6064-14637-1-pb
DESCRIPTION
kagemane jutsuTRANSCRIPT
ANALISA PERENCANAAN BALOK TEPI
PADA ATAP LENGKUNG DOME DENGAN VARIASI RADIUS
MENGGUNAKAN BETON PRATEGANG
Rivayando Sinaga1, Besman Surbakti
2
1Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Dr. Manysur Medan
Email: [email protected] 2Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Dr. Manysur Medan
Email: [email protected]
ABSTRAK
Balok tepi prategang merupakan suatu sruktur melingkar pada atap lengkung dome yang
memberikan dukungan terhadap struktur atap lengkung tersebut untuk menjaga kestabilan
apabila ada pembebanan yang terjadi. Balok tepi sering juga disebut cincin tarik yang
menahan gaya meridional dan gaya tangensial yang berinteraksi di permukaan cangkang.
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisis suatu model struktur balok tepi
menggunakan beton prategang dengan variasi (berbagai) ukuran radius dasar cangkang atap
lengkung dome (kubah). Desain balok tepi ini memperhatikan beban-beban yang bekerja
pada cangkang antara lainbeban mati (DL), beban hidup (LL), dan beban angin (WL).
Sedangkan untuk mutu beton yang digunakan adalah beton prategang dengan fc’ = 45 MPa.
Berdasarkan analisis dan perhitungan yang dilakukan penulis maka dinyatakan bahwa
semakin besar diameter dasar cangkang maka semakin besar pula luasan efektif balok tepi
yang direncanakan untuk menahan gaya prategang yang nilainya juga semakin besar.
Sebagai contoh perencanaan dengan diameter dasar cangkang (span) yaitu 30 meter dengan
ketinggian 3.75 meter akan didimensi balok tepi dengan luasan efektif (Ac) sebesar 0.045
m2..Untuk menahan gaya prategang kosentris P sebesar 69.202 x 103 kg. Sedangkan untuk
diameter dasar cangkang (span) yaitu 40 meter dengan ketinggian 5 meter akan didimensi
balok tepi dengan luasan efektif (Ac) sebesar 0.125 m2..Untuk menahan gaya prategang
kosentris P sebesar171.983 x 103 kg.
Kata kunci : Balok Tepi, Beton prategang, Radius cangkang
ABSTRACT
Prestressed edge beam is a circular structures on dome which gives support to the dome
structure to maintain stability as the load is given. The edge beam is also known as tensile
ring which holds meridional and tangential force interacting on the surface of the shell.
The purpose of this writingis to analyze a model of the structure of the edge beams using
prestressed concrete with various size of the dome’s radius. This design concerns about the
loads that occur on the shell such as dead load (DL), live load (LL), and wind load (WL).
The concrete used in this test is a prestressed concrete with fc '= 45 MPa.
Based on the analysis and calculations done by the author, the conclusion is that the greater
diameter of the shell base, means the greater effective area of the edge beams which is
planned to hold the increasing prestressing force. As an example, a construction plan with
basic shell diameter (span) of 30 meters and height of 3.75 meters, an edge beam with an
effective area (Ac) of 0.045 m2is planned to hold the concentric prestressing force P of
69.202 x 103 kg. As for the basic shell diameter (span) of 40 meters with a height of 5
meters, the edge beam with an effective area (Ac) of 0.125 m2is planned to withstand
concentric prestressing force P at 171.983 x 103 kg.
Keyword: Edge Beam, Prestressed Concrete,radius of sheel.
PENDAHULUAN
Dewasa ini perkembangan pengetahuan tentang perencanaan suatu bangunan
semakin bertambah luas. Para ahli konstruksi terus berusaha menemukan hal-hal baru
dalam dunia konstruksi.Telah banyak terjadi perubahan yang telah dilakukan oleh para
ahli baik itu ditinjau dari segi kuantitas maupun dari segi kualitas. Perencanaan
bangunan yang baru menghadirkan nilai estetika yang semakin tinggi, efisien dan
menggambarkan keunikan-keunikan tertentu serta memperhatikan kualitas bangunan
tersebut terhadap pembebanan yang terjadi.
Salah satu bagian yang perlu diperhatikan dalam konstruksi bangunan adalah
perencanaan konstruksi atap. Atap merupakan konstruksi vital dalam suatu bangunan.
Berbagai jenis bahan dan kualitas bahan dipadukan untuk menciptakan bentuk atap yang
memiliki nilai estetika yang tinggi dan kualitas atap yang diharapkan. Perkembangan
jaman memang menuntut para ahli konstuksi untuk menemukan hal-hal baru khusunya
untuk konstruksi atap ini.Berbagai bentuk atap menjadi pilihan para ahli untuk
digunakan dalam proyek banguan konstruksi yang sedang dilaksanakannya.
Atap lengkung (dome) salah satu bentuk atap yang memiliki nilai estetika yang
tinggi. Atap lengkung (dome) telah lama digunakan untuk konstruksi atap mulai dari
jaman primitif sampai pembangunan atap-atap gereja dan masjid di Eropa, kemudian
merambah kebeberapa tempat sesuai dengan perkembangan konstruksi bangunan yang
ada.
Banyak permasalahan yang harus diperhatikan dalam pembangunan atap
lengkung (dome). Sama seperti perencanaan konstruksi lainnya pada suatu bangunan,
konstruksi atap lengkung (dome)juga harus direncanakan dengan teliti sehingga
menghasilkan atap lengkung (dome) yang berkualitas baik yaitu salah satunya
memperhatkan balok tepi atap tersebut. Bahan dasar perencanaan atap lengkung
(dome)dapat berupa kayu, beton dan baja. Kualitas bahan dan tata cara perencanaan atap
lengkung (dome) sangat mempengaruhi kualitasatap lengkung (dome) yang dihasilkan.
Beton merupakan salah satu bahan yang digunakan untuk perencanaan atap
lengkung (dome). Beton adalah campuran dari agregat kasar (kerikil atau batu kali),
agregat halus (semen), air dan bahan tambahan lainnya. Bahan utama dari pembuatan
beton sangat mudah didapat sehingga dalam konstruksi bangunan penggunaan beton
sangat tinggi. Oleh karena penggunaan material beton yang sangat tinggi maka
perkembangan pengetahuan tidak hanya sebatas beton bertulang.
Salah satu pengembangan dari bahan beton adalah adanya beton prategang yang
sangat dibutuhkan untuk konstruksi-konstruksi bangunan yang memiliki bentuk struktur
yang lebih langsing karena penampang dipakai secara efektif. Selain itu, beton
prategang juga dapat digunakan untuk atap sebuah bangunan yang memiliki luasan yang
sangat besar yang disebut sebagai cangkang silindris. Dengan demikian perencanaan
beton prategang untuk konstruksi telah banyak diaplikasikan. Perencanaan beton
prategang bukan hanya untuk konstruksi jembatan tetapi juga digunakan untuk
konstruksi bangunan salah satunya untuk konstruksi atap.
METODOLOGI
Analisis Gaya Pada Atap Lengkung
a) Gaya-gaya Meridional
Gaya meridional merupakan gaya tekan dalam bidang yang terjadi pada
potongan horizontal yang didefinisikan denganϕ .
Nϕ - a
b) Gaya-gaya Melingkar
Gaya-gaya melingkar (hoop forces), yang biasa disebut NӨ dan dinyatakan
sebagai gaya per satuan panjang, dapat diperoleh dengan meninjau
keseimbangan dalam arah transversal.
N cos cos
N Gaya Keliling
Nϕ = Gaya Meridional
WD = Beban mati per satuan luas.
Wl = Beban hidup per satuan luas.
a = jari-jari kubah
d = diameter dasar kubah
Perencanaan Balok Ring (Balok Tepi) Pada Atap Lengkung (Kubah)
∆s = (N Nϕ
∆b =
= Poisson Ratio = 0.2 untuk beton
d = diameter dasar kubah
Kestabilan stuktur balok tepi
Dimana ∆T =
Gaya prategang yang terjadi pada balok tepi :
P = (N Nϕ
Dimensi balok tepi :
Ac=
Pi = gaya prategang awal (P/
fc = tegangan ijin beton
= Faktor kehilangan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Salah satu rencana dimensi tampang
Diameter dasar (span) = 40 meter
Tinggi cangkang (h) = 5 meter
R=a = 42.5 meter
Ketebalan cangkang = 150 mm
Faktor kehilangan = 0.7
Modulus Elastisitas baja ( Es ) = 2,1 x 106 kg/cm
2
Kuat Tekan Beton Prategang (fc’) = 45 Mpa
Berat Jenis Beton = 2400 kg/ m3
Kawat bertegangan tinggi :
Diameter (d) = 5 mm
Luas kawat = 19.65 mm2
Tegangan tarik mencapai = 170 kg/ mm2
Ditegangkan sampai = 155 kg/ mm2
N (totalgaya melingkar pada sudut semi sentral) = 6158.702 kg/m
Nϕ(totalgaya melingkar pada sudut semi sentral) = 9625. 798 kg/ m
P = (6158.702 –(0.2) 9625. 798
Ac =
Pi = Acfc
= (0.7) 24 x 105 Ac (kg/m
2)
Ac = 0.091 m2
91.000 mm2
A dengan rasio b = 0.5 h
P = 171.983 x 103
kg
Luas balok tepi 500 x 250 mm2 ( Ac = 0.125 m
2)
Diameter
dasar (m)
Jari-jari
kubah (m)
P (Kg) A A (Pakai) Inersia EI/p
m2 m
2 m
4 Kgm
15 15.924 17221.753 0.009 0.01125 2.10938E-05 856.2173112
20 21.232 30634.570 0.016 0.02 6.66667E-05 2029.552145
25 26.54 47962.387 0.025 0.03125 0.00016276 3963.969034
30 31.847 69202.246 0.037 0.045 0.0003375 6849.73849
35 37.155 94381.783 0.050 0.0525 0.000535938 9323.255167
40 42.5 171982.276 0.091 0.125 0.002604167 39639.69034
45 47.771 217885.796 0.115 0.1375 0.003466146 46898.15808
50 53.079 269506.600 0.143 0.18 0.0054 65757.4895
55 58.3857 326717.059 0.173 0.195 0.006865625 76004.42153
60 63.694 389565.231 0.206 0.21 0.008575 87017.04822
65 69.003 458079.883 0.242 0.245 0.010004167 93710.66732
KESIMPULAN
Dari uraian yang telah dikemukan melalui analisa perhitungan pada bahasan
sebelumnya, maka penulis dapat menyimpulkan bahwa:
Pada analisis perencanaan balok tepi yang dilakukan penulis menunjukkan bahwa
desain balok tepi dipengaruhi faktor utama perencanaan yaitu radius rencana atap
lengkung (dome).
1. Pada analisis perencanaan balok tepi yang dilakukan penulis menunjukkan
bahwa desain balok tepi dipengaruhi faktor utama perencanaan yaitu radius
rencana atap lengkung (dome). Sebagai salah satu perbandingan dengan
diameter dasar cangkang (span) yaitu 30 meter dan ketinggian 3.75 meter
akan didimensi balok tepi dengan luasan efektif (Ac) sebesar 0.045 m2
..Untuk
menahan gaya prategang kosentris P sebesar69.202 x 103
kg. Sedangkan
untuk diameter dasar cangkang (span) yaitu 40 meter dengan ketinggian 5
meter akan didimensi balok tepi dengan luasan efektif (Ac) sebesar 0.125
m2
..Untuk menahan gaya prategang kosentris P sebesar171.983 x 103
kg.
2. Perencanaan kubah sederhana (spherical dome) sangat dipengaruhi oleh
besar gaya meridional (Nϕ dan besar gaya tangensial/gaya melingkar (N
dimana gaya-gaya tersebut tergantung terhadap sudut semi sentral (ϕ yang
terjadi dan besar pembebanan yang terjadi.
3. Besar gaya meridional dan gaya melingkar (gaya tangensial) berperan
penting untuk perencanaan balok tepi prategang yang mengalami desak dari
gaya-gaya tersebut.
4. Metode prategang pada balok tepi serta mutu kawat yang digunakan pada
perencanaan balok tepi ini akan mempengaruhi besar kehilangan yang terjadi
perencanaan balok tepi tersebut.
5. Grafik hubungan antara radius dengan EI/p adalah linear menunjukkan
bahwa semakin besar radius kubah maka dimensi balok tepi akan semakin
besar sehingga kekakuannya juga semakin besar.
DAFTAR PUSTAKA
ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete and
Commentary, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2002.
Budiadi, Andri. 2008. Desain Praktis Beton Prategang. Yogyakarta: Penerbit C.V. Andi
Offset
Harahap, Julkarnein. 1997. Analisa dan Perencanaan Kubah. Medan.
Lin, T.Y. Prestressed Concrete Structures. Tokyo: Japan.
Napitupulu, Winner.2002. Analisis Perhitungan Prategang Shell Silinder Pada
Bangunan Reservoir. Medan.
Nawy, Edward G., 2010, Prestressed Concrete: A Fundamental Approach 5th Edition,
Prentice Hall.
Peraturan Pembebanan Indonesia Tahun 1983
Raju, N Krisna. 1981. Beton Prategang Edisi Kedua. Editor oleh Yani Sianipar
(Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga.
Scodeck, Daniel L.1999. Struktur Edisi Kedua. Alih bahasa Ir. Bambang Suryoatmono
M.Sc,. Ph.D. Jakarta: Erlangga
Undang- Undang Republik Indonesia Nomor 28 Tahun 2002 Tentang Bangunan
Gedung.
Urugal, Ansel C. Stresses In Plates And Shells Second Edition.1999. Singapore