STUDI HUBUNGAN BALOK KOLOM PADA BETON BERTULANG

STUDI HUBUNGAN BALOK KOLOM PADA BETON BERTULANG Prastomo, A., , Tavio, Wimbadi, I dan Suprobo, P., Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected] Perkembangan aplikasi program bantu dalam bidang teknik sipil saat ini sangat pesat dan mempunyai peranan yang besar dalam dunia konstruksi. Sudah banyak aplikasi program bantu yang dihasilkan oleh negara – negara maju yang notabene dapat mempercepat proses perhitungan struktur seperti PCACOL, PCABEAM, SAP 2000, ETABS, dan sebagainya. Sedangkan di Indonesia perkembangan aplikasi program bantu yang sesuai dengan kebutuhan ahli – ahli konstruksi di Indonesia saat ini masih minim jumlahnya. Oleh karena itu, perlu dikembangkan aplikasi program bantu untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Di dalam tugas akhir ini, aplikasi program yang dikembangkan hanya mengadopsi peraturan yang ada di Indonesia saat ini yaitu SNI 03-28472002. Beberapa mahasiswa Teknik Sipil ITS sebelumnya telah mengembangkan beberapa software untuk analisa struktur. Salah satu software yang telah dikembangkan sebelumnya adalah Program Analisa Struktur Frame 3D yakni SFAP (Space Frame Analysis Program). Program tersebut digunakan untuk menganalisa struktur space frame. Program analisa struktur yang telah dibuat sebelumnya hanya menghasilkan output berupa momen, gaya geser dan gaya aksial. Output tersebut dirasa masih belum memenuhi kebutuhan untuk mendesain suatu struktur. Oleh karena itu dibutuhkan output lain berupa control pada hubungan balok kolom . Kata Kunci— hubungan balok kolom, geser, SFAP, SNI 03-2847-2002.

I. PENDAHULUAN Hubungan balok kolom adalah titik pertemuan antara kolom dan balok pada struktur. Hubungan balok kolom sangat perlu dikontrol untuk mengecek tegangan yang terjadi karena dalam perencanaan suatu kolom harus lebih kuat dari baloknya. Bila kolom-kolom tidak lebih kuat dari balok-balok yang menyatu dalam satu titik kumpul ada kemungkinan terjadi aksi inelastis (penjelasan SNI-03-2847-2002 pasal 23.4.2.2). Di dalam laporan komite 352 dari ACI - ASCE (17-26) hubungan balok kolom membagi pertemuan menjadi dua tipe yaitu: pertemuan tipe 1, terutama untuk pembebanan statis, dimana kekuatan menjadi kriteria utama dan tidak diharap terjadinya deformasi yang berarti dan pertemuan tipe 2, biasanya untuk pembebanan gempa atau ledakan, dimana dibutuhkan kekuatan yang dipertahankan melalui tegangan bertukar ke dalam daerah inelastis. Umumnya pertemuan tipe 1 membutuhkan hanya daktalitas nominal saja. Pada tipe 2 membutuhkan daktalitas yang berarti seperti yang akan disyaratkan di dalam perencanaan terhadap gempa. Seperti unsur - unsur struktur, sambungan balok dan kolom harus direncanakan terhadap semua macam gaya yang mungkin bekerja: gaya aksial, momen lentur, torsi, geser, dan juga pengaruh dari rangkak, susut, suhu atau penurunan tumpuan (Chu-Kia Wang, 1990). Perhitungan hubungan balok kolom merupakan kesatuan dari semua macam gaya yang mungkin bekerja dari balok dan kolom sehingga untuk mempermudah dalam perhitungannya diperlukan suatu program. Namun program yang ada sekarang merupakan program tertutup yang artinya untuk memakai dan mengembangkan program tersebut diharuskan membeli lisensi dengan harga yang cukup mahal. Harga yang cukup mahal tersebut membuat banyak masyarakat di Indonesia memakai program bajakan.

Berdasarkan survei yang dilakukan oleh Bussines Software (BSA) dan International Data Corp (IDC), tingkat pembajakan Indonesia pada tahun 2010 mencapai 90% (www.chip.co.id). Padahal programprogram tidak berlisensi atau bajakan dalam penggunaanya sering terjadi bug (kesalahan desain pada suatu program yang menyebabkan peralatan atau program itu tidak berfungsi semestinya). Menurut berita yang berkembang UU Perlindungan Hak Cipta No.19 Tahun 2002 diterapkan dengan tegas oleh kepolisian sejak BSA mengumumkan akan memberi hadiah Rp. 50.000.000,- bagi yang melaporkan adanya pembajakan software (cybertech.cbn.net.id). Jadi, jika undang undang HAKI mulai diperketat maka dikhawatirkan program tersebut akan sulit untuk didapat dan penggunaannya dibatasi. Beberapa mahasiswa Teknik Sipil ITS sebelumnya telah mengembangkan beberapa software untuk analisa struktur. Salah satu software yang telah dikembangkan sebelumnya adalah Program Analisa Struktur Frame SFAP atau Space Frame Analysis Program) dengan metode kekakuan langsung menggunakan visual basic. Program bantu ini bernama SFAP (Space Frame Analyze Program), program ini digunakan untuk menganalisa struktur berbentuk space frame. Ada 2 (dua) macam elemen yang dapat dianalisa yakni elemen kolom dan elemen balok. Untuk elemen kolom, analisa didasarkan pada analisa lentur dan geser yang terjadi sedangkan pada elemen balok, perhitungan analisa didasarkan pada analisa lentur, analisa geser dan analisa torsi. Proses analisa pada program ini dibuat sampai dengan menentukan banyak dan spasi tulangan yang dibutuhkan pada tiap-tiap elemen. Program SFAP ini dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic 6.0. Perhitungan dalam program ini dibuat berdasarkan SNI-03-2847-2002 dan dari referensi yang berhubungan. Prosedur dari program SFAP terdiri dari menu file, menu input,

1

menu analyze, tabulasi input, tabulasi output, tabulasi 3D-view, dan tabulasi view control. Pada program SFAP tersebut dirasa masih diperlukan output mengenai bahasan tentang analisis hubungan balok kolom. Berdasarkan pada latar belakang yang ada maka perlu dilakukan pembahasan mengenai hubungan balok kolom dengan menggunakan program bantu visual basic 6.0. 1I. METODE PENELITIAN Metode studi yang digunakan dalam tugas akhir ini di awali dengan studi literatur, pembuatan pendahuluan dan tinjauan pustaka, pembuatan konsep desain hubungan balok kolom, penyusunan alogaritma dan metode kekakuan, pembuatan program dan yang terakhir adalah running program. Studi literatur bertujuan untuk mengumpulkan materi yang berhubungan dengan topik tugas akhir, mempelajari konsep geser pada hubungan balok kolom, dan mempelajari visual basic 6.0 sedangkan pembuatan pendahuluan dan tinjauan pustaka bertujuan untuk menentukan latar belakang, perumusan masalah, dan batasan masalah serta membahas tentang teori yang berkaitan dengan hubungan balok kolom, tipetipe, kapasitas dan perilaku ketika menerima gaya. Pembuatan konsep desain hubungan balok kolom bertujuan untuk membahas tentang konsep sistem rangka pemikul momen, mendapatkan gayagaya yang terjadi pada hubungan balok kolom, dan mengontrol kuat geser yang terjadi sedangkan penyusunan alogaritma bertujuan untuk menganalisa struktur dengan metode kekakuan langsung. Pembuatan program merupakan tujuan utama dalam penyusunan tugas akhir ini. Langkah-langkah dalam perencanaan program diawali dengan input data oleh user, analisa struktur, perhitungan momen ultimate, perhitungan luasan efektif, serta perhitungan gaya geser nominal HBK. Langkah berikutnya setelah pembuatan program adalah running program yang bertujuan mengetahui kesesuaian antara proses pengoperasian program yang ada dengan rencana yang telah dibuat. Langkah terakhir pada penelitian ini adalah verifikasi antara output yang dihasilkan oleh program dengan hasil dari perhitungan manual. Jika terdapat kesalahan pada proses verifikasi maka, akan dilakukan pengecekan kembali sistem yang ada pada program dan running ulang. Langkah tersebut akan terus diulang sampai output yang dihasilkan program sesuai dengan hasil perhitungan manual. III. HASIL DAN DISKUSI Studi Kasus 1 Pada studi kali iniStudi kasus penelitian ini direncanakan pada portal sederhana dengan 4 penjepit dengan beban merata sebesar 7.500 kg pada balok. Detail material beton adalah sebagai berikut: E : 2625051388,85415 kg/m2 G : 1009635149,55929 kg/m2 f’c : 30 MPa

β1 : 0,85 U : 0,3 Dimensi kolom 0,5 x 0,5 m2 , tinggi kolom : 5 m Dimensi balok 0,3 x 0,4 m2 , panjang balok : 6 m

Gambar 1. Studi Kasus 1: Portal Balok Sederhana dengan 4 Penjepit Langkah awal yang dilakukan untuk menyelesaikan kasus tersebut dengan SFAP adalah proses penginputan data oleh pengguna yang terdiri dari input general information berupa pemberian nama project (studi kasus 1) dan penetapan satuan yang akan digunakan., input material properties berupa detail material beton yang digunakan, input section properties untuk kolom dan balok, input nodal properties yang terdiri dari node 1 dan node 2 seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2, serta input joint restraint ( perletakan) untuk masing –masing join label 1,4,5,dan 8: fixed (jepit) dan input distributed frame loads untuk masing-masing frame label 2,5,7, dan 8: force global Y= 7.500 kg/m. Tabel 1. Koordinat Titik Nodal Label 1 2 3 4 5 6 7 8

Label 1 2 3 4 5 6 7 8

X (m) 0 0 6 6 0 0 6 6

Y (m) 0 5 5 0 0 5 5 0

Tabel 2. Frame Properties Node 1 1 2 3 5 6 7 2 3

Node 2 2 3 4 6 7 8 6 7

Z (m) 0 0 0 0 6 6 6 6

Section Kolom Balok Kolom Kolom Balok Kolom Balok Balok

Langkah berikutnya setelah proses penginputan telah selesai adalah proses analisa dengan cara klik Analyze  pilih Run Analysis sehingga didapatkan output gambar untuk studi kasus 1 seperti pada Gambar 4.

2

ditampilkan pada program bernilai 562,5 kN. Sedangkan nilai Vxx adalah 942 kN.Dari hasil analisa nilai Vc lebih kecil dibanding Vxx maka perlu dilakukan penulangan geser pada HBK. Perbandingan Perhitungan Beam Column Joint dengan SFAP dan Manual  T1 = As x fy x 1,25 = 4 x x π x 202 x 1,25 x 400 = 628318 N = 628 kN Mpr balok dengan rumus:   M pr  As (1,25 f y ) d   2 

Gambar 4. Tampilan 3D-View Setelah proses Run Analysis akan didapatkan output element forces sebagai berikut: a. Frame 2 fx1 = 5897,68 kg fy1 = 22500 kg Mz1 = 19873,69 kgm fx2 = -5897,68 kg fy2 = 22500 kg Mz2 = -19873,69 kgm b. Frame 5 fx1 = 5897,68 kg fy1 = 22500 kg Mz1 = 19873,69 kgm fx2 = -5897,68 kg fy2 = 22500 kg Mz2 = -19873,69 kgm Pada frame 7 maupun frame 8 karena beban yang diberikan sama dengan beban yang diberikan pada frame 2 dan 5 maka untuk hasil output programnya terutama element forces akan memiliki hasil yang sama. Perhitungan Tulangan Geser dengan SFAP Langkah berikutnya setelah melakukan run analysis dan menghasilkan output element forces adalah proses running beam column joint. Data input yang digunakan sebagai berikut:  Diameter tulangan lentur : D19  Diameter tulangan geser : D10  fy = fyv = 400 Mpa  Lebar balok : 300 mm  Lebar kolom : 500 mm  Tebal decking :40 mm Setelah proses penginputan data selesai langkah berikutnya adalah klik Analyze  Run Beam Analysis  Run Beam Column Joint Analysis. Hasil dari Run Beam Column Joint Analysis adalah setiap titik atau node yang akan ditinjau akan menampilkan frameframe yang menghubungkan node tersebut. Pada tiap frame dilakukaan pengambilan Mpr kanan dan kiri.dalam kasus ini jumlah tulangan dan ukuran tulangan sama sehingga menghasilkan jumlah Mpr yang sama.Pada titik atau node tersebut dapat menampilkan tipe hubungan balok kolom yang berpengaruh pada perhitungan Vc.nilai Vc yang

As (1,25 f y )

 

0,85 f ' c  b

Perhitungan Mpr+ dengan tulangan 4D20 (As = 1256 mm2)   M pr

1256(1,25 x 400)  98,50mm 0,85 x 25 x300



 98,5   1256(1,25 x 400) 350   188871000 Nmm 2   

= 188,871 kNm Mpr Mu   188,871kNm

Vh 

2Mu 2 x188,871   75,5485 kN ln 5

Jadi, besarnya gaya geser HBK adalah: Vx-x = T1 + T2 - Vh = 628 + 314 – 116,4 = 825,6 kN Besarnya Vx-x tersebut harus dibandingkan dengan kuat geser nominal HBK tepi ( pasal 23.5.3 ):









Vc  1,25 f ' c  A  0,75 1,25 30 x300 x500  703,125kN Vc  703,125kN  Vx  x  552,45kN (tidak perlu penulangan geser pada HBK) Studi Kasus 2 Pada contoh studi kasus yang kedua ini diterapkan pada gedung simetris 5 lantai dengan 9 perletakan jepit dengan tinjauan 3 tipe pengekangan. Direncanakan beban yang dikenakan ialah beban sebesar 4.000 kg dan 2.500 kg pada balok. Diketahui material beton dengan : E : 2625051388,85415 kg/m2 G : 1009635149,55929 kg/m2 f’c : 30 MPa β1 : 0,85 U : 0,3

3

Gambar 6. Tampilan 3D-view pada Nodal 26

Gambar 5. Studi Kasus 2: Portal 3D 5 Lantai Input Section Properties Section Name : Kolom Cross Section Area = 0,25 m2 Shear Area = 0.208333333333333 m2 Torsional Constant = 8.80208333333333E-03 Momen Inersia = 5.20833333333333E-03 m4 Use Material : Beton Section Name : Balok Cross Section Area = 0,12 m2 Shear Area = 0.100000003973643 m2 Torsional Constant = 1.94385080995278 E-03 Momen of Inertia = 9.00000120699412 E-04 m4 Momen of Inertia = 1.60000013510387 E-03 m4 Use Material : Beton Input joint restraint ( perletakan) untuk masingmasing join label 1, 12, 13, 19, 30, 31, 37, 48, dan 49 adalah fixed (jepit) dan input distributed frame loads untuk masing-masing frame adalah sebagai berikut: Frame label 6 : Force Global Y = 6000 kg/m Frame label 8 : Force Global Y = 8500 kg/m Frame label 10 : Force Global Y = 10500 kg/m Frame label 12 : Force Global Y = 13500 kg/m Frame label 14 : Force Global Y = 15000 kg/m Frame label 16 : Force Global Y = 6000 kg/m Frame label 18 : Force Global Y = 8500 kg/m Frame label 35 : Force Global Y = 10500 kg/m Frame label 72 : Force Global Y = 13500 kg/m Frame label 64 : Force Global Y = 15000 kg/m Perlu dicatat untuk frame label yang lain untuk bebannya sama seperti yang ditulis diatas. Karena berbeda dengan studi kasus sebelumnya, pada studi kasus yang kedua ini nodal yang dianalisa nodal 26 dan nodal 34.

Gambar 7. Tampilan 3D-view pada Nodal 34

Perhitungan Tulangan Geser dengan SFAP

Setelah selesai melakukan run analysis dan menghasilkan output element forces yang telah ditampilkan sebelumnya maka dilanjutkan dengan proses running shear. Data input yang digunakan sebagai berikut :  Diameter tulangan lentur : D22  Diameter tulangan geser : D12  fy = fyv = 400 Mpa Langkah berikutnya adalah klik Analyze  Run Beam Analysis  Run Beam Column Joint. Hasil dari beam column joint analysis pada nodal 26 terlihat bahwa setiap titik atau nodal yang akan ditinjau akan menampilkan frame-frame yang menghubungkan nodal tersebut. Pada tiap frame dilakukaan pengambilan Momen nominal terbesar pada masing masing penampang balok yang memasuki joint. Dalam kasus ini frame yang ditinjau dari nodal 26 adalah frame 33 dan 43 begitu juga untuk sebaliknya. Pada titik atau nodal tersebut dapat menampilkan tipe hubungan balok kolom yang berpengaruh pada perhitungan Vc. Nilai

4

Vc yang ditampilkan pada program bernilai 838,0155 kN sedangkan nilai Vxx/Vu adalah 1611,6194 kN. Berdasarkan hasil analisa nilai Vc lebih kecil dibanding Vxx maka, perlu dilakukan penulangan geser pada HBK atau perbesaran luasan efektif pada balok. Hasil dari beam column joint pada nodal 34 terlihat bahwa setiap titik atau nodal yang akan ditinjau akan menampilkan frame-frame yang menghubungkan nodal tersebut. Pada tiap frame dilakukaan pengambilan momen nominal terbesar pada masing masing penampang balok yang memasuki joint. Pada kasus ini frame yang ditinjau dari node 34 adalah frame 45. Pada titik atau node tersebut dapat menampilkan tipe hubungan balok kolom yang berpengaruh pada perhitungan Vc. Nilai Vc yang ditampilkan pada program bernilai 616,1878 kN dengan tipe hubungan terkekang ketiga sisi atau dua sisi berlawanan sedangkan nilai Vxx/Vu adalah 2523,946 kN. Berdasarkan hasil analisa nilai Vc lebih kecil dibanding Vxx maka perlu dilakukan penulangan geser pada HBK atau perbesaran luasan efektif pada balok. Perbandingan Perhitungan Beam Column Joint dengan SFAP dan Manual Pada Nodal 26  T1 = As x fy x 1,25 = 6x x π x 222 x 1,25 x 400 = 1140398 N = 1140,39 kN  T2 = As x fy x 1,25 = 3 x x π x = 5701990 N = 570,199 kN Menghitung Besarnya Vh: Mpr balok dengan rumus:  

2

x 1,25 x 400

Jadi, besarnya gaya geser HBK adalah : Vx-x = T1 + T2 - Vh = 1140,39 + 570,199 – 98,127 = 1612,462 kN Besarnya Vx-x /Vu tersebut harus dibandingkan dengan kuat geser nominal HBK tepi (pasal 23.5.3):









Vc   1,25 f ' c  A  0,75 1,7 30 x300 x400  838,015kN Vc  838,015kN  Vx x  1612,462kN.......

(perlu Penulangan Geser pada HBK) Pada Nodal 34

 T1 = As x fy x 1,25 = 9x x π x 222 x 1,25 x 400 = 1710597 N = 1710,59 kN  T2 = As x fy x 1,25 = 5 x x π x 22 2 x 1,25 x 400 = 950331 N = 950,331 kN Menghitung Besarnya Vh : Mpr balok dengan rumus : M

   As (1,25 f y ) d  2  

pr

As (1,25 f y )

 

0,85 f ' c  b

Perhitungan Mpr- dengan tulangan 9D22 (As = 3421,19 mm2 )

3421,19(1,25 x 400)  223,607 mm 0,85 x30 x300  223,607   M pr  3421(1,25 x 400) 349   405747146 Nmm  2  

 

= 405,747 kNm

Perhitungan Mpr+ dengan tulangan 5D22 (As = 1900 mm2 ) 1900(1,25 x 400)   124,22mm 0,85 x30 x300 M



 124,22   1900(1,25 x 400) 349   272542 Nmm  2  

M pr  As (1,25 f y ) d   2  As (1,25 f y )   0,85 f ' c  b

= 272,542 kNm Karena kekakuan kolon atas dan bawah sama maka

2280(1,25 x 400)    149,07mm 0,85 x30 x300

Jadi, besarnya gaya geser HBK adalah : Vx-x = T1 + T2 - Vh = 1710,59 + 950,331 – 135,65 = 2524,67 kN

Perhitungan Mpr- dengan tulangan 6D22 (As = 2280,79 mm2)  149,07   M pr  2280(1,25 x 400) 349   312890100 Nmm 2  

= 312,890 kNm Perhitungan Mpr+ dengan tulangan 3D22 (As= 1140,398 mm2 )   M pr

1140,398(1,25 x 400)  74,53mm 0,85 x30 x300



 74,53   1140,398(1,25 x 400) 349   177749324 Nmm 2   

= 177,749 kNm

Karena kekakuan kolon atas dan bawah sama maka Mu 

Vh 

Mpr   Mpr  312,890  177,749   245,31kNm 2 2

2Mu 2 x245,31   98,127 kN ln 5

pr

Mu 

Vh 

Mpr   Mpr  405,747  272,542   339,144kNm 2 2

2Mu 2 x339,144   135,65 kN ln 5

Besarnya Vx-x /Vu tersebut harus dibandingkan dengan kuat geser nominal HBK tepi ( pasal 23.5.3 ) :









Vc   1,25 f ' c  A  0,75 1,25 30 x300 x400  616,187kN Vc  838,015kN  Vx x  2524,67kN.......

(perlu Penulangan Geser pada HBK) Perbandingan Hasil Perhitungan SFAP dengan Perhitungan Manual Tabel 3. Studi Kasus 1 Nodal 2 Titik Vxx/Vu(SFAP) Vxx/Vu(Manual) 2 552,4258 kN 552,4516 kN Tabel 4. Studi Kasus 2 Nodal 26

5

Titik 26

Vxx/Vu(SFAP) 1611,6194 kN

Vxx/Vu(Manual) 1612,462 kN

Titik 34

Tabel 5. Studi Kasus 2 Nodal 34 s (SFAP) s (Manual) 2523,9462 kN 2524,67 kN

IV.

KESIMPULAN Setelah beberapa studi kasus perhitungan beam column joint dilakukan dengan menggunakan program SFAP dan perhitungan manual di dalam bab sebelumnya dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Penggunaan program SFAP dapat dilakukan dengan mudah karena disertai keterangan yang jelas dalam proses input dan tampilan yang sederhana. 2. Penentuan tipe hubungan balok kolom sudah dapat ditentukan. 3. Hasil atau nilai output program SFAP telah diverifikasi dengan perhitungan manual yang disertakan dengan peraturan. 4. Untuk kemudahan pengembangan program lebih lanjut dengan kebutuhan berikutnya telah disusun beberapa modul terpisah baik untuk proses perhitungan, maupun pengolahan data.

[2]

Dewobroto, W. 2003. Aplikasi Sains dan Teknik dengan Visual Basic 6.0. Jakarta: PT. Elex Media Komputindo. [3] Dewobroto, W. 2005. Aplikasi Rekayasa Konstruksi dengan Visual Basic 6.0 (Analisis dan Desain Penampang Beton Bertulang sesuai SNI 032847-2002). Jakarta: PT. Elex Media Komputindo. [4] Ghobarah, A.Nov 2001. Shear Strengtening of Beam Column Joint. Engineering Structure. [5] Islamudin,Iwal. 2011. Artikel Teknik Sipil: Berkenalan dengan SRPM, [6] MacGregor, J.G dan James K. White .2009. Reinforced Concrete Mechanics and Design Jilid 5. New Jersey: Prentice Hall, Inc. [7] Purwono, Rahmat .2003. Perencanaan Struktur Beton Bertulang Tahan Gempa. Edisi 2. Surabaya: ITS PRESS [8] Tavio. Diktat Kuliah Beton. Jurusan Teknik Sipil Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya [9] Purwono, R., Tavio, Imran, I., dan Raka, I.G.P. 2007. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002) Dilengkapi Penjelasan (S-2002). Surabaya: ITS Press

V. DAFTAR PUSTAKA [1] Chu-Kia Wang, Charles G. Salmon dan Jose A. Pincheira. 2006. Reinforced Concrete Design. Madison: John Wiley & Sons Inc.

6