## PERBANDINGAN
RESPON SEISMIK BALOK KAYU BIASA DENGAN KOMPOSIT BAJA RINGAN SEBAGAI KOMPONEN STRUKTUR RUMAH TAHAN GEMPA Pinondang Simanjuntak¹
Program Studi Teknik Sipil FT UKI Jakarta Email: Pinondang.simanjuntak@uki.ac.id
Masuk:16-04-2021, revisi: 16-04-2021, diterima untuk diterbitkan: 30-04-2021

## ABSTRAK
Indonesia  adalah  termasuk  daerah  yang  beresiko  terhadap  Gempa.  Menurut  peta    kegempaan  Dunia  Indonesia terletak pada garis wilayah yang selalu di goyang oleh Gempa.  Garis wilayah itu disebut oleh para ahli Geologi sebagai “The Pacific Ring of Fire”. Karena itu Masyarakat Indonesia membutuhkan rumah yang memiliki respon dinamik  yang  baik  terhadap  Gempa.  Untuk  memahami  respon  dinamik  struktur  rumah  tahan  gempa  yang  lebih spesifik dan akurat maka dilakukan penelitian jenis material yang tepat untuk dipakai sebagai komponen struktur bangunan  rumah  tahan  gempa.Dengan  bantuan  program  Ansys  pada  penelitian  ini  dilakukan  pengkajian  respon dinamik  pada  balok  kayu  bias  akelas  II  dan  balok  komposit  kayu  baja  ringan  untuk  mengetahui  jenis  material balok yang paling tepat untuk digunakan struktur bangunan yang tahan gempa.Sifat dinamik yang diteliti adalah menyangkut keandalan balok terhadap getaran dan deformasi berulang serta kekakuan dan kekuatan struktur balok terhadap beban dinamik. Dari pengujian respon dinamik material yang dipilh yaitu struktur balok Kayu dan Kayu komposit  baja  ringan  ditemukan  jenis  material  yang  tepat  untuk  direkomendasikan  sebagai  komponen  balok struktur rumah tinggal tahan gempa. Hasil penelitian ini sebagai langkah awal untuk menemukan struktur rumah tinggal tahan gempa
Kata kunci : Respon dinamik; deformasi; tegangan; struktur balok kayu; kekakuan.

## ABSTRACT
Indonesia is one of the areas that are at risk of earthquakes. According to the world earthquake map, Indonesia is located on an area line that is always shaken by earthquakes. The area line is referred to by geologists as "The Pacific  Ring of Fire". Therefore, the  Indonesian people  need a house  that has a good dynamic  response  to  the earthquake. In order to understand the dynamic response of earthquake-resistant house structures that are more specific  and  accurate,  a  study  of  the  appropriate  types  of  materials  to  be  used  as  a  component  of  earthquake- resistant  housing  structures  is  carried  out.  Light  steel  wood  to  determine  the  most  appropriate  type  of  beam material for earthquake resistant building structures. The dynamic properties studied are related to the reliability of the beam against vibration and repeated deformation as well as the stiffness and strength of the beam structure against dynamic loads. From testing the dynamic response of the selected material, namely the structure of wood beams  and  lightweight  steel  composite  wood,  it  was  found  the  right  type  of  material  to  be  recommended  as  a component of earthquake-resistant residential structural beams. The results of this study serve as a first step to find earthquake resistant housing structures
Keywords: Dynamic respons; deformation; stress; wooden beam structur; rigidity.

## 1. PENDAHULUAN.
Wilayah Indonesia adalah daerah yang memiliki tingkat risiko gempa cukup tinggi, karena letak  geologinya  berada  berada  pada  pertemuan  lempeng    tektonik  aktif    Eurasia,  Indo- Australia, Filipina dan Pasifik. Lempeng Tektonik aktif adalah bagian pelat kulit bumi batuan besar  yang  terus  bergerak  akibat  panas  inti  bumi  dengan  pergeseran  mencapai  hingga  10 cm/tahun.  Pada  saat  pergerakan  lempeng  berhenti    akan  menimbulkan  akumulasi  enegi  yang

## Pinondang Simanjuntak, Perbandingan Respon Seismik Balok Kayu Biasa Dengan Komposit Baja Ringan Sebagai Komponen Struktur Rumah Tahan Gempa
pada akhirnya menjadikan lempeng mengalami patah dan terjadilah gaya seismik di permukaan bumi    sehingga  bangunan  diatasnya  mengalami  kerusakan  dan  roboh  menimpa  penghuni  di dalamnya.
Berdasarkan hasil survey kerusakan bangunan akibat kejadian Gempa di berbagai wilayah di Indonesia    antara  lain  Gempa  Tarutung  1987,  Gempa  Jateng-Yogja  27  Mei  2006.  Gempa Padang 30 September 2009, Gempa Mentawai 12 Sept 2007, Gempa Lombok 29 Jui 2018 dan Gempa  Palu  Sulteng  28  September  2018.  diketahui  bahwa  kerusakan    bangunan  yang  sering terjadi  adalah pada bangunan rumah tinggal struktur beton. Sedangkan bangunan rumah kayu seperti rumah tradisional  tidak mengalami kerusakan yang berarti . Hal ini menunjukkan bahwa Respon  Seismik  Rumah Tradisional    adalah  lebih  baik  dari  bangunan  rumah  dengan  struktur beton.  Untuk  mengetahui  perilaku  elemen  strukrtur  bangunan  rumah  tinggal  kayu  yang  lebih lengkap  maka  perlu  di  lakukan  penelitian  sifat  dinamik  dan  keandalan  elemen  struktur  balok dan  kolom.  Sample  pada  penelitian  ini    digunakan  dari  jenis  material  struktur  kayu  yang mewakili  jenis  material  struktur  rumah  adat  tradisional  pada  umumnya.  Untuk  mengetahui perbandingan  sifat  dinamik  dan  keandalan  elemen  struktur  yang  diuji  maka  di  dipilih  dua alternatif jenis material uji yang secara teoritis dianggap memiliki sifat dianamik yang cukup baik.  Kemudian  dipilih  dua  jenis  bahan  uji Kayu  Kelas  II  dan  Komposit  kayu  dengan  baja ringan .  Sifat  dinamik  dan  keandalan  respon  seismic  elemen  struktur  diuji  dengan  bantuan program Finite Elemen Ansys. Indikator yang dipilih adalah  deformasi maksimum dan mode shape  akibat  beban  dinamik  sinusoidal.Analisa  dilakukan  dengan  mebandingkan  deformasi maksimum  dan  mode  shape  yang  terjadi  pada  dua  sampel  uji.  Hasil  penelitian  menunjukkan bahwa  jenis  elemen  struktur  yang  memiliki  keandalan  dan  respon  seismic  yang  baik  adalah kayu komposit baja ringan.
Rekomendasi hasil survey menunjukkan bahwa material struktur kayu untuk rumah tinggal adalah  lebik  baik  terhadap  gaya  dinamik  gempa  dibandingkan  struktur  beton.  Kemudian mengingat  banyaknya  kayu  yang  terbuang  dari  berbagai  kegiatan  proyek  pembangunan  dan Indonesia memiliki hutan kayu yang besar kayu maka untuk memperoleh kayu yang memiliki peningkatan  kekuatan  dan  keandalan  komponen  struktur  bangunan  rumah  tinggal  dapat  diuji dengan memanfaatkan kayu bekas menjadi bahan komposit dengan baja ringan.  Berapa besar perbedaan sifat dinamik bahan komponen struktur balok kayu biasa komposit baja ringan dan dibandingkan dengan balok biasa kelas II dapat dilakukan dengan pengujian static dan dinamik memakai program finite elemen Ansys.
Tujuan  Penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  pola  respon  seismik  dan  keandalan komponen    struktur  balok  kayu  komposit  baja  ringan  dibandingkan  dengan  balok  kayu  biasa kelas  II  dengan  indikator  deformasi  maksimum  dari  beberapa  mode  shape  dan  kekuatan maksimum balok.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan metode experimen Simulasi komputer dengan bantuan program ANSYS. Dipilih dua jenis sample yaitu balok kayu biasa komposit baja ringan dan balok kayu bias kelas II. Karakteristik balok uji adalah Kayu kamper kayu kelas II menurut PKKI  dengan ukuran  balok  adalah  b=7.5  cm  dan  h=13.5cm  dengan  panjang  L=3  m.  Program  ANSYS memiliki  tahapan  utama  yaitu  (Kusbiantoro,  2016):  1.  Pre-Pocessing  atau  langkah  awal permodelan  elemen  hingga.  Pada  Tahap  ini  beberapa  fungsi  harus  untuk    menghasilkan perhitungan  yang  spesifik  pada  benda  yang  akan  dianalisa.  Fungsi-fungsi  tersebut  adalah: permodelan, penentuan tipe elemen, penentuan material , meshing. 2. Solution Pada tahapan ini FEM telah mendekati proses perhitungan dan analisa. Beberapa langkah lebih dulu yang harus dilalui  pada  proses  perhitungan  tahap  ini  yaitu  :  pembebanan  dan  analisa.  3.  General  Post- Processing  adalah proses setelah permodelan dan analisis selesai.  Proses ini  digunakan untuk
e-Journal CENTECH 2020 Vol. 2 No. 1 April 2021: hlm 30-42. ISSN 2722-0230 (Online)
melihat  hasil  analisis,  hasil  yang  dilihat  adalah  displacement,  momen,  gaya  geser,  dan  gaya normal yang terjadi. Spesifikasi mutu bahan dan kekuatan ditetapkan  sebagai berikut :
Tabel 1. Sifat Mekanik Bahan No Sifat mekanik bahan kayu Satuan Nilai Sifat bahan Baja ringan Satuan Nilai 1 Massa Jenis Kayu  ɤ   kg/m³ 90 Modulus elastisitas (E) MPa 200.000 2 Berat Jenis Kayu   ɣ kg/m³ 900 Modulus geser (G) MPa 80.000 3 Modulus  Elastisitas Kayu Ѐ kg/cm²  100.000  Poisson’s ratio (v) = 0,287 4 Modulus Geser Kayu Ԍ kg/cm²  5000 Tegangan  leleh  (yield stress) MPa 550 5 Poisson  Ratio  Kayu μ 0.1176 Kekuatan gaya tarik sebesar. MPa 550 6 Koefisien  Ekspansi Kayu ȇ= cm/ºC 9.9 * 105- Kekuatan gaya tekan (Compressive Yield Strength) MPa 400 7 Koefisien Umpak dan Tiang ū 0.4 Tegangan kuat tarik (Ultimate Tensile Strength) MPa 290 8 Tegangan  Lentur  ijin σ kg/cm²  100 Tegangan kuat tekan (Compressive Ultimate Strength) Pa 4,95  x 106 9 Tegangan  geser  ijin ݗ kg/cm²  25

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Konsep Bangunan rumah Tahan Gempa
Bangunan  tahan  gempa  memliki  dua  konsep,  yaitu  filosopi  bangunan  tahan  gempa  dan respon  spektrum  elastik  dan  normal.  (Boen,2009).  Ada  tiga  prinsip  bangunan  tahan  gempa yaitu  pada  gempa  ringan  bangunan  tidak  boleh  mengalami  kerusakan  pada  komponen  non- struktur  dan  structural,  pada  gempa  sedang  bangunan  boleh  mengalami  kerusakan  pada komponen  non-struktural  sedangkan  komponen  strukturalnya  tidak  boleh  rusak  dan  pada gempa kuat  komponen non struktur dan struktur boleh  mengalami kerusakan tetapi bangunan masih    dapat  berdiri.  Oleh  karena  itu  tiga  faktor  yang  penting  diperhatikan  pada  bangunan adalah    pertama  titik  berat  masa  dan  titik  berat  kekakuan  lateral  dibuat  berdekatan,  kedua material  adalah  ringan  dan  monolit  ketiga  kualitas  ikatan  sambungan  harus  kuat  sehingga seluruh komponen struktur bangunan menyatu dan  kompak memberi respon terhadap gempa. Pada bangunan rumah  sederhana lebih diutamakan menjaga kompatibilitas struktur.

## 3.2.Beban Dinamik dan Respon Dinamik
Beban dinamik adalah beban dengan variasi perubahan terhadap waktu (eksitasi). besaran (magnitude) dan arah (direction) atau posisi (point of application). Sedangkan Respon seismik struktur  adalah  lendutan  dan  tegangan  yang  terjadi  sesuai  dengan  perubahan  waktu.  Gaya dinamis terjadi akibat adanya percepatan massa yang disebut gaya inersia. Dasar analisa beban dinamik  adalah  hukum  Newton  kedua  ( F=m.a )  yaitu  Gaya  dinamik  pada  satu  benda  adalah

## Pinondang Simanjuntak, Perbandingan Respon Seismik Balok Kayu Biasa Dengan Komposit Baja Ringan Sebagai Komponen Struktur Rumah Tahan Gempa
massa dikali pecepatan nya dimana massa adalah berkaitan dengan berat dan percepatan adalah dihasilkan  getaran akibat gempa. Respon seismik diilustrasikan seperti  model dinamik berikut.
Gambar 1 Model bandul gerak bebas.
Massa  berpusat  diujung  atas  dan  dipikul  oleh  tiang  dengan  kekakuan  K.adalah  system berderajad kebebasan tunggal (SDOF) Getaran akan menimmbulkan dua gaya horizontal yang berubah ubah sesuai denga waktu yaitu gaya akibat kekakuan F=k.x dan gaya akibat massa Fi = m.a .Indikator respon struktur terhadap beban dinamik adalah ukuran lendutan  dan tegangan yang dihasilkan secara berubah sesuai dengan waktu   (Clough   dan   Penzien, 1993). Akibat beban dinamik maka sifat fisik yang menentukan pada sistem struktur adalah  massa, kekakuan dan redaman
Gambar 2 Idealisasi Sistem berderajat kebebasan tunggal
Sesuai dengan Prinsip D’Alembert persamaan gerak sistem berderajat kebebasan tunggal diperoleh dari hukum keseimbangan langsung yaitu massa yang menghasilkan gaya inersia sebanding dengan percepatannya. Gaya- gaya tersebut adalah beban dinamik yang diberikan F(t) dan tiga gaya perlawanan oleh  gerak massa,   yaitu   gaya inersia fi, gaya redaman fd, dan gaya pegas elastik fs. Seperti persamaan gerak berikut
Pada  persamaan  1,  bagian  kiri  adalah  merupakan  gaya-gaya  fungsi  dari  perpindahan  y  dan berlawanan  arah dengan arah beban F(t). Gaya elastis adalah perkalian antara kekakuan pegas k dan perpindahan y,
Gaya inersia adalah perkalian massa m dan percepatan  ӱ
Gaya redaman adalah  perkalian  antara konstanta redaman c dan kecepatan ẏ
Dengan subsitusi persamaan 3 dan 4 ke dalam persamaan 1 maka  persamaan  gerak diperoleh
Apabila  pada  sistem  tidak  diberikan  gaya    atau F(t)=0 maka  sistem  menjadi  getaran  bebas dengan persamaan ....2 ....1 ....3 ....4
e-Journal CENTECH 2020 Vol. 2 No. 1 April 2021: hlm 30-42. ISSN 2722-0230 (Online)

## 3.3 Waktu Getar Alami dan Resonansi
Waktu  getar  alami  adalah  faktor  penting    pada  bangunan  yang  mengalami  getaran, berdasarkan model sederhana diatas dibantu dengan penyelesaian persamaan diferensial, waktu getar alami dapat dihitung  dengan persamaan :
T = 2π √m/k    dan  frekuensi   ꞷ = √k ⁄m Dimana T adalah  waktu  getar  alami  dalam  detik, m adalah  masa  dan k adalah  kekakuan lateral. Persamaan tersebut menunjukkan semakin besar m akan menghasilkan T yang  makin besar  dan  Semakin  kaku  suatu  sistem  maka T akan  semakin  kecil.  Setiap  sistem  mempunyai waktu  getar  alami  tersendiri  dan  pada  umumnya  batas  waktu  getar  alami  untuk  gedung diperkirakan  berkisar  antara  0,1  dan  2,0  detik,  tergantung  dari  ketinggian  gedung  dan  jenis bahan bangunannya. Bilamana suatu gedung mempunyai lebih dari satu masa yang besar, maka gedung tersebut akan mempunyai lebih dari satu waktu getar alami.
Resonansi  gedung adalah peristiwa. terjadinya amplifikasi  getaran pada sistem struktur  yang mengalami beban dinamik atau gempa karena waktu getar sistem struktur sama dengan waktu getar getaran yang terjadi. Resonansi akan menimbulkan amplifikasi sangat besar terutama jika nilai redaman struktur rendah sehingga sangat berbahaya pada konstruksi bangunan tersebut.

## Gambar 3 Resonansi dan Peningkatan amplitudo

## 3.4. Komponen Struktur Balok sebagai Penahan Gaya Lateral
Balok  adalah  salah  satu  komponen  struktur  penahan  gaya  lateral.  Pada  bangunan  rumah tinggal  balok  digunakan  sebagai  dudukan  lantai  atau  pengikat  kolom  yang  memiiki  peran sebagai  rangka  penguat  horizontal  bangunan.  Akibat  beban  gempa  balok  akan  mengalami momen lentur jika ada eksenterisitas gaya aksial pada  penampang. Oleh karena itu letak gaya aksial  pada  balok  harus  diperhatikan  supaya  tidak  menimbulkan  momen  lentur  yang  besar. Sesuai  prinsip  perencanaan  balok  dirancang  agar  pada  beban  maksimum  mengalami keruntuhan lebih dahulu dari kolom disebut  Strong Column weak beam

## 3.5. Keuntungan Struktur Bangunan Kayu
Beban  gravitasi  dan  beban  gempa  akan  bekerja  secara  bersamaan  pada  bangunan.  Oleh karena itu, untuk struktur bangunan tahan gempa diperlukan kayu dengan kualifikasi kekuatan dan kekakuan  yang cukup untuk  menahan beban gempa dan  grvitasi  sesuai  dengan koefisien pembebanan pada peraturan beban indonesia.
Kayu  adalah  material  konstruksi  yang  kompleks  dan  memiliki  kelebihan  jika  dibandingkan dengan  baja  atau  beton  antara  lain,  mudah  ditemukan  dan  mudah  dibentuk  sesuai  dengan keperluan,  Elastis  sehingga  tidak  mudah  patah  apabila  terkena  beban  getaran  akibat  gempa, tidak mengalami korosi dan pengerjaannya  ekonomis dan efisien.
3.6. Sifat Mekanik Kayu
Menurut  Dumanauw  (1982),  sifat  mekanik  kayu  adalah  kemampuan  kayu  untuk  menahan gaya-gaya luar yang mempunyai kecenderungan untuk berubah bentuk. Tegangan yang timbul akibat  gaya  luar  disebut  gaya  dalam  atau internal  stress .  Pada  keadaan  seimbang  Gaya  luar

## Pinondang Simanjuntak, Perbandingan Respon Seismik Balok Kayu Biasa Dengan Komposit Baja Ringan Sebagai Komponen Struktur Rumah Tahan Gempa
sama  dengan  gaya  dalam.  Setiap  perubahan  tegangan  akan  diikuti  sebanding    dengan perubahan  regangan  sampai  pada  batas  proporsional  atau  elastis  seperti  digambarkan  garis lurus  pada  grafik.  Setelah  tegangan  melewati  batas  elastis  grafiknya  akan  berubah  menjadi garis lengkung atau parabolik.

## Gambar 4 Diagram Tegangan-Regangan Kayu
Sumber: (Effendi dan Lina, IPB, 2011)
Perubahan  bentuk  atau  regangan  material  kayu  akan  terjadi  pada  saat  bebannya  melewati batas  elastis    dan  akan  diikuti  terjadinya  kerusakan  kayu.  Regangan  akan  terjadi  lebih  cepat daripada kecepatan pembebanan yang diberikan. Perubahan bentuk, tergantung dari besar dan jenis  beban  yang  bekerja.  Gaya    tekan  akan  menimbulkan  terjadinya  perubahan  bentuk perpendekan,  gaya  tarik  mengakibatkan  perubahan  bentuk    perpanjangan.  Gaya  lentur  akan menyebabkan lendutan, dan Gaya geser menyebabkan geser. Balok yang menerima gaya tegak lurus  dengan  sumbu  longitudinal  balok  akan  menimbulkan  tegangan  lentur.  Model  uji  balok lentur terdiri dari  dua model beban seperti pada gambar dibawah . Momen lentur pada balok kayu beban tunggal adalah :  Momen = Rа x ⅟₂ L  dan  Geser = Rа

## Gambar 5 Model Balok kayu dengan dua model Beban
Sumber: (Effendi dan Lina, IPB, 2011)
Balok  kayu  beban  ganda  adalah  untuk  memperoleh  nilai  Elastisistas.  Setiap  benda  yang dikenai  beban  akan  mengalami  perubahan,  besar  kecilnya  perubahan  bentuk  akibat  beban  ini dipengaruhi  sifat  kekakuan  yang  disebut  modulus  elastisitas  (MOE).  Modulus  elastisitas berkaitan  dengan  regangan,  defleksi  dan  perubahan  bentuk  yang  terjadi.  Besarnya  deformasi dipengaruhi  oleh  besarnya  pembebanan,  panjang,  ukuran  balok,  dan  MOE.  Semakin  tinggi MOE  akan  semakin  kecil  defleksi  balok  dan  semakin  tahan  terhadap  perubahan  bentuk (Haygreen  dan  Bowyer,  1982).  Batas  elastis  adalah  beban  maksimum  yang  dapat  diterima sampai balok kayu tersebut kembali ke bentuk awal setelah beban dilepaskan.
Apabila balok kayu mendapatkan beban diatas batas elastis, maka akan terjadi kerusakan titik rusak  (deformasi  permanen).  Nilai  MOE  adalah  indikator  kekakuan  pada  kayu  sampai  pada batas  elastis  saja  dan  hanya  berlaku  sampai  dengan  batas  proporsi  yang  dimana  kayu  masih bersifat  elastis.  Pada  pengujian  lentur  elastis  kayu,  MOE  merepresentasikan  sifat  kekakuan menahan  lenturan  yang  terjadi.    Kuat  Lentur 𝑓𝑏 =  3 𝑃𝐿 /2 𝑏 ℎ2  (Mpa),  Modulus  of  Elasticity MOE = 𝑃𝐿 ᶟ/ 4 𝑦𝑏 ℎᶟ(MPa) dan Modulus of Rapture MOR= 3 𝑃𝐿 ²/ 𝑏 ℎ² (Mpa),  dimana  P = beban uji maksimum (N) ,  L = jarak tumpuan (mm), b = lebar benda uji (mm), h = tinggi benda uji (mm) dan y= lendutan dari benda uji (mm).

## 3.7. Analisa Hasil pengujian
e-Journal CENTECH 2020 Vol. 2 No. 1 April 2021: hlm 30-42. ISSN 2722-0230 (Online)
Pemodelan balok dengan perletakan sendi rol dan beban terpusat pada jarak L/3 seperti pada gambar  6
(a) Modelisasi Balok (b) Pola Deformasi Total
Gambar 6 Modelisasi dan Pola Deformasi
Berdasarkan  uji  statik  pada  model  seperti  gambar  6  terlihat  bahwa  deformasi  kritis  terjadi pada bagian tengah bentang dan berkurang secara gradual ke arah kedua tumpuannya. Hasil uji model  menunjukkan  bahwa  pola  Tegangan  Normal  dominan  pada  bagian  lapis  atas  tumpuan dan  lapis  bawah  bagian  tengah  bentang  namun  tidak  signifikan  untuk  mempengaruhi karakteristik respon struktur yang sebenarnya.
(a) Tegangan Normal                              (b)  Tegangan Geser Gambar 7 Pola  distribusi Tegangan
Hasil  uji  model  menunjukkan  bahwa  pola  Tegangan  geser  dominan  pada  daerah  tumpuan namun tidak significan mempengaruhi karakteristik struktur terhadap gaya dinamik. Hasil Uji model dengan  beban Statik dengan bantuan Program  Ansys menunjukkan bahwa Deformasi total  maksimum ∆ maks  =  1,3  mm,  Tegangan  Normal  maksimum    σn  maks  =  5  MPa  dan Tegngan geser maksimum τ maks = 5.7 MPa.
Tabel 2. Rangkuman Analisa Beban Statik Balok Kayu No. Deformasi total (mm) Tegangan Normal (MPa)
Tegangan Geser (MPa)
1.
Dari  hasil  uji  statik  yang  dilakukan  pada  model  ini  diperlihatkan  bahwa  deformasi  dan tegangan yang timbul akibat beban statik menimbulkan terjadinya perubahan intensitas namun perubahan  tersebut  terjadi  secara  gradual  sehingga  tidak  terlihat  pengaruh  cukup  signifikan pada perubahan balok  sejalan dengan peningkatan beban. Peningkatan deformasi terjadi sesuai dengan  peningkatan  beban  hingga  mencapai  deformasi  maksimum  pada  batas  elastis  sebesar 1,3  mm.  Deformasi  maksimum  terjadi  di  daerah  tengah  bentang  balok.  Sementara  tegangan

## Pinondang Simanjuntak, Perbandingan Respon Seismik Balok Kayu Biasa Dengan Komposit Baja Ringan Sebagai Komponen Struktur Rumah Tahan Gempa
normal paling kritis  sebesar σn=5,0004 MPa juga terjadi di bagian tengah bentang balok dan pada bagian penampang bawah. Dari nilai Deformasi maksimu , Tegangan normal maksimum dan      tegangan  geser  maksimum  menunjukkan  bahwa  sifat  elastisnya  cukup  baik  untuk menerima  beban  maksimum  sesuai  dengan  sifat  kayu  yang  elastis.  Pada  pengujian  beban dinamik  yang  merupakan  representasi  dari  gaya  gempa  memiliki  indikator  yang  menjadi perhatian  adalah  nilai  frekuensi  dominan  dan  mode  shape  nya  .  Berdasarkan  hasil  uji  pada model ditemukan ada 3 frequensi yang dominan yaitu  frekuensi yang terjadi pada  mode shape 6, 10 dan 12. Hasil analisa frequensi dominan Mode Shape ke-6 frequency: f = 1,3187 x 10 -4 Hz.  Dari  hasil  uji  model  dengan  analisa  program  Ansys  pada  beban  dinamik  terlihat  bahwa deformasi total maksimm sebesar ∆=34 mm terjadi pada daerah tumpuan sendi
(a) Mode Shape 6                                      (b) Mode Shape 10
Gambar 8 Pola Deformasi
Mode shape 10 Frequency: f=412,68 Hz
Dari  hasil  uji  model  dengan  analisa  program  Ansys  terlihat  bahwa  Deformasi  total maksimm sebesar =15.695 mm terjadi  pada daerah tumpuan sendi dan rol Mode  shape  ke-12  Frequency:  f=566,82  Hz.  Dari  hasil  uji  model  dengan  analisa  program Ansys terlihat bahwa Deformasi total maksimm sebesar ∆=19.201 mm terjadi juga pada daerah kedua tumpuan sendi dan rol dan makin mengeci kea rah tengh bentang balok
Gambar 9 Pola Deformasi Mode Shape 12
Tabel 3. Rangkuman Analisa Dinamik Balok Kayu No. Mode Shapes 6 Total Deformation (mm) Mode Shapes 10 Total Deformation (mm) Mode Shapes 12 Total Deformation
(mm)
1.
e-Journal CENTECH 2020 Vol. 2 No. 1 April 2021: hlm 30-42. ISSN 2722-0230 (Online)
Pada model balok dengan uji  beban dinamik menunjukkan bahwa telah terjadi perubahan deformasi    secara  cepat  sehingga  menimbulkan  adanya    kerusakan  besar  pada  balok.  Hal  ini disebabkan beban dinamik  yang memiliki sifat bolak balik sehingga akan memperlemah sifat penampang penampang balok secara signifikan.
Hasil  analisa  pengujian  dinamik  pada  model  menunjukkan  bahwa  frekuensi  yang  terjadi pada balok akibat beban dinamik diperoleh pada kondisi keadaan paling kritis Mode Shape ke 10.  Jika  diperhatikan  pada  kondisi  Mode  Shape  6,  dengan  sebesar  ∆=  14,365  mm  adalah history yang  jarang terjadi karena frekuensi yang terjadi cukup kecil sehingga  tidak seimbang dengan  deformasi  yang  yang  dialami.  Pada  Mode  Shapes  10,  frekuensi  yang  terjadi  adalah sebesar  f=412,68  Hz  dan  deformasi  sebesar  ∆  =15,695  mm  yang  terletak  pada  bagian  ujung balok kayu.
Pada Mode Shape 12 adalah Mode Shape yang merepresentasikan pola puntir pada balok. Hal  ini  terjadi  akibat    getaran  dinamik  yang  diaplikasikan  dengan  bantuan  program  ANSYS dengan beban dinamik  sinusoidal 3 dimensi sumbu x,y,z. Frekuensi yang terjadi cukup besar, yaitu 566,82 Hz, sementara deformasi yang terjadi  sedikit diatas dari  defoemasi pada Mode Shape 9.

## 3.8 Balok Kayu Komposit baja ringan terhadap Beban Statik
Pemodelan balok dengan perletakan sendi rol dan beban terpusat pada jarak L/3 seperti pada gambar 10.
Gambar 10 Modelisasi Balok dan beban statik Berdasarkan uji statik model pada gambar 14 terlihat bahwa sama seperti balok kayu biasa deformasi  kritis  terjadi  pada  balok  kayu  komposit  baja  ringan  bagian  tengah  bentang  dan berkurang secara gradual ke arah kedua tumpuannya.
(a) Deformasi total                                         (b) Tegangan Normal Gambar 11 Pola Deformasi total dan tegangan akibat beban static
Sama seperti pada balok kayu biasa hasil uji model pada balok komposit baja ringan juga menunjukkan bahwa pola Tegangan Normal dominan pada bagian lapis atas tumpuan dan lapis bawah bagian tengah bentang namun tidak signifikan untuk mempengaruhi karakteristik respon struktur yang sebenarnya. Sama seperti  pada pengujian balok kayu biasa hasil uji model balok kayu  komposit  baja  ringan  menunjukkan  bahwa  pola  Tegangan  geser  dominan  pada  daerah tumpuan namun tidak significan mempengaruhi karakteristik struktur terhadap gaya dinamik.
Pinondang Simanjuntak, Perbandingan Respon Seismik Balok Kayu Biasa Dengan Komposit Baja

## Ringan Sebagai Komponen Struktur Rumah Tahan Gempa
Gambar 12 Pola Tegangan Geser Balok  denganbeban static
Tabel 4. Analisa Statik Balok Komposit No.  Total Deformation (mm) Normal Stress (MPa) Shear Stress (MPa)
1.
Sama seperti pada balok kayu biasa Perubahan deformasi yang timbul  akibat beban static pada  model  balok  kayu  komposit  baja  ringan  adalah    secara  gradual  sehingga  pengaruhnya tidak  dominan.  Deformasi  mencapai  puncak  maksimum    sebesar  ∆=0,33279  mm  pada  saat terjadi  beban  maksimum.  Semakin  besar  beban  statik  yang  diberikan,  maka  semakin  besar deformasi  yang  terjadi.  Posisi  deformasi  maksimum  terjadi  pada  tengah  bentang  balok  kayu. Selain  itu  tegangan  normal  maksimum  yang  terjadi  mencapai  sebesar  σn=40,684  Mpa.dan tegangan  geser  maksimum  yang  terjadi  pada  balok  kayu  komposit  adalah  sebesar τ maks =23.956  MPa.  Tegangan  geser  ini    akan  menimbulkan  pergeseran  balok  komposit  pada pertemuan bagian balok yang digabungkan. Sedangkan  tegangan geser yang terjadi pada balok kayu komposit lebih besar dari balok kayu biasa  karena karena kemampuan beban maksimum yang dipikul balok komposit lebih besar dari pada kemampuan balok biasa.

## 3.9 Balok Kayu Komposit baja ringan terhadap Beban Dinamik
Pada pengujian beban dinamik yang merupakan representasi dari beban gempa maka  pada balok  kayu  komposit  baja  ringan  terdapat  indikator  yang  menjadi  perhatian  adalah  nilai frekuensi dominan dan mode shape nya. Berdasarkan hasil uji pada model ini ditemukan ada 3 frequensi  yang  dominan  yaitu    frekuensi  yang  terjadi  pada    mode  shape  3,  9  dan  12.  Mode Shape 3 Frequency: f=1,3232 x 10 -2 Hz. Dari hasil uji model balok kayu komposit baja ringan pada  beban  dinamik  dengan  bantuan  analisa  program  Ansys  terlihat  bahwa  deformasi  total maksimm sebesar ∆=10.305 mm terjadi pada daerah ujung balok.
(a) Def Mode Shape 3                                       (b) Def Mode Shape 9 Gambar 13 Pola Deformasi total Balok kayu komposit terhadap beban dinamik Mode Shape 9 Frequency: f=288,51 Hz. Dari hasil uji model balok kayu komposit baja ringan dengan bantuan analisa program terlihat bahwa Deformasi total maksimum yang terjadi sebesar ∆= 14.021 mm pada daerah tumpuan sendi  dan rol. Mode Shape ke 12  Frequency:  f=620,67 Hz.  Dari  hasil  uji  model  balok  kayu  komposit  baja  ringan  dengan  bantuan  analisa  program Ansys  terlihat  bahwa  Deformasi  total  maksimum  yang  terjadi  pada  mode  shape  12  adalah sebesar ∆= 15.525 mm pada daerah tumpuan sendi dan rol.
Gambar 14 Pola Deformasi total mode shape 12 Balok kayu komposit baja ringan dengan beban dinamik Tabel 5. Rangkuman Dinamik Balok kayu Komposit baja ringan No. Mode Shapes 3 Total Deformation (mm) Mode Shapes 9 Total Deformation (mm) Mode Shapes 12 Total Deformation (mm)
1.
Pada Tabel 5. dapat di analisa sebagai berikut:
Mode  Shape  ke  3,  dengan  frekuensi  natural  f=1,3232  x  10 -2 Hz  terjadi    deformasi  ∆= 10,385  mm.  Hal  ini  jarang  terjadi  karena  frekuensi  dan  deformasi  tidak  memenuhi    pada keadaan  yang sesungguhnya. Pada mode shape ke 9, dengan frekuensi natural  f= 288,51 Hz terjadi deformasi ∆= 14,021 mm dan posisi pada bagian ujung balok . Keadaan ini juga tidak memenuhi pada keadaan sesungguhnya. Pada mode shape ke 12, menandakan pola terjadinya puntir pada balok. Hal ini disebabkan beban dinamik akibat getaran secara sinosoidal terhadap tiga  dimensi  sumbu  x,y  dan  z  yang  menimbulkan  gaya  dinamik  pada  arah  tiga  dimensi  dan adanya  perilaku  dinamik  dari  berbagai  sumbu  baik  itu  pada  sumbu  x,  y,  maupun  z.  Karena frekuensi  besar  dan  deformasi  yang  kecil    maka  keadaan  ini  tidak  mewakili  keadaan sesungguhnya.  Dari  tiga  keadaan  dengan  frekuensi  dominan  maka  dapat  disimpulkan  bahwa
Pinondang Simanjuntak, Perbandingan Respon Seismik Balok Kayu Biasa Dengan Komposit Baja

## Ringan Sebagai Komponen Struktur Rumah Tahan Gempa
balok kayu komposit  dengan beban Dinamik yang memiliki respon balok paling kritis terhadap gaya dinamik adalah berada pada  Mode Shapes ke 9.

## 4. KESIMPULAN
Dari  Uraian  hasil  pengujian  yang  dilakukan  dan  gambaran    pola  kecenderungan  Respon dinamik  pada  komponen  struktur  balok  sesuai  dengan    hasil  analisa  diatas  maka  dapat disimpulkan  sebagai berikut
1) Balok  kayu  biasa  memiliki  respon  dinamik  yang  cukup  baik  sehingga  balok  ini termasuk baik untuk struktur rumah tahan gempa terbukti dari hasil pengujian frequensi dominan dengan analisa program Ansys menunjukkan pola deformasi yang terjadi pada mode  shape    yang  paling  kritis  tidak  signifikan  untuk  memberikan  kerusakan  pada balok.  Gaya  dalam  yang  ditimbulkan  cukup  kecil  dan  masih  dibawah  kekuatan  balok yang di uji.
2) Balok  kayu  komposit  baja  ringan  memiliki    respon  dinamik  yang  lebih    baik    dari respon  dinamik  balok  kayu  biasa  sehingga  akan  lebih  baik  jika  digunakan  sebagai struktur bangunan rumah tahan gempa terbukti  dari hasil analisa perhitungan frequensi dominan  menunjukkan  bahwa  pola  deformasi  total  tidak  signifikan  menimbulkan kerusakan    pada  balok  karena  gaya  dalam  yang  diterima  masih  jauh  lebih  kecil  dari kemampuan balok benda uji.
3) Pada  balok  kayu  komposit  perlu  perhatian  khusus  pada  daerah  penyambungan  antara balok  kayu  dengan  komposit  baja  ringan  karena  sambungan  tersebut  menerima  gaya geser  besar  dan  dapat    melepaskan  sambungan  anatar  kayu  dengan  komposit    baja ringan  sehingga  pada  aakhirnya  menimbulkan  perlemahan  balok  kayu  komposit  baja ringan yang digunakan.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Ansys (2020) “Finite Element Analysis and Industrial Applications” Versions 19.2, 19.3, and 2020R2
Badan  Standaridasi  Nasional.(2019)  “Tata  cara  Perencanaan  Ketahanan  Gempa  Untuk Bangunan Gedung SNI 1726-2019.”
Boen, Teddy. (2009). Manual Bangunan Tahan Gempa. World Seismic Safety Initiative.Jakarta Chopra  Anil.  K  (1995)  “Dynamic  of  Structure.  Theory  and  Applycaions  to  Earthquake Engineering”, Prentice Hall, Upper Saddle,New Jersey, 07458.
Clough  &  Penzien,  1993,  Dynamic  of  Structures,  Second  Edition,  Mc.  Graw-Hill,  Inc.,  New York
Charlesson  A,  W  (1988)  “Arsitektur  Gempa  “Catatan  Seminar  dan  Kuliah  di  Victoria University of  Wellington. Wellington 1988
Departemen  Pekerjaan  Umum,  “Pedoman  Perencanaan  Ketahanan  Gempa  Untuk  Rumah  dan Gedung” SKBI-13.53.1987, UDC :699.841
Dewobroto,  W.,  Aplikasi  Rekayasa  Konstruksi  dengan  SAP  2000”,  Penerbit  PT.  Elex  Media Komputindo.
Haygreen JG, Bowyer JL (1982) Forest products and wood science: an introduction. Iowa State University Press, Ames
Kusbiantoro, A at.all (2016) “Perbandingan analisa balok  baja dengan  cara teoritis  dan  finite element analysis “
Lase. Y. “Aspek Teknik Gempa Dalam Perencanaan Bangunan Tahan Gempa”, Jurusan Teknik Sipil Universitas Indonesia, Depok.
Mario Paz, (1990) “Dinamika Struktur, Teori dan Perhitungan, Erlangga, Jakarta 1990.
e-Journal CENTECH 2020 Vol. 2 No. 1 April 2021: hlm 30-42. ISSN 2722-0230 (Online)
Modul C-4_1(2002)   “ Perencanaan bangunan rumah Sederhana Tahan Gempa” DPU Puskim Bandung 2002
Purwono,  R.,(  “Perencanaan  Struktur  Beton  Bertulang  Tahan  Gempa”,  sesuai  SNI-1726  dan SNI-2847.
Siddiq  .S  (2008)    “  Gempa  Bumi  dan  Struktur  Bangunan  Gedung”    DPU  Puskim    Bandung 2008.
SNI 05-3293-1994 “ Peraturan Pembebanan Indonesia “ Bandung 1994
Simanjuntak  Pinondang  (2012)  “  Kajian  Awal  Respon  Seismik  Rumah  adat  Tradisional Mentawai UMA. FT UKI Jakarta.
Simanjuntak Pinondang (2013) “Kajian Awal Respon Seismik Rumah adat Tradisional Batak.
FT UKI Jakarta
Simanjuntak Pinondang (2013) “
Sukoyo (2012) “Pemodelan bangunan untuk simulasi respons struktur akibat beban dinamik”. Suryanita, R, Sarfika, H (2007) “Respons struktur sdof akibat beban sinusoidal dengan metode integral Duhamel”.
Tampubolon, S. (2021). Analisis Kekuatan Geser Pada Hubungan Balok-Kolom Interior Beton Bertulang. JCEBT (JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING, BUILDING AND
TRANSPORTATION) , 5 (1), 56-63.
Teddy Boen (1977) “Dasar Dasar Perhitungan Bangunan Tahan Gempa” DPU Puskim Jakarta
Tampubolon,  S.  (2020).  Analisa  Perilaku  Balok  Beton  Bertulang  dengan  Menggunakan Simulasi VecTor2. Jurnal Rekayasa Konstruksi Mekanika Sipil , 3 (2), 55-64.
Thimo Shenko, “Elements of Strength of Materials “Affiliated East-West Press. Tampubolon, S. P., Wang, C. Y.,  & Wang, R.  Z. (2020). Numerical  simulations  of the bond stress-slip  effect  of  reinforced  concrete  on  the  push  over  behavior  of  interior  beam-column joint.  In IOP  Conference  Series:  Materials  Science  and  Engineering (Vol.  725,  No.  1,  p. 012028). IOP Publishing.
Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan (1981) “Peraturan Konstruksi Kayu   Indonesia “Jakarta 1981.