Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku.Ni Kadek Astariani 25

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 STUDI ANALISIS TINGGI LUBANG BAJA KASTILASI DENGAN PENGAKU BADAN PADA PROFIL BAJA IWF 200 X 100 ABSTRAKSI NI KADEK ASTARIANI Universitas Ngurah Rai Denpasar Struktur bentang panjang dengan menggunakan profil wide flange konvensional sudah tidak ekonomis lagi untuk baja kastilasi menjadi salah satu solusi dari permasalahan tersebut karena dapat mengurangi berat total material konstruksi tanpa pengurangan daya dukung yang berhubungan dengan penurunan harga struktur baja secara keseluruhan Pada penelitian ini dicoba menganalisis profil baja IWF 200 x100 Pada profil ini diberi pengaku badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm Jadi tinggi lubang optimum yang didapat adalah 280 mm untuk panjang bentang 6 meter dengan q u sebesar 145 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 mm tinggi lubang optimum adalah 340 mm dengan q u sebesar 338 kg/cm Kata kunci : pengakubaja kastilasi profil IWF PENDAHULUAN Profil baja dengan tipe WF (wide flage)merupakan salah satu material konstruksi suatu bangunan yang telah digunakan secara luasprofil wide flange (I) ini sering digunakan untuk struktur bangunan baik untuk balok maupun kolom Untuk struktur dengan bentang panjang penggunaan profil wide flange konvensional sudah tidak ekonomis lagi Baja kastilasi menjadi salah satu solusi dari permasalahan tersebut karena dapat mengurangi berat total material konstruksi tanpa pengurangan daya dukung yang berhubungan dengan penurunan harga struktur baja secara keseluruhan Adapun pembuatan baja kastilasi 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 barudimana beratnya sama dengan profil sebelumnya tetapi lebih tinggi Dengan meninggikan profil baja tersebut dapat meningkatkan inersia baja tersebut sehingga dapat memperkecil tegangan yang terjadi 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 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 yang dikemukakan di atas bagaimanakah mendapatkan tinggi lubang optimum profil baja kastilasi dengan menambahkan pengaku di bagian badan profil baja serta memenuhi tegangan serta stabilitas penampang Tujuan Penulisan Untuk itu pada tulisan ini akan dicoba dianalisa berapa tinggi lubang badan (Ds) optimum yang disertai dengan penambahan pengaku badan sehingga didapatkan profil baja kastilasi yang memenuhi tegangan serta stabilitas penampang Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 25

TINJAUAN PUSTAKA Balok Terlentur GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 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 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 tegangan-regangan 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 A f<fy ffy f<fy Elastis f<fy A Gambar 1 Momen maksimum terjadi pada pelat tanpa lubang B Seluruhnya Penampang a-a M<My MMy My<M<Mp MMp (a) (b) (c) (d) Gambar 2 Distribusi tegangan pada berbagai tahap pembebanan pada pelat badan tanpa lubang badan f<fy ffy f<fy Elastis f<fy B Seluruhnya Penampang b-b Elastis M<My MMy My<M<Mp MMp (a) (b) (c) (d) Gambar 3 Momen maksimum terjadi pada Pelat badan dengan lubang badan Gambar 4 Distribusi tegangan pada berbagai tahap pembebanan pada pelat badan dengan lubang badan (castelite Tegangan (N/mm 2 ) 400 300 200 100 005 01 015 02 025 Regangan (mm/mm) Gambar 5 Diagram tegangan regangan pada baja structural Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 26

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 Dengan menganalisis balok dengan lubang badan (castelite beam) ini harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1 Kelangsingan penampang pada balok ( p ) yaitu : Pada flens Pada web < ( ) < Persyaratan kekuatan untuk balok yang mengalami lenturan dapat dinyatakan sebagai : b M n M u b faktor resistensi untuk lentur 09 M n kekuatan momen nominalm u momenbeban layanan terfaktor Untuk penampang-penampang yang memenuhi p kuat lentur nominal penampang adalah : M n M p dimana M p kekuatan momen plastis Zf y Z modulus plastis f y tegangan leleh baja 2 Kuat lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk lateral a Bentang pendek Untuk komponen struktur yang memenuhi L L p kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah : M n M p L p 176r y r y b Bentang menengah Untuk komponen struktur yang memenuhi L p L L r kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah : M n + C b 23 Dengan M max adalah momen maksimum pada bentang yang ditinjau serta M A M B M C adalah masingmasing momen pada ¼ bentang tengah bentang dan ¾ bentang komponen struktur yang ditinjau M r S x (f y f r ) dimana S adalah modulus penampang elastic dan f r adalah tegangan sisa 4 1 + 1 + ( ) Dimana b merupakan dimensi panjang dan t dimensi tipis dari elemen persegi panjang f L f y f r c Bentang panjang Untuk komponen struktur yang memenuhi L r L kuat nominal komponen struktur terhadap lentur adalah : M n M cr M p M cr + 1 3 3 Lendutan maksimum akibat beban mati dan beban hidup harus lebih kecil dari 1/240 L 4 Pelat badan yang memikul gaya geser perlu (Vu) harus memenuhi Vu Vn faktor reduksi 09 Vn kuat geser nominal pelat badan 4 2 Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 27

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 Dalam perhitungan kuta geser nominal ada tiga ketentuan yaitu : a Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/t w memenuhi rumus : (h/ ) 110 b Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/t w memenuhi rumus : 110 atau (h/ ) 137 c Jika perbandingan maksimum tinggi terhadap tebal panel h/t w memenuhi rumus : 137 Vn 06f y A w + (h/ ) Dengan k n 5 + Vn 06f y A w A w luas kotor pelat badan Vn 06f y A w 110 ( ) ( / ) 110 09 (h/ ) / ( / ) ( / ) atau Vn 06f y A w + ( ) ( / ) 15 1 (h/ ) 5 Panjang pengelasan sepanjang balok L tot y R nw 09t e (06f y ) y 09 adalah faktor reduksi kekuatan saat leleh t e tebal efektif R nw kuat nominal sambungan las R u beban terfaktor atau kuat perlu 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 056 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 : f y 240 MPa Modulus elastisitas : E 200000 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 (Ds) Periksa kelangsingan pada penampang balok ( < p ) Pada Flens Pada Web < ( ) < Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 28

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 Bila tidak memenuhi maka kecilkan tinggi lubang (Ds) 1 Hitung kuat lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk lateral 2 Hitung besarnya beban merata (q u ) yang diterima balok 3 Control lendutan ( L L/240) dengan metoda elastic bila tidak memenuhi beban merata (q) diperkecil berdasarkan persamaan L L/240 kemudian hitung M u dari beban merata yang didapat dengan terlebih dahulu merubah q ke q u dengan mengalikan suatu faktor suatu faktor beban 4 Hitung panjang pengelasan 5 Periksa gaya geser pada tampang kritis (V ux V n ) sejarak 15 L w dari tumpuan Setelah semua balok profil baja kastilasi dianalisis hasil perhitungan dibuatkan dalam bentuk tabel profil baja kastilasi HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Perhitungan Balok Baja Kastilasi dengan Pengaku Badan Profil baja I WF yang sudah dirubah menjadi balok baja kastilasi diperkaku pada badan dengan menambahkan pelat di bagian badannya untuk mengetahui seberapa jauh pengaruh pengaku terhadap kekuatan balok kastilasi tersebut Data profil balok baja kastilasi 200 x 100 tf B Dc 6tw maksimum 4tw maksimum Profil Baja Kastilasi 200 X 100 Dc 250 mm t f 8 mm t w 55 mm B 100 mm b f 100/2 50 mm r 11 mm Gambar 6 Profil baja dengan kastilasi pengaku badan Gambar 7 Penampang melintang profil baja kastilasi dengan pengaku badan Ukuran pelat pengaku badan Tebal pelat pengaku harus lebih besar dari setengah tebal sayap Diambil tebal pelat pengaku (t s )8 mm 056 Lebat pelat pengaku (b s ) b s 056 8 12934 diambil lebar pelat pengaku 100 mm 1 Tinggi lubang badan (Ds) Ds 2 x (A (2 x t f + 2 x D tee ) Nilai D tee bervariasi untukbaja I WF 300 x 150 dimulai dengan D tee 116 mm dan untuk nilai D tee selanjutnya nilai D tee awal dikurangi 5 mm Untuk nilai D tee 116 mm tinggi lubang adalah : Ds 2 x (300 ( 2 x 9 + 2 x 116) 100 mm 2 Tinggi profil baja kastilasi Dc (2 x t f ) + (2 x D tee ) + Ds Dc (2 x 8) + (2 x 17) + 100 Dc 250 mm 3 Periksa kelangsingan penampang ( < p ) Pada flens Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 29

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 < < 625< 10973 (penampaang kompak) Pada web ( ) ( ) < < 38545< 108444 (penampang kompak) 4 Inersia profil baja kastilasi I br (2x(1/12 x 100 x 8 3 + 100 x 8 x (125 ½ x 8) 2 + (1/12 x 55 x 236) 2 293067143 mm 4 I br 29300671 cm 4 I lb (1/12 x 55 x 100 2 ) 4583333 mm 4 4583 cm 4 I x I br - I lb 288484 cm 4 S x I x / 05 Dc 288484 / (05x25) 2307872 cm 3 I y 2 x (1/12 x 8 x 100 3 ) + 1/12 x (236 100) x 55 3 1335219 mm 4 133522 cm 4 5 Modulus penampang plastis profil baja kastilasi + 2 2 2 + 2 {8 100 (250 8)} + 65 255144 mm 3 255144 cm 3 6 Momen Ultimit Pemeriksaan panjang bentang I y 133522 cm 4 A n 2 x (8 x 100) + 236 x 55 2898 mm 2 2898 cm 2 r y 2146 L p 176 r y 176 x 2146 x 109056 L r r y 1 + 1 + fl f y f r X 1 X 2 4 fl 2400 032400 1680 kg/cm 2 G E / 2(1+ ) 210 6 / (2x(1+03)) 770000 kg/cm 2 J 1/3 (2At f 3 + ht w 3 ) 1/3 (21008 3 + 23655 3 ) 47221 mm 4 47221 cm 4 C w ( ) 15021225 X 1 139662705 / X 2 4 40410-5 cm 4 /kg 2 L r 2146 1 + 1 + 40410 1680 6110285 cm M n M cr M p M n M p Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 30

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 M p Z x f y 25514 x 2400 612336 kg/cm 2 M u b M n M u 09612336 5511024 kgcm 7 Besarnya beban merata yang dipikul profil baja kastilasi M u 1/8 x q u x L 2 q u 8 x M u / L 2 8 x 5511024 / 600 2 1225 kg/cm q q u q q u / 2991 /17 7206 kg/cm 8 Kontrol lendutan L L/240 5 384 240 5 7206 (600) 384 2000000 288484 600 240 2107 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 Data profil balok baja kastilasi 200 x 100 Gambar 8 Panjang pengelasan (Lw) profil kastilasi dengan pengaku badan Direncanakan banyaknya lubang pada badan balok adalah 10 buah untuk setengah bentang balok Panjang pengelasan (Lw) adalah : 3 + 05 05 30Lw + 05 Lw 300 305 Lw 300 Lw 9836 cm Panjang pengelasan (Lw) di sepanjang setengah bentang balok Panjang pengelasan sepanjang balok (L tot ) 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 : 1346133663946 8754190 983299 y R nw 09t c f y 09 x 05 x 2400 1404 kg/cm L tot 6235 Kontrol panjang pengelasan (Lw) 3 + 05 > L tot 305 x 9836 > 6235 299998 cm > 6235 cm ( panjang pengelasan Lw memenuhi syarat) 10 Periksa gaya geser pada tampang kritis h 15 LW a Gambar 9 Gaya geser yang terjadi pada tampang kritis profil baja kastilasi dengan pengaku Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 31

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 Gaya geser yang terjadi pada tampang kritis pada jarak 15 Lw dari tumpuan sebesar Vux Vu ½ x q u x L ½ x 1225 x 600 3675 kg Vux ( ) ( ) ( ) ( ) 3494264 ( )/ 110 ; 5 + 5 250 100 110 5 200000 55 240 4545 71 Vn 06 f y A w 06 x 2400 x (25-10) x 055) 10692 kg Vux Vn 3494264 09 x 10692 3494264 kg 96228 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 dari profil baja I WF 200x100 L 6 m f y 240 MPa t s 8 mm b s 100 mm No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ds (mm) 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Dc (mm) 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 I br (cm 4 ) I lb (cm 4 ) I x (cm 4 ) Z x (cm 3 ) 293067 4583 288484 25514 320682 7920 312762 26366 349769 12577 337192 27136 380353 18773 361580 27823 412464 26730 385734 28428 446129 36667 409462 28950 481374 48803 432571 29390 518228 63360 452868 29747 556717 80557 476161 30022 596871 100613 496257 30214 q u (kg/cm) 1225 1266 1303 1336 1365 1390 1411 1428 1441 1450 Vn (kg) M u (kgcm) L tot (cm) 1069200 55110132 4256 997920 56950992 4237 926640 58613652 4208 855360 60098112 4169 784080 61404372 4121 712800 62532432 4065 641580 63482292 4001 570240 64253952 3931 498960 64847412 3855 427680 65262672 3773 Dari Tabel 1 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 300 mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn 356400 kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux 415190 kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Tabel 2 Profil baja kastilasi dari profil baja I WF 200x100 L 12 m f y 240 MPa t s 8 mmb s 100 mm No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Ds (mm) 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 Dc (mm) 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 I br (cm 4 ) I lb (cm 4 ) I x (cm 4 ) Z x (cm 3 ) 293067 4583 288484 25514 320682 7920 312762 26366 349769 12577 337192 27136 380353 18773 361580 27823 412464 26730 385734 28428 446129 36667 409462 28950 481374 48803 432571 29390 518228 63360 452868 29747 556717 80557 476161 30022 596871 100613 496257 30214 638715 123750 514965 30324 682278 150187 532091 30351 727587 180143 547443 30296 q u (kg/cm) 178 193 208 223 238 253 267 281 294 307 318 329 338 Vn (kg) M u (kgcm) L tot (cm) 1069200 32073630 2477 997920 34772927 2587 926640 37489011 2691 855360 40200482 2789 784080 42885937 2878 712800 45523973 2959 641580 48093189 3031 570240 50572183 3094 498960 52939551 3147 427680 55173893 3190 356400 57253806 3222 285120 59157888 3243 213840 60864766 3253 Dari Tabel 2 pada saat tinggi lubang ditambah menjadi 360 mm perhitungan dihentikan karena gaya geser Vn 142560 kg sedangkan gaya geser pada tampang kritis sejauh 15Lw adalah Vux 197621 kg sehingga kapasitas geser profil baja kastilasi tidak memenuhi Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 32

GaneÇ Swara Vol 7 No2 September 2013 Pembahasan Pada profil baja kastilasi yang diberi pengaku badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm tinggi lubang badan optimum dengan panjang 6 meter adalah 280 mm dengan q u sebesar 1450 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 meter tinggi lubang badan optimum adalah 340 mm dengan q u sebesar 338 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 1/240 L memperkecil beban merata 4 Pemberian pengaku pada badan meningkatkan kapasitas geser profil baja kastilasi tersebutpada profil baja kastilasi yang diberi pengaku badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm tinggi lubang badan optimum yang didapat adalah 280 mm untuk panjang bentang 6 meter dengan q u sebesar 145 kg/cm dan untuk panjang bentang 12 meter tinggi lubang badan optimum adalah 340 mm dengan q u sebesar 338 kg/cm 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 2000 Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung Penerbit Laboratorium Mekanika Struktur Pusat Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa Institut Teknologi Bandung Bandung Anonim 2000 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 Ir Mc Prihminto Widodo PT Gramedis Pustaka Utama Jakarta Schodek Daniel 1995 Struktur terjemahan Ir Bambang Suryoatmono MSc PT Eresco Spiegel Leonard dan Limbrumer George F 1991 Desain Baja Struktural Terapan terjemahan Ir Bambang Suryoatmono MSc PT Eresco Studi Analisis Tinggi Lubang Baja Kastilasi dengan Pengaku Ni Kadek Astariani 33