Desain (Struktur) Balok (SISTEM STRUKTUR BANGUNAN)

Balok adalah elemen struktural yang umumnya digunakan dalam konstruksi bangunan untuk menopang beban yang diterapkan pada atap, lantai, atau dinding. Desain balok didasarkan pada sifat-sifat material dan beban yang akan ditopang oleh balok tersebut.

Ada beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam desain balok, yaitu:

1.     Beban yang akan ditopang oleh balok, termasuk beban tetap (misalnya, beban bangunan) dan beban hidup (misalnya, beban orang atau barang).
2.     Panjang balok, yaitu jarak antara dua titik penopang atau antara titik penopang dan ujung balok.
3.     Bahan yang digunakan untuk balok, seperti kayu, baja, atau beton. Setiap bahan memiliki sifat-sifat yang berbeda dan memerlukan perhitungan yang berbeda pula.
4.     Bentuk balok, seperti persegi panjang, bundar, atau persegi.
5.     Tipe penopang, seperti dinding atau tiang.
6.     Kondisi lingkungan, seperti kelembaban, suhu, atau gempa.

Desain balok biasanya dilakukan dengan menggunakan software khusus atau perhitungan manual yang memperhitungkan faktor-faktor di atas. Beberapa metode desain balok yang umum digunakan termasuk metode Euler-Bernoulli dan metode Timoshenko.

Dalam desain balok, penting untuk memperhitungkan faktor keamanan dan keandalan sehingga balok dapat menopang beban dengan aman dan tidak mengalami kerusakan struktural. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengandalkan desain balok pada ahli teknik sipil yang berpengalaman dan terampil untuk memastikan keselamatan dan keandalan struktur bangunan Anda.

 

Struktur Balok
Analisa Struktur Balok

 Prinsip – prinsip Desain Umum (Struktur) Balok

Variabel utama dalam mendesain balok meliputi: bentang, jarak balok, jenis dan besar beban, jenis material, ukuran dan bentuk penampang, serta cara penggabungan atau fabrikasi. Semakin banyak batasan desain, maka semakin mudah desain dilakukan.

Setiap desain harus memenuhi kriteria kekuatan dan kekakuan untuk masalah keamanan dan kemampuan layan. Pendekatan desain untuk memenuhi kriteria ini sangat bergantung pada material yang dipilih, apakah menggunakan balok kayu, baja atau beton bertulang.

Beberapa faktor yang merupakan prinsip-prinsip desain umum dalam perencanaan balok, yaitu :
(1) Kontrol kekuatan dan kekakuan
(2) Variasi besaran material
(3) Variasi bentuk balok pada seluruh panjangnya
(4) Variasi kondisi tumpuan dan kondisi batas

Prinsip desain praktis balok kayu dipengaruhi oleh berbagai faktor.

Salah satunya adalah sifat kayu yang mempunyai kemampuan untuk memikul tegangan besar dalam waktu singkat. Pada kondisi beban permanen, tegangan ijin perlu direduksi dengan faktor 0,90. Faktor beban untuk angin adalah 1,33. Sedangkan beban normal mempunyai faktor 1,0.

Desain balok baja umumnya didesain berdasarkan beban kerja dan tegangan ijin. Balok yang digunakan bisa berupa penampang gilas (wide flens / sayap lebar), kanal, atau tersusun atas elemen-elemen (plat atau siku). Untuk bentang atau beban yang sangat besar, penampang girder plat yang tersusun dari elemen siku dan plat sering digunakan. 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.

Desain balok beton tidak dapat digunakan sendiri pada balok karena sangat kecilnya kekuatan tarik, dan karena sifat getasnya (brittle). Retak-retak yang timbul dapat berakibat gagalnya struktur, dimana hal ini dapat terjadi ketika balok beton mengalami lentur. Penambahan 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.

Desain Balok Statis Tak Tentu

Proses desain balok menerus sama saja dengan proses desain balok sederhana. Apabila momen maksimum yang dapat terjadi pada struktur telah diketahui, selanjutnya ditentukan penampang struktur yang cukup untuk memikul momen itu. Prinsip mengenai distribusi material secara optimal di suatu penampang melintang juga dapat diterapkan pada balok menerus.

Beberapa hal khusus yang perlu diperhatikan dalam desain balok statis tak tentu ini diuraikan sebagai berikut:
(1) Desain Momen, secara praktis seperti pada Tabel 1
(2) Penentuan Penampang Balok Menerus
Penentuan ukuran suatu penampang melintang balok menerus tergantung pada besar momen yang ada pada penampang tersebut. Tinggi struktur yang dibentuk disesuaikan dengan momen lentur yang ada.

(3) Penggunaan Titik Hubung Konstruksi

Karena alasan pelaksanaan, kesulitan sering terjadi dalam membuat elemen struktur menerus yang panjang, karena seringnya digunakan titik pelaksanaan (construction joints). Untuk memudahkan pembuatan titik konstruksi, titik-titik itu diletakkan di dekat, atau pada titik belok. Dengan demikian, titik pelaksanaan tidak perlu dirancang untuk memikul momen. Jadi hanya merupakan titik hubung sendi. Dengan menggunakan kondisi momen nol pada titik belok, perilaku balok menerus tersebut dapat dimodelkan sebagai strutur statis tertentu.

(4) Pengontrolan Distribusi Momen

Momen yang timbul pada balok menerus dapat dirancang secara cermat oleh perencana. Hal ini dapat dilakukan dengan berbagai cara. Salah satunya adalah dengan mengatur bentang dan beban pada struktur.

Tabel 1. Desain Momen
Sumber: Chen & Liu, 2005

Beton bertulang merupakan salah satu contoh material yang cocok untuk digunakan pada balok menerus. Kontinuitas dapat diperoleh dengan mengatur penulangan balok beton bertulang tersebut. Tulangan baja diletakkan pada daerah dimana terjadi tegangan tarik. Banyaknya tulangandi setiap lokasi tergantung pada momen yang timbul. 

 

Selengkapnya : Teknik Struktur Bangunan

 

.