## JUTEKS - JURNAL TEKNIK SIPIL
Vol. 3 No. 2, Halaman: 282 - 292 Oktober 2018

## STUDI PARAMETRIK: KINERJA SEISMIK KOLOM KOMPOSIT EWECS ( ENGINEERING WOOD ENCASED CONCRETE-STEEL )

## DENGAN BAJA PROFIL KING CROSS
Zev Al Jauhari 1 *, Faisal Ananda 2 , Fauzan 3 dan Ruddy Kurniawan 4
1,2 Jurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Bengkalis Jln. Bathin Alam, Sungai Alam, Bengkalis, Provinsi Riau, Indonesia
3,4 Jurusan Teknik Sipil, Universitas Andalas Limau Manis, Padang, Provinsi Sumatera Barat, Indonesia
* E-mail: zevaljauhari@polbeng.ac.id

## Abstrak
Kolom  komposit  EWECS  ( Engineering  Wood  Encased  Concrete-Steel )  merupakan  struktur  komposit hybrid yang  telah  dikembangkan  untuk  zona  seismik  rendah  dan  tinggi.  Studi  eksperimental  pada  perilaku seismik kolom komposit EWECS telah dilakukan oleh Fauzan et. al, 2005. Untuk melengkapi dan memvalidasi hasil  studi  eksperimental,  analisis  numerik  dilakukan  pada  kolom  EWECS  di  bawah  beban  konstan  aksial  dan beban  lateral  siklik.  Analisis  berbasis  metode  elemen  hingga  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  struktural kolom  EWECS  menggunakan  baja  profil king  cross dan  dibandingkan  dengan  hasil  eksperimental.  Analisis numerik menggunakan  program  ANSYS  APDL  v.14,  untuk mengetahui  perilaku seismik struktur  kolom  berupa karakteristik  histeresis,  distribusi  tegangan  utama,  dan  mode  kegagalan.  Hasil  analisis  numerik  menunjukkan bahwa kolom EWECS memiliki kinerja yang sangat baik tanpa kerusakan parah, bahkan pada story drift akhir, R 5%.  Kayu  panel  berkontribusi  terhadap  kapasitas  kolom  hingga  R  5%,  meskipun  retak  pada  kayu  muncul setelah  R  3%.  Secara  umum,  distribusi  tegangan  pada  model  FE  dapat  mewakili  mode  kegagalan  spesimen kolom  dengan  baik.  Analisis  numerik  studi  parametrik  juga  dilakukan  pada  kolom  komposit  EWECS. Berdasarkan  analisis  studi  parametrik,  semakin  besar  tebal  kayu  maka  semakin  meningkat  kinerja  seismik kolom, namun besarnya disipasi energi cenderung tetap. Semakin tinggi mutu beton maka semakin meningkat kinerja seismik kolom, namun gaya geser maksimum hanya mengalami sedikit kenaikan.
Kata kunci : Kolom Komposit, Enginering Wood Encased Concrete-Steel , Analisis Elemen Hingga, ANSYS, dan Kinerja Seismik

## PENDAHULUAN
Material  kayu  sudah  sangat  populer digunakan  sebagai  elemen  struktur.  Banyak bangunan  gedung  yang  dibuat  dari  kayu karena  material  ini  ramah  lingkungan  dan mempunyai  nilai  estetika  dan  keindahan. Sebuah  sistem  struktur  hybrid  kayu  telah diteliti dan dikembangkan, yaitu sistem struktur Engineering  Wood  Encased  Concrete-Steel (EWECS).  Kolom  komposit  EWECS  adalah struktur  kolom  komposit  yang  terdiri  dari core beton  yang  membungkus  baja  (CES)  dan lapisan  kayu  panel  sebagai  penutup,  dengan penampang  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 1. Keuntungan ekonomi dan struktural dapat  diwujudkan  pada  tipe  kolom  komposit ini.  Beton  pada  struktur komposit  ini  berfungsi untuk menahan tekuk lokal baja dan meningkatkan  daktilitas  struktur.  Penggunaan panel kayu pada struktur ini memiliki beberapa manfaat.  Selama  konstruksi,  kayu  panel berfungsi sebagai pembentuk (bekisting) kolom,  mengurangi  pekerjaan  dan  kebutuhan
material  konstruksi  sehingga  mengurangi biaya  konstruksi.  Dari  segi  struktural,  kayu panel  dapat  meningkatkan  perilaku  struktur pada  kolom  melalui  aksinya  memberikan ikatan  pada core serta  menahan  momen lentur,  gaya  geser,  dan  tekuk.  Keuntungan  ini membuat  kolom  komposit  EWECS  bisa diterapkan  sebagai  sebuah  alternatif  kolom SRC,  yang  mempunyai  kelemahan  karena sulit  pada  proses  konstruksi.  Serangkaian studi  eksperimental  terhadap  kinerja  seismik kolom  EWECS  yang  dikenakan  beban  aksial konstan  dan  beban  lateral  siklik  sebagai simulasi  gempa  telah  dilakukan  oleh  Fauzan, et  al.,  2005  di  laboratorium  dari  Toyohashi University of Technology (TUT) Jepang. Pada  dasarnya,  studi  eksperimental sangat  ideal  untuk  mempelajari  perilaku  dan kegagalan  struktur.  Namun,  studi  ini  dapat memakan waktu dan biaya yang mahal. Selain itu,  studi  eksperimental  juga  membutuhkan fasilitas  yang  memadai,  ruang,  pengaturan dan  setting  alat,  dan  tenaga  kerja.  Jika dilakukan  dengan  benar,  analisis  elemen

## STUDI PARAMETRIK: KINERJA SEISMIK KOLOM KOMPOSIT EWECS (ENGINEERING WOOD ENCASED CONCRETE-STEEL) DENGAN BAJA PROFIL KING CROSS
Zev Al Jauhari 1* , Faisal Ananda 2 , Fauzan 3 dan Ruddy Kurniawan 4 283
hingga  dapat  menjadi  alternatif  ampuh  dan menarik sebagai pengganti dan validator untuk pengujian  eksperimental.  Hal  ini  mendasari penulis  untuk mengembangkan model elemen hingga  menggunakan  software  ANSYS  APDL v14  untuk  memprediksi  respon  dan  perilaku seismik kolom komposit EWECS akibat beban lateral  siklik.  Perangkat lunak  ini  telah  terbukti keandalannya  dalam  banyak  penelitian  dan dianggap  cocok  untuk  kasus  ini.  Model dikembangkan  dengan  mempertimbangkan perilaku nonlinier material. Hasil yang diperoleh dari analisis elemen hingga diverifikasi  dengan  hasil  tes  eksperimental yang  dilakukan  oleh  Fauzan  et  al..  Studi parametrik  juga  dilakukan  untuk  menyelidiki pengaruh  material  (kuat  tekan  beton  dan ketebalan  panel  kayu)  terhadap  kinerja  kolom komposit EWECS.
Gambar 1. Gedung dengan sistem struktur dan penampang kolom komposit EWECS [1]

## MATERIAL DAN PERMODELAN

## M ATERIAL P ROPERTIES
Untuk  menganalisis  dan  memperoleh hasil yang akurat dari perilaku seismik struktur kolom  komposit  EWECS,  sifat  material ( material properties ) yang akurat dan koefisien yang  relevan  harus  didefinisikan  dengan  baik dalam model FE. Komponen struktur ini terdiri dari  material  berikut:  beton,  baja,  kayu  panel, dan  pelat  baja  (perletakan  dan  pembebanan). Rekapitulasi material properties, model konstitutif, dan koefisien-koefisien untuk setiap
elemen yang dinputkan pada program ANSYS ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Rekapitulasi Material Properties
Setiap Elemen NM Material Properties 1 Beton Modulus Elastisitas (N/mm 2 ) 28000 Poisson Rasio 0.2 Koef. geser untuk retak terbuka 0.75 Koef. geser untuk retak menutup 0.90 Kuat tarik uniaxial (N/mm 2 ) 1.8 Kuat tekan uniaxial (N/mm 2 ) 35
Model Konstitutif :
2 Baja Flange Modulus Elastisitas (N/mm 2 ) 146800 Poisson Rasio 0.3 Tegangan Leleh (N/mm 2 ) 293.6 Modulus tangen 0 Model Konstitutif : 3 Baja Web Modulus Elastisitas (N/mm 2 ) 156700 Poisson Rasio 0.3 Tegangan Leleh (N/mm 2 ) 313.3 Modulus tangen 0 Model Konstitutif :
Kolom EWECS Balok EWES Joint Balok - Kolom EWECS Beton Kayu Panel Baja King Cross
Modulus Elastisitas (N/mm 2 ) 13700 Poisson Rasio 0.38 Koef. geser untuk retak bukaan 0.35 Koef. geser untuk retak menutup 0.50 Kuat tarik uniaxial (N/mm 2 ) 5 Kuat tekan uniaxial (N/mm 2 ) 46.2
Model Konstitutif : M ODEL N UMERIK 3D K OLOM K OMPOSIT EWECS
Model  FE  tiga  dimensi  yang  dibuat pada  penelitian  ini  mereplikasikan  kolom komposit EWECS dalam program eksperimental. Detail dan dimensi penampang kolom  EWECS  dengan  baja  profil king  cross ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Kolom  EWECS memiliki  tinggi  1600  mm  dengan  luas penampang  total  400  x  400  mm.  Perangkat lunak  ANSYS  APDL  v14  digunakan  untuk membangun  geometri  model,  memproses model  numerik  menggunakan  metode  elemen hingga,  dan  melihat  hasil  (baik  pra  maupun pasca- processing ).

## Gambar 2. Detail dan dimensi penampang kolom komposit EWECS
Elemen solid digunakan untuk memodelkan  seluruh  material  pembentuk kolom  komposit  EWECS  (beton,  baja  profil, dan  kayu).  Elemen  solid65  dan  solid185, seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3, digunakan  untuk  model  FE,  dimana  elemen- elemen ini merupakan elemen solid isoparametric  berdasarkan  interpolasi  linear
dan  integrasi  Gauss.  Elemen  Solid65  dapat mendefinisikan  sifat  material  linear  isotropik dan  multi-linear  isotropik  untuk  model  beton. Model  material  beton  adalah  elemen  yang sesuai untuk material getas ( brittle ) dan quasi- brittle.  Elemen  ini  dapat  mengkarakterisasi distribusi  retak  serta  mampu  retak  pada tegangan  tertentu  dan  hancur  akibat  gaya tekan.  Elemen  ini  didefinisikan  oleh  delapan node  dengan  tiga  derajat  kebebasan  pada setiap  node:  arah  x,  y,  dan  z.  Aspek  yang paling penting dari elemen ini adalah treatment pada sifat material nonlinear. Elemen Solid185 digunakan  sebagai  elemen  pembentuk  baja dan  kayu.  Solid185  juga  digunakan  untuk model tiga dimensi pada struktur solid. Elemen ini  terdiri  dari  delapan  nodal  dengan  tiga derajat kebebasan pada masing-masing nodalnya, yaitu translasi pada arah x, y, dan z. Elemen  ini  memiliki  kapabilitas  plastisitas, tegangan  kekakuan,  defleksi  dan  regangan yang besar [5].
Model  numerik  pada  penelitian  ini dianggap perfectly-bonded untuk setiap interface material  pada  pertemuan  baja  profil dengan beton. Sedangkan pertemuan permukaan kayu dengan beton yang mengalami kontak, dibuatkan model interface - nya.  Asumsi  ini  berlaku  karena  pada  hasil eksperimental terjadi slip dan pemisahan yang terjadi  pada  masing-masing  material.  Elemen Conta174  and  Targe170  digunakan  untuk model interface ,  dimana  Conta174  diletakkan pada  material  beton,  sedangkan  Targe170 pada  material  kayu.  Elemen  ini  memiliki delapan  node  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar  4.  Analisis  numerik  menetapkan tegangan  normal  diubah  menjadi  nol  jika terjadi  pemisahan  antara  permukaan  dalam kontak [6].
Gambar 3. Elemen solid65 dan solid185 [4]

## STUDI PARAMETRIK: KINERJA SEISMIK KOLOM KOMPOSIT EWECS (ENGINEERING WOOD ENCASED CONCRETE-STEEL) DENGAN BAJA PROFIL KING CROSS
Zev Al Jauhari 1* , Faisal Ananda 2 , Fauzan 3 dan Ruddy Kurniawan 4 285
Gambar 4. Elemen conta174 dan targe170 [4]

## M ESHING
Pada penelitian ini, ukuran mesh yang berbeda  diuji  untuk  menentukan  mesh  yang tepat  sehingga  akan  memberikan  hasil  yang akurat dengan waktu proses perhitungan yang lebih sedikit. Kerapatan mesh yang digunakan pada  analisis  numerik  ini  mempertimbangkan aspect  ratio elemen.  Nilai aspect  ratio yang digunakan rata-rata hampir sama dengan satu. Hal  ini  dilakukan  agar  pemodelan  kolom komposit memiliki hasil yang akurat, berimbang,  dan  memadai  dalam  waktu komputasi.  Gambar  5  menunjukkan  meshing kolom  komposit  EWECS  dengan  jumlah elemen yang digunakan adalah 4420.
Gambar 5. Meshing model 3D kolom EWECS

## S YARAT B ATAS
Syarat  batas  ( Boundary  conditions ) digunakan  untuk  mensimulasikan  kondisi eksperimental. Mengacu pada setup spesimen eksperimental,  kondisi  batas  yang  digunakan dalam analisis numerik ini menggunakan pelat angkur  baja  dengan  ukuran  700  x  700  x  400 mm  pada  bagian  atas  dan  bawah  kolom. Nodal  di  pelat  baja  bawah  kolom  diberikan tahanan translasi horizontal dan vertikal ( fixed / jepit)  pada  seluruh  arah  derajat  kebebasan (arah x,  y, dan  z).  Selama analisis, ditemukan bahwa  hasil  yang  sensitif  terhadap  kondisi batas  di  pelat  angkur  baja  di  atas  kolom. Terjadi  perpindahan  arah  vertikal  (arah  y) pada  pelat  baja  tersebut,  baik  arah  positif maupun  negatif,  saat  proses  pembebanan berlangsung.  Untuk  mencegah  perpindahan ini,  penyempurnaan  khusus  dari  kondisi  batas
di permukaan pelat baja atas kolom dilakukan dengan  memberikan  tahanan  translasi  pada arah y (rol).
Kondisi batas akhir ( boundary conditions )  dan  metode  pembebanan  yang diterapkan  pada  model  FE  ditunjukkan  pada Gambar  6.  Nodal  pada  dua  baris  (paling  atas dan  paling  bawah)  pelat  baja  atas  merupakan nodal  yang  diberikan  beban  displacement.  Ini dipilih  untuk  memastikan  semua  elemen  pada pelat  angkur  baja  atas  bergerak  bersama- sama. Kondisi batas yang sama berlaku untuk semua siklus pembebanan.
Gambar 6. Syarat batas dan beban model kolom EWECS

## B EBAN
Beban aksial konstan yang diaplikasikan pada  model  kolom  adalah  beban  terpusat pada setiap nodal dengan nilai 770 kN. Beban aksial  dikenakan  di  bagian  atas  kolom, tepatnya  pada  nodal  pelat  baja  bagian  atas. Hal  ini  diwakili  dalam  model  FE  dengan menerapkan  tekanan  13  kN  pada  nodal sebanyak  544  di  pelat  baja  angkur  diatas kolom.  Riwayat  pembebanan  lateral  untuk model  FE  didasarkan  pada  story  drift.  Jumlah siklus berbeda dengan  yang digunakan dalam program eksperimental.
Riwayat  pembebanan  lateral  terdiri  dari lima  dasar  siklus  pada  tingkat  penyimpangan tertentu.  Hal  ini  diwakili  dalam  model  elemen hingga  dengan  menerapkan  perpindahan dalam  siklus  pembebanan  (load  step)  di  tepi atas  kolom.  Siklus  pembebanan  dikendalikan
Fixed pada arah x,
y, dan z
Beban lateral siklik dalam bentuk perpindahan Beban aksial konstan
(garis merah)
Fixed pada arah y
oleh  story  drift,  R  =  /h,  yang  didefinisikan sebagai  rasio  perpindahan  lateral  terhadap tinggi  kolom.  Urutan  beban  lateral  terdiri  dari satu  siklus  untuk  setiap  story  drift,  R  0,5%, 1%,  1,5%,  2%,  3%,  4%,  dan  diikuti  oleh setengah siklus R 5%, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Beban lateral siklik

## S OLUSI N ONLINIER
Perpindahan  siklik  yang  diterapkan pada  model  dibagi  menjadi  serangkaian kenaikan ( increments ) yang disebut load steps dan load  substeps .  Pada  setiap increment akhir  solusi,  program  akan  menyesuaikan matriks kekakuan model sebelum melanjutkan ke load  step berikutnya  untuk  mencerminkan perubahan  nonlinear  pada  kekakuan  struktur model.  Untuk  memprediksi  dan  mengontrol ukuran incerement pada  setiap load  step , penulis  menggunakan  pilihan  waktu  step otomatis  [5].  Saat  analisis,  kekakuan  model diperbarui oleh iterasi kesetimbangan Newton- Raphson dengan default hingga 30 persamaan kesetimbangan.
Perilaku
konvergensi  model  tergantung  pada  respon nonlinier beton akibat regenerasi dan propagasi  (penjalaran)  retak,  dan  hilangnya kekakuan pada elemen-elemen tertentu setelah disipasi energi. Hal ini dapat menyebabkan perbedaan dan kegagalan yang akan mengarah pada penghentian analisis [6].
Dalam  penelitian  ini,  kegagalan  model FE  didefinisikan  ketika  solusi  dengan  selisih perpindahan  sebesar  0.01  mm  tidak  bertemu (tidak  konvergen).  Sehingga  ANSYS  akan memberikan pesan untuk menentukan perbedaan  analisis  karena  besar  defleksi melebihi  batasan  perpindahan  program  [7]. Kriteria  konvergensi  untuk  setiap  elemen didasarkan  pada  kekuatan,  perpindahan,  dan batas-batas toleransi kriteria konvergensi. Nilai standar  dari  toleransi  konvergensi  ANSYS yang  dipilih  adalah  5%  untuk  pengecekan perpindahan  (default).  Namun,  konvergensi sulit dicapai dengan menggunakan nilai default karena  perilaku  yang  nonlinear  pada  elemen
beton  dan  defleksi  yang  besar  saat  menerima beban  siklik.  Sehingga  untuk  mendapatkan konvergensi  dari  iterasi  kesetimbangan,  batas toleransi konvergensi ditingkatkan menjadi 10- 15% untuk pengecekan kriteria perpindahan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## K ARAKTERISTIK H ISTERESIS
Perbandingan  kurva  gaya  geser  versus story  drift  hasil  studi  eksperimental  dengan hasil  FEM  untuk  model  kolom  komposit EWECS  dapat  dilihat  pada  Gambar  8.  Pada gambar, garis merah menunjukkan hysteresis- loop  model  FE,  sedangkan  titik-titik  biru menunjukkan  spesimen  eksperimental.  Model FE  memperlihatkan  bentuk  histeresis-loop pipih  yang  stabil,  daktail,  dengan  disipasi energi  yang  sedikt  lebih  kecil  dari  hasil eksperimental  tanpa  penurunan  kapasitas hingga  story  drift  maksimum,  R  5%  (disp.  80 mm).  Kemiringan  kurva  pada  model  FE  lebih curam dibandingkan dengan spesimen. Secara  umum,  hasil  model  FE  sangat memuaskan  dalam  mewakili  perilaku  seismik kolom.
Kurva  gaya  geser  vs  story  drift  di  atas mengilustrasikan  perbedaan  antara  kekuatan, kekakuan,  daktilitas,  dan  disipasi  energi  pada spesimen  dan  model  kolom.  Pada  studi eksperimental,  gaya  geser  maksimum  yang terjadi sebesar 573 kN saat R 4%, sedangkan pada  model  FE  diperoleh  saat  R  5%  dengan nilai  629  kN.  Hasil  ini  adalah  sekitar  9%  lebih tinggi  dari  hasil  yang  diperoleh  dari  studi eksperimental.  Disipasi  energi  dan  kekakuan pada model FE juga lebih besar dibandingkan spesimen  eksperimental,  dengan  selisih  4,6% dan 9,6%.  Secara umum, perbandingan kurva gaya geser versus story drift studi numerik dan eksperimental  cukup  memuaskan  karena menunjukkan  perilaku  seismik  yang  serupa. Model  numerik  lebih  kaku  dari  model eksperimental.  Hal  ini  umum  untuk  model numerik yang menyajikan kekakuan yang lebih tinggi karena dimodelkan dengan mengadopsi penyederhanaan  dalam  penciptaan  geometri, penerapan beban, dan definisi syarat batas.

## STUDI PARAMETRIK: KINERJA SEISMIK KOLOM KOMPOSIT EWECS (ENGINEERING WOOD ENCASED CONCRETE-STEEL) DENGAN BAJA PROFIL KING CROSS
Zev Al Jauhari 1* , Faisal Ananda 2 , Fauzan 3 dan Ruddy Kurniawan 4 287
Gambar 8. Perbandingan kurva gaya geser vs story drift kolom EWECS antara hasil studi eksperimental dan studi numerik

## M ODE K EGAGALAN
Pola kegagalan spesimen eksperimental kolom  EWECS  digunakan  sebagai  referensi untuk  memvalidasi  model  numerik.  Tidak  ada kerusakan  yang  diamati  pada  permukaan kolom  spesimen  hingga  story  drift,  R  3%. Mekanisme  kegagalan  ini  juga  diamati  pada model numerik. Gambar 9 menyajikan perbandingan  bentuk  kegagalan  kayu  panel spesimen  eksperimental  dan  model  FE  saat story  drift  akhir,  R  5%.  Kegagalan  pada  kayu panel  terlihat  dengan  jelas,  baik  pada spesimen  eksperimental  ataupun  model  FE, dimana  kayu  panel  retak  disepanjang  sejajar arah serat dan bagian bawah hancur (tertekuk keluar)  akibat  menahan  beban  siklik.  Setelah pengujian,  kayu  panel  dibuka  sehingga  dapat diamati  bahwa  beton in-filled hancur  akibat lentur pada bagian atas dan bawah kolom dan tidak terjadi tekuk lokal pada baja pada model.
Gambar 9. Mode kegagalan kayu panel studi eksperimental dan numerik [3]

## D ISTRIBUSI T EGANGAN U TAMA
Tegangan  utama  pada  model  numerik kolom  diamati  pada  masing-masing  material untuk mengetahui besar tegangan yang terjadi disetiap step pembebanan serta  memvalidasi- nya  dengan  data  eksperimental.  Pada  studi eksperimental,  saat  story  drift,  R  0.76%, encased  steel mengalami  leleh  pertama. Distribusi  tegangan  baja  pada  spesimen eksperimental  dihitung  berdasarkan  regangan dari strain  gauges yang  dipasang  di flange baja.  Hal  ini  juga  diamati  pada  model  FE, dimana  saat  story  drift,  R  0.78%,  leleh pertama  terjadi  pada  material  baja  di  bagian atas  dan  bawah flange (zona  tarik)  saat  nilai regangannya  lebih  dari  0.002,  seperti  yang ditunjukkan pada warna merah dalam Gambar 10  (a).  Dengan  nilai  modulus  elastisitas material  sebesar  206300  MPa  dan  atau tegangan  leleh  sebesar  412.5  MPa,  tegangan leleh  pada  model  FE  sedikit  lebih  tinggi  dari data eksperimental, yaitu bernilai 435 MPa.
Distribusi  tegangan  geser  pada  kayu panel  menunjukkan  bahwa  tegangan  geser maksimum  pada  model  FE  lebih  tinggi  dari kekuatan  geser  tangensial  kayu  normal  yang ditemukan  oleh  Calderoni  adalah  rata-rata 7.44  MPa  [8].  Tegangan  geser  maksimum  di panel  kayu  kolom  adalah  sekitar  8  MPa, seperti  yang  ditunjukkan  dalam  bentuk  oval pada  Gambar  10  (b).  Hal  ini  menunjukkan bahwa  terjadi  pembentukan  retak  sepanjang penyambungan  kayu  panel  dan  menyebar sepanjang arah vertikal kayu. Tegangan geser yang  lebih  tinggi  ini  mengakibatkan  retak geser.
Gambar 10. (a) Tegangan leleh pertama baja dan (b) tegangan geser pada kayu panel
Gambar 11. (a) Retak awal; dan (b) Retak dan crush beton pada story drift akhir
Pada  material  beton,  retak  (crack) pertama terjadi saat story drift, R 0.5% di zona field model FE yang ditandai dengan tegangan utama  maksimum  (tarik)  lebih  besar  daripada kuat  tarik  beton  (1,8  MPa).  Retak  akhir  pada beton ditunjukkan pada Gambar  11 (a). Retak yang  terjadi  menyebar  pada  daerah field sepanjang arah diagonal. Hasil ini menunjukkan  bahwa  model  numerik  sangat memuaskan  dalam  menggambarkan  perilaku kolom EWECS.
Gambar 11 (b) memperlihatkan  tegangan  utama  tekan  beton saat  story  drift  akhir.  Pada  gambar  tersebut, terlihat  nilai  tegangan  utama minimum  (tekan) beton  adalah  94  MPa  pada  bagian  atas  dan bawah beton.

## STUDI PARAMETRIK
Dari  hasil  analisis  di  atas,  disimpulkan bahwa  analisis  numerik  dengan  metode elemen  hingga  dapat  memberikan  prediksi yang  akurat  terhadap  perilaku  seismik  kolom komposit  EWECS.  Sehingga  dapat  dilakukan studi  parametrik  untuk  mengetahui  pengaruh parameter  yang  diusulkan  pada  perilaku seismik kolom EWECS. Analisis studi parametrik  yang  dilakukan  dengan  simulasi numerik  ini  bertujuan  untuk  mengidentifikasi material  mana  yang  memungkinkan  untuk memberikan pengaruh yang lebih baik terhadap kinerja kolom tersebut [9, 10].
Model  numerik  sebelumnya,  yang divalidasi  dengan  hasil  eksperimen,  disebut sebagai model referensi pada analisis parametrik  ini.  Model  referensi  ini  memiliki ketebalan  kayu  45  mm  dengan  mutu  beton normal  35  MPa.  Variasi  dalam  setiap parameter  direalisasikan  untuk  mengetahui pengaruh material (mutu dan dimensi penampang)  terhadap  kinerja  seismik  kolom
komposit  EWECS.  Ketebalan  kayu  panel ditambah  untuk  meningkatkan  kapasitas, kekakuan,  dan  disipasi  energi  pada  kolom, sedangkan  kuat  tekan  beton  ditingkatkan untuk  meningkatkan  kapasitas  penampang kolom.
Studi parameter yang dilakukan adalah  ketebalan  kayu  panel  dan  kuat  tekan beton.  Parameter  ini dipilih karena pentingnya peran  material  tersebut  dalam  perlawanan struktur dan karena material ini bisa meningkatkan perilaku seismik tanpa mengubah  dimensi  kolom  secara  signifikan. Terdapat  tiga  nilai  yang  berbeda  digunakan pada  setiap  parameter,  seperti  yang  terlihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai studi parametrik
Parameter Nilai Ketebalan kayu panel 35 mm, 45 mm (R1), 55 mm Mutu beton 35 MPa (R1), 50 MPa, 60 MPa

## K ETEBALAN K AYU P ANEL
Kayu  panel  adalah  komponen  terluar kolom  komposit  EWECS  yang  berinteraksi dengan  beton  dan  berkontribusi  terhadap kapasitas  lentur  kolom.  Ketebalan  kayu  panel yang  diteliti  bervariasi  untuk  mengevaluasi pengaruh  parameter  ini  pada  perilaku  seismik kolom.  Dimensi  atau  ketebalan  kayu  panel yang  digunakan  dalam  analisis  parametrik  ini ditentukan/  berdasarkan  spesifikasi  code/ peraturan  di  tingkat  nasional,  SNI  9426-2008 [11].  SNI  tersebut  menunjukkan  bahwa ketebalan kayu panel berkisar 40-60 mm.
Nilai ketebalan kayu pada range tersebut ditentukan dan diverifikasi berdasarkan  ketentuan  kode.  Sifat  material dari kayu  panel, seperti model konstitutif, kuat tarik, kuat tekan, dan modulus elastisitas, serta lebar dan tinggi  yang digunakan pada analisis parametrik  ini  sama  dengan  model  pada referensi.  Tiga  ukuran  ketebalan  kayu  panel dengan ketinggian 1600 mm dipasang sebagai penutup.  Gambar  12  menyajikan  model  FE dengan  ketebalan  kayu  panel  berbeda  sesuai studi parameter.

## STUDI PARAMETRIK: KINERJA SEISMIK KOLOM KOMPOSIT EWECS (ENGINEERING WOOD ENCASED CONCRETE-STEEL) DENGAN BAJA PROFIL KING CROSS
Zev Al Jauhari 1* , Faisal Ananda 2 , Fauzan 3 dan Ruddy Kurniawan 4 289
Gambar 12. Model FE kayu dengan perbedaan ketebalan
Perbandingan kurva gaya geser vs story drift  untuk  model  FE  kolom  komposit  EWECS dengan  variasi  tebal  kayu  panel  dapat  dilihat pada Gambar 13. Setiap model memperlihatkan  bentuk  histeresis-loop  pipih, stabil,  dan daktail, tanpa penurunan kapasitas hingga story  drift maksimum,  R  5%.  Pada gambar  terlihat  bahwa  semakin  besar  tebal kayu  maka  semakin  besar    kemiringan  kurva histeresis-loop.  Kriteria  seismik  model  FE  ini dirangkum pada Tabel 3 .
Gambar 13. Kurva gaya geser vs story drift kolom EWECS dengan variasi ketebalan kayu panel
Gambar 14. Kurva gaya geser vs story drift monotonik kolom EWECS dengan variasi ketebalan kayu panel
Tabel 3. Kriteria seismik kolom EWECS dengan variasi ketebalan kayu panel
KS 35 mm (A) 45 mm (R1) 55 mm (B) Kenai kan A (%) Kenai kan B (%) KL 541.1 630 740.3 -14.1 17.52 D 7.69 6.86 6.24 12.1 -9.12 DE 163.2 165.1 171 -1.2 3.56 K 7.45 8.68 10.14 -14.2 16.86
Note:  KS  =  Kinerja  Seismik;  KL  =  Kapasitas Lateral  (kN);  D  =  Daktilitas;  DE  =  Disipasi Energi (kJ); K = Kekakuan (kN/mm)
Model  dengan  ketebalan  kayu  55  mm (Model  B)  memiliki  kekakuan  16.8%  lebih tinggi  daripada  model  referensi  (Model  R1). Sedangkan  model  dengan  ketebalan  kayu  35 mm  (Model  A)  memiliki  kekakuan  14.2%  lebih rendah daripada model referensi (R1).
Peningkatan kekuatan beban lateral maksimum  terjadi  pada  Model  B  sebesar 17.5%,  namun  menurun  sebesar  14.1%  pada Model  A.  Seiring  dengan  peningkatan  tebal kayu,  daktilitas  model  parametrik  menurun. Hal  ini  terjadi  karena  kayu  yang  tebal  dapat menunda terjadinya  leleh pada encased steel .
Model  A  memiliki  disipasi  energi  1.2%  lebih rendah  dari  Model  R1,  sedangkan  disipasi energi  pada  Model  B  3.5%  lebih  besar  dari Model R1.  Dari  hasil di atas,  dapat disimpulkan  bahwa  semakin  tebal  kayu  yang digunakan  maka  semakin  meningkat  kinerja seismik,  terutama  kekuatan  lateral dan kekakuan  kolom  komposit  EWECS. Hasil simulasi numerik menunjukkan bahwa ketebalan  kayu  panel  memiliki  pengaruh  yang signifikan terhadap perilaku seismik kolom.
Gambar  14  menunjukkan  perbandingan kurva gaya geser vs story drift monotonik pada model  FE  kolom  komposit  EWECS  dengan
variasi  tebal  kayu.  Nilai-nilai  pada  kurva  ini ditentukan  melalui  gaya  geser  maksimum yang terjadi pada setiap drift positif pada kurva siklik. Pada gambar tersebut terlihat nilai gaya geser  yang  terjadi  pada  Model  A  di  seluruh tahap pembebanan siklik lebih rendah daripada  Model  R1,  dengan  persentasi perbedaan 1-14%. Sedangkan pada nilai gaya geser  di  seluruh  tahap  pembebanan  siklik pada  Model  B  lebih  tinggi  daripada  Model  R1 dengan persentasi perbedaan 1-17%.

## M UTU B ETON
Kekuatan  tekan  beton  yang  digunakan pada  studi  parametrik  ini  didasarkan  pada perbandingan perilaku seismik kolom komposit EWECS  yang  menggunakan  beton  mutu normal  dengan  beton  mutu  tinggi.  Nilai  kuat tekan  untuk  beton  tinggi  adalah  50  MPa  dan 60  MPa.  Fitur  dari  elemen  struktur  lainnya pada  simulasi  numerik  analisis  parametrik  ini tetap  konstan.  Data  terkait  untuk  analisis parametrik  ini  sama  dengan  analisis  numerik referensi.  Model  konstitutif  beton  mutu  tinggi menggunakan persamaan berikut [12]:
𝑓 𝑐 = 𝑓 𝑐 ′ [ 𝛽( 𝜀 𝜀0 ) 𝛽−1+( 𝜀 𝜀0 ) 𝛽 ]     ; 𝜀 𝑐 ≤ 𝜀 0 (1)
dimana:
𝛽 = 1 1− 𝑓𝑐′ 𝜀0𝐸𝑙𝑡
(2)
Nilai  modulus  elastisitas  beton  adalah 𝐸 𝑙𝑡 = 10300(𝑓 𝑐 ′ ) 0,3 dan ε 0 = 0,0026
Model  konstitutif  untuk  masing-masing  beton mutu tinggi ditunjukkan pada Gambar 14.
Gambar 14. Model konstitutif beton mutu tinggi 50 MPa dan 60 MPa
Perbandingan  kurva  gaya  geser  versus story  drift  untuk  model  FE  kolom  komposit EWECS  dengan  variasi  mutu  beton  dapat dilihat  pada  Gambar  15.  Setiap  model memperlihatkan  bentuk  histeresis-loop  pipih yang  stabil,  daktail,  dengan  kemiringan  yang hampir  sama  dengan  sedikit  penurunan setelah story  drift ,  R  4%. Model  dengan  kuat tekan  beton  50  MPa  (Model  E)  memiliki kapasitas  beban  lateral  6,68%  lebih  besar daripada model referensi (Model R1), sedangkan model dengan kuat tekan beton 60 MPa  (Model  F)  memiliki  kapasitas  beban lateral  sebesar  8,69%  lebih  besar  daripada Model R1.
Gambar 15. Kurva gaya geser vs story drift kolom EWECS dengan variasi mutu beton
Seiring dengan peningkatan mutu beton,  daktilitas  model  parametrik  menurun. Hal  ini  terjadi  karena  mutu  beton  yang  tinggi dapat menunda terjadinya leleh pada encased steel , seperti yang terlihat pada Tabel 4. Model E dan Model F memiliki  kekakuan kolom lebih besar 5,33% dan  11,97% terhadap Model R1. Peningkatan  mutu  beton  juga  meningkatkan disipasi energi pada model parametrik sebesar 4,38% dan 10,4% untuk Model E dan Model F. Simulasi  numerik  parametrik  ini  menunjukkan b eton  mutu  tinggi  dapat  meningkatkan  kinerja seismik pada kolom komposit EWECS, namun tidak sebesar peningkatan pada studi parametrik tebal kayu panel.

## STUDI PARAMETRIK: KINERJA SEISMIK KOLOM KOMPOSIT EWECS (ENGINEERING WOOD ENCASED CONCRETE-STEEL) DENGAN BAJA PROFIL KING CROSS
Zev Al Jauhari 1* , Faisal Ananda 2 , Fauzan 3 dan Ruddy Kurniawan 4 291
Gambar 16. Kurva gaya geser vs story drift monotonik kolom EWECS dengan variasi mutu
beton
Tabel 4. Kriteria seismik kolom EWECS
dengan variasi mutu beton KS 35 MPa (R1) 50 MPa (C) 60 MPa (D) Kenai kan C (%) Kenai kan D (%) KL 630 675 689.9 6.68 8.7 D 6.86 6.45 5.88 -6.36 -16.7 DE 165.1 172.1 188.9 4.38 10.4 K 8.68 9.27 9.35 5.33 11.97
Note:  KS  =  Kinerja  Seismik;  KL  =  Kapasitas Lateral  (kN);  D  =  Daktilitas;  DE  =  Disipasi Energi (kJ); K = Kekakuan (kN/mm)
Gambar  16  menunjukkan  perbandingan kurva gaya geser vs story drift monotonik pada model  numerik  kolom  komposit  EWECS dengan  variasi  mutu  beton.  Nilai-nilai  pada kurva  ini  ditentukan  melalui  gaya  geser maksimum yang terjadi pada setiap drift positif kurva siklik. Pada gambar tersebut terlihat nilai gaya  geser  yang  terjadi  pada  model  E  dan model  F  di  seluruh  tahap  pembebanan  siklik model  FE  lebih  tinggi  daripada  Model  R1, dengan persentasi perbedaan 1-7% dan 2-9%.

## KESIMPULAN
Model  numerik  Kolom  EWECS  memiliki histeresis loop berbentuk pipih yang stabil dan daktail tanpa penurunan kekuatan hingga story drift akhir, dengan persentase perbedaan gaya geser  maksimum  hasil  analisis  numerik  lebih besar  daripada  data  eksperimental  sebesar 9%. Distribusi tegangan pada model FE dapat merepresentasikan mode kegagalan spesimen dengan  baik.  Analisis  Model  FE  dengan ANSYS  dapat  memberikan  prediksi  yang akurat  terhadap  perilaku  Kolom  EWECS  yang sebenarnya, sehingga model numerik ini dapat dikembangkan  dan  dijadikan  acuan  untuk mengukur  pengaruh  variasi  mutu  dan  dimensi
material  terhadap  perilaku  seismik  Kolom EWECS. Berdasarkan studi parametrik, semakin  besar  tebal  kayu  maka  kinerja seismik  kolom  semakin  meningkat,  namun besarnya  disipasi  energi  cenderung  tetap. Kemudian,  semakin  tinggi  mutu  beton  maka kinerja  seismik  kolom  semakin  meningkat, namun gaya geser maksimum hanya mengalami sedikit kenaikan.

## DAFTAR PUSTAKA
Kuramoto,  H.,  and  Fauzan.  (2005).  Feasibility study on engineering wood encased concrete- steel  composite  columns.  Proc.,  11th  Int. Colloqium  on  Structural  and  Geotechnical Engineering  (11thICSGE),  Ain  Shams  Univ., Cairo, Egypt.
Fauzan,  Kuramoto,  H.,  Shibayama,  Y.  And Yamamoto,  T.  (2004).  Structural  Behaviour  of Engineering  Wood  Encased  Concrete-Steel Composite  Columns,  Proceedings  of  the Japan  Concrete  Institute  (JCI),  Vol.  26,  No.2, pp.295-300.
ANSYS  Version  14.0.  (2017)  User  and  Theory Reference Manual.
Hawileh,  R.A.  (2010).  “Nonlinear  finite  element analysis  and  modeling  of  a  precast  hybrid beam-coumn  connection  subjected  to  cyclic lads”. Journal Applied Mathematical Modelling Sciencedirect 34, pp. 2562-2583.
Pateriya,  R.,  and  Akhtar  S.  (2015).  Finite  Element Analysis  of  Different  Types  of  Composite Column,  International  Journal  of  Emerging Technology  and  Advanced  Engineering,  Vol. 5, Issue 5, pp. 173-179, India.
Pagoulatou  M.,  Shehan  T.,  and  Lam  D.  (2014).
Finite  Element  Analysis  on  The  Capacity  of Circular  Concrete-Filled  Double-Skin  Steel Tubular  (CFDST)  Stub  Columns,  Journal Engineering  Structures  Sciencedirect  72,  pp. 102-112.
Begum  M.,  Driver  R.G.,  and  Elwi  A.E.  (2013). Behaviour  of  Partially  Encased  Composite Column  with  High  Strength  Concrete,  Journal Engineering  Structures  Sciencedirect  56,  pp. 1718-1727.
Calderoni,  C.,  Matteis,  G.  D.,  Giubileo,  C.,  and Mazolani,  F.  M.  (2006).  “Flexural  and  shear behavior of ancient wood beams: Experimental  and theoretical  evaluation.” J.
Struct. Eng., 28(5), 729 –744.
Kuramoto, H., Li, B., Meas, K., and Fauzan. (2011). “Experimental  and  Analytical  Performance Evaluation  of  Engineering  Wood  Encased Concrete-Steel  Beam- Column  Joints”. Journal of Structural Engineering ASCE, pp. 822-833.
Marcela  N.  Kataoka,  Ana  Lúcia  H.C.  El  Debs Parametric  study  of  composite  beam-column connections using 3D finite element modelling. Journal  of  Constructional  Steel  Research 2014;102:136 –149.
Badan  Standardisasi  Nasional, SNI 9426  :  2008. Panel  Kayu  -  Penentuan  Dimensi  Panel, Jakarta, 2008.
Leskes, A., Grambicka, S. (2013). “Theoretical and Experimental  Studies  on  Composite  Steel- Concrete  Columns”.  Concrete  and  Concrete
Structures 2013 Conference. Procedia
Engineering 65 Sciencedirect, pp. 405 – 410.