Dasar Perencanaan Struktur Baja
Desain struktur harus memenuhi kriteria kekuatan (strength),
kemampuan layan (serviceability) dan ekonomis (economy).
◈ Kekuatan berkaitan dengan kemampuan umum dan keselamatan
struktur pada kondisi pembebanan yang ekstrem. Struktur diharapkan
mampu bertahan meskipun terkadang mendapat beban yang berlebihan
tanpa mengalami kerusakan dan kondisi yang membahayakan selama
waktu pemakaian struktur tersebut.
◈ Kemampuan layan mengacu pada fungsi struktur yang sesuai,
berhubungan dengan tampilan, stabilitas dan daya tahan, mengatasi
pembebanan, defleksi, vibrasi, deformasi permanen, retakan dan korosi,
dan persyaratan-persyaratan desain lainnya.
◈ Ekonomis mengutamakan pada keseluruhan persyaratan biaya
material, pelaksanaan konstruksi dan tenaga kerja, mulai tahapan
perencanaan, pabrikasi, pendirian dan pemeliharaan struktur.
Secara umum ada dua filosofi perencanaan yang dipakai dewasa ini,
yaitu:
» Filosofi perencanaan tegangan kerja-elastis (working stress
design), elemen struktural harus direncanakan sedemikian rupa hingga
tegangan yang dihitung akibat beban kerja, atau servis, tidak melampaui
tegangan ijin yang telah ditetapkan. Tegangan ijin ini ditentukan oleh
peraturan bangunan atau spesifikasi untuk mendapatkan faktor
keamanan terhadap tercapainya tegangan batas, seperti tegangan leleh
minimum atau tegangan tekuk (buckling). Tegangan yang dihitung harus
berada dalam batas elastis, yaitu tegangan sebanding dengan regangan.
» Filosofi perencanaan keadaan batas (limit state). Filosofi ini meliputi
metoda vang umumnya disebut "perencanaan kekuatan batas,"
"perencanaan kekuatan," "perencanaan plastis," "perencanaan faktor
beban," "perencanaan batas," dan yang terbaru "perencanaan faktor
daya tahan dan beban" (LRFD/Load and Resistance Factor Design).
Keadaan batas adalah istilah umum yang berarti "suatu keadaan pada
struktur bangunan di mana bangunan tersebut tidak bisa memenuhi
fungsi yang telah direncanakan".
Keadaan batas dapat dibagi atas kategori kekuatan (strength) dan
kemampuan layan (serviceability).
− Keadaan batas kekuatan (atau keamanan) adalah kekuatan daktilitas
maksimum (biasa disebut kekuatan plastis), tekuk, lelah (fatigue),
pecah (fracture), guling, dan geser.
− Keadaan batas kemampuan layan berhubungan dengan penghunian
bangunan, seperti lendutan, getaran, deformasi permanen, dan
retak.
Dalam perencanaan keadaan batas, keadaan batas kekuatan atau
batas yang berhubungan dengan keamanan dicegah dengan mengalikan
suatu faktor pada pembebanan. Berbeda dengan perencanaan tegangan
kerja yang meninjau keadaan pada beban kerja, peninjauan pada
perencanaan keadaan batas ditujukan pada ragam keruntuhan (failure
mode) atau keadaan batas dengan membandingkan keamanan pada
kondisi keadaan batas.
Batang tarik dapat berbentuk profil tunggal ataupun variasi bentuk dari susunan profil tunggal. Bentuk penampang yang digunakan antara lain bulat, plat strip, plat persegi, baja siku dan siku ganda, kanal dan kanal ganda, profil WF, H, I, ataupun boks dari susunan profil tunggal.
Batang Tarik
Batang tarik didefinisikan sebagai batang-batang dari struktur yang dapat menahan pembebanan tarik yang bekerja searah dengan sumbunya. Batang tarik umumnya terdapat pada struktur baja sebagai batang pada elemen struktur penggantung, rangka batang (jembatan, atap dan menara). Selain itu, batang tarik sering berupa batang sekunder seperti batang untuk1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan pengaku sistem lantai rangka batang atau untuk penumpu antara sistem dinding berusuk (bracing).
Batang tarik dapat berbentuk profil tunggal ataupun variasi bentuk dari susunan profil tunggal. Bentuk penampang yang digunakan antara lain bulat, plat strip, plat persegi, baja siku dan siku ganda, kanal dan kanal ganda, profil WF, H, I, ataupun boks dari susunan profil tunggal. Secara umum pemakaian profil tunggal akan lebih ekonomis, namun penampang tersusun diperlukan bila:
− Kapasitas tarik profil tunggal tidak memenuhi
− Kekakuan profil tunggal tidak memadai karena kelangsingannya
− Pengaruh gabungan dari lenturan dan tarikan membutuhkan kekakuan lateral yang lebih besar
− Detail sambungan memerlukan penampang tertentu
− Faktor estetika.
Kekakuan batang tarik
Luas penampang bruto, netto dan efektif netto
Luas penampang bruto dari sebuah batang Ag didefinisikan sebagai hasil perkalian antara tebal dan lebar bruto batang. Luas penampang netto didefinisikan sebagai perkalian antara tebal batang dan lebar nettonya. Lebar netto didapat dengan mengurangi lebar bruto dengan lebar dari lubang tempat sambungan yang terdapat pada suatu penampang. |
| Gambar Contoh aplikasi batang tarik |
Di dalam AISCS ditentukan bahwa dalam menghitung luas netto
lebar dari paku keling atau baut harus diambil 1/16 in lebih besar dari
1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan
305
dimensi nominal lubangnya dalam arah normal pada tegangan yang bekerja.
AISC memberikan daftar hubungan antara diameter lubang dengan ukuran
alat penyambungnya. Untuk lubang-lubang standar, diameter lubang di
ambil 1/16 in lebih besar dari ukuran nominal alat penyambung. Dengan
demikian di dalam menghitung luas netto, diameter alat penyambung harus
ditambah 1/8 in atau (d + 1/16 + 1/16).
 |
| Gambar Beberapa tipe penampang batang tarik |
Batang tarik bulat
Batang tarik yang umum dan sederhana adalah batang bulat berulir.
Batang ini biasanya merupakan batang sekunder dengan tegangan rencana
yang kecil, seperti (a) pengikat gording untuk menyokong gording pada
bangunan industri (Gambar a); (b) pengikat vertikal untuk menyokong
rusuk pada dinding bangunan industri; (c) penggantung, seperrti batang tarik
yang menahan balkon (Gambar c); dan (d) batang tarik untuk menahan
desakan pada pelengkung (arch).
Batang tarik bulat sering digunakan dengan tarikan awal sebagai
ikatan angin diagonal pada dinding, atap dan menara. Tarikan awal
bermanfaat untuk memperkaku serta mengurangi lendutan dan getaran
yang cenderung menimbulkan kehancuran lelah pada sambungan. Tarikan
awal ini dapat diperoleh dengan merencanakan batang 1/16 in lebih pendek
untuk setiap panjang 20 ft.
Batang-batang jadi
Jarak mendatar dari alat sambungan paku keling baut atau las
setempat untuk dua buah pelat atau sebuah pelat dan sebuah perletakan rol
tidak boleh melebihi 24 kali ketebalan dari pelat yang paling tipis atau 12 in.
Jarak mendatar dari baut, paku keling atau las setempat yang
menghubungkan dua atau lebih perletakan rol tidak boleh lebih dari 24 in.
Untuk batang-batang yang dipisahkan oleh rusuk-rusuk berselang
seling, jarak antar rusuk-rusuk penyambung tersebut harus dibuat
sedemikian rupa sehingga perbandingan kerampingan dari tiap komponen
yang panjangnya diambil sebesar jarak antara alat-alat penyambung dari
rusuk, tidak boleh melampaui 240.
Pelat penutup berlubang atau pelat pengikat seperti terlihat pada
Gambar bisa digunakan pada bagian yang terbuka dari batang tarik
jadi. Pelat pengikat tersebut harus direncanakan berdasarkan kriteria-kriteria
berikut ini:
− Jarak antara pelat harus diambil sedemikian rupa hingga
perbandingan kerampingan dari tiap komponen yang berada di
antara kedua pelat tersebut tidak melampaui 240.
− Panjang (tinggi) dari pelat pengikat tidak boleh kurang dari dua
pertiga jarak horisontal dari alat penyambung paku keling, baut atau
las yang menghubungkan alat tersebut dengan komponen dari
batang jadi.
− Tebalnya alat penyambung tidak boleh kurang dari A dari jarak
horisontal tersebut.
− Jarak vertikal dari alat-alat penyambung yang terdapat pada pelat
pengikat seperti paku keling, baut atau las tidak boleh melampaui 6
in.
− Jarak minimum dari alat-alat penyambung seperti tersebut di atas ke
tepi-tepi pelat pengikat sesuai persyaratan.
−
 |
| Gambar Pemakaian batang tarik bulat |
 |
| Gambar Jarak antar pelat yang dibutuhkan batang tarik |
Batang Tekan
Batang Lentur
Batang lentur didefinisikan sebagai batang struktur yang menahan
baban transversal atau beban yang tegak lurus sumbu batang. Batangbatang
lentur pada struktur yang biasanya disebut gelagar atau balok bisa
dikategorikan sebagai berikut:
− Joist: adalah susunan gelagar-gelagar dengan jarak yang cukup
dekat antara satu dan yang lainnya, dan biasanya berfungsi untuk
menahan lantai atau atap bangunan
− Lintel: adalah balok yang membujur pada tembok yang biasanya
berfungsi untuk menahan beban yang ada di atas bukaan-bukaan
dinding seperti pintu atau jendela
− Balok spandrel: adalah balok yang mendukung dinding luar
bangunan yang dalam beberapa hal dapat juga menahan sebagian
beban lantai
− Girder: adalah susunan gelagar-gelagar yang biasanya terdiri dari
kombinasi balok besar (induk) dan balok yang lebih kecil (anak
balok)
− Gelagar tunggal atau balok tunggal
Gelagar biasanya direncanakan sebagai gelagar sederhana (simple
beam) dengan perletakan sendi-rol, perletakan jepit, jepit sebagian atau
sebagai balok menerus.
Gelagar atau balok pada umumnya akan mentransfer beban vertikal
sehingga kemudian akan terjadi lenturan. Pada saat mengalami lenturan,
bagian atas dari garis netral tertekan dan bagian bawah akan tertarik,
sehingga bagian atas terjadi perpendekan dan bagian bawah terjadi
perpanjangan.
Struktur balok sebagai batang lentur harus memenuhi tegangan
lentur yang diijinkan. Tegangan lentur balok adalah hasil pembagian
antara perkalian momen lentur dan jarak dari serat penampang terjauh ke
garis netral, dengan momen inersia penampang.
Menurut AISC, pada kondisi umum tegangan lentur yang diijinkan
sebesar:
Fb = 0.66 Fy.
Batang lentur juga harus
memenuhi syarat-syarat
kekompakan sayap profil batang
baja dan tunjangan lateral dari
sayap tekan. Batang lentur kompak
didefinisikan sebagai batang yang
mampu mencapai batas momen
plastisnya sebelum terjadi tekuk
pada batang tersebut. Hampir
semua profil W dan S mempunyai
sifat kompak.
 |
| Gambar Ikatan lateral sistem rangka lantai satu atap |
Tunjangan lateral dari gelagar
Apabila ada beban transversal yang bekerja pada
gelagar maka sayap tekan akan
bertingkah laku dalarn cara yang
sama seperti sebuah kolom.
Gambar. Ikatan lateral sistem
rangka lantai satu atap
Apabila panjang gelagar bertambah, maka sayap tekan bisa mengalami tekukan. Terjadinya perpindahan ini
pada sumbu yang lebih lemah akan menyebabkan timbulnya puntiran yang
akhirnya bisa menyebabkan terjadinya keruntuhan. Batang-batang yang
mengalami pembengkokan bukan pada sumbu utamanya tidak memerlukan
konstruksi ikatan. Namun demikian batang-batang tersebut harus memenuhi
syarat-syarat yang dimuat dalam AISCS 1.9.2. Struktur kotak biasanya tidak
memerlukan konstruksi ikatan menurut ketentuan dalarn AISCS 1.5.1.4. 1.
dan 1.5.1.4.4. Batang-batang yang mengalami pembengkokan pada sumbu
utamanya, perlu mendapatkan konstruksi ikatan pada sayap tekannya untuk
mencegah terjadinya ketidakstabilan lateral.
Untuk menentukan bentuk tunjangan lateral, diperlukan suatu penilaian
tertentu sesuai dengan keadaan yang dihadapi. Sebuah gelagar yang
dibungkus dengan beton dapat dikatakan telah dilengkapi dengan tunjangan
lateral pada seluruh bentangnya. Balok bersilangan yang mengikat gelagar
yang satu dengan gelagar yang lainnya apabila disambung dengan baik
pada sayap tekan, juga merupakan suatu tunjangan lateral. Dalam hal ini
perlu diperhatikan bahwa balok silang tersebut harus rnempunyai kekakuan
yang cukup baik. Kadang-kadang kita perlu memberikan ikatan diagonal
pada suatu bagian tertentu untuk mencegah terjadinya pergerakan pada
kedua arah. Konstruksi ikatan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 6.31.
dapat memberikan kekakuan pada beberapa bagian lainnya.
Lantai metal dalam beberapa hal bukanlah merupakan konstruksi
ikatan lateral. Setelah diberikan sambungan-sambungan secukupnya,
barulah lantai metal dapat dianggap sebagai konstruksi ikatan lateral.
Kasus-kasus tunjangan parsial (sebagian) bisa diubah menjadi tunjangan
sepenuhnya dengan melipat gandakan jarak celahnya. Misalnya lantai yang
dipaku mati setiap empat ft bisa dianggap sebagai sepertiga dari tunjangan
lateral yang utuh, dan pada jarak 12 ft lantai tersebut akan merupakan suatu
tunjangan yang utuh.
Gaya geser
Lubang-lubang pada gelagar
Sedapat mungkin lubang-lubang pada gelagar harus dihindarkan.
Apabila lubang-lubang mutlak diperlukan, harus diusahakan untuk
menghindari adanya lubang pada badan profil yang mengalami gaya geser
besar dan pada bagian sayap yang mengalami beban momen besar.
Sambungan ujung gelagar
yang menggunakan baut pada
badan profil yang tipis dapat
menciptakan suatu kondisi robeknya
badan profil. Keruntuhan
dapat terjadi akibat kombinasi
bekerjanya gaya geser/lintang melalui
baris-baris baut dan gaya
tarikan pada penampang bidang
baut.
 |
| Gambar Contoh lubang pada sayap gelagar |
 |
| Gambar Lubang pada gelagar |
Keruntuhan badan profil
Gelagar dapat mengalami kegagalan dalam menjalankan fungsinya
akibat terjadinya keruntuhan pada badan profil, serta pada titik-titik
terdapatnya konsentrasi tegangan yang besar karena bekerjanya beban
terpusat atau adanya reaksi perletakan. Hal ini dapat dicegah dengan
memakai pengaku-pengaku badan vertikal. Keruntuhan terjadi pada ujung
rusuk badan, pada titik gelagar menyalurkan tekanan dari sayap yang relatif
lebar ke badan profil yang sempit. Dalam perhitungan tegangan pada badan
profil bekerja menyebar sepanjang badan, dengan sudut 45°.
Lenturan
Lenturan dari sebuah batang struktur merupakan fungsi dari momen
inersianya. Lenturan yang diijinkan pada gelagar biasanya dibatasi oleh
peraturan dan perlu diperiksa dalam proses pemilihan gelagar. Menurut
AISC batas lenturan terhadap beban hidup dari gelagar yang menyangga
langit-langit sebesar 1/360 panjang bentangnya.
 |
| Keruntuhan badan gelagar |
Kombinasi Lentur dan Gaya Aksial
Gelagar Plat balok yang dibentuk oleh elemen-elemenplat
Jenis Konstruksi Sambungan pada Struktur
Konstruksi sambungan pada struktur baja pada umumnya
dikategorikan atas:
Sambungan portal kaku, yaitu sambungan yang memiliki kontinuitas
penuh sehingga sudut pertemuan antara batang-batang tidak berubah, yakni
dengan pengekangan (restraint) rotasi sekitar 90% atau lebih. Sambungan
ini umumnya digunakan pada metode perancangan plastis.
Sambungan kerangka sederhana, yaitu sambungan dengan
pengekangan rotasi pada ujung batang sekecil mungkin. Suatu kerangka
dianggap sederhana jika sudut semula antara batang-batang yang
berpotongan dapat berubah sampai 80% dari besarnya perubahan teoritis
yang diperoleh dengan menggunakan sambungan sendi tanpa gesekan.
Sambungan kerangka semi kaku, yaitu sambungan dengan pengekangan
antara 20-90% dari yang diperlukan untuk mencegah perubahan sudut.
Sambungan balok sederhana
Jenis sambungan balok sederhana umumnya digunakan untuk
menyambung suatu balok ke balok lainnya atau ke sayap kolom.
Sambungan balok sederhana yang dilas dan dibaut diperlihatkan pada
gambar 6.41. Pada sambungan ini, siku penyambung dibuat sefleksibel
mungkin. Gambar 6.41(a), adalah sambungan dengan dengan 5 lubang
baut yang digambarkan dengan lingkaran lubang baut yang diblok berwarna
hitam. Sedangkan pada gambar 9.38(b), adalah sambungan ke badan balok
dengan lubang baut yang dikerjakan di bengkel yang digambarkan dengan
lingkaran yang tidak diblok. Sambungan dengan siku penyambung dapat
juga dilas seperti pada gambar 6.41 (c) dan (d).
Dalam praktek konstruksi saat ini, sambungan yang dibuat di
bengkel umumnya dilas sedangkan sambungan di lapangan dapat dibaut
ataupun dilas. Bila sebuah balok disambungkan dengan balok lain sehingga
sayap balok berada pada level yang sama, sayap balok harus
(d) (e)
dipotong/ditoreh. Kehilangan sayap tidak banyak mengurangi kekuatan
geser, karena bagian sayap hanya memikul sedikit gaya geser
Sambungan balok dengan dudukan tanpa perkuatan
Merupakan alternatif dari sambungan balok sederhana dengan siku
badan. Balok dapat ditumpu pada satu dudukan tanpa perkuatan (stiffened).
Dudukan (siku) tanpa perkuatan seperti ditunjukan pada gambar dan
direncanakan untuk memikul reaksi penuh. Sambungan dengan dudukan
ditujukan hanya untuk memindahkan reaksi vertikal dan tidak boleh
menimbulkan momenmyang besar pada ujung balok.
 |
| Sambungan balok dengan dudukan tanpa perkuatan |
 |
| Gambar Penampang kritis untuk lentur pada dudukan |
Tebal dudukan ditentukan oleh tegangan lentur pada penampang
kritis siku tersebut, seperti pada gambar. Pada gambar (a), dipakai
sambungan baut tanpa penyambungan ke balok. Penampang kritis diambil
pada penampang netto yang melalui barisan baut teratas. Jika balok
dihubungkan ke siku seperti gambar (b), rotasi ujung balok
menimbulkan gaya yang cenderung mencegah pemisahan balok dari kolom.
Pada sambungan yang dilas, las penuh pada sepanjang ujung dudukan
akan melekatkan siku pada kolom, sehingga penampang kritisnya seperti
ditunjukan pada gambar (c), tanpa memandang apakah balok
dihubungkan dengan dudukannya.
Sambungan dudukan dengan perkuatan
Sambungan dengan plat konsol segitiga
Sambungan menerus balok ke kolom
Sambungan menerus balok ke balok
Pertanyaan pemahaman:
1. Apakah kelebihan penggunaan bahan baja sebagai material struktur bangunan?
2. Sebutkan sifat-sifat mekanis baja?
3. Sebutkan jenis-jenis profil baja di pasaran berdasarkan klasifikasi proses pembentukannya?
4. Sebutkan dan jelaskan beberapa sistem konstruksi baja untuk struktur bangunan?
5. Jelaskan karakteristik sambungan baut untuk konstruksi baja?
6. Sebutkan macam-macam sambungan las?
7. Jelaskan kriteria struktur dengan konstruksi baja!
8. Jelaskan kriteria dan persyaratan struktur dengan konstruksi baja untuk elemen batang tarik, batang tekan dan lentur!
9. Gambarkan beberapa aplikasi konstruksi pada struktur baja?
Tugas pendalaman:
Cari sebuah contoh bangunan dengan struktur rangka baja. Gambarkan macam-macam konstruksi sambungan yang terdapat pada struktur rangka baja tersebut. Jelaskan jenis konstruksi sambungan serta peralatan sambung apa saja yang digunakan.
Selengkapnya : Teknik Struktur Bangunan
- Harga Besi Batangan Bulat - Harga Besi Begel - Harga Besi Begel 6 - Harga Besi Begel 6 Mili
Share ke Twitter . 
Share ke Facebook . 
Share ke Pinterest . 
