Materi 1. Elemen Struktur Balok Kolom

ELEMEN STRUKTUR BALOK DAN KOLOM

Struktur bangunan terbuat dari bahan kaku yang letaknya datar (balok), tegak (kolom), atau miring (tangga) di atas bahan yang kaku juga (pondasi). Balok disebut juga sebagai elemen horisontal dan kolom sebagai elemen vertikal. Balok memikul beban sepanjang batang dan menyalurkannya ke kolom. Selanjutnya kolom akan menyalurkan beban tersebut ke pondasi. Gaya yang bekerja pada balok secara transversal mengakibatkan balok melentur atau melendut. Sedangkan kolom pada umumnya menerima gaya aksial, sehingga tidak melentur. Balok dapat berupa balok tunggal (balok sederhana) di atas satu atau dua tumpuan, misalnya, kantilever atau jembatan bentang pendek. Sedangkan balok menerus di atas tiga tumpuan atau lebih, misalnya jembatan panjang yang didukung oleh banyak tumpuan atau kolom jembatan. Balok menerus merupakan struktur konstruksi yang lebih menguntungkan dibanding balok sederhana. Keuntungan balok menerus ditinjau dari empat aspek, yaitu kekuatan, keaamanan, keindahan dan ekonomis. Kerugian balok menerus adalah terhadap simpangan/penurunan tumpuan dan deformasi termal (perubahan suhu).

Balok Balok pada konstruksi bangunan mendapat gaya atau aksi. Gaya yang bekerja pada balok akan menimbulkan reaksi pada simpul atau perletakan, gaya geser, momen lentur, gaya dalam (tarikan dan tekanan), dan lendutan pada balok. Pada Gambar 1 terlihat beban merata balok mengakibatkan balok terlentur. Beban merata dapat berupa plat lantai gedung bertingkat atau plat lantai jembatan. Karakteristik balok ditentukan oleh jenis perletakan, bentuk, panjang, dan bahannya.

(a)

(b)

a = balok sederhana dengan dua beban terpusat (P) d = balok sederhana miring dengan beban merata (q) dan beban terpusat P

Gambar 1. Pembebanan pada blok sederhana 1

Gambar 2. Macam-macam sistem struktur Sumber :https://portalrekayasa.wordpress.com/2016/11/18/macam-macam-sistem-struktur/

Gambar 3. Balok terlentur akibat beban merata

Walaupun secara nyata balok (balok tunggal atau balok menerus) terlihat sederhana pada sebuah konstruksi, namun balok mempunyai karakteristik internal yang lebih rumit dalam memikul beban dibandingkan dengan elemen struktur lainnya, misalnya kolom dan pondasi. Kerumitan tersebut akibat adanya aksi yang mengakibatkan reaksi yang timbul pada balok.

Prinsip Balok Balok umumnya terbuat dari bahan yang homogen, misalnya bahan buatan berupa beton dan baja atau bahan alami berupa kayu. Kalaupun menggunakan bahan campuran (komposit), maka bahan yang dikompositkan sebaiknya memiliki kembang susut (deformasi thermal) yang relatif sama. Misalnya balok beton bertulang, komposit beton dan tulangan baja. Sedangkan kolom komposit merupakan gabungan dua bahan, yaitu kolom baja yang dibungkus beton. Apapun bahan balok yang digunakan, pertama-tama beban yang bekerja pada balok dipikul oleh elemen permukaan diteruskan ke elemen 2

struktur sekunder, dan selanjutnya diteruskan ke tumpuan. Semakin besar beban dan panjang balok, akan memperbesar ukuran balok. Tegangan aktual pada balok dipengaruhi oleh luas penampang, distribusi material pada penampang, pembebanan, dan tumpuan balok (jepit, sendi atau rol). Tumpuan balok terjepit lebih kaku dapat memikul beban dua kali lebih besar daripada balok yang sama tidak dijepit di kedua ujungnya. Kondisi tumpuan jepit dapat memperkecil terjadinya gayagaya internal, tegangan serta deformasi. Kriteria pokok yang harus dipenuhi pada balok, yaitu: kemampulayanan (kuat dan aman), efisiensi, kemudahan pengerjaan. Analisa balok antara lain meliputi tegangan lentur, tekuk lateral, tegangan geser, tegangan tumpu, puntiran (torsi), dan defleksi.

Gambar 4. Bekisting (cetakan) pada balok Sumber :http://4.bp.blogspot.com

Gambar 5. Posisi balok pada struktur bangunan Sumber :http://griyadesain-alamsutera.blogspot.co.id/2011/11/struktur-bangunan.html

3

Gambar 6. Pembesian balok sebelum di cor Sumber :https://www.ilmutekniksipil.com/bekisting/jenis-jenis-bekisting

Gambar 7. Rangakain kolom (tegak) dan balok (mendatar) Sumber :http://ptcbnbatam.blogspot.co.id/p/ring-balokatau-ring-balk

Tegangan Lentur Balok Tegangan lentur dipengaruhi oleh bahan dan momen inersia (EI). Semakin tinggi penampang, semakin kecil tegangan lenturnya. Lebar penampang sangat kecil pengaruhnya terhadap tegangan lentur. Gaya pada balok dengan EI konstan dan memperlebar penampang balok menjadi dua kali akan memperkecil tegangan lentur menjadi setengahnya. Apabila tegangan aktual melebihi tegangan ijin, maka balok mengalami kelebihan tegangan dan hal ini tidak diijinkan.

4

Tekuk Lateral Balok Tekuk lateral balok dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan sebelum seluruh kekuatan penampang tercapai. Fenomena tekuk lateral pada balok serupa dengan yang terjadi pada rangka batang. Ketidakstabilan dalam arah lateral terjadi karena gaya tekan yang timbul di daerah di atas balok, disertai dengan tidak cukupnya kekakuan balok dalam arah lateral. Diasumsikan bahwa jenis kegagalan tekuk lateral ini dapat terjadi, dan tergantung pada penampang balok, pada taraf tegangan yang relatif rendah. Pencegahan tekuk lateral dapat dilakukan dengan membuat balok cukup kaku dalam arah lateral dan menggunakan pengaku/pengekang (bracing) lateral.

Tegangan Geser Balok Gaya resultan dari tegangan geser ini, yaitu gaya geser internal (VR) sama besar, tetapi berlawanan arah dengan gaya geser eksternal (VE). Tegangan geser maksimum pada penampang balok adalah 1,5 kali tegangan geser rata-rata penampang balok segiempat.

Tegangan Tumpu Balok Tegangan tumpu (bearing stress) adalah tegangan yang timbul pada bidang kontak antara dua elemen struktur. Contohnya adalah tegangan yang terjadi pada ujung-ujung balok sederhana yang terletak di atas tumpuan ujung dengan dimensi tertentu. Banyak material, misalnya kayu, yang sangat mudah mengalami kegagalan akibat tegangan tumpu. Apabila beban tekan disalurkan, kegagalan tegangan tekan biasanya terjadi, dan hal ini ditunjukkan dengan hancurnya material. Kegagalan ini biasanya dilokalisasikan, dan lebih baik dihindari.

Defleksi (lenturan) Balok Defleksi balok disebabkan karena adanya lendutan balok akibat beban. Defleksi tergantung pada perilaku pembebanan, panjang bentang dan kekakuan balok.

Torsi Balok Torsi adalah puntiran, yang timbul pada elemen struktur apabila diberikan momen puntir langsung atau secara tak langsung. Tegangan geser torsional timbul pada elemen struktur tersebut sebagai akibat dari momen torsi yang bekerja padanya. Contoh pada balok tepi dapat terjadi momen torsi.

5

Pada konstruksi batang semua garis sumbu dan garis kerja oleh beban berada dalam satu bidang. Dengan kondisi ini konstruksi terhindar dari torsi (Gambar 8) dan konstruski mengalami torsi/punter (Gambar 9). P

A

l

A

Pot. A - A (a)

Gambar 8. Konstruksi terhindar dari torsi B

P

M = P.l l

B (b)

Pot. B - B

Gambar 9. Konstruksi mengalami torsi (puntir) Keterangan: a = Konstruksi terhindar dari torsi (puntir) b = Konstruksi mengalami torsi (puntir) sebesar M=P.l.

Pusat Geser Balok Pada penampang tak simetrik, pemberian beban dapat menyebabkan terjadinya puntiran. Dengan menerapkan beban melalui ’pusat geser’ balok, maka hanya akan terjadi lentur, tanpa adanya puntir. Pusat geser penampang tak simetris seringkali terletak di luar penampang.

Desain balok Desain balok sederhana dipengaruhi oleh bentang, jarak antar balok, ukuran dan bentuk penampang, dan jenis material, jenis dan besar beban. Semakin banyak batasan desain, maka semakin mudah desain dilakukan. Setiap desain harus memenuhi kriteria kekuatan dan kekakuan. Faktor-faktor prinsip desain balok, yaitu kontrol kekuatan dan kekakuan, variasi besaran material, variasi bentuk balok pada seluruh panjangnya, dan variasi kondisi tumpuan dan kondisi batas blok. Contoh pada desain kayu, dipengaruhi oleh sifat kayu yang mempunyai kemampuan untuk memikul tegangan besar dalam waktu singkat. 6

Desain balok baja umumnya didesain berdasarkan beban kerja dan tegangan ijin dan dapat berjalan pada waktu lama. Pada balok baja, apabila material balok mulai leleh pada saat dibebani, maka distribusi tegangan yang ada mulai berubah, balok masih dapat menerima tambahan momen sampai semua bagian penampang telah meleleh. Sedangkan pada desain balok beton tidak dapat digunakan sendiri pada balok karena sangat kecilnya kekuatan tarik, dan karena sifat getas beton. Retak beton yang timbul dapat berakibat gagalnya struktur, dimana hal ini dapat terjadi ketika balok beton mengalami lentur. Penambahan tulangan baja di dalam daerah tarik membentuk balok beton bertulang dapat meningkatkan kekuatan sekaligus daktilitasnya. Elemen struktur beton bertulang menggabungkan sifat yang dimiliki beton dan baja. Proses desain balok menerus (balok statis tak tentu) sama dengan proses desain balok sederhana. Faktor penentunya adalah momen dan pemakaian titik hubung balok pada daerah dimana terjadi titik balik (Mx = 0). Dengan memanfaatkan titik balok, maka perilaku balok menerus dapat dimodelkan sebagai strutur statis tertentu dengan tetap mengatur bentang dan beban pada struktur.

Kolom Kolom merupakan suatu elemen struktur tekan yang memegang peranan penting dari suatu bangunan. Berdirinya suatu bangunan ditentukan oleh berdirinya kolom. Kolom sebagai tiangnya bangunan, sehingga keruntuhan pada suatu kolom menyebabkan runtuh total seluruh struktur. Kolom sebagi batang tegak dari rangka struktur yang memikul beban dari balok. Rangkaian balok dan kolom disebut portal. Semua beban yang diterima balok akan diterusakan ke kolom, sehingga fungsi kolom sebagai penerus beban seluruh bangunan ke pondasi adalah sangat penting keberadaanya.

Gambar 10. Kolom Praktis pada bangunan sederhana Sumber :http://tangisanpena.blogspot.co.id/2014/03/struktur-bangunan.html

7

Gambar 11. Kolom Struktur pada bangunan bertingkat (proses pengecoran) Sumber :http://pu.bantulkab.go.id/berita/96-kolom-bangunan-pengertian-jenis-fungsi

Gambar 12. Kolom beton Sumber :https://proyeksipil.blogspot.co.id/2017/04/

8

Gambar 13. Kolom beton bertulang Sumber :http://2.bp.blogspot.com

Sruktur kolom dapat dibuat dari bahan baja, beton bertulang atau kayu. Pada beton bertulang, besi sebagai material yang menahan tarik, sedangkan beton sebagai material yang menahan tekan dapat bekerja bersama-sama menjadikan kokoh bangunan. Ada dua jenis kolom pada bangunan sederhana yaitu kolom utama dan kolom praktis. Kolom Utama adalah kolom yang fungsi utamanya menyanggah beban utama yang berada diatasnya. Sedangkan kolom praktis sebagai pengikat dinding lurus atau belokan agar dinding menjadi stabil. Kolom memiliki peranan sangat penting, agar bangunan tidak mudah roboh.

9