABSTRAK ... iii

UCAPAN TERIMA KASIH ... iv

DAFTAR ISI ... 1

DAFTAR GAMBAR ... 3

DAFTAR TABEL ... 5

DAFTAR LAMPIRAN ... 6 BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.

1.1. Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined. 1.2. Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3. Tujuan ... Error! Bookmark not defined. 1.4. Manfaat ... Error! Bookmark not defined. 1.5. Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined. BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. 2.1. Dinding Pengisi ... Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Definisi ... Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Rangka dengan Dinding Pengisi ... Error! Bookmark not defined. 2.2. Strat Diagonal ... Error! Bookmark not defined. 2.3. ElemenShell ... Error! Bookmark not defined. 2.4. Elemen Gap ... Error! Bookmark not defined. 2.5. Material Nonlinier ... Error! Bookmark not defined. 2.6. Penelitian Terkait ... Error! Bookmark not defined. 2.6.1 Eksperimen yang Dilakukan oleh Imran dan Aryanto (2009) . Error! Bookmark not defined.

2.6.2 Kakaletsis and Karayannis (2009) ... Error! Bookmark not defined. 2.6.3 Sigmund & Penava (2012) ... Error! Bookmark not defined. 2.6.4 Sukrawa (2015) ... Error! Bookmark not defined. BAB III METODE PENELITIAN ... Error! Bookmark not defined. 3.1 Kerangka Berpikir ... Error! Bookmark not defined. 3.2 Validasi Metode Pemodelan ... Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Data Material ... Error! Bookmark not defined.

(7)

3.2.4 Pemodelan Elemen Shell ... Error! Bookmark not defined. 3.3 Analisis Linier dengan Reduksi EI ... Error! Bookmark not defined. 3.4 Pemodelan Rangka Sederhana ... Error! Bookmark not defined. 3.4.1 Data Geometri ... Error! Bookmark not defined. 3.5 Pemodelan Struktur Rangka 2, 3, dan 4 Tingkat ... Error! Bookmark not defined.

3.5.1 Data Material ... Error! Bookmark not defined. 3.5.2 Data Geometri Struktur ... Error! Bookmark not defined. 3.5.3 Aplikasi Pemodelan ... Error! Bookmark not defined. 3.5.4 Pembebanan ... Error! Bookmark not defined. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... Error! Bookmark not defined. 4.1 Validasi Model ... Error! Bookmark not defined. 4.1.1 Kurva Gaya-Perpindahan dengan Elemen Shell .. Error! Bookmark not defined.

4.1.2 Kurva Gaya-Perpindahan dengan Strat Diagonal . Error! Bookmark not defined.

4.2 Analisis Lebar Strat Diagonal pada Model Rangka Sederhana ... Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Model Rangka Sederhana ... Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Simpangan ... Error! Bookmark not defined. 4.2.3 Lebar Strat ... Error! Bookmark not defined. 4.3 Aplikasi Persamaan Lebar Strat pada Model Rangka .. Error! Bookmark not defined.

4.3.1 Model 2 Tingkat ... Error! Bookmark not defined. 4.3.2 Model 3 Tingkat ... Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Model 4 Tingkat ... Error! Bookmark not defined. BAB V PENUTUP ... Error! Bookmark not defined. 5.1 Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined. 5.2 Saran ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN A ... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN B ... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN C ... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN D ... Error! Bookmark not defined.

(8)

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Rangka dengan Dinding Pengisi ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2 Model Dinding Pengisi Sebagai Strat DiagonalError! Bookmark not defined.

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Faktor Reduksi dengan

Persentase Lubang pada Dinding. ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4 Elemen shell segiempat ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5 Elemen shell segitiga ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6 Tegangan pada elemen shell ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.7 Elemen Gap ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.8 Grafik hubungan antara kekakuan dinding dan kekakuan gap .. Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.9 Spesimen rangka beton bertulang dengan dinding pengisi ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.10 Gambaran dari susunan eksperimen Error! Bookmark not defined. Gambar 2.11 Set up pengujian ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.12 Program pembebanan pada pengujian ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.13 Detail penulangan ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.14 Pola retak akhir pada model eksperimen 1 ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.15 Pola retak akhir pada model eksperimen 2 ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.16 Kurva beban-perpindahan histeretis untuk model 1 dan model 2 ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.17 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan

Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji S... Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.18 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji WO2 .... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.19 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola

Keruntuhan dari Benda Uji DO2 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.20 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen S, WO2, dan DO2 ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.21 Desain Tulangan Rangka Benda Uji Error! Bookmark not defined. Gambar 2.22 Kurva Gaya Lateral dan Perpindahan dari Masing-Masing Benda

Uji ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.23 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen

DP, Door, dan Window ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.24 Geometri Struktur (a) Rangka diuji dan (b) model yang sesuai

dengan menggunakan strat dan elemen shell. Error! Bookmark not defined.

Gambar 2.25 kurva beban-deformasi model IFS, IFO, dan BF (kiri) dan IFOL dan IFO (kanan) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.26 Kontur tegangan maksimum WO4 tanpa lintel (kiri) dan WO4L

dengan lintel (kanan) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.27 kurva beban - deformasi di arah Y: 3 lantai (kiri); 4 lantai (tengah);

(10)

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.2 Geometrik struktur model validasi ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3 Cara Me-release Momen pada Strat .. Error! Bookmark not defined. Gambar 3.4 Cara Me-release Gaya Tarik pada Strat ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.5 Konfigurasi Elemen Shell ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.6 Data Geometri Model Rangka Sederhana ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.7 Geometri Struktur Rangka (a) Rangka 2 Tingkat, (b) Rangka 3 Tingkat, (c) Rangka 4 Tingkat ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.8 Variasi Lubang Dinding Pengisi ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.9 Pengaturan IBC 2009 yang disesuaikan dengan SNI 2012 ... Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.1 Model dengan Elemen Shell (a) Model RDP Penuh (MSsh), (b) Model RDP dengan Bukaan Pintu (MDOsh), dan (c) Model RDP dengan Bukaan Jendela (MWOsh) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.2 Model dengan Strat Diagonal (a) Model RDP Penuh (MSst), (b)

Model RDP dengan Bukaan Pintu (MDOst), dan (c) Model RDP dengan Bukaan Jendela (MWOst) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.3 Kurva Gaya-Perpindahan MSsh ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Kurva Gaya-Perpindahan MDOsh ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.5 Kurva Gaya-Perpindahan MWOsh .... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.6 Kurva Gaya-Perpindahan MSst... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.7 Kurva Gaya-Perpindahan MDOst ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.8 Kurva Gaya-Perpindahan MWOst ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.9 Model Rangka Sederhana dengan Elemen Shell (a) dinding penuh,

(b) luas lubang 10%, (c) luas lubang 20%, (d) luas lubang 30%, (e) luas lubang 40%, (f) luas lubang 50%, dan (g) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10 Model Rangka Sederhana dengan Strat Diagonal (a) dinding penuh,

(b) luas lubang 10%, (c) luas lubang 20%, (d) luas lubang 30%, (e) luas lubang 40%, (f) luas lubang 50%, dan (g) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.11 Perbandingan Simpangan Rangka sederhana Model Elemen Shell ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.12 Perbandingan Simpangan Rangka sederhana Model Strat Diagonal

... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.13 Perbandingan Simpangan Rangka sederhana Model Strat Diagonal

dan Elemen Shell ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.14 Hubungan antara Persentase Lubang (r) terhadap koefisien kekakuan

dinding (c) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.15 Perbandingan Simpangan Rangka 2 Tingkat . Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.16 Perbandingan Simpangan Rangka 3 Tingkat . Error! Bookmark not defined.

(11)

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Properti material rata-rata ... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.2 Rekapitulasi hasil eksperimen... Error! Bookmark not defined. Tabel 2.3 Rekapitulasi dari rasio daktilitas spesimen ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 2.4 Tipe Benda Uji Dinding Pengisi dengan Bukaan Error! Bookmark not defined.

Tabel 2.5 Material yang Digunakan dan Sifat-Sifatnya ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 3.1 Kode Penamaan Setiap Model ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.1 Variasi Beban dan EI ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.2 Lebar Strat Diagonal ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.3 Dimensi Bukaan Dinding pada Rangka Sederhana .... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.4 Lebar Strat Pada Model Rangka Sederhana ... Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.5 Dimensi Penampang Struktur Rangka 2 Tingkat. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.6 Dimensi Penampang Struktur Rangka 3 Tingkat. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.7 Dimensi Penampang Struktur Rangka 4 Tingkat. Error! Bookmark not defined.

Tabel 4.8 Perbedaan Simpangan Antara Model Elemen Shell dan Strat Diagonal ... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.9 Perbedaan Simpangan Antara Model Elemen Shell dan Strat Diagonal

... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.10 Perbedaan Simpangan Antara Model Elemen Shell dan Strat Diagonal

... Error! Bookmark not defined.

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Ketentuan Pembebanan Gempa ... 73 Tabel A.1 Faktor Keutamaan gempa ... Error! Bookmark not defined. Tabel A.2 Kategori desain seismik berdasarkan parameter respons percepatan

pada perioda 1 detik... Error! Bookmark not defined. Tabel A.3 Faktor R, Cd, dan Ω0 untuk Sistem Penahan Gaya Gempa ... Error!

Bookmark not defined.

Gambar A.1 SS, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko tertarget

(MCER), kelas situs SB... Error! Bookmark not defined. Gambar A.2 S1, Gempa maksimum yang dipertimbangkan risiko-tertarget

(MCER), kelas situs SB ... Error! Bookmark not defined. Lampiran B Dimensi Strat Diagonal ... 76 Tabel B.1 Lebar Strat untuk Model Validasi ... Error! Bookmark not defined. Tabel B.2 Lebar Strat pada model Rangka Sederhana ... Error! Bookmark not defined.

Tabel B.3 Lebar Strat pada model Rangka 2, 3 dan 4 tingkatError! Bookmark not defined.

Lampiran C Data Beban dan Perpindahan ... 77 Tabel C.1 Data Beban dan Perpindahan Model MSsh ... Error! Bookmark not defined.

Tabel C.2 Data Beban dan Perpindahan Model MDOsh ... Error! Bookmark not defined.

Tabel C.3 Data Beban dan Perpindahan Model MWOsh .... Error! Bookmark not defined.

Tabel C.4 Data Beban dan Perpindahan Model MSst ... Error! Bookmark not defined.

Tabel C.5 Data Beban dan Perpindahan Model MDOst ... Error! Bookmark not defined.

Tabel C.6 Data Beban dan Perpindahan Model MWOst ... Error! Bookmark not defined.

Tabel C.7 Data Perpindahan Model Rangka Sederhana ... Error! Bookmark not defined.

Tabel C.8 Data Perpindahan Model Rangka Dua Tingkat .. Error! Bookmark not defined.

Tabel C.9 Data Perpindahan Model Rangka Tiga Tingkat .. Error! Bookmark not defined.

Tabel C.10 Data Perpindahan Model Rangka Empat TingkatError! Bookmark not defined.

Lampiran D Model Struktur Rangka 2, 3, dan 4 Tingkat ... 83 Gambar D.1 Model Rangka 2 Tingkat dengan Elemen Shell (a) luas lubang 10%,

(b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined.

Gambar D.2 Model Rangka 2 Tingkat dengan Strat Diagonal (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined.

(14)

Gambar D.3 Model Rangka 3 Tingkat dengan Elemen Shell (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined.

Gambar D.4 Model Rangka 3 Tingkat dengan Strat Diagonal (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined.

Gambar D.5 Model Rangka 4 Tingkat dengan Elemen Shell (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined.

Gambar D.6 Model Rangka 4 Tingkat dengan Strat Diagonal (a) luas lubang 10%, (b) luas lubang 20%, (c) luas lubang 30%, (d) luas lubang 40%, (e) luas lubang 50%, dan (f) luas lubang 60% ... Error! Bookmark not defined.

(15)

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada pembangunan struktur gedung biasanya terdapat dinding yang digunakan sebagai pemisah ruangan. Rangka dengan dinding pengisi (infilled frame) merupakan struktur yang terdiri dari kolom dan balok berbahan beton bertulang atau baja dengan dinding pengisi terbuat dari pasangan bata/batako (masonry) atau bahan lain. Pemasangan dinding pada gedung dilakukan setelah struktur utama tersebut selesai, sehingga pelaksanaannya dilakukan bersamaan dengan pelaksanaan finishing suatu gedung. Oleh sebab itu, dalam perencanaannya dinding sering dianggap sebagai komponen non-struktur. Dalam kasus ini, dinding yang kaku dan kuat seperti bata atau batako, walaupun lebih getas dari bahan rangka, keberadaannya di antara struktur rangka akan menimbulkan interaksi yang mempengaruhi kekakuan struktur, terutama saat menerima beban lateral akibat gempa atau angin.

Dinding pengisi sudah banyak diuji dan telah diakui dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan pada struktur bangunan (Asteris, et al., 2012). Metode yang telah dikembangkan dalam memodel dinding pengisi pun beragam. Secara umum pemodelan dinding pengisi dapat dibagi menjadi dua kategori: model makro yang berdasarkan metode strat diagonal, dan model mikro yang berdasarkan metode elemen shell.

Metode elemen hingga (finite element method) juga memiliki keunggulan tersendiri dibandingkan metode strat diagonal. Dalam memodel dinding pengisi, metode ini dapat menggambarkan perilaku struktur secara lebih mendetail seperti tegangan yang terjadi pada dinding dan interaksi dinding terhadap struktur rangka di sekelilingnya. Pemodelan dinding dengan lubang pun dapat dibuat dengan mudah. Model mikro seperti ini juga dapat dibuat menjadi lebih kompleks, seperti memperhitungkan bidang kontak antara material dinding dan struktur rangkanya dengan membuat elemen gap (Dorji & Thambiratnam, 2009). Tidak hanya keunggulan saja dimiliki oleh model mikro, tetapi terdapat kekurangan yaitu lamanya proses analisis dibandingkan dengan model strat diagonal pada program SAP 2000 terlebih lagi pada model terdapat tingkat.

(16)

Pada prakteknya di lapangan, bukaan atau lubang pada dinding memiliki perkuatan di bagian tepi lubangnya. Perkuatan seperti kolom dan balok praktis (lintel) ini sudah diuji pengaruhnya terhadap kinerja struktur rangka dengan dinding pengisi (RDP) berlubang oleh Sigmund & Penava (2012). Dalam penelitiannya, keberadaan kolom praktis tersebut memberi pengaruh terhadap pola keruntuhan struktur, daktilitas dan perilaku struktur secara keseluruhan.

Penelitian terkait dinding pengisi berlubang yang dimodel telah dilakukan dengan metode strat diagonal dan elemen shell. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan respon struktur rangka dinding pengisi berlubang menggunakan lebar strat yang dihasilkan oleh Asteris, et al. (2012) lebih lemah dibandingkan dengan model elemen shell, terlebih lagi jika di sekitar lubang ditambahkan lintel dengan persentase lubang optimum sebesar 80%, Sukrawa dan Budiwati (2015).

Untuk itu perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan lebar strat yang bersesuaian dengan hasil tes yang dapat digunakan dalam analisis RDP berlubang dengan lintel. Selain itu, perlu dilakukan analisis lebar strat yang akan dipergunakan dalam mendesain dinding pengisi dengan variasi lubang kurang dari 80% yang akan dipergunakan dalam struktur rangka beton bertulang 2, 3, 4 tingkat yang dinding pengisinya dimodel sebagai strat diagonal dan elemen shell.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut didapat rumusan masalah: bagaimanakah persamaan lebar strat diagonal untuk dinding pengisi berlubang dengan perkuatan (lintel) di sekitarnya?

1.3. Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan penelitian ini adalah:

1. Untuk mendapatkan persamaan lebar strat diagonal pada rangka dinding pengisi berlubang dengan perkuatan di sekitarnya.

2. Untuk mencari hubungan rasio lubang dengan koefisien kekakuan pasangan dinding yang dibuat sebanding dengan respon model elemen shell.

(17)

1.4. Manfaat

Dalam penulisan penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat bagi perancang bangunan dengan menambah pengetahuan mengenai peranan dinding pengisi dalam meningkatkan kekakuan suatu struktur bangunan, terutama memberi ulasan mengenai variasi lebar strat yang diperoleh dari persamaan lebar strat untuk memodelkan dinding pengisi, serta memberikan masukan mengenai metode pemodelan dinding pengisi yang lebih tepat untuk digunakan.

1.5. Batasan Masalah

Dalam penulisan tugas akhir ini, pembahasan permasalahan dibatasi pada: 1. Posisi lubang yang ditinjau adalah sentris.

2. Variasi lubang hanya dilakukan dengan persentase lubang 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, dan 60%.

3. Tidak ada pengaruh dari perubahan modulus elastisitas pada struktur rangka terhadap analisis lebar strat.

4. RDP berlubang dengan lintel dimodel dengan strat tunggal dan elemen shell.

(18)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Sampai saat ini secara luas telah diterima bahwa penambahan panel dinding pada struktur RT beton bertulang, secara signifikan meningkatkan kekakuan dan kekuatan struktur rangka di sekitarnya (Imran and Aryanto, 2009; Asteris et.al, 2011; Sukrawa, 2014b). Adanya bukaan jendela dan pintu pada dinding pengisi juga menjadi alasan tidak diperhitungkannya dinding sebagai bagian dari struktur, terlebih lagi jika di sekeliling lubang terdapat perkuatan. Sementara hasil pengujian menunjukkan bahwa, RDP dengan dinding berlubang masih jauh lebih kaku dan lebih kuat dari struktur RT (Kakaletsis and Karayannis, 2009; Asteris, et.al, 2012; Sigmund and Penava, 2012).

2.1. Dinding Pengisi

2.1.1 Definisi

Dinding pengisi secara umum difungsikan sebagai penyekat, dinding eksterior, dan dinding yang terdapat pada sekeliling tangga dan elevator secara struktural memberikan pengaruh memperkaku rangka terhadap beban horizontal. Dinding pengisi umumnya digunakan untuk meningkatkan kekakuan dan kekuatan struktur beton bertulang dan umumnya dianggap sebagai elemen non-struktural.

2.1.2 Rangka dengan Dinding Pengisi

RDP (infilled frame) ialah struktur yang terdiri atas kolom dan balok berbahan baja atau beton bertulang dengan dinding didalamnya.

(19)

Perilaku struktur rangka akibat adanya dinding pengisi tentu berbeda dengan struktur rangka tanpa dinding pengisi. Perilaku seperti deformasi dan gaya-gaya dalam pada struktur akan diterima pula oleh dinding pengisi yang berarti dinding pengisi akan mendistribusikan gaya-gaya yang ada pada struktur sampai pada batas kemampuannya. Adanya kontak antara dinding dan struktur yang mengelilinginya dan perilaku struktur ketika mendapat beban lateral mengakibatkan dinding pengisi mengalami pola keruntuhan tertentu. Keruntuhan yang terjadi pada dinding salah satunya terjadi pada bagian sudut-sudutnya. Ketika menerima beban lateral, struktur rangka akan menekan dinding bagian ujung, sementara dinding akan menahan gaya tersebut. Konsep inilah yang menjadi dasar untuk memodelkan dinding pengisi sebagai sebuah strat diagonal.

2.2. Strat Diagonal

Saat ini, peraturan Perencanaan Seismik EC – Part 1, ASCE 41-06 (Asteris et.al, 2012) berisi ketentuan-ketentuan untuk memperhitungkan kekakuan struktur RDP dengan dinding penuh dengan memodel dinding sebagai strat diagonal, dengan rumus lebar strat (Wds) yang berkembang sesuai kemajuan hasil penelitian. Beberapa rumus pendekatan yang digunakan dalam menentukan lebar strat (Wds) antara lain:

a. Holmes (1961)

(2.1)

b. Smith and Carter (1969)

(2.2)

c. Mainstone (1971)

(2.3)

d. Liauw and Kwan (1984)

_√ (2.4)

e. Paulay and Priestley (1992)

(20)

Dinding pengisi diasumsikan menerima gaya dari struktur rangka di sekelilingnya yang telah menerima gaya lateral sehingga dinding mengalami gaya tekan. Gaya yang diberikan oleh struktur rangka tersebut akan ditahan oleh dinding secara diagonal. Perumpamaan tersebut yang menjadi dasar untuk memodel dinding pengisi sebagai strat. Strat dalam desainnya juga hanya mampu menerima gaya aksial tekan atau tidak menerima gaya tarik. Asumsinya bahwa dinding pengisi tersusun atas material yang tidak homogen sehingga kuat tarik yang dimiliki material ini diabaikan. Perumusan untuk lebar strat pun sudah banyak berkembang. Salah satu rumus yang cukup banyak digunakan termasuk dalam peraturan FEMA-356 terkait analisis dinding pengisi.

Gambar 2.2 Model Dinding Pengisi Sebagai Strat Diagonal

(2.6)

dimana 1 adalah:

[

] (2.7)

dengan a adalah lebar strat diagonal, rinf adalah panjang strat, Eme adalah modulus

elastisitas dinding pengisi, Efe Icol adalah modulus elastisitas dan momen inersia

kolom, tinf adalah tebal dinding dan tebal strat, hcol adalah tinggi kolom di antara as

balok, hinf adalah tinggi dinding pengisi, dan θ adalah sudut yang dibentuk oleh

strat diagonal.

Berdasarkan cara di atas, pemodelan dinding pengisi sebagai strat diagonal tidak akan mampu meninjau adanya bukaan atau lubang pada dinding. Maka dari

h kolom

r a

h dinding θ

(21)

itu, Asteris, et al. (2012) mengusulkan adanya faktor reduksi terhadap dimensi strat diagonal akibat adanya lubang, dengan ketentuan seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Grafik Hubungan Antara Faktor Reduksi dengan Persentase Lubang pada Dinding.

Sumber: Asteris et al. (2012)

Grafik di atas menunjukkan hubungan antara persentase bukaan dinding (αw) dan faktor reduksi ( ) terhadap kekakuan dinding. Persamaan yang dihasilkan oleh grafik tersebut adalah:

_(2.8)

dengan αw adalah persentase lubang (luas lubang dibagi luas dinding).

2.3. ElemenShell

Elemen shell adalah tipe dari obyek area yang digunakan untuk memodel perilaku membran, pelat, dan shell dalam bidang dan struktur tiga dimensi. Perbedaan dari tipe-tipe perilaku elemen shell adalah sebagai berikut (Computers and Structures, 2015):

1. Membran

- Berperilaku sebagai membran murni

- Hanya dapat menerima gaya in-plane dan momen normal (drilling) - Bersifat linier dengan material homogeny

(22)

2. Pelat

- Berperilaku sebagai pelat murni

- Hanya dapat menerima gaya out-plane dan momen lentur - Menggunakan formulasi pelat tipis atau pelat tebal - Bersifat linier dengan material homogen

3. Shell

- Berperilaku shell penuh, yaitu kombinasi dari perilaku membran dan pelat

- Dapat menerima semua gaya dan momen

- Menggunakan formulasi pelat tipis atau pelat tebal - Bersifat linier dengan material homogen.

Setiap elemen shell dapat mempunyai bentuk sebagai berikut :

1. Segiempat (quadrilateral), yang didefinisikan oleh 4 join j1, j2, j3, dan j4 (Gambar 2.4).

2. Segitiga (triangular), yang didefinisikan oleh 3 join j1, j2, dan j3 (Gambar 2.5).

Formulasi quadrilateral lebih akurat dibandingkan triangular. Elemen triangular direkomendasikan hanya untuk lokasi dimana tegangan tidak berubah dengan cepat. Penggunaan dari triangular yang besar tidak direkomendasikan dimana tekuk in-plane lebih signifikan.

Untuk memodelkan suatu elemen shell, dalam metode elemen hingga elemen shell harus dibagi menjadi elemen-elemen yang lebih kecil (mesh) untuk meningkatkan keakuratan hasil yang didapat.

(23)

Gambar 2.4 Elemen shell segiempat

sumber: Computers and Structures (2015)

Gambar 2.5 Elemen shell segitiga

(24)

Gaya internal elemen shell (atau bisa juga disebut stress resultants) adalah gaya dan momen yang dihasilkan dari integrasi tegangan terhadap ketebalan elemen (Computers and Structures, 2015). Aksi tegangan pada muka positif diorientasikan dalam arah positif dari sumbu koordinat lokal elemen, begitu pula sebaliknya. Arah-arah tegangan diperlihatkan lebih jelas pada Gambar 2.6. Definisi Fij untuk gaya internal sama dengan Sij untuk tegangan, dimana i menunjukkan arah muka (face) dan j menunjukkan arah sumbu (axis).

Gambar 2.6 Tegangan pada elemen shell sumber: Computers and Structures (2015)

Untuk sebuah shell yang homogen, gaya-gaya internal dirumuskan sebagai berikut (Computers and Structures, 2015):

- gaya langsung membran:

∫ (2.9)

∫ (2.10)

- gaya geser membran: ∫

(25)

dimana:

= gaya membran = tebal membran

= tegangan membran

= koordinat ketebalan yang diukur dari tengah permukaan elemen.

2.4. Elemen Gap

Elemen gap merupakan elemen yang menghubungkan dua material yang berbeda dengan tujuan untuk menyalurkan gaya yang berasal dari masing-masing material tersebut. Pada program SAP2000 terdapat fitur link element atau elemen penghubung yang dapat digunakan sebagai elemen gap. Elemen ini bekerja dengan cara mengikat dua buah titik simpul dan dapat dilepas sesuai kondisi tertentu. Gambar 2.7 menunjukkan elemen gap dan komponennya, dengan i dan j sebagai simpul (titik ujung) dari elemen gap. Simpul atau titik ujung yang dimaksud nodal dari elemen frame dan nodal elemen shell sedangkan k merupakan nilai kekakuan dari elemen gap.

Gambar 2.7 Elemen Gap

sumber : Computers and Structures (2015)

Aplikasi elemen kontak ini pada dinding pengisi salah satunya dibahas dalam penelitian dari Dorji & Thambiratnam (2009). Pada penelitian tersebut dijelaskan tentang perbandingan kekakuan yang dimiliki oleh elemen gap dengan kekakuan dari dinding pengisi. Hubungan dari kekakuan kedua elemen tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.8

(26)

Gambar 2.8 Grafik hubungan antara kekakuan dinding dan kekakuan gap

Sumber: Dorji & Thambiratnam (2009)

Persamaan dari grafik yang terdapat pada Gambar 2.8 dapat dirumuskan sebagai berikut:

(2.12)

dengan Ki

(2.13)

dimana Kg (N/mm) adalah kekakuan dari gap element, Ki (N/mm) adalah kekakuan dari dinding pengisi, Ei (N/mm2) adalah modulus elastisitas dinding dan t (mm) adalah tebal dinding.

2.5. Material Nonlinier

Sebuah material atau bahan memiliki sifat nonlinier dimana material tersebut dapat menurun kekuatannya pada batas tegangan tertentu. Material yang berbeda tentunya memiliki kekuatan yang berbeda. Hal yang digunakan untuk menunjukkan perilaku material salah satunya adalah modulus elastisitas. Parameter ini memberikan gambaran tentang kemampuan suatu material untuk mengalami deformasi. Semakin kecil nilai modulus elastisitas maka semakin

(27)

Berdasarkan SNI 2847:2013, modulus elastisitas pada material beton berdasarkan berat volume (Wc) dan kuat tekan beton ( dapat dicari dengan Persamaan 2.14:

_√ _(2.14)

untuk beton dengan berat volume antara 1440 dan 2560 kg/m3.

Pada material dinding dapat diketahui nilai modulus elastisitasnya berdasarkan pendekatan dari FEMA-356 dengan Persamaan 2.15:

(2.15)

dimana (N/mm2) adalah kuat tekan dinding.

2.6. Penelitian Terkait

2.6.1 Eksperimen yang Dilakukan oleh Imran dan Aryanto (2009)

Eksperimen ini difokuskan untuk mendapatkan kinerja dan perilaku dari rangka struktur beton bertulang dengan dinding pengisi (in-filled R/C frame) bata ringan AAC, yang dikenakan beban lateral in-plane untuk mensimulasikan gaya gempa. Sebagai perbandingan, perilaku dari in-filled R/C frame bata konvensional juga diteliti pada eksperimen tersebut. Konfigurasi model eksperimen ditunjukkan pada Gambar 2.9, dimana model 1 menggunakan material dinding pengisi bata ringan AAC dan model 2 menggunakan material dinding pengisi bata konvensional.

(28)

Gambar 2.9 Spesimen rangka beton bertulang dengan dinding pengisi

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

Prototipe yang dipilih dari in-filled R/C frame didesain untuk memenuhi persyaratan SRPMM sesuai SNI beton. Karena terbatasnya ketersediaan fasilitas penelitian, faktor skala setengah dipakai untuk mendapatkan model eksperimen. Model eksperimen merupakan sistem satu tingkat dan satu bentang. Semua material dinding pengisi yang digunakan dalam rangka mempunyai rasio kelangsingan h/t (height/thickness) yang sama yaitu 15 dan rasio h/l (height/bay length) 1,0.

Model eksperimen dikonstruksikan pada balok beton bertulang kaku dan dibaut pada lantai kuat laboratorium. Untuk mengeliminasi pergerakan out-plane, spesimen diperkuat secara lateral oleh rangka baja. Beban lateral siklik diterapkan oleh servo-controlled hydraulic actuator yang mempunyai kapasitas beban 1000 kN dan maksimum stroke± 100 mm. Linear variable displacement transducers (LVDTs) ditempatkan pada banyak lokasi dalam spesimen untuk mengukur perpindahan di lokasi berbeda. Distorsi geser dalam spesimen selama eksperimen diukur menggunakan 2 LVDTs yang ditempatkan diagonal (Gambar 2.10). Total terdapat 24 pengukur tegangan yang dipasang pada beberapa batang tulangan baja dalam setiap spesimen (Gambar 2.12), untuk mengukur nilai tegangan yang diperlukan dalam perhitungan momen, gaya geser, dan gaya aksial dalam elemen

(29)

Dalam eksperimen ini, beban lateral diterapkan menjadi beban balok di atas dinding menggunakan displacement control dengan history yang ditunjukkan dalam Gambar 2.12. Riwayat beban yang digunakan diadopsi dari rekomendasi ACI untuk eksperimen beban siklik dari elemen struktur beton bertulang.Sebagai tambahan untuk eksperimen struktur, pengujian material dilakukan dalam eksperimen ini. Hasil dari pengujian material direkapitulasi dalam Tabel 2.1.

Gambar 2.10 Gambaran dari susunan eksperimen

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

Gambar 2. 11 Set up pengujian

(30)

Gambar 2.12 Program pembebanan pada pengujian

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

(31)

Tabel 2.1 Properti material rata-rata

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

Hasil dari eksperimen menunjukkan, pada RDP AAC (model eksperimen 1), retak mulai terbentuk pada dinding, sepanjang diagonal dari dinding. Bentuk retak ini terjadi pada beban lateral 15,63 kN (atau perpindahan lateral 1,34 mm). Setelah itu, pada beban yang lebih besar, retak diagonal lain yang sejajar retak pertama terjadi. Saat beban balik (reverse load) akibat beban siklik, sebuah retak diagonal yang tegak lurus pada retak sebelumnya ditemukan dan membentuk retak berbentuk X (X-crack). Tipe dari pola retak ini ditemukan dominan pada RDP AAC. Pada beban lateral 27,16 kN (atau perpindahan 2,16 mm), retak lentur pertama mulai terjadi pada kolom. Lalu, retak geser pertama muncul pada beban 72,83 kN (atau perpindahan 4,28 mm). Pada beban yang lebih besar, pemisahan antara dinding dan rangka sepanjang muka kolom terjadi dan terus melebar seiring dengan penambahan beban. Setelah itu, material dinding mulai terlihat hancur. Kehancuran utama terlihat pada pojok kanan atas dan setengah tinggi dari dinding, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.14 Pola retak akhir pada model eksperimen 1

(32)

Untuk spesimen dinding pengisi bata (model eksperimen 2), retak pertama ditemukan pada beban lateral 26 kN (atau perpindahan lateral 1,25 mm). Retak menyebar secara diagonal melewati join mortar dan juga secara horizontal sepanjang bed joint membentuk sliding shear. Retak horizontal utama terjadi pada kira-kira 1/3 dan 2/3 dari tinggi dinding. Retak horizontal ini mencegah formasi retak X-crack pada bagian tengah atas dari dinding. Bentuk retak diagonal banyak ditemukan pada bagian pojok atas dari dinding. Retak geser terjadi pada bagian bawah dan atas dari kolom pada beban 64,6 kN (atau perpindahan 6,72 mm). Retak geser pada bagian atas kolom terus membesar dan kehancuran dinding terjadi pada lokasi dimana retak horizontal sepanjang bed joint bertemu dengan retak diagonal utama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.15 Pola retak akhir pada model eksperimen 2

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

Model eksperimen 2 memperlihatkan sebuah mode keruntuhan yang dapat digambarkan sebagai sliding shear (SS). Kekuatan geser yang rendah dari bed

joint dinding pada model eksperimen ini mencegah pembentukan retak diagonal.

Sedangkan spesimen AAC (model eksperimen 1) memperlihatkan bentuk strut, dimana retak menyebar secara diagonal dari bagian atas kolom menuju bagian dasar. Tipe dari keruntuhan ini mengindikasikan bahwa mortar tipis pada spesimen AAC mempunyai karakteristik ikatan yang bagus. Rekapitulasi dari hasil eksperimen ditunjukkan pada Tabel 2.2.

(33)

Tabel 2.2 Rekapitulasi hasil eksperimen

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

Hasil eksperimen berupa kurva histeretis untuk setiap model eksperimen disajikan pada Gambar 2.16. Berdasarkan pada karakteristik beban-defleksi, pada dasarnya kedua model memperlihatkan beban puncak yang mirip. Meskipun demikian, model eksperimen 1 menghasilkan perilaku histeretis yang lebih baik dari model eksperimen 2. Penurunan yang lebih tajam untuk intensitas yang sama dari perpindahan lateral terlihat pada hasil eksperimen dari model 2 daripada hasil eksperimen model 1. Penurunan kekuatan signifikan terlihat dengan jelas pada kurva histeretis dari model eksperimen 2, yang mulai terjadi saat perpindahan lebih besar dari 20 mm (atau pada tingkat drift lebih besar dari 1%). Sebaliknya, model eksperimen 1 menunjukkan hanya sedikit penurunan kekuatan.

(34)

Gambar 2.16 Kurva beban-perpindahan histeretis untuk model 1 dan model 2

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

Hasil dari eksperimen yang lain adalah berupa rasio daktilitas perpindahan. Pada desain gempa, kinerja dari struktur setelah melewati batas elastis biasanya ditunjukkan dengan rasio daktilitas. Rasio daktilitas perpindahan didefinisikan secara umum sebagai rasio antara perpindahan ultimit dimana daya tahan lateral dari model eksperimen dikurangi hingga 80% dari daya tahan lateral maksimumnya dengan perpindahan saat leleh. Berdasarkan hasil eksperimen, rasio daktilitas untuk tiap model eksperimen diperlihatkan pada Tabel 2.3. Model eksperimen 1 menunjukkan rasio daktilitas yang lebih besar dari model eksperimen 2, meskipun perbedaannya hanya sedikit.

(35)

Tabel 2.3 Rekapitulasi dari rasio daktilitas spesimen

Description Model 1 Model 2

Forces at first yield of reinf

(kN) -93.9 -83.7

Displacement at first yield of

reinf (mm) -7.33 -10.16

Forces at 80% of maximum

lateral load (kN) -85.87 -84.72

Displacement at 80% of

maximum lateral load (mm) -47.6 -62

Ductility 6.5 6.1

sumber: Imran dan Aryanto (2009)

2.6.2 Kakaletsis and Karayannis (2009)

Kakaletsis and Karayannis (2009) melakukan penelitian laboratorium mengenai perilaku struktur rangka dinding pengisi dengan bukaan.

Hasil utama dari eksperimen laboratorium adalah grafik hubungan antara beban lateral dan perpindahan, selain itu ditampilkan pola kegagalan yang terjadi pada struktur, disajikan pada Gambar 2.16, 2.17, dan 2.18.

Gambar 2.17 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji S

(36)

Gambar 2.18 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji WO2

Gambar 2.19 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan dan Pola Keruntuhan dari Benda Uji DO2

Sumber: Kakaletsis and Karayannis (2009)

Spesimen S pada Gambar 2.16 memiliki dinding penuh, dimana retak pada dinding terjadi pada drift 0.3%. Sendi plastis terjadi pada bagian atas dan bawah kolom pada drift 1.1%. Kegagalan dari spesimen ini didominasi dengan retak diagonal di dinding pada drift 1.9%. Spesimen WO2 dengan bukaan jendela pada Gambar 2.17 mengalami retak pertama di dinding pada drift 0.3% sampai 0.4%. Sendi plastis terjadi pada ujung atas dan bawah kolom pada drift 0.3% sampai 0.9%. Spesimen DO2 pada Gambar 2.18 mengalami retak pertama di dinding pada drift 0.3%. Sendi plastis terjadi pada bagian atas dan bawah kolom pada drift

(37)

Berdasarkan hasil penelitian laboratorium tersebut disimpulkan bahwa ukuran bukaan dari bentuk yang sama tampaknya tidak jauh mempengaruhi perilaku benda uji. Retak pada dinding dan terpisahnya dinding dari struktur terjadi pada tahap sebelum adanya leleh pada tulangan kolom. Pada perpindahan yang besar pada kasus model dengan bukaan, beban lateral tetap ditahan oleh struktur sementara dinding pengisi mulai berhenti menahan beban.

Hasil dari kurva histeresis beban lateral dan perpindahan dari setiap spesimen dapat disederhanakan dengan menghubungkan tiap titik puncaknya seperti pada Gambar 2.19.

Gambar 2.20 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen S, WO2, dan DO2

2.6.3 Sigmund & Penava (2012)

Penelitian terkait hasil uji laboratorium tentang dinding pengisi berlubang terutama dengan tambahan perkuatan balok dan kolom praktis telah dilakukan oleh Sigmund & Penava (2012). Pada penelitian tersebut dibuat benda uji berupa struktur rangka beton bertulang satu tingkat dengan dinding pengisi yang diisi bukaan bervariasi. Benda uji yang terdiri dari dua kelompok seperti yang tertera pada Tabel 2.4 dibuat untuk mengetahui bagaimana pengaruh ukuran dan posisi bukaan pada dinding dan efek dari penambahan perkuatan balok dan kolom praktis pada tepi lubang.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 5 10 15 20 25 30 35 40

G a y a L a te ra l (kN ) Perpindahan (mm) S WO2 DO2

(38)

Tabel 2.4 Tipe Benda Uji Dinding Pengisi dengan Bukaan Tes Spesimen

Tampilan benda uji

Jenis bukaan dan dimensi lo/ho (m) Posisi bukaan dan jarak eo (m) Penahan bukaan

Grup No Tanda

1 Tipe (1/II) Pintu

(0,35/0,90 m)

Sentris (0,90 m)

Dengan Lintel 2 Tipe (2/II)

Jendela (0,50/0,60 m) Sentris (0,90 m) Tinggi dinding pembatas 0,40 m

III 2 Tipe (2/III)

- - Spesimen

rujukan

Pada benda uji yang memiliki perkuatan, kolom praktis diberi tulangan memanjang dengan diameter 8 mm sebanyak 2 buah. Kolom praktis tersebut diangker dengan balok struktur dengan kedalaman 10 cm dan diberi dowel ke dinding dengan tulangan diameter 4 mm setiap 20 cm. Penulangan pada balok praktis terdiri dari empat tulangan memanjang dengan diameter 6 mm dan tulangan melintang diameter 6 mm dengan jarak 9 cm.

(39)

Gambar 2.21 Desain Tulangan Rangka Benda Uji

Sumber: Sigmund & Penava (2012)

Untuk jenis material yang digunakan dan sifat-sifatnya ditampilkan dalam Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Material yang Digunakan dan Sifat-Sifatnya

No Material Properti Nilai Satuan

1 Dinding

Kuat Tekan fm 2.7 N/mm2

Modulus Elastis Em 3900 N/mm2

Regangan Ultimate εm 0.57 %

Kuat geser fvm 0.7 N/mm2

2 Beton Kuat Tekan fc 58 N/mm2

3 Tulangan

Tegangan leleh fy 600 N/mm2

Tegangan putus fu 700 N/mm2

Modulus Elastis Es 210000 N/mm2

4 Lintel Kuat Tekan flin 30 N/mm2

(40)

Dalam menguji seluruh spesimen tersebut digunakan beban siklik yang ditingkatkan dan beban vertikal yang konstan. Beban vertikal diberikan pada ujung atas kolom yang pada masing-masing sisi diberi beban sebesar 365 kN. Sementara untuk beban horizontal diberi gaya dengan peningkatan (Δ) sebesar 10 kN.

Dari hasil uji laboratorium tersebut didapat kurva perpindahan dan beban lateral dan pola keruntuhan dari masing masing benda uji.

Gambar 2.22 Kurva Gaya Lateral dan Perpindahan dari Masing-Masing Benda Uji

Sumber: Sigmund & Penava (2012)

Sigmund & Penava (2012) dalam penelitiannya menyimpulkan bahwa semua struktur dengan dinding pengisi, baik dengan dan tanpa lubang, memiliki

(41)

0 50 100 150 200 250 300 350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

DP 1/II (Door) 2/II (Window) G ay a L ate ral ( k N ) Perpindahan (mm)

yang terlalu besar. Sementara untuk penambahan perkuatan kolom praktis memberi perubahan pada pola keruntuhannya. Benda uji tanpa perkuatan kolom praktis menunjukkan pola keruntuhan yang lebih banyak dibandingkan dengan benda uji dengan perkuatan. Perkuatan kolom dan balok praktis pada tepi lubang tidak mempengaruhi kekakuan struktur secara keseluruhan namun mempengaruhi pola keruntuhan, daktilitas, dan perilaku struktur secara keseluruhan.

Hasil dari kurva Sigmund & Penava (2012), beban lateral dan perpindahan dari setiap spesimen dapat disederhanakan dengan menghubungkan tiap titik puncaknya seperti pada Gambar 2.22.

Gambar 2.23 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen DP, Door, dan Window

(42)

2.6.4 Sukrawa (2015)

Dinding interior memiliki bukaan pintu, dan dinding eksterior memiliki bukaan jendela. Dinding-dinding yang relatif lemah dan rapuh yang dibingkai oleh beton bertulang (RC) atau balok baja dan kolom untuk membentuk kerangka pengisi (IF) sistem dengan kekuatan dan kekakuan lateral secara signifikan lebih tinggi daripada rangka terbuka. Dinding eksterior terdiri dari berbagai bukaan jendela dengan kolom praktis beton bertulang dan balok (lintel) sekitar bukaan untuk memperkuat dinding di sepanjang bukaan. Lintel juga sebagai rangka dari jendela atau pintu yang terbuat dari bahan yang lebih lemah seperti kayu atau aluminium yang mewakili praktek terbaik lokal di Bali dan daerah lainnya di Indonesia.

Model eksperimental skala 1/3 rangka dinding pengisi dengan dinding penuh (IFS) dan dengan bukaan (IFO) dibuat dan diuji oleh Kakaletsis dan Karayannis beban. Model komputer menggunakan software SAP2000 versi 15 dibuat validasi berdasarkan empat dari delapan model yang diuji. Gambar 2.33 menunjukkan pengujian dan model komputer. Baris pertama menunjukkan geometri rangka diuji. Model yang sesuai dengan menggunakan strat diagonal dan elemen shell ditampilkan di baris kedua. Rangka terbuka (BF), IFS, dan dua IFO dengan bukaan pusat jendela (WO4) dan bukaan pintu eksentrik (DX1) dengan rasio bukaan 21% dimodelkan untuk melihat efek dari bukaan dinding dalam referensi untuk BF dan IFS. Model strat digunakan strat diagonal tunggal dan elemen shell model yang digunakan gap elemen pada permukaan antara rangka dan dinding.

Model IFO dengan lintel sekitar bukaan (IFOL) juga dibuat menggunakan elemen shell untuk dibandingkan dengan model IFO tanpa lintel.

(43)

Gambar 2.24 Geometri struktur (a) Rangka diuji dan (b) model yang sesuai dengan menggunakan strat dan elemen shell

. Sumber: Sukrawa (2015)

Model strat untuk IFS unsur penggunaan untuk batang dan strut diagonal, dimana kedua ujung strut yang di-release melawan rotasi.

Pengembangan model strat untuk IFO berikut dimodifikasi model yang diusulkan strat diagonal, di mana lebar strat untuk dinding penuh dikurangi

dengan faktor , tergantung dari rasio lubang, α (rasio lubang ke daerah dinding)

dengan menggunakan persamaan diusulkan oleh Asteris, et.al

Respon dari model yang diplot dalam dua hubungan beban-perpindahan seperti ditunjukkan pada Gambar. 2.24 Angka kiri menunjukkan kurva beban - perpindahan untuk IFS, IFO (WO4 dan DX1), dan BF bersama-sama dengan data eksperimen (garis putus - putus) yang sesuai. Respon IFOL diplot bersama-sama dengan respon dari IFO (garis putus-putus) yang sesuai di sebelah kanan. Hal ini terlihat dari angka kiri bahwa respon dari model komputer yang mirip dengan data tes, dimana kekakuan menurun dari IFS ke IFO dan BF. Hal ini juga jelas bahwa respon dari strat dan elemen shell model tidak sebanding dan model dengan bukaan jendela sentris dan bukaan pintu sudut dengan rasio yang sama menghasilkan respon yang sebanding. Melihat data yang lebih detail namun, ditemukan bahwa model elemen shell cocok dengan data tes yang lebih baik dari model strat untuk semua model rangka dinding pengisi. Bandingkan dengan data uji, model strat memberikan respon kaku untuk IFS tapi respon yang lebih fleksibel untuk IFO. Perbedaan ini terkait dengan faktor reduksi dalam persamaan 4 yang melemahkan kekuatan dinding dengan bukaan dan mengakibatkan respon yang lebih lemah. Tanggapan IFOL mirip dengan model tanpa lintel dengan peningkatan sedikit kekakuan. Efek kaku ini karena penambahan lintel tampaknya

(a)

(44)

logis dan oleh karena itu, model elemen shell dengan lintel digunakan untuk model 3-D.

Gambar 2.25 kurva beban-deformasi model IFS, IFO, dan BF (kiri) dan IFOL dan IFO (kanan)

Sumber: Sukrawa (2015)

Gambar 2.26 Kontur tegangan maksimum WO4 tanpa lintel (kiri) dan WO4L dengan lintel (kanan)

Sumber: Sukrawa (2015)

Gambar 2.26 menunjukkan model WO4 menunjukkan kontur tegangan maksimum model tanpa lintel (kiri) dan dengan lintel (kanan). Retak tarik terjadi pada 2 sudut lubang dan kompresi maksimum terjadi pada 2 sudut lain dari lubang. Membandingkan warna kiri dan kanan angka itu jelas bahwa tarik dan tekan tekanan pada sudut pembukaan WO4L secara signifikan lebih rendah

(45)

Hubungan beban-deformasi di arah Y karena vertikal dan lateral beban kombinasi untuk model M3OR, M4OR, dan M5OR ditunjukkan pada Gambar 2.26. Hal ini jelas dari grafik simpangan pertingkat sebagai rasio bukaan dinding menjadi lebih besar. Menggunakan perpindahan atap M300 sebagai acuan, perpindahan atap M320, M340, dan M360 berkurang 51%, 33% dan 17%, masing-masing. Pengurangan perpindahan serupa diamati untuk M4OR. Untuk M5OR pengurangan yang sesuai adalah 45%, 32%, dan 16%, masing-masing. Persentase penurunan perpindahan yang lebih kecil diamati untuk struktur lebih tinggi. Atap perpindahan MS80 bagaimanapun, adalah 1% lebih rendah dari MS00. Perpindahan pertingkat antar semua model tidak melebihi nilai batas dari 2% ketinggian lantai [13] dan tidak ada mekanisme soft-storey terdeteksi.

Displacement (mm) Displacement (mm) Displacement(mm)

Gambar 2.27 kurva beban - deformasi di arah Y: 3 lantai (kiri); 4 lantai (tengah); 5 lantai (kanan)

Sumber: Sukrawa (2015)

Tegangan maksimum di dinding meningkat dengan ketinggian bangunan dan menurun dengan ketinggian lantai. Sehubungan dengan rasio bukaan, tegangan yang diamati pada dinding dengan rasio bukaan yang lebih rendah. Dengan demikian, tegangan maksimum terjadi pada lantai dasar M520. Tegangan tekan maksimum yang diamati adalah 0,10 MPa untuk M320, 0,13 MPa untuk M420, dan 0,14 MPa untuk M520. Tegangan tarik maksimum yang diamati di daerah kecil di sudut pembukaan dengan nilai 0,27 MPa untuk M320, 0.31 MPa untuk M420, dan 0,40 MPa untuk M520. Untuk pasangan dinding dengan fm 3 MPa, kekuatan tarik diperkirakan 0,3 MPa. Oleh karena itu, tegangan tarik pada

(46)

dinding M420 dan M520 melebihi kekuatan tarik dan karenanya, dinding kuat diperlukan untuk lantai bawah 4 dan 5 gedung-gedung Hotel bertingkat.

Beban aksial maksimum di ambang 40 kN di kompresi dan 23 kN dalam tegangan. Tegangan tekan yang sesuai 1.78 MPa, yang 0.178fcl dan tegangan tarik yang sesuai adalah 0,10 MPa, yaitu 0.01fcl. Oleh karena itu lintel tidak tertekan dan penguatan minimal 4 No. 10 tulangan dengan sengkung No 6 tulangan dengan 150 jarak mm memadai.

Model validasi rangka dinding pengisi dengan dan tanpa bukaan dinding menunjukkan bahwa model komputer menggunakan strat diagonal dan elemen shell menirukan baik perilaku rangka yang diuji. Hal ini juga menegaskan hasil penelitian sebelumnya bahwa rangka dinding pengisi dengan bukaan dinding secara signifikan lebih kuat dan kaku dari rangka terbuka. Untuk rangka dinding pengisi dengan bukaan dinding Namun, respon dari model elemen shell sesuai dengan data tes yang lebih baik daripada model strut, di mana faktor reduksi untuk lebar strut melemahkan kekuatan rangka. Lintel sekitar bukaan dinding memperkaku rangka dan memperkuat dinding di sekitar bukaan dan karenanya, harus digunakan untuk desain yang lebih baik dari kerangka pengisi dengan bukaan dinding.

Dari analisis dan desain model 3-D untuk tipikal 3, 4, dan 5 lantai bangunan hotel menggunakan rangka dan elemen shell ditemukan bahwa respon gempa dari rangka beton bertulang di-diisi dengan dinding rasio bukaan 20% sampai 60% secara signifikan kaku dan lebih kuat dari yang tanpa dinding pengisi. Namun, kontribusi dinding dengan bukaan 80% dalam mengurangi penyimpangan lantai dan rangka dapat diabaikan. Dengan demikian, dinding pengisi dengan rasio bukaan kurang dari 80% harus dipertimbangkan dalam pemodelan struktural untuk mendapatkan analisis yang lebih akurat dan desain yang efisien. Tegangan pada dinding pengisi dan lintel dapat diperoleh langsung dari model elemen shell dan oleh karena itu, model dapat dengan mudah diterapkan untuk analisis dan desain struktur rangka dinding pengisi dengan bukaan dinding dan lintel sekitar bukaan.

(1)

0 50 100 150 200 250 300 350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

DP 1/II (Door) 2/II (Window)

ate

ral

(

)

Perpindahan (mm)

Hasil dari kurva Sigmund & Penava (2012), beban lateral dan perpindahan dari setiap spesimen dapat disederhanakan dengan menghubungkan tiap titik puncaknya seperti pada Gambar 2.22.

Gambar 2.23 Kurva Perbandingan Gaya Lateral dengan Perpindahan Spesimen DP, Door, dan Window

(2)

34 2.6.4 Sukrawa (2015)

Model IFO dengan lintel sekitar bukaan (IFOL) juga dibuat menggunakan elemen shell untuk dibandingkan dengan model IFO tanpa lintel.

(3)

35 Gambar 2.24 Geometri struktur (a) Rangka diuji dan (b) model yang sesuai

dengan menggunakan strat dan elemen shell

. Sumber: Sukrawa (2015)

Model strat untuk IFS unsur penggunaan untuk batang dan strut diagonal, dimana kedua ujung strut yang di-release melawan rotasi.

Pengembangan model strat untuk IFO berikut dimodifikasi model yang diusulkan strat diagonal, di mana lebar strat untuk dinding penuh dikurangi dengan faktor , tergantung dari rasio lubang, α (rasio lubang ke daerah dinding) dengan menggunakan persamaan diusulkan oleh Asteris, et.al

(a)

(4)

36 logis dan oleh karena itu, model elemen shell dengan lintel digunakan untuk model 3-D.

Gambar 2.25 kurva beban-deformasi model IFS, IFO, dan BF (kiri) dan IFOL dan IFO (kanan)

Sumber: Sukrawa (2015)

Gambar 2.26 Kontur tegangan maksimum WO4 tanpa lintel (kiri) dan WO4L dengan lintel (kanan)

Sumber: Sukrawa (2015)

(5)

37 Hubungan beban-deformasi di arah Y karena vertikal dan lateral beban kombinasi untuk model M3OR, M4OR, dan M5OR ditunjukkan pada Gambar 2.26. Hal ini jelas dari grafik simpangan pertingkat sebagai rasio bukaan dinding menjadi lebih besar. Menggunakan perpindahan atap M300 sebagai acuan, perpindahan atap M320, M340, dan M360 berkurang 51%, 33% dan 17%, masing-masing. Pengurangan perpindahan serupa diamati untuk M4OR. Untuk M5OR pengurangan yang sesuai adalah 45%, 32%, dan 16%, masing-masing. Persentase penurunan perpindahan yang lebih kecil diamati untuk struktur lebih tinggi. Atap perpindahan MS80 bagaimanapun, adalah 1% lebih rendah dari MS00. Perpindahan pertingkat antar semua model tidak melebihi nilai batas dari 2% ketinggian lantai [13] dan tidak ada mekanisme soft-storey terdeteksi.

Displacement (mm) Displacement (mm) Displacement(mm)

Gambar 2.27 kurva beban - deformasi di arah Y: 3 lantai (kiri); 4 lantai (tengah); 5 lantai (kanan)

Sumber: Sukrawa (2015)

(6)

38 dinding M420 dan M520 melebihi kekuatan tarik dan karenanya, dinding kuat diperlukan untuk lantai bawah 4 dan 5 gedung-gedung Hotel bertingkat.

Analisis Lebar Strat Diagonal Pada Struktur Rangka Beton Bertulang dengan Dinding Pengisi Berlubang Sentris.