## ANALISIS KAPASITAS BALOK KOMPOSIT DENGAN VARIASI TULANGAN PELAT TERHADAP KERUNTUHAN KOLOM MENGGUNAKAN APLIKASI MIDAS FEA
Richard Widjaya 1 dan Sunarjo Leman 2
1 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No. 1, Jakarta richard.325190089@stu.untar.ac.id
2 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No. 1, Jakarta sunarjo@ft.untar.ac.id
Masuk: 15-07-2023, revisi: 29-07-2023, diterima untuk diterbitkan: 27-09-2023

## ABSTRACT
Composite structure is a type of structure that is commonly used in the world of construction. As a structural system consisting of several constituent elements, failure can occur in elements or systems. The analysis was carried out by results  comparison  between  research  results  in  standard  reference  journals  and  the  finite  element  modeling  with MIDAS FEA program. The analysis model consists of 6 composite beams and columns represents interior side with 3 models represent sagging moments and 3 models represent hogging moments. The modification was carried out by adding the number of main and dividing reinforcement bar in top and bottom row of reinforced concrete slab. The  analysis  in  MIDAS  FEA  program  is  carried  out  statically  nonlinear  with  vertical  loads  in  displacement approach.  Analysis  result  shows  that  sagging  composite  structure  has  a  higher  capacity  than  hogging  composite structure. Modification of the model which bears sagging moments did not provide a significant capacity increase in model with slab bar spacing of 150 mm by 1,22% and with slab bar spacing of 100 mm plates by 0,36%. However, the  addition  of  number  of  reinforcement  in  composite  structure  which  bears  hogging  moments  gives  a  significant capacity increase in the model with slab bar spacing of 150 mm by 13,62% and with slab bar spacing of 100 mm by 9,82%. Capacity is reviewed as part of reinforced concrete slab that has cracked, especially around the stud shear connector and spread throughout others stud, so that composite action does not occur.
Keywords: Composite Structure; Composite Beam; Composite Column; Beam Column Joint; Capacity

## ABSTRAK
Struktur komposit merupakan salah satu jenis struktur yang lazim digunakan dalam dunia konstruksi. Sebagai suatu sistem  struktur  yang  terdiri  atas  beberapa  elemen  penyusun,  kegagalan  dapat  terjadi,  baik  secara  elemen  maupun sistem. Analisis dilakukan dengan membandingkan hasil antara hasil penelitian dalam jurnal dengan standar acuan dan  pemodelan  elemen  hingga  dengan  program  MIDAS  FEA.  Model  analisis  sebanyak  6  buah  balok-kolom komposit  yang  merepresentasikan  sisi  interior  dengan  3  model  mengakomodasi  momen  positif  dan  3  model mengakomodasi  momen  negatif.  Modifikasi  dilakukan  dengan  penambahan  jumlah  tulangan  utama  dan  pembagi pada  baris  atas  dan  baris  bawah  pelat  beton  bertulang.  Analisis  dalam  program  MIDAS  FEA  dilakukan  secara nonlinear  statik  dengan  beban  secara  vertikal  berupa  pendekatan  perpindahan.  Hasil  analisis  menunjukkan  bahwa struktur  komposit  yang  memikul  momen  positif  memiliki  kapasitas  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  struktur komposit  yang  memikul  momen  negatif.  Modifikasi  model  pada  struktur  komposit  yang  memikul  momen  positif tidak  memberikan  peningkatan  kapasitas  secara  signifikan  pada  model  dengan  jarak  antartulangan  pelat  150  mm sebesar 1,22% dan pada model dengan jarak antartulangan pelat 100 mm sebesar 0,36%. Akan tetapi, penambahan jumlah  tulangan  pada  struktur  komposit  yang  memikul  momen  negatif  memberikan  peningkatan  kapasitas  cukup signifikan  pada  model  dengan  jarak  antartulangan  pelat  150  mm  sebesar  13,62%  dan  pada  model  dengan  jarak antartulangan pelat 100 mm sebesar 9,82%. Keruntuhan ditinjau dari bagian pelat beton bertulang yang sudah retak, terutama di sekitar stud dan tersebar ke seluruh stud, sehingga aksi komposit sudah tidak berlaku.
Kata kunci: Struktur Komposit; Balok Komposit; Kolom Komposit; Hubungan Balok Kolom; Kapasitas

## 1. PENDAHULUAN

## Latar belakang
Secara  umum,  jenis  material  yang  digunakan  dalam  konstruksi  terdiri  atas  (1)  kayu,  (2)  baja,  dan  (3)  beton bertulang.  Material  kayu  alami,  ringan,  dan  mudah  dibentuk,  Akan  tetapi,  material  ini  memiliki  durabilitas  lemah (terhadap  kelembaban  dan  serangga)  serta  ukuran  penampang  terbatas.  Material  baja  kuat  tarik  (daktail),  bermutu tinggi, dan terkontrol dalam pembuatannya di pabrik. Akan tetapi, material ini memiliki durabilitas lemah (terhadap korosi dan suhu tinggi), berat, dan mahal. Material beton kuat tekan, tetapi tidak kuat tarik. Kombinasi kedua sifat material  baja  dan  beton  menghasilkan  material  komposit  berupa  beton  bertulang.  Jenis  material  ini  merupakan insulator suhu yang baik, memiliki nilai redaman getar yang baik, dan mudah dibentuk dalam suatu cetakan ataupun dirakit  dalam  pelaksanaanya.  Akan  tetapi,  diperlukan  waktu  yang  lama  untuk  mencapai  kekuatan  tekan  perlu  dan diperlukan  pengawasan  yang baik  di  lapangan dalam  perakitan,  pencetakan,  dan  perawatannya.  Tiap-tiap  material ini memiliki keunggulan yang dapat diaplikasikan sesuai dengan jenis dan model kebutuhan konstruksi  (Garrison, 2016). Di Indonesia, material beton bertulang yang paling umum digunakan dalam dunia konstruksi setelah material baja.
Suatu struktur bangunan rangka portal, yang salah satu aplikasinya digunakan untuk bangunan gedung, terdiri atas elemen balok, kolom, dan pelat. Ketiga elemen tersebut dapat tersusun atas satu material homogen, seperti bangunan struktur  kayu  ( timber ),  ataupun  material  komposit  yang  terdiri  atas  berbagai  jenis  material,  seperti  (1)  bangunan struktur portal baja ( steelwork ) dengan dek baja bergelombang yang dilapisi beton polos atau beton bertulang dan (2)  bangunan  struktur  portal  beton  bertulang  ( reinforced  concrete ).  Secara  ideal,  sistem  struktur  yang  terdiri  atas balok, kolom, dan pelat memiliki perilaku mekanisme penyaluran beban masing-masing yang bekerja sebagai satu kesatuan.
Sebagai  suatu  sistem  struktur  yang  terdiri  atas  beberapa  elemen  penyusun,  terjadinya  kegagalan  ( failure )  dapat terjadi  akibat  beberapa  hal.  Ketika  terjadi  kegagalan  kolom,  mekanisme  pembebanan  yang  semula  ditujukan  pada kolom tersebut akan beralih ke bentang balok pada kiri-kanan kolom. Penyaluran beban berlebih tersebut bertujuan untuk mencegah terjadinya keruntuhan yang tidak seimbang. Kondisi ini dikenal sebagai catenary action .
Li  et  al.  (2013)  meneliti  perilaku  sambungan  momen  pada  hubungan  balok  baja  dengan  kolom  pipa  tabung  baja ( tubular column ) terhadap skenario keruntuhan kolom dengan eksperimen.  Model keruntuhan kolom diilustrasikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Idealisasi perakitan hubungan balok kolom (a) kegagalan kolom dan (b) idealisasi titik sambungan kolom sebagai sendi (Li et al., 2013)
Wang  et  al.  (2017)  meneliti  perilaku  pelat  pada  struktur  komposit  terhadap  skenario  keruntuhan  kolom  baja. Penelitian  ini  mengaktualisasikan  kondisi  pelat  beton  bertulang  pada  pertemuan  balok-kolom  baja  jika  kolom tersebut mengalami kerusakan atau kegagalan sehingga dapat dianggap kolom tersebut tidak ada dalam konfigurasi sistem struktur.
(b) (a)
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  kapasitas  beban  pada  bahwa  daya  dukung  beban  dari  penampang  komposit adalah 63% lebih tinggi dari penampang baja. Penampang komposit menunjukkan kekakuan awal yang lebih besar daripada Penampang baja. Berbeda dengan penampng baja, gaya aksial tekan yang besar dikembangkan pada balok dari penampang komposit yang mengalami defleksi ke bawah pada tahap pembebanan awal, yang menunjukkan aksi lengkung berkontribusi pada ketahanan beban pada beban kecil (Wang et al., 2017).
Liu, et al. (2019) meneliti kapasitas lentur pada balok baja pelat beton komposit terhadap momen negatif ( hogging moment ).  Dalam  penelitian  ini,  parameter  perhitungan  kekuatan  lentur  berdasarkan  tiga  standar,  yaitu  GB  50017, Eurocode  4,  dan  BS  5950.  Hasil  perhitungan  yang  didapatkan  lalu  dibandingkan  dengan  hasil  pengujian  dan pemodelan numerik.
Gambar 3. Tampak samping potongan balok komposit baja-beton uji (Liu et al., 2019)
Pemodelan  numerik  dilakukan  dengan  kondisi  batas  stud  sebagai  elemen  pegas  ( spring )  dan  balok  ( beam )  seperti ditunjukkan  pada  Gambar  4.  Pemodelan  kedua  kondisi  batas  memberikan  hasil  yang  signifikan  terhadap  data eksperimen.  Jika  kedua  analisis  dibandingkan,  analisis  elemen  pegas  menghasilkan  hasil  yang  lebih  akurat  dan waktu  komputasi  yang  lebih  cepat  (Liu  et  al.,  2019).  Analisis  data  menunjukkan  bahwa  semakin  tinggi  derajat sambungan,  semakin  besar kapasitas  lentur.  Peningkatan kapasitas  lentur  juga  dipengaruhi  oleh  penambahan  rasio tulangan transversal dan longitudinal pada pelat.  Kapasitas lentur tidak terlalu dipengaruhi oleh diameter stud dan kondisi pembebanan (Liu et al., 2019).
Gambar 4. Pemodelan elemen stud sebagai (a) pegas dan (b) balok (Liu et al., 2019)
Zandorini et al. (2019) meneliti perilaku keruntuhan kolom interior pada sistem rangka pemikul momen baja-beton berdasarkan  standar  Eurocode.  Tinjauan  utama  dalam  penelitian  ini  adalah  kekokohan  struktur  ( structural robustness )  terhadap  peristiwa  tidak  terduga,  seperti  beban  impak,  ledakan,  dan  kebakaran.  Dilakukan  pengujian laboratorium  dan  analisis  terhadap  dua  benda  uji,  simetris  dan  asmetris  terhadap  sumbu  kolom.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  pelat  beton  bertulang  pada  struktur  komposit  berkontribusi  dalam  redistribusi  beban  akibat keruntuhan tiba-tiba. Distribusi beban berpindah dari bagian struktur yang mengalami kerusakan ke bagian struktur yang tidak rusak (Zandorini et al., 2019).
Dalam  penelitian  ini,  rumusan  masalah  yang  akan  dianalisis  adalah  perilaku  kapasitas  beban  dengan  variasi penambahan tulangan pada pelat beton bertulang terhadap keruntuhan kolom di titik hubungan balok kolom struktur komposit.  Penelitian  ini  dilakukan  dengan  batasan  masalah  yang  ditetapkan  di  awal  penelitian  berdasarkan  sifat material, jenis beban, komponen struktur, dan material elemen. Sifat material isotropik dan tidak dipengaruhi oleh tekanan hidrostatis. Sifat material tidak terikat terhadap variabel waktu dan suhu sehingga pengaruh rangkak ( creep ) dan susut ( shrinkage ) diabaikan. Jenis beban yang digunakan adalah beban terpusat yang terletak tepat pada sumbu penampang di posisi serat teratas penampang untuk arah beban ke bawah ( download ) dan di posisi serat terbawah penampang untuk arah beban ke atas ( upload ). Pembebanan dilakukan secara statik nonlinear.
Secara  komponen  struktur,  posisi  titik  hubungan  balok  kolom  struktur  komposit  terletak  di  interior  dengan  balok terkekang pada kedua sisi kolom. Hubungan balok kolom dengan diafragma dianggap rigid sempurna dan monolit tanpa  meninjau  komponen  sambungan.  Struktur  komposit  dianggap  dibangun  dengan  perancah  ( shored )  sehingga komponen  struktur  memikul  beban  hidup  dan  mati.  Struktur  balok  komposit  dirancang  dengan  sistem  konektor geser parsial. Pelat beton bertulang dihitung berdasarkan pelat satu arah nonprategang.
(b) (a)
Secara  material,  mutu  beton  digunakan  37  MPa  sesuai  dengan  hasil  pengujian  Wang  et  al.  (2017).  Mutu  baja tulangan  dan  baja  profil  sesuai  dengan  hasil  pengujian  Wang  et  al.  (2017).  Selain  itu,  mutu  elemen  struktur  yang tidak dinyatakan digunakan nilai referensi lain yang memiliki kaitan dengan elemen tersebut.

## Kerangka berpikir
Penelitian  ini  dilakukan  secara  bertahap  dengan  dimulai  dari  studi  pustaka.  Kegiatan  ini  bertujuan  untuk  mencari referensi  jurnal  pengujian  laboratorium.  Dari  jurnal  tersebut,  model  benda  uji  dalam  penelitian  tersebut  dijadikan sebagai acuan dengan modifikasi pengujian berupa pembebanan statik nonlinear. Model pengujian dan data material dalam jurnal tersebut dijadikan sebagai acuan dengan modifikasi pada jenis pengujian beban dan elemen benda uji dengan  batasan  penelitian  yang  ditentukan  di  awal.  Setelah  rumusan  masalah,  tujuan,  dan  manfaat  penelitian  ini ditentukan, langkah berikutnya dilanjutkan ke tahap penyusunan dasar teori yang memiliki hubungan dan termasuk dalam lingkup penelitian ini.
Dalam  tahap  penentuan  model  uji,  setiap  model  benda  uji  berdasarkan  jurnal  tersebut  tetap  dianalisis  dalam penelitian  ini  sebagai  verifikasi.  Modifikasi  benda  uji  tambahan  dilakukan  dengan  menambahkan  baris  tulangan utama  dan  pembagi  pada  pelat  beton  bertulang.  Hal  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  kapasitas  struktur  komposit terhadap penambahan tulangan pada pelat beton struktur komposit.

## Struktur baja komposit
Salah  satu  keunggulan  struktur  baja  komposit  didasarkan  atas  transfer  tegangan  antara  material  baja  dan  beton melalui  tegangan  lekatan  ( bond  stress ).  Berdasarkan  mekanisme  tersebut,  konstruksi  struktur  baja  komposit  lebih kuat dan kaku dengan biaya minimal daripada konstruksi baja atau beton bertulang (Roeder et al., 1999). Komponen struktur ini dapat menahan beban lebih besar sekitar 33%--50% daripada beban yang hanya dipikul oleh balok baja tunggal  (Setiawan,  2008).  Kesatuan  material  komposit  terbentuk  saat  pelat beton dihubungkan  dengan balok baja. Pelat  beton  bekerja  sebagai  lapisan  penutup  ( cover  plate )  yang  membantu  balok  untuk  distribusi  beban.  Dengan adanya  kesatuan  material  tersebut,  aksi  pikul  momen  lentur  yang  terjadi  dapat  dilakukan  tidak  hanya  oleh  balok baja, tetapi juga oleh pelat beton (Setiawan, 2008).
Untuk  sistem  struktur  komposit  penuh,  berat  elemen  struktur  dapat  dikurangi  sekitar  20%--30%  (McCormac  & Csernak, 2012; Setiawan, 2008). Pengurangan berat elemen struktur merupakan hasil penggunaan ukuran profil baja yang lebih kecil (tinggi elemen menjadi lebih kecil dan berat elemen menjadi lebih ringan). Ukuran profil yang lebih kecil  dapat  memberikan keuntungan dalam  perencanaan ruang  bangunan  dapat  lebih  efisien  (Geschwindner  et  al., 2017;  McCormac  &  Csernak,  2012).  Dengan  demikian,  dapat  dilakukan  penghematan  biaya,  seperti  material  dan perlindungan terhadap api (McCormac & Csernak, 2012; Setiawan, 2008).

## Balok baja komposit
Dalam  balok  komposit,  terdapat  dua  jenis  material  yang masing-masing  memiliki  perilaku  material  yang  berbeda, yaitu  balok  baja  dan  pelat  beton  bertulang.  Akibat  perbedaan  perilaku  ini,  jika  terdapat  gaya  geser  yang  bekerja terhadap sistem struktur balok komposit, antara pelat beton bertulang dan balok baja akan saling bergeser atau tidak terdapat  lekatan  di  antara  kedua  material  tersebut.  Pergeseran  lateral  yang  timbul  antara  kedua  material  tersebut tidak  lagi  menjadikan  balok  komposit  sebagai  satu  kesatuan,  tetapi  hanyalah  pelat  beton  bertulang  yang  bekerja sebagai beban mati di atas balok baja (Dewobroto, 2016). Dengan ditemukannya alat-alat penghubung dan metode penyambungan  (pengelasan)  yang  lebih  baik  seiring  dengan  waktu  dan  perkembangan  teknologi,  lekatan  antara balok baja dan pelat beton dapat ditingkatkan dan berperilaku lebih realistis sebagai satu kesatuan (Setiawan, 2008). Jika  ditinjau  berdasarkan  kekakuan,  struktur  pelat  lantai  komposit  memiliki  kekakuan  lebih  besar  dibandingkan dengan struktur pelat beton di atas balok baja yang bekerja sendiri (Setiawan, 2008).
Gambar 5. Balok Komposit (a) dengan Konektor Geser dan (b) Tanpa Konektor Geser (Dewobroto, 2016)

## Konektor geser
Konektor  geser  menjadikan  pelat  beton  dan  balok  baja  profil  bekerja  sebagai  satu  kesatuan  komposit.  Konektor geser didesain untuk menahan gaya geser antara pelat beton dan balok baja. Tipe konektor geser stud yang paling
(b)
(a)
banyak digunakan dalam dunia konstruksi (Nguyen & Kim, 2009; Setiawan, 2008). Konektor geser stud termasuk dalam jenis flexible yang meneruskan gaya geser segala arah tegak lurus terhadap konektor tersebut (Soegiarso).
Dalam  perencanaan,  jumlah  konektor  geser  dapat  dipasang  secara  penuh  yang  menghasilkan  struktur  komposit penuh  ataupun  secara  sebagian  yang  menghasilkan  struktur  komposit  parsial  (Setiawan,  2008).  Hal  ini  dapat disebabkan beberapa hal, seperti penambahan biaya yang diperlukan untuk kebutuhan konektor geser sesuai dengan standar atau spesifikasi yang digunakan. (Geschwindner at al., 2017); (McCormac & Csernak, 2012). Jika struktur komposit bekerja secara parsial, distribusi tegangan elastis dan plastis yang terjadi tidak secara penuh, tetapi masih terjadi  secara  individu.  Jika  digunakan  konektor  geser  secara  penuh,  lekatan  yang  terjadi  dianggap  terjadi menyeluruh secara komposit.
Gambar 6. Distribusi tegangan elastis untuk perilaku (a) nonkomposit, (b) komposit parsial, dan (c) komposit penuh (Geschwindner et al., 2017)

## Kolom baja komposit
Jenis kolom struktur komposit yang digunakan adalah kolom struktur baja berongga diisi beton ( concrete filled tube [CFT]).  Salah  satu  kategori  sambungan  yang  berbeda  pada  umumnya  adalah  sambungan  antara  balok  dan  kolom dengan las penetrasi penuh yang lazimnya dipraktikkan di Jepang seperti ditunjukkan dalam Gambar 7. Pemasangan pengaku (diafragma) diperlukan di daerah sambungan balok-kolom jika balok baja disambungkan atau dilas dengan baja berongga (Tamboli, 2017).
Gambar 7. Jenis sambungan yang direkomendasikan di Jepang untuk struktur kolom komposit (Tamboli, 2017)

## Metode elemen hingga
Model  persamaan  matematika  kadang-kadang  menjadi  lebih  kompleks  dan  rumit  sehingga  dalam penyelesaiannya secara  manual  digunakan  pendekatan  dan  asumsi-asumsi  untuk  penyederhanaan  metode  penyelesaian.  Seiring dengan perkembangan zaman dan teknologi, persamaan dan pemodelan kompleks dapat diselesaikan oleh komputer dengan  metode  numerik.  Metode  ini  mentransformasi  persamaan  diferensial  menjadi  persamaan  ajlabar  yang diproses  oleh  komputer.  Dengan  metode  ini,  persamaan  diferensial  yang  sangat  sulit  dengan  hasil  eksak  dapat diselesaikan dengan aproksimasi atau pendekatan (Reddy, 2015).

## Analisis struktur nonlinear
Untuk analisis struktur secara nonlinear, matriks kekakuan tidak konstan dan urutan pembebanan akan memengaruhi hasil  akhir.  Penyelesaian  secara  nonlinear  dengan  program  komputer  akan  menerapkan  konsep  peningkatan ( incremental ) dan iterasi ( iteration ) yang akan berpengaruh pada waktu analisis dan sumber daya yang dibutuhkan (Dewobroto & Harapan, 2013). Peningkatan dapat berupa faktor beban ( load factor ) yang akan dikalikan terhadap satuan  nilai  gaya  ( force )  maupun  satuan  nilai  perpindahan  ( displacement ).  Iterasi  dilakukan  hingga  analisis  pada suatu faktor beban telah didapatkan hasil yang mencapai atau melewati batas konvergen.
(c) (b) (a)

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan secara bertahap dengan dimulai dari studi pustaka yang bertujuan untuk mencari referensi jurnal  pengujian  laboratorium.  Jurnal  penelitian  yang  dijadikan  sebagai  acuan  berdasarkan  Wang  et  al.  (2017). Model  pengujian  dan  data  material  dalam  jurnal  tersebut  dijadikan  sebagai  acuan  dengan  modifikasi  pada  jenis pengujian  beban  dan  elemen  benda  uji  yang  disertai  dengan  batasan  penelitian.  Tahap-tahap  penelitian  ini dirangkum dalam diagram alir pada Gambar 8.

## Gambar 8. Diagram alir penelitian
Dilakukan penelitian terhadap enam model benda uji, tiga benda uji berdasarkan model ST-M-RC dan tiga benda uji lainnya berdasarkan model ST-S-RC dengan tinggi kolom komposit untuk seluruh model sesuai dengan model ST- M-RC  berdasarkan  Wang  et  al.  (2017).  Modifikasi  dilakukan  dengan  penambahan  jumlah  tulangan  utama  dan pembagi  yang  terletak  pada  baris  atas  dan  bawah  pelat  beton.  Untuk  penelitian  ini,  model  ST-M-RC  dinamakan sebagai  model  RW-M.  RW  berarti  inisial  peneliti,  Richard  Widjaya,  dan  M  berarti  titik  sisi  tengah  ( middle ) hubungan  balok-kolom  yang  merujuk  pada  model  ST-M-RC  dan  mewakili  perilaku  kapasitas  struktur  terhadap momen positif ( sagging ). Selain itu, model ST-S-RC dinamakan sebagai model RW-S. RW berarti inisial peneliti, Richard Widjaya, dan S sebagai titik sisi pinggir ( side ) hubungan balok-kolom yang merujuk pada model ST-S-RC dan  mewakili  perilaku  kapasitas  struktur  terhadap  momen  negatif  ( hogging ).  Model  RW-M-1  dan  RW-S-1  dibuat dengan jarak tulangan utama dan pembagi sebesar 200 mm sesuai dengan Wang et al. (2017). Desain jarak tulangan utama  dan  pembagi untuk model  RW-M-2  dan  RW-S-2  sebesar  150  mm  dan untuk  model  RW-M-3  dan  RW-S-3 sebesar 100 mm.
Gambar 9. Model benda uji (a) RW-M-1 dan RW-S-1; (b) RW-M-2 dan RW-S-2; (c) RW-M-3 dan RW-S-3

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Geometri  balok,  kolom,  dan  pelat  dimodelkan  sebagai  elemen  padat  ( solid ),  sedangkan  geometri  tulangan dimodelkan  sebagai  elemen  garis  ( curve ).  Diskretisasi  ( meshing )  pada  elemen  garis  digunakan  pilihan edge dan elemen ruang digunakan pilihan solid . Bentuk elemen secara tetrahedron (limas) dengan empat nodal. Untuk elemen garis  ( edge ),  metode  pembagian  ( seeding  method )  dilakukan  dengan panjang  interval  ( interval  length )  dan  jumlah pembagian  ( number  of  divisions )  setiap  50  mm.  Elemen  garis  dibuat  dengan  penulangan  ( reinforcement ) bar  in solid . Selain itu, untuk elemen solid, metode pembagian dilakukan dengan ukuran elemen ( element size ) dan jumlah pembagian ( number of divisions ) setiap 25 mm. Pembebanan berupa load set perpindahan ( displacement ) 1 satuan
Tidak Ya Mulai Studi Pustaka Rumusan Masalah
Identifikasi Masalah Tujuan Penelitian Pengumpulan Data Hasil Uji Laboratorium Pemodelan dengan Aplikasi MIDAS FEA Analisis Model Benda Uji
Kesesuaian Hasil
Analisis Kapasitas Struktur Komposit? Pembahasan Kesimpulan Selesai Kesesuaian Hasil Analisis Kapasitas Struktur Komposit?
(c) (b) (a)
sebesar 25 mm dengan nilai positif menunjukkan arah ke atas untuk model  RW-M-1, RW-M-2, dan RW-M-3 dan nilai negatif menunjukkan arah ke bawah untuk model RW-S-1, RW-S-2, dan RW-S-3.
Analisis dilakukan secara statik nonlinear. Statik berarti peningkatan beban secara linear dan bertahap sesuai dengan nilai peningkatan ( increment ) faktor beban ( load set ) yang dimasukkan. Nonlinear berarti analisis perilaku material hingga  mengalami  keruntuhan  sehingga  hubungan  tegangan-regangan  tidak  hanya  ditinjau  secara  elastis  (linear), tetapi juga ditinjau secara plastis (nonlinear) yang dilakukan secara iterasi hingga mencapai nilai konvergen. Nilai batas konvergen ditetapkan sebesar 0,001 (10 -3 ) untuk kondisi yang digunakan, yaitu energy norm dan displacement norm .
Gambar 10. Geometri model RW-M-1 dan RW-S-1 (a) sumbu global, (b) tampak atas (sumbu Z), (c) tampak bawah (sumbu Z), (d) tampak samping (sumbu X), dan (e) tampak samping (sumbu Y)
Gambar 11. Geometri model RW-M-2 dan RW-S-2 (a) sumbu global, (b) tampak atas (sumbu Z),
(c) tampak bawah (sumbu Z), (d) tampak samping (sumbu X), dan (e) tampak samping (sumbu Y) (e) (d) (c) (b) (a) (e) (d) (c) (b) (a)
Gambar 12. Geometri model RW-M-3 dan RW-S-3 (a) sumbu global, (b) tampak atas (sumbu Z), (c) tampak bawah (sumbu Z), (d) tampak samping (sumbu X), dan (e) tampak samping (sumbu Y)
Gambar 13. Tampilan diskretisasi elemen model RW-M dan RW-S (a) sumbu global, (b) tampak atas (sumbu Z), (c) tampak bawah (sumbu Z), (d) tampak samping (sumbu X), dan (e) tampak samping (sumbu Y)
Analisis  dilakukan  dengan  pembebanan  arah  ke  bawah  ( down  load )  untuk  model  RW-M  yang  merepresentasikan perilaku struktur terhadap momen positif ( sagging ) dan pembebanan arah ke atas ( up load ) untuk model RW-S yang merepresentasikan perilaku struktur terhadap momen negatif ( hogging ). Ilustrasi pembebanan untuk model RW-M-1 ditunjukkan pada Gambar 14 dan untuk model RW-S-1 ditunjukkan pada Gambar 15.
Gambar 14. Ilustrasi pembebanan model RW-M-1 (a) sumbu global, (b) tampak samping (sumbu X), dan (c) tampak samping (sumbu Y)
(a) (e) (d) (c) (b) (a) (e) (d) (c) (b)
(c) (b) (a)
Gambar 15. Ilustrasi pembebanan model RW-S-1 (a) sumbu global, (b) tampak samping (sumbu X), dan (c) tampak samping (sumbu Y)
Keruntuhan  ditinjau  dari  bagian  pelat  beton  bertulang  yang  sudah  retak,  terutama  di  sekitar  stud  dan  tersebar  ke seluruh stud, sehingga aksi komposit sudah tidak berlaku. Hasil analisis struktur komposit dengan pembebanan arah ke  bawah  ( down  load )  dan  pembebanan  arah  ke  atas  ( up  load ) dengan  menggunakan  aplikasi  MIDAS  FEA ditunjukkan  dalam  bentuk  kurva  kapasitas  hubungan  antara  gaya  ( force )  dan  perpindahan  ( displacement )  pada Gambar 16.
Gambar 16. Grafik kapasitas gaya vs. perpindahan untuk (a) gaya beban arah bawah dan (b) gaya beban arah atas
Hasil  analisis  berdasarkan  model  RW-M-1  dan  RW-S-1  untuk  perpindahan  ( displacement )  saat  kapasitas ditunjukkan pada Gambar 17 dan status retak ( crack status ) pelat beton ditunjukkan pada Gambar 18.
(c) (b) (a) RW-M-1 RW-M-2 RW-M-3 RW-S-1 RW-S-2 RW-S-3 Jarak Tulangan Jarak Tulangan
Gambar 17. Perpindahan ( displacement ) pada nilai kapasitas untuk model (a) RW-M-1 dan (b) RW-S-1
Gambar 18. Status retak ( crack status ) pada pelat beton untuk model (a) RW-M-1 dan (b) RW-S-1
Pada Gambar 18, diperlihatkan untuk model RW-M-1 dengan arah beban ke bawah, retak pada pelat terletak pada serat  bawah  pelat  beton  dan  terletak  menjalar  dari  satu  lubang  stud  ke  lubang  stud  lainnya.  Selain  itu,  retak  juga terletak di sekitar lubang kolom komposit. Untuk model RW-S-1, retak pada pelat hampir terjadi di seluruh bagian pelat beton. Semakin dekat dengan titik beban, retak yang timbul pada pelat semakin penuh. Pada kondisi ini, untuk seluruh  model,  aksi  komposit  yang  dihasilkan  dari  penyaluran  tegangan  geser  antara  pelat  beton  dan  balok  baja sudah tidak berlaku.
Untuk  material  daktail,  tegangan  elemen  baja  profil  ditunjukkan  pada  Gambar  19  dan  status  plastisitas  ( plasticity status ) ditunjukkan pada Gambar 20.
(b) (a) (b) (a)
Gambar 19. Tegangan von Mises elemen baja profil untuk model (a) RW-M-1 dan (b) RW-S-1
Gambar 20. Status plastisitas ( plasticity status ) elemen baja profil untuk model (a) RW-M-1 dan (b) RW-S-1
Berdasarkan  Gambar  19  dan  Gambar  20  diperlihatkan  untuk  model  RW-M-1  dengan  beban  ke  bawah  pada  nilai kapasitas,  semakin  mendekati  kolom  maka  terjadi  peningkatan  tegangan  pada  balok  profil  hingga  hampir  seluruh bagian  badan  balok  profil  pada  titik  tersebut  bersifat  plastis.  Selain  itu,  seluruh  stud  seluruhnya  dalam  kondisi tegangan  tinggi  hingga plastis.  Selain  itu, untuk  model  RW-S-1  dengan  beban ke  atas  pada  nilai kapasitas,  terjadi peningkatan  tegangan  pada  titik  hubungan  balok  kolom  dan  stud  hingga  mencapai  batas  plastis.  Hasil  pemodelan menunjukkan  bahwa  pada  kondisi  kegagalan  kolom  yang  dimodelkan  monolit  terhadap  balok  profil,  terdapat distribusi  tegangan  pada  bagian  hubungan  balok  kolom  hingga  diafragma  sisi  bawah  untuk  model  RW-M  dengan beban  ke  bawah  dan  terdapat  distribusi  tegangan  pada  bagian  hubungan  balok  kolom  hingga  diafragma  sisi  atas untuk  model  RW-S  dengan  beban  ke  atas.  Hal  ini  menunjukkan  bawah  meskipun  elemen  kolom  dianggap mengalami kegagalan, bagian ini masih berperan dalam menyalurkan tegangan akibat beban kapasitas yang bekerja.
(d) (b) (c) (a)
(d) (b) (c) (a)
Perbandingan  nilai  kapasitas  yang  didapatkan  antara  MIDAS  FEA  dan  data  pengujian  laboratorium  berdasarkan Wang et al. (2017) untuk model dengan arah beban ke bawah ( down load ) ditunjukkan pada Tabel  1  dan  model dengan arah beban ke atas ( up load ) ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 1. Perbandingan nilai kapasitas untuk model dengan beban arah bawah ( down load ) Model Jarak tulangan pelat (mm) Kapasitas, P (kN) MIDAS FEA Uji laboratorium (Wang et al., 2017) RW-M-1 200 318,57 308 RW-M-2 150 322,46 - RW-M-3 100 323,05 -
Tabel 2. Perbandingan nilai kapasitas untuk model dengan beban arah atas ( up load ) Model Jarak tulangan pelat (mm) Kapasitas, P (kN) MIDAS FEA Uji laboratorium (Wang et al., 2017) RW-M-1 200 226,61 210 RW-M-2 150 257,48 - RW-M-3 100 282,76 -
Perbandingan nilai peningkatan kapasitas untuk model dengan arah beban ke bawah ( down load ) ditunjukkan pada Tabel 3 dan model dengan arah beban ke atas ( up load ) ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 3. Perbandingan nilai peningkatan kapasitas untuk model dengan beban arah bawah ( down load )
Model Kapasitas, P (kN) hasil MIDAS FEA Peningkatan nilai (kN) Persen peningkatan (%) RW-M-1 318,57 3,89 1,22 RW-M-2 322,46 1,19 0,36 RW-M-3 323,05
Tabel 4. Perbandingan nilai peningkatan kapasitas untuk model dengan beban arah atas ( up load ) Model Kapasitas, P (kN) hasil MIDAS FEA Peningkatan nilai (kN) Persen peningkatan (%) RW-M-1 226,61 30,87 13,62 RW-M-2 257,48 25,28 9,82 RW-M-3 282,76
Pada  model  RW-M  dengan  beban  ke  bawah  yang  merepresentasikan  perilaku  struktur  komposit  terhadap  momen positif,  kapasitas  tekan  dipikul  oleh  pelat  beton  bertulang,  sedangkan  kapasitas  tarik  dipikul  oleh  balok  baja. Berdasarkan  perilaku  material,  beton  yang  kuat  tekan  mampu  memikul  tekan  hingga  keruntuhan  material  beton tercapai. Material daktail berupa balok baja profil akan memikul tarik dan belum tercapai keruntuhan meskipun nilai kapasitas  telah  terlampaui.  Akibat  keruntuhan  tekan  pada  pelat  beton  bertulang  terutama  di  daerah  dengan konsentrasi tegangan yang tinggi, seperti lubang stud dan di sekitar lubang kolom, tegangan geser antara stud dan pelat  beton  tidak  tersalurkan  sehingga  aksi  komposit  pada  struktur  komposit  tidak  berlaku.  Hal  inilah  yang menyebabkan  penambahan  material  tulangan  yang  bersifat  memikul  tarik  tidak  berkontribusi  secara  signifikan dalam peningkatan kapasitas struktur komposit.
Pada  model  RW-S  dengan  beban  ke  atas  yang  merepresentasikan  perilaku  struktur  komposit  terhadap  momen negatif, kapasitas tekan dipikul oleh serat bawah balok baja, sedangkan kapasitas tarik dipikul oleh serat atas balok baja dan tulangan pelat. Material beton tidak memikul tegangan tarik dalam jumlah besar sehingga keruntuhan pelat beton lebih cepat terjadi. Akan tetapi, kapasitas tarik masih dipikul oleh material daktail berupa serat atas balok baja dan  tulangan  pelat.  Dengan  adanya  penambahan  jumlah  tulangan  pada  pelat,  hal  ini  akan  meningkatkan  rasio tulangan  dan  kapasitas  tarik.  Namun,  sistem  struktur  komposit  lebih  cepat  mencapai  kapasitas  akibat  keruntuhan getas  beton  yang  mengakibatkan  aksi  komposit  tidak  berlaku  meskipun  keruntuhan  daktail  material  baja  belum tercapai. Penambahan tulangan pelat dapat meningkatkan kapasitas tarik struktur komposit yang memikul beban ke atas atau momen negatif ( hogging ).
Grafik  perbandingan  nilai  kapasitas  dan  persen  peningkatan  untuk  setiap  model  dengan  beban  arah  bawah  ( down load ) dan beban arah atas ( up load ) ditunjukkan pada Gambar 21.
Gambar 21. Grafik perbandingan nilai kapasitas dan persen peningkatan untuk seluruh model
Kapasitas struktur komposit model  RW-M dengan arah gaya ke bawah lebih besar daripada modela RW-S dengan arah  gaya  ke  atas.  Dengan  modifikasi  model  berupa  penambahan  jumlah  tulangan  utama  dan  pembagi  pada  baris atas dan baris bawah pelat beton untuk kondisi beban ke bawah, didapatkan hasil bahwa kapasitas struktur komposit untuk memikul momen positif lebih besar, tetapi penambahan jumlah tulangan tidak memberikan kenaikan kapasitas secara  signifikan.  Selain  itu,  untuk  kondisi  beban  ke  bawah,  didapatkan  hasil  bahwa  kapasitas  struktur  komposit untuk  memikul  momen  negatif  lebih  kecil  dan  dengan  penambahan  jumlah  tulangan  dapat  memberikan  kenaikan kapasitas cukup signifikan.
Kurva hubungan antara kapasitas gaya vs. perpindahan untuk keenam model dengan beban arah bawah ( down load ) dan beban arah atas ( up load ) ditunjukkan pada Gambar 22.
Gambar 22. Grafik kapasitas gaya vs. perpindahan untuk seluruh model
Jika  dibandingkan  untuk  model  yang  sama  dengan  jarak  tulangan  tertentu,  nilai  selisih  dan  persennya  terhadap kapasitas untuk model RW-M dengan beban arah bawah ( down load ) dan model RW-S dengan beban arah atas ( up load ) ditunjukkan pada Tabel 5.
RW-M-1 RW-M-2 RW-M-3 RW-S-1 RW-S-2 RW-S-3
Tabel 5. Nilai dan persen selisih kapasitas antarmodel dengan jarak tulangan yang sama Model Jarak tulangan (mm) Kapasitas, P (kN) Selisih nilai kapasitas (kN) Persen selisih (%) terhadap model RW-M RW-S RW-M-1 200 318,57 91,96 28,87 40,58 RW-S-1 226,61 RW-M-2 150 322,46 64,98 20,15 25,24 RW-S-2 257,48 RW-M-3 100 323,05 40,29 12,47 14,25 RW-S-3 282,76
Perbandingan selisih nilai dan persen kesalahan antara data pengujian laboratorium berdasarkan  Wang et al. (2017) dan hasil analisis dengan program MIDAS FEA ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Selisih nilai dan persen kesalahan antara hasil uji laboratorium (Wang et al., 2017) dan MIDAS FEA
Model Jarak tulangan (mm) Kapasitas, P (kN) Selisih nilai (kN) Persen selisih (%) MIDAS FEA Uji laboratorium (Wang et al., 2017) RW-M-1 200 318,57 308 10,57 3,43 RW-S-1 226,61 210 16,61 7,91

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian, didapatkan kesimpulan sebagai berikut.
1. Untuk  model  RW-M-1  (jarak  tulangan  pelat  200  mm  dan  arah  beban  ke  bawah),  nilai  uji  laboratorium didapatkan sebesar 308 kN dan MIDAS FEA didapatkan sebesar 318,57 kN dengan persen selisih nilai sebesar 3,43%.
2. Untuk model RW-S-1 (jarak tulangan pelat 200 mm dan arah beban ke atas), nilai uji laboratorium didapatkan sebesar 210 kN dan MIDAS FEA didapatkan sebesar 225,67 kN dengan persen selisih nilai sebesar 7,46%.
3. Untuk  model  RW-M-2  (jarak  tulangan  pelat  150  mm  dan  arah  beban  ke  bawah),  analisis  kapasitas  dengan MIDAS  FEA  didapatkan  sebesar  322,46  kN.  Peningkatan  nilai  kapasitas  terhadap  model  RW-M-1  sebesar 1,22%.
4. Untuk model RW-S-2 (jarak tulangan pelat 150 mm dan arah beban ke atas), analisis kapasitas dengan MIDAS FEA didapatkan sebesar 257,48 kN. Peningkatan nilai kapasitas terhadap model RW-S-1 sebesar 14,09%.
5. Untuk  model  RW-M-3  (jarak  tulangan  pelat  100  mm  dan  arah  beban  ke  bawah),  analisis  kapasitas  dengan MIDAS  FEA  didapatkan  sebesar  323,05  kN.  Peningkatan  nilai  kapasitas  terhadap  model  RW-M-2  sebesar 0,36%.
6. Untuk model RW-S-3 (jarak tulangan pelat 100 mm dan arah beban ke atas), analisis kapasitas dengan MIDAS FEA didapatkan sebesar 282,76 kN. Peningkatan nilai kapasitas terhadap model RW-S-2 sebesar 9,82%.

## DAFTAR PUSTAKA
Dewobroto,  W.  (2016). Steel  structure–Behavior,  analysis  &  design–AISC  2010 . Yogyakarta:  Pelita  Harapan University.
Dewobroto, W., & Harapan, U. P. (2013). Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000 . Lumina, Jakarta.
Garrison, P. (2016). Basic structures (3rd ed.). Chichester: John Wiley & Sons, Ltd. Geschwindner,  L.  F.,  Liu,  J.,  &  Carter,  C.  J.  (2017). Unified  design  of  steel  structures (3rd  ed.).  Providence Engineering Corp.
Li,  L.,  Wang,  W.,  Chen,  Y.,  &  Lu,  Y.  (2013).  Experimental  investigation  of  beam-to-tubular  column  moment connections under column removal scenario. Journal of constructional steel research, 88 , 244-255. Liu,  J.,  Ding,  F.-x.,  Liu,  X.-m.,  Yu,  Z.-w.,  Tan,  Z.,  &  Huang,  J.-w.  (2019).  Flexural  capacity  of  steel-concrete composite beams under hogging moment. Advances in civil engineering , 1-13. McCormac, J. C., & Csernak, S. F. (2012). Structural Steel Design (5th ed.). New Jersey: Pearson Education, Inc. Nguyen,  H.  T.,  &  Kim,  S.  E.  (2009).  Finite  element  modeling  of  push-out  tests  for  large  stud  shear connectors. Journal of Constructional Steel Research, 65 (10-11), 1909-1920.
Reddy, J. N. (2015). An introduction to nonlinear finite element analysis: With applications to heat transfer, fluid mechanics, and solid mechanics (2nd ed.). Oxford: Oxford University Press.
Roeder, C. W., Chmielowski, R., & Brown, C. B. (1999). Shear connector requirements for embedded steel sections. Journal of structural engineering, 125 (2), 142-151. Setiawan, A. (2008). Perencanaan struktur baja dengan metode LRFD (berdasarkan SNI 03-1729-2002) (1st ed.). Jakarta: Penerbit Erlangga.
Soegiarso, R. (n.d.). Composite structures. Jakarta: Universitas Tarumanagara. Tamboli, A. (2017). Handbook of structural steel connection design and details (3rd ed.). McGraw-Hill Education. Wang, W., Wang, J., Sun, X.,  & Bao, Y. (2017). Slab effect of composite subassemblies under a column removal scenario. Journal of constructional steel research, 129 , 141-155.
Zandonini,  R.,  Baldassino,  N.,  Freddi,  F.,  &  Roverso,  G.  (2019).  Steel-concrete  frames  under  the  column  loss scenario: An experimental study. Journal of Constructional Steel Research, 162 , 105527.