Konstruksi
Konstruksi
Bangunan
Bangunan
Sipil
Sipil
Oleh : Ibu Tri Widya Swastika. ST. MT
Referensi
Referensi
SNI 03-1729-2002SNI 03-1729-2002
Buku Ajar KONSTRUKSI Buku Ajar KONSTRUKSI BAJA, BAJA, MulyMulyonoono
Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD,Perencanaan Struktur Baja dengan Metode LRFD,
Agus Setia
Agus Setiawanwan
Buku Ajar STRUKTUR BAJA 1, Marwan dan IsdarmanBuku Ajar STRUKTUR BAJA 1, Marwan dan Isdarmanuu
III. PERENCANAAN BATANG AKSIAL
III. PERENCANAAN BATANG AKSIAL
TEKAN
TEKAN
Struktur tekan terdapat pada bangunan-bangunan Struktur tekan terdapat pada bangunan-bangunan
Jembatan rangk Jembatan rangkaa
Rangka kuda-kuda atapRangka kuda-kuda atap
Rangka menaRangka menara/towra/towerer
Kolom pada portal bangunan gedungKolom pada portal bangunan gedung
Sayap tertekan pada balok I (portal, jembatan)Sayap tertekan pada balok I (portal, jembatan)
SIKU
SIKU “TE” “TE” KKAANNAALL WWFF PPIIPPA A
PROPIL-PROPIL BUATAN : PROPIL-PROPIL BUATAN :
BOX BOX
Perbedaan terpenting antara struktur tarik
Perbedaan terpenting antara struktur tarik
dan tekan
dan tekan
Pada struktur tarik, beban tarik membuat batang tetapPada struktur tarik, beban tarik membuat batang tetap
lurus pada sumbunya, sedangkan pada stru
lurus pada sumbunya, sedangkan pada struktur tekan,ktur tekan, beban tekan cenderung membuat batang tertekuk
beban tekan cenderung membuat batang tertekuk sehinga
sehinga bahbahaayaya tetekukkuk harus diperhatikan.harus diperhatikan.
Pada struktur tarik, adanya lubang-lubanPada struktur tarik, adanya lubang-lubang baut padag baut pada
sambungan akan mengurangi luas penampang yang sambungan akan mengurangi luas penampang yang memikul beban tarik tersebut, sedangkan pada
memikul beban tarik tersebut, sedangkan pada
struktur tekan, baut dianggap dapat mengisi lubang, struktur tekan, baut dianggap dapat mengisi lubang, sehingga
sehingga penampang penampang penuh penuh (brutto(brutto)) yang yang memikulmemikul
beban tekan.
Fenomena Tekuk pada Struktur
Tekan
Tekuk Lokal pada elemen:
Sayap (Flens) Badan (Web)
Tekuk pada Komponen Struktur:
Tekuk lentur (Flexural buckling) Tekuk torsi (Torsional buckling)
Tekuk Lokal
Tekuk lokal terjadi bila tegangan pada elemen-elemen penampang
mencapai tegangan kritis pelat.
Tegangan kritis plat tergantung dari perbandingan tebal dengan
lebar, perbandingan panjang dan tebal, kondisi tumpuan dan sifat material.
Perencanaan dapat disederhanakan dengan memilih perbandingan
tebal dan lebar elemen penampang yang menjamin tekuk lokal tidak akan terjadi sebelum tekuk lentur. Hal ini diatur dalam peraturan dengan membatasi kelangsingan elemen penampang komponen struktur tekan:
Besarnya ditentukan dalam Tabel 7.5-1 (Tata Cara Perencanaan Struktur Baja)
/ r b t r
Tekuk Lentur-Torsi
Pada umumnya kekuatan komponen struktur dengan beban
aksial tekan murni ditentukan oleh tekuk lentur. Efisiensi sedikit berkurang apabila tekuk lokal terjadi sebelum tekuk lentur.
Beberapa jenis penampang berdinding tipis seperti L, T, Z dan C yang umumnya mempunyai kekakuan torsi kecil, mungkin
mengalami tekuk torsi atau kombinasi tekuk lentur-torsi
Untuk kepraktisan perencanaan, peraturan tidak menyatakan perlu memeriksa kondisi tekuk torsi/lentur-torsi apabila tekuk lokal tidak terjadi kecuali untuk penampang L-ganda atau T Untuk komponen struktur dengan penampang L-ganda atau T
harus dibandingkan kemungkinan terjadinya tekuk lentur pada kedua sumbu utama dengan tekuk torsi/lentur-torsi
Kuat Tekan Rencana
min 0.85 1 untuk 0, 25 1 u n c y n g cr g g y c y k c N N f N A f A A f f L i E Batas Kestabilan Elastis
Kapasitas Aksial Batang Tekan:
2 min ; 0.85 1, 25 untuk 1, 2 1 u n c y n g cr g c c y k c N N f N A f A f L i E
Batas Kestabilan Inelastis
Kapasitas Aksial Batang Tekan:
; 0.85 0, 25 1, 2 1,43 1,6 0,67 u n c y n g cr g c c N N f N A f A y cn 0.658 .F F 2
λ = Lk/r
r adalah jari-jari inersia Lk adalah Panjang Tekuk
Panjang Tekuk dan Batas Kelangsingan
Komponen struktur dengan gaya aksial murni umumnya
merupakan komponen pada struktur segitiga (rangka-batang) atau merupakan komponen struktur dengan kedua ujung sendi. Untuk kasus-kasus ini, faktor panjang tekuk ditentukan tidak kurang dari panjang teoritisnya dari as-ke-as sambungan dengan komponen struktur lainnya.
Untuk batang-batang yang direncanakan terhadap tekan,
angka perbandingan kelangsingan dibatasi:
min 200 k L r k c L k l l Lk = k . L
dimana => Lk : panjang tekuk
k : koefisien panjang tekuk L : panjang batang
Batas Kekuatan dan Kestabilan Lentur
0 50 100 150 200 250 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Kelangsingan, KL/r T e g a n g a n K ri ti s M P aPenampang Majemuk
Kelangsingan arah sumbu bahan
x x x kL i
Kelangsingan arah sumbu bebas bahan
. ky y y k L i Kelangsingan ideal 2 2 2 iy y l m
Elemen batang harus lebih stabil dari batang majemuk
1, 2 iy l 1, 2 50 x l l
Komponen struktur yang terdiri dari beberapa elemen yang dihubungkan pada tempat-tempat tertentu,
kekuatannya harus dihitung terhadap sumbu bahan dan sumbu bebas bahan.
Komponen Tekan: Contoh Soal 1.
Tentukan gaya aksial terpaktor (Nu = u Nu) dari kolom yang dibebani secara
aksial pada gambar dibawah ini (f y = 250 MPa)
Profil yang digunakan IWF 450.300.10.15 dengan besaran penampang sebagai berikut:
A = 135 cm2 ix = 18,6 cm iy = 7,04 cm 4 m IW F 45 0x 30 0 Nu Nu
a) Menentukan rasio kelangsingan
Untuk kondisi yang ujung-ujungnya jepit dan sendi: k = 0,8 Panjang tekuk: Lk = k.l = (0,8) (4 m) = 3,2 m 2 , 17 6 , 18 320 i L 45 , 45 04 , 7 320 i L x k y k
Dari rasio kelangsingan didapat tekuk terjadi pada arah sumbu y b) Menentukan c y k y f 1 L i E 1 250 (45,45) 200000 0,511 c
c) Menentukan daya dukung nominal tekan
Cek kelangsingan pelat
y b 299 9,97 t 2 15 250 15.81 f . f r f r OK
Jadi tidak terjadi tekuk lokal, rumus u g cr g
fy N = A .f = A . dapat digunakan 1,43 0,25 1, 2 maka 1,6 - 0, 67 1,137 c c
Daya dukung nominal: -3 13500 250 x 10 1,137 2968,3 y n g f N A kN
e) Menentukan gaya aksial terfaktor: Nu
Nu n Nu
n = faktor reduksi kekuatan = 0,85
Nu (0,85) (2968.3)
Komponen Tekan: Contoh Soal 2.
Tentukan profil IWF untuk memikul beban-beban aksial tekan berikut : beban mati (DL) = 400 kN, beban hidup (LL) = 700 kN;
Lk= 3m, f y= 250MPa.
Solusi.
a) Hitung beban ultimate
Nu = (1,2) (400) + (1,6) (700) = 1600 kN
b) Perkirakan luas penampang yang dibutuhkan dengan mengasumsikan kelangsingan awal
min min 300 50 atau 6 cm 50 50 k k L L i i
min 3 2 1 250 (50) 200.000 0,563 1.43 1.43 1,6 - 0,67 1,6 - 0,67 0,563 1,168 . 1600 10 250 0,85 1,168 8795 mm 87,95 cm c u n n n g cr u g n cr y c i E x N N A f N A f x Ag 2
c) Dari Tabel profil, pilih IWF 350.250.9.14 dengan besaran penampang: Ag = 101,5 cm
2
iy= 6 cm
ix = 14,6 cm
d) Cek kelangsingan pelat penampang:
y f 250 250 8, 93; = 15,81 2(14) f . f r r b t OK
Asumsi tidak terjadi tekuk lokal terpenuhi. a) Cek kelangsingan tehadap tekuk global:
min 300 50 6 k L i
Disini kebetulan asumsi dan hasil perhitungan kelangsingan berdasarkan penampang yang dipilih sudah sama, sehingga besaran-besaran c dan tidak perlu dihitung kembali
f) Cek kapasitas penampang:
2
3
. 101, 5 10 250 10 1,168 2172,5 . (0,85) (2172,5) 1600 1846,6 . u g cr N A f x x kN Nu n Nn Nu kN kN OK IV. PERENCANAAN BATANG LENTUR
(BALOK)
Pengertian Balok
Balok adalah bagian dari struktur bangunan yang menerima beban tegak
lurus sumbu memanjang batang (beban lateral, -> beban lentur).
Joist : Balok-balok // dengan jarak kecil untuk memikul
lantai/atap suatu bangunan gedung.
Lintel : Balok pada dinding terbuka.
Sprindel : Balok yang memikul dinding luar suatu bangunan
Stringer : Balok // arah jembatan pada lantai kendaraan jembatan
jembatan.
Floor Beam : Balok tegak lurus arah jembatan yang berfungsi
meneruskan beban dari “STRINGER” ke pemikul utama (Rangka batang,
Balok Girder).
Girder : Balok besar, biasanya dipakai untuk istilah balok utama
pada struktur jembatan.
Gording : Balok untuk memikul atap pada struktur rangka batang
(kuda-kuda) atap purlin.
Perencanaan Balok akibat Momen Lentur
Momen lentur terhadap sumbu utama kuat (sumbu x)Analisa struktur metoda elastis
Mux < φ Mnx Mux – momen lentur berfaktor terhadap sumbu x Mnx – kuat nominal penampang terhadap sumbu x
φ – factor reduksi (0,90)
Momen lentur terhadap sumbu utama lemah (sumbu y)
Muy < φ Mny Muy – momen lentur berfaktor terhadap sumbu y Mny – kuat nominal penampang terhadap sumbu y
1. Kuat Nominal Lentur Penampang, Pengaruh
Kelangsingan Penampang
“Tekuk Lokal
”BATASAN :
Momen Leleh :
M y = S fy S – modulus penampang elastis
f y – tegangan leleh baja Momen Batas :
MR = S (f y – f R ) f R – tegangan residu (sisa) Momen Plastis :
Penampang Kompak :
λ < λ p λ - perbandingan lebar dan tebal elemen plat (b/2.tf) λ p , λ R - harga batas (Tabel 7.5.1 Peraturan)
Mn = Mp Mn - kuat nominal lentur penampang
Penampang Tidak Kompak :
λ p < λ < λ R
Mn = Mp – (Mp – MR )
Penampang Langsing
λ < λ R Mn = MR
2. Kuat Nominal Lentur Penampang, Pengaruh
“
Tekuk
Lateral” BATASAN :
Momen Plastis : Mp = Z f y
Momen Batas Tekuk : MR = S . (f y – f R ) f R – tegangan residu (tegangan sisa)
f R = 70 MPa penampang buatan pabrik f R = 115 MPa penampang buatan dilas
Kekuatan balok menerima momen lentur tergantung jarak penahan/pengekang lateral (LB) – Unbraced Length
Perilaku balok (lentur murni) dibebani beban
gravitasi
y x f y f y f y f y - - + + P u Kapusat kelengkungan + + + + + + + +Busur atas -> memendek Busur bawah -> memanjang
• Sisi atas balok (diatas garis netral) terjadi tegangan tekan, dan akan
berperilaku seperti “KOLOM”.
• Balok untuk mendapatkan kemampuan yang besar (maximal),
Pada sisi atas (daerah tekan) akan menekuk kesamping (tekuk lateral), bila tidak ada penahan/pengekangnya.
TAMPAK ATAS SAYAP ATAS
L b = L
Kegagalan balok akibat “TEKUK LATERAL” ini pada umumnya akan
terjadi pda beban yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan beban yang mengakibatkan kegagalan lentur vertical.
L B L B
PENAHAN LATERAL
LB - Panjang bagian sayap tertekan yang tidak ditahan/dikekang.
L B L B L B
•Bila LB semakin kecil maka beban yang mengakibatkan kegagalan “tekuk lateral” semakin besar.
L B L B L B L B L B L B
•Pada LB mencapai nilai tertentu, tidak terjadi kegagalan
1. Bentang Pendek : (Plastic Buckling) => ZONE I LB < Lp LB – Unbraced Length
Lp, LR – harga batas (Tabel 8.3.2 Peraturan) Mn = Mp < 1,5 M y
2. Bentang Menengah : (Inelastic Buckling) => ZONE II LP < LB < LR
3. Bentang Panjang : (Elastic Buckling) => ZONE III LB > LR
Mn = MCR < Mp -> harga MCR ditentukan dalam Tabel 8.3.1
Cb = koefisien momen lentur untuk memasukkan pengaruh tahanan ujung batang dan kondisi pembebanan. Cb dipakai pada daerah inelastic dan elastis buckling.
Balok dibedakan menjadi 3 katagori menurut jarak lateral bracingnya (penahan lateral) :
