NIRWANA PUSPASARI, ST. MT. KONSTRUKSI BAJA I NIRWANA PUSPASARI, ST. MT.

MATERI PERKULIAHAN PENDAHULUAN BATANG TARIK BATANG LENTUR SEDERHANA BATANG LENTUR: PLAT PENUTUP GELAGAR KOLOM ALAT PENYAMBUNG

PENDAHULUAN PERENCANAAN STRUKTUR PRINSIP-PRINSIP PERENCANAAN PROSEDUR PERENCANAAN LATAR BELAKANG SEJARAH STRUKTUR BAJA TYPE STRUKTUR BAJA SIFAT-SIFAT BAHAN BAJA STANDAR YANG DIGUNAKAN PADA PERENCANAAN STRUKTUR BAJA FAKTOR KEAMANAN ( SAFETY FACTOR) FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC JENIS BATANG BAJA STRUKTURAL JENIS-JENIS PROFIL BAJA KRITERIA PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

PERENCANAAN STRUKTUR Didefinisikan sebagai paduan dari seni dan ilmu, yang menggabungkan intuitif seorang insinyur berpengalaman dalam kelakuan struktur dengan pengetahuan mendalam tentang prinsip statika, dinamika, mekanika bahan dan analisa struktur, untuk mendapatkan struktur yang ekonomis dan aman serta sesuai dengan tujuan pembuatannya.

PRINSIP-PRINSIP PERENCANAAN Perencanaan adalah suatu proses untuk menghasilkan penyelesaian optimum. Dalam suatu perencanaan, kita harus menetapkan suatu kriteria untk menilai tercapai atau tidaknya penyelesaian optimum. Kriteria yang umum untuk struktur bisa berupa : Biaya minimum Berat minimum Waktu konstruksi yang minimum Tenaga kerja yang minimum Biaya produksi yang minimum bagi si pemilik gedung Efisiensi operasi maksimum bagi si pemilik

PROSEDUR PERENCANAAN Prosedur perencanaan terdiri atas dua bagian, yaitu : 1. Perencanaan Fungsional Adalah perencanaan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki, seperti : Menyediakan ruang kerja dan jarak yang memadai Menyediakan ventilasi dan pendingin ruangan Fasilitas transportasi yang memadai, seperti elevator, tangga, kren atau peralatan pengangkat bahan Penerangan yang cukup Menyajikan bentuk arsitektur yang menarik.

PROSEDUR PERENCANAAN 2. Perencanaan kerangka struktural Adalah pemilihan tata letak dan ukuran elemen struktural sehingga beban kerja dapat dipikul dengan aman, seperti : Perancangan, yaitu penetapan fungsi yang harus dipikul oleh struktur. Konfigurasi struktur prarencana, yaitu penataan letak elemen agar sesuai dengan fungsi dalam langkah 1. Penentuan beban yang harus dipikul. Pemilihan batang prarencana, pemilihan ukuran batang dilakukan untuk memenuhi kriteria obyektif seperti berat atau biaya terkecil. Analisa, yaitu untuk menentukan aman atau tidaknya batang yang di pilih, memeriksa semua faktor kekuatan dan stabilitas untuk batang serta sambungannya. Penilaian, apakah semua ketentuan dipenuhi dan hasilnya optimum, bandingkan hasilnya dengan kriteria yang ditentukan di atas. Perencanaan ulang, yaitu jika pengulangan suatu bagian dari langkah 1 sampai 6 yang dipandang perlu berdasarkan penilaian di atas. Keputusan akhir, yaitu penentuan optimum tidaknya perencanaan yang telah dilakukan.

LATAR BELAKANG SEJARAH STRUKTUR BAJA Pemakaian logam sebagai bahan struktur dimulai dari besi tuang yang digunakan pada pelengkung dengan bentang 100 ft (30 m),di bangun di Inggris pada tahun 1977-1979. Sejumlah jembatan besi tuang kebanyakan berbentuk busur dengan gelagar induk yang terdiri dari potongan besi tuang individual (berupa balok atau rangka batang) dibangun pada periode 1780-1820. Besi tuang juga dipakai untuk rantai pada jembatan gantung (suspension bridges) sebelum tahun 1840. Besi tempa mulai menggantikan besi tuang setelah tahun 1840. Contoh jembatan Britania di Selat Menai, Wales (1846-1850), merupakan jembatan dengan balok tubular (berpenampang tertutup)dengan bentang 230-460-460-230 ft, dibuat dari plat dan siku besi tempa.

LATAR BELAKANG SEJARAH STRUKTUR BAJA Baja menggantikan besi tempa sebagai bahan bangunan logam utama dimulai tahun 1890. Sekarang baja untuk bahan struktur memiliki tegangan leleh yang berkisar dari 24.000-100.000 psi (165-690 MPA).

TYPE STRUKTUR BAJA Rangka baja penahan dinding Gedung

TYPE STRUKTUR BAJA Jembatan Bangunan Industri

SIFAT-SIFAT BAHAN BAJA KETERANGAN : a = daerah elastis c = daerah pengerasan b = daerah plastis d = daerah keruntuhan Perencanaan struktural baja di mana tegangannya tak melebihi batas proporsional disebut perencanaan secara elastis (working stress design) atau “elastic design” atau “allowable stress design”. Setelah melewati batas elastis, perencanaan struktur baja adalah dalam batas plastis (plastic design).

STANDAR YANG DIGUNAKAN PADA PERENCANAAN STRUKTUR BAJA PPBBI : Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia AISC : American Institute of Steel Construction AISI : American Iron and Steel Construction AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials ASTM : American Society for Testing and Material JIS : Japan Industrial Standards DIN : Deutch Industrie Narmen AIJ : Architectural Institute of Japan BS 449 : British Standard 449 TGB 1972 : Technische Grandslagen Voor de Berekening Van Bouw Constructies

FAKTOR KEAMANAN ( SAFETY FACTOR) Faktor keamanan ditujukan untuk membatasi kemungkinan runtuh di bawah tingkat yang cukup beralasan. Misalkan beban yang sebenarnya melampaui beban kerja sebesar ∆S dan daya tahan sesungguhnya lebih kecil dari daya tahan yang dihitung sebesar ∆R, struktur yang tepat memadai harus memenuhi persamaan :

FAKTOR KEAMANAN ( SAFETY FACTOR) Jika kelebihan beban dianggap 40 % dan pengurangan kekuatan dianggap 15 % lebih kecil dari harga rata-ratanya, maka: Keterangan: SF = Safety Factor (Faktor keamanan) S = Beban R = Daya tahan (kekuatan ) F = Tegangan ijin (ksi) Fy = Tegangan leleh (ksi) Untuk metode tegangan kerja (perencanaan elastis) FS = 1,67 yaitu setara dengan pengali 0,6 dan untuk perencanaan plastis FS = 1,7.

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC ɣ = 1,4. D ɣ = 1,2.D + 1,6.L + 0,5 (Lr atau S atau R) ɣ = 1,2.D + 1,6. (Lr atau S atau R) + (0,5.L atau 0,8.W) ɣ = 1,2.D + 1,3.W + 0,5.L + 0,5 (Lr atau S atau R) ɣ = 1,2.D + 1,5.E + (0,5.L atau 0,5.S) Keterangan : D = Beban mati Lr = Beban atap E = Beban gempa L = Beban hidup S = Beban salju W = Beban angin R = Beban hujan PEMBEBANAN Penentuan beban yang bekerja pada struktur atau elemen struktur tidak selalu bisa di lakukan secara tepat. Walaupun lokasi beban pada struktur diketahui, tetapi distribusi beban dari elemen ke elemen pada struktur biasanya membutuhkan anggapan dan pendekatan.

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC BEBAN MATI (D) Adalah beban kerja akibat gravitasi yang tetap posisinya selama struktur berdiri. Contoh beban mati adalah berat struktur dan perlengkapan yang digantungkan pada struktur seperti pipa air, pipa listrik, saluran pendingin dan pemanas ruangan, lampu, penutup lantai, genteng dan plafon. Beban mati umumnya diketahui secara tepat setelah perencanaan selesai.

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC BEBAN HIDUP (L) Adalah beban kerja akibat gravitasi yang tidak tetap posisinya. Contoh beban hidup adalah manusia,mebel, peralatan yang dapat bergerak,kendaraan dan barang-barang dalam gudang. Beban hidup secara praktis bisa permanen, sedang yang lainnya hanya bekerja sekejap. Karena berat, lokasi dan kepadatan beban hidup sifatnya tidak diketahui, maka besar yang sesungguhnya dan posisi dari beban ini sangat sukar ditentukan.

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC BEBAN HIDUP JALAN RAYA Pembebanan kendaraan jalan raya di Amerika telah di standarisasi oleh American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) menjadi beban truk dan beban jalur standar yang mendekati beban suatu rangkaian truk. Berdasarkan jumlah gandar per truk, pembebanan dibedakan atas dua sistem, yaitu sistem H,mempunyai dua gandar dan sistem HS, mempunyai 3 gandar per truk. Seluruhnya terdiri 5 kelas pembebanan, yaitu : H10, H15, H20, HS15 dan HS20.

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC BEBAN KEJUT Istilah kejut (impact) seperti yang biasanya digunakan dalam perencanaan struktur menyatakan pengaruh dinamis dari beban yang diberikan secara tiba-tiba. Bila pengaruh dinamis kecil (misalnya faktor kejut lebih kecil dari 20%), pengaruh ini biasanya diperhitungkan dengan menggunakan harga konservatif (lebih besar) untuk beban hidup yang ditetapkan. Untuk perencanaan jalan raya, kejut selalu diperhitungkan, menurut AASHTO 1977 , faktor kejut yang dinyatakan sebagai bagian dari beban hidup adalah : L = Panjang bagian bentangan yang dibebani untuk mendapatkan pengaruh maksimum pada batang (ft).

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC American Insitute of Steel Construction (AISC) Spesification, menyatakan bahwa jika tidak ditentukan, persentase kejut harus diambil sebagai berikut : Untuk penumpu elevator 100% Untuk balok penumpu kren yang di jalankan oleh operator 25% Untuk balok penumpu kren yang digantung dan sambungannya 10% Untuk penumpu mesin yang ringan, digerakan oleh motor 20% Untuk penumpu mesin torak atau mesin pembangkit listrik 50% Untuk elemen penggantung lantai dan balkon 33%

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC BEBAN SALJU (S) Semakin curam suatu atap, semakin sedikitlah timbunan salju. Pembebanan salju sebagian juga harus ditinjau (selain pembebanan penuh) jika pembebanan seperti ini dianggap dapat terjadi dan menyebabkan tegangan maksimum. Angin juga bisa bekerja pada struktur yang memikul beban salju, tetapi beban salju dan angin maksimum tidak mungkin bekerja bersamaan. Secara umum beban salju dasar yang dipakai dalam perencanaan berkisar antara 20 Psf (960 Mpa) sampai 40 Psf (1900 Mpa).

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC BEBAN ANGIN (W) Semua struktur memikul beban angin tetapi umumnya hanya pada bangunan dengan tinggi lebih dari tiga atau empat tingkat dan jembatan yang panjang, di sini peninjauan angin secara khusus diperlukan. Pada bangunan tipikal dengan denah dan tampak segi empat angin menimbulkan tekanan pada sisi dipihak angin (windward) dan hisapan pada sisi di belakang angin (leeward), serta tekanan ke atas atau ke bawah pada atap. Beban atap vertikal akibat angin sering diabaikan dengan anggapan beban salju lebih menentukan. Tekanan angin yang biasanya dipakai adalah 20 Psf, yang ditetapkan oleh banyak peraturan bangunan. Perincian lebih lanjut mengenai pengaruh dan beban angin bisa dilihat pada kertas kerja Task Committee on Wind Forces.

FAKTOR BEBAN (FAKTOR KEAMANAN) MENURUT AISC BEBAN GEMPA (E) Gempa bumi menimbulkan pergerakan dalam arah mendatar atau vertikal, dengan besar gerak vertikal yang umumnya jauh lebih kecil. Karena gerak mendatar mengakibatkan pengaruh paling besar, pengaruh gerak ini biasanya dipandang sebagai beban gempa. Peraturan yang paling sering digunakan adalah Structural Engineers Association of California (SEAOC).

JENIS BATANG BAJA STRUKTURAL Fungsi struktur merupakan faktor utama dalam penentuan dalam konfigurasi struktur. Berdasarkan konfigurasi struktur dan beban rencana, setiap elemen atau komponen dipilih untuk menyanggah dan menyalurkan beban pada keseluruhan struktur dengan baik.

JENIS-JENIS PROFIL BAJA Standar Amerika W Shape (Wide Flange) Bentuk W sangat efisien untuk memikul lentur karena flensnya lebar dan tebal badannya tipis, sehingga perbandingan momen inersia dan berat profilnya besar. Wide flange ditemukan oleh Henry Grey tahun 1870. W 12x65 artinya tinggi profil 12 inch dan berat profil 65 lb/ft. Wide flange bisa juga dituliskan sebagai: WF 250 x 175 x 7 x 11, artinya : Tinggi profil 250 mm Lebar profil 175 mm Tebal badan 7 mm Tebal flens 11 mm

JENIS-JENIS PROFIL BAJA 2. M Shape (Miscellaneous Shape) Bentuk penampang adalah I, tapi flens tidak lebar. M 8 x 28, artinya: Tinggi profil 8 inch Berat profil 28 lb/ft 3. S Shape (American Standard Beam) Flens dalam agak miring ke arah badan. Wet lebih tebal. S 24 x 106, artinya: Tinggi profil 24 inch Berat profil 106 lb/ft

JENIS-JENIS PROFIL BAJA 4. Bentuk HP (Bearing Pile Shape) Untuk tiap pancang Contoh: HP 14 x 117 5. Channel C (American Standard Channel) Contoh : C 12 x 30, artinya: Tinggi profil 12 inch Berat profil 30 lb/ft 6. MC (Miscellaneous Channel) 7. Angle (Siku L) Contoh : L 9 x 4 x 1/2, artinya : Tinggi kaki a = 9 in Tinggi kaki b = 4 in Tebal kaki 0,5 in

JENIS-JENIS PROFIL BAJA 8. Bentuk T WT, terbuat dari bentuk W yang dipotong ditengah badan. MT, terbuat dari bentuk M yang dipotong ditengah badan. ST, terbuat dari bentuk S yang dipotong ditengah badan.

JENIS-JENIS PROFIL BAJA B. Standar Jerman Profil INP : identik dengan bentuk S, Standar Amerika. Misal : INP 100 Profil IPE Profil DIN Profil DIE Profil DIR Profil DIL Profil UNP (Channel C 40, Tinggi profil = 400 mm Lebar flens = 110 mm Tebal badan = 14 mm Tebal flens = 18 mm

JENIS-JENIS PROFIL BAJA 8. Profil Siku Sama Kaki L 50 x 5: Tinggi kedua kaki 50 mm Tebal kedua kaki 5 mm 9. Profil Siku tak Sama Kaki L 30 x 20 x 3, Tinggi kaki a = 30 mm Tinggi kaki b = 20 mm Tebal kedua kaki = 3 mm 10. Profil T T 20, Tinggi profil = 20 mm Lebar flens = 20 mm Tebal badan = 3 mm Tebal flens = 3 mm

KRITERIA KEKUATAN PENAMPANG a. Perhitungan secara elastis KRITERIA PERENCANAAN KRITERIA KEKUATAN PENAMPANG a. Perhitungan secara elastis b. Perhitungan secara plastis KRITERIA KEKAKUAN Yaitu berupa lendutan Dari segi estetika : Misalnya jembatan yang melendut kelihatannya jelek meskipun kekuatannya masih dalam batas ijin. b. Momen sekunder yang diakibatkan oleh lendutan: Misalnya balok dibebani beban terbagi rata diatasnya, selain itu juga bekerja normal (tekan). Akibat normal tekan akan terjadi momen sekunder (momen tambahan) sebesar P .

Kelelahan material (Fatique) akibat beban balok balik (misalnya gempa) KRITERIA PERENCANAAN KRITERIA STABILITAS Apakah struktur stabil atau tidak, ini ada kaitannya dengan tekuk, tekuk lateral (lateral torsional buckling) dan lipat. Selain 3 aspek tersebut, di dalam perencanaan juga harus memperhatikan: Kelelahan material (Fatique) akibat beban balok balik (misalnya gempa) Kegetasan struktur (Brittle Failure) Dynamic Response, yaitu getaran akibat lalu lintas atau orang pada struktur baja, getaran angin, gempa, mesin dan lainnya.

Struktur bisa dibagi menjadi 3 kategori umum, yaitu : Struktur Rangka STRUKTUR BAJA Struktur bisa dibagi menjadi 3 kategori umum, yaitu : Struktur Rangka Elemennya bisa terdiri dari batang tarik, batang tekan dan batang yang mengalami gabungan lenturan dan beban aksial. Struktur Selaput Pada jenis struktur ini, selaput memiliki fungsi pemakaian di samping ikut mendukung beban. Salah satu jenis yang tegangan utamanya bersifat tarik adalah tempat penyimpanan cairan (baik yang bersuhu tinggi maupun yang bersuhu rendah), misalnya tangki air di atas tanah, kapal, pesawat, dll. Struktur Gantung Pada struktur gantung, kabel tarik merupakan elemen pendukung paling utama. Struktur paling umum adalah jembatan gantung. Biasanya subsistem dari struktur tersebut terdiri dari struktur rangka, seperti rangka batang pengaku untuk jembatan gantung.

TERIMA KASIH