TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Nippon Steel
2.3.1 Pengenalan
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) didirikan pada oktober 2012 yang merupakan kerja sama antara Nippon Steel Corporation dan Sumitomo Metal Industries, Ltd adalah salah satu perusahaan Jepang penghasil baja terdepan di dunia yang berpartisipasi dalam pembuatan material struktur inovatif yang bersifat tahan kerusakan dan memiliki masa layan yang panjang. Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation telah mengembangkan baja mutu tinggi kelas 1000 N (kuat tarik 950 N/m2).
Dalam bidang infrastruktur, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation mempromosikan perkembangan dari produk baru baja tube untuk menjawab kebutuhan akan struktur yang lebih tahan terhadap gempa, dan biaya yang lebih murah dalam pembangunan dan perbaikan.
2.3.2 Perkembangan Tube Steel untuk pekerjaan konstruksi bangunan
Karena adanya kebutuhan akan baja yang memiliki kekuatan tinggi, biaya yang lebih murah dalam pemeliharaan, ketahanan terhadap korosi, kekuatan fatigue yang tinggi, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation menciptakan dan menyuplai baja tabung yang unik dan metode penyambungannya untuk memenuhi kebutuhan ini. Beberapa aplikasi penggunaan steel tube yaitu pada menara observasi Tokyo Skytree, bangunan dengan tinggi 632 meter, juga gedung pusat penelitian dan pengembangan Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation.(Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, Technical Report No. 107).
Hollow section dibeberapa negara seperti Amerika pada mulanya sering digunakan untuk struktur di kawasan pantai khususnya bentuk circular section.Penelitian tentang hollow section ini mulai aktif di Amerika Utara sejak tahun 1970 akibat kondisi pasar yang cukup baik untuk penggunaan hollow
20
section di struktur industri. Penelitian pun dikembangkan dari berbagai aspek seperti sambungan, perlindungan terhadap api dan korosi, aplikasinya terhadap struktur terhadap gempa, elemen komposit, dan lain-lain.
Hollow Steel Section (HSS) dibentuk dalam keadaan dingin (cold formed) menjadi bentuk persegi, persegi panjang dan lingkaran.HSS sering digunakan sebagai elemen kolom, bracing, truss element.HSS sering digunakan untuk struktu sistem rangka penahan momen dengan profil WF sebagai balok, penggunaan HSS sebagai kolom terbukti dapat meningkatkan kemampuan dari sistem tersebut untuk bangunan tingkat rendah sampai menegah.Keuntungan yang didapat dengan menggunakan HSS pada sistem rangka pemikul momen termasuk dapat mengurangi berat struktur, kemungkinan untuk tidak menggunakan bracing, juga memenuhi aspek estetik bangunan.
2.3.3 Profil Hollow
Penampang hollow yang terdiri dari persegi, persegi panjang, dan bulat merupakan penampang yang sangat baik digunakan sebagai elemen tekan dibandingkan profil baja lain seperti I, H maupun baja siku. Beberapa kelebihan baja hollow antara lain:
1. Radius girasi yang konstan
2. Untuk tampang hollow persegi ideal untuk elemen tekan karena tidak memiliki sumbu lemah seperti profil WF
3. Mempunyai tegangan torsi yang baik
4. Profil bulat baja hollow memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap angin.
5. Menghasilkan berat bangunan yang lebih ringan yang bermanfaat untuk bangunan tahan gempa serta desain pondasinya.
6. Untuk mendapatkan kapasitas terhadap beban yang lebih besar dengan dimensi yang sama dapat diisi dengan beton.
7. Permukaan yang lebih sedikit untuk dicat dengan lapisan tahan api dibandingkan profil WF
21
8. Untuk bangunan bertingkat tinggi, dimana kolom di lantai atas menerima beban yang lebih kecil dibandingkan kolom di lantai dasar bangunan, dimensi luar kolom dapat didesain sama, dengan mengurangi tebal penampang untuk kolom dengan beban yang lebih kecil.
9. Permukaan yang lebih baik dari segi estetika
Desain dengan menggunakan baja hollow ini pada umumnya akan menghasilkan material yang lebih ringan jika dibandingkan dengan baja profil I untuk struktur yang sama. Jadi dari segi biaya umumnya akan menghasilkan struktur dengan cost yang lebih murah, meskipun baja hollow ini lebih mahal daripada baja penampang terbuka.
Perbandingan kapasitas tekan penampang hollow dan penampang terbuka H untuk massa yang sama dapat dilihat pada gambar 2.5 yang merupakan hasil analisa suatu penampang dengan panjang efektif 5 m dan di desain dengan Eurocode 3, dimana penampang H yang digunakan merupakan British Universal Column(UC, H-Section) dan dua penampang hollow hot-finished tampang bulat dan persegi sengan semua penampang memiliki tegangan leleh 275 N/mm2. Dari grafik dapat dilihat untuk penampang dengan massa 60 kg/m penampang hollow memiliki kapasitas hampir dua kali dari kolom lain, dan untuk massa 106 kg/m kapasitasnya sekitar 50% lebih tinggi.
Sedangkan sebaliknya untuk kapasitas tekan yang sama perbandingan massa material dapat dilihat pada gambar 2.6 dimana untuk kapasitas tekan yang sama 1000kN massa yang lebih ringan hingga 40% untuk penampang hollow, dan 30%-35% untuk kapasitas tekan 2100kN.
22 Sumber : Design Guide 9 for structural hollow section column connection
Gambar 2.5 Perbandingan kapasitas tekan dengan massa yang sama
Sumber : Design Guide 9 for structural hollow section column connection
Gambar 2.6 Perbandingan massa dengan kapasitas tekan yang sama
Perbandingan inersia penampang baja hollow dan profil terbuka yang ukuran dan beratnya mendekati ditunjukkan pada gambar 2.7 dapat menjadi acuan kelebihan baja hollow pada beban torsi, tekan, dan lentur multi aksial dibanding profil terbuka.
23
Gambar 2.7 Perbandingan Inersia penampang baja Sumber : CIDECT Design Guide 7
• Tahanan terhadap beban tekuk yang lebih tinggi pada tampang hollow ditunjukkan dengan momen inersia sumbu lemah yang lebih besar.
• Dibawah beban torsi, keunggulan tampang hollow dapat dilihat dari momen inersia torsi yang juga jauh lebih besar dibanding tampang terbuka.
• Untuk momen lentur uniaxial, profil terbuka lebih ekonomis dibanding profil hollow akibat momen inersia sumbu utama Imax lebih besar. Untuk momen lentur multiaxial hollow section menghasilkan penampang optimum karena inersia yang tinggi di kedua sumbu.
Klasifikasi penampang hollow section menurut Eurocode
Dalam desain batas ultimit biasanya desainer dihadapkan pada tiga metode desain: • Prosedur plastis-plastis (cross section class 1)
Prosedur ini berhubungan dengan desain plastis dan terbentuknya sendi plastis pada struktur.Penampang dapat membentuk sendi plastis dengan
24
kapasitas rotasi yang dibutuhkan untuk analisis plastis.Kondisi batas ultimit dicapai saat jumlah sendi plastis yang terbentuk cukup untuk menghasilkan mekanisme keruntuhan.
• Prosedur elastis-plastis (cross section class 2)
Pada prosedur ini resultan gaya ditentukan dengan mengikuti analisis elastis lalu dibandingkan dengan kapasitas kekuatan plastis dari
penampang. Kondisi batas ultimit tercapai oleh pembentukan sendi plastis pertama.
• Prosedur elastis-elastis (cross section class 3)
Prosedur ini terdiri dari perhitungan elastis penuh dari resultas gaya dan kapasitas kekuatan dari penampang. Keadaan batas ultimit tercapai oleh pelelehan dari serat penampang.
• Prosedur elastis-elastis ( cross section class 4)
Penampang ini memiliki dinding yang lebih tipis dari ketiga kelas diatas.Penting sekali untuk membuat suatu batasan yang jelas untuk efek dari tekuk lokal saat menentukan momen ultimit atau efek kapasitas kekuatan tekan dari penampang.
Penggunaan dari ketiga kelas yang dijelaskan diatas adalah berdasarkan anggapan bahwa penampang tidak mengalami tekuk lokal sebelum mencapai batas beban ultimitnya, yang berarti penampang bukan merupakan penampang dinding tipis seperti pada kelas 4. Maka untuk memenuhi keadaan ini dibuat suatu batasan kelangsingan b/t untuk penampang hollow persegi dan persegi panjang, juga rasio d/t untuk tampang hollow bulat. Tabel 2.1 sampai 2.4 menyajikan batasan rasio b/t dan d/t.
25
Gambar 2.8 Distribusi tegangan pada kolom hollow
Cross section Method for calculating Method for calculating Distribution of stresses when
class resistance action (loads) the resistance is reached
Plastic analysis
Plastic analysis Elastic analysis
Elastic analysis Elastic analysis
Elastic analysis Effective cross section
2
3
4
26
Tabel 2.1 rasio d/t penampang hollow bulat
Tabel 2.2 rasio h1/t untuk badan penampang hollow rectangular
27
Tabel 2.3 rasio b1/t untuk sayap penampang hollow rectangular
Sumber :Design Guide 2 Structural stability of hollow section
Sedangkan batasan rasio b/t dan d/t menurut AISC LRFD adalah : Tabel 2.4 batasan b/t dan d/t profil hollow berdasarkan AISC LRFD
28
2.3.4 Sambungan rigid pada kolom hollow
Sambungan semi-rigid antara balok ke kolom bisa bermanfaat untuk desain terhadap gempa, karena sejumlah energi terdisipasi pada sambungan dan overstress pada area lokal sambungan yang dapat mengarah ke keruntuhan getas dapat dihindari.Tetapi untuk penggunaannya terhadap beban inelastic yang berulang masih membutuhkan investigasi lebih dalam sehingga belum dapat diterapkan.Oleh karena itu umumnya sambungan untuk desain gempa menggunakan sambungan full-rigid kecuali pada panel sayap kolom yang diizinkan untuk dilas pada bagian gesernya. Untuk menghasilkan kapasitas momen penuh, pengaku pada potongan kolom dibutuhkan mampu mentransfer gaya aksial ke sayap balok. Pengaku ini bisa berupa:
• through diaphragm
• internal diaphram
29
Di Jepang sendiri umumnya menggunakan through diaphragm karena beban aksial pada sayap balok secara langsung ditransfer ke badan kolom dengan perilaku yang paling sederhana. Faktor lain yang menyebabkan model ini sering digunakan adalah karna kebanyakan pabrik di Jepang sudah menetapkan sumber produksi dimana pengelasan menggunakan robot yang lebih cocok untuk menghasilkan sambungan jenis ini. Seperti terlihat pada gambar 2.9 berikut.
Gambar 2.9 pengelasan sambungan join kolom
Stub beam ke joint kolom dilas di pabrik pada tiap sambungan. Balok yang membentang diantara dua stub beam dengan sambungan baut. Pelat untuk through diaphragm biasanya didesain lebih tebal dari sayap balok 3 – 6 mm.
Gambar 2.10 sambungan balok WF ke kolom hollow Sambungan untuk through diaphragm dapat dilihat pada gambar berikut :
30
Gambar 2.11 langkah sambungan through diaphragm Sumber : Nippon Steel Sumikin Metal