BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Baha Baja Utuk Kostruksi Pegguaa baja sebagai baha struktur utama dimulai pada akhir abad kesembila belas ketika metoda pegolaha baja ag murah dikembagka dega skala ag luas. Baja merupaka baha ag mempuai sifat struktur ag baik. Baja mempuai kekuata ag tiggi da sama kuat pada kekuata tarik maupu teka da oleh karea itu baja adalah eleme struktur ag memiliki batasa sempura ag aka meaha beba jeis tarik aksial, teka aksial da letur dega fasilitas ag sama. Berat jeis baja tiggi, tetapi perbadiga atara kekuata terhadap berata juga tiggi sehigga kompoe baja tersebut tidak terlalu berat jika dihubugka dega kapasitas muat bebaa, selama betuk-betuk struktur ag diguaka mejami bahwa baha tersebut diperguaka secara efisie. Baja struktural diproduksi oleh pabrik dega berbagai mutu, ukura da betuk. Beberapa jeis produk baja diataraa sebagai berikut: Profil H Profil IWF Profil siku Profil UNP Profil Lip Caal Gambar 2.1 Produk Profil Baja II-1

2 2.1.1 Sumbu Utama Sumbu utama adalah sumbu ag meghasilka iersia maksimum atau miimum. Sumbu ag meghasilka iersia maksimum diamaka sumbu kuat, da ag meghasilka iersia miimum disebut sumbu lemah. Sumbu simetri suatu peampag selalu merupaka sumbu utama, amu sumbu utama belum tetu sumbu simetri (Padosbajao, 1994). Y A Y B X X X X Y B Y A (a) Profil WF (b) Profil siku Gambar 2.2 Sumbu Utama Sumbu X-X da Y-Y utuk profil WF gambar adalah sumbu simetri, karea sumbu-sumbu tersebut merupaka sumbu utama. Sumbu X-X da Y-Y utuk profil siku gambar 2.2 buka sumbu simetri da buka sumbu utama. Sumbusumbu utama profil siku adalah sumbu A-A (sumbu kuat) da sumbu B-B (sumbu lemah). II-2

3 2. 2 Sifat Mekais Material Baja Utuk medapatka sifat-sifat mekaik dari material baja ag palig tepat adalah dega uji tarik. Uji teka tidak dapat memberika data ag akurat terhadap sifat-sifat mekaik material baja, karea disebabka beberapa hal atara lai adaa potesi tekuk pada beda uji ag megakibatka ketidakstabila pada beda uji baja tersebut. Gambar 2.1 da 2.2 meujuka hasil uji kuat tarik material baja ag dilakuka pada suhu kamar serta dega memberika laju regaga ag ormal. ƒ ƒ u ƒ u ƒ mi ta -1 E 2% Ԑ sh =1,5% + 20% Ԑ Gambar 2.3 Kurva Hubuga Tegaga ( f ) da Regaga ( Ԑ ) II-3

4 ƒ daerah elastis daerah plastis ƒ e ƒ p ƒ u ƒ regaga permae Ԑ 2% Ԑ Gambar 2.4 Kurva Tegaga ( f ) da Regaga ( Ԑ ) ag Diperbesar Besara tegaga pada kurva tersebut di atas dapat ditetuka dega membagi beba dega luas peampag litag semula beda uji kemudia besara regaga dihitug dari perpajaga dibagi dega pajag semula dapat dituliska dega rumus : Tegaga : N f... (2.1) A L Regaga :... (2.2) Keteraga: L o ƒ p : Batas proposioal II-4

5 ƒ e : Batas elastis ƒ u, ƒ : Tegaga leleh atas da bawah ƒ u Ԑ sh Ԑ u : Tegaga putus : Regaga saat mulai terjadi efek strai-hardeig (peguata regaga) : Regaga saat tercapaia tegaga putus N : Beba tarik ag diberika A : Luas peampag baja ΔL : Pertambaha pajag atara dua titik acua L 0 : Pajag semula diatara dua titik acua Pada kurva diatas meujuka titik-titik petig ag mejadi beberapa bagia daerah aitu: Daerah liier (0 - ƒ p ), daerah ii berlaku Hukum Hooke, kemiriga dari bagia kurva ii disebut Modulus Elastisitas/Modulus Youg. E = tegaga (ƒ) berbadig lurus dega regaga (Ԑ) f E... (2.3) Daerah elastis (0 - ƒ e ), aitu jika beba dihilagka maka beda uji aka kembali ke betuk semula. Daerah plastis dibatasi oleh regaga 2% higga 1,2% - 1,5%, pada bagia ii regaga megalami keaika akibat tegaga kosta sebesar ƒ. - Daerah peguata regaga / strai hardeig (Ԑ sh - Ԑ u ). Utuk regaga lebih besar dari 15 higga 20 kali regaga elastis maksimum, tegaga kembali megalami keaika amu dega kemiriga ag lebih kecil dari II-5

6 kemiriga daerah plastis. Kemiriga daerah i disebut modulus peguata regaga (Ԑ st ) Metode Perecaaa Struktur Baja Metode perecaaa ag diguaka adalah metode ASD (Allowable Stress Desig) atau metode elastis atau metode perecaaa tegaga kerja da metode LRFD (Load ad Resistace Factor Desig) atau metode perecaaa kekuata batas Metode ASD (Allowable Stress Desig)/ Metode Elastis Metode desai ii mempertahaka tegaga dalam selag elastis pada kurva tegaga-regaga eleme-eleme struktur diracag sehigga tegagaa tidak melebihi tegaga titik leleh (σ ) atau tegaga ag dihitug harus berada dalam batas elastik aitu tegaga sebadig dega regaga Metode LRFD (Load ad Resistace Factor Desig) Pada metode perecaaa struktur ii harus memeuhi persarata sebagai berikut : R Qi.... (2.4) i. Bagia kiri persamaa meataka kekuata omial R ag dikalika suatu faktor reduksi kekuata ϕ utuk meghitug kekuata tahaa recaa, sedagka pada bagia kaa meataka beba ag harus dipikul oleh struktur tersebut. II-6

7 2. 4 Tijaua Desai Struktur Baja Pada tijaua desai struktur baja, struktur harus direcaaka dapat memikul beba ag lebih besar dari perecaaa pemakaia ormal. Dalam desai elastis, tegaga leleh pada eleme struktur disamaka dega terjadia kegagala atau kerutuha struktur, walaupu baja secara aktual tidak megalami kegagala. Dalam tegaga leleh baja ag diguaka dalam aalisis plastis tidak melebihi 450 Mpa. Berdasarka tegaga leleh da tegaga putusa, SNI megklarifikasika mutu material baja sebagai berikut : Jeis Baja Tegaga Putus Miimum ƒ u Tegaga Leleh Miimum ƒ kg/cm 2 MPa kg/cm 2 MPa Bj Bj Bj Bj Bj Tabel 2.1 Nilai Tegaga Leleh da Tegaga Dasar utuk Berbagai Mutu Baja II-7

8 2. 5 Desai Eleme Struktur Baja Metoda LRFD (Load ad Resistace Factor Desig) Jeis jeis perkakua Batag pegaku (bracig) merupaka salah satu kompoe struktur ag berfugsi utuk megatisipasi kekakua struktur baja ag lemah. Adapu jeis-jeis pegaku atara lai : a. Pegaku Diagoal (Diagoal Bracig), terdiri dari : - Pegaku silag (Cross Braces), dimaa tiap batag pegaku diagoal didesai sebagai batag tarik - Pegaku K (K Braces), dimaa salah satu batag pegaku diagoal didesai sebagai batag tarik, sedagka ag lai didesai sebagai batag teka b. Pegaku Meerus (Cotious Bracig) c. Compressio Flage Braces, dimaa berfugsi utuk meghidari tekuk torsilateral dari sebuah balok Perbesara Kolom Struktur kolom pada umuma lebih domia meerima beba aksial teka. Beba tersebut bekerja searah dega arah memajag kolom. Dalam perecaaa kolom, berdasarka pajag koloma terdapat tiga kemugkia kegagala atau kerutuha ag terjadi, aitu : II-8

9 a. Kolom pedek, merupaka jeis kolom ag kegagalaa berupa hacura material. Hacura material muri karea bebaa melebihi kapasitas teka materiala. b. Kolom sedag, dimaa kegagalaa ditetuka oleh hacura material da tekuk (bucklig) c. Kolom pajag adalah kolom ag kegagalaa ditetuka oleh tekuk ag terjadi akibat ketidakstabila kolom. Tekuk terjadi apabila suatu kolom meerima gaa aksial meskipu belum mecapai tegaga leleh atau kapasitas teka material koloma belum terlampaui. Feomea kegagala kolom tersebut berkaita dega kekakua da kelagsiga kolom itu sediri. Kekakua baak dipegaruhi oleh modulus elastisitas da mome iersia peampag, sedagka kelagsiga dipegaruhi oleh pajag efektif kolom. Sedagka pajag efektif kolom dipegaruhi oleh ilai faktor pajag tekuk ag bergatug pada kodisi ujug struktur kolom tersebut. Struktur kolom dega ilai kelagsiga ag tiggi, maka kegagala ag mugki terjadi adalah kegagala tekuk. Utuk meghidari kegagala akibat tekuk pada kolom, maka luas tampag teka da betuk dari tampag harus dipilih secara bear. Mome iersia mejadi salah satu pertimbaga ag petig dalam pemiliha tampag, maka ilai mome iersia dapat ditigkatka dega meebarka luas tampag dalam batas-batas praktis sejauh mugki dari sumbua. II-9

10 2.5.3 Struktur Tapa Bresig Struktur tidak berbresig (ubraced frames) merupaka sistem struktur ag pada dasara memiliki ragka ruag pemikul beba gravitasi secara legkap. Beba lateral dipikul oleh ragka terutama melalui mekaisme letur Struktur Bresig Vertikal Kosetrik Sistem bresig vertikal kosetris merupaka sistem bresig dimaa sumbu utamaa bertemu atau salig memotog dalam satu titik. Sistem bresig vertikal kosetris ii bertujua utuk meimbulka gaa tarik utuk melawa gaa desak akibat beba ag terjadi sehigga aka terjadi tekuk. Gaa tarik ag ditimbulka pada sistem bresig vertikal kosetris ii aka melawa gaa desak sehigga secara umum struktur aka megalami tekuk akibat desaka gaa lateral tersebut. Sitem ii mempuai 5 tipe betu bresig, aitu betuk X, V, K, da Z (Brockebrough da Marti, 1994) Desai Kompoe Balok Balok merupaka pemikul beba ag bekerja tegak lurus dega sumbu logitudial sehigga terjadi keletura pada balok tersebut. Keadaa letur tersebut dapat dilihat pada gambar berikut: II-10

11 Gambar 2.5 Diagram gaa mome da gaa litag Mome letur recaa M u harus memeuhi persarata berikut: M... (2.11) u M Keteraga: Mu M : Mome letur perlu : Mome letur omial ϕ : faktor reduksi kekuata (0,9) Kelagsiga peampag utuk balok letur dapat ditetuka dega: a) Pelat saap berpeampag kompak f p b (2.12) 2t f f b) Pelat bada perpeampag kompak w p II-11

12 h (2.13) t w f Utuk balok ag berpeampag kompak maka kuat letur omial peampaga adalah: M = M p... (2.14) Dimaa M p = ƒ x Z... (2.15) Kuat letur omial peampag dega pegaruh tekuk lateral ditijau dega membagi jeis balok meurut pajag betag ag terkekag secara lateral, L b aitu: a) Utuk betag padek dega L b < L p, kuat letur omial: M = M p...(2.16) b) Utuk betag meegah dega L p < L b < L r kuat letur omial : M Cb M r ( L L ) r b ( M p M r ) M p...(2.17) ( Lr L p ) c) Utuk betag pajag dega Lr < Lb kuat omial utuk profil I da kaal gada : M E M cr Cb El GJ I w I Lb L. b 2 M p...(2.18) Dimaa: E Lp 1, 76xr... (2.19) f II-12

13 X 1 2 Lr r 1 1 X 2 f l f... (2.20) l X 1 EGJA... (2.21) W 2 x 2 h t f I w I x... (2.22) 4 X 2 2 Wx I w 4 x... (2.23) GJ I Keteraga: 12,5M max. C b 2,3... (2.24) 2,5 max. 3M M 3M A B C M A M B M C : Mome pada ¼ betag : Mome pada ½ betag : Mome pada ¾ betag Berdasarka gambar di atas dapat dilihat gaa geser ag terjadi pada titik mome letur maksimum. Gaa geser ag terjadi V U harus memeuhi: V U < ØV Keteraga: V u V = Gaa geser perlu = Gaa geser domia pelat bada Ø = faktor reduksi (0,9) Kuat geser omial pelat bada ditetuka berdasarka kodisi sebagai berikut: a) Jika perbadiga maksimum tiggi terhadap tebal memeuhi II-13

14 h tw k (2.25) f E 5 k 5... (2.26) 2 a h Maka ilai kuat geser omial: V = 0,6f xa w... (2.27) b) Jika perbadiga maksimum tiggi terhadap tebal memeuhi c) k 1.10 f E h tw 1.37 k f E Maka kuat geser omial: V k E 1 0,6 f xaw (2.28) f h t w d) Jika perbadiga maksimum tiggi terhadap tebal memeuhi k 1,37... (2.29) f E h t w Maka kuat geser omial: 0,9xAw xk xe V... (2.30) 2 h t w jika pada balok bekerja gaa geser da gaa ormal, maka balok harus direcaaka utuk memikul gaa kombiasi gese da letur aitu: II-14

15 M u M Vu 0,625 1,375 V... (2.31) Desai Kompoe Struktur ag Megalami Gaa Kombiasi Kompoe struktur ag megalami mome letur da gaa aksial harus direcaaka memeuhi ketetua sebagai berikut: N u Utuk, 0,2 : N N u N 8 M 9 bm ux x M M b u 1,0... (2.32) N u Utuk, 0,2 : N N u 2N M bm ux x M M b u 1,0... (2.33) Keteraga: M ux M u N u N : Mome letur terfaktor terhadap sumbu-x terbesar : Mome letur terfaktor terhadap sumbu- terbesar : Gaa aksial terfaktor : Kuat omial peampag (gaa tarik atau gaa teka) ϕ : faktor reduksi kekuata (0,85) Ø b : faktor reduksi kuat letur (0,9) II-15

16 2. 6 Tijaua Desai Struktur Gedug Berlatai Baak Tijaua struktur merupaka hal utama dalam medesai bagua gedug bertigkat hal ii dilakuka agar bagua tidak terjadi kerusaka apalagi terjadi collapse. Tijaua itu meliputi hal-hal ag mempegaruhi dalam desai struktur seperti kodisi pembebaa beserta aalisa desai serta desai struktur baguaa Pembebaa Berdasarka SNI Pedoma Perecaaa Utuk Rumah da Gedug, maka ag ditijau adalah: a) Beba Mati Beba mati adalah berat dari semua bagia dari suatu gedug ag bersifat tetap, termasuk beba-beba tambaha, peelesaia-peelesaia, mesi-mesi, serta peralata tetap ag merupaka bagia ag tak terpisahka dari gedug itu sediri. b) Beba Hidup Beba hidup adalah beba ag terjadi akibat peghuia atau pegguaa suatu gedug, termasuk beba-beba pada latai ag berasal dari baragbarag/mesi-mesi ag dapat berpidah-pidah merupaka bagia terpisah dari gedug sehigga megakibatka perubaha dalam pebebaa latai da atap tersebut. c) Beba Agi II-16

17 Beba agi adalah semua beba ag bekerja pada gedug atau bagia gedug ag disebabka oleh selisih tekaa udara. Beba agi ditetuka dega megaggap adaa tekaa positif da tekaa hisap/egatif. d) Beba Gempa Beba gempa adalah semua beba statik ekuivale ag bekerja pada gedug atau bagia gedug ag meiruka pegaruh dari geraka taah akibat gempa. Aalisa statik ekuivale: Keteraga: cxi V Wt... (2.34) R V R W t I C1 : Gaa geser dasar recaa total : Faktor reduksi gempa : Berat total struktur : faktor kepetiga struktur : faktor respo gempa Utuk meetuka ilai faktor respo gempa C, harus diketahui ilai waktu getar alami struktur ag dalam perecaaa dapat ditetuka dega rumus: T 0,05H... (2.35) D Keteraga: T H D : Waktu getar alami fudametal : Tiggi gedug : Ukura bagua II-17

18 Nilai waktu getar alami fudametal, T harus lebih kecil dari 20% dari ilai T 1 ag diperoleh dari: Keteraga: i1 g 2 Wixdi T1 6, 3... (2.36) fixdi i1 W i F i : berat latai pada tigkat ke-i : Beba gempa pada tigkat ke-i d i : simpaga horisotal sebesar 9,81 m/dt 2 Beba lateral total ag disaraka utuk distribusi pada tiap latai utuk arah x atau arah, Fi dihitug meurut rumus: F i W z 1 1 W z i V...(2.37) Keteraga: F W T V : Gaa lateral di latai ke-i : Berat di latai ke-i : Tiggi latai tigkat ke dari atas taah : Gaa geser dasar recaa total Kombiasi pembebaa ag diguaka dalam perecaaa ii adalah : 1. 1,4 D 5. 0,9D + 1,0L + 1Ex + 0,3E 2. 1,2D + 1,6L+0,5A 6. 0,9D + 1,0L + 0,3Ex + 1E 3. 1,2D + 1,0L + 1Ex + 0,3E 4. 1,2D + 1,0L + 0,3Ex + 1E II-18

19 2.6.2 Simpaga (Drift) Akibat Gaa Gempa Simpaga (driff) adalah sebagai perpidaha lateral relative atara dua tigkat bagua ag berdekata atau dapat dikataka simpaga medatar tiap tiap tigkat bagua (horizotal stor to stor deflectio). Simpaga lateral dari suatu sistem struktur akibat beba gempa adalah sagat petig ag dilihat dari tiga padaga ag berbeda, meurut Farzat Naeim (1989): - Kestabila struktur (structural stabilit) - Kesempuraa arsitektural (architectural itegrit) da potesi kerusaka bermacam-macam kompoe buka struktur - Keama mausia (huma comfort), sewaktu terjadi gempa bumi da sesudah bagua megalami geraka gempa Perecaaa Sambuga Sambuga baut Suatu baut ag memikul beba terfaktor R u, harus memeuhi persarata sebagai berikut: R u < ϕ. R... (2.38) Keteraga: R : Kuat omial baut ϕ : Faktor reduksi kekuata (0,75) Baut dalam keadaa geser Kuat geser recaa dari satu baut dihitug sebagai berikut: II-19

20 b Vd = ƒ.v = ƒ.r1.ƒ u.a b... (2.39) Keteraga: r 1 r 2 ϕ f b ƒ u : 0,5 utuk baut tapa ulir pada bidag geser : 0,4 utuk baut dega ulir pada bidag geser : 0,75 faktor reduksi kekuata utuk fraktur : tegaga tarik putus baut A b : Luas bruto peampag baut pada daerah tak berulir Baut memikul gaa tarik Kuat tarik recaa satu baut dihitug sebagai berikut: T d b = ƒ.t = ƒ 0,75.ƒ u.a b... (2.40) Keteraga: ϕ f b ƒ u : 0,75 faktor reduksi kekuata utuk fraktur : tegaga tarik putus baut A b : Luas bruto peampag baut pada daerah tak berulir Baut dega memikul kombiasi geser da tarik Baut ag memikul gaa geser terfaktor, V u, da gaa tarik terfaktor, T u, secara bersamaa harus memeuhi kedua persarata sebagai berikut : ƒ T uv d Vu b = ƒ.r1.ƒ u.m... (2.41) A b Tu = ƒ. T ƒ.ƒ t. Ab... (2.42) ƒ ƒ - r.ƒ ƒ... (2.43) t 1 2 uv 2 II-20

21 Keteraga: ϕ f m : 0,75 faktor reduksi kekuata utuk fraktur : Jumlah baut : jumlah bidag geser utuk baut mutu tiggi: ƒ 1 ƒ 2 r 2 r 2 : 807 Mpa : 621 Mpa : 1,9 utuk baut dega ulir pada bidag geser : 1,5 utuk baut tapa ulir pada bidag geser utuk baut mutu ormal: ƒ 1 ƒ 2 : 410 Mpa : 310 Mpa r 2 : 1,9 II-21

22 Gambar 2.6 Sambuga Kombiasi Geser da Tarik Baut dega kuat tumpu Kuat tumpu recaa bergatug pada ag terlemah dari baut atau kompoe pelat ag disambug. Apabila jarak lubag tepi terdekat dega sisi pelat dalam arah kerja gaa lebih besar daripada 1,5 kali diameter lubag, jarak atar lubag lebih besar daripada 3 kali diameter lubag, da ada lebih dari satu baut dalam arah kerja gaa, maka kuat recaa tumpu dapat dihitug sebagai berikut : R d ƒ.r 2,4. ƒ. d b. Tp..ƒ u... (2.44) Kuat tumpu ag didapat dari perhituga di atas berlaku utuk semua jeis lubag baut. Sedagka utuk lubag baut selot pajag tegak lurus arah kerja gaa berlaku persamaa berikut ii: R d ƒ.r 2,0. ƒ. d b. Tp..ƒ u... (2.45) II-22

23 Keteraga: φ f d b t p f u : 0,75 adalah faktor reduksi kekuata utuk fraktur : Diameter baut omial pada daerah tak berulir : Tebal pelat : Tegaga tarik putus ag teredah dari baut atau pelat Gambar 2.7 Tata letak baut 3d b < S < 15t p atau 200 mm 1,5d b < S1< (4t p + 100mm) atau 200mm Sambuga Las Dalam sambuga harus memeuhi persamaa sebagai berikut: Dega:.R w R u... (2.46) ϕ R w R u : Faktor tahaa : Tahaa omial per satua pajag las : Beba terfaktor per satua pajag las Las tumpul II-23

24 Kuat las tumpul peetrasi ditetapka sebagai berikut: a. Bila sambuga dibebai dega gaa tarik atau gaa teka aksial terhadap luas efektif, maka :. R 0,9. t. f (baha dasar)... (2.47) w e. R 0,8. t. f (baha las)...(2.48) w e w b. Bila sambuga dibebai gaa geser terhadap luas efektif, maka : Dega: R 0,9. t.(0,6. f ) (baha dasar)... (2.49). w e R 0,8. t.(0,6. f ) (baha las)... (2.50). w e uw ƒ ƒ u : Kuat leleh : Kuat tarik putus Las sudut Kuat recaa per satua pajag las sudut, ditetuka sebagai berikut : R 0,75. t.(0,6. f ) (baha las)... (2.51). w e uw. R 0,8. t. f (baha dasar)... (2.52) w e u Las baji da pasak Kuat las baji da pasak ditetuka sebagai berikut:. R 0,75.(0,6. f ) A (baha las)... (2.53) w uw w Dega: A w ƒ uw : Luas geser efektif las : Kuat tarik putus logam las II-24