Baja sebagai Elemen Komposit

Penggunaan Konstruksi Baja : Dasar Perencanaan Struktur Baja 

Batang Tarik | Batang Tekan | Batang Lentur | Kombinasi Lentur dan Gaya Aksial | Gelagar Plat

Baja sebagai Komponen Komposit

Pada awalnya, kerangka baja yang mendukung konstruksi plat beton bertulang yang dicor di tempat direncanakan dengan asumsi bahwa plat beton dan baja bekerja secara terpisah dalam menahan beban, tanpa memperhitungkan pengaruh komposit dari baja dan beton yang bekerja bersama.

Pengabaian ini dilandaskan pada keyakinan bahwa lekatan antara lantai atau plat beton dan bagian atas balok baja tidak dapat diandalkan. Namun, dengan kemajuan teknik pengelasan, penggunaan alat penyambung geser mekanis menjadi praktis untuk menahan gaya geser horisontal yang muncul saat batang terlentur. Dengan adanya alat penyambung geser, rumus lentur konvensional (f = Mc/I) tidak dapat diterapkan karena tegangan dalam plat lebar yang bertumpu pada balok baja tidak merata sepanjang lebar plat.

Sebagaimana pada penampang T yang sepenuhnya terbuat dari beton bertulang, plat yang lebar diubah menjadi plat dengan lebar setara agar rumus lentur dapat diaplikasikan untuk mendapatkan kapasitas momen yang akurat. Faktor krusial dalam aksi komposit adalah menjaga agar lekatan antara beton dan baja tetap ada. Seiring dengan penempatan plat beton di atas balok baja penyangga, peneliti mulai mempelajari perilaku alat penyambung geser mekanis. Alat penyambung geser menciptakan interaksi yang diperlukan untuk aksi komposit antara balok baja profil I dan plat beton, yang sebelumnya hanya dicapai melalui lekatan pada balok yang sepenuhnya terbenam dalam beton.

Struktur baja komposit

Berbagai macam struktur komposit

Aksi Komposit

Aksi komposit terjadi ketika dua batang struktural yang memikul beban, seperti konstruksi lantai beton dan balok baja penyangga, disambung secara integral dan melendut sebagai satu kesatuan. Contoh penampang lintang komposit umumnya diperlihatkan pada Gambar. Besarnya aksi komposit yang timbul bergantung pada pengaturan yang dibuat untuk memastikan regangan linear tunggal dari atas plat beton sampai muka bawah penampang baja.

Untuk memahami konsep perilaku komposit, pertama-tama perhatikan balok yang tidak bersifat komposit dalam Gambar 6.56(a). Pada kondisi ini, jika gesekan antara plat dan balok diabaikan, balok dan plat masing-masing membawa sebagian beban secara terpisah. Ketika plat mengalami deformasi akibat beban vertikal, permukaan bawahnya akan tertarik dan memanjang; sementara itu, permukaan atas balok tertekan dan memendek. Oleh karena itu, diskontinuitas akan terjadi pada bidang kontak. Karena gesekan diabaikan, hanya gaya dalam arah vertikal yang bekerja antara plat dan balok.

Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit

Keuntungan dan Kerugian Konstruksi Komposit

Keuntungan utama dari perencanaan konstruksi komposit mencakup:

-  Penghematan Berat Baja:  Potensi penghematan berat baja sebesar 20 sampai 30%, yang juga dapat mengurangi tinggi bangunan dan menimbulkan penghematan pada bahan bangunan lainnya.

-  Penampang Balok Baja yang Lebih Rendah:  Reduksi berat pada balok baja memungkinkan penggunaan penampang yang lebih rendah dan lebih ringan.

-  Kekakuan Lantai yang Meningkat:  Kekakuan lantai komposit jauh lebih besar, mengurangi lendutan beban hidup dan memberikan stabilitas yang lebih baik.

-  Panjang Bentang yang Lebih Besar:  Untuk batang tertentu, panjang bentang dapat ditingkatkan.

-  Kapasitas Pemikul Beban yang Meningkat:  Aksi komposit penuh meningkatkan kekuatan batas penampang, menghasilkan kapasitas cadangan yang tinggi.

Meskipun memiliki keuntungan yang signifikan, konstruksi komposit juga memiliki beberapa batasan yang harus diperhatikan:

-  Pengaruh Kontinuitas:  Pengaruh kontinuitas harus diperhatikan dalam perencanaan.

-  Lendutan Jangka Panjang:  Lendutan jangka panjang dapat menjadi masalah terutama jika penampang komposit menahan sebagian besar beban hidup atau jika beban hidup berlanjut dalam waktu yang lama. Namun, masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan lebar plat efektif yang diredusir atau dengan memperbesar rasio modulus elastisitas n.

Alat penyambung geser komposit yang umum

Alat Penyambung Geser dalam Konstruksi Komposit

Selama pembebanan, penting untuk menahan gaya geser horisontal yang timbul antara plat beton dan balok baja agar penampang komposit dapat bekerja secara monolit. Meskipun lekatan antara plat beton dan balok baja bisa cukup besar, lekatan ini sendiri tidak mencukupi untuk memberikan interaksi yang diperlukan. Gaya gesek antara plat beton dan balok baja juga tidak dapat mengembangkan interaksi yang diinginkan. Oleh karena itu, diperlukan penggunaan alat penyambung geser mekanis yang terhubung ke bagian atas balok baja. Berbagai jenis alat penyambung geser mekanis umumnya digunakan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar.

Selengkapnya mengenai Teknik Struktur Bangunan