17 (2) (2022)

## Teknika
http://journals.usm.ac.id/index.php/teknika

## STUDI  TENTANG  DIAFRAGMA  KAKU  DAN  SEMI  -  KAKU
PADA STRUKTUR

## GEDUNG DENGAN KETIDAKBERATURAN VERTIKAL
Samsul A Rahman Sidik Hasibuan 1  , Yuan Anisa 2
1,2 Universitas Medan Area, Indonesia
DOI : 10.26623/teknika.v17i2.5252

## Info Artikel
___________________ Sejarah Artikel: Disubmit 27 Juni 2022
Direvisi 7 Agustus 2022 Disetujui 28 Oktober 2022 ___________________ Keywords:
rigid diaphragm ; semi-rigid diaphragms; irregular structures _______________________

## Abstrak
____________________________________________________________ Umumnya  para  insinyur  cenderung  menganggap  bahwa  diafragma  struktur  bangunan adalah kaku, tetapi arsitek sering merencanakan bangunan yang ramping menyebabkan analisis diafragma kaku tidak tepat digunakan. Diafragma kaku dan semi-kaku berperilaku berbeda.  Fleksibilitas  diafragma  mempengaruhi  distribusi  gaya  lateral  ke  komponen vertikal  elemen  penahan  gaya  lateral  dalam  suatu  struktur,  diafragma  semi-kaku mendistribusikan  gaya  lateral  berdasarkan  kekakuan  pelat.  Bangunan  beraturan  tidak memiliki diskontinuitas massa, kekakuan atau kekuatan,  secara horizontal atau vertikal yang  signifikan.  Sebaliknya,  bangunan  tidak  beraturan  memiliki  diskontinuitas  yang menyebabkan konsentrasi gaya dan deformasi di mana diskontinuitas terjadi. Tulisan ini bertujuan untuk mengamati pengaruh penggunaan diafragma kaku dan  semi-kaku pada model  struktur  dengan  ketidakberaturan  vertikal.  Model  yang  diusulkan  dianalisis menggunakan bantuan perangkat lunak ETABS Nonlinear melalui analisis beban dorong statik nonlinier. Selanjutnya, dalam tulisan ini diperoleh beberapa kesimpulan diantaranya nilai  geser  dasar  maksimum  untuk  diafragma  kaku  struktur  meningkat  sebesar  115  kN untuk analisis beban dorong statik nonlinier disebabkan oleh peningkatan massa struktur dan diafragma kaku lebih efisien dalam mengurangi perpindahan dibandingkan diafragma semi-kaku, dimana perpindahan berkurang sebesar 8%. Bentuk deformasi struktur terlihat memiliki perbedaan dalam hal ini nilai periode 1 dan 2, namun tidak terlalu signifikan.

## Abstract
____________________________________________________________ In general, engineers tend to assume that the diaphragm of a building structure is rigid, but architects often plan lean buildings so that rigid diaphragm analysis is not appropriate. Rigid and semi-rigid diaphragms behave differently. The flexibility of the diaphragm affects the distribution of lateral forces to the vertical components of the lateral force resisting elements in a structure, semi-rigid diaphragms distribute  lateral  forces  based  on  the  stiffness  of  the  slab.  Ordinary  buildings  have  no  significant discontinuities in mass, stiffness, or strength, horizontally or vertically. On the other hand, irregular buildings  have  discontinuities  that  cause  concentration  of  forces  and  deformations  where  the discontinuities  occur.  This  paper  aims  to  observe  the  effect  of  rigid  and  semi-rigid  diaphragms  on structural  models  with  vertical  irregularities.  The  proposed  model  was  analyzed  using  ETABS Nonlinear software through nonlinear static pushover analysis. Furthermore, several conclusions are obtained: The  maximum base shear value for rigid diaphragm structures increases by 115  kN for nonlinear static pushover analysis caused by the rise in the structure's mass. Rigid diaphragms are more efficient at reducing displacement than semi-rigid diaphragms, where the displacement is reduced by 8%. The deformed shape of the structure seems to have a difference, in this case, the value of periods 1 and 2, but it is not too significant.
 Alamat Korespondensi:
p-ISSN 1410-4202
E-mail: samsulrahman@staff.uma.ac.id
e-ISSN 2580-8478

## PENDAHULUAN
Diafragma adalah elemen struktur yang meneruskan beban lateral ke elemen penahan vertikal (seperti dinding geser, rangka). Diafragma biasanya horizontal, tetapi dapat dimiringkan seperti di atap pelana pada struktur kayu atau jalan beton di garasi parkir. Gaya diafragma cenderung ditransfer ke vertikal elemen penahan terutama melalui tegangan geser dalam bidang. Biasanya para insinyur cenderung  berpendapat  jika  diafragma  struktur  bangunan  merupakan  kaku,  namun  arsitek  kerap merancang bangunan yang ramping yang menimbulkan analisis diafragma kaku tidak pas digunakan. Diafragma kaku serta semi-kaku berperilaku berbeda. Dalam hal ini dapat menyebabkan kerusakan jika asumsi untuk desain tidak sesuai.
Beban lateral yang paling umum untuk menahan dari aksi angin dan gempa, tetapi beban lateral lainnya seperti tekanan tanah lateral atau tekanan hidrostatik juga dapat ditahan oleh aksi diafragma. Diafragma  suatu  struktur  sering  berfungsi  ganda  sebagai  sistem  lantai  atau  sistem  atap  pada bangunan,  atau  dek  jembatan,  yang  secara  bersamaan  mendukung  beban  gravitasi.  Diafragma biasanya dibuat dari kayu lapis atau papan di dek logam konstruksi kayu atau logam komposit dalam konstruksi  baja  atau  pelat  beton  dalam  konstruksi  beton.  Diafragma  kaku  mentransfer  beban  ke rangka  atau  dinding  geser  tergantung  pada  fleksibilitas  dan  lokasinya  dalam  struktur.  Fleksibilitas diafragma mempengaruhi distribusi gaya lateral ke komponen vertikal elemen penahan gaya lateral dalam suatu struktur, diafragma semi-kaku mendistribusikan gaya lateral berdasarkan kekakuan pelat (Najiya  &  Vahini,  2018).  Gaya  dalam  pada  diafragma  dihitung  menggunakan  pendekatan  yang berkisar  dari  idealisasi  sederhana  hingga  analisis  komputer  yang  kompleks.  Analisis  hanya  perlu serumit yang diperlukan untuk menggambarkan bagaimana gaya lateral mengalir melalui bangunan, termasuk diafragma.
Untuk  bangunan  biasa  yang  terdiri  dari  balok,  kolom,  pelat  di  mana  hambatan  lateral disediakan oleh yang serupa: elemen vertikal didistribusikan di seluruh denah lantai, model sederhana seringkali cukup untuk menentukan kekuatan diafragma. Untuk bangunan dengan ketidakberaturan atau dengan elemen vertikal yang berbeda, transfer gaya yang signifikan dapat terjadi di antara elemen vertikal  pada  berbagai  tingkat,  membutuhkan  model  yang  lebih  kompleks  untuk  menentukan kekuatan desain diafragma (Jadhav dkk, 2021). Pemodelan elemen hingga diafragma dapat berguna untuk  menilai  transfer  gaya  di  antara  elemen  vertikal,  menangani  transfer  gaya  di  sekitar  bukaan besar, menilai dampak landai di garasi parkir, dan merancang diafragma berbentuk tidak beraturan. Ketidakberaturan  dalam  denah  berkaitan  dengan  massa,  kekakuan  dan  distribusi  kekuatan  yang asimetris, yang menyebabkan peningkatan substansial dari efek  puntir ketika struktur dikenai gaya lateral, sebaliknya ketidakberaturan elevasi melibatkan variasi geometri dan struktur.
Properti di sepanjang ketinggian bangunan, umumnya menyebabkan peningkatan permintaan seismik di lantai tertentu  (Kadid & Boumrkik, 2008; Jereen et al, 2016). Dimana ketidakberaturan vertikal terjadi pada elemen vertikal dari sistem penahan gaya gempa, model diafragma kaku mungkin menghasilkan kekuatan pukulan yang tidak realistis dan sulit untuk dirancang. Dengan memodelkan fleksibilitas  diafragma pada level  ketidakberaturan  dan  lantai yang berdekatan,  transfer yang lebih realistis distribusi dapat diperoleh. Dalam kasus struktur dengan ketidakberaturan, pusat massa tidak bertepatan dengan pusat kekakuan, akan menimbulkan eksentrisitas pada bangunan (Ahmed et al., 2016; Patil et al., 2017; Ravikumar et al., 2012; Sarkar et al., 2010). Eksentrisitas terjadi pada suatu bangunan karena bentuknya yang tidak beraturan konfigurasi menghasilkan torsi pada bangunan.
Lokasi, ukuran dan orientasi elemen struktur memiliki pengaruh yang signifikan terhadap torsi yang menyebabkan sebuah bangunan menjadi rusak (Amitesh & Rakesh, 2015; Anwar et al., 2016; Chourasiya & Sakalle, 2015; Savnik et al., 2018; Zabihullah et al, 2020). Bangunan beraturan tidak
memiliki  diskontinuitas  massa,  kekakuan  atau  kekuatan,  secara  horizontal  atau  vertikal  yang signifikan.  Sebaliknya,  bangunan  tidak  beraturan  memiliki  diskontinuitas  yang  menyebabkan konsentrasi  gaya  dan  deformasi  di  mana  diskontinuitas  terjadi.  Hal  ini  dapat  mengakibatkan kegagalan elemen struktur dan keruntuhan bangunan (Habibi, 2013; Hirde & Aher, 2016; Mohod, 2016; Shelke, 2017). Tulisan ini bertujuan untuk mengamati pengaruh penggunaan diafragma kaku dan  semi-kaku  pada  model  struktur  dengan  ketidakberaturan  vertikal.  Model  yang  diusulkan dianalisis menggunakan bantuan perangkat lunak ETABS Nonlinear v9.6.0 (Computer and Structures Inc, 2003; Prakash. S., 2009) melalui analisis beban dorong statik nonlinier.

## METODE
Dalam tulisan ini model struktur 4 tingkat dengan ketidakberaturan vertikal diusulkan. Model 1 adalah struktur dengan ketidakberaturan vertikal yang dimodelkan menggunakan diafragma kaku ( rigid diaphragm )  dan  model  2  adalah  struktur  dengan  ketidakberaturan  vertikal  yang  dimodelkan menggunakan diafragma semi-kaku (semi- rigid diaphragm ) disajikan pada Gambar 1. Pemodelan dan analisis  dilakukan  dengan  bantuan  perangkat  lunak  ETABS  Nonlinear  v9.6.0.  ETABS  Nonlinear v9.6.0  memfasilitasi  sifat  sendi  plastis  yang  dijelaskan  dalam  ATC-40  (ATC-40,  1996;  Federal Emergency Management Agency, 2000). Metode analisis beban dorong statik nonlinier digunakan dalam tulisan ini. Properti sendi plastis otomatis seperti force-moment-moment (PMM) ditetapkan pada ujung  kolom  dan  sendi  plastis moment (M3)  ditetapkan  pada  ujung  balok.  Analisis  beban  dorong dilakukan dengan mempertimbangkan analisis perpindahan terkontrol. Langkah-langkah pemodelan dan  analisis  disajikan  dalam  bentuk  diagram  alir  pada  Gambar  2.  Selanjutnya  data-data  yang digunakan untuk pemodelan adalah sebagai berikut:
1. Jumlah tingkat : 4;
2. Tinggi antar tingkat : 3,5 m;
3. Mutu beton : K-300;
4. Mutu baja : Bj-37;
5. Ukuran kolom : 0,5 m x 0,5 m;
6. Penulangan kolom : 8 D25 mm, selimut beton 40 mm;
7. Ukuran balok : 0,4 m x 0,2 m;
8. Tebal pelat : 120 mm;
9. SDL : 10 kN/m;
10. LL : 20 kN/m;
11. Beban lateral: 2000 kN/m.
Model 1
Model 2
Gambar 1. Model 1 struktur dengan ketidakberaturan vertikal menggunakan diafragma kaku ( rigid diaphragm ) dan model 2 struktur dengan ketidakberaturan vertikal menggunakan diafragma semi- kaku (semi- rigid diaphragm )

## Gambar 2 . Diagram alir

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemodelan  dan  analisis  nonlinier  struktur  dengan  ketidakberaturan  vertikal  menggunakan perangkat lunak ETABS Nonlinear v9.6.0 telah diperoleh. Gambar 3 menampilkan mode 1 sebesar 0,4251  detik  dan mode 2  sebesar  0,4142  detik  untuk  struktur  dengan  diafragma  kaku.  Gambar  4 menampilkan mode 1 sebesar 0,4252 dan mode 2 sebesar 0,4144 untuk struktur dengan diafragma semi- kaku.  Gambar  5  menampilkan  hasil  analisis  berupa  level  kinerja  dan  deformasi  maksimum  yang
Mulai Berkas Model baru Edit Grid Mendefinisikan Bahan Bagian Properti Properti Rangka Properti sendi Menggambar Gambar Rangka Pilih Properti Properti Rangka Menetapkan Rangka Sendi Beban joints Gaya Perletakan tumpuan Diafragma Pola Beban Kasus Beban Beban Rangka Merata Menganalisa Menampilkan Atur Kasus Beban Untuk Dijalankan Tampilkan Kurva Pushover Statis
Tampilkan Tabel Tampilan Selesai
terjadi  pada  struktur.  Gambar  6  menampilkan  kurva  beban  dorong  berupa  geser  dasar  dan perpindahan. Model 1 memperlihatkan bahwa sendi plastis pada kolom berada dalam batas collapse prevention (CP), namun salah satu balok telah melewati batas collapse prevention (CP), sehingga balok akan mengalami keruntuhan. Model 2 memperlihatkan bahwa sendi plastis pada keseluruhan kolom berada  dalam  batas collapse  prevention (CP),  namun  salah  satu  balok  telah  melewati  batas  collapse prevention (CP), sehingga balok akan mengalami keruntuhan.
Gambar 3. Mode shape struktur dengan diafragma kaku
Gambar 4. Mode shape struktur dengan diafragma semi-kaku
Model 1 Model 2
Gambar 5. Level kinerja dan sendi plastis
Model 1
Model 2 Gambar 6 . Kurva beban dorong
Pada Tabel 1 dan Tabel 2 berturut-turut disajikan step by step nilai hasil analisis berupa geser dasar, perpindahan, serta terbentuknya sendi plastis pada masing-masing model. Setiap elemen balok dan kolom ditetapkan sendi plastis di kedua ujung. Sehingga 1 elemen balok mewakili 2 sendi plastis, contoh pembacaan pada Tabel 1 untuk step 5 terlihat sebanyak 1 elemen balok mengalami keruntuhan. Selanjutnya pada Gambar 7 disajikan perbandingan kurva beban dorong untuk masing-masing model.
Tabel 1. Step by step analisis beban dorong model 1 Step Perpindahan (m) Geser dasar (kN) B IO
LS CP C D E Beyond E 0 0,000 0 1239 1 0 0 0 0 0 0 1 0,010 2048 830 353 57 0 0 0 0 0 2 0,067 9184 615 352 215 58 0 0 0 0 3 0,124 13788 567 293 204 175 0 1 0 0 4 0,172 16417 567 293 201 178 0 0 1 0 5 0,172 16153 567 293 201 178 0 0 1 0
Tabel 2. Step by step analisis beban dorong model 2 Step Perpindahan (m) Geser dasar (kN) B IO LS CP C D E Beyond E 0 0,000 0 1239 1 0 0 0 0 0 0 1 0,012 2063 873 335 32 0 0 0 0 0 2 0,069 8455 692 299 204 45 0 0 0 0 3 0,125 13047 596 295 160 189 0 0 0 0 4 0,182 16064 587 295 158 199 0 1 0 0 5 0,187 16301 587 295 155 202 0 0 1 0 6 0,187 16047 587 294 156 202 0 0 1 0
Gambar 7. Perbandingan kurva beban dorong

## SIMPULAN
Hasil  analisis  struktur  menggunakan  diafragma  kaku  dan  semi-kaku  pada  gedung  dengan ketidakberaturan  vertikal  telah  diperoleh  dan  telah  dibahas.  Dalam  tulisan  ini  diperoleh  beberapa kesimpulan yaitu: Nilai geser dasar maksimum untuk diafragma kaku struktur meningkat sebesar 115 kN  untuk  analisis  beban  dorong  statis  nonlinier  disebabkan  oleh  peningkatan  massa  struktur,  lalu diafragma  kaku  lebih  efisien  dalam  mengurangi  perpindahan  dibandingkan  diafragma  semi-kaku, dimana perpindahan berkurang sebesar 8%. Bentuk deformasi struktur terlihat memiliki perbedaan dalam hal ini nilai periode 1 dan 2, namun tidak terlalu signifikan.

## DAFTAR PUSTAKA
A. Kadid And A. Boumrkik. (2008). Pushover Analysis Of Reinforced Concrete Frame Structures. Asian Journal Of Civil Engineering (Building And Housing) , 9 (1), 75 – 83.
Ahmed, M. M. M., Raheem, S. E. A., Ahmed, M. M., & Abdel-Shafy, A. G. A. (2016). Irregularity Effects On The  Seismic  Performance  Of  L-Shaped  Multi  -  Story  Buildings. Journal  Of  Engineering  Sciences  Assiut University Faculty Of Engineering , 44 (5), 513 – 536.
Amitesh, D., Rakesh, P. (2015). Influence Of Diaphragm On The Seismic Analysis Of Regular And Irregular Frame Structures. International Journal Of Engineering Sciences & Research Technology , 5 (1), 337 – 355. Anwar, N., Aung, T. H., & Norachan, P. (2016). Case Study: Performance-Based Seismic Design Of Reinforced Concrete Dual System Building. Asia Conference On Earthquake Engineering (6acee) , September , 22 – 24. Atc-40. (1996). Seismic Evaluation And Retrofit Of Concrete Buildings . Applied Technology Counci.
Chourasiya,  R.,  &  Sakalle,  R.  (2015).  Seismic  Evaluation Of Multi-Storey  Rc Structure  Using Different Floor Diaphragms. International Research Journal Of Engineering And Technology (Irjet) , 2 (09), 641 – 648. Computer And Structures Inc. (2003). Etabs . Usa. Federal Emergency Management Agency, F.-356. (2000). Prestandard And Commentary For Seismic Rehabilitation Of Buildings .
Habibi,  A.,  Asadi,  K.  (2013).  Seismic  Performance  Of  Rc  Frames  Irregular  In  Elevation  Designed  Based  On
0 5000 10000 15000 20000 0 100 200 Ge se r das ar ( k N ) Perpindahan (mm)

## Perbandingan Kurva Beban Dorong
Model 1 Model 2
Iranian Seismic Code. Journal Of Rehabilitation In Civil Engineering , 1 (2), 40 – 55.
Https://Doi.Org/10.22075/Jrce.2013.13 Hirde,  S.K.  &  Aher,  R.A.  (2016).  Seismic  Evaluation  Of  Irregular  Structures. International  Journal  Of  Current Engineering And Technology , 6 (5), 1665 – 1672.
Jadhav, A. P., Karale, S. A., Ansari, U. S. (2021). Analysis Of Floor Diaphragm In Multi – Storied Reinforced Concrete Building. International Advanced Research Journal In Science, Engineering And Technology , 4 (3), 126 –
131. Https://Doi.Org/10.17148/Iarjset.2017.4324 Jereen, A. T., Anand, S., & Issac, B. M. (2016). Seismic Evaluation Of Buildings With Plan Irregularity. Applied Mechanics And Materials , 225 – 230. Https://Doi.Org/Https://Doi.Org/10.4028/Www.Scientific.Net/Amm.857.225
Mohod, P. M. V. (2016). Pushover Analysis Of Structures With Plan Irregularity. Osr Journal Of Mechanical And
Civil Engineering (Iosr-Jmce) , 12 (4), 46 – 55. Https://Doi.Org/10.9790/1684-12474655 Najiya, B. M. & Vahini, M. (2018). Study On Rigid And Semi Rigid Diaphragm In Multistoried Structure Using E-Tabs. International Research Journal Of Engineering And Technology (Irjet) , 05 (08), 1216 – 1222.
Patil, S. S., Mujawar, A., Ashta, T., Ashta, T., & Ashta, T. (2017). A Study Of Torsional Effect On Multi-Storied Building With Plan- Issn : 2320-5407 A Study Of Torsional Effect On Multi-Storied Building With Plan-.
International Journal Of Advanced Research (Ijar) , 5 (2), 1625 – 1632. Https://Doi.Org/10.21474/Ijar01/2928 Prakash. S., S. T. P. V. P. (2009). Learning Of Etabs Software . Eterdcs-Nirma Uni.
Ravikumar,  C.M.,  Babu, N.K.S.,  Sujith,  B.V.,  &  Venkat,  R.D. (2012).  Effect  Of  Irregular  Configurations  On
Seismic Vulnerability Of Rc Buildings. Architecture Research , 3 (2), 20 – 26.
Https://Doi.Org/10.5923/J.Arch.20120203.01
Sarkar,  P.,  Prasad,  A. M.,  & Menon,  D. (2010).  Vertical  Geometric  Irregularity  In  Stepped  Building  Frames. Engineering Structures , August , 1 – 8. Https://Doi.Org/10.1016/J.Engstruct.2010.03.020 Savnik, N., Jones, R., Amador, S., & Ventura, C. (2018). Influence Of Diaphragm Modelling On The Dynamic Performance  Of  A  Reinforced  Concrete  High-Rise  Building. Proceedings  Of  Isma2018  And  Usd2018 , November , 1491 – 1504.
Shelke,  R.  N.  (2017).  Seismic  Analysis  Of  Vertically  Irregular. International  Journal  Of  Civil  Engineering  And Technology (Ijciet) , 8 (1), 155 – 169.
Zabihullah,  Priyanka,  S.  And  Mohammad,  Z.  A.  (2020).  Effect  Of  (Vertical  &  Horizontal)  Geometric Irregularities On The Seismic Response Of Rc Structures. Et International Journal On Emerging Technologies , 11 (3), 965 – 974.