ANALISA PERENCANAAN BALOK TEPI PADA ATAP LENGKUNG DOME DENGAN VARIASI RADIUS MENGGUNAKAN BETON PRATEGANG Rivayando Sinaga1, Besman Surbakti2 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Dr. Manysur Medan Email:
[email protected] 2 Departemen 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
N Nϕ WD Wl a d
cos
Gaya Keliling = Gaya Meridional = Beban mati per satuan luas. = Beban hidup per satuan luas. = jari-jari kubah = diameter dasar kubah
cos
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) Tinggi cangkang (h) R=a Ketebalan cangkang Faktor kehilangan Modulus Elastisitas baja ( Es ) Kuat Tekan Beton Prategang (fc’)
= 40 meter = 5 meter = 42.5 meter = 150 mm = 0.7 = 2,1 x 106 kg/cm2 = 45 Mpa
Berat Jenis Beton
= 2400 kg/ m3
Kawat bertegangan tinggi : Diameter (d) Luas kawat Tegangan tarik mencapai Ditegangkan sampai
= 5 mm = 19.65 mm2 = 170 kg/ mm2 = 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
(6158.702 –(0.2) 9625. 798
P= Ac = Pi
=
Acfc
= (0.7) 24 x 105 Ac (kg/m2) 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 m2)
Diameter dasar (m)
Jari-jari kubah (m)
P (Kg)
A
A (Pakai)
Inersia
EI/p
m2
m2
m4
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
55
58.3857 326717.059
0.173
60
63.694 389565.231
0.206
65
69.003 458079.883
0.242
0.18
0.0054
65757.4895
0.195 0.006865625
76004.42153
0.21
0.008575
87017.04822
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 (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga.
oleh Yani Sianipar
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
