Analisis Profil Baja Kastilasi. Ni Kadek Astariani

Transkripsi

1 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 ANALISIS PROFIL BAJA KASTILASI NI KADEK ASTARIANI ABSTRAKSI Universitas Ngurah Rai Denpasar Penggunaan baja kastilasi selain dapat mengurangi biaya konstruksi dapat juga meningkatkan inersia baja sehingga dapat memperkecil tegangan yang terjadi Hal ini dapat dilakukan dengan memotong profil baja searah sumbu batang sehingga didapatkan dua bagian profil tersebut yang sama kemudian kedua bagian profil tersebut disambung pada bagian punggungnya dengan las maka didapatkan profil baru yang disebut baja kastilasi dimana beratnya sama dengan profil sebelumnya tetapi lebih tinggi Pada penelitian ini dicoba menganalisa profil baja IWF x150 IWF x dan IWF 500x Untuk profil baja IWF x150 didapat tinggi lubang optimum 460 mm Profil baja IWF x tinggi lubang optimumnya sebesar 360 mm sedangkan untuk profil baja IWF 500x lubang optimumnya mencapai 400 mm Kata kunci : baja kastilasi profil IWF inersia PENDAHULUAN Pemakaian baja untuk suatu bangunan struktur sudah lazim dipakai namun dalam kasus tertentu dimana profil baja yang digunakan tidak memenuhi tegangan yang diijinkan akibat profil baja yang kecil sehingga profil baja tersebut harus diperbesar Dengan mengganti profil baja lebih besar akan mengakibatkan biaya konstruksi meningkat dan beban pada struktur tersebut akan bertambah Umumnya ukuran profil baja yang besar jarang ada di pasaran sehingga perlu pemesanan khusus untuk profil baja tersebut Dengan meninggikan profil baja tersebut dapat meningkatkan inersia baja tersebut sehingga dapat memperkecil tegangan yang terjadi Hal ini dapat dilakukan dengan memotong profil baja searah sumbu batang sehingga didapatkan dua bagian profil tersebut yang sama kemudian kedua bagian profil tersebut disambung pada bagian punggungnya dengan las maka didapatkan profil baru yang disebut baja kastilasi dimana beratnya sama dengan profil sebelumnya tetapi lebih tinggi Perubahan tinggi lubang badan pada balok mempengaruhi pada luas badan dan makin tinggi profil dibuat makin besar lubang pada lubang pada badan yang diperlukan hal ini berakibat luas bidang badan penampang balok berkurang sehingga kapasitas geser berkurang pula Dalam perhitungan nantinya lubang badan harus diperhitungkan Untuk lebih jelasnya dapat digambarkan sebagai berikut : Gaya geser dan lendutan mempengaruhi dalam menganalisa tinggi lubang badan yang akan dibuat Gaya geser mempengaruhi kapasitas geser profil dalam memikul beban yang bekerja sedangkan lendutan membatasi besarnya beban yang diterima oleh profil baja hal ini mengakibatkan hasil yang didapatkan untuk tinggi lubang badan bervariatif Tinggi lubang optimum didapatkan bila kapasitas geser profil baja lebih kecil dari gaya geser akibat beban yang dipikul oleh profil baja tersebut Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas berapa tinggi lubang badan optimum untuk mendapatkan profil baja kastilasi yang memenuhi tegangan dan stabilitas penampang? Tujuan Penulisan Tulisan ini menganalisis tinggi lubang badan optimum untuk mendapatkan profil baja kastilasi yang memenuhi tegangan dan stabilitas penampang TINJAUAN PUSTAKA Balok Terlentur Balok adalah salah satu diantara elemen struktur yang paling banyak dijumpai pada struktur Balok adalah elemen struktur yang memikul beban yang bekerja tegak lurus dengan sumbu longitudinalnya yang menghasilkan gaya dalam dominan adalah momen lentur dan gaya lintang Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 9

2 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 Perilaku Tegangan pada Balok Pada balok baja kastilasi ketika menerima berbagai tahap pembebanan kemungkinan momen maksimum yang terjadi di pelat badan balok tanpa lubang atau pelat badan balok dengan lubang badan Gambar 1 dan 2 Dengan menganggap stabilitas lateral memadai desain balok berdasarkan pada pencapaian kekuatan lentur penampang maksimum Distribusi tegangan pada sayap lebar yang mengalami momen lentur yang semakin besar ditunjukkan oleh Gambar 3 untuk balok tanpa lubang dan Gambar 4 untuk balok dengan lubang badan castelite beam Dimana kelakuan ini berdasarkan pada beban tetap elastic yang bertambah dari kondisi sampai titik leleh tercapai kemudian pada nilai regangan tertentu tidak menimbulkan kenaikan pada tegangan Hubungan teganganregangan ini diperlihatkan pada Gambar 5 dan merupakan idealisasi yang dapat diterima bagi baja struktur lunak dengan tegangan leleh fy maksimum 418 MPa Baja seperti ini umumnya menunjukkan kekakuan elastoplastis ffy A ffy ffy ffy Plastis Elastis A Gambar 1 Momen maksimum terjadi pada pelat tanpa lubang Penampang a-a B MMy a MMy MyMMp b Plastis c MMp Plastis Seluruhnya d Gambar 2 Distribusi tegangan pada berbagai tahap pembebanan pada pelat badan tanpa lubang badan ffy ffy ffy ffy Plastis Elastis B Elastis Plastis Penampang b-b MMy a MMy MyMMp b c MMp Plastis Seluruhnya d Gambar 4 Distribusi tegangan pada berbagai tahap pembebanan pada pelat badan dengan lubang badan castelite beam Gambar 3 Momen maksimum terjadi pada Pelat badan dengan lubang badan Tegangan N/mm Regangan mm/mm 025 Gambar 5 Diagram tegangan regangan Pada baja structural Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 10

3 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 MULAI Menentukan ukuran profil I WF panjang bentang L dan mutu baja fy Menentukan tinggi lubang tidak Periksa kelangsingan penampang p ya penampang kompak diperkecil penampang tidak kompak Hitung kekuatan lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk torsi lateral Hitung besarnya beban merata qu yang diterima balok Kontrol lendutan q qu L L/ diperkecil Menentukan panjang pengelasan Lw tidak Beban q diperkecil dengan persamaan L L/ Hitung Mu persamaan L L/ Periksa gaya geser pada tampang kritis Vux Vn tidak ya SELESAI Gambar 6 Diagram Alir flow chart Analisis Tinggi Lubang Badan Dengan menganalisis balok dengan lubang badan castelite beam ini harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1 Kelangsingan penampang pada balok p yaitu : Pada flens 1 Pada web 2 Persyaratan kekuatan untuk balok yang mengalami lenturan dapat dinyatakan sebagai : b Mn Mu 3 b faktor resistensi untuk lentur 09 Mn kekuatan momen nominalmumomenbeban layanan terfaktor Untuk penampang-penampang yang memenuhi p kuat lentur nominal penampang adalah : Mn Mp 4 dimana Mp kekuatan momen plastis Zfy Z modulus plastis fy tegangan leleh baja 2 Kuat lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk lateral a Bentang pendek Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 11

4 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 Untuk komponen struktur yang memenuhi L Lp kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah : Mn Mp Lp 176ry 5 ry 6 b Bentang menengah Untuk komponen struktur yang memenuhi Lp L Lr kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah : Mn Cb Dengan Mmax adalah momen maksimum pada bentang yang ditinjau serta MA MB MC adalah masingmasing momen pada ¼ bentang tengah bentang dan ¾ bentang komponen struktur yang ditinjau Mr Sx fy fr 9 Dimana S adalah modulus penampang elastic dan fr adalah tegangan sisa 4 c Dimana b merupakan dimensi panjang dan t dimensi tipis dari elemen persegi panjang fl fy fr 15 Bentang panjang Untuk komponen struktur yang memenuhi Lr L kuat nominal komponen struktur terhadap lentur adalah : Mn Mcr Mp 16 Mcr Lendutan maksimum akibat beban mati dan beban hidup harus lebih kecil dari 1/ L Pelat badan yang memikul gaya geser perlu Vu harus memenuhi Vu Vn faktor reduksi 09 Vn kuat geser nominal pelat badan Dalam perhitungan kuta geser nominal ada tiga ketentuan yaitu : a Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/tw memenuhi rumus : ℎ/ Dengan kn 5 + Vn 06fyAw Aw luas kotor pelat badan Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 22 12

5 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 b Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/tw memenuhi rumus : 110 ℎ/ Vn 06fyAw 110 Atau Vn 06fyAw / 110 c / / / Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/tw memenuhi rumus : 137 ℎ/ / Vn 06fyAw / 1 ℎ/ 5 Panjang pengelasan sepanjang balok Ltot 30 y Rnw 09te06fy y 09 adalah faktor reduksi kekuatan saat leleh te tebal efektif Rnw kuat nominal sambungan las Ru beban terfaktor atau kuat perlu 31 6 Ukuran lebar pengaku a Lebar pengaku pada setiap sisi pelat badan harus lebih besar dari sepertiga lebar pelat sayap dikurangi setengah tebal pelat badan b Tebal pengaku harus lebih tebal dari setengah tebal pelat sayap dan memenuhi METODE PERHITUNGAN Data data perhitungan Data-data dalam perhitungan adalah sebagai berikut : Mutu profil baja yang digunakan adalah BJ 37 yang mempunyai sifat mekanis Tegangan leleh baja : fy MPa Modulus elastisitas : E 000 MPa Asumsi Bahan atau material balok bersifat sama di semua penampang Dalam menghitung besarnya beban berat sendiri profil untuk sementara diabaikan pengaruh suhu diabaikan Lubang pada pelat badan berbentuk segienam Perhitungan Mekanika Perhitungan ini menggunakan peraturan LRFD Load and Resistance Faktor Design dengan langkah dasar adalah sebagai berikut : Tentukan ukuran profil WF Tentukan tinggi lubang pada badan balok Periksa kelangsingan pada penampang balok p Pada Flens Pada Web Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 13

6 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret Bila tidak memenuhi maka kecilkan tinggi lubang Hitung kuat lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk lateral Hitung besarnya beban merata qu yang diterima balok Control lendutan L L/ dengan metoda elastic bila tidak memenuhi beban merata q diperkecil berdasarkan persamaan L L/ kemudian hitung Mu dari beban merata yang didapat dengan terlebih dahulu merubah q ke qu dengan mengalikan suatu faktor suatu faktor beban Hitung panjang pengelasan 5 Periksa gaya geser pada tampang kritis Vux Vn sejarak 15 Lw dari tumpuan Setelah semua balok profil baja kastilasi dianalisis hasil perhitungan dibuatkan dalam bentuk tabel profil baja kastilasi HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan balok baja kastilasi tanpa pengaku Data profil baja I WF x 150 sebagai berikut : A mm B 150 mm tf 9 mm tw 65 mm r 9 mm Profil baja I WF tersebut dirubah menjadi profil baja kastilasi yang digunakan untuk struktur balok pada gedung dengan panjang 6 m dan 12 m dan fy MPa dengan perletakan sendi rol Profil Baja Kastilasi tf L Gambar 7 Bentuk pembebanan dan perletakan profil baja kastilasi tw B tf tw B bf r 9 mm 65 mm 150 mm B/2 75 mm 9 mm Gambar 8 Penampang melintang profil baja kastilasi 1 Tinggi lubang badan 2 x A 2 x tf + 2 x Dtee Nilai Dtee bervariasi untukbaja I WF x 150 dimulai dengan Dtee 116 mm dan untuk nilai Dtee selanjutnya nilai Dtee awal dikurangi 5 mm Untuk nilai Dtee 116 mm tinggi lubang adalah : 2 x 2 x x 116 mm 2 Tinggi profil baja kastilasi 2 x tf + 2 x Dtee + 2 x x mm 3 Periksa kelangsingan penampang p Pada flens Pada web penampaang kompak penampang kompak Inersia profil baja kastilasi Ibr 2x1/12 x 150 x x 9 x 175 ½ x /12 x 65 x mm4 Ibr cm4 Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 14

7 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 Ilb 5 Ix Sx Iy 1/12 x 65 x mm cm4 Ibr - Ilb cm4 Ix / / 05x cm3 2 x 1/12 x 9 x /12 x 332 x mm cm4 5 Modulus penampang elastic profil baja kastilasi + { } mm cm3 6 Momen Ultimit Pemeriksaan panjang bentang Iy cm4 An 2 x 9 x x mm cm2 ry Lp 176 Ry Lr ry x 347 x fl fy fr X1 X2 4 fl kg/cm2 G E / / 2x kg/cm2 J 1/3 2Atf3 + htw3 1/ mm4 941 cm4 Cw X1 X2 4 Lr / cm4/kg cm Jadi Lr L 600 ini termasuk bentang panjang Mn Mcr Mp Mn Mp Mp Zx fy x kg/cm2 Mu b Mn Mu kgcm 7 Besarnya beban merata yang dipikul profil baja kastilasi Mu 1/8 x qu x L2 Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 2

8 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 qu 8 x Mu / L2 8 x / kg/cm q qu q qu/ 2991 / kg/cm 8 Kontrol lendutan L L/ cm 25 cm lendutan memenuhi syarat 9 Panjang pengelasan Lw Dalam menentukan panjang pengelasan kita anggap bahwa profil tersebut adalah penampang tersusun yang dibentuk dengan menggunakan sarana penyambung las Lw 05 Lw Lw Gambar 9 Panjang pengelasan Lw Direncanakan banyaknya lubang pada badan balok adalah 10 buah untuk setengah bentang balok Panjang pengelasan Lw adalah : Lw + 05 Lw 305 Lw Lw 9836 cm Panjang pengelasan Lw di sepanjang setengah bentang balok Panjang pengelasan sepanjang balok Ltot Gaya geser yang terjadi pada bidang kontak antara kedua pelat tersebut dianggap terjadi di tengah bentang yang diakibatkan oleh momen lentur Besarnya gaya geser tersebut adalah : y Rnw 09tcfy 09 x 05 x kg/cm Ltot 6235 Kontrol panjang pengelasan Lw > Ltot 305 x 9836 > cm > 6235 cm panjang pengelasan Lw memenuhi syarat Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 3

9 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret Periksa gaya geser pada tampang kritis 15 Lw Lw Gambar 10 Gaya geser yang terjadi pada tampang kritis Gaya geser yang terjadi pada tampang kritis pada jarak 15 Lw dari tumpuan sebesar Vux Vu ½ x qu x L ½ x 2991 x kg Vux / 110 ; 5+ kn 5 asumsi tidak ada pengaku vertikal ℎ Vn 06 fy Aw 06 x 0 x x kg Vux Vn x kg kg kapasitas geser profil baja kastilasi memenuhi Untuk perhitungan balok baja kastilasi dengan tinggi lubang badan lainnya dibuatkan dalam tabel Tabel 1 Profil baja kastilasi dar profil baja I WF x150 L 6 m fy MPa No mm mm Ibr cm4 Ilb cm4 Ix cm Zx cm qu kg/cm Vn kg Mu kgcm Ltot cm Dari Tabel 1 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 360 mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Tabel 2 Profil baja kastilasi dar profil baja I WF x150 L 12 m fy MPa No mm mm Ibr cm4 Ilb cm4 Ix cm4 Zx cm3 qu kg/cm Vn kg Mu kgcm Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 4 Ltot cm

10 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret Dari Tabel 2 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 460 mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Tabel 3 Profil baja kastilasi dar profil baja I WF x L 6 m fy MPa No mm mm Ibr cm4 Ilb cm4 Ix cm Zx cm qu kg/cm Vn kg Mu kgcm Ltot cm Dari Tabel 3 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Tabel 4 Profil baja kastilasi dar profil baja I WF x L 12 m fy MPa No mm mm Ibr cm4 Ilb cm4 Ix cm Zx cm qu kg/cm Vn kg Mu kgcm Ltot cm Dari Tabel 4 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 360 mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 5

11 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 Tabel 5 Profil baja kastilasi dar profil baja I WF 500x L 6 m fy MPa No mm mm Ibr cm4 Ilb cm4 Ix cm Zx cm qu kg/cm Vn kg Mu kgcm Ltot cm Dari Tabel 5 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 400 mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Tabel 6 Profil baja kastilasi dar profil baja I WF 500x L 12 m fy MPa No mm mm Ibr cm4 Ilb cm4 Ix cm Zx cm qu kg/cm Vn kg Mu kgcm Ltot cm Dari Tabel 6 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 640 mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Dari hasil perhitungan tinggi lubang badan optimum profil baja kastilasi didapatkan bahwa dengan menaikkan tinggi lubang badan akan meningkatkan inersia profil baja kastilasi tersebut sehingga kapasitas momen lentur menjadi bertambah besar dan meningkatkan beban merata yang dipikul profil Untuk profil IWF x 150 yang dirubah menjadi profil baja kastilasi tanpa pengaku dengan panjang bentang 6 meter didapatkan tinggi lubang badan optimum adalah mm dengan qu sebesar 3679 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 meter didapatkan Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 6

12 GaneÇ Swara Vol 7 No1 Maret 2013 tinggi lubang badan optimum 440 mm dengan qu sebesar 942 kg/cm Untuk profil IWF x tinggi lubang badan optimum dengan panjang 6 meter adalah mm dengan qu sebesar 1450 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 meter tinggi lubang badan optimum adalah mm dengan qu sebesar 338 kg/cm Profil IWF 500x tinggi lubang badan optimum dengan panjang 6 meter adalah 380 mm dengan qu sebesar kg/cm dan untuk panjang bentang 12 meter adalah 620 mm dengan qu sebesar 3712 kg/cm SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan hasil perhitungan terhadap tinggi lubang badan pada profil baja kastilasi dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu : 1 Tinggi lubang optimum dipengaruhi oleh kapasitas geser profil baja kastilasi pada tampang kritis yaitu 15Lw dari tumpuan 2 Kapasitas geser profil baja semakin kecil dengan pertambahan tinggi lubang badan akibat luas badan profil baja berkurang 3 Lendutan membatasi besarnya beban merata yang dapat dipikul oleh profil baja kastilasi artinya control lendutan 1/ L memperkecil beban merata 4 Profil baja I WF dapat dirubah menjadi profil baja kastilasi dengan mengatur tinggi lubang badan pada profil baja tersebut Saran-saran Saran-saran yang dapat diambil berdasarkan hasil perhitungan tinggi lubang badan optimum profil baja kastilasi adalah sebagai berikut : 1 Dalam menentukan tinggi lubang badan optimum yang lebih akurat penambahan tinggi lubang badan diatur sedemikian rupa sehingga gaya geser akibat beban merata yang dipikul oleh profil baja tersebut mendekati kapasitas geser profil baja 2 Untuk mendapatkan hasil yang lebih variatif bentuk lubang dapat dibuat dengan ukuran yang berbeda misalnya berbentuk bulat begitu pula dengan jenis perletakan dan pembebanannya DAFTAR PUSTAKA Anonim 0 Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung Penerbit Laboratorium Mekanika Struktur Pusat Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung Bandung Anonim 0 Kursus Singkat Perencanaan Struktur Baja dengan Metoda LRFD Penerbit Laboratorium Mekanika Struktur Pusat Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung Bandung Gunawan T dan Margaret S 1998 Teori Soal dan Penyelesaian Konstruksi Baja I Jilid I Delta Group Jakarta Rene Amon Bruce Knobloch Atanu Mazubder 1996 Perencanaan Konstruksi Baja untuk Insinyur dan Arsitek 1 PT Pradnya Paramita Salmon Charles G dan Johnson E 1992 Struktur Baja dan Desain dan Perilaku 1 dan 2 edisi ketiga terjemahan I Prihminto Widodo PT Gramedis Pustaka Utama Jakarta Schodek Daniel 1995 Struktur terjemahan Bambang Suryoatmono PT Eresco Spiegel Leonard dan Limbrumer George F 1991 Desain Baja Struktural Terapan terjemahan Bambang Suryoatmono PT Eresco Analisis Profil Baja Kastilasi Ni Kadek Astariani 7