BAB II STUDI PUSTAKA 2.1. Baja 2.1.1. Pengenalan Baja Saat ini baja menempati posisi pertama logam yang banyak penggunaannya (Hasnan, Ahmad. Mengenal Baja. Oke Open Knowledge and Education). Baja merupakan bahan yang sudah lama dikenal dalam proses konstruksi. Faktor utama yang menjadi bahan pertimbangan untuk pemilihan baja dalam pemakaian struktur konstruksi yaitu (Aghayere, Abi, and Jason Vigil. 2009. Structural Steel Design, A Practice-Oriented Approach. Pearson Internasional Edition). : 1. Baja memiliki kekuatan yang tinggi dalam rasio ketahanan. 2. Struktural properties dari baja adalah seragam dan homogen, dan mudah dalam pengaplikasian. 3. Memiliki duktilitas yang tinggi, jadi dapat diprediksikan bahaya dari keruntuhan bangunan tersebut. 4. Mudah didaur ulang. Fakta membuktikan, beberapa bangunan yang memakai komponen baja daur ulang pada struktur utamanya. 5. Struktur baja sangatlah mudah dan cepat dalam hal pemasangan dan pabrikasi, dibandingkan dengan struktur beton. 6. Pemasangan struktur baja tidak dipengaruhi oleh cuaca, bahkan pemasangan baja dapat dilakukan dalam cuaca yang sangat dingin. II - 1
7. Relatif lebih mudah dalam hal penambahan (existing) struktur baja karena kemudahan dalam proses penyambungan baja tersebut. 2.1.2. Tipe-tipe Baja Secara umum baja terdiri dari 2 tipe, yaitu : Hot Rolled Steel dan Cold Rolled Steel. Baja Hot Rolled Steel adalah baja yang dibentuk dalam keadaan panas, contoh dari baja Hot Rolled adalah baja konvensional. Dan untuk baja Cold Rolled adalah baja yang dibentuk dalam keadaan dingin, contohnya adalah baja ringan atau baja dengan bentuk yang lebih ramping dibandingkan baja konvensional tadi (www.wikipedia.com). 2.2. Hot Rolled Steel Hot rolled steel dalam bidang konstruksi biasa Baja ini umumnya memiliki berat yang lebih besar dibandingkan dengan baja dingin (Cold rolled). Baja dengan pembuatan metode Hot Rolled adalah baja konvensional, karena baja ini biasa digunakan dalam pembuatan struktur gedung. Proses pembuatan baja hot rollled ini bermacam-macam, yaitu : 1. Proses Konvertor Terdiri dari satu tabung yang berbentuk bulat lonjong dengan menghadap kesamping. Sistem kerja Dipanaskan dengan kokas sampai ± 1500 0 C, Dimiringkan untuk memasukkan bahan baku baja. (± 1/8 dari volume konvertor) Kembali ditegakkan. II - 2
Udara dengan tekanan 1,5 2 atm dihembuskan dari kompresor. Setelah 20-25 menit konvertor dijungkirkan untuk mengeluarkan hasilnya. 2. Proses Dapur Cawan Proses kerja dapur cawan dimulai dengan memasukkan baja bekas dan besi kasar dalam cawan, kemudian dapur ditutup rapat. Kemudian dimasukkan gas-gas panas yang memanaskan sekeliling cawan dan muatan dalam cawan akan mencair. Baja cair tersebut siap dituang untuk dijadikan baja-baja istimewa dengan menambahkan unsur-unsur paduan yang diperlukan. 3. Proses Dapur Kopel mengolah besi kasar kelabu dan besi bekas menjadi baja atau besi tuang. Proses pemanasan pendahuluan agar bebas dari uap cair. Bahan bakar(arang kayu dan kokas) dinyalakan selama ± 15 jam. kokas dan udara dihembuskan dengan kecepatan rendah hingga kokas mencapai 700 800 mm dari dasar tungku. besi kasar dan baja bekas kira-kira 10 15 % ton/jam dimasukkan. 15 menit baja cair dikeluarkan dari lubang pengeluaran. Contoh-contoh dari baja Hot Rolled Steel yaitu : 1. Baja H-Beam Gambar 1. Baja H-Beam II - 3
2. Baja WF Gambar 2. Baja WF 3. Baja Canal Gambar 3. Baja Canal (CNP) 4. Baja Hollow Gambar 4. Baja Hollow II - 4
5. Baja Siku Gambar 5. Baja Siku 2.2.1 Peraturan Mengenai Baja Hot Rolled Peraturan mengenai baja Hot Rolled sudah ada SNInya yaitu pada SNI 03-1729-2002 mengenai Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung yang dikeluarkan oleh Badan Standarisasi Nasional. Refensi lain yaitu AISC 360-05 mengenai Spesification for Structural Steel Building yang dikeluarkan oleh American Institute of Steel Construction Inc. 2.3. Cold Rolled Steel Baja cold-formed atau cold-rolled (canai dingin) atau light-gage atau baja ringan adalah komponen struktur baja dari lembaran atau pelat baja dengan proses pengerjaan dingin. Baja canai dingin semakin populer digunakan sebagai alternatif pengganti kayu dan secara intensif dipakai pada bangunan rendah tidakbertingkat (low-rise building). Riset tentang baja cold-formed untuk bangunan II - 5
dimulai oleh Prof. George Winter dari Universitas Cornell mulai tahun 1939. Berdasarkan riset-riset beliau maka dapat dilahirkan edisi pertama tentang Light Gauge Steel Design Manual tahun 1949 atas dukungan AISI (American Iron and Steel Institute). Sejak dikeluarkan peraturan tersebut atau lebih dari lima dekade ini, maka pemakaian material baja canai dingin semakin berkembang untuk konstruksi bangunan, mulai struktur sekunder sampai struktur utama, misalnya untuk balok lantai, rangka atap dan dinding pada bangunan industri, komersial maupun rumah tinggal (Wiryanto Dewobroto, Sahari Besari dan Bambang Suryoatmono. (2006). Perlunya Pembelajaran Baja Cold-Formed dalam Kurikulum Konstruksi Baja di Indonesia, prosiding Lokakarya Pengajaran Mekanika Teknik, Konstruksi Beton dan Konstruksi Baja, Jurusan Teknik Sipil, FT Universitas Udayana, Bukit, Jimbaran, Bali). Baja Cold Rolled merupakan baja yang memiliki kuat leleh yang sangat tinggi bahkan bisa mencapai lebih dari 550MPa. Baja ini dibentuk dalam kondisi dingin. Baja ini diklasifikan menjadi dua macam tipe, yaitu (Yu, Wei-Wen,.2000. Cold Formed Steel Design. Third Edition. John Willey & Son, Inc.): 1. Individual Structural Framing Members (Frame Struktur tunggal). 2. Panels & Decks (Panel dan Dek). 2.3.1. Baja Dingin Frame Struktur Tunggal Tipe baja ini banyak digunakan pada frame struktur bangunan. Biasanya baja ini berbentuk Canal (C-Sections), Z-Sections, siku, topi, I-Sections, T- Sections, dan pipa. II - 6
Gambar 6. Contoh Bentuk Profil Baja Dingin Frame Struktur Tunggal (Yu,W.W. 1991. Cold-FormedSteelDesign,JohnWiley&Sons,NewYork.) Dilihat dari fungsi baja ini sebagai struktur utama, maka dalam hal mengangkat beban, kekuatan struktur, dan kekakuannya merupakan pertimbangan utama dalam desain tersebut. Tiap bagian dapat digunakan dalam pembuatan struktur hingga 6 lantai (Yu, Wei-Wen,.2000. Cold Formed Steel Design. Third Edition. John Willey & Son, Inc.). Baja ini juga dapat digunakan dalam pemakaian struktur bangunan digabungkan dengan baja konvensional (Hot Rolled Steel) seperti tampak pada bangunan dibawah ini (Gambar 8.). Gambar 7. Contoh Rumah yang menggunakan Baja Cold Formed (Elliott Steel Homes, Inc.,Loveland, CO) II - 7
Gambar 8. Contoh Bangunan yang Menggunakan Baja Cold Formed dengan frame struktur tunggal. (Yu, Wei-Wen,.2000. Cold Formed Steel Design. Third Edition. John Willey & Son, Inc.) 2.3.2. Baja Dingin Panel dan Dek Pada tipe baja ini biasanya digunakan sebagai roof decks, floor decks, tembok panel atau wall panels, siding material, and bridge forms. Jenis baja ini juga dapat digunakan sebagai bahan komposit dengan beton, seperti pada bangunan menara kembar WTC (World Trade Center). Baja lembar bergelombang Cold Rolled biasanya digunakan dalam panel tembok dan pada struktur drainase. Gambar 9. Contoh Bentuk Baja Dingin Panel dan Dek. (Yu, Wei- Wen,.2000. Cold Formed Steel Design. Third Edition. John Willey & Son, Inc.) II - 8
2.4. Perusahaan Baja Cold Formed (Canai Dingin) di Indonesia Popularitas baja ringan secara diam-diam berimbas juga di Indonesia, bahkan perusahaan Australia (PT. BHP Steel Lysaght) ternyata sudah beroperasi sejak tahun 1973 dan sampai sekarang tetap eksis bahkan berkembang semakin maju. Oleh karena itulah jika diperhatikan, dalam promosi produk atap baja ringan yang banyak terdapat pada iklan-iklan surat kabar atau majalah pada umumnya memakai produk berlisensi BHP atau sejenisnya. Akhir-akhir ini, promosi seperti itu semakin gencar khususnya setelah material kayu yang berkualitas harganya semakin mahal dan juga semakin langka. Selain PT. BHP, ada beberapa perusahaan di Indonesia yang bergerak dalam bidang baja canai dingin seperti diperlihatkan pada Tabel 1. Tabel 1. Perusahaan Baja Canai Dingin di Indonesia No Nama Perusahaan Produk 1 PT. BlueScope LYSAGHT Indonesia, (nama dahulu PT BHP Steel Lysaght Indonesia) telah ada di Indonesia sejak 1973. Pabrik rollforming-nya ada di Jakarta, Surabaya dan Medan http://www.bluescopesteelasia. com/bluescopesteel/c ountry/indonesia/lysaght/en/ind ex.cfm SmartTruss, SuperTruss, Lysaght KLIPLOK, Lysaght TRIMDEK, Lysaght SPANDEK, Lysaght SmartBUILD, Lysaght MegaSPAN, SmartFrame, Lysaght BONDEK, Lysaght AUSDEK, Lysaght SPANDEK II, Lysaght SHEERLINE GUTTER, Lysaght II - 9
CUSTOM ORB, Lysaght V-CRIMP, Lysaght TopSPAN and Lysaght C- Purlin. 2 PT. JAINDO METAL INDUSTRIES, di Bandung Light Steel House Frame Steel Roof Framing Wall Framing 3 PT. GUNUNG RAJA PAKSI, anak perusahaan pabrik baja Gunung Garuda, di Bekasi http://www.grdsteel.com 4 PT. Lion Metal Works, Cakung, Jakarta http://www.lionmetal.co.id/ Equal Angle (Cold Formed) Rectangular Hollow Section, Square Hollow Section Lipped Channel Berbagai produk metal mulai dari peralatan kantor, heavy-duty rak penyimpan, kabel tray sampai atap baja ringan 5 PT Krakatau Steel (PT KS), Cilegon http://www.krakatausteel.com Baja lembaran dingin yang dikenal sebagai 'baja putih' ('white steel') sebagai bahan dasar produk cold-formed karena formability, weldability, dan kualitas roughness yang lebih baik Daftar perusahaan di Indonesia yang memproduksi atau yang berkaitan dengan produk baja canai dingin tentu saja tidak terbatas pada Tabel 1 saja, mungkin masih banyak yang belum terdaftar karena informasi di atas hanya didasarkan II - 10
pada pencarian daftar perusahaan yang mempunyai web-site perusahaan di internet. Padahal kalau membaca iklan-iklan di majalah atau surat kabar harian sering dimuat berbagai penawaran tentang produk atap baja ringan. Kalau mau dibandingkan proses produksi antara baja canai panas dan baja canai dingin maka pembuatan profil baja canai dingin relatif lebih sederhana dan murah. Umumnya hanya dibutuhkan lembaran baja (gulungan pelat), mesin rollforming dan alat pemotong. Karena lebih sederhana maka tentu jumlah perusahaan yang terlibat dapat lebih banyak dibanding pabrik baja canai panas yang memerlukan infrastruktur yang lebih besar. Keberadaan perusahaan-perusahaan yang memproduksi baja canai tersebut tentunya didasarkan pada riset pemasaran dan sudah memperhitungkan untung rugi investasi yang mereka tanam. Jika ada yang telah didirikan sejak tahun 1973 dan sampai sekarang masih tetap eksis bahkan setelah krisis ekonomi melanda negeri ini, maka tentu menunjukkan bahwa bidang yang mereka geluti berpotensi baik serta dapat juga dijadikan petunjuk bahwa masa depan produk mereka cerah dan diharapkan akan semakin meningkat tiap tahunnya seperti fenomena produk serupa di luar negeri. 2.5. Standart Perencanaan Baja Cold Formed Dalam menghitung perencanaan baja dibutuhkan peraturan yang dapat dipakai dari perhitungan tersebut. Baja canai dingin dengan baja canai panas memiliki perlakuan yang berbeda (Wei Wen Yu), oleh dibeberapa negara dibuatlah peraturan yang berbeda mengenai kedua macam baja tersebut. II - 11
Tabel 2. Standar Perencanaan Baja di Berbagai Negara (Perlunya Pembelajaran Baja Cold-formed dalam Kurikulum Konstruksi Baja di Indonesia (Wiryanto Dewobroto) Negara Baja Canai Panas (hot- rolled) Baja Canai Dingin (cold-formed) Amerika AISC-05 AISI 2001 Cold-Formed Specification Australia AS4100-1998, Steel Structures, Standards AS/NZS 4600:2005 : Cold-formed steel Australia structures British BS5950 2000 BS5950 Part V : Code of Practice for Design Coldformed Sections Canada CSA Standard CAN/CSA-S16.1-94 CSA-S136, North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members, Canadian Standards Association, Ontario, 2001. China Steel Design Per GBJ 17-88 Technical Standard for Thin-Walled Steel Structures, GBJ 88, Beijing, People s Republic of China, 1988 Eropa Perancis India ENV 1993-1-1 (1996) European Committee for Standardisation: Eurocode 3: Design of Steel Structures, Part 1.1: General rules for steel French Code based on Centre Technique Industriel de la Construction Metallique publication entitled "Design Rules for Structural Steelwork." IS: 800-1984 Code for practice for general construction in steel. Indian Standard code of practice IS:802-199 Part 1 ENV 1993-1-3 (1996) European Committee for Standardisation: Eurocode 3: Design of Steel Structures, Part 1.3: Supplementary rules for cold formed thin gauge members and sheeting. Centre Technique Industriel de la Construction Métallique: Recommendation pour le Calcul des Constructions à Eléments Minces en Acier, 1978 IS:801-1975 (Indian Cold Formed Steel Code) IS:811-1987 (Specification for cold formed light gauge strucural steel sections). Indonesia SNI 03-1729-2000 atau Tata Cara Perencanaan Belum ada Jerman Struktur Baja untuk Bangunan Gedung DIN 18800 and DIN 4114 DIN V ENV 1993-1-3, versi Jerman Eurocode Jepang Swedia Japanese Architectural Standard Specification JASS 6 (1996) Structural Steelwork Specification for Building Construction StBK-K2 (1983), Knäckning, vippning och buckling, Kommentarer till stålbyggnadsnorm 70 (Plate, Column, and Beam-Column Buckling), Statens stålbyggnadskommitté, Svensk Byggtjänst, 2nd Ed. Architectural Institute of Japan: Recommendations for the Design and Fabrication of Light Weight Steel Structure, 1985 Swedish Institute of Steel Construction: Swedish Code for Light Gauge Metal Structures, publication 76, Ma. 1982 Untuk perhitungan baja konvensional (Hot Rolled Steel) dapat digunakan peraturan SNI 03-1729-2002, walaupun sebetulnya peraturan SNI 03-1729-2002 menganut peraturan AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction-Load II - 12
Resistant Factor Design). Pada baja Cold Formed (baja mutu tinggi) peraturan SNInya hingga kini masih belum ada, tapi peraturan AISI (American Iron and Steel Industries) dapat digunakan sebagai pedoman perhitungan tersebut dan buku handbook yang terkenal adalah karya Wei Wen Yu yang dapat digunakan sebagai literature perhitungan baja Cold Formed (baja mutu tinggi). Metode perhitungan baja terdapat dua metode yaitu ASD-Allowable Stress Design dan LRFD-Load Resistance Factor Design. Pada skripsi ini akan dipakai metode ASD pada perhitungan konstruksi baja tersebut. Sebagai perhitungan baja konvensional atau baja hot rolled akan digunakan PPBBI (Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia), karena pada preaturan tersebut metode yang digunakan adalah metode ASD (Allowable Stess Design). Dan untuk perhitungan baja cold formed atau baja mutu tinggi akan diapakai peraturan AISI (American Iron and Steel Industries). 2.6. Pusat-pusat Penelitian tentang Baja Canai Dingin Terkait dengan uniknya baja canai dingin ini, menyebabkan perlu perhatian dan penanganan yang khusus, sehingga diperlukan penelitian-penelitian lebih lanjut agar dapat dimanfaatkan secara optimal. Dari pencarian di internet ditemukan berbagai pusat-pusat penelitian yang secara khusus berfokus pada baja canai dingin. Pada umumnya pusat-pusat penelitian tersebut berusaha memberikan pendekatan terintegrasi untuk menangani riset, pendidikan dan pengajaran rekayasa, konsultasi teknis maupun aktivitas profesional. Pusat-pusat tersebut menjadi sumber-sumber rujukan dari masyarakat yang memerlukannya, misalnya para periset dari universitas, produser dan pabrik baja, konsultan, pemerintahan II - 13
maupun lainnya yang bertujuan untuk peningkatan kemampuannya dalam perencanaan maupun pelaksanaan baja cold-formed. Tabel 3. Pusat-pusat Penelitian tentang Baja Canai Dingin No Nama Pusat Penelitian Organisasi Pendukung atau Negara Asal 1 Wei-Wen Yu Center for Cold- Formed Steel Structures (Prof. Roger American Iron and Steel Institute (AISI) University of Missouri-Rolla, USA A. LaBoube dan Prof. Wei-Wen Yu) http://www.umr.edu/~ccfss 2 Aluminum and Cold-Formed Steel University of Cornell, USA Structures Research (Prof. Teoman Peköz) http://ceeserver.cee.cornell.edu/tp26/ 3 Prof. Ben Schafer's Thin-Walled Structures Research Group http://www.ce.jhu.edu/bschafer/ Johns Hopkins University, USA 4 Canadian Cold Formed Steel Research Group (Prof. R. Schuster) http://www.civil.uwaterloo.ca/ccfsrg/ 5 Centre for Advanced Structural Engineering (Prof. Kim Rasmussen dan Prof. Greg Hancock) http://www.civil.usyd.edu.au/case/ 6 TNO Building and Construction Research http://www.bouw.tno.nl/homepage.ht ml Canadian Sheet Steel Building Institute (CSSBI) University of Waterloo, Canada University of Sydney, Australia the Netherlands Organization for Applied Scientific Research, Delft, Netherlands II - 14
Gambar 10. Contoh bangunan (atas dan bawah) yang struktur utamanya menggunakan baja Cold Formed 2.7. Peraturan Pembebanan Bangunan Banyak sekali peraturan pembebanan yang ada, salah satunya adalah peraturan pembebanan yang ada, salah satunya adalah peraturan pembebanan ASCE (American Society of Civil Engineering) Standard 7-05 dengan dua jenis pembebanan (ASD-LRFD). II - 15
2.7.1 Pembebanan ASCE Standard 7-05 dengan metode LRFD 1. 1.4(D + F) 2. 1.2(D + F + T ) + 1.6(L + H) + 0.5(Lr or S or R) 3. 1.2D + 1.6(Lr or S or R) + (L or 0.8W) 4. 1.2D + 1.6W + L + 0.5(Lr or S or R) 5. 1.2D + 1.0E + L + 0.2S 6. 0.9D + 1.6W + 1.6H 7. 0.9D + 1.0E + 1.6H Dimana : D F = Beban Mati = Beban karena cairan yang memiliki tekanan yang tinggi pada ketinggian maksimum T H S R L W Lr E = Kekuatan Tegangan Sendiri = Beban Lateral = Beban Salju = Beban Hujan = Beban Hidup = Beban Angin = Beban Hidup Atap = Beban Gempa 2.3.1. Pembebanan ASCE Standard 7-05 dengan metode ASD 1. D + F 2. D + H + F + L + T 3. D + H + F + (Lr or S or R) II - 16
4. D + H + F + 0.75(L + T ) + 0.75(Lr or S or R) 5. D + H + F + (W or 0.7E) 6. D + H + F + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L+ 0.75(Lr or S or R) 7. 0.6D + W + H 8. 0.6D + 0.7E + H Dimana : D F = Beban Mati = Beban karena cairan yang memiliki tekanan yang tinggi pada ketinggian maksimum T H S R L W Lr E = Kekuatan Tegangan Sendiri = Beban Lateral = Beban Salju = Beban Hujan = Beban Hidup = Beban Angin = Beban Hidup Atap = Beban Gempa 2.8. Batas-batas Lendutan Berdasarkan buku AISC DESIGN GUIDE 3, 2ND EDITION / SERVICEABILITY DESIGN CONSIDERATIONS FOR STEEL BUILDINGS, batas-batas lendutan yaitu : - Batas lendutan balok : L/240 (L = Panjang Balok), akibat beban mati + beban hidup II - 17
- Batas lendutan kolom : H/60 s/d H/100 (H = Tinggi Kolom), akibat beban angin 2.9. Rasio Kelangsingan dan Tegangan Untuk bangunan yang didesain dalam kondisi ditekan, rasio kelangsingan KL/r tidak boleh melebihi 200 (ANSI or AISC 360-05). Rasio tegangan adalah rasio perbandingan tegangan kritis berbanding dengan tegangan yang terjadi, dengan harga harus dibawah 1 (Technical Reference STAADPro v8i). II - 18