ANALISA PERENCANAAN BALOK TEPI
PADA ATAP LENGKUNG DOME DENGAN VARIASI RADIUS
MENGGUNAKAN BETON PRATEGANG
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh
Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
080404060
RIVAYANDO SINAGA
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
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 sebesar 171.983 x 103 kg.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Pengasih, karena berkat rahmat dan
kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang merupakan
syarat utama yang harus dipenuhi untuk memperoleh gelar kesarjanaan dari Universitas
Sumatera Utara dengan judul ”Analisa Perencanaan Balok Tepi Pada Atap Lengkung Dome Dengan Variasi Radius Menggunakan Beton Prategang”.
Penulis menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak baik moril maupun materil. Untuk
itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih
yang setulusnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas
Sumatera Utara.
3. Bapak Ir.Besman Surbakti MT selaku dosen pembimbing saya yang telah banyak
meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan bimbingan yang tiada
hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Oppung dan orang tua saya, ayahanda T.Sinaga (alm.) dan ibunda tercinta
(S.Marbun ) yang selalu mendoakan dan memberi dukungan serta kasih sayang
yang tiada bandingannya di dunia ini.
6. Buat kakak saya Ma Dhita (Mei Sinaga), kakak Aplida Sinaga, Bang Tongam R.M
Sinaga, adik saya Roulinta Sinaga dan Ronauli Sinaga serta seluruh keluarga
Sinaga/ Marbun.terima kasih saya ucapkan kepada kalian atas bantuan, dorongan
semangat, doa dan dukungannya.
7. Abang-abang stambuk 2005, semua teman-teman stambuk 2008, yang selalu
menemani disaat susah dan senang khususnya Saur, Jathendra, Sutan, Johan, Bram,
Mustapa, Erik, Asrilchan, Danny, Aldrige , Ardi, Yusri, Frengki, Sandro, Ivan,
Aran, Jevri, Dony, Coy dan lain-lain. Dan juga teman teman yang lain yang tidak
dapat saya sebutkan satu persatu saya ucapkan terima kasih.
8. Adik-adik 2011 Manippan, Diando Geovani, Wisman, Jerikho dan semua sambuk
2011 terima kasih atas bantuan dan dukungan yang telah kalian berikan.
9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang telah membantu penulis
baik secara langsung maupun tidak langsung dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna,
dikarenakan keterbatasan pengetahuan dan kemampuan dari penulis, untuk itu penulis
mengharapkan kritik dan saran agar penulis dapat meningkatkan kemampuan menulis
pada masa akan datang.
Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan
sumbangan pengetahuan bagi yang membacanya.
Medan, Mei 2013
RIVAYANDO SINAGA
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Abstrak ... ii
Kata Pengantar ... iii
Daftar Isi ... v
Daftar Gambar ... viii
Daftar Tabel ... ix
Daftar Lampiran ... x
Daftar Notasi ... xi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penulisan ... 3
1.4 Metodelogi Penulisan ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II STUDI PUSTAKA ... 6
2.1 Teori Dasar Beton Prategang ... 6
2.2 Metode Prategang ... 6
2.2.1Pratarik ... 7
2.2.2Pascatarik ... 8
2.3 Baja Prategang ... 10
2.5 Istilah Komponen Baja Pada Beton Prategang ... 16
2.6 Struktur Membran Dengan Konsep Prategang Pada Konsruksi Atap ... 17
2.6.1Atap Dengan Desain Struktur Pneumatis ( Stuktur Cangkang ) ... 18
2.6.2Analisis Gaya Pada Struktur Pneumatis (Stuktur Cangkang ) ... 20
BAB III ANALISA PERHITUNGAN PRATEGANG UNTUK KONSTRUKSI ATAP LENGKUNG (DOME) ... 23
3.1 Analisis Gaya Pada Atap Lengkung ... 23
3.2 Perencanaan Balok Ring Pada Atap Lengkung (Kubah) ... 30
3.3 Perhitungan Ketebalan Minimum Kubah ... 34
3.4 Hubungan Antara Radius Kubah Dengan Desain Balok Tepi ... 35
BAB IV APLIKASI PERENCANAAN ... 37
4.1 Langkah-Langkah Perencanaan ... 37
4.2 Rencana Dimensi Tampang Kubah ... 37
4.2.1 Besar Sudut Meridional dan Jari-Jari Cangkang Kubah ... 38
4.2.2 Analisa Pembebanan yang Terjadi Pada Kubah ... 39
4.2.2.1Beban Mati ( Berat Sendiri Wd ) ... 39
4.2.2.2Beban Hidup (WL 4.3 Analisa Gaya yang Terjadi Pada Kubah ... 42
) ... 40
4.4 Analisa Desain Balok Ring Pada Kubah... 44
4.5 Analisa Perhitungan Kehilangan Prategang ... 47
4.5.1 Kehilangan Akibat Deformasi Beton ... 48
4.5.2 Kehilangan Akibat Penyusutan Beton ... 49
4.5.4 Kehilangan Akibat Relaksasi Pada Tegangan Baja ... 51
4.6 Analisa Perhitungan Ketebalan Minimum Kubah ... 52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 56
5.1 Kesimpulan ... 56
5.2 Saran... 57
DAFTAR PUSTAKA ... 58
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Pembuatan Beton Prategang Pratarik ... 8
Gambar 2.2 Proses Pembuatan Beton Prategang Pascatarik ... 9
Gambar 2.3 Macam-Macam Tendon ... 16
Gambar 2.4 Diagram Tegangan-Regangan Baja Sebagai Tendon Gambar 2.5 Struktur Membran ... 18
Pada Beton Prategang ... 17
Gambar 2.6 Gaya Melingkar dan Gaya Meridional ... 21
Gambar 3.1 Pemodelan Struktur Kubah ... 23
Gambar 3.2 Gaya Membran Pada Cangkang Putar ... 24
Gambar 3.3 Distribusi Gaya ... 25
Gambar 3.4 Distibusi gaya membran gravitasi pada kubah bola. ... 28
Gambar 3.5 Perilaku Cangkang Dasar ... 30
Gambar 3.6 Detail perpindahan akibat gaya yang terjadi ... 31
Gambar 3.7 Efek Balok Cincin ... 32
Gambar 4.1 Analisis Gaya Melingkar Dan Gaya Meridional Pada Cangkang... 42
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Gaya-Gaya dan Tegangan Dalam Satu Kawat Baja Bertegangan Tinggi .. 10
Tabel 2.2 Kehilangan Pada Beton Prategang Akibat Relaksasi Pada Baja ... 14
Tabel 2.2 Kehilangan Pada Beton Prategang ... 15
DAFTAR LAMPIRAN
L.1 Tabel Besar Gaya Meridional ( N�) Akibat Beban Mati/Berat Sendiri (Wd) .... 59
L.2 Tabel Besar Gaya Melingkar ( NƟ) Akibat Beban Mati/Berat Sendiri (Wd) ... 62
L.3 Tabel Besar Gaya Melingkar ( NƟ) Akibat Beban hidup (Wl) ... 65
L.4 Grafik Distribusi Gaya Melingkar ( Nө) Pada Kubah Bola Akibat Beban Mati
(Berat Sendiri) ... 68
L.5 Grafik Distribusi Gaya Meridional ( Nө) Pada Kubah Bola Akibat Beban Mati
(Berat Sendiri) ... 69
L.6 Grafik Distribusi Gaya Melingkar ( Nө) Pada Kubah Bola Akibat Beban Hidup
DAFTAR NOTASI
a Radius atap lengkung dome (kubah), m.
Ac Luas penampang balok ring sebelum kehilangan, mm2
Aps Luas penampang balok ring sebelum kehilangan, mm .
2
As,pakai Luas balok yang dipakai, mm
. .
2
As,perlu Luas balok yang diperlukan, mm .
2
b Lebar balok tepi . .
.
d Jarak antar tepi kubah searah diameter (diameter dasar span)
e Eksentrisitas, mm.
Ec Modulus elastisitas beton, MPa.
Eci Modulus elastisitas awal beton, MPa.
Es
fci Tegangan tekan awal beton, MPa. Modulus Elastisitas baja
fc Tegangan pada beton MPa.
Prategang baja efektif setelah kehilangan.
Pu
� Sudut meridionalnya/ sudut semi sentral. Total pembebanan konstruksi kubah
μ Poisson Ratio
Faktor reduksi tekuk pada bentuk permukaan bola akibat ketidaksempurnaan.
Є
Perpindahan akibat Gaya Gesek Horizontal
b
∆
Perpindahan akibat Gaya Meridional
T
∆fpCR Kehilangan gaya prategang akibat rangkak, MPa.
Perpindahan akibat Adanya Perimbangan Gaya Prategang
∆fpES Kehilangan gaya prategang akibat perpendekan elastis, MPa.
∆fpR Kehilangan gaya prategang akibat relaksasi, MPa.
