## Analisa Efisiensi Desain antara Balok Kastela dengan Balok Konvensional (Studi Kasus: Workshop Smelter Tanjung Uncang)

## Bernard Hocking
Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil FTSP Universitas Internasional Batam
* bernardhocking1998@gmail.com

## Abstract
The demand for cheap and strong structure has been a norm for builders especially for steel construction. Steel construction is commonly used in building industrial workshop since it is easy to assemble in a limited time and stronger than concrete in terms of expansive length. Yet, the option of using conventional beam backfires in terms of the cost needed for the construction. This study uses an on-going construction at Tanjung Uncang for the analysis of design efficiency. In this study, data is acquired through direct observation on site. After the data is acquired, the data is analyzed and being calculated. Structural Engineering is exercised on this study. With the given loads and load cases according to SNI 1727-2013, the structural analysis is carried out by using ETABS. The analysis results are used to design the castellated beam according to AISC Castellated and Cellular Beam Design and then analyzing the efficiency between castellated beam and conventional beam. The cost efficiency of using castellated beam compared to conventional beam in this project is 8.43%. While the volume efficiency of using  castellated  beam  compared  to  conventional  beam  in  this  project  is  17.58%.  As  for  the  strength  ratio  of castellated beam B2 and B3 are 0.345 and 0.907, respectively. While as for conventional beam the strength ratio of  B2  and  B3  are  0.933  and  0.768,  respectively.  The  design  of  castellated  beam  on  B2  is  much  stronger  than conventional beam, but the design of conventional beam on B3 is much stronger than castellated beam. Although the  efficiency  on  cost  is  unappealing,  castellated  beam  can  be  implemented  for  the  installation  of  MEP  works through the opening of the castellated beam.
Keywords : castellated beam, conventional beam, analysis, design, efficiency

## Abstrak
Permintaan  untuk  membangun  sebuah  bangunan  yang  kuat  namun  murah  merupakan  sebuah  hal  yang sering terjadi kepada kontraktor. Konstruksi baja biasanya digunakan pada bangunan industrial seperti gudang atau bengkel  beserta  bangunan  yang  mempunyai  sifat  memfasilitasi  kegiatan  industrial.  Kelebihan  konstruksi  baja adalah mudahnya untuk ereksi bangunan sehingga menggunakan waktu yang singkat, dan juga lebih kuat daripada beton  pada  bentangan  yang  sangat  besar.  Namun,  biaya  dalam  konstruksi  baja  lebih  besar  daripada  konstruksi beton. Pada penulisan ini, digunakan proyek perkembangan area peleburan timah pada Tanjung Uncang. Dalam pelaksanaan  penelitian  ini,  dilakukan  pengambilan  data  di  lapangan  beserta  observasi  langsung  pada  lapangan. Setelah data tersebut diperoleh, data tersebut akan dianalisa dan dihitung. Structural Engineering diterapkan pada penulisan  ini.  Dengan  pembebanan  dan  kasus  pembebanan  yang  ada  sesuai  dengan  SNI  1727-2013,  struktur tersebut akan dianalisa dengan bantuan program ETABS dan hasil dari pembebanan akan dimasukkan ke dalam perhitungan desain balok kastela sesuai dengan AISC Castellated and Cellular Beam Design . Hasil analisa tersebut akan digunakan dalam menganalisa dan membandingkan efisiensi antara balok kastela dengan balok konvensional. Efisiensi  biaya  menggunakan  balok  kastela  dibandingkan  dengan  balok  konvensional  pada  proyek  ini  sebesar 8.43%. Sedangkan efisiensi volume menggunakan balok kastela dibandingkan dengan balok konvensional pada proyek ini sebesar 17.58%. Untuk rasio kekuatan dari balok kastela B2 dan B3 adalah 0.345 dan 0.907 pada masing- masing profil, sedangkan untuk balok konvensional B2 dan B3 adalah 0.933 dan 0.768 pada masing-masing profil. Walaupun efisiensi pada biaya tidak menarik, namun balok kastela bisa berfungsi lebih efisien karena pekerjaan MEP bisa melalui bukaan dari balok kastela.
Kata kunci : balok kastela, balok konvensional, analisa, desain, efisiensi.

## 1. Pendahuluan
Konstruksi  baja  merupakan  metode  konstruksi  yang  sering  digunakan  pada  fungsi bangunan  industrial.  Alasan  mengapa  konstruksi  baja  sering  digunakan  sebagai  metode pembangunan workshop karena memiliki waktu pemasangan yang lebih singkat dan lebih kuat daripada  beton.  Namun  kekurangan  konstruksi  baja  adalah  membutuhkan  dana  yang  besar

## Journal of Civil Engineering and Planning
untuk membangun struktur baja. Efisiensi struktur merupakan sebuah petunjuk kepada seorang engineer untuk  menentukan  apakah  desain  tersebut  wajar  terhadap  kualitas  dan  biaya.  [1] Penelitian tersebut membahas perbandingan efisiensi desain antara balok kastela dengan balok konvensional.  Profil  bukaan  yang  digunakan  pada  balok  kastela  adalah  bukaan  heksagonal. Tujuan penelitian tersebut adalah untuk merancang bangunan yang lebih kuat dan menghitung efisiensi dari desain balok kastela. Maksud dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan suatu perencanaan balok  rafter atap sesuai dengan pembebanan dan peraturan yang berlaku dalam pembangunan struktur baja di Indonesia beserta desain baja balok kastela yang sesuai dengan standar AISC .  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  melakukan  analisa  perbandingan  efisiensi desain balok rafter konvensional dengan balok rafter kastela dalam segi kekuatan, biaya dan volume. Rumusan masalah pada penulisan ini adalah mendesain bangunan workshop smelter lebih kuat daripada struktur yang telah didesain dan efisiensi desain antara balok kastela dengan balok konvensional.

## 2. Tinjauan Pustaka
Balok  kastela  adalah  sebuah  tipe  balok  baja  dimana  profil  baja  ditingkatkan  ketinggian profilnya dengan cara memotong web profil baja tersebut untuk membentuk sebuah pola lubang pada web profil baja. Pabrikasi balok kastela dikerjakan dengan cutting torch yang dioperasikan oleh komputer untuk membentuk pola zigzag sepanjang web profil baja . Setelah dipotong dan dicetak,  sisa  dari  ujung  balok  akan  dibuang  dan  potongan  yang  telah  disusun  rapi  menjadi sebuah section bukaan akan dilas secara penuh. [2] Menurut Hayati [3], kelebihan dari balok kastela adalah sebagai berikut:
1. Dengan  ketinggian  profil  ditingkatkan,  menghasilkan  momen  inersia  dan modulus section yang lebih besar sehingga lebih kuat beserta kaku dibandingkan dengan balok konvensional.
2. Momen yang dihasilkan besar.
3. Bahannya ringan, kuat, serta mudah dipasang.
Menurut Zirakian & Shokati [4], kelebihan dari balok kastela adalah sebagai berikut:
1. Dengan ketinggian profil yang ditingkatkan, menghasilkan momen inersia, daktilitas, kekakuan dan gaya lentur yang tinggi dibandingkan dengan balok konvensional.
2. Dengan  berkurangnya  berat  balok  akan  berpengaruh  terhadap  pembebanan  terhadap struktur.
3. Bukaan  dari  balok  kastela  bisa  digunakan  untuk  pekerjaan  MEP  ( Mechanical Electrical Plumbing ).
Sedangkan untuk kekurangan dari balok kastela, adalah:
1. Pada ujung-ujung bentang terjadi peningkatan pemusatan tegangan.
2. Balok kastela tidak sesuai untuk bentang pendek dengan beban yang cukup berat.
3. Analisa  dan  defleksi  lebih  rumit  daripada  balok  konvensional  dan  deformasi  akibat gaya geser terjadi di penampang T ( tee section ). Menurut Zirakian & Shokati, kekurangan dari balok kastela adalah sebagai berikut:
1. Balok kastela tidak cocok untuk menahan beban terpusat.
2. Perhitungan kekuatan struktur lebih kompleks daripada balok konvensional.
3. Kapasitas menahan beban aksial mengurang.
4. Biaya produksi balok kastela lebih tinggi daripada balok konvensional.

## 2.1.Perencanaan Pembebanan
Untuk  merencanakan  kekuatan  suatu  bangunan,  diperlukan  beban  sehingga  struktur tersebut bisa berfungsi. Beban disebabkan oleh aktivitas baik oleh kegiatan manusia maupun efek  lingkungan  pada  struktur.  Pembebanan  pada  bangunan  harus  sesuai  dengan  fungsi bangunan  sehingga  mencapai  efisiensi  desain  dan  menghemat  biaya  pembangunan  struktur. Namun dalam operasional struktur, struktur tersebut tidak boleh melebihi fungsinya sehingga bisa menyebabkan kegagalan struktur. Untuk menanggulangi masalah tersebut, engineer dalam

## Journal of Civil Engineering and Planning
Vol. 1, No. 1 | 2020
merencanakan  struktur  akan  mengaplikasikan  faktor  keamanan  sehingga  masih  bisa menampung beban yang berlebih. Pada dasarnya, untuk bangunan workshop baja memerlukan perhitungan beban mati, beban hidup, beban hidup atap, dan beban angin. Dikarenakan Batam merupakan daerah yang tidak pernah dilanda gempa skala besar, maka beban gempa diabaikan dalam  perencanaan.  Untuk  kombinasi  yang  dipakai  pada  perencanaan,  ditinjau  dari  SNI 1727:2013 dengan kombinasi yang dipakai adalah:
1. 1,4D
2. 1,2D + 1,6Lr + 0,5W
Dalam perencanaan rafter atap hanya diperlukan beban mati (D), beban hidup atap (Lr), dan beban angin (W).

## 2.2.Perencanaan Balok Kastela
Berpacu  kepada AISC  Castellated  and  Cellular  Beam  Design ,  dengan  adanya  bukaan pada balok baja ada beberapa hal yang perlu dipertimbangkan:
1. Kekompakan profil baja dan local buckling
2. Kekuatan lentur balok
3. Vierendeel bending pada penampang T
4. Buckling pada web
5. Tekanan dan tegangan aksial
6. Gaya geser horizontal dan vertikal
7. Lateral-torsional buckling
Untuk profil bukaan balok kastela akan dilakukan trial and error dimana bukaan tersebut akan ditentukan oleh engineer dan diperiksa dengan ketentuan yang ada.

## 3. Metode Penelitian
Dalam  pelaksanaan  penelitian  ini,  dilakukan  pengambilan  data  di  lapangan  beserta observasi langsung pada lapangan. Setelah data tersebut diperoleh, data tersebut akan dianalisa dan dihitung.
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah:
• Metode Observasi
Metode observasi merupakan cara pengumpulan data dimana data dikumpulkan secara pengamatan langsung dan dicatat secara sistematis terhadap obyek yang diteliti. Objek yang diobservasi berupa jenis kolom dan balok baja beserta komponen struktur lainnya yang digunakan di lokasi.
• Metode Literatur
Metode  literatur  atau  kepustakaan  berupa  cara  pengumpulan  data  dimana  data dikumpulkan  dari  membaca  buku-buku  dan  literatur  yang  berkaitan  dengan  topik beserta  permasalahan  dalam  penelitian  ini.  Data  yang  diperoleh  dari  metode  tersebut adalah cara pengolahan data yang berupa rumus-rumus untuk menghitung profil balok kastela.
Data teknis untuk struktur baja Workshop Smelter Tanjung Uncang:
• Fungsi bangunan industri
• Total area struktur 2448 m 2
• Tinggi struktur 13,88 m
• Bentangan tie beam 6 m
• Panjang rafter 18 m (B2), 12 m (B3)
• Mutu baja ST-37
• F y = 240 MPa Untuk peraturan-peraturan dan standar perencanaan balok kastela, antara lain:
• Pedoman  dari AISC – AISC  Steel  Design  Guide  31  Castellated  and  Cellular  Beam Design
Journal of Civil Engineering and Planning Vol. 1, No. 1 | 2020
• SNI 1727:2013 untuk aturan pembebanan

## 3.1.Tahap-Tahap Penelitian
• Preliminary Design
Preliminary design merupakan proses dari pembuatan konsep dan modelling struktur. Pada  tahap  ini,  profil  baja  kolom  dan  balok  beserta  rafter  atap  akan  didesain  sesuai dengan kaidah yang berlaku.
• Analisa Pembebanan
Analisa  pembebanan  sesuai  dengan  pembebanan  minimal  yang  dicantum  pada  SNI 1727:2013.
• Analisa Struktur
Analisa  struktur  akan  dibantu  oleh  aplikasi ETABS dengan  pembebanan  yang  telah ditentukan  sebelumnya.  Gaya  dan  momen  yang  telah  dianalisa  akan  digunakan  pada perhitungan balok kastela pada rafter atap.
• Kontrol Desain
• Desain balok kastela akan diperhitungkan sesuai dengan AISC Steel Design Guide 31 Castellated and Cellular Beam Design beserta balok konvensional sesuai dengan SNI 1729:2015.
• Analisa Efisiensi
Dari  hasil  desain  balok  kastela  dan  balok  konvensional,  efisiensi  secara  kekuatan beserta volume dan biaya akan diperhitungkan.

## 4. Hasil dan Pembahasan
Profil  balok  kastela  pada  B2  dan  B3  akan  ditentukan  ukuran  bukaannya  sesuai  dengan kaidah yang telah dijelaskan dalam AISC Steel Design Guide 31 Castellated and Cellular Beam Design .
Gambar 4.1 Gambar potongan balok kastela B2
Sumber: AutoCAD
Pada  desain  awal,  balok  rafter  atap  B2  menggunakan  profil  IWF  350x175,  49,6  kg/m. Profil tersebut berupa balok konvensional. Sebagai pengganti balok B2, dirancang balok kastela dari profil IWF 300x150, 41,4 kg/m dengan ukuran tinggi bukaan heksagonal sebesar 200 mm, lebar bukaan heksagonal sebesar 200 mm, dan jarak antar bukaan heksagonal sebesar 80 mm.

## Journal of Civil Engineering and Planning
Sehingga  balok  kastela  B2  mempunyai  profil  serupa  dengan  IWF  400x150  namun  dengan spesifikasi ketebalan web dan flange seperti IWF 300x150, 41,4 kg/m.
Gambar 4.2 Gambar potongan balok kastela B3
Sumber: AutoCAD
Pada  desain  awal,  balok  rafter  atap  B3  menggunakan  profil  IWF  300x150,  36.7  kg/m. Profil tersebut berupa balok konvensional. Sebagai pengganti balok B3, dirancang balok kastela dari profil IWF 250x125, 29,6 kg/m dengan ukuran tinggi bukaan heksagonal sebesar 160 mm, lebar bukaan heksagonal sebesar 170 mm, dan jarak antar bukaan heksagonal sebesar 70 mm. Sehingga  balok  kastela  B2  mempunyai  profil  serupa  dengan  IWF  330x125  namun  dengan spesifikasi ketebalan web dan flange seperti IWF 250x125, 29,6 kg/m.

## 4.1. Perbandingan Rasio Kekuatan
Gambar 4.3 Hasil perhitungan rasio kekuatan pada rafter atap B2 dan B3 Sumber: ETABS
Gambar  4.3  merupakan  hasil  analisa  struktur  dengan  pembebanan  yang  sesuai.  Dapat disimpulkan  bahwa  untuk  balok  rafter  atap  B2  memiliki  rasio  kekuatan  yang  paling  tinggi sebesar 0,933, sedangkan untuk balok rafter atap B3 memiliki rasio kekuatan yang paling tinggi sebesar 0,768.
Rafter Atap B2
Rafter Atap B3

## Journal of Civil Engineering and Planning
Untuk  perhitungan  rasio  kekuatan  pada  balok  kastela,  rasio  antara  momen Vierendeel dengan  momen ultimate dipakai  sebagai  acuan  pembanding  terhadap  rasio  kekuatan  balok konvensional.
Rasio balok kastela B2 dapat dihitung sebagai berikut:
𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 = 𝑀 𝑛 𝑀 𝑢
𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 = 1.34 𝑘𝑁 3.89 𝑘𝑁
𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 =  𝟎. 𝟑𝟒𝟓
Rasio balok kastela B3 dapat dihitung sebagai berikut:
𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 = 𝑀 𝑛 𝑀 𝑢
𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 = 0.81 𝑘𝑁
0.893 𝑘𝑁 𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 =  𝟎. 𝟗𝟎𝟕

## Tabel 4.1 Hasil Analisis Perhitungan Rasio Kekuatan
Balok Rasio Balok Konvensional Rasio Balok Kastela B2 0.933 0.345 B3 0.768 0.907

## Sumber : Analisis Data
Untuk balok B2, rasio balok konvensional lebih tinggi daripada rasio balok kastela. Untuk balok B2, balok kastela masih mampu menahan beban dikarenakan rasio yang sangat rendah, sehingga  lebih  kuat  dari  balok  konvensional.  Sedangkan  untuk  balok  B3,  rasio  balok konvensional  lebih  rendah  daripada  rasio  balok  kastela.  Bisa  disimpulkan  bahwa  untuk  B3, balok kastela telah menahan beban yang telah direncanakan dan tidak dapat menerima beban yang lebih.

## 4.2. Perbandingan Efisiensi
Tabel 4.2 Perhitungan Biaya Produksi Balok Rafter Atap B2 & B3
No. Pekerjaan Panjang (m) Volume (kg) Harga per Unit (Rp.) Harga Total (Rp.) Balok Konvensional 1 Rafter: IWF 350.175.49,6 Kg/m' (B2) 280.80 13,927.68 18,000 250,698,240 2 Rafter: IWF 300.150.36,7 Kg/m' (B3) 226.80 8,323.56 18,000 149,824,080 Total 400,522,320

## Balok Kastela
1 Rafter: Sample Beam IWF 300.150.41.4 kg/m' (B2) 280.8 11,625.12 20,000 232,502,400 2 Rafter: Sample Beam IWF 250.125.29.6 kg/m' (B3) 226.8 6,713.28 20,000 134,265,600 Total 366,768,000
Sumber: Analisis Data
Dari hasil perhitungan biaya produksi dan ereksi baja balok rafter atap, dapat disimpulkan bahwa untuk harga keseluruhan balok konvensional dengan nilai Rp 400.522.320,- dan untuk harga keseluruhan balok kastela dengan nilai Rp 366.768.000,-. Biaya pada balok konvensional
lebih  mahal  daripada  balok  kastela  walaupun  harga  per  unit  pada  balok  kastela  lebih  tinggi daripada balok konvensional. Efisiensi biaya tersebut sebesar 8,43%.
Untuk  perbandingan  volume  dapat  dilihat  dari  Tabel  4.2.  Jumlah  volume  baja  yang digunakan pada balok konvensional mempunyai total 22.251,24 m 3 . Sedangkan untuk volume baja  yang  digunakan  pada  balok  kastela  mempunyai  total  18.338,40  m 3 .  Volume  baja  pada balok  kastela  lebih  sedikit  daripada  balok  konvensional,  sehingga  efisiensi  volume  tersebut sebesar 17,58%.

## 5. Kesimpulan dan Saran
Dari penelitian yang telah dilakukan analisa, dapat disimpulkan bahwa efisiensi biaya pada proyek ini adalah sebesar 8,43%. Sedangkan untuk efisiensi volume pada proyek ini sebesar 17,58%. Perbandingan rasio kekuatan pada balok B2 dapat disimpulkan bahwa balok kastela mampu  menerima  beban  yang  lebih  karena  rasio  yang  rendah  dibandingkan  dengan  balok konvensional. Sedangkan untuk rasio kekuatan pada balok B3 dapat disimpulkan bahwa balok kastela  mampu  menahan  pembebanan  yang  telah  direncanakan  dan  tidak  sanggup  menahan beban  yang  lebih.  Dikarenakan  efisiensi  biaya  pada  proyek  ini  tidak  menarik  terhadap pemotongan biaya, faktor yang lain untuk mendukung penggunaan balok kastela adalah untuk mempermudah  pekerjaan  pemasangan  pipa  (MEP)  melewati  balok  kastela.  Balok  kastela mempunyai bukaan yang bisa dilewati oleh pekerjaan MEP, dan tidak mengurangi kekuatan pada struktur tersebut.
Untuk penelitian selanjutnya, dapat disarankan penggunaan program analisa khusus baja seperti Staad.Pro yang  mempunyai  fitur  perhitungan  balok  kastela.  Dan  juga  menggunakan bukaan yang lain seperti bukaan bulat, bukaan persegi, dan bukaan sinusioidal untuk penelitian selanjutnya. Dengan analisa biaya dan volume, disarankan untuk melakukan analisa yang lebih intensif terhadap analisa harga satuan beserta metode untuk menghemat lebih banyak.

## Daftar Pustaka Skripsi
[1] Juwanto,  E,  “Studi  Perbandingan  Struktur  Beton  Bertulang  Dan  Struktur  Baja  Pada  Gable Frame,” Universitas Internasional Batam, 2018.
Jurnal
[2] Boyer, J. P., “ Castellated Beams-New Developments ,” AISC Engineering Journal , 1964.
[3] Hayati, M. N., “Pengaruh Lebar Potongan Profil (e) Terhadap Perilaku Lentur Pada Balok Baja Kastela (Castellated Beam),” Jurnal Teknik Sipil UNESA, 2013.
[4] Zirakian,  T.  &  Shokati  H.,” Distortional  Buckling  of  Castellated  Beams ,” Journal  of Constructional Steel Research , Volume 62 Issue 9, pp. 863-871, 2006.