BAB I PENDAHULUAN I. Umum Pada suatu konstruksi bangunan, tidak terlepas dari elemen-elemen seperti balok, kolom pelat maupun kolom balok, baik itu yang terbuat dari baja, kayu maupun beton, pada tempat-tempat tertentu harus disambung. Hal ini dikarenakan keterbatasan ketersediaan material dipasaran dan juga hubungan dengan kemudahan pemasangan di lapangan. Khusus untuk konstruksi yang terbuat dari beton, boleh jadi sambungan bukan merupakan sesuatu hal yang perlu dipermasalahkan, karena pada konstruksi beton struktur pada keseluruhan adalah bersifat monoloit (menyatu secara kaku). Lain halnya dengan konstruksi yang terbuat dari baja dan kayu, sambungan merupakan sesuatu hal yang perlu mendapat perhatian serius yang matang karena pada konstruksi baja maupun kayu, elemen-emelen struktur yang akan disambung tidak dapat bersifat monoloit seperti konstruksi beton. Pada umumnya sambungan berfungsi untuk memindahkan gaya-gaya yang bekerja pada elemen-elemen struktur yang akan disambung, sambungan dibuat karena keterbatasan bahan yang tersedia serta kemudahan dalam hal pengangkutan. Misalkan saja akan dibuat suatu struktur rangka gading-gading kap yang terbuat dari profil baja siku maka tidak mungkin melakukannya secara langsung di lapangan karena tidak ekonomis, tetapi akan lebih hemat jika terlebih dahulu merakitnya di pabrikasi (bengkel /workshop), baru selanjutnya tinggal menyambungkannya pada kolom-kolom di lapangan. 1
II. Latar Belakang Alat-alat sambung yang biasa digunakan pada konstruksi baja adalah : 1. Sambungan dengan paku keling (rivet) 2. Sambungan dengan baut (bolt) 3. Sambungan dengan las (welding) Jika dibandingkan ketiga alat sambung ini, maka las merupakan alat sambungan menghasilkan kekuatan yang paling besar, sedangkan paku keling menghasilkan sambungan yang lebih kaku jika dibandingkan dengan baut, tetapi kurang kaku jika dibandingkan dengan las. Tetapi pada dewasa ini sambungan dengan menggunakan paku keling sudah jarang digunakan karena kesulitan dalam pemasangannya. Oleh karena itu pada tugas akhir ini perencanaan akan menggunakan sambungan batu mutu tinggi (HTB). Bahan baja sebagai bahan bangunan, diproduksi di pabrik-pabrik peleburan dalam bentuk ukuran dan panjang tertentu sesuai dengan standart yang dilakukan. Oleh karena itu tidaklah mungkin membangun suatu struktur secara monoloit (dipabrikasi, dicetak) akan tetapi terpaksa dibangun dari elemen-elemen yang disambung satu persatu di lapangan dengan menggunakan salah satu alatalat sambung, ataupun kombinasi dari dua alat sambung. Sifat dari alat sambungan ini sangat tergantung pada jenis dan konstruksi sambungan, bervariasi mulai dari yang berkekakuan sendi sampai dengan kaku sempurna. Untuk menghilangkan salah pengertian, perlu terlebih dahulu dijelaskan tentang istilah kekakuan pada struktur batang, kata stifness. Suatu struktur sambungan dapat bersifat sendi (ekstrem bawah) dan kaku atau rigid pada ekstrem atas. Diantaranya terdapat sifat semi kaku semi rigid tidak ada ukuran 2
yang dapat dipakai untuk dapat menentukan tingkat kekakuan dan sambungan dimaksud, disini cara yang ditempuh adalah dengan menggunakan kombinasi sendi dengan pegas momen sebagai pengganti sambungan (perletakan) yang semi kaku. Besarnya konstanta pegas adalah menunjukkan tingkat kekakuan dari sambungan. Maka untuk seterusnya bila terpakai kata kekakuan sambungan, yang dimaksud adalah kekakuan (konstante) pegas yang dimaksud di atas. III. Permasalahan Sambungan menerus balok dan kolom ditunjukkan untuk memindahkan semua momen dan memperkecil atau meniadakan rotasi batang pada sambungan (yaitu jenis : AISC-Sambungan portal kaku) Kolom dapat berhubungan secara kaku dengan balok-balok pada kedua sayapnya, tingkat kekakuan dari sambungan pada konstruksi tersebut mempunyai peranan penting pada analisa struktur untuk menghitung gaya-gaya dalam dan deformasi, terutama untuk statis tak tentu. Contoh berikut ini akan memperlihatkan permasalahan yang ditimbulkan oleh kondisi yang berbeda-beda dari ujung-ujung (sambungan) dari satu batang. Apabila titik ujung A dan B adalah sendi dan beban mati terpusat berada di tengah-tengah bentang yaitu di C maka momen di A dan di B adalah nol. Momem di C yakni M o c = ¼ PL. Tetapi bila di A dan B kaku sempurna maka besar momen akan berubah menjadi : M A = M B = -1/8 PL dan M C = 1/8 PL = ½ M o c Bila titik A dan B bersifat diatara sendi dan kaku (semi kaku), maka momen-momen tersebut akan berubah besarnya sesuai dengan tingkat kekakuan dari sambungan. 3
Gambar 1.1 Bidang momen dan garis lentur balok Dimana : 0 < M B < M B < dan M o C > M C > M C Hal yang sama terjadi pada lenturan, yakni bahwa : Y o C > Y C > Y C Kalau pada perencanaan titik hubungan A dan B diasumsikan sendi, akan tetapi pada waktu pelaksanaan terjadi hubungan kaku atau semi kaku maka di tengah bentang terjadi momen yang lebih kecil dari yang di hitung semula. Sedangkan pada jepit tibul momen sebesar M B yang semula adalah nol. Sebaliknya bila pada waktu pelaksanaan terjadi hubungan yang semi kaku, maka di tengah bentang terjadi momen M C yang lebih besar dari M C yang dihitung pada awalnya (jadi ada bahaya) sedangkan pada titik A dan B menjadi berkurang. Dalam menentukan tingkat kekakuan sambungan ada dua cara, yaitu berdasarkan hasil pengujian di laboratorium dan perhitungan secara analitis. 4
Dalam menentukan derajat kekakuan K dari sambungan adalah dengan menentukan jumlah dan susunan dari baut penyambung dan menentukan dari pelat dasar sebagai pelat penyambung, sedangkan bila berdasarkan perhitungan analitis, derajat kekakuan K dari sambungan dapat ditentukan melalui prosedur literasi metode kekakuan. Secara teoritis faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya nilai kekakuan K dari sambungan adalah : 1. Ukuran baut, jumlah baut dan jarak antar baut 2. Tebal pelat penyambung 3. Kekakuan dan panjang dari batang tersambung, baik itu balok maupun kolom 4. Gaya dalam (pada tugas akhir ini yang dibahas hanya momen lentur M) yang bekerja pada sambungan 5. Deformasi akibat tegangan tarik aksial pada bidang persentuhan antara baut dan pelat (batang) tersambung 6. Lenturan pada baut sendiri 7. Adanya kelonggaran atara baut dengan pelat-pelat tersambung. Dengan perkataan lain ukuran lobang baut lebih besar dari diameter baut 8. Adanya tahanan gesek antara pelat-pelat tersambung yang ditimbukan oleh pengunci baut yang sangat kuat Kekakuan pada suatu sambungan antara balok dan kolom mempengaruhi besar beban yang dapat bekerja pada struktur tersebut. Bagaimana bila sambungan antara balok dan kolom mengalami pembebanan sampai batas elastisnya. Oleh karena itu sangat perlu untuk menganalisa M sambungan pada perencanaan sambungan balok-kolom pada suatu konstruksi baja dan bagaimana 5
pengaruhnya terhadap M kapasitas elastisnya (balok). Karena balok mengalami M kapasitas elastis maka balok hanya mengalami lendutan (dengan catatan tidak ada sambungan balok-balok pada span balok dari kolom) sebab balok besifat monoloit, sedangkan sambungan balok-kolom tidak. Apakah M sambungan dapat memikul M kapasitas elasis? Berdasarkan hal inilah, maka dalam tugas akhir ini dalam perencanaan kekuatan sambungan balok-kolom pada suatu konstruksi portal baja sangat perlu memperhatikan hubungan di bawah ini : M sambungan M kapasitas elastis IV. Maksud dan Tujuan Penulisan tugas akhir ini adalah untuk membahas mengenai analisis sambungan portal baja antara balok dan kolom dengan menggunakan sambungan baut mutu tinggi (HTB) Adapun tujuannya adalah untuk : Menganalisis kekuatan sambungan balok dan kolom pada portal baja dengan cara membandingkan momen yang terjadi pada sambungan dengan momen kapasitas yang dapat dipikul oleh balok pada batas elastisnya sehingga tidak menimbulkan resiko pada konstruksi yang direncanakan. V. Pembatasan masalah Agar masalah yang dibahas dalam tulisan ini mengarah kepada tujuan yang relevan dengan judul dan juga keterbatasan literatur serta untuk mempermudah perhitungan tetapi hasilnya masih mendekati kebenaran, maka perlu diadakan pembatasan masalah sebagai berikut : 6
1. Konstruksi yang akan dianalisis adalah portal dengan elemen 2 dimensional dalam betuk portal bidang (plane frame) 2. Analisis hanya dilakukan terhadap gaya momen lentur saja yang bekerja, sedangkan gaya dalam lainnya seperti gaya lindang D dan gaya normal N yang seharusnya bekerja tidak diperhitungkan 3. Material yang digunakan adalah baja yang bersifat linear-elastis, isotropik homogen 4. Pembahasan hanya meliputi hubungan sambungan balok dan kolom 5. Sambungan yang dianalisis dalam tugas akhir ini adalah sambungan baut mutu tinggi (HTB) 6. Analisis tidak dilakukan terhadap pengaruh ketidak seragaman tegangan yang ditanggung oleh koponen-kompenen sambungan (yaitu ada komponen yang lebih awal mengalami leleh) 7. Perubahan geometrik struktur adalah liner 8. Dimensi balok dan kolom menggunakan porfil baja IWF 9. Deformasi akibat tarik aksial (oleh momen lentur M yang bekerja) yaitu deformasi rotasi θr yaitu pada bidang persentuhan antara baut dan pelat dasar tersambung tidak dianalisa 10. Lenturan pada baut sendiri tidak dianalisa 11. Analisa tidak dilakukan terhadap tekuk flens, web kolom dan kolom yang terjadi pada sekitar sambungan 12. Derajat kekakuan K pada sambungan hubungan balok-kolom diasumsikan 100 % 7
13. Dalam penentuan inflexient point (garis netral) pada sambungan yang direncanakan dengan baut sebagai alat penyambung, perhitungan luasan bidang pengganti di ekivalensikan dengan pengasumsian jarak-jarak baut adalah sama (dalam perencanaan sambungan, jarak-jarak but tidak sama tetapi sesuai dengan persyaratan menurut PPBBI 1983) VI. Metodologi Dalam penulisan tugas akhir ini metode yang digunakan adalah study literatur, adapun sumber adalah buku-buku jurnal, buku-buku yang berhubungan dengan analisa yang akan dibahas. Analisis dalam tugas akhir ini dilakukan dalam bentuk elastis dengan menggunakan metoda analisa perhitungan ASD (Allowable Stress Design). Perencanaan untuk profil baja untuk balok, kolom, pelat penyambung menggunakan U-37 (σelastis = 1600 kg/cm 2 ). Baut penyambung menggunakan baut mutu tinggi (yang terbuat dari besi beton) dengan mutu baja U-52 (σelastis = 2400 kg/cm 2 ). VII. 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, Maksud dan Tujuan, Pembatasan Masalah, Metodologi dan Sistematika Penulisan. BAB II : TIJAUAN KEPUSTAKAAN, terdiri dari penjelasan umum mengenai sambungan balok dan kolom baja, sifat Bahan Baja berisikan sifat 8
bahan baja, Sambungan berisikan penjelasan mengenai sambungan baut BAB III : ANALISIS KEKAKUAN SAMBUNGAN BALOK DAN KOLOM, terdiri dari Sambungan Penahan Momen, Sambungan Penahan Momen yang Direncanakan, kekakuan sambungan baut yang berisikan penjelasan mengenai kekuatan geser baut, kekuatan desak (tumpu) baut, sambungan baut yang mengalami pembebanan eksentris. BAB IV : APLIKASI BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN 9