Filosofi Desain Struktur Baja
Strong Column Waek Beam adalah filosofi dasar yang harus selalu diimplementasikan setiap kali melakukan perencanaan struktur. Bagaimana cara menerapkannya dalam mendesain struktur baja? Dalam perencanaan struktur baja yang perlu dicermati adalah kekuatan balok, kolom, dan sambungan. Dalam perencanaan struktur baja sambungan merupakan hal yang harus benar – benar dicermati karena pada sambungan tersebutlah biasanya sendi plastis akan mudah terjadi. Berbeda dengan struktur beton yang dengan pengecoran maka tulangan – tulangan sambungan antara kolom dan balok bisa seakan – akan menjadi monolit, karena pada sambungan baja kekuatan baut dan las yang digunakan harus dihitung dengan baik. Sebelum membahas mengenai perencanaan secara lebih detil sebaiknya kita perlu memahami tentang Fe, Fp, dan Fcr karena setelah dapat memahami hal tersebut dengan baik maka filosofi dalam mendesain akan menjadi lebih mudah dimengerti. Dalam perencanaan struktur baja maupun beton, nilai – nilai tegangan tersebut dipengaruhi oleh panjang bentang suatu elemen.
Gambar 1. Hubungan panjang bentang dengan tegangan
Dari kurva diatas, kita dapat mengetahui bahwa semakin panjang bentang suatu elemen, maka nilai tegangan yang dapat digunakan untuk perencanaan semakin kecil. Dalam perencanaan strukutur baja, tidak hanya panjang elemen yang menjadi pertimbangan perencanaan tetapi juga nilai rasio (λ) antara ketebalan dan panjang yang ada pada penampang elemen tersebut (contoh dalam profil WF : rasio antara tebal sayap dan panjang sayap) untuk
mencegah terjadinya local buckling, karena apabila terjadi local buckling maka kemampuan layananan elemen tersebut akan jadi berkurang. Grafik tersebut juga dapat membantu kita dalam memahami peraturan – peraturan perencanaan baja seperti AISC dan SNI perencanaan struktur baja.
Gambar 2. Diagram tegangan regangan
Dengan mengingat kembali juga mengenai mekanisme baja, kita dapat mengambil kesimpulan sederhana dari kedua grafik tersebut yaitu bahwa Fe < Fcr < Fp. Dalam perencanaan nilai – nilai tersebut berhubungan erat dengan perhitungan pembebanan yaitu nilai (input) pembebanan baik beban statik maupun dinamik. Nilai tegangan berbanding terbalik dengan nilai input pembebanan dalam perencanaan.
Gambar 3. Hubungan beban dengan panjang elemen
Sehingga dalam perencanaan, apabila kita ingin membuat suatu struktur dengan biaya yang lebih murah maka kita dapat mendesain struktur kita secara plastis. Mengapa demikian? Dengan desain plastis maka ukuran – ukuran elemen yang digunakan akan menjadi lebih kecil karena beban yang digunakan dalam desain juga kecil. Apakah aman? Apabila mengikuti prosedur desain dengan benar, maka kemungkinan aman itu menjadi lebih besar. Pada dasarnya baja merupakan suatu bahan yang memiliki sifat daktilitas yang baik sehingga kita dapat memaksimalkannya dengan perencanaan pada titik plastisnya (yaitu titik maksimum sebelum terjadi keruntuhan), dan didalam SNI perencanaan baja kita dapat menggunakan nilai reduksi yang telah tersedia. Nilai reduksi tersebut merupakan nilai daktilitas struktur sehingga perencanaan struktur tidak hanya akan menjadi perencanaan struktur elastis yang tentunya akan memerlukan biaya konstruksi yang besar.
Gambar 4. Alur perencanaan struktur (balok – kolom) baja Dari flowchart diatas dapat dilihat urutan perencanaan struktur baja (balok - kolom), dimana secara keseluruhan kolom harus dirancanang lebih kuat dari sambungan dan balok, dengan kata lain bila ada beban dinamik yang sangat besar maka keruntuhan hanya diperbolehkan terjadi di balok atau sambungan tanpa mempengaruhi kolom (kolom harus tetap dapat berdiri). Setelah mengetahui filosofi dasar perencanaan struktur baja (balok – kolom), selanjutnya adalah prosedur perencanaan yang akan dimulai dengan perencanaan balok.
1. Perencanaan Balok Sebelum melakukan perencanaan, elemen balok tersebut harus dicek dulu rasionya (kompak atau tidak) karena akan mempengaruhi perhitungan selanjutnya. Tabel 1. Batasan – batasan rasio pada elemen baja Elemen
λ
λr
Flange
Web
Lalu cek Lb, Lp, dan Lr sekaligus untuk menentukan kemungkinan terjadinya torsional buckling pada balok tersebut, sehingga dapat diketahui besar/jenis tegangan yang dapat digunakan untuk menentukan Mn balok tersebut.
Gambar 5. Block shear pada balok 2. Perencanaan Sambungan Dalam merencanakan sambungan baja, harus dipilih terlebih dahulu jenis sambungan yang akan direncanakan (sambungan sederhana, sambungan geser, atau sambungan geser momen) karena akan sangat mempengaruhi perhitungan selanjutnya. Kemudian tentukan jenis alat sambung yang akan digunakan, baut, baut bermutu tinggi atau las.
Periksa kebutuhan baut atau tebalnya las, lalu periksalah perbandingan kekuatan baut/las tersebut terhadap kekuatan geser elemen baja karena akan dapat mengakibatkan block shear.
3. Perencanaan Kolom Kelangsingan kolom harus diperiksa terlebih dahulu, untuk menentukan besarnya amplifikasi momen dan juga besarnya tegangan kritis yang akan digunakan untuk menentukan kekuatan kolom. Dalam perencanaan kolom, penggunaan tegangan kritis dalam menentukan kemampuan layan kolom memiliki maksud juga agar kolom masih memiliki kekuataan yang cukup (hingga batas plastis) sehingga keruntuhan dapat terhindarkan, berbeda dengan balok yang menggunakan nilai plastis dalam menentukan kekuatan layannya sehingga balok sudah tidak memiliki sisa kekuatan layan untuk menahan beban yang melampaui perhitungan kekuatan layan balok tersebut. Selain itu, sehubungan dengan perencanaan sambungan, maka kekuatan zona panel kolom juga harus diperiksa untuk mencegah keruntuhan zona panel tersebut. Bisa digunakan pelat pengganda ataupun pelat menerus yang bertujuan untuk menambah kekuatan bagian zona panel pada kolom.
NB : Untuk perhitungan lebih detil dapat dibaca pada buku – buku struktur baja
Sumber : Segui, W. (2007). Steel Design Fouth Edition. Thomson, Canada
