6
2. LANDASAN TEORI
Kekuatan struktur baja ditentukan dari kapasitas penampang yang digunakan dan kapasitas dari sambungan yang didesain menurut konfigurasi yang telah ditentukan. Kapasitas profil yang digunakan ditentukan oleh kapasitas tarik, kapasitas tekan, kapasitas lentur dan kapasitas geser. Dalam penelitian ini, digunakan SNI 1729:2015 sebagai pedoman landasan teori, dan menggunakan beberapa sumber untuk hal-hal yang tidak diatur dalam peraturan.
2.1. Klasifikasi Sambungan
Menurut SNI 1729:2015 “Spesifikasi Untuk Gedung Baja Struktural”, sambungan pada struktur baja diklasifikasikan menjadi sambungan sederhana dan sambungan momen.
1. Sambungan Sederhana
Sambungan sederhana dari balok, gelagar, dan rangka batang harus didesain sebagai sambungan fleksibel dan diizinkan dimensinya ditentukan hanya untuk menerima reaksi geser, kecuali dinyatakan lain dari dokumen desain. Sambungan balok yang fleksibel harus mengakomodasi rotasi ujung dari balok sederhana. Beberapa deformasi inelastis tetapi yang dibatasi sendiri dalam sambungan diizinkan untuk mengakomodasi sambungan rotasi ujung dari balok sederhana. 2. Sambungan Momen
Sambungan ujung dari balok, gelagar, dan rangka batang yang dikekang harus didesain untuk efek kombinasi gaya-gaya yang dihasilkan dari momen dan geser yang disebabkan oleh kekakuan sambungan.
2.2. Perencanaan Sambungan
Kuat rencana setiap komponen sambungan tidak boleh kurang dari beban terfaktor yang dihitung. Perencanaan sambungan harus memenuhi persyaratan berikut:
1. Gaya dalam yang disalurkan berada dalam keseimbangan dengan gaya-gaya yang bekerja pada sambungan.
2. Deformasi pada sambungan masih berada dalam batas kemampuan deformasi sambungan.
3. Sambungan dan komponen yang berdekatan harus mampu memikul gaya-gaya yang bekerja padanya.
Perencanaan Baut 2.2.1.
Ada dua jenis baut yang sering dijumpai di pasaran. Baut biasa (ASTM 307) dan baut mutu tinggi (ASTM A325 dan A490). Baut biasa (ASTM A307) disebut juga baut hitam atau baut mesin, terbuat dari baja kadar karbon rendah dengan kekuatan tarik 60 ksi atau 450 MPa (minimum), sama seperti material baja A36. Baut dipasang dengan kunci pas biasa tanpa prategang (mekanisme tumpu). Dipakai untuk profil hot-rolled atau cold-formed dengan beban statis, tanpa ada beban kejut atau bebas getaran
Baut mutu tinggi A325 atau A490 dari baja karbon sedang digunakan untuk sambungan profil baja hot-rolled atau cold-formed. Kuat tarik akan menurun sebanding dengan diameternya. Tersedia dalam unit imperial (inch) atau metrik (mm) yang berciri kode “M” dibelakangnya misal A325M dan A490M, dan tersedia mulai 0,5 in sampai 1,5 in (imperial).
2.2.1.1. Kekuatan Baut
Kekuatan tarik atau geser desain, ϕRn dari suatu baut snug-tightened, atau baut kekuatan-tinggi pra-tarik atau bagian berulir harus ditentukan sesuai keadaan batas dari keruntuhan tarik dan geser sebagai berikut:
ϕRn = ϕFn .Ab (2.1)
Dimana : ϕ = 0,75
Ab = Luas tubuh baut tak berulir nominal atau bagian berulir, in.2 (mm2). Fn = Tegangan tarik nominal, Fnt , atau tegangan geser, Fnv dari, ksi,
MPa.
Kekuatan tarik yang tersedia dari baut yang menahan kombinasi gaya tarik dan geser harus ditentukan sesuai dengan keadaan batas dari keruntuhan geser
8 ϕRn = ϕF’nt .Ab (2.2) nt rv nv nt nt nt f F F F F . 3 , 1 F' (2.3) Dimana : ϕ = 0,75
F’nt = Tegangan tarik nominal yang dimodifikasi mencakup efek tegangan geser, ksi (MPa).
Fnt = tegangan tarik nominal dari Tabel 2.1. Fnv = tegangan geser dari Tabel 2.1.
frv = tegangan geser yang diperlukan menggunakan kombinasi beban LRFD atau ASD, ksi (MPa)
Tabel 2.1. Kekuatan Nominal Baut, ksi (MPa)
Sumber: Badan Standarisasi Nasional (2015, p.129)
Kuat tumpu pelat sambungan dari SNI 1729:2015 memperhitungkan pengaruh deformasi. Jika besarnya itu akan mempengaruhi Fungsi struktur
sehingga kekuatanya perlu dibatasi maka dapat dipakai maka dapat dipakai rumusan berikut dengan mengambil niai terkecil dari persamaan berikut:
ϕRn = ϕ1,2.lc.t .Fu ≤ ϕ2,4.d.t.Fu (2.4) Selanjutnya jika terjadinya deformasi pada sambungan dianggap tidak mempengaruhi Fungsi maka kuat tumpu dapat ditingkatkan yaitu nilai terkecil dari persamaan berikut:
ϕRn = ϕ1,5.lc.t.Fu ≤ ϕ3,0.d.t.Fu (2.5) Untuk kuat tumpu dengan lubang baut tipe slot-panjang yang arah slot-nya tegak lurus arah gaya, maka kekuatannya berkurang dan dapat dihitung sebagai berikut:
ϕRn = ϕ1,0.lc.t.Fu ≤ ϕ2,0.d.t.Fu (2.6)
Dimana:
lc = jarak bersih (mm) searah gaya, dihitung dari tepi lubang ke tepi pelat terluar (untuk baut pinggir) atau jarak bersih antar tepi lubang.
Fu = kuat tarik minimum baja pelat yang ditinjau (MPa)
2.2.1.2. Tata Letak Baut
Penempatan baut mutu tinggi perlu dibuat teratur, berulang dan sebisa mungkin simetri. Adapun jarak atau spasi antar baut satu dengan yang lainnya perlu mengikuti aturan praktis yang ada seperti :
1. Spasi antar baut dan jarak bersih:
SNI 1729:2015, menetapkan spasi (S) minimum baut antar lubang (semua tipe) sebesar S>2 2/3 d, dengan d adalah diameter baut nominal, dan disarankan S = 3d.
2. Jarak tepi minimum
Jarak dari pusat lubang standar ke suatu tepi bagian sambungan tidak boleh kurang dari nilai yang berlaku pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Jarak Tepi Minimum Baut
Diamater Baut (mm) Jarak Tepi Minimum (mm)
10
Tabel 2.2. Jarak Tepi Minimum Baut (Sambungan)
Diamater Baut (mm) Jarak Tepi Minimum (mm)
20 26 22 28 24 30 27 34 30 38 36 46 diatas 36 1,25db
Sumber: Badan Standarisasi Nasional (2015, p.128)
3. Spasi dan jarak tepi maksimum
Jarak maksimum dari pusat setiap baut ke tepi terdekat dari bagian-bagian dalam kontak harus 12 kali ketebalan dari bagian yang disambung akibat perhitungan, tetapi tidak melebihi 6 in atau 150 mm.
Perencanaan Las 2.2.2.
Definisi las adalah proses penyambungan logam (bisa juga non-logam) dengan membuat bagian yang disambung melebur (coalescene) menjadi satu kesatuan, dengan salah satu cara:
1. Dipanasi sampai temperatur tertentu, dengan atau tanpa tekanan
2. Pemberian tekanan saja (tanpa pemanasan), dengan atau tanpa bahan pengisi. SNI 1729:2015 memberikan ada tiga jenis las yaitu las tumpul, las sudut, dan las plug dan slot.
2.2.2.1. Kekuatan Las
Luas efektif las sudut adalah panjang efektif dikalikan dengan lebar efektif. lebar efektif dari suatu las sudut merupakan jarak terpendek (garis tinggi) dari perpotongan kaki las ke muka las. Untuk las sudut dalam lubang dan slot, panjang efektif harus panjang dari sumbu las sepanjang pusat bidang yang melalui lebar efektif.
2.2.2.2. Pembatasan
Ukuran minimum las sudut harus tidak kurang dari ukuran yang diperlukan untuk menyalurkan gaya yang dihitung, atau ukuran yang tertera pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Ukuran Minimum Las Sudut
Sumber: Badan Standarisasi Nasional (2015, p.120)
Ukuran maksimum dari las sudut dari bagian-bagian yang tersambng harus: a. Sepanjang tepi material dengan ketebalan ¼ in. (6 mm) tidak lebih besar dari
ketebalan material.
b. Sepanjang material dengan ketebalan ¼ in. (6 mm ) atau lebih; tidak lebih besar dari ketebalan material dikurangi 1/16 in. (2mm), kecuali las yang secara khusus diperlihatkan pada gambar pelaksanaan untuk memperoleh ketebalan lebar efektif penuh. Untuk kondisi las yang sudah jadi, jarak antara tepi logam dasar dan ujung kaki las boleh kurang dari 1/16 in. (2 mm) bila ukuran secara jelas dapat diverifikasi.
2.2.2.3. Kekuatan Las Sudut
Kekuatan desain, ϕRn, dari joint yang dilas harus merupakan nilai terendah dari kekuatan material dasar yang ditentukan menurut keadaan batas dari keruntuhan tarik dan keruntuhan geser dari logam las yang ditentukan menurut keadaan batas dari keruntuhan berikut ini:
Untuk logam dasar
ϕRn = ϕFnBM .ABM (2.8)
Untuk logam las
12 Dimana:
FnBM = tegangan nominal dari logam dasar, ksi (MPa). Fnw = tegangan nominal dari logam las, ksi (MPa). ABM = luas penampang logam dasar, in2. (mm2). Awe = Luas efektif las in2. (mm2).
Untuk las sudut, Fnw dapat diambil:
Fnw = 0,60.FEXX (1,0 + 0,50 sin1,5 θ) (2.10) Dimana:
FEXX = kekuatan klasifikasi logam pengisi, ksi (MPa).
θ = sudut pembebanan yang diukur dari sumbu longitudinal las, derajat.
Perencanaan Pelat Penyambung 2.2.3.
2.2.3.1. Kapasitas Tarik
Kekuatan tarik ϕtPn dari komponen struktur tarik, harus nilai terendah dari yang diperoleh sesuai keadaan batas dari leleh tarik pada penampang bruto dan keruntuhan tarik pada penampang netto.
1. Untuk leleh tarik pada penampang bruto
ϕtPn = ϕt.Fy.Ag (2.11)
2. Untuk keruntuhan tarik pada penampang netto
ϕtPn = ϕt.Fu.Ae (2.12)
Ae = An.U (2.13)
Dimana,
Ag = Luas bruto dari komponen struktur, in2. (mm2). An = Luas netto, in2. (mm2).
Ae = Luas netto efektif, in2. (mm2). U = faktor shear lag sesuai Tabel 2.4.
Fy = Tegangan leleh minimum yang disyaratkan, ksi (MPa). Fu = Tegangan tarik minimum yang disyaratkan, ksi (MPa).
Tabel 2.4. Faktor Shear Lag untuk Sambungan pada Struktur Tarik
Sumber: Badan Standarisasi Nasional (2015, p.31)
2.2.3.2. Kapasitas Blok Geser
Kekuatan yang tersedia untuk keadaan batas keruntuhan geser blok sepanjang suatu alur kegagalan geser atau alur-alur dan suatu alur kegagalan tarik tegak lurus harsu diambil sebesar:
ϕRn = ϕ(0,6.Fu.Anv + Ubs.Fu.Ant)≤ ϕ(0,6.Fy.Agv + Ubs.Fu.Ant) (2.14) Dimana:
ϕ = 0,75
Agv = luas bruto yang menahan geser, in2. (mm2) Anv = luas netto yang menahan geser, in2. (mm2) Ant = luas netto yang menahan tarik, in2. (mm2)
2.2.3.3. Kapasitas Geser
Kekuatan geser yang tersedia dari elemen yang dipengaruhi dan yang disambung dalam geser harus nilai yang terendah yang diperoleh sesuai dengan keadaan batas dari pelelehan geser dan keruntuhan geser.
1. Untuk pelelehan geser dari elemen:
ϕRn = ϕ0,6.Fy.Agv (2.15)
Dimana: ϕ = 1
14 2. Untuk keruntuhan geser dari elemen:
ϕRn = ϕ0,6.Fu.Anv (2.16)
Dimana: ϕ = 0,75
Anv = luas netto yang menahan geser, in2. (mm2).
