Penggunaan Konstruksi Baja

Penggunaan Konstruksi Baja

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 untuk
1. 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 

Sambungan sudut portal kaku

Sambungan pada alas kolom

Baja sebagai Elemen Komposit


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  

Posting Komentar