DAFTAR ISI
I.1 PENDAHULUAN... I-1
I.2 JENIS KOLOM... I-1
I.3 PERILAKU KOLOM SENGKANG PERSEGI DAN SPIRAL... I-2
I.4. FAKTOR KEAMANAN UNTUK KOLOM... I-5
I.5 KAPASITAS MAKSIMUM BEBAN AKSIAL PADA KOLOM... I-7
1.6 PERSYARATAN PERATURAN UNTUK KOLOM... I-10
1.7 CONTOH KASUS... I-11
1.7.1 KOLOM PERSEGI ... I-11
1.7.2KOLOM BULAT ...
I-13
BAB I. PENGENALAN STRUKTUR KOLOM BETON
I.1. PENDAHULUANKolom adalah komponen struktur vertikal yang menerima dan menyalurkan gaya tekan axial bersamaan atau tidak dengan gaya momen.
Dikarenakan resiko keruntuhan kolom lebih berbahaya dibanding struktur lantai, baik pelat atau balok, karena kolom lebih banyak memikul bagian struktur dibanding balok sehingga bila kolom runtuh akan lebih banyak bagian dari bangunan yang hancur dibanding bila balok yang runtuh. Oleh karena itu dalam mendesain kolom harus mengandung dasar filosofi perencanaan kolom yaitu “strong column weak beam”.
I.2. JENIS KOLOM
Kolom dari karakteristik/sifat-sifat property, pembebanan dan lainnya dapat dikatagorikan sebagai berikut
- Kolom tekan pendek, seperti pedestal, umumnya beban aksial yang besar dan momen yang kecil atau diabaikan, kolom tipe ini bisa didesain tanpa tulangan walaupun penulangan hanya tulangan minimum.
- Kolom pendek, struktur yang kokoh dengan flesibilitas yang kecil
- Kolom langsing/panjang, dengan bertambahnya rasio kelangsingan, deformasi lentur bertambah. Apabila kolom langsing menerima momen, sumbu kolom akan berdefleksi secara lateral, akibatnya akan ada beban tambahan yaitu beban kolom dikalikan defleksi lateral, hal ini disebut momen sekunder, atau momen P∆.
- Kolom sengkang persegi, kolom dimana tulangan longitudalnya diikat oleh tulangan sengkang berbentuk persegi, tulangan sengkang mencegah tulangan longitudinal bergerak saat konstruksi dan mencegah tul longitudinal menekuk kearah luar pada saat menerima beban.
- Kolom sengkang spiral, kolom dengan tulangan sengkang melingkar. - Kolom komposit, kolom yang diberi tulangan longitudinal dengan profil
Gambar 1.1 Jenis kolom
.
I.3 PERILAKU KOLOM SENGKANG PERSEGI DAN SPIRAL
Tulangan sengkang pada kolom berfungsi mencegah tulangan longitudinal menekuk keluar dan menahan ekpansi lateral beton inti akibat menerima beban aksial.
Pada kolom sengkang persegi, tulangan sengkang mempunyai jarak tertentu yang berarti juga merupakan jarak sokongan tulangan longitudinal, apabila kolom persegi diberi beban aksial sampai runtuh, mula-mula beton pembungkus (beton diluar tulangan sengkang) akan pecah (gompal) dan setelah itu tulangan
longitudinal akan menekuk keluar karena beton pembungkus (yang berfungsi sebagai sokongan lateral) sudah hancur, tulangan sengkang juga akan bengkok keluar karena beton mengalami ekpansi keluar akibat beban aksial, yang pada akhirnya akan menyebabkan kolom runtuh, kejadian ini seringkali terjadi tiba-tiba pada struktur kolom persegi.
Sedangkan apabila kolom spiral dibebani aksial sampai runtuh, perilaku keruntuhan berbeda dengan kolom persegi dan relatif lebih baik. Ketika beton pembungkus mulai pecah (gompal), kolom tidak runtuh tiba-tiba, karena kekuatan beton inti masih bisa memberikan kontribusi menahan beban akibat sokongan tulangan spiral (seperti pada gambar 1.3), yang selanjutnya kolom akan berdeformasi lebih lanjut sampai tulangan longitudinal leleh dan kolom runtuh. Gompal pada pembungkus beton sebagai peringatan akan terjadi keruntuhan kolom apabila beban terus bertambah, walaupun beton inti masih dapat sedikit memikul beban lagi sampi akhirnya runtuh. Hal ini menjadikan kolom spiral lebih daktail (runtuh bertahap) dibanding kolom persegi.
Gambar 1.3 Kontribusi tulangan spiral pada beton
Perilaku keruntuhan pada kolom persegi dan spiral diatas digambarkan pada diagram beban-lendutan akibat aksial, pada mulannya, kedua kurva sama, ketika beban terus meningkat sampai maksimum, kolom persegi akan runtuh tiba-tiba dan kolom spiral akan mengalami keruntuhan bertahap.
Kekuatan selimut beton adalah
'
0.85 (
) (1.1)
dimana
Luas penampang beton,
Luas beton inti
s c g c g c
P
f A
A
A
A
=
−
=
=
Kekuatan tulangan spiral adalah
2
(1.2)
dimana
persentasi tulangan spiral
s s c y s
T
ρ
A f
ρ
=
=
Persentase tulangan spiral minimum adalah (ACI 10-6)
'
0.45
g1
c(1.3)
s c yA
f
A
f
ρ
=
−
Tulangan sengkang spiral yang dibutuhkan adalah
(
)
2
4
( 1.4 )
dimana
diameter dari inti diameter luar spiral,
luas penampang
tulangan spiral dan
diamet
s c b s s c s b
a D
d
sD
D
a
d
ρ
=
−
=
=
=
er tulangan spiral
Gambar 1.4 Sengkang spiral
I.4. FAKTOR KEAMANAN UNTUK KOLOM
Nilai faktor keamanan untuk mendesain kolom jauh lebih kecil dibanding nilai faktor keamanan untuk balok lentur dan geser, dimana untuk balok adalah 0.9 untuk lentur dan 0.85 untuk geser, sedangkan faktor keamanan untuk kolom sengkang persegi adalah 0.70 dan kolom sengkang spiral adalah 0.75.
Perbedaan Nilai factor keamanan ini, seperti diterang pada paragraph sebelumnya, intinya adalah kehancuran kolom lebih berbahaya terhadap bangunan dibanding kehancuran balok dan juga kuat tekan beton pada saat uji kuat tekan laboratorium sangat mungkin berbeda dengan aktual konstruksi . Nilai factor keamanan untuk kolom spiral lebih besar dibanding kolom persegi karena kolom spiral lebih daktail dibanding kolom persegi.
Pada paragrap diatas, dijelaskan mengenai faktor reduksi kekuatan untuk struktur kolom (aksial tekan dengan atau tanpa lentur), untuk lebih lebih jelas kita bandingkan dengan reduksi faktor kekuatan dengan komponen struktur lainnya, faktor reduksi kekuatan juga disajikan mengacu kepada SNI 03-2847-2002 (11.3) sebagai berikut,
Tabel 1.1
SNI ACI Tipe Pembebanan
0.8 0.9 lentur tanpa beban aksial pada beton bertulang 0.8 0.9 arik aksial dengan atau tanpa lentur
0.7 0.75 Aksial tekan dengan atau tanpa lentur untuk tulangan spiral
0.65 0.75 Aksial tekan dengan atau tanpa lentur untuk struktur beton lainnya ( dalam hal ini termasuk kolom tulangan persegi)
0.75 0.85 geser dan torsi
Perlu direview juga mengenai kuat perlu dari struktur apabila dibebani berbagai macam jenis beban, dimana beban yang bekerja pada struktur bangunan dikalikan faktor beban, yaitu,
1. Kuat perlu untuk beban mati
U = 1.4 D SNI (11.2) (1.5)
2. Kuat perlu untuk beban mati, beban hidup L, beban atap A atau beban Hujan R
U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 ( A atau R) SNI (11.2) (1.6)
U = 1.4 D + 1.7 L (ACI-9.1) (1.6a)
3. Apabila beban angin W harus diperhitungkan
U = 1.2 D + 1.0 L ± 1.6 W + 0.5 ( A atau R) SNI (11.2) (1.7) U = 0.75 (1.4 D + 1.7 L + 1.7 W ) (ACI-9.2) (1.7a)
4. Apabila beban hidup L dikosongkan untuk mendapatkan kondisi yang berbahaya,
U = 0.9 D ± 1.6 W SNI (11.2) (1.8)
U = 0.9 D + 1.6 W (ACI-9.2) (1.8a)
Nilai faktor W dapat dikurangi menjadi 1.3 apabila telah dimasukan faktor angin. Setiap pembebanan D, L dan W tidak boleh kurang dari No. 2
5. Ketahan struktur terhadap gempa E
U = 1.2 D + 1.0 L ± 1.0 E SNI (11.2) (1.9) U = 0.75 (1.4 D + 1.7 L + 1.7 E ) (ACI-9.2) (1.9a)
I.5 KAPASITAS MAKSIMUM BEBAN AKSIAL PADA KOLOM
Apabila kolom di beri beban aksial konsentrik, regangan longitudinal akan terjadi akibat beban aksial tersebut baik pada beton ataupun baja tulangan. Hal ini terjadi karena beton dan baja sudah terikat jadi kesatuan, kondisi diatas dapat diterangkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 1.5 Kurva Gaya-Regangan
Tegangan yang terjadi pada kolom terdiri dari tegangan beton dan baja. Dimana total beban yang terjadi (Po) adalah penjumlahan dari gaya yang terjadi pada beton dan baja. Pc = fc Ac dan Ps = fy As. Beton akan hancur apabila beban aksial mencapai beban maksimum, kapasitas maksimum teoritis kolom dapat menerima beban adalah
'
0.85 (
)
.
o c g st st
P
=
f A
−
A
+
fy A
(1.10)
Apabila momen yang terjadi sangat kecil atau diabaikan, sehingga kondisi batas eksentrisitas e lebih kecil dari 0.1h untuk kolom persegi dan 0.05 h untuk kolom spiral maka , kuat tekan rencana kolom tidak boleh melebihi dari (SNI.12.3-5),
Untuk kolom sengkang spiral
(
)
'(max) 0.85 0.85
n c g st y stP
f A
A
f A
φ
=
φ
−
+
(1.10)
Untuk kolom sengkang persegi
(
)
'(max) 0.80 0.85
n c g st y stP
f A
A
f A
φ
=
φ
−
+
(1.11)
Apabila faktor reduksi kekuatan beton tekan φ (SNI 11.3-2) dimasukan kedalam persamaan kuat tekan rencana diatas, maka persamaan menjadi,
SNI 12.3-5
Untuk kolom sengkang spiral (φ =0.7)
(
)
(
)
' '(max) 0.85 0.85
(max) 0.85 0.7 0.85
n c g st y st n c g st y stP
f A
A
f A
P
x
f A
A
f A
φ
φ
φ
=
−
+
=
−
+
(
)
'(max) 0.56 0.85
n c g st y stP
f A
A
f A
φ
=
−
+
(1.12)
Untuk kolom sengkang persegi (φ =0.65)
(
)
(
)
' '(max) 0.80
0.85
(max) 0.80 0.65 0.85
n c g st y st n c g st y stP
f A
A
f A
P
x
f A
A
f A
φ
φ
φ
=
−
+
=
−
+
(
)
'(max) 0.52 0.85
n c g st y stP
f A
A
f A
φ
=
−
+
(1.13)
Untuk kolom sengkang spiral (φ =0.75)
(
)
(
)
' '(max) 0.85 0.85
(max) 0.85 0.75 0.85
n c g st y st n c g st y stP
f A
A
f A
P
x
f A
A
f A
φ
φ
φ
=
−
+
=
−
+
(
)
'(max) 0.6375 0.85
n c g st y stP
f A
A
f A
φ
=
−
+
(1.14)
Untuk kolom sengkang persegi (φ =0.7)
(
)
(
)
' '(max) 0.8 0.85
(max) 0.8 0.7 0.85
n c g st y st n c g st y stP
f A
A
f A
P
x
f A
A
f A
φ
φ
φ
=
−
+
=
−
+
(
)
'(max) 0.56 0.85
n c g st y stP
f A
A
f A
φ
=
−
+
(1.15)
1.6 PERSYARATAN PERATURAN UNTUK KOLOM.
• Persentase tulangan minimum longitudinal tidak boleh kurang dari 1% dari luas bruto penampang kolom.
• Persentase tulangan maksimum longitudinal tidak boleh melebihi 8% dari luas bruto penampang kolom.
• Jumlah minimum tulangan longitudinal yang diizinkan untuk batang tekan adalah 4 untuk kolom sengkang persegi, 3 untuk sengkang segi tiga dan 6 untuk tulangan sengkang spiral.
• Kolom sengkang persegi, diameter sengkang tidak boleh lebih kecil dari #3 (0.375 in) untuk tulangan longitudinal #10 (1.27 in) atau lebih kecil dan minimum sengkang #4 (0.5 in) untuk tul longitudinal lebih besar #10. Untuk satuan SI, tidak boleh kurang dari D10 untuk tul longitudinal D32 atau lebih kecil dan minimum D13 untuk tul longitudinal lebih besar dari D32.
Jarak sengkang /spasi, tidak boleh melebihi 16 kali diameter longitudinal, 48 kali diameter sengkang atau dimensi lateral terkecil dari kolom. Jarak tulangan longitudinal, tidak boleh melebihi dari 6 inc.
• Jarak sengkang sprial kolom tidak boleh kurang dari 1 in dan tidak boleh melebihi dari 3 in. Apabila sambungan diperlukan pada sengkang spiral, sambungan harus di las, atau dengn lapping tulangan dengan kawat sepanjang 48 kali diameter sengkang atau 12 in.
1.7 Contoh Kasus.
1.7.1 Kolom Persegi
Diketahui beban aksial yang bekerja pada kolom PD dan PL dengan rencana rasio tulangan longitudinal adalah 2%
Hitung kuat tekan rencana dan luas tulangan longitudinal (metode ACI)
I BEBAN B EKERJA
PD = 160kips Axial dead load
PL = 150kips Axial live load
II. MATERIAL PROPERTIES
Concrete data
f'c = 4,000 psi = 4 ksi
fy = 60,000 psi = 60 ksi
φ = 0.7faktor reduksi kolom persegi
ρt = 0.02
III. CALCULATION
1Rencanakan Pembebanan (kombinasi beban bekerja)
Pu = 1.4xPD + 1.7 Ll
= 479kips
2Hitung Kapasitas Beban Aksial
φ Pn = 0.8 φ [0.85 f"c (Ag-Ast) + fy Ast ] 0.8 φ [0.85 f'c (Agr-0.02Ag) + fy0.02Ag] 479 = 0.8x 0.7 x[0.85 x4 x [Agr- 0.02Agr]+60x.0.02Agr] 479 = 2.538 Agr Agr = 189 in b = 13.73816704in b = 14in h = 14in Agr = 196in2 h
h
φ Pn = 0.8 φ [0.85 f"c (Ag-Ast) + fy Ast ] 479 = 0.8x 0.7 x[0.85 x4 x [196- Ast]+60x.Ast] 479 = 373.184 + 31.70 Ast Ast = 3.34 in2 pilih 6 No 5.00 Ast = 3.75 in2
rasio tulangan longitudinal menjadi
ρt = 0.0191
ρmin = 0.0010 OK
1.7.2 Kolom Bulat
Diketahui beban aksial yang bekerja pada kolom PD dan PL dengan rencana rasio tulangan longitudinal adalah 2%
Hitung kuat tekan rencana dan luas tulangan longitudinal (metode SNI)
I BEBAN B EKERJA
PD = 250kN Axial dead load
PL = 230kN Axial live load
II MATERIAL PROPERTIES
Concrete data
f'c = 30 Mpa = 300 kg/cm2
fy = 400 psi = 4,000 kg/cm2
φ = 0.7faktor reduksi kolom bulat
ρt = 0.02
p = 5cm selimut beton
III CALCULATION
1Rencanakan Pembebanan (kombinasi beban bekerja)
Pu = 1.4xPD+ 1.7 PL
741kN
74,100 kg
2Hitung Kapasitas Beban Aksial
φ Pn = 0.85 φ [0.85 f"c (Ag-Ast) + fy Ast ]
D
0.85 φ [0.85 f'c (Agr-0.02Ag) + fy0.02Ag] 74100 = 0.85x 0.7 x[0.85 x300 x [Agr- 0.02Agr]+4000x.0.02Agr] 74100 = 196.291 Agr Agr = 378 cm2 D = 21.92373393cm D = 22cm Agr = 380.1327111cm2 (1/4*3.14*D^2)
3Hitung tulangan longitudinal dan rencanakan tulangan
φ Pn = 0.85 φ [0.85 f"c (Ag-Ast) + fy Ast ] 74100 = 0.85x 0.7 x[0.85 x300 x [380.132711084365- Ast]+4000x.Ast] 74100 = 57,675.636 + 2,088.28 Ast Ast = 7.87 cm2 pilih 6 D 16.00 Ast = 1,206.37 mm2 Ast = 12.06 cm2
rasio tulangan longitudinal menjadi
ρt = 0.0317
