PEMBUATAN ALAT BANTU DESAIN (KURVA) PADA STRUKTUR KOLOM BAJA MENURUT SNI 03-1729-2002 TUGAS AKHIR SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL Oleh TANDIKA MARCEL SETO WAHYUDI 150 03 050 150 03 070 PEMBIMBING Ir. MUSLINANG MOESTOPO, MSEM, Ph.D PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007 1
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TUGAS AKHIR PEMBUATAN ALAT BANTU DESAIN (KURVA) PADA STRUKTUR KOLOM BAJA MENURUT SNI 03-1729-2002 Oleh: DISETUJUI oleh: PEMBIMBING: Ir. MUSLINANG MOESTOPO, MSEM, Ph.D MENGETAHUI KELOMPOK KEPAKARAN REKAYASA STRUKTUR KOORDINATOR TUGAS AKHIR PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KETUA Ir. MADE SUARJANA, M.Sc, Ph.D Dr. Ir. HERLIEN D. SETIO Bandung, 3 Juli 2007 2
ABSTRAK TUGAS AKHIR PEMBUATAN ALAT BANTU DESAIN (KURVA) PADA STRUKTUR KOLOM BAJA MENURUT SNI 03-1729-2002, Tandika M. (15003050), Seto W. (15003070), Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, 2007. Pada era modern sekarang ini, perkembangan pesat terjadi pada industri konstruksi. Perkembangan industri konstruksi tidak lepas dari studi-studi teknologi material seperti beton, baja, dll. Di dalam konstruksi modern saat ini banyak digunakan material baja karena memiliki kelebihan-kelebihan dibandingkan dengan material konstruksi lainnya. Pemakaian material baja dalam konstruksi akan memberikan struktur yang lebih ringan, daktail, dan mampu menahan deformasi yang cukup besar. Konsekuensi yang ditimbulkan dalam perencanaan elemen kolom baja ini adalah proses perencanaan dan studi yang cukup rumit dan detail karena banyak faktor yang berpengaruh didalammya, tidak hanya tahanan penampang tetapi juga kondisi yang terjadi di lapangan. Tugas akhir ini memaparkan pembuatan alat bantu desain berupa kurva dengan pembatasan nilai faktor panjang tekuk (kc) dan panjang tak terkekang (Lb). Proses desain umumnya dilakukan dengan menggunakan software ETABS, SAP. Pembuatan kurva interaksi Nn dan Mn menggambarkan perbandingan tahanan penampang dengan kuat perlu dengan mengacu kepada SNI 03-1729-2002. Grafik yang dihasilkan menggunakan berbagai macam profil-profil baja yang umum digunakan di Indonesia. Dari kurva interaksi ini akan dihasilkan studi mengenai perilaku dari elemen kolom dari berbagai macam tipe profil, yaitu profil HWF, IWF, Square HSS, dan Tubular HSS, khususnya mengenai tahanan nominal lentur dan aksial dari penampang tersebut. Output dari studi ini diharapkan dapat memberikan kemudahan bagi para pengguna di lapangan dalam proses desain elemen kolom struktur baja. Pemakaian kurva ini tidak terbatas hanya pada para engineer saja, tetapi juga bisa digunakan oleh kalangan mahasiswa maupun masyarakat. Kata kunci: tekuk lokal, tekuk torsi lateral, kekompakan penampang, panjang bentang, panjang tekuk, koefisien tekuk, panjang tak terkekang, momen plastis, momen residu. 3
KATA PENGANTAR Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-nya, akhirnya kami dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir pada semester II 2006/2007 ini. Tujuan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini adalah untuk memberikan manfaat nyata kepada para pelaku dunia usaha konstruksi, khususnya para engineer di dalam mendesain elemen struktur kolom baja. Manfaat ini berupa kemudahan preliminary design untuk pemilihan profil yang kuat dan ekonomis sehingga dapat meringkas waktu perhitungan. Di dalam proses pengerjaan Laporan Tugas Akhir ini, penyusun mendapat banyak bantuan, semangat, dan dorongan dorongan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih, terutama kepada : 1. Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa memberikan rahmat, berkat, dan bimbingan-nya setiap waktu. 2. Orang tua, adik-adikku, Vero dan Tantri dan keluarga/sanak saudara yang telah memberikan semangat dan bantuan, baik moril maupun materil yang tidak terhingga. 3. Bapak Dr. Ir. Muslinang Moestopo, MSEM selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penyusun hingga laporan ini selesai. 4. Ibu Dr. Ir. Dyah Kusumastuti dan Dr. Ir. Herlien Dwiarti Setio selaku dosen penguji yang bersedia meluangkan waktunya untuk Sidang Seminar dan Sidang Tugas Akhir. 5. Dosen-dosen Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung yang tidak bisa kami sebutkan namanya satu-persatu, atas semua ilmu yang telah diajarkan kepada kami. 6. Segenap karyawan Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung yang telah banyak memberikan bantuan di dalam proses administrasi Tugas Akhir ini. 7. Teman-teman Himpunan Mahasiswa Sipil (HMS) ITB dan teman-teman angkatan 2003 yang telah memberikan warna baru di dalam kehidupan ini selama penyusun menuntut ilmu di Institut Teknologi Bandung serta atas pengalaman-pengalaman lainnya yang tak terlupakan 8. Partner TA Seto Wahyudi atas kerja samanya dan teman seperjuangan Armen dan Wijono.. thx a lot.. 9. Alumni Camping to Situ Lembang, Macan Kampus, Alumni Going to Pantai Pangandaran dan kawan-kawan lainnya, khususnya kepada T. Bramono, Roni S, 4
Reza, Josua, Denee Adi Kros, Nurjaman Brothers, Tibo, Median, Bintang, Edi codot, Koko, Alex de Binjei, Juli sang Tripod, Arthur E, Adjie, Didit. Thanks Guys.. 10. Anak-anak Studgam : Tyo, Jejen, Lulita, Lia, Aya, Sofie, dan yang lainnya 11. Semua pihak yang turut membantu kelancaran selama proses pengerjaan dan penulisan Laporan Tugas Akhir yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu. Penyusun menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini belum sempurna karena adanya keterbatasan kemampuan dan waktu, maupun kendala-kendala yang dihadapi. Untuk itu, kritik dan saran yang membangun dari para pembaca sangat kami harapkan untuk penyempurnaan laporan ini. Akhir kata, semoga laporan dan grafik-grafik yang dihasilkan ini dapat menuntun pengguna untuk mendapatkan gambaran mengenai perilaku struktur elemen kolom baja sehingga dapat sungguh-sungguh berguna dan memperluas wawasan para pembaca. Bandung, Juni 2007 Penyusun 5
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK TUGAS AKHIR....iii KATA PENGANTAR...iv DAFTAR ISI...vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR...ix DAFTAR LAMPIRAN....x DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG...xi BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG... 1-1 1.2 RUMUSAN MASALAH... 1-2 1.3 TUJUAN... 1-3 1.4 RUANG LINGKUP... 1-3 1.5 HASIL (OUTPUT)....1-4 BAB 2 DASAR TEORI 2.1 UMUM... 2-1 2.2 STABILITAS... 2-4 2.2.1 STABILITAS AKSIAL... 2-6 2.2.2 TEKUK LOKAL... 2-7 2.2.3 TEKUK GLOBAL... 2-8 2.2.3.1 FAKTOR PANJANG TEKUK... 2-8 2.2.3.2 RASIO BATAS KELANGSINGAN... 2-10 2.3 PERENCANAAN KOMPONEN TEKAN SESUAI SNI 03-1729-2002... 2-10 2.4 PERENCANAAN KOMPONEN TEKAN SESUAI AISC-LRFD 1999... 2-12 2.5 PERENCANAAN KOMPONEN TEKAN SESUAI SNI 03-1729-2002 & AISC- LRFD 1999... 2-17 2.5.1 KUAT LENTUR NOMINAL PENAMPANG DENGAN PENGARUH TEKUK LOKAL... 2-17 2.5.2 KUAT LENTUR NOMINAL PENAMPANG DENGAN PENGARUH TEKUK GLOBAL... 2-18 BAB 3 METODOLOGI 3.1 FLOW CHART... 3-1 3.2 TAHAPAN DESAIN... 3-2 3.2.1 TINJAUAN PUSTAKA DAN TEORI DASAR... 3-2 3.2.2 PENGUMPULAN DATA... 3-3 6
3.2.3 PERHITUNGAN MANUAL... 3-6 3.2.4 PEMBUATAN KURVA DENGAN PARAMETER-PARAMETER... 3-6 3.2.5 PENGUJIAN KURVA YANG DIHASILKAN (PENGOLAHAN DATA)... 3-7 3.2.6 ANALISIS... 3-8 3.2.7 KESIMPULAN... 3-8 BAB 4 PENGOLAHAN DATA 4.1 DATA-DATA PROFIL... 4-1 4.2 PERHITUNGAN TAHANAN PROFIL... 4-1 BAB 5 ANALISIS 5.1 UMUM... 5-1 5.2 TINJAUAN ANALISIS... 5-1 5.2.1 TINJAUAN GRAFIK... 5-1 5.2.1.1 PERHITUNGAN KUAT TEKAN... 5-1 5.2.1.2 PERHITUNGAN KUAT LENTUR... 5-2 5.2.2 TINJAUAN KRITERIA DARI ELEMEN KOLOM... 5-3 BAB 6 KESIMPULAN dan SARAN 6.1 KESIMPULAN... 6-1 6.2 SARAN... 6-1 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 7
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Hubungan kelangsingan (λ c ) dengan faktor tekuk (ω)....2-11 Tabel 2.2 Hubungan kelangsingan (λ c ) dengan faktor tekuk (ω) penampang langsing....2-11 Tabel 2.3 Hubungan jenis profil dengan nilai momen kritis kritisnya... 2-19 Tabel 2.4 Nilai Lp dan Lr untuk suatu jenis profil... 2-20 Tabel 3.1 Data Profil IWF PT. Gunung Garuda Steel (According JIS 1993)....3-4 Tabel 3.2 Perhitungan parameter-parameter lainnya....3-5 Tabel 5.1 Nilai Mn dan Berat satuan Pada Macam-Macam Profil....5-14 8
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Nilai kc Untuk Kolom Dengan Ujung-ujung Ideal....2-3 Gambar 2.2 Nilai kc Pada Rangka Portal....2-9 Gambar 2.3 Flow Chart Penampang Tekuk Lentur Berdasarkan SNI 03-1729-2002....2-15 Gambar 2.4 Flow Chart Penampang Tekuk Lentur Berdasarkan AISC LRFD 1999....2-16 Gambar 2.5 c x dan c y pada profil I....2-17 Gambar 2.6 Penampang kompak, tak-kompak, dan langsing....2-18 Gambar 2.7 Perencanaan Lb Terhadap Momen... 2-22 Gambar 3.1 Flow Chart Tahapan Metodologi... 3-1 Gambar 3.2 Hubungan Mn dan Pn untuk Lb = 3000 pada profil HWF....3-7 Gambar 3.3 Hubungan Mn dan Pn untuk Lb = 4000 pada profil HWF....3-7 9
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A TABEL PENAMPANG HWF dan CONTOH GRAFIK Nu vs. Mu LAMPIRAN B TABEL PENAMPANG IWF dan CONTOH GRAFIK Nu vs. Mu LAMPIRAN C TABEL PENAMPANG SQUARE HSS dan CONTOH GRAFIK Nu vs. Mu LAMPIRAN D TABEL PENAMPANG TUBULAR HSS dan CONTOH GRAFIK Nu vs. Mu 10
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG SINGKATAN ASD AISC SNI HWF HSS IWF LRFD Nama Pemakaian Allowable Stress Design American Institute of Steel Construction Standar Nasional Indonesia H Wide Flange Hollow Structure Section I Wide Flange Load and Resistance Factor Design LAMBANG A luas Penampang, mm 2 b lebar penampang, mm be lebar efektif penampang, mm bf lebar flens, mm Cb faktor pengali momen cx, cy jarak dari garis netral terhadap serat-serat ekstrem penampang masing-masing terhadap sumbu x dan sumbu y, mm c m faktor yang menghubungkan diagram momen aktual dengan diagram momen ekivalen D, L beban yang bekerja (D = beban mati, L = beban hidup) D diameter penampang pipa, mm d tinggi profil, mm S modulus penampang, mm 3 E modulus Elastisitas baja, MPa f Pu/Ag, MPa fcr tegangan kritis penampang tertekan, MPa fr tegangan sisa, MPa fy tegangan leleh baja, MPa f L tegangan leleh dikurangi tegangan sisa, MPa G modulus geser baja, MPa Ga, Gb faktor kekangan akibat adanya batang lentur yang merangka ke batang tekan yang sedang ditinjau h tinggi web, mm I Inersia penampang, mm 4 Iw konstanta puntir lengkung, mm 6 J konstanta puntir torsi, mm 4 11
kc L Lb L k Lp Lpd Lr M1 M2 Mcr Μltu Mn Mntu Mp Mr Mu N Ncr Nn Nu Pu Q Qa Qs r min sumbu Rn rx mm ry mm SF mm mm mm faktor panjang tekuk panjang bentang, mm panjang bentang tak terkekang, mm panjang tekuk, mm panjang bentang maksimum untuk balok yang mampu menerima momen plastis, mm batas panjang bagian pelat sayap tekan tanpa pengekang lateral,mm panjang bentang minimum untuk balok yang kekuatannya mulai ditentukan oleh momen kritis tekuk torsi lateral, momen ujung yang terkecil, N-mm momen ujung yang terbesar, N-mm momen kritis, N-mm momen lentur terfaktor orde pertama yang diakibatkan oleh beban-beban yang dapat menimbulkan goyangan, N- tahanan nominal lentur penampang, N-mm momen lentur terfaktor orde pertama yang diakibatkan oleh beban-beban yang tidak menimbulkan goyangan, N- momen lentur yang menyebabkan seluruh penampang mengalami tegangan leleh, N-mm momen batas tekuk, N-mm momen ultimit, N-mm beban aksial tekan, N beban kritis elastis, N tahanan nominal aksial penampang, N beban aksial ultimit, N beban ultimit, N load Factor; faktor reduksi elemen faktor reduksi elemen dengan pengaku faktor reduksi elemen tanpa pengaku jari-jari girasi komponen struktur tersusun terhadap yang memberikan nilai yang terkecil (sumbu l l), mm tahanan penampang jari-jari girasi komponen struktur terhadap sumbu x x, jari-jari girasi komponen struktur terhadap sumbu y y, faktor keamanan 12
Sx, Sy t tf tw X 1 modulus penampang masing-masing terhadap sumbu x dan sumbu y, mm 3 tebal penampang, mm tebal flens, mm tebal web, mm koefisien untuk perhitungan momen tekuk torsi lateral, MPa X 2 koefisien untuk perhitungan momen tekuk torsi lateral, (1/MPa) 2 Z modulus plastisitas, mm 3 Ф b faktor reduksi tekan Ф c faktor reduksi tekan Ф faktor reduksi kekuatan γ D, γ L faktor beban δ b, δ s faktor amplifikasi momen λ kelangsingan penampang λc parameter kelangsingan batang tekan λp batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang kompak λr batas perbandingan lebar terhadap tebal untuk penampang tak kompak σ tegangan lentur, MPa ωx koefisien tekuk 13