EFEK KANTILEVER TERHADAP MOMEN LENTUR DAN TORSIBALOK MEMANJANG DAN MELINTANG PADA KONSTRUKSI PORTAL
CANTILEVER EFFECT ON BENDING MOMENT AND TORSIONINLONGITUDINAL AND TRANSVERSAL BEAM ON FRAME CONSTRUCTION
Rahmawati,Lawalenna Samang, Achmad Bakri Muhiddin Jurusan Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Makassar
Alamat Korespondensi Rahmawati Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas Hasanuddin Makassar, 90245 Hp : 082192285003 Email :
[email protected]
1
2 Abstrak Aplikasi sistem kantilever berdampakterhadap perubahan momen lentur dan torsipada balok sehingga dimensi balok memanjang dan melintang yang digunakan harus disesuaikan.Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis sejauhmana perubahan momen lentur dan torsiserta peningkatan luas penampang tulangannya akibat adanya perpanjangan kantilever,dan hal ini perlu dianalisis lebih dalam lagi.Penelitian ini bersifat telaah literatur dengan metode analisis berbasis komputer yaitu dengan menggunakan program aplikasi SAP 2000 V.14.Kasus yang ditinjau adalah suatu bangunandengan kantilever tiga dimensi simetrik beraturan bertingkat 4, dimana akandidesain struktur dengan menvariasikan panjang kantilever dan meninjau 2 elemen balok yaitu balok A(tegak lurus kantilever) dan balok B(searah kantilever). Analisis pembebananstruktur dengan memperhitungkan beban mati, beban hidup dan beban gempa dengan kombinasi pembebanan.Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penambahan panjang kantilever atau peningkatan nilai α (rasio panjang kantilever terhadap panjang bentang) menyebabkan momenlentur pada balok A semakin meningkat, sedangkan momen torsinya menurun. Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan balok kantilever dapat mengimbangi puntiran yang terjadi pada balokA sampai pada α tertentu. Adapun pada balok B, peningkatan nilai α diikuti dengan penurunan nilai momen lentur dan torsi. Peningkatan luas penampang tulangandengan adanya peningkatan nilai α pada balok A lebih besar daripada balokB. Penambahan panjang kantilever lebih berpengaruh terhadap perilaku balok A yang tegak lurus kantilever daripada balok B yang searah balok kantilever. kata kunci : Kantilever, lentur, torsi
Abstract Applications cantilever system resulted in a change of bending moment and torque on the beam so that the beam longitudinal and transverse dimensions that are used must be adjusted. This study aims to analyze the extent of change in bending moment and torque and increased reinforced cross-sectional area due to the extension of the cantilever, and this needs to be analyzed more deeply. This study is a review of the literature with a computerbased analysis method is by using the application program SAP 2000 V.14. The case under review is a threedimensional building with cantilever symmetric 4-storey irregular, which will be designed to vary the length of the cantilever structure and reviewing two beam elements that beam A (perpendicular to the cantilever) and block B (in the direction of the cantilever). Analysis of the structure taking into account the loading dead load, live load and earthquake load with a combination of loading. The results showed that the addition of cantilever length or increasing the value of α (the ratio of length to the long cantilever span) causes a bending moment on the beam increases, while decreasing the torque moment. This suggests that the existence of a cantilever beam can be offset torsion beam happens to the A to the particular α. As for the beam B, the increase in the value of α followed by a decrease in the value of the bending moment and torque. Increased cross-sectional area of reinforcement with an increase in the value of α on the beam A is greater than the length of the cantilever beam B. The addition of more influence on the behavior of beam A (a beam perpendicular to the cantilever) rather than of beam B that unidirectional of cantilever beam. Keywords: Cantilever, bending, torque
3
PENDAHULUAN Rancangan arsitektur mempunyai keunikan dan ciri arsitektural dan merupakan karya yang merupakan jawaban permasalahan dari faktor manusia, persyaratan bangunan dan lingkungan, atau diterjemahkan sebagai aspek struktural dan aspek nonstruktural (arsitektural, elektrikal dan mekanikal). Gagasan dasar muncul dari kreatifitas perancang, baik dalam bentuk intuisi atau dalam bentuk pemrograman sesuai dengan pendekatan dalam rumusan konsep sistem bangunan.Salah satu sistem struktur yang cukup familiar dalam konsep bangunan bertingkat adalah sistem kantilever.Aplikasi sistem kantilever berdampak terhadap perubahan momen lentur dan torsi sehingga dimensi balok yang digunakan harus disesuaikan terhadap panjang kantilever, dan hal ini perlu dianalisis lebih dalam lagi. Sebagai elemen rancangan, elemen struktur berfungsi mempertegas dan memperkuat keberadaan ruang, dimana aktifitas berlangsung, sedang elemen struktur sebagai elemen untuk meneruskan beban adalah untuk mempertegas kekuatan dan kekokohan bangunan untuk mendukung eksistensi bangunan(Zuhri, 2011).Suatu sistem kantilever berlantai banyak sangat rawan terhadap keruntuhan jika tidak direncanakan dengan baik.Oleh karena itu, diperlukan suatu perencanaan struktur yang tepat dan teliti agar dapat memenuhi kriteria kekuatan (strength), kenyamanan (serviceability), keselamatan (safety), dan umur rencana bangunan (durability). Kestabilan bangunan merupakan kemampuan bangunan dalam mengatasi gaya-gaya lateral dari luar, seperti angin ataupun gempa.Stabilitas struktur dalam arti bahwa bangunan tidak bergerak, tidak berpindah tempat dan tidak berubah bentuk. Pada struktur stabil, deformasi yang diakibatkan oleh beban pada umumnya kecil, dan gaya internal yang timbul di dalam struktur mempunyai kecenderungan mengembalikan bentuk struktur ke bentuk semula apabila bebannya dihilangkan. Beberapa peneliti yaitu (Waghulde et al.,2010),(Friswell et al.,2009),(Li
et
al.,
1998),(Prasadet
al.,
2010),(Lengvarsky,
2013),(Majumderet
al.,2013),(Yousif, 2012) dan (Nikaret al., 2014)telah mempelajari kinerjadan parameter desain untuksistem kantileverdengan berbagai variasi dimensi. Hal tersebut diatas menjadi acuan untuk melakukan penelitian tentang dampak kantilever terhadap perubahan momen lentur dantorsi.Besaran nilai gaya-gaya dalam tersebut didapatkan melalui analisis dengan bantuan program komputer SAP 2000. Secara umum penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh perpanjangan kantilever terhadap efisiensi balok memanjang dan melintang pada konstruksi portal.
4
BAHAN DAN METODE Penelitian yang dilakukan menggunakanmetode komputasidimana akan didesain model struktur betonsimetrik beraturan bertingkat 4tiga dimensi. Pada sisi dari balok terluar struktur ditambahkan struktur kantilever. Bahan dan peralatan yang digunakan adalah program komputer.Data-data yang diperoleh dari penelitian adalah momen lentur(M), momen torsi (T)dan luas penampang tulangan (As),untuk mengetahui sejauhmana dampak penambahan panjang kantilever terhadap perubahan gaya-gaya dalamtersebut danpersentase peningkatan luas tulangannya. Analisa pembebanan pada struktur dilakukan dengan menggunakan alat bantu (software) program komputer dengan asumsi pembebanan yang mengacu pada Tata Cara Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung (SNI, 1989) dan Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan dan Gedung (SNI, 2002).
HASIL PENELITIAN Analisis Dimensi Dari hasil perhitungan penentuan dimensi balok, ada 3 variasi dimensi balok yang akan digunakan pada struktur bertingkat dengan kantilever yaitu dimensi balok 20x30 cm2, dimensi balok 20x35 cm2 dan dimensi 20x40 cm2. Variasi α (rasio panjang kantilever terhadap panjang bentang) yaitu pada angka 0 sampai dengan 0,7. Dimensi balok diinput pada program komputer untuk mendapatkannilai momen lentur, torsi dan luas tulangan.Variasi dimensi balok terhadap koefisien α dapat dilihat pada Tabel 1. Analisis momen lentur dan torsi Dari hasil analisis diperoleh kurva gaya-gaya dalam terhadap koefisien α,kurva yang menggambarkan korelasi antara momen lentur(M)dan torsi (T) dengan perubahan panjang kantilever.Gaya-gaya dalam tersebut merupakan parameter yang dapat dijadikan sebagai acuanuntuk melihat pengaruhnya terhadapefisiensi balok yang digunakan. Kurva gaya-gaya dalam dapat dilihat pada lampiran Gambar 1,2,3 dan 4.
PEMBAHASAN Penelitian ini menunjukkan bahwapenambahan panjang kantilever berpengaruh terhadap efisiensi pada balok A karena penurunan nilai momen torsi, dan efisiensi pada balok B karena penurunan nilai momen lentur.
5
Untuk balok A yang tegak lurus balok kantilever, penambahan dimensi dan panjang kantilever menyebabkan nilai momenlentursemakin besar akan tetapi momen torsinya semakin kecil secara signifikan.Pada balok B yang searah balok kantilever, penambahan dimensi balok menyebabkan momen lentur semakin besar tetapi momen torsinya semakin kecil. Adapun dengan penambahan panjang kantilever menyebabkan momen lentur dan torsi semakin kecil pada balok B.Tingkat perubahan momen lentur dan torsi pada balok A dengan adanya penambahan panjang kantilever lebih besar daripada balok B, demikian pula persentase peningkatan luas tulangan lenturnya. Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh (Yousif, 2012) juga membahas tentang balok kantilever denganpendekatan teoritis yang didukung oleh metode komputasi dan eksperimental namun dengan parameter utama yang berbeda yaitu modulus elastis.Dalam penelitian tersebut dipaparkan bahwa analisa dengan metode komputasi yang didasari oleh metode elemen hingga memberikan hasil yang cukup akurat bila dibandingkan hasilnya dengan metode eksperimental.
KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil perhitungan dengan menggunakan program komputer terlihat bahwa dengan penambahan panjang kantilever atau peningkatan nilai α (rasio panjang kantilever terhadap panjang bentang)menyebabkan momen torsi menurun pada balok A dan momen lentur menurun pada balok B, oleh karena itu penambahan panjang kantileverdianggap cukup efisien sampai pada α tertentu.Penambahan panjang kantilever lebih berpengaruh terhadap perilaku balok A yang tegak lurus balok kantilever daripada balok B yang searah balok kantilever.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis dengan tulus menyampaikan terima kasih kepadaProf. Dr. Ir. H. Lawalenna Samang, MS., M.Eng sebagai Ketua Komisi Penasihat dan Ir. H. Achmad Bakri Muhiddin, M.Sc., Ph.D sebagai Anggota Komisi Penasihat, yang telah meluangkan waktunya dalam memotivasi dan membimbing penulis mulai persiapan penulisan, penelitian sampai dengan penyelesaian tesis ini serta para Dosen Penguji atas saran dan masukannyasehingga penulisaan tesis ini selesai, serta semua pihak yang namanya tidak tercantum telah membantu penulis.
6
DAFTAR PUSTAKA Badan Standar Nasional Indonesia. (1989).SNI 03-1727-1989. Tata caraperencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung. Bandung: Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah. Badan Standar Nasional Indonesia. (2002).SNI 03-2847-2002. Tata caraperhitungan struktur betonuntuk bangunan gedung. Bandung: Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah. Friswell M.I. et al. (2009).Non-linear piezoelectric vibration energy harvesting from a vertical cantilever beam with tip mass. Journal of Intelligent Material Systems and Structures 23(13) 1505–1521. Lengvarsky. P. et al. (2013). Modal analysis of titan cantilever beam using ANSYS and solid works.American Journal of Mechanical Engineering, 2013, Vol. 1, No. 7, 271-275. Li. Q.S. et al. (1998). Free vibration analysis of cantilevered tall structures under various axial loads.Elsevier Engineering Structures 22 (2000) 525–534. Majumder.G. et al. (2013). Deflection and stress analysis of a cantilever and its validation using ANSYS.International Journal of Mechanical Engineering and Research.ISSN 2249-0019, Volume 3, Number 6. Nikar.A. et al. (2013). Dynamic model of large amplitude vibration of a uniform cantilever beam carrying an intermediate lumped mass and rotary inertia.Latin American journal 11(2014) 320 – 329. Prasad.R.S.et al. (2010).Effect of crack position along vibrating cantilever beam on crack growth rate.International Journal of Engineering Science and Technology Vol. 2(5), 2010, 837-83. Waghulde,K.B.et al. (2010).Vibration Control of Cantilever Smart Beam by using Piezoelectric Actuators and Sensors. International Journal of Engineering and Technology Vol.2(4), 2010, 259-262. Yousif.(2012). Experimental andtheoretical analysis of composite (polyester andsiliconcarbide) cantilever beam.Al-Khwarizmi Engineering Journal, Vol. 8, No. 3, PP 12- 23. Zuhri.S.(2011). Sistim struktur pada bangunan bertingkat.Klaten: Yayasan Humaniora.
7
LAMPIRAN Tabel 1.Dimensi balok terhadap koefisien α Dimensi Balok(cmxcm) 20x30 20x35 20x40
Koefisien α 0 0 0
0.1 0.1 0.1
0.2 0.2 0.2
0.3 0.3 0.3
0.4 0.4 0.4
0.5 0.5 0.5
0.6 0.6 0.6
0.7 0.7 0.7
8
Gambar 1.Grafik gabungan hubungan momen lentur terhadap α pada balok A
Gambar 2.Grafik gabungan hubungan torsi terhadap α pada balok A
9
Gambar 3.Grafik gabungan hubungan momen lentur terhadap α pada balok B
Gambar 4.Grafik gabungan hubungan torsiterhadap α pada balok B
