BABBIIB TEORIBDASARB
II.7. BBalok-KolomB(Portal)B
Suatu komponen struktur harus mampu memikul beban aksial (tarik/tekan) serta momen lentur. Apabila besarnya gaya aksial yang bekerja cukup kecil dibandingkan momen lentur yang bekerja, maka efek dari gaya aksial tersebut dapat diabaikan dan komponen struktur tersebut dapat didesain sebagai komponen balok lentur. Namun apabila komponen struktur memikul gaya aksial dan momen lentur yang tidak dapat diabaikan salah satunya, maka komponen struktur tersebut dinamakan balok-kolom (beam-column) (Agus Setiawan : 2TT8).
Elemen balok-kolom umumnya dijumpai pada struktur-struktur statis tak tertentu. Misalkan pada struktur portal statis tak tertentu pada Gambar II.7.
B
Gambar II.7. Struktur Portal Statis Tak Tentu.
Akibat kondisi pembebanan yang bekerja, maka batang AB tidak hanya memikul beban merata saja namun juga memikul beban lateral P1. Dalam hal ini efek lentur dan gaya tekan P1 yang bekerja pada batang AB harus dipertimbangkan dalam proses desain penampang batang AB, maka batang AB harus didesain sebagai suatu elemen balok-kolom. Selain, batang AB yang didesain sebagai elemen balok-kolom, batang AC, BD, CE, DF, juga didesain sebagai elemen balok kolom. Karena selain memikul gaya aksial akibat reaksi dari balok-balok AB dan CD, efek lentur dan efek gaya aksial yang bekerja tidak bisa diabaikan salah satunya. Berbeda dengan batang CD yang hanya didominasi oleh efek lentur, gaya
P1
P2
A B
C D
lateral P2 telah dipikul oleh pengaku-pengaku (bracing) bentuk X. Sehingga batang CD dapat didesain sebagai suatu elemen balok tanpa pengaruh gaya aksial (Agus Setiawan : 2TT8).
II.7.1.BBatangBPortalBTerhadapBKombinasiBGayaBMomenB
Pembahasan secara sendiri-sendiri elemen struktur terhadpa gaya atau momen, dipilih karena kapasitas batang hanya maksimal untuk satu kondisi saja. Ketika terjadi kombinasi antara gaya dan momen secara sekaligus, maka kapasitas batang menjadi terbagi, sehingga kinerja terhadap daya dukungnya menjadi berkurang.
Untuk memahami perilaku batang baja (tidak langsing) terhadap kombinasi gaya aksial dan momen yang selanjutnya disebut balok-kolom, maka dapat disusunlah kurva interaksi 3D (Gambar II.7.1.1). kurca merupaka respons balok-kolom terhadap gaya aksial (P), momen sumbu kuat (Mx), dan momen sumbu lemah (My)
Gambar II.7.1.1. Kurva kapasitas batang gemuk pada kombinasi gaya-momen Tiap sumbu pada diagram di atas mewakili kapastias balok-kolom yang dibebani oleh satu macam gaya atau momen secara sendiri-sendiri. Adapun kurva lengkung diantara dua sumbu adalah hasil kombinasi gaya momen (vertical) atau momen biaksial (horizontal). Selanjutnya kurva permukaan hasil pertemuan ketiga kurva lengkung tersebut adalah kurva batas kapasitas kombinasi gaya akisal dan momen biaksial sekaligus.
Dengan memperhatikan hal diatas maka jika terdapat kombinasi beban luar yang nilainya berada di bawah payung kurva batas tersebut maka kondisinya dianggap memenuhi syarat perencanaan.
Karena kombinasi menyangkut berbagai macam gaya dan momen, format perencanaannya perlu diubah. Jika format LRFD yang biasa adalah Ru≤∅ Rn maka
untuk kombinasi menjadi Ru / ∅ Rn ≤ 1,T. Agar berlaku umum maka Ru dinotasikan sebagai r (required) atau kuat perlu dan ∅ Rn dengan notasi sebagai c (capacity) atau kapasitas rencana yang dapat disediakan. Notasi tetap memakai kata asing agar tidak ada perubahan rumus AISC (2T1T) yang diserap.
Kurva interaksi sederhana dengan mengkombinasikan gaya perlu (Pr) terhadap kapasitas gaya rencana (Pc), momen sumbu kuat perlu (Mrx) terhadap kapasitas momen rencana sumbu kuat (Mcx), momen sumbu lemah perlu (Mry) terhadap kapasitas momen rencana sumbu lemah (Mcy) terlihat pada kurva interaksi berikut.
Gambar II.7.1.2. Kurva interaksi kombinasi gaya-momen sederhana
II.7.2.BPenampangBSimetriBterhadapBLenturB&BGayaBAksialB
Kurva interaksi AISC (2T1T) sedikit berbeda karena ada kalibrasi dengan data empiris, meskipun pada prinsipnya sama. Interaksi momen lentur dan gaya aksial pada penampang simetri ganda atau simetri tunggal dengan T,1 ≤ Iyc / Iy≤ T,9 yang momennya dapat dipaksa melentur pada sumbu simetrinya, harus memenuhi
persamaan H1-1a dan H1-1b (AISC 2T1T). Adapun Iyc adalah momen inersia sayap
dengan tegangan desak terhadap sumbu y atau sumbu lemahnya. Persamaan interaksinya adalah : a. Jika c P r P ≥ T,2 maka : c P r P + 9 8 ( ) cy ry cx rx M M M M ≤ 1,T
b. Jika c P r P < T,2 maka : c P 2 Pr + ( ) cy ry cx rx M M M M ≤ 1,T Dimana :
Pr = Pu kuat aksial perlu elemen struktur, hasil analisa struktur rangka secara menyeluruh (global)
Pc = ØPn kuat rencana elemen struktur (tarik atau tekan)
Mr = Mu kuat lentur perlu elemen, hasil analisis struktur yang telah memperhitungkan efek orde ke-2 atau efek P-Δ pada rangka secara menyeluruh (global)
Mc = ØMn kuat rencana elemen struktur sebagai balok lentur
x subskrip symbol untuk momen lentur terhadap sumbu kuat penampang
y subskrip symbol untuk momen lentur terhadap sumbu lemah
penampang
II.8.BTaperBFrameB
Taper frame merupakan suatu profil baja yang mempunyai bentuk non simetris. Baja taper mengalami proses pemotongan pada bagian badan profil dengan kemiringan tertentu, kemudian hasil potongan direkayasa untuk mendapatkan luasan yang lebih besar di salah satu ujungnya.
Gambar II.8. proses pembentukan baja taper
Dasar pemikirannya sederhana, bahwa ukuran (tinggi) flange baja disesuaikan dengan besarnya momen yang terjadi. Seperti diketahui bahwa untuk balok/portal sederhana, akibat beban merata maka momen maksimum hanya di tempat-tempat tertentu, jika simple-beam maka dilapangan, sedangkan untuk portal ada di sudut- sudut portal. Dengan demikian jika dipakai ukuran profil yang sama di semua bentang pasti ada bagian yang tidak optimal. Oleh karena itu dengan memanfaatkan teknologi las, prifuk diubah sedemikian rupa menjadi bentuk tapered.
Strategi ini tentu akan cocok jika digabung dengan keunggulan baja jika digunakan dalam bentuk modul seragam, berulang dan berkuantitas besar. Biaya yang dikeluarkan untuk mengubah profil standar menajdi profil tapered jika dilakukan berulang-ulang akhirnya biaya produksinya dapat ditekan, dan dalam sisi lain diperoleh keuntungan dari penghematan material bajanya.
Jika digunakan teknologi pengelasan submerged-arc weld di bengkel fabrikasi maka tidak perlu bevel atau pekerjaan persiapan khusus pada bagian web yang di las tersebut. Adapun formulasi geometri untuk pemotongan profil konvensional untuk dibuat profil tapered sebagai berikut.
Untuk desain penampang, prinsipnya adalah memastikan bahwa disetiap titik, tegangan yang terjadi tidak melebihi tengangan ijin atau dalam format LRFD adlaah Mu < Mn. Masalahnya, pada pembebanan merata momennya berbentuk parabola sedangkan perubahan tinggi profil tapered adalah linier. Sehingga perlu dicari lokasi
tinggi kritis / critical depth (Blodget 1976) yaitu tinggi profil minium batang tapered
yang diperlukan untuk menahan momen actual.
Dari penelitian Blodget (1976) untuk balok tumpuan sederhana terhadap pembebanan merata maka lokasi tinggi kritis akan terletak pada ¼ bentangnya, dan bukan ditengah-tengahnya meskipun disitulah terletak momen maksimumnya.
Perilaku structural kebanyakan balok tanpa pengekang lateral baik itu prismatic atau balok taper sangat bergantung terhadap tekuk lateral torsinya, pada fenomena yang lebih kompleks dapat berupa kombinasi sumbu tekuk dan juga torsinya. Namun itu dapat dicerna secara logika, pada keseragaman dan kemudahan penggunaan, satu perilaku metode perencanaan dapat digunakan baik untuk balok perismatis juga taper. Untuk mencapai maksud tersebut pendekan paling umum adalah mencoba memodifikasi aturan da prosedur dalam balok prismatic dengan makssud untuk melihat kemampuan lateralnya.
Adapun juga kerugian dari penggunaan baja taper, yaitu salah satu ujung penampangnya akan mengecil, dikarenakan luasan penampang salah satu ujungnya dikorbankan untuk menambah luasan penampang di ujung penampang lainnya. Karena perbedaan tersebut, maka salah satu ujung dari baja taper tersebut adalah lemah dan hanya dapat menahan tegangan dan momen yang kecil, mereka merupakan struktur nonlinear, dimana tidak bisa dianalisi dengan metode sederhana.
BABBIB