BAB III RANGKA SEMIKAKU (Semirigid Frame)
III.2 Sambungan
Rangka batang merupakan salah satu jenis struktur yang banyak digunakan pada bangunan, antara lain untuk kuda-kuda atap rumah, jembatan dan lain-lain. Kayu, bambu, baja dan beton merupakan material yang sering dipakai sebagai bahan untuk membuat konstruksi rangka batang. Material-material ini mempunyai keuntungan dan kerugiannya sendiri-sendiri.Kayu dan bambu relatif murah harganya dan mudah pemasangannya, tetapi mudah diserang rayap sehingga perlu penanganan dan perawatan khusus. Baja mampu digunakan untuk rangka batang dengan bentang yang panjang, tetapi harganya relatif mahal dan mudah berkarat, sehingga diperlukan perawatan berupa pengecatan secara berkala.Beton relatif murah harganya dan tidak memerlukan perawatan, tetapi diperlukan biaya cetakan dan pencoran serta tidak dapat langsung dibebani, karena harus menungguumur beton. Guna mengatasi kekurangan ini digunakan beton pracetak, yaitu beton yang dibuat dipabrik atau di ground floor proyek yang kemudian diangkat untuk dipasang pada tempatnya. Pengangkatan keseluruhan struktur rangka batang dari beton memerlukan alat berat yang relatif mahal ongkos sewanya, oleh karena itu perlu dibagi menjadi beberapa komponen sehingga lebih ringan dan tidak memerlukan alat berat, tetapi alat bantu yang lebih ringan, sehingga biaya ereksi menjadi lebih murah.
Komponen-komponen ini perlu saling dihubungan satu dengan yang lain pada sambungan-sambungan guna membentuk rangka batang.
Kekuatan dari keseluruhan rangka batang sangat bergantung pada kekuatan sam-bungannya. Kegagalan suatu struktur diharapkan tidak terjadi pada sambungannya,Sambungan-sambungan pada konstruksi baja hampir tidak mungkin dihindari akibat terbatasnya panjang dan bentuk dari profil–profil baja yang diproduksi. Sambungan bisa saja terjadi pada satu elemen balok, kolom atau batang-batang pembentuk struktur, dan lebih sering adalah pada pertemuan antar batang dengan batang atau antara balok dengan kolom. Sifat dari sambungan ini sangat tergantung pada jenis dan konstruksi sambungan, bervariasi mulai dari yang berkelakuan sebagai sendi sampai dengan yang kaku sempurna. Kekakuan dari sambungan sambungan pada konstruksi mempunyai peranan penting pada analisa struktur didalam menghitung gaya-gaya dalam dan deformasi, terutama untuk struktur yang statis tak tentu. Sebagai contoh ditinjau satu blok diatas dua perletakan, yang dibebani gaya terpusat P di tengah-tengah bentangan. Apabila kedua perletakan adalah sendi, maka momen di kedua ujung balok adalah nol, momen di tengah bentangan sebesar ¼ PL. Tetapi apabila kedua ujung adalah jepit yang kaku sempurna, besarnya momenmomen tersebut akan berubah. Momen jepit menjadi -1/8 PL dan momen di tengah bentangan berkurang menjadi -1/8 PL, atau hanya setengah dari momen pada keadaan statis tertentu.
Apabila kedua ujung bersifat sendi dan kaku sempurna, atau disebut semi kaku, maka momen-momen tersebut akan berubah besarnya sesuai dengan tingkat kekakuan dari sambungan. Apabila pada saat perencanaan kekakuan dari sambungan tidak diketahui secara tepat, jadi hanya diasumsikan saja, maka bisa terjadi perbedaan antara gaya ataupun deformasi yang timbul setelah bangunan berfungsi dengan yang dihitung semula.
Oleh karena itu diperlukan suatu analisa untuk menentukan kekakuan dari sambungan, yang juga merupakan bagian dari analisa struktur secara menyeluruh. Analisa seperti dimaksud di atas mempunyai kesulitan yang cukup besar, karena adanya pengaruh timbal balik diantara kekakuan dari sambungan dengan beban yang bekerja. Kekakuan sambungan dipengaruhi oleh momen yang bekerja pada sambungan, dengan perkataan lain oleh beban luar, tetapi sebaliknya besar momen yang terjadi di sambungan merupakan fungsi dari kekakuan sambungan.
Oleh karena itu didalam perhitungan-perhitungan (distribusi) momen pada konstruksi baja sering diberikan penyederhanaan-penyederhanaan sebagai berikut:
1. Pada konstruksi portal, dimana balok disambung pada kolom dengan cara sambungan paku keling atau baut, maka dengan pembebanan terbagi rata q, momen maksimum ditengah-tengah bentang dapat diambil 1/16 ql2, berarti 1,5 kali momen ditempat yang sama bila kedua ujung balok dianggap jepit sempurna, akan tetapi 0,5 kali momen yang terjadi bila kedua ujung dianggap sebagai sendi. Momen pada sambungan (ujung balok) dapat diambil sebesar 1/16 ql2, jadi 0,75 kali momen jepitan dalam keadaan jepit sempurna.
2. Untuk konstruksi rangka maka titik-titik buhul dapat dianggap sebagai sendi, sehingga batang-batang mendapat gaya normal saja.
Sebenarnya penyederhanaan-penyederhanaan di atas tidak selamanya memberikan hasil yang lebih aman. Sebagai contoh, kita perhatikan batang-batang pada konstruksi rangka. Dengan menganggap titik buhul sebagai sendi, maka batang-batang hanya menderita gaya normal. Akan tetapi pada kenyataannya titik buhul adalah semi kaku atau mungkin kaku sempurnna, sehingga selain gaya normal pada ujung batang bekerja momen.
Untuk menghilangkan kesalah-pengertian, perlu terlebih dahulu dijelaskan tentang istilah kekakuan. Pada struktur batang, istilah kekakuan digunakan untuk faktor
EI dari batang, atau dalam bahasa Inggris disebut Stiffness. Suatu struktur sambungan dapat bersifat sendi (ekstreem bawah) dan kaku atau rigid pada ekstreem atas.
Keuntungan utama yang diperoleh pada penggunaan pracetak adalah penghematan dalam acuan dan penopangnya. Manfaat yang diperoleh bergantung pada jumlah pengulangan pekerjaan, dimana sebagai patokan penggunaan 50 kali atau lebih cetakan unit beton pracetak akan memberikan nilai ekonomis. Struktur beton bertulang yang dicor ditempat cenderung bersifat monolit dan menerus.Sebaliknya,struktur pracetak terdiri dari sejumlah komponen yang dibuat di pabrik, kemudian disambung di lokasi bangunan sampai akhirnya membentuk struktur utuh.
Pada struktur pracetak, hubungan yang menghasilkan kontinuitas dengan memakai bantuan perangkat keras khusus, batang tulangan dan beton untuk menyalurkan semua tegangan tarik, tekan dan geser disebut sambungan keras. Hampir semua sambungan pracetak menggunakan plat penahan untuk memastikan terjadinya tekanan reaksi yang seragam dan sesuai dengan pehitungan. Apabila plat penahan terbuat dari baja dan plat dari kedua batang yang hendak disambung dihubungkan dengan baik memakai sambungan las atau sambungan lainnya, maka akan diperoleh sambungan keras yang dapat menyalurkan gaya vertikal dan gaya horizontal.Struktur pracetak akan mengalami perubahan dimensi akibat rangkak, susut dan kehilangan prategang, disamping akibat terjadinya perubahan temperatur.
Pada awal perkembangan konstruksi pracetak ada kecenderungan untuk menggunakan sambungan lunak supaya memungkinkan terjadinya perubahan dimensi tanpa menyebabkan terjadinya tambahan gaya pada batang-batang dan sambungan-sambungannya. Tetapi pengalaman memperlihatkan kurangnya stabilitas terhadap gaya lateral seperti angin dan gempa.
Oleh karena itu pembuatan struktur pracetak cenderung menggunakan sambungan keras, yaitu memakai las atau baut, yang menghasilkan kontinuitas tinggi. Sambungan
yang hanya berdasarkan gaya friksi yang ditimbulkan oleh beban gravitasi tidak dapat digunakan. Perencanaan komponen struktur beton pracetak dan sambungannya harus mempertimbangkan semua kondisi pembebanan dan kekangan deformasi mulai dari saat fabrikasi awal hingga selesainya pelaksanaan struktur, termasuk pembongkaran cetakan, penyimpangan, pengangkutan dan pemasangan. Apabila elemen pracetak membentuk diafragma atap dan lantai, maka sambungan antara diafragma dengan komponen-komponen struktur yang ditopang secara lateral oleh diafragma tersebut harus mempunyai kekuatan tarik nominal yang mampu menahan sedikitnya 4,5 kN/m. Kolom pracetak harus mempunyai kekuatan nominal tarik minimum sebesar satu setengah kali luas efektif tereduksi (1,5 Ag). Panel dinding pracetak harus mempunyai sedikitnya dua tulangan pengikat per panel, dengan kuat tarik nominal tidak kurang dari 45 kN per tulangan pengikat. Apabila gaya-gaya rencana tidak menimbulkan tarik di dasar struktur, maka tulangan pengikat yang diperlukan boleh diangkur ke dalam fondasi pelat lantai beton bertulang menulis bahwa panjang lekatan setidaknya tiga puluh kali diameter tulangan.
Kait digunakan kalau panjang penyaluran yang diperlukan terlalu panjang. Panjang pengangkuran yang didapat dari eksperimen adalah antara 8 kali diameter sampai 15 kali diameter pada sisi yang tidak mengalami retak. Guna mengatasi kondisi terburuk sebaiknya digunakan tiga puluh kali diameter tulangan ACI Committe 355 (1997, h.R-4 dan 5) mengusulkan beberapa macam pengangkuran pada beton, yang dapat dilihat pada gambar 1. Beban yang mungkin bekerja pada angkur adalah gaya tarik, gaya geser, kombinasi gaya tarik dan geser, serta momen lentur
A. Jenis-jenis sambungan
Sambungan dikategorikan berdasarkan resistensi nya terhadap rotasi yang disebabkan oleh beban yang diberikan. Dengan kat lain, sambungan dibagi menjadi 3
kelompok utama : sambungan kaku/ rigid connection,sambungan semi kaku / semi rigid connection dan sambungan sendi / simple connection.
a. Sambungan kaku / rigid connection
Adalah sambungan yang dianggap memiliki kekakuan yang cukup untuk mempertahankan sudut-sudut diantara komponen-komponen struktur yang akan disambung. Tidak akan terdapat rotasi sama sekali pada sambungan secara teoritis saat beban diberikan. Situasi ini terjadi saat sambungan kontinuitas penuh digunakan pada bagian sambungan. Sudut antara bagian-bagian dipertahankan saat beban diberikan. Pada desain, pengaruh apapun pada distribusi momen dan deformasi struktur dapat diabaikan..oleh karena itu LFRD-A2.2 sambungan ini diberi nama sambungan tipe FR (fully restrain) dan di dalam ASD-A.22 dikenal juga sebagai tipe 1.
b. Sambungan semi kaku / semi rigid connection
Adalah sambungan yang memiliki kekakuan yang cukup mempertahankan sudut-sudut yang disambung. Namun harus dianggap memiliki kapasitas yang cukup untuk memberikan kekangan
yang dapat diukur terhadap perubahan sudut-sudut tersebut. Tegangan momen dari sambungan semi kaku terletak antara sambungan kaku dan sambungan sederhana. Hal ini berarti tegangan momen dari sambungan semi kaku bukan nol seperti pada sambungan sederhana ataupun kontinuitas penuh sebagaimana pada sambungan kaku. Sambungan ini di desain untuk menghasilkan derajat interaksi yang dapat diprediksi antara bagian-bagian sambungan.
c. Sambungan sederhana / simple connection
Adalah sambungan yang pada kedua ujung komponen struktur dianggap bebas momen. Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang diperlukan pada sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar
memberkan rotasi yang diperlukan pada sambungan.sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur terhadap komponen struktur yang disambung. Diasumsikan bahwa sambungan sederhana hanya mampu menahan gaya geser dan normal saja. Tidak terdapat tegangan momen sama sekali pada sambungan sederhana dan sambungan tersebut bebas berputar saat beban diberikan.
Diantara 3 jenis sambungan terdapat sifat semi kaku atau semi rigid. Tidak ada ukuran (bilangan) yang pasti dipakai untuk menentukan tingkat kekakuan dari sambungan dimaksud.adapun Keuntungan menggunakan sambungan semi kaku ini atau semi rigid adalah sebagai berikut:
b. Dibandingkan dengan konstruksi menggunakan sambungan sederhana, sambungan semi kaku secara bermakna mengurangi berat baja total yang digunakan. Hal ini karena sambungan semi kaku dapat menahan sebagian momen, dengan demikian mengurangi momen yang harus dibawa oleh balok, sehingga balok dengan ukuran lebih kecil dapat digunakan.
c. Sambungan kaku memiliki detail sambungan yang lebih rumit dibanding dengan sambungan semi kaku. Dengan demikian, sambungan semi kaku akan menyederhanakan detail, menghemat waktu dan juga menghemat pengerjaan saat penyediaan bahan dan pendirian bangunan.
d. Dari beberapa penelitian pada beberapa Negara (Amerika utara, Perancis, Belgia, dll), biaya membangun struktur rangka dengan menggunakan sambungan semi kaku dapat dikurangi sekitar 5 – 25 % dibanding menggunakan sambungan kaku.
Kekuatan dalam sebuah sambungan sangatlah penting untuk diperhatikan,agar sambungan yang di desain bisa sesuai dengan apa yang kita ingin kan. Untuk itu Ada beberapa syarat yang har Sambungan-sambungan harus direncanakan sesuai dengan beban-beban kerja pada batang-batang yang disambung
2. Sambungan harus mudah terlihat dan pemasangannya dibuat sebaik mungkin, sehingga terlihat bagus .
3. Sambungan harus mudah dilaksanakan, baik pada saat pembuatan di pabrik maupun di lapangan.
4. Pada prinsipnya sambungan direncanakan hanya memakai satu macam alat penyambung.
5. Pada sambungan-sambungan yang menghubungkan batang-batang utama, jumlah minimum baut mutu tinggi adalah dua buah.
6. Letak pusat titik berat pada sekelompok baut mutu tinggi yang memikul gaya axial harus diusahakan berhimpit dengan garis berat dari profil yang disambung. Apabila titik berat tersebut tidak berimpit dengan garis berat profil maka perencanaan sambungan sebaiknya memperhitungkan juga adanya eksentrisitas.
7. Ketentuan ini tidak berlaku untuk profil siku atau dobel siku yang tidak mengalami tegangan yang bolak balik (berubah tanda).
8. Apabila bekerja tiga atau lebih gaya axial yang sebidang pada sambungan yang sama, maka garis kerja gaya-gaya axial harus bertemu pada satu titik. 9. Apabila profil siku atau kanal disambung hanya pada satu sisi dengan alat
penyambung maka pada perencanaan sambungan sebaiknya diperhitungkan juga terhadap momen akibat eksentrisitas.
10.Tebal plat pada sambungan yang memakai paku keling atau baut tidak boleh lebih besar dari 5 kali diameter paku keling atau baut. Apabila panjang lekat baut atau paku keling lebih dari 5 kali diameter baut atau paku keling maka jumlah baut atau paku keling yang diperlukan harus ditambah dengan ketentuan setiap kelebihan tebal 6 mm ditambah 4%. Dimana penambahan paku keling atau baut paling sedikit satu buah. Untuk
panjang lekat yang mempunyai kelebihan tebal lebih kecil dari 6 mm, maka jumlah baut atau paku keling tidak bertambah.
11.Diameter lubang baut sama dengan diameter baut ditambah 1 mm. Untuk baut mutu tinggi diameter lubang baut sama dengan diameter batang baut ditambah 2 mm.
12.Banyaknya baut yang dipasang pada satu baris yang sejajar arah gaya tidak boleh lebih dari 5 buah.
Sedangkan Syarat-syarat sambungan menurut PPBBI 1983 : 1. Tegangan-tegangan baja
Tegangan-tegangan leleh dan tegangan-tegangan dasar dari bermacam-macam baja bangunan tercantum dalam tabel 3.1. Apabila titik lelehnya tidak jelas, maka tegangan leleh tersebut didefinisikan sebagai tegangan yang menyebabkan regangan tetap sebesar 0,2%
Grafik.III.1 Kurva tegangan dan regangan
2. Untuk dasar perhitungan tegangan-tegangan diizinkan pada suatu kondisi pembebanan tertentu, dipakai tegangan dasar yang besarnya dapat dihitung dari persamaan :
3. Besarnya tegangan-tegangan dan tegangan dasar untuk mutu baja tertentu ditunjukkan dalam tabel 3.1
4. Harga-harga yang tercantum pada tabel 3.1 diatas adalah untuk elemen-elemen yang tebalnya kurang dari 40 mm. Untuk elemen-elemen-elemen-elemen yang tebalnya lebih dari 40 mm, tetapi kurang dari 100 mm, harga-harga pada tabel 3.1 harus dikurangi 10%
5. Tegangan Normal yang diizinkan untuk pembebanan tetap, besarnya sama dengan tegangan dasar.
6. Tegangan geser yang diizinkan untuk pembebanan tetap, besarnya sama dengan 0,58 kali tegangan dasar.