ANALISIS SAMBUNGAN ANTARA RIGID CONNECTION DAN SEMI-RIGID CONNECTION PADA SAMBUNGAN BALOK DAN KOLOM PORTAL BAJA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh : MUTIA SHELBI 11 0424 022
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan berkah, rahmat, serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah “Analisis Sambungan Antara Rigid Connection Dan Semi-Rigid Connection Pada Sambungan Balok Dan Kolom Portal Baja”. Penyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, dukungan, serta bimbingan dari berbagai belah pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil; 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil; 3. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc, selaku Koordinator PPSE, Departemen Teknik Sipil; 4. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT, selaku Pembimbing, yang telah memberikan arahan, dukungan, masukan, serta meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran Beliau dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini; 5. Bapak Ir. Sanci Barus, MT dan Ibu Rahmi Karolina, ST., MT, selaku Penguji, yang turut memberikan masukan dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini;
6. Bapak/ibu seluruh Staff Pengajar, serta Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil; 7. Kedua Orang Tua penulis yang teristimewa, Ayahanda Yusuf Effendi dan Ibunda Yunes Nelly, serta kedua Saudari penulis, kakanda Puji Maya Sari dan adinda Ketty Wulandari, yang telah bersabar dan tak henti-hentinya memberikan doa, motivasi, nasehat, serta dukungan. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, dan kasih sayang yang tiada batas untuk penulis; 8. Teman-teman seperjuangan penulis : Icha, Pipit, Nisa, Delima, Mazia, Dewi, dan Dhilla, serta teman-teman Mahasiswa/i Angkatan 2011-2013 lainnya, terima kasih atas bantuannya selama ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun, demi perbaikan untuk menjadi lebih baik lagi. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan,
Februari 2015
Hormat saya,
Mutia Shelbi 11 0424 022
ABSTRAK Pada konstruksi baja, penyambungan terjadi karena profil yang digunakan memiliki panjang batang yang kurang dari perencanaan, serta terjadinya pertemuan antara suatu batang dengan batang yang lain pada satu titik buhul, yang kemudian penyambungannya dibantu dengan menggunakan pelat buhul. Dalam perencanaan sambungan, pemilihan alat sambung yang akan digunakan mempengaruhi kekuatan sambungan dan kondisi kekakuan yang berbeda-beda sesuai jenis dan fungsinya. Pada analisa mengenai sambungan antara balok dan kolom ini, bertujuan untuk melihat apakah sambungan bersifat rigid atau semirigid, dimana sambungan yang ditinjau berupa end-plate connection jenis extended one way, dengan menggunakan profil baja IWF 350 x 175 x 7 x 11, spesifikasi Bj 37 (fy = 2400 kg/cm2). Alat sambung yang digunakan adalah baut mutu biasa (baut hitam A307) dan baut mutu tinggi A325. Peraturan yang digunakan sebagai pedoman adalah peraturan SNI 03-1729-2002 untuk Struktur Baja dengan metode LRFD (Load and Resistance Factor Design), serta panduan dari American Institute of Steel Construction (AISC). Dari hasil analisa dan perhitungan, diperoleh nilai kekuatan penampang balok yang digunakan pada sambungan, berupa momen elastis My sebesar 1.865.136 kg.cm dan momen plastis Mp sebesar 2.018.040 kg.cm. Sedangkan momen tahanan nominal Mn sambungan baut yang terjadi pada sambungan dengan menggunakan baut mutu biasa (Baut Hitam) sebesar 1.424.201,21 kg.cm, dan baut Mutu Tinggi sebesar 3.357.047,09 kg.cm. Dengan demikian, sambungan antara balok dan kolom yang menggunakan alat sambung Baut Hitam merupakan sambungan Semi-rigid Connection, karena momen yang terjadi pada sambungan (pengaruh alat sambung) lebih kecil dari momen yang disambung (pengaruh kekuatan penampang balok). Sedangkan sambungan yang menggunakan Baut Mutu Tinggi merupakan sambungan Rigid Connection, karena momen yang terjadi pada sambungan lebih besar dari momen yang disambung.
Kata kunci : sambungan
struktur
baja,
alat
(rigiditas/rigidity), sambungan momen
sambung,
kekakuan
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR ........................................................................................
i
ABSTRAK .......................................................................................................... iii DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii DAFTAR TABEL ..............................................................................................
x
DAFTAR NOTASI ............................................................................................ xi BAB I
BAB II
PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1 Latar Belakang ............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ....................................................................
3
1.3 Tujuan .........................................................................................
3
1.4 Manfaat .......................................................................................
4
1.5 Pembatasan Masalah ..................................................................
4
1.6 Metodologi Penelitian ................................................................
5
1.7 Sistematika Penulisan .................................................................
7
TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................
9
2.1 Umum .........................................................................................
9
2.2 Material Baja ..............................................................................
9
2.3 Sambungan Konstruksi Baja ...................................................... 12 2.3.1 Sambungan Momen (Moment Connection) .................... 14 2.3.2 Sambungan Berdasarkan Karakteristik Kekakuan (Rigidity) . 20 2.3.2.1 Sambungan Kaku (Rigid Connection) .............. 21
2.3.2.2 Sambungan Sederhana (Simple Framing) ........ 23 2.3.2.3 Sambungan Semi-kaku (Semi-rigid Connection) 24 2.4 Alat Sambung Konstruksi Baja .................................................. 26 2.4.1 Baut ................................................................................. 26 2.4.1.1 Jenis Baut .......................................................... 26 2.4.1.2 Kekuatan Baut .................................................. 36 2.4.1.3 Kriteria Perencanaan Baut ................................ 41 2.4.1.4 Sambungan Kombinasi Geser dan Tarik Menggunakan Baut ........................................... 42 2.4.2 Las ................................................................................... 44 2.4.2.1 Jenis Las ........................................................... 44 2.4.2.2 Jenis Sambungan Las ....................................... 45 2.4.2.3 Kekuatan Las .................................................... 46 2.4.2.4 Kriteria Perencanaan Las .................................. 48 2.5 Hubungan Sambungan Antara Balok dan Kolom ...................... 50 BAB III METODOLOGI PERENCANAAN SAMBUNGAN ....................... 53 3.1 Pendahuluan ............................................................................... 53 3.2 Permodelan Sambungan ............................................................. 53 3.3 Data Perencanaan Sambungan ................................................... 54 3.4 Analisis Sambungan Antara Balok dan Kolom .......................... 55 3.4.1 Sambungan Baut ............................................................. 55 3.4.1.1 Filosofi Pendesainan ......................................... 55 3.4.1.2 Tahapan Analisa ............................................... 55 3.4.2 Analisa Kekuatan Penampang Balok .............................. 69
BAB IV ANALISIS SAMBUNGAN ANTARA BALOK DAN KOLOM .... 72 4.1 Data Perencanaan ....................................................................... 73 4.2 Perencanaan Sambungan Antara Balok dan Kolom ................... 73 4.2.1 Analisa Kekuatan Penampang Balok .............................. 74 4.2.2 Daerah Tegangan ............................................................ 75 4.2.3 Sambungan Baut Hitam .................................................. 75 4.2.3.1 Diameter Baut ................................................... 75 4.2.3.2 Momen Tahanan ............................................... 77 4.2.3.3 Desain End Plate ............................................... 80 4.2.3.4 Daerah Tekanan End Plate ............................... 81 4.2.3.5 Gaya Geser Pada Web Kolom .......................... 82 4.2.3.6 Gaya Geser Vertikal Baut ................................. 82 4.2.4 Sambungan Baut Mutu Tinggi ....................................... 83 4.2.3.1 Diameter Baut ................................................... 83 4.2.3.2 Momen Tahanan ............................................... 85 4.2.3.3 Desain End Plate ............................................... 88 4.2.3.4 Daerah Tekanan End Plate ............................... 89 4.2.3.5 Gaya Geser Pada Web Kolom .......................... 90 4.2.3.6 Gaya Geser Vertikal Baut ................................. 90 BAB V
PENUTUP ......................................................................................... 92 5.1 Kesimpulan ................................................................................. 92 5.2 Saran ........................................................................................... 93
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1.
Jenis sambungan menurut perilaku sudut rotasi antara balok dan kolom : (a) sendi; (b) kaku; (c) semi-kaku
Gambar 2.1.
Hubungan tegangan - regangan secara umum
Gambar 2.2.
Momen-rotasi pada sambungan
Gambar 2.3.
Klasifikasi sambungan momen
Gambar 2.4.
Karakteristik momen-rotasi ketiga jenis sambungan AISC
Gambar 2.5.
Distribusi momen tahanan terhadap momen jepit sempurna pada sambungan kaku
Gambar 2.6.
Sambungan rigid connection
Gambar 2.7.
Distribusi momen tahanan terhadap momen jepit sempurna pada sambungan sederhana
Gambar 2.8.
Sambungan simple connection
Gambar 2.9.
Distribusi momen tahanan terhadap momen jepit sempurna pada sambungan semi-kaku
Gambar 2.10.
Sambungan semi-rigid connection
Gambar 2.11.
Alat sambung baut
Gambar 2.12.
Mekanisme sambungan tumpu
Gambar 2.13.
Mekanisme sambungan friksi
Gambar 2.14.
Permodelan sambungan baut dalam kondisi tidak diberi pratarik dan diberi pratarik
Gambar 2.15.
Baut yang mengalami geser tunggal
Gambar 2.16.
Baut yang mengalami geser rangkap
Gambar 2.17.
Kegagalan tarik
Gambar 2.18.
Kegagalan tumpu
Gambar 2.19.
Tata letak baut
Gambar 2.20.
Sambungan kombinasi geser dan tarik
Gambar 2.21.
Jenis-jenis las
Gambar 2.22.
Jenis-jenis sambungan las
Gambar 2.23.
Tebal efektif las tumpul
Gambar 2.24.
Ukuran las sudut
Gambar 2.25.
Ukuran maksimum las sudut
Gambar 2.26.
Tebal efektif las sudut
Gambar 2.27.
Sambungan balok ke kolom (sambungan yang dilas ke sayap kolom)
Gambar 2.28.
Sambungan balok ke kolom (sambungan baut)
Gambar 2.29.
Sambungan balok ke kolom (sambungan yang dilas ke badan kolom)
Gambar 3.1.
Permodelan sambungan yang ditinjau
Gambar 3.2.
Kekuatan sambungan
Gambar 3.3.
Kemampuan perlawanan dari barisan baut
Gambar 3.4.
Geometri Sambungan
Gambar 3.5.
Cek tipikal tegangan pada badan
Gambar 3.6.
Penyebaran kekuatan untuk tekanan pada badan
Gambar 3.7.
Panjang untuk tekuk pada badan
Gambar 3.8.
Gaya geser lokal pada badan
Gambar 3.9.
Perwujudan kekuatan perlawanan menjadi kekuatan barisan baut
Gambar 3.10.
Tegangan dan geser baut
Gambar 3.11.
Cek tahanan dan tekuk stiffener
Gambar 3.12.
Distribusi tegangan pada level beban berbeda
Gambar 4.1.
Model sambungan baja yang dianalisis
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Sifat mekanis baja struktural
Tabel 2.2.
Metode perencanaan rangka bangunan
Tabel 2.3.
Tarikan baut minimum
Tabel 2.4.
Sifat-sifat baut
Tabel 2.5.
Jarak tepi minimum baut
Tabel 2.6.
Ukuran minimum las sudut
Tabel 5.1.
Momen hasil perhitungan pada sambungan antara balok dan kolom
DAFTAR NOTASI
Ab
Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (cm2)
As
Daerah geser baut (dianjurkan daerah ulir, cm2)
Asg
Luas kotor stiffener (cm2)
Asn
Luas bersih stiffener yang berhubungan dengan sayap kolom (cm2)
Aw
Luas badan kolom yang diperkenankan untuk tekuk (cm2)
Aw
Luas geser efektif las (cm2)
B
Lebar sayap kolom (cm)
Bb
Lebar sayap balok (cm)
bp
Lebar end plate (cm)
bsg
Lebar stiffener (cm)
b1
Panjang penahan kekakuan berdasarkan 45o penyebaran melalui end plate dari tepi las (cm)
c
Jarak dari pusat berat ke serat terluar (cm)
d
Tinggi badan antara las (cm)
db
Diameter baut pada daerah tak berulir (cm)
Dc
Tinggi penampang kolom (cm)
ex
Jarak tepi (cm)
Fri
Kekuatan akhir pada barisan baut i (kg)
Fu
Kuat tarik pelat (kg/cm2)
fu
Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat (kg/cm2) Kuat tarik baut (kg/cm2)
fuw
Kuat tarik putus logam las (kg/cm2)
g
Jarak horizontal antar pusat baut (cm)
hi
Jarak dari pusat tekanan ke baris i (cm)
I
Momen inersia (cm4)
L
Panjang stiffener (cm)
Leff
Panjang efektif garis lentur (cm)
Lt
Panjang regangan efektif pada badan dengan asumsi pelebarannya 60o dari baut ke pusat badan (cm)
M
Momen (kg.cm)
m
Jumlah bidang geser
m
Jarak dari pusat baut ke 20% dari jarak ke tepi kolom atau las end plate (cm)
Mn
Momen nominal (kg.cm)
Mp
Kapasitas momen plastis (kg.cm)
My
Momen elastis/leleh (kg.cm)
N
Gaya aksial pada balok (kg)
n
Jumlah baut
n
Jarak ujung efektif (cm)
ns
Jumlah baut yang tidak berada pada daerah tegangan
nt
Jumlah baut pada daerah tegangan
n1
Perolehan panjang dari 45o penyebaran melalui setengah dari tinggi penampang kolom (cm)
n2
Perolehan panjang dari perbandingan 1 : 2,5 penyebaran melalui sayap kolom dan radius kaki (cm)
P
Beban terfaktor yang bekerja pada satu baut (kg)
pb
Nilai minimum dari kuat tekan baut atau bagian sambungan
pc
Kuat tekan rencana badan kolom
pc
Kuat tekan stiffener
Pr
Kemampuan perlawanan dari barisan baut, atau kelompok baut (kg)
Pri
Kekuatan pada barisan baut i (kg)
ps
Kuat geser baut (kg)
Pss
Kapasitas geser dari baut tunggal hanya pada daerah geser (kg)
Pts
Kapasitas geser dari baut tunggal pada daerah tegangan yang paling kecil (kg)
Pt’
Kapasitas tegangan baut (kg)
Py
Kekuatan geser rencana kolom/end plate (kg)
pyb
Kekuatan rencana balok (kg/cm2)
pyc
Kekuatan rencana kolom (kg/cm2)
pys
Kuat rencana stiffener (kg/cm2)
ΣPt’
Jumlah kapasitas tegangan untuk semua baut dalam kelompok (kg)
r
Radius kaki kolom (cm)
Rn
Tahanan nominal baut (kg)
Rnw
Tahanan nominal per satuan panjang las (kg)
Ru
Gaya terfaktor (kg)
ry
Radius girasi dari daerah efektif (cm)
S
Jarak antar baut (cm)
S
Modulus penampang (cm3)
swf
Panjang kaki las sudut pada sayap balok (cm)
sww
Panjang kaki las sudut pada badan balok (cm)
Tb
Tebal sayap balok (cm)
tb
Tebal badan balok (cm)
Tc
Tebal sayap kolom (cm)
tc
Tebal badan kolom (cm)
tp
Tebal pelat (cm)
ts
Tebal stiffener (cm)
Tu
Beban tarik terfaktor (kg)
tw
Tebal badan kolom atau balok (cm)
V
Beban geser (kg)
Vu
Gaya geser terfaktor (kg)
Z
Modulus plastik (cm3)
μ
Koefisien gesek
φ
Faktor reduksi tahanan
ε
Regangan
