1

Modul 1 : Bangunan Struktur Baja

Tujuan Umum:

- Mahasiswa memahami jenis baja dan tipe profil baja

- Mahasiswa memahami jenis-jenis bangunan struktur baja

- Mahasiswa memahami karakteristik bangunan struktur baja

- Mahasiswa memahami keunggulan dan kelemahan bangunan struktur baja

Pendahuluan

Baja tersedia dalam berbagai bentuk penampang yang sering dikenal dengan profil. Berdasarkan

cara pembentukan penampang profil baja, dikenal 2 macam baja, yaitu Hot Rolled Sections dan

Cold Rolled Sections. Baja tipe hot rolled section dibentuk (rolled) pada kondisi panas

sedangkan baja tipe cold rolled section dibentuk pada kondisi dingin. Contoh bentuk profil baja

dari masing-masing tipe baja ditunjukkan pada Gambar 1.1

Beam Column

Channel Angles

Tess Bulb flat

Shell Rail

Hollow sections

Channel sections

Zed sections

Special sections

Compound sections

2

Gambar 1.1 Gambar 10.1 Rotasi sambungan balok-kolom kakuBentuk profil baja tipe Hot dan

Cold Rolled Sections

Baja telah digunakan sebagai bahan konstruksi pada berbagai infrastruktur bangunan, antara

lain: bangunan gedung, jembatan, turap baja, dll.

1. Bangunan gedung struktur baja

Bangunan gedung struktur baja dijumpai pada bangunan workshop, stadion, struktur kilang

minyak lepas pantai, hotel, gudang, gedung perkantoran, dsb. Bangunan gedung struktur baja

memiliki struktur rangka utama dari baja, yaitu kolom, balok, lantai, atap, dll. Dikenal dua sistem

struktur rangka baja pada gedung, yaitu moment resisting frame dan braced frame. Dalam istilah

indonesia dikenal dengan struktur portal bergoyang dan tak-bergoyang.

Gambar 1.2

2. Jembatan baja

Dikenal berbagai tipe jembatan baja, yaitu:

- Jembatan Gelagar

Centre Pompidou, Paris, France

Opera de la Bastille, Paris, France

3

Gambar 1.3

4

Gambar 1.4

5

- Jembatan Rangka

Gambar 1.5 Jembatan Rangka

-

- Gambar 1.6 Jembatan Rangka

6

- Suspension Bridges

Gambar 1.7 Suspension Bridges

- Cable Stayed bridges

Gambar 1.8 Cable Stayed bridges

7

- Jembatan Kantilever

Gambar 1.9 Jembatan Kantilever

-

- Gambar 1.10 Jembatan Kantilever

8

-

- Jembatan Pelengkung

Gambar 1.11 Jembatan Pelengkung

- Turap baja

-

Gambar 1.12 Turap baja

9

3. Instalasi pengeboran minyak lepas pantai

Gambar 1.13 Instalasi pengeboran minyak lepas pantai

4. Keunggulan dan kelemahan

Gambar 1.14

10

Modul 2 : Karakteristik Baja

Tujuan Umum:

- Mahasiswa memahami perilaku tegangan regangan baja

- Mahasiswa memahami pengaruh temperatur terhadap baja

- Mahasiswa memahami tegangan sisa pada baja

- Mahasiswa memahami korosi pada struktur baja

Untuk memahami sifat-sifat baja struktural,kiranya perlu dipahami diagram tegangan-

regangan. Diagram ini menyajikan beberapa informasi penting tentang baja struktural dalam

berbagai tegangan.

1. Perilaku tegangan regangan (uji tarik) baja

Pengujian kuat tarik spesimen baja dapat dilakukan dengan universal testing machine

(UTM). Adapun bentuk spesimen untuk uji tarik dapat dilihat pada Gambar 2.1. Dengan mesin

itu spesimen ditarik dengan gaya yang berubah-ubah,dari nol diperbesar sedikit demi sedikit

sampai spesimen putus. Pada saat spesimen ditarik, besar gaya atau tegangan dan perubahan

panjang spesimen atau regangan dimonitor terus-menerus.

Gambar 2.1 Diagram tegangan-regangan baja

O

A B

F

E

C

D

f

11

2. Keuletan bahan

Diagram tegangan-regangan normal tipikal yang disajikan pada Gambar 2.2. memper-

lihatkan hubungan antara tegangan dan regangan pada OA linier. Pada fase tersebut pening-katan

tegangan proporssional dengan peningkatan regangan, sedang di atas A diagram sudah tidak lagi

linier yang berarti bahwa peningkatan tegangan sudah tidak proporsional dengan peningkatan

regangan. Oleh karena itu tegangan pada titik A disebut sebagai tegangan batas proporsional.

(proporsional limit) atau batas sebanding, dan biasa diberi notasi fp. Pada daerah proporsional

(OA) berlaku hukum Hooke yang dinyatakan dengan:

f = E

dengan : E = modulus elastisitas, f = tegangan dan = regangan

Sedikit di atas titik A terdapat titik B dengan tegangan fe yang merupakan tegangan batas elastis

bahan. Suatu spesimen yang dibebani tarikan sedemikian sehingga tegangannya belum

melampaui fe, sekalipun mengalami perubahan panjang, tetapi panjang spesimen itu akan

kembali seperti semula apabila beban dilepaskan. Apabila pembebanan telah dilakukan sehingga

tegangan yang terjadi melampaui fe, maka pada saat beban dilepaskan panjang spesimen tidak

dapat kembali sepenuhnya seperti panjang semula. Pada umumnya tegangan fp dan fe relatif

cukup dekat, sehingga seringkali kedua tegangan tersebut dianggap sama. Regangan () pada

saat spesimen baja putus dapat dikaitkan dengan sifat liat/ulet baja. Semakin tinggi regangan

yang dicapai pada saat spesimen putus, maka keuletan baja itu juga semakin tinggi. Pada

umunya regangan baja pada saat spesimen putus berkisar sekitar 150—200 kali regangan elastis

e. Setelah titik B tegangan melampaui fe, dan baja mulai leleh. Tegangan yang terjadi pada titik

B disebut sebagai tegangan leleh baja l. Pada saat leleh ini baja masih mempunyai tegangan,

berarti baja masih mampu memberikan reaksi atau perlawanan terhadap gaya tarik yang bekerja.

Seperti terlihat pada Gambar 2.2. kurva bagian leleh ini mula-mula mendekati datar, berarti

tidak ada tambahan tegangan sekalipun regangan bertambah terus. Hal ini menunjukkan

bahwa hukum Hooke sudah tidak berlaku lagi setelah fase leleh dicapai. Bagian kurva yang

datar ini berakhir pada saat mulai terjadi pengerasan regangan (strain hardening).di titik C,

tegangan naik lagi sehingga dicapai kuat tarik (tensile strength) di titik D. Setelah itu kurva

turun dan spesimen mengalami retak (fracture) di titik E.

12

Diagram tegangan-regangan seperti terlihat pada Gambar 2.2, dibuat berdasarkan data

yang diperoleh dari pengujian spesimen, dengan anggapan luas tampang spesimen tidak

mengalami perubahan selama pembebanan. Menurut hukum Hooke, suatu batang yang dibebani

tarikan secara uniaksial, luas tampangnya akan mengecil. Sebelum titik C, perubahan luas

tampang itu kurang signifikan, sehingga pengaruhnya dapat diabaikan, tetapi setelah sampai

pada fase pengerasan regangan, tampang mengalami penyempitan yang cukup berarti. Kalau

penyempitan itu diperhitungkan, akan diperoleh kurva dengan garis putus-putus (Gambar 2.1).

Tinggi tegangan pada titik-titik A, B, C, D, dan E tersebut di atas dipengaruhi oleh jenis baja.

Jika diperhatikan Gambar 2.2, maka terlihat bahwa bagian kurva untuk berbagai kualitas baja

pada fase proporsional terletak pada satu garis lurus. Hal ini memperlihatkan bahwa elastisitas

baja (E) tidak dipengaruhi oleh tinggi tegangan leleh.

Dengan memperhatikan regangan baja sebelum putus dapat diketahui apakah baja

mempunyai sifat ulet (daktail) atau sebaliknya. Dari Gambar 2.2 terlihat bahwa baja yang

mempunyai kuat tarik tinggi pada umumnya regangan batasnya rendah atau getas, sedang baja

yang kuat tariknya rendah mempunyai regangan batas yang tinggi sehingga dapat dinyatakan

daktail. Pada umumnya E baja berkisar antara 190 – 210 Gpa.

Gambar 2.2 Diagram tegangan-regangan tipikal berbagai baja struktural

f

13

Berdasarkan tinggi tegangan leleh, ASTM membagi baja dalam empat kelompok

sebagai berikut:

a. Carbon steels (baja karbon) dengan tegangan leleh 210—280 Mpa.

b. High-strength low-alloy steels (baja paduan rendah berkekuatantinggi) dengan

tegangan leleh 280 – 490 Mpa.

c. Heat treated carbon and high-strength low alloy steels (baja paduan rendah dengan

perlakuan karbon panas) mempunyai tegangan leleh 322 – 700 Mpa.

d. Heat-treated constructional alloy steels (baja struktural paduan rendah dengan

perlakuan panas) dengan tegangan leleh 630 – 700 Mpa.

Tabel 2.1 Tegangan leleh pada berbagai jenis baja

Jenis Baja Tegangan putus

minimum, fu

(MPa)

Tegangan leleh

minimum, yf

(MPa)

Peregangan

minimum

(%)

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BJ 50 500 290 16

BJ 55 550 410 13

3. Perilaku temperatur tinggi

Perilaku baja struktural pada pembebanan secara singkat dengan temperatur tinggi serupa

dengan perilaku baja pada temperatur ruangan, tetapi bentuk diagram tegangan-regangan dan

nilai-nilainya berubah menjadi lebih rendah. Pada temperatur di atas 93o C, diagram tegangan-

regangan menjadi non linier. Jika temperatur naik lagi antara 430o—540o C, maka penurunan

tegangan leleh maksimal.

14

Gambar 2.3 Diagram Kuat tarik dan tegangan leleh baja pada berbagai temperatur

Gambar 2.4 Diagram tegangan-regangan baja SM58 pada temperatur tinggi

15

Gambar 2.5 Diagram Modulus elastisitas baja pada berbagai temperatur

Gambar 2.6 Sketsa kurva creep

4. Pekerjaan dingin dan pengerasan tegangan

Dalam fabrikasi elemen struktur, berbagai macam bentuk profil seringkali dibuat dari

pelat datar yang dilekukkan secara dingin pada temperatur ruang. Pelaksanaan semacam

ini akan menyebabkan perubahan bentuk inelastis yang menimbulkan regangan sisa

(residual strain) dan disertai dengan tegangan sisa (residual stress). Untuk memberi

gambaran umum pengaruh perubahan bentuk secara dingin, ditinjau suatu spesimen yang

dibebani dengan tarikan sampai terjadi perubahan bentuk plastis. Pembebanan ini

16

dilakukan secara berulang-ulang. Tampak pada Gambar 2.7 bahwa setiap beban dilepas,

selalu ada regangan sisa, sehingga setelah pembebanan dilakukan beberapa kali dicapai

regangan batas bahan yang apabila spesimen dibebani lagi, spesimen akan putus.

Mengingat hal itu, maka dapat dipahami banwa sifat batang struktur yang dibentuk secara

dingin cukup rumit.

Gambar 2.7 Pengaruh pengerasan regangan

5. Kekuatan Letih (fatique)

Dalam praktek sering dijumpai batang-batang struktur yang dibebani secara berulang-

ulang sehingga suatu saat tegangan yang terjadi positif dan tinggi, sedang saat lain tegangannya

rendah atau nol, atau bahkan sampai negatif. Pembebanan secara berulang-ulang semacam ini

dapat mengakibatkan batang struktur putus sekalipun tegangan yang terjadi masih jauh dari

tegangan leleh. Putusnya batang karena tegangan berulang-ulang ini disebabkan oleh kelelahan

(fatigue). Pengujian kelelahan bahan di laboratorium dapat dilakukan dengan batang baja yang

dilenturkan dan diputar terhadap sumbunya.

17

Gambar 2.8 Sketsa Mesin putar spesimen

Gambar 2.9 Diagram tegangan leleh-N putar spesimen

18

Gambar 2.10 Diagram tegangan leleh-N tarik spesimen

6. Resistensi korosi dan baja lapuk

Jika pada permukaan baja gilas terdapat air yang mengandung oksigen, maka akan terjadi

reaksi yang mengubah bijih besi yang mempunyai potensi korosi rendah menjadi ferro

hidroksida yang larut dalam air. Larutan ini bercampur dengan oksigen yang ada di dalam air

menghasilkan ferri hidroksida (karat). Reaksi ini terulang seiring dengan perkembangan korosi.

Keadaan lingkungan dengan kombinasi air dan oksigen yang berubah-ubah, mempengaruhi

kecepatan dan perkembangan korosi. Jika tidak terdapat oksigen dan air, maka proses korosi

tidak akan berjalan.

Mengingat korosi dapat menimbulkan kerugian yang besar, maka upaya harus dilakukan

untuk mencegah proses korosi pada elemen-elemen struktur. Banyak riset telah dilakukan untuk

hal tersebut, beberapa metoda pencegahan korosi telah dikembangkan untuk mengengatasi

permasalahan korosi.

a. Metoda pencegahan korosi primair.

Biasanya metoda ini cukup mahal, yaitu dengan cara menambahkan elemen logam

tertentu untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, sebagai contoh stainless steel dan

weathering steel.

19

b. Metoda pencegahan korosi sekunder,

Pencegahan korosi sekunder dapat dilakukan dengan cara:

(1) Coating, dilakukan untuk mengisolasi permukaan baja terhadap air yang mengandung

oksigen. Hal ini dapat dilakukan dengan beberapa cara. Perlindungan sementara dapat dilakukan

dengan minyak atau paslin. Cara lain adalah dengan pengecatan yang perlu dilakukan secara

periodik. Perlindungan yang lebih permanen dapat dilakukan dengan lapisan logam lain, seperti

zink, timah, atau tembaga, dengan cara disepuh Perlindungan terhadap korosi ini juga dapat

dilakukan dengan cara lining dengan karet, plastik, atau porselin.

(2) Electric protection , dilakukan jika pencegahan korosi sangat diperlukan mengingat

elemen struktur itu tidak dapat direparasi, sebagai contoh adalah tiang pancang. Dalam hal ini

pencegahan dapat dilakukan dengan perlindungan katodik (cathodic protection).

Dua pertiga wilayah Indonesia terdiri atas lautan, mempunyai iklim tropis dengan

kelembaban yang relatif tinggi, sehingga lingkungan ini sangat korosif. Lingkungan yang sangat

korosif ini akan semakin agresif jika terdapat senyawa-senyawa polutan yang berasal dari

industri seperti belerang dioksida, chlorida, sulfat, debu, dan lain sebagainya. Senyawa-senyawa

tersebut akan mempercepat laju korosi logam di udara, termasuk laju korosi komponen bangunan

yang terbuat dari baja atau metal. Berikut ini akan diuraikan beberapa faktor yang ikut berperan

pada proses korosi.

c. Tegangan Sisa

Tegangan sisa (residual stress) adalah tegangan yang tertinggal pada batang struktur

setelah proses fabrikasi. Hal ini dapat dijelaskan oleh (i) pendinginan setelah penggilasn profil,

(ii) pengerjaan secara dingin, (iii) pelubangan atau pemotongan, dan (iv) pengelasan. Tegangan

sisa yang perlu diperhatikan adalah akibat pendinginan dan pengelasan. Tegangan sisa positif

biasanya berada pada pertemuan plat, sedang tegangan tekan terdapat pada bagian yang jauh dari

pertemuan plat itu. Beberapa contoh bentuk distribusi tegangan sisa pada tampang profil WF

dapat dilihat pada Gambar 2.11. Sesuai dengan persyaratan kesetim-bangan maka resultan gaya

dan momen yang terdapat pada tampang profil adalah nol.

20

Dalam analisis tampang secara plastis maka tegangan sisa tidak berpengaruh pada kekuatan

elemen struktur, baik pada batang tarik, batang tekan yang pendek (stocky culmns), maupun

batang lentur. Pada elemen struktur tekan tegangan sisa ini dapat mengakibatkan premature

buckling, sekalipun demikian penelitian Morisco (1986) memperlihatkan bahwa tegangan sisa

yang terdistribusi linier, dengan tegangan sisa ekstrim 30 persen dari tegangan leleh, hanya

menimbulkan penurunan kapasitas batang tekan dari profil WF, antara 0 sampai 4 persen. Dalam

analisis tampang secara plastis maka tegangan sisa tidak berpengaruh pada kekuatan elemen

struktur, baik pada batang tarik, batang tekan yang pendek (stocky culmns), maupun batang

lentur.

Pada elemen struktur tekan tegangan sisa ini dapat mengakibatkan premature buckling,

sekalipun demikian penelitian Morisco (1986) memperlihatkan bahwa tegangan sisa yang

terdistribusi linier, dengan tegangan sisa ekstrim 30 persen dari tegangan leleh, hanya

menimbulkan penurunan kapasitas batang tekan dari profil WF, antara 0 sampai 4 persen.

Gambar 2.11 Beberapa contoh distribusi tegangan sisa pada profil WF

Bentuk Profil

W 8x67

W 12x65

W 14x426

W 8x31

W 4x13

Distribusi Tegangan

Pada sayap

Distribusi Tegangan Pada badan

21

d. Retakan getas akibat efek temperatur, efek tegangan multiaksial, efek ketebalan,

efek pembebanan dinamik

Setelah temperatur diturunkan dengan tiba-tiba, maka peningkatan akan terjadi pada

tegangan leleh, kuat tarik, modulus elestisitas, dan tegangan lelah. Sebaliknya keuletan baja yang

diukur dari penyempitan tampang ataupun dari pertambahan panjang, turun akibat penurunan

temperatur. Lebih lanjut pada suatu temperatur tertentu yang relatif rendah, baja struktural

mungkin saja mengalami retak dengan sedikit atau tanpa perubahan bentuk plastis.

Keretakan yang terjadi karena tegangan tarik yang lebih rendah dari tegangan leleh, biasanya

disebut dengan keretakan getas. Keretakan getas (brittle fracture) umumnya terjadi pada baja

struktural jika terdapat kombinasi hal-hal yang merugikan dari tegangan tarik, antara lain laju

regangan pengaruh temperatur dan perubahan tampang secara mendadak. Perubahan bentuk

plastis hanya dapat terjadi jika terdapat tegangan geser. Tegangan geser selalu terjadi pada

pembebanan secara uniaksial atau biaksial, tetapi dalam tegangan triaksial dengan ketiga

tegangan sama besar tegangan geser menjadi nol. Oleh karena itu tegangan tarik triaksial

cenderung mengakibatkan keretakan getas, dan harus dihindari. Tegangan triaksial dapat terjadi

pada pembebanan uniaksial jika terdapat penyempitan tampang atau perubahan bentuk tampang

secara mendadak.

Keretakan getas dapat juga terjadi akibat pengerjaan secara dingin ataupun penuaan

regangan. Pembentukan secara dingin pengaruhnya dapat dikurangi dengan memilih jari-jari

pembentukan sedemikian sehingga regangan yang timbul terbatas.

Jika terdapat tegangan tarik sisa misalnya akibat pengelasan, maka tegangan sisa ini dapat

mengakibatkan tegangan yang jauh lebih besar dari tegangan akibat pembebanan. Keretakan

dapat terjadi jika tegangan sisa ini cukup tinggi. Untuk mengurangi pengaruh tegangan sisa, pada

baja struktural dapat dikenakan perlakuan panas (heat treatment).

22

Modul 3 : Konsep perencanaan struktur baja

Tujuan Umum:

- Mahasiswa memahami stabilitas struktur baja

- Mahasiswa memahami Kekuatan ultimit dan kekuatan nominal baja

- Mahasiswa memahami Perancangan kekuatan baja

- Mahasiswa memahami Konsep ASD dan LRFD

- Mahasiswa memahami pembebanan struktur baja

1. Stabilitas struktur

Tujuan dasar perencanaan struktur adalah menghasilkan struktur yang dapat dipergu-

nakan sesuai tujuan pembangunan secara aman, nyaman, ekonomis baik dalam pembuatan

maupun perawatan. Berbagai aturan perencanaan dibuat sebagai pentunjuk bagi perencanaan

agar dapat memenuhi tujuan dasar tersebut. Perencanaan kuno lebih didasarkan pada empiris,

sangat dipengaruhi pengalaman-pengalaman sebelumnya. Apabila pengalaman sebelumnya

menunjukkan bahwa ukuran-ukuran suatu struktur terlalu kecil sehingga bangunan roboh, maka

pada perencanaan berikutnya ukuran komponen struktur diperbesar, sebaliknya apabila

penggunaan ukuran batang struktur dapat menghasilkan bangunan yang kokoh, maka

perencanaan berikutnya cenderung dicoba ukuran yang lebih kecil agar diperoleh bangunan

yang lebih ekonomis.

2. Kekuatan ultimit dan kekuatan nominal

Teori elastis adalah teori yang pertama dipakai untuk perencanaan berdasarkan metoda

hitungan. Teori itu cukup lama dipakai dalam perencanaan struktur, bahkan sampai saat ini teori

tersebut masih banyak digunakan, sedang teori baru yang didasarkan pada kuat batas (teori

ultimit) secara berangsur-angsur menggantikannya

Prosedur perencanaan dengan kuat batas menuntut perencanaan untuk mempertim-

bangkan berbagai kondisi yang dapat ditetapkan sebagai kegagalan sesuai dengan kriteria kuat

batas. Dalam hal ini kegagalan dapat dibedakan dalam dua hal. Kegagalan jenis pertama terjadi

karena struktur kurang mampu menahan beban yang bekerja, sehingga terjadi keruntuhan.

Kegagalan ini sangat erat berkaitan dengan keselamatan, dan ditandai dengan terjadinya putus,

retak, lekukan, lengkungan, keruntuhan, atau ketidak stabilan elemen struktur. Dalam hal

23

tertentu, perlu juga dipertimbangkan kemungkinan kegagalan retak akibat kelelahan (fatigue)

atau retak karena bahan mempunyai sifat getas (brittle). Oleh karena itu dalam perencanaan

harus diperhitungkan berbagai beban yang mungkin akan bekerja pada bangunan yang akan

dibuat.

Kegagalan kedua terjadi karena struktur kurang mampu-layan, sehingga tidak dapat

difungsikan sesuai tujuan pembuatan. Suatu struktur yang kuat belum tentu mempunyai sifat

mampu-layan. Deformasi, lendutan, serta getaran yang berlebihan dapat merusakkan komponen

bangunan lain. Lendutan yang besar pada jembatan akan mengurangi kenyamanan penumpang

kendaraan yang lewat, menimbulkan kekhawatiran, menimbulkan gaya pusingan yang

memperberat beban. Selain itu lendutan yang berlebihan juga akan mengurangi keindahan

bangunan.

Sekalipun banyak kasus yang perlu dipertimbangkan di dalam perencanaan, dalam

banyak hal perencanaan cukup dilakukan berdasarkan kekuatan dan stabilitas, setelah itu baru

dilakukan pengecekan untuk meyakini bahwa lendutan tidak melampaui batas.

Dalam praktek, pengujian laboratorium tentang sifat mekanis bahan, seperti kuat tarik

dan tegangan leleh baja dari sejumlah sampel, hasilnya sangat bervariasi, sehingga kekuatan

struktur yang dihasilkan tentunya juga demikian. Selain itu, beban yang bekerja pada struktur

yang dirancang juga bervariasi. Dengan demikian perencanaan struktur menghadapi

permasalahan kuantitas yang tidak pasti, baik tentang kekuatan maupun besarnya beban.

Perhitungan harus dilakukan untuk meyakinkan bahwa pengaruh beban benar-benar tidak akan

melampaui batas kekuatan struktur, sehingga tidak terjadi keruntuhan. Pendekatan ini yang

disajikan secara skematis pada Gambar 3.1. memperlihatkan secara hipotetis kurva distribusi

frekuensi pengaruh beban serta kekuatan elemen struktur. Kedua kurva saling berpotongan,

menunjukkan bahwa pada daerah terarsir pengaruh beban lebih besar dari kekuatan elemen

struktur, sehingga struktur akan mengalami kegagalan. Kemungkinan kegagalan tersebut

memang ada, namun suatu resiko yang secara statistik dapat dipertanggung jawabkan harus

diambil, kalau tidak ingin suatu pemborosan.

24

Gambar 3.1 Probabilitas daya tahan dan efek beban

Prosedur perencanaan dengan kuat batas dapat diringkas sebagai berikut:

Tetapkan batas-batas yang perlu dicek berkaitan dengan perilaku struktur.

Pada setiap batas, tetapkan langkah-langkah tepat yang perlu dipertimbangkan.

Menggunakan model struktur yang tepat untuk perencanaan, dengan memper-hitungkan variasi

berbagai parameter, seperti perilaku bahan dan data geometri, periksa bahwa tidak ada satupun

batas yang terlampaui.

3. Perancangan kekuatan baja

Variabel beban/aksi adalah hanya salah satu aspek ketidak pastian yang berkaitan dengan

perilaku struktur. Satu aspek lain yang juga penting adalah variabel bahan struktur yang

berkaitan dengan kuat rancang. Untuk baja struktural, kuat rancang seringkali diperhitungkan

berdasarkan tegangan leleh atau tegangan batas. Kuat rancang ini didefinisikan sebagai kuat

karakteristik dibagi dengan suatu faktor aman parsial tertentu. Perilaku bahan yang lain adalah

modulus elastis (E), modulus geser (G), angka Poison ( ), serta koefiseien muai () akibat

perubahan temperatur.

4. Konsep ASD dan LRFD

ASD (Allowable Stress Design AISC-USA) merupakan konsep perancangan baja awal

yang hingga sekarang masih banyak diaplikasikan. Konsep Allowable Strength Design (ASD)

adalah: The nominal strength is divided by a safety factor and the resulting allowable strength is

then required to equal or exceed the required strength determined by structural analysis for the

appropriate ASD load combination specified by the applicable building code. Dalam ASD beban

25

diperhitungkan adalah beban kerja (working load). Gaya-gaya dalam yang terjadi pada elemen

dihitung dan dibandingkan dengan tegangan ijin bahan (allowable stress).

Konsep ASD sebelum tahun 2005.

Konsep ASD lama mengacu pada perencanaan elastis, yaitu memastikan semua tegangan

yang terjadi () di bawah tegangan ijin ( ). Adapun yang dimaksud dengan tegangan ijin adalah

tegangan leleh dibagi dengan safety faktor. Sehingga berlaku:

, di mana Fs

l , Fs adalah angka aman (safety factor)

AISC-ASD Code terakhir adalah tahun 1989, setelah itu tidak ada publikasi Code terbaru.

Code yang keluar berikutnya tahun 2005 adalah AISC-LRFD singkatan dari Load and

Resistance Factor Design. Konsep LRFD adalah: The nominal strength is multiplied by a

resistance factor, and the resulting design strength is then required to equal or exceed the

required strength determined by structural analysis for the appropriate LRFD load combination

specified by the applicable building code. Syarat kekuatan struktur adalah :

nu

nu

nu

VV

MM

PP

Pu, Mu dan Vu adalah gaya-gaya akibat beban terfaktor pada kombinasi pembebanan, dan

Pn, Mn dan Vn adalah gaya-gaya nominal hasil perhitungan daya dukung dari profil baja terpilih

ASD dan LRFD sebenarnya sama-sama memakai konsep perencanaan yang sama

menggunakan nominal strength hanya beda soal resistance factor, safety factor dan tentunya

juga load combination yang dipakai. Meskipun ketiga faktor tersebut berbeda, tetapi keduanya

telah dikalibrasi agar mempunyai tingkat keamanan yang sama terhadap suatu kondisi

pembebanan yang tertentu.

Dengan memperhitungkan kondisi inelastis maka perilaku keruntuhan struktur dapat

dideteksi terlebih dahulu, apakah perilakunya daktail atau tidak. Kondisi tersebut sangat penting

untuk mengantisipasi adanya beban tak terduga, yang mungkin saja bisa terjadi, contoh yang

umum adalah beban gempa, blasting (ledakan) dan sebagainya.

26

5. Model struktur

Model struktur baja untuk bangunan gedung berbentuk struktur portal penahan momen

(moment resisting frame), portal dengan sistem pengaku (braced frame), portal gabungan

(dengan dinding geser). Untuk struktur jembatan dapat berupa jembatan sistem gelagar

sederhana, gelagar menerus, struktur rangka, struktur kabel, dsb. Sedangkan pada struktur turap

berupa sistem kantilever dengan profil khusus turap yang memiliki kekakuan lateral yang tinggi.

Contoh-contoh model struktur untuk bangunan gedung ditunjukkan pada Gambar 3.2 di bawah

ini.

Gambar 3.2 Struktur portal baja gedung bertingkat

27

Gambar 3.3 Sistem rangka portal baja

6. Beban

Beban pada struktur dapat berupa gaya atau deformasi sebagai pengaruh temperatur atau

penurunan. Beban dapat dibedakan sebgai beban langsung dan tidak langsung, dapat bersifat

permanen seperti berat sendiri struktur serta perlengkapan tetap, dan beban tidak tetap, seperti

pengaruh angin, gempa, salju, tumbukan, ledakan, dan sebagainya.

28

Beban Berdasarkan SNI 2002

Perencanaan suatu struktur untuk keadaan-keadaan stabil batas, kekuatan batas, dan

kemampuan-layan batas harus memperhitungkan pengaruh-pengaruh dari aksi sebagai akibat

dari beban-beban berikut ini:

beban hidup dan mati seperti disyaratkan pada SNI 03-1727-1989 atau penggantinya;

untuk perencanaan keran (alat pengangkat), semua beban yang relevan yang disyaratkan pada

SNI 03-1727-1989, atau penggantinya;

untuk perencanaan pelataran tetap, lorong pejalan kaki, tangga, semua beban yang relevan yang

disyaratkan pada SNI 03-1727-1989, atau penggantinya;

untuk perencanaan lift, semua beban yang relevan yang disyaratkan pada SNI 03-1727-1989,

atau penggantinya;

pembebanan gempa sesuai dengan SNI 03-1726-1989, atau penggantinya;

beban-beban khusus lainnya, sesuai dengan kebutuhan.

Kombinasi Pembebanan

Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu memikul

semua kombinasi pembebanan di bawah ini:

1,4D

1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H)

1,2D + 1,6 (La atau H) + (L L atau 0,8W)

1,2D + 1,3 W + L L + 0,5 (La atau H)

1,2D 1,0E + L L

0,9D (1,3W atau 1,0E)

Keterangan:

D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding,

lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap

L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak

termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain

29

La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan

material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak

H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air

W adalah beban angin

E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726–1989, atau

penggantinya dengan,

L = 0,5 bila L < 5 kPa, dan L = 1 bila L 5 kPa.

Aksi-aksi lainnya

Setiap aksi yang dapat mempengaruhi kestabilan, kekuatan, dan kemampuan-layan struktur,

termasuk yang disebutkan di bawah ini, harus diperhitungkan:

gerakan-gerakan pondasi;

perubahan temperatur;

deformasi aksial akibat ketaksesuaian ukuran;

pengaruh-pengaruh dinamis;

pembebanan pelaksanaan.

Jika ada pengaruh struktural akibat beban yang ditimbulkan oleh fluida (F), tanah (S), genangan

air (P), dan/atau temperatur (T) harus ditinjau dalam kombinasi pembebanan di atas dengan

menggunakan faktor beban: 1,3F, 1,6S, 1,2P, dan 1,2T,sehingga menghasilkan kombinasi

pembebanan yang paling berbahaya.

Gaya-gaya horisontal minimum yang perlu diperhitungkan

Pada struktur bangunan berlantai banyak harus dianggap bekerja gaya-gaya horisontal fiktif

masing-masing sebesar 0,002 kali beban vertikal yang bekerja pada setiap lantai. Gaya-gaya

horisontal fiktif ini harus dianggap bekerja bersama-sama hanya dengan beban mati dan beban

hidup rencana dari SNI 03-1727-1989, atau penggantinya dan dibandingkan dengan Persamaan

2-5 dan 2-6 untuk keadaan-keadaan kekuatan batas dan kemam-puan-layan batas. Gaya-gaya

horisontal fiktif ini tidak boleh dimasukkan untuk keadaan kestabilan batas.

7. Keadaan kekuatan batas

Komponen struktur beserta sambungannya harus direncanakan untuk keadaan kekuatan batas

sebagai berikut:

30

beban-beban dan aksi-aksi harus ditentukan sesuai dengan Butir 2.6.1 dan 2.6.3 dan beban-

beban keadaan kekuatan batas harus ditentukan sesuai dengan Butir 2.6.2;

pengaruh-pengaruh aksi trfaktor (Ru) sebagai akibat dari beban-beban keadaan batas harus

ditentukan dengan analisis sesuai Butir 7;

kuat rencana (Rn) harus ditentukan dari kuat nominal (Rn), dikalikan dengan faktor reduksi

() yang tercantum pada Tabel 2-2;

semua komponen struktur dan sambugan harus direncanakan sedemikian rupa sehingga kuat

rencana (Rn) tidak kurang dari pengaruh aksi terfaktor (Ru), yaitu: Ru < Rn.

8. Keadaan kemampuan-layan batas

Sistem struktur dan komponen struktur harus direncanakan untuk mempunyai

kemampuan-layan batas dengan mengendalikan atau membatasi lendutan dan getaran

Kemampuan layan batas ini juga berlaku untuk setiap baut. Di samping itu untuk bangunan baja

diperlukan perlindungan terhadap korosi secukupnya. Kesemuanya itu harus sesuai dengan

persyaratan yang relevan pada.

Batas-batas lendutan

Batas-batas lendutan untuk keadaan kemampuan-layan batas harus sesuai dengan

struktur, fungsi penggunaan, sifat pembebanan, serta elemen-elemen yang didukung oleh

struktur tersebut. Batas lendutan maksimum diberikan dalam Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Batas lendutan maksimum1.

Komponen struktur dengan beban tidak

terfaktor

Beban tetap Beban

sementara

Balok pemikul dinding atau finishing

yang getas

L/360 -

Balok biasa L/240 -

Kolom dengan analisis orde pertama saja h/500 h/200

Kolom dengan analisis orde kedua h/300 h/200

31

Getaran balok-balok

Balok-balok yang mendukung lantai atau mesin-mesin harus diperiksa untuk meyakinkan

bahwa getaran yang diakibatkan oleh mesin-mesin atau lalu-lintas kendaraan atau pejalan kaki

tidak berakibat buruk terhadap kemampuan-layan struktur. Dalam hal ada kemungkinan bahwa

suatu bangunan harus menerima getaran yang diakibatkan misalnya oleh gaya-gaya angin atau

mesin-mesin, harus diambil tindakan untuk mencegah ketidaknyamanan atau perasaan tidak

aman, kerusakan terhadap struktur, atau gangguan terhadap fungsi asalnya.

Keadaan kemampuan-layan batas baut

Pada suatu sambungan yang harus menghindari terjadinya slip pada taraf beban rencana,

maka alat-alat sambung harus dipilih sesuai dengan sambungan tipe friksi dengan baut mutu

tinggi atau las.

Perlindungan terhadap korosi

Dalam hal pekerjaan baja pada suatu bangunan harus menghadapi lingkungan yang korosif,

pekerjaan baja tersebut harus diberi perlindungan terhadap korosi. Tingkat perlindungan yang

digunakan harus ditentukan berdasarkan pertimbangan atas fungsi bangunan, pemeliharaan, dan

kondisi iklim/cuaca serta kondisi setempat lainnya.

Keadaan kekuatan dan kemampuan-layan batas dengan percobaan beban

Dengan tidak mengabaikan berbagai persyaratan, keadaan kekuatan batas, keadaan kemampuan

layan batas suatu bangunan atau suatu komponen struktur atau sambungan dapat direncanakan

untuk keadaan kekuatan batas atau kemampuan-layan batas atau kedua-duanya, dengan

percobaan beban sesuai ketentuan. Bila prosedur alternatif ini yang diambil, persyaratan-

persyaratan yang relevan tetap berlaku.

Kebakaran

Bangunan, komponen-komponen struktur, dan sambungan-sambungannya harus direncanakan

sesuai dengan Butir 14 (SNI-2002).

32

Gempa

Dalam hal gempa menjadi suatu pertimbangan perencanaan , seperti yang ditentukan pada SNI

03-1726-1989, atau penggantinya, bangunan dan komponen-komponen strukturnya harus

direncanakan sesuai dengan Butir 15 (SNI-2002).

Persyaratan perencanaan lainnya

Persyaratan-persyaratan selain yang dinyatakan pada SNI-2002 Pasal 6.2.3, seperti perbedaan

penurunan, keruntuhan bertahap, dan semua persyaratan kinerja khusus, harus dipertimbangkan

bila relevan dan, bila dianggap perlu, harus diperhitungkan dalam perencanaan struktur sesuai

dengan prinsip-prinsip standar ini dan prinsip-prinsip rekayasa yang baku.

Tabel 3.2 Faktor reduksi () untuk keadaan kekuatan batas.

Kuat rencana untuk Butir SNI-2002

terkait

Faktor

reduksi

Komponen struktur yang memikul lentur:

balok

balok pelat berdinding penuh

pelat badan yang memikul geser

pelat badan pada tumpuan

pengaku

8.1, 8.2 & 8.3

8.4

8.8 & 8.9

8.10

8.11, 8.12, & 8.13

0,90

0,90

0,90

0,90

0,90

Komponen struktur yang memikul gaya

tekan aksial:

kuat penampang

kuat komponen struktur

9.1 & 9.2

9.1 & 9.3

0,85

0,85

Komponen struktur yang memikul gaya

tarik aksial:

terhadap kuat tarik leleh

terhadap kuat tarik fraktur

10.1 & 10.2

10.1 & 10.2

0,90

0,75

Komponen struktur yang memikul aksi-

aksi kombinasi:

kuat lentur atau geser

kuat tarik

kuat tekan

11.3 & 11.4

11.3 & 11.4

11.3 & 11.4

0,90

0,90

0,85

Komponen struktur komposit:

kuat tekan

kuat tumpu beton

kuat lentur dengan distribusi tegangan

plastik

kuat lentur dengan distribusi tegangan

elastik

12.3

12.3.4

12.4.2.1 &

12.4.2.3

12.4.2.1 & 12.4.3

0,85

0,60

0,85

0,90

33

Kuat rencana untuk Butir SNI-2002

terkait

Faktor

reduksi

Sambungan baut:

baut yang memikul geser

baut yang memikul tarik

baut yang memikul kombinasi geser dan

tarik

lapis yang memikul tumpu

13.2.2.1

13.2.2.2

13.2.2.3

13.2.2.4

0,75

0,75

0,75

0,75

Sambungan las:

las tumpul penetrasi penuh

las sudut dan las tumpul penetrasi

sebagian

las pengisi

13.5.2.7

13.5.3.10

13.5.4

0,90

0,75

0,75

34

Modul 4 dan Modul 5 : Batang tarik

Tujuan Umum:

- Memahami dasar perancangan struktur rangka batang

- Memahami konsep dasar perancangan batang tarik

- Memahami cara perancangan batang tarik

1. Batang Tarik

Pendahuluan

Struktur tarik adalah bagian dari struktur bangunan yang menerima beban normal tarik secara

aksial. Batang tarik terdapat pada bagian bangunan :

Struktur utama :

- Jembatan rangka

- Jembatan gantung

- Rangka kuda-kuda atap

- Rangka menara

Struktur sekunder :

- Ikatan angin atap/jembatan

- Ikatan rem pada jembatan

- Ikatan penggantung gording

2. Profil baja yang sering digunakan untuk batang tarik

Gambar 4.1 Profil baja untuk batang tarik

Batang bulat Plat strip Siku Siku ganda

Siku bertolak

belakang kanal Kanal ganda Kanal tersusun

Penampang W

(sayap lebar)

Penampang S

(standar Amerika)

Penampang boks

(tersusun)

35

3. Kuat tarik rencana

Batang tarik adalah batang yang mendukung gaya diakibatkan oleh bekerjanya gaya

tarik aksial pada ujung-ujung batang. Tahanan nominal komponen struktur tarik dapat

ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu :

– Leleh penampang pada daerah yang jauh dari sambungan

– Fraktur pada penampang efektif pada lubang-lubang baut di sambungan

– Keruntuhan blok geser pada lubang-lubang baut di sambungan

Gambar 4.2

Kapasitas tarik ditinjau dari kapasitas pada kondisi leleh dan pada kondisi perlemahan

akibat adanya sambungan. Berdasarkan SNI 03-1729-2002 dalam perancangan komponen

struktur kuat tarik rencana batang ϕNn harus lebih besar atau sama dengan gaya tarik aksial

terfaktor Nu:

nu NN 4.1

ϕNn nilai terendah di antara dua perhitungan menggunakan harga-harga ϕ dan ϕNn di bawah

ini:

0.9 =

ygn fAN 4.2

T1 T2

T2 > T1

T3 > T2 T3 > T2

T2 > T1

fy

fy

fy

fy

y

y

y y

36

dan

0.75 =

uen f AN 4.3

dengan:

Ag adalah luas penampang bruto, mm2

Ae adalah luas penampang efektif, mm2

fy adalah tegangan leleh, MPa

fu adalah tegangan tarik putus, MPa

4. Penampang efektif

Berdasarkan SNI 03-1729-2002 akibat adanya sambungan, batang tarik mengalami

pengurangan luas. Akibat pengurangan luasan, luas batang yang bekerja memikul gaya

disebut sebagai luas penampang efektif yang besarnya ditentukan berdasarkan jenis

sambungannya. Luas penampang efektif komponen struktur yang mengalami gaya tarik

ditentukan sebagai berikut:

Ae = AU 4.4

dengan: A = luas penampang profil baja, mm2

U = faktor reduksi = 1 - (x / L) ≤ 0.9, x adalah eksentrisitas sambungan,

jarak tegak lurus arah gaya tarik, antara titik berat penampang komponen yang

disambung dengan bidang sambungan, mm

a. Kasus gaya tarik hanya disalurkan oleh baut

1) A = Ant

adalah luas penampang netto terkecil antara potongan 1-3 dan potongan 1-2-3

Potongan 1-3: t d n - A A gnt 4.5

Potongan 1-2-3: u t s + t d n - A A gnt 4

2

4.6

37

Keterangan

gA : luas penampang bruto, mm2

t : tebal penampang, mm

d : diameter lubang, mm

n : banyaknya lubang dalam garis potongan

s : jarak antara sumbu lubang pada arah sejajar sumbu komponen

struktur, mm

u : jarak antara sumbu lubang pada arah tegak lurus sumbu komponen

struktur

Gambar 4.3 Pemotongan luas netto pada perlubangan profil (SNI-03-1729-2002)

2) Dalam suatu potongan jumlah luas lubang tidak boleh kurang 15% luas penampang

utuh.

b. Kasus gaya tarik disalurkan oleh las memanjang

Bila gaya tarik hanya disalurkan oleh pengelasan memanjang ke komponen

struktur yang bukan pelat, atau oleh kombinasi pengelasan memanjang dan melintang:

gAA : luas penampang bruto komponen struktur, mm2.

c. Kasus gaya tarik disalurkan oleh las melintang

Bila gaya tarik hanya disalurkan oleh pengelasan melintang:

A adalah jumlah luas penampang netto yang dihubungkan secara langsung dan U

sebesar 1.0

s

u

u Nu

1

2

3

tebal = t

Nu

38

d. Kasus gaya tarik disalurkan oleh las sepanjang dua sisi

Bila gaya tarik disalurkan ke sebuah komponen struktur pelat dengan pengelasan

sepanjang kedua sisi pada ujung pelat, dengan l > w:

A : luas pelat, mm2

untuk 2w > l > 1.5w U = 0.87 4.7

untuk 1.5w > l > w U = 0.75 4.8

Keterangan

l : panjang pengelasan, mm

w : lebar pelat (jarak antar sumbu pengelasan), mm

5. Batas Kelangsingan

Batas kelangsingan yang dianjurkan dalam peraturan ditentukan berdasarkan

pengalaman, engineering judgement, dan kondisi-kondisi praktis untuk :

– Menghindari kesulitan handling dan meminimalkan kerusakan dalam fabrikasi,

transportasi dan tahap konstruksi

– Menghindari kendor (sag yang berlebih) akibat berat sendiri batang

– Menghindari getaran

Batas kelangsingan, , ditentukan sebagai berikut :

max ≤ 240 ; untuk struktur utama

max ≤ 300 ; untuk struktur sekunder

Dimana : angka kelangsingan : = L/r

L = panjang batang tarik

r = jari-jari girasi = √(I/A)

Batas kelangsingan untuk batang bulat : L/D ≤ 500 ; D = diameter batang

39

Langkah-langkah dalam perencanaan batang tarik sebagai berikut: :

Gambar 4.4 Flow chart perencanaan batang tarik

MULAI

Batang Primer

Nu

Ya

Tidak

φ.Nn = 0,9.Ag.fy

atau

φ.Nn = 0,75.Ae.fu

Profil Dipakai

SELESAI

min

.

r

LKc ≤ 300

Ya

Tidak

min

.

r

LKc ≤ 240

Nu ≤ φ.Nn Tidak

Ya

Tidak

Baut:

d, n, l, x, s, g Profil :

hg, fy, fu, t, rmin, L

hn = hg - n.d + (s2/2.g)

An = hn . t

U = 1- (x/l) ≤ 0,9

Ae = An . U

40

Contoh hitungan batang tarik:

Gaya tarik = 2665,39 N

Lebar profil (b) = 60 mm

Tebal profil(t) = 6 mm

Tinggi total profil (hg) = 114 mm

rmin = 11,7 mm

Luas (Ag) = 691 mm2

Panjang batang (L) = 1087,30167 mm

fy = 245 Mpa

fu = 370 Mpa

E = 200000 Mpa

Diameter baut = 12,7 mm

Langkah perhitungan :

a. Menentukan faktor kelangsingan:

min

.

r

KL c < 300

3009,927,11

130167,1087

x , Oke

b. Menghitung besarnya nilai Nu:

Nn = Ag . fy

Nn = 691 x 245

Nn = 169295 N

Nu = φ x Nn = 0,9 x 169295

Nu = 152365,5 N

Nn = Ae . fu

Nn = An . U . fu

An = hn . t = (114 - (12,7 + 2)) x 6

An = 602,8 mm2

41

U = l

x1 , karena berada pada titik berat profil maka x diambil =0,9 (syarat

minimum)

U = 0,9

Nn = 602,8 x 0,9 x 370

Nn = 223036 N

Nu = φ x Nn

Nu = 0,75 x 223036

Nu = 150549,3 N

Digunakan nilai Nu = 150549,3 N

c. Cek kekuatan

Nu ≤ φ Nn

2665,39 < 150549,3 → Syarat kekuatan terpenuhi.

d. Cek terhadap luas bersih

Luas netto > 85% luas profil

(114 - (12,7 +2)) x tebal > 85% x 691

595,8 > 587,35 → Syarat luas terpenuhi.

42

Modul 6 dan Modul 7: Batang Tekan

Tujuan Umum:

- Memahami dasar perancangan struktur rangka batang

- Memahami pengaruh kelangsingan terhadap stabilitas batang

- Memahami konsep dasar perancangan batang tekan

- Memahami cara perancangan batang tekan tunggal

- Memahami cara perancangan batang tekan tersusun

1. Batang Tekan

Batang tekan adalah batang struktur yang mengalami gaya aksial tekan. Keadaan yang

sebenanya di konstruksi, batang yang mengalami gaya aksial tekan juga mengalami momen

lentur, gaya lintang, dan torsi. Beberapa contoh profil untuk batang tekan disajikan pada Gambar

6.1

Gambar 6.1 Profil untuk batang tekan

Pada struktur truss yang berpengaruh besar hanya gaya aksial tekan sehingga

perancangan batang tekan hanya memperhitungkan gaya aksial tekan saja. Mode

batang tekan tidak hanya disebabkan oleh kelelehan bahan tetapi juga disebabkan oleh

sepeti pada

43

Gambar 6.2

Gambar 6.2 Kurva hubungan λc dan fy batang tekan (SNI 03-1729-2002)

Akibat adanya tekuk, dalam perancangan batang tekan harus memperhitungan faktor

tekuk. Faktor tekuk memiliki keterkaitan dengan besarnya kelangsingan batang. Berdasarkan

SNI 03-1729-2002 suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban

terfaktor uN , harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

a. nnu NN

0.25 1.25

fcr

0

daerah leleh

daerah inelastik

) (fcr=fy) fy

λc

daerah elastik

) (fcr=fy)

44

Keterangan

n : faktor reduksi kekuatan batang tekan, n = 0.85

Nn : kuat tekan nominal komponen struktur

b. Syarat kelangsingan struktur tekan.

Kelangsingan komponen struktur tekan

200 .

c. Batang tersusun

Batang tekan sering dibuat sebagai batang tersusun yang dimana batang-batang utama

dihubungkan dengan pelat kopel atau batang diagonal. Beberapa konfigurasi batang tekan

tersusun disajikan pada Gambar 6.3. Komponen struktur tersusun dari beberapa elemen yang

disatukan pada seluruh panjangnya boleh dihitung sebagai komponen struktur tunggal. Pada

komponen struktur tersusun yang terdiri dari beberapa elemen yang dihubungkan pada tempat-

tempat tertentu, kekuatannya harus dihitung terhadap sumbu bahan dan sumbu bebas bahan.

Sumbu bahan adalah sumbu yang memotong semua elemen komponen struktur itu; sedangkan,

sumbu bebas bahan adalah sumbu yang sama sekali tidak, atau hanya memotong sebagian dari

elemen komponen struktur itu.

y

y

x x

l

l

a

m = 2

(a)

y

y

x x

l

l

a

m = 2

(b) (c)

y

y

x x

l

l

a

m = 2

(d)

x x

a y

m = 2

l

l

(e)

x x

l

l

m = 3

y

y

a a

(f)

x x

m = 4

y

y a a a l

l

45

Gambar 6.3 Batang tekan tersusun

Sumbu bahan adalah sumbu yang memotong semua elemen komponen struktur (Gambar 6.3)

xx adalah sumbu bahan,

yy adalah sumbu bebas bahan,

ll adalah sumbu minimum dari elemen komponen struktur,

adalah pelat kopel.

Kelangsingan pada arah tegak lurus sumbu xx dihitung dengan persamaan:

x

kxx

r

L

Keterangan:

Lkx adalah panjang tekuk komponen struktur tersusun pada arah tegak lurus sumbu xx,

dengan memperhatikan pengekang lateral yang ada, dan kondisi jepitan ujung-ujung

komponen struktur, mm

rx adalah jari-jari girasi komponen struktur tersusun terhadap sumbu x x, mm

Untuk batang tekan dengan profil tersusun dengan penghubung pelat kopel dan batang

diagonal harus memenui persyaratan

lx 2.1

liy 2.1 , dan

50 l , dengan

minr

Lk

x

kx

r

L

46

y

ky

r

L

minr

Lll

22

2lyiy

m

Lk adalah panjang tekuk batang tekan kLLk dengan k adalah faktor tekuk batang tekan yang

nilainya berdasarkan Tabel 6.1, m adalah jumlah profil tersusun dan rmin, rx, ry masing-masing

adalah jari-jari girasi minimum, jari-jari girasi sumbu x dan y.

Tabel 6.1 Faktor tekuk batang tekan (SNI-03-1729-2002)

l

l

Y

X

m=2

X

Y

l

l

47

Gambar 6.4 Penampang profil tunggal dan profil tersusun (SNI-03-1729-2002)

Nilai Nn

a. Untuk batang tekan profil tunggal kuat tekan batang adalah

yg

n

fAN

b. Untuk batang tekan profil tersusun nilai kuat tekan nominal diambil nilai terkecil dari

x

yg

n

fAN

iy

yg

n

fAN

dengan

2

c

25.12.1

67.06.1

43.12.125.0

125.0

cc

c

c

E

f

r

L ykc

2. Pelat Kopel

Untuk batang yang mengalami gaya yang besar perancangan profil tersusun dapat

diterapkan karena memiliki luasan dan momen inersia yang lebih besar. Pelat kopel berfungsi

untuk menyatukan profil-profil yang disusun menjadi kesatuan, sehingga batang mampu

48

memikul beban. Pada kondisi terpasang dalam struktur pelat kopel bekerja menahan gaya geser

dan momen lentur. Berdasarkan SNI-03-1729-2002 dalam perancangan pelat kopel harus

memenuhi persamaan :

1

110L

I

a

I p

Dan juga harus memenuhi persamaan

y

nw

f

Ek1.1

dengan

w

wt

h

hakn

/

55

Keterangan

Ip : momen inersia pelat kopel

a : jarak antara pusat luasan profil

I1 : momoen inersia minimum profil

L1 : jarak antar pelat kopel

t : tebal pelat kopel

h : tinggi pelat kopel

49

Gambar 6.5 Profil tersusun dihubungkan dengan pelat kopel (SNI-03-1729-2002)

Agar komponen struktur stabil maka nilai ix daniy pada persamaan harus memenuhi:

50iy

50ix

lix 2.1

liy 2.1

Pada komponen struktur tersusun yang tidak mempunyai sumbu bahan, harus dianggap bekerja

gaya lintang pada kedua arah sumbu penampangnya:

uxu ND 02.0

uyu ND 02.0

Kuat geser pelat kopel ditentukan dengan

wyn AfV 6.0

Sehingga rasio gaya geser yang bekerja dengan kuat geser yang telah dikalikan faktor reduksi ϕ

= 0.9 harus kurang dari satu

50

1n

u

V

V

3. Batang Diagonal

Batang tekan tersusun sering dibuat dengan penghubung batang utama dengan batang

diagonal sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.6. Terdapat beberapa orientasi pemasangan

batang diagonal.

Gambar 6.6 Batang tersusun dengan penghubung batang diagonal

51

Syarat kelangsingan adalah 22

2lyiy

m

Kelangsingan λl dihitung dengan:

2

3

aLzA

AL

ld

dl atau

lhld

dl

LA

Aa

aLzA

AL

22

3

4. Langkah-langkah perencanaan batang tekan digambarkan pada Gambar 6.7.

MULAI

Nu

L, rmin, E, fy, Ag, kc

E

fyc .

λ=

min

.

r

Lkc ≤ 200

λc ≤ 0,25

ω = 1

0,25 < λc < 1,2

c

.67,06,1

43,1

ω = 1,25.λc2

Ya

Ya Ya

Tidak Tidak

Tidak

φ.Nn = 0,85.Ag.(fy/ω)

Nu ≤ φ.Nn Tidak

52

Gambar 6.7 Flow Chart Perencanaan Batang Tekan

1. Contoh hitungan perencanaan batang tekan profil tunggal:

Diketahui:

Gaya tekan = 839,28 N

Lebar profil (b) = 60 mm

Tebal profil (t) = 6 mm

Tinggi total profil (hg) = 114 mm

rmin = 11,7 mm

Luas (Ag) = 691 mm2

Panjang batang (L) = 1087,30167 mm

fy = 245 Mpa

fu = 370 Mpa

E = 200000 Mpa

Diameter baut = 12,7 mm

53

Langkah perhitungan :

a. Menentukan faktor kelangsingan:

min

.

r

KL c < 200

2009,927,11

130167,1087

x , Oke

b. Menghitung nilai λc dan ω:

E

fyc .

510.2

245.

9,92

c

λc = 1,035, karena nilak λc berada diantara 0,25 dan 1,2 , maka besarnya ω dihitung

dengan rumus berikut :

035,167,06,1

43,1

.67,06,1

43,1

xc

ω = 1,6

c. Cek kekuatan

Nu ≤ φ Nn

839,28 N < 0,85 x Nn

0,85 x Nn = 0,85 x

y

g

fA .

0,85 x 6,1

245691x= 91203,209 > 839,28 N, Syarat kekuatan terpenuhi.

2. Contoh hitungan batang tersusun dengan plat kopel

Sebuah kolom dengan ujung-ujung berupa sendi memiliki panjang 5 m. Kolom

mendukung beban sentris 450 KN. Kolom tersebut dirancang dengan dua buah profil kanal yang

dirangkai dengan plat kopel. Baja yang digunakan mutu BJ 37 dengan fy = 240 MPa. Tentukan

ukuran profil kanal yang memenuhi syarat.

70 mm 140 mm

18

0 m

m

70 mm

280 mm

X

Y

54

Gambar 6.8

Penyelesaian:

Pada kasus ini ukuran profil yang akan digunakan ditentukan secara coba-coba.

Meskipun demikian untuk awal penentuan dapat dilakukan pendekatan dengan cara menghitung

kebutuhan luas penampang profil yang didasarkan pada tegangan leleh baja, yu f/NA . Luas

A selanjutnya dibagi 2 (profil dobel) yang dicari profil dengan luas penampang > A/2.

Dicoba ukuran profil C18

Data (dari tabel)

A = 2800 mm2

h = 180 mm

b = 70 mm

e = 19,2 mm

Ix = 1350.104 mm

4

Iy = 114.104 mm

4

ix = 69,5 mm

iy = 20,2 mm

Penampang tersusun

Ix = 2.1350.104 = 2700.10

4 mm

4

Atotal = 2.2800 = 5600 mm2

Perhitungan tekuk arah sumbu x – x :

55

5600

10.2700

A

Ii

4

total

xx = 69,5 mm

9424,715,69

5000

i

L

x

kxx

7932,0200000

2409424,71

E

fyixc

Nilai c terletak antara 0,25 < c < 1,2 sehingga nilai c

ix67,06,1

43,1

7932,0.67,06,1

43,1ix

= 1,3383

773,243.004.13383,1

240.5600.

ix

yg

n

fAN

N = 1004,243 KN > 450 KN ..... Ok

Perhitungan tekuk arah sumbu y – y:

Iy = 2.114.104 + 2.2800 (140/2 + 19,2)

2 = 46837184 mm

4

45372,915600

46837184

A

Ii

total

y

y

6725,5445372,91

5000

i

L

y

ky

y

Dirancang iy = x

x

2

l

2yiy

2

m

9424,712

m6725,54

2

l

2 , nilai m = 2 maka dapat diperoleh,

l = 46,6614 ≤ 50

2,20

6614,46min

lll

L

i

L , diperoleh Ll = 944,580 mm

56

Jumlah plat kopel = 50000/944,580 + 1 = 6,2933 buah

Dibulatkan menjadi 7 buah plat kopel

Jarak antar plat kopel = 5000/7 = 714,2857 mm

l

3607,352,20

2857,714l < 50 ……. OK

Syarat: ix > 1,2 l

iy > 1,2 l

l < 50

Dibandingkan kembali nilai iy dan x

x = 71,9424

1111,653607,356725,54 22

iy

Diperoleh nilai iy < x maka yang menentukan adalah arah sumbu x - x.

3. Contoh hitungan perencanaan batang tersusun dirangkai batang diagonal

Sebuah kolom panjang 7,5 m dirancang sebagai batang tersusun dari 4 profil siku 110 x

110 x 10 mm. Batang perangkai dengan menggunakan batang diagonal dari plat ukuran

60x8mm2. Baja mutu BJ 37 dengan fy 240 MPa dan E = 200 GPa. Tentukan gaya aksial tekan

yang dapat didukung oleh kolom tersebut.

l

lx x

m = 2

2a

a

y

y

m* = 2

(a)

m* = 2

y

y

x x

l

lm = 2

(b)

m* = 2

m = 2

l

la

y

y

x x

(c)

x

m* = 2

m = 2

l

lx

y

y

a(d) m* = 4

m = 2

l

lx x

y

y

a

(e)

l

l

l

lx xx x

m = 2

2a

m = 2

2a

a

y

y

y

y

m* = 2

(a)

m* = 2

y

y

x x

l

lm = 2

(b)

m* = 2

y

y

x x

l

lm = 2

m* = 2

y

y

x x

m* = 2

y

y

y

y

x xx x

l

lm = 2

l

l

l

lm = 2

(b)

m* = 2

m = 2

l

la

y

y

x x

(c)

m* = 2

m = 2

l

la

y

y

x x

m* = 2

m = 2

l

la

y

y

x x

m = 2

l

l

l

laa

y

y

y

y

x xx x

(c)

x

m* = 2

m = 2

l

lx

y

y

a(d)m* = 2

m = 2

l

l

l

lxx

y

y

y

y

aaa(d) m* = 4

m = 2

l

lx x

y

y

a

(e) m* = 4

m = 2

l

lx x

y

y

a

(e) m* = 4

m = 2

l

lx x

y

y

a

m* = 4

m = 2

l

l

l

lx xx x

y

y

y

y

aa

(e)

300 mm

25

0 m

m

57

Gambar 6.9

Penyelesaian:

Batang tersusun tidak memiliki sumbu bahan.

Berdasarkan tabel profil diperoleh data profil siku 110x110x10 mm sebagai berikut:

iy = iy = 33,6 mm Ix = Iy = 239.104 mm

4

i = 21,6 mm A = 2120 mm2

i = 42,3 mm ex = ey = 30,7 mm

Perhitungan nilai Inersia profil tersusun yang tidak memiliki sumbu bahan:

Atotal = 4.2120 mm2 = 8480 mm

2

Ix = 4.239.104 + 4.2120.(125 – 30,7)

2 = 84,9683.10

6 mm

4

Iy = 4.239.104 + 4.2120.(150 – 30,7)

2 = 130,2515.10

6 mm

4

0092,1008480

10.9683,84

A

Ii

6

total

xx mm

9348,1238480

10.2515,130

A

Ii

6

total

y

y mm

Tekuk tegak lurus terhadap sumbu x – x adalah;

58

2

l

2xix

2

m untuk soal ini nilai m = 4

9257,740092,100

75000

i

L

x

kxx

Nilai l diambil berdasar rumus :

2

ld

3

dl

a.L.zA

L.A , untuk soal ini nilai z = 2

3603,269)7,30.2300(125L 22

d mm

ax = (250 – 2.30,7) = 188,600 mm

luas batang diagonal (Ad) = 60.8 =480 mm2

8421,13600,188.250.480.2

3603,269.84802

3

l mm

Luas batang tersusun = 2120 mm2

7939,768421,132

4257,74 22

ix

Syarat ix > 1,2 l

76,7939 > 16,6105 memenuhi...!

Tekuk tegak lurus terhadap sumbu y – y adalah sbb:

2

l

2yiy

2

m

5157,609348,123

75000

i

L

y

ky

y

2630,226)7,30.2250(125L 22

d mm

59

ay = (300 – 2.30,7) = 238,600 mm

4291,8600.238.250.480.2

3630,226.84802

3

l

6786,614291,82

45157,60 22

iy

Syarat iy > 1,2 l

61,6786 > 10,1149 memenuhi syarat...!

Diperoleh ix > iy sehingga ix menentukan.

E

f

r

L y

y

ky

c

karena Lky/ry adalah y sudah terhitung sebagai iy maka persamaan dapat ditulis

sebagai:

E

fyiy

c

. Pada kasus ini tekuk arah x – x lebih menentukan sehingga nilai ix yang lebih

menentukan, maka E

fyixc

200000

2407939,76c

= 0,8464

Nilai c terletak antara 0,25 < c < 1,2 sehingga nilai c

ix67,06,1

43,1

8464,0.67,06,1

43,1ix

= 1,3844

sehingga kemampuan dukung tekan batang tersusun dihitung sbb:

026.470.13844,1

240.8480.

ix

yg

n

fAN

N = 1470,026 KN

Nu = Nn → dengan = 0,85 (untuk komponen tekan), diperoleh

Nu = 0,85.1470,026 KN = 1249,522 KN

Jadi, kemampuan dukung ultimit batang tekan tersusun terhadap beban tekan sentris adalah

sebesar 1249,522 KN.

60

Selanjutnya perlu dihitung persyaratan adanya syarat kuat perlu untuk batang diagonal yang

mendukung gaya sebesar nSin

DS u

u (pada kasus ini n = 2). Gaya ini selanjutnya digunakan

untuk ceking stabilitas batang diagonal, terutama stabilitas terhadap gaya tekan. Panjang batang

diagonal dihitung guna menentukan kelangsingan. Dari kelangsingan dapat ditentukan .

Selanjutnya kuat dukung batang diagonal (Nud) dapat dihitung dan diperbandingkan dengan Su.

Syarat Nud > Su. Pada soal ini, besarnya Du tidak diketahui sehingga persyaratan stabilitas batang

diagonal tidak dapat dihitung.

61

Modul 8 : Batang Tekan Berdasarkan AISC LRFD dan SNI 2002

1. Batang Tekan

Batang tekan adalah batang struktur yang mengalami gaya aksial tekan. Keadaan

sebenanya di konstruksi, batang yang mengalami gaya aksial tekan juga mengalami

lentur, gaya lintang, dan torsi. Pada struktur truss yang berpengaruh besar hanya gaya

tekan sehingga perancangan batang tekan hanya memperhitungkan gaya aksial tekan

Mode kelelehan batang tekan tidak hanya disebabkan oleh kelelehan bahan tetapi juga

disebabkan oleh tekukan sepeti pada .

Gambar 8.1 Kurva kelelehan batang tekan (SNI 03-1729-2002)

Akibat adanya tekuk, dalam perancangan batang tekan harus memperhitungan faktor

tekuk. Faktor tekuk memiliki keterkaitan dengan besarnya kelangsingan batang. Berdasarkan

SNI 03-1729-2002 suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris akibat beban

terfaktor uN , harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

a. nnu NN

Keterangan

n : faktor reduksi kekuatan batang tekan, n = 0.85

Nn : kuat tekan nominal komponen struktur

0.25 1.25

fcr

0

daerah leleh

daerah inelastik

) (fcr=fy) fy

λc

daerah elastik

) (fcr=fy)

62

b. Syarat kelangsingan struktur tekan.

Kelangsingan komponen struktur tekan

200 .

Untuk batang tekan dengan profil tersusun dengan penghubung pelat kopel harus memenui

persyaratan

lx 2.1

liy 2.1

dan

50 l

dengan

minr

Lk 8.1

x

kx

r

L

8.2

y

ky

r

L

8.3

minr

Lll

8.4

22

2lyiy

m

8.5

Lk adalah panjang tekuk batang tekan kLLk dengan k adalah faktor tekuk batang tekan

yang nilainya berdasarkan Tabel 8.1, m adalah jumlah profil tersusun dan rmin, rx, ry masing-

masing adalah jari-jari girasi minimum, jari-jari girasi sumbu x dan y.

63

Tabel 8.1 Faktor tekuk batang tekan (SNI-03-1729-2002)

Gambar 8.2 Penampang profil tunggal dan profil tersusun (SNI-03-1729-2002)

64

Nilai Nn

Untuk batang tekan profil tunggal kuat tekan batang adalah

yg

n

fAN

8.6

Untuk batang tekan profil tersusun nilai kuat tekan nominal diambil nilai terkecil dari

x

yg

n

fAN

iy

yg

n

fAN

dengan

2

c

25.12.1

67.06.1

43.12.125.0

125.0

cc

c

c

8.7

E

f

r

L ykc

8.8

65

Modul 9 : Sambungan Baut I

1. Penjelasan Umum

Struktur baja tersusun dari batang-batang yang dibuat secara fabrikasi ataupun di

bengkel dengan panjang tertentu. Pelaksanaan konstruksi struktur baja berupa perakitan

batang-batang baja yang sudah ditentukan dimensinya. Berbeda dengan struktur beton,

dimana pelaksanaannya berupa perakitan tulangan dan pengecoran beton ditempat.

Sehingga terdapat perbedaan pada kedua tipe struktur tersebut. Struktur beton bersifat

monolit antar elemen struktur sehingga tidak perlu komponen sambungan, sedangkan

struktur baja memerlukan komponen sambungan.

Berikut adalah beberapa hal yang menyebabkan diperlukannya sambungan;

a. Batang kurang panjang

Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa struktur baja terbatas dengan panjang

batang baja yang dapat disediakan.

b. Untuk meneruskan gaya dari elemen satu ke elemen lain

Struktur gelagar jembatan baja memiliki komponen berupa gelagar melintang yang

mendukung beban dari pelat lantai jembatan selanjutnya beban diteruskan ke gelagar

memanjang untuk disalurkan ke tumpuan. Antara gelagar melintang dan memanjang

diperlukan komponen sambungan.

c. Sambungan struktur truss

Struktur truss terdiri dari batang-batang baja yang disusun memenuhi kaidah

kesetabilan struktur untuk mendukung gaya-gaya aksial murni. Join-join dari struktur

truss merupakan sambungan yang mampu mendukung beban dari batang-batang

struktur.

d. Sambungan sebagai sendi

Tumpuan struktur jembatan baja biasanya berupa sendi dan rol. Untuk membuat

kondisi yang diidealisasikan sebagai sendi dan rol terlaksana di lapangan sambungan

dapat memberikan perilaku tersebut.

66

e. Sambungan untuk membentuk batang tersusun

Batang komponen struktur truss yang mengalami gaya aksial tidak begitu besar

namun tekuknya besar, perlu dibuat dengan batang tersusun. Batang tersusun terdiri

atas dua batang atau lebih yang disatukan untuk menghasilkan momen inersia yang

besar. Untuk menyatukan batang tersusun dipelukan sambungan.

f. Terdapat perubahan tampang

Pada struktur rafter, ujung balok yang menumpu kolom mengalami momen negatif

yang besar. Untuk menghemat kebutuhan baja, biasanya dimensi batang dipertebal

pada bagian yang mengalami momen negatif tersebut. Penebalan dilakukan dengan

menyambungkan batang yang sama dengan batang yang dipertebal dipotong secara

diagonal.

Sampai saat ini sambungan yang banyak ditemui pada struktur baja berupa

sambungan las, baut, dan paku keling.

2. Konsep Perancangan Sambungan

a. Kegagalan sambungan merupakan kegagalan struktur dalam memikul beban

b. Gaya yang bekerja tergantung dari pemodelan yang diidealisasikan;

Jepit

Sendi

Rol

3. Klasifikasi Sambungan

a. Sambungan kaku

Sambungan memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen

struktur yang disambung. Deformasi titik kumpul harus sedemikian rupa sehingga tidak terlalu

berpengaruh terhadap distribusi gaya maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur

67

Gambar 9.1 Sambungan kaku

b. Sambungan semi kaku

Sambungan tidak memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara

komponen struktur yang disambung, namun mampu memberi kekangan yang dapat diukur

terhadap perubahan sudut. Pada sambungan semi kaku, perhitungan kekakuan, penyebaran gaya,

dan deformasinya harus menggunakan analisis mekanika yang hasilnya didukung oleh percobaan

eksperimental

Gambar 9.2 Sambungan semi kaku

c. Sambungan sendi

Sambungan pada kedua ujung komponen yang disambung tidak ada momen.

Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang

68

diperlukan pada sambungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur

terhadap komponen struktur yang disambung. Detail sambungan harus mempunyai

kemampuan rotasi yang cukup. Sambungan harus dapat memikul gaya reaksi yang

bekerja pada eksentrisitas yang sesuai dengan detail sambungannya.

Gambar 9.3 Sambungan sendi

4. Kuat Rencana Sambungan Baut

Pada struktur truss sambungan baut bekerja menyalurkan gaya aksial pada batang

ke pelat buhul. Baut dipasang di lubang yang disediakan secara tegak lurus terhadap

pelat buhul dan batang. Jumlah baut dalam sambungan minimal ada 2 buah. Pada

kondisi layan baut mengalami gaya geser sedangkan lubang profil dan pelat buhul

mengalami gaya desak. Dalam perancangan sambungan baut harus dilakukan analisis

terhadap kuat geser dan kuat tumpu.

Berdasarkan persyaratan SNI 03-1729-2002 suatu baut memikul beban

terfaktor, Ru.

nu RR

b

b

un AfnrR 1

Keterangan ϕ : faktor reduksi kekuatan

Rn : Kapasitas geser nominal baut

r1 = 0,5 untuk koefisien baut tanpa ulir pada bidang geser

r2 = 0,4 untuk koefisien baut ulir pada bidang geser

f ub : kuat tarik baut (MPa)

Ab : luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir

n : jumlah baut

69

Kapasitas tumpu baut dirumuskan

upbn ftdR 4,2

Keterangan fub : kuat tarik baut (MPa)

db : diameter baut pada daerah tak berulir

tp : tebal pelat

fu : kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat

5. Sambungan Batang Aksial Murni

Sambungan ini banyak dijumpai pada struktur truss. Gaya aksial yang bekerja

pada batang diteruskan oleh sistem sambungan untuk didistribusikan ke batang lain

melalui titik buhul. Kekuatan sambungan ditentukan oleh kapasitas geser dan tumpu dari

masing-masing baut. Ilustrasi mekanisme sambungan batang aksial murni disajikan pada

Gambar 9.4.

b

uu

uub

m

TR

TRm

Dengan: mb = jumlah baut

Ru = Beban terfaktor tiap baut

Tu = Gaya aksial terfaktor

Gambar 9.4 Sambungan batang aksial murni

6. Pengurangan Luas Penampang Batang Tarik Akibat Sambungan Baut

Berdasarkan SNI 03-1729-2002 akibat adanya sambungan, batang tarik

mengalami pengurangan luas. Akibat pengurangan luasan, luas batang yang bekerja

memikul gaya disebut sebagai luas penampang efektif yang besarnya ditentukan

70

berdasarkan jenis sambungannya. Luas penampang efektif komponen struktur yang

mengalami gaya tarik ditentukan sebagai berikut:

Ae = AU

dengan:

A = luas penampang profil baja, mm2

U = faktor reduksi = 1 - (x / L) ≤ 0,9, x adalah eksentrisitas sambungan, jarak

tegak lurus arah gaya tarik, antara titik berat penampang komponen yang

disambung dengan bidang sambungan, mm

Kasus gaya tarik hanya disalurkan oleh baut

A = Ant

adalah luas penampang netto terkecil antara potongan 1-3 dan

potongan 1-2-3

Potongan 1-3: t d n - A A gnt

Potongan 1-2-3: u t s + t d n - A A gnt 4

2

Keterangan

Ag : luas penampang bruto, mm2

t : tebal penampang, mm

d : diameter lubang, mm

n : banyaknya lubang dalam garis potongan

s : jarak antara sumbu lubang pada arah sejajar sumbu

komponen struktur, mm

u : jarak antara sumbu lubang pada arah tegak lurus sumbu

komponen struktur

Gambar 9.5 Pemotongan luas netto pada perlubangan profil (SNI-03-1729-2002)

71

Dalam suatu potongan jumlah luas lubang tidak boleh kurang 15% luas penampang

utuh.

7. Tata Letak Baut

a. Jarak antar baut

Jarak antar baut (s) lebih besar dari tiga kali diameter baut (db), dan lebih kecil dari

lima belas kali tebal pelat paling tipis (tp) dan kurang dari 200 mm.

3db < s < 15tp dan 200 mm

b. Jarak tepi baut

Jarak minimum baut terhadap tepi sambungan (s1) ditentukan seperti pada Tabel 9.1

Tabel 9.1

Tepi dipotong dengan

tangan

Tepi dipotong dengan

mesin

Tepi profil bukan hasil

potongan

1,75 db 1,50 db 1,25 db

Dengan db adalah diameter baut yang tak berulir

Jarak maksimum baut maksimum untuk arah sejajar gaya aksial kurang dari empat

kali tebal pelat tertipis mm dalam sambungan ditambah 100 dan kurang dari 200

mm. Sedangkan untuk arah tegak lurus gaya harus lebih kecil dari dua belas kali

tebal pelat tertipis dalam sambungan dan kurang dari 150 mm.

1,5db < s1 < (4tp+100) dan 200 mm

1,5db < s2 < 12tp dan 150 mm

S = jarak antara baut

S1= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang terbebani

S2= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang tidak terbebani

Gambar 9.6 Jarak antar baut

72

c. Bagan Alir Perancangan Sambungan Baut

Gambar 9.7 Bagan alir perancangan sambungan yang mengalami gaya aksial

TIDAK

YA

Baca profil terpilih dari keluaran

d,t,fu

Input Beban Ultimit, Ru

Input properties baut; db, fub

Hitung jumlah baut berdasarkan kuat

rencana baut diambil terkecil dari

b

b

ubn AfrnmR 1

upbbn ftdmR 4.2

Jumlah baut minimal 2

(mb= 2)

un RR

mb= mb+1

Selesai

73

Modul 10 : Sambungan II

1. Penjelasan Umum

Struktur baja tersusun dari batang-batang yang dibuat secara fabrikasi ataupun di

bengkel dengan panjang tertentu. Pelaksanaan konstruksi struktur baja berupa perakitan

batang-batang baja yang sudah ditentukan dimensinya. Berbeda dengan struktur beton,

dimana pelaksanaannya berupa perakitan tulangan dan pengecoran beton ditempat.

Sehingga terdapat perbedaan pada kedua tipe struktur tersebut. Struktur beton bersifat

monolit antar elemen struktur sehingga tidak perlu komponen sambungan, sedangkan

struktur baja memerlukan komponen sambungan.

Berikut adalah beberapa hal yang menyebabkan diperlukannya sambungan;

a. Batang kurang panjang

Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa struktur baja terbatas dengan panjang

batang baja yang dapat disediakan.

b. Untuk meneruskan gaya dari elemen satu ke elemen lain

Struktur gelagar jembatan baja memiliki komponen berupa gelagar melintang yang

mendukung beban dari pelat lantai jembatan selanjutnya beban diteruskan ke gelagar

memanjang untuk disalurkan ke tumpuan. Antara gelagar melintang dan memanjang

diperlukan komponen sambungan.

c. Sambungan struktur truss

Struktur truss terdiri dari batang-batang baja yang disusun memenuhi kaidah

kesetabilan struktur untuk mendukung gaya-gaya aksial murni. Join-join dari struktur

truss merupakan sambungan yang mampu mendukung beban dari batang-batang

struktur.

d. Sambungan sebagai sendi

Tumpuan struktur jembatan baja biasanya berupa sendi dan rol. Untuk membuat

kondisi yang diidealisasikan sebagai sendi dan rol terlaksana di lapangan sambungan

dapat memberikan perilaku tersebut.

74

e. Sambungan untuk membentuk batang tersusun

Batang komponen struktur truss yang mengalami gaya aksial tidak begitu besar

namun tekuknya besar, perlu dibuat dengan batang tersusun. Batang tersusun terdiri

atas dua batang atau lebih yang disatukan untuk menghasilkan momen inersia yang

besar. Untuk menyatukan batang tersusun dipelukan sambungan.

f. Terdapat perubahan tampang

Pada struktur rafter, ujung balok yang menumpu kolom mengalami momen negatif

yang besar. Untuk menghemat kebutuhan baja, biasanya dimensi batang dipertebal

pada bagian yang mengalami momen negatif tersebut. Penebalan dilakuakan dengan

menyambungkan batang yang sama dengan batang yang dipertebal dipotong secara

diagonal.

Sampai saat ini sambungan yang banyak ditemui pada struktur baja berupa

sambungan las, baut, dan paku keling.

2. Konsep Perancangan Sambungan

Kegagalan sambungan merupakan kegagalan struktur dalam memikul beban

Gaya yang bekerja tergantung dari pemodelan yang diidealisasikan;

Jepit

Sendi

Rol

3. Klasifikasi Sambungan

a. Sambungan kaku

Sambungan memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara komponen

struktur yang disambung. Deformasi titik kumpul harus sedemikian rupa sehingga tidak terlalu

berpengaruh terhadap distribusi gaya maupun terhadap deformasi keseluruhan struktur. Momen

sambungan = 90 % sampai 100%.

75

Gambar 10.1 Rotasi sambungan balok-kolom kaku

Gambar 10.2. Sambungan balok-kolom kaku

b. Sambungan semi kaku

Sambungan tidak memiliki kekakuan cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara

komponen struktur yang disambung, namun mampu memberi kekangan yang dapat diukur

terhadap perubahan sudut. Pada sambungan semi kaku, perhitungan kekakuan, penyebaran gaya,

profil T atau potongan T T

Stiffener jika diperlukan

profil T atau potongan T T Profil L

Plat pengisi tipis untuk

menyesuaikan penambahan bidang

sambungan

Las tumpul

baut las

plat

Batang

penahan/ganjal

baut baut baut baut balok

baut

kolom

balok

baut

kolom profil T atau potongan T T

las

profil T atau potongan T T ᴦ

76

dan deformasinya harus menggunakan analisis mekanika yang hasilnya didukung oleh percobaan

eksperimental. Momen sambungan = 20% sampai 90%

Gambar 10.3. Rotasi sambungan semi kaku balok-kolom

Gambar 10.4 Sambungan semi kaku balok kolom

c. Sambungan sendi

Sambungan pada kedua ujung komponen yang disambung tidak ada momen.

Sambungan sendi harus dapat berubah bentuk agar memberikan rotasi yang

diperlukan pada sambungan. Sambungan tidak boleh mengakibatkan momen lentur

End plate

Las

Baut

Kolom

End plate Baut

Kolom

Profil L

Profil L

Plat beton Shear connection

Penulangan untuk memikul tarik

akibat momen

Baut mutu tinggi

HSB

Kolom

Balok

77

terhadap komponen struktur yang disambung. Detail sambungan harus mempunyai

kemampuan rotasi yang cukup. Sambungan harus dapat memikul gaya reaksi yang

bekerja pada eksentrisitas yang sesuai dengan detail sambungannya.

Gambar 10.5 Rotasi sambungan sendi balok-kolom

Bracing

78

Gambar 10.6. Sambungan sendi balok-kolom

4. Kuat Rencana Sambungan Baut

Pada struktur truss sambungan baut bekerja menyalurkan gaya aksial pada batang

ke pelat buhul. Baut dipasang di lubang yang disediakan secara tegak lurus terhadap

pelat buhul dan batang. Jumlah baut dalam sambungan minimal ada 2 buah. Pada

kondisi layan baut mengalami gaya geser sedangkan lubang pofil dan pelat buhul

mengalami gaya desak. Dalam perancangan sambungan baut harus dilakukan analisis

terhadap kuat geser dan kuat tumpu.

Berdasarakan persyaratan SNI 03-1729-2002 suatu baut memikul beban

terfaktor, Ru.

nu RR

b

b

un AfnrR 1

Keterangan ϕ : faktor reduksi kekuatan

profil T

Top L

Seat L

Baut

Baut Profil penguat Seat T

Top L

Las

T

79

Rn : Kapasitas geser nominal baut

r1 = 0,5 untuk koefisien baut tanpa ulir pada bidang geser

r2 = 0,4 untuk koefisien baut ulir pada bidang geser

f ub : kuat tarik baut (MPa)

Ab : luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir

n : jumlah baut

Kapasitas tumpu baut dirumuskan

upbn ftdR 4,2

Keterangan fub : kuat tarik baut (MPa)

db : diameter baut pada daerah tak berulir

tp : tebal pelat

fu : kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat

5. Sambungan Mendukung Momen

Baut mengalami geser dan tumpu

Sambungan yang mendukung momen dapat dijumpai pada hubungan balok-kolom struktur

kolom struktur portal kaku. Ketika memikul momen kelompok baut memberikan reaksi

yang membentuk momen perlawanan. Reaksi (Ri) tersebut mrupakan penjumlahan gaya

reaksi masing-masing baut dikalikan jarak baut terhadap pusat luasan baut (ri) . Ilustrasi

penjelasan ini disajikan pada

Gambar 10.7

maks

maks

Rr

rR 1

1

maks

maks

Rr

rR 2

2

maks

maks

Rr

rR 3

3

maks

maks

Rr

rR 6

6

maks

maks

Rr

rM

2

11

maks

maks

Rr

rM

2

22

maks

maks

Rr

rM

2

33

maks

maks

Rr

rM

2

66

80

Gambar 10.7 Sambungan yang Mendukung Momen

dengan: W : Beban luar

e : Eksentrisitas beban dengan pusat berat baut

Ri : Gaya yang dipikul tiap-tiap baut

Mi : Momen yang dipikul tiap-tiap baut

ri : Jarak baut terhadap pusat kelompok baut

ni

i

i

maks

maks

maks

maks rr

Rrrrr

r

RWeM

1

22

6

2

3

2

2

2

1 ......

ni

i

i

maksmaks

r

rMR

1

2

ni

i

ii

maksmaksh

yx

yMR

1

22 )(

ni

i

ii

maksmaksv

yx

xMR

1

22 )(

dmaksvmakshmaks Rn

WRRR

2

2

dmaksvmakshmaks Vn

WRRR

2

2

ni

i

iMM1

81

6. Tata Letak Baut

Jarak antar baut

Jarak antar baut (s) lebih besar dari tiga kali diameter baut (db), dan lebih kecil dari

lima belas kali tebal pelat paling tipis (tp) dan kurang dari 200 mm.

3db < s < 15tp dan 200 mm

Jarak tepi baut

Jarak minimum baut terhadap tepi sambungan (s1) ditentukan seperti pada Tabel

10.1

Tabel 10.1

Tepi dipotong dengan

tangan

Tepi dipotong dengan

mesin

Tepi profil bukan hasil

potongan

1,75 db 1,50 db 1,25 db

Dengan db adalah diameter baut yang tak berulir

Jarak maksimum baut maksimum untuk arah sejajar gaya aksial kurang dari empat

kali tebal pelat tertipis mm dalam sambungan ditambah 100 dan kurang dari 200

mm. Sedangkan untuk arah tegak lurus gaya harus lebih kecil dari dua belas kali

tebal pelat tertipis dalam sambungan dan kurang dari 150 mm.

1,5db < s1 < (4tp+100) dan 200 mm

1,5db < s2 < 12tp) dan 150 mm

S = jarak antara baut

82

S1= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang terbebani

S2= jarak antara baut terluar ke tepi plat yang tidak terbebani

Gambar 10.8 Jarak antar baut

83

Bagan Alir Perancangan Sambungan Baut

Gambar 10.9 Bagan alir perancangan sambungan

TIDAK

YA

Baca profil terpilih dari keluaran

d,t,fu

Input Beban Ultimit, Ru

Input properties baut; db, fub

Hitung jumlah baut berdasarkan kuat

rencana baut diambil terkecil dari

b

b

ubn AfrnmR 1

upbbn ftdmR 4.2

Jumlah baut minimal 2

(mb= 2)

un RR

mb= mb+1

Selesai

84

Gambar 10.10

Plat penyambung

Elemen yang

disambung

Elemen yang

disambung

Profil WF Profil WF

Plat pengisi Plat penyambung

Elemen yang

disambung

Elemen yang

disambung

Plat penyambung

Profil siku

Las memanjang

85

Baut mutu normal (baut hitam)

Sambungan baut dapat terbuat dari baut mutu normal atau tinggi.

Baut ini dibuat dari baja karbon rendah yang diidentifikasi sebagai A307,

Dan merupakan jenis baut yang paling murah

Namun baut ini belum tentu menghasilkan sambungan paling murah karena

banyaknya jumlah baut yang dibutuhkan pada suatu sambungan.

Pemakaian, terutama pada struktur yang ringan, batang sekunder atau pengaku,

platform, gording, rusuk dinding.

Mutu baut dapat dibaca di bagian kepala baut, misalnya tertulis 8.8 artinya

tegangan leleh baut = 8 x 8 x 100 = 6400 kg/cm2

Baut mutu normal dipasang kencang tangan, tanpa gaya tarik awal dan merupakan

tipe tumpu

Gambar 10.11 Contoh kepala baut

Merk

baut

Mutu

baut

86

Baut mutu tinggi / High tension bolt (HTB)

Sambungan baut mutu tinggi mengandalkan gaya tarik awal yang terjadi karena

pengencangan awal

Gaya tersebut akan memberikan friksi, sehingga sambungan baut mutu tinggi,

hingga taraf gaya tertentu dapat merupakan tipe friksi. Sambungan jenis ini baik

untuk gaya bolak balik.

Untuk taraf gaya yang lebih tinggi, sambungan tersebut merupakan tipe tumpu

Baut mutu tinggi dipasang dengan mula mula melakukan kencang tangan dan

diikuti dengan setengah putaran setelah kencang tangan. Atau menggunakan

kunci torsi yang telah dikalibrasi sehingga menghasilkan setengah putaran setelah

kencang tangan.

Diameter yang paling sering digunakan pada konstruksi gedung adalah ¾ inci dan

7/8 inci.

Diameter yang paling sering digunakan pada konstruksi jembatan adalah 7/8 inci

dan 1 inci.

Saat ini sambungan baut lebih ekonomis daripada keling.

Tabel 10.2 Spesifikasi baut dan paku keling

Baut Mutu db (mm) Proof Stress

(MPa)

Kuat tarik

min, fu

(MPa)

A307 Normal 6,35-10,4 - 60

A325 Tinggi 12,7-25,4 585 825

28,6-38,1 510 725

A490 Tinggi 12,7-38,1 825 1035

Keling Normal - 370

87

Perhitungan proof load

Perhitungan proof load adalah sebagai berikut :

proof load = Proof Stress x As

Di mana : db = diameter nominal baut

n = jumlah ulir per mm

Proof stress A307 adalah 70% x fu

Proof stress A490 adalah 80% x fu

Tabel 10.3 Data data teknis baut HTB

Baut Mutu

Tegangan geser

ijin

(kg/cm2)

Tegangan tarik ijin

(kg/cm2)

A307 Normal 960 1600

A325 Tinggi 1225 3080

A490 Tinggi 1540 3780

Tabel 10.4 Gaya pratarik awal

Diameter

HTB (mm)

A325

(ton)

A490

(ton)

12 5,3 6,7

16 8,5 10,7

19 12,5 15,6

22 17,3 21,8

25 22,7 28,5

29 24,9 35,6

32 31,6 45,4

35 37,8 53,8

88

`

Gambar 10.12

Extended

end plate

Las di bengkel Las di site

Las

Baut di site

Baut

Kolom

Las di site

Batang

penahan/ganjal Kolom

Plat penyambung

Kolom Las

Las

89

Modul 11 : Contoh Sambungan Baut

Contoh 1 Sambungan Baut :

Hitung Beban kerja tarik maksimum sambungan tipe tumpu berikut, yang menyatukan dua buah

pelat (BJ 37) berukuran 16 x 200 mm. Baut yang digunakan berdiameter 22 mm, fub = 825 Mpa

dan tanpa ulir dalam bidang geser. Beban hidup yang bekerja besarnya 3 kali beban mati

Gambar 11.1

Periksa kekuatan pelat terlebih dahulu, lakukan analisa seperti batang tarik

– Ag = 16(200) = 3200 mm2

– An = 3200 – 2 (22 _ 3,2) .16 = 2393,6 mm2

– Ae = An = 2393,6 mm

2

Leleh : Tn = fy Ag = 0,90 (240)(3200) = 69,12 ton

Fraktur : Tn = fu Ae = 0,75 (370)(2393,6) = 66,42 ton

Geser : Rn = 0,5 fub

m Ab = 0,75 (0,5) (825)(1)(1/4 222)

= 11,76 ton/baut

Tumpu : Rn = 2,4 db tp fup

= 0,75 (2,4) (22)(16)(370) = 23,44 ton/baut

200

16

40 75 40

T T

T T

90

Tahanan Geser menentukan, sehingga tahanan untuk 4 baut :

Tn = 4 x 11,76 = 47,04 ton

Dari 3 kemungkinan tersebut Tn = 47,04 ton yang menentukan

1,2 D + 1,6 (3D) = 6 D

D < 7,84 dan dan L < 23,52 ton

contoh 2 Sambungan Baut :

Pelat baja BJ 37 ukuran 200mmx10mm disambung dengan dua pelat 200mmx6mm,

menggunakan baut hitam diameter 19mm. Rencanakan sambungan tsb.

Diameter lubang = db + 1 = 20 mm

Dicoba dalam satu tampang ada dua baut

Lebar pelat neto bn = 200 – 2x20 = 160 mm

An = bn x t = 160 x 10 = 1600 mm2

Ag = 200 x 10 = 2000 mm2

Gambar 11.2

Nu = ff x An x fu = 0.75 x 1600 x 370 = 444000 N

Nu = ff x Ag x fy = 0.9 x 2000 x 240 = 432000 N

91

Kekuatan baut:

Ab = 2x0.25 x p x d2 = 2x0.25xpx19

2 = 567.059 mm

2

Kuat geser Vd = x r1 x fu x m x Ab

= 0,75x0,5x370x 2 x 567.059 = 78679.44 N

Kuat tumpu Rd = 2,4 db tp fu = 2,4x0,75x19x10x370

= 126540 N

Jumlah baut n = Nu / Vd = 5.49 6 buah

Contoh 3 Sambungan Baut :

Pelat baja BJ 37 ukuran 100mmx12mm disambung dengan dua pelat 100mmx8mm,

menggunakan baut hitam diameter 16mm. Rencanakan sambungan tsb.

Diameter lubang = db + 1 = 17 mm

Dicoba dalam satu tampang ada dua baut

Lebar pelat neto bn = 100 – 2x17 = 66 mm

An = bn x t = 66 x 12 = 792 mm2

Ag = 100 x 12 = 1200 mm2

Gambar 11.3

Nu = ff x An x fu = 0.75 x 792 x 370 = 219780 N

Nu = ff x Ag x fy = 0.9 x 1200 x 240 = 259200 N

92

Kekuatan baut:

Ab = 2 x 0.25 x p x d2 = 2x0.25xpx162 = 201.06 mm2

Kuat geser Vd = ff x r1 x fu x Ab = 0,75x0,5x370x201,06

= 55794,816 N

Kuat tumpu Rd = 2,4 ff db tp fu = 2,4x0,75x16x12x370

= 127872 N

Jumlah baut n = Nu / Vd = 3, 93 4 buah

93

Modul 12 : Sambungan Paku Keling (Riveted Joints)

Jenis sambungan dengan menggunakan paku keling, merupakan sambungan tetap karena

sambungan ini bila dibuka harus merusak paku kelingnya dan tidak bisa dipasang lagi, kecuali

mengganti paku kelingnya dengan yang baru.

Pemakaian paku keling ini digunakan untuk :

- Sambungan kuat dan rapat, pada konstruksi boiler ( boiler, tangki dan pipa-pipa tekanan

tinggi ).

- Sambungan kuat, pada konstruksi baja (bangunan, jembatan dan crane ).

- Sambungan rapat, pada tabung dan tangki ( tabung pendek, cerobong, pipa-pipa tekanan).

- Sambungan pengikat, untuk penutup chasis ( mis ; pesawat terbang).

Sambungan paku keling ini dibandingkan dengan sambungan las mempunyai keuntungan yaitu :

Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat.

Pemeriksaannya lebih mudah

Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari paku keling tersebut.

Bila dilihat dari bentuk pembebanannya, sambungan paku keling ini dibedakan yaitu :

Pembebanan tangensial.

Pembebanan eksentrik.

1. Pembebanan Tangensial

Pada jenis pembebanan tangensial ini, gaya yang bekerja terletak pada garis kerja

resultannya, sehingga pembebanannya terdistribusi secara merata kesetiap paku keling yang

digunakan.

Bila ditinjau dari jumlah deret dan baris paku keling yang digunakan, maka kampuh keling

dapat dibedakan yaitu :

a. Kampuh Bilah Tunggal dikeling Tunggal

94

b. Kampuh Bilah Tunggal dikeling Ganda

c. Kampuh Bilah Ganda dikeling Tunggal

d. Kampuh Bilah Ganda dikeling Ganda

Gambar 12.1

95

2. Perencanaan Sambungan Paku Keling

a. Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal

Gambar 12.2

Bila paku tersebut mendapat pembebanan seperti terlihat pada Gambar 12.2, maka seluruh

penampang dari paku tersebut akan putus tergeser bila tidak mampu menahan gaya luar yang

diberikan pada kedua ujung plat tersebut.

Tegangan yang terjadi pada penampang bahan yaitu :

Tegangan Geser :

)/( 2mmNA

Fg

Bila diameter paku adalah (d), maka luas penampang yang akan putus adalah :

4

. 2dA

Sehingga :

22 .

4

4

. d

F

d

F

A

Fg

96

Maka diameter paku keling :

g

Fd

.

.4

Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :

Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu

menahan gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu

tegangan tarik.

)/( 2mmNA

F

dimana :

= tegangan tarik izin

F = gaya luar yang bekerja

A = luas penampang plat yang akan putus.

Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :

A = ( b – d ) t

Maka : tdb

Ft

)(

Contoh soal :

Dua buah plat akan disambung dengan kampuh bilah tunggal dikeling tunggal, direncanakan

menerima beban sebesar 10 kN. Bila bahan plat mempunyai tegangan tarik izin 137,3 N/mm2

dan bahan paku dengan tegangan geser izinnya 109,8 N/mm2 serta tebal plat 4 mm.

Tentukanlah : a. Diameter paku keling yang sesuai.

b. Lebar plat yang dibutuhkan.

Penyelesaian :

Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 4mm

= 137,3 N/mm2

= 109,8 N/mm2

Ditanya : a) d ? b) b ?

97

Jawab : a.

g

Fd

.

.4 =

8,109.

10000.4

= 10,77 mm = 11 mm

b. mmbdt

Fb

tdb

F

t

t 2,29113,137.4

10000

.)(

b. Kampuh Bilah Tunggal Dikeling Tunggal Satu baris

Bila kampuh bila tunggal dikeling tungga satu baris seperti terlihat pada Gambar 12.3. Dimana

tegangan yang terjadi, pada paku keling yaitu :

A

Fg

Plat tersebut akan terpisah bila gaya luar (F) mampu memutuskan kedua luas penampang paku.

Bila jumlah paku (z) buah maka plat tersebut akan terpisah jika gaya (F) luar tidak mampu

memutuskan sebanyak luas penampang paku.

Gambar 12.3

98

Untuk luas penampang paku yang akan putus pada sistem pada sistem sambungan jenis ini sama

dengan jumlah paku yang dipergunakan ( z = n) yaitu :

A = n x luas penampang paku yang putus.

4

..

2dnA

Sehingga :

22 ..

4

4

..

dn

F

dn

F

A

Fg

Maka diameter paku keling :

gn

Fd

..

.4

Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :

Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah

paku dalam satu baris (z), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan

gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan

tarik.

)/( 2mmNA

F

dimana :

= tegangan tarik izin

F = gaya luar yang bekerja

A = luas penampang plat yang akan putus.

Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :

A = ( b – z.d ) t, dimana b = z.p

A = ( z.p – z.d) .t jadi A = z ( p – d) .t

Maka : dtz

Fp

tdpz

F

t

t

..).(

Biaya harga P = 3.d + 5 (mm)

99

Contoh Soal :

Dua buah plat akan disambung dengan kampuh bilah tunggal dikeling tunggal satu baris,

direncanakan menerima beban sebesar 10 kN. Bila bahan plat mempunyai tegangan tarik izin

137,3 N/mm2 dan bahan paku dengan tegangan geser izinnya 109,8 N/mm

2 , tebal plat 5 mm dan

jumlah paku yang digunakan sebanyak 2 buah.

Tentukanlah : a. Diameter paku keling yang sesuai.

b. Lebar plat yang dibutuhkan.

c. Jarak antara paku.

Penyelesaian :

Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 5 mm ; n=z = 2 buah

= 137,3 N/mm2

= 109,8 N/mm2

Ditanya : a) d ? b) b ? c) p ?

Jawab : a. ) Diameter paku keling

gn

Fd

..

.4=

8,109..2

10000.4

= 7,6 mm = 8 mm

b.) Jarak antara paku

p = 3. d + 5 (mm) = 3 (8) + 5 = 29 mm

Periksa ;

ttt mmNtdpz

F

2/505).829(2

10000

).(

50 N/mm2 < 137,8 N/mm

2 ---- Aman

c.) Lebar plat yang dibutuhkan :

b = z . p = 2 .(29mm) = 58 mm

100

c. Kampuh bilah tunggal dikeling ganda.

Gambar 12.4

Untuk jenis sambungan kampuh bilah tunggal di keling ganda seperti terlihat pada Gambar 12.4,

maka kedua plat tersebut terpisah bila mampu memutuskan dua baris penampang, jika jumlah

paku (n) buah maka paku terasabut akan putus tergeser, maka yang terjadi pada bahan adalah

tegangan geser.

A = n x luas penampang paku yang putus.

4

..

2dnA

Sehingga :

22 ..

4

4

..

dn

F

dn

F

A

Fg

101

Maka diameter paku keling :

gn

Fd

..

.4

Untuk menentukan ukuran plat yang sesuai yaitu :

Bila tebal plat (t) dan lebar plat (b), jarak antara masing-masing sumbu paku (p), dan jumlah

paku dalam satu baris (z1), maka plat tersebut akan putus tertarik, bila tidak mampu menahan

gaya luar yang diberikan. Sehingga tegangan yang terjadi pada penampang plat yaitu tegangan

tarik.

)/( 2mmNA

F

dimana :

= tegangan tarik izin

F = gaya luar yang bekerja

A = luas penampang plat yang akan putus.

Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :

A = ( b – z1.d ) t, dimana b = z1.p

A ( z1.p – z1.d) .t jadi A = z1 ( p – d) .t

Maka : dtz

Fp

tdpz

F

t

t

..).( 11

Biasaya harga P = 3.d + 5 (mm)

Contoh soal .

Dua buah plat disambung seperti terlihat pada Gambar 12.4 diatas dimana pada kedua ujungnya

bekerja gaya sebesar 10000( N ). Bila Tegangan yang di izinkan untuk plat 137.9 N/mm2

tegangan geser izin untuk bahan paku 109.8 N/mm2 . Jumlah paku keling yang di gunakan

berjumlah 6 buah serta ketebalan plat 5 mm.

Ditanyakan :

a. Diameter paku keling.

b. Jarak antara paku .

c. Lebar plat yang dibutuhkan .

102

Penyelesaian :

Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 5 mm

= 137,9 N/mm2

= 109,8 N/mm2

n = 6 buah ; z1 =3 buah

Ditanya : a) d ? b) p ? c) b ?

Jawab : a. ) Diameter paku keling

gn

Fd

..

.4 =

8,109..6

10000.4

= 4,4 mm = 5 mm

b.) Jarak antara paku

p = 3. d + 5 (mm) = 3 (5) + 5 = 20 mm

Periksa ;

amanmmNmmN

mmNtdpz

F

tt

t

22

2

1

/8,137/44,44

/44,445).520(3

10000

).(

d.) Lebar plat yang dibutuhkan :

b = z1 . p = 3 (20) = 60 mm

d. Kampuh Bilah Ganda Dikeling Tunggal

103

Gambar 12.5

Sistem penyambung kampuh bilah berganda dikeling tunggal seperti terlihat pada Gambar 12.5,

maka kedua plat tersebut akan terpisah, bila gaya luar mampu memutuskan dua luas penampang

setiap paku keling tersebut, maka banyak luas penampang paku yang akan di putus ( n ) adalah

:

n = 2. z

Karena paku tersebut putus tergeser , maka tegangan gesernya adalah :

A = n x luas penampang paku yang putus, oleh karena n = 2.z

maka :

2

.

4

..2

4

..

222 dz

dz

dnA

Sehingga :

22 ..

2

2

..

dz

F

dz

F

A

Fg

Maka diameter paku keling :

gz

Fd

..

.2

Menentukan lebar minimal plat.

Pada sistem sambungan ini , kemungkinan plat yang putus tertarik yaitu plat yang akan di

sambung itu sendiri (plat bagain tengah ) . bila lebar plat (b) dan tebal (t) serta jarak antara

104

sumbu paku (p), maka luas penampang plat yang akan putus bila jumlah paku dalam satu baris

(z1) adalah :

)/( 2mmNA

F

dimana :

= tegangan tarik izin

F = gaya luar yang bekerja

A = luas penampang plat yang akan putus.

Untuk luas penampang yang kemungkinan akan putus adalah :

A = ( b – z1.d ) t, dimana b = z1.p

A ( z1.p – z1.d) .t jadi A = z1 ( p – d) .t

Maka : dtz

Fp

tdpz

F

t

t

..).( 11

Biasaya harga P = 3.d + 5 (mm)

Contoh soal :

Dua buah plat disambung dengan sistem kampuh bilah berganda dikeling tunggal seperti

Gambar 12.5 , di mana mendapat pembebanan sebesar 10000 (N) . Bila tegangan tarik izin

untuk bahan plat 137,3 N/mm2 . dan tegangan geser izin untuk bahan paku adalah 109,8

N/mm2. Untuk plat tebal 5 mm dan jumlah paku yang akan di pasang 2 buah dalam satu baris .

Ditanyakan : a. Diameter paku keling

b. Jarak antara sumbu paku keling

d. Lebar plat yang di butuhkan.

Penyelesaian :

Diketahui : F = 10 kN = 10000 N ; t = 5 mm

= 137,9 N/mm2

; z1 = 2 buah

= 109,8 N/mm2

n = 4 buah

Ditanya : a) d ? b) b ? c) p ?

Jawab : a. ) Diameter paku keling

gz

Fd

..

.2 =

8,109..2

10000.2

= 5,4 mm = 5,5 mm

105

b.) Jarak antara paku

p = 3. d + 5 (mm) = 3 (5,5) + 5 = 21,5 mm

Periksa ;

aman

mmNtdpz

F

tt

t

2

1

/5,625).5,55,21(2

10000

).(

e.) Lebar plat yang dibutuhkan :

b = z1 . p = 2 (21,5) = 43 mm

106

Modul 13 : Sambungan Las

Sambungan las menghubungkan profil dengan pelat penyambung melalui lekatan

logam yang telah dileburkan dengan dipanasi. Pada konstruksi baja las yang digunakan

adalah jenis las listrik karena memiliki kuat tarik minimum yang cukup tinggi. Kuat tarik

minimum dari las ditentukan oleh elektroda yang digunakan. Beberapa macam elektroda las

disajikan dalam Tabel 13.1.

Tabel 13.1 Tipe Elektroda las (Padosbajayo, 1994)

Elektroda Tegangan leleh minimum Kuat tarik minimum

(Ksi) (MPa) (Ksi) (Ksi)

E 60αβ 50 354 67 460

E 70αβ 57 495 70 485

E 80αβ 67 460 72 495

E 100αβ 87 600 100 690

E 110αβ 97 670 110 760

Sambungan las memiliki beberapa macam jenis yaitu las tumpul, las sudut, las baji,

dan pasak. Penggunaan jenis las tergantung pada posisi pemasangan sambungan. Dalam

program komputer ini digunakan jenis sambungan las sudut karena pada struktur kuda-kuda

baja sambungan yang mudah dilaksanakan di lapangan adalah jenis las sudut. Berdasarkan

SNI-03-1729-2002 dalam pemasangan las sudut terdapat ketentuan-ketentuan geometri las

sebagai berikut:

1. Ukuran minimum las sudut

Tabel 13.2 Ukuran minimum las sudut (SNI-03-1729-2002)

tebal pelat paling tebal

(tp ,mm)

Ukuran minimum

las sudut (a, mm)

t < 7 3

7 < t < 10 4

10 < t < 15 5

15 < t 6

107

Untuk komponen dengan tebal kurang dari 6.4 mm, diambil setebal komponen

Untuk komponen lebih tebal dari 6.4 mm, diambil setebal komponen dikurangi 1.6 mm

2. Kuat rencana sambungan las sudut

Kuat rencana sambungan las sudut per satuan panjang diambil nilai terkecil dari

kuat rencana las dan bahan dasar. Kuat rencana las sudut diformulasikan sebagai

berikut:

uwew ftR 6.0.75.0. (las) 13.1

uew ftR 6.0.75.0. (bahan dasar) 13.2

Dalam kondisi layan kuat rencana las harus lebih besar sama dengan beban terfaktor

per satuan panjang las.

un RR 13.3

Keterangan, Aw : luas efektif las

fuw : kuat tarik putus logam las

te : tebal efektif las

a : tebal las

108

3. Berbagai Bagian Las

Berikut adalah gambar-gambar bagian las

Convex and concave fillets

Convex fillet

Concave fillet

Comer joint with butt and fillet welds

Root (akar)

Face (permukaan)

Face (permukaan)

Toe (jari)

Toe (jari)

Toe (jari)

Toe (jari)

Toe (jari)

Toe (jari)

Heat affected zone (Zone yang dipengaruhi panas)

Face (permukaan)

Root (akar)

109

Gambar 13.1 Berbagai bagian las

Las Tumpul

Gambar 13.2 Macam macam tepi serong

• Las Tumpul Penetrasi Penuh: las tumpul di mana terdapat penyatuan antara las dan bahan

induk sepanjang kedalaman penuh sambungan.

• Las Tumpul Penetrasi Sebagian: las tumpul di mana kedalaman penetrasi lebih kecil

daripada kedalaman penuh sambungan.

4. Ukuran Las

Ukuran las adalah jarak antara permukaan luar las (tidak termasuk perkuatannya) terhadap

kedalaman penetrasinya yang terkecil. Khusus sambungan antara dua bagian yang membentuk T

atau siku, ukuran las penetrasi penuh adalah tebal bagian yang menumpu.

Las tumpul dengan serong ganda

(Double bevel butt weld) Las tumpul dengan serong tunggal

(Single bevel butt weld)

Las tumpul dengan V tunggal

(Single V butt weld) Las tumpul dengan V ganda

(Double V butt weld)

Las tumpul dengan J tunggal

(Single J butt weld) Las tumpul dengan J ganda

(Double J butt weld)

110

Tebal Rencana Las

Tebal rencana las ditetapkan sebagai berikut:

Las Tumpul Penetrasi Penuh: tebal rencana las untuk las tumpul penetrasi penuh adalah ukuran

las;

Las Tumpul Penetrasi Sebagian: tebal rencana las untuk las tumpul penetrasi sebagian ditetapkan

sesuai dengan ketentuan dibawah ini:

Sudut antara bagian yang disambung 60

Satu sisi: tt =(d - 3) mm

Dua sisi: tt =(d3 + d4 - 6) mm

Sudut antara bagian yang disambung > 60

Satu sisi: tt =d mm

Dua sisi: tt =(d3 + d4) mm

dengan d adalah kedalaman yang dipersiapkan untuk las (d3 dan d4 adalah nilai untuk tiap sisi

las).

Panjang efektif

Panjang efektif las tumpul adalah panjang las ukuran penuh yang menerus.

Luas efektif

Luas efektif las tumpul adalah perkalian panjang efektif dengan tebal rencana las

5. Peralihan tebal atau lebar

Sambungan las tumpul antara bagian yang tebalnya berbeda atau lebarnya tidak sama yang

memikul gaya tarik harus mempunyai peralihan halus antara permukaan dan ujung. Peralihan

harus dibuat dengan melandaikan bagian yang lebih tebal atau dengan melandaikan permukaan

las atau dengan kombinasi dari keduanya, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 13.2.

Kelandaian peralihan antara bagian-bagian tidak boleh lebih tajam dari 1:1.

Kekuatan las tumpul penetrasi penuh

Kuat las tumpul penetrasi penuh ditetapkan sebagai berikut:

Bila sambungan dibebani dengan gaya tarik atau gaya tekan aksial terhadap luas efektif maka,

ytnwy ftR 9,0 (bahan dasar)

ywtnwy ftR 9,0 (las)

111

Gambar 13.3 Flowchart

YA

TIDAK

Baca profil terpilih dari keluaran

d, fu, t( tmin=3)

Input properties las; fuw

Menentukan tebal

pengelasan awal

aw = 3

t < 7 aw > 3

7 < t < 10 aw > 4

10 < t < 15 aw > 5

15 > t aw > 5

aw = aw + 1

Dicoba

lw = 20

aw < 6.4 aw < t

aw > 6.4 aw < (t-1.6)

aw = aw - 1

1

TIDAK

YA

112

13.4 Bagan Gambar alir perancangan sambungan las

TIDAK

YA

Hitung kuat rencana sambungan las

berdasarkan kuat rencana las diambil

terkecil dari

wuwew lftR 6.075.0

wuew lftR 6.075.0

un NR

Selesai

lw = lw + 1

1

113

Modul 14 : Contoh Hitungan Sambungan Las

Contoh 1 Hitungan Sambungan Las

Tentukan ukuran dan tebal las sudut pada sambungan lewatan berikut ini. Sambungan menahan

beban tarik D = 10 ton dan L = 30 ton. Diketahui fuw = 490 MPa; fu = 400 Mpa.

Gambar 14.1

Persayaratan Ukuran Las :

Maksimum = tebal pelat – 1,6 mm = 14,4 mm

Minimum = 6 mm

Gunakan Las Ukuran 10 mm

te = 0,707 a = 0,707 x 10 = 7,07 mm

Kuat Rencana las sudut ukuran 10 mm per mm panjang:

mmNftR uwenw /935,15584906,01675,06,0

Kapasitas Las ini tidak boleh melebihi kuat geser pelat:

mmNftRMax unw /28804006,01675,06,0

Beban tarik terfaktor Tu

tonLDTu 60306,1102,16,12,1

Panjang total las yang dibituhkan Lw

mm 390mm 8,384935,1558

10.60 4

wL

114

Jika las sudut yang digunakan hanya berupa las memanjang saja pada batang tari data, panjang

tiap las sudut tidak boleh kurang dari jarak tegak lurus di anatasa keduanya dan panjang total

tdak melebihi 1,5 kali panjang dibutuhkan. Oleh karena itu untuk persoalan di atas, maka diambil

panjang tiap sisi adalah 250 mm dapat pula digabung antara las memanjang dan las melintang

yang dapat mengurangi sambungan lewatan

Gambar 14.2

Contoh 2 Hitungan Sambungan Las

Rencanakan sambungan las sudut untuk menahan gaya tarik sekuat profil siku

L 100.100.10 dari BJ 37. Mutu las fuw = 490 MPa

Gambar 14.3

Hitung tahanan rencana dari profil siku, diambil harga terkecil dari :

ton288,45192085,037075,075,0

ton472,41192024090,090,0

eun

gyn

AfT

AfT

Sambungan akan didesain terhadap ton472,41nT

Pilih ukuran las dan hitung nwR

Ukuran minimum = 4 mm

Ukuran maksimum = 10 – 1,6 = 8,4 mm

115

Pakai ukuran las 4 mm

mmNftR

mmNftR

unw

uwenw

/166537060,01075,060,0max

/6,62349060,04707,075,060,0

mmR

FL

mmR

F

F

d

eT

LRF

nw

w

nw

wnw

43045,4276,623

10656,26

14058,1376,623

1058,8L

ton656,26236,658,8472,41F

ton58,82

236,6

100

2,28472,41

2

.F

ton236,61006,623

43

3

41

w1

3

21

22

Gambar 14.4