Bahan Ajar Perancangan Struktur Baja 1
OLEH
Nurina Yasin, ST,. MT.
UNIVERSITAS GUNADARMA
JAKARTA
2020
ii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah dan puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, taufik, dan hidayah-Nya, sehingga setelah melalui proses akhirnya penyusunan bahan ajar Perancangan Struktur Baja 1 untuk perguruan tinggi ini dapat terselesaikan.
Penyusunan bahan ajar ini berdasarkan rujukan Satuan Acara Perkuliahan (SAP) di Universitas Gunadarma. Bahan ajar ini nantinya akan digunakan sebagai penunjang perkuliahan mahasiswa Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan.
Meskipun bahan ajar ini telah diselesaikan, penulis menyadari bahwa bahan ajar ini masih jauh dari kesempurnaan, sehingga penulis mengharapkan teguran, kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis berharap semoga bahan ajar ini dapat memberikan manfaat bagi seluruh pihak dan penulis mendo’akan kepada pihak – pihak yang telah membantu, semoga Allah SWT membalasnya dengan pahala dan kebaikan, karena sebaik-baiknya pembalas adalah Allah swt.
Depok, April 2020
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
BAB 1 STRUKTUR BAJA 1.1 SIFAT BAJA STRUKTUR ... 1
1.2 SIFAT FISIK DAN MEKANIKA BAJA ... 2
1.3 ALAT SAMBUNG BAJA ... 2
BAB 2 TIPE STRUKTUR BAJA 2.1 BAJA RANGKA BATANG ... 4
2.1.1 Konstruksi Rangka atau Batang Tunggal ... 4
2.1.1 Konstruksi Rangka atau Batang Ganda... 4
2.1.2 Konstruksi Rangka atau Batang Rangka ... 4
2.1.3 Konstruksi Rangka atau Batang Tersusun ... 5
2.2 PORTAL BAJA ... 5
iv
BAB 3 TAHAPAN PERENCANAAN STRUKTUR BAJA
3.1 SYARAT PERENCANAAN STRUKTUR BAJA ... 9
3.2 PEMBEBANAN TERHADAP STRUKTUR ... 11
3.2.1 Beban... 12
3.2.2 Kombinasi Pembebanan ... 12
BAB 4 TAHAPAN PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 4.1 BATANG (TRUSS) ... 14
4.2 FRAME/PORTAL ... 14
4.3 TIPE PROFIL... 15
1
BAB 1
STRUKTUR BAJA
TIU:
1. Mahasiswa memahami karakteristik/ perilaku baja sebagai bahan struktur 2. Mahasiswa mengetahui berbagai tipe struktur baja
3. Mahasiswa memahami tahapan -tahapan yang harus dipertimbangkan dalam perencanaan struktur baja
4. Mahasiswa mengetahui beban -beban yang bekerja pada struktur TIK:
1. Karakteristik bahan dan struktur baja, sifat fisik dan mekanik baja structural
2. Tipe struktur baja:
a) Baja rangka batang b) Portal baja
c) Baja komposit
3. Tahapan perencanaan struktur baja 4. Pembebanan pada struktur
1.1 SIFAT BAJA STRUKTUR
Mempunyai kekuatan tarik yang sangat tinggi dan tekan yang cukup tinggi, berkisar antara 300 – 2000 MPa, Sehingga bila dipakai sebagai bahan struktur akan memberikan:
1. Tampang >>> relatif kecil/ramping 2. Berat struktur >>>menjadi ringan 3. Fondasi >>>menjadi hemat
Baja dibuat di pabrik sehingga mempunyai bahan yang homogen dan mutu yang terjamin. Baja dapat digunakan berulang kali. Baja juga mudah diangkut, disambung dan baja mempunyai sifat elastis.
Selain memiliki kelebihan. Baja juga memiliki kekurangan. Kekurangan baja adalah:
2
1. Perlu pemeliharaan secara rutin, misalnya dengan di cat
2. Lemah pada temperatur tinggi (bila terjadi kebakaran struktur bisa runtuh meskipun tegangan yang terjadi masih rendah)
3. Bahaya tekuk mudah terjadi pada batang yang lansing
1.2 SIFAT FISIK DAN MEKANIK BAJA
Sifat-sifat mekanis lainnya baja struktural untuk maksud perencanaan ditetapkan sebagai berikut:
Modulus elastisitas : E = 200.000 Mpa Modulus geser : G = 80.000 Mpa Nisbah poisson : μ = 0,3
Koefisien pemuaian : α = 12 x 10E-6 ºC
Laporan uji material baja di pabrik yang disahkan oleh lembaga yang berwenang dapat dianggap sebagai bukti yang cukup untuk memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam standar ini. Baja yang tidak teridentifikasi boleh digunakan selama memenuhi ketentuan berikut ini:
1. Bebas dari cacat permukaan
2 Sifat fisik material dan kemudahannya untuk dilas tidak mengurangi kekuatan dan kemampuan layan strukturnya
3 Ditest sesuai ketentuan yang berlaku. Tegangan leleh (fy) untuk perencanaan tidak boleh diambil lebih dari 170 MPa sedangkan tegangan putusnya (fu) tidak boleh diambil lebih dari 300 MPa
1.3 ALAT SAMBUNG BAJA
Baut, mur, dan ring harus memenuhi ketentuan yang berlaku. Alat sambung mutu tinggi boleh digunakan bila memenuhi ketentuan berikut:
1. Komposisi kimiawi dan sifat mekanisnya sesuai dengan ketentuan yang berlaku 2. Diameter batang, luas tumpu kepala baut, dan mur atau penggantinya, harus lebih besar dari nilai nominal yang ditetapkan dalam ketentuan yang berlaku. Ukuran lainnya boleh berbeda
3
3. Cara penarikan baut dan prosedur pemeriksaan untuk alat sambung boleh berbeda dari ketentuan selama persyaratan gaya tarik minimum alat sambung dipenuhi dan prosedur penarikannya dapat diperiksa.
Material pengelasan dan logam las harus sesuai dengan ketentuan yang berlaku. Semua penghubung geser jenis paku yang dilas harus sesuai dengan ketentuan yang berlaku. Baut angker harus memenuhi ketentuan Butir atau dibuat dari batang yang memenuhi ketentuan selama ulirnya memenuhi ketentuan yang berlaku.
4
BAB 2
TIPE STRUKTUR BAJA
2.1 BAJA RANGKA BATANG
Rangka batang adalah suatu struktur rangka dengan rangkaian batang-batang berbentuk segitiga. Pada struktur rangka batang-batang, titik buhul sebagai sambungan tetap/stabil dianggap atau berperilaku sebagai sendi. Untuk menyambung titik buhul digunakan plat buhul. Pada struktur baja sambungansambungan pada plat buhul digunakan baut, paku keeling atau las.
Struktur rangka batang merupakan kumpulan dari batang-batang yang mana gaya-gaya batang tersebut harus diketahui. Dalam hal ini gaya-gaya batang tersebut beberapa gaya tarik (tension force) atau tekan (compression force).
2.1.1 Konstruksi Rangka Batang Tunggal
Setiap batang atau setiap segitiga penyusunannya mempunyai kedudukan yang setingkat, konstruksi terdiri dari atas satu kesatuan yang sama (setara).
5 2.1.2 Konstruksi Rangka Batang Ganda
Konstruksi rangka batang ganda Setiap batang atau setiap segitiga penyusunnya setingkat kedudukannya. akan tetapi konstruksi terdiri atas dua buah kesatuan konstruksi yang setara.
2.1.3 Konstuksi Rangka Batang Tersusun
Konstruksi rangka batang tersusun Kedudukan batang atau segitiga penyusun konstruksi ada beda tingkatannya (konstruksi terdiri atas konstruksi anak dan konstruksi induk). Segitiga ABC merupakan segitiga konstruksi induk, sedang segitiga. ADE merupakan segitiga konstruksi anak.
2.2 PORTAL BAJA
Special Moment Frames (SMF)
Ini adalah jenis yang didesain dapat bekerja secara inelastis penuh. Oleh karena itu pada bagian yang akan mengalami sendi-plastis perlu didesain secara khusus. Cocok dipakai untuk perencanaan gedung tinggi yang masih memungkinkan dengan sistem frame. Rangka harus memenuhi
strong-colum-weak-beam agartidakterjadi sendi plastis di kolom yang dapat menyebabkan story
6
Jenis sambungan kolom-balok yang dapat dipakai di rangka SMF harus didukung data empiris hasil uji laboratorium, yang membuktikan bahwa jenis sambungan tadi mempunyai kemampuan daktilitas yang cukup, yaitu dapat bertahan sampai perputaran sudut interstory-driJt minimum sebesar 0.04 radian (AISC 200Sa). Beberapa jenis sambungan yang telah distandardisasi dan terbukti oleh hasil pengujian adalah sebagai berikut.
7
Intermediate Moment Frames (lMF)
Jenis rangka ini mirip SMF, yaitu mampu berperilaku inelastic tetapi terbatas. Cocok dipakai untuk sistem struktur dengan gempa yang relatif sedang, misal bangunan bertingkat rendah. Sistem sambungan kolom-balok mirip SMF hanya saja tingkat daktilitasnya terbatas, yaitu perputaran sudut interstory-drift
minimum 0.02 radian (Section 10.2a AISC 200Sa).
Ordinary Moment Frames (OMF)
Ini adalah jenis rangka yang didesain untuk bekerja seeara elastis saja. Oleh karena itu hanya coeok dipakai untuk sistem struktur dengan beban gravitasi yang dominan, misalnya bangunan tidak bertingkat yang memiliki bentang panjang. Sistem sambungan balok-kolom yang digunakan dapat berupa sambungan momen penuh atau full restrained (FR), tetapi dapat juga semi rigid atau partially restrained
(PR).
2.3 BAJA KOMPOSIT
Struktur komposit (Composite) merupakan struktur yang terdiri dari dua material atau lebih dengan sifat bahan yang berbeda dan membentuk satu kesatuan sehingga menghasilkan sifat gabungan yang lebih baik. Umumnya srtuktur komposit berupa :
1. Kolom baja terbungkus beton / balok baja terbungkus beton (Gambar 1.a/d). 2. Kolom baja berisi beton/tiang pancang (Gambar 1.b/c).
8
BAB 3
TAHAPAN PERENCANAAN STRUKTUR BAJA
Tahapan penting sebelum analisa struktur adalah menyiapkan model struktur, berupa data-data numerik dilengkapi gambar dan notasi untuk merepresentasikan variabel-variabel penting dari suatu struktur real agar dapat diproses dengan ana lisa struktur, baik cara manual maupun berbasis komputer. Meskipun memakai komputer yang berharga jutaan tetapi modelnya tidak tepat maka hasilnya juga tidak berguna. Garbage in garbage out.
Standar umum serta ketentuan - ketentuan Teknis Perencanaan Dan Pelaksanaan
struktur baja untuk bangunan gedung, atau struktur bangunan lain yang mempunyai kesamaan karakter dengan struktur gedung. Tata cara ini mencakup:
1. Ketentuan-ketentuan minimum untuk merencanakan, fabrikasi, mendirikan bangunan, dan modifikasi atau renovasi pekerjaan struktur baja, sesuai dengan metode perencanaan keadaan batas.
2. Perencanaan struktur bangunan gedung atau struktur lainnya, termasuk keran yang terbuat dari baja.
3. Struktur dan material bangunan berikut:
a) Komponen struktur baja, dengan tebal lebih dari 3 mm. b) Tegangan leleh (fy) komponen struktur kurang dari 450 Mpa.
9
3.1 SYARAT PERENCANAAN STRUKTUR BAJA
Perencanaan struktur baja harus memenuhi syarat-syarat berikut:
1. Analisis struktur harus dilakukan dengan cara-cara mekanika teknik yang baku. 2. Analisis dengan komputer, harus memberitahukan prinsip cara kerja program dan harus ditunjukan dengan jelas data masukan serta penjelasan data keluaran.
10
3. Percobaan model diperbolehkan bila diperlukan untuk menunjang analisis teoritis.
4. Analisis struktur harus dilakukan dengan model-model matematis yang mensimulasikan keadaan struktur yang sesungguhnya dilihat dari segi sifat bahan dan kekakuan unsur-unsurnya.
Bila cara perhitungan menyimpang dari tata cara ini, maka harus mengikuti persyaratan sebagai berikut:
1. Struktur yang dihasilkan dapat dibuktikan dengan perhitungan dan atau percobaan yang cukup aman.
2. Tanggung jawab atas penyimpangan, dipikul oleh perencana dan pelaksana yang bersangkutan.
3. Perhitungan dan atau percobaan tersebut diajukan kepada panitia yang ditunjuk oleh pengawas bangunan, yang terdiri dari ahli-ahli yang diberi wewenang menentukan segala keterangan dan cara-cara tersebut.
4. Nama penanggung jawab hasil perhitungan harus ditulis dan dibubuhi tanda tangan serta tanggal yang jelas.
Suatu struktur disebut stabil bila ia tidak mudah terguling, miring, atau tergeser, selama umur bangunan yang direncanakan. Suatu struktur disebut cukup kuat dan mampu-layan bila kemungkinan terjadinya kegagalan-struktur dan kehilangan kemampuan layan selama masa hidup yang direncanakan adalah kecil dan dalam batas yang dapat diterima. Suatu struktur disebut awet bila struktur tersebut dapat menerima keausan dan kerusakan yang diharapkan terjadi selama umur bangunan yang direncanakan tanpa pemeliharaan yang berlebihan.
Batas-batas lendutan harus sesuai dengan struktur, fungsi penggunaan, sifat pembebanan, serta elemen-elemen yang didukung oleh struktur tersebut.
11
Sebagai Acuan Dan Persyaratan-Persyaratan Semua baja struktural sebelum difabrikasi, harus memenuhi ketentuan berikut ini:
• SNI S-05-1989-F : Spesifikasi Bahan Bangunan Bagian B (Bahan Bangunan dari Besi/baja)
• SNI 07-0358-1989-A : Baja, Peraturan Umum Pemeriksaan
• SNI 07-3014-1992 : Baja untuk Keperluan Rekayasa Umum
• SNI 03-1726-1989 : Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Rumah dan Gedung.
3.2 PEMBEBANAN TERHADAP STRUKTUR
Tujuan perencanaan struktur adalah untuk menghasilkan suatu struktur yang
stabil, cukup kuat, mampu-layan, awet, dan memenuhi tujuan-tujuan lainnya seperti
ekonomi dan kemudahan pelaksanaan. Suatu struktur disebut stabil bila ia tidak mudah terguling, miring, atau tergeser, selama umur bangunan yang
direncanakan. Suatu struktur disebut cukup kuat dan mampu-layan bila
kemungkinan terjadinya kegagalan-struktur dan kehilangan kemampuan layan selama masa hidup yang direncanakan adalah kecil dan dalam batas yang dapat diterima. Suatu struktur disebut awet bila struktur tersebut dapat menerima keausan
dan kerusakan yang diharapkan terjadi selama umur bangunan yang direncanakan
12 3.2.1 Beban
Perencanaan suatu struktur untuk keadaan-keadaan stabil batas, kekuatan batas, dan kemampuan-layan batas harus memperhitungkan pengaruh-pengaruh dari aksi sebagai akibat dari beban-beban berikut ini:
1. beban hidup dan mati seperti disyaratkan pada SNI 03-1727-1989 atau penggantinya;
2. untuk perencanaan Crain (alat pengangkat), semua beban yang relevan yang disyaratkan pada SNI 03-1727-1989, atau penggantinya;
3. untuk perencanaan pelataran tetap, lorong pejalan kaki, tangga, semua beban yang relevan yang disyaratkan pada SNI 03-1727- 1989, atau penggantinya;
4. untuk perencanaan lift, semua beban yang relevan yang disyaratkan pada
SNI 03-1727-1989, atau penggantinya;
5. pembebanan gempa sesuai dengan SNI 03-1726-1989, atau penggantinya; 6. beban-beban khusus lainnya, sesuai dengan kebutuhan.
3.2.2 Kombinasi Pembebanan
Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan di bawah ini:
• 1,4D
• 1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H)
• 1,2D + 1,6 (La atau H) ) + (γ L L atau 0,8W) • 1,2D + 1,3 W + γ L L + 0,5 (La atau H) • 1,2D ± 1,0E + γ L L
• 0,9D ± (1,3W atau 1,0E)
Keterangan:
D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap. La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak.
13
H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air. W adalah beban angin
E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726–1989, atau penggantinya.
dengan, L = 0,5 bila L< 5 kPa, dan γ L = 1 bila L≥ 5 kPa. Kekecualian: Faktor beban untuk L di dalam kombinasi pembebanan harus sama dengan 1,0 untuk garasi parkir, daerah yang digunakan untuk pertemuan umum, dan semua daerah di mana beban hidup lebih besar daripada 5 kPa.
14
BAB 4
KONSEP PERENCANAAN STRUKTUR BAJA
TIU:
Mahasiswa mengetahui dan memahami berbagai metode perencanaan struktur baja serta bisa merencanakan struktur baja yang efisien
TIK:
Metode, karakteristik dan perbedaan: 1. ASDE
2. ASDP 3. LRFD
4.1 BATANG (TRUSS)
15 4.3 TIPE PROFIL
Perencanaan elemen struktur baja memerlukan pemilihan tampang profil baja yang mampu/kuat menahan beban yang bekerja secara aman dan ekonomis. Ekonomis dimaksudkan memilih berat yang minimum atau berat terkecil per satuan panjang, sehingga biaya murah. Pertimbangan lain adalah mudah untuk dilaksanakan/dibangun.
Berikut merupakan beberapa metode yang dpa digunaan dalam perhitungan struktur baja:
1. Allowable Stress Design (ASD) atau disebut juga “elastic design” atau “working stress design”
2. Plastic Design
16
Luas tampang profil atau momen inersia profil yang dipilih mampu menahan beban yang bekerja sehingga tegangan yang terjadi tidak melebihi tegangan ijinnya. Tegangan ijin baja berada pada daerah elastis dan lebih kecil dari tegangan lelehnya (Fy) Tegangan ijin baja diperoleh dari tegangan leleh atau tegangan tarik ultimit dibagi faktor aman.
Disebut juga working stress design karena tegangan dihasilkan dari beban riil yang bekerja atau applied loads. Beban yang bekerja dikenal sebagai service loads. Tegangan yang dihasilkan dari beban riil yang bekerja tidak melebihi tegangan ijinnya.
Berdasar pada pertimbangan kondisi gagal (dalam arti colapse atau berdeformasi besar/ masuk daerah plastis), elemen dipilih menggunakan kriteria struktur akan gagal oleh beban yang secara substansi lebih dari beban kerja (beban dikali load factor) Prosedurnya: beban kerja dikalikan load factor untuk mendapatkan failure load, pilih luas tampang profil yang mampu menahan failure load tsb. Profil aman pada beban kerja
Hampir sama plastic design, tetapi selain beban dikalikan load factor kekuatan batang di reduced dengan resistance factor, sedemikian hingga:
Beban x faktor beban < kekuatan x faktor tahanan Faktor beban > 1, sedang faktor tahanan < 1
Rumus umumnya: ∑ γi Qi ≤ φ Rn
Berikut merubakan pembebanan metode LRFD: 1.4D 1.2D + 1.6L + 0.5 (Lr or S or R) 1.2D + 1.6 (Lr or S or R) + (0.5L or 0.8W) 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5 (Lr or S or R) 1.2D ± 1.0E + 0.5L + 0.2S 0.9D ± (1.3W or 1.0E)
D: beban mati, L: beban hidup, Lr: beban hidup atap, W: beban angin dan E: beban gempa, S:Snow, R:Rain (LRFD Steel Design, William T. Segui)
17
rumus umum: ∑ γi Qi ≤ φ Rn
18
kekuatan nominal leleh: Pn = Fy Ag
kekuatan nominal retak: Pn = Fu Ae,
beban berfaktor: ∑ γi Qi = Pu
Maka pilih yg terkecil dari:
Pu ≤ 0.90 Fy Ag atau Pu ≤ 0.75 Fu Ae dengan Ae=Ag-Alubang Bolted connections Ae = UAn Welded connections Ae = UAg
Dengan faktor reduksi:
19
Kekuatan tarik nominal dihitung sbg:
P
n= A
sF
u= 0.75 A
bF
udengan: A
s= stress area = 0.75 A
b21
Panjang tekuk KL, tergantung perletakan ujung kolom
π
2E A
P
cr= ---
v
DAFTAR PUSTAKA
Achfas Zacoeb. 2018. Struktur Rangka Batang di http://zacoeb.lecture.ub.ac.id
(diakses pada tanggal 21 September 2019)
As’at Pujianto, Struktur Komposit Dengan Metode Lrfd di
https://ekhalmussaad.files.wordpress.com (diakses pada tanggal 21
September 2019)
Dewobroto, Wiryanto. 2015. Struktur Baja Perilaku, Analisis & Desain AISC 2010. Jakarta: Lumina Press
Feri Noviantoro. 2009. Perancangan Struktur Baja (Bag 1,2 & 3) di
http://feri82.blogspot.com/2009/08/perencanaan-struktur-baja-bag1.html
