Sistem Struktur Ganda: Konsep, Kombinasi Sistem, dan Kinerja Gempa

Pendahuluan

Bangunan di wilayah rawan gempa, seperti di Indonesia, menuntut desain struktur yang tidak hanya kuat menahan beban vertikal tetapi juga mampu bertahan saat terjadi gempa. Dalam konteks ini, Sistem Struktur Ganda atau dual structural system menjadi salah satu solusi rekayasa yang banyak diteliti dan diaplikasikan dalam bangunan bertingkat menengah hingga tinggi. Sistem ini menggabungkan dua komponen utama struktur, rangka pemikul momen dan elemen dinding geser, untuk saling melengkapi dalam menahan beban lateral dan beban gravitasi secara optimal. Penelitian-penelitian terbaru menunjukkan bahwa integrasi kedua elemen ini dapat meningkatkan ketahanan gempa suatu bangunan, meminimalkan simpangan antar lantai, dan meningkatkan disipasi energi saat gempa terjadi. Ide dasar dari sistem struktur ganda adalah mendapatkan keseimbangan yang efektif antara kekakuan dan kelenturan struktur sehingga bangunan tetap aman namun tidak kaku berlebihan saat gempa besar terjadi. ([Lihat sumber Disini - rekayasasipil.ub.ac.id])

Definisi Sistem Struktur Ganda

Definisi Sistem Struktur Ganda Secara Umum

Secara umum, Sistem Struktur Ganda adalah konfigurasi struktural yang menggabungkan dua subsistem utama, rangka pemikul momen dan elemen penahan lateral seperti dinding geser, sehingga keduanya saling bekerja sama untuk memikul beban bangunan. Rangka pemikul momen biasanya dirancang untuk menahan beban vertikal dan sebagian beban lateral, sedangkan dinding geser memberikan kekakuan dan kapasitas tahan lateral yang tinggi untuk menanggulangi gaya akibat gempa atau beban angin ekstrem. Kombinasi ini membuat struktur menjadi lebih efektif dalam mendistribusikan gaya lateral dibandingkan jika hanya menggunakan satu sistem saja. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])

Definisi Sistem Struktur Ganda dalam KBBI

Dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), istilah sistem merujuk pada keseluruhan unsur yang saling berhubungan sehingga membentuk satu kesatuan, sedangkan struktur berarti susunan elemen yang membentuk suatu kesatuan yang mempertahankan bentuk dan fungsi tertentu. Maka secara terminologi dalam KBBI, Sistem Struktur Ganda dapat dipahami sebagai susunan dua elemen struktur yang saling bekerja sama untuk mencapai fungsi keseluruhan struktur bangunan yang lebih baik dalam memikul beban.

Definisi Sistem Struktur Ganda Menurut Para Ahli

Menurut Hendra et al. (2021), sistem ganda merupakan kombinasi antara sistem rangka pemikul momen dan elemen dinding geser yang masing-masing saling melengkapi dalam merespons gaya graviti dan lateral dari beban gempa, di mana rangka pemikul momen memikul setidaknya 25% dari beban gempa sedangkan sisanya ditahan oleh dinding geser. ([Lihat sumber Disini - media.neliti.com])

Menurut Suwal & Khawas (2022), sistem ganda terdiri dari rangka tahan momen dan dinding geser yang ditempatkan dalam posisi optimal pada denah bangunan untuk meminimalkan simpangan lateral dan efek torsi, sehingga memberikan keseimbangan antara kekakuan dan kelenturan struktur. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])

Menurut Purba (2016), sistem ganda menawarkan keuntungan signifikan dalam mereduksi gaya lateral dibandingkan sistem tunggal, karena dinding geser yang kaku menangani sebagian besar gaya seismik sementara rangka memberikan kemampuan disipasi energi. ([Lihat sumber Disini - media.neliti.com])

Menurut artikel penelitian oleh Amir (2024), perilaku struktur ganda menunjukkan bahwa penggunaan sistem kombinasi antara dinding geser dan elemen lain, misalnya portal, memberikan pengurangan gaya dalam signifikan pada elemen rangka, sehingga meningkatkan keseluruhan ketahanan terhadap gempa. ([Lihat sumber Disini - rekayasasipil.ub.ac.id])

Menurut Xu et al. (2023) dalam studi eksperimental dual structural system, penggunaan sistem ganda menunjukkan kapasitas disipasi energi dan ketahanan terhadap deformasi lebih baik daripada sistem tunggal, terutama dalam hal degradasi kekakuan dan resistensi keruntuhan akibat gempa. ([Lihat sumber Disini - sciencedirect.com])

Kombinasi Sistem Rangka dan Dinding Geser

Di dalam desain bangunan tahan gempa modern, kombinasi antara sistem rangka dan dinding geser menjadi pendekatan utama dalam Sistem Struktur Ganda. Rangka pemikul momen sendiri terdiri dari balok dan kolom yang terhubung kuat untuk menahan beban vertikal gravitasi dan sebagian beban lateral melalui aksi lentur dan geser. Sistem ini biasanya dipilih karena kemampuannya dalam memberikan integritas struktural secara keseluruhan, namun jika berdiri sendiri, rangka pemikul momen seringkali memiliki kekakuan lateral yang relatif rendah dan simpangan antar lantai yang besar saat gempa. ([Lihat sumber Disini - media.neliti.com])

Sebagai pelengkap, dinding geser (shear wall) adalah elemen vertikal beton bertulang yang dirancang khusus untuk menahan gaya lateral akibat gempa atau angin dengan cara memberikan kekakuan dan resistensi geser yang tinggi. Dinding ini umumnya ditempatkan secara strategis, misalnya di sekitar inti bangunan seperti lift core atau tangga darurat, sehingga dapat mengurangi simpangan lateral dan torsi secara signifikan. ([Lihat sumber Disini - en.wikipedia.org])

Dalam sistem ganda, mekanisme pembagian beban lateral dilakukan berdasarkan proporsi kekakuan relatif masing-masing komponen struktur. Secara umum, dinding geser mengambil sebagian besar beban lateral, sering kali lebih dari 75%, sedangkan rangka pemikul momen direncanakan untuk memikul minimal 25% dari gaya gempa desain sesuai standar perencanaan gempa seperti SNI. Proporsi ini penting untuk disebutkan karena memastikan bahwa kedua sistem tersebut dapat bekerja bersama-sama secara efektif tanpa dominasi satu pihak saja. ([Lihat sumber Disini - media.neliti.com])

Distribusi beban lateral ini berbeda dibandingkan jika hanya menggunakan rangka pemikul momen atau dinding geser sendiri. Pada struktur ganda, kerja kedua sistem ini saling melengkapi: dinding geser memberikan kekakuan tinggi untuk kontrol simpangan dan gaya geser dasar, sementara rangka berkontribusi dalam disipasi energi dan dukungan vertikal sehingga struktur secara keseluruhan lebih tahan gempa. ([Lihat sumber Disini - sciencedirect.com])

Mekanisme Kerja Sistem Struktur Ganda

Mekanisme kerja Sistem Struktur Ganda ditentukan oleh interaksi antara komponen rangka dan dinding geser ketika menerima beban lateral seperti gempa bumi. Ketika gempa terjadi, gaya lateral diteruskan ke struktur melalui lantai dan elemen rangka, kemudian didistribusikan ke subsistem yang lebih dominan menahan gaya lateral, yaitu dinding geser. Dinding geser cenderung memberikan kontribusi utama dalam resistensi lateral karena kekakuannya lebih tinggi dibanding elemen rangka biasa. ([Lihat sumber Disini - sciencedirect.com])

Rangka memikul sebagian gaya lateral dan berperan dalam disipasi energi melalui deformasi plastis pada sendi sendi balok dan kolom, sedangkan dinding geser bekerja seperti balok kantilever vertikal yang memikul geser dasar dan momen. Distribusi gaya lateral di antara kedua sistem ini terjadi berdasarkan kekakuan relativ masing-masing komponen, di mana komponen yang lebih kaku akan menanggung bagian terbesar gaya lateral. Dalam praktik perencanaan gempa, sistem rangka harus dirancang untuk memikul sekurang-kurangnya 25% gaya gempa nominal, dan sisanya diambil oleh dinding geser. ([Lihat sumber Disini - media.neliti.com])

Selain itu, penempatan dinding geser yang simetris dan strategis terhadap denah bangunan dapat mengurangi efek torsi yang tidak diinginkan, sehingga mengurangi risiko gagal struktural akibat deformasi tidak seragam antar lantai atau arah. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])

Kinerja Sistem Struktur Ganda terhadap Gempa

Dalam hal performa terhadap gempa, sistem ganda terbukti unggul dibandingkan sistem tunggal. Penelitian menunjukkan bahwa sistem yang mengombinasikan frame dan shear wall memiliki kapasitas disipasi energi yang lebih tinggi serta kekakuan lateral yang lebih besar, sehingga meminimalkan deformasi berlebihan dan risiko kerusakan struktur saat gempa kuat. ([Lihat sumber Disini - sciencedirect.com])

Sebagai contoh, studi numerik dan eksperimental menunjukkan bahwa penggunaan dinding geser pada struktur ganda dapat secara signifikan mengurangi simpangan lateral antar lantai dan gaya dalam pada elemen rangka, sehingga memberikan kontribusi terhadap peningkatan ketahanan terhadap beban seismik. ([Lihat sumber Disini - jurnal.abulyatama.ac.id])

Penelitian lain mengindikasikan bahwa sistem ganda dengan dinding geser tipe tertentu (misalnya tipe I) mampu memberikan respon seismic yang lebih baik, seperti periode getar alami yang lebih rendah (menandakan kekakuan yang lebih tinggi) dan redaman deformasi lateral, dibandingkan sistem rangka saja atau dinding geser tipe lainnya dalam kondisi gempa tertentu. ([Lihat sumber Disini - jurnal.abulyatama.ac.id])

Distribusi Beban Lateral pada Sistem Ganda

Distribusi beban lateral dalam sistem ganda dilakukan berdasarkan perbandingan kekakuan elemen rangka dan dinding geser. Ketika gempa bekerja pada struktur, beban lateral akan tertumpu lebih besar pada elemen yang lebih kaku, dalam hal ini biasanya dinding geser. Standar perencana gempa mengatur bahwa rangka pemikul momen harus memikul minimal sekitar 25% dari gaya lateral desain gempa, sedangkan sisanya dipikul oleh dinding geser. Konsep ini memastikan bahwa kedua elemen terlibat secara signifikan dalam menahan gaya lateral namun tidak ada satu elemen saja yang sepenuhnya menanggung semua beban gempa. ([Lihat sumber Disini - media.neliti.com])

Distribusi yang tepat penting untuk memastikan struktur tidak mengalami fenomena deformasi berlebihan atau kegagalan lokal pada komponen tertentu. Dengan penempatan dinding geser yang strategis, misalnya pada inti bangunan, torsi juga dapat dikontrol dan simpangan lateral dapat diminimalkan, sehingga faktor keamanan dan kinerja gempa bangunan meningkat secara keseluruhan. ([Lihat sumber Disini - jist.publikasiindonesia.id])

Efektivitas Sistem Struktur Ganda dalam Desain Gempa

Efektivitas Sistem Struktur Ganda dalam desain gempa terlihat dari sejumlah manfaat yang ditawarkan dalam kondisi gempa aktual atau simulasi desain. Dengan integrasi antara rangka pemikul momen dan dinding geser, struktur ganda dapat meningkatkan disipasi energi gempa, mengurangi simpangan antar lantai, dan menyediakan resistensi lateral yang lebih besar dibandingkan jika hanya menggunakan sistem tunggal. Hal ini terbukti dalam banyak studi numerik dan eksperimental yang menunjukkan superioritas dual system terutama untuk bangunan menengah hingga tinggi di wilayah dengan potensi gempa besar. ([Lihat sumber Disini - sciencedirect.com])

Kesimpulan

Sistem Struktur Ganda adalah solusi struktural yang menggabungkan rangka pemikul momen dengan elemen dinding geser untuk meningkatkan kinerja bangunan terhadap beban lateral, khususnya gempa. Secara terminologi, sistem ini merupakan gabungan dua subsistem yang saling melengkapi dalam menahan beban gravitasi dan lateral. Dalam desain gempa, sistem ini terbukti efektif dalam mengoptimalkan distribusi beban lateral, meningkatkan disipasi energi akibat gempa, dan mengendalikan simpangan antar lantai. Penelitian-penelitian terkini menyatakan bahwa kombinasi ini tidak hanya meningkatkan keselamatan struktur tetapi juga memenuhi persyaratan standar gempa modern seperti SNI 1726:2019. Secara keseluruhan, Sistem Struktur Ganda merupakan pendekatan struktur yang kuat dan efisien dalam merancang bangunan di wilayah dengan risiko gempa tinggi. ([Lihat sumber Disini - rekayasasipil.ub.ac.id])