PERHITUNGAN BEBAN AKSIAL KRITIS PADA KOLOM BAJA DALAM SEBUAH STRUKTUR PORTAL BAJA

Transkripsi

1 ERHITUNGN EN KSIL KRITIS KOLOM J LM SEUH STRUKTUR ORTL J edy Khairul min 1 dan Sanci arus 2 1 epartemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. erpustakaan No.1 Kampus USU Medan dedykhairulamin@yahoo.com 2 Staf engajar epartemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. erpustakaan No. 1 Kampus USU Medan STRK adalah elemen penting yang ikut mendukung gaya tekan aksial pada suatu bangunan. alam pembahasan ini yang di tinjau adalah kolom baja pada sebuah struktur kolom tunggal dan portal baja. yang akan ditinjau adalah kolom baja profil IWF dengan perletakan sendi-sendi serta kondisi portal baja adalah tanpa goyangan dan dengan adanya goyangan. Gaya aksial tekan merupakan gaya yang utama dalam menyebabkan tekuk batang (kolom). Jika beban yang bekerja pada kolom ditambah besarnya secara berangsur-angsur, maka akibatnya kolom akan mengalami lenturan lateral dan kemudian mengalami keruntuhan. eban yang mengakibatkan terjadinya lentur lateral pada kolom disebut beban kritis. alam pembahasan ini akan ditinjau mengenai besarnya beban kritis kolom berdasarkan kondisi portal yang bervariasi yaitu portal baja sederhana, ortal baja berjajar dua, portal baja berjajar tiga dan portal baja berjajar empat. Kemudian besarnya nilai beban kritis kolom tersebut dibandingkan satu sama lain sehingga diperoleh kesimpulan. Hasil dari perhitungan nilai beban kritis tersebut menunjukkan bahwa penambahan kolom dan balok pada portal baja sederhana sehingga menjadi portal baja berjajar ternyata berpengaruh bagi kekuatan kolom yang ditinjau beban kritisnya. Selain itu, Nilai beban kritis pada kolom baja tunggal lebih kecil dari pada nilai beban kritis kolom pada portal baja. Kata kunci : beban kritis, tekuk kolom, portal baja STRT olumn is an important element supporting the aial compressive force on a building. In this discussion in the review is that the steel columns on a single column structure and portal steel. olumn is a column that will be reviewed by the IWF profile steel placement and condition joints are steel portal without sway and with sway. ial force hit a major force in causing buckling rods (columns). If the load acting on the column plus the amount gradually, then the result column will eperience lateral bending and then collapse. Load resulted in lateral bending in the column is called the critical load. This will be reviewed in the discussion of the magnitude of the critical load of columns based on the varying conditions that portal simple steel portal, ortal two lined steel, lined steel portal steel lined three and four portals. Then the value of the column critical load compared to one another so that it is concluded. Results of the calculation of the critical load shows that addition of columns and beams on simple steel portal so that it becomes a portal lined steel column was influential for power critical loads are reviewed. In addition, the critical load value on a single steel column is smaller than the value of the critical load on the portal steel columns. Keywords: critical loads, buckling columns, steel portal 1. ENHULUN aja merupakan suatu bahan yang memiliki homogenitas tinggi yang merupakan campuran dari besi, zat arang (karbon), mangan, silikon, dan tembaga. alam tugas akhir ini yang di tinjau adalah kolom baja. pabila sebuah batang lurus di bebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban semakin lama semakin tinggi, maka pada batang tersebut akan mengalami perubahan. erubahan dari keadaan sumbu batang lurus menjadi sumbu batang melengkung dinamakan tekuk. Tekuk (uckling) merupakan suatu proses dimana suatu struktur tidak mampu mempertahankan bentuk aslinya dengan sedemikian rupa sehingga berubah bentuk dalam rangka menemukan keseimbangan baru. Untuk struktur yang ramping dimana ukuran panjangnya sangat besar dibanding dengan jari-jari inersianya, kestabilan bukan hanya di tentukan oleh deformasi seperti diatas tetapi harus di tinjau tekuk batang akibat gaya aksial tekan. pabila gaya aksial tekan di perbesar, maka tekukan akan semakin besar sehingga dapat mengakibatkan ketidakstabilan struktur tersebut. esarnya gaya yang mengakibatkan struktur berada dalam batas stabil disebut eban Kritis. eban Kritis yang biasa disebut juga dengan cr dapat didefenisikan sebagai besarnya gaya yang bekerja pada suatu batang struktur yang berupa gaya tekan aksial, dimana batang struktur tersebut masih

2 mampu memikul basaran gaya dimaksud dengan kondisi kesetimbangan yang masih dalam batas stabil, sekalipun telah mulai melentur. esarnya beban kritis ini di pengaruhi oleh: Elastisitas bahan, imensi Struktur, Jenis embebanan, dan Faktor engukuran. 2. ERMSLHN alam tugas akhir ini, analisa nilai beban kritis kolom ditinjau pada sebuah struktur kolom baja tunggal dan portal baja. dapun kondisi dan variasi kolom pada sebuah struktur dimaksud adalah berupa perhitungan beban kritis pada kolom baja tunggal, portal baja sederhana, portal baja berjajar dua, portal baja berjajar tiga dan portal baja berjajar empat. ermasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah berapakah besarnya nilai beban kritis dari masing-masing kolom pada portal baja dengan kondisi kolom portal yang bervariasi, dan apa kesimpulan yang dapat diambil dari perbandingan nilai beban kritis dari masing-masing kolom pada portal baja dengan kondisi portal yang bervariasi tersebut. 3. TUJUN Tujuan pembahasan pada tugas akhir ini adalah menghitung dan membandingkan besarnya beban kritis pada berbagai kondisi/variasi portal baja yaitu beban kritis pada kolom baja tunggal, pada portal baja sederhana, dan pada portal baja berjajar. Kemudian dari hasil perhitungan tersebut diambil kesimpulan dari perbandingan nilai beban kritis kolom tersebut. 4. METOOLOGI Metodologi yang digunakan pada penulisan tugas akhir ini adalah secara literature dimana penulis melakukan riset ke perpustakaan dan mengumpulkan materi serta data-data yang mendukung isi objek penulisan, sehingga dapat memenuhi pembahasan dan mendapatkan kesimpulan yang sesuai dengan judul tugas akhir ini. erdasarkan tinjauan literatur digunakan metode kemiringan lendutan (slope-deflection) dalam menentukan besarnya nilai beban kritis kolom pada beberapa variasi struktur kolom yang dibahas dalam tugas akhir ini. 5. EMHSN Metode slope-deflection menggunakan rotasi batang sebagai variablenya, sehingga metode ini dikategorikan fleibility method. fleibility method (metode fleksibilitas) merupakan metode dimana gaya (reaksi tumpuan atau gaya-gaya dalam) merupakan variabel utama yang tidak diketahui, dan dicari lebih dahulu. Secara keseluruhan rumus umum momen batang/portal yang tidak bergoyang untuk penampang prismatis tanpa beban aksial dan tanpa beban transversal adalah sebagai berikut: M = θa + θb M = θb + θa ortal yang dimaksud dalam tugas akhir ini adalah portal yang terdiri dari balok dan kolom dengan perletakan dasar kolom sendi-sendi. dapun profil baja yang digunakan untuk balok dan kolom adalah rofil IWF Selain itu, portal baja dimaksud juga merupakan portal baja tidak bergoyang. alam bab ini penulis akan menambahkan contoh perhitungan kolom baja tunggal dan kolom pada portal baja untuk melengkapi aplikasi perhitungan kolom baja tunggal dan kolom pada portal baja. ata yang diperoleh dari rofil IWF adalah: tinggi profil (H) = 15 cm; lebar profil () = 15 cm; tebal web (t 1 ) = 0,7 cm; tebal flens (t 2 ) = 1 cm; luas tampang () = 40,14 cm 2 ; jari-jari inersia (i) = i = r = 6,39 cm dan i y = r y = 3,75 cm; momen Inersia (I): I = 1640 cm 4 dan I y = 563 cm 4. Tegangan Leleh (j. 37) = f y = 2400 kg/cm 2. a. aja Tunggal engan erletakan Sendi-Sendi. nalisis tekuk kolom baja tunggal dengan perletakan sendi-sendi dapat dihitung dengan persamaan/rumus Euler untuk memperoleh besar beban kritis kolom dimaksud. erhitungan tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut: L =450 Gambar 1. engan erletakan Sendi-Sendi

3 Maka, dengan menggunakan rumus perhitungan beban kritis diperoleh: =.. b. ortal aja Sederhana Tidak ergoyang engan erletakan Sendi-Sendi ada asar nalisis tekuk kolom pada portal baja sederhana yang tidak bergoyang menggunakan metode kemiringanlendutan (slope-deflection) untuk menghitung besarnya beban kritis kolom. erhitungan tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut: Gambar 2. ortal aja Sederhana Tidak ergoyang imana: L 1 = 360 cm L = ari gambar 2 terlihat bahwa portal baja sederhana dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom yaitu pada titik dan diberikan beban pada titik. Maka, dari persamaan umum metode kemiringan-lendutan (slopedeflection) diperoleh: Untuk balok : o M = (2 + θ ) (1) o M = (2 + θ ) (2) Untuk kolom : o M = (2 + θ ) (3) o M = (2 + θ ) (4) Untuk kolom : o M = (2 + θ ) (5) o M = (2 + θ ) (6) ari persamaan (4) dimana momen di titik = 0, maka: M = (2 + θ ) 0 = 2 + θ θ = (7) ari persamaan (3) disubstitusikan ke persamaan (7) maka diperoleh: M = (2 + θ ), dimana θ = M = (8) imana; M = 0 M + M = 0 ari persamaan (2) disubstitusikan ke persamaan (8), maka diperoleh: M + M = 0 (2 + θ ) + = 0 (9) ari persamaan (9), diperoleh: (2 + θ ) + = = 0, dimana L = 0,8. L

4 ,. + +,. = 0 6,4 + 2 = 0 θ = 0,3125 (10) ari persamaan (1) disubstitusikan ke persamaan (10), maka diperoleh: M = (2 + θ ), dimana θ = 0,3125, M =, dimana L = 0,8. L θ =,.. (11) enambahan momen akibat gaya diabaikan. ersamaan keseimbangan: EI y" + y = M EI y" + y =. y" + K. y =... imana; K = Solusinya y = sin K + cos K. (12). engan metode kondisi syarat batas (boundary condition), maka: = 0 ; y = 0, y = sin 0 + cos 0 0 = 0 (13) engan metode kondisi syarat batas (boundary condition), maka: = L ; y () = 0 atas diatas dimasukkan ke dalam persamaan (12), menjadi: y () = sin K + cos K., dimana = 0. y () = sin KL + 0. =. engan metode kondisi syarat batas (boundary condition), maka: = L 2 ; y = θ () y () =. cos K +. sin K., dimana = 0 dan; = serta; θ. =,.. 0,237.. (L ) = 1, dimana K =. 0,237. K. (L ) = 1. 0,237. (KL ). Maka, engan metode trial and error diperoleh nilai KL 2 = 3,685 Sehingga diperoleh nilai kritis ( cr ) pada kolom adalah: KL = 3,685 (KL ) = (3,685) K = (,), dimana K = = (,) (,) = (,).. =,... (,) (14)

5 c. ortal aja erjajar ua Yang Tidak ergoyang engan erletakan Sendi-Sendi ada asar E F Gambar 3. ortal aja erjajar ua Tidak ergoyang imana: L 1 = 360 cm L = = 0,8. L engan cara dan perhitungan yang sama seperti pada portal baja sederhana, maka pada akhirnya diperoleh nilai: θ =,.. Sehingga, dengan metode kondisi syarat batas (boundary condition), maka: = L 2 ; y () = θ y () =. cos K +. sin K.., dimana = 0 dan; = Maka, dengan cara perhitungan seperti pada portal baja sederhana diperoleh sebuah persamaan : 0,223. (KL ). Maka, engan Metode trial and error diperoleh nilai KL 2 = 3,735 Sehingga diperoleh nilai kritis ( cr ) pada kolom adalah: KL = 3,735 (KL ) = (3,735) K = (,), dimana K = = (,) (,) = (,).. =,... (,) serta; θ =,.. d. ortal aja erjajar Tiga Yang Tidak ergoyang engan erletakan Sendi-Sendi ada asar E G F H Gambar 4. ortal aja erjajar Tiga Tidak ergoyang imana: L 1 = 360 cm L = = 0,8. L engan cara dan perhitungan yang sama seperti pada portal baja sederhana, maka pada akhirnya diperoleh nilai: θ =,.. Sehingga, dengan metode kondisi syarat batas (boundary condition), maka:

6 = L 2 ; y () = θ y () =. cos K +. sin K.., dimana = 0 dan; = Maka, dengan cara perhitungan seperti pada portal baja sederhana diperoleh sebuah persamaan : 0,222. (KL ). Maka, engan Metode trial and error diperoleh nilai KL 2 = 3,735 Sehingga diperoleh nilai kritis ( cr ) pada kolom adalah: KL = 3,738 (KL ) = (3,738) K = (,), dimana K = = (,) (,) = (,).. =,... (,) serta; θ =,.. e. ortal aja erjajar Empat Yang Tidak ergoyang engan erletakan Sendi-Sendi ada asar E G I F H J Gambar 5. ortal aja erjajar Empat Tidak ergoyang imana: L 1 = 360 cm L = = 0,8. L engan cara dan perhitungan yang sama seperti pada portal baja sederhana, maka pada akhirnya diperoleh nilai: θ =,.. Sehingga, dengan metode kondisi syarat batas (boundary condition), maka: = L 2 ; y () = θ y () =. cos K +. sin K.., dimana = 0 dan; = Maka, dengan cara perhitungan seperti pada portal baja sederhana diperoleh sebuah persamaan : 0,222. (KL ). Maka, engan Metode trial and error diperoleh nilai KL 2 = 3,735 Sehingga diperoleh nilai kritis ( cr ) pada kolom adalah: KL = 3,738 (KL ) = (3,738) K = (,), dimana K = = (,) (,) = (,).. =,... (,) serta; θ =,.. ari perhitungan beban kritis diatas maka dapat ditunjukkan dalam sebuah tabel dan grafik hasil perhitungan beban kritis dengan metode kemiringan-lendutan (slope-deflection) pada struktur baja tunggal dan portal baja yang tidak bergoyang. dapun tabel dan grafik tersebut adalah sebagai berikut:

7 eban Kritis (cr) 1,70 1,65 1,60 1,55 1,50 1,45 1,40 1,35 1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 Grafik 1.1 eban Kritis ada Struktur aja Tunggal an ortal aja Tidak ergoyang engan erletakan Sendi-Sendi ada asar. cr aja Tunggal engan erletakan Sendi-Sendi 1,377 cr ortal aja Sederhana Yang Tidak ergoyang engan erletakan Sendi-Sendi ada asar ortal aja erjajar ua Yang Tidak ergoyang engan erletakan Sendi- Sendi ada asar 1,415 cr 1,417 cr 1,417 cr ortal aja erjajar Tiga Yang Tidak ergoyang engan erletakan Sendi- Sendi ada asar aja ada eberapa Kondisi Struktur aja ortal aja erjajar Empat Yang Tidak ergoyang engan erletakan Sendi- Sendi ada asar eban Kritis (cr) 6. KESIMULN Sesuai dengan hasil perhitungan yang dilakukan dalam menentukan besarnya beban kritis untuk struktur kolom baja, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: a. Untuk kolom baja tunggal diperoleh beban kritis atau =.. ; ortal baja sederhana tidak bergoyang diperoleh nilai = 1,377. ; ortal baja berjajar dua tidak bergoyang diperoleh nilai = 1,415. ; ortal baja berjajar tiga tidak bergoyang diperoleh nilai = 1,417. ; dan ortal baja berjajar empat tidak bergoyang diperoleh nilai = 1,417. b. Nilai beban kritis pada kolom baja tunggal lebih kecil dari pada nilai beban kritis kolom pada portal baja. c. Nilai beban kritis kolom pada portal baja berjajar berjajar tiga sama dengan nilai beban kritis kolom pada portal berjajar empat. Hal ini dikarenakan portal telah mencapai kondisi jenuh dimana tambahan balok dan kolom tidak lagi memberikan pengaruh pada kolom yang ditinjau beban kritisnya. d. enambahan kolom dan balok pada kolom baja tunggal sehingga menjadi portal baja sederhana ternyata berpengaruh bagi kekuatan kolom yang ditinjau beban kritisnya. FTR USTK owles, J. E. (1985). esain aja Konstruksi. enerbit Erlangga, Jakarta Gunawan, R. (1987). Tabel rofil Konstruksi aja. enerbit Kanisius Salmon,. G. and Jhonson, J. E. (1997). Struktur aja esain dan rilaku Jilid 1, Edisi Kedua. T. Gelora ksara ratama Salmon,. G. and Jhonson, J. E. (1995). Struktur aja esain dan rilaku Jilid 2, Edisi Kedua. T. Gelora ksara ratama Salmon,. G. and Jhonson, J. E. (1995). Struktur aja esain dan rilaku 1, Edisi Ketiga. T. Gelora ksara ratama Schodek,. L. (1999). Struktur, Edisi Kedua. enerbit Erlangga, Jakarta Sunggono.K.H, Ir. (1984). uku Teknik Sipil. enerbit Nova