BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Baja sebagai Material Struktur
Baja merupakan salah satu bahan bangunan yang unsur utamanya terdiri dari besi. Baja ditemukan ketika dilakukan penempaan dan pemanasan yang menyebabkan tercampurnya besi dengan bahan karbon pada proses pembakaran, sehingga membentuk baja yang mempunyai kekuatan yang lebih besar dari pada besi.
2.1.1 Kelebihan dan Kekurangan
Beberapa keunggulan dan Kelemahan baja sebagai material konstruksi, antara Lain:
1) Kelebihan material baja sebagai material konstruksi, antara lain: Kekuatan Tinggi
Baja memiliki kekuatanyang kinggi, sehingga dapat menguragi ukuran struktur serta mengurangi pula berat sendiri dari struktur.
Keseragaman dan Keawetan yang Tinggi
Elastisitas
Baja berperilaku mendekati asumsi perancang teknik dibandingkan dengan material lain karena baja mengikuti hukum Hooke hingga mencapai tegangan yang cukup tinggi. Momen inersia untuk penampang baja dapat ditentukan dengan pasti dibandingkan dengan penampang beton bertulang.
Daktilitas
Daktilitas baja cukup tinggi, karena suatu batang baja yang menerima tegangan tarik yang tinggi akan mengalami regangan tarik cukup besar sebelum terjadi keruntuhan.
Keuntungan Lain
Beberapa keuntungan lain pemakaian baja sebagai material konstruksi adalah kemudahan penyambungan antarelemen yang satu dengan yang lainnya menggunakan alat sambung las dan baut. Pembuatan baja melalui proses gilas panas mengakibatkan baja mudah dibentuk menjadi penampang-penampang yang diinginkan. Kecepatan pelaksanaan konstruksi baja juga menjadi suatu keunggulan material baja.
2) Kelemahan Baja sebagai Material Struktur Secara umum baja mempunyai kekurangan seperti dijelaskan dibawah ini.
Biaya perlindungan terhadap kebakaran meskipun baja tidak mudah terbakar tetapi kekuatannya menurun drastis jika terjadi kebakaran. Selain itu baja juga merupakan konduktor panas yang baik sehingga dapat menjadi pemicu kebakaran pada komponen lain. Akibatnya, portal dengan kemungkinan kebakaran tinggi perlu diberi pelindung. Ketahanan material baja terhadap api dipersyaratkan dalam Pasal 14 SNI 03-1729-2002 (anonim2, 03-1729-2002).
Rentan Terhadap Buckling Semakin langsung suatu elemen tekan, semakin besar pula bahaya terhadap buckling (tekuk). Sebagaimana telah disebutkan bahwa baja mempunyai kekuatan yang tinggi per satuan berat dan jika digunakan sebagai kolom seringkali tidak ekonomis karena banyak material yang perlu digunakan untuk memperkuat kolom terhadap buckling.
Fatik Kekuatan baja akan menurun jika mendapat beban siklis. Dalam perancangan perlu dilakukan pengurangan kekuatan jika pada elemen struktur akan terjadi beban siklis.
2.1.2 Sifat Mekanik Baja Standar SNI
Tabel 2.1 Persyaratan Sifat Mekanis Baja Struktural Standar SNI 03–1729–2002
nilai yang diberikan pada tabel sifat mekanisme baja struktural. Tegangan Putus
Tegangan putus untuk perencanaan ( fu ) tidak boleh diambil melebihi
nilai yang diberikan pada tabel sifat mekanisme baja struktural. Sifat-sifat mekanis lainnya
Sifat-sifat mekanisme lainnya baja struktural untuk perencanaan adalah sebagai berikut :
Koefisien pemuaian : = 12 . 10-6 / oC
2.1.3 Sifat Mekanik Baja Standar JIS
Jepang merupakan salah satu produsen baja terbesar di dunia. Para perusahaan baja asal jepang menggunakan standar JIS seperti Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC). Berikut merupakan tabel material baja standar JIS.
400C
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) didirikan pada Oktober 2012 yang merupakan kerja sama antara Nippon Steel Corporation dan Sumitomo Metal Industries, Ltd adalah salah satu perusahaan Jepang penghasil baja terdepan di dunia yang berpartisipasi dalam pembuatan material struktur inovatif yang bersifat tahan kerusakan dan memiliki masa layan yang panjang. Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation telah mengembangkan baja mutu tinggi kelas 1000 N (kuat tarik 950 N/mm2).
PT Krakatau Steel Tbk (KRAS) dan Nippon Steel Corporation (NSC)
berbahan dasar baja di Indonesia. Produsen baja asal Jepang ini menggandeng PT
Krakatau Steel dalam mengembangkan Nittetsu Super Frame atau struktur tahan
gempa. Produk buatan Nippon Steel Corporation ini punya keunggulan dibanding
konstruksi konvensional karena tahan gempa bumi, biaya lebih murah, konstruksi
singkat dan hemat energi.
Dalam bidang infrastruktur, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation mempromosikan perkembangan dari produk baru baja Hollow tube untuk menjawab kebutuhan akan struktur yang lebih tahan terhadap gempa, dan biaya yang lebih murah dalam pembangunan dan perbaikan.
Nippon steel memiliki spesifikasi sendiri, dimana Sifat fisik dari Nippon Steel memiliki beberapa tipe (Lampiran 1) dan Nippon steel mengacu pada JIS (Japan Industrial Standard).
2.3Profil Baja
Baja tersedia dalam berbagai bentuk penampang yang sering dikenal dengan profil. Berdasarkan cara pembentukan penampang profil baja, dikenal 2 macam baja, yaitu Hot Rolled Sections dan Cold Rolled Sections. Baja tipe hot rolled section dibentuk (rolled) pada kondisi panas sedangkan baja tipe cold rolled section dibentuk pada kondisi dingin.
Gambar 2.1 Strandar tipe penampang profil baja canai panas (Macdonad, 2002)
Secara teoritis terdapat jumlah bentuk yang tidak terbatas dapat digunakan untuk memikul beban tekan dalam suatu struktur. Tetapi dari segi praktis, jumlah bentuk penampang elemen tekan menjadi terbatas karena beberapa pertimbangan yaitu: profil yang tersedia, masalah sambungan, tipe struktur.
Tabel 2.2 Inersia Penampang WF dan Hollow Tub (Wiryanto Dewobroto, 2015)
Tampang Tub untuk pekerjaan konstruksi bangunan
Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation terus melakukan perkembangan akan produk-produknya, dalam menciptakan baja yang memiliki kekuatan tinggi dan biaya yang lebih ekonomis.
Beberapa kelebihan tampang tube antara lain : a) Radius girasi yang konstan
b) Tidak memerlukan bracing c) Lebih mudah dalam pengecatan
d) Permukaan yang lebih sedikit untuk dicat dengan lapisan tahan api
e) Mempunyai tegangan torsi yang baik
f) Permukaan yang lebih baik dari segi estetika
g) Profil bulat baja hollow memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap angin.
h) Tidak mudah kotor seperti pada bagian sayap dari profil terbuka WF.
i) Untuk beban dinamis, baja tabung memiliki frekuensi getar yang lebih tinggi dari penampang baja lain.
For tubular sections, higher strength to weight ratio could result in upto 30% savings in steel (“Comparison Between Conventional Steel Structures And Tubular Steel Structures”, M.G.Kalyanshetti, G.S. Mirajkar; 2012).
Beberapa kelemahan dari penampang pipa dan persegi atau segi empat adalah:
1. Memerlukan penutup pada ujung penampang untuk mencegah korosi.
2. Mempunyai berat yang lebih besar dibandingkan dengan profil IWF untuk modulus penampang yang sama.
Ada beberapa jenis sambungan yang digunakan untuk kolom tampang hollow dengan balok baja WF.
Berikut merupakan beberapa jenis sambungan yang digunakan, yaitu:
(a) Internal diaphragm (b) Eksternal diaphragm
(c) Through diaphragm Gambar 2.2. Detail Sambungan
2.4 Alat sambung Baut
2.4.1 Pendahuluan
Setiap struktur baja merupakan gabungan dari beberapa komponen batang yang disatukan dengan alat pengencang (Agus Setiawan, 2008).
.Beberapa alat sambung yang sering digunakan adaah:
Baut, mur dan ring
Alat sambung mutu tinggi
Las
Penghubung geser jenis paku yang dilas
Baut angker
Salah satu alat pengencang di samping las yang cukup populer adalah baut terutama baut mutu tinggi. Ada dua tipe baut mutu tinggi yang distandarkan oleh ASTM adalah tipe A325 dan A490. Baut ini memiliki kepala berbentuk segi enam. Baut A325 terbuat dari baja karbon yang memiliki kuat leleh 560-630 Mpa, baut A490 terbuat daari baja alloy dengan kuat leleh 790-900Mpa, tergantung pada diameternya (Agus Setiawan, 2008).
2.4.2 Tahanan Nominal Baut
Suatu baut yang memikul beban terfaktor, Ru, sesuai persyaratan LRFD harus memenuhi (Agus Setiawan, 2008) :
Ru≤ ϕ . Rn ...(2.1)
Dimana:
ϕ
= Faktor reduksi Tahanan Geser Baut
Tahanan nominal satu baut yang memikul gaya geser memenuhi persamaan: Rn≤ m . r1 . fub . Ab ...(2.2)
Dimana:
r1 = 0,5 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser r1 = 0,4 untuk baut dengan ulir pada bidang geser fub = Kuat tarik baut (MPa)
Ab = Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir
m = jumlah bidang geser
Tahanan Tarik Baut
Baut yang memikul gaya tarik tahanan nominalnya dihitung menurut: Rn≤ 0,75 . fub . Ab ...(2.3)
Dimana:
fub = Kuat tarik baut (MPa)
Ab = Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir
Tahanan Tumpu Baut
Tahanan tumpu nominal tergantung kondisi yang terlemah dari baut atau komponen pelat yang disambung. Besarnya ditentukan sebagai berikut:
Dimana:
db = Diameter baut pada daerah tak berulir
tp = Tebat pelat
fu = Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat
Jarak dan spasi baut
Bambar 2.3 Jarak dan spasi baut (Wiryanto Dewobroto, 2015)
Dimana:
S = Spasi minimum antar lubang (S ≥ 2,667d – 3d)
2.5 Beban Pada Struktur
2.5.1 Beban Mati
Menurut Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (Anonim3,1983), beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari gedung itu. Oleh karena itu, beban mati terdiri atas:
a. Beban sendiri dari bahan-bahan bangunan penting dan dari beberapa komponen gedung yang harus ditinjau di dalam suatu gedung.
b. Berat sendiri dari bahan bangunan dan dari komponen gedung yang tidak tercantum dalam persyaratan.
Beban mati atau berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung yang dipakai berdasarkan tabel:
Tabel 2.4 Berat Sendiri Bahan Bangunan dan Komponen Gedung (Anonim3, 1983)
Bahan Bangunan Berat
Baja Batu alam
Pasangan batu merah
Pasangan batu belah, batu bulat, batu gunung
Pasangan batu cetak
1700 kg/m³ 2200 kg/m³
2200 kg/m³
Komponen Gedung Berat
Adukan, per cm tebal: - dari semen
- dari kapur, semen merah atau tras Aspal, termasuk bahan mineral penambah per cm tebal
Dinding pasangan batu merah: - satu bata
- setengah bata
Dinding pasangan batako berlubang: - tebal dinding 20 cm (HB 20) - tebal dinding 10 cm (HB 10)
Langit-langit dan dinding (termasuk rusuk-rusuknya tanpa penggantung langit-langit atau pengaku), yaitu: - semen asbes (eternit dan bahan lain
sejenisnya) dengan tebal maksimum 4 mm
- kaca dengan tebal 3-5 mm
Penggantung langit-langit (dari kayu)
dengan bentang maksimum 5 m
Penutup atap genteng dengan reng dan usuk/kaso per m2 bidang atap
7 kg/m2
50 kg/m2
2.5.2 Beban Hidup
Beban hidup adalah beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu gedung, dan di dalamnya termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari gedung itu, sehingga mengakibatkan perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut (Anonim3, 1983) pada Bab 3.
Beban hidup terdiri dari beban yang diakibatkan oleh pemakaian gedung dan tidak termasuk beban mati, beban konstruksi dan beban akibat lingkungan (alam) seperti beban angin, beban salju, beban hujan, beban gempa, atau beban banjir.
Tabel 2.5 Beban Hidup pada Lantai Gedung (Anonim3, 1983)
Kegunaan Bangunan Berat
- Lantai dan tangga rumah tinggal sederhana
- Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor, toko, toserba, restoran, hotel, asrama dan rumah sakit. - Lantai ruang olah raga
- Lantai pabrik, bengkel, gudang, perpustakaan, ruang arsip, toko buku, ruang mesin dan lain-lain. - Lantai gedung parkir bertingkat
untuk lantai bawah. - Tangga, bordes tangga
125 kg/m2
Perhitungan gaya geser dasar total, V, pada suatu arah, ditetapkan sebagai
Dan harus memenuhi persamaan berikut ini:
... (2.6)
Dimana:
V = gaya geser dasar rencana total Vmax = gaya geser dasar rencana maksimum
C = faktor respons gempa yang didapat dari spektrum respons gempa rencana untuk waktu getar alami fundamental T dilihat dari gambar II.13
I = I1 I2
I1 = faktor keutamaan untuk menyesuaikan periode ulang gempa
berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung
I2 = faktor keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa
berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut.
Faktor keutamaan untuk berbagai-bagai jenis gedung harus diambil menurut tabel 2.1.
R = 1,6 – faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang berperilaku elastik penuh.
R = 8,5 – faktor reduksi gempa untuk struktur gedung yang berperilaku daktail penuh (Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus/SRPMK).
Gambar 2.4 Respons Spektrum Gempa Rencana (Anonim1, 2002)
(Anonim1, 2002)
Kategori Gedung
Faktor Keutamaan I1 I2 I
Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran
1,0 1,0 1,0
Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6 Gedung penting pasca gempa seperti
rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi
1,4 1,0 1,4
Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, bahan beracun.
1,6 1,0 1,6
Cerobong, tangki di atas menara 1,5 1,0 1,5 Catatan :
Untuk keperluan analisis pendahuluan struktur dan pendimensian pendahuluan dari unsur-unsurnya, waktu getar alami struktur gedung, T, dalam arah masing-masing smbu utama dapat ditentukan dengan menggunakan rumus Rayleigh seperti berikut ini:
√
∑∑ ... (2.7)
Atau menggunakan rumus:
√ ... (2.8)
Dimana:
T = waktu getar alami struktur gedung Wi = berat bangunan pada tingkat i di = defleksi (simpangan) pada tingkat i g = percepatan gravitasi
Fi = gaya gempa horizontal H = tinggi struktur
Beban geser dasar akibat gempa (V) yang dibagikan ke sepanjang tinggi struktur menjadi beban-beban horizontal terpusat yang bekerja pada masing-masing tingkat lantai dengan menggunakan rumus:
∑
... (2.9)
Dimana:
Tabel 2.7 Faktor daktilitas maksimum, faktor reduksi gempa maksimum, faktor tahanan lebih struktur dan faktor tahanan lebih total beberapa jenis sistem
dan subsistem struktur gedung (Anonim1, 2002)
Sistem dan subsistem Uraian sistem pemikul beban gempa μm Rm f
1. Sistem dinding
penumpu
(Sistem struktur yang tidak
memiliki rangka ruang pemikul
beban gravitasi secara lengkap.
1. Dinding geser beton bertulang 2,7 4,5 2,8 2. Dinding penumpu dengan rangka baja ringan
dan
1,8 2,8 2,2
3. Rangka bresing di mana bresingnya memikul
beban a.Baja 2,8 4,4 2,2 b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 1,8 2,8 2,2
2. Sistem rangka gedung
(Sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang
pemikul beban gravitasi secara
lengkap.
Beban lateral dipikul
dinding geser atau rangka
1. Rangka bresing eksentris baja (RBE) 4,3 7,0 2,8 2. Dinding geser beton bertulang 3,3 5,5 2,8
3. Rangka bresing biasa
a.Baja 3,6 5,6 2,2
b.Beton bertulang (tidak untuk Wilayah 5 & 6) 3,6 5,6 2,2 4. Rangka bresing konsentrik khusus
a.Baja 4,1 6,4 2,2
5. Dinding geser beton bertulang berangkai daktail 4,0 6,5 2,8 6. Dinding geser beton bertulang kantilever
(Sistem struktur yang pada
dasarnya memiliki rangka ruang
pemikul beban gravitasi secara
lengkap.
1. Rangka pemikul momen khusus (SRPMK)
a.Baja 5,2 8,5 2,8
b.Beton bertulang 5,2 8,5 2,8 2. Rangka pemikul momen menengah beton (SRPMM) 3,3 5,5 2,8
3. Rangka pemikul momen biasa (SRPMB)
a.Baja 2,7 4,5 2,8
b.Beton bertulang 2,1 3,5 2,8 4. Rangka batang baja pemikul momen
khusus
4,0 6,5 2,8
4. Sistem ganda
(Terdiri dari: 1) rangka ruang
yang memikul seluruh beban
gravitasi; 2) pemikul beban lateral
berupa dinding geser atau rangka
bresing dengan rangka pemikul
momen. Rangka pemikul momen
harus direncanakan secara
terpisah
mampu memikul sekurang-
1. Dinding geser
a.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang 5,2 8,5 2,8 b.Beton bertulang dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 c. Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang 4,0 6,5 2,8
2. RBE baja
a.Dengan SRPMK baja 5,2 8,5 2,8 b.Dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 3. Rangka bresing biasa
a.Baja dengan SRPMK baja 4,0 6,5 2,8 b.Baja dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 c.Beton bertulang dengan SRPMK beton bertulang
(tidak untuk Wilayah 5 & 6)
4,0 6,5 2,8
d.Beton bertulang dengan SRPMM beton bertulang
(tidak untuk Wilayah 5 & 6)
2,6 4,2 2,8
4. Rangka bresing konsentrik khusus
a.Baja dengan SRPMK baja 4,6 7,5 2,8 b.Baja dengan SRPMB baja 2,6 4,2 2,8 5. Sistem struktur gedung
kolom
kantilever: (Sistem struktur
Sistem struktur kolom kantilever 1,4 2,2 2
6. Sistem interaksi dinding
geser
Beton bertulang biasa (tidak untuk Wilayah 3, 4, 5 & 6) 3,4 5,5 2,8
7. Subsistem tunggal
(Subsistem struktur bidang yang
membentuk struktur gedung
secara keseluruhan)
1. Rangka terbuka baja 5,2 8,5 2,8 2. Rangka terbuka beton bertulang 5,2 8,5 2,8 3. Rangka terbuka beton bertulang dengan balok
beton
3,3 5,5 2,8
4. Dinding geser beton bertulang berangkai
daktail
2.5.4 Kombinasi Pembebanan
Peraturan pembebanan menggunakan SNI 03-1729-2002. Oleh karena itu, struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan berikut ini
1,4D ...(2.10)
1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H) ...(2.11) 1,2D + 1,6 (La atau H) + (γ L L atau 0,8W) ...(2.12) 1,2D + 1,3 W + γ L L + 0,5 (La atau H) ...(2.13) 1,2D ± 1,0E + γ L L ...(2.14) 0,9D ± (1,3W atau 1,0E) ...(2.15)
Dimana:
D = beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafond, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap.
L = beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung.
La = beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak.
W = beban angin E = beban gempa
2.6 Kinerja Batas Layan
pelelehan baja dan peretakan beton yang berlebihan, di samping untuk mencegah kerusakan non-struktur dan ketidaknyamanan penghuni. Untuk memenuhi persyaratan kinerja batas layan (∆s) struktur gedung tidak boleh melampaui: (SNI
03-1726-2002)
...(2.16) Nilai yang digunakan adalah nilai yang terkecil.
Kinerja batas ultimit (∆m) struktur gedung ditentukan oleh simpangan dan
simpangan antar-tingkat maksimum struktur gedung akibat pengaruh gempa rencana dalam kondisi struktur gedung di ambang keruntuhan, yaitu untuk membatasi kemungkinan terjadinya keruntuhan struktur gedung yang dapat menimbulkan korban jiwa. Simpangan dan simpangan antar-tingkat ini harus dihitung dari simpangan struktur gedung akibat pembebanan gempa nominal, dikalikan dengan suatu faktor pengali ξ sebagai berikut: (SNI 03-1726-2002)
ξ= 0,7 R (untuk struktur gedung beraturan) ...(2.17)
∆m = ξx∆s ...(2.18)
2.7 SAP 2000
Habibullah, di mana perusahaan tersebut sampai saat ini masih tetap eksis dan berkembang (http://www.csiberkeley.com).
Sebagai program komputer analisa struktur yang dikembangkan cukup lama dari lingkungan universitas sehingga source code pada awal mulanya dapat dengan mudah dipelajari, maka program SAP menjadi cikal bakal program-program analisa struktur lain di dunia. Dengan reputasi lebih dari 30 tahun, program SAP dikenal secara luas dalam komunitas rekayasa, khususnya di bidang teknik sipil dan secara spesifik lagi adalah para structural engineer.
SAP 2000 merupakan salah satu program aplikasi komputer yang paling popular dalam dunia desain struktur konstruksi. Adapun keunggulan program SAP 2000 antara lain memiliki fasilitas desain elemen, baik untuk material baja maupun beton. Disamping itu, SAP 2000 benar-benar mampu membantu penyelesaian pekerjaan analisis struktur karena kita hanya memasukkan data dengan benar, maka proses analisis akan langsung diambil alih oleh SAP 2000 dan prosesnya pun tergolong sangat cepat.
