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: rivayando_sinaga@yahoo.com 2Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Dr. Manysur Medan

Email: besmansurbakti@yahoo.com

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