BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah Struktur baja dapat dibagi atas tiga kategori umum: (a) struktur rangka (framed structure), yang elemennya bisa terdiri dari batang tarik dan tekan, kolom, balok, dan batang yang mengalami gabungan lenturan dan beban aksial; (b) struktur cangkang (shell), yang tegangan aksialnya lebih dominan; dan (c) struktur gantung (suspension), yang sistem pendukung utamanya mengalami tarikan aksial yang dominan. Konsep dari faktor panjang efektif kolom untuk penentuan besar beban kritis telah dikembangkan secara baik dan digunakan secara luas untuk perencanaan praktis dan mempunyai hubungan penting di dalam desain bagian tekan pada struktur. Dalam penulisan ini akan dibahas mengenai struktur rangka (framed structure) terutama pada struktur portal pelana (gable frame). Gable frame / rangka portal pelana umumnya bertingkat tunggal, sistem rangka dengan bagian atas berbentuk segitiga dan cocok digunakan sebagai struktur pada bagian atap.
Gambar I.1 Struktur Portal Atap Pelana (Gable Frame) Pada struktur gable frame dengan pengekangan (braced) normal atau dengan penggunaan tumpuan lateral sehingga kemungkinan untuk pergeseran ke arah samping tidak ada. Sebaliknya jika tanpa pengekangan maka pergeseran ke arah samping akan bertolak secara paralel menuju bidang rangka tersebut. Perlunya suatu ketentuan khusus bahwa penentuan faktor panjang efektif akan lebih besar dibandingkan kesatuan yang digunakan dalam menghitung rasio kelangsingan (slenderness ratio) pada bidang rangka dengan pergeseran ke arah samping. Panjang efektif kolom pada portal dapat ditentukan berdasarkan pendekatan fungsi stabilitas dengan melakukan analisis tekuk portal secara keseluruhan. Namun prosedur pelaksanaannya agak sulit dan sangat tidak praktis. Cara lain untuk menentukan besar beban kritis pada kolom portal adalah dengan metode nomogram (Alignment chart). Metode ini melibatkan analisis eksak yang disajikan dalam bentuk grafik. Namun metode ini berdasarkan beberapa asumsi
yang kurang realistik, antara lain dengan asumsi semua kolom mempunyai parameter kekakuan sama, dan hanya bergantung pada panjang, gaya aksial, dan momen inersia kolom. Selain itu prosedur nomogram akan lebih akurat jika parameter kekakuan kolom-kolom tersambung adalah sama dengan kolom yang dianalisa serta bentuk struktur yang beraturan. Di sini juga terdapat ketidaksesuaian dimana asumsi yang digunakan untuk penetapan kekakuan pada suatu titik simpul (Nodal) menunjukkan bahwa kondisi jepit sempurna atau sendi ideal yang mana hampir tidak pernah dijumpai pada struktur sebenarnya. Dalam tulisan ini disajikan pembahasan besar beban kritis pada kolom portal dengan menerapkan penggunaan nomogram dimana akan terlihat pengaruh sudut kemiringan pada balok serta ketidakteraturan struktur. Selain itu juga akan dilakukan analisa secara metode matriks kekakuan (Matrix Stiffness Method). Metode ini digunakan untuk menganalisa struktur kompleks dengan bantuan komputer elektronik. Metode matriks kekakuan menggunakan deformasi pada joint sebagai variable bebas. Seperti halnya metode slope-deflection dan distribusi-momen, matriks kekakuan struktur tidak melibatkan konsep ketidakpastian (indeterminacy). Pembahasan kekuatan kolom sampai saat ini dengan menganggap bahwa kedua ujung kolom merupakan sendi atau tidak mengekang momen. Ujung yang tidak mengekang momen merupakan keadaan terlemah untuk batang tekan bila translasi salah satu ujung terhadap ujung lainnya dicegah. Untuk kolom berujung sendi, panjang ujung sendi ekivalen yang disebut panjang efektif sama dengan panjang yang sesungguhnya.
I.2 Maksud dan Tujuan Adapun maksud dan tujuan dalam penulisan tugas akhir ini adalah untuk menentukan besar beban kritis yang dapat dipikul oleh struktur gable frame dengan sudut kemiringan atap yang bervariasi, sehingga didapatnya sudut kemiringan atap pada struktur gable frame yang ideal dalam perencanaan. Selain itu juga untuk menerapkan penggunaan nomogram pada struktur gable frame. I.3 Manfaat Dengan adanya penulisan ini diharapkan dapat memberikan penentuan besar beban kritis pada struktur gable frame terutama dalam pemilihan sudut kemiringan atap yang ideal dalam perencanaan nantinya. I.4 Pembatasan Masalah Melihat kompleksnya permasalahan yang timbul, penulis mencoba membatasi kajian yang terarah pada tujuan yang dicapai tanpa mengurangi kedalaman kajian tulisan ini, adapun pembatasan tersebut yaitu: 1. Struktur gable frame dengan tumpuan sendi-sendi dan jepit-jepit. 2. Sudut kemiringan atap bervariasi mulai dari 0 0 sampai dengan 50 0 dengan kenaikan kemiringan 5 0 3. Semua batang adalah prismatis dan bersifat linier elastis berdasarkan hukum Hooke.
4. Semua kolom pada tingkat yang sama akan tertekuk secara bersamaan. 5. Pada titik simpul, momen pengekang yang ditimbulkan oleh balok disebar ke kolom-kolom sebanding dengan kekakuannya. 6. Pembebanan kritis merupakan beban terpusat pada kedua sisi kolom. 7. Sambungan menggunakan sambungan kaku (Rigid Joint). 8. Alat bantu dengan program komputer SAP2000 v11.0.0 (Structure Analysis Programme) I.5 Metodologi Pada awal pembahasan, akan dibahas penentuan besar beban kritis yang terjadi pada struktur gable frame dengan sudut kemiringan atap bervariasi dengan analisa menggunakan metode matriks kekakuan struktur (Structure Stiffness Matrix) dengan menentukan terlebih dahulu matriks kekakuan global serta geometri struktur. Kemudian dilanjutkan dengan pembahasan secara grafis dengan penggunaan nomogram (Alignment Chart) dan pada akhirnya penentuan besar beban kritis dengan menggunakan program komputer SAP2000 v11.0.0. Dari sini akan didapat perbandingan serta selisih besar penentuan beban kritis pada struktur gable frame dengan ketiga metode di atas.