Modul 1 :
Bangunan Struktur Baja
Tujuan Umum: -
Mahasiswa memahami jenis baja dan tipe profil baja
-
Mahasiswa memahami jenis-jenis bangunan struktur baja
-
Mahasiswa memahami karakteristik bangunan struktur baja
-
Mahasiswa memahami keunggulan dan kelemahan bangunan struktur baja
Pendahuluan Baja tersedia dalam berbagai bentuk penampang yang sering dikenal dengan profil. Berdasarkan cara pembentukan penampang profil baja, dikenal 2 macam baja, yaitu Hot Rolled Sections dan Cold Rolled Sections. Baja tipe hot rolled section dibentuk (rolled) pada kondisi panas sedangkan baja tipe cold rolled section dibentuk pada kondisi dingin. Contoh bentuk profil baja dari masing-masing tipe baja ditunjukkan pada Gambar 1.1
Beam
Column
Channel
Angles
Channel sections
Zed sections
Tess
Bulb flat
Special sections Shell
Hollow sections
Rail
Compound sections
1
Gambar 1.1 Gambar 10.1 Rotasi sambungan balok-kolom kakuBentuk profil baja tipe Hot dan Cold Rolled Sections Baja telah digunakan sebagai bahan konstruksi pada berbagai infrastruktur bangunan, antara lain: bangunan gedung, jembatan, turap baja, dll. 1. Bangunan gedung struktur baja Bangunan gedung struktur baja dijumpai pada bangunan workshop, stadion, struktur kilang minyak lepas pantai, hotel, gudang, gedung perkantoran, dsb. Bangunan gedung struktur baja memiliki struktur rangka utama dari baja, yaitu kolom, balok, lantai, atap, dll. Dikenal dua sistem struktur rangka baja pada gedung, yaitu moment resisting frame dan braced frame. Dalam istilah indonesia dikenal dengan struktur portal bergoyang dan tak-bergoyang.
Centre Pompidou, Paris, France
Opera de la Bastille, Paris, France Gambar 1.2
2. Jembatan baja Dikenal berbagai tipe jembatan baja, yaitu: -
Jembatan Gelagar
2
Gambar 1.3
3
Gambar 1.4
4
-
Jembatan Rangka
Gambar 1.5 Jembatan Rangka
-
Gambar 1.6 Jembatan Rangka
5
-
Suspension Bridges
Gambar 1.7 Suspension Bridges -
Cable Stayed bridges
Gambar 1.8 Cable Stayed bridges 6
-
Jembatan Kantilever
Gambar 1.9 Jembatan Kantilever -
-
Gambar 1.10 Jembatan Kantilever 7
-
Jembatan Pelengkung
Gambar 1.11 Jembatan Pelengkung -
Turap baja
Gambar 1.12 Turap baja 8
3.
Instalasi pengeboran minyak lepas pantai
Gambar 1.13 Instalasi pengeboran minyak lepas pantai 4. Keunggulan dan kelemahan
Gambar 1.14 9
Modul 2 :
Karakteristik Baja
Tujuan Umum: -
Mahasiswa memahami perilaku tegangan regangan baja
-
Mahasiswa memahami pengaruh temperatur terhadap baja
-
Mahasiswa memahami tegangan sisa pada baja
-
Mahasiswa memahami korosi pada struktur baja Untuk memahami sifat-sifat baja struktural,kiranya perlu dipahami diagram tegangan-
regangan. Diagram ini menyajikan beberapa informasi penting tentang baja struktural dalam berbagai tegangan. 1. Perilaku tegangan regangan (uji tarik) baja Pengujian kuat tarik spesimen baja dapat dilakukan dengan universal testing machine (UTM). Adapun bentuk spesimen untuk uji tarik dapat dilihat pada Gambar 2.1. Dengan mesin itu spesimen ditarik dengan gaya yang berubah-ubah,dari nol diperbesar sedikit demi sedikit sampai spesimen putus. Pada saat spesimen ditarik, besar gaya atau tegangan dan perubahan panjang spesimen atau regangan dimonitor terus-menerus.
f
F
D B A
O
E C
Gambar 2.1 Diagram tegangan-regangan baja
10
2. Keuletan bahan Diagram tegangan-regangan normal tipikal yang disajikan pada Gambar 2.2. memperlihatkan hubungan antara tegangan dan regangan pada OA linier. Pada fase tersebut pening-katan tegangan proporssional dengan peningkatan regangan, sedang di atas A diagram sudah tidak lagi linier yang berarti bahwa peningkatan tegangan sudah tidak proporsional dengan peningkatan regangan. Oleh karena itu tegangan pada titik A disebut sebagai tegangan batas proporsional. (proporsional limit) atau batas sebanding, dan biasa diberi notasi fp. Pada daerah proporsional (OA) berlaku hukum Hooke yang dinyatakan dengan: f=E dengan : E = modulus elastisitas, f = tegangan dan = regangan Sedikit di atas titik A terdapat titik B dengan tegangan fe yang merupakan tegangan batas elastis bahan. Suatu spesimen yang dibebani
tarikan sedemikian sehingga tegangannya belum
melampaui fe, sekalipun mengalami perubahan panjang, tetapi panjang spesimen
itu akan
kembali seperti semula apabila beban dilepaskan. Apabila pembebanan telah dilakukan sehingga tegangan yang terjadi melampaui fe, maka pada saat beban dilepaskan panjang spesimen tidak dapat kembali sepenuhnya seperti panjang semula. Pada umumnya tegangan fp dan fe relatif cukup dekat, sehingga seringkali kedua tegangan tersebut dianggap sama. Regangan () pada saat spesimen baja putus dapat dikaitkan dengan sifat liat/ulet baja. Semakin tinggi regangan yang dicapai pada saat spesimen putus, maka keuletan baja itu juga semakin tinggi. Pada umunya regangan baja pada saat spesimen putus berkisar sekitar 150—200 kali regangan elastis e. Setelah titik B tegangan melampaui fe, dan baja mulai leleh. Tegangan yang terjadi pada titik B disebut sebagai tegangan leleh baja l. Pada saat leleh ini baja masih mempunyai tegangan, berarti baja masih mampu memberikan reaksi atau perlawanan terhadap gaya tarik yang bekerja. Seperti terlihat pada Gambar 2.2. kurva bagian leleh ini mula-mula mendekati datar, berarti tidak ada tambahan tegangan sekalipun regangan bertambah terus. Hal ini menunjukkan bahwa hukum Hooke sudah tidak berlaku lagi setelah fase leleh dicapai. Bagian kurva yang datar ini berakhir pada saat mulai terjadi pengerasan regangan (strain hardening).di titik C, tegangan naik lagi sehingga dicapai kuat tarik (tensile strength) di titik D. Setelah itu kurva turun dan spesimen mengalami retak (fracture) di titik E.
11
Diagram tegangan-regangan seperti terlihat pada Gambar 2.2, dibuat berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian spesimen, dengan anggapan luas tampang spesimen tidak mengalami perubahan selama pembebanan. Menurut hukum Hooke, suatu batang yang dibebani tarikan secara uniaksial, luas tampangnya akan mengecil. Sebelum titik C, perubahan luas tampang itu kurang signifikan, sehingga pengaruhnya dapat diabaikan, tetapi setelah sampai pada fase pengerasan regangan, tampang mengalami penyempitan yang cukup berarti. Kalau penyempitan itu diperhitungkan, akan diperoleh kurva dengan garis putus-putus (Gambar 2.1). Tinggi tegangan pada titik-titik A, B, C, D, dan E tersebut di atas dipengaruhi oleh jenis baja. Jika diperhatikan Gambar 2.2, maka terlihat bahwa bagian kurva untuk berbagai kualitas baja pada fase proporsional terletak pada satu garis lurus. Hal ini memperlihatkan bahwa elastisitas baja (E) tidak dipengaruhi oleh tinggi tegangan leleh. Dengan memperhatikan regangan baja sebelum putus dapat diketahui apakah baja mempunyai sifat ulet (daktail) atau sebaliknya. Dari Gambar 2.2 terlihat bahwa baja yang mempunyai kuat tarik tinggi pada umumnya regangan batasnya rendah atau getas, sedang baja yang kuat tariknya rendah mempunyai regangan batas yang tinggi sehingga dapat dinyatakan daktail. Pada umumnya E baja berkisar antara 190 – 210 Gpa.
f
Gambar 2.2 Diagram tegangan-regangan tipikal berbagai baja struktural 12
Berdasarkan tinggi tegangan leleh, ASTM membagi baja dalam empat kelompok sebagai berikut: a. Carbon steels (baja karbon) dengan tegangan leleh 210—280 Mpa. b. High-strength low-alloy steels (baja paduan rendah berkekuatantinggi) dengan tegangan leleh 280 – 490 Mpa. c. Heat treated carbon and high-strength low alloy steels (baja paduan rendah dengan perlakuan karbon panas) mempunyai tegangan leleh 322 – 700 Mpa. d. Heat-treated constructional alloy steels (baja struktural paduan rendah dengan perlakuan panas) dengan tegangan leleh 630 – 700 Mpa.
Tabel 2.1 Tegangan leleh pada berbagai jenis baja Jenis Baja
Tegangan putus
Tegangan leleh
Peregangan
minimum, fu
minimum, f y
minimum
(MPa)
(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
3. Perilaku temperatur tinggi Perilaku baja struktural pada pembebanan secara singkat dengan temperatur tinggi serupa dengan perilaku baja pada temperatur ruangan, tetapi bentuk diagram tegangan-regangan dan nilai-nilainya berubah menjadi lebih rendah. Pada temperatur di atas 93o C, diagram teganganregangan menjadi non linier. Jika temperatur naik lagi antara 430o—540o C, maka penurunan tegangan leleh maksimal.
13
Gambar 2.3 Diagram Kuat tarik dan tegangan leleh baja pada berbagai temperatur
Gambar 2.4 Diagram tegangan-regangan baja SM58 pada temperatur tinggi
14
Gambar 2.5 Diagram Modulus elastisitas baja pada berbagai temperatur
Gambar 2.6 Sketsa kurva creep 4. Pekerjaan dingin dan pengerasan tegangan Dalam fabrikasi elemen struktur, berbagai macam bentuk profil seringkali dibuat dari pelat datar yang dilekukkan secara dingin pada temperatur ruang. Pelaksanaan semacam ini akan menyebabkan perubahan bentuk inelastis yang menimbulkan regangan sisa (residual strain) dan disertai dengan tegangan sisa (residual stress). Untuk memberi gambaran umum pengaruh perubahan bentuk secara dingin, ditinjau suatu spesimen yang dibebani dengan tarikan sampai terjadi perubahan bentuk plastis. Pembebanan ini 15
dilakukan secara berulang-ulang. Tampak pada Gambar 2.7 bahwa setiap beban dilepas, selalu ada regangan sisa, sehingga setelah pembebanan dilakukan beberapa kali dicapai regangan batas bahan yang apabila spesimen dibebani lagi, spesimen akan putus. Mengingat hal itu, maka dapat dipahami banwa sifat batang struktur yang dibentuk secara dingin cukup rumit.
Gambar 2.7 Pengaruh pengerasan regangan
5. Kekuatan Letih (fatique) Dalam praktek sering dijumpai batang-batang struktur yang dibebani secara berulangulang sehingga suatu saat tegangan yang terjadi positif dan tinggi, sedang saat lain tegangannya rendah atau nol, atau bahkan sampai negatif. Pembebanan secara berulang-ulang semacam ini dapat mengakibatkan batang struktur putus sekalipun tegangan yang terjadi masih jauh dari tegangan leleh. Putusnya batang karena tegangan berulang-ulang ini disebabkan oleh kelelahan (fatigue). Pengujian kelelahan bahan di laboratorium dapat dilakukan dengan batang baja yang dilenturkan dan diputar terhadap sumbunya.
16
Gambar 2.8 Sketsa Mesin putar spesimen
Gambar 2.9 Diagram tegangan leleh-N putar spesimen
17
Gambar 2.10 Diagram tegangan leleh-N tarik spesimen
6. Resistensi korosi dan baja lapuk Jika pada permukaan baja gilas terdapat air yang mengandung oksigen, maka akan terjadi reaksi yang mengubah bijih besi yang mempunyai potensi korosi rendah menjadi ferro hidroksida yang larut dalam air. Larutan ini bercampur dengan oksigen yang ada di dalam air menghasilkan ferri hidroksida (karat). Reaksi ini terulang seiring dengan perkembangan korosi. Keadaan lingkungan dengan kombinasi air dan oksigen yang berubah-ubah, mempengaruhi kecepatan dan perkembangan korosi. Jika tidak terdapat oksigen dan air, maka proses korosi tidak akan berjalan. Mengingat korosi dapat menimbulkan kerugian yang besar, maka upaya harus dilakukan untuk mencegah proses korosi pada elemen-elemen struktur. Banyak riset telah dilakukan untuk hal tersebut, beberapa metoda pencegahan korosi telah dikembangkan untuk mengengatasi permasalahan korosi. a.
Metoda pencegahan korosi primair.
Biasanya metoda ini cukup mahal, yaitu dengan cara menambahkan elemen logam tertentu untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, sebagai contoh stainless steel dan weathering steel.
18
b.
Metoda pencegahan korosi sekunder,
Pencegahan korosi sekunder dapat dilakukan dengan cara: (1)
Coating, dilakukan untuk mengisolasi permukaan baja terhadap air yang mengandung
oksigen. Hal ini dapat dilakukan dengan beberapa cara. Perlindungan sementara dapat dilakukan dengan minyak atau paslin. Cara lain adalah dengan pengecatan yang perlu dilakukan secara periodik. Perlindungan yang lebih permanen dapat dilakukan dengan lapisan logam lain, seperti zink, timah, atau tembaga, dengan cara disepuh Perlindungan terhadap korosi ini juga dapat dilakukan dengan cara lining dengan karet, plastik, atau porselin. (2)
Electric protection , dilakukan jika pencegahan korosi sangat diperlukan mengingat
elemen struktur itu tidak dapat direparasi, sebagai contoh adalah tiang pancang. Dalam hal ini pencegahan dapat dilakukan dengan perlindungan katodik (cathodic protection). Dua pertiga wilayah Indonesia terdiri atas lautan, mempunyai iklim tropis dengan kelembaban yang relatif tinggi, sehingga lingkungan ini sangat korosif. Lingkungan yang sangat korosif ini akan semakin agresif jika terdapat senyawa-senyawa polutan yang berasal dari industri seperti belerang dioksida, chlorida, sulfat, debu, dan lain sebagainya. Senyawa-senyawa tersebut akan mempercepat laju korosi logam di udara, termasuk laju korosi komponen bangunan yang terbuat dari baja atau metal. Berikut ini akan diuraikan beberapa faktor yang ikut berperan pada proses korosi. c. Tegangan Sisa Tegangan sisa (residual stress) adalah tegangan yang tertinggal pada batang struktur setelah proses fabrikasi. Hal ini dapat dijelaskan oleh (i) pendinginan setelah penggilasn profil, (ii) pengerjaan secara dingin, (iii) pelubangan atau pemotongan, dan (iv) pengelasan. Tegangan sisa yang perlu diperhatikan adalah akibat pendinginan dan pengelasan. Tegangan sisa positif biasanya berada pada pertemuan plat, sedang tegangan tekan terdapat pada bagian yang jauh dari pertemuan plat itu. Beberapa contoh bentuk distribusi tegangan sisa pada tampang profil WF dapat dilihat pada Gambar 2.11. Sesuai dengan persyaratan kesetim-bangan maka resultan gaya dan momen yang terdapat pada tampang profil adalah nol.
19
Dalam analisis tampang secara plastis maka tegangan sisa tidak berpengaruh pada kekuatan elemen struktur, baik pada batang tarik, batang tekan yang pendek (stocky culmns), maupun batang lentur. Pada elemen struktur tekan tegangan sisa ini dapat mengakibatkan premature buckling, sekalipun demikian penelitian Morisco (1986) memperlihatkan bahwa tegangan sisa yang terdistribusi linier, dengan tegangan sisa ekstrim 30 persen dari tegangan leleh, hanya menimbulkan penurunan kapasitas batang tekan dari profil WF, antara 0 sampai 4 persen. Dalam analisis tampang secara plastis maka tegangan sisa tidak berpengaruh pada kekuatan elemen struktur, baik pada batang tarik, batang tekan yang pendek (stocky culmns), maupun batang lentur. Pada elemen struktur tekan tegangan sisa ini dapat mengakibatkan premature buckling, sekalipun demikian penelitian Morisco (1986) memperlihatkan bahwa tegangan sisa yang terdistribusi linier, dengan tegangan sisa ekstrim 30 persen dari tegangan leleh, hanya menimbulkan penurunan kapasitas batang tekan dari profil WF, antara 0 sampai 4 persen. Bentuk Profil
Distribusi Tegangan Pada sayap
Distribusi Tegangan Pada badan
W 8x67
W 4x13
W 8x31
W 12x65
W 14x426
Gambar 2.11 Beberapa contoh distribusi tegangan sisa pada profil WF 20
d. Retakan getas akibat efek temperatur, efek tegangan multiaksial, efek ketebalan, efek pembebanan dinamik Setelah temperatur diturunkan dengan tiba-tiba, maka peningkatan akan terjadi pada tegangan leleh, kuat tarik, modulus elestisitas, dan tegangan lelah. Sebaliknya keuletan baja yang diukur dari penyempitan tampang ataupun dari pertambahan panjang, turun akibat penurunan temperatur. Lebih lanjut pada suatu temperatur tertentu yang relatif rendah, baja struktural mungkin saja mengalami retak dengan sedikit atau tanpa perubahan bentuk plastis. Keretakan yang terjadi karena tegangan tarik yang lebih rendah dari tegangan leleh, biasanya disebut dengan keretakan getas. Keretakan getas (brittle fracture) umumnya terjadi pada baja struktural jika terdapat kombinasi hal-hal yang merugikan dari tegangan tarik, antara lain laju regangan pengaruh temperatur dan perubahan tampang secara mendadak. Perubahan bentuk plastis hanya dapat terjadi jika terdapat tegangan geser. Tegangan geser selalu terjadi pada pembebanan secara uniaksial atau biaksial, tetapi dalam tegangan triaksial dengan ketiga tegangan sama besar tegangan geser menjadi nol. Oleh karena itu tegangan tarik triaksial cenderung mengakibatkan keretakan getas, dan harus dihindari. Tegangan triaksial dapat terjadi pada pembebanan uniaksial jika terdapat penyempitan tampang atau perubahan bentuk tampang secara mendadak. Keretakan getas dapat juga terjadi akibat pengerjaan secara dingin ataupun penuaan regangan. Pembentukan secara dingin pengaruhnya dapat dikurangi dengan memilih jari-jari pembentukan sedemikian sehingga regangan yang timbul terbatas. Jika terdapat tegangan tarik sisa misalnya akibat pengelasan, maka tegangan sisa ini dapat mengakibatkan tegangan yang jauh lebih besar dari tegangan akibat pembebanan. Keretakan dapat terjadi jika tegangan sisa ini cukup tinggi. Untuk mengurangi pengaruh tegangan sisa, pada baja struktural dapat dikenakan perlakuan panas (heat treatment).
21
Modul 3 :
Konsep perencanaan struktur baja
Tujuan Umum: -
Mahasiswa memahami stabilitas struktur baja
-
Mahasiswa memahami Kekuatan ultimit dan kekuatan nominal baja
-
Mahasiswa memahami Perancangan kekuatan baja
-
Mahasiswa memahami Konsep ASD dan LRFD
-
Mahasiswa memahami pembebanan struktur baja
1. Stabilitas struktur Tujuan dasar perencanaan struktur adalah menghasilkan struktur yang dapat dipergunakan sesuai tujuan pembangunan secara aman, nyaman, ekonomis baik dalam pembuatan maupun perawatan. Berbagai aturan perencanaan dibuat sebagai pentunjuk bagi perencanaan agar dapat memenuhi tujuan dasar tersebut. Perencanaan kuno lebih didasarkan pada empiris, sangat dipengaruhi pengalaman-pengalaman sebelumnya. Apabila pengalaman sebelumnya menunjukkan bahwa ukuran-ukuran suatu struktur terlalu kecil sehingga bangunan roboh, maka pada perencanaan berikutnya ukuran komponen struktur diperbesar, sebaliknya apabila penggunaan ukuran batang struktur dapat menghasilkan bangunan yang kokoh, maka perencanaan berikutnya cenderung dicoba ukuran yang lebih kecil agar diperoleh bangunan yang lebih ekonomis. 2. Kekuatan ultimit dan kekuatan nominal Teori elastis adalah teori yang pertama dipakai untuk perencanaan berdasarkan metoda hitungan. Teori itu cukup lama dipakai dalam perencanaan struktur, bahkan sampai saat ini teori tersebut masih banyak digunakan, sedang teori baru yang didasarkan pada kuat batas (teori ultimit) secara berangsur-angsur menggantikannya Prosedur perencanaan dengan kuat batas menuntut perencanaan untuk mempertimbangkan berbagai kondisi yang dapat ditetapkan sebagai kegagalan sesuai dengan kriteria kuat batas. Dalam hal ini kegagalan dapat dibedakan dalam dua hal. Kegagalan jenis pertama terjadi karena struktur kurang mampu menahan beban yang bekerja, sehingga terjadi keruntuhan. Kegagalan ini sangat erat berkaitan dengan keselamatan, dan ditandai dengan terjadinya putus, retak, lekukan, lengkungan, keruntuhan, atau ketidak stabilan elemen struktur. Dalam hal 22
tertentu, perlu juga dipertimbangkan kemungkinan kegagalan retak akibat kelelahan (fatigue) atau retak karena bahan mempunyai sifat getas (brittle). Oleh karena itu dalam perencanaan harus diperhitungkan berbagai beban yang mungkin akan bekerja pada bangunan yang akan dibuat. Kegagalan kedua terjadi karena struktur kurang mampu-layan, sehingga tidak dapat difungsikan sesuai tujuan pembuatan. Suatu struktur yang kuat belum tentu mempunyai sifat mampu-layan. Deformasi, lendutan, serta getaran yang berlebihan dapat merusakkan komponen bangunan lain. Lendutan yang besar pada jembatan akan mengurangi kenyamanan penumpang kendaraan yang lewat, menimbulkan kekhawatiran, menimbulkan gaya pusingan yang memperberat beban. Selain itu lendutan yang berlebihan juga akan mengurangi keindahan bangunan. Sekalipun banyak kasus yang perlu dipertimbangkan di dalam perencanaan, dalam banyak hal perencanaan cukup dilakukan berdasarkan kekuatan dan stabilitas, setelah itu baru dilakukan pengecekan untuk meyakini bahwa lendutan tidak melampaui batas. Dalam praktek, pengujian laboratorium tentang sifat mekanis bahan, seperti kuat tarik dan tegangan leleh baja dari sejumlah sampel, hasilnya sangat bervariasi, sehingga kekuatan struktur yang dihasilkan tentunya juga demikian. Selain itu, beban yang bekerja pada struktur yang dirancang juga bervariasi. Dengan demikian perencanaan struktur menghadapi permasalahan kuantitas yang tidak pasti, baik tentang kekuatan maupun besarnya beban. Perhitungan harus dilakukan untuk meyakinkan bahwa pengaruh beban benar-benar tidak akan melampaui batas kekuatan struktur, sehingga tidak terjadi keruntuhan. Pendekatan ini yang disajikan secara skematis pada Gambar 3.1. memperlihatkan secara hipotetis kurva distribusi frekuensi pengaruh beban serta kekuatan elemen struktur. Kedua kurva saling berpotongan, menunjukkan bahwa pada daerah terarsir pengaruh beban lebih besar dari kekuatan elemen struktur, sehingga struktur akan mengalami kegagalan. Kemungkinan kegagalan tersebut memang ada, namun suatu resiko yang secara statistik dapat dipertanggung jawabkan harus diambil, kalau tidak ingin suatu pemborosan.
23
Gambar 3.1 Probabilitas daya tahan dan efek beban
Prosedur perencanaan dengan kuat batas dapat diringkas sebagai berikut:
Tetapkan batas-batas yang perlu dicek berkaitan dengan perilaku struktur.
Pada setiap batas, tetapkan langkah-langkah tepat yang perlu dipertimbangkan.
Menggunakan model struktur yang tepat untuk perencanaan, dengan memper-hitungkan variasi berbagai parameter, seperti perilaku bahan dan data geometri, periksa bahwa tidak ada satupun batas yang terlampaui. 3. Perancangan kekuatan baja Variabel beban/aksi adalah hanya salah satu aspek ketidak pastian yang berkaitan dengan perilaku struktur. Satu aspek lain yang juga penting adalah variabel bahan struktur yang berkaitan dengan kuat rancang. Untuk baja struktural, kuat rancang seringkali diperhitungkan berdasarkan tegangan leleh atau tegangan batas. Kuat rancang ini didefinisikan sebagai kuat karakteristik dibagi dengan suatu faktor aman parsial tertentu. Perilaku bahan yang lain adalah modulus elastis (E), modulus geser (G), angka Poison ( ), serta koefiseien muai () akibat perubahan temperatur. 4. Konsep ASD dan LRFD ASD (Allowable Stress Design AISC-USA) merupakan konsep perancangan baja awal yang hingga sekarang masih banyak diaplikasikan. Konsep Allowable Strength Design (ASD) adalah: The nominal strength is divided by a safety factor and the resulting allowable strength is then required to equal or exceed the required strength determined by structural analysis for the appropriate ASD load combination specified by the applicable building code. Dalam ASD beban 24
diperhitungkan adalah beban kerja (working load). Gaya-gaya dalam yang terjadi pada elemen dihitung dan dibandingkan dengan tegangan ijin bahan (allowable stress). Konsep ASD sebelum tahun 2005. Konsep ASD lama mengacu pada perencanaan elastis, yaitu memastikan semua tegangan yang terjadi () di bawah tegangan ijin ( ). Adapun yang dimaksud dengan tegangan ijin adalah tegangan leleh dibagi dengan safety faktor. Sehingga berlaku:
, di mana
l Fs
, Fs adalah angka aman (safety factor)
AISC-ASD Code terakhir adalah tahun 1989, setelah itu tidak ada publikasi Code terbaru. Code yang keluar berikutnya tahun 2005 adalah AISC-LRFD singkatan dari Load and Resistance Factor Design. Konsep LRFD adalah: The nominal strength is multiplied by a resistance factor, and the resulting design strength is then required to equal or exceed the required strength determined by structural analysis for the appropriate LRFD load combination specified by the applicable building code. Syarat kekuatan struktur adalah :
Pu Pn Mu Mn Vu Vn Pu, Mu dan Vu adalah gaya-gaya akibat beban terfaktor pada kombinasi pembebanan, dan Pn, Mn dan Vn adalah gaya-gaya nominal hasil perhitungan daya dukung dari profil baja terpilih ASD dan LRFD sebenarnya sama-sama memakai konsep perencanaan yang sama menggunakan nominal strength hanya beda soal resistance factor, safety factor dan tentunya juga load combination yang dipakai. Meskipun ketiga faktor tersebut berbeda, tetapi keduanya telah dikalibrasi agar mempunyai tingkat keamanan yang sama terhadap suatu kondisi pembebanan yang tertentu. Dengan memperhitungkan kondisi inelastis maka perilaku keruntuhan struktur dapat dideteksi terlebih dahulu, apakah perilakunya daktail atau tidak. Kondisi tersebut sangat penting untuk mengantisipasi adanya beban tak terduga, yang mungkin saja bisa terjadi, contoh yang umum adalah beban gempa, blasting (ledakan) dan sebagainya.
25
5. Model struktur Model struktur baja untuk bangunan gedung berbentuk struktur portal penahan momen (moment resisting frame), portal dengan sistem pengaku (braced frame), portal gabungan (dengan dinding geser). Untuk struktur jembatan dapat berupa jembatan sistem gelagar sederhana, gelagar menerus, struktur rangka, struktur kabel, dsb. Sedangkan pada struktur turap berupa sistem kantilever dengan profil khusus turap yang memiliki kekakuan lateral yang tinggi. Contoh-contoh model struktur untuk bangunan gedung ditunjukkan pada Gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.2 Struktur portal baja gedung bertingkat
26
Gambar 3.3 Sistem rangka portal baja
6. Beban Beban pada struktur dapat berupa gaya atau deformasi sebagai pengaruh temperatur atau penurunan. Beban dapat dibedakan sebgai beban langsung dan tidak langsung, dapat bersifat permanen seperti berat sendiri struktur serta perlengkapan tetap, dan beban tidak tetap, seperti pengaruh angin, gempa, salju, tumbukan, ledakan, dan sebagainya. 27
Beban Berdasarkan SNI 2002 Perencanaan suatu struktur untuk keadaan-keadaan stabil batas, kekuatan batas, dan kemampuan-layan batas harus memperhitungkan pengaruh-pengaruh dari aksi sebagai akibat dari beban-beban berikut ini: beban hidup dan mati seperti disyaratkan pada SNI 03-1727-1989 atau penggantinya; untuk perencanaan keran (alat pengangkat), semua beban yang relevan yang disyaratkan pada SNI 03-1727-1989, atau penggantinya; untuk perencanaan pelataran tetap, lorong pejalan kaki, tangga, semua beban yang relevan yang disyaratkan pada SNI 03-1727-1989, atau penggantinya; untuk perencanaan lift, semua beban yang relevan yang disyaratkan pada SNI 03-1727-1989, atau penggantinya;
pembebanan gempa sesuai dengan SNI 03-1726-1989, atau penggantinya;
beban-beban khusus lainnya, sesuai dengan kebutuhan.
Kombinasi Pembebanan Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan di bawah ini: 1,4D 1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H) 1,2D + 1,6 (La atau H) + ( L L atau 0,8W) 1,2D + 1,3 W + 1,2D 1,0E +
L L
L + 0,5 (La atau H) L
0,9D (1,3W atau 1,0E)
Keterangan: D
adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, 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 28
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 ditentukan menurut SNI 03–1726–1989, atau penggantinya dengan,
L = 0,5 bila L < 5 kPa, dan L = 1 bila L 5 kPa. Aksi-aksi lainnya Setiap aksi yang dapat mempengaruhi kestabilan, kekuatan, dan kemampuan-layan struktur, termasuk yang disebutkan di bawah ini, harus diperhitungkan: gerakan-gerakan pondasi; perubahan temperatur; deformasi aksial akibat ketaksesuaian ukuran; pengaruh-pengaruh dinamis; pembebanan pelaksanaan. Jika ada pengaruh struktural akibat beban yang ditimbulkan oleh fluida (F), tanah (S), genangan air (P), dan/atau temperatur (T) harus ditinjau dalam kombinasi pembebanan di atas dengan menggunakan faktor beban: 1,3F, 1,6S, 1,2P, dan 1,2T,sehingga menghasilkan kombinasi pembebanan yang paling berbahaya. Gaya-gaya horisontal minimum yang perlu diperhitungkan Pada struktur bangunan berlantai banyak harus dianggap bekerja gaya-gaya horisontal fiktif masing-masing sebesar 0,002 kali beban vertikal yang bekerja pada setiap lantai. Gaya-gaya horisontal fiktif ini harus dianggap bekerja bersama-sama hanya dengan beban mati dan beban hidup rencana dari SNI 03-1727-1989, atau penggantinya dan dibandingkan dengan Persamaan 2-5 dan 2-6 untuk keadaan-keadaan kekuatan batas dan kemam-puan-layan batas. Gaya-gaya horisontal fiktif ini tidak boleh dimasukkan untuk keadaan kestabilan batas. 7. Keadaan kekuatan batas Komponen struktur beserta sambungannya harus direncanakan untuk keadaan kekuatan batas sebagai berikut: 29
beban-beban dan aksi-aksi harus ditentukan sesuai dengan Butir 2.6.1 dan 2.6.3 dan bebanbeban keadaan kekuatan batas harus ditentukan sesuai dengan Butir 2.6.2; pengaruh-pengaruh aksi trfaktor (Ru) sebagai akibat dari beban-beban keadaan batas harus ditentukan dengan analisis sesuai Butir 7; kuat rencana (Rn) harus ditentukan dari kuat nominal (Rn), dikalikan dengan faktor reduksi () yang tercantum pada Tabel 2-2; semua komponen struktur dan sambugan harus direncanakan sedemikian rupa sehingga kuat rencana (Rn) tidak kurang dari pengaruh aksi terfaktor (Ru), yaitu: Ru < Rn. 8. Keadaan kemampuan-layan batas Sistem struktur dan komponen struktur harus direncanakan untuk mempunyai kemampuan-layan batas dengan mengendalikan atau membatasi lendutan dan getaran Kemampuan layan batas ini juga berlaku untuk setiap baut. Di samping itu untuk bangunan baja diperlukan perlindungan terhadap korosi secukupnya. Kesemuanya itu harus sesuai dengan persyaratan yang relevan pada. Batas-batas lendutan Batas-batas lendutan untuk keadaan kemampuan-layan batas harus sesuai dengan struktur, fungsi penggunaan, sifat pembebanan, serta elemen-elemen yang didukung oleh struktur tersebut. Batas lendutan maksimum diberikan dalam Tabel 3.1. Tabel 3.1 Batas lendutan maksimum1. Komponen struktur dengan beban tidak Beban tetap
Beban
terfaktor
sementara
Balok pemikul dinding atau finishing
L/360
-
Balok biasa
L/240
-
Kolom dengan analisis orde pertama saja
h/500
h/200
Kolom dengan analisis orde kedua
h/300
h/200
yang getas
30
Getaran balok-balok Balok-balok yang mendukung lantai atau mesin-mesin harus diperiksa untuk meyakinkan bahwa getaran yang diakibatkan oleh mesin-mesin atau lalu-lintas kendaraan atau pejalan kaki tidak berakibat buruk terhadap kemampuan-layan struktur. Dalam hal ada kemungkinan bahwa suatu bangunan harus menerima getaran yang diakibatkan misalnya oleh gaya-gaya angin atau mesin-mesin, harus diambil tindakan untuk mencegah ketidaknyamanan atau perasaan tidak aman, kerusakan terhadap struktur, atau gangguan terhadap fungsi asalnya. Keadaan kemampuan-layan batas baut Pada suatu sambungan yang harus menghindari terjadinya slip pada taraf beban rencana, maka alat-alat sambung harus dipilih sesuai dengan sambungan tipe friksi dengan baut mutu tinggi atau las. Perlindungan terhadap korosi Dalam hal pekerjaan baja pada suatu bangunan harus menghadapi lingkungan yang korosif, pekerjaan baja tersebut harus diberi perlindungan terhadap korosi. Tingkat perlindungan yang digunakan harus ditentukan berdasarkan pertimbangan atas fungsi bangunan, pemeliharaan, dan kondisi iklim/cuaca serta kondisi setempat lainnya. Keadaan kekuatan dan kemampuan-layan batas dengan percobaan beban Dengan tidak mengabaikan berbagai persyaratan, keadaan kekuatan batas, keadaan kemampuan layan batas suatu bangunan atau suatu komponen struktur atau sambungan dapat direncanakan untuk keadaan kekuatan batas atau kemampuan-layan batas atau kedua-duanya, dengan percobaan beban sesuai ketentuan. Bila prosedur alternatif ini yang diambil, persyaratanpersyaratan yang relevan tetap berlaku. Kebakaran Bangunan, komponen-komponen struktur, dan sambungan-sambungannya harus direncanakan sesuai dengan Butir 14 (SNI-2002).
31
Gempa Dalam hal gempa menjadi suatu pertimbangan perencanaan , seperti yang ditentukan pada SNI 03-1726-1989, atau penggantinya, bangunan dan komponen-komponen strukturnya harus direncanakan sesuai dengan Butir 15 (SNI-2002). Persyaratan perencanaan lainnya Persyaratan-persyaratan selain yang dinyatakan pada SNI-2002 Pasal 6.2.3, seperti perbedaan penurunan, keruntuhan bertahap, dan semua persyaratan kinerja khusus, harus dipertimbangkan bila relevan dan, bila dianggap perlu, harus diperhitungkan dalam perencanaan struktur sesuai dengan prinsip-prinsip standar ini dan prinsip-prinsip rekayasa yang baku. Tabel 3.2 Faktor reduksi () untuk keadaan kekuatan batas. Kuat rencana untuk
Komponen struktur yang memikul lentur: balok balok pelat berdinding penuh pelat badan yang memikul geser pelat badan pada tumpuan pengaku Komponen struktur yang memikul gaya tekan aksial: kuat penampang kuat komponen struktur Komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial: terhadap kuat tarik leleh terhadap kuat tarik fraktur Komponen struktur yang memikul aksiaksi kombinasi: kuat lentur atau geser kuat tarik kuat tekan Komponen struktur komposit: kuat tekan kuat tumpu beton kuat lentur dengan distribusi tegangan plastik kuat lentur dengan distribusi tegangan elastik
Butir SNI-2002 terkait
Faktor reduksi
8.1, 8.2 & 8.3 8.4 8.8 & 8.9 8.10 8.11, 8.12, & 8.13
0,90 0,90 0,90 0,90 0,90
9.1 & 9.2 9.1 & 9.3
0,85 0,85
10.1 & 10.2 10.1 & 10.2
0,90 0,75
11.3 & 11.4 11.3 & 11.4 11.3 & 11.4
0,90 0,90 0,85
12.3 12.3.4 12.4.2.1 & 12.4.2.3 12.4.2.1 & 12.4.3
0,85 0,60 0,85 0,90
32
Kuat rencana untuk
Sambungan baut: baut yang memikul geser baut yang memikul tarik baut yang memikul kombinasi geser dan tarik lapis yang memikul tumpu Sambungan las: las tumpul penetrasi penuh las sudut dan las tumpul penetrasi sebagian las pengisi
Butir SNI-2002 terkait
Faktor reduksi
13.2.2.1 13.2.2.2
0,75 0,75
13.2.2.3 13.2.2.4
0,75 0,75
13.5.2.7 13.5.3.10 13.5.4
0,90 0,75 0,75
33
Modul 4 dan Modul 5 : Batang tarik Tujuan Umum: -
Memahami dasar perancangan struktur rangka batang
-
Memahami konsep dasar perancangan batang tarik
-
Memahami cara perancangan batang tarik
1. Batang Tarik Pendahuluan Struktur tarik adalah bagian dari struktur bangunan yang menerima beban normal tarik secara aksial. Batang tarik terdapat pada bagian bangunan : Struktur utama : -
Jembatan rangka
-
Jembatan gantung
-
Rangka kuda-kuda atap
-
Rangka menara
Struktur sekunder : -
Ikatan angin atap/jembatan
-
Ikatan rem pada jembatan
-
Ikatan penggantung gording
2. Profil baja yang sering digunakan untuk batang tarik Batang bulat
Siku bertolak
Siku
Plat strip
kanal
belakang
Penampang W Penampang S (sayap lebar) (standar Amerika)
Kanal ganda
Siku ganda
Kanal tersusun
Penampang boks (tersusun)
Gambar 4.1 Profil baja untuk batang tarik 34
3. Kuat tarik rencana Batang tarik adalah batang yang mendukung gaya diakibatkan oleh bekerjanya gaya tarik aksial pada ujung-ujung batang. Tahanan nominal komponen struktur tarik dapat ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu : –
Leleh penampang pada daerah yang jauh dari sambungan
–
Fraktur pada penampang efektif pada lubang-lubang baut di sambungan
–
Keruntuhan blok geser pada lubang-lubang baut di sambungan fy
fy
fy
T2 > T1
T2 > T1 T1
T2
y
y
y fy
T3 > T2
T3 > T2
y Gambar 4.2 Kapasitas tarik ditinjau dari kapasitas pada kondisi leleh dan pada kondisi perlemahan akibat adanya sambungan. Berdasarkan SNI 03-1729-2002 dalam perancangan komponen struktur kuat tarik rencana batang ϕNn harus lebih besar atau sama dengan gaya tarik aksial terfaktor Nu:
Nu Nn
4.1
ϕNn nilai terendah di antara dua perhitungan menggunakan harga-harga ϕ dan ϕNn di bawah ini:
= 0.9
N n Ag f y
4.2 35
dan
= 0.75
N n Ae f u
4.3
dengan: Ag
adalah luas penampang bruto, mm2
Ae
adalah luas penampang efektif, mm2
fy
adalah tegangan leleh, MPa
fu
adalah tegangan tarik putus, MPa
4. Penampang efektif Berdasarkan SNI 03-1729-2002 akibat adanya sambungan, batang tarik mengalami pengurangan luas. Akibat pengurangan luasan, luas batang yang bekerja memikul gaya disebut sebagai luas penampang efektif yang besarnya ditentukan berdasarkan jenis sambungannya. Luas penampang efektif komponen struktur yang mengalami gaya tarik ditentukan sebagai berikut: Ae = AU dengan:
4.4
A
= luas penampang profil baja, mm2
U
= faktor reduksi = 1 - (x / L) ≤ 0.9, x adalah eksentrisitas sambungan,
jarak tegak lurus arah gaya tarik, antara titik berat penampang komponen yang disambung dengan bidang sambungan, mm a.
Kasus gaya tarik hanya disalurkan oleh baut 1) A = Ant
adalah luas penampang netto terkecil antara potongan 1-3 dan potongan 1-2-3 Potongan 1-3:
Ant Ag - n d t
2 Potongan 1-2-3: Ant Ag - n d t + s t 4u
4.5 4.6
36
Keterangan Ag
: luas penampang bruto, mm2
t
: tebal penampang, mm
d
: diameter lubang, mm
n
: banyaknya lubang dalam garis potongan
s
: jarak antara sumbu lubang pada arah sejajar
sumbu
komponen
struktur, mm u
: jarak antara sumbu lubang pada arah tegak lurus sumbu
komponen
struktur
tebal = t
1
u
Nu
2
Nu
u 3
s
Gambar 4.3 Pemotongan luas netto pada perlubangan profil
(SNI-03-1729-2002)
2) Dalam suatu potongan jumlah luas lubang tidak boleh kurang 15% luas penampang
utuh.
b.
Kasus gaya tarik disalurkan oleh las memanjang Bila gaya tarik hanya disalurkan oleh pengelasan memanjang ke komponen struktur yang bukan pelat, atau oleh kombinasi pengelasan memanjang dan melintang: A Ag
c.
: luas penampang bruto komponen struktur, mm2.
Kasus gaya tarik disalurkan oleh las melintang Bila gaya tarik hanya disalurkan oleh pengelasan melintang: A adalah
jumlah luas penampang netto yang dihubungkan secara langsung dan U
sebesar 1.0 37
d.
Kasus gaya tarik disalurkan oleh las sepanjang dua sisi Bila gaya tarik disalurkan ke sebuah komponen struktur pelat dengan pengelasan sepanjang kedua sisi pada ujung pelat, dengan l > w: A
: luas pelat, mm2 untuk 2w > l > 1.5w U = 0.87
4.7
untuk 1.5w > l > w
4.8
U = 0.75
Keterangan l
: panjang pengelasan, mm
w
: lebar pelat (jarak antar sumbu pengelasan), mm
5. Batas Kelangsingan Batas kelangsingan
yang dianjurkan dalam
peraturan ditentukan
berdasarkan
pengalaman, engineering judgement, dan kondisi-kondisi praktis untuk : – Menghindari kesulitan handling dan meminimalkan kerusakan dalam fabrikasi, transportasi dan tahap konstruksi – Menghindari kendor (sag yang berlebih) akibat berat sendiri batang – Menghindari getaran Batas kelangsingan, , ditentukan sebagai berikut : max ≤ 240 ; untuk struktur utama max ≤ 300 ; untuk struktur sekunder
Dimana : angka kelangsingan : = L/r L = panjang batang tarik r = jari-jari girasi = √(I/A) Batas kelangsingan untuk batang bulat : L/D ≤ 500 ; D = diameter batang
38
Langkah-langkah dalam perencanaan batang tarik sebagai berikut: : MULAI
Nu
Baut:
Profil :
d, n, l, x, s, g
hg, fy, fu, t, rmin, L Tidak
Batang Primer
Kc .L ≤ 300 rmin
Tidak
Ya
Kc .L ≤ 240 rmin
Tidak Ya
2
hn = hg - n.d + (s /2.g) An = hn . t U
= 1- (x/l) ≤ 0,9
Ae = An . U φ.Nn = 0,9.Ag.fy atau φ.Nn = 0,75.Ae.fu Tidak
Nu ≤ φ.Nn Ya Profil Dipakai
SELESAI
Gambar 4.4 Flow chart perencanaan batang tarik 39
Contoh hitungan batang tarik: Gaya tarik
= 2665,39 N
Lebar profil (b)
= 60 mm
Tebal profil(t)
= 6 mm
Tinggi total profil (hg)
= 114 mm
rmin
= 11,7 mm
Luas (Ag)
= 691 mm2
Panjang batang (L)
= 1087,30167 mm
fy
= 245 Mpa
fu
= 370 Mpa
E
= 200000 Mpa
Diameter baut
= 12,7 mm
Langkah perhitungan : a. Menentukan faktor kelangsingan:
L.K c < 300 rmin
1087,30167x1 92,9 300 , Oke 11,7
b. Menghitung besarnya nilai Nu: Nn = Ag . fy Nn = 691 x 245 Nn = 169295 N Nu = φ x Nn
= 0,9 x 169295
Nu = 152365,5 N Nn = Ae . fu Nn = An . U . fu An = hn . t = (114 - (12,7 + 2)) x 6 An = 602,8 mm2 40
U = 1
x , karena berada pada titik berat profil maka x diambil =0,9 (syarat l minimum)
U = 0,9 Nn = 602,8 x 0,9 x 370 Nn = 223036 N Nu = φ x Nn Nu = 0,75 x 223036 Nu = 150549,3 N Digunakan nilai Nu = 150549,3 N c. Cek kekuatan Nu ≤ φ Nn 2665,39 < 150549,3 → Syarat kekuatan terpenuhi.
d. Cek terhadap luas bersih Luas netto > 85% luas profil (114 - (12,7 +2)) x tebal > 85% x 691 595,8 > 587,35 → Syarat luas terpenuhi.
41
Modul 6 dan Modul 7:
Batang Tekan
Tujuan Umum: -
Memahami dasar perancangan struktur rangka batang
-
Memahami pengaruh kelangsingan terhadap stabilitas batang
-
Memahami konsep dasar perancangan batang tekan
-
Memahami cara perancangan batang tekan tunggal
-
Memahami cara perancangan batang tekan tersusun
1. Batang Tekan Batang tekan adalah batang struktur yang mengalami gaya aksial tekan. Keadaan yang sebenanya di konstruksi, batang yang mengalami gaya aksial tekan juga mengalami momen lentur, gaya lintang, dan torsi. Beberapa contoh profil untuk batang tekan disajikan pada Gambar 6.1
Gambar 6.1 Profil untuk batang tekan Pada struktur truss yang berpengaruh besar hanya gaya aksial tekan sehingga perancangan batang
tekan hanya memperhitungkan gaya aksial tekan saja.
Mode
batang tekan tidak hanya disebabkan oleh kelelehan bahan tetapi juga disebabkan oleh sepeti pada 42
Gambar 6.2
fcr
daerah leleh daerah inelastik ) (fcr=fy)
fy
daerah elastik ) (fcr=fy)
λc 0
0.25
1.25
Gambar 6.2 Kurva hubungan λc dan fy batang tekan (SNI 03-1729-2002) Akibat adanya tekuk, dalam perancangan batang tekan harus memperhitungan faktor tekuk. Faktor tekuk memiliki keterkaitan dengan besarnya kelangsingan batang. Berdasarkan SNI 03-1729-2002 suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor N u , harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: a.
Nu n N n 43
Keterangan
n : faktor reduksi kekuatan batang tekan, n = 0.85 Nn : kuat tekan nominal komponen struktur
b. Syarat kelangsingan struktur tekan. Kelangsingan komponen struktur tekan 200 .
c. Batang tersusun Batang tekan sering dibuat sebagai batang tersusun yang dimana batang-batang utama dihubungkan dengan pelat kopel atau batang diagonal. Beberapa konfigurasi batang tekan tersusun disajikan pada Gambar 6.3. Komponen struktur tersusun dari beberapa elemen yang disatukan pada seluruh panjangnya boleh dihitung sebagai komponen struktur tunggal. Pada komponen struktur tersusun yang terdiri dari beberapa elemen yang dihubungkan pada tempattempat tertentu, kekuatannya harus dihitung terhadap sumbu bahan dan sumbu bebas bahan. Sumbu bahan adalah sumbu yang memotong semua elemen komponen struktur itu; sedangkan, sumbu bebas bahan adalah sumbu yang sama sekali tidak, atau hanya memotong sebagian dari elemen komponen struktur itu. y
y
l
y
l
l a
x x
x
x
x
x
l
y x
x l
y
y
l
l
l
y
a m=2
a m=2
a m=2
m=2
(a)
(b)
(c)
(d)
y
y
l
l x
x
x
x
44 a y m=3 (e)
a
l
a
a y m=4 (f)
a
l
Gambar 6.3 Batang tekan tersusun
Sumbu bahan adalah sumbu yang memotong semua elemen komponen struktur (Gambar 6.3) xx
adalah sumbu bahan,
yy
adalah sumbu bebas bahan,
l l
adalah sumbu minimum dari elemen komponen struktur, adalah pelat kopel.
Kelangsingan pada arah tegak lurus sumbu xx dihitung dengan persamaan:
x
Lkx rx
Keterangan: Lkx
adalah panjang tekuk komponen struktur tersusun pada arah tegak lurus sumbu xx, dengan memperhatikan pengekang lateral yang ada, dan kondisi jepitan ujung-ujung komponen struktur, mm
rx
adalah jari-jari girasi komponen struktur tersusun terhadap sumbu x x, mm Untuk batang tekan dengan profil tersusun dengan penghubung pelat kopel dan batang
diagonal harus memenui persyaratan
x 1.2l
iy 1.2l , dan
l 50 , dengan
Lk rmin
x
Lk rx 45
y
Lk ry
l
Ll rmin
iy y 2
m 2 l 2
Lk adalah panjang tekuk batang tekan Lk kL dengan k adalah faktor tekuk batang tekan yang nilainya berdasarkan Tabel 6.1, m adalah jumlah profil tersusun dan rmin, rx, ry masing-masing adalah jari-jari girasi minimum, jari-jari girasi sumbu x dan y.
Tabel 6.1 Faktor tekuk batang tekan (SNI-03-1729-2002)
Y
l
l
Y 46
X
X m=2
l
l
Gambar 6.4 Penampang profil tunggal dan profil tersusun (SNI-03-1729-2002) Nilai Nn a.
Untuk batang tekan profil tunggal kuat tekan batang adalah Nn
b.
Ag f y
Untuk batang tekan profil tersusun nilai kuat tekan nominal diambil nilai terkecil dari
Nn
Ag f y
Nn
Ag f y
x iy
dengan
c 0.25 1 0.25 c 1.2
1.43 1.6 0.67c
c 1.2 1.25c 2
c
Lk r
fy E
2. Pelat Kopel Untuk batang yang mengalami gaya yang besar perancangan profil tersusun dapat diterapkan karena memiliki luasan dan momen inersia yang lebih besar. Pelat kopel berfungsi untuk menyatukan profil-profil yang disusun menjadi kesatuan, sehingga batang mampu 47
memikul beban. Pada kondisi terpasang dalam struktur pelat kopel bekerja menahan gaya geser dan momen lentur. Berdasarkan SNI-03-1729-2002 dalam perancangan pelat kopel harus memenuhi persamaan :
Ip a
10
I1 L1
Dan juga harus memenuhi persamaan
w 1.1
kn E fy
dengan
w
h tw
kn 5
5
a / h
Keterangan Ip
: momen inersia pelat kopel
a
: jarak antara pusat luasan profil
I1
: momoen inersia minimum profil
L1
: jarak antar pelat kopel
t
: tebal pelat kopel
h
: tinggi pelat kopel
48
Gambar 6.5 Profil tersusun dihubungkan dengan pelat kopel (SNI-03-1729-2002)
Agar komponen struktur stabil maka nilai
ix dan iy pada persamaan harus memenuhi:
iy 50
ix 50
ix 1.2l iy 1.2l
Pada komponen struktur tersusun yang tidak mempunyai sumbu bahan, harus dianggap bekerja gaya lintang pada kedua arah sumbu penampangnya:
Dxu 0.02 Nu Dyu 0.02 Nu
Kuat geser pelat kopel ditentukan dengan Vn 0.6 f y Aw
Sehingga rasio gaya geser yang bekerja dengan kuat geser yang telah dikalikan faktor reduksi ϕ = 0.9 harus kurang dari satu 49
Vu 1 Vn 3. Batang Diagonal Batang tekan tersusun sering dibuat dengan penghubung batang utama dengan batang diagonal sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.6. Terdapat beberapa orientasi pemasangan batang diagonal.
Gambar 6.6 Batang tersusun dengan penghubung batang diagonal 50
Syarat kelangsingan adalah iy y 2
m 2 l 2
Kelangsingan λl dihitung dengan:
l
AL3d zAd Ll a
l
2 atau
AL3d zAd Ll a 2
Aa 2 Ah Ll
4. Langkah-langkah perencanaan batang tekan digambarkan pada Gambar 6.7. MULAI
Nu
L, rmin, E, fy, Ag, kc
Tidak
λ= kc .L ≤ 200
rmin
Ya c
fy . E
λc ≤ 0,25
Tidak
0,25 < λc < 1,2
Ya ω=1
Ya
1,43 1,6 0,67.c
φ.Nn = 0,85.Ag.(fy/ω)
Tidak
Tidak
ω = 1,25.λc
2
51
Gambar 6.7 Flow Chart Perencanaan Batang Tekan
1.
Contoh hitungan perencanaan batang tekan profil tunggal:
Diketahui: Gaya tekan
= 839,28 N
Lebar profil (b)
= 60 mm
Tebal profil (t)
= 6 mm
Tinggi total profil (hg)
= 114 mm
rmin
= 11,7 mm
Luas (Ag)
= 691 mm2
Panjang batang (L)
= 1087,30167 mm
fy
= 245 Mpa
fu
= 370 Mpa
E
= 200000 Mpa
Diameter baut
= 12,7 mm
52
Langkah perhitungan : a. Menentukan faktor kelangsingan:
L.K c < 200 rmin
1087,30167x1 92,9 200, Oke 11,7
b. Menghitung nilai λc dan ω:
fy c . E
c
92,9 245 . 2.105
λc = 1,035, karena nilak λc berada diantara 0,25 dan 1,2 , maka besarnya ω dihitung dengan rumus berikut :
1,43 1,43 1,6 0,67.c 1,6 0,67 x1,035
ω = 1,6 c. Cek kekuatan Nu ≤ φ Nn 839,28 N < 0,85 x Nn 0,85 x Nn = 0,85 x Ag . 0,85 x 2.
fy
691x245 = 91203,209 > 839,28 N, Syarat kekuatan terpenuhi. 1,6
Contoh hitungan batang tersusun dengan plat kopel Sebuah kolom dengan ujung-ujung berupa sendi memiliki panjang 5 m. Kolom
mendukung beban sentris 450 KN. Kolom tersebut dirancang dengan dua buah profil kanal yang dirangkai dengan plat kopel. Baja yang digunakan mutu BJ 37 dengan fy = 240 MPa. Tentukan ukuran profil kanal yang memenuhi syarat.
280 mm
Y
X
180 mm
53
Gambar 6.8
Penyelesaian: Pada kasus ini ukuran profil yang akan digunakan ditentukan secara coba-coba. Meskipun demikian untuk awal penentuan dapat dilakukan pendekatan dengan cara menghitung kebutuhan luas penampang profil yang didasarkan pada tegangan leleh baja, A Nu / f y . Luas A selanjutnya dibagi 2 (profil dobel) yang dicari profil dengan luas penampang > A/2.
Dicoba ukuran profil C18 Data (dari tabel) A = 2800 mm2 h = 180 mm b = 70 mm e = 19,2 mm Ix = 1350.104 mm4 Iy = 114.104 mm4 ix = 69,5 mm iy = 20,2 mm Penampang tersusun Ix = 2.1350.104 = 2700.104 mm4 Atotal = 2.2800 = 5600 mm2 Perhitungan tekuk arah sumbu x – x : 54
ix
Ix 2700.104 = 69,5 mm A total 5600
x
Lkx 5000 71,9424 ix 69,5
c
ix f y 71,9424 240 0,7932 E 200000
Nilai c terletak antara 0,25 < c < 1,2 sehingga nilai ix
ix
1,43 1,6 0,67c
1,43 = 1,3383 1,6 0,67.0,7932
Nn
Ag . f y 5600.240 1.004.243,773 N = 1004,243 KN > 450 KN ..... Ok ix 1,3383
Perhitungan tekuk arah sumbu y – y: Iy = 2.114.104 + 2.2800 (140/2 + 19,2)2 = 46837184 mm4 iy
y
Iy 46837184 91,45372 Atotal 5600
Lky 5000 54,6725 i y 91,45372
Dirancang iy = x
iy y 2
m 2 x 2 l
54,67252
m 2 71,9424, nilai m = 2 maka dapat diperoleh, 2 l
l = 46,6614 ≤ 50 l
Ll L 46,6614 l , diperoleh Ll = 944,580 mm imin 20,2 55
Jumlah plat kopel = 50000/944,580 + 1 = 6,2933 buah Dibulatkan menjadi 7 buah plat kopel Jarak antar plat kopel = 5000/7 = 714,2857 mm l
l
714,2857 35,3607 < 50 ……. OK 20,2
Syarat: ix > 1,2 l
iy > 1,2 l l < 50 Dibandingkan kembali nilai iy dan x
x = 71,9424 iy 54,67252 35,36072 65,1111 Diperoleh nilai iy < x maka yang menentukan adalah arah sumbu x - x.
3.
Contoh hitungan perencanaan batang tersusun dirangkai batang diagonal Sebuah kolom panjang 7,5 m dirancang sebagai batang tersusun dari 4 profil siku 110 x
110 x 10 mm. Batang perangkai dengan menggunakan batang diagonal dari plat ukuran 60x8mm2. Baja mutu BJ 37 dengan fy 240 MPa dan E = 200 GPa. Tentukan gaya aksial tekan yang dapat didukung oleh kolom tersebut.
y l y
x
l
a
2 x
250 mm
m=2
l m=2
x
a y
l
x
x
x l
y a m* = 2
l y
y m* = 2
m* = 2 (c)
(b)
300(a) mm
m=2
l
l y
56
y m=2
m=2 x
x
a
l x
Gambar 6.9 Penyelesaian: Batang tersusun tidak memiliki sumbu bahan. Berdasarkan tabel profil diperoleh data profil siku 110x110x10 mm sebagai berikut: iy
= iy = 33,6 mm
Ix = Iy = 239.104 mm4
i
= 21,6 mm
A = 2120 mm2
i
= 42,3 mm
ex = ey = 30,7 mm
Perhitungan nilai Inersia profil tersusun yang tidak memiliki sumbu bahan: Atotal = 4.2120 mm2 = 8480 mm2 Ix = 4.239.104 + 4.2120.(125 – 30,7)2 = 84,9683.106 mm4 Iy = 4.239.104 + 4.2120.(150 – 30,7)2 = 130,2515.106 mm4
ix
Ix 84,9683.106 100,0092mm A total 8480
Iy 130,2515.106 iy 123,9348mm A total 8480
Tekuk tegak lurus terhadap sumbu x – x adalah; 57
ix x 2 x
m 2 untuk soal ini nilai m = 4 2 l
Lkx 75000 74,9257 i x 100,0092
Nilai l diambil berdasar rumus :
A.Ld3 l , untuk soal ini nilai z = 2 zAd .Ll .a 2 Ld 1252 (300 2.30,7)2 269,3603mm ax = (250 – 2.30,7) = 188,600 mm
luas batang diagonal (Ad) = 60.8 =480 mm2
l
8480.269,36033 13,8421mm 2.480.250.188,6002
Luas batang tersusun = 2120 mm2
4 ix 74,2572 13,84212 76,7939 2
ix > 1,2 l
Syarat
76,7939 > 16,6105 memenuhi...! Tekuk tegak lurus terhadap sumbu y – y adalah sbb:
iy y 2
y
m 2 l 2
Lky 75000 60,5157 i y 123,9348
Ld 1252 (250 2.30,7)2 226,2630mm
58
ay = (300 – 2.30,7) = 238,600 mm
8480.226,36303 8,4291 2.480.250.238.6002
l
4 iy 60,51572 8,42912 61,6786 2 Syarat iy > 1,2 l 61,6786 > 10,1149 memenuhi syarat...! Diperoleh ix > iy sehingga ix menentukan. c
Lky ry
fy karena Lky/ry adalah y sudah terhitung sebagai iy maka persamaan dapat ditulis E
sebagai:
c
iy f y . Pada kasus ini tekuk arah x – x lebih menentukan sehingga nilai ix yang lebih E
menentukan, maka c
c
ix f y E
76,7939 240 = 0,8464 200000
Nilai c terletak antara 0,25 < c < 1,2 sehingga nilai ix
ix
1,43 1,6 0,67c
1,43 = 1,3844 1,6 0,67.0,8464
sehingga kemampuan dukung tekan batang tersusun dihitung sbb:
Nn
Ag . f y 8480.240 1.470.026 N = 1470,026 KN ix 1,3844
Nu = Nn → dengan = 0,85 (untuk komponen tekan), diperoleh Nu = 0,85.1470,026 KN = 1249,522 KN Jadi, kemampuan dukung ultimit batang tekan tersusun terhadap beban tekan sentris adalah sebesar 1249,522 KN. 59
Selanjutnya perlu dihitung persyaratan adanya syarat kuat perlu untuk batang diagonal yang mendukung gaya sebesar
Su
Du (pada kasus ini n = 2). Gaya ini selanjutnya digunakan nSin
untuk ceking stabilitas batang diagonal, terutama stabilitas terhadap gaya tekan. Panjang batang diagonal dihitung guna menentukan kelangsingan. Dari kelangsingan dapat ditentukan . Selanjutnya kuat dukung batang diagonal (Nud) dapat dihitung dan diperbandingkan dengan Su. Syarat Nud > Su. Pada soal ini, besarnya Du tidak diketahui sehingga persyaratan stabilitas batang diagonal tidak dapat dihitung.
60
Modul 8 :
Batang Tekan Berdasarkan AISC LRFD dan SNI 2002
1. Batang Tekan Batang tekan adalah batang struktur yang mengalami gaya aksial tekan. Keadaan sebenanya di konstruksi, batang yang mengalami gaya aksial tekan juga mengalami lentur, gaya lintang, dan torsi. Pada struktur truss yang berpengaruh besar hanya gaya tekan sehingga perancangan batang tekan hanya memperhitungkan gaya aksial tekan Mode kelelehan batang tekan tidak hanya disebabkan oleh kelelehan bahan tetapi juga . disebabkan oleh tekukan sepeti pada fcr
daerah leleh daerah inelastik ) (fcr=fy)
fy
daerah elastik ) (fcr=fy)
λc 0.25
0
1.25
Gambar 8.1 Kurva kelelehan batang tekan (SNI 03-1729-2002) Akibat adanya tekuk, dalam perancangan batang tekan harus memperhitungan faktor tekuk. Faktor tekuk memiliki keterkaitan dengan besarnya kelangsingan batang. Berdasarkan SNI 03-1729-2002 suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor N u , harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: a.
Nu n N n Keterangan
n
: faktor reduksi kekuatan batang tekan, n = 0.85
Nn
: kuat tekan nominal komponen struktur
61
b. Syarat kelangsingan struktur tekan. Kelangsingan komponen struktur tekan 200 .
Untuk batang tekan dengan profil tersusun dengan penghubung pelat kopel harus memenui persyaratan
x 1.2l iy 1.2l
dan
l 50 dengan
Lk rmin
x y
l
8.1
Lk rx
8.2
Lk ry
8.3
Ll rmin
8.4
iy y 2
m 2 l 2
8.5
Lk adalah panjang tekuk batang tekan Lk kL dengan k adalah faktor tekuk batang tekan yang nilainya berdasarkan Tabel 8.1, m adalah jumlah profil tersusun dan rmin, rx, ry masingmasing adalah jari-jari girasi minimum, jari-jari girasi sumbu x dan y.
62
Tabel 8.1 Faktor tekuk batang tekan (SNI-03-1729-2002)
Gambar 8.2 Penampang profil tunggal dan profil tersusun (SNI-03-1729-2002)
63
Nilai Nn Untuk batang tekan profil tunggal kuat tekan batang adalah Nn
Ag f y
8.6
Untuk batang tekan profil tersusun nilai kuat tekan nominal diambil nilai terkecil dari
Nn
Ag f y
Nn
Ag f y
x iy
dengan
c 0.25 1 0.25 c 1.2
1.43 1.6 0.67c
c 1.2 1.25c 2
c
Lk r
8.7
fy E
8.8
64
Modul 9 :
Sambungan Baut I
1. Penjelasan Umum Struktur baja tersusun dari batang-batang yang dibuat secara fabrikasi ataupun di bengkel dengan panjang tertentu. Pelaksanaan konstruksi struktur baja berupa perakitan batang-batang baja yang sudah ditentukan dimensinya. Berbeda dengan struktur beton, dimana pelaksanaannya berupa perakitan tulangan dan pengecoran beton ditempat. Sehingga terdapat perbedaan pada kedua tipe struktur tersebut. Struktur beton bersifat monolit antar elemen struktur sehingga tidak perlu komponen sambungan, sedangkan struktur baja memerlukan komponen sambungan. Berikut adalah beberapa hal yang menyebabkan diperlukannya sambungan; a. Batang kurang panjang Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa struktur baja terbatas dengan panjang batang baja yang dapat disediakan. b. Untuk meneruskan gaya dari elemen satu ke elemen lain Struktur gelagar jembatan baja memiliki komponen berupa gelagar melintang yang mendukung beban dari pelat lantai jembatan selanjutnya beban diteruskan ke gelagar memanjang untuk disalurkan ke tumpuan. Antara gelagar melintang dan memanjang diperlukan komponen sambungan. c. Sambungan struktur truss Struktur truss terdiri dari batang-batang baja yang disusun memenuhi kaidah kesetabilan struktur untuk mendukung gaya-gaya aksial murni. Join-join dari struktur truss merupakan sambungan yang mampu mendukung beban dari batang-batang struktur. d. Sambungan sebagai sendi Tumpuan struktur jembatan baja biasanya berupa sendi dan rol. Untuk membuat kondisi yang diidealisasikan sebagai sendi dan rol terlaksana di lapangan sambungan dapat memberikan perilaku tersebut.
65
e. Sambungan untuk membentuk batang tersusun Batang komponen struktur truss yang mengalami gaya aksial tidak begitu besar namun tekuknya besar, perlu dibuat dengan batang tersusun. Batang tersusun terdiri atas dua batang atau lebih yang disatukan untuk menghasilkan momen inersia yang besar. Untuk menyatukan batang tersusun dipelukan sambungan. f. Terdapat perubahan tampang Pada struktur rafter, ujung balok yang menumpu kolom mengalami momen negatif yang besar. Untuk menghemat kebutuhan baja, biasanya dimensi batang dipertebal pada bagian yang mengalami momen negatif tersebut. Penebalan dilakukan dengan menyambungkan batang yang sama dengan batang yang dipertebal dipotong secara diagonal.
Sampai saat ini sambungan yang banyak ditemui pada struktur baja berupa sambungan las, baut, dan paku keling. 2. Konsep Perancangan Sambungan a. Kegagalan sambungan merupakan kegagalan struktur dalam memikul beban b. Gaya yang bekerja tergantung dari pemodelan yang diidealisasikan;
Jepit
Sendi
Rol
3. Klasifikasi Sambungan a. Sambungan kaku Sambungan memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen struktur yang disambung. Deformasi titik kumpul harus sedemikian rupa sehingga tidak terlalu berpengaruh terhadap distribusi gaya maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur
66
Gambar 9.1 Sambungan kaku b. Sambungan semi kaku Sambungan tidak memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen struktur yang disambung, namun mampu memberi kekangan yang dapat diukur terhadap perubahan sudut. Pada sambungan semi kaku, perhitungan kekakuan, penyebaran gaya, dan deformasinya harus menggunakan analisis mekanika yang hasilnya didukung oleh percobaan eksperimental
Gambar 9.2 Sambungan semi kaku
c. Sambungan sendi Sambungan pada kedua ujung komponen yang disambung tidak ada momen. Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang 67
diperlukan pada sambungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur terhadap komponen struktur yang disambung. Detail sambungan harus mempunyai kemampuan rotasi yang cukup. Sambungan harus dapat memikul gaya reaksi yang bekerja pada eksentrisitas yang sesuai dengan detail sambungannya.
Gambar 9.3 Sambungan sendi 4. Kuat Rencana Sambungan Baut Pada struktur truss sambungan baut bekerja menyalurkan gaya aksial pada batang ke pelat buhul. Baut dipasang di lubang yang disediakan secara tegak lurus terhadap pelat buhul dan batang. Jumlah baut dalam sambungan minimal ada 2 buah. Pada kondisi layan baut mengalami gaya geser sedangkan lubang profil dan pelat buhul mengalami gaya desak. Dalam perancangan sambungan baut harus dilakukan analisis terhadap kuat geser dan kuat tumpu. Berdasarkan
persyaratan
SNI 03-1729-2002
suatu
baut
memikul
beban
terfaktor, Ru.
Ru Rn Rn nr1 fu b Ab Keterangan ϕ : faktor reduksi kekuatan Rn : Kapasitas geser nominal baut r1 = 0,5 untuk koefisien baut tanpa ulir pada bidang geser r2 = 0,4 untuk koefisien baut ulir pada bidang geser f ub : kuat tarik baut (MPa) Ab : luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir n
: jumlah baut 68
Kapasitas tumpu baut dirumuskan Rn 2,4d b t p f u b Keterangan fu : kuat tarik baut (MPa)
db : diameter baut pada daerah tak berulir tp : tebal pelat fu : kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat 5. Sambungan Batang Aksial Murni Sambungan ini banyak dijumpai pada struktur truss. Gaya aksial yang bekerja pada batang diteruskan oleh sistem sambungan untuk didistribusikan ke batang lain melalui titik buhul. Kekuatan sambungan ditentukan oleh kapasitas geser dan tumpu dari masing-masing baut. Ilustrasi mekanisme sambungan batang aksial murni disajikan pada Gambar 9.4.
mb Ru Tu T Ru u mb Dengan:
mb
= jumlah baut
Ru
= Beban terfaktor tiap baut
Tu
= Gaya aksial terfaktor
Gambar 9.4 Sambungan batang aksial murni 6. Pengurangan Luas Penampang Batang Tarik Akibat Sambungan Baut Berdasarkan SNI 03-1729-2002 akibat adanya sambungan, batang tarik mengalami pengurangan luas. Akibat pengurangan luasan, luas batang yang bekerja memikul gaya disebut sebagai luas penampang efektif yang besarnya ditentukan
69
berdasarkan jenis sambungannya. Luas penampang efektif komponen struktur yang mengalami gaya tarik ditentukan sebagai berikut: Ae = AU dengan: A = luas penampang profil baja, mm2 U = faktor reduksi = 1 - (x / L) ≤ 0,9, x adalah eksentrisitas sambungan, jarak tegak lurus arah gaya tarik, antara titik berat penampang komponen yang disambung dengan bidang sambungan, mm Kasus gaya tarik hanya disalurkan oleh baut A = Ant adalah luas penampang netto terkecil antara potongan 1-3 dan potongan 1-2-3 Potongan 1-3: Potongan 1-2-3:
Ant Ag - n d t 2 Ant Ag - n d t + s t 4u
Keterangan Ag : luas penampang bruto, mm2 t
: tebal penampang, mm
d
: diameter lubang, mm
n
: banyaknya lubang dalam garis potongan
s
: jarak antara sumbu lubang pada arah sejajar
sumbu
komponen struktur, mm u
: jarak antara sumbu lubang pada arah tegak lurus sumbu komponen struktur
Gambar 9.5 Pemotongan luas netto pada perlubangan profil
(SNI-03-1729-2002) 70
Dalam suatu potongan jumlah luas lubang tidak boleh kurang 15% luas penampang utuh. 7. Tata Letak Baut a. Jarak antar baut Jarak antar baut (s) lebih besar dari tiga kali diameter baut (db), dan lebih kecil dari lima belas kali tebal pelat paling tipis (tp) dan kurang dari 200 mm. 3db < s < 15tp dan 200 mm b. Jarak tepi baut Jarak minimum baut terhadap tepi sambungan (s1) ditentukan seperti pada Tabel 9.1 Tabel 9.1 Tepi dipotong dengan tangan 1,75 db
Tepi dipotong dengan mesin 1,50 db
Tepi profil bukan hasil potongan 1,25 db
Dengan db adalah diameter baut yang tak berulir Jarak maksimum baut maksimum untuk arah sejajar gaya aksial kurang dari empat kali tebal pelat tertipis mm dalam sambungan ditambah 100 dan kurang dari 200 mm. Sedangkan untuk arah tegak lurus gaya harus lebih kecil dari dua belas kali tebal pelat tertipis dalam sambungan dan kurang dari 150 mm. 1,5db < s1 < (4tp+100) dan 200 mm 1,5db < s2 < 12tp dan 150 mm
S = jarak antara baut S1= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang terbebani S2= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang tidak terbebani Gambar 9.6 Jarak antar baut 71
c. Bagan Alir Perancangan Sambungan Baut
Baca profil terpilih dari keluaran d,t,fu Input Beban Ultimit, Ru Input properties baut; db, fub
Jumlah baut minimal 2 (mb= 2)
mb= mb+1
Hitung jumlah baut berdasarkan kuat rencana baut diambil terkecil dari
Rn mb n r1 f u b Ab
Rn mb 2.4d b t p f u
TIDAK
Rn Ru YA Selesai
Gambar 9.7 Bagan alir perancangan sambungan yang mengalami gaya aksial
72
Modul 10 :
Sambungan II
1. Penjelasan Umum Struktur baja tersusun dari batang-batang yang dibuat secara fabrikasi ataupun di bengkel dengan panjang tertentu. Pelaksanaan konstruksi struktur baja berupa perakitan batang-batang baja yang sudah ditentukan dimensinya. Berbeda dengan struktur beton, dimana pelaksanaannya berupa perakitan tulangan dan pengecoran beton ditempat. Sehingga terdapat perbedaan pada kedua tipe struktur tersebut. Struktur beton bersifat monolit antar elemen struktur sehingga tidak perlu komponen sambungan, sedangkan struktur baja memerlukan komponen sambungan. Berikut adalah beberapa hal yang menyebabkan diperlukannya sambungan; a. Batang kurang panjang Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa struktur baja terbatas dengan panjang batang baja yang dapat disediakan. b. Untuk meneruskan gaya dari elemen satu ke elemen lain Struktur gelagar jembatan baja memiliki komponen berupa gelagar melintang yang mendukung beban dari pelat lantai jembatan selanjutnya beban diteruskan ke gelagar memanjang untuk disalurkan ke tumpuan. Antara gelagar melintang dan memanjang diperlukan komponen sambungan. c. Sambungan struktur truss Struktur truss terdiri dari batang-batang baja yang disusun memenuhi kaidah kesetabilan struktur untuk mendukung gaya-gaya aksial murni. Join-join dari struktur truss merupakan sambungan yang mampu mendukung beban dari batang-batang struktur. d. Sambungan sebagai sendi Tumpuan struktur jembatan baja biasanya berupa sendi dan rol. Untuk membuat kondisi yang diidealisasikan sebagai sendi dan rol terlaksana di lapangan sambungan dapat memberikan perilaku tersebut.
73
e. Sambungan untuk membentuk batang tersusun Batang komponen struktur truss yang mengalami gaya aksial tidak begitu besar namun tekuknya besar, perlu dibuat dengan batang tersusun. Batang tersusun terdiri atas dua batang atau lebih yang disatukan untuk menghasilkan momen inersia yang besar. Untuk menyatukan batang tersusun dipelukan sambungan. f. Terdapat perubahan tampang Pada struktur rafter, ujung balok yang menumpu kolom mengalami momen negatif yang besar. Untuk menghemat kebutuhan baja, biasanya dimensi batang dipertebal pada bagian yang mengalami momen negatif tersebut. Penebalan dilakuakan dengan menyambungkan batang yang sama dengan batang yang dipertebal dipotong secara diagonal. Sampai saat ini sambungan yang banyak ditemui pada struktur baja berupa sambungan las, baut, dan paku keling. 2. Konsep Perancangan Sambungan Kegagalan sambungan merupakan kegagalan struktur dalam memikul beban Gaya yang bekerja tergantung dari pemodelan yang diidealisasikan;
Jepit
Sendi
Rol
3. Klasifikasi Sambungan a. Sambungan kaku Sambungan memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen struktur yang disambung. Deformasi titik kumpul harus sedemikian rupa sehingga tidak terlalu berpengaruh terhadap distribusi gaya maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur. Momen sambungan = 90 % sampai 100%.
74
Gambar 10.1 Rotasi sambungan balok-kolom kaku profil T atau potongan T Profil
baut
baut
ᴦ
L
T
profil T atau potongan T
T
baut
balok baut
las
T
Stiffener jika diperlukan
balok baut
profil T atau potongan T kolom
baut
kolom
profil T atau potongan T
T
Las tumpul
las
Plat pengisi tipis untuk menyesuaikan penambahan bidang sambungan
baut
plat Batang penahan/ganjal
Gambar 10.2. Sambungan balok-kolom kaku b. Sambungan semi kaku Sambungan tidak memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen struktur yang disambung, namun mampu memberi kekangan yang dapat diukur terhadap perubahan sudut. Pada sambungan semi kaku, perhitungan kekakuan, penyebaran gaya, 75
dan deformasinya harus menggunakan analisis mekanika yang hasilnya didukung oleh percobaan eksperimental. Momen sambungan = 20% sampai 90%
Gambar 10.3. Rotasi sambungan semi kaku balok-kolom
End plate
Profil L
Baut Kolom
Baut
End plate
Las
Kolom
Kolom
Plat beton
Profil L
Shear connection
Penulangan untuk memikul tarik akibat momen Balok
Baut mutu tinggi HSB
Gambar 10.4 Sambungan semi kaku balok kolom c. Sambungan sendi Sambungan pada kedua ujung komponen yang disambung tidak ada momen. Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang diperlukan pada sambungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur 76
terhadap komponen struktur yang disambung. Detail sambungan harus mempunyai kemampuan rotasi yang cukup. Sambungan harus dapat memikul gaya reaksi yang bekerja pada eksentrisitas yang sesuai dengan detail sambungannya.
Bracing
Gambar 10.5 Rotasi sambungan sendi balok-kolom
77
L
Top
Baut
profil
Top
Baut
Profil penguat
L
Seat
T
T
L
Seat
T
Las
Gambar 10.6. Sambungan sendi balok-kolom 4. Kuat Rencana Sambungan Baut Pada struktur truss sambungan baut bekerja menyalurkan gaya aksial pada batang ke pelat buhul. Baut dipasang di lubang yang disediakan secara tegak lurus terhadap pelat buhul dan batang. Jumlah baut dalam sambungan minimal ada 2 buah. Pada kondisi layan baut mengalami gaya geser sedangkan lubang pofil dan pelat buhul mengalami gaya desak. Dalam perancangan sambungan baut harus dilakukan analisis terhadap kuat geser dan kuat tumpu. Berdasarakan persyaratan SNI 03-1729-2002
suatu baut memikul beban
terfaktor, Ru.
Ru Rn Rn nr1 fu b Ab Keterangan ϕ : faktor reduksi kekuatan 78
Rn : Kapasitas geser nominal baut r1 = 0,5 untuk koefisien baut tanpa ulir pada bidang geser r2 = 0,4 untuk koefisien baut ulir pada bidang geser f ub : kuat tarik baut (MPa) Ab : luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir n
: jumlah baut
Kapasitas tumpu baut dirumuskan Rn 2,4d b t p f u b Keterangan fu : kuat tarik baut (MPa)
db : diameter baut pada daerah tak berulir tp : tebal pelat fu : kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat 5. Sambungan Mendukung Momen Baut mengalami geser dan tumpu Sambungan yang mendukung momen dapat dijumpai pada hubungan balok-kolom struktur kolom struktur portal kaku. Ketika memikul momen kelompok baut memberikan reaksi yang membentuk momen perlawanan. Reaksi (Ri) tersebut mrupakan penjumlahan gaya reaksi masing-masing baut dikalikan jarak baut terhadap pusat luasan baut (ri) . Ilustrasi penjelasan ini disajikan pada
R1 R2
Gambar 10.7 R3
R6
r1 rmaks r2 rmaks r3 rmaks
r6 rmaks
Rmaks
M1
r12 Rmaks rmaks
Rmaks
M2
r22 Rmaks rmaks
Rmaks
M3
r32 Rmaks rmaks
Rmaks
M6
r62 Rmaks rmaks
79
Gambar 10.7 Sambungan yang Mendukung Momen
i n
M Mi i 1
Rmaks
i n Rmaks 2 2 2 R r1 r2 r3 ...... r62 maks ri 2 rmaks rmaks i 1
M We
M rmaks i n
r i 1
Rh maks
2
i
M ymaks
i n
(x i 1
Rv maks
yi2 )
2 i
M xmaks
i n
(x
2 i
i 1
yi2 )
2
Rmaks R
2 h maks
W Rv maks Rd n 2
Rmaks R
2 h maks
dengan:
W Rv maks Vd n
W
: Beban luar
e
: Eksentrisitas beban dengan pusat berat baut
Ri
: Gaya yang dipikul tiap-tiap baut
Mi
: Momen yang dipikul tiap-tiap baut
ri
: Jarak baut terhadap pusat kelompok baut 80
6. Tata Letak Baut Jarak antar baut Jarak antar baut (s) lebih besar dari tiga kali diameter baut (db), dan lebih kecil dari lima belas kali tebal pelat paling tipis (tp) dan kurang dari 200 mm. 3db < s < 15tp dan 200 mm Jarak tepi baut Jarak minimum baut terhadap tepi sambungan (s1) ditentukan seperti pada Tabel 10.1 Tabel 10.1 Tepi dipotong dengan tangan 1,75 db
Tepi dipotong dengan mesin 1,50 db
Tepi profil bukan hasil potongan 1,25 db
Dengan db adalah diameter baut yang tak berulir Jarak maksimum baut maksimum untuk arah sejajar gaya aksial kurang dari empat kali tebal pelat tertipis mm dalam sambungan ditambah 100 dan kurang dari 200 mm. Sedangkan untuk arah tegak lurus gaya harus lebih kecil dari dua belas kali tebal pelat tertipis dalam sambungan dan kurang dari 150 mm. 1,5db < s1 < (4tp+100) dan 200 mm 1,5db < s2 < 12tp) dan 150 mm
S = jarak antara baut 81
S1= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang terbebani S2= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang tidak terbebani Gambar 10.8 Jarak antar baut
82
Bagan Alir Perancangan Sambungan Baut
Baca profil terpilih dari keluaran d,t,fu Input Beban Ultimit, Ru Input properties baut; db, fub
Jumlah baut minimal 2 (mb= 2)
mb= mb+1
Hitung jumlah baut berdasarkan kuat rencana baut diambil terkecil dari
Rn mb n r1 f u b Ab
Rn mb 2.4d b t p f u
TIDAK
Rn Ru YA Selesai
Gambar 10.9 Bagan alir perancangan sambungan
83
Plat penyambung Elemen yang disambung
Elemen yang disambung Profil WF
Profil WF
Plat pengisi
Plat penyambung
Elemen yang disambung
Elemen yang disambung
Plat penyambung Profil siku
Las memanjang
Gambar 10.10 84
Baut mutu normal (baut hitam)
Sambungan baut dapat terbuat dari baut mutu normal atau tinggi.
Baut ini dibuat dari baja karbon rendah yang diidentifikasi sebagai A307, Dan merupakan jenis baut yang paling murah
Namun baut ini belum tentu menghasilkan sambungan paling murah karena banyaknya jumlah baut yang dibutuhkan pada suatu sambungan.
Pemakaian, terutama pada struktur yang ringan, batang sekunder atau pengaku, platform, gording, rusuk dinding.
Mutu baut dapat dibaca di bagian kepala baut, misalnya tertulis 8.8 artinya tegangan leleh baut = 8 x 8 x 100 = 6400 kg/cm2
Baut mutu normal dipasang kencang tangan, tanpa gaya tarik awal dan merupakan tipe tumpu
Mutu baut Merk baut
Gambar 10.11 Contoh kepala baut
85
Baut mutu tinggi / High tension bolt (HTB)
Sambungan baut mutu tinggi mengandalkan gaya tarik awal yang terjadi karena pengencangan awal
Gaya tersebut akan memberikan friksi, sehingga sambungan baut mutu tinggi, hingga taraf gaya tertentu dapat merupakan tipe friksi. Sambungan jenis ini baik untuk gaya bolak balik.
Untuk taraf gaya yang lebih tinggi, sambungan tersebut merupakan tipe tumpu
Baut mutu tinggi dipasang dengan mula mula melakukan kencang tangan dan diikuti dengan setengah putaran setelah kencang tangan. Atau menggunakan kunci torsi yang telah dikalibrasi sehingga menghasilkan setengah putaran setelah kencang tangan.
Diameter yang paling sering digunakan pada konstruksi gedung adalah ¾ inci dan 7/8 inci.
Diameter yang paling sering digunakan pada konstruksi jembatan adalah 7/8 inci dan 1 inci.
Saat ini sambungan baut lebih ekonomis daripada keling.
Tabel 10.2 Spesifikasi baut dan paku keling Baut
Mutu
db (mm)
Proof Stress (MPa)
A307
Normal
6,35-10,4
-
Kuat tarik min, fu (MPa) 60
A325
Tinggi
12,7-25,4
585
825
28,6-38,1
510
725
12,7-38,1
825
1035
-
370
A490
Tinggi
Keling
Normal
86
Perhitungan proof load Perhitungan proof load adalah sebagai berikut : proof load = Proof Stress x As
Di mana : db = diameter nominal baut n = jumlah ulir per mm
Proof stress A307 adalah 70% x fu
Proof stress A490 adalah 80% x fu Tabel 10.3 Data data teknis baut HTB
Baut
Mutu
A307
Normal
Tegangan geser ijin (kg/cm2) 960
A325
Tinggi
1225
3080
A490
Tinggi
1540
3780
Tegangan tarik ijin (kg/cm2) 1600
Tabel 10.4 Gaya pratarik awal Diameter
A325
A490
HTB (mm)
(ton)
(ton)
12
5,3
6,7
16
8,5
10,7
19
12,5
15,6
22
17,3
21,8
25
22,7
28,5
29
24,9
35,6
32
31,6
45,4
35
37,8
53,8 87
Extended end plate
Las di site
Las
Baut
Las di bengkel Kolom
Baut di site
Kolom
Las di site Batang penahan/ganjal
Las Plat penyambung
Kolom
Las
`
Gambar 10.12
88
Modul 11 :
Contoh Sambungan Baut
Contoh 1 Sambungan Baut : Hitung Beban kerja tarik maksimum sambungan tipe tumpu berikut, yang menyatukan dua buah pelat (BJ 37) berukuran 16 x 200 mm. Baut yang digunakan berdiameter 22 mm, fub = 825 Mpa dan tanpa ulir dalam bidang geser. Beban hidup yang bekerja besarnya 3 kali beban mati 40
75
40
T
T
200
16 T
T
Gambar 11.1
Periksa kekuatan pelat terlebih dahulu, lakukan analisa seperti batang tarik –
Ag = 16(200) = 3200 mm2
–
An
= 3200 – 2 (22 _ 3,2) .16 = 2393,6 mm2
–
Ae
= An = 2393,6 mm2
Leleh : Tn = fy Ag = 0,90 (240)(3200) = 69,12 ton Fraktur : Tn = fu Ae = 0,75 (370)(2393,6) = 66,42 ton Geser : Rn = 0,5 fub m Ab = 0,75 (0,5) (825)(1)(1/4 222) = 11,76 ton/baut Tumpu : Rn = 2,4 db tp fup = 0,75 (2,4) (22)(16)(370) = 23,44 ton/baut 89
Tahanan Geser menentukan, sehingga tahanan untuk 4 baut :
Tn = 4 x 11,76 = 47,04 ton Dari 3 kemungkinan tersebut Tn = 47,04 ton yang menentukan 1,2 D + 1,6 (3D) = 6 D D < 7,84 dan dan L < 23,52 ton
contoh 2 Sambungan Baut : Pelat baja BJ 37 ukuran 200mmx10mm disambung dengan dua pelat 200mmx6mm, menggunakan baut hitam diameter 19mm. Rencanakan sambungan tsb. Diameter lubang = db + 1 = 20 mm Dicoba dalam satu tampang ada dua baut Lebar pelat neto bn = 200 – 2x20 = 160 mm An = bn x t = 160 x 10 = 1600 mm2 Ag = 200 x 10 = 2000 mm2
Gambar 11.2
Nu = ff x An x fu = 0.75 x 1600 x 370 = 444000 N Nu = ff x Ag x fy = 0.9 x 2000 x 240 = 432000 N
90
Kekuatan baut: Ab = 2x0.25 x p x d2 = 2x0.25xpx192 = 567.059 mm2 Kuat geser Vd = x r1 x fu x m x Ab = 0,75x0,5x370x 2 x 567.059 = 78679.44 N Kuat tumpu Rd = 2,4 db tp fu = 2,4x0,75x19x10x370 = 126540 N Jumlah baut n = Nu / Vd = 5.49
6 buah
Contoh 3 Sambungan Baut : Pelat baja BJ 37 ukuran 100mmx12mm disambung dengan dua pelat 100mmx8mm, menggunakan baut hitam diameter 16mm. Rencanakan sambungan tsb. Diameter lubang = db + 1 = 17 mm Dicoba dalam satu tampang ada dua baut Lebar pelat neto bn = 100 – 2x17 = 66 mm An = bn x t = 66 x 12 = 792 mm2 Ag = 100 x 12 = 1200 mm2
Gambar 11.3
Nu = ff x An x fu = 0.75 x 792 x 370 = 219780 N Nu = ff x Ag x fy = 0.9 x 1200 x 240 = 259200 N
91
Kekuatan baut: Ab = 2 x 0.25 x p x d2 = 2x0.25xpx162 = 201.06 mm2 Kuat geser Vd = ff x r1 x fu x Ab = 0,75x0,5x370x201,06 = 55794,816 N Kuat tumpu Rd = 2,4 ff db tp fu = 2,4x0,75x16x12x370 = 127872 N Jumlah baut n = Nu / Vd = 3, 93
4 buah
92
Modul 12 :
Sambungan Paku Keling (Riveted Joints)
Jenis sambungan dengan menggunakan paku keling, merupakan sambungan tetap karena sambungan ini bila dibuka harus merusak paku kelingnya dan tidak bisa dipasang lagi, kecuali mengganti paku kelingnya dengan yang baru. Pemakaian paku keling ini digunakan untuk : -
Sambungan kuat dan rapat, pada konstruksi boiler ( boiler, tangki dan pipa-pipa tekanan tinggi ).
-
Sambungan kuat, pada konstruksi baja (bangunan, jembatan dan crane ).
-
Sambungan rapat, pada tabung dan tangki ( tabung pendek, cerobong, pipa-pipa tekanan).
-
Sambungan pengikat, untuk penutup chasis ( mis ; pesawat terbang).
Sambungan paku keling ini dibandingkan dengan sambungan las mempunyai keuntungan yaitu : Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat. Pemeriksaannya lebih mudah Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari paku keling tersebut. Bila dilihat dari bentuk pembebanannya, sambungan paku keling ini dibedakan yaitu : Pembebanan tangensial. Pembebanan eksentrik. 1. Pembebanan Tangensial Pada jenis pembebanan tangensial ini, gaya yang bekerja terletak pada garis kerja resultannya, sehingga pembebanannya terdistribusi secara merata kesetiap paku keling yang digunakan. Bila ditinjau dari jumlah deret dan baris paku keling yang digunakan, maka kampuh keling dapat dibedakan yaitu : a. Kampuh Bilah Tunggal dikeling Tunggal
93
b. Kampuh Bilah Tunggal dikeling Ganda
c. Kampuh Bilah Ganda dikeling Tunggal
d. Kampuh Bilah Ganda dikeling Ganda
Gambar 12.1
94
2. Perencanaan Sambungan Paku Keling a. Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal
Gambar 12.2 Bila paku tersebut mendapat pembebanan seperti terlihat pada Gambar 12.2, maka seluruh penampang dari paku tersebut akan putus tergeser bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan pada kedua ujung plat tersebut. Tegangan yang terjadi pada penampang bahan yaitu : Tegangan Geser :
g
F ( N / mm2 ) A
Bila diameter paku adalah (d), maka luas penampang yang akan putus adalah :
.d 2 A 4 Sehingga :
g
F F 4F 2 A .d .d 2 4
95
Maka diameter paku keling :
4.F . g
d
Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu : Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.
F ( N / mm2 ) A
dimana :
= tegangan tarik izin F = gaya luar yang bekerja A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah : A=(b–d)t
Maka :
t
F (b d )t
Contoh soal : Dua buah plat akan disambung dengan kampuh bilah tunggal dikeling tunggal, direncanakan menerima beban sebesar 10 kN. Bila bahan plat mempunyai tegangan tarik izin 137,3 N/mm 2 dan bahan paku dengan tegangan geser izinnya 109,8 N/mm2 serta tebal plat 4 mm.
Tentukanlah :
a. Diameter paku keling yang sesuai. b. Lebar plat yang dibutuhkan.
Penyelesaian : Diketahui :
F = 10 kN
= 10000 N
; t = 4mm
= 137,3 N/mm2 = 109,8 N/mm2 Ditanya :
a) d ?
b) b ?
96
Jawab :
a.
d
b.
t
4.F
. g
=
4.10000 = 10,77 mm .109,8
= 11 mm
F F 10000 b d b 11 29,2mm (b d )t t. t 4.137,3
b. Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal Satu baris Bila kampuh bila tunggal dikeling tungga satu baris seperti terlihat pada Gambar 12.3. Dimana tegangan yang terjadi, pada paku keling yaitu :
g
F A
Plat tersebut akan terpisah bila gaya luar (F) mampu memutuskan kedua luas penampang paku. Bila jumlah paku (z) buah maka plat tersebut akan terpisah jika gaya (F) luar tidak mampu memutuskan sebanyak luas penampang paku.
Gambar 12.3
97
Untuk luas penampang paku yang akan putus pada sistem pada sistem sambungan jenis ini sama dengan jumlah paku yang dipergunakan ( z = n) yaitu :
A = n x luas penampang paku yang putus.
.d 2 A n. 4 Sehingga :
g
F A
F 4F 2 .d n. .d 2 n. 4
Maka diameter paku keling : d
4.F n. . g
Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu : Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah paku dalam satu baris (z), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.
F ( N / mm2 ) A
dimana : = tegangan tarik izin F = gaya luar yang bekerja A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah : A = ( b – z.d ) t,
dimana b = z.p
A = ( z.p – z.d) .t jadi
Maka : Biaya harga
t
A = z ( p – d) .t
F F p d z.( p d )t z.t. t P = 3.d + 5 (mm)
98
Contoh Soal : Dua buah plat akan disambung dengan kampuh bilah tunggal dikeling tunggal satu baris, direncanakan menerima beban sebesar 10 kN. Bila bahan plat mempunyai tegangan tarik izin 137,3 N/mm2 dan bahan paku dengan tegangan geser izinnya 109,8 N/mm2 , tebal plat 5 mm dan jumlah paku yang digunakan sebanyak 2 buah.
Tentukanlah :
a. Diameter paku keling yang sesuai. b. Lebar plat yang dibutuhkan. c. Jarak antara paku.
Penyelesaian : Diketahui :
F = 10 kN
= 10000 N
; t = 5 mm ; n=z = 2 buah
= 137,3 N/mm2 = 109,8 N/mm2 Ditanya :
a) d ?
Jawab :
a. )
b) b ? Diameter paku keling
d b.)
c) p ?
4.F
n. . g
=
4.10000 = 7,6 mm = 8 mm 2. .109,8
Jarak antara paku p = 3. d + 5 (mm)
= 3 (8) + 5 = 29 mm
Periksa ;
t
F 10000 50N / mm2 t t z.( p d )t 2(29 8).5
50 N/mm2 < 137,8 N/mm2 ---- Aman c.)
Lebar plat yang dibutuhkan : b=z.p
= 2 .(29mm) = 58 mm
99
c. Kampuh bilah tunggal dikeling ganda.
Gambar 12.4 Untuk jenis sambungan kampuh bilah tunggal di keling ganda seperti terlihat pada Gambar 12.4, maka kedua plat tersebut terpisah bila mampu memutuskan dua baris penampang, jika jumlah paku (n) buah maka paku terasabut akan putus tergeser, maka yang terjadi pada bahan adalah tegangan geser.
A = n x luas penampang paku yang putus.
A n.
.d 2 4
Sehingga :
g
F A
F 4F 2 .d n. .d 2 n. 4 100
Maka diameter paku keling : d
4.F n. . g
Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu : Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah paku dalam satu baris (z1), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan tarik.
F ( N / mm2 ) A
dimana : = tegangan tarik izin F = gaya luar yang bekerja A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah : A = ( b – z1.d ) t,
dimana b = z1.p
A ( z1.p – z1.d) .t jadi
Maka : Biasaya harga
t
A = z1 ( p – d) .t
F F p d z1 .( p d )t z1 .t. t P = 3.d + 5 (mm)
Contoh soal . Dua buah plat disambung seperti terlihat pada Gambar 12.4 diatas dimana pada kedua ujungnya bekerja gaya sebesar 10000( N ). Bila Tegangan yang di izinkan untuk plat 137.9 N/mm 2 tegangan geser izin untuk bahan paku 109.8 N/mm2 . Jumlah paku keling yang di gunakan berjumlah 6 buah serta ketebalan plat 5 mm.
Ditanyakan : a. Diameter paku keling. b. Jarak antara paku . c. Lebar plat yang dibutuhkan .
101
Penyelesaian : Diketahui :
F = 10 kN
= 10000 N
; t = 5 mm
= 137,9 N/mm2 = 109,8 N/mm2 n = 6 buah ; z1 =3 buah Ditanya :
a) d ?
Jawab :
a. )
b) p ? Diameter paku keling
d b.)
c) b ?
4.F
n. . g
=
4.10000 = 4,4 mm 6. .109,8
= 5 mm
Jarak antara paku p = 3. d + 5 (mm)
= 3 (5) + 5 = 20 mm
Periksa ;
t
F 10000 44,44N / mm2 z1.( p d )t 3(20 5).5
44,44N / mm2 137,8N / mm2 t t aman d.)
Lebar plat yang dibutuhkan : b = z1 . p
= 3 (20) = 60 mm
d. Kampuh Bilah Ganda Dikeling Tunggal
102
Gambar 12.5 Sistem penyambung kampuh bilah berganda dikeling tunggal seperti terlihat pada Gambar 12.5, maka kedua plat tersebut akan terpisah, bila gaya luar mampu memutuskan dua luas penampang setiap paku keling tersebut, maka banyak luas penampang paku yang akan di putus ( n ) adalah : n = 2. z Karena paku tersebut putus tergeser , maka tegangan gesernya adalah :
A = n x luas penampang paku yang putus, oleh karena n = 2.z maka :
A n.
.d 2 .d 2 .d 2 2.z z 4 4 2
Sehingga :
g
F A
F 2F 2 .d z. .d 2 z. 2
Maka diameter paku keling : d
2.F z. . g
Menentukan lebar minimal plat. Pada sistem sambungan ini , kemungkinan plat yang putus tertarik yaitu plat yang akan di sambung itu sendiri (plat bagain tengah ) . bila lebar plat (b) dan tebal (t) serta jarak antara 103
sumbu paku (p), maka luas penampang plat yang akan putus bila jumlah paku dalam satu baris (z1) adalah :
F ( N / mm2 ) A
dimana : = tegangan tarik izin F = gaya luar yang bekerja A = luas penampang plat yang akan putus.
Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah : A = ( b – z1.d ) t,
dimana b = z1.p
A ( z1.p – z1.d) .t jadi
t
Maka :
A = z1 ( p – d) .t
F F p d z1 .( p d )t z1 .t. t
Biasaya harga P = 3.d + 5 (mm) Contoh soal : Dua buah plat disambung dengan sistem kampuh bilah berganda dikeling tunggal seperti Gambar 12.5 , di mana mendapat pembebanan sebesar 10000 (N) . Bila tegangan tarik izin untuk bahan plat 137,3 N/mm2 . dan tegangan geser izin untuk bahan paku adalah 109,8 N/mm2. Untuk plat tebal 5 mm dan jumlah paku yang akan di pasang 2 buah dalam satu baris . Ditanyakan : a. Diameter paku keling b. Jarak antara sumbu paku keling d. Lebar plat yang di butuhkan.
Penyelesaian : Diketahui :
F = 10 kN
= 10000 N
= 137,9 N/mm
; t = 5 mm
2
; z1 = 2 buah
= 109,8 N/mm2 n = 4 buah Ditanya :
a) d ?
Jawab :
a. )
b) b ?
c) p ?
Diameter paku keling
d
2.F
z. . g
=
2.10000 = 5,4 mm = 5,5 mm 2. .109,8 104
b.)
Jarak antara paku p = 3. d + 5 (mm)
= 3 (5,5) + 5 = 21,5 mm
Periksa ;
t
F 10000 62,5N / mm2 z1 .( p d )t 2(21,5 5,5).5
t t aman e.)
Lebar plat yang dibutuhkan : b = z1 . p
= 2 (21,5) = 43 mm
105
Modul 13 :
Sambungan Las
Sambungan las menghubungkan profil dengan pelat penyambung melalui lekatan logam yang telah dileburkan dengan dipanasi. Pada konstruksi baja las yang digunakan adalah jenis las listrik karena memiliki kuat tarik minimum yang cukup tinggi. Kuat tarik minimum dari las ditentukan oleh elektroda yang digunakan. Beberapa macam elektroda las disajikan dalam Tabel 13.1. Tabel 13.1 Tipe Elektroda las (Padosbajayo, 1994) Elektroda
Tegangan leleh minimum Kuat tarik minimum (Ksi)
(MPa)
(Ksi)
(Ksi)
E 60αβ
50
354
67
460
E 70αβ
57
495
70
485
E 80αβ
67
460
72
495
E 100αβ
87
600
100
690
E 110αβ
97
670
110
760
Sambungan las memiliki beberapa macam jenis yaitu las tumpul, las sudut, las baji, dan pasak. Penggunaan jenis las tergantung pada posisi pemasangan sambungan. Dalam program komputer ini digunakan jenis sambungan las sudut karena pada struktur kuda-kuda baja sambungan yang mudah dilaksanakan di lapangan adalah jenis las sudut. Berdasarkan SNI-03-1729-2002 dalam pemasangan las sudut terdapat ketentuan-ketentuan geometri las sebagai berikut: 1. Ukuran minimum las sudut Tabel 13.2 Ukuran minimum las sudut (SNI-03-1729-2002) tebal pelat paling tebal (tp ,mm) t< 7 7 < t < 10 10 < t < 15 15 < t
Ukuran minimum las sudut (a, mm) 3 4 5 6
106
Untuk komponen dengan tebal kurang dari 6.4 mm, diambil setebal komponen Untuk komponen lebih tebal dari 6.4 mm, diambil setebal komponen dikurangi 1.6 mm 2. Kuat rencana sambungan las sudut Kuat rencana sambungan las sudut per satuan panjang diambil nilai terkecil dari kuat rencana las dan bahan dasar. Kuat rencana las sudut diformulasikan sebagai berikut:
.Rw 0.75.t e 0.6 f uw (las)
13.1
.Rw 0.75.t e 0.6 f u
13.2
(bahan dasar)
Dalam kondisi layan kuat rencana las harus lebih besar sama dengan beban terfaktor per satuan panjang las.
Rn Ru
13.3
Keterangan, Aw : luas efektif las fuw : kuat tarik putus logam las te : tebal efektif las a
: tebal las
107
3. Berbagai Bagian Las Berikut adalah gambar-gambar bagian las
Convex fillet
Concave fillet Comer joint with butt and fillet welds Convex and concave fillets
Toe (jari)
Face (permukaan)
Root (akar) Toe (jari) Toe (jari) Face (permukaan)
Toe (jari) Toe (jari) Face (permukaan)
Toe (jari)
Root (akar) Heat affected zone (Zone yang dipengaruhi panas)
108
Gambar 13.1 Berbagai bagian las
Las Tumpul
Las tumpul dengan serong tunggal (Single bevel butt weld)
Las tumpul dengan serong ganda (Double bevel butt weld)
Las tumpul dengan V tunggal (Single V butt weld)
Las tumpul dengan V ganda (Double V butt weld)
Las tumpul dengan J tunggal (Single J butt weld)
Las tumpul dengan J ganda (Double J butt weld)
Gambar 13.2 Macam macam tepi serong •
Las Tumpul Penetrasi Penuh: las tumpul di mana terdapat penyatuan antara las dan bahan induk sepanjang kedalaman penuh sambungan.
•
Las Tumpul Penetrasi Sebagian: las tumpul di mana kedalaman penetrasi lebih kecil daripada kedalaman penuh sambungan.
4. Ukuran Las Ukuran las adalah jarak antara permukaan luar las (tidak termasuk perkuatannya) terhadap kedalaman penetrasinya yang terkecil. Khusus sambungan antara dua bagian yang membentuk T atau siku, ukuran las penetrasi penuh adalah tebal bagian yang menumpu.
109
Tebal Rencana Las Tebal rencana las ditetapkan sebagai berikut: Las Tumpul Penetrasi Penuh: tebal rencana las untuk las tumpul penetrasi penuh adalah ukuran las; Las Tumpul Penetrasi Sebagian: tebal rencana las untuk las tumpul penetrasi sebagian ditetapkan sesuai dengan ketentuan dibawah ini: Sudut antara bagian yang disambung 60 Satu sisi:
tt =(d - 3) mm
Dua sisi:
tt =(d3 + d4 - 6) mm
Sudut antara bagian yang disambung > 60 Satu sisi:
tt =d mm
Dua sisi:
tt =(d3 + d4) mm
dengan d adalah kedalaman yang dipersiapkan untuk las (d3 dan d4 adalah nilai untuk tiap sisi las). Panjang efektif Panjang efektif las tumpul adalah panjang las ukuran penuh yang menerus. Luas efektif Luas efektif las tumpul adalah perkalian panjang efektif dengan tebal rencana las 5. Peralihan tebal atau lebar Sambungan las tumpul antara bagian yang tebalnya berbeda atau lebarnya tidak sama yang memikul gaya tarik harus mempunyai peralihan halus antara permukaan dan ujung. Peralihan harus dibuat dengan melandaikan bagian yang lebih tebal atau dengan melandaikan permukaan las atau dengan kombinasi dari keduanya, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 13.2. Kelandaian peralihan antara bagian-bagian tidak boleh lebih tajam dari 1:1. Kekuatan las tumpul penetrasi penuh Kuat las tumpul penetrasi penuh ditetapkan sebagai berikut: Bila sambungan dibebani dengan gaya tarik atau gaya tekan aksial terhadap luas efektif maka,
y Rnw 0,9tt f y
y Rnw 0,9tt f yw
(bahan dasar) (las)
110
Baca profil terpilih dari keluaran d, fu, t( tmin=3) Input properties las; fuw
Menentukan tebal pengelasan awal aw = 3
aw = aw + 1
t< 7
aw > 3
7 < t < 10
aw > 4
10 < t < 15
aw > 5
15 > t
aw > 5
TIDAK
YA TIDAK aw < 6.4 aw > 6.4
aw < t aw < (t-1.6)
aw = aw - 1
YA Dicoba lw = 20
1
Gambar 13.3 Flowchart
111
1
lw = l w + 1
Hitung kuat rencana sambungan las berdasarkan kuat rencana las diambil terkecil dari
Rw 0.75t e 0.6 f uw l w
Rw 0.75t e 0.6 f u l w TIDAK
Rn N u YA Selesai
13.4 Bagan Gambar alir perancangan sambungan las
112
Modul 14 :
Contoh Hitungan Sambungan Las
Contoh 1 Hitungan Sambungan Las Tentukan ukuran dan tebal las sudut pada sambungan lewatan berikut ini. Sambungan menahan beban tarik D = 10 ton dan L = 30 ton. Diketahui fuw = 490 MPa; fu = 400 Mpa.
Gambar 14.1
Persayaratan Ukuran Las : Maksimum = tebal pelat – 1,6 mm = 14,4 mm Minimum = 6 mm Gunakan Las Ukuran 10 mm te = 0,707 a = 0,707 x 10 = 7,07 mm Kuat Rencana las sudut ukuran 10 mm per mm panjang:
Rnw t e 0,6 f uw 0,75160,6 490 1558,935N / mm Kapasitas Las ini tidak boleh melebihi kuat geser pelat:
MaxRnw t 0,6 f u 0,75160,6 400 2880N / mm Beban tarik terfaktor Tu
Tu 1,2D 1,6L 1,210 1,630 60ton Panjang total las yang dibituhkan Lw
Lw
60.104 384,8 mm 390 mm 1558,935
113
Jika las sudut yang digunakan hanya berupa las memanjang saja pada batang tari data, panjang tiap las sudut tidak boleh kurang dari jarak tegak lurus di anatasa keduanya dan panjang total tdak melebihi 1,5 kali panjang dibutuhkan. Oleh karena itu untuk persoalan di atas, maka diambil panjang tiap sisi adalah 250 mm dapat pula digabung antara las memanjang dan las melintang yang dapat mengurangi sambungan lewatan
Gambar 14.2 Contoh 2 Hitungan Sambungan Las Rencanakan sambungan las sudut untuk menahan gaya tarik sekuat profil siku L 100.100.10 dari BJ 37. Mutu las fuw = 490 MPa
Gambar 14.3 Hitung tahanan rencana dari profil siku, diambil harga terkecil dari :
Tn 0,90 f y Ag 0,902401920 41,472 ton Tn 0,75 f u Ae 0,753700,85 1920 45,288 ton Sambungan akan didesain terhadap Tn 41,472 ton Pilih ukuran las dan hitung Rnw Ukuran minimum = 4 mm Ukuran maksimum = 10 – 1,6 = 8,4 mm
114
Pakai ukuran las 4 mm
Rnw t e 0,60 f uw 0,750,707 40,60490 623,6 N / mm maxRnw t 0,60 f u 0,75100,60370 1665N / mm F2 Rnw Lw2 623,6 100 6,236 ton T .e F2 41,472 28,2 6,236 F1 8,58 ton d 2 100 2 F3 41,472 8,58 6,236 26,656 ton L w1
F1 8,58 104 137,58 140mm Rnw 623,6
F3 26,656 104 Lw3 427,45 430mm Rnw 623,6
Gambar 14.4
115
