ANALISA PERBANDINGAN BERBAGAI PENAMPANG DINDING …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-28108-3110106041-Presentation.pdf · kolom dan dua balok lantai horisontal. Selain dinding geser

ANALISA PERBANDINGAN BERBAGAI PENAMPANG DINDING GESER KOMPOSIT AKIBAT BEBAN LATERAL

DOSEN KONSULTASI

BUDI SUSWANTO, ST. MT.PhD.

IR. R. SOEWARDOJO, MSc.

TUGAS AKHIR

OLEH:FRAN SINTA SURYANI311 0106 041

PROGRAM SARJANA LINTAS JALUR JURUSAN TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAANINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2013

Latar Belakang Dinding geser pelat baja sering digunakan dalam bangunan tahan

gempa yang diharapkan dapat menahan beban lateral dalam strukturbangunan. Dinding geser pelat baja terdiri dari baja tipis dengan duakolom dan dua balok lantai horisontal.

Selain dinding geser pelat baja, juga terdapat dinding geser kompositpelat baja. Dimana pada dinding geser komposit, lapisan betonbertulang terhubung pada salah satu sisi pelat baja untukmeningkatkan kapasitas geser dengan meningkatkan jumlah garismedan tarik regional, juga untuk meningkatkan bantalan panelterhadap faktor destruktif seperti kebakaran, impuls, dan ledakan.

Dilakukan peningkatan kapasitas geser, supaya distribusi garisdiagonal di pelat baja yang diperoleh dengan menggunakan lubangbaja sebagai pengaku yang terhubung ke pelat baja dapatmenghasilkan kekakuan lateral, atau dengan menggunakan lapisanbeton yang terhubung ke plat baja dengan konektor geser (studs)untuk menahan tekuk (buckling) (Rahai dan Fatami 2009).

2

Semakin jauh jarak antara stud maka dapat meningkatkanpenyerapan energi dalam dinding geser komposit pelat baja danmengurangi nilai dari perpindahan pergeseran baja dan tegangannormal maksimum pada stud sampai jarak tertentu.

Pada tugas akhir kali ini akan dilakukan pembahasan dan analisismengenai dinding geser komposit pelat baja denganmembandingkan beberapa tipe penampang dinding geser kompositdengan dinding geser yang berupa baja saja atau beton bertulangsaja.

Yang berdasar pada push-over analysis dimana diberikan pengaruhgempa rencana sebagai beban lateral yang nilainya ditingkatkansecara berangsur-angsur hingga melampaui pembebanan yangmenyebabkan terjadinya pelelehan pertama di dalam strukturdinding geser komposit pelat baja tersebut.

3

Rumusan Masalah1. Bagaimana perilaku perbandingan dinding geser komposit dengan

berbagai tipe penampang?2. Bagaimana asumsi pembebanan pada perilaku konfigurasi dinding

geser komposit pelat baja tersebut?3. Bagaimana deformasi dan tegangan yang terjadi pada masing-

masing konfigurasi dinding geser komposit pelat baja?4. Bagaimana memodelkan dan menganalisa struktur dinding geser

komposit pelat baja dengan menggunakan program bantu analisa struktur?

4

Tujuan1. Dapat menganalisa perilaku perbandingan dinding geser komposit

dengan berbagai tipe penampang.2. Dapat mengasumsikan pembebanan pada perilaku konfigurasi

dinding geser komposit pelat baja tersebut.3. Dapat menentukan deformasi dan tegangan yang terjadi pada

masing-masing konfigurasi dinding geser komposit pelat baja.4. Dapat memodelkan dan menganalisa struktur dinding geser

komposit pelat baja dengan menggunakan program bantu analisa struktur.

5

Batasan Masalah1. Hanya dilakukan analisa terhadap perilaku dinding geser komposit

pelat baja dengan berbagai bentuk tipe penampang.2. Beban gempa lateral diberikan pada dinding geser komposit

dengan metode push-over analysis dan dihitung berdasarkan SNI 03-1726-2002.

3. Analisa dinding geser komposit baja ini dimaksudkan sebagaibahan studi dan bukan sebagai value engineering, sehingga tidakmempertimbangkan aspek ekonomi.

6

ManfaatManfaat yang diperoleh dari penyusunan tugas akhir ini adalah:

1. Memperoleh hasil perbandingan yang signifikan sehingga dapatmenjadi pertimbangan dalam pemilihan struktur dinding geser.

2. Sebagai referensi dalam menghitung konfigurasi dinding geserkomposit baja.

7

Tinjauan Pustakao Dinding geser merupakan bagian dari struktur bangunan yang

berfungsi sebagai penahan lateral bangunan bertingkat tinggi.

o Dinding geser yang telah umum digunakan adalah dinding geserbeton, namun selalu ada kekhawatiran terhadap daktilitas, kekuatanlokal serta efisiensi pembangunan dalam bengunan bertingkat tinggiterutama pada zona gempa tinggi.

o Dalam beberapa tahun terakhir terdapat alternatif baru mengenaidinding geser, yaitu menggunakan dinding geser pelat baja karenadianggap lebih efisien dibandingkan dinding geser beton.

8

Tetapi tentu saja masih terdapat kelemahan yaitu kekhawatiranterhadap keseluruhan tekuk pada pelat baja yang mempengaruhikekuatan geser dan kekakuan serta kehilangan energi (Zhao 2004), sebagaimana besarnya deformasi inelastik pada pelat baja dapatmenghasilkan putaran atau rotasi yang besar pada hubungan momendan simpangan (Allen 1980).

Di sisi lain, terdapat dinding geser komposit pelat baja yang dapatmemberikan alternatif lain karena dapat mengkompensasi kerugiandari dinding geser beton betulang dan dinding geser pelat baja, karena menggabungkan keunggulan dari keduanya.

9

Tipe-tipe dinding geser komposit pelat baja

a) Pelat beton berada di salah satusisi dinding dengan pembatas disisi lainnya adalah pelat baja.

b) Pelat baja berada di tengah-tengah struktur dinding geserkomposit dengan beton sebagaielemen pembatas.

c) Hampir sama dengan Gambar(b), yaitu beton sebagai elemenpembatas yang menyelimutipelat baja dan kolom.

d) Pelat baja berfungsi sebagaielemen pembatas pada sisikanan dan kiri dinding geserkomposit dengan beton sebagaiisian.

10

Push-over analysis

Menurut SNI 1726-2002: push-over analysis atau analisis beban dorong statik adalah suatu cara

analisis statik 2 dimensi atau 3 dimensi linier dan non-linier, dimanapengaruh gempa rencana terhadap struktur dianggap sebagai beban-beban statik yang menangkap pada pusat massa struktur, yangnilainya ditingkatkan secara berangsur-angsur sampai melampauipembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan (sendi plastis)pertama di dalam struktur.

Kemudian dengan peningkatan beban lebih lanjut mengalamiperubahan bentuk elasto-plastis yang besar sampai mencapaikondisi di ambang keruntuhan.

11

MetodologiMetodologi yang digunakan pada tugas akhir ini adalah:

Melakukan studi literatur yang berkaitan dengan topikdari tugas akhir ini

Melakukan pemodelan dan analisis dengan program bantu analisa struktur dan penampang

Serta kontrol struktur elemen yang berhubungandengan dinding geser komposit pelat baja

Membandingkan deformasi dan tegangan yang terjadi pada masing-masing dinding geser

12

Flowchart metodologi

13

Preliminary desain

Direncanakan dinding geser komposit pelat baja dengan dimensikomponen yang berkaitan adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Dimensi struktur dinding geser komposit

14

Komponen DimensiTebal pelat baja 60 mmTebal pelat beton 100 mmBalok WF 350x250x9x14Kolom WF 300x300x10x15

15

Gambar 3.2 Pelat beton berada di salah satu sisi dinding geser komposit dan pelat baja di sisi lainnya

Gambar 3.3 Pelat baja berada di tengah-tengah struktur dinding geser komposit

KolomWF 300.300.10.15

BalokWF 350.250.9.14

Balok WF 350.250.9.14

I I4000

Dinding geser komposit4000

Shear connector Ø13-200

Pelat bajatulangan Ø10-100

shear connector Ø13-200

beton bertulang

4000

Kolom WF 300.300.10.15 Balok WF 350.250.9.14

sambungan las t=5mm

KolomWF 300.300.10.15

BalokWF 350.250.9.14

Balok WF 350.250.9.14

I I4000



4000

Pelat bajatulangan Ø10-100


beton bertulang

sambungan las t=5mm

Kolom WF 300.300.10.15 Balok WF 350.250.9.14

16

Gambar 3.4 Beton bertulang sebagai elemen pembatas dengan pelat baja berada di tengah-tengah struktur

KolomWF 300.300.10.15

BalokWF 350.250.9.14

Balok WF 350.250.9.14

I I4000



4000

Pelat baja

tulangan Ø10-100


beton bertulang

sambungan las t=5mm

Kolom WF 300.300.10.15 Balok WF 350.250.9.14

I I4000DINDING GESER PELAT BAJA

4000

KolomWF 300.300.10.15

BalokWF 350.250.9.14

Balok WF 350.250.9.14

4000

Pelat baja

sambungan las t=5mm

Kolom WF 300.300.10.15 Balok WF 350.250.9.14

Gambar 3.5 Dinding geser pelat baja

17

I I4000DINDING GESER BETONBERTULANG

4000

KolomWF 300.300.10.15

BalokWF 350.250.9.14

Balok WF 350.250.9.14

4000tulangan Ø10-100

beton bertulang

sambungan las t=5mm

Kolom WF 300.300.10.15 Balok WF 350.250.9.14

Gambar 3.6 Dinding geser beton bertulang

Pemodelan dan analisis

18

BalokWF 350.250.9.14

Balok WF 350.250.9.14

KolomWF 300.300.10.15

BalokWF 350.250.9.14

Balok WF 350.250.9.14

KolomWF 300.300.10.15

4000

F

4000

4000 4000DINDING GESER DINDING GESER

Gambar 3.7 Pemodelan push-over Analysis

Kontrol dimensi struktur

Setelah dilakukan analisis dengan program bantu, kemudian dilakukan pula pengontrolan dimensi struktur dengan cara manual.

Struktur yang dikontrol adalah struktur-struktur yang berhubungan langsung dengandinding geser komposit pelat baja:◦ Balok (bab 2.3.4.a) Tekuk Lokal Tekuk Lateral Kuat Geser Lendutan

◦ Kolom (bab 2.3.4.b) Kelangsingan kolom Tekuk Elastis Tekuk lokal Tekuk lateral Tekan lentur

◦ Dinding Geser (bab 2.3.1) Penampang Geser Nominal

19

Perbandingan Analisa Penampang

Setelah dilakukan beberapa tahap pada program bantu untuk analisa penampang, seperti:◦ Preprocessing (part, property, Assembly, step, interaction, load dan

mesh)◦ Processing (job dan running)

Kemudian diperoleh hasil dari post-processing berupa gambar buckling dan tegangan yang terjadi pada penampang dinding geser.

20

21

Gambar 5.11 hasil buckle step spsw

Steel Plate Shear Wall

Node Bebandisplacement

arahMagnitude x y z

399810 0,818492 0,818491 -0,00973 -0,0091920 0,819577 0,819576 -0,00972 -0,009830 0,81995 0,819949 -0,00971 -0,00917

displacement

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 10 20 30 40

Magnitude

x

y

z

Gambar 5.20 grafik displacement spsw pada node3998

Tabel 5.1 displacement spswDisplacement maksimum padasteel plate shear wall terjadi padaarah x yaitu sebesar 0,8199mmpada saat beban lateral sebesar30 ton.

22

Gambar 5.10 hasil general step spsw

Steel Plate Shear Wall Tegangan

Node Beban TeganganMises Geser Lentur

399810 12,0724 -6,18248 -5,840520 24,2666 -12,4655 -11,579430 36,4612 -18,7485 -17,3183

Tabel 5.1 displacement spsw

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 5 10 15 20 25 30 35

mises

Geser

Lentur

Tega

ngan

(Mpa

)Beban (t)

Pada gambar 5.36, menunjukan bahwategangan yang terjadi mengalamitekan, begitu juga pada gambar 5.37.Untuk node 3998, gambar 5.36, teganganmaksimum yang terjadi diakibatkan olehtegangan geser sebesar 18,7485 N/mm2

sedangkan tegangan lentur yang terjadiadalah sebesar 17,3183 N/mm2.

Gambar 5.36 grafik tegangan spsw pada node 3998

23

Gambar 5.13 hasil buckle step cssw type1

Composite Steel Plate Shear Wall type1

displacement

Node Bebandisplacement (part pelat baja)

arahMagnitude x y z

399810 0,82272 0,82254 -0,01389 -0,0100620 0,82319 0,82302 -0,01390 -0,0099530 0,82313 0,82295 -0,01388 -0,00999

Tabel 5.2 displacement cssw type1 part pelat baja

Node Bebandisplacement (part pelat beton)

arahMagnitude x y z

399810 0,8226 0,8225 -0,0121 -0,008220 0,8231 0,8230 -0,0121 -0,008130 0,8230 0,8229 -0,0121 -0,0082

Tabel 5.3 displacement cssw type1 part pelat beton

0,82240

0,82250

0,82260

0,82270

0,82280

0,82290

0,82300

0,82310

0,82320

0,82330

0 10 20 30 40

magnitude (baja)

magnitude (beton)

x (baja)

x (beton)

Disp

lace

men

t (m

m)

Beban (t)Gambar 5.22 grafik displacement cssw type1 pada node 3998

Pada node 3998, gambar 5.22menunjukkan bahwa displacementmaksimum terjadi pada arah x saatbeban lateral yang dibebankan sebesar20 ton yaitu sebesar 0,82 mm.

24

Gambar 5.12 hasil general step cssw type 1


Tegangan


399810 7,57802 -3,80146 -1,5847420 15,0341 -7,58081 -3,0048130 22,4126 -11,2893 -4,42214

Tabel 5.10 tegangan pelat komposit pada cssw tipe 1 (part baja)


399810 1,62683 -0,25196 -1,6832720 3,29465 -0,51276 -3,4045230 4,97387 -0,78245 -5,13613

Tabel 5.11 tegangan pelat komposit pada cssw tipe 1 (part beton)

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40

mises (baja)

mises (beton)

teg. geser (baja)

teg. Geser (beton)

teg.lentur (baja)

teg. Lentur (beton)

Tega

ngan

(Mpa

)

Beban (t)

25

Gambar 5.15 hasil buckle step cssw type 2


displacement


arahMagnitude x y z

399810 0,82167 0,82167 -0,00893 -0,0077620 0,82200 0,82200 -0,00891 -0,0077230 0,82212 0,82212 -0,00898 -0,00771


Node Bebandisplacement (part pelat beton)

arahMagnitude x y z

399810 0,8220 0,8217 -0,0159 -0,014720 0,8223 0,8220 -0,0159 -0,014530 0,8224 0,8221 -0,0158 -0,0146


0,82160

0,82170

0,82180

0,82190

0,82200

0,82210

0,82220

0,82230

0,82240

0,82250

0 10 20 30 40

magnitude (baja)

magnitude (beton)

x (baja)

x (beton)

Disp

lace

men

t (m

m)

Beban (t)

Pada composite steel plate shear wall type2 inidisplacement maksimum terjadi pada arah xjuga, sebesar 0,822 mm pada beban lateral 30ton. Namun, displacement ini juga dapatmeningkat lagi apabila bebannya ditambahkanlagi, karena pada composite steel plate shear walltype 2 ini belum tampak bahwa pelatmengalami buckling.

26

Gambar 5.14 hasil general step cssw type2


Tegangan


399810 11,255 -6,17443 -2,2835420 22,4802 -12,3424 -4,4305430 33,6691 -18,4828 -6,60936



399810 1,38068 -0,19122 -1,4207920 2,78537 -0,3906 -2,8639130 4,17745 -0,59092 -4,29338


-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40

mises (baja)

mises (beton)

teg. Geser (baja)

teg. Geser (beton)

teg. Lentur (baja)

teg. Lentur (beton)

Tega

ngan

(Mpa

)

Beban (t)

27

Gambar 5.17 hasil buckle step cssw type 3

Composite Steel Plate Shear Wall type 3

deformasi


arahMagnitude x y z

399810 0,82854 0,82829 -0,01522 -0,0134820 0,82886 0,82861 -0,01521 -0,0134230 0,82900 0,82900 -0,01500 -0,01300


Node Beban displacement (part pelat beton)arah

Magnitude x y z

399810 0,8285 0,82825 -0,01430 -0,0126920 0,8288 0,8286 -0,0143 -0,012630 0,8290 0,8290 -0,0140 -0,0130


0,82820

0,82830

0,82840

0,82850

0,82860

0,82870

0,82880

0,82890

0,82900

0,82910

0 10 20 30 40

magnitude (baja)

magnitude (beton)

x (baja)

x (beton)

Disp

lace

men

t (m

m)

Beban (t)

Pada composite steel plate shear wall type3, displacement yang terjadi belum sampai padapuncaknya, namun terlihat pada beban lateral30 ton, displacement arah x yang terjadi adalahsebesar 0,829mm, gambar 5.30 untuk node3988, sedangkan pada node 187 gambar 5.32menunjukkan displacement arah x baru terjadisebesar 0,012mm.

Gambar 5.30 grafik displacement cssw type3 pada node3998

28

Gambar 5.16 hasil general step cssw type3

Composite Steel Plate Shear Wall type 3

Tegangan


399810 12,2756 -6,66268 -2,2139820 24,542 -13,8798 -4,2829830 36,7851 -20,0039 -6,37619



399810 1,19765 -0,13691 -1,2812820 2,40316 -0,27833 -2,5690930 3,60254 -0,42123 -3,84939

Tabel 5.15 tegangan pelat komposit pada cssw tipe 3 (part beton)

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40

mises (baja)

mises (beton)

teg. Geser (baja)

teg. Geser (beton)

teg. Lentur (baja)

teg. Lentur (beton)

Tega

ngan

(Mpa

)

Beban (t)Gambar 5.42 grafik tegangan pelat beton-baja pada node 3998

29

Gambar 5.19 hasil buckle step csw

Concrete Shear Wall displacement

Node Bebandisplacement

arahMagnitude x y z

223610 1,00001 1 -0,00954 -0,0334620 1 1 0,004 -0,0335530 0,85351 0,852804 -0,00968 -0,03334

Tabel 5.8 displacement csw

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 10 20 30 40

magnitude

x

y

z

Disp

lace

men

t (m

m)

Beban (t)

Dari gambar 5.34, dapat dilihat bahwa padaconcrete shear wall, telah terjadi bucklingsebelum leleh. Yaitu pada saat pemberian beban20 ton dengan displacement arah x sebesar1mm. Dan ini merupakan displacement terbesaryang terjadi bila dibandingkan dengan empatmodel sebelumnya.

30

Gambar 5.18 hasil general step csw

Concrete Shear Wall Tegangan


223610 0,666602 -0,28853 -0,2249220 1,030726 -0,71811 -0,4341830 1,94776 -1,0704 -0,64332

Tabel 5.16 tegangan pelat komposit pada csw

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 5 10 15 20 25 30 35

Mises

Geser

Lentur

Tega

ngan

(Mpa

)

Beban (t)

Gambar 5.44 grafik tegangan csw pada node 2236

Kesimpulan

Dari analisa yang telah dilakukan dengan menggunakan bantuan programanalisa struktur dan penampang, diperoleh hasil dari besarnya deformasi sertategangan yang terjadi pada dinding geser, baik itu untuk dinding geser pelatbaja biasa, komposit maupun dinding geser beton.

Pada deformasi untuk steel plate shear wall arah x mengalami deformasisebesar 0,8199mm saat beban lateral sebesar 30 ton. Sedangkan padacomposite steel plate shear wall, untuk tipe1 deformasi maksimum terjadi padaarah x sebesar 0,82mm saat beban lateral 20 ton, namun untuk tipe 2 padasaat beban lateral sebesar 20 ton diberikan, masih terjadi peningkatandeformasi hingga beban lateral sebesar 30 ton dari 0,822 mm ke 0,8221 mmbegitu juga untuk tipe 3.

Tetapi pada tipe 3 sudah terlihat akan terjadi buckling pada saat beban sebesar30 ton yaitu 0,829mm. Untuk concrete shear wall displacement maksimum yangterjadi pada arah x saat beban 20 ton, sedangkan pada saat pemberian bebansebesar 30 ton pelat sudah mengalami buckling. Ini berarti deformasi dapatditahan oleh pelat baja (untuk cssw type 2, dimana pelat baja terletak ditengah-tengah struktur penampang dinding geser).

31

Sedangkan untuk tegangan maksimum yang terjadi dari kelima modeldinding geser yang telah dianalisa dengan menggunakan programbantu, terjadi pada dinding geser pelat baja yaitu sebesar 18,7845 N/mm2

pada saat pemberian beban lateral sebesar 30t pada tegangan geser.

Untuk boundary elemen dinding geser pada kelima model dinding gesertersebut, setelah dilakukan perhitungan analisa penampang, untuk balokmenggunakan profil WF350.250.9.14 dan untuk kolom menggunakan profilWF300.300.10.15 telah memenuhi.

32

Saran Pada saat pemodelan pada program bantu analisis struktur ataupun

penampang, perlu diperhatikan beban-bebannya dan transfer gaya-gayadalam.

Perlu dilakukan studi yang lebih mendalam untuk mengetahui perilakudinding geser yang lebih lanjut lagi, sehingga diharapkan dapat diterapkan dilapangan .

33

Daftar Pustaka AISC. 1997. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel

Construction, Inc. May. Chicago.

Allen, H.G dan P.S. Bulson. 1980. Background to Buckling. McGraw Hill Book Company, U.K.

Astaneh-Asl, A. 2002. Seismic Behavior and Design of Composite Steel Plate Shear Walls. Steel Tips Reports, Structural Steel Educational Council. May. Berkeley, CA.

Ericken, Jason, S.E., and Rafael Sabelli,S.E..2008. A Closer Look at Steel Plate Shear Walls. Modern Steel Construction Journal. January.

Rahai, A dan F. Hatami. 2009. Evaluation of Composite Shear Wall Behavior Under Cyclic Loadings. Journal of Constructional Steel Research. March.

Zhao, Qiuhong dan A. Astaneh-Asl. 2007. Seismic Behavior of Composite Shear Wall Systems and Application of Smart Structures Technology. Journal of Steel Structures. USA.

Zhao, Qiuhong dan A. Astaneh-Asl. 2004. Cyclic Behavior of an Innovative Steel Shear Wall System. Proceedings of the 13th World Conferences on Earthquake Engineering. Vancouver, Canada.

_______.1983. Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung 1983. Departemen PekerjaanUmum. Mei. Bandung.

_______. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung SNI 03-1729-2002. Departemen Pekerjaan Umum.

_______. 2002. Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung SNI 03-1726-2002. Badan Standarisasi Nasional. April. Jakarta.

34

Sekian & Terima Kasih

35

Documents

ANALISA PERBANDINGAN BERBAGAI PENAMPANG DINDING …digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-28108-3110106041-Presentation.pdf · kolom dan dua balok lantai horisontal. Selain dinding geser