Analisa dan Perencanaan Balok Tinggi dengan Variasi Perletakan Menggunakan Metode Strut and Tie
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Struktur bangunan hendaknya kokoh untuk menjaga keselamatan dari pada
penggunanya. Salah satu bentuk struktur yang cukup penting pada bangunan yaitu
balok tinggi. Balok tinggi (deep beam) biasanya memikul beban yang besar dan
aksi balok tinggi dapat dijumpai pada dinding pondasi (foundation wall), topi
pancang (pile cap), dan dinding geser (shear wall) yang mengalami tegangan
yang cukup besar pada elemen-elemennya.
Balok tinggi dapat berupa bentangan tunggal maupun menerus. Pada balok
tinggi perbandingan tinggi dengan lebarnya dapat mencapai dua kali lipat atau
lebih. Sehingga untuk perencanaan sendiri , geser lebih diutamakan yang akhirnya
akan berpengaruh pada penulangan gesernya. Besar dan jarak penulangan geser
vertikal dan horizontal sangat berbeda dengan yang dipakai pada balok biasa,
begitu pula persamaan-persamaan yang digunakan dalam desainnya Balok tinggi
dianalisa dengan analisis non-linier dan dapat juga menggunakan metode strutand-tie.
Metode strut and tie sudah banyak digunakan untuk perhitungan struktur
bangunan. “Strut and Tie-Model” berawal dari “Truss-analogi-model” yang
pertama kali dicetuskan oleh Hennebique lebih dari satu abad yang lampau.
Model ini kemudian diperkenalkan oleh Ritter (1899), Morsch (1902).
Metode ini menggunakan analogi rangka batang. Dengan metode ini aliran
tegangan dapat digambarkan dengan bentukan seperti rangka batang
dimana
1
Universitas Sumatera Utara
beton dapat menahan tekan dan tulangan baja menahan tarik. Metode strut and tie
membagi elemen struktur menjadi dua bagian yaitu daerah B (Beam atau
Bernoulli) dan daerah D (Disturbed atau Discontinued) yaitu bagian struktur yang
mengalami perubahan geometri atau bisa juga bagian yang ditempati beban
terpusat yang menyebabkan aliran tegangan pada bagian itu memiliki distribusi
tegangan non linier. Balok tinggi dapat diklasifikasikan sebagai elemen struktur
yang mengalami diskontinu tegangan yaitu termasuk dalam daerah D.
Tegangan yang diperoleh merupakan tegangan normal atau tegangan utama.
Kontur tegangan menghubungkan daerah yang sama tegangannya. Berdasarkan
kontur tegangan, dapat ditentukan aliran tegangan yang terjadi. Dan aliran
tegangan ini disebut trajektori tegangan.
Rangka batang yang dimodelkan dengan metode strut and tie merupakan
rangka batang yang dapat memikul beban secara vertikal. Batang tekan disebut
dengan strut sedangkan batang tarik disebut dengan tie. Titik pertemuan antar
batang disebut dengan nodal. Dalam hal ini beton dapat diasumsikan sebagai
batang tekan sedangkan tulangan dalam perhitungannya diasumsikan sebagai
batang tarik. Nodal adalah garis perpotongan dari sumbu aksis tekan dan tarik
juga titik dimana terkonsentrasinya tegangan yang menunjukkan join daripada
model strut and tie. Nodal dapat diklasifikasikan berdasarkan gaya yang bekerja
ke arahnya (ACI 318-02).
Menurut ACI Committe 318, balok tinggi didefinisikan sebagai komponen
struktur dengan beban bekerja pada salah satu sisinya dan perletakan pada sisi
lainnya sehingga strut tekan dapat terbentuk diantara beban dan perletakan. Balok
tinggi juga didefinisikan sebagai balok dengan bentangan bersih ln tidak lebih dari
2
Universitas Sumatera Utara
empat kali tinggi balok ( h ) untuk pembebanan merata atau dua kali tinggi efektif
balok ( 2d ) dari permukaan perletakan untuk balok dengan pembebanan terpusat.
Dengan memperhatikan pola dan arah tegangan yang terjadi, dicoba untuk
menganalogikan aliran itu dengan menggunakan rangka batang atau truss.
Prosedur standart desain secara konvensional metode strut and tie sedikit
disebutkan pada ACI 318-02 dimana disebutkan bahwa metode ini menuntut
perancang untuk memilih arah aliran tegangan yang dirasa realistis didalam
bentuk member struktur yang direalisasikan dengan pemodelan rangka batang.
Detail rasional mengenai rangka batang yang telah dirancang menunjukkan
bagaimana distribusi tegangan ini terjadi pada elemen struktur tersebut.
Gambar 1.1 Pola retak pada balok akibat gaya P (momen dan gaya lintang)
Gambar 1.2 Truss analogy untuk balok beton bertulang sesuai Mörsch
3
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.3 trajektori tegangan utama pada B-region dan D-region (sekitar daerah
beban terpusat-diskontinuitas).
(Sumber:”Model Penunjang dan Pengikat (Strut and Tie Model) pada
Perancangan Struktur Beton” oleh Dr.Ing. Harianto Hardjasaputra dan Ir. Steffie
Tumilar, M. Eng., MBA).
1.2 Permasalahan
Balok tinggi mengalami geser yang cukup besar saat terjadi pembebanan
Keruntuhan geser lebih dominan terjadi pada balok tinggi. Balok tinggi dengan
variasi perletakan dapat dinyatakan sebagai continuous beam sehingga analisa
non-linier diikuti dengan perhitungan perletakan berupa statis tertentu dan statis
tak tentu.
Metode strut and tie adalah metode yang cukup efektif dalam
perencanaan perhitungan pada balok tinggi.
Standar yang digunakan adalah
perhitungan dengan metode konvensional. Metode ini digunakan untuk
membandingkan hasil perhitungan yang lebih efektif untuk penulangan balok
tinggi tersebut sehingga struktur ini dapat memikul beban dengan lebih efektif.
Dalam tugas akhir ini, penulis merencanakan perhitungan balok tinggi dengan
variasi perletakan pada bangunan seperti terlihat di bawah ini:
4
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.4 Balok tinggi dengan perletakan statis tertentu
Gambar 1.5 Balok tinggi dengan perletakan statis tak tentu
Model analisis berupa 2D menggunakan metode strut and tie untuk
perhitungan balok tinggi.
5
Universitas Sumatera Utara
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan dari tugas akhir ini adalah:
1. Melakukan perhitungan dan desain balok tinggi dengan perletakan sederhana
dan balok tinggi yang dinyatakan sebagai continuous beam menggunakan
metode strut and tie.
2. Mempelajari dasar-dasar teori , prosedur dan perhitungan metode strut and
tie dan pengaplikasiannya dalam perhitungan elemen struktur yaitu balok
tinggi.
3. Membandingkan hasil perhitungan yang didapat menggunakan metode strut
and tie dengan metode konvensional.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah:
1. Perhitungan terbatas mengenai struktur balok tinggi perletakan sederhana dan
balok tinggi yang dinyatakan dengan continous beam dengan data-data yang
logis.
2. Perhitungan dilakukan dengan metode strut and tie.
3. Struktur yang ditinjau adalah balok tinggi dengan variasi perletakan.
4. Peraturan mengacu pada ACI-Building Code 318-2002.
5. Perbandingan perhitungan yang dilakukan yaitu metode strut and tie dengan
metode konvensional.
6
Universitas Sumatera Utara
1.5 Metodologi Penulisan
Metode yang dipakai dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah dengan studi
literatur mengenai perhitungan balok tinggi dan perhitungan elemen struktur
dengan metode strut and tie, pengumpulan data-data yang mendukung untuk
perhitungan, penggunaan alat perhitungan yang mendukung dalam Tugas Akhir
ini dan masukan dari dosen pembimbing.
1.6 Sistematika Pembahasan
Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan sistematika pembahasan sebagai
berikut:
BAB I Pendahuluan
BAB II Tinjauan Pustaka
BAB III Metode Analisa dan Aplikasi
BAB IV Perhitungan dan Pembahasan
BAB V Kesimpulan dan Saran
7
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Struktur bangunan hendaknya kokoh untuk menjaga keselamatan dari pada
penggunanya. Salah satu bentuk struktur yang cukup penting pada bangunan yaitu
balok tinggi. Balok tinggi (deep beam) biasanya memikul beban yang besar dan
aksi balok tinggi dapat dijumpai pada dinding pondasi (foundation wall), topi
pancang (pile cap), dan dinding geser (shear wall) yang mengalami tegangan
yang cukup besar pada elemen-elemennya.
Balok tinggi dapat berupa bentangan tunggal maupun menerus. Pada balok
tinggi perbandingan tinggi dengan lebarnya dapat mencapai dua kali lipat atau
lebih. Sehingga untuk perencanaan sendiri , geser lebih diutamakan yang akhirnya
akan berpengaruh pada penulangan gesernya. Besar dan jarak penulangan geser
vertikal dan horizontal sangat berbeda dengan yang dipakai pada balok biasa,
begitu pula persamaan-persamaan yang digunakan dalam desainnya Balok tinggi
dianalisa dengan analisis non-linier dan dapat juga menggunakan metode strutand-tie.
Metode strut and tie sudah banyak digunakan untuk perhitungan struktur
bangunan. “Strut and Tie-Model” berawal dari “Truss-analogi-model” yang
pertama kali dicetuskan oleh Hennebique lebih dari satu abad yang lampau.
Model ini kemudian diperkenalkan oleh Ritter (1899), Morsch (1902).
Metode ini menggunakan analogi rangka batang. Dengan metode ini aliran
tegangan dapat digambarkan dengan bentukan seperti rangka batang
dimana
1
Universitas Sumatera Utara
beton dapat menahan tekan dan tulangan baja menahan tarik. Metode strut and tie
membagi elemen struktur menjadi dua bagian yaitu daerah B (Beam atau
Bernoulli) dan daerah D (Disturbed atau Discontinued) yaitu bagian struktur yang
mengalami perubahan geometri atau bisa juga bagian yang ditempati beban
terpusat yang menyebabkan aliran tegangan pada bagian itu memiliki distribusi
tegangan non linier. Balok tinggi dapat diklasifikasikan sebagai elemen struktur
yang mengalami diskontinu tegangan yaitu termasuk dalam daerah D.
Tegangan yang diperoleh merupakan tegangan normal atau tegangan utama.
Kontur tegangan menghubungkan daerah yang sama tegangannya. Berdasarkan
kontur tegangan, dapat ditentukan aliran tegangan yang terjadi. Dan aliran
tegangan ini disebut trajektori tegangan.
Rangka batang yang dimodelkan dengan metode strut and tie merupakan
rangka batang yang dapat memikul beban secara vertikal. Batang tekan disebut
dengan strut sedangkan batang tarik disebut dengan tie. Titik pertemuan antar
batang disebut dengan nodal. Dalam hal ini beton dapat diasumsikan sebagai
batang tekan sedangkan tulangan dalam perhitungannya diasumsikan sebagai
batang tarik. Nodal adalah garis perpotongan dari sumbu aksis tekan dan tarik
juga titik dimana terkonsentrasinya tegangan yang menunjukkan join daripada
model strut and tie. Nodal dapat diklasifikasikan berdasarkan gaya yang bekerja
ke arahnya (ACI 318-02).
Menurut ACI Committe 318, balok tinggi didefinisikan sebagai komponen
struktur dengan beban bekerja pada salah satu sisinya dan perletakan pada sisi
lainnya sehingga strut tekan dapat terbentuk diantara beban dan perletakan. Balok
tinggi juga didefinisikan sebagai balok dengan bentangan bersih ln tidak lebih dari
2
Universitas Sumatera Utara
empat kali tinggi balok ( h ) untuk pembebanan merata atau dua kali tinggi efektif
balok ( 2d ) dari permukaan perletakan untuk balok dengan pembebanan terpusat.
Dengan memperhatikan pola dan arah tegangan yang terjadi, dicoba untuk
menganalogikan aliran itu dengan menggunakan rangka batang atau truss.
Prosedur standart desain secara konvensional metode strut and tie sedikit
disebutkan pada ACI 318-02 dimana disebutkan bahwa metode ini menuntut
perancang untuk memilih arah aliran tegangan yang dirasa realistis didalam
bentuk member struktur yang direalisasikan dengan pemodelan rangka batang.
Detail rasional mengenai rangka batang yang telah dirancang menunjukkan
bagaimana distribusi tegangan ini terjadi pada elemen struktur tersebut.
Gambar 1.1 Pola retak pada balok akibat gaya P (momen dan gaya lintang)
Gambar 1.2 Truss analogy untuk balok beton bertulang sesuai Mörsch
3
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.3 trajektori tegangan utama pada B-region dan D-region (sekitar daerah
beban terpusat-diskontinuitas).
(Sumber:”Model Penunjang dan Pengikat (Strut and Tie Model) pada
Perancangan Struktur Beton” oleh Dr.Ing. Harianto Hardjasaputra dan Ir. Steffie
Tumilar, M. Eng., MBA).
1.2 Permasalahan
Balok tinggi mengalami geser yang cukup besar saat terjadi pembebanan
Keruntuhan geser lebih dominan terjadi pada balok tinggi. Balok tinggi dengan
variasi perletakan dapat dinyatakan sebagai continuous beam sehingga analisa
non-linier diikuti dengan perhitungan perletakan berupa statis tertentu dan statis
tak tentu.
Metode strut and tie adalah metode yang cukup efektif dalam
perencanaan perhitungan pada balok tinggi.
Standar yang digunakan adalah
perhitungan dengan metode konvensional. Metode ini digunakan untuk
membandingkan hasil perhitungan yang lebih efektif untuk penulangan balok
tinggi tersebut sehingga struktur ini dapat memikul beban dengan lebih efektif.
Dalam tugas akhir ini, penulis merencanakan perhitungan balok tinggi dengan
variasi perletakan pada bangunan seperti terlihat di bawah ini:
4
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.4 Balok tinggi dengan perletakan statis tertentu
Gambar 1.5 Balok tinggi dengan perletakan statis tak tentu
Model analisis berupa 2D menggunakan metode strut and tie untuk
perhitungan balok tinggi.
5
Universitas Sumatera Utara
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan dari tugas akhir ini adalah:
1. Melakukan perhitungan dan desain balok tinggi dengan perletakan sederhana
dan balok tinggi yang dinyatakan sebagai continuous beam menggunakan
metode strut and tie.
2. Mempelajari dasar-dasar teori , prosedur dan perhitungan metode strut and
tie dan pengaplikasiannya dalam perhitungan elemen struktur yaitu balok
tinggi.
3. Membandingkan hasil perhitungan yang didapat menggunakan metode strut
and tie dengan metode konvensional.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah:
1. Perhitungan terbatas mengenai struktur balok tinggi perletakan sederhana dan
balok tinggi yang dinyatakan dengan continous beam dengan data-data yang
logis.
2. Perhitungan dilakukan dengan metode strut and tie.
3. Struktur yang ditinjau adalah balok tinggi dengan variasi perletakan.
4. Peraturan mengacu pada ACI-Building Code 318-2002.
5. Perbandingan perhitungan yang dilakukan yaitu metode strut and tie dengan
metode konvensional.
6
Universitas Sumatera Utara
1.5 Metodologi Penulisan
Metode yang dipakai dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah dengan studi
literatur mengenai perhitungan balok tinggi dan perhitungan elemen struktur
dengan metode strut and tie, pengumpulan data-data yang mendukung untuk
perhitungan, penggunaan alat perhitungan yang mendukung dalam Tugas Akhir
ini dan masukan dari dosen pembimbing.
1.6 Sistematika Pembahasan
Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan sistematika pembahasan sebagai
berikut:
BAB I Pendahuluan
BAB II Tinjauan Pustaka
BAB III Metode Analisa dan Aplikasi
BAB IV Perhitungan dan Pembahasan
BAB V Kesimpulan dan Saran
7
Universitas Sumatera Utara