Prosedur Perencanaan Balok Dengan Tulangan Tarik Tunggal (Part-2) – SAP 2000 & RC Beam Design V.1.0 Assalamu’alaikum Wr Wb…. Alhamdullillah, setelah sekian lama vakum dari dunia maya (alias tidak bikin postingan) akhirnya dikesempatan ini, saya bisa kembali lagi menyapa sobat kampuz nech, dan tentu saja sekalian menyelesaikan janji saya dulu, yaitu pembahasan mengenai prosedur perencanaan balok dengan tulangan tarik tunggal. Pada
postingan sebelumnya, kita sudah membahas mengenai prosedur perencanaan balok penampang persegi dengan tulangan tarik tunggal (part-1), dimana pada saat itu pembahasan di fokuskan pada bagaimana cara mendesain balok jika dimensi balok ( b dan h ) sudah diketahui atau sudah ditetapkan sebelumnya, (biasanya terjadi karena pertimbangan tertentu, misal : karena
persyaratan arsitektural) Nah… sob, untuk postingan kali ini, saya akan coba membahas kebalikan dari posting sebelumnya yaitu bagaimana cara mendesain balok jika dimensi balok belum diketahui atau tidak ditentukan sebelumnya ( b dan h tidak diketahui ). Dua keadaan diatas, yaitu desain balok jika dimensinya diketahui dan desain balok jika dimensinya tidak diketahui, prinsip cara penyelesaiannya sama cuman beda prosedur. Hal ini akan saya jelaskan nantinya Dan sebagai bahan pemantapan dari belajar kita, insya alloh dibagian akhir dari pembahasan ini, kita akan coba melakukan praktek dengan menganalisis struktur balok sederhana menggunakan program SAP 2000 yang kemudian hasilnya kita bandingkan dengan hitungan manual dari materi yang sudah kita pelajari baik di Part-1 ataupun Part-2 ini. Sekedar sebagai bahan pembanding dari hasil yang didapat baik dari hitungan manual ataupun dari program SAP, berikut saya lampirkan juga program analisis dan design penampang balok persegi yang saya buat melalui pemrograman Visual Basic. Program ini saya beri nama RC Beam Design V.1.0 berikut screenshoot dari program yang saya buat RC beam3 (Tampilan Depan Program) RC beam1(Analisa Penampang Balok) RC beam2 (Design Penampang Balok) Output (Output bisa diimport ke Excel) Cara penggunaan program ini akan saya jelaskan di bagian akhir pembahasan. Baiklah, sekarang kita mulai pembahasan kita….. yuk…….kita mulai! Prosedur Perencanaan Balok Penampang Persegi Dengan Tulangan Tarik Tunggal Jika Dimensi Balok Belum Ditentukan Ambil harga ρ , sehinggaa1 a2 Namun pada umumnya dianjurkan memakai : ρ = ± 0.5 x 0.75 ρb = 0.375 ρb Nilai ini dipakai untuk mengendalikan besarnya lendutan
Tentukan b dan d yang diperlukan Rn = Mn / b.d2 Sehingga, b.d2 = Mn / Rn dimana : Mn = Mu / 0.8 Rn = ρ . fy ( 1 – 1/2 ρ . m ) ….. m = fy / ( 0.85 fc’) Catatan : Rn = Koefisien tahanan balok (juga bisa disebut sebagai koefisien kapasitas penampang) Mn = Momen nominal Mu = Momen ultimate akibat beban terfaktor b = Lebar penampang *) d = Tinggi efektif penampang *) *) nilai b dan d , dicari dengan coba-coba (trial and error), sekedar sebagai acuan, untuk balok yang ekonomis, nilai b = 1/2 d dan nilai d = 0.9 h, dimana h = tinggi penampang balok Pilih dimensi balok yang sesuai ambil nilai b = 1/2 d dan d = 0.9 h, dimana h = tinggi penampang balok sehingga h = d / (0.9) Hitung Rn (koefisien kapasitas penampang) yang ada dengan
0,85 . 600) / 300 (600 + 300) ) = 0,012 = 1,2% Langkah 2 Tentukan b dan d yang diperlukan m = fy / ( 0.85 fc’) = 300 /( 0,85 . 20 ) = 17,65 Rn = ρ . fy ( 1 – 1/2 ρ . m ) Rn = 0,012 x 300 (1 – (1/2 x 0,012 x 17,65)) = 3,22 bd2 = Mn / Rn = 351,25 . 106 / 3,22 = 1,091 . 108 Balok yang
ekonomis b = 1/2 d b(d2) = 1.091 . 108 dengan cara coba-coba, maka didapat nilai d = 603 mm ≈ 600 mm b = 300 mm ≈ 300 mm d = 0,9 h, sehingga didapat nilai h = d / (0.9) = 600 / 0.9 = 666,67 mm ≈ 700 mm Sehingga dipakai balok = 300 x 700 mm Langkah 3 Pilih dimensi balok yang sesuai Ukuran dimensi balok yang dipakai adalah b/h = 300/700 = 30/70 cm Langkah 4 Hitung Rn (koefisien kapasitas penampang) yang ada dengan memperhitungkan berat sendiri balok Rn = Mn / b.d2 dimana : Mn = Mu / 0.8 Berat sendiri balok (30/70) = 0,3 x 0,7 x 2400 kg/m3 = 504 kg/m = 5,04 KN/m Note : Berat jenis beton = 2400 kg/cm3 Mberat sendiri = 1/8 (5.04) (6)2 = 22,68 KNm Muberat sendiri = 1,2 (22,68) = 27,216 KNm Mutotal = 281 + 27,216 = 308,22 KNm Mn = 308,22 / 0.8 = 385,27 KNm = 385,27 . 106 Nmm Rn = Mn / bd2 = 385,27 . 106 / ( 300 x d2 ) Balok yang kita rencanakan sesuai dengan perhitungan pada langkah 2 dan 3 adalah B 30/70 dimana lebar balok adalah 30 cm = 300 mm dan Tinggi balok adalah 70 cm = 700 mm Sekarang katakan saja saya akan mendesain balok tersebut dengan ketentuan seperti ini : - Tulangan utama memakai besi ulir = D29 - Tulangan sengkang memakai besi polos = Ø10 - Selimut beton = 30 mm (catatan : ketentuan ini sifatnya fleksible, tergantung yang
merencanakannya) Nah….. dari data yang sudah kita tentukan, ini kita bisa mencari tinggi efektif dari balok yang kita rencanakan - Tinggi efektif = tinggi balok - selimut beton - diameter
sengkang – 1/2(diameter tulangan utama) - d = 700 - 30 - 10 – 1/2 (29) = 645,5 mm Rn = Mn / bd2 = 385,27 . 106 / ( 300 x 645,5 2 ) = 3,08 m = fy / (0,85 x fc) = 300 / (0,85 x 20) = 17,65 hitung ρ perlu : a5 ρ = (1 / 17,65) x ( 1 – ( (1 – 2 x 17,65 x 3,08 ) / 300 )1/2 ) = 0,011 = 1,1 % Hitung ρmin : ρmin = 1,4 / fy = 1,4 / 300 = 0,00466 Hitung ρmax : ρmax = 0,75 x ( 0,85 x fc x B1 x 600 / (fy x (600 + fy) ) = 0,75 x ( 0,85 x 20 x 0,85 x 600 / (300 x (600 + 300) ) = 0,024 ρmin < ρ < ρmax ……. OK ( artinya : sudah memenuhi syarat sebagai tulangan lemah ) Hitung As perlu ( luas tulangan tarik yang dibutuhkan ) As = ρ x b x d = 0,011 x 300 x 645,5 = 2130,15 mm2 Luas penampang besi D29 = 1/4 x 3,1415 x 292 = 660,5 mm2 Luas tulangan tarik yang dibutuhkan = 2130,5 mm2 Jadi jumlah besi tulangan yang dibutuhkan = 2130,5 / 660,5 = 3,225 buah ≈ dibulatkan 4 buah Jadi dipasang besi tulangan = 4D29 Sekarang kita Cek lebar perlunya L ebar perlu = (2 x selimut beton) + (2 x dia. tul sengkang) + (n x dia. tul utama ) + ( (n-1) x dia. tul utama) = (2 x 30) + (2 x 10) + (4 x 29) + (3 x 29) = 283 mm < lebar balok = 300 mm
balok - (2 x selimut beton) + (2 x dia. sengkang) + (jumlah tul. terpasang x dia. tul utama) Sisa spasi = 300 - (2 x 30) + (2 x 10) + (4 x 29) = 300 – 196 = 104 mm Spasi antar tulangan = sisa spasi / (jumlah tulangan terpasang – 1) = 104 mm / (4 –1) = 104 mm / 3 = 34,667 mm > 25 mm … OK! Ternyata jarak spasi bersih antar tulangan > 25 mm. Jadi tulangan dipasang dalam 1 lapis saja. b1 Untuk menjamin penyaluran gaya yang baik didalam balok, maka di daerah momen lapangan dan momen tumpuan maksimum dianjurkan supaya jarak antara batang tulangan utama tidak melebihi 150 mm. bila momen disuatu tempat menurun, jarak batas ini dapat digandakan menjadi 300 mm. oleh karena itu dalam sebuah penampang sebuah balok persegi
setidak-tidaknya harus terdapat empat batang tulangan dan dipasang pada tiap sudut penampang. Batang-batang di sudut ini dan yang membentang sepanjang balok, dilingkari oleh sengkang-sengkang. Agar mendapatkan kekakuan secukupnya bagi sangkar tulangan, dianjurkan agar menggunakan batang-batang yang diameternya tidak kurang dari 6 mm. Jadi idealnya, walaupun tulangan atas (tekan) balok tidak didesain ataupun mungkin karena penampang balok cukup kuat sehingga tidak diperlukan tulangan atas (tekan), namun tetap saja harus dipasang minimal 2 tulangan minimum sebagai hanger ( istilah jawa nya : kastok / penggantung baju ) bagi sengkang agar memberikan kekakuan yang cukup terhadapnya. Untuk itu pada bagian tulangan atas balok, diberi D10 yang dipasang di sudut kanan dan kiri atas sengkang Sehingga desain balok secara keseluruhan adalah sebagai berikut : b2 Catatan : Mungkin sobat kampus ada yang bertanya, kenapa sih dalam pemasangan tulangan harus diberi jarak batasan minimum ? apa maksudnya ? Alasannya adalah agar butir-butir agregat terbesar dapat melewatinya dan jarum penggetar pun mungkin dapat dimasukkan kedalam untuk memadatkan beton. Sehingga jarak antara batang tulangan harus cukup lebar Untuk ini jarak antara batang tulangan diambil sebesar 25 mm baik untuk tulangan atas maupun bawah dan jarak ini pun dianggap sebagai nilai minimum. Nah… sekarang hitungan kita sudah selesai… sampai disini apakah sobat kampus masih ada yang bingung ??? Saya harap sobat kampus paham semuanya dan gak ada yang bingung ya… Okey! sekarang kita lanjut ke pembahasan berikutnya, RC Beam Design – Software bantu untuk analisis dan desain tulangan tarik pada balok penampang persegi Nah… sobat, berikut adalah software kecil untuk alat bantu menghitung kebutuhan tulangan tarik balok yang saya buat menggunakan pemrograman visual basic. Program ini saya beri nama RC Beam Design ( RC singkatan dari rectangle = persegi , Beam = Balok, dan Design = desain ), jadi RC beam design adalah program desain balok, yang tujuannya untuk mendesain tulangan tarik RC beam RC beam design memiliki dua fungsi utama yaitu : 1. Analisa penampang balok digunakan untuk
menganalisa momen nominal yang mampu ditahan oleh penampang balok. Dimana data yang dibutuhkan adalah dimensi penampang, ukuran dan jumlah tulangan, serta kekuatan leleh
tulangan Apb1 Untuk mendapatkan momen nominal penampang, disini anda tinggal memasukan data-data : b = lebar balok, d = Tinggi efektif penampang, n = jumlah tulangan terpasang, kuat tekan beton (fc) dan kuat tarik tulangan (fy) 2. Desain Penampang Balok digunakan untuk mendesain tulangan balok, dimana data yang diperlukan adalah, data penampang balok, data kuat tekan beton, data kuat tarik baja tulangan yang digunakan (baik tulangan utama maupun sengkang), selimut beton, ukuran tulangan utama dan tulangan sengkang, serta data beban yang bekerja pada balok (Mu dan Vu). form desain penampang Penjelasan dari form desain
desain tulangannya) 5. Status balok --- (menampilkan status balok terhadap beban kerja) 6. Desain tulangan balok --- (menampilkan hasil desain tulangan utama dan sengkang) 7. Sheet board --- (menampilkan hasil perhitungan tulangan utama dan sengkang) Kontrol program 8. Picture help --- (Untuk memperjelas notasi) 9. Menu eksekusi (Run) untuk mengeksekusi data. g1 terdiri dari Analysis : untuk mengeksekusi data (bisa juga dengan menekan F5 pada keyboard) Design : untuk mendesain tulangan balok (bisa juga dengan menekan F6 pada keyboard)
Locked / Unlocked : untuk meng cleaning form setelah proses desain Exit : Keluar dari program 10. Control tool --- (tombol eksekusi) tombol eksekusi terdiri dari : tombol analysis = untuk mengeksekusi data (bisa juga dengan menekan F5 pada keyboard) tombol design = untuk mendesain tulangan balok (bisa juga dengan menekan F6 pada keyboard) tombol
locked/unlocked = untuk meng cleaning form setelah proses desain ( tekan F7 di keyboard) tombol print/cetak form = untuk mencetak form tombol import ke Excel = untuk mengimport hasil desain ke program Excel tombol ke-menu utama = untuk kembali ke menu utama Baik, sekarang kita akan mencoba untuk menganalisa balok sederhana (statis tertentu) dengan
beban mati (DEAD) sudah didefinisikan, maka kita tinggal mendefinisikan type beban
berikutnya, yaitu beban hidup (LIVE). Untuk itu pada kotak Load Name isi dengan nama LIVE dan Type Load dengan type LIVE. Kemudian klik Add New Load. (Lihat gambar diatas). Jika sudah maka akan muncul Load cases / type beban baru yaitu LIVE Load (Lihat gambar dibawah ini). Klik OK untuk menutup kotak dialog. A18 16. Type beban sudah kita definisikan. Langkah selanjutnya adalah mendefinisikan beban kombinasi. Untuk itu pada menu pulldown klik Define > Combination. Maka akan muncul kotak dialog Define Response Combination. Klik Add New Combo. A19 17. Kita akan mendefinisikan beban kombinasi 1,2 DL + 1,6 LL, dimana DL = Dead load (beban mati), dan LL= Live Load (beban hidup). Untuk itu pada kotak combo box Case Name pilih ‘DEAD', kemudian ganti Scale Factor menjadi 1,2. Jika sudah klik tombol Add, maka otomatis beban mati terfaktor (1,2 DL) akan terdefinisi pada kotak list box dibawahnya. (lihat gambar) A20 A21 18. Dengan cara yang sama seperti diatas, lakukan juga terhadap beban hidup terfaktor LIVE Load. Pilih LIVE pada kotak combo box Case Name, kemudian ganti Scale Factornya menjadi 1,6. Klik Add A22 Jika sudah, maka hasilnya akan seperti dibawah ini. Klik OK untuk menutup kotak dialog, Klik OK sekali lagi… A23 19. Material dan dimensi
cocok seperti yang sudah kita hitung menggunakan cara manual. Data beban : DL = 1000 kg/m’ + berat sendiri balok = 1000 kg/m’ + ( 0,25m x 0,5m x 2400 kg/m3) = 1000 kg/m’ + 300 kg/m’ = 1300 kg/m’ (catatan : 2400 kg/m3 = berat jenis beton bertulang) LL = 500 kg/m’ qult = 1,2 DL + 1,6 LL = 1,2 (1300) + 1,6 (500) = 2360 kg/m’ Mult = 1/8 x qult x L2 = 1/8 x 2360 x 52 = 7375 kg.m 27. Untuk menampilkan secara detail hasil perhitungan momen, gaya axial, gaya geser dan lendutan yang terjadi, bisa diakses dengan cara melakukan klik kanan pada elemen batang. D4 28. Sekarang kita akan melakukan tahapan terakhir dari perencanaan struktur menggunakan program SAP, yaitu tahap desain struktur. Namun sebelum kita memerintahkan program SAP untuk melakukan proses desain, ada beberapa parameter-parameter tertentu yang harus kita atur agar desain yang didapat sesuai dengan desain dari peraturan di Negara kita (SNI 03-2847) -Tahapan pertama yang kita lakukan adalah dengan mengatur dulu beban kombinasi yang
tersebut, jadi jika strukturnya besar maka informasi yang disajikan menjadi semakin ruwet karena angka-angka yang ditampilkan saling bertumpuk-tumpuk. Untuk menghindari hal tersebut, pada umumnya informasi untuk setiap element batang yang cukup mendetail lebih berguna, untuk itu yang dapat dilakukan adalah: - Pilih element batang dengan mouse, kemudian klik kanan mouse, maka kotak dialog Concrete Beam Design Information akan ditampilkan. Klik Summary untuk melihat detail lebih lanjut. D13 D14 Kesimpulan : Hasil perhitungan penulangan memanjang balok terhadap lentur sama persis dengan perhitungan manual, jadi apabila sudah dilakukan penyesuaian pada Strength Reduction Factor maka program SAP2000 dapat
digunakan untuk perancangan struktur beton bertulang yang mangacu pada peraturan Indonesia yaitu SNI 03-2847. 3. Kita analisa dengan Program RC Beam Design V.1.0 Data struktur : b = 25 cm = 250 mm h = 500 cm = 500 mm fc = 25 MPa fy = 390 MPa Data beban : DL = 1000 kg/m’ + berat sendiri balok = 1000 kg/m’ + ( 0,25m x 0,5m x 2400 kg/m3) = 1000 kg/m’ + 300 kg/m’ = 1300 kg/m’ (catatan : 2400 kg/m3 = berat jenis beton bertulang) LL = 500 kg/m’ qult = 1,2 DL + 1,6 LL = 1,2 (1300) + 1,6 (500) = 2360 kg/m’ Momen lentur maksimum Mult = 1/8 x qult x L2 = 1/8 x 2360 x 52 = 7375 kg.m = 72324043,75 N.mm (Catatan : 1 kg.m = 9806,65 N.mm) Gaya geser maksimum Vu max = 1/2 x qult x L = 1/2 x 2360 x 5 = 5900 Kg = 57859,235 N Untuk daerah tumpuan Vu yang dipakai adalah Vu sejarak d dari tumpuan (dimana d = tinggi efektif balok) d = 455,5 mm L = 5000 mm Jadi Vu sejarak d dari tumpuan = ( (5000 - 455,5) / 5000 ) x 57859,235 N = 52588,253 N 1. Buka Program RC Beam Design. Pada menu utama, pilih tombol Desain Penampang Balok. Kemudian isikan data2 perencanaan sesuai data struktur dan
pembebanan diatas. Lanjutkan dengan menekan tombol analysis. RC1 2. Hasil analsis diampilkan pada Sheet Board disebelah kanan. Nah… Sobat, ternyata hasil perhitungan luas tulangan yang dibutuhkan sama persis dengan perhitungan yang kita lakukan secara manual ataupun dengan menggunakan program SAP, yaitu 531,69 mm2 RC2 3. Sekarang klik tombol Design, untuk melakukan desain balok…, maka hasil desain akan ditampilkan secara otomatis pada frame Sketsa Balok RC3 4. Untuk menampilkan hasil analisa dan desain secara lengkap, maka sobat bisa meng klik tombol Import Ke Excel, maka akan ditampilkan form klarifikasi yang menanyakan apakah data akan di save ?. Lanjutkan dengan klik Yes. Kemudian simpan ke directory tertentu yang sobat inginkan. RC4 5. Jika sudah, bukalah file Excel yang telah sobat simpan pada directory yang telah ditentukan sebelumnya. Maka hasilnya akan seperti dibawah ini. RC5 RC6 Catatan sebelum menggunakan Program ini Tujuan dari Program RC Beam design V.1.0 dibuat hanya untuk keperluan pendidikan dan pelatihan saja. Pembuat program tidak bertanggung jawab terhadap kesalahan dalam penggunaan program hasil output atau keluaran program. Pengguna wajib memeriksa validitas dari hasil output program ini. Karena terbatasnya pemahaman penulis dalam bahasa pemrograman (Visual basic), maka penulis mohon maaf sebesar-besarnya jika mungkin dalam kondisi tertentu terjadi ‘debug’ pada program ketika melakukan analisa ataupun desain. Perhitungan desain tulangan, hanya didasarkan pada Mu (momen ultimate terfator) dan Vu (geser ultimate terfaktor), sedangkan untuk torsi tidak diperhitungkan dalam desain. Kontrol kembali posisi penempatan tulangan, karena bisa saja jumlah tulangan yang ditampilkan pada gambar terlalu rapat, jadi masih perlu penyesuaian lagi. Penulis sadar bahwa program ini masih sangat jauh dari sempurna. Sehigga penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari sobat kampus sekalian untuk perbaikan program ini dikemudian hari.
