Struktur Baja II

(1)

Diktat Kuliah Struktur Baja II Diktat Kuliah Struktur Baja II Oleh: Ir.Sanci Barus,MT,IPM Oleh: Ir.Sanci Barus,MT,IPM

Struktur Baja II melingkupi materi : Struktur Baja II melingkupi materi : I Pendahuluan

I Pendahuluan II

II Sambungan Sambungan dengan dengan alat alat sambung sambung Las Las ( ( WWelding elding )) Teknologi Las & Macam macam Las

Teknologi Las & Macam macam Las Sambungan dengan Las Tumpul Sambungan dengan Las Tumpul Sambungan dengan Las Sudut Sambungan dengan Las Sudut Aplikasi Sambungan dengan alat sa

Aplikasi Sambungan dengan alat sambung lasmbung las Memikul gaya aksial

Memikul gaya aksial Memikul gaya Momen Memikul gaya Momen Memiku

Memikul Gaya l Gaya LintangLintang Memikul M,D, & Normal Memikul M,D, & Normal III

III PerencPerencanaan anaan Gelagar Gelagar Baja Baja I I atau atau Plat Plat GirderGirder Perhitungan Gaya gaya

Perhitungan Gaya gaya

Dimensi Gelagar dengan metode ASD & LRFD Dimensi Gelagar dengan metode ASD & LRFD Kontrole Geser Kontrole Geser Kontrole KIP Kontrole KIP Kontrole Lendutan Kontrole Lendutan IV

IV Pengaruh Pengaruh TTekuk ekuk Local Local ( ( Local Local BucklinBuckling)g) Pada Flens (Sayap)

Pada Flens (Sayap) Pada Web ( Badan ) Pada Web ( Badan ) V

V PerencPerencanaan anaan Sendi Sendi Engsel Engsel Pada Pada Balok Balok GerberGerber VI

VI Industrial Industrial BuildingBuilding

Perencanaan Sambungan Balok Kolom Perencanaan Sambungan Balok Kolom Perencanaan Bracing & Pengaku-pengaku Perencanaan Bracing & Pengaku-pengaku Ikatan-ikatan Angin Ikatan-ikatan Angin Dll Dll Pendahuluan : Pendahuluan :

Perencanaan sambungan maupun perencanaan Gelagar kita kenal secara umum dengan cara Perencanaan sambungan maupun perencanaan Gelagar kita kenal secara umum dengan cara Elastis yang diadopsi dari

Elastis yang diadopsi dari system perencanaan AISsystem perencanaan AISC ( American Institute C ( American Institute Steel Construction) yangSteel Construction) yang dituangkan dalam system ASD ( Alloable Stress Design). Yang dipopulerkan dan diakui dituangkan dalam system ASD ( Alloable Stress Design). Yang dipopulerkan dan diakui keberadaanny

keberadaannya dalam PBBI (Peraturan a dalam PBBI (Peraturan Bangunan Baja Indonesia 1982)Bangunan Baja Indonesia 1982)

Saat sekarang telah diadopsi lagi peraturan yang lebih baru dengan metode Plastisitas dengan Saat sekarang telah diadopsi lagi peraturan yang lebih baru dengan metode Plastisitas dengan system lebih popular yaitu LRFD ( Load Resistence Factor Design )

system lebih popular yaitu LRFD ( Load Resistence Factor Design )

Didalam diktat perkuliahan Struktur Baja II ini, kita akan lebih memfokuskan kedalam system Didalam diktat perkuliahan Struktur Baja II ini, kita akan lebih memfokuskan kedalam system ASD yang sudah lebih populer dan lebih Familier didalam lingkungan perkuliahan. Karena itu kita ASD yang sudah lebih populer dan lebih Familier didalam lingkungan perkuliahan. Karena itu kita akan memperlihatkan dengan jelas secara umum dan lebih menuju kepada Filosofi tentang kedua akan memperlihatkan dengan jelas secara umum dan lebih menuju kepada Filosofi tentang kedua system.

system.

System perencanaan ASD lebih mengarah kepada Safety Faktor dalam tegangan rencana. System perencanaan ASD lebih mengarah kepada Safety Faktor dalam tegangan rencana. Biasanya safety factor diambil kurang lebih 2/3.

Biasanya safety factor diambil kurang lebih 2/3.

5

5 .

.

1

y y i i

σ

==

(2)

Y

X

Dari hubungan Tegangan Regangan dapat dilihat maka tegangan izin yang dipergunakan untuk perencanaan ( Design ) dengan metode ASD = 2/3 bagian dari tegangan leleh yang terjadi.

Sytem dengan Metode LRFD, dipergunakan tegangan Leleh dengan memberikan coefficient Factor pada pembebanan dan pada kekuatan bahan ( Strength of Material) antara lain kekuatan memikul Lentur, kekuatan memikul geser, dan kekuatan memikul aksial yang tergantung dari bentuk materialnya. Juga akibat perngaruh coificient pembebanan. Dengan kedua factor tersebut tentunya ketelitian perencanaan akan lebih accurate dibanding dengan cara metode elastis ( ASD). Peraturan LRFD sudah ditulis oleh Lembaga Laboratorium Struktur PPAU Institut Teknologi Bandung. Juli 2000. Namun belum diundangkan secara resmi oleh Standar Indonesia.

III. Perencanaan Gelagar Baja I (Design)

Dgn System Metode LRFD ( Metode Kekuatan Batas) Kombinasi Pembebanan:

1.4 D

1.2 D + 1.6 L

Dimana : D = Beban mati (dead load) L = Beban hidup (live load)

Design :

W

M

F

_y u

φ

= Dimana : baja leleh Tegangan F _Y = =₀_.₉

φ

(3)

Pengaruh Kelangsingan Pada Balok I kompak tak penampang Untuk f f Solid kompak penampang Untuk f sayap tebal t sayap Lebar b t b r y r y p f f − = = = = = 370 ) ( 170

λ

Pengaruh Lendutan :

240

max

L

Y

= Contoh Soal :

Suatu Gelagar Baja I Continiu memikul beban mati dan beban hidup P terpusat & q terbagi rata sbb: P= 10 ton, q berat sendiri ( dead load ) = 1 T/m’, q beban gerak = 2 T/m’ Tegangan leleh baja 2400 kg/cm².

Diminta : Design Gelagar Baja dan kontrole Penyelesaian :

W

M

F

_y u

φ

=

2 .

1 )

(

6 .

1 )

(

2 1₈ 2 8 1 4 1

_PL

_q

_L

_q

_L

M

_u = + _bg + _bs y u perlu

f

M

W

9 .

0

≥ _{dimana :}

_φ

=

₀

_.

₉

3 5 2 8 1 2 8 1 4 1

111 .

3 )

400 .

2 (

9 .

0 )

10 (

2 .

67 :

.

2 .

67

2 .

1 )

8 (

0 ,

1 .

(

6 .

1 ))

8 (

0 ,

2 .

8 .

10 .

(

Cm

W

Diperoleh

m

Ton

M

perlu u u = ≥ = + + = Metode Elastis :

(4)

m

Ton

M

L

q

L

q

PL

M

Elastis bs bg Elastis

.

44 )

(

)

(

2 1₈ 2 8 1 4 1 = + + = Diperoleh : 3 5

750 .

2

600 .

1 )

10 (

44 Cm

W

_perlu ≥ = Gerafik hubungan y p

M

dan y

φ

Dalam analis LRFD, kuat lentur nominal Struktur Balok Baja dipengaruhi oleh beberapa kondisi batas yaitu :

1. Kondisi Batas leleh Penuh (Kondisi Plastis)

2. Kondisi Batas tekuk Lokal (Pelat Badan & Sayap) (Local Buckling) 3. Kondisi batas tekuk Torsi Lateral (Torsional Buckling)

KONDISI PLASTIS

Seluruh bagian penampang mencapai leleh dengan tegangan nominal leleh sebesar

f

_y

Y

φ

Y

M

(5)

KONDISI LOCAL BUCKLING

Tekuk terjadi pada bagian pelat badan dan pelat sayap yang tertekan oleh gaya terkonsentrasi. Pada perletakan dan pada beban terpusat permanent.

(6)

KONDISI BATAS PENAMPANG Kelangsingan :

λ

Elastic

Inelastic

daerah

Membatasi

Inelastic

dan

Plastis

daerah

Membatasi

r P

:

λ

Dimana bila :

g

lang

Penampang

kompak

Tidak

Penampang

kompak

Penampang

r r P P

sin

:

.

...

:

...

:

....

...

0 λ

λ

≥ ∠ ∠ ≤ ∠

(7)

Plat sayap :

)

(

370

170

2 t

_f P

f

_y

f

_y

f

_r

b

− = = =

_λ

λ

Pelat Badan : y r y P w

f

t

h

1680

2550

= = =

_λ

λ

Dimana :

h

=

d

−

(

2 t

_f +

2 r

)...

...

tinggi

bersih

badan

propil

KONDISI PLASTIC

λ

≤

λ

p

Penampang Gelagar I direncanakan Runtuh setelah seluruh penampang mengalami leleh ( Yeld ) dimana Momen maksimum sama dengan Momen Plastic

)

mod

(

.

:

dim

5 .

1 .

max

∑

= ≤ = =

Penampang

Plastis

ulus

adalah

y

A

Z

ana

M

f

Z

M

i i x y y x P

KONDISI TEKUK ELASTIC

λ

≥

λ

_r PLASTIS INELASTIC ELASTIC

i

kL

=

λ

Mr Mp Mn P

λ

_r

(8)

(

)

leleh

tegangan

f

sisa

tegangan

f

bila

f

S

M

y r r y x r r r n = = − =













=

:

2

λ

KONDISI TEKUK INELASTIC

λ

_P ∠

λ

∠

λ

_r

Diharapkan ketika sebagian penampang sudah pelastis atau keadaan Inelastis, Balok akan mengalami runtuh akibat pengaruh tekukan.

Dapat didefinisikan Kuat Lentur Nominal sebesar :

(

)

























− − − − = r p r p P n

M

λ

KONDISI BATAS BALOK BAJA I DENGAN PENAMPANG KOMPAK

λ

≤

λ

p

plastis

maksimum

ngan

pengekanga

bent

Panjang

L

inertia

Jari

F

I

i

f

E

i

L

p y y y y p

.

)

(

.

76 ,

1

2 = = =

lateral

terkecil

n

pengekanga

g

ben

Panjang

L

Venant

St

torsi

Inertia

J

warping

Inertia

I

GJ

S

I

f

GJ

EF

f

S

i

L

r w x y w r y r y x y r

tan

.

)

(

4

1

2 .

)

(

.

₂ 2 = = =













− + +













− =

π

(9)

BENTANG PENDEK (PLASTIC PENUH)

L

b

≤

L

p

n

M

=

BENTANG MENENGAH (INELASTIC)

L

p

≤

L

b

≤

L

r

(

)

(

0 .

1

3

5 .

2

5 .

12

max max

continiu

momen

bila

C

balok

Panjang

L

M

C

M

L

M

C

M

b b c B A b p p r p b r p P b n = = + + + = ≤

























− − − − =

BENTANG PANJANG (LATERAL BUCKLING)

L

_b

>

L

_r

p cr n

M

=

≤

A

M

_B

M

C max

M

L

(10)

w y b y b b cr

I

L

E

GJ

EI

L

C

M

2













+

=

π

PEGARUH GESER OLEH GAYA LINTANG

penampang

geser

kuat

V

terfaktor

geser

gaya

V

ana

V

n u v n v u = = = ≤

9 .

0 :

dim

φ

( )

a

_h

a

jarak

stiffner

pengaku

geser

k

f

d

t

d

f

tinggi

balok

diperkaku

tidak

balok

bila

f

E

k

t

h

bila

h

t

EF

k

V

Elastic

geser

Tekuk

f

E

k

t

h

f

E

k

bila

f

E

k

h

t

F

f

V

tic

Elastoplas

geser

Tekuk

f

E

k

t

h

bila

F

f

V

Badan

geser

Leleh

n y f yw r yw n w w w n n yw n w yw n yw n w w yw n yw n w w yw n = + = − = > < ≥ = ≤ ≤ = ≤ =

...

5

5 )

2 (

..

...

260 :

37 ,

1 :

...

9 .

0 :

37 .

1

10 ,

1 :

...

)

10 ,

1 (

6 .

0 :

10 ,

1 :

...

6 .

0 :

2 2 2

λ

(11)

LENTUR & GESER

Momen Lentur terfaktor di-imbangi oleh kekuatan Plat Sayap saja :

y f f b u

d

t

b

t

f

M

≤

_φ

.(

−

).

.

Dan Gaya Lintang terfactor dipikul oleh kekuatan nominal badan (web) yaitu :

n v

u

V

≤

φ

.

Momen Lentur dan Gaya Lintang dipikul oleh tampang pada suatu titik secara bersamaan :

375 .

1

625 .

0

≤ + n u n u

V

M

φ

LENDUTAN MAXIMUM

or

takterfact

sendiri

berat

memikul

Balok

L

Y

or

takterfact

sendiri

berat

dan

dinding

memikul

Balok

L

Y

...

240 ...

...

360

_ _ = =

MOMEN LENTUR & GAYA AKSIAL(Penampang Prismatis) IWF & Channal&Ganda)

)

...(

90 .

0 )

...(

85 .

0 )

...(

75 .

0 )

...(

90 .

0 :

2 .

0 ...

...

0 .

1

2

2 .

0 ...

...

0 .

1

9

8 lentur

tekan

fraktur

tarik

leleh

tarik

bila

N

M

N

M

N

n n n n n n u ny uy nx b ux n n u n n u ny b uy nx b ux n n u = = = = < ≤













+ + ≥ ≤













+ +

φ

(12)

PERHITUNGAN KUAT LENTUR DGN BATAS BATAS KELANGSINGAN PLAT BADAN













−

=

>

≥













−

=

≤













−

=

y b u y r y b u y y b u y P y b u y b u y P y b u y P

N

f

N

f

N

f

N

f

N

bila

f

φ

λ

φ

λ

φ

λ

φ

λ

74 ,

0

0 .

1 2550

125 ,

0 ...

...

665

33 ,

2

500

125 ,

0 ...

...

75 ,

2

0 .

1 1680

125 ,

0 ...

...

:

...

1680

CONTOH SOAL

Suatu struktur Gelagar Sederhana Balok Baja yang terdiri dari Propil IWF memikul beban mati serta beban hidup terbagi rata yang terletak diatas sendi dan rol

Dimana :

)

(

12 ,

1

240 1000

790

' '

bentuk

factor

k

Mpa

f

m

kg

q

m

kg

q

y bh bm = = = = Penyelesaian

1. MENGHITUNG GAYA (M & D)

kN

L

q

V

m

kN

L

q

M

m

kN

m

kg

q

u u u u u

5 .

76 )

6 )(

50 .

25 (

2

1 .

.

2

1 .

75 .

114 )

36 )(

50 .

25 (

8

1 .

.

8

1 '

50 .

25 2550

)

1000

(

6 .

1 )

790 (

2 .

1

2 ' = = = = = = = = + =

(13)

2. DIMENSI 2 3 3 2

475

12 .

1

532

10 .

240 .

9 ,

0 .

10 .

75 ,

114 .

9 ,

0 .

.

9 ,

0

9 ,

0 cm

k

Z

S

cm

kPa

cm

kN

f

M

Z

M

f

Z

M

x x y u x u y x u n ≥ = ≥ = = ≥ ≥ ≥

Chek beberapa penampang IWF yang paling ekonois dan kuat

IWF.300.150.6,5.9---..

mm

r

cm

i

cm

i

cm

I

cm

I

m

kg

q

cm

S

y x y x x

13

29 ,

3

4 ,

12

508

210 .

7

7 ,

36

475

481

4 4 ' 3 3 = = = = = = > = KELANGSINGAN : Plat Sayap :

)

(

97 ,

10

240

170

33 ,

8 )

9 (

2

150

2 t

_f

Sayap

kompak

b

y f = = ≤ = = =

λ

Plat Badan :

)

(

40 ,

108 1680

38 ,

39

5 .

6 )

13

9 (

2

300 )

(

2 compact

badan

Plat

f

t

r

t

d

t

h

y w f w = ≤ = + − = + − = =

λ

KONTROLE LENTUR & GESER

Kelangsingan Geser :

( )

)

(

71

240 )

10 (

0 ,

2 .

5

10 .

1

38 ,

39

5

6 ,

25

600

5

10 .

1

38 ,

39

5 2 2

geser

tekuk

terhadap

kompak

badan

Pelat

h

a

k

f

E

k

t

h

n yw n w = < =













+ = + = < = =

λ

(14)

)

(

5 ,

76

28 ,

94 .

28 ,

94 )

240 )(

5 ,

6 )(

256 )(

6 ,

0 (

9 ,

0

240 ).

.

)(

6 ,

0 (

9 ,

0 .

)

6 ,

0 (

9 .

0 .

ok

kN

V

kN

V

kN

t

h

f

A

V

u n w y w n = > = = = = =

φ

Metode Distribusi :

)

.

(

75 ,

114 .

28 ,

94 )

240 )(

9

300 )(

9 (

150 ).

.(

d

t

f

kN

m

M

No

OK

A

M

_Flens = _f − _f _y = − = > _u =

Tidak kuat menahan momen luar (t.ok)

Metode Interaksi :

)

(

375 .

1

22 ,

1

5 ,

76

5 ,

76

625 ,

0 )

240 )(

10 .

475 )(

12 ,

1 (

9 ,

0 )

10 (

75 ,

114

375 .

1

625 .

0

3 6

OK

V

M

n u n u < = + < +

φ

KONTROLE LENDUTAN AKIBAT BEBAN TETAP

)

(

09 ,

2

5 ,

2

240

600

240

09 ,

2 .

)

7210

)(

10 .

0 ,

2 (.

384 )

10 )(

6 (

)

179 (

5 )

(

384

5

2 6 4 8 4 4

OK

cm

L

Y

cm

kg

cm

kg

EI

L

q

izin x ll dl = > = = = = = + =

δ

KONTROLE TERHADAP PENGARUH LATERAL

:

6000

)

5 (

1710

1500

4 6000

1710

240

10 .

1 ,

2 )

9 ,

32 (

76 ,

1 .

76 ,

1 ...

...

5

maka

mm

L

stiffner

dipasang

mau

tidak

Bila

Web

stiffner

dipasang

mm

L

ambil

mm

f

E

i

L

pengaku

perlu

tidak

L

b b y y p p = ⊥ < = = = = = <

(15)

)

(

.

Runtuh

dalam

keadaan

leleh

short

beam

a

−

cm

i

IWF

ambil

mm

i

bagian

dua

mm

L

i

IWF

ambil

mm

i

y y b y y y

92 ,

5

12 .

8 .

250 .

350 .

69 ,

57

52 3000

)

(

3000

2 6000

1 ,

11

70 .

45 .

400 .

2 ,

115

240 )

10 (

1 ,

2 .

.

76 ,

1 6000

5 = = = = = = > <

)

(

.

Runtuh

Pada

tekuk

elastis

Medium

beam

b

− mm L mm L mm L mengambil dengan _b =

2000

_p =

1710

&

_r =

4604

r b p

L

sehingga

_:

< <

(

)

(

.

75 ,

114 .

33 ,

127 )

48 ,

141 (

9 .

0 .

48 ,

141 1710

4604

1710

2000

)

77 ,

81

29 ,

129 (

29 ,

129

136 ,

1 .

29 ,

129 .

.

77 ,

81 )

70

240 (

481 )

(

136 .

1 )

95 ,

76 (

6 )

6 ,

102 (

5 ,

6 )

6 ,

102 (

5 ,

12 .

95 ,

76

4

6 )

8 ,

22 (

5 ,

0

4

6 ).

3 (

8 ,

22 .

6 ,

102

6 .

8 ,

22 .

8

1

8 ,

22

12 .

1

3

5 .

2

5 .

12

2 2 max ' max max

ok

m

kN

M

m

kN

M

m

kN

M

m

kN

f

S

k

M

m

kN

f

S

M

C

m

kN

M

m

kN

M

m

kN

q

M

C

M

L

M

C

M

u n p n y x p r y x r b A B u c B A b p p r p b r p P b n = > = = < =





















− − − − = = = = − = − = = + = =













− = = = = = = + + + = ≤

























− − − − =

φ

(16)

) . ( 2000 4604 10 . 63 . 10 . 8 10 . 481 10 . 508 10 . 07 , 1 ) 170 ( 4 1 1 2 ) 10 . 63 )( 10 . 8 )( 4533 ( 10 . 2 ) 170 ( 10 . 481 ) 14 , 3 .( 9 , 32 10 . 63 ) 5 , 6 ( 291 9 . 300 ( 3 1 ) ( 3 1 3 . 2 10 . 07 , 1 ) 291 . 9 . 150 ( 12 1 4 ) ( 6 1 2 ) ( ) ( 4 1 1 2 . ) ( . 2 3 4 3 4 11 2 3 4 5 3 4 3 3 3 3 3 6 11 2 3 2 3 2 2 2 OK T mm L mm L L mm t t d t b J mm t d b t t d I I GJ S I I f f GJ EF f f S i L r r w f f f f f f f f w x y w r y r y x y r = > =













+ +













= = + = − + = = = − = − =













− + +













− =

π

Diperbesar Propil menjadi IWF.300.200.9.14

Dengan cara yang sama dihitung

menengah

g

ben

balok

L

mm

L

mm

L

mm

L

r b p b p r

tan

...

1500

4 2423

6283

< < = = = =

[

]

)

(

.

75 ,

114

81 ,

161 )

79 ,

179 (

9 ,

0 .

79 ,

179 )

3 ,

158 (

136 ,

1 2423

6283

2423

6000

8 .

151

240 (

240

136 .

1 )

(

OK

m

kN

M

m

kN

M

L

M

C

M

u n n p r p r p p b n = > = = = = − − − − =

























− − − = −

φ

(

Balok

pajang

torsional

buckling

)

elastis

tekuk

pada

Runtuh

c

.

,

)

(

...

75 ,

114

91 ,

114 )

86 ,

127 (

9 ,

0 .

86 ,

127

10 .

07 .

1 .

508 .

314

10 .

63 .

10 .

8 .

10 .

508 .

10 .

2 1500

14 ,

3 )

136 .

1 (

2000

...

9 .

5 ,

6 .

150 .

300 .

11 2 3 4 4 5 2

ok

M

m

kN

M

I

L

E

GJ

EI

L

C

M

mm

stiffner

Jarak

IWF

u cr cr w y b y b b cr = > = = = + =













+ = =

φ

π