32 Media Bina Ilmiah
ISSN No. 1978-3787
OPTIMASI TINGGI LUBANG BAJA KASTILASI DENGAN PENGAKU PADA PROFIL BAJA IWF 300 X 150 Oleh : Ni Kadek Astariani Universitas Ngurah Rai Denpasar Abstrak: Penggunaan profil wide flange konvensional sudah tidak ekonomis lagi untuk struktur dengan bentang panjang,. Baja kastilasi menjadi salah satu solusi dari permasalahan tersebut karena dapat mengurangi berat total material konstruksi tanpa pengurangan daya dukung yang berhubungan dengan penurunan harga struktur baja secara keseluruhan. Pada penelitian ini dicoba menganalisa profil baja IWF 300x150. Pada profil ini diberi pengaku badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm.Jadi tinggi lubang optimum yang didapat adalah 340 mm untuk panjang bentang 6 meter dengan qu sebesar 36,79 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 mm tinggi lubang optimum adalah 460 mm dengan qu sebesar 9,43 kg/cm. Kata kunci : pengaku,baja kastilasi, profil IWF Pendahuluan Penggunaan baja dengan bentuk penampang diprofil (mis. profil WF) merupakan salah satu material konstruksi suatu bangunan yang telah digunakan secara luas. Profil wide flange (I) ini sering digunakan untuk struktur bangunan baik untuk balok maupun kolom. Untuk struktur dengan bentang panjang, penggunaan profil wide flange konvensional sudah tidak ekonomis lagi. Baja kastilasi menjadi salah satu solusi dari permasalahan tersebut karena dapat mengurangi berat total material konstruksi tanpa pengurangan daya dukung yang berhubungan dengan penurunan harga struktur baja secara keseluruhan. Adapun pembuatan baja kastilasi dapat dilakukan dengan memotong profil baja searah sumbu batang sehingga didapatkan dua bagian profil tersebut yang sama, kemudian kedua bagian profil tersebut disambung pada bagian punggungnya dengan las, maka didapatkan profil baru dimana beratnya sama dengan profil sebelumnya tetapi lebih tinggi. Dengan meninggikan profil baja tersebut dapat meningkatkan inersia baja tersebut sehingga dapat memperkecil tegangan yang terjadi. Perubahan tinggi lubang badan pada balok mempengaruhi pada luas badan dan makin tinggi profil dibuat, makin besar lubang pada lubang pada badan yang diperlukan, hal ini berakibat luas bidang badan penampang balok berkurang sehingga kapasitas geser berkurang pula. Dalam perhitungan nantinya lubang badan harus diperhitungkan. Gaya geser dan lendutan mempengaruhi dalam menganalisa tinggi lubang badan yang akan dibuat. Gaya geser mempengaruhi kapasitas geser profil dalam memikul beban yang bekerja sedangkan lendutan membatasi besarnya beban yang diterima oleh profil baja hal ini mengakibatkan hasil yang _______________________________________________ Volume 7, No. 4, Juli 2013
didapatkan untuk tinggi lubang badan bervariatif. Tinggi lubang optimum didapatkan bila kapasitas geser profil baja lebih kecil dari gaya geser akibat beban yang dipikul oleh profil baja tersebut. Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan di atas, tulisan ini akan menganalisa berapa tinggi lubang badan (Ds) optimum yang disertai dengan penambahan pengaku badan sehingga didapatkan profil baja kastilasi yang memenuhi tegangan serta stabilitas penampang Metode Perhitungan a.
Data –data perhitungan Data-data dalam perhitungan adalah sebagai berikut: Mutu profil baja yang digunakan adalah BJ 37 yang mempunyai sifat mekanis • Tegangan leleh baja : fy = 240 MPa • Modulus elastisitas : E = 200.000 MPa b.
Anggapan – anggapan Dasar/Asumsi Asumsi-asumsi yang digunakan dalam studi ini adalah : 1. Bahan atau material balok bersifat sama di semua penampang. 2. Dalam menghitung besarnya beban, berat sendiri profil untuk sementara diabaikan 3. Pengaruh suhu diabaikan 4. Lubang pada pelat badan berbentuk segienam
c.
Perhitungan Mekanika Perhitungan ini menggunakan peraturan LRFD (Load and Resistance Faktor Design) dengan langkah dasar adalah sebagai berikut : 1. Tentukan ukuran profil WF 2. Tentukan tinggi lubang pada badan balok (Ds) http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787 3. Periksa kelangsingan pada penampang balok (λ < λ p) Pada Flens Pada Web
4. 5. 6.
7.
Bila tidak memenuhi maka kecilkan tinggi lubang (Ds) Hitung kuat lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk lateral Hitung besarnya beban merata (qu) yang diterima balok Control lendutan (∆L ≤ L/240) dengan metoda elastic, bila tidak memenuhi beban merata (q) diperkecil berdasarkan persamaan ∆L = L/240, kemudian hitung Mu dari beban merata yang didapat dengan terlebih dahulu merubah q ke qu dengan mengalikan suatu faktor suatu faktor beban Hitung panjang pengelasan =
Media Bina Ilmiah 33 Hasil Dan Pembahasan a.
Perhitungan Balok Baja Kastilasi dengan Pengaku Badan Profil baja I WF yang sudah dirubah menjadi balok baja kastilasi diperkaku pada badan dengan menambahkan pelat di bagian badannya untuk mengetahui seberapa jauh pengaruh pengaku terhadap kekuatan balok kastilasi tersebut. Data profil balok baja kastilasi C 310 x 150
Gambar 2. Profil baja kastilasi dengan pengaku badan Profil Baja Kastilasi C 300 x 150 Dc = 300 mm tf = 9 mm tw = 6,5 mm B = 150 mm bf = B/2 = 75 mm r = 9 mm
8. Periksa gaya geser pada tampang kritis (Vux ≤ φ Vn ) sejarak 1,5 Lw dari tumpuan. Setelah semua balok profil baja kastilasi dianalisa, hasil perhitungan dibuatkan dalam bentuk tabel profil baja kastilasi.
Gambar 3 Penampang melintang profil kastilasi dengan pengaku badan
baja
1.
Ukuran pelat pengaku badan Tebal pelat pengaku harus lebih besar dari setengah tebal sayap. Diambil tebal pelat penebal sayap (ts) 8 mm. 0,56
!
Lebat pelat pengaku (bs) bs
= 0,56
"
. 8 % 129,34 ,,
diambil lebar pelat pengaku = 100 mm 2.
Tinggi lubang badan (Ds) Ds = 2 x (A – (2 x tf + 2 x Dtee) Nilai Dtee bervariasi, untukbaja I WF 300 x 150 dimulai dengan Dtee = 116 mm dan untuk nilai Dtee selanjutnya nilai Dtee awal dikurangi 5 mm. Untuk nilai Dtee = 116 mm, tinggi lubang adalah : Ds = 2 x (300 – ( 2 x 9 + 2 x 116) = 100 mm Gambar 1 Diagram Alir (flow chart) Analisis Tinggi Lubang Badan
3.
Tinggi profil baja kastilasi Dc = (2 x tf) + (2 x Dtee) + Ds = (2 x 9) + (2 x 116) + 100 = 350 mm
_______________________________________ http://www.lpsdimataram.com
Volume 7, No. 4, Juli 2013
34 Media Bina Ilmiah 4.
ISSN No. 1978-3787
Periksa kelangsingan penampang (λ < λp) Pada flens .
=
√ "
= 8,33 < 10,973
(penampaang kompak) Pada web = 5.
0
. ,-
0
√ "
= 8.
62,462 < 108,444 (penampang kompak) Inersia profil baja kastilasi
Ibr = (2x(1/12 x 150 x 93 + 150 x 9 x (175 – ½ x 9)2 + (1/12 x 6,5 x 332)2 = 98329849,33 mm4 Ibr = 9832,99 cm4 Ilb = (1/12 x 6,5 x 1002) = 5416,67 mm4 = 54,17 cm4 Ix = Ibr - Ilb = 9778,82 cm4 Sx = Ix / 0,5 Dc = 9778,82 / (0,5x35) = 558,79 cm3 Iy = 2 x (1/12 x 9 x 1503) + 1/12 x (332 – 100) x 6,53 = 5067809,417 mm4 = 506,78 cm4
6.
Modulus penampang plastis profil baja kastilasi 12 % 34 565789 : 4 ;< = >? 12 % D951505 350 : 9 E = >? 3
0-
@
2.
A 54B 5 ?
A 56,55 ? 3
0-
= 623214 mm = 623,21 cm 7.
2.
@
AC AC
Momen Ultimit Pemeriksaan panjang bentang Iy = 506,78 cm4 An = 2 x (9 x 150) + 232 x 6,5 = 4208 mm2 = 42,08 cm2 F
- , " ,
%
G
ry =
!
Lp = 1,76. Ry.
176,30 9, I
% 3,47 9,
= 1,76 x 3,47 x
"
9.
Jadi Lr (483,88) ≤ L (600), ini termasuk bentang panjang Mn = Mcr ≤ Mp Mn = Mp Mp = Zx . fy = 623,21 x 2400 = 1495704 kg/cm2 Mu ≤ φb Mn Mu = 0,9.1495704 = 1346133,6 kgcm Besarnya beban merata yang dipikul profil baja kastilasi Mu = 1/8 x qu x L2 qu = 8 x Mu / L2 = 8 x 1346133,6 / 6002 = 29,91 kg/cm φq = qu q = qu/φ = 29,91 /1,7 = 17,60 kg/cm Kontrol lendutan ∆L ≤ L/240 5 [. \" \ 5 384 ]. ^ 240 5517,605 600 " 3845200000059778,82
600 240
1,52 cm ≤ 2,5 cm (lendutan memenuhi syarat) 10. Panjang pengelasan (Lw) Dalam menentukan panjang pengelasan kita anggap bahwa profil tersebut adalah penampang tersusun yang dibentuk dengan menggunakan sarana penyambung las.
%
Lr = ry. ? J A 1 = 1 = L . MN fl = fy – fr O
!.R.S.G
X1 = P
Q
X2 =
K
P 4.? Q A R
T . F
F .U V
-
Gambar 4. Panjang pengelasan (Lw) profil kastilasi dengan pengaku badan
fl = 2400 – 0,3.2400 = 1680 kg/cm2 G = E / 2(1+µ) = 2.106 / (2x(1+0,3)) = 770000 kg/cm2 J = 1/3 (2A.tf3 + h.tw3) = 1/3 (2.150.93 + 332.6,63) = 94137,67 mm4 = 9,41 cm4 Cw = X1
%
,
=
. 0-
O -- , .
98229,35 XY/9, X2 = 4.? 6
-- , . A ..,.4
7,43.10 cm /kg
Lr = 3,32. ?
= 483,88 cm
.
V
2
.,0-
0-
.?
.
% 158368,75 9, W.
..," ." ,
%
A =
A 1 = 1 = 7,43. 10 . 1680
_______________________________________________ Volume 7, No. 4, Juli 2013
Direncanakan banyaknya lubang pada badan balok adalah 10 buah untuk setengah bentang balok. Panjang pengelasan (Lw) adalah : ∑ 3. \` = 0,5\` % 0,5 \ 30.Lw + 0,5 Lw = 300 30,5 Lw = 300 Lw = 9,836 cm Panjang pengelasan (Lw) di sepanjang setengah bentang balok Panjang pengelasan sepanjang balok (Ltot) Gaya geser yang terjadi pada bidang kontak antara kedua pelat tersebut dianggap terjadi di tengah bentang yang diakibatkan oleh momen lentur. Besarnya gaya geser tersebut adalah :
http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787 cb . 1 ^
Media Bina Ilmiah 35
1346133,6.639,46 9832,99 % 87541,90 XY φy Rnw = 0,9.tc.fy = 0,9 x 0,5 x 2400 = 1404 kg/cm -" ,. Ltot = % % 62,35 9,
ab %
%
Tabel 1. Profil baja kastilasi dar profil baja I WF 300x150, L = 6 m, fy = 240 MPa, ts = 8 mm, bs = 100 mm
" "
Kontrol panjang pengelasan (Lw) ∑ 3. \` = 0,5\` > Ltot 30,5 x 9,836 > 62,35 299,998 cm > 62,35 cm ( panjang pengelasan Lw memenuhi syarat) 11. Periksa gaya geser pada tampang kritis
Gambar 5. Gaya geser yang terjadi pada tampang kritis profil baja kastilasi dengan pengaku Gaya geser yang terjadi pada tampang kritis pada jarak 1,5 Lw dari tumpuan sebesar Vux. Vu = ½ x qu x L = ½ x 29,91 x 600 = 8973 kg Vux = db27
,-2e
,-2e
8531,71 XY
,-2eB ;
7 89 : 8f /4B ;
%
. 027 ,-2
1,10g
,-2
,-2., 0
;
%
Xh . ] 5 ; Xh % 5 = k Mi ? A l
kn = 5 (asumsi tidak ada pengaku vertikal)
350 : 100 55200000 1,10g 6,5 240 38,46 ≤ 71 Vn = 0,6. fy . Aw = 0,6 x 2400 x (35 -10) x 0,65) = 23400 kg Vux ≤ φ Vn 8531,71 ≤ 0,9 x 23400 8531,71 kg ≤ 21060 kg (kapasitas geser profil baja kastilasi memenuhi) Untuk perhitungan balok baja kastilasi dengan tinggi lubang badan lainnya dibuatkan dalam tabel. Dari Tabel 1 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 360 mm perhitungan dihentikan, karena gaya geser Vn = 10108,80 kg, sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 1,5Lw adalah Vux = 10571,39 kg, sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi.
_______________________________________ http://www.lpsdimataram.com
Volume 7, No. 4, Juli 2013
36 Media Bina Ilmiah Tabel 2. Profil baja kastilasi dar profil baja I WF 300x150, L = 12 m, fy = 240 MPa, ts = 8 mm, bs = 100 mm
ISSN No. 1978-3787 meter tinggi lubang badan optimum adalah 460 mm dengan qu sebesar 9,43 kg/cm. Penutup a.
Simpulan Berdasarkan hasil perhitungan terhadap tinggi lubang badan pada profil baja kastilasi dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu : 1. Tinggi lubang optimum dipengaruhi oleh kapasitas geser profil baja kastilasi pada tampang kritis yaitu 1,5Lw dari tumpuan. 2. Kapasitas geser profil baja semakin kecil dengan pertambahan tinggi lubang badan, akibat luas badan profil baja berkurang. 3. Lendutan membatasi besarnya beban merata yang dapat dipikul oleh profil baja kastilasi artinya control lendutan 1/240 L memperkecil beban merata. 4. Pemberian pengaku pada badan meningkatkan kapasitas geser profil baja kastilasi tersebut. Pada profil baja kastilasi yang diberi pengaku badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm, tinggi lubang badan optimum yang didapat adalah 340 mm untuk panjang bentang 6 meter dengan qu sebesar 36,79 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 meter tinggi lubang badan optimum adalah 460 mm dengan qu sebesar 9,43 kg/cm.
b.
Dari Tabel 2 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 480 mm perhitungan dihentikan, karena gaya geser Vn = 5054,40kg, sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 1,5Lw adalah Vux = 5375,65 kg, sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi. b.
Pembahasan Hasil Perhitungan Pada profil baja kastilasi yang diberi pengaku badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm, tinggi lubang badan optimum yang didapat adalah 340 mm untuk panjang bentang 6 meter dengan qu sebesar 36,79 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 _______________________________________________ Volume 7, No. 4, Juli 2013
Saran Saran-saran yang dapat diambil berdasarkan hasil perhitungan tinggi lubang badan optimum profil baja kastilasi adalah sebagai berikut : 1. Dalam menentukan tinggi lubang badan optimum yang lebih akurat, penambahan tinggi lubang badan diatur sedemikian rupa sehingga gaya geser akibat beban merata yang dipikul oleh profil baja tersebut mendekati kapasitas geser profil baja. 2. Untuk mendapatkan hasil yang lebih variatif, bentuk lubang dapat dibuat dengan ukuran yang berbeda misalnya berbentuk bulat, begitu pula dengan jenis perletakan dan pembebanannya. Daftar Pustaka Anonim, 2000, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung, Penerbit Laboratorium Mekanika Struktur Pusat Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung, Bandung. Anonim, 2000, Kursus Singkat Perencanaan Struktur Baja dengan Metoda LRFD, Penerbit Laboratorium Mekanika Struktur Pusat
http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787 Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung, Bandung. Gunawan T. dan Margaret S., 1998, Teori Soal dan Penyelesaian Konstruksi Baja I Jilid I, Delta Group Jakarta. Rene Amon, Bruce Knobloch, Atanu Mazubder, 1996, Perencanaan Konstruksi Baja untuk Insinyur dan Arsitek 1, PT. Pradnya Paramita.
Media Bina Ilmiah 37 Salmon, Charles G. dan Johnson E, 1992, Struktur Baja dan Desain dan Perilaku 1 dan 2 edisi ketiga, terjemahan Ir. Mc. Prihminto Widodo, PT. Gramedis Pustaka Utama, Jakarta. Schodek, Daniel, 1995, Struktur, terjemahan Ir. Bambang Suryoatmono, M.Sc., PT. Eresco. Spiegel, Leonard dan Limbrumer, George F., 1991, Desain Baja Struktural Terapan, terjemahan Ir. Bambang Suryoatmono, M.Sc., PT. Eresco.
_______________________________________ http://www.lpsdimataram.com
Volume 7, No. 4, Juli 2013
