Reduksi Kekakuan Shearwall dan Efeknya

Posted on Updated on

Revisi : 23-01-2015

Nilai faktor reduksi kekakuan untuk shearwall memang cukup bisa diperdebatkan. Masalahnya ACI 318 menyatakan bahwa nilai reduksi untuk shearwall adalah yang besesuaian dengan mekanisme lentur (momen inersia I).

Hal ini cukup mudah jika diaplikasikan untuk elemen tipe frame, karena kekakuan lentur dan aksial-nya tidak couple (saling berhubungan), namun untuk elemen shell (elemen yang biasa digunakan untuk memodelkan shearwall), nilainya saling berhubungan. Artinya jika kita mereduksi kekakuan elemen shell yang bersesuaian dengan kekakuan lentur (dimana yang sangat berpengaruh adalah kekakuan F22), maka otomatis kita juga mereduksi  kekakuan aksial sebesar faktor tersebut. Ini dikarenakan kekakuan F22 adalah kekakuan tegangan yang bersesuaian dengan tarik tekan arah vertikal, dimana deformasi lentur terjadi akibat tegangan tarik tekan tersebut (gambar 1 dan 2).

A1

A2

ACI 318 tidak menyarankan mereduksi kekakuan elemen yang dominan tekan (untuk elemen yang terkena gaya tarik sudah kasus lain). Setidaknya jika tetap dipaksakan terjadi reduksi kekakuan akial pada shearwall, efeknya menurut penulis adalah adalah :

  1. Underestimate gaya akial pada shearwall : Hal ini terjadi akibat kekakuan aksial wall yang direduksi menyebabkan penurunan gaya aksial pada wall dan gaya aksial ini didistribusikan ke kolom.
  2. Overestimate gaya axial pada kolom : Akibat distribusi gaya dari wall ke kolom, gaya aksial di kolom menjadi konservatif.
  3. Underestimate kebutuhan boundary elemen pada shearwall: Berdasarkan pendekatan tegangan, boundary element pada wall dibutuhkan jika akibat beban kombinasi terdapat tegangan pada ujung – ujung wall lebih dari 0.2 fc’. Pengurangan gaya aksial pada wall akibat pemodelan yang menurunkan kekakuan aksial menyebabkan underestimate perhitungan tegangan tekan dan besarnya dimensi wall yang menerima tegangan tekan (nilai c).
  4. Underestimate kebutuhan pondasi pile dan besarnya settlemen pada shearwall
  5. Underestimate momen tumpuan pada balok yang terkoneksi ke shearwall : Pada struktur bangunan tinggi, shortening yang terjadi di wall cenderung lebih kecil dibandingkan pada kolom. Hal ini akibat kekakuan aksial wall yang lebih besar dibandingkan kolom karena total cross section areanya lebih besar. Akibat beda shortening pada wall dan kolom, timbul momen yang besar pada tumbuan balok yang menghubungkan wall dan kolom. Akibat nilai kekakuan wall direduksi, beda shortening akan semakin kecil dan momen pada tumpuan balok akan semakin kecil.
  6. Kesalahan dalam perhitungan differensial axial shortening antara shearwall dan kolom : Hal ini dapat menyebabkan kondisi layan jadi berkurang akibat perhitungan yang kurang tepat.

Efek – efek yang dijelaskan diatas tidak hanya terjadi pada beban kombinasi gempa, namun juga kombinasi gravity.

Oleh karena itu, penulis berpendapat untuk tetap menggunakan nilai reduksi kekakuan shearwall (kekakuan F22) sebesar sekitar 0.8-1.0 dibandingkan code ACI 318 yang menyatakan reduksi sebesar 0.7 (uncrack) dan 0.35 (crack). Jika digunakan nilai reduksi kekakuan yang lebih rendah (0.8-1.0) maka effeknya setidaknya yaitu :

  1. Periode getar semakin rendah (karena kekakuan shearwall semakin tinggi)
  2. Gaya baseshear overestimate (akibat periode getar rendah dengan catatan jika yang kontrol bukan periode getar min sesuai ketinggian struktur)
  3. Gaya geser yang diterima shearwall akan lebih besar dan yang diterima kolom akan semakin kecil.

Dari ketiga efek tersebut, yang perlu jadi perhatian adalah efek ke tiga karena mengarah ke unconservatif design. Namun menurut penulis:

  1. Reduksi kekakuan inertia untuk kolom sebesar 0.7 sebenarnya masih perlu diperdebatkan, sebenarnya nilainya bisa sekitar 0.3 – 0.8 bergantung kepada gaya axial yang terjadi pada kolom. Pada saat gempa terjadi, nilai ini berubah – ubah terhadap waktu. Oleh karenanya jika diambil simplifikasi dimana nilainya 0.7 untuk semua kolom rasanya terlalu besar. Jika nilai ini turun maka otomatis sebenarnya nilai gaya geser yang ditahan kolom memang tidak sebesar itu. Hal ini dapat dilihat pada Figure 3-22 tentang modelisasi element beam – column yang penulis dapatkan dari publikasi ATC.A3
  2. Pada shearwall-frame interaction, area lantai base keatas (sekitar bagian ¾ dari bawah bangunan) umumnya shearwall yang menahan gaya geser, kontribusi frame cukup kecil. Sementara sisanya (sekitar ¼ lantai teratas), frame yang menahan gaya geser lebih besar (Figure 4.23 dan fig. 6.3) . Yang perlu diperhatikan dan cukup critical sebenarnya adalah bagian bawah. Jika nilai kekakuan shearwall lebih tinggi, maka kontribusi frame menahan gaya lateral akan lebih kecil lagi. Namun karena umumnya untuk bangunan tinggi diwajibkan menggunakan dual system, maka ada persyaratan untuk frame minimal menahan 25% gaya base shear dan ini umumnya cukup konservatif untuk men-cover reduksi gaya pada frame akibat kekakuan shearwall yang lebih besar (distribusi gaya lateral dual system dapat dilihat di Gambar 3). Untuk bagian atas (sekitar ¼ lantai teratas), sebenarnya gaya geser pada kolom sudah konservatif mengingat gaya aksial pada kolom ini kecil sehingga kekakuan inertianya harusnya kecil juga (lihat point 1), sehingga penggunaan nilai 0.7 sudah konservatif menyerap gaya aksial gempa.

A4

A5A6

Oleh karena hal – hal tersebut penulis berkesimpulan untuk lebih baik menggunakan nilai reduksi kekakuan shearwall yang dimodelkan sebagai element shell lebih besar (0.8 – 1.0 untuk F22). Tentu ini tergantung masing – masing pengetahuan insinyur sendiri.

Advertisements

4 thoughts on “Reduksi Kekakuan Shearwall dan Efeknya

    Ton said:
    01/29/2015 at 3:50 PM

    Gan, wall nya bisa di mesh, bikin tambah lentur sumbu kuatnya juga tuh.. tapi berapa besar mesh nya biar sesuai ama peraturan yah? (biar tambah puyeng)

    Like

      Ryan Rakhmat Setiadi responded:
      02/01/2015 at 11:14 AM

      Setahu saya justru memperkecil mesh akan membuat DOF menjadi lebih banyak, dan struktur menjadi lebih flexible, namun effeknya tidak akan besar, prediksi saya tidak akan memperbesar periode struktur lebih dari 5%

      Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s