BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Konstruksi Baja merupakan suatu alternatif yang menguntungkan dalam pembangunan gedung dan struktur yang lainnya baik dalam skala kecil maupun besar. Hal ini dikarenakan material baja mempunyai beberapa kelebihan bahan konstruksi yang lain. Akan tetapi pada kenyataannya banyak kita temui pembangunan gedung konstruksi tingkat tinggi yang masih didominasi oleh beton konvensional. Bila dibandingkan dengan beton konvensional, baja memiliki beberapa keunggulan yang perlu diperhatikan dalam pembangunan yang saat ini sedang berkembang pesat yaitu selain awet dan kuat, berat yang lebih ringan Specific Strength yang lebih tinggi serta waktu pengerjaan yang lebih cepat dapat mempercepat pengerjaan konstruksi. Ditambah lagi dengan keseragaman material yang lebih terjamin karena dibuat secara fabrikasi (Homogen). Baja merupakan salah satu bahan konstruksi yang paling penting. Sifatsifatnya yang terutama penting dalam penggunaan dibandingkan terhadap bahan lain yang tersedia dan sifat ductility. Ductility adalah kemampuan untuk berdeformasi secara nyata baik dalam tegangan maupun regangan sebelum terjadi kegagalan. Baja berdeformasi secara nyata dapat dilihat pada batang polos maupun konstruksi portal sederhana. Portal terdiri dari elemen pelat, kolom, dan balok kolom dimana sambungan balok dan kolom tidak dapat dikatakan monolit seperti
beton maka digunakan asumsi- asumsi dalam memudahkan didalam menganalisa. Dalam perencanaan faktor yang harus mendapat perhatian utama adalah masalah kekuatan dan keamanan, masalah keekonomisan dan masalah estetika dari struktur yang di rencanakan. Suatu struktur dikatakan kuat atau aman apabila struktur tersebut mampu memikul segala gaya, tegangan dan juga lendutan yang mungkin timbul akibat dari pembebanan yang bersifat sementara. Oleh karena itu seorang perencana harus memperhatikan hal-hal tersebut di atas dengan sebaik-baiknya dalam merencanakan suatu struktur. Dalam tugas akhir ini yang di tinjau adalah kolom baja. Apabila sebuah batang lurus di bebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban semakin lama semakin tinggi, maka pada batang tersebut akan mengalami perubahan. Perubahan dari keadaan sumbu batang lurus menjadi sumbu batang melengkung dinamakan tekuk. Definisi lain menyatakan bahwa Buckling (Tekuk) merupakan suatu proses dimana suatu struktur tidak mampu mempertahankan bentuk aslinya, sedemikian rupa berubah bentuk dalam rangka menemukan keseimbangan baru. Buckling merupakan fenomena instabilitas yang terjadi pada batang langsing, pelat dan cangkang yang tipis. Konsekuensi buckling pada dasarnya adalah masalah geometrik dasar, dimana terjadi lendutan besar akan mengubah bentuk struktur. Fenomena buckling pada kolom langsing merupakan prototype sederhana yang menggambarkan masalah instabilitas struktur. Masalah instabilitas ini dalam sejarah pertama kali dapat diselesaikan oleh Euler tahun 1744 M. Karakteristik mendasar dari keruntuhan buckling adalah bahwa beban runtuh tergantung pada modulus elastis dan kekakuan penampang dan hampir tidak
tergantung kepada kekuatan bahan atau batas leleh bahan. Penambahan kekuatan dengan meningkatkan kekuatan bahan hanya akan berpengaruh kurang dari 1 persen terhadap kapasitas beban runtuh untuk berbagai macam properties kolom. Buckling (tekuk) terjadi akibat penekanan pada suatu batang dimana yang mengalami gaya tekan aksial. Dalam hal ini, tekuk dapat terjadi sebelum atau sesudah tegangan idiil dicapai terlebih dahulu,tentu tidak menjadi masalah dalam perhitungan kekuatan baja. Namun apabila tekuk terjadi sebelum tegangan idiil dicapai, tentu akan sangat berbahaya karena peristiwa tekuk terjadi secara tibatiba tanpa memberi tanda-tanda misalnya terjadinya deformasi secara perlahanlahan yang semakin lama semakin besar. Untuk struktur yang ramping dimana ukuran panjangnya sangat besar dibanding dengan jari-jari inersianya, kestabilan bukan hanya di tentukan oleh deformasi seperti diatas tetapi harus di tinjau tekuk batang akibat gaya aksial tekan. Apabila gaya aksial tekan di perbesar, maka tekukan akan semakin besar sehingga dapat mengakibatkan ketidakstabilan struktur tersebut. Besarnya gaya yang mengakibatkan struktur berada dalam batas stabil disebut Beban Kritis yang biasanya disebut dengan Pcr, dimana besarnnya beban kritis ini di pengaruhi oleh : Elastisitas bahan, Dimensi Struktur, Jenis Pembebanan, dan Faktor Pengukuran. Pada Batang yang mengalami gaya aksial tekan, maka deformasi yang terjadi mula-mula adalah perpendekan. Jika beban ditambah maka akan terjadi bengkokan akibat tekukan batang tersebut. Jika melebihi beban kritis maka batang tersebut akan mengalami patah, dan tentunya sudah harus dalam suatu perencanaan. Untuk menghindari bahaya di atas perlu kiranya diketahui berapa
besar beban kritis yang dapat dipikul oleh suatu batang dengan memperhitungkan ha-hal yang telah disebutkan di atas. Sambungan antara balok-kolom dapat diasumsikan sebagai sambungan rigid framing (sambungan portal kaku) dan sambungan semi rigid framing (sambungan portal semi kaku). Sambungan semi rigid framing (sambungan semi kaku) adalah momen yang diberikan sambungan semi rigid tidak sama dengan nol dan tidak memberikan momen penuh. Pada umumnya struktur yang menerima gaya normal terdapat pada kolom, baik gaya tekan maupun gaya tarik, sehingga terjadi deformasi perpindahan akibat gaya tekan dan perpanjangan akibat gaya tarik. Gaya normal tekan yang bekerja ada 2 macam yaitu: a. Gaya tekan sentris b. Gaya tekan eksentris Gaya tekan sentris adalah gaya normal tekan yang bekerja pada batang berimpit dengan garis sumbu batang sehingga tidak ada momen yang timbul, maka gaya tekan yang terjadi adalah ρρ kk = PP. FF Gaya tekan eksentris sebenarnya tidak ada, yang menyebabkan gaya tekan eksentris atau terjadinya momen M = P.e ada beberapa hal: a. Garis sumbu batang yang tidak lurus b. Garis gaya normal tekan tidak sentris c. Bahan batang (EI) tidak homogen
Bila portal diberi gaya aksial tekan pada kolom dimana beban tersebut diletakkan dititik berat kolom sehingga tidak terjadi momen eksentrisitas M = P.e kolom dalam keadaan lurus sebelum terjadi tekuk awal (P < P kritis ). Akibat pembebanan tersebut ada dua kemungkinan yang terjadi pada portal yaitu tekuk tidak bergoyang dan tekuk bergoyang. Tekuk adalah bila suatu kolom diberi gaya aksial tekan sebesar P 1, kolom tidak mengalami tekuk (P < P kritis ) kolom masih batas stabil, bila aksial P 2 diberi lebih besar dari P 1, maka kolom akan mengalami tidak stabil. Besar beban yang menjadi batas batang stabil tidak stabil disebut P cr (P kritis ). Disini batang sudah menekuk dan tida bisa kembali seperti semula. Tekuk bisa terjadi pada konstruksikonstruksi langsing, misalnya pada kolom-kolom langsing, tebal kelangsing elemen plat dan lain-lain. Dari peristiwa tekuk pada portal baja tidak terlepas dari stabilitas dari struktur yang menerima beban aksial tekan, meskipun struktur telah memenuhi syarat kekuatan dan kekakuan, struktur juga harus memenuhi syarat kestabilan sehingga dapat dihindari terjadinya kegagalan dalam perencanaan struktur. Bila ditinjau portal yang tidak bergoyang dengan perletakan jepit-jepit, pada saat beban kritis portal tertekuk. Ujung atas kolom dikekang elastis oleh balok yang dihubungkan dengan kolom secara kaku sehingga beban kritis dari kolom tidak hanya tergantung kepada kekakuan kolom tetapi juga pada kekakuan balok. Masalahnya jika balok dianggap kaku tak terhingga, balok harus tetap lurus saat portal terdeformasi dan kolom tidak dapat berotasi maupun translasi pada ujung atasnya. Dalam keadaan kolom berkelakuan sebagai batang jepit pada ujung maka beban kritis adalah sama dengan empat kali (4x) beban euler dari kolom.
Alternatif lain balok dianggap fleksibel tidak terhingga, balok tidak dapat memberikan kekangan rotasi untuk ujung atas dari kolom. Kolom berkelakuan sebagai batang terjepit pada satu ujung dan sendi pada ujung lainnya sehingga beban kritis dari portal mendekati sama dengan dua kali (2x) beban euler kolom. Beban kritis pada portal tak bergoyang dapat ditulis sebagai berikut: 2 PPPP < PP cccc < 4 PPPP dimana Pcr adalah nilai kritis dari beban yang bekerja dan Pe beban Euler pada kolom. Untuk portal bergoyang dengan kekauan baloknya tak terhingga, portal akan tertekuk sedangkan balok tetap lurus. Ujung atas dari kolom adalah bebas translasi tetapi tidak dapat berotasi. Disini beban kritis dari portal sama besarnya dengan beban Euler dari kolom. Jika balok fleksibel tak terhingga, ujung atas dari kolom bebas berotasi maupun translasi, balok dan kolom mengalami perpindahan perpindahan. Di sini kolom berkelakuan jepit pada dasarnya dan ujung atas bebas. Beban kritis dari portal sama dengan seperempat (1/4) dari beban Euler kolom. Beban kritis dari portal yang ujungnya bebas translasi lateral berada diantara: 1 4 PPPP < PP cccc < PPPP Portal semi rigid adalah hubungan antara balok dengan kolom tidak sepenuhnya terjepit dan tidak sepenuhnya sedi dimana konstruksi tersebut tidak terlepas dari elemen-elemen pelat, kolom dan balok yang menerima gaya-gaya seperti momen, gaya lintang dengan persentasi yang berbedabeda.
Hubungan antara balok dan kolom pada suatu analisa portal baja dalam hal ini menganggap hubungan antara momen yang terajadi dengan putaran sudut yang diakibatkan adalah linear, dalam kenyataanya adalah non linear. Perilaku yang tidak linear dari hubungan tersebut mempengaruhi perubahan beberapa faktor, seperti perubahan bentuk lokal (local yieling), tekuk lokal (local buckling), konsentrasi tegangan (stress concentration), pertambahan regangan (strain hardening) dan slip pada baut atau las. Situasi tertentu adalah mungkin untuk memodelkan suatu sambungan dengan suatu elemen yang linear dengan kekakuan konstan. Pada penelitian di laboratorium ditinjau portal semi rigid tidak bergoyang dengan perletakan sendi-sendi, sambungan balok dengan kolom menggunakan baut elastis, pada saat beban kritis portal akan tertekuk. Besarnya beban kritis PP cccc = ππ2 EEEE LL 2. Pada saat portal diberi gaya aksial tekan di ujung kolom dengan meletakan gaya P tepat di garis sumbu batang sehingga tidak ada momen lentur dalam batang sebelum tekuk portal terjadi maka gaya yang terjadi σ k =P/F. Di sini portal masih dalam keadaan kesetimbangan stabil atau P < P kritis dimana beban yang dipikul portal relatif kecil. Bila beban yang dipikul oleh kolom sama dengan P kritis (P = P kritis ) maka portal akan mengalami deformasi secara serentak, di sini portal telah mengalami pembengkokan, putaran sudut dan lendutan yang relatif kecil tetapi portal tidak dapat kembali ke bentuk semula. Sedangkan portal yang menerima gaya aksial tekan lebih besar dari P kritis (P > P kritis ), di sini portal mengalami deformasi yang berlebihan sehingga
mengakibatkan portal mengalami keruntuhan. Pada saat ini kolom telah tertekuk dan kesetimbangan kolom pada posisi tidak stabil. 1.2. Permasalahan Baja merupakan bahan struktur yang sangat luas sehingga harus memenuhi standar yang telah ditetapkan. Hal ini konstruksi yang akan dianalisis adalah kolom pada suatu portal baja. Karena konstruksi kolom adalah suatu konstruksi yang pada umumnya paling sering mengalami gaya aksial. Gaya aksial tekan merupakan gaya yang utama dalam menyebabkan tekuk pada batang (kolom) dari suatu portal baja. Pada saat kolom menerima gaya aksial tekan yang bekerja pada titik pusat penampang kolom, maka mula-mula terjadi adalah kolom dalam keadaan lurus jika beban ditambah akan terjadi tekuk dan jika melebihi beban kritis, kolom akan mengalami keruntuhan hal ini yang harus dihindari dalam perencanaan. Untuk itu perlu diketahui berapa besar beban kritis pada kekakuan sambungan dan kekakuan balok terhadap tekuk kolom. Dalam tugas akhir ini penulis akan membahas tekuk (Bukling), serta perhitungan beban kritis pada kolom baja tunggal dan kolom pada beberapa kondisi portal baja tidak bergoyang dan bergoyang. Analisa tekuk kolom pada portal ini akan menggunakan metode Kemiringan-Lendutan (Slope-Deflection) untuk menghitung besarnya beban kritis kolom dalam sebuah portal baja. Portal yang dimaksud dalam tugas akhir ini adalah portal yang terdiri dari balok dan kolom dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom. Adapun profil baja yang digunakan untuk balok dan kolom adalah Profil IWF. Selain itu, portal
baja yang dimaksud juga berupa Portal tidak bergoyang atau bisa disebut juga Portal dengan tidak ada goyangan samping (sideway prevented) dan Portal bergoyang atau bisa disebut juga Portal dengan goyangan samping (sideway permitted). Kondisi portal baja terdiri dari portal baja sederhana dan portal baja berjajar. Kolom dalam sebuah portal baja sederhana dimaksud nantinya akan dihitung beban kritisnya dengan ketinggian kolom dan panjang balok tertentu. Kemudian, Portal baja sederhana tersebut dibuat berjajar menjadi dua buah portal baja sederhana yang disatukan sehingga saling berkaitan dan mengikat antara kerangka portal yang satu dengan yang lainnya. Untuk portal berjajar ini nantinya juga akan dihitung beban kritisnya dan akan dilihat dan dibuktikan apakah penambahan kerangka portal (kolom dan balok) pada portal sederhana sebelumnya akan berpengaruh pada kekuatan kolom pada portal baja berjajar dimaksud. Lalu dilanjutkan dengan portal baja berjajar tiga, dimana akan dilakukan juga perhitungan beban kritisnya sama seperti perhitungan portal baja sederhana dan portal baja berjajar dua sebelumnya. Hal yang sama juga dilakukan untuk portal baja berjajar empat. Dengan menghitung beban kritis pada beberapa variasi/kondisi portal baja diatas akan dilihat perbedaan antara portal yang satu dengan yang lainnya, dalam hal ini menyangkut pada kekuatan kolom dalam memikul beban aksial. Adapun variasi/kondisi kolom baja tunggal dan kolom pada Portal baja tak bergoyang serta kolom pada portal baja bergoyang yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Kolom baja tunggal dengan perletakan sendi-sendi Gambar 1.1 Kolom Baja Tunggal Dengan Perletakan Sendi-Sendi 2. Portal baja sederhana tidak bergoyang dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom Gambar 1.2 Portal Baja Sederhana Tidak Bergoyang Dengan Perletakan Sendi-Sendi Pada Dasar Kolom
3. Portal baja berjajar dua yang tidak bergoyang dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom Gambar 1.3 Portal Baja Berjajar Dua Yang Tidak Bergoyang Dengan Perletakan Sendi-Sendi Pada Dasar Kolom 4. Portal baja berjajar tiga yang tidak bergoyang dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom Gambar 1.4 Portal Baja Berjajar Tiga Yang Tidak Bergoyang Dengan Perletakan Sendi-Sendi Pada Dasar Kolom
5. Portal baja berjajar empat yang tidak bergoyang dengan perletakan sendisendi pada dasar kolom Gambar 1.5 Portal Baja Berjajar Empat Yang Tidak Bergoyang Dengan Perletakan Sendi-Sendi Pada Dasar Kolom 6. Portal baja berjajar empat yang tidak bergoyang dengan perletakan sendisendi pada dasar kolom dan Nilai EI yang bervariasi 2 EI 0,5 EI 0,5 EI 2 EI EI 0,5 EI 2 EI 0,5 EI EI Gambar 1.6 Portal Baja Berjajar Empat Yang Tidak Bergoyang Dengan Perletakan Sendi-Sendi Pada Dasar Kolom Dan Nilai EI Yang Bervariasi
7. Portal baja sederhana yang bergoyang dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom Gambar 1.7 Portal Baja Sederhana Yang Bergoyang Dengan Perletakan Sendi-Sendi Pada Dasar Kolom 1.3. Tujuan Adapun maksud dan tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk menentukan besarnya beban kritis yang diterima oleh kolom baja tunggal dan kolom pada sebuah portal sederhana dan portal baja berjajar akibat gaya aksial dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom dan jenis portal yang ditinjau adalah portal baja tidak bergoyang dan bergoyang. Profil baja yang digunakan untuk balok dan kolom adalah Profil IWF dengan perletakan dasar kolom adalah sendi-sendi. Dalam tugas akhir ini penulis akan membahas tekuk (bukling), serta perhitungan beban kritis pada kolom dalam portal baja dengan metode Kemiringan-Lendutan (Slope-Deflection), dimana akan dibandingkan beban kritis yang terjadi pada kolom baja tunggal, kolom pada portal baja sederhana, dan
kolom pada portal baja berjajar dengan tinggi kolom dan panjang balok tertentu. Hal ini bertujuan untuk melihat apakah ada pengaruh secara analisis mengenai kekuatan kolom baja tunggal ketika ditambahkan kolom dan balok sehingga menjadi sebuah portal baja sederhana, kemudian pada portal baja sederhana jika ditambahkan kerangka portal lainnya yang menyatu dan mengikat sehingga terbentuk sebuah portal baja yang berjajar. Beban kritis pada kolom baja tunggal akan dibandingkan dengan beban kritis kolom pada portal baja sederhana, kemudian beban kritis kolom pada portal baja sederhana akan dibandingkan dengan beban kritis pada portal baja berjajar, sehingga dapat disimpulkan pengaruh penambahan kerangka baja (kolom dan balok) pada kolom baja tunggal sehingga menjadi portal baja sederhana ataupun portal baja sederhana sehingga menjadi portal baja berjajar, apakah kekuatan kolom baja tunggal dan kolom pada portal baja tersebut akan bertambah dengan sokongan kerangka baja lain yang membentuk portal atau tidak ada pengaruhnya sama sekali. 1.4. Pembatasan Masalah Dalam analisa ini banyak permasalahan yang akan di tinjau maka untuk memudahkan analisa pada penulisan ini diadakan pembatasan-pembatasan dan penyederhanaan sebagai berikut : 1. Aplikasi terhadap profil IWF sebagai profil yang digunakan pada struktur portal baja. 2. Struktur adalah dengan tumpuan pada dasar kolom berupa sendi-sendi. 3. Portal baja yang dibahas adalah Portal baja tidak bergoyang dan bergoyang.
4. Material Kolom Homogen. 5. Kolom yang ditinjau adalah lurus sempuna dimana beban aksial tekan di kedua ujungnya bekerja pada garis gaya di kedua ujung yang sama besar. 6. Perputaran tampang yang terjadi sangat kecil. 1.5. Metodologi Penulisan Metode yang digunakan pada penulisan tugas akhir ini adalah secara literature. Adapun metode penulisan secara literatur tersebut adalah sebagai berikut: a) Penulis melakukan riset ke perpustakaan dan mengumpulkan materi serta data-data yang mendukung isi objek penulisan, sehingga dapat memenuhi pembahasan dan mendapatkan kesimpulan yang sesuai dengan judul tugas akhir ini. b) Berdasarkan tinjauan literatur dibandingkan metoda-metoda dalam perencanaan kapasitas beban maksimum kolom-kolom baja pada suatu struktur portal baja. c) Untuk memperjelas pembahasan dibuat contoh aplikasi perhitungan, dimana perhitungan akan dilakukan untuk kolom baja berupa profil IWF yang terdapat pada kolom baja tunggal, struktur portal baja sederhana dan struktur portal baja berjajar. Portal baja ini merupakan portal baja tidak bergoyang dan bergoyang dengan perletakan sendi-sendi pada dasar kolom. Analisis yang dilakukan adalah menghitung beban kritis kolom pada kolom baja tunggal dan kolom pada portal baja dengan tinggi kolom
dan panjang balok tertentu. Kemudian membandingkan nilai beban kritis dari beberapa kondisi kolom struktur baja tersebut yaitu kolom baja tunggal dan kolom pada portal baja. d) Dari pembahasan teoritis dan hasil perhitungan akan diperoleh saran dan kesimpulan. 1.6. Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran garis besar penulisan tugas akhir ini, maka isi tugas akhir ini dapat diuraikan sebagai berikut : BAB I : PENDAHULUAN, terdiri dari latar belakang, permasalahan, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan tugas akhir. BAB II : TINJAUAN PUSTAKA, terdiri dari penjelasan secara umum tentang bahan yang akan diteliti pada tugas akhir ini. BAB III : ANALISA, terdiri dari penjelasan dan analisa yang dipakai untuk menyelesaikan masalah yang akan di teliti pada tugas akhir ini. BAB IV : APLIKASI DAN PERHITUNGAN, terdiri dari aplikasi dari analisis yang ada pada bab sebelumnya. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN, terdiri dari kesimpulan dari analisa dan aplikasi yang telah dibuat dari penelitian yang telah dikerjakan.