BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Struktur Baja Struktur dapat dibagi

Teknik Sipil Universitas Mercubuana
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Struktur Baja
Struktur dapat dibagi menjadi tiga kategori umum : (a) struktur
rangka (framed structure), di mana elemen – elemennya kemungkinan
terdiri dari batang – batang tarik, balok, dan batang – batang yang
mendapatkan beban lentur kombinasi dan beban aksial ; (b) struktur tipe
cangkang (shell-type structure), dimana tegangan aksial lebih dominan ;
dan (c) struktur tipe suspense (suspension-type structure), dimana tarikan
aksial lebih mendominasi sistem pendukung utamanya.
2.1.1. Struktur Rangka
Kebanyakan konstruksi bangunan tipikal termasuk dalam kategori
ini.
Bangunan banyak lantai biasanya terdiri dari balok dan
kolom, baik yang terhubungkan secara rigid atau hanya terhubung
sederhana dengan penopangan diagonal untuk menjaga stabilitas.
Meskipun suatu bangunan banyak lantai bersifat tiga dimensional,
namun biasanya bangunan tersebut didesain sedemikian rupa
sehingga lebih kaku pada salah satu arah ketimbang arah lainnya.
Dengan demikian, bangunan tersebut dapat diperlakukan sebagai
serangkaian rangka (frame) bidang.
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 1
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
2.1.2. Struktur Tipe Cangkang
Dalam tipe struktur ini, selain melayani fungsi bangunan, kubah
juga bertindak sebagai penahan beban. Pada banyak struktur tipe
cangkang, dapat digunakan pula suatu struktur rangka yang
dikombinasikan dengan cangkang tersebut.
2.1.3. Struktur Tipe Suspensi
Pada struktur dengan tipe suspensi, kabel tarik merupakan elemen
utama. Struktur yang paling populer dari jenis ini adalah jembatan
gantung. Biasanya subsistem dari struktur ini terdiri dari struktur
kerangka, seperti misalnya rangka pengaku pada jembatan
gantung. Karena elemen tarik ini terbukti paling efisien dalam
menahan beban, struktur dengan konsep ini semakin banyak
dipergunakan.
2.2.
Material Baja
Sejak dikenalkan sebagai bahan bangunan utama sampai dengan
tahun 1960-an, baja yang digunakan menurut klasifikasi ASTM (American
Society for Testing and Materials) berjenis baja karbon A7 dengan
spesifikasi tegangan leleh minimum sebesar 33 ksi (1 ksi = 1.000psi).
Baja untuk struktur dengan tempa panas dapat diklasifikasikan menjadi :
baja karbon (carbon steel), baja paduan rendah berkekuatan tinggi (high
strength low alloy steel), dan baja paduan (alloy steel).
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 2
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
2.2.1. Baja Karbon
Baja karbon dibagi menjadi empat kategori berdasarkan prosentase
karbonnya : karbon rendah (kurang dari 0,15%), karbon lunak
(0,15 – 0,29%), karbon sedang (0,3 – 0,59%) dan karbon tinggi
(0,6 – 1,7%). Baja karbon struktural termasuk dalam kategori
karbon lunak. Baja karbon ini memiliki titik leleh yang jelas seperti
ditunjukkan pada kurva (a) dalam gambar 2.2.1
2.2.2. Baja Paduan Rendah Berkekuatan Tinggi
Kategori ini meliputi baja – baja yang memiliki tegangan leleh dari
40 sampai dengan 70 ksi (275 sampai dengan 480 MPa), seperti
terlihat pada kurva (b) dalam gambar 2.2.1, sama dengan yang
terjadi pada baja karbon. Baja jenis ini digunakan dalam kondisi
normal, yakni kondisi di mana tidak digunakan perlakuan panas.
2.2.3. Baja Paduan
Baja paduan rendah dapat didinginkan dan disepuh kembali supaya
dapat mencapai kekuatan leleh sebesar 80 sampai dengan 110 ksi
(550 sampai dengan 760 MPa). Kekuatan leleh biasanya
didefinisikan sebagai tegangan pada regangan offset 0,2%, karena
baja ini tidak menunjukkan titik leleh yang jelas. Kurva tegangan –
regangan tipikal ditunjukkan pada kurva (c) dalam gambar 2.2.1
Baut yang biasa digunakan sebagai alat pengencang mempunyai
tegangan putus minimum 415 MPa hingga 700 MPa. Baut mutu
tinggi mempunyai kandungan karbon maksimum 0,03% dengan
tegangan putus berkisar antara 733 hingga 838 MPa.
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 3
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Kurva tegangan – regangan pada gambar 2.2.1 ditentukan dengan
menggunakan suatu tegangan unit yang diperoleh dengan cara
membagi beban dengan luas benda uji, sedangkan regangan (inchi
per inchi) diperoleh dari pertambahan panjang dibagi dengan
panjang mula – mula.
2.3.
Sifat – sifat Mekanik Baja
Agar dapat memahami perilaku suatu struktur baja, maka seorang
ahli struktur harus memahami pula sifat – sifat mekanik dari baja. Model
pengujian yang paling tepat untuk mendapatkan sifat – sifat mekanik dari
material baja adalah dengan melakukan uji tarik terhadap suatu benda uji
baja. Uji tekan tidak dapat memberikan data yang akurat terhadap sifat –
sifat mekanik material baja, karena disebabkan beberapa hal antara lain
adanya potensi tekuk pada benda uji yang mengakibatkan ketidakstabilan
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 4
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
pada benda uji tersebut, selain itu perhitungan regangan yang terjadi di
dalam benda uji lebih mudah dilakukan untuk uji tarik daripada uji tekan.
Dalam perencanaan struktur baja, SNI 03-1729-2002 mengambil
beberapa sifat – sifat mekanik dari material baja yang sama, yaitu :
Modulus Elastisitas, E
= 200.000 MPa
Modulus Geser, G
= 80.000 MPa
Angka poisson
= 0,30
Koefisien muai panjang, α
= 12.10-6 / °C
Sedangkan berdasarkan tegangan leleh dan tegangan putusnya, SNI 031729-2002 mengklasifikasikan mutu baja menjdai 5 kelas mutu sebagai
berikut :
Tabel 2.1 Sifat Mekanis Baja Struktural
Tegangan Putus
Minimum
Tegangan Leleh
Minimum
Regangan
Minimum
fu (Mpa)
fy (Mpa)
(%)
BJ 34
340
210
22
BJ 37
370
240
20
BJ 41
410
250
18
BJ 50
500
290
16
BJ 55
550
410
13
Jenis
Baja
2.4.
Perencanaan Struktur
Perencanaan struktur bisa didefinisikan sebagai paduan dari seni
dan ilmu, yang menggabungkan intuitif seorang insinyur berpengalaman
dalam kelakuan struktur dengan pengetahuan mendalam tentang prinsip
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 5
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
statika,
dinamika,
mekanika
bahan
dan
analisa
struktur,
untuk
mendapatkan struktur yang ekonomis dan aman serta sesuai dengan tujuan
pembuatannya. Serta merupakan suatu proses untuk menghasilkan
penyelesaian [1]
Kriteria yang
umum untuk struktur bisa berupa (a) biaya
minimum; (b) berat minimum; (c) waktu konstruksi yang minimum; (d)
tenaga kerja minimum; (e) biaya produksi yang minimum bagi si pemilik
gedung; (f) efisiensi operasi maksimum bagi si pemilik.
2.4.1. Pembebanan
Penentuan beban yang bekerja pada struktur atau elemen struktur
secara tepat tidak selalu bisa dilakukan. Walaupun lokasi beban
pada struktur diketahui, distribusi beban dari elemen ke elemen
pada struktur biasanya membutuhkan anggapan dan pendekatan
[1]. Berdasarkan SNI – 03 – 1727 – 1989 Pedoman Perencanaan
Untuk Rumah dan Gedung beberapa jenis beban yang bekerja
antara lain :
a.
Beban Mati
Beban mati ialah berat dari semua bagian dari suatu gedung
yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan,
penyelesaian – penyelesaian, mesin – mesin serta peralatan
tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung
itu.
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 6
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
b.
Beban Hidup
Beban hidup ialah semua beban yang terjadi akibat penghunian
atau penggunaan suatu gedung, dan kedalamnya termasuk
beban – beban pada lantai yang berasal dari barang – barang
yang dapat berpindah, mesin – mesin serta peralatan yang tidak
merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung dapat
diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga
mengakibatkan perubahan dalam pembebanan lantai dan atap
tersebut.
c.
Beban Angin
Beban angin ialah semua beban yang bekerja pada gedung atau
bagian gedung yang disebabkan oleh selisih dalam tekanan
udara. Beban angin ditentukan dengan menganggap adanya
tekanan positif dan tekanan negative (isapan), yang bekerja
tegak lurus pada bidang – bidang yang ditinjau. Besarnya
tekanan positif dan tekanan negatif ditentukan dengan cara
mengalihkan tekanan tiup yang ditentukan untuk berbagai
kondisi dengan koefisien – koefisien angin yang ditentukan.
d.
Beban Gempa
Beban gempa ialah semua beban statik ekuivalen yang bekerja
pada gedung atau bagian gedung yang menirukan pengaruh
dari gerakan tanah akibat gempa itu. Jika pengaruh gempa
pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa
dinamika, maka yang diartikan dengan beban gempa di sini
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 7
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
adalah gaya – gaya dalam struktur yang terjadi oleh gerakan
tanah akibat gempa itu. Analisa gempa yang umum digunakan
yaitu Analisa Ekuivalen.
2.5.
Filosofi desain
Dewasa ini dipergunakan dua filosofi dalam mendesain, desain
tegangan kerja (Allowable Stress Design) dan desain keadaan batas (Load
and Resistance Factor Design). Apapun filosofi yang digunakan, desain
struktural harus memberikan keamanan yang cukup, baik terhadap
kemungkinan
kelebihan
beban
(overload)
atau
kurang
kekuatan
(understrenght).
2.5.1. Load and Resistance Factor Design (LRFD)
Pada tahun 1980-an, pendekatan “desain keadaan batas” mulai
diterima. Di Amerika Serika, untuk desain baja pendekatan ini berpuncak
pada penetapan Load and Resistance Factor Design Spesification AISC
[1.15] terbitan 1986 yang diacukan sebagai Spesifikasi LRFD AISC.
Spesifikasi LRFD AISC dikembangkan di bawah kepemimpinan T.V.
Galambos dari Washington University, St. Louis [1.21, 1.23]. Adaptasi
metode – metode probabilistic terhadap desain baja dan pengembangan
spesifikasi LRFD dijelaskan oleh Galombos [1.22, 1.24] dan oleh
Galombos dan Ravindra [1.23, 1.25].
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 8
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
A. Desain Komponen Struktur Tarik Dengan Metode LRFD
Dalam menentukan tahanan nominal suatu batang tarik, harus
diperiksa terhadap tiga macam kondisi keruntuhan yang menentukan,
yaitu :
1.
Leleh dari luas penampang kotor, di daerah yang jauh dari
sambungan.
2.
Fraktur dari luas penampang efektif pada daerah sambungan.
3.
Geser blok pada sambungan
Menurut SNI 03-1729-2002 pasal 10.1 dinyatakan bahwa semua
komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial terfaktor sebesar
Tu , maka harus memenuhi :
≤
Tu
Ø
. Tn ................................................................... (2.5.1)
Tu untuk menyatakan gaya tarik aksial terfaktor, sedangkan Tn adalah
tahanan nominal dari penampang yang ditentukan berdasarkan tiga
macam kondisi keruntuhan batang tarik seperti telah disebutkan
sebelumnya. Besarnya tahanan nominal Tn , suatu batang tarik untuk
tipe keruntuhan leleh dan fraktur ditentukan sebagai berikut :
Kondisi Leleh dari Luas Penampang Kotor
Bila kondisi leleh yang menentukan, maka tahanan nominal Tn ,
dari batang tarik memenuhi persamaan :
Tn =
Ag . f y
Dengan Ag
fy
........................................................................ (2.5.2)
= luas penampang kotor, mm2
= kuat leleh material, MPa
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 9
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Kondisi Fraktur Dari Luas Penampang Efektif Pada Sambungan
Untuk batang tarik yang mempunyai lubang, misalnya untuk
penempatan baut, maka luas penampangnya tereduksi, dan dinamakan luas
netto (An). lubang pada batang menimbulkan konsentrasi tegangan akibat
beban kerja. Teori elastisitas menunjukkan bahwa tegangan tarik di sekitar
lubang baut tersebut adalah sekitar 3 kali regangan rata – rata pada
penampang netto. Tegangan yang terkonsentrasi di sekitar lubang tersebut
menimbulkan fraktur pada sambungan.
T
T
T
T
fy
f re
fmax = 3 f rerata
(a) Tegangan elastis
(b) Keadaan batas
Gambar 2.5.1 Distribusi Tegangan Akibat Adanya Lubang pada
Penampang
Bila kondisi fraktur pada sambungan yang menentukan, maka tahanan
nominal Tn , dari batang tarik memenuhi persamaan :
Tn = Ae . fu ............................................................................... (2.5.3)
Dengan Ae
= luas penampang efektif = U . An
An
= kuat netto penampang, mm2
U
= koefisien reduksi
fu
= tegangan tarik putus, MPa
Dengan Ø adalah factor tahanan, yang besarnya adalah :
Ø
= 0,90 untuk kondisi leleh, dan
Ø
= 0,75 untuk kondisi fraktur
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 10
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Faktor tahanan untuk kondisi fraktur diambil lebih kecil daripada untuk
kondisi leleh, sebab kondisi fraktur lebih getas. Luas netto penampang
batang tarik tidak boleh diambil lebih besar daripada 85% luas bruttonya.
An ≤ 0,85 Ag.
Geser Blok (Block Shear)
Pengujian menunjukkan bahwa keruntuhan geser blok merupakan
penjumlahan tarik leleh (atau tarik fraktur)pada suatu irisan dengan geser
fraktur (atau geser leleh) pada irisan lainnya yang saling tegak lurus. Dan
tahanan nominal tarik dalam keruntuhan geser blok diberikan oleh
persamaan:
1. Geser Leleh – Tarik Fraktur ( fu . Ant ≥ 0,6 . fu . Anv )
Tn =
0,6 . Agv . fy + fu . Ant ................................. (2.5.4)
2. Geser Fraktur – Tarik Leleh ( fu . Ant < 0,6 . fu . Anv )
Tn =
0,6 . Anv . fu + fy . Agt ................................. (2.5.5)
dengan :
Agv =
Luas kotor akibat geser
Agt
=
Luas kotor akibat tarik
Anv
=
Luas netto akibat geser
Ant
=
Luas kotor akibat tarik
fu
=
Kuat tarik
fy
=
Kuat leleh
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 11
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Geser
a
T
b
c
Tarik
Gambar 2.5.2 Keruntuhan Geser Blok
Tahanan nominal suatu struktur tarik ditentukan oleh tiga macam tipe
keruntuhan yakni leleh dari penampang brutto, fraktur dari penampang
efektif dan geser blok pada sambungan. Sedapat mungkin dalam
mendesain komponen struktur tarik, keruntuhan yang terjadi adalah leleh
dari penampang bruttonya, agar diperoleh tipe keruntuhan yang daktail.
Kelangsingan Struktur Tarik
Untuk mengurangi problem yang terkait dengan lendutan besar dan
vibrasi, maka komponen struktur tarik harus memenuhi syarat kekakuan.
Syarat ini berdasarkan pada rasio kelangsingan, λ = L/r. Dengan λ adalah
angka kelangsingan struktur, L adalah panjang komponen struktur,
sedangkan r adalah jari – jari girasi ( r =
1
). Nilai λ diambil
maksimum 240 untuk batang tarik utama, dan 300 untuk batang tarik
sekunder.
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 12
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
B. Desain Komponen Struktur Tekan
Syarat kestabilan dalam mendesain komponen struktur tekan sangat
perlu diperhatikan, mengingat adanya bahaya tekuk (buckling) pada
komponen – komponen tekan yang langsing.
Teori tekuk kolom pertama kali diperkenalkan oleh Leonhard Euler di
tahun 1744. Komponen struktur yang dibebani secara konsentris, di
mana seluruh serat bahan masih dalam kondisi elastik hingga
terjadinya tekuk, perlahan – lahan melengkung.
P
P
y(x)
x
L
Gambar 2.5.3 Kolom Euler
Desain kekuatan batang tekan harus memenuhi persyaratan sebagai
berikut :
Nu = ø n x Nn ...................................................................... (2.5.6)
Keterangan :
Nu = kuat tekan perlu (kg)
Nn = kuat tekan nominal komponen struktur (kg)
ø n = faktor reduksi kekuatan = 0,85
untuk penampang yang mempunyai perbandingan lebar terhadap
tebalnya lebih kecil daripada nilai λr pada Tabel 7.5-1 (SNI 03-17292002 hal 30 sd 31), daya dukung nominal komponen struktur tekan
dihitung sebagai berikut :
N = A . fcr ............................................................................ (2.5.7)
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 13
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
fcr =
............................................................................... (2.5.8)
untuk λc ≤ 0,25 maka ω = 1
untuk 0,25 < λc < 1,2 maka ω =
,
untuk λc ≥ 1,2 maka ω = 1,25 λc2
,
,
keterangan :
Ag adalah luas penampang brutto (mm2)
Fcr adalah tegangan kritis penampang (MPa)
Fy adalah tegangan leleh material (MPa)
Parameter kelangsingan kolom, λc, ditetapkan sebagai berikut :
λc =
.
Lk = kc . L
.
............................................................ (2.5.9)
........................................................................ (2.5.10)
Keterangan :
Lk = panjang tekuk (m)
Fy = tegangan leleh material. Dalam hal kc adalah faktor panjang
tekuk. Nilai kc ditetapkan sesuai dengan butir 7.6.3.2 atau 7.6.3.3 ;
(lihat SNI 03-1729-2002 hal 30 sd 31)
Perbandingan kelangsingan komponen struktur tekan harus memenuhi
syarat sebagai berikut :
a. Pelat sayap balok I dan kanal dalam lentur :
λf < λp
<
............................................................... (2.5.11)
b. Untuk batang – batang yang direncanakan terhadap tekan :
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 14
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
λ = L/r ≤ 200 ............................................................... (2.5.12)
Tabel 2.2 Perbandingan maksimum lebar terhadap tebal untuk elemen
tertekan ( f y dinyatakan dalam MPa)
Jenis Elemen
lebar terhadap
tebal
(λ)
Perbandingan maksimum lebar terhadap tebal
λr
λp
(kompak)
(tak-kompak)
f y f r [e]
Pelat sayap balok-I dan
kanal dalam lentur
Pelat sayap balok-I hibrida
atau balok tersusun yang di
las dalam lentur
b/t
Pelat sayap dari komponenkomponen struktur tersusun
dalam tekan
b/t
-
Sayap bebas dari profil siku
kembar yang menyatu pada
sayap lainnya, pelat sayap
dari
komponen
struktur
kanal dalam aksial tekan,
profil siku dan plat yang
menyatu dengan balok atau
komponen struktur tekan
Sayap dari profil siku
tunggal pada penyokong,
sayap dari profil siku ganda
dengan pelat kopel pada
penyokong, elemen yang
tidak diperkaku, yaitu, yang
ditumpu pada salah satu
sisinya
Pelat badan dari profil T
b/t
-
250 /
fy
b/t
-
200 /
fy
d/t
-
335 /
fy
Jenis Elemen
Pelat sayap dari penampang
persegi
panjang
dan
bujursangkar
berongga
dengan ketebalan seragam
yang dibebani lentur atau
tekan; pelat penutup dari
pelat sayap dan pelat
diafragma yang terletak di
antara baut-baut atau las
b/t
Perbandingan
lebar
terhadap tebal
(λ)
b/t
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
170 /
f y [c]
370 /
170 /
f yf
420
[e][f]
( f yf f r ) / k e
290 /
f y / k e [f]
Perbandingan maksimum lebar terhadap tebal
λr
λp
(kompak)
500 /
fy
(tak-kompak)
625 /
fy
II - 15
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Bagian lebar yang tak
terkekang dari pelat penutup
berlubang [b]
Bagian-bagian pelat badan
dalam tekan akibat lentur [a]
Bagian-bagian pelat badan
dalam kombinasi tekan dan
lentur
b/t
h/tw
-
1.680 /
830 /
f y [c]
2.550 /
fy
f y [g]
h/tw
Elemen-elemen lainnya yang
b/t
665 / f y
diperkaku
dalam
tekan
h/tw
murni;
yaitu
dikekang
sepanjang kedua sisinya
Penampang bulat berongga
D/t
[d]
Pada tekan aksial
22.000/fy
Pada lentur
14.800/fy
62.000/fy
[a] Untuk balok hibrida, gunakan tegangan leleh [e] fr = tegangan tekan residual pada pelat sayap
pelat sayap fyf sebagai ganti fy.
= 70 MPa untuk penampang dirol
= 115 MPa untuk penampang dilas
[b] Ambil luas neto plat pada lubang terbesar.
[c] Dianggap kapasitas rotasi inelastis sebesar 3.
4
tapi, 0,35 < ke < 0,763
Untuk struktur-struktur pada zona gempa tinggi [f] k e 
h / tw
diperlukan kapasitas rotasi yang lebih besar.
[d] Untuk perencanaan plastis gunakan 9.000/fy.
[g] f y adalah tegangan leleh minimum.
Sumber SNI 03-1729-2002
C. Desain Komponen Struktur Lentur dan Geser
Balok merupakan salah satu elemen struktur yang memikul beban
tegak lurus dengan sumbu longitudinal sehingga balok mengalami
lentur. Apabila balok bertumpuan sederhana mengalami beban
terpusat, maka balok tersebut akan melentur seperti ditunjukkan oleh
diagram di bawah ini :
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 16
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
P
q
A
c
B
Qa
Qc
Qb
Mmax
Gambar 2.5.4 Diagram Momen dan Lintang Pada Balok Baja yang
dibebani
Syarat Momen Lentur Rencana :
Mu ≤ ø Mn
........................................................................ (2.5.13)
Keterangan :
Mu adalah momen lentur rencana / perlu (kgm)
Mn adalah kuat lentur nominal penampang (kgm)
Ø adalah faktor reduksi kekuatan = 0,9 (SNI 03-1729-2002 hal 18)
Kelangsingan penampang balok lentur dapat ditentukan sebagai
berikut :
a. Pelat badan berpenampang kompak :
λf < λp
<
.................................................................(2.5.14)
b. Pelat sayap berpenampang kompak :
λf < λp
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 17
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
<
.................................................................... (2.5.15)
Untuk balok berpenampang kompak syarat kuat lentur nominal :
Mn = Mp ,dimana Mp = fy . Z ........................................ (2.5.16)
Kuat lentur nomina penampang dengan pengaruh tekuk lateral ditinjau
dengan membagi jenis balok menurut panjang bentang yang tidak
terkekang secara lateral (Lb), sebagai berikut :
a.
Bentang pendek (L ≤ Lp)
Mn
b.
=
Mp................................................................. (2.5.17)
Bentang menengah (Lp ≤ L ≤ Lr)
+(
Mn = Cb
c.
−
Bentang panjang (Lr ≤ L )
(
)
).
(
)
≤ Mp................... (2.5.18)
Mn = Mcr ≤ Mp............................................................. (2.5.19)
Dimana untuk profil I dan canal ganda :
Mcr = Cb .
.
Lp = 1.76 ry
ry =
+
.
............................. (2.5.20)
............................................................... (2.5.21)
............................................................................. (2.5.22)
Profil kotak pejal atau berongga :
Mcr = 2 Cb . E .
........................................................ (2.5.23)
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 18
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
D. Beban – beban yang digunakan
Struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan di
bawah ini :
1,4 D
(2.5 – 1)
1,2 D + 1,6 L + 0,5 (La atau H)
(2.5 – 2)
1,2 D + 1,6 (La atau H) + (ϒL L atau 0,8 W)
(2.5 – 3)
1,2 D + 1,3 W + ϒL L + 0,5 (La atau H)
(2.5 – 4)
1,2 D ± 1,0 E + ϒL L
(2.5 – 5)
0,9 D ± (1,3 W atau 1,0 E)
(2.5 – 6)
Keterangan :
D
adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi
permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafond, partisi tetap,
tangga dan peralatan layan tetap.
L
adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung,
termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti
angin, hujan dan lain – lain.
La
adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan
oleh pekerja, peralatan dan material, atau selama penggunaan
biasa oleh orang dan benda bergerak.
H
adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan
air
W
adalah beban angin
E
adalah beban gempa, yang ditetapkan menurut SNI 03-17261989, atau penggantinya
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 19
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Dengan, ϒL = 0,5 bila L < 5 kPa, dan ϒL = 1 bila L ≥ 5 kPa
Kekecualian : Faktor beban untuk L di dalam kombinasi pembebanan
pada persamaan 6.2-3, 6.2-4, dan 6.2-5 harus sama dengan 1,0 untuk
garasi parker, daerah yang digunakan untuk pertemuan umum, dan
semua daerah dimana beban hidup lebih besar daripada 5 kPa.
E. Jenis – Jenis Atap
Dalam sebuah bangunan gedung, tentunya tidak akan luput dengan
adanya sebuah konstruksi atap. Berikut beberapa contoh konstruksi
atap yang dikenal dalam dunia teknik sipil.
1. Scissors
2. Vaulted Parallel Chord
3. Barrel Vault
Barrel
Vault
4. Doble
Inverted
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 20
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
5. Polynesian
6. Bowstring
7. Gambrel
8. Tray Of Coffer
9. Room In Attic
10.Dual Pitch
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 21
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
2.5.2. Allowable Stress Design (ASD)
Metode tradisional dari spesifikasi AISC (American Institute of
Steel Construction) adalah Allowable Stress Design (desain
tegangan yang diijinkan) yang disebut pula Working Stress Design
(desain tegangan kerja). Dalam Allowable Stress Design (ASD)
fokusnya terletak pada kondisi – kondisi beban layanan (yakni
tegangan – tegangan unit yang mengasumsikan struktur elastik)
yang memenuhi persyaratan keamanan (kekuatan yang cukup bagi
struktur tersebut.
Untuk Allowable Stress Design, persamaan dapat dirumuskan
sebagai berikut :
Ø
ϒ
≥ ∑Qi .................................................................... (2.5.24)
Dalam filosofi ini, semua beban diasumsikan memiliki variabilitas
rata – rata yang sama. Keseluruhan variabilitas beban – beban dan
kekuatan – kekuatan ditempatkan pada ruas kekuatan dari
persamaan tersebut. Untuk menyelidiki persamaan tersebut
menurut Allowable Stress Design untuk balok, ruas kiri hendaknya
mewakili kekuatan balok nominal Mn yang dibagi oleh suatu factor
kemanan FS (sama dengan ø / ϒ), sedangkan ruas kanan mewakili
momen lentur beban layanan M yang bekerja sebagai hasil dari
semua tipe beban. Dengan demikian, persamaan 2.5.24 akan
menjadi :
≥ ∑Qi ...................................................................... (2.5.25)
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 22
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Istilah Allowable Stress Design menyiratkan suatu perhitungan
tegangan elastik.
Persamaan 2.5.25 dapat dibagi dengan I/c (yakni momen inersia I
dibagi dengan jarak c dari sumbu netral ke serat terluar) untuk
mendapatkan satuan – satuan tegangan. Dengan demikian, bila
diasumsikan bahwa kekuatan nominal Mn tercapai pada saat
tegangan serat terjauh merupakan tegangan leleh Fy (yakni Mn =
Fy.I / c), persamaan 2.5.25 akan menjadi :
.
⁄
⁄
≥
⁄
............................................................. (2.5.26)
≥
Atau :
=
⁄
........................... (2.5.27)
Dalam ASD, Fy/FS akan menjadi tegangan yang diijinkan Fb dan
fb akan menjadi tegangan elastic hitung dalam beban layanan
penuh. Bila kekuatan nominal final Mn telah didasarkan atas
pencapaian suatu tegangan Fcr yang lebih sedikit ketimbang Fy
karena, misalnya saja tekukan, tegangan yang diijinkan Fb akan
sama dengan Fcr/FS. Dengan demikian, kriteria kemanan dalam
ASD dapat ditulis sebagai :
≥
2.6.
=
Perencanaan Sambungan
=
...................... (2.5.28)
Berdasarkan SNI 03-1729-2002 sambungan terdiri dari komponen
(pelat pengisi, pelat buhul, pelat pendukung dan pelat penyambung) dan
alat pengencang (baut dan las). Sambungan tipe tumpu adalah yang dibuat
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 23
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
dengan menggunakan baut yang dikencangkan dengan tangan, atau baut
mutu tinggi yang dikencangkan untuk menimbulkan gaya tarik minimum
yang disyaratkan, yang kuat rencananya disalurkan oleh gaya geser pada
baut dan tumpuan pada bagian – bagian yang disambungkan. Perencanaan
sambungan harus memenuhi persayaratan berikut :
1) Gaya dalam yang disalurkan berada dalam keseimbangan
dengan gaya – gaya yang bekerja pada sambungan;
2) Deformasi pada sambungan masih berada dalam batas
kemampuan deformasi sambungan;
3) Sambungan dan komponen yang berdekatan harus mampu
memikul gaya – gaya yang bekerja padanya.
2.6.1. Sambungan Baut
Tegangan rata – rata ≤ 0,75 . Teg . ijin
Tegangan rata – rata =
............................................... (2.6.1)
Keterangan :
N = gaya normal pada batang (kg)
Fn = Luas penampang bersih terkecil
Fn dapat dihitung dengan persamaan :
Fn =
F – nsd + ∑ --
Fn =
F – nsd
................................................. (2.6.2)
............................................................ (2.6.3)
U
N
U
N
s
Gambar 2.6.1 Jarak Antar Baut Berseling
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 24
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Keterangan :
F
= luas penampang utuh
t
= tebal penampang
d
= diameter lubang
s
= jarak lubang ke lubang pada arah sejajar sumbu batang
u
= jarak lubang ke lubang pada arah tegak lurus sumbu batang
n
= banyaknya lubang dalam garis potongan yang ditinjau
Cek kekuatan baut :
1.
Cek terhadap geser pada baut :
σ geser
=
0,6 . σ ijin
Ň
=
A baut . σ geser
σ tarik
=
0,7 . σ ijin
........................................ (2.6.4)
............................... (2.6.5)
........................................ (2.6.6)
Cek kombinasi beban :
σ =
2.
≤ σ ijin
+
...................... (2.6.7)
Cek terhadap akibat lubang pada profil :
σ tumpu =
1,2 . σ ijin
Ň
d . t . σ tumpu
=
........................................ (2.6.8)
................................... (2.6.9)
d = diameter lubang = diameter baut (+2 mm jika d ≤ 22
mm, +3 mm jika d ≥ 22 mm)
Jumlah baut =
Ň
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
................................. (2.6.10)
II - 25
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
S1
U
N
N
U
S1
S1
S
S
S1
Gambar 2.6.2 Jarak Antar Baut Sejajar
S1 = 1,5 d ≤ S1 ≤ 2d
S
= 2,5 d ≤ S ≤ 7d / 14t
U
= 2,5 d ≤ S ≤ 7d / 14t
Keterangan :
d
= diameter baut (mm)
t
= tebal plat sambung dan tebal profil (ambil yang terkecil)
Tabel 2.3 Tipe – tipe Baut
Tipe Baut
Diameter
(mm)
A307
6.35 - 104
A325
12.7 - 25.4
585
825
28.6 - 38.1
510
725
12.7 - 38.1
825
1035
A490
Proof stress
(Mpa)
Kuat tarik min.
(Mpa)
60
Sumber : Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD, 2008
2.6.2. Sambungan Las
Dalam konstruksi baja ada 2 jenis bentuk las, yaitu :
1.
Las sudut : ini tidak membutuhkan pekerjaan pendahuluan
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 26
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
2.
Las tumpul : bentuknya tergantung dari tebal bagian yang akan
disambung.
Cek kekuatan las :
P
=
√
Keterangan :
α
=
.
..........
. (2.6.11)
sudut yang di bentuk antara arah gaya dengan bidang
geser las
=
luas penampang las (Ln x a) (mm2)
Ln =
panjang bersih las = Lbr – 3a (mm)
Lbr =
panjang kotor rigi – rigi las (mm)
a
=
tebal rigi – rigi las ≤
T
=
tebal profil (mm)
A
√
(mm)
Syarat panjang bersih las = 10 a ≤ Ln ≤ 40a
Tabel 2.4 Ukuran minimum las sudut
Tebal plat (t, mm) paling tebal
Ukuran minimum las sudut (a, mm)
t≤ 7
3
7 < t ≤ 10
4
10 < t ≤ 15
5
15 < t
6
Sumber : Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD, 2008
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 27
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
2.6.3. Sambungan Momen
Gambar 2.6.3-1 Detail Sambungan T
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 28
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Gambar 2.6.3-2 Gaya Tarik Profil T
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 29
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Gambar 2.6.3-3 Penampang Kritis Profil
T
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 30
Teknik Sipil Universitas Mercubuana
Gambar 2.6.3-4 Detail End Plate Connection
Desain Hanggar Coal Stock PLTU Suralaya
II - 31