BAB II TEORI DASAR. struktur yang memikul beban yang bekerja tegak lurus dengan sumbu. longitudinalnya. Hal ini menyebabkan balok itu melentur.

BAB II

TEORI DASAR

II.1. Teori balok umum

Balok ataupun batang lentur adalah salah satu diantara elemen-elemen struktur yang paling banyak dijumpai pada setiap struktur. Balok adalah elemen struktur yang memikul beban yang bekerja tegak lurus dengan sumbu longitudinalnya. Hal ini menyebabkan balok itu melentur.

Apabila memvisualisasikan balok (juga elemen struktur lain) untuk melakukan analisis atau desain, akan lebih mudah bila memandang elemen struktur tersebut dalam bentuk idealisasi. Bentuk ideal itu harus dapat mempresentasikan sedekat mungkin dengan elemen struktur aktualnya, tetapi bentuk ideal juga harus dapat memberikan keuntungan secara matematis. Sebagai contoh pada gambar II.1.1.a sebuah balok ditumpu sederhana, tumpuan tersebut adalah sendi di ujung kiri dan rol di ujung kanan ; akan menghasilkan suatu kondisi yang dpat diperlakukan dengan mudah secara matematis, misalnya untuk mencari reaksi, momen, geser lintang dan defleksi. Sedangkan pada gambar II.1.1.b diperlihatkan balok kantilever yang mempunyai tumpuan jepit di ujung kiri. Jenis tumpuan demikian memberikan reaksi vertikal dan horizontal, juga tahanan rotasi. Tumpuan jepit seperti ini cukup untuk mempertahankan keseimbangan statis balok. Meskipun kondisi ideal pada umumnya tidak ada pada struktur aktual, kondisi actual dapat mendekati kondisi ideal dan harus cukup dekat untuk digunakan dalam analisis atau desain.

Gambar II.1.1. Batang Lentur

II.1.1. Perilaku lentur balok.

Pada gambar II.1.2. diperlihatkan suatu panjang balok lurus dimana telah

dilenturkan pada radius p dengan momen M ; segmen yang ada dijadikan sebagai

lentur murni. Berdasarkan dua potongan melintang AB dan CD terdapat suatu jarak yang terpisah, bagian yang sama 0ab dan bcd memberikan

ϵ

=

𝑦𝑦

𝑝𝑝

(a)

Dimana y adalah jarak yang diukur dari garis rotasi (garis netral). Tetapi, regangannya adalah jarak yang cocok dari garis netral. Variasi pada tegangan pada potongan melintang itu diberikan pada diagram bahan tegangan dan regangan, berputar 900

M = ∫ 𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦_𝑦𝑦 (b)

dari orientasi konvensional, menyediakan garis regangan ϵ di skalakan melalui persamaan (a) dengan jarak y pada gambar II.1.2.b. momen lentur M diberikan dengan :

Dimana 𝑦𝑦𝑦𝑦 adalah suatu elemen dari suatu luasan pada jarak y (gambar

II.1.2.c ) . akan tetapi, momen M dapat ditentukan jika hubungan antara regangan dan tegangan diketahui. Jika tegangan searah dengan regangan maka f = Eϵ, persamaan (a) dan (b) menjadi

M

=

𝐸𝐸

𝑃𝑃

∫ 𝑌𝑌

𝑦𝑦 2

𝑦𝑦𝑦𝑦

=

𝐸𝐸𝐸𝐸

𝑃𝑃 (c)

Atau mengeleminasi p pada persamaan (a) , M = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸

𝑦𝑦

=

𝑦𝑦𝐸𝐸

𝑦𝑦 (d)

Gambar II.1.2. (a) penampang balok ,(b) kurva tegangan regangan, (c) penampang melintang balok

Perilaku lentur dari balok dengan penampang melintang persegi panjang menghasilkan suatu diagram leleh baja. Pada persamaan (d) membuat suatu garis tegangan yang panjang jika f ≤ Fy . ketika regangan mencapai puncak yaitu pada nilai ϵy

M = 𝐹𝐹𝑦𝑦

𝑦𝑦/2

=

𝐹𝐹_𝑦𝑦𝑏𝑏𝑦𝑦2

6

(e)

, distribusi tegangan dan distribusi regangan di tampilkan pada gambar II.1.3.b dan c. momen di atas disebut momen leleh yaitu

Di mana b adalah lebar dan d adalah tinggi pada penampang melintang (gambar II.1.3.a) . untuk M ≤ My, momen yang cocok untuk tegangan dan regangan puncak. Jika regangan maksimum adalah 2ϵy pada gambar II.1.3.d, maka distribusi tegangan

M = 11

48 Fy b d

2

Momen ini hanya 37,5 persen dari momen leleh yang ada walaupun regangan maksimum yang dua kali lebih besar. masih jauh deformasi yang ditunjukan pada gambar II.1.3.f , dimana sudah 90 persen dari penampang sudah mencapai leleh. Momen yang dihasilkan yaitu

(f)

M = 0.249 Fy b d2

Pada gambar II.1.3.h ditunjukan bahwa momen telah mencapai plastis dimana

momen yang ada lebih besar 0,4 persen dari momen pada regangan 10ϵ

(g) y M =

𝐹𝐹

_𝑦𝑦 𝑏𝑏𝑦𝑦 2 𝑦𝑦 2

=

𝐹𝐹𝑦𝑦𝑏𝑏𝑦𝑦2 4

(h) .

Gambar II.1.3. kurva tegangan-regangan pada balok baja

Momen pada persamaan (h) itu dinamakan ketahanan pada momen plastis. Yang disimbolkan dengan Mp . ini biasanya diambil nilai batasan. Rasio antara momen plastis dan momen leleh untuk penampang di atas yaitu

𝑀𝑀𝑝𝑝

𝑀𝑀𝑦𝑦

=

𝑍𝑍 𝑆𝑆

=

ξ

II.2. Teori Metode Elemen Hingga (FEM) .

Balok cellular yang merupakan material baja yang nonlinear dapat di analisis melalui rumus pendekatan yang berdasarkan metode elemen hingga. FEM merupakan salah satu metode yang digunakan untuk menghitung gaya-gaya dalam yang terjadi dalam suatu komponen struktur. Finite element methode juga dapat dipakai untuk perhitungan struktur, fluida, elektrik, static, dinamik, dan lain-lain. FEM juga dikenal sebagai metode kekakuan atau displacement methode karena yang didapat terlebih dahulu dari perhitungan adalah perpindahan baru kemudian mencari gaya batang. Dikarenakan perhitungan matematis yang kompleks, FEM secara utama dikembangkan untuk deformasi linear yang kecil dimana matriks kekakuan konstan. Pada kasus deformasi yang besar, matriks kekakuan dan gaya dalam menjadi fungsi dari perpindahan. Nonlinear FEM digunakan untuk memperbaiki parameter material dari pandangan pelat elastis yang tinggi. Dalam bab ini, dikembangkan model FEM nonlinear untuk deformasi geometri yang besar. dalam hal ini akan digunakan suatu model untuk memperbaiki deformasi yang ada pada struktur balok.

Suatu balok merupakan suatu batang, yang berarti satu dimensi lebih besar dari dua elemen struktur yang dapat menahan gaya transversal pada perletakan yang ada. Balok yang umum dapat digunakan sebagai struktur tersendiri atau dikombinasikan untuk membentuk struktur portal bangunan yang umum digunakan pada bangunan dan dapat digunakan pada varisai beban secara luas dengan berbagai arah. Karena kita bekerja pada gambaran struktur 2D , maka digunakan suatu balok sederhana yang membentuk suatu balok 3D di bawah pengaruh gaya yang dipakai pada balok .

II.2.1. deskripsi model matematis.

Euler-Bernoulli beam (EB) teori secara luas digunakan untuk memodelkan deformasi yang kecil. Timoshenko beam (TB) teori memperluas persamaan EB untuk memperjelas untuk efek nonlinear seperti geser. Untuk lebih teliti, elemen kinematik pada balok dijelaskan dengan 3 dof per node yaitu perpindahan aksial pada sumbu X (Ux), perpindahan transversal pada sumbu Y (Uy) dan rotasi pada penampang

melintang (θ). Teori EB mengasumsikan bahwa penampang melintang meninggalkan

gaya normal untuk membentuk sumbu longitudinal, di mana TB menghapus kendala normal dengan memperkenalkan deformasi geser. Sebagai tambahan, kedua teori mengacuhkan perubahan dimensi dari bentuk penampang balok yang mengalami deformasi. Teori TB dapat digunakan untuk perilaku geometri nonlinear akibat perpindahan dan perputaran yang besar. walaupun lebih kompleks teori TB yang muncul agar lebih efisien dalam hal perhitungan FEM.

Balok tersebut dibagi menjadi beberapa bagian ( elemen hingga ) . elemen-elemen balok lurus dan memiliki 2 node. Maka dikumpulkan semua nodal dof ke dalam sistem vektor dof yang dinamakan vektor tetap :

U = [ 𝛖𝛖x1 𝛖𝛖y1 θ1 . . . 𝛖𝛖xn 𝛖𝛖yn θn ]T

Dalam hal ini, diasumsikan untuk mengetahui material properti dari model yang ada seperti E modulus elastisitas, G yaitu modulus geser. Materialnya masih tetap linear elastis . gaya-gaya yang ada bekerja pada node balok yang dikumpulkan untuk membentuk vektor gaya yaitu :

f = [ fx1 fy1 f_θ1 . . . fxn fyn f_θn ]

dengan n adalh total jumlah node yang ada pada model balok.

Regangan merupakan suatu ukuran untuk mengubah bentuk objek, dalam hal ini yaitu panjang, sebelum dan sesudah terjadi deformasi yang diakibatkan beberapa beban yang ada. Tegangan adalah distribusi gaya-gaya dalam per satuan luas yang seimbang dan bereaksi terhadap gaya luar yang terjadi pada balok. Dalam kasus teori TB , ada tiga perbedaan komponen tegangan per elemen balok : regangan aksial yang diukur berdasarkan besar ukuran balok ( e ), regangan geser yang diukur berdasarkan perubahan sudut antara dua garis pada balok sebelum dan sesudah deformasi ( γ ) , dan ukuran perubahan kurva ( k ). Dari hal di atas , dapat dikumpulkan menjadi suatu vektor regangan balok secara umum :

hT = [ e1 γ1 k1 . . . e n-1 γ n-1 k n-1 ].

Resultan tegangan pada teori TB ditentukan gaya aksial N , gaya lintang V

dan momen lentur M per satuan luas dari penampang melintang. Resultan tegangan

secara umum :

z = [ N1 V1 M1 . . . N n-1 V n-1 M n-1 ].

Di mana n-1 adalah jumlah dari elemen balok.

Energi regangan dalam model sepanjang balok dapat ditulis sebagai integral panjang :

U =∫ 𝑧𝑧_𝐿𝐿 𝑇𝑇hdX

Di mana L adalah panjang balok. Vektor gaya dalam bisa didapat dengan mengambil variasi pertama dari energi regangan sehubungan dengan perpindahan nodal :

P = 𝝏𝝏𝝏𝝏

𝝏𝝏𝝏𝝏 = ∫ 𝐵𝐵𝐿𝐿 𝑇𝑇(u)zdX

Persamaan ini dievaluasi dengan penggabungan satu titik Gauss. B adalah matrik regangan-perpindahan . akhirnya, variasi pertama pada gaya dalam mendefinisikan matriks kekakuan tangensial :

KT = 𝝏𝝏𝝏𝝏

𝝏𝝏𝝏𝝏

=

∫ (𝐵𝐵𝑇𝑇 𝝏𝝏𝝏𝝏

𝝏𝝏𝝏𝝏

+

𝝏𝝏𝝏𝝏𝝏𝝏𝝏𝝏

𝝏𝝏

)

𝐿𝐿 dX = (KM + KG

Di mana KT adalah kekakuan material dan KG adalah kekakuan geometri. Kekakuan material adalah konstan dan identik dengan matriks kekakuan linear pada balok Euler-Bernoulli C1 . kekakuan geometri mendatangkan variasi dari B dimana resultan tegangan tetap dan membawa balok nonlinear pada deformasi geometri yang besar.

)

II.3. Castellated beam

Castellated beam merupakan suatu profil baja yang mempunyai bukaan berbentuk segi enam. Castellated mengalami proses pemotongan pada bagian badan profil dengan pola zigzag. Salah satu bagian yang telah dipotong lalu diangkat dan disatukan bagian badannya dan terakhir dilakukan pengelasan pada bagian badan yang menempel ; hal ini dilakukan untuk meningkatkan tinggi dari profil awal (h) dengan tinggi potongan yang ada (d). bentuk castellated beam ditampilkan dalam gambar II.3.1.

Adapun keuntungan dari penggunaan castellated beam. Keuntungan yang utama yaitu meningkatkan kekakuan lentur secara vertikal; castellated beam telah dibuktikan lebih efisien untuk beban medium pada bentang panjang dimana perencanaannya dikontrol dengan kapasitas momen dan lendutan. Balok castellated, karena rasio kuat tariknya yang tinggi dengan berat dan pemeliharaan yang kecil, kadang-kadang secara menguntungkan dapat menggantikan penggunaan girder. Mereka digunakan dalam bangunan bertingkat, bangunan komersial dan bangunan industri, dan juga untuk rangka portal. Keuntungan balok castellated juga mencakup penampilan mereka yang mengesankan dan memungkinkan penggunaan daerah bukaan untuk pelayanan instalasi.

Adapun juga kerugian dari penggunaan balok castellated. Akibat adanya bukaan pada bagian badan profil, perilaku struktur dari balok castellated akan berbeda dari balok baja yang biasa. Karena perbedaan kemungkinan moda kegagalan atau moda kegagalan yang baru, mereka merupakan struktur nonlinear, dimana tidak bisa dianalisis dengan metode sederhana. Kapasitas geser pada bagian badan profil adalah suatu faktor yang terbatas, dan balok castellated tidak cocok untuk bentang pendek yang dibebani dengan berat. Deformasi geser pada bagian T nya sangat signifikan dan analisa lendutan lebih kompleks daripada balok yang bagian badan profil padat.

II.3.1. Analisa dan perencanaan balok castellated.

Geometri dari balok castellated terdapat tiga parameter yaitu sudut potongan pada bukaan badan profil (∅) , rasio ekspansi (α), dan panjang pengelasan (c) yang ditunjukan pada gambar II.3.2.

Gambar II.3.2.parameter pada castellated beam

• Sudut potongan (∅)

Sudut potongan mempengaruhi jumlah proses pemotongan balok castellated (N) per unit panjang dari balok . N akan kecil ketika sudut itu rata dan akan besar ketika bertahap. Percobaan telah menunjukan bahwa peningkatan jumlah N mempunyai pengaruh yang kecil untuk kekakuan elastis pada balok castellated, itu akan meningkatkan daktailitas dan kapasitas rotasi, percobaan yang ada

menunjukan bahwa penyesuaian pada sudut 600

• Rasio ekspansi (α)

adalah suatu sudut standart yang efisien terhadap bangunan industri.

Rasio ekspansi merupakan suatu ukuran dari peningkatan tinggi balok yang dicapai pada proses pemotongan. Dalam teori tinggi balok baja yang biasa dapat hampir dua kali lipat, tetapi tinggi seluruhnya dari profil T adalah suatu faktor batas. Dalam pelaksanaan, tinggi dari potongan ‘d’ adalah setengah bagian dari tinggi hs h , maka T = ℎ𝑠𝑠 4 , hC

Untuk sudut potongan 60

= ℎ𝑠𝑠 2 + ℎ , α = ℎ𝑐𝑐 ℎ ≈ 1,5 0 menjadi,

α = 0.5ℎ𝑐𝑐

√3

=

0.289 h

• Panjang pengelasan (c)

s

Jika panjang pengelasan terlalu pendek . kemudian las pada bagian badan yang disambung akan mengalami kegagalan geser horizontal, dan apabila terlalu panjang akan mengalami kegagalan dalam lentur vierendeel, jadi keseimbangan yang beralasan antara dua moda kegagalan ini yaitu c = hs / 4.

II.4. Cellular Beam

Cellular beam telah membukt ikan menjadi salah satu jenis konstruksi baja yang berkembang paling signifikan sejak perkenalan mereka pada tahun 1987. Mereka saat ini telah digunakan di lebih dari 3500 proyek pembangunan pada 20 lebih Negara. Integritas structural dan criteria perencanaannya telah di verifikasi dengan mengikuti percobaan terhadap struktur cellular beam dalam skala besar.

Cellular beam adalah balok baja dengan bukaan berbentuk lingkaran pada bagian badan profil. Mereka dibentuk dengan cara memotong dua semi lingkaran pada bagian badan profil yaitu umumnya profil baja berbentuk I. Setelah dua potongan yang tadi selesai, maka setengah baja tersebut dipisahkan , digabungkan dan di lakukan pengelasan bersama antara yang satu dengan yang lainnya untuk membentuk sesuatu yang baru, lebih tinggi, lebih kaku , lebih kuat suatu profil yang dikenal balok baja dengan profil I yang memiliki bukaan pada bagian badan profil yang ada. Hasil balok baja yang dibentuk lebih tinggi daripada balok baja I yang aslinya sehingga menghasilkan section modulus yang lebih besar. Proses ini di ilustrasikan dalam gambar II.4.1.

Gambar II.4.1. Proses Pembentukan Cellular Beam

Dikarenakan pada perencanaan mereka dan keuntungan-keuntungan konstruksinya, para perencana dengan secara meningkat menggunakan profil yang memiliki bukaan pada badan baja I dalam perencanaan mereka. Keuntungan-keuntungan perencanaan dari cellular beam termasuk terjadi suatu pengurangan bobot atau berat dari balok baja tersebut per satuan panjang dan suatu peningkatan kekakuan lentur ( section modulus yang lebih besar ) dihasilkan dari peningkatan ketinggian pada profil baja yang ada, dan juga diizinkan di pakai untuk suatu konstruksi yang memiliki bentang yang panjang . Keuntungan-keuntungan konstruksi meliputi kemampuan untuk melewatkan keperluan-keperluan instalasi melalui bukan yang ada pada cellular beam, dimana dapat menjaga beberapa inch dari ketinggian antara lantai ke lantai. Cellular beam juga memberikan keuntungan aesthetic ketika digunakan dalam struktur dengan balok yang terbuka (exposed) . Bentuk bukaan pada badan profil digunakan atas dasar pertimbangan ekonomis digunakan sebagai strukur

yang memiliki perencanaan pembebanan dengan tingkat medium sampai tinggi pada bentang portal atau bangunan yang medium sampai bentang yang panjang. Untuk sekarang-sekarang ini aplikasi dari cellular beam ini dari bangunan-bangunan komersial dan bangunan-bangunan industri termasuk daerah perpakiran yang berada pada daerah basement.

Pada bagian badan profil baja yang biasanya digunakan balok baja dengan profil I itu telah diadaptasikan dengan penambahan bukaan pada bagian badan profil baja di bawah panjang dari bentang yang ada. Penambahan dari bukaan lingkaran pada badan profil ini menghasilkan dalam suatu balok baja suatu berat yang sama bahkan lebih ringan daripada balok baja yang aslinya tetapi lebih kuat dan lebih tinggi disebabkan karena meningkatnya ketinggian bagian badan profil baja yang ada. Tambahan bukaan lingkaran pada bagian badan baja, juga menghasilkan suatu perbedaan distribusi tegangan pada bagian badan dan suatu moda kegagalan baru yang dihubungkan dengan balok baja tersebut. Adapun hubungan tegangan dan regangan pada cellular beam yang di tampilkan pada gambar II.1.1.

Apabila Cellular Beam digunakan untuk konstruksi, sebaiknya Cellular beam di beri Cope yaitu pemegang atau tanggulan pada sudut balok sehingga balok dapat dihubungkan dengan kolom yang ada. Penjepit yang ada itu di bedakan berdasarkan dimensi horizontal balok tersebut. Jarak antara pinggir penjepit dan pinggiran Cell adalah jarak e’ . untuk dimensi penjepit yang signifikan , jarak e’ bisa menjadi kecil dan hal itu akan mudah menyebabkan terjadinya kegagalan pada balok.

cope

cell

Gambar II.4.3.Penjepit, lingkaran, e’ untuk Cellular Beam

Studi tentang bukaan pada bagian badan profil sudah selesai di amerika serikat dan kanada, termasuk bentuk bujur sangkar, persegi panjang, lingkaran, konsentris dan eksentris bukaan pada baik komposit dan non-komposit balok baja.

Beberapa standar nasional, seperti British Standard (BSI,2000) dan Canadian Standand (CSA,2001), menyediakan peraturan yang disederhanakan untuk perencanaan bukaan dengan tujuan menghindari kelemahan dari balok tersebut.

Bagaimanapun , peraturan ini menutupi kemungkinan-kemungkinan yang jauh beda dan oleh karena itu , mereka sangat konservatif . dengan menggabungkan beberapa parameter, peraturan itu akan mungkin untuk mendapatkan hasil yang lebih fleksibel dan ekonomis untuk beberapa tipe keadaan.

Pada perencanaan bukaan pada balok baja ini dibutuhkan bantuan perencanaan. Bantuan perencanaan itu disediakan yang mengijinkan identifikasi dari balok baja yang ada. Aplikasi dari bantuan perencanaan ini menghindari penggunaan metode perhitungan analisis yang kompleks dan mahal.

Perencanaan yang di kembangkan untuk baik baja komposit dan non-komposit harus mengikuti batasan-batasan yang ada :

𝑦𝑦 𝑏𝑏𝑦𝑦

>

1.20 (1)

ℎ 𝑡𝑡𝑤𝑤 ≤ 3.76

�

𝐸𝐸 𝐹𝐹𝑦𝑦

(2)

𝑏𝑏𝑦𝑦 2𝑡𝑡𝑦𝑦

≤0.38

�

𝐸𝐸 𝐹𝐹𝑦𝑦

(3) Dimana :

d = tinggi profil baja secara keseluruhan

h = tinggi badan profil tanpa tinggi sayap

tw

b

= tebal badan profil f

t

= lebar sayap profil f

E = modulus elastisitas baja = tebal sayap profil

Balok tersebut seharusnya diberi perletakan sederhana dan diberikan suatu faktor distribusi pembebanan yang seragam. Balok baja tersebut harus di lengkapi dengan bracing lateral untuk mencegah tekuk torsi dan tekuk lateral. Baja tersebut harus memiliki kekuatan leleh maksimum sebesar 50 ksi ( 350 Mpa ).

Bukaan sebaiknya memiliki bentuk yaitu bujur sangkar, persegi dengan aspek ratio sama dengan 2 ( panjang ao sama dengan 2 kali tinggi ho

Rasio panjang bentang dan tinggi profil baja balok, L/d, harus dalam batas 10 sampai 30, begitu juga untuk struktur baja komposit.

) dan begitu juga untuk bentuk lingkaran.

II.5. Jenis – Jenis Cellular Beam

Untuk bangunan-bangunan sekarang ini, para perencana dituntut tidak hanya merencanakan suatu struktur itu kuat ataupun tidak . akan tetapi, para perencana di tuntut untuk bisa merencanakan suatu struktur yang kuat, ekonomis, memberikan kemudahan pelayanan instalasi, serta tuntutan nilai arsitekturnya. maka, para perencana menciptakan berbagai macam jenis struktur , agar struktur tersebut dapat disesuaikan dengan keadaan yang ada serta permintaan pemilik bangunan.

Pada bagian ini akan dibahas berbagai jenis Cellular Beam yang dapat digunakan pada keaadan dan kondisi tertentu. Cellular beam dapat di bagi atas :

1. Cellular beam berdasarkan fungsinya :

• Cellular beam sebagai balok pada bangunan.

• Cellular beam sebagai pelat lantai

• Cellular beam sebagai kolom .

2. Cellular beam berdasarkan kombinasi pemakaian dengan material lain :

• Cellular beam yang komposit. 3. Cellular beam berdasarkan bentuk :

• Cellular beam berbentuk curve (lengkung).

• Cellular beam yang berbentuk non-prismatis / cantilever.

• Cellular beam yang berbentuk spine.

II.5.1. Cellular beam berdasarkan fungsinya.

A. Cellular beam sebagai Balok pada bangunan

Pada dasarnya cellular beam dirancang dan didesain sebagai balok yang digunakan pada struktur bangunan yang ada. Adapun pembagian penggunaan cellular beam sebagai balok bangunan yaitu balok pada area basement ( area perpakiran ) , balok pada pelat lantai dan balok pada bagian atap bangunan yang ada.

Salah satu keuntungan dari cellular beam yaitu penggunaannya pada area parker mobil. Pada bentang 16 meter dibawah beban area parker, cellular beam merupakan suatu material struktur yang paling efisien. Sebagai tambahan selain berat cellular beam yang ringan, ada 3 keuntungan dipakainya cellular beam pada area parker yaitu :

• Sebagai suatu penampilan dan bagian dari keamanan.

• Sebagai area ventilasi udara dari asap-asap yang ada.

• Cellular beam akan dengan mudah mengalami lengkung pada saat

produksi dan apabila lendutan lebih dari 100 mm maka, cellular beam yang ada tidak perlu dibayar.

Selain untuk area parkir juga digunakan untuk balok lantai dan balok atap banguna yang ada . Jenis Cellular beam yang dipakai pada pelat lantai dan atap sebenarnya sama dengan cellular beam yang ada yang berbeda adalah pada pelat lantai, besar bukaan yang ada sebesar 0,8 – 1,1 H sedangkan untuk balok atap bangunan besar bukaan sebesar 1,0 – 1,3 H , dimana H adalah tinggi profil Cellular Beam yang ada.

B. Cellular beam sebagai pelat lantai pada bangunan

Cellular beam sebagai pelat lantai merupakan suatu generasi baja yang baru yang secara keseluruhan terbentang yang digunakan sebagai pelat lantai dan dikenal dengan nama USFB ( Ultra Shallow Floor Beam ). USFB dapat digunakan pada ketebalan min 160 mm .

USFB terbentuk dengan cara pengelasan dua asimetris Cellular balok T sepanjang bagian badannya. Deck atau pelatnya duduk pada bagian sayap profil bagian bawah yang lebar. Proses penggabungan antara beton, metal decking dan USFB akan ditunjukan pada gambar II.5.1.

C. Cellular beam sebagai kolom pada bangunan .

Akibat meningkatnya tinggi bangunan yang ada , cellular column menjadi sangat ekonomis dibandingkan dengan solusi lainnya. High-bay kolom merupakan suatu aplikasi yang cocok, di mana meningkatnya inersia dari cellular beam itu dibutuhkan untuk lendutan yang besar pada kolom yang tinggi.

Cellular kolom merupakan kolom yang paling efisien pada kasus-kasus yang ada di mana beban aksialnya kecil seperti kolom gable, kaki portal, kolom . (a) (b) ( c )

(d)

Gambar II.5.1. (a) cellular beam sebagai balok pada area parkir (b) cellular beam sebagai balok pada atap bangunan (c) potongan USFB untuk pelat lantai (d) cellular kolom .

II.5.2. Cellular beam berdasarkan kombinasi pemakaian dengan material lainnya. A. Cellular beam yang non komposit.

untuk struktur non komposit seperti yang telah dibahas diatas yaitu suatu struktur beam column yang hanya mengandalkan kekuatan dari material baja itu sendiri baik digunakan sebagai balok maupun kolom pada suatu struktur bangunan baja.

B. Cellular beam yang komposit.

Perkembangan popularitas dari penggunaan cellular beam pada lantai komposit muncul pada waktu yang sama seiring dengan perhatian atas perencanaan teknik keamanan terhadap bahaya api (panas).

Perencanaan baja komposit itu tidak hanya memungkinkan untuk merencanakan suatu lantai yang lebih rendah akan tetapi juga sekarang ini menawarkan untuk bentang panjang dengan keuntungan-keuntungan yang nyata baik untuk pemilik bangunan dan pengguna bangunan. Sekarang ini, penggunaan baja komposit sekitar 35% dari bangunan portal baja dengan panjang bentang dalam 12 m.

Perkembangan dari berbagai inovasi sistem lantai komposit telah dilakukan. Investigasi dari perilaku balok komposit dengan bukaan pada badan profil dibandingkan dengan profil biasa telah menunjukan bahwa secara signifikan pelat meningkatkan kapasitas gaya geser daripada balok baja biasa. Hal ini menyebabkan naiknya kekakuan lentur dan kapasitas gaya geser pada bagian atas bukaan profil. Contoh Cellular beam komposit ini yaitu USFB.

II.5.3. Cellular beam berdasarkan bentuknya.

A. Cellular beam yang berbentuk curve atau lengkungan.

Ada 2 faktor yang mengkombinasikan untuk membuat cellular beam menjadi suatu bagian struktur lengkung yang paling ekonomis yaitu :

• Efisiensi struktur

Hal yang penting dari 2 kombinasi yang adalah efisiensi struktur. Ini merupakan suatu penampilan yang menghasilkan banyak keuntungan tanpa menambah berat yang menghasilkan penggunaan cellular beam pada bagian atap bangunan.

• Kemudahan untuk melengkung.

Dalam aplikasi lengkung, keuntungan dari cellular beam adalah kemudahan untuk melengkung. Dengan hanya suatu modifikasi yang tidak signifikan pada proses produksinya, cellular beam dengan cepat melengkung sesuai dengan radius yang dibutuhkan.

Cellular beam yang dilengkungkan memiliki keuntungan yang banyak yaitu selain dapat meminimalisasikan harga material yang akan digunakan juga cocok untuk portal baja ataupun gable frame yang memiliki bentang yang

lebar yaitu diatas 30 m, serta penggunaan cellular beam yang lengkung lebih murah daripada balok baja biasa yang dilengkungkan maupun rangka batang.

B. Cellular beam yang berbentuk non-prismatis atau untuk kantilever.

Cellular beam menyediakan metode paling ekonomis dalam menghasilkan bagian baja yang non-prismatis. Balok non-prismatis ini bisa mempunyai cell yang ukuran diameter yang seragam, cell yang ukuran diameter yang bervariasi serta tanpa bukaan. Ada juga cellular beam yang non-prismatis digunakan pada bagian kantilever suatu bangunan dimana untuk kantilever biasanya dibuat dengan dua atau tiga ukuran bukaan yang berbeda untuk meminimalisasikan berat dari cellular beam tersebut tetapi meningkatkan kekuatan struktur yang ada.

C. Cellular beam yang sebagai spine.

Balok spine merupakan suatu metode yang umum untuk meningkatkan penggunaan dari ruang dalam sebuah bangunan bertingkat satu. Cellular beam secara efisien untuk 3,4 atau 5 bentang antara kolom, menciptakan suatu ruang terbuka yang lebar dengan harga yang minimum.

( a )

( b )

( c )

Gambar II.5.2. (a) cellular beam berbentuk lengkung (b) cellular beam yang non-prismatis & kantilever (c) cellular spine beam.

II.6. Keuntungan dan kerugian dari penggunaan Cellular Beam

• Dari segi kekuatan struktur.

Jika dilihat dari segi struktur, maka cellular beam memiliki keuntungan yang sangat banyak diantaranya memiliki kemampuan kekakuan lentur struktur yang lebih besar , memiliki kapasitas untuk menahan gaya geser yang besar. berat Cellular beam juga akan berkurang dengan demikian beban aksial yang diterima oleh kolom menjadi lebih kecil sehingga dimensi kolom menjadi kecil dan perencana dapat melakukan penghematan bahan.

• Dari segi nilai ekonomisnya.

Untuk nilai ekonomis suatu cellular beam dapat dilihat dari penggunaan material yang ada sebab tidak diperlukan lagi suatu balok baja profil IWF yang memiliki inersia yang besar karena dari profil yang kecil dapat kita pabrikasi menjadi cellular beam yang memiliki inersia yang lebih besar sehingga akan menghemat penggunaan bahan yang ada. Begitu juga dengan berat cellular beam yang menjadi lebih ringan yang memberikan pengaruh terhadap pemakaian ukuran kolom bangunan yang lebih kecil.

• Dari segi integrasi pelayanan.

Salah satu keuntungan dari cellular beam adalah tingkat pelayanan instalasinya terutama instalasi pendingin udara, elektrikal, instalasi air, dan fire sprinkler. Untuk instalasi pendingin udara, telah dipakai ducting berbentuk lingkaran yang lebih murah dan tidak memerlukan banyak

penyokong. Instalasi-instalasi di atas dapat dilewatkan melalui lubang bukaan yang ada pada balok sehingga tinggi lantai tetap bisa terjaga apabila ditutup dengan plafon yang ada.

• Tahan terhadap gaya dinamis.

Untuk gaya dinamis, kenapa dipilih cellular beam karena cellular beam menyediakan suatu pelat lantai yang lebih berkualitas dibandingkan dengan balok yang rendah dengan pelayanan yang penuh, dengan menggunakan ruang kosong di bagian atas secara keseluruhan dimana memaksimalkan inersia dan kekakuan.

Adapun hal yang memungkinkan suatu lantai untuk menerima suatu frekuensi di bawah 4 Hz untuk menghasilkan suatu lantai yang memiliki kualitas yang tinggi. SCI’s mengeluarkan suatu metode untuk perencanaan lantai yang berkualitas yaitu dengan menghitung faktor respon ( R ) , yang secara tidak langsung cocok ke lantai yang berkualitas.

R ≤ 12 Cocok untuk lantai kantor yang sibuk. R ≤ 8 Cocok untuk lantai kantor yang umum. R ≤ 4 Cocok untuk lantai kantor yang paling tinggi.

• Dari segi kebutuhan pemakaian.

Adapun beberapa jenis cellular beam seperti yang telah dibahas pada II.2. yang dapat kita gunakan sesuai kebutuhan yang ada. Hal ini juga merupakan salah satu keuntungan dari cellular beam karena dapat dipakai dalam kondisi dan keadaan apapu sesuai kebutuhan karena cellular beam bisa di lengkungkan, di jadilan kolom, dan juga bisa untuk kantilever serta

bisa disesuaikan dengan keinginan arsitektur. Misalnya untuk bentang panjang yang lebih dari 30 meter maka bisa digunakan cellular beam yang dilengkungkan.

• Dibandingkan dengan Castellated beam

Jika dibandingkan dengan castellated beam, cellular beam memiliki keunggulan yaitu lebih ringan, dan cellular beam memiliki benuk geometri yang lebih fleksibel sesuai keadaan.

• Kerugian dari Cellular beam

Adapun kerugian yang dimiliki oleh cellular beam yaitu pembentukan cellular beam baik yang biasa ataupun melengkung harus dilakukan pabrikasi di workshop cellular beam, tidak bisa dilakukan di lapangan langsung, serta pada saat pabrikasi akan ada waste yang terbuang baik di bagian ujung dan sisa potongan semi-lingkaran yang ada.

II.7. Spesifikasi Cellular Beam .

Spesifikasi cellular beam meliputi ukuran-ukuran pada cellular beam dan besarnya bukaan yang digunakan sesuai dengan aplikasi yang akan digunakan. Karena besar bukaan dan jarak antar bukaan bersifat fleksibel maka ada 2 macam ukuran perimeter yang dapat digunakan sesuai aplikasi yang akan diterapkan yaitu :

1. Berdasarkan rasio tinggi / berat. ao S = 1,1a = 1,0h – 1,3h o – 1,3a H o 1= 1,4h – 1,6h

• Aplikasi : atap , bentang lebar, jembatan.

ao S = 1,2a = 0,8h – 1,1h o – 1,7a H o 2= 1,3h – 1,4h

• Aplikasi : lantai, area parkir, kolom, struktur di lepas pantai.

Spesifikasi dari cellular beam juga meliputi notasi pembacaan dari profil cellular beam yang ada. Berikut contah notasi untuk cellular beam yang simetris dan tidak simetris :

1. Notasi standart untuk cellular beam yang tidak simetris (ACB) yaitu seperti di bawah ini :

a b c d e f g

732 X 191/229 X 90 kg/m ACB. S355 (450 @ 650 )

a. 732 ( tinggi dalam mm )

b. 191 ( lebar sayap bagian atas )

c. 229 ( lebar sayap bagian bawah )

d. 90 ( berat dalam kg/m )

e. S355 ( mutu baja )

f. 450 ( diameter cell dalam mm )

2. Notasi standart untuk cellular beam yang simetris (CUB) yaitu seperti dibawah ini :

a b c d e f

1160 X 267 X 134 kg/m CUB. S355 (800 @ 1000)

a. 1160 ( tinggi dalam mm )

b. 267 ( lebar sayap bagian atas )

c. 134 ( berat dalam kg/m )

d. S355 ( mutu baja )

e. 800 ( diameter cell dalam mm )

f. 1000 ( jarak antar cell )

Bentuk penampang juga merupakan bagian dari spesifikasi cellular beam , yaitu bentuk penampang dari awal hingga menjadi bentuk penampang cellular beam. Geometri dari cellular beam sangatlah fleksibel. Perubahan data cell pada ketinggian balok, menyebabkan suatu batasan pada bentuk penampang dari suatu bentuk IWF biasa. Untuk contohnya :

• Standart UB 762 x 267 x 147 kg/m • Cells 800 mm dia @ 1000 mm • Tinggi 1141 mm • IXX 382897 cm • Cells 750 mm dia @ 1125 mm 4 • Tinggi 1078 mm • Ixx 337666 cm4

Pada contoh di bawah, menunjukan adanya pengurangan berat dari cellular beam dibandingkan dengan universal beam (UB) yang standart.

Berikut ini merupakan tabel bentuk penampang dari standart UB menjadi cellular beam. Akan tetapi, tabel ini untuk balok jenis ini sangatlah terbatas dalam membantu seorang perencana. Bagaimanapun tabel ini Cuma hanya untuk tujuan pembelajaran saja.

Tabel II.7.1. tabel bentuk penampang dari standart UB menjadi Cellular Beam yang di keluarkan perusahaan WESTOK.

Standard UB Cellular Beam

Section size Ixx Ixx Section size

1684318 1398 x 419 x 388 1468573 1389 x 419 x 343 1016 x 305 x 487 1020400 1085867 1490 x 305 x 249 1016 x 305 x 438 908900 915994 1480 x 305 x 222 1016 x 305 x 393 806600 915994 1480 x 305 x 222 1016 x 305 x 349 722100 737838 1364 x 305 x 201 1016 x 305 x 314 643200 737838 1364 x 305 x 201 1016 x 305 x 272 552900 554621 1257 x 292 x 176 1016 x 305 x 249 480300 486808 1149 x 267 x 173 1016 x 305 x 222 406900 486808 1149 x 267 x 173 914 x 419 x 388 719600 737838 1364 x 305 x 201 914 x 419 x 343 625800 629621 1263 x 292 x 194

Standard UB Cellular Beam

686 x 254 170kg/m 906 x 254x 101 kg/m inersia 170300 cm4 inersia 171301 cm4 Weight saving -40 %

914 x 305 x 289 504200 554621 1257 x 292 x 176 914 x 305 x 253 436300 486808 1149 x 267 x 173 914 x 305 x 224 376400 382897 1141 x 267 x 147 914 x 305 x 201 325300 342081 1137 x 267 x 134 838 x 292 x 226 339700 342081 1137 x 267 x 134 838 x 292 x 194 279200 342081 1137 x 267 x 134 838 x 292 x 176 246000 342081 1137 x 267 x 134 762 x 267 x 197 240000 342081 1137 x 267 x 134 762 x 267 x 173 205300 222718 915 x 229 x 125 762 x 267 x 147 168500 171301 906 x 229 x 101 762 x 267 x 134 150700 171301 906 x 229 x 101 686 x 254 x 170 170300 171301 906 x 229 x 101 686 x 254 x 152 150400 171301 906 x 229 x 101 686 x 254 x 140 136300 139273 805 x 210 x 101 686 x 254 x 125 118000 125069 800 x 210 x 92 610 x 305 x 238 209500 222718 915 x 229 x 125 610 x 305 x 179 153000 171301 906 x 229 x 101 610 x 305 x 149 125900 139273 804 x 210 x 101 610 x 229 x 140 111800 125069 800 x 210 x 92 610 x 229 x 125 98610 107646 796 x 210 x 82 610 x 229 x 113 87320 107646 796 x 210 x 82 610 x 229 x 101 75780 83924 689 x 191 x 82 533 x 210 x 122 76040 83924 689 x 191 x 82 533 x 210 x 109 66820 75521 689 x 191 x 74 533 x 210 x 101 61520 65363 687 x 152 x 67 533 x 210 x 92 55230 55511 615 x 178 x 67 533 x 210 x 82 47540 49297 612 x 178 x 60 457 x 191 x 98 45730 49297 612 x 178 x 60 457 x 191 x 89 41020 42738 609 x 178 x 54 457 x 191 x 82 37050 42738 609 x 178 x 54 457 x 191 x 74 33320 35662 609 x 140 x 46 457 x 191 x 67 29380 35662 609 x 140 x 46 457 x 152 x 82 36590 44195 544 x 171 x 67 457 x 152 x 74 32670 35662 609 x 140 x 46 457 x 152 x 67 28930 35662 609 x 140 x 46 457 x 152 x 60 25500 27435 532 x 171 x 45 457 x 152 x 52 21370 22983 534 x 127 x 39 406 x 178 x 74 27310 27435 532 x 171 x 45 406 x 178 x 67 24330 27435 532 x 171 x 45 406 x 178 x 60 21600 22983 534 x 127 x 39 406 x 178 x 54 18720 22983 534 x 127 x 39 406 x 140 x 46 15690 16515 462 x 127 x 37 406 x 140 x 39 12510 14801 470 x 102 x 33

Ada juga tabel bentuk penampang yang ditawarkan oleh perusahaan macsteel. Bentuk geometrid dan data-data yang ada merupakan variable yang tidak terbatas. Tabel II.4.2. yang ada hanya mengikuti dua contoh untuk satu ukuran profil. Untuk perencanaan, perusahaan mecstell menawarkan program computer CELLBEAM AUTOMATE. Tabel di bawah ini hanya mengijinkan untuk pengecekan terhadap lendutan pada umumnya. Untuk pengecekan tekuk lateral dan tekuk torsi harus menggunakan CELLBEAM .

Tabel II.7.2. tabel bentuk penampang dari standart UB menjadi Cellular Beam yang di keluarkan perusahaan MACSTEEL.

SECTION FLOOR (example only ) ROOF (example only)

H D S IXX ZEXX SXX ANET H D S IXX ZEXX SXX ANET

(mm) (mm) (mm) cm4 cm3 _cm3 _cm2 _{(mm) (mm) (mm) cm}4 _cm3 _cm3 _cm2 203 x 133 x 25 289.8 200 300 4732 326.5 343.1 25 309.3 225 300 5384 348.2 364 24.7 203 x 133 x 30 293.4 200 300 5852 398.9 421 30.5 312.9 225 300 6656 425.5 446.8 30.1 254 x 146 x 31 359.7 250 375 8971 498.8 523.2 30.7 383.7 275 350 10262 534.9 559.3 30.6 254 x 146 x 37 364.3 250 375 11254 617.9 650.1 37.7 388.3 275 350 12859 662.3 694.7 37.7 254 x 146 x 43 367.9 250 375 13275 721.8 763 44.1 391.9 275 350 15160 773.7 815 44 305 x 102 x 25 435 300 450 8816 405.3 430.9 21.2 463.2 325 400 10124 437.1 463.9 21.4 305 x 102 x 29 438.6 300 450 10657 485.9 515.9 25.2 466.8 325 400 12214 523.3 554.6 25.4 305 x 102 x 33 442.6 300 450 12932 584.3 621.5 30.1 470.8 325 400 14801 628.7 667.4 30.3 305 x 165 x 40 433.3 300 450 17237 795.6 832.8 40.4 461.5 325 400 19718 854.5 893 40.6 305 x 165 x 46 436.5 300 450 20061 919.2 965.2 46.7 464.7 325 400 22934 987 1035 46.9 305 x 165 x 54 440.3 300 450 23670 1075 1134 354.7 468.5 325 400 27047 1155 1216 54.9 356 x 171 x 45 503 350 525 24287 965.8 1014 42.5 532.1 375 475 27436 1031 1081 42.8

SECTION LANTAI (example only ) ATAP (example only)

H D S IXX ZEXX SXX ANET H D S IXX ZEXX SXX ANET

(mm) (mm) (mm) cm4 cm3 cm3 cm2 (mm) (mm) (mm) cm4 cm3 cm3 cm2 406 x 140 x 39 571.2 400 600 24957 873.8 921.2 34.2 604.5 425 525 28367 938.5 989.7 34.8 406 x 140 x 46 576.4 400 600 31451 1091 1150 42.3 609.7 425 525 35662 1170 1233 42.9 406 x 178 x 54 575.8 400 600 37713 1310 1377 50.6 609.1 425 525 42739 1403 1475 51.2 406 x 178 x 60 579.6 400 600 43565 1503 1581 57.7 612.9 425 525 49297 1609 16913 58.4 406 x 178 x 67 582.6 400 600 49074 1685 1776 64.7 615.9 425 525 55511 1803 1900 65.4 406 x 178 x 74 586 400 600 55063 1879 1986 72.1 619.3 425 525 62247 2010 2123 72.9 457 x 191 x 67 648.3 450 675 59376 1832 1927 62.9 682.5 475 600 66618 1952 2054 63.7 457 x 191 x 74 651.9 450 675 67373 2067 2177 70.8 686.1 475 600 75522 2201 2318 71.6 457 x 191 x 82 654.9 450 675 74891 2287 2414 78.3 689.1 475 600 83924 2436 2571 79.2 457 x 191 x 89 658.3 450 675 82871 2518 2663 86.1 692.5 475 600 92809 2680 2833 87.1 457 x 191 x 98 662.1 450 675 92309 2789 2956 95.3 696.3 475 600 1E+05 2968 3145 96.3 533 x 210 x 82 759.1 525 775 96581 2545 2683 75.1 796.1 550 675 1E+05 2704 2854 76.2 533 x 210 x 92 763.9 525 775 1E+05 2942 3103 86.3 800.9 550 675 1E+05 3123 3296 87.5 533 x 210 x 101 767.5 525 775 1E+05 3263 3446 95.5 804.5 550 675 1E+05 3462 3659 96.8 533 x 210 x 109 770.3 525 775 1E+05 3530 3736 103 807.3 550 675 2E+05 3746 3966 105 533 x 210 x 122 775.3 525 775 2E+05 3989 4233 1167 812.3 550 675 2E+05 4232 4491 118.2 356 x 171 x 51 506.6 350 525 28501 1125 1182 49.3 535.7 375 475 32162 1201 1260 49.6 356 x 171 x 57 509.6 350 525 32342 1269 1137 55.6 538.7 375 475 36478 1354 1424 55.9 356 x 171 x 67 515 350 525 39223 1523 1611 66.5 554.1 375 475 44196 1625 1715 66.9 406 x 140 x 39 571.2 400 600 24957 873.8 921.2 34.2 604.5 425 525 28367 938.5 989.7 34.8 406 x 140 x 46 576.4 400 600 31451 1091 1150 42.3 609.7 425 525 35662 1170 1233 42.9