Perencanaan Struktur Baja Bab VII Perencanaan Struktur Baja

Struktur Baja Didasarkan atas sifat material baja yang dapat menahan tegangan tarik maupun tekan Kekuatan dan daktilitas material baja relatif tinggi Struktur ringan sehingga menguntungkan untuk struktur jembatan bentang panjang, bangunan tinggi, ataupun struktur cangkang Waktu pengerjaan relatif singkat (tidak memerlukan set-up time) Disain meliputi disain elemen dan sambungan Kelangsingan elemen harus diperhitungkan untuk menghindari hilangnya kekuatan akibat tekuk

Struktur Baja Terbagi atas 3 kategori: Struktur rangka, dengan elemen-elemen tarik, tekan, dan lentur Struktur cangkang (elemen tarik dominan) Struktur tipe suspensi (elemen tarik dominan) Perencanaan dengan LRFD (Load and Resistance Factor Design)

Arch

Suspension

Cantilever

Tower

Skyscraper

Skyscraper

Pipeline

Dome

Dome

Sistem Struktur Struktur Baja Bangunan Industri Bentang < 20 m -> tanpa haunch Bentang > 20 m -> dengan haunch Bentang 40 - 70 m Bentang > 70 m Rangka Batang Ruang

Sistem Struktur Sistem Bracing Bangunan Industri Panjang sampai (60-80) m Panjang melebihi (60-80) m

Perencanaan Berdasarkan LRFD (Load and Resistance Factor Design) Perencanaan berdasarkan kondisi-kondisi batas Kekuatan (keselamatan): kekuatan, stabilitas, fatique, fracture, overturning, sliding Kenyamanan: lendutan, getaran, retak Memperhitungkan dan memisahkan probabilitas overload dan understrength secara explisit Perhitungan: Rn = Kekuatan nominal Q = Beban nominal f = Faktor reduksi kekuatan = Faktor beban

Perencanaan Berdasarkan LRFD (Baja) Faktor Keamanan Faktor Beban: tergantung jenis dan kombinasi Q = 1.4 D Q = 1.2 D + 1.6 L Q = 1.2 D + 1.3 W Q = 1.2 D + 1.0 E Q = 0.9 D + 1.3 W Q = 0.9 D + 1.0 E Faktor Ketahanan: tergantung jenis elemen dan kondisi batas Gaya aksial tarik ft = 0.9 Gaya aksial tekan fc = 0.85 Lentur fc = 0.9 Geser balok fv = 0.9

Sifat Material Baja Tipikal Kurva Tegangan vs Regangan Baja

Kurva Tegangan vs Regangan Baja

Penampang Elemen Tarik Struktur Baja

Penampang Elemen Tekan Struktur Baja

Penampang Elemen Lentur Struktur Baja

Perencanaan Batang Tarik

Perencanaan Batang Tarik Penggunaan baja struktur yang paling efisien adalah sebagai batang tarik, dimana seluruh kekuatan batang dapat dimobilisasikan secara optimal hingga mencapai keruntuhan Batang tarik adalah komponen struktur yang memikul/ mentransfer gaya tarik antara dua titik pada struktur Suatu elemen direncanakan hanya memikul gaya tarik jika: Kekakuan lenturnya dapat diabaikan, seperti pada kabel atau rod Kondisi sambungan dan pembebanan hanya menimbulkan gaya aksial pada elemen, seperti pada elemen rangka batang

Kuat Tarik Rencana Kondisi fraktur lebih getas/berbahaya dan harus lebih dihindari

Luas Kotor dan Luas Efektif Penggunaan luas Ag pada kondisi batas leleh dapat digunakan mengingat kelelehan plat pada daerah berlubang akan diikuti oleh redistribusi tegangan di sekitarnya selama bahan masih cukup daktail (mampu berdeformasi plastis cukup besar) sampai fraktur terjadi. Kondisi pasca leleh hanya diijinkan terjadi pada daerah kecil/pendek disekitar sambungan, karena kelelehan pada seluruh batang akan menimbulkan perpindahan relatif antara kedua ujung batang secara berlebihan dan elemen tidak mampu lagi berfungsi. Batas Leleh: Pada sebagian besar batang, diperhitungkan sebagai penampang utuh => Ag Batas Fraktur: Pada daerah pendek disekitar perlemahan, diperhitungkan penampang yang efektif => Ae

Penampang Efektif, Ae

Shear Lag

Koefisien Reduksi Penampang akibat Shear Lag

Koefisien Reduksi Penampang

Luas Penampang Efektif: Ae = A x U

Luas Penampang Efektif: Ae = A x U

Luas Penampang Efektif: Ae = A x U

Luas Penampang Efektif: Ae = A x U

Luas Penampang Efektif: Ae = A x U

Luas Penampang Efektif

Luas Penampang Efektif

Luas Penampang Efektif

Kelangsingan Batang Tarik

Contoh: A. Kuat Tarik Rencana

Contoh: A. Kuat Tarik Rencana

Contoh: B. Disain Penampang

Contoh: B. Disain Penampang

Contoh: B. Disain Penampang

Contoh: B. Disain Penampang

Keruntuhan Geser Blok

Tipe Keruntuhan Geser Blok

Perencanaan Batang Tekan

Perencanaan Batang Tekan Kuat tekan komponen struktur yang memikul gaya tekan ditentukan: Bahan: Tegangan leleh Tegangan sisa Modulus elastisitas Geometri: Penampang Panjang komponen Kondisi ujung dan penopang

Perencanaan Batang Tekan Kondisi batas: Tercapainya batas kekuatan Tercapainya batas kestabilan (kondisi tekuk) Kondisi tekuk/batas kestabilan yang perlu diperhitungkan: Tekuk lokal elemen plat Tekuk lentur Tekuk torsi atau kombinasi lentur dan torsi

Kurva Kekuatan Kolom Hubungan antara Batas Kekuatan dan Batas Kestabilan

Batas Kekuatan (LRFD) Kapasitas Aksial Batang Tekan: Rn = Kekuatan nominal Q = Beban nominal f = Faktor reduksi kekuatan g = Faktor beban

Batas Kestabilan Inelastis Kapasitas Aksial Batang Tekan:

Batas Kestabilan Elastis Kapasitas Aksial Batang Tekan:

Batas Kekuatan dan Kestabilan Lentur

Panjang Tekuk dan Batas Kelangsingan Komponen struktur dengan gaya aksial murni umumnya merupakan komponen pada struktur segitiga (rangka-batang) atau merupakan komponen struktur dengan kedua ujung sendi. Untuk kasus-kasus ini, faktor panjang tekuk ditentukan tidak kurang dari panjang teoritisnya dari as-ke-as sambungan dengan komponen struktur lainnya. Untuk batang-batang yang direncanakan terhadap tekan, angka perbandingan kelangsingan dibatasi:

Faktor Panjang Tekuk Berbagai nilai K

Tekuk Lokal Tekuk lokal terjadi bila tegangan pada elemen-elemen penampang mencapai tegangan kritis pelat. Tegangan kritis plat tergantung dari perbandingan tebal dengan lebar, perbandingan panjang dan tebal, kondisi tumpuan dan sifat material. Perencanaan dapat disederhanakan dengan memilih perbandingan tebal dan lebar elemen penampang yang menjamin tekuk lokal tidak akan terjadi sebelum tekuk lentur. Hal ini diatur dalam peraturan dengan membatasi kelangsingan elemen penampang komponen struktur tekan: Besarnya ditentukan dalam Tabel 7.5-1 (Tata Cara Perencanaan Struktur Baja)

Tekuk Lentur-Torsi Pada umumnya kekuatan komponen struktur dengan beban aksial tekan murni ditentukan oleh tekuk lentur. Efisiensi sedikit berkurang apabila tekuk lokal terjadi sebelum tekuk lentur. Beberapa jenis penampang berdinding tipis seperti L, T, Z dan C yang umumnya mempunyai kekakuan torsi kecil, mungkin mengalami tekuk torsi atau kombinasi tekuk lentur-torsi Untuk kepraktisan perencanaan, peraturan tidak menyatakan perlu memeriksa kondisi tekuk torsi/lentur-torsi apabila tekuk lokal tidak terjadi kecuali untuk penampang L-ganda atau T Untuk komponen struktur dengan penampang L-ganda atau T harus dibandingkan kemungkinan terjadinya tekuk lentur pada kedua sumbu utama dengan tekuk torsi/lentur-torsi

Penampang Majemuk Komponen struktur yang terdiri dari beberapa elemen yang dihubungkan pada tempat-tempat tertentu, kekuatannya harus dihitung terhadap sumbu bahan dan sumbu bebas bahan.

Komponen Tekan: Contoh Soal 1

Komponen Tekan: Contoh Soal 1

Komponen Tekan: Contoh Soal 1

Komponen Tekan: Contoh Soal 2

Komponen Tekan: Contoh Soal 2

Komponen Tekan: Contoh Soal 2

Komponen Tekan: Contoh Soal 3

Komponen Tekan: Contoh Soal 3

Komponen Tekan: Contoh Soal 3

Perencanaan Balok (Elemen Lentur)

Penampang Baja untuk Balok

Perilaku Balok Lentur Batas kekuatan lentur Batas kekuatan geser Kapasitas momen elastis Kapasitas momen plastis Batas kekuatan geser

Perilaku Balok Lentur - Momen Balok mengalami momen lentur M, yang bekerja pada sumbu z, dimana z adalah sumbu utama ( y juga sumbu utama). Tidak ada gaya aksial, P = 0. Efek geser pada deformasi balok dan kriteria leleh diabaikan. Penampang balok awalnya tidak mempunyai tegangan (stress-free) atau tidak ada tegangan residual. Penampang balok adalah homogen (E, Fy sama), yaitu seluruh penampang terbuat dari material yang sama. Tidak terjadi ketidakstabilan/tekuk pada balok.

Perilaku Elastik - Momen Untuk perilaku elastis, sumbu netral (neutral axis, yNA) terletak pada titik berat penampang (centroid, y)

Perilaku Elastik - Momen

Perilaku Elastik - Momen

Perilaku Plastis - Momen

Perilaku Plastis - Momen

Perilaku Plastis - Momen

Penampang Balok Persegi Empat Homogen

Penampang Persegi Empat Homogen 1. Perilaku Elastis - Momen

Penampang Persegi Empat Homogen 1. Perilaku Elastis - Momen

Penampang Persegi Empat Homogen 2. Perilaku Plastis - Momen

Penampang Persegi Empat Homogen 2. Perilaku Plastis - Momen

Kapasitas Balok Lentur dan Shape Factor Shape factor atau faktor bentuk merupakan fungsi dari bentuk penampang. Shape factor dapat dihitung sebagai berikut: Secara fisik, shape factor menunjukkan tingkat efisiensi penampang ditinjau dari perbandingan kapasitas maksimum atau plastis terhadap kapasitas lelehnya. Beberapa nilai Shape Factor: Penampang Persegi Empat K = 1.5 Penampang I K = 1.14

Balok Lentur - Perencanaan Geser Vu < fv Vn fv = 0.90 Vu adalah gaya geser perlu (dari beban yang bekerja) Vn adalah kuat geser nominal, dihitung sebagai Vn = 0.6 fyw Aw Aw adalah luas penampang yang memikul geser fyw adalah tegangan leleh dari penampang yang memikul geser Untuk penampang persegi empat, Aw adalah luas total penampang, Aw = b x h Untuk penampang I, Aw dianggap disumbangkan hanya oleh plat badan (web), Aw = h x tw ; h = d – 2 tf (h adalah tinggi bersih plat badan) Batas kekuatan geser umumnya tidak menentukan, tetapi tetap harus dicek, terutama jika terdapat lubang atau gaya terpusat pada plat badan