5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
Tinjauan Pustaka 2.1.1. Umum
Struktur dapat diartikan sebagai ilmu pengetahuan yang dituangkan kedalam suatu bangunan yang terdiri dari beberapa elemen-elemen pendukungnya. Struktur erat kaitannya terhadap perilaku, dinamika, statika, mekanika bahan, dan analisa struktur yang nantinya akan terciptanya suatu struktur yang ekonomis ditambah lagi aman terhadap aktivitas diatasnya dan dapat mencapai kemampuan maksimum struktur (Agus Setiawan, 2008).
Struktur yang direncanakan harus memenuhi kestabilan lateral, karena merupakan hal dasar yang sangat penting sebagai tujuan berdirinya sebuah struktur. Hal tersebut menjadi perhatian serius bagi perencana dalam merencanakan struktur, terlebih penting lagi pada struktur bertingkat tinggi yang memiliki resiko yang lebih tinggi. Struktur yang menahan gaya lateral akan mempengaruhi perilaku elemen vertikal dan horizontal. (Schodek, 1992).
Baja merupakan material yang dipilih sebagai struktur karena bersifat daktail dimana baja bersifat mempengaruhi mekanisme keruntuhan nya sendiri, yakni akan mengalami peristiwa plastis (inelastis) sebelum akhirnya mengalami leleh dan runtuh. Disaat inilah para pengguna dapat menyelamatkan diri sebelum struktur mengalami keruntuhan. Berbeda dengan beton yang akan runtuh seketika apabila melebihi kemampuan batasnya.
2.1.2. Menara Transfer
Menara transfer (transfer tower) adalah bangunan struktur baja yang berfungsi sebagai bangunan pengatur pemindahan aliran muatan batubara yang dibawa oleh conveyor sebelumnya ke conveyor selanjutnya. Adanya transfer tower akan membantu conveyor dalam mengubah arah tujuan muatan, karena tidak memungkinkan untuk conveyor mengubah arah dengan sendirinya dikarenakan keterbatasan sudut yang boleh dibentuk oleh belt. Perubahan arah yang terjadi pada
6 bangunan transfer tower ini dilakukan dengan cara menempatkan/mengatur posisi diverter gate/isolating shutle yang terdapat di dalam bangunan tersebut sehingga material akan tercurahkan sesuai arah posisi mulut dari chute. Pada umumnya bangunan transfer tower hampir sama dengan bangunan struktur baja lainnya, yang membedakan adalah beban yang di berikan ke struktur nya. Keberadaan struktur transfer tower dapat mengurangi waktu pendistribusian batubara, menekan biaya produksi serta dapat mencapai target produksi sesuai kapasitas per jam nya.
Dalam merencanakan suatu struktur dikenal bebeapa sistem yang umum digunakan oleh para perencana yaitu jenis portal baja tahan gempa Moment Resisting Frames (Sistem Portal), Braced Frames (Sistem Rangka Batang Silang) dan sistem lainnya.
Sistem ini tentu memiliki karakteristik yang berbeda dan terdapat kelebihan dan kekurangan diantara keduanya. Berikut akan dijelaskan sistem portal tahan gempa.
2.1.3. Struktur Tahan Gempa Moment Resisting Frames (MRF)
Mempunyai kemampuan untuk menyerap energi pada struktur, dengan syarat terjadinya simpangan antar lantai yang besar. Saat gaya pada struktur bekerja, sendi plastis akan muncul pada balok untuk menyerap energi yang terjadi akibat beban lateral. Desain sambungan balok kolom harus lebih besar dari elemen strukturnya.
Semakin panjang bentang balok maka deformasi semakin besar yang berakibat simpangan cukup besar. Ini dapat menyebabkan struktur kekurangan kekakuannya (kerusakan non struktural). Sehinga bertambahnya pengaruh P-Δ (semakin tinggi gedung maka semakin besar). Elemen struktur yang lebih besarlah yang akan mempertahankan deformasinya. Jenis MRF ini diklasifikasikan menjadi SMF, IMF dan OMF.
Gambar 2.1. Moment Resisting Frames
7 2.1.4. Struktur Tahan Gempa Concentrically Braced Frames (CBF)
Merupakan sistem dengan kekuatan elastik yang tinggi. Diagonal brace pada struktur ini fungsinya menahan gaya lateral dan akan meningkatkan aksi gaya dalam aksial yang tinggi, sehingga kondisi lentur cukup kecil. Momen akan diabaikan dalam analisis dan desain sistem ini. Elemen bresing akan mengalami deformasi elastik yang besar dan sembari mempertahankan kekakuan struktur . Berdasarkan SNI 03-1729-2002 Pasal 15.11.2.3, distribusi batang bressing dipasang dengan arah gaya lateral yang sejajar minimal 25% pada bidang bressing tapi tidak lebih 75% gaya horizontal yang dipikul batang bressing tarik (jika nominal sama/lebih kecil). Untuk nominal yang lebih besar, tidak diberikan batasan dalam pemasangannya.
Sistem Rangka Bressing Konsentrik Biasa (SRBKB), struktur diberikan batasan dalam hal mengalami deformasi inelastik oleh gaya gempa. dan;
Sistem Rangka Bressing Konsentrik Khusus (SRBKK), struktur tidak diberikan batasan dalam hal mengalami berdeformasi elastik cukup besar yang diakibatkan oleh gaya gempa. Dapat disimpulkan bahwa SRBKK memiliki daktilitas baja yang lebih tinggi, karena deformasi yang terjadi lebih besar dan penurunan kekuatan lebih kecil saat terjadi tekuk pada elemen bressing.
Gambar 2.2. Jenis Jenis CBF
(Sumber: Engelhart, Kasai dan Popov,1986)
2.1.5. Struktur Tahan Gempa Eccentrically Braced Frames (EBF)
Untuk memaksimalkan kinerja dari struktur tahan gempa maka diterapkannya sistem EBF ini. Dengan konsep penyatuan dari kedua sistem sebelumnya yang telah dibahas yaitu konsep gabungan antara daktilitas dan disipasi energi yang baik (MRF) dengan kekakuan elastik yang tinggi (CBF). Keuntungan sistem EBF ini
8 dibandingkan sistem kerangka konvensional yaitu memiliki daktilitas yang tinggi, kapasitas disipasi energi yang lebih besar, elastisitas yang tinggi, respon inelastis stabil untuk muatan lateral siklis (Bruneau, 1998).
Dapat disimpulkan sistem ini mengharuskan perencana untuk mendesain kerangka diluar link dengan cukup kuat, dimana nantinya kerangka tersebutlah yang akan mempertahankan kekakuannya untuk tidak mengalami kerusakan lebih awal.
Sehingga elemen link yang mengalami aksi inelastis dapat dibatasi. Dimana elemen link yang akan mengalami kerusakan telebih dahulu baik kelelehan lentur maupun kelelehan geser (bergantung pada panjang sekring/link). Sehingga elemen lain tetap dalam kondisi elastik (Engelhardt dan Popov 1989:1992).
Jika elemen link lebih pendek dari elemen sekitar link, maka portal mendekati konsep CBF (lebih kaku) sedangkan jika elemen link lebih panjang dari elemen sekitar link, maka portal mendekati konsep MRF. Elemen link akan berperilaku deformasi inelastis sedangkan elemen diluar link berperilaku elastis saat terjadi beban lateral.
Gambar 2.3. Jenis Jenis EBF 2.1.6. Struktur Tahan Gempa Lainnya
Ada beberapa jenis sistem lainnya yaitu Special Truss Moment Frames (STMF), Buckling Restrained Braced Frames (BRBF) dan Special Plate Shear Walls (SPSW). Di era yang semakin berkembang, tidak hanya sistem struktur tahan gempa, melainkan sudah dibuatnya sistem baru agar lebih efisien untuk memaksimalkan gaya yang bekerja yaitu Sistem Struktur Komposit.
Landasan Teori
Struktur bangunan adalah kumpulan dari beberapa elemen yang saling bersatu dan menerima beban sesuai dengan kemampuannya serta meneruskannya kedalam tanah dengan aman melalui kolom dan dilanjutkan oleh pondasi. Baja menjadi salah
9 satu material yang dapat dipilih karena bersifat daktail. Daktail merupakan suatu sifat yang berpengaruh pada perilaku baja pada saat mencapai kondisi inelastis (plastis). Sebelum menuju keruntuhan, struktur baja akan mengalami leleh. Jadi bangunan baja tidak langsung runtuh, dengan demikian penghuni yang ada didalamnya dapat menyelamatkan diri mereka sebelum bangunan runtuh.
Menghasilkan desain suatu struktur yang memiliki kestabilan tinggi, cukup kuat, mampu layan, awet, ekonomis dan kemudahan pelaksanaan adalah tujuan utama dalam merencanakan struktur. Stabil adalah keadaan tidak mudah terguling, bergeser, miring selama umur rencana bangunan. Struktur harus dibatasi terhadap kemampuan layanya untuk menghidari kegagalan struktur, tidak direkomendasikan apabila struktur menerima beban diluar dari beban di rencanakan untuk dipikul.
Apabila struktur masih dibawah batas layannya, maka struktur dapat berfungsi sebagaimana mestinya, sehingga tidak diperlukan biaya perawatan yang berlebihan.
2.2.1. Teori Struktur Baja
Sebelum melakukan perencanaan, seorang perencana akan memilih jenis material yang digunakan dalam merencanakan berdasarkan pertimbangan-pertimbangan di lapangan, apakah akan menggunakan beton bertulang, beton prategang, baja dan lainnya. Material yang digunakan pada desain ini adalah baja, material ini telah lama digunakan karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan material lainnya.
Gambar 2.4. Struktur Baja Beberapa keunggulan material baja antara lain:
1. Lebih kuat dari material lain, dengan kekuatan yang dimilikinya dapat mengurangi dimensi elemen struktur dan memperluas ruangan didalamnya.
Penggunaan material baja mengurangi berat sendiri struktur, menjadi pilihan
10 untuk struktur jembatan dengan bentang yang panjang, gedung tinggi bahkan bangunan diatas tanah yang kondisinya buruk.
2. Seragam dan awet, karena semua unsur dapat menyatu saat proses produksi, menjadikan material baja menjadi material yang seragam/homogen dan mempunyai tingkat keawetan lebih baik. Keawetan dapat tercapai apabila perawatan dilakukan secara rutin dan sesuai prosedur.
3. Sifat elastis, material baja dapat berperilaku sesuai dengan asumsi analisis dan akan terus bersifat elastis hingga tegangan yang cukup tinggi. Dalam analisa, momen inersia dapat dihitung dengan pasti karena dimensi sudah diketahui sebelum di erection, dibandingkan dengan beton yang masih dapat mengalami perubahan dimensi pada pelaksanaannya.
4. Sifat daktilitas yang tinggi, baja akan meregang sampai runtuh ketika menerima tarik. Regangan ini cukup besar, inilah kelebihan sifat daktilitas yang dimilikinya. Struktur akan mengalami simpangan setelah elastis yang besar, dapat terjadi berulang kali dan bolak-balik. Peristiwa ini menyebabkan kondisi leleh pertama, struktur akan tetap berdiri mempertahankan kekakuannya, sampai struktur benar-benar runtuh.
5. Keuntungan lain yaitu kemudahan dalam hal sambungan tiap elemen yang satu dengan lainnya, dapat menggunakan sambungan las atau sambungan baut. Selain itu baja juga dapat dibentuk sesuai permintaan, dapat dibentuk karena produksi menggunakan teknik gilas panas, sehingga baja menjadi mudah dibentuk sesuai ukuran sehingga menjadi penampang yang diinginkan oleh pengguna. Dalam segi waktu, pelaksanaan konstruksi baja cukup menghemat waktu karena baja langsung disambung antar elemennya, tidak seperti halnya beton yang harus menunggu pengeringan untuk menuju tahap selanjutnya.
Sifat mekanis pada baja dapat diketahui melalui uji pembebanan tarik sampel baja sehingga akan menghasilkan grafik tegangan regangan. Baja adalah material yang tersusun atas unsur dasar logam dengan besi dan karbon sebagai paduan unsur utamanya. Tidak hanya unsur diatas, unsur paduan lainnya dapat juga ditambahkan selain karbon demi mendapatkan jenis baja dengan kualitas yang lebih baik. Karbon yang ditambahkan diharapkan berpengaruh pada kekerasan, kekuatan dan bersifat
11 mudah dibentuk. Kekurangannya ketika karbon terlalu besar kandungannya dalam baja dapat mengakibatkan peningkatan kekerasan tetapi baja akan rapuh bahkan sulit untuk dibentuk (Davis, 1982). Secara umum jenis baja terdiri dari baja karbon (karbon rendah, sedang dan tinggi) dan baja paduan (low alloy, medium alloy and high alloy).
Tabel 2.1. Sifat Mekanis Baja Struktural Tipe
Tegangan Putus Minimum fu
(Mpa)
Tegangan Leleh Minimum fy
(Mpa)
Regangan Minimum
(%)
BJ 55 550 410 13
BJ 50 500 290 16
BJ 41 410 250 18
BJ 37 370 240 20
BJ 34 340 210 22
Sumber: SNI 03-1729-2002
2.2.2. Desain Kekuatan Berdasarkan DFBT
Pada awalnya perencanaan struktur baja menggunakan metode ASD, namun seiring kemajuan teknologi dan perkembangan ilmu pengetahuan, metode ASD digantikan oleh metode LRFD yang lebih rasional. SNI 1729-2020 Bab B Pasal B3 menjelaskan bahwa perencanaan struktur harus memenuhi standar bila kekuatan desain struktur untuk setiap elemen komponennya sama atau melebihi beban kombinasi yang diterima. Hal ini dilakukan untuk memperhitungkan kemungkinan kelebihan beban yang diakibatkan oleh penaksiran beban yang terlalu rendah, perubahan atau penambahan beban.
Pada metode LRFD atau lebih dikenal (DFBT) memperhitungkan kuat dari nominal Rn penampang struktur dikali faktor pengurangan kapasitas (ϕ) yang bernilai kurang dari 1,0 untuk mengantisipasi ketidakpastian tahanan penampang (resistance uncertainties).
Kesimpulannya, LRFD adalah desain yang memenuhi persyaratan tahanan nominal komponen struktur lebih besar atau sama dengan beban yang harus diterima oleh struktur tersebut dengan mereduksi tahanan struktur dan mengalikan beban dengan faktor (beban kombinasi).
Menurut SNI 1729-2020 Bab B Pasal B3, desain harus memenuhi persamaan Ru ≤ ϕRn (2.1)
12 Dengan:
Ru = Kekuatan perlu Rn = Kekuatan nominal ϕ = Faktor ketahanan
Adapun faktor tahanan dari beberapa komponen penyusun struktur:
Tabel 2.2. Faktor Ketahanan Untuk Desain DFBT
Sumber: SNI 1729-2020 Bab H
2.2.3. Konsep Pembebanan
Beberapa beban yang akan diterima oleh struktur ini diantaranya adalah 1. Beban Mati (Dead Load)
Adalah beban struktur sendiri, termasuk hal dan pendukung struktur contohnya: peralatan, baik yang bersifat permanen maupun semi permanen yang berdiri diatasnya. Beban mati termasuk beban yang posisinya tidak berpindah-pindah, utamanya adalah beban profil sendiri dan komponen- komponen pendukungnya dan peralatan layan yang dipasang di bangunan
13 tersebut. Khusus pada bangunan transfer tower terdapat beban mati antara lain
a. Profil baja.
Baja sendiri memiliki berat yang disebut “selfweight” berat ini akan otomatis diperhitungkan oleh program bantu yang digunakan dalam pemodelannya.
b. Grating
Grating adalah pelat yang berbahan dasar baja yang dihubungkan dengan teknik pengelasan secara beraturan sehingga membentuk kotak-kotak dengan ukuran yang beraturan. Dua tipe grating yang sering digunakan adalah
1. Plain Steel Grating, dengan permukaan rata dan polos.
2. Serrated Steel Grating, dengan permukaan bergerigi.
Di Indonesia grating terdapat dari 3 bahan berbeda yakni galvanis, non galvanis dan stainless stell. Grating yang sering digunakan dalam dunia konstruksi adalah grating berbahan galvanis. Ada beberapa alasan yang menjadikan grating galvanis dipilih yakni tahan terhadap korosi/karat, permukaan tidak licin cocok untuk konstruksi outdoor, mudah dipasang, tahan reaksi kimia, umur yang panjang (tahan lama), tahan cuaca, ukuran dapat dibentuk dan mudah dalam hal perawatan.
Gambar 2.5. Bagian-Bagian Grating
Sumber: www.karlitaemas.com
Bearing Bar
Bagian utama berbentuk datar berfungsi menahan semua beban utama yang konsisten dengan arah bentangnya.
Bearing Bar Pitch
Jarak dari pusat ke pusat dari dua bearing bar yang saling berdekatan.
14 Cross Bar
Bagian yang berfungsi untuk menghubungkan bearing bar, terbuat dari twisted bar, round bar atau flat bar, yang memanjang melintasi bantalan bar.
Cross Bar Pitch
Jarak pusat ke pusat dari dua cross bar yang saling berdekatan.
Length
Panjang maksimum panel kisi/bearing bar, diukur sejajar dengan batang bantalan & searah dengan batang bantalan.
Width
Ukuran maksimum panel kisi/bearing bar, diukur tegak lurus terhadap palang bantalan, & searah dengan palang-palang.
c. Drive unit
Drive Unit adalah satuan/unit penggerak yang bekerja untuk menggerakkan motor yang mengakibatkan drive pulley berputar sehingga belt conveyor ikut berputar. Belt berputar karena melekat di drive pulley.
Gambar 2.6. Drive Unit
Sumber: www.mk-group.com
d. Handrail
Handrail adalah pengaman (pembatas) yang biasanya terdapat pada tangga. Pada bangunan tanpa dinding pembatas, handrail bisa digunakan sebagai pengaman aktifitas. Pada bangunan transfer tower, handrail di pasang di sisi kiri dan kanan tangga serta sebagai dinding.
15 Gambar 2.7. Handrail
Sumber: www.indiamart.com
e. Struktur Atap
Struktur atap adalah sebagian struktur dari seluruh struktur bangunan yang berfungsi untuk melindungi bangunan dari hujan dan panas. Struktur atap pada bangunan transfer tower berbahan baja. Berikut adalah komponen penyusun struktur atap:
Gambar 2.8. Struktur Atap f. Mekanikal
Beban mekanikal adalah beban mati yang diperhitungkan sebagai beban mati dalam struktur ini. Beban mekanikal yang dimaksud adalah beban komponen-komponen dari unit penggerak yang melekat pada belt conveyor. Beban mekanikal terdiri dari head pulley, beban pulley dan aksesoris pendukungnya. Tidak menutup kemungkinan adanya penambahan penampang baja yang diakibatkan oleh bentuk dari perangkat yang tidak tersedia dari desain struktur, dikarenakan bentuk mekanikal tidak selalu sama di setiap sisinya.
16 Gambar 2.9. Pulley
Sumber: www.altechindoprimamegah.com
g. Chute
Chute adalah corong yang memiliki fungsi untuk menerima dan mencurahkan material sesuai arahnya. Chute harus mampu untuk menahan beban kejut dari material yang masuk. Kerusakan chute dapat menyebabkan kerugian yang sangat besar dalam hal produksi karena dapat menghentikan penyaluran produksi material.
Gambar 2.10. Chute
Sumber: www.downstreamconsulting.com
h. Tramp iron chute i. Tramp iron magnet j. Hoist crane elektrik
Hoist crane elektrik adalah alat bantu berdaya listrik sebagai tenaga utamanya yang berfungsi untuk pengangkatan ataupun penarikan beban/muatan yang di pasang di struktur. Pemilihan hoist crane elektrik harus disesuaikan dengan berat atau kapasitas yang diperlukan. Kapasitas hoist crane elektrik harus lebih besar dari beban maksimum yang akan
17 diangkat. Hoist crane elektrik ada 2 jenis yaitu dengan daya listrik 1 phase dan 3 phase.
Gambar 2.11. Hoist Elektrik
Sumber: www.tanasubcrane.com
k. Dead operational
Beban operasional adalah beban tambahan yang diakibatkan oleh pengoperasian beberapa alat/mesin yang digunakan pada sistem penanganan batubara, diantaranya adakah sebagai berikut
1) Beban Drive Unit adalah beban operasional yang diakibatkan oleh unit penggerak motor sebagai mesin sumber tenaga.
2) Beban Mekanikal (Tension Pulley) adalah beban operasional tarik unit penggerak dan beban tarik untuk menjaga keseimbangan tegangan pada drive pulley.
3) Beban Chute adalah beban bergerak yang diakibatkan oleh mesin dan material yang curahkan.
4) Beban Tramp Iron Chute adalah beban yang berasal dari pengoperasian chute
5) Beban Tramp Iron Magnet adalah beban akibat pengoperasian alat pada bangunan.
6) Beban Elektrik Chain Hoist adalah beban akibat benturan yang terjadi saat crane bergerak maju dan mundur dengan beban ataupun tanpa beban angkut.
2. Beban Hidup (Live Load)
Adalah beban yang diterima struktur dengan besaran dan posisi yang berubah ubah. Beban ini akan selalu mengalami perubahan bergantung dari pergerakan dan perpindahannya. Beban ini adalah beban tidak pasti yang
18 diberikan faktor lebih untuk mengantisipasi penggunaan struktur. Pada transfer tower beban hidup terletak di atap dan lantai kerja yang telah memperhitungkan berat manusia dan peralatan mekanik selama masa perbaikan/perawatan mesin dan bangunan.
3. Beban Kejut (Impact Load)
Struktur yang direncanakan untuk memikul beban kejut harus dapat menahan beban tersebut walaupun dalam waktu yang sangat singkat, biasanya tidak melebihi 1 detik, bahkan hanya beberapa saat saja. Besar dan lamanya beban kejut bekerja, perilaku dan kekuatan struktur dalam memikul bebanlah yang menjadi bagian penting dalam desain. Sehingga harus diperhitungkan dengan matang agar tidak menjadi suatu kesalahan yang berakibat fatal.
4. Beban Angin (Wind Load)
Bangunan gedung ataupun struktur lain harus dirancang untuk menahan beban angin yang diakibatkan oleh selisih tekanan udara. Beban angin dianggap terdiri dari angin tiup dan hisap, angin tiup maupun hisap bekerja tegak lurus pada elemen yang ditinjau. Besarnya beban angin tiup dan hisap dinyatakan dalam satuan kg/m2.
5. Beban Hujan (Rain Load)
Beban hujan adalah salah satu beban yang harus diperhitungkan dalam perancangan gedung. Struktur atap yang direncanakan harus mampu untuk menahan beban hujan yang terkumpul pada drainase primer ditambah beban merata akibat kenaikan air diatas sistem drainase sekunder pada aliran perencanaan. Menurut SNI 1727-2020 Pasal 8.3 persamaan beban hujan
R = 5,3 (ds + dh) R = 0,0098 (ds + dh) 6. Beban Gempa (Earthquake Load)
Beban gempa memberikan guncangan pada struktur bangunan sesuai dengan gerakan akibat pengaruh dari pergerakan tanah dibawahnya. Gempa dapat terjadi kapan saja, kita tidak dapat memastikan kapan tepatnya akan terjadi peristiwa gempa tersebut, karena dapat datang kapan saja tidak mengenal waktu, karena gempa adalah peristiwa alam yang tidak dapat dipastikan. Saat terjadi peristiwa gempa, maka struktur dipastikan mengalami pergerakan
19 secara vertikal dan horizontal, pergerakan arah vertikal relatif lebih kecil dibandingkan arah horizontal (lateral) yang dapat menyebabkan struktur runtuh.
2.2.4. Kombinasi Pembebanan
Kombinasi yang dipakai untuk analisis pada struktur ini yaitu desain kekuatan untuk mengecek struktur terhadap beban vertikal, sedangkan desain tegangan ijin untuk mengecek struktur terhadap beban lateral. Kedua jenis kombinasi tersebut akan dilakukan pengembangan dari kombinasi dasar dengan efek beban seismik.
Kombinasi Beban Untuk Desain Kekuatan
Berdasarkan SNI 1727-2020 Pasal 2.3, semua kombinasi pembebanan yang terjadi harus dapat dipikul oleh struktur. Berikut adalah kombinasi dasar dengan efek beban seismik yang digunakan dalam merancang struktur dengan metode desain kekuatan:
1. 1,4 D
2. 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr atau R)
3. 1,2 D + 1,6 (Lr atau S atau R) + (L atau 0,5 W) 4. 1,2 D + 1,0 W + L + 0,5 (Lr atau S atau R) 5. 0,9 D + 1 W
6. 1,2 D + Ev + Eh + L + 0,2 S 7. 0,9 D - Ev + Eh
Kobinasi Beban Untuk Desain Tegangan Ijin
Berdasarkan SNI 1727-2020 Pasal 2.4, semua kombinasi pembebanan yang terjadi harus dapat dipikul oleh struktur. Berikut adalah kombinasi dasar dengan efek beban seismik yang digunakan dalam merancang struktur dengan metode desain kekuatan:
1. D 2. D + L
3. D + (Lr atau S atau R)
4. D + 0,75 L + 0,75 (Lr atau S atau R) 5. D + (0,6 W)
6. D + 0,75 L + 0,75 (0,6 W) + 0,75 (Lr atau S atau R) 7. 0,6 D ± 0,6 W
20 8. 1 D + 0,7 Ev + 0,7 Eh
9. 1 D + 0,525 Ev + 0,525 Eh + 0,75 L + 0,75 S 10. 0,6 D – 0,7 Ev + 0,7 Eh
2.2.5. Komponen Struktur Untuk Tarik
Elemen baja yang bekerja sebagai komponen yang menahan tarik merupakan elemen pada struktur yang bekerja untuk menerima gaya aksial tarik. Kondisi sentral akan terjadi apabila garis gaya tarik yang bekerja berhimpit dengan garis berat dari batang tarik elemen struktur tersebut. Menurut SNI 1729-2020 Bab D:
Pu ≤ ϕt Pn (2.2) Dengan:
𝑃𝑢 = Beban terfaktor Pn = Kuat tekan nominal
ϕ𝑡 = Faktor reduksi (0,9 bruto/0,75 neto)
Berdasarkan SNI 1729-2020 Bab D Pasal D1, rasio kelangsingan efektif batang tarik (KL/r) disarankan tidak lebih dari 300.
2.2.6. Komponen Struktur Untuk Tekan
Komponen struktur tekan pada struktur dapat kita temukan pada kolom dan struktur rangka batang yang menerima gaya aksial tekan. Batang tekan tidak selalu terdiri dari satu batang, ada beberapa kondisi dimana batang tekan akan terdiri dari dua profil atau lebih yang disusun dan disatukan dengan pelat kopel. Menurut SNI 1729-2020 Bab E:
Pu ≤ ϕc Pn (2.3) Dengan:
𝑃𝑢 = Beban terfaktor Pn = Kuat tekan nominal ϕ𝑐 = Faktor reduksi (0,9)
Berdasarkan SNI 1729-2020 Bab E Pasal E2, rasio kelangsingan efektif batang tekan (KL/r) disarankan tidak lebih dari 200.
2.2.7. Komponen Struktur Untuk Lentur
Elemen lentur pada struktur adalah profil yang fungsinya menerima dan meneruskan beban-beban gravitasi. komponen struktur elemen lentur ini terdiri dari
21 konsep struktur tarik dan tekan yang dikombinasikan menjadi suatu konsep untuk elemen lentur. Jadi, elemen lentur ini harus dapat mendukung gaya momen lentur dan gaya geser yang terjadi. Pada komponen ini sebagian mengalami tekan namun terkekang dengan baik di arah sumbuh kuat dan lemahnya, maka diasumsikan komponen tak tertekuk. Menurut SNI 1729-2020 Bab F:
Mu ≤ b Mn (2.4) Dengan:
Mu = Kuat lentur perlu Mn = Kuat nominal lentur ϕb = Faktor reduksi (0,90)
Pada balok biasa dengan dimensi yang “h” tidak terlalu tinggi, beban yang diterima akan mengakibatkan peristiwa mekanisme lentur, berbeda konsepnya pada balok yang “h” nya cukup tinggi, balok akan mengalami peristiwa tekan (strut) pada sisi ata dan tarik (tie) pada sisi bawah balok.
2.2.8. Komponen Struktur Untuk Geser
Untuk perencanaan kuat geser berdasarkan DFBT menurut SNI 1729-2020 Bab G:
Vu ≤ ϕv Vn (2.5) Dengan:
𝑉𝑢 = Beban geser terfaktor Vn = Kuat geser nominal
= Nilai Vn berdasarkan bentuk profil yang digunakan ϕv = Faktor ketahanan geser (0,9)
2.2.9. Sambungan Baut
Setiap elemen struktur harus disatukan untuk mencapai fungsinya. Struktur-struktur yang saling terhubung dinamakan sambungan. Sambungan adalah bagian kompleks yang harus diperhatikan. Perencanaan sambungan yang gagal dapat menyebabkan perubahan dari fungsi struktur tersebut terlebih adalah kegagalan yang menyebabkan keruntuhan dan berbahaya bagi penggunanya. Menurut SNI 1729- 2020 Bab J Pasal J3:
Ru ≤ Rn (2.6)
22 Dengan:
Ru = Gaya terfaktor baut Rn = Kuat nominal baut
ϕ = Faktor reduksi (sesuai kasus) Kekuatan geser baut
Rn ≤ Fnv Ab (2.7) Kekuatan tarik baut
Rn ≤ Fnt Ab (2.8) Kekuatan tumpu dan sobek
Kondisi 1 = Lubang baut standar, arah beban tidak tergantung slot, ataupun lubang slot panjang paralel terhadap gaya tumpu
Rn = 1,2 lc t Fu ≤ 2,4 dt Fu (2.9) (Deformasi di lubang baut pada beban layan ditentukan)
Rn = 1,5 lc t Fu ≤ 3 dt Fu (2.10) (Deformasi di lubang baut pada beban layan tidak ditentukan)
Kondisi 2 = Lubang slot panjang yang tegak lurus terhadap gaya
Rn = 1,0 lc t Fu ≤ 2 dt Fu (2.11) Dengan
Fu = Kuat tarik minimum material baja (Mpa) d = Diameter baut pakai (mm)
lc = Jarak bersih lubang tepi ke tepi material pelat (mm) t = Tebal material disambung (mm)
Tabel 2.3. Tipe Tipe Baut
Tipe Baut Diameter Baut (mm) Proof Stress (Mpa) Kuat Tarik Minimum (Mpa)
A490 12,7-38,1 825 1035
A325 12,7-25,4 585 825
28,6-38,1 510 725
A307 6,35-104 - 60
Sumber: Agus Setiawan, 2013
Pada perencanaan sambungan baut perlu diperhatikan hal sebagai berikut:
1. Jarak Spasi Minimum Antar Baut (Smin)
Smin adalah jarak antar pusat baut dengan baut lainnya. Minimum Smin ≥ 2,67d, disarankan jarak bersih antar-baut/slot ≥ d.
23 2. Jarak Spasi Maksimum Antar Baut (Smaks)
Untuk sambungan yang menggunakan 1 pelat atau lebih yang secara kontinu saling berhubungan diberikan jarak maksimum 24 kali pelat tertipis (dapat diambil 12 in/300 mm untuk yang dilapisi cat dan tidak mengalami korosi).
14 kali bagian tertipis (dapat diambil 7 in/180 mm untuk yang tidak dilapisi cat/akan diprediksi mengalami korosi).
3. Jarak Baut Tepi Minimum (S1min)
Tabel 2.4. Jarak Tepi Minimum
Diameter Baut Jarak Tepi Mininmum
Di atas 36 1.25d
36 46
30 38
27 34
24 30
22 28
20 26
16 22
Sumber: SNI 1729-2020 Tabel J3.4M
4. Jarak Baut Tepi Maksimum (S1maks)
Maksimum jarak dari pusat baut ke tepi yang berdekatan harus 12 kali tebal bagian tersambung, tetapi tidak melebihi 6 in (150 mm).
Untuk komponen yang dicat ataupun tidak dan tidak mengalami korosi, spasi tidak boleh melebihi 24 kali pelat tertipis atau 12 in (300 mm) sedangkan;
Untuk komponen yang tidak dicat dan mengalami korosi, spasi tidak boleh melebihi 14 kali pelat tertipis atau 7 in (300 mm).
2.2.10. Sambungan Las
Sambungan las adalah metode penyambungan bahan logam yang dipanaskan dengan suhu yang tepat untuk menghasilkan peleburan bahan dan tanpa diberikan tekanan dengan atau tanpa pemakaian bahan pengisi. Sambungan Las Metode DFBK digunakan sebagai metode sambungan dalam desain ini.
24 Jenis-jenis sambungan las
Gambar 2.12. Jenis Jenis Las 1. Las Tumpul (groove welds)
Las yang diaplikasikan menyambungkan batang yang sebidang. Las tumpul digunakan untuk menyalurkan beban yang bekerja secara penuh, sehingga kekuatan las minimal sama dengan batang yang disambung. Las tumpul dibedakan menjadi penetrasi penuh dan sebagian.
2. Las Baji dan Pasak (Slot and Plug Welds)
Las yang biasanya digunakan bersamaan dengan las sudut. Las ini sebagai alternatif apabila ukuran panjang las terbatas oleh panjang yang tersedia untuk las sudut.
3. Las Sudut (fillet welds)
Las sudut adalah tipe penyambungan yang sering digunakan di dunia konstruksi dibandingkan dengan metode las lainnya. Persyaratan yang harus dipenuhi untuk sambungan las sudut Menurut SNI 1729-2020 Bab J Pasal J2:
Tahanan Nominal
Ru < ϕRn (2.12) Logam dasar ditetapkan
Rn = FnBM ABM (2.13) Logam las ditetapkan
Rn = Fnw Awe (2.14) Fnw = 0,66FEXX(1,0 + 0,5 Sin1,5θ) (2.15)
Awe = te × Lw
t
e=
w1w2√w12w22 (segitiga sembarang) (2.16) te = 0,707w (segitiga sama kaki) (2.17)
25 Dengan:
FnBM = Tegangan nominal logam dasar (Mpa)
Fnw = Tegangan nominal logam las (Mpa) = 0,60 FEXX
ABM = Luas penampang logam dasar (mm2) Awe = Luas efektif las (mm2) w12w22
ϕ = 0,75
Ukuran Minimum Las Sudut
Las sudut ditetapkan memiliki ukuran minimum yaitu harus lebih dari ukuran yang diperlukan. Berikut adalah ukuran minimum las sudut
Tabel 2.5. Ukuran Minimum Las Sudut
Tebal Pelat (t) mm Ukuran Minimum Las Sudut (a) mm
t > 19 8
13 < t ≤ 19 6
6 < t ≤13 5
t ≤ 6 3
Sumber: SNI 1729-2020 Tabel J2.4
Ukuran Maksimum Las Sudut
Gambar 2.13. Ukuran Maksimum Las Sudut Ukuran Panjang Las Sudut
1. Panjang minimum las sudut (Lw) minimal 4 kali ukuran las. (< 4 kali dianggap ¼ panjang efektif)
2. Panjang efektif las sudut ditentukan sebagai berikut
- Apabila dibebani >100 Lw, diperbolehkan mengambil panjang efektif sama dengan panjang aktual.
- Jika panjang las yang dibebani diujung hingga 100 kali, panjang efektif harus dihitung panjang aktual las dengan faktor reduksi β, β = 1,2 – 0,002 (Lw/w) ≤ 1,0 (2.18) Dengan:
Lw = Panjang aktual las yang dibebani ujungnya, mm w = Ukuran kaki las sudut, mm
- Apabila panjang las sudut >300 kali ukuran kaki las (w), diambil 180w
26 2.2.11. Desain Sambungan Sederhana
Berdasarkan SNI 1729-2020 Pasal J1-2 menjelaskan bahwa girder, balok dan rangka batang dengan pertemuan melintang dan memanjang, sambungan sederhana digunakan untuk meghubungkan penampang tersebut dengan dudukan yang dikombinasikan. Sambungan ini hanya sebagai sambungan fleksibel dan diproporsikan hanya untuk menerima reaksi geser.
2.2.12. Desain Sambungan Momen
Berdasarkan SNI 1729-2020 Pasal J1-3 menjelaskan bahwa sambungan pada balok, girder dan rangka batang yang menerima gaya momen dan geser dan dihubungkan secara kaku sehingga pergerakannya terbatas harus di desain dan dikombinasikan dengan kombinasi gaya-gaya yang dihasilkan dari momen dan geser. Ada dua tipe pada jenis sambungan ini, yaitu sambungan momen terkekang penuh dan sambungan momen terkekang sebagian.
2.2.13. Sambungan Balok Kolom
Sambungan balok kolom harus di desain sesuai dengan sistem pemikul beban yang berdasarkan dengan hasil pengujian yang membuktikan bahwa rotasi inelastic sekurang-kurangnya 0,3 radian. Interpolasi/ekstrapolasi harus dianalisis secara rasional yang memperlihatkan distribusi tegangan dan besar gaya dalam yang konsisten, dan mempertimbangkan pengaruh buruk dari ukuran dan bahan las maupun sifat bahan lain yang dipakai pada elemen yang disambung. Pengujian sambungan balok kolom harus memperlihatkan kuat lentur, sekurang kurangnya sama dengan momen plastis nominal balok saat terjadi rotasi inelastis. Sambungan balok kolom.
2.2.14. Sambungan Kolom
Kolom menjadi subjek untuk ketiga gaya dalam yang terjadi (aksial, geser dan momen). Momen splices adalah sambungan untuk menahan momen pada kolom, sedangkan shear splices adalah sambungan untuk menahan geser. Pada bagian sayap kolom yang disambungkan ke pelat dimaksudkan untuk menahan momen dan geser), sedangkan pada badan yang disambungkan ke pelat dimaksudkan untuk menahan gaya aksial.
27 2.2.15. Sambungan Bresing
Bresing yang digunakan pada struktur tidak dapat menahan momen kecuali momen yang diakibatkan oleh berat bresing sendiri. Karena hal inilah pada saat bekerja, bresing hanya sebagai batang tarik atau tekan. Sambungan baut hanya dipasang pada badan bresing, dan sambungan ke pertemuan balok, kolom atau join portal hanya di las, sehingga tipe sambungan yang digunakan adalah sambungan sederhana.
2.2.16. Pelat Ujung (End Plate)
Merupakan sambungan baut tipe tarik yang memiliki jumlah baut relatif sedikit dengan tambahan pelat baja diujung profil dengan sambungan pengelasan.
Sambungan ini bisa digunakan untuk balok-balok dan balok kolom (portal) Jenis sambungan ini dibedakan menjadi tiga jenis
1. Flush-End-Plate Polos 2. Flush-End-Plate Pengaku 3. Extend-End-Plate Polos 4. Extend-End-Plate Pengaku 2.2.17. Pelat Landas (Base Plate)
Menurut Wiryanto Dewobroto (2010) pelat landas adalah bagian yang menghubungkan kolom baja dengan pondasi. Secara umum terdiri dari beberapa bagian yaitu pelat dasar, sirip-sirip pengaku (stiffener) dan angkur (anchor). Pelat landas dapat menerima gaya tekan, gaya geser dan gaya tarik akibat momen.
Terdapat dua jenis pelat landas yaitu dengan sirip dan polos. Penambahan sirip pada bagiannya tergantung dari beban yang diterima oleh base plate. Apabila tidak perlu menggunakan sirip maka dapat menggunakan pelat landas polos.
Gambar 2.14. Pelat Landas (Base Plate)
Sumber: Fisher dan Kloiber, 2006
28 Batas kehancuran beton untuk pelat landas (base plate) adalah sebagai berikut:
Pu ≤ ϕ Pp (2.19) Tahanan Tumpu Nominal
Untuk luas total sama dari suatu penumpu beton
Pp = ϕ f’cA1 (2.20) Untuk luas total lebih kecil dari luas total penumpu beton
Pp = 0,85 f’c A1√A2
A1 ≤ 1,7 f’c A1 (2.21) Dengan
Pp = Gaya aksial nominal Pu = Gaya aksial terfaktor
A1 = Luas permukaan base plate (mm2)
A2 = Luas bagian luar permukaan beton pedestal (mm2) ϕ = Faktor reduksi (0,65)
f’c = Kuat tekan beton (Mpa) 2.2.18. Defleksi
Perubahan bentuk pada elemen lentur akibat pemberian beban secara vertikal biasa disebut dengan defleksi. Gambar berikut akan menjelaskan sedikit tentang defleksi.
Gambar 2.15. Defleksi Pada Batang
Pada gambar bagian kiri terlihat bahwa posisi balok sebelum mengalami defleksi.
Namun, gambar kanan terlihat balok mengalami penurunan akibat beban P dari atasnya. Deformasi dilihat dari jarak permukaan awal ke permukaan setelah mengalami deformasi. Defleksi tidak hanya dari beban terpusat, beban merata juga akan mengakibatkan defleksi.
Prinsip terjadinya defleksi adalah:
1. Kekakuan dari batang. Disimpulkan bahwa semakin kaku batang maka defleksi yang terjadi kecil.
2. Besar kecilnya suatu beban akan berbanding lurus dengan besar defleksi yang terjadi pada batang.
29 3. Besarnya defleksi berbeda beda pada setiap tumpuan yang digunakan. Hal ini disebabkan oleh perbedaan reaksi dan arah pada masing-masing jenis tumpuan. Semakin banyak reaksi yang diberikan oleh tumpuan untuk melawan gaya dari beban yang diterima, maka semakin kecil defleksi yang terjadi.
Seperti yang kita ketahui, dari beberapa jenis tumpuan, tumpuan rol hanya menahan reaksi gaya tekan dan tarik hanya dari satu arah, sedangkan tumpuan sendi menahan gaya tekan dan tarik dari segala arah, tetapi tidak menahan dan meneruskan momen. Kedua tumpuan ini berbeda dengan tumpuan jepit.
Tumpuan jepit dapat menahan semua reaksi yang diakibatkan gaya tekan, gaya tarik dan momen.
4. Jenis beban yang diberikan ke batang
Gambar 2.16. Beban Terpusat, Beban Lentur dan Beban Merata Pada jenis beban terpusat, gaya hanya akan menitikberatkan defleksi pada titik yang dibebani tersebut, sedangkan pada beban merata, gaya akan bekerja secara merata di sepanjang batang.
Tabel 2.6. Batas Lendutan Maksimum
Sumber: SNI 03-1729-2002 dan SNI 1727-2020 Lampiran CC
