Analisis Perilaku Dan Kinerja Struktur Baja Dengan Sistem Struktur Diagrid Dan Inverted V-Braced

## I Putu Agus Putra Wirawan
Progam Studi Teknik Sipil, Universitas Mahasaraswati, Denpasar Bali, Indonesia
E-mail : agusputrawirawan2020@unmas.ac.id
ABSTRACT The diagrid structure system is a grid structure system that is applied to buildings with a diagonal shape. This structural system aims to increase the strength and stiffness of the building. In addition, the diagrid structural system can provide a more aesthetic appearance. This structural system is very good for application in medium to high rise buildings. In this study, a comparison of the behavior and performance of the Diagrid (DIA)  and  Brace  Frame  (BF)  structural  system  using  ETABS  2016  software  is  carried  out.  The  structural behaviors to be reviewed include stress ratio, deformation, drift ratio and structural weight, while the structural performance includes pushover curves. The geometry of the two buildings uses a span length and width of 3@5m and a total height of 30 m. In this study, results obtained from behavioral analysis in the form of stress ratio is less than 1, the deformation of BF was 58% greater compared to the DIA model, drift ratio of DIA was 35% more rigid than BF and the weight ratio of DIA was 24% lighter compared to BF with the weight ratio of 1.33, while for the performance analysis of the DIA model is 14% better than the BF model. It can be concluded that the DIA structural system is better than the BF.
Keyword : diagrid structure system, brace frame, behavior, performance

## PENDAHULUAN
Bangunan tinggi pada umumnya memiliki massa bangunan  yang  besar  dan  rentan  terhadap  beban lateral  baik  itu  beban  gempa  maupun  angin.  Beban lateral  ini  perlu  diantisipasi dengan beberapa sistem struktur sebagai alternatif struktur agar beban lateral yang  bekerja  pada  struktur  dapat  diperkecil. Ada beberapa sistem struktur yang dapat digunakan yaitu dengan  sistem  struktur  diagrid  (diagonal  grid)  dan brace  frame.  Pada  penelitian  yang  telah  dilakukan oleh Deshphande, et.al (2015) sistem struktur diagrid lebih  efesien  28%  dibandingkan  dengan  struktur konvensional. Diperoleh  hasil  simpangan  struktur model  diagrid  lebih  kecil  dibandingkan  struktur konvensional. Sistem  struktur  diagrid  merupakan salah  satu  sistem  struktur  bracing  dengan  bentuk kolom  diagonal.  Pada  dasarnya  struktur  diagrid menggunakan  prinsip  rangka  batang  dengan membentuk  sudut  akibat  posisi  diagonalnya. Sudut- sudut 2 tersebut terlihat  segitiga  sehingga  bentuk tersebut  dapat  dimanfaatkan  untuk  menahan  beban lateral  maupun  beban  gravitasi. Untuk  memperoleh hasil  perbandingan struktur antara  struktur  DIA  dan BF  maka  dilakukan  analsisi  perilaku  dan  kinerja terhadap  kedua  sistem  struktur  tersebut  dengan software  ETABS  2016.  Perilaku  dan  kinerja  yang akan  dibandingkan  adalah  stress  ratio,  simpangan,
drift  ratio  dan  berat  struktur,  sedangkan  kinerja struktur meliputi kurva pushover.

## LANDASAN TEORI
Sistem  struktur  brace  frame  merupakan  sistem struktur  batang  secara  diagonal antara  balok  dan kolom, hal ini mengakibatkan sistem struktur bracing dapat  menahan gaya  lateral dengan baik.  Salah satu sistem bracing terbaik adalah Inverted V Braced yang memiliki  kekakutan  dan  kekuatan  lebih  baik dibandingkan denga sistem struktur bracing lainnya. Hal  ini  dikarenakan  Inverted  V  Braced  mengalami sendi plastis tidak pada kolom melainkan pada ujung link balok diantara ujung batang bracing.
Gambar 1. Inverted V Braced
Sistem struktur diagrid merupakan sistem struktur Tabel 1. Data Geometri Struktur
bracing diagonal, kata diagrid   terdiri   dari   kata diagonal dan  grid  yang  merupakan struktur  segitiga dengan  batang  diagonal  (Boake,  2014). Kontribusi sistem  struktur  ini  dalam  menahan  beban  diperoleh dari  pola  triangular  (segitiga)  sehingga  dapat meningkatkan  kekakuan  struktur.  Pada  sistem struktur ini kolom vertikal digantikan dengan batang- batang diagonal.
Gambar 2. Sistem Struktur Diagrid
Pada  struktur  rangka  terbreis,  kolom  digunakan untuk menyediakan kapasitas penahan beban vertical dan diagonal atau bresing memberikan stabilitas dan ketahanan terhadap  kekuatan  besar,  seperti  beban lateral (angin dan gempa). Dengan sistem struktur ini kapasitas  untuk  menahan  beban  vertikal  dan  lateral dilakukan  sekaligus  oleh  batang-batang  diagonal sehingga tidak perlu lagi menambahkan bresing.
Batang-batang  diagonal  pada  struktur  diagrid dihubungkan  dengan  titik  simpul/node  seperti  pada Gambar.  Dalam  banyak  proyek  diagrid  yang dibangun, simpul atau node telah diproduksi terlebih dahulu  di  dalam  pabrik  sebagai  elemen  kaku  yang dilas.    Struktur  diagrid  merupakan  sistem  struktur yang  mirip  dengan  sistem  rangka  batang  (truss) dengan pola segitiga, sehingga pusat node tidak perlu kaku  dan  dapat  dibangun  sebagai  sambungan  sendi atau pin (Moon, 2009).

## METODE PENELITIAN
Model  sistem  struktur  diagrid  dan  breising dimodel  kedalam 2  tipe  yaitu,  model  DIA  yang merupakan  model  struktur  tower  dengan menggunakan sistem  struktur diagrid dan  model BF yang  merupakan  model  struktur  tower  dengan menggunakan sistem struktur brace frame.
Geometri dan Pembebanan Berikut    adalah    data-data    dari    gedung    yang dimodelkan:
Pemodelan Pemodelan  dilakukan  dengan  menggunakan perangkat lunak  ETABS  2016  dengan  tampak  pada Gambar  3  dan  Gambar  4.  Frame  element  digunakan untuk  memodelkan  komponen  struktur  batang diagonal, kolom dan balok pada kedua model.
Sedangkan     shell     element     digunakan     untuk memodelkan komponen struktur pelat lantai dan pelat atap. Berikut adalah denah dan 3D yang dimodelkan dalam penelitian ini.
Gambar 3. Denah Tipikal
Deskripsi Keterangan Tinggi total 30 m Tinggi antar lantai 5 m Bentang arah X 3 @ 5 m Bentang arah Y 3 @ 5 m Pelat lantai Shell Elemen Beban Live lantai & atap 3.59 kN/m 2 & 0.96 kN/m 2 Beban SDead lantai 1.21 kN/m 2 & 0.83 kN/m 2
Beban Lateral Respons Spektrum (Lokasi Surabaya)
(a)  DIA                           (b) BF Gambar 4. Model (a) DIA dan (b) BF
PEMBAHASAN Penampang  yang  digunakan  dalam  model merupakan  penampang import  AISC  dan  sudah memenuhi  syarat  stress  ratio  penampang.  Hasil analisis yang  akan ditampilkan berupa hasil  analisis linier  (stress  ratio,  simpangan,  drift  ratio,  berat struktur)  dan  analisis  kinerja  berupa  kurva (pushover).  Adapun  hasil  akan  ditampilkan  dalam bentuk tabel, kurva dan gambar.
Dimensi Elemen Struktur Dimensi penampang merupakan hasil desain dan analisis  dengan  menggunakan  perangkat  lunak ETABS  2016.  Dimensi  yang  digunakan telah memenuhi syarat  kekuatan yaitu  stress  ratio  kurang dari 1,0 dan syarat kekakuan dengan simpangan antar lantai  tingkat  ijin  tidak  melebihi  0,020  hsx  yang tercantum  pada  SNI  1726-2012. Penampang  untuk setiap model tersaji pada Tabel 2 dan Tabel 3.
Stress Ratio
Gambar 5. Diagrid Model
Gambar 6. Inverted V-Braced Model

## Tabel 2. Dimensi struktur DIA
Tingkat DIA Col. Core Col. (Diagrid) Ext.  Beam 1-2 WF   300   -  Round HHS 180 - 52 WF 250 - 22 158 3-4 WF   300   -  Round HHS 175 - 39 WF 250 - 22 158 5-6 WF   250   -  Round HHS 150 - 34 WF 250 - 22 107 7 WF   250   -  Round HHS 150 - 23 WF 250 - 22 107 8 WF   200   -  Round HHS 150 - 23 WF 250 - 22 60 9-10 WF   200   -  Round HHS 125 - 14 WF 250 - 22 60 Roof - - WF 250 - 22 Tabel 3. Dimensi Struktur BF Tingkat BF Col. Core Col. Ext. Beam 1-2 WF 350 - 223  WF 250 - 80 WF 250 - 22 3-4 WF 350 - 223  WF 250 - 80 WF 250 - 22 5-6 WF 300 - 266  WF 200 - 60 WF 250 - 22 7 WF 300 - 266  WF 200 - 60 WF 250 - 22 8 WF 200 - 60 WF 200 - 52 WF 250 - 22 9-10 WF 200 - 60 WF 200 - 52 WF 250 - 22 Roof - - WF 250 - 22 Dimensi bresing WF 250 - 73 untuk tingkat 1- 4 dan WF 200 - 46 untuk tingkat 5 - 10.
DIA BF DIA BF DIA X DIA Y BF X BF Y Ti ngk at Ti ngk at Ga ya (k N) be ra t ( x 103 k g) Simpangan 12 10 8 6 4 2 0

## Perbandingan Berat
146,457 150 110,130
100
50
0                           DIA     BF

## Sistem Struktur
Gambar 9. Perbandingan berat struktur model DIA dan BF

## 0                 20                40                60                80 Perpindahan (mm)
Gambar 7. Perbandingan tingkat vs perpindahan model DIA dan BF
Simpangan  yang  terjadi  pada  model  BF  58% jauh lebih besar dibandingkan dengan model DIA.

## Drift Ratio
Interstorey Drift 10 9 8 7 6
5

## Kinerja Struktur
Dilakukan juga analisis nonlinier pada model DIA dan BF, berikut adalah kurva hasil analisis pushover.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 0 4
3 2
1 0 0,000      0,002      0,004      0,006      0,008      0,010

## Drift (mm)
Gambar 8. Perbandingan tingkat vs drift model DIA dan
BF
Sistem  DIA  lebih  kaku  daripada  sistem  BF memberikan respons paling fleksibel. Hasil ini sesuai dengan  periode  alami  semua  model,  yaitu:  1,441 (DIA), 2,227 (BF) masing-masing.

## Berat Struktur
Penggunaan total  berat  baja  untuk  masing-masing model ditunjukkan Gambar 9. Rasio berat baja relatif terhadap DIA  adalah  1,33  model  BF.  Model DIA memiliki berat baja lebih ringan dan karenanya model DIA lebih efisien dibandingkan dengan model BF.
0                100              200              300              400

## Perpindahan (mm)
Gambar 10. Kurva pushover model DIA dan BF
Model DIA mampu menerima beban 14% lebih tinggi dibandingkan  dengan  model  BF,  tetapi  model  BF mampu   berdeformasi   lebih   baik   dibandingkan dengan model DIA. Sendi plastis yang terbentuk pada model ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 12. Kurva pushover model BF
Gambar 12. Sendi Plastis Diagrid Model
Gambar 12. Sendi Plastis Inverted V -Braced Model

## KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan Berdasarkan pemodelan dan analisis struktur dapat ditarik kesimpulan, yaitu:
a)  Berdasarkan hasil  analisis  linear  yang didapatkan  diketahui  bahwa  penggunaan diagrid  secara  signifikan  dapat  mengurangi simpangan  serta drift yang  yang  terjadi  pada struktur. b)  Model DIA mampu menerima beban 14% lebih tinggi dibandingkan dengan model BF, tetapi model BF mampu berdeformasi lebih baik dibandingkan dengan model DIA.
c)  Rasio  berat baja relatif terhadap DIA  adalah 1,33 model BF. Model DIA memiliki berat baja lebih ringan dan karenanya model DIA lebih efisien dibandingkan dengan model BF.
Saran Pada saat membandingkan volume material yang digunakan sebaiknya diperhitungkan  pula volume node yang mennyambungkan setiap modul diagrid dan balok induk tepi sehingga volume yang dibandingkan dapat lebih terperinci.

## DAFTAR PUSTAKA
American Institute of Steel Construction. 2003. AISC Design Guide 16: Flush and Extended Multiple Row Moment End-Plate Connecti ons. Chicago. American Institute of Steel Construction. 2003. AISC Design Guide 17: High Strength Bolts –  A Primer for Structural Engineers . Chicago.
American Institute of Steel Construction. 2010. AISC
Design Guide 24: Hollow Structural Section
Connections . Chicago.
American Institute of Steel Construction. 2015. AISC Design Guide 4: Extended End-Plate Moment Connections – Seismic and Wind Applications, Second Edition . Chicago. Badan Standardisasi Nasional. 2002. SNI 1729-2002: Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan . Jakarta. Badan Standardisasi Nasional. 2013. SNI 1727-2013: Beban Minimum untuk Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur Lain . Jakarta. Badan Standardisasi Nasional. 2012. SNI 1726-2012:
Tata Cara  Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung dan Non
Gedung . Jakarta.
Badan Standardisasi Nasional. 2015. SNI 1729-2015: Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan
. Jakarta.
Baker, W., Besjak C., Sarkisian, M., Lee P., Doo, C. S.
2010. Proposed Methodology to Determine Seismic Performance Factors for Steel Diagrid Framed Sistem . Council on Tall Building and Urban Habitat.
Boake, T.M. 2014. Diagrid Structures: Sistems, Connections, Details . Birkhauser. Basel.
Dedplazes, Andrea. 2005. Constructing Architecture: Materials, Processes, Structures. Birkhauser. Basel.
Deshpande, R. D., Patil, S. M. dan Ratan, Subramanya. 2015. Analysis and Comparison of Diagrid and Conventional Structural Sistem . International Research Journal of Engineering and Technology. Tamilnadu.
Federal Emergency Management Agency. 2009. FEMA P695 Quantification of Building Seismic Performance Factors . Washington, D.C.
McCormac, J. C. dan Csernak, S. F. 2012. Structural Steel Design Fifth Edition.Prentice-Hall Inc . New Jersey.
Moon, K. 2009. Design and Construction of Steel Diagrid Structures . NSCC.
Nawi, Edward G. 1985. Beton Bertulang: Suatu Pendekatan Dasar . Diterjemahkan oleh: Bambang Suryoatmono. Refika Aditama. Bandung.
Salmon, C.G. dan Johnson, J.E. 1980. Steel Structures: Design and Behaviour. Second Edition .
Harper & Row Publisher Inc. Wisconsin Shah, M. I., Mevada, S. V. dan Patel, V. B. 2016. Comparative Study of Diagrid Structures with Conventional Frame Structures . International Journal of Engineering Research and Applications.
Taranath, B. S. 2012. Structural Analysis and Design of Tall Buildings . CRC Press. Boca Raton.