Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
TEGANGAN REGANGAN PADA DINDING GESER BERBASIS FINITE ELEMENT
Resti Nur Arini1.
Fajri Nur Iman2.
Dwi Ariyani3, dan Fadli Kurnia4 1Prodi Teknik Sipil.
Universitas Pancasila.
Jl.
Raya Lenteng Agung.
Srengseng Sawah.
Jakarta, 12640 Email korespondensi: resti.
nurarini@univpancasila.
2 Prodi Teknik Sipil.
Universitas Pancasila.
Jl.
Raya Lenteng Agung.
Srengseng Sawah.
Jakarta, 12640 Email: mfajri133@gmail.
3 Prodi Teknik Sipil.
Universitas Pancasila.
Jl.
Raya Lenteng Agung.
Srengseng Sawah.
Jakarta, 12640 Email: dwi.
ariyani@univpancasila.
4Prodi Teknik Sipil.
Universitas Pancasila.
Jl.
Raya Lenteng Agung.
Srengseng Sawah.
Jakarta, 12640 Email: fadli.
kurnia@univpancasila.
ABSTRAK
Gempa bumi memiliki efek primer seperti kerusakan pada struktur bangunan, salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat struktur bangunan dari gedung bertingkat dengan menambahkan pengaku pada struktur.
Untuk mempertahankan mekanisme penahan lateral, sistem dinding geser maupun sambungan balok harus cukup kuat ketika beban terjadi.
Dengan adanya beban yang bekerja maka akan terjadi tegangan dan regangan pada sebuah dinding Dalam melakukan analisa tegangan-regangan dinding geser dilakukan dua model dinding geser yaitu free standing shear wall dan couple shear wall dengan menggunakan pemodelan finite element.
Dalam pemodelan tersebut akan memasukan beban vertical dan beban lateral.
Dari hasil pemodelan yang telah dilakukan diperoleh nilai tegangan dan regangan couple shear wall lebih besar dibandingkan free standing shear wall yaitu untuk tegangan 16680 kN/m2 dan untuk regangan 9,8 x 105.
Sehingga dapat disimpulkan dari hubungan tegangan regangan bahwa couple shear wall lebih bersifat daktail dibandingkan dengan free standing shear wall.
Kata Kunci: tegangan, regangan, dinding geser, finite element
ABSTRACT
Earthquakes have primary effects such as damage to building structures, one way that can be done to strengthen the building structure of high-rise buildings is by adding stiffeners to the structure.
In order to maintain the lateral resisting mechanism, the shear wall system as well as the beam connection must be strong enough when the load occurs.
With the working load, there will be stress and strain on a shear wall.
In conducting stress-strain analysis of shear walls, two models of shear walls were carried out, namely free standing shear wall and couple shear wall using finite element In the modeling will include vertical loads and lateral loads.
From the results of the modeling that has been carried out, it is obtained that the stress and strain values for the couple shear wall are greater than the free standing shearwall, namely for the stress 16680 kN/m 2 and for the strain 9.
8 x 105.
It can be concluded from the stress-strain relationship that the couple shear wall is more ductile than the free standing shear wall.
Keywords: stress, strain, shear wall, finite element
PENDAHULUAN
Kejadian gempa bumi memiliki efek primer seperti kerusakan pada struktur bagunan, gedung bertingkat, fasilitas umum, serta infrastruktur lainnya yang diakibatkan oleh getaran yang ditimbulkan, sehingga akan lebih baik jika konstruksi bangunan di Indonesia di desain tahan gempa, sehingga elemen-elemen bangunan akan menjadi satu kesatuan ketika menerima beban 12 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
2022 lateral karena bangunan tidak mudah runtuh .
Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat struktur bangunan dari menambahkan pengaku pada struktur bangunan tinggi, untuk mengetahui bertingkat maka salah satu pengaku yang menggunakan dinding geser.
Penggunaan dinding geser sebagai struktur vertikal pada bangunan dapat menahan kombinasi gaya geser, moment dan beban axial akibat beban lateral dan beban gravitasi .
Selain itu pemanfaatan dinding geser dalam sebuah bangunan dapat mengurangi deformasi berlebihan secara keseluruhan pada bangunan .
Dalam penelitian Xiaofeng sun dkk penggunaan dinding geser konvensional akan meningkatkan simpangan sebanyak 7% ketika gempa susulan terjadi shearwall prategang .
Oleh sebab itu dalam sebuah perancangan dinding geser beton bertulang harus proporsional agar mampu memikul beban aksial dan geser yang bekerja berdasarkan kapasitas balok yang tersedia.
Untuk mempertahankan mekanisme penahan lateral, sistem dinding geser maupun sambungan balok harus cukup kuat ketika beban terjadi .
Untuk melakukan sebuah analisa dinding geser dalam sebuah pemodelan dapat menggunakan perhitungan Finite Element (FE) yang dimodelkan dengan memasukkan respons struktur tahan gempa .
Sehingga ketika terjadi gaya lateral yang bekerja pada dinding geser akan menyebabkan timbulnya tegangan-regangan.
Tegangan yang terjadi pada dinding geser ini berupa tegangan normal arah x, tegangan normal arah y, dan tegangan geser arah xy.
merupakan sistem struktur dari gedung yang berfungsi untuk menahan gaya geser dan gaya lateral.
Dalam pelakasanaannya dinding geser selalu dikaitkan dengan sistem rangka pemikul momen pada gedung .
Pada umumnya dinding geser hanya boleh memiliki bukaan maksimal 5% agar tidak megurangi tingkat kekakuannya.
Dengan dibangunnya struktur dinding geser pada sebuah konstruksi gedung, maka dinding geser tersebut akan menyerap sebagian besar beban yang timbul akibat gempa .
Sehingga, ketika gaya-gaya yang timbul akibat gempa tersebut diserap oleh dinding geser, maka kerusakan struktur pada bangunan dapat dihindari.
Kekakuan dari dinding geser juga dapat membentuk sendisendi plastis pada struktur bangunan sebelum struktur bangunan tersebut Kerusakan-kerusakan yang terjadi akibat gempa biasanya berupa cracking yang terjadi di dasar shear wall.
Kerusakan lainnya yang sering terjadi adalah patah atau retak nya tulangan yang menahan tarik .
Struktur bangunan yang memiliki dinding geser untuk menahan gaya lateral pada umum nya memilki performance yang baik ketika terjadi gempa.
Dinding ini akan berperilaku sebagai balok kantilever yang lentur dengan anggapan jepit di bagian pondasi nya.
Fungsi shear wall pada umum nya adalah sebagai berikut:
DINDING GESER
Bangunan gedung bertingkat tinggi biasanya menggunakan elemen struktur kaku seperti dinding geser.
Dinding geser Rigid (Kekakua.
Shear wall juga memberikan kekakuan lateral yang baik pada struktur atap serta Strength .
Shear wall harus memiliki tingkat kekuatan lateral yang cukup tinggi agar dapat melawan gaya horisontal yang dihasilkan oleh gempa.
Ketika struktur shear wall cukup kuat, maka gaya yang diterima oleh shear wall akan di transfer ke elemen struktur yang berada d bawah nya seperti pondasi dinding .
13 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
2022 tiap-tiap lantai pada struktur bangunan dari goyangan yang berlebih .
dinding geser terdiri dari dua atau lebih dinding kantilever.
Antara dinding geser satu dengan yang lainnya tersebut dihubungkan oleh balok perangkai yang memiliki kekuatan yang cukup sehingga dapan mentransfer gaya dari satu dinding geser ke dinding geser lainnya .
Free standing shear wall Gambar 1.
Dinding Geser .
Jika shear wall memiliki tegangan maksimum lebih dari 0,2 fcAo, maka struktur shear wall tersebut harus disyaratkan memiliki boundary elements.
Boundary elements ini memiliki fungsi sama seperti kolom yang diletakkan pada bagian ujung shear wall dan menyatu dengan dinding.
Jika shear wall memiliki tegangan lebih dari 0,2 fcAo, dan tidak menggunakan boundary elements, maka shear wall harus memiliki persyaratan untuk daerah kritis seperti pada ujung kolom.
Namun, hal ini akan ekonomis, sehingga jika bangunan ingin lebih ekonomis perlu adanya boundary elements pada struktur shear wall .
Geometri dinding geser Coupled shear wall Gambar 2.
Coupled Shear Wall .
Coupled shear wall atau disebut juga dinding geser berangkai merupakan Gambar 3.
Free Standing Shear Wall .
Free standing shear wall merupakan dinding geser yang berdiri tegak tanpa lubang.
Dinding geser ini memiliki pengaruh yang sangat penting terhadap perilaku dari struktur suatu gedung.
Jenis dinding geser ini terbagi menjadi dua jenis, yaitu dinding geser kantilever daktilitas terbatas dan dinding geser kantilever daktail .
Perilaku dinding geser Kuat geser merupakan kapasitas material untuk menahan gaya-gaya lateral.
Semua elemen struktur bangunan dirancang mampu menahan gaya-gaya luar.
Elemen struktur akan memberikan perlawanan dari gaya luar yang terjadi berupa tegangan lentur, torsi normal serta geser.
Perpindahan geser pada permukaan yang retak akan lebih besar dari pada permukaan yang tidak retak, sebagaimana dibuktikan dengan permukaan kasar yang saling terkait disepanjang retak pada bidang geser.
Semakin besar perpindahan gesernya maka 14 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
2022 akan semakin besar lebar retaknya.
Semakin besar lebar retaknya maka semakin besar perpindahan gesernya serat akan semakin kecil gaya maksimum yang dapat ditahan Gaya gesr yang terjadi sebagian besar akan ditahan oleh tulangan yang biasa disebut dengan mekanisme dowel action .
Interlocking yang tejadi antara agregat dan tulangan akan menahan tegangan yang timbul pada zona retak.
Besarnya perpindahan dipengaruhi oleh besarnya tegangan yang terjadi.
Ketika tulangan tidak memiliki kekakuan yang cukup dan lemahnya ikatan yang terjadi antar agregat dan tulangan, maka perpindahan geser akan terus bertambahn dan akan menyebabkan shear wall runtuh tanpa adanya kelemahan pada tulangan lentur.
Perilaku ini pun di bagi menajdi 2, yaitu .
Diagonal keruntuhan yang bersifat daktail yang dikarenakan keruntuhan terjadi pada baja tulang terlebih dahulu.
Diagonal compression shear failure, yaitu keruntuhan yang umumnya terjadi karena bersifat rapuh.
METODOLOGI PENELITIAN
Pada penelitian ini akan memodelkan dua jenis dinding geser yaitu free standing shear wall dan couple shear wall.
Dari dua model tersebut akan dilihat tegangan dan regangan yang terjadi dengan menggunakan metode berbasis finite element analysis, dimana dari dua model tersebut akan dimodelkan dengan menggunakan program bantu berbasis finite element dan pemodelan tidak pemodelan ini merupakan metode numerik untuk melakukan analisa tegangan dan Dimensi dinding geser yaitu lebar 4,4 m dan total tinggi 31,2 m mulai dari lantai dasar hingga lantai 8.
Adapun geometri yang digunakan adalah:
Tebal dinding geser = 0,50 m Lebar dinding geser = 4,40 m Tinggi dinding geser:
Lantai dasar & mezzanine = 3,95 m Lantai 2 = 4,10 m Lantai 3 Ae lantai 8 = 3,20 m Tinggi total dinding geser = 31,20 m Selain itu dalam memodelkan dinding geser dapat diketahui juga material properties yang akan digunakan sebagai berikut:
Mutu beton, fcAo = 40 MPa Modulus elastisitas beton:
Ec, = 4700 OofcA = 4700 Oo40 = 29.
725, 41 MPa = 29.
410 KN/m2 Massa jenis beton = 2,4 KN/m3 Rasio poisson.
AA = 0,2 Modulus geser.
ya = .
AA )) 725,41 MPa = .
0,2 ))
= 12.
385,58
MPa = 12.
587,5 KN/m2 Untuk memodelkan dinding geser, maka dilakukan perhitungan pembebanan untuk arah vertikal maupun horizontal, dimana untuk arah vertikal digunakan sebagai beban mati dan beban hidup, sedangkan untuk arah horizontal sebagai beban lateral Adapun perhitungan pembebanan yang akan dimasukan kedalam model dinding geser dapat dilihat dalam Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1.
Perhitungan beban mati dan beban Beban mati (K.
Beban hidup (K.
Total (K.
15 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
Beban mati (K.
Beban hidup (K.
Total (K.
Mezz
Dsr
TOTAL
Base r (V) (Ton .
Wi x Dsr Dari tabel 1 didapat nilai total beban mati dan hidup struktur dari lantai dasar sampai dengan lantai 8 adalah sebesar 1.
788,49
Kg atau sebesar 1.
375,8 ton.
Untuk pembebanan diasumsikan sama untuk pemodelan free standing shear wall dan couple shear wall.
Untuk beban arah horizontal akan menggunakan beban gempa yang akan dihitung berdasarkan perhitungan base shear dari tiap-tiap lantai pada gedung dengan menggunakan SNI 1726:2012.
Adapun perhitungan geser perlantai dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2.
Perhitungan Geser Perlantai Base r (V) (Ton .
Wi x Pada hasil perhitungan geser perlantai maka beban-beban tersebut akan diinput sebagai beban lateral pada dinding geser.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil pemodelan yang telah dilakukan dari dua model dinding geser maka untuk mendapatkan nilai tegangan, regangan dan Satuan yang digunakan adalah KN untuk beban dan meter untuk satuan panjang, sehingga nilai satuan tegangan yang di dapat adalah KN/m2, karena tegangan didapat dari tekanan (P) per satuan luas .
Hasil analisa tegangan Free standing shear wall Dengan melakukan pemodelan free standing shear wall, maka diperoleh hasil seperti pada Gambar 4.
Gambar 4.
Kontur Tegangan Free standing shear wall Pada Gambar 4 menjelaskan bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada dinding geser ditandai dengan area 16 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
2022 yang berwarna merah dengan nilai 8 KN/m2.
Maka dari Gambar 4 dapat dilihat perubahan tegangan untuk setiap detiknya.
FREE STANDING SHEAR WALL
Gambar 6.
Kontur Tegangan Couple Shear Step Time.
Gambar 5.
Grafik Tegangan Free Standing Shear Wall Dari Gambar 5 terlihat bahwa grafik tegangan pada free standing shear wall meningkat berdasarkan step time Step pembebanan dimulai dari 0 detik sampai dengan 1 detik.
Pada step time 0 detik tegangan yang terjadi pada dinding geser adalah 0 KN/m2.
Pada step time 0,57 detik tegangan yang terjadi adalah sebesar 5995 KN/m2.
Dan pada step time 1 detik tegangan maksimum yang terjadi pada free standing shear wall adalah sebesar 8 KN/m2.
Couple shear wall Dengan melakukan simulasi couple shear wall, maka diperoleh hasil seperti pada Gambar 6.
Pada Gambar 6 menjelaskan bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada dinding geser ditandai dengan area yang berwarna merah dengan nilai sebesar 16680 KN/m2.
Maka dari Gambar 6 dapat dilihat perubahan tegangan untuk setiap COUPLE SHEAR WALL Tegangan (KN/m.
Tegangan (KN/m.
Step Time Gambar 7.
Grafik Tegangan Couple Shear Wall Dari gambar 7 terlihat bahwa grafik tegangan pada couple shear wall meningkat berdasarkan step time pembebanannya.
Step time pembebanan dimulai dari 0 detik sampai dengan 1 detik.
Pada step time 0 detik tegangan yang terjadi pada dinding geser adalah 0 KN/m2.
Pada step time 0,57 detik tegangan yang terjadi adalah sebesar 9732 KN/m2.
Dan pada step time 1 detik tegangan maksimum yang terjadi pada couple shear wall adalah sebesar 16680 KN/m2.
17 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
2022 Hasil analisa regangan Free standing shear wall Dari Gambar 9 terlihat bahwa grafik regangan pada free standing shear wall meningkat secara linear berdasarkan step time pembebanannya.
Step time pembebanan dimulai dari 0 detik sampai dengan 1 detik.
Pada step time 0 detik regangan yang terjadi pada dinding geser adalah 0.
Pada step time 0,57 detik regangan yang terjadi adalah sebesar 4,2y10-5.
Dan pada step time 1 detik regangan maksimum yang terjadi pada free standing shear wall adalah sebesar adalah 7,2y10-5.
Gambar 8.
Kontur Regangan Free Standing Shear Wall Pada Gambar 8 menjelaskan bahwa Regangan maksimum yang terjadi pada dinding geser ditandai dengan area yang berwarna merah dengan nilai regangan sebesar 7,2y10-5.
Hal ini dikarenakan dinding geser menerima beban arah x, sehingga dinding geser akan melengkung ke arah x .
Karena tumpuan pada dinding geser merupakan tumpuan jepit, maka bagian kiri bawah dari dinding geser akan meregang secara maksimum.
Maka pada Gambar 9 dapat dilihat perubahan regangan pada free standing shear wall untuk setiap detiknya.
FREE STANDING SHEAR WALL
Regangan Couple shear wall Gambar 10.
Kontur Regangan Couple Shear Wall Pada Gambar 10 menjelaskan bahwa Regangan maksimum yang terjadi pada dinding geser ditandai dengan area yang berwarna merah dengan nilai regangan sebesar 9,8y10-5.
Maka pada Gambar 10 dapat dilihat grafik perubahan regangan pada couple shear wall untuk setiap detiknya.
Step Time .
Gambar 9.
Grafik Regangan Free Standing Shear Wall 18 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
FREE STANDING SHEAR WALL
Tegangan (KN/m.
Regangan COUPLE SHEAR WALL Step Time Dari Gambar 11 terlihat bahwa grafik regangan pada couple shear wall meningkat secara linear berdasarkan step time pembebanannya.
Step time pembebanan dimulai dari 0 detik sampai dengan 1 detik.
Pada step time 0 detik regangan yang terjadi pada dinding geser adalah 0.
Pada step time 0,57 detik regangan yang terjadi adalah sebesar 4,1y10-5.
Dan pada step time 1 detik regangan maksimum yang terjadi pada free standing shear wall adalah sebesar adalah 9,8y10-5.
Hasil analisa tegangan regangan Dalam analisa tegangan regangan akan menampilkan hasil hubungan tegangan regangan free standing shear wall dan couple shear wall, dimana dari hasil tersebut akan terlihat perbandingan pengaku yang lebih daktail atau lebih kaku.
Pada Gambar 12 dan 13 menunjukkan hubungan masing-masing tegangan regangan free standing shearwall dan couple shearwall.
Gambar 12.
Grafik Tegangan Regangan Free Standing Shear Wall Dari Gambar 12 terlihat bahwa grafik tegangan regangan pada free standing shear wall bergerak meningkat secara linear.
Pada tegangan maksimum sebesar 10277.
KN/m2 regangan yang terjadi adalah sebesar 7,2y10-5.
COUPLE SHEAR WALL
Tegangan (KN/m.
Gambar 11.
Grafik Regangan Couple Shear Wall Regangan Regangan Gambar 13.
Grafik tegangan regangan couple shear wall Dari Gambar 13 terlihat bahwa grafik tegangan regangan pada couple shear wall bergerak meningkat.
Pada tegangan maksimum sebesar 16680 KN/m2 regangan yang terjadi adalah sebesar 9,8y10-5.
Sehingga dari Gambar 12 dan Gambar 13 dapat digabungkan dan dijelaskan pada 19 | K o n s t r u k s i a Jurnal Konstruksia | Volume 13 Nomer 2 | [Resti-Fajri-Dwi-Fadli_Jul.
2022 Gambar 14 perbadingan dari hubungan tegangan regangan untuk free standing shear wall dan couple shear wall sebagai PERBANDINGAN TEGANGAN REGANGAN selisih nlai tegangan sebesar 6402,2 KN/m2, sehingga couple shear wall lebih bersifat daktail dibandingkan dengan free standing shear wall.
Nilai regangan maksimum yang terjadi pada free standing shear wall adalah sebesar 7,2y10-5, sedangkan couple shear wall memiliki regangan yang lebih besar yaitu sebesar 9,8y10-5.
Tegangan (KN/m.
FREE
STANDI
SHEAR
WALL
COUPLE
SHEAR
WALL
Regangan Gambar 14.
Perbadingan Hubungan Tegangan Regangan antara Free Standing Shear Wall dan Couple Shear Wall Dari Gambar 14 terlihat perbandingan hubungan tegangan regangan antara free standing shear wall dengan couple shear Dari grafik terlihat bahwa nilai hubungan tegangan regangan pada couple shear wall lebih besar dibandingkan dengan free standing shear wall.
Hal ini menunjukkan bahwa couple shear wall
memiliki nilai daktilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan free standing shear
Tinggi nya nilai daktilitas disebabkan adanya celah di antara 2 shear wall yang dihubungkan dengan coupling beam yang mengurangi dimensi dari couple shear wall
KESIMPULAN
Nilai tegangan maksimum yang terjadi pada free standing shear wall adalah sebesar 10277,8 KN/m2, sedangkan pada couple shear wall adalah sebesar 16680 KN/m2.
Dari 2 jenis dinding geser tersebut terdapat DAFTAR PUSTAKA