II. KONSEP DESAIN A. Pembebanan Beban pada struktur dapat berupa gaya atau deformasi sebagai pengaruh temperatur atau penurunan. Beban yang bekerja pada struktur bangunan dapat bersifat permanen (tetap) seperti berat sendiri struktur serta perlengkapan tetap, dan beban tidak tetap, seperti pengaruh angin, gempa, salju, tumbukan, ledakan, dan sebagainya. Kuantitas beban yang bekerja pada jenis-jenis struktur bangunan diatur dalam standar peraturan pembebanan seperti : 1) Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983 2) SNI 03-1727-1989, Tata cara perencanaan pembebanan untuk rumah dan gedung 3) RSNI T-02-2005, Pembebanan Untuk Jembatan.
B. Metode Perencanaan 1. Metode elastis atau ASD Perencanaan struktur baja dengan metode ini harus dipenuhi kriteria bahwa tegangan yang terjadi akibat beban kerja (beban layan, beban tak terfaktor) tidak boleh melampaui tegangan ijin. Tegangan ijin adalah tegangan leleh (tegangan dasar) dibagi dengan angka keamanan (safety faktor). Sehingga berlaku : σ σ dan σ σ SF 1 dengan, σ σ σ 1 SF tegangan tegangan tegangan faktor yang terjadi ijin dasar (leleh) keamanan
Selain dikenal dengan istilah metoda elastis, metode ini juga dikenal dan lebih tepat dengan istilah metode berdasarkan beban kerja atau berdasarkan tegangan kerja (Allowable Stress Design = ASD). Menurut code 2005 definisi ASD adalah sebagai berikut : The nominal strength is divided by a safety factor, and the resulting allowable strength is then required to equal or exceed the required strength determined by structural analysis for the appropriate ASD load combination specified by the applicable building code.
2. Metode plastis Dari diagram tegangan regangan baja diketahui bahwa di atas batas elastis baja masih mampu menahan beban atau dengan kata lain di atas batas elastis baja masih punya kekuatan cadangan. Atas pertimbangan tersebut maka muncullah ide metode perancangan plastis (plastic design) yang dianggap lebih ekonomis dibandingkan metode perancangan elastis. Dalam metode plastis kekuatan elemen struktur didasarkan pada kekuatan runtuh dan beban kerja dihitung dan dikalikan dengan faktor tertentu atau faktor keamanan. Metode perancangan plastis disebut juga dengan perancangan batas (limit design) dan perancangan runtuh (collapse Struktur design). Baja I - Iwan Rustendi - UNWIKU
3. Metode LRFD Menurut code 2005 definisi LRFD (Load and Resistance Factor Design) adalah sebagai berikut : The nominal strength is multiplied by a resistance factor, and the resulting design strength is then required to equal or exceed the required strength determined by structural analysis for the appropriate LRFD load combination specified by the applicable building code. Metode LRFD merupakan hasil penelitian dari Advisory Task Force yang dipimpin oleh T. V. Galambos dari Washington University, St. Louis.
Dalam LRFD, beban kerja atau beban layan (Q i ) dikalikan dengan faktor beban atau faktor keamanan (λ i ) yang nilainya lebih besar dari 1,0. Besar faktor beban bervariasi tergantung tipe dan kombinasi pembebanan. Beban kerja atau beban layan setelah dikalikan faktor beban selanjutnya dikenal dengan beban terfaktor.
Beban terfaktor akan dipikul oleh elemen atau sistem struktur yang mempunyai kekuatan nominal atau kekuatan teoritis (R n ) yang direduksi dengan suatu faktor resistansi atau faktor overcapacity ( ) yang nilainya lebih kecil dari 1,0. Kekuatan ultimate teoritis atau disebut juga kekuatan nominal (Rn) setelah dikalikan faktor resistansi menjadi kekuatan rencana (tahanan rencana).
Sehingga suatu elemen atau sistem struktur dikategorikan aman apabila : R n. Q i i Bagian kiri persamaan merepresentasikan ketahanan atau kekuatan dari sebuah elemen atau sistem struktur. Bagian kanan persamaan menyatakan beban yang harus dipikul oleh struktur tersebut.
Standar perencanaan struktur baja metode LRFD diatur dalam : 1) RSNI T-03-2005 Perencanaan Stuktur Baja Untuk Jembatan 2) SNI 03-1729 2002 Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung Gambar 2.1. Konsep perencanaan struktur baja
C. Faktor Beban dan Kombinasi Pembebana Faktor beban berfungsi untuk menaikkan nilai beban dalam mengantisipasi ketidakpastian intensitas beban yang bekerja pada struktur. Nilai faktor beban mati lebih kecil dari pada beban hidup karena perencana dapat menentukan dengan lebih pasti besarnya beban mati dibandingkan dengan beban hidup (beban hidup intensitasnya bisa berubah suatu waktu). Beban yang keberadaanya untuk waktu yang lama variasi besar bebannya akan lebih kecil, sedangkan untuk beban yang bekerja dengan durasi relatif pendek akan mempunyai variasi yang besar.
Kombinasi pembebanan adalah jumlah dari beban-beban kerja yang sudah dikalikan terhadap faktor beban. Nilai faktor beban dan kombinasi pembebanan yang bekerja pada struktur diatur pada Pasal 6.2.2 SNI 03-1729- 2002 yaitu sebagai berikut : 1) U = 1,4D 2) U = 1,2D + 1,6L + 0,5(La atau H) 3) U = 1,2D + 1,6(La atau H) + ( L L atau 0,8W) 4) U = 1,2D + 1,3W + L L + 0,5(La atau H) 5) U = 1,2D 1,0E + L L 6) U = 0,9D (1,3W atau 1,0E)
dengan, U = beban ulimate D = beban mati yang diakibatkan oleh berat kostruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap; L = adalah beban hidup dari pengguna gedung dan beban bergerak didalamnya, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, air hujan, dll La = adalah beban hidup atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak; H = adalah beban hujan tidak termasuk genangan air hujan (ponding) W = beban angin E = beban gempa yang ditentukan dengan peraturan gempa L = 0,5 Bila L < 5 kpa (500 kg/m2) L = 1,0 Bila L 5 kpa (500 kg/m2) atau untuk gedung parkir, gedung untuk areal pertemuan umum.
Soal 1 : Suatu struktur pelat lantai bangunan hotel dipikul oleh balok IWF 400.200.8.13 dengan jarak antar balok 2,6 m (as to as). Tebal pelat lantai 120 mm dengan finishing adukan tebal 3 cm dan penutup lantai menggunakan keramik. Hitunglah beban terfaktor yang harus dipikul oleh balok tersebut sesuai kombinasi LRFD (SNI 03-1729-2002)! Penyelesaian : Penentuan beban kerja (Peraturan Pembebanan Indonesia 1983), Beton bertulang = 2400 kg/m3 = 24 kn/m3 Adukan (per cm tebal) = 21 kg/m2 = 0,21 kn/m2 Keramik (per cm tebal) = 24 kg/m2 = 0,24 kn/m2 Beban hidup (bangunan hotel) = 250 kg/m2 = 2,5 kn/m Untuk Gedung
Penentuan berat sendiri balok (tabel profil baja) : Profil IWF 400.200.8.13 = 66 kg/m = 0,66 kn/m Perhitungan beban mati D dan beban hidup L yang dipikul oleh balok (jarak antar balok 2,6 m) : Pelat lantai D1 = 24 kn/m3 x 0,12 m x 2,6 m = 7,488 kn/m Adukan D2 = 0,21 kn/m2 x 3 cm x 2,6 m = 1,638 kn/m Keramik D3 = 0,24 kn/m2 x 1 cm x 2,6 m = 0,624 kn/m Berat IWF D4 = 0,660 kn/m Total D = 10,410 kn/m Beban hidup L = 2,5 kn/m2 x 2,6 m = 6,500 kn/m2 Perhitungan beban terfaktor akibat beban mati (D) dan beban hidup (L) : U1 = 1,4 D = 1,4 x 10,410 kn/m = 14,574 kn/m U2 = 1,2 D + 1,6 L + 0,5(La atau H) = (1,2 x 10,410) + (1,6 x 6,5) + (0,5 x 0) = 22,892 kn/m Beban terfaktor yang menentukan yaitu U2 = 22,892 kn/m.
Soal 2 : Suatu elemen struktur gording pada sistem struktur rangka atap (kuda-kuda) berupa profil lipped channel C 150x50x20x3,2. Jarak antar gording 1,80 m dengan kemiringan bidang atap 29 0. Apabila penutup atap digunakan genteng keramik hitunglah beban terfaktor yang dipikul oleh gording tersebut!
Penyelesaian : Penentuan beban kerja (Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung 1983) : 1) Penutup atap (genteng) = 50 kg/m2 = 0,50 kn/m2 2) Air hujan = 40 - (0,8*a) dengan, a = kemiringan atap = 29 0 Air hujan = 40 - (0,8*29) = 17 kg/m2 = 0,17 kn/m2 bidang datar 3) Angin = 25 kg/m2 * ka dengan, ka = koefisien angin = (0,02*a ) - 0,4 = (0,02*29) - 0,4 = 0,18 (Nilai positif berarti menekan bidang atap) Angin = 25*0,18 = 4,50 kg/m2 = 0,05 kn/m2 (Arah tegak lurus bidang atap) Penentuan berat sendiri gording (tabel profil baja) : Profil lipped channel C 150x50x20x3,2 = 6,76 kg/m = 0,07 kn/m
Kedudukan dan posisi gording pada kuda-kuda : Jarak antar gording 1,80 meter Posisi gording miring (a = 29O) mengikuti kemiringan atap y 1,80 m x 29 0 1,57 m w sin 290 29 0 w cos 290 w
Perhitungan beban mati (D), beban hidup (L), beban air hujan (H) dan beban angin (W) yang bekerja pada gording. Arah beban dibagi ke dalam dua sumbu yaitu terhadap sumbu x dan sumbu y. 1) Beban mati D Genteng D1 = 0,50 * 1,80 = 0,90 kn/m Berat lipped channel D2 = 0,07 kn/m Total beban mati D = 0,97 kn/m a) Beban mati terhadap sumbu x, Dx = D cos 29 O = 0,97 * 0,87 = 0,84 kn/m b) Beban mati terhadap sumbu y, Dy = D sin 29 O = 0,97 * 0,48 = 0,47 kn/m
2) Beban air hujan, H = 0,17 * 1,57 = 0,27 kn/m a) Beban air hujan terhadap sumbu x, Hx = H cos 29 O = 0,27 * 0,87 = 0,23 kn/m b) Beban air hujan terhadap sumbu y, Hy = H sin 29 O = 0,27 * 0,48 = 0,13 kn/m 3) Beban angin, W = 0,05 * 1,80 = 0,09 kn/m Beban angin bekerja tegak lurus bidang atap maka, a) Beban angin terhadap sumbu x, Wx = W = 0,09 kn/m b) Beban angin terhadap sumbu y, Wy = 0
Perhitungan beban terfaktor : 1) Terhadap sumbu x, U1 = 1,4 Dx = 1,4 * 0,84 = 1,18 kn/m U2 = 1,2 Dx + 1,6 Lx + 0,5 Hx = (1,2 * 0,84) + (1,6 * 0) + (0,5 * 0,23) = 1,12 kn/m U3 = 1,2 Dx + 1,6 Hx + 0,8 Wx = (1,2 * 0,84) + (1,6 * 0,23) + (0,8 * 0,09) = 1,45 kn/m U4 = 1,2 Dx + 1,3 Wx + 0,5 Hx = (1,2 * 0,84) + ( 1,3 * 0,09) + (0,5 * 0,23) = 1,24 kn/m 2) Terhadap sumbu y, U1 = 1,4 Dy = 1,4 * 0,47 = 0,66 kn/m U2 = 1,2 Dy + 1,6 Ly + 0,5 Hy = (1,2 * 0,47) + (1,6 * 0) + (0,5 * 0,13) = 0,63 kn/m
U3 = 1,2 Dy + 1,6 Hy + 0,8 Wy = (1,2 * 0,47) + (1,6 * 0,13) + (0,8 * 0) = 0,77 kn/m U4 = 1,2 Dy + 1,3 Wy + 0,5 Hy = (1,2 * 0,47) + ( 1,3 * 0) + (0,5 * 0,13) = 0,63 kn/m Beban terfaktor yang menentukan yaitu : 1) Terhadap sumbu x, U3 = 1,45 kn/m 2) Terhadap sumbu y, U3 = 0,77 kn/m
D. Faktor resistansi Faktor resistansi ini berfungsi untuk mengantisipasi ketidakpastian kekuatan struktur, yang diakibatkan dimensi struktur (kurang), ataupun mutu material dan mutu pelaksanaan (buruk). Faktor resistansi atau faktor reduksi atau faktor overkapasitas (kapasitas lebih) nilainya selalu lebih kecil dari 1,0.
Nilai faktor resistansi dalam perencanaan struktur baja berdasarkan metode LRFD ditentukan pada Tabel 6.4-2 SNI 03-1729-2002 seperti yang tertera pada Tabel 2.1 berikut.
Tabel 2.1. Nilai faktor resistansi berbagai jenis struktur No. Jenis dan kondisi elemen struktur Faktor resistensi 1. Komponen struktur yang memikul momen lentur 0,90 2. Komponen struktur yang memikul gaya aksial tekan 0,85 3. Komponen struktur yang memikul gaya aksial tarik a. Terhadap kuat tarik leleh 0,90 b. Terhadap kuat tarik fraktur 0,75 4. Komponen struktur yang memikul gaya aksial dan lentur 0,90 5. Komponen struktur komposit a. Kuat tekan 0,85 b. Kuat tumpu beton 0,60 c. Kuat lentur dengan distribusi tegangan plastis 0,85 d. Kuat lentur dengan distribusi tegangan elastis 0,90 6. Sambungan baud 0,75 7. Sambungan las a. Las tumpul penetrasi penuh 0,90 b. Las sudut, las tumpul penetrasi sebagian, las pengisi 0,75
THE END