STUDI PERBANDINGAN ANALISIS KOLOM PERSEGI DENGAN KOLOM PIPIH R. S. Kwandou 1, R.I. Halim 1, J. Tanijaya 2, H.T. Kalangi 3 1,3 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Atmajaya Makassar, Jl. Tanjung Alang 23 Makassar Email: robbykwandouw@yahoo.com 2 Program Studi Teknik Sipil, Universitas Kristen Indonesia Paulus, Perintis Kemerdekaan Km 13 Makassar Email: depeka@indosat.net.id 1. ABSTRAK Tulisan ini membahas hasil studi perbandingan analisis antara kolom persegi dengan kolom pipih pada struktur portal tanpa pengaku lateral. Bentuk penampang kolom persegi yang umumnya digunakan (bujursangkar atau empat persegi panjang) diubah menjadi kolom pipih dengan bentuk penampang seperti huruf L (L-shaped column), huruf T (T-shaped column) dan bentuk + (plusshaped column) dengan ukuran lebar mengikuti tebal dinding sehingga tidak terlihat adanya tonjolan pada dinding. Perhitungan momen lentur menggunakan pendekatan metode uniaksial ekivalen dengan prinsip mengubah momen dua arah (biaxial bending) menjadi momen satu arah (uniaxial bending). Luas penampang kolom yang digunakan untuk kolom persegi dan kolom pipih memiliki nilai yang sama yaitu 900 cm 2 dan 1600 cm 2. Hasil perhitungan dengan metode uniaksial ekivalen terlihat bahwa terjadi peningkatan luas tulangan sebesar 21,62%, 31,50% dan 51,57% masingmasing dari kolom tepi berbentuk L, kolom tepi tengah berbentuk T dan kolom tengah berbentuk + secara berturut-turut terhadap hasil perhitungan kolom persegi dengan bantuan program SAP2000 v14 (metode lentur biaksial). Kata kunci: uniaksial, biaksial, momen inersia PENDAHULUAN Dalam suatu perencanaan struktur bangunan/gedung, perencana struktur biasanya menyesuaikan dengan letak dan proporsi ruangan yang telah dibuat oleh perencana arsitektur. Namun setelah perencanaan struktur dilakukan biasanya luas pemakaian ruangan akan berkurang akibat penonjolan penampang kolom sehingga mengurangi luas sesungguhnya dari ruangan tersebut. Oleh karena itu sebagai alternatif dibuat kolom pipih dengan tebal mengikuti lebar ukuran dinding agar masalah pengurangan luas ruangan yang telah direncanakan teratasi. Sekarang ini kolom pipih semakin banyak digunakan dalam konstruksi rumah tinggal. Bentuk penampang kolom yang umumnya digunakan (bujursangkar atau empat persegi panjang) diubah menjadi kolom pipih dengan bentuk penampang seperti huruf L (L-shaped column), huruf T (T-shaped column) dan bentuk + (plus-shaped column). Penerapan kolom pipih ini dilaksanakan mengikuti lebar dinding sehingga memberikan nilai estetika yaitu memberi kesan ruangan menjadi lebih luas. Namun pengetahuan atau informasi mengenai penggunaan kolom pipih ini masih sangat kurang terutama mengenai sifat mekanik dan kekuatannya. 2. TINJAUAN PUSTAKA Menurut Resmi Bestari Muin (2008), kolom merupakan elemen tekan yang menumpu/menahan balok yang memikul beban-beban pada lantai sehingga kolom ini sangat berarti bagi struktur. Jika kolom runtuh, maka bangunan akan runtuh pula secara keseluruhan. Pada umumnya kolom beton tidak hanya menerima beban aksial tekan, tapi juga momen (Gambar 1). Gambar 1. Kolom beton (Resmi Bestari Muin, 2008) SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-205
Penataan ruang dari segi arsitektural telah menjadi suatu hal yang sangat diperhatikan sekarang ini. Oleh sebab itu penggunaan kolom persegi mulai ditinggalkan lalu digantikan dengan kolom pipih. Kolom pipih ini memiliki bentuk yang tidak hanya berupa bentuk segiempat melainkan juga berbentuk L, bentuk T dan juga bentuk + (Gambar 2). Menurut Ghoneim (2008), kolom merupakan elemen terpenting struktur dari suatu gedung. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya keruntuhan gedung yang terjadi diakibatkan oleh keruntuhan kolom. Kolom pada struktur memikul beban yang berasal dari pelat dan balok kemudian meneruskannya ke pondasi dan oleh sebab itu maka pada umumnya kolom merupakan komponen tekan disamping juga menerima momen yang terjadi disebabkan karena kontinuitas yang ada pada struktur (W.H. Mosley, 1987). 3. Gambar 2. Kolom pipih berbentuk khusus HUBUNGAN BEBAN AKSIAL DAN MOMEN Gaya aksial P u bekerja pada kolom berjarak e terhadap sumbu pusat kolom dapat dinyatakan dengan rumus: M u = P u. e (1) Eksentrisitas tidak terduga dapat timbul akibat pelaksanaan pekerjaan di titik-titik buhul yang tidak sempurna sehingga terjadi pergeseran sumbu sistem bangunan ataupun akibat penggunaan bahan berbeda mutu. Dengan pertimbangan tersebut, perencanaan kolom umumnya didasarkan pada momen akibat dari beban aksial dengan eksentrisitas relatif besar (Gambar 3). Gambar 3. Hubungan beban aksial-momen-eksentrisitas (Istimawan Dipohusodo,1994) Kekuatan suatu penampang kolom dapat diperhitungkan terhadap banyak kemungkinan kombinasi pasangan beban aksial dan momen sehingga terdapat beberapa kemungkinan kuat beban aksial yang berbeda, dengan masing-masing mempunyai pasangan kuat momen tersendiri. 4. METODE UNIAKSIAL EKIVALEN Metode uniaksial ekivalen dilakukan dengan cara mengubah nilai momen arah-x dan arah-y menjadi suatu nilai momen ekivalen. Nilai dari M y dan M x diubah menjadi momen resultan tunggal dengan mengalikan suatu faktor penambahan nilai momen sebesar 15%. 2 2 Me 1,15 M x M y dengan M e = momen ekivalen [N-mm], M x = momen arah-x [N-mm] dan M y = momen arah-y [N-mm] Arah resultan momen yang terjadi berpengaruh dalam menentukan letak garis netral. Arah resultan tersebut ditentukan berdasarkan nilai momen lebih besar yang bekerja terhadap sumbu-x ataupun sumbu-y. Apabila M x > M y maka letak garis netral ditentukan berdasarkan arah sumbu-x dan demikian pula sebaliknya bila M x < M y maka letak garis netral ditentukan berdasarkan arah sumbu-y. Prinsip perhitungan kolom pipih ini memberikan keuntungan untuk perhitungan pada kolom dengan berbagai macam bentuk penampang. Selanjutnya maka dilakukan perhitungan momen inersia kolom, titik berat penampang, luas penampang kolom dan jari-jari girasi kolom. (2) S-206 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5
Pengaruh kelangsingan kolom dalam perhitungan perlu dipertimbangkan untuk menentukan apakah kolom akan dianalisis sebagai kolom pendek atau kolom langsing. Pengaruh kelangsingan untuk struktur kolom tanpa pengaku lateral dapat ditentukan berdasarkan angka kelangsingan yang dinyatakan dengan rumus: k u < 22 (3) r Ig r (4) A g dengan k = faktor panjang efektif panjang efektif [m], r = jari-jari girasi [m], I g = momen inersia bruto penampang [m 4 ] dan A g = luas penampang bruto penampang [m 2 ]. Apabila termasuk kolom langsing dan angka kelangsingan tidak lebih besar daripada 100 maka digunakan metode perbesaran momen untuk menghitung hasil momen akhir yang diperoleh. Rumus perbesaran momen yang digunakan yaitu: M c = M ns + s M s (5) dengan M c = momen pada kolom setelah terjadi perbesaran [N-mm], M ns = momen pada kolom akibat dipengaruhi gaya gravitasi [N-mm], M s = momen pada kolom akibat dipengaruhi gaya lateral [N-mm] dan s = faktor perbesaran momen akibat adanya pergoyangan. Setelah memperoleh nilai M c untuk masing-masing arah momen yang bekerja maka momen akhir setelah diperbesar akan diubah menjadi momen satu arah (uniaksial ekivalen) dengan menggunakan persamaan (2). Selanjutnya dihitung nilai eksentrisitas yang terjadi lalu ditetapkan suatu nilai c asumsi yang akan digunakan dalam perhitungan penulangan. 5. PERHITUNGAN PENULANGAN KOLOM PADA EMPAT SISI Perhitungan penulangan kolom pada empat sisi memberikan kesulitan tersendiri dalam hal menentukan nilai c secara tepat. Oleh karena itu digunakan metode coba-coba (trial-error) dalam menentukan nilai c yang tepat. Perhitungan dipisahkan berdasarkan momen dan aksial yang diterima penampang beton dan yang diterima oleh tulangan. Masing-masing nilai tersebut akan diakumulasikan untuk memperoleh nilai momen nominal dan kapasitas aksial nominal penampang kolom. Diagram regangan yang terjadi merupakan gabungan antara regangan beton dengan regangan tulangan (Gambar 4). Nilai a (tinggi blok ekivalen) perlu diperhatikan dalam perhitungan momen dan aksial pada beton sedangkan nilai d i merupakan nilai yang perlu diperhatikan dalam perhitungan momen dan aksial pada tulangan (Gambar 5). Gambar 4. Diagram regangan beton c d f i y fsi 600 x (6) c γ s æ 7 e ö γ 1,15 x ç (7) s è 6 3 ø F si = Σ{f si (n i x A si )} (8) M si = F si (y p - d i ) (9) Perhitungan momen dan aksial pada beton pada dasarnya juga memiliki prinsip perhitungan yang sama dengan momen dan aksial pada tulangan yang diperoleh dengan menjumlahkan tiap-tiap baris yang ada apabila terdapat perbedaan lebar penampang b. SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-207
0,67 x fcu Fci x A γ γ c c æ 7 e ö 1,5 x ç è 6 3 ø ci (10) (11) A ci a x b (12) M ci = F ci (y p - ½ a) (13) Gambar 5. Contoh nilai d dan a pada kolom L (mm) Setelah memperoleh nilai ΣF ci dan ΣF si maka diperoleh nilai P n yang merupakan hasil penjumlahan antara keduanya. Untuk memperoleh nilai c yang sebenarnya maka nilai P n harus dibandingkan terhadap P u dengan persyaratan bahwa perbedaan antara nilai P n dan P u tidak lebih besar dari 5%. Apabila nilai P n telah mendekati nilai dari P u maka yang perlu dilihat perbandingan antara nilai M n dengan M u. Nilai M n diperoleh dari penjumlahan antara ΣM ci dan ΣM si. Apabila nilai dari M n > M u maka berarti penampang mampu memikul aksial dan lentur yang terjadi bersamasama sedangkan apabila M n < M u berarti penulangan harus ditambah atau luas penampang kolom harus diperbesar. Jarak spasi antartulangan sengkang tidak boleh lebih besar dari: 6. a. 48 kali diameter batang tulangan sengkang b. 16 kali diameter batang tulangan memanjang c. ukuran kolom arah terkecil HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN P n = ΣF ci + ΣF si (14) M n = ΣM ci + ΣM si (15) Berikut disajikan hasil perhitungan penulangan dan perbandingan antara kolom pipih dengan kolom persegi. Hasil penulangan yang diperoleh berasal dari perhitungan SAP2000 v14 (lentur biaksial) dan perhitungan manual menggunakan metode uniaksial ekivalen. Perhitungan gaya-gaya dalam yang diperoleh dengan menggunakan bantuan program SAP2000 v14 (lentur biaksial) untuk selanjutnya digunakan dalam menghitung penulangan dengan metode uniaksial ekivalen (Tabel 1). Tabel 1. Hasil perhitungan perbandingan kolom persegi dengan kolom pipih Kolom A4 (kolom tepi) Kolom C4 (kolom tepi tengah) Kolom C3 (kolom tengah) Kolom Kolom Kolom Kolom L Kolom T persegi persegi persegi Kolom + P c (kn) 1995.06 3058.53 1835.51 2218.89 5688.91 7941.57 δ s 2.38 1.74 2.38 1.74 2.38 1.74 My ns (kn-m) -15.99 9.77-27.05 14.17-4.43-4.53 My s (kn-m) -19.78 21.93-17.03 15.13-58.04-44.71 My c (kn-m) -63.14 48.04-67.63 40.56-142.77-82.54 Mx ns (kn-m) 19.92-12.09-1.35-1.24-5.49-5.93 Mx s (kn-m) 19.36-19.98-25.46-25.25-58.76-42.23 Mx c (kn-m) 66.08-46.95-62.04-45.29-145.53-79.61 M e (kn-m) 105.10 77.25 105.54 69.92 234.45 131.88 P u (kn) 501.28 514.42 1066.83 1063.10 2319.61 2317.48 I x (cm 4 ) 67500 103481.6598 67500 103481.6598 213333.3333 296663.75 S-208 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5
I y (cm 4 ) 67500 103481.6598 67500 75058.75 213333.3333 296663.75 I min (cm 4 ) 67500 103481.6598 67500 75058.75 213333.3333 296663.75 I max (cm 4 ) 67500 103481.6598 67500 103481.6598 213333.3333 296663.75 A g (cm 2 ) 900 915 900 915 1600 1605 A s perlu dari SAP (mm 2 ) 1891.11-3107.59-3844.49 - A s uniaksial ekuivalen (mm 2 ) 3402.34 2412.74 5890.49 4536.46 9817.48 7938.80 Hasil perhitungan memberikan nilai perbandingan antara luas penulangan kolom persegi menggunakan SAP2000 v14 (lentur biaksial) dibandingkan dengan hasil penulangan kolom pipih L, T dan + menggunakan metode uniaksial ekivalen (Tabel 2). Tabel 2. Hasil rekapitulasi perhitungan kolom persegi SAP2000 v14 dengan kolom pipih metode uniaksial ekivalen 7. Nilai A s kolom (mm 2 ) Kolom Tepi Kolom Tepi Tengah Kolom Tengah Persegi L Persegi T Persegi + SAP2000 v14 1891.11-3107.59-3844.49 - Uniaksial ekivalen - 2412.74-4536.46-7938.80 % kenaikan 21.62% 31.50% 51.57% PEMBAHASAN Dari hasil perhitungan terlihat bahwa terjadi peningkatan nilai luas penulangan secara berurutan mulai dari kolom tepi (L-shaped column), kolom tepi tengah (T-shaped column) dan kolom tengah (+-shaped column) yang digunakan sebesar 21.62%, 31.50% dan 51.57% terhadap kolom persegi hasil perhitungan SAP2000 v14 (lentur biaksial) bila dibandingkan terhadap kolom pipih hasil perhitungan metode uniaksial ekivalen. Luas penampang kolom yang digunakan antara kolom persegi dengan kolom pipih memiliki nilai yang sama yaitu 900 cm 2 dan 1600 cm 2. Walaupun memiliki nilai luas penampang yang sama namun momen inersia yang dimiliki kolom pipih lebih besar bila dibandingkan dengan kolom persegi sehingga akan dihasilkan faktor perbesaran momen yang lebih kecil bila dibandingkan dengan kolom persegi. 8. KESIMPULAN Kolom pipih (uniaksial ekivalen) menghasilkan luas penulangan yang lebih besar bila dibandingkan dengan kolom persegi (SAP2000 v14- lentur biaksial) dengan luas penampang yang sama. DAFTAR PUSTAKA Departemen Pekerjaan Umum. 1987. Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung. Bandung: Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan. Dipohusodo, I. 1994. Struktur Beton Bertulang. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Ghoneim, M. & El-Mihilmy, M. 2008. Design of Reinforced Concrete Structures, Volume 2. Cairo University. Menon, D. & Pillai, U. 2008. Reinforced Concrete Design, Second Edition. New Delhi: Tata McGraw Hill. Mosley, W. H. & Bungey, J. H. 1987. Reinforced Concrete Design, Third Edition. London: Macmillan Education Ltd. Muin, Resmi B. 2008. Struktur Beton Bertulang II. (Online), (http://pskm.mercubuana.ac.id, diakses 10 Maret 2011). Nawy, Edward G. 2008. Beton Bertulang: Suatu Pendekatan Dasar, Cetakan Ketiga. Terjemahan oleh Bambang Suryoatmono. Bandung: PT Refika Aditama. Panitia Teknik Standarisasi Bidang Konstruksi dan Bangunan. 2002. Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI 03-2847-2002). 2002. Bandung: Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITB. Wijaya, H. & Alfonso, J. 2006. Aplikasi Kolom Langsing Pada Bangunan Bertingkat Banyak. Skripsi tidak diterbitkan. Makassar: Fakultas Teknik Universitas Atmajaya Makassar. SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-209
S-210 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5