## Studi Perbandingan Respon Struktur pada Gedung Menggunakan Profil Baja Kastela dan WF
NESSA VALIANTINE DIREDJA 1 *, ERMA DESIMALIANA 1 , IBNU ADHITOMO 2
1 Dosen Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia
2 Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil, Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia Email: nessa.valiantine@itenas.ac.id

## ABSTRAK
Penggunaan material beton bertulang sebagai material konstruksi struktur gedung masih sangat populer khususnya pada bangunan tinggi. Namun saat ini, material baja sudah tidak asing di dunia  konstruksi  karena  kekuatan  tarik  dan  tekan  yang  cukup  tinggi  dibandingkan  beton bertulang. Adapun inovasi dari baja profil salah satunya adalah baja kastela. Baja kastela dapat menambah  kapasitas  kekuatan  penampang  tanpa  menambah  berat  sendirinya.  Penelitian  ini mengkaji respons struktur dari 3 model gedung 9 lantai berupa struktur eksisting menggunakan material beton bertulang, struktur gedung dengan material baja dan struktur gedung baja yang menggunakan balok dari baja kastela. Berdasarkan hasil analisis didapatkan kesimpulan bahwa dari ketiga variasi model struktur, gedung dengan menggunakan baja kastela pada elemen balok menghasilkan periode serta simpangan antar lantai yang lebih kecil di segala arah dibandingkan dengan bangunan dari struktur beton bertulang dan struktur baja.

## Kata kunci: beton bertulang, baja, baja kastela

## ABSTRACT
The  use  of  reinforced  concrete  as  a  construction  material  for  building  structures  is  still  very popular, especially in high rise building. However, currently, steel material is also common to use because its tensile and compressive strength is quite high compare to reinforced concrete. One of the innovations in steel profile is castellated steel. Castellated steel can increase the strength capacity especially in bending strength without increasing its own weight. This research examines the structural response of three models of 9 story buildings in the form of existing structure using reinforced concrete material, building structure using steel material and steel building with the use of castellated beam. Based on the result of the analysis, it was concluded that of the three structural  model  variations,  building  using  castellated  beam  produced  period  of  structure  and story drift that smaller in all direction compared to buildings using reinforced concrete and steel structures.
Keywords: reinforced concrete, steel, castellated steel

## 1. PENDAHULUAN
Dalam  mengoptimalisasi  desain  suatu  struktur  bangunan,  penggunaan  jenis  material  serta dimensi profil merupakan hal yang paling utama. Hal ini dikarenakan dalam suatu perencanaan struktur dibutuhkan tingkat efisiensi yang tinggi, kinerja struktur yang baik dan biaya yang paling minimum. Beton bertulang merupakan material yang paling sering digunakan dalam sebuah  konstruksi  bangunan,  hal  ini  disebabkan  kuat  tekan  yang  tinggi  serta  biaya pemeliharaan yang rendah merupakan kelebihan utama dari material ini [1], bahan baku beton bertulang  seperti  semen  dan  agregat  sangat  mudah  ditemukan  di  pasaran,  di  samping  itu beton  bertulang  juga  mudah  dibentuk  mengikuti  dimensi  atau  bentuk  penampang  yang dibutuhkan.
Selain  beton  bertulang,  baja  profil  saat  ini  sudah  sangat  umum  digunakan  dalam  suatu pembangunan baik gedung, rangka atap, jembatan, maupun jenis bangunan lainnya. Dengan kekuatan tariknya yang cukup tinggi serta kemudahan dan waktu pengerjaan yang lebih cepat dibandingkan material lainnya, baja memiliki daya tarik tersendiri dalam kegunaannya pada suatu konstruksi. Material baja cukup bersaing dengan material beton bertulang dikarenakan baja  memiliki  kuat  tarik  dan  tekan  yang  tinggi  dengan  berat  struktur  yang  lebih  kecil dibandingkan beton, sehingga mampu mempengaruhi pula dimensi dari fondasi strukturnya [6]  [11].  Seiring  pesatnya  perkembangan  industri  pembangunan,  baja  profil  saat  ini dimodifikasi sedemikian rupa agar memiliki nilai estetika tanpa mengurangi fungsi utamanya, salah satu contohnya adalah profil baja kastela. Bukaan pada bagian baja profil ini digunakan untuk meningkatkan kapasitas dari penampang tanpa menambah berat dari struktur.
Balok kastela atau disebut juga castellated beam merupakan rekayasa profil baja yang sudah ada sejak lama dan mulai sering digunakan belakangan ini. Balok kastela adalah sebuah balok yang dibentuk dengan cara castellation [8]. Castellation adalah proses pemotongan pelat di bagian badan profil WF dengan suatu pola yang kemudian disambung kembali dengan cara di las  [12].  Pemotongan  dan  penyambungan  kembali  ini  menyebabkan  adanya  penambahan tinggi pada profil sehingga kekuatan dan kekakuan pada balok dapat bertambah [7]. Apabila dibandingkan dengan balok aslinya, baja kastela unggul dalam desain dan konstruksi karena penambahan tinggi profil tersebut menyebabkan peningkatan rasio kedalaman terhadap berat, peningkatan modulus penampang dan juga momen inersia terhadap sumbu kuat. Peningkatan ini  bukan  saja  memungkinkan  penggunaan  pada  bentang  yang  panjang,  namun  juga meingkatkan efisiensi dari segi penghematan biaya ketika digunakan pada bentang panjang [10].  Penggunaan  baja  kastela  saat  ini  masih  kurang  umum  digunakan  sebagai  konstruksi utama,  khususnya  di  daerah  luar  Jawa,  hal  ini  dikarenakan  kendala  pada  sumber  daya peralatan juga tenaga ahli pabrikasi untuk pembentukkan baja kastela [5].
Dengan dasar latar belakang tersebut, penelitian ini menganalisis perbandingan respon stuktur gedung dengan tiga variasi material, yaitu gedung eksisting menggunakan beton bertulang, lalu perencanaan ulang gedung struktur baja WF serta gedung menggunakan kolom dari profil baja WF dan balok dari profil baja kastela. Respon struktur yang ditinjau adalah periode getar, gaya geser dasar, dan simpangan antar lantai.

## 2. METODOLOGI
Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi literatur dengan cara mencari data stuktur gedung eksisting beton bertulang yang akan dianalisis, kemudian memodelkan ulang gedung tersebut dengan dua variasi gedung tambahan, yaitu gedung baja serta gedung kolom baja dan balok kastela.

## Studi Perbandingan Respon Struktur Pada Gedung Menggunakan Profil Baja Kastela dan WF
Pada penelitian ini, bangunan yang dianalisis merupakan gedung 9 lantai yang diperuntukkan sebagai  hotel,  dengan  lokasi  di  Bandung,  Jawa  Barat.  Jenis  tanah  yang  digunakan  adalah tanah sedang, mutu beton menggunakan 𝑓 𝑐 ′ 30 MPa sedangkan mutu baja yang digunakan adalah BJ41. Perkiraan dimensi awal dari elemen struktur ditentukan sesuai SNI 1729:2020 [4], lalu gedung dimodelkan dengan menggunakan software ETABS seperti yang terlihat pada Gambar 2. Pada penelitian ini digunakan SNI 1727:2020 untuk acuan beban hidup pengguna dan  beban  angin  [3],  selain  itu  SNI  1726:2019  juga  digunakan  sebagai dasar  perhitungan beban gempa [2]. Metode yang digunakan untuk analisis beban gempa adalah metode dinamik respons spektrum dan data gempa disesuaikan dengan lokasi bangunan yang diteliti, setelah memodelkan gedung menggunakan profil dari hasil preliminary design, dilakukan pemeriksaan terhadap periode  struktur,  gaya  geser dasar dan  simpangan,  jika hasil pemeriksaan  belum memenuhi  ketentuan  maka  akan  dilakukan  redesign  hingga  semua  hasil  pemeriksaan terpenuhi. Adapun bagan alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Gambar 2. Tampak 3D struktur gedung

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis yang didapatkan dari output ETABS yaitu perilaku struktur berupa periode getar struktur,  gaya  geser  dasar  dan  simpangan  antar  lantai.  Hasil  tersebut  digunakan  untuk mengetahui  perbedaan  respons  struktur  pada  bangunan  beton  bertulang,  serta  bangunan alternatif menggunakan struktur baja WF dan bangunan alternatif menggunakan kolom baja dan balok kastela.
Tabel 1. Periode Struktur
Bangunan UX UY RZ Beton Bertulang  1,62  1,44  1,27 Baja WF 1,81  1,06  0,92 Baja Kastela 1,44  1,04  0,89
Tabel 1 di atas menunjukkan periode getar untuk semua variasi struktur, struktur gedung dengan  menggunakan  variasi  balok  baja  kastela  memiliki  periode  getar  yang  lebih  kecil dibandingkan  gedung  lain,  sedangkan  periode  getar struktur yang  terbesar adalah  struktur gedung  beton  bertulang.  Periode  struktur  ini  menunjukkan  waktu  yang  diperlukan  bagi struktur untuk kembali ke bentuk asal setelah menerima gaya gempa [6].

## Tabel 2. Gaya Geser Dasar
Bangunan Arah X-Y [kN] Beton Bertulang 1.812,87 Baja WF 959,13 Baja Kastela 977,99
Menurut SNI 1726:2019, faktor skala harus digunakan sesuai dengan ordinat ragam spektrum jika hasil gaya geser dinamik belum mencapai 100% gaya geser statik ekivalen. Tabel 2 di atas menunjukan nilai gaya geser dasar yang telah dikalikan faktor skala. Dari hasil output software,  nilai  gaya  geser  dasar  untuk  semua  variasi  gedung  pada  penelitian  ini  tidak memenuhi  persyaratan  sehingga  memerlukan  skala  pembesaran  sesuai  peraturan  yang ditetapkan. Terlihat pada Tabel 2, gedung beton bertulang memiliki nilai gaya geser dasar yang paling besar sedangkan gaya geser dasar terkecil terjadi pada gedung dengan variasi gedung yang menggunakan balok kastela. Merujuk pada SNI 1726:2029, gaya geser dasar seismik  dipengaruhi  oleh  koefisien  respons  seismik  dan  berat  seismik  efektif,  dikarenakan koefisien respons seismik yang pada seluruh variasi gedung menggunakan nilai yang sama, maka dari itu berat seismik efektiflah yang paling mempengaruhi besarnya perbedaan gaya geser dasar dari ketiga variasi gedung yang dimodelkan.
0 2 4 6 8 10 0 20 40 60 80 La nt ai Δ [mm] Smpangan Izin Beton Bertulang Baja IWF Baja Kastella

## Studi Perbandingan Respon Struktur Pada Gedung Menggunakan Profil Baja Kastela dan WF

## Gambar 4. Simpangan antar lantai untuk arah Y
Simpangan lateral pada setiap lantai harus dipastikan memenuhi persyaratan untuk mencegah kerusakan non struktural, menjaga stabilitas struktur, serta menjaga kenyamanan penghuni bangunan  [9].  Menurut  SNI  1726:2019,  simpangan  antar  tingkat  harus  lebih  kecil dibandingkan dengan simpangan antar tingkat izin, dimana nilai simpangan antar lantai ini dihitung dari selisih defleksi pusat massa tingkat teratas dan terbawah. Terlihat pada Gambar 3  dan Gambar 4  simpangan  antar lantai  baik arah  X  maupun  arah  Y,  pada  setiap  variasi gedung memenuhi persyaratan simpangan izin maksimum antar lantai. Pada arah X maupun Y,  struktur  dengan  balok  baja  kastela  memiliki  simpangan  antar  lantai  yang  lebih  kecil dibandingkan struktur baja dan beton bertulang, sedangkan simpangan antar lantai terbesar pada arah Y, terjadi pada bangunan struktur bertulang, di sisi lain pada arah  X simpangan antar lantai pada tingkat atas terbesar terjadi pada struktur bangunan baja.

## 4. KESIMPULAN
Dari hasil analisis penelitian ini dapat disimpulkan bahwa pada ketiga variasi struktur gedung, struktur gedung yang menggunakan balok kastela memiliki periode struktur yang paling kecil dibandingkan  variasi  gedung  beton  bertulang  dan  gedung  baja  baik  untuk  arah  X,  arah  Y maupun rotasi Z dengan nilai periode sebesar 1,44 untuk arah X; 1,04 untuk arah Y dan 0,89 untuk rotasi arah Z. Adapun untuk nilai gaya geser dasar, gedung baja dan gedung dengan menggunakan balok IWF memiliki nilai gaya geser dasar yang jauh lebih kecil dibandingkan gedung beton bertulang yaitu sebesar 1.812,87 kN untuk gedung beton bertulang; 959,13 kN untuk variasi gedung baja dan 977,99 kN untuk variasi gedung balok kastela. Besarnya gaya geser dasar pada gedung beton bertulang salah satunya dipengaruhi oleh berat seismik yang cukup  besar.  Hal  yang  sama  juga  terjadi  pada  hasil  analisis  simpangan  antar  lantai, penggunaan baja kastela pada elemen balok, menghasilkan nilai simpangan antar lantai yang lebih kecil dibandingkan gedung baja dan gedung beton bertulang.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Apriani, W. (2020). Review Design Struktur Beton Bertulang terhadap Struktur Baja pada Struktur Gedung di Atas Tanah Lunak. Teras Jurnal.
[2]  Badan  Standardisasi  Nasional.  (2019). SNI  1726:2019  tentang  Tata  Cara  Perencanaan Ketahanan  Gempa  untuk  Struktur  Gedung  dan  Non  Gedung.  Jakarta:  Badan Standardisasi Nasional.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 La nt ai Δ [mm] Simpangan Izin Beton Bertulang Baja IWF Baja Kastela
[3] Badan Standardisasi Nasional. (2020). SNI 1727:2020 tentang Beban Desain Minimum dan Kriteria  Terkait  Untuk  Bangunan  Gedung  dan  Struktur  Lain.  Jakarta:  Badan Standardisasi Nasional.
[4] Badan Standardisasi Nasional. (2020). SNI 1729:2020 tentang Spesifikasi untuk bangunan gedung baja struktural. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.
[5]  Busman,  M.  A.  (2021). Analisa  Perencanaan  Peningkatan  Balok  Baja  Profil  WF  (Wide Flange) dan Balok Castella Bertumpuan Sederhana. Tugas Akhir. Makassar: Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Negeri Makassar.
[6]  Futariani,  Y.  S.  (2017). Kajian  Struktur  Baja  sebagai  Alternatif  Review  Design  Struktur Beton Bertulang (Studi Kasus pada Gedung LPTK FT UNY). Proyek Akhir. Yogyakarta: Program Studi Teknik Sipil Universitas Negeri Yogyakarta.
[7] Lammirta, L. d. (2018). Analisis Tegangan dan Defleksi pada Balok Kastela dengan Bukaan Rhomb Menggunakan Metode Elemen Hingga. JMTS (Jurnal Mitra Teknik Sipil), 1(1), 55-64.
[8] Morkhade, S. G. (2019). Behavior of Castellated Steel Beams: State of the Art Review. Electronic Journal of Structural Engineering, 19(1), 39-48.
[9]  Nursani,  R.  d.  (2021).  Analisis  Perbandingan  Perilaku  Struktur  Gedung  dengan  Kolom Komposit  dan  Kolom  Non  Komposit. Jurnal  Teknik  Sipil  (JOCE,  University  of Tanjungpura), 21(2), 1-8.
[10]  Suhendi,  C.  P.  (2020).  Evaluasi  Perencanaan  Struktur  Bangunan  Pabrik  Batu,  Imitasi Menggunakan Struktur Balok Baja Kastela (Honeycomb). Jurnal Rekayasa Teknologi Nusa Putra, 6(2), 32-40.
[11] Wijayana, H., Susanti, E. dan Septiarsilia, Y. (2020). Studi Perbandingan Letak Shear Wall terhadap Perilaku Struktur dengan menggunakan SNI 1726:2019 dan SNI 2847:2019. Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan VIII (pp. 467-473). Surabaya: Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya.
[12] Yustia, V. W., et al. (2020). The Structural Behavior of Castellated Beam with Shape. 4th International  Conference  on  Civil  Engineering  Research  (ICCER  2020)  (pp.  1-8). Surabaya: IOP Publishing.