Studi Respon Seismik
Penggunaan Steel Slit
Damper (SSD) pada
Portal Baja
(UNIVERSITAS GUNADARMA REVIEW)
Abstrak— Salah satu metode yang
dapat digunakan untuk mengurangi dampak dari beban gempa terhadap portal baja
adalah menggunakan peredam. Steel Slit Damper (SSD) adalah salah satu jenis
peredam yang dibuat dari sejumlah pelat baja lunak berbentuk segi-4 yang
dimodelkan sebagai pegas-pegas yang disusun secara seri. Energi akibat gempa
disalurkan melalui strip-strip damper yang mudah meleleh ketika perangkat
mengalami deformasi inelastis siklik. SSD mendisipasi energy melalui
pembentukan sendi plastis atau pelelehan pelat damper. Pada penelitian ini
dilakukan analisa respon seismik Steel Slit Damper (SSD) pada portal baja 1
lantai yang menerima beban lateral berupa beban gempa, dengan membandingkan
portal baja konvensional, portal baja inverted-v, dan portal baja dengan SSD.
Hasil analisa menunjukkan bahwa gaya geser, gaya normal, dan momen yang
dihasikan portal dengan SSD lebih kecil hingga 80,49% dari gaya-gaya yang
dihasilkan portal konvensional, tetapi gaya-gaya tersebut masih lebih besar
daripada yang dihasilkan portal inverted-V. Portal dengan SSD dapat memperkecil
simpangan sebesar 94,12% pada portal konvensional dan sebesar 33,33% pada
portal bracing invertedv. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa portal SSD
memiliki daktilitas 105,85% lebih tinggi dari portal konvensional
dan 298,67% lebih tinggi dari portal bracing
inverted-v. Kata Kunci— Baja, Daktilitas, Portal, Seismik, SSD (Steel Slit
Damper)
I. PENDAHULUAN
ETIKA gelombang yang timbul akibat
pergerakan lempeng (gempa bumi) mencapai permukaan bumi, getarannya bisa
merusak atau tidak tergantung pada kekuatan sumber dan jarak fokus, mutu tanah
dimana bangunan berdiri, serta mutu bangunan. Kerugian yang ditimbulkannya bias
berupa materiil maupun non materiil. Oleh karena itu berbagai upaya perlu
dilakukan untuk meminimalisir akibat gempa, mulai dari sosialisasi bencana
gempa hingga memperkuat struktur sehingga lebih tahan gempa. Struktur-struktur
seperti gedung bertingkat tinggi, jembatan berbentang panjang, menara pemancar
televisi, dan landasan lepas pantai umumnya sangat fleksibel sehingga bila
terkena beban dinamis mudah mengalami pergoyangan yang berlebihan. Salah satu
cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menerapkan teknologi kontrol
pada struktur. Kontrol pada struktur dibagi menjadi dua jenis berdasarkan perlu
tidaknya energi untuk menghasilkan gaya kontrol, yaitu kontrol aktif dan
kontrol pasif. Kontrol aktif memerlukan arus listrik untuk operasi alat dan menghasilkan
gaya kontrol,
sedangkan kontrol pasif menggunakan energi potensial
yang dibangkit kan oleh respon struktur untuk menghasilkan gaya kontrol.
Kelebihan kontrol aktif adalah karakteristik dinamik struktur dapat beradaptasi
dengan beban dinamis yang timbul, sedangkan kelebihan kontrol pasif adalah
karena kesederhanaan dalam desain, pemasangan, dan terutama pemeliharaannya
[1].
Salah satu alat kontrol pasif pada
struktur yang berdasarkan penggunaan material bercelah untuk mengurangi getas
adalah Steel Slit Damper (Peredam Celah). Alat ini dapat dipasang pada
bermacam-macam struktur: gedung bertingkat tinggi, menara, bentangan yang
panjang, dan jembatan. Tujuan utama pemasangan Steel Slit Damper: pada gedung
tinggi untuk mengurangi goyangan gedung akibat angin, pada menara untuk
mengurangi goyangan akibat gempa bumi dan angin, pada struktur berbentang
panjang untuk mengurangi getaran akibat lalu lintas, dan pada jembatan untuk
mengurangi goyangan akibat angin atau getaran akibat lalu lintas. Steel Slit Damper
(SSD) dibuat dari sejumlah pelat baja lunak atau timah berbentuk segi-4 yang
dimodelkan sebagai pegas-pegas yang disusun secara seri. Sehingga besarnya
kekakuan damper adalah jumlah dari kekakuan masingmasing pelat. Energi akibat
gempa dan angin disalurkan melalui strip-strip damper yang mudah melentur
ketika perangkat mengalami deformasi inelastis siklik. Damper jenis ini
mendisipasi energi melalui pembentukan sendi plastis atau pelelehan lentur
bahan damper. Slit damper memiliki hysteresis yang stabil dengan energi
disipasi dan daktilitas yang sangat baik [2].
Pemasangan Slit Damper tentu akan
mempengaruhi respons dinamis akibat beban gempa bumi. Diharapkan respons
dinamis dari gedung dengan slit damper, akibat gempa, lebih kecil daripada
respons dinamis seandainya gedung itu tanpa Slit Damper. Studi ini bertujuan
untuk mengetahui respon seismik portal baja dengan menggunakan steel slit
damper. Hal ini perlu dilakukan untuk dapat mengetahui perilaku portal dengan
steel slit damper terhadap faktor-faktor yang mengacu pada kekakuan, kekuatan,
daya layan, daktilitas, kesatuan, dan keawetan. Untuk menganalisa struktur
gedung dengan slit damper terhadap faktor-faktor tersebut digunakan program bantu
SAP 2000.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.
Permodelan
Portal Portal yang akan direncanakan dalam studi ini ada tiga, yaitu: portal
konvensional, portal bracing inverted-v, dan portal dengan menggunakan Steel
Slit Damper (SSD) seperti ditunjukkan pada gambar 1, 2, dan3. Ketiga portal di
atas didesain dengan elemen struktur yang sama. Selain itu, dalam bab ini juga
akan dihitung beban gravitasi dan beban gempa rencana yang akan diterima oleh
masing-masing portal.
Pada masing-masing portal akan dikerjakan
menggunakan profil dan kombinasi pembebanan yang sama untuk kemudian
dibandingkan antara ketiganya. Portal yang akan dianalisa merupakan portal baja
yang terdiri dari 1 lantai dan 1 bentang, dengan data-data sebagai berikut:
·
Mutu Bahan yang
digunakan :
o BJ 37 (SNI 03-1729-2002)
o Modulus Elastistisitas (E) = 2000000 Kg/cm2
o Tegangan Putus (fu ) = 370 Mpa = 3700 Kg/cm2
o Tegangan Leleh (fy) = 240 Mpa = 2400 Kg/cm2
o Panjang Portal : 6 m
o Tinggi Portal
: 4 m
o Panjang Bentang Arah Memanjang : 6 m
o Jenis Portal : Portal Baja
o Dimensi
Penampang Portal ditunjukkan pada tabel 1 :
B.
Pembebanan
Pada setiap portal
dikerjakan kombinasi pembebanan yang sama. Beban yang bekerja pada struktur
terdiri dari beban gravitasi (beban mati dan beban hidup) dan beban gempa.
Jenis beban yang mempengaruhi ketiga portal divisualisasikan pada gambar 5 di
bawah ini.
- Beban Mati
Portal direncanakan memikul beban mati sebagai
berikut:
Pelat Lantai ( beton 12 cm) = 0.12 x 2400 x 3 =
864 kg/m
Spesi
= 0.02 x 2100 x 3= 126 kg/m
Tegel = 0.02 x 2400 x 3= 144 kg/m
Bondeks = 10.1 x 3 = 30.3 kg/m
Plafon + penggantung
= (11 + 7) x 3 = 54 kg/m
Total = 1218.3 kg/m
- Beban Hidup
Beban struktur yang akan diuji akan diasumsikan
merupakan gedung perkantoran, maka berdasarkan PPIUG
1983 beban hidup lantai adalah 250 kg/m2.
Beban hidup = 250 kg/m2 x 3 m
= 750 kg/m
-Spektrum Respon Desain
Beban gempa pada portal ini menggunakan respon spektrum
sesuai dengan RSNI 03-1726-2010. Agar dapat dianalisa secara non-linear, fungsi
respon spektrum untuk portal yang menggunakan Steel Slit Damper (SSD) harus
direduksi secara manual yaitu dengan mengalikan fungsi respon dengan faktor
damping yang merupakan reduksi beban akibat adanya pemasangan damper [3]. Damping
pada studi ini direncanakan sebesar 40% untuk portal yang menggunakan SSD.
Perhitungan faktor damping diambil yang terkecil, yaitu sesuai Bommer et al :
Untuk nilai respon spektrum gempa dengan T yang
sama, nilai Sa yang digunakan pada struktur dengan steel slit damper (SSD)
dikalikan terlebih dahulu dengan factor damping .
- Kombinasi Pembebanan
Kombinasi pembebanan yang bekerja pada struktur
utama didasarkan pada SNl 03-2847-2010 pasal 4.2.2 dimana secara umum kombinasi
pembebanan yang bekerja adalah sebagai berikut :
1. Kombinasi 1 = 1,4D
2. Kombinasi 2 = 1,2D + 1,6L
3. Kombinasi 3 = 1,2D + 1,0RSP + 0,5L
4. Kombinasi 4 = 0,9D + 1,0 RSP
5. Kombinasi 5 = 1,0D
6. Kombinasi 6 = 1,0D + 1,0L
C. Kontrol Profil
Kontrol kekuatan struktur terhadap
profil yang digunakan dalam struktur dilakukan agar diketahui apakah profil
yang digunakan dalam desain sudah memenuhi persyaratan atau belum. Pada kasus
ini profil yang direncanakan seperti tercantum pada tabel 1 sudah merupakan
profil yang optimum dan memenuhi syarat. D. Perhitungan Pelat Steel Slit Damper
Damper yang digunakan dalam studi ini merupakan pelat pelat SSD dengan profil sebagai
berikut:
·
Tinggi Pelat, h
= 50 cm = 0.5 m
·
Lebar Pelat, b =
21 cm = 0.21 m
·
Tebal Pelat, Tp
= 1.5cm = 0.015 m
Damper direncanakan menggunakan baja lunak BJ 34,
dengan :
·
Modulus
Elastisitas (E) = 2000000 kg/cm2
·
Tegangan Putus
(fu) = 340 MPa = 3400 kg/cm2
·
Tegangan Leleh
(fy) = 210 MPa = 2100 kg/cm2
Kekakuan pelat damper :
Direncanakan akan digunakan 10 pelat damper,
sehingga: Kd= 10 x 90703.13 = 1134000 Kg/m Deformasi dan gaya-gaya yang bekerja
pada pelat damper bentuk segi-4 Dari hasil penganalisaan melalui program
SAP2000 V14 didapat gaya lateral yang bekerja pada damper , fp = 566.54 Kg,
maka momen potongan sejauh x dapat dihitung sebagai berikut:
Mx = fp . x , dimana x = 1/2 . h = ½. 50 = 25 cm
Mx = fp . x = 566,54 . 25 = 14163,5 Kgcm
Tegangan yang terjadi pada penampang x-x adalah: ,
dimana y = t/2 = 1.5/2 = 0.75
Ix = 1/12 b t3 = 1/12 . 21 . 1,53 = 5.91 cm4 =
1798,54 kg/cm2 Dari hasil perhitungan di atas didapat bahwa tegangan yang
terjadi pada pelat damper adalah sebesar, = 1798,54 kg/cm2, ini berarti damper
masih pada keadaan aman yaitu kurang dari tegangan ijin, fy = 2100 Kg/cm2. Bila
kita bandingkan dengan tegangan yang terjadi pada masing-masing elemen portal,
maka seharusnya akan diperoleh tegangan yang lebih aman daripada tegangan yang
terjadi pada damper. Hal ini dibutuhkan dengan harapan yang mengalami leleh
terlebih dahulu adalah damper itu sendiri daripada portal. Berikut adalah
tegangan yang bekerja pada masing- masing elemen portal:
Pada
tabel 3 didapat tegangan maksimum yang terjadi pada elemen adalah 52.28 kg/cm2.
Bila dibandingkan antara tegangan yang terjadi pada damper dan portal adalah:
E. Hasil Analisa
Linear pada Balok
Dalam tabel 5
akan ditampilkan gaya maksimum hasil analisa linear yang terjadi pada balok
masing-masing portal.
Dapat dilihat pada tabel: jika dibandingkan dengan
portal bracing inverted-v maka gaya geser, gaya normal, dan momen yang terjadi
pada balok portal dengan menggunakan Steel Slit Damper relatif lebih besar. Tetapi
jika dibandingkan dengan balok portal konvensional, dapat dilihat bahwa steel
slit damper mampu mengurangi gaya-gaya yang terjadi pada balok pada posisi x=0,
x=3, dan x=6. Besarnya gaya yang dapat dikurangi oleh Steel Slit Damper (SSD) pada portal biasa dapat dilihat pada
tabel 6.
Steel slit
damper (SSD) mampu mengurangi gaya normal sebesar 76.51%, gaya geser sebesar
51,01%, dan momen sebesar 76,51% yang terjadi pada balok.
F. Hasil Analisa
Linear pada Kolom
Hasil analisa
menunjukkan bahwa gaya geser, gaya normal, dan momen yang bekerja pada kolom
kanan dan kolom kiri adalah sama besar. Dalam tabel 7 akan ditampilkan gaya maksimum
yang terjadi pada kolom masing-masing portal.
Hasil analisa pada kolom kiri portal menunjukkan
bahwa jika dibandingkan dengan portal bracing inverted-v maka gaya geser, gaya
normal, dan momen yang terjadi pada kolom portal dengan menggunakan Steel Slit
Damper relatif lebih besar. Tetapi jika dibandingkan dengan portal konvensional
dapat dilihat bahwa steel slit damper mampu mengurangi gaya-gaya yang terjadi
pada balok. Besarnya gaya yang dapat dikurangi oleh Steel Slit Damper (SSD) pada portal biasa tersebut dapat dilihat
pada tabel 8.
sebesar
51,01%, gaya geser sebesar 80,49%, dan momen sebesar 76,51% yang terjadi pada
kolom kiri. Dari hasil analisa gaya yang terjadi pada balok dan kolom di atas
maka dapat diketahui bahwa steel slit damper mampu mendisipasi gaya maksimum sebesar
80,49% yaitu gaya geser yang terjadi pada kolom. G. Batasan Drift Batasan Drift
maksimum yang diijinkan sesuai RSNI 03- 1726-2010 ps 7.12.1: Δ = 0,015hsx
Untuk
portal dengan tinggi = 4 meter, batasannya adalah: Δ = 0,015hsx = 0,015 4000 =
60 mm Batasan drift ini kemudian dibandingkan dengan simpangan maksimum yang
didapat dari program bantu untuk struktur seperti pada tabel 9.
Pada tabel dapat dilihat bahwa steel slit damper
mampu mengurangi drift pada portal konvensional sebesar 94,12% dan pada portal
bracing inverted-v sebesar 33,33%. H. Hasil Analisa Nonlinear Hasil analisa
pushover pada masing-masing portal dapat dilihat berupa kurva kapasitas antara
Base Reaction VS Displacement seperti dalam gambar 8 di bawah ini: Jika dilihat
dari grafik kurva kapasitas maka untuk portal inverted-v agak berbeda dari
kurva kapasitas portal konvensional dan portal dengan menggunakan SSD. Kurva inverted-v
memiliki 2 fase pelelehan. Pada fase pertama yaitu struktur akan leleh dan mengalami
keruntuhan seperti yang terlihat pada grafik bahwa struktur akan memiliki
duktilitas yang rendah dan kekakuan yang tinggi, kemudian disusul fase berikutnya
yaitu struktur mengalami hardening. Bisa dilihat bagaimana struktur yang sudah
hancur pada saat itu pun masih memiliki daktilitas tegangan yang cukup tinggi.
I. Perhitungan Daktilitas Struktur
Daktilitas adalah kemampuan struktur atau
komponennya untuk melakukan deformasi inelastis bolak-balik berulang di luar
batas titik leleh pertama, sambil mempertahankan sejumlah besar kemampuan daya
dukung bebannya. Faktor daktilitas adalah rasio antar simpangan maksimum struktur
gedung pada saat mencapai kondisi di ambang keruntuhan dan simpangan struktur
saat terjadinya pelelehan pertama dalam struktur gedung.
Berdasarkan gambar 8 daktilitas masing-masing portal
dapat dilihat dalam tabel di bawah ini.
IV. KESIMPULAN
Sesuai dengan hasil analisa portal konvensional,
portal bracing inverted-v, dan portal dengan menggunakan steel slit damper saat
terjadi gempa, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1.
Dari hasil
analisa portal 2 dimensi didapatkan bahwa portal dengan menggunakan steel slit
damper (SSD) memiliki gaya geser, gaya normal, dan momen yang lebih besar dari portal
bracing inverted-v. Tetapi jika dibandingkan dengan portal konvensional, portal
dengan menggunakan SSD memiliki gaya geser, gaya normal, dan momen yang lebih kecil.
2.
Portal dengan
steel slit damper (SSD) dapat memperkecil simpangan yang terjadi sebesar 94,12%
pada portal konvensional dan sebesar 33,33% pada portal bracing inverted-v.
3.
Dari hasil
perbandingan gaya yang bekerja pada portal dengan menggunakan SSD dengan portal
konvensional, steel slit damper dapat mendisipasi gaya maksimum sebesar 80.49%
pada kolom.
4.
Portal dengan
menggunakan steel slit damper (SSD) mampu meningkatkan daktilitas sebesar
105,85% pada portal konvensional dan sebesar 298,67% pada portal bracing inverted-v.
5.
Pada pola kurva
kapasitas untuk portal bracing inverted-v, kurva kapasitas menunjukkan sebuah
fase dengan kekakuan yang sangat tinggi tetapi daktilitas yang sangat rendah,
dan kurva kapasitas akan naik lagi menandakan adanya fase hardening setelah itu
portal kembali runtuh. Sedangkan pada portal konvensional dan portal dengan menggunakan
SSD tidak dijumpai adanya fase hardening.
Pustaka :
https://ftsp.gunadarma.ac.id/sipil
https://www.gunadarma.ac.id
http://pustaka-ts.blogspot.com
sumber :
https://www.researchgate.net/publication/277736910_Studi_Respon_Seismik_Penggunaan_Steel_Slit_Damper_SSD_pada_Portal_Baja
penulis :
AdityaAldiansyah
Kelas :
4ta03
Dosen :
I Kadek Bagus Widana Putra
Jurusan :
Teknik Sipil
Universitas :
Gunadarma
