1
ANALISIS SAMBUNGAN KOLOM BAJA DENGAN PONDASI BETON YANG MENERIMA BEBAN AXIAL, GESER, DAN MOMEN Analysis of Steel Column Ekstension with Concrete Foundation Accepting Axially, Shear, and Mommen Load SKRIPSI Disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar sarjana Teknik Sipil pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Disusun oleh :
RYAN RIZALDI OEMAR NIM I 1107534
JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
2
ABSTRAK
Ryan Rizaldi Oemar, 2010, Analisis Sambungan Kolom Baja Dengan Pondasi Beton Yang Menerima Beban Axial, Geser, dan Momen, Skripsi, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Pelat dasar ( baseplate ) adalah salah satu bagian terpenting pada struktur baja, namun perancangan pelat dasar tidak terlalu menjadi perhatian oleh seorang konsultan perencana. Hal ini mengakibatkan mahalnya pelat dasar itu sendiri, sulit pada saat pembuatannya dan resiko tidak stabilnya kolom baja pada saat pemasangan kolom baja tersebut dengan pondasi beton. Pelat dasar merupakan pelat baja yang berperan sebagai penghubung antara struktur atas dan struktur bawah dan berfungsi untuk memancarkan beban dari kolom menuju struktur di bawahnya. Tujuan analisa ini adalah untuk merencanakan konstruksi struktur baja gedung yang kokoh dan mengurangi resiko bencana terjadinya keruntuhan pada struktur baja gedung bertingkat tinggi. Penggunaan baseplate atau pelat dasar pada struktur baja gedung akan meningkatkan kekuatan pada struktur tersebut. Dengan catatan dari semua aspek perhitungan maupun kontrol yang kiranya mendukung suatu struktur tersebut tercapai situasi dan kondisi yang aman. Perancangan baseplate melibatkan gaya vertikal, momen dan geser, maka dari itu diperlukan perhitungan dimensi baseplate untuk menahan gaya-gaya tersebut. Umumnya, ukuran baseplate ditentukan dengan melihat batas kekakuan beton pada pondasi saat hancur karena terbebani oleh beban diatasnya dan ketebalan baseplate ditentukan dengan melihat batas plastis yang disebabkan oleh bengkoknya bagian kritis pada plat tersebut. Perancangan baseplate meliputi dua langkah utama yaitu, menentukan panjang, lebar pelat dan menetukan ketebalan pelat. Baseplate dengan kolom baja harus terikat atau menjadi satu kesatuan. Oleh karena itu perlu dilakukan perencanaan suatu alat sambung yang berfungsi untuk menyatukan kolom dengan pelat dasar tersebut. Dalam hal ini alat sambung berupa las yang digunakan dengan alasan, karena las dapat meleburkan antara logam dengan logam sehingga menjadi satu material. Berdasarkan hasil analisa tersebut dapat disimpulkan : Kolom baja yang menerima beban vertikal dan momen dapat mempengaruhi dimensi dan ketebalan dari baseplate. Terutama saat kolom baja menerima beban momen yang bertambah besar dan beban vertikal yang bernilai konstan.
Kata kunci : beban verikal, geser, dan momen, kolom baja
3
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN..................................................................
iii
MOTTO ....................................................................................................
iv
PERSEMBAHAN ....................................................................................
v
ABSTRAK ................................................................................................
vi
PENGANTAR ..........................................................................................
vii
DAFTAR ISI.............................................................................................
viii
DAFTAR TABEL ....................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR................................................................................
xi
BAB 1 PENDAHULUAN ........................................................................
1
1.1 Latar Belakang Masalah.......................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................
1
1.3 Batasan Masalah ..................................................................................
2
1.4 Tujuan Perencanaan .............................................................................
2
1.5 Manfaat ................................................................................................
2
BAB 2 LANDASAN TEORI ...................................................................
3
2.1 Konstruksi Baseplate ...........................................................................
3
2.2 Baseplate Dengan Beban Vertikal .......................................................
4
2.3 Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen...................................
6
2.3.1 Perhitungan Eksentrisitas Kecil ........................................................
6
2.3.2 Perhitungan Eksentrisitas Besar........................................................
8
2.4 Desain Tambahan Untuk Perhitungan Eksentrisitas Besar..................
9
2.5 Sambungan Las ....................................................................................
10
2.5.1 Tipe-tipe Las .....................................................................................
11
2.5.2 Kapasitas Geser Las ..........................................................................
12
2.6 Sambungan Baut ..................................................................................
12
4
2.6.1 Tahanan Nominal Baut .....................................................................
13
2.7 Beton ....................................................................................................
15
BAB 3 METODE PENELITIAN............................................................
16
3.1 Metode Penelitian ................................................................................
16
3.2 Prosedur Perencanaan ..........................................................................
17
3.3 Pengumpulan Data ...............................................................................
19
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN .............................................
20
4.1 Analisis ................................................................................................
20
4.2 Kriteria Perencanaan ............................................................................
20
4.3 Perencanaan Baseplate.........................................................................
21
4.3 Hasil Analisis .......................................................................................
29
4.4 Pembahasan..........................................................................................
33
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN....................................................
34
5.1 Kesimpulan ..........................................................................................
34
5.2 Saran ....................................................................................................
35
DAFTAR PUSTAKA...............................................................................
36
5
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Masalah
Bangunan bertingkat merupakan alternatif terbaik untuk memenuhi kebutuhan akan ruang yang terus meningkat. Bangunan bertingkat harus memperhatikan faktor alam, faktor struktur, keamanan dan kenyamanan penghuninya. Struktur bangunan gedung terdiri dari komponen-komponen di atas tanah dan komponen-komponen di bawah tanah yang direncanakan sedemikian rupa sehingga dapat menyalurkan beban ke tanah dasar. Untuk menahan beban yang besar maka diperlukan bangunan yang kuat dan aman. Struktur yang kuat biasanya memiliki dimensi yang besar tetapi tidak ekonomis jika diterapkan pada bangunan bertingkat. Perhitungan dimensi biasanya didasarkan pada kolom atau balok struktur yang menanggung beban paling besar. Penggunaan baseplate atau pelat dasar pada struktur gedung akan meningkatkan kekuatan pada struktur tersebut. Dengan catatan dari semua aspek perhitungan maupun kontrol yang kiranya mendukung suatu struktur tersebut tercapai situasi dan kondisi yang aman.
1.2.
Rumusan Masalah
Untuk mengetahui lebih jauh baseplate ini, maka rumusan masalah difokuskan pada bagaimana merencanakan dimensi dan mengontrol kekuatan dari baseplate tersebut agar dapat memikul beban yang disalurkan dari struktur di atasnya.
6
1.3.
Batasan Masalah
Perencanaan Baseplate Pada Struktur Baja Gedung menyangkut beberapa faktor, maka untuk mendapatkan analisis yang jelas dan terfokus perlu dibuat penyederhanaan dan pembatasan masalah sebagai berikut : 1. Penelitian berupa perencanaan baseplate pada hubungan antara kolom baja dengan pondasi beton. 2. Kolom menggunakan baja WF – AISC dengan mutu baja A36. 3. Las sudut (fillet) sebagai penyambung antara kolom baja dengan baseplate. 4. Beban yang bekerja pada baseplate adalah beban vertikal dan momen. 5. Pondasi dari beton.
1.4.
Tujuan Perencanaan
Analisis ini mempunyai tujuan untuk mengetahui dimensi dan kekuatan dari baseplate pada hubungan antara kolom baja dan pondasi beton.
1.5.
Manfaat
1.5.1. Manfaat Teoritis Penambahan ilmu pengetahuan dibidang teknik sipil khususnya dalam perencanaan baseplate pada portal struktur baja gedung delapan lantai.
1.5.2. Manfaat Praktis
Mengetahui dimensi dan kekuatan dari hubungan antara portal struktur baja dengan bangunan di bawahnya.
7
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1. Konstruksi Baseplate ( Pelat Dasar )
Pelat dasar ( baseplate ) adalah salah satu bagian terpenting pada struktur baja, namun perancangan pelat dasar tidak terlalu menjadi perhatian oleh seorang konsultan perencana. Hal ini mengakibatkan mahalnya pelat dasar itu sendiri, sulit pada saat pembuatannya dan resiko tidak stabilnya kolom baja pada saat pemasangan kolom baja tersebut dengan pondasi beton. Pelat dasar merupakan pelat baja yang berperan sebagai penghubung antara struktur atas dan struktur bawah dan berfungsi untuk memancarkan beban dari kolom menuju struktur di bawahnya. Perancangan baseplate meliputi dua langkah utama sebagai berikut :
1. Menentukan ukuran panjang dan lebar baseplate. 2. Menentukan ketebalan baseplate.
Perancangan baseplate melibatkan gaya vertikal, momen dan geser, maka dari itu diperlukan perhitungan dimensi baseplate untuk menahan gaya-gaya tersebut. Umumnya, ukuran baseplate ditentukan dengan melihat batas kekakuan beton pada pondasi saat hancur karena terbebani oleh beban diatasnya dan ketebalan baseplate ditentukan dengan melihat batas plastis yang disebabkan oleh bengkoknya bagian kritis pada plat tersebut.
Baseplate dengan kolom baja harus terikat atau menjadi satu kesatuan. Oleh karena itu perlu dilakukan perencanaan suatu alat sambung yang berfungsi untuk menyatukan kolom dengan pelat dasar tersebut. Dalam hal ini alat sambung berupa las yang digunakan dengan alasan, karena las dapat meleburkan antara logam dengan logam sehingga menjadi satu material.
8
2.2. Baseplate Dengan Beban Vertikal
Gambar. 2.1. Distribusi Gaya Tekan Pelat
Perencanaan Baseplate dengan beban vertikal diasumsikan bahwa beban vertikal adalah beban terpusat pada pelat yang selanjutnya menjadi beban terbagi rata untuk struktur di dibawahnya, rasio gaya tekan (Fp) yang diijinkan sebagai berikut:
Fp = 0.85ϕ c f `c
A2 (ksi) A1
( 2.1 )
Dengan : f`c = Mutu beton (ksi) A1 = Luas baseplate (in2) A2 = Luas beton dasar (bantalan) (in2)
ϕ c = Faktor resistensi pada beton, 0.6
Untuk menentukan luasan pelat ( A1 ), didasarkan pada sifat-sifat dari pondasi yang menahan dasar kolom baja tersebut, yaitu :
A1 =
Pu (in2) 1.7ϕ c f `c
( 2.2 )
9
Dengan : Pu = Beban vertikal (kip)
ϕ c = Faktor resistensi beton, 0.6 f`c = Mutu beton (ksi)
Untuk menentukan dimensi pelat ( B dan N ) dilihat dari batasan kritis pada pelat itu sendiri, yaitu :
Gambar. 2.2. Batasan Kritis Pelat
N=
A1 + ∆ (in)
( 2.3 )
Dengan : N = Panjang pelat (in) A1 = Luasan pelat (in2) ∆ = 0.5 ( 0.95d – 0.8bf ) (in)
B=
A1 (in) N
Dengan : B = Lebar pelat (in) A1 = Luasan pelat (in2)
( 2.4 )
10
Ketebalan pelat ( tp ) didasarkan dari besaran nilai (n) yang dilihat pada gambar 2.2. di atas, untuk menentukan ketebalan pelat adalah :
tp = n
2.P (in) 0.9 Fy.B.N
( 2.5 )
Dengan : tp = Tebal pelat (in) n
=
B − 0.8bf (in) 2
Fy = Mutu baja (ksi)
2.3. Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen
Terdapat dua metode perencanaan untuk menentukan dimensi baseplate yang terbebani oleh gaya axial dan momen, yaitu : 1. Perhitungan untuk eksentrisitas (e) kecil. 2. Perhitungan untuk eksentrisitas (e) besar.
2.3.1. Perhitungan Eksentrisitas (e) Kecil
Gambar. 2.3. Eksentrisitas Beban (Eksentrisitas Kecil)
Jika nilai eksentrisitas (e) sama atau lebih kecil dari N/6, distribusi gaya tekan terjadi di seluruh permukaan baseplate, seperti yang terlihat pada gambar 2.3. Gaya f1,2 dapat dihitung sebagai berikut :
11
f1, 2 =
P M .c ± (ksi) B.N I
( 2.6 )
Dengan : B,N= dimensi baseplate (in) c
= N/2 (in)
I
= momen inersia, B x N3 / 12 (in4)
Berdasarkan LRFD (Load & Resistance Factor Design), gaya tekan maksimum (f1) tidak boleh melebihi gaya tekan yang diizinkan (Fp) dan saat eksentrisitas (e) = N/6, f2 = 0. Metode yang berlaku adalah metode elastis.
a
Gambar. 2.4. Eksentrisitas Beban (Eksentrisitas Sedang)
Jika nilai eksentrisitas (e) diantara N/6 dan N/2, distribusi gaya tekan terjadi hanya pada sebagian baseplate, seperti yang terlihat pada gambar 2.4. Agar seimbang, distribusi gaya tekan harus sama dengan beban vertikal dan berada pada jarak e titik tengah dari baseplate. Gaya maksimum f1 dihitung sebagai berikut :
f1 =
2P (ksi) a.B
Dengan : a
= Panjang tegangan yang terjadi, 3 (N/2 - e) (in2)
( 2.7 )
12
2.3.2. Perhitungan Eksentrisitas (e) Besar
a
Gambar. 2.5. Eksentrisitas Beban (Eksentrisitas Besar)
Saat terjadi eksentrisitas (e) yang besar, maka disarankan menggunakan jangkar (anchor bolt) untuk meredam peregangan komponen pada saat beban momen bekerja. Hal ini diperlihatkan pada gambar 2.3. Untuk menentukan panjang distribusi tegangan (a) sebagai berikut :
f p .B (P.a`+ M ) f `± f `2 −4 6 (in) a= f p .B 3
Dengan :
N a` = Jarak dari jangkar dan titik tengah kolom, N `− (in) 2 f ` = f `=
f p .B.N ` 2
(ksi)
Fp = Gaya tekan ijin (ksi) P = Gaya vertikal (kip) M = Gaya momen (kip)
( 2.8 )
13
2.4. Desain Tambahan Untuk Perhitungan Eksentrisitas Besar
Saat pelat dasar menerima beban vertikal dan beban momen yang cenderung besar, terjadi eksentrisitas yang besar pula. Keadaan ini berakibat tidak seimbangnya pelat dasar yang selanjutnya dapat menyulitkan pengerjaan terutama pada saat awal konstruksi berlangsung. Untuk itu, diperlukan pengikat antara pelat dasar dan pondasi agar dapat menahan gaya guling yang terjadi. Pengikat yang dimaksud adalah anchor
bolt (baut angkur).
Maitra (1978) telah mengembangkan suatu solusi grafis untuk kasus pelat dasar yang memiliki beban eksentris yang besar. Grafik yang dimaksud adalah sebagai berikut :
(M + P. A`)
β = 2 Fp.B.N ` Gambar. 2.6. Desain Tambahan Untuk Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen
Untuk menentukan resultan gaya (T) dari ankur (anchor bolt), dapat dihitung sebagai berikut : (M + P. A`) T = − P (kip) α .N ` Dengan :
α = Koefisien jarak angkur dari pusat distribusi beban
( 2.9 )
14
Untuk menentukan panjang baut angkur yang dibutuhkan, didasarkan pada luas permukaan pelat dan kapasitas baut angkur itu sendiri. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :
L=
Apsf 3.14
( 2.10 )
(in)
Dengan : Apsf= Luas permukaan pelat,
T 4.ϕ t . f `c
(in2)
Dimensi baseplate (B dan N) ditentukan dengan cara trial and error (coba-coba), untuk menentukan ketebalan dari baseplate (tp) adalah sebagai berikut :
tp = n
P + ( P.e) (in) 0.9 Fy.N
( 2.11 )
Dengan : n
=
B − 0.8bf (in) 2
Fy = Mutu baja (ksi) e
=
M (in) P
2.5. Sambungan Las
Pengelasan merupakan proses penggabungan material-material logam dengan pemanasan sampai ke temperatur yang sesuai sedemikian rupa sehingga bahan-bahan tersebut melebur menjadi satu material.
15
2.5.1. Tipe-tipe Las
Ada empat tipe pengelasan yaitu, groove, fillet, slot, dan plug. Masing-masing tipe las memiliki kelebihannya sendiri yang menentukan rentang penggunaannya. Secara kasar, keempat tipe tersebut mewakili presentasi konstruksi las berikut ini : las groove ( las tumpul) 15%, fillet ( las sudut) 80%, sisanya terbagi-bagi untuk slot dan plug. Oleh karena itu penulis memilih las sudut sebagai penyambung antara kolom baja dengan baseplate.
Las Groove
Las slot
Las Fillet
Las plug
Gambar. 2.7. Jenis-jenis Sambungan Las
1. Las Groove Las ini dipakai untuk menyambung batang-batang sebidang, karena las ini harus menyalurkan beban yang bekerja secara penuh, maka las ini harus memiliki kekuatan yang sama dengan batang yang disambungnya.
2. Las Fillet Tipe las ini paling banyak dijumpai dibandingkan tipe las yang lain, 80% sambungan las menggunakan tipe las sudut. Tidak memerlukan presisi yang tinggi dalam pengerjaannya.
16
3. Las Slot dan Plug Jenis las ini biasanya digunakan bersama-sama las fillet. Manfaat utamanya adalahmenyalurkan gaya geser pada smbungan lewatan bila ukuran panjang las terbatas oleh panjang yang tersedia untuk las sudut.
2.5.2. Kapasitas Geser Las
Dalam beberapa kasus, batang menerima gaya geser pada sambungan las. Kapasitas gesernya memenuhi persamaah sebagai berikut :
Vn
( 2.12 )
= Alas . Fexx (kip)
Dengan : Alas = Luas efektif las (in2) Fexx = Kelas kuat las baja (ksi)
2.6. Sambungan Baut
Gambar. 2.8. Sambungan Baut
Setiap struktur baja merupakan gabungan dari beberapa komponen batang yang disatukan dengan alat pengencang. Salah satu alat pengencang disamping las yang cukup popular adalah baut terutama baut mutu tinggi. Baut mutu tinggi menggeser penggunaan paku keeling sebagai alat pengencang karena beberapa kelebihan yang
17
dimilikinya dibandingkan paku keeling, seperti jumlah tenaga kerja yang lebih sedikit, kemampuan menerima gaya yang lebih besar, dan secara keseluruhan dapat menghemat biaya konstruksi.
Dalam pemasangan baut mutu tinggi memerlukan gaya tarik awal yang cukup yang diperoleh dari pengencangan awal. Gaya ini akan memberikan friksi sehingga cukup kuat untuk memikul beban yang bekerja. Gaya ini dinamakan proof load. Proof load diperoleh dengan mengalikan luas daerah tegangan tarik (As) dengan kuat leleh.
π
2
0.9743 (mm2) As = d b − 4 n
( 2.13 )
Dengan : db = diameter nominal baut n = jumlah ulir per mm
2.6.1. Tahanan Nominal Baut
Suatu baut yang memikul beban terfaktor, Ru, sesuai persyaratan LRFD harus memenuhi : Ru ≤ φRn
( 2.14 )
Dengan Rn adalah tahanan nominal baut sedangkan φ faktor reduksi yang diambil sebesar 0.75. Besarnya Rn berbeda-beda untung masing-masing tipe sambungan.
1. Tahanan Geser Baut Tahanan nominal satu buah baut yang memikul gaya geser memenuhi persamaan :
Rn = m.r1.fub.Ab
( 2.15 )
18
Dengan : r1 = 0.5 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser r1 = 0.4 untuk baut dengan ulir pada bidang geser fub= kuat tarik baut (ksi) Ab= Luas bruto penampang baut m = jumlah bidang geser
2. Tahanan Tarik Baut Baut yang memikul gaya tarik tahanan nominalnya dihitung menurut :
Rn = 0.75fub.Ab
( 2.16 )
Dengan : fub= kuat tarik baut (ksi) Ab= Luas bruto penampang baut
3. Tahanan Tumpu Baut Tahanan tumpu nominal tergantung kondisi yang terlemah dari baut atau komponen pelat yang disambung. Besarnya dihitung sebagai berikut :
Rn = 2.4db.tp.fu
Dengan : fu = kuat tarik putus terendah dari baut (ksi) db= Diameter baut pada daerah tak berulir tp = Tebal pelat
( 2.17 )
19
2.7. Beton
Beton adalah suatu campuran yang terdiri dari pasir, kerikil, batu pecah atau agregatagregat lain yang dicampur menjadi satu dengan suatu pasta yang terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa mirip batuan. Terkadang, satu atau lebih bahan aditif ditambahkan untuk menghasilkanbeton dengan karakteristik tertentu, seperti kemudahan pengerjaan, durabilitas, dan waktu pengerasan.
Seperti substansi-substansi mirip batuan lainnya, beton memiliki kuat tekan yang tinggi dan kuat tarik yang sangat rendah. Karena beton mempunyai kuat tekan yang sangat tinggi, maka dalam analisis ini pondasi yang digunakan terbuat dari beton yang selanjutnya dapat menahan gaya tekan yang diterima dari kolom baja melalui penyebaran beban dari baseplate.
20
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1.
Metode Penelitian
Metode penelitian adalah langkah-langkah atau cara-cara penelitian suatu masalah, kasus, gejala, atau fenomena dengan jalan ilmiah untuk menghasilkan jawaban yang rasional. Metode penelitian digunakan sebagai dasar akan langkah-langkah berurutan yang didasarkan pada tujuan penelitian dan menjadi suatu perangkat yang digunakan untuk menarik kesimpulan, sehingga dapat diperoleh penyelesaian yang diharapkan untuk mencapai keberhasilan penelitian. Metode yang digunakan dalam skripsi ini diambil dari literatur atau referensi yang sudah ada. Perhitungan dilakukan secara manual dengan menggunakan program Microsoft excell agar mempermudah perhitungan.
Kasus yang dianalisa dalam skripsi ini berupa analisa kasus penghubung antara struktur atas dan struktur bawah yang dibuat tanpa pembuatan sampel secara nyata (tidak dilakukan eksperimen laboratorium). Peninjauan kasus dimulai dari menentukan sambungan antara kolom baja dengan baseplate dimana sambungan las yang dipilih, selanjutnya menetukan beban yang diterima kolom baja kemudian menetukan ukuran dan ketebalan dari baseplate.
21
3.2.
Prosedur Perencanaan
M
Gambar 3.1. Model Struktur Baeseplate (Pelat Dasar)
Langkah-langkah dalam merencanakan ukuran dan dimensi baseplate bertujuan untuk menganalisa kekuatan sambungan kolom baja yang menerima beban vertikal dan momen dengan pondasi beton. Untuk lebih jelas langkah-langkah prosedur perencanaan baseplate ditampilkan dalam diagram alir pada gambar 3.1. sebagai berikut :
22
Menentukan Beban Pu ; Mu
Menentukan Gaya tekan (f1,2)
Dimensi pelat (N x B)
Kontrol tegangan dasar Tidak memenuhi Memenuhi
Ketebalan pelat (tp) Tidak memenuhi Memenuhi
Kapasitas jangkar (T)
Panjang jangkar (L) Tidak memenuhi Memenuhi Gambar 3.2. Diagram Alir Perencanaan Baseplate Beban Vertikal dan momen
23
3.3.
Pengumpulan Data
Untuk mempermudah dalam analisa, diperlukan data-data pendukung dalam perencanaan baseplate ini. Data-data yang diperlukan yaitu beban vertikal (P) dan momen (M) yang diterima kolom. Ditentukan masing-masing sepuluh beban “P” dan sepuluh beban “M”, menggunakan bantuan program Microsoft Excel agar dapat mengetahui dan menyimpulkan bahwa parameter apa saja yang mempengaruhi dimensi dan ketebalan dari baseplate tersebut pada saat “P” konstan, “M” konstan atau hanya menerima beban “P” saja.
24
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1.
Analisis
Pada tahap ini, model struktur kolom diberi gaya-gaya vertikal dan momen. Gayagaya tersebut digunakan dalam perancangan baseplate serta untuk menarik kesimpulan bahwa parameter apa saja yang mempengaruhi perancangan baseplate saat menganalisa dimensi dan ketebalan dari baseplate.
4.2.
Kriteria Perencanaan
Spesifikasi model struktur dalam analisis ini sebagai berikut : a. Mutu baja BJ 36 Fy = 36 ksi = 248,22 Mpa
b. Mutu beton ( f `c ) f `c = 3 ksi = 20,69 Mpa
c. Kolom baja profil W 8 x 31
d. Las memakai E70 FEXX = 70 ksi
e. Tebal Las ditentukan = 5.2 mm = 0.197 in
25
4.3.
Perencanaan Baseplate
1. Perencanaan Las Untuk Menyambung Kolom Baja Dengan Baseplate Kapasitas geser las (Vn) Vn = Alas . Fexx
Ln Lb
Ln Lb Lb Ln
bf = 7.995 in
d = 8 in
Gambar 4.1.Pengelasan
Ln1 = bf – 2t = 7,995 – (2 x 0,197) = 7.601 in Ln2 = d – 2t = 8 – (2 x 0,197) = 7,606 in Ln3 = (½ bf – ½ tf ) – 2t = 3,855 – (2 x 0,197) = 3,461 in Alas = t . Ln = (2 x 0,197 x 7,601) + (2 x 0,197 x 7,606) + (4 x 0,197 x 3,461)
26
Alas = 8,72 in2
Vn = Alas . Fexx = 8,72 x 70 = 610,3 kip φVn= 0,75 x 610,3 = 457,7 kip
Kapasitas geser las harus lebih besar dari kapasitas geser yang terjadi, untuk menentukan kapasitas geser yang terjadi adalah sebagai berikut :
Vu = =
M + 1 / 2M h
M = 2800 kip.in
2800 + 1400 177,2
h = 177.2 in
= 23,7 kip
1 2
M = 1400 kip.in
Kontrol kapasitas geser antara kapasitas geser las dan kapasitas geser yang terjadi : φVn ≥ Vu 457,7 ≥ 23,7 kip ( memenuhi ) 2. Contoh Perencanaan Baseplate Dengan Beban Vertikal
Ditentukan bahwa kolom baja menerima beban vertikal sebesar 60 kip P
= 60
kip
= 27,24 Mpa Untuk menentukan luasan dari baseplate didasari dari beton pada bantalan yang menjadi tumpuan baseplate itu sendiri, maka : A1 =
P 1,7ϕ c f `c
27
=
60 1.7 x0.6 x3
= 19,6 in2 = 497,84 mm2 A1 = Luasan pelat Perhitungan dimensi pelat ( N x B )
∆ = 0,5 [( 0,95d ) – ( 0,8bf )] = 0,5 [( 0,95 x 8 ) – ( 0,8 x 7,995 ) ] = 0,602 in = 15,291 mm N =
A1 + ∆
= 19,6 + 0,602
= 5,03 in = 127,762 mm B = =
A1 N 19,6 5,03
= 3,9 in = 99,06 mm karena dimensi yang diperoleh tidak sesuai dari dimensi kolom, maka dimensi baseplate disesuaikan menjadi :
N = 18 in = 457,2 mm B = 18 in = 457,2 mm N = 18 in 45°
m
0.95d
B = 18 in
m
n
0.8 bf
n
Gambar 4.2. Bagian kritis pada Baseplate
28
Perhitungan ketebalan pelat ( tp ), ditentukan dari besarnya nilai (m) yang terlihat pada gambar 4.2. di atas, ketebalan pelat dihitung sebagai berikut :
tp = m
2.P 0.9 FyBN
= 5,802
2 x60 0,9 x36 x18 x18
= 0,62 in = 15,748 mm P
W 8 x 31
tp = 15,748 mm
N = 457,2 mm
Gambar 4.3. Tebal Baseplate
Tabel 4.1. Interaksi (P) dengan tebal pelat (tp)
NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Fy F`c Bf
= = =
Pu Kip 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Mu Kip-in 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
A1 2 In 19.61 22.88 26.14 29.41 32.68 35.95 39.22 42.48 45.75 49.02
36 3 7.995
ksi ksi in
B in 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18
N in 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18
n in 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
tp in 0.6203 0.6700 0.7163 0.7597 0.8008 0.8399 0.8773 0.9131 0.9476 0.9808
29
Diagram Interaksi P - tp 2
tp
tp 1
0 60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
P
Gambar 4.4.Diagram Interaksi P – tp
3. Contoh Perencanaan Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen Ditentukan bahwa kolom baja menerima beban vertikal dan momen sebagai berikut : P
= 60
kip
M
= 500 kip-in
= 27,24
Ton
= 5765,8
Ton-mm
Direncanakan pelat dengan dimensi 18 x 18 in ( 457,2 x 457,2 mm ) Perhitungan gaya tekan ijin ( Fp )
A
Fp = 0.85ϕ c f `c
A1
= 0,85 x0,6 x3 1 = 1,53ksi = 10,549 Mpa N = 18 in 45° n
0,8 bf bf = 7.995 in
n
B = 18 in
d = 8 in
m
0,95 d
m
Gambar 4.5. Bagian kritis pada Baseplate
30
Perhitungan panjang distribusi tegangan ( a ) f ` = (Fp.B.N`) / 2 = ( 10,549 x 457,2 x 384,704 ) / 2 = 961812,94 Mpa f p .B (P.a`+ M ) f `± f `2 −4 6 a= f p .B 3
10,549 x 457,2 961812,94 − 961812,94 2 − 4 (27,24 x170,23 + 5765,8) 6 = 120,24mm = 10,549 x 457,2 3
Perhitungan ketebalan pelat (tp)
P + ( P.e) 0.9 FyN
tp = n
e=
=
M P
5765,8 27,24
= 211,67 in
tp = 147,32
27,24 + (27,24 x 211,67) 0.9 x 248,22 x 457,2
= 35,09 mm
31
P
M
W 8 x 31 a` = 170,22 mm tp = 35,09 mm
Fp = 10,549 mm a
N` = 398,83 mm N = 457,2 mm
Gambar 4.6. Tebal Baseplate
Perhitungan kapasitas jangkar ( T )
(M + P.a `) T = −P α .N `
Gambar. 4.7. Desain Tambahan Untuk Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen
32
Dengan bantuan grafik di atas diperoleh α = 0.9, maka kapasitas angkur (T) :
(M + P.a`) T = −P α .N ` (500 + 60 x6,7022) T = − 60 0,9 x15,7022 T = 3,84 kip
Untuk menentukan panjang baut angkur (L) yang dibutuhkan, didasarkan pada luas permukaan pelat sebagai berikut :
Apsf=
Apsf=
L =
=
T 4.ϕ t . f `c
3,84 x1000 4 x0,75 x 3000
= 23,4in 2
A psf 3,14
23,4 3,14
= 2,7 in = 69,26 mm
P
M
W 8 x 31
tp = 35,09 mm T = 3.84 kip N` = 398,83 mm N = 457,2 mm
Gambar 4.8 Kapasitas Angkur
L = 69,26 mm
33
4.4.
Hasil Analisis Menggunakan Program Microsoft Excell
1. Analisis Sambungan Kolom Baja dan Pondasi Beton Saat Beban Momen Meningkat Dan Beban Axial Bernilai Konstan. A.
Data Desain : P
M
W 8 x 31
tp = 1.34 in L = 3 in
Fp = 1.53 ksi
T = 3.84 kip a
N` = 15.7022 in N = 18 in N = 18 in 45° n
0,8 bf bf = 7.995 in
n
B = 18 in
d = 8 in
m
0,95 d
m
Fy F`c d P B N N` a` α φt
= = = = = = = = = =
36 3 8 60 18 18 16 7 0.9 0.8
ksi ksi in kip in in in in
= = = = = = = =
248.22 20.69 203.20 27.24 457.20 457.20 398.83 170.23
Mpa Mpa mm Ton mm mm mm mm
34
B. Hasil Analisis Tabel 4.2. Interaksi Momen (M) Dengan Panjang Distribusi Tegangan (a) dan Ketebalan Pelat (tp) Mu
e
Fp
n
f`
a
tp
T
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ton-mm 5765.80 6918.96 8072.12 9225.28 10378.44 11531.60 12684.76 13837.92 14991.08
mm 211.67 254.00 296.33 338.67 381.00 423.33 465.67 508.00 550.33
Mpa 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55
mm 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32
Mpa 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94
mm 120.24 135.49 151.26 167.61 184.60 202.32 220.87 240.38 261.02
mm 35.09 38.42 41.49 44.34 47.02 49.56 51.97 54.28 56.49
kip 3.84 458.06 539.66 621.26 702.86 784.46 866.06 947.66 1029.26
10
16144.24 592.67 10.55 147.32 961812.94
283.00
58.62
1110.86 6760.48 1178.58
NO
Apsf
L
in2 mm 23.35 69.26 2787.65 756.81 3284.25 821.46 3780.86 881.38 4277.46 937.48 4774.06 990.41 5270.67 1040.64 5767.27 1088.56 6263.87 1134.46
Grafik Interaksi Mom en Dengan Ketebalan Baseplate & Panjang Distribusi Tegangan 300 250 200
a
( a & tp ) 150
tp
100 50 0 5766
6919
8072
9225
10378
11532
12685
13838
Mom en
Gambar 4.9.Diagram Interaksi M – a & tp
14991
16144
35
2. Analisis Sambungan Kolom Baja dan Pondasi Beton Saat Beban Axial Meningkat Dan Beban Momen Bernilai Konstan. A.
Data Desain : P
M
W 8 x 31
tp = 1.34 in L = 3 in
Fp = 1.53 ksi
T = 3.84 kip a
N` = 15.7022 in N = 18 in N = 18 in 45° n
0,8 bf bf = 7.995 in
n
B = 18 in
d = 8 in
m
0,95 d
m
Fy F`c d M B N N` a` a ft
= = = = = = = = = =
36 3 8 500 18 18 16 7 0.9 0.8
ksi ksi in kip in in in in
= 248.22 Mpa = 20.69 Mpa = 203.20 mm = 5765.80 Ton = 457.20 mm = 457.20 mm = 398.83 mm = 170.23 mm
36
B. Hasil Analisis Tabel 4.3. Interaksi Axial Dengan Panjang Distribusi Tegangan (a) dan Ketebalan Pelat (tp) P
e
Fp
n
f`
a
tp
T
Apsf
L
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ton 27.24 31.78 36.32 40.86 45.40 49.94 54.48 59.02 63.56
mm 211.67 181.43 158.75 141.11 127.00 115.45 105.83 97.69 90.71
Mpa 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55 10.55
mm 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32 147.32
Mpa 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94 961812.94
mm 120.24 130.41 140.80 151.43 162.32 173.49 184.96 196.76 208.92
mm 35.09 35.10 35.11 35.13 35.14 35.15 35.17 35.18 35.19
kip 3.84 1.42 6.68 11.94 17.19 22.45 27.71 32.97 38.22
in2 23.35 8.65 40.65 72.64 104.64 136.63 168.63 200.63 232.62
mm 69.26 42.16 91.39 122.17 146.63 167.55 186.14 203.03 218.62
10
68.10
84.67
10.55 147.32 961812.94
221.47
35.21
43.48
264.62 233.17
NO
Grafik Interaksi Axial Dengan Ketebalan Baseplate & Panjang Distribusi Tegangan
250 200
a
150 ( a & tp )
tp
100 50 0 27
32
36
41
45
50
54
59
Axial (P)
Gambar 4.10.Diagram Interaksi P – a & tp
64
68
37
4.5.
Pembahasan
Dari hasil analisis interaksi tabel di atas, dapat terlihat bahwa perubahan ketebalan dan dimensi baseplate lebih signifikan saat kolom baja menerima beban momen yang bertambah besar dan beban vertikal yang bernilai konstan.
38
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
Berdasarkan analisis dan pembahasan mengenai analisa sambungan kolom baja yang menerima beban vertikal dan momen dengan pondasi beton, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Saat beban vertikal bertambah dan beban momen bernilai konstan yang terjadi adalah, nilai panjang distribusi tegangan (a) tidak mengalami perubahan yang besar dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban vertikal yang bernilai konstan dan beban momen yang bertambah besar. 2. Saat beban vertikal bertambah dan beban momen bernilai konstan yang terjadi adalah, nilai tebal pelat (tp) tidak mengalami perubahan yang besar dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban vertikal yang bernilai konstan dan beban momen yang bertambah besar. 3. Saat beban momen bertambah dan beban vertikal bernilai konstan yang terjadi adalah, nilai panjang distribusi tegangan (a) mengalami perubahan yang besar dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban momen yang bernilai konstan dan beban vertikal yang bertambah besar. 4. Saat beban momen bertambah dan beban vertikal bernilai konstan yang terjadi adalah, nilai luas tegangan (tp) mengalami perubahan yang besar dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban momen yang bernilai konstan dan beban vertikal yang bertambah besar.
39
5.2.
Saran
Berdasarkan hasil analisa tentang sambungan kolom baja yang menerima beban vertikal dan momen dengan pondasi beton, saran yang perlu dikembangkan dalam analisa ini adalah : 1. Membutuhkan lebih banyak interaksi dalam penelitian ini. 2. Memerlukan uji laboratorium untuk membenarkan analisis ini.
40
DAFTAR PUSTAKA
C. Honeck William, Derek. 1999. Practical Desain and Detailing of Steel Column Base Plates. Forell Elsesser Engineers, inc . America C.MacCormac, Jack. 2001. Design Of Reinforced Concrete. Clemson University. Clemson Lui, E. M. 1999. Structural Steel Design. Syracuse University. Syracuse Suryoatmono Bambamg. 2005. Analisis Komponen Struktur Baja Dengan AISCLRFD Teori. Unpar. Bandung T. DeWolf, John. 2005. Design of Column Base Plate. America Institute Of Steel Construction, inc. America
