Chapter II

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum 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. Potongan penampang, konfigurasi, proses manufaktur dan fabrikasi cold-formed steel berbeda dengan baja konvensional. Pada produksi cold-formed steel, baja dibentuk sedemikian rupa dalam suhu ruangan ruanga n dengan menggunakan menggunakan bending brakes, brakes, press brake, brake, dan roll-forming machines. Baja canai ca nai dingin semakin populer digunakan sebagai alternatif pengganti kayu dan secara intensif dipakai pada bangunan rendah tidak-bertingkat ( low-rise building ). Riset tentang baja cold-formed untuk bangunan 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 la ntai, rangka atap dan dinding pada bangunan industri, komersial maupun rumah tinggal.

Universitas Sumatera Utara

Bahkan untuk kategori struktur dinding-tipis ( thin-walled structures ) dapat lebih luas lagi pemakaiannya; seperti box-girder jembatan, anjungan kapal ( ship hulls) dan badan pesawat terbang. Dapat juga untuk pekerjaan infrastruktur

sebagai elemen struktur yang ditanam di tanah seperti tangki, pipa dan saluran (culvert ). ). Ide dari struktur dengan baja canai dingin adalah mendapatkan kekuatan maksimum maksimum dari material seminimum mungk mu ngkin. in. Kenyataannya di lapangan, pemakaian baja canai dingin bila digabungkan dengan strategi perencanaan yang inovatif dan tepat dapat diwujudkan untuk berbagai keperluan, mulai dari rak penyimpan sampai bangunan hanggar raksasa untuk pesawat Boeing 747. Sebagai kelompok yang sama dalam sistem struktur dinding tipis maka baja cold-formed mempunyai kekhususan dalam perencanaannya yaitu pengaruh

bentuk geometri penampang sangat besar terhadap perilaku dan kekuatannya dalam memikul beban. Adanya perubahan bentuk yang sedikit saja dari penampangnya maka kekuatan elemen struktur tersebut akan berbeda sama sekali termasuk juga perilaku tekuknya. Pemberian sedikit tekukan pada profil sehingga menjadi penampang corrugated maka kinerjanya mengalami peningkatan yang signifikan dibanding perilaku penampang pelat datar. Kekhususan tersebut mengakibatkan proses perencanaannya relatif lebih rumit dibanding proses perencanaan baja canai panas. Tetapi karena keuntungan yang diberikan lebih besar, seperti misalnya (1) kemudahan fabrikasi, (2) rasio


Bahkan untuk kategori struktur dinding-tipis ( thin-walled structures ) dapat lebih luas lagi pemakaiannya; seperti box-girder jembatan, anjungan kapal ( ship hulls) dan badan pesawat terbang. Dapat juga untuk pekerjaan infrastruktur

sebagai elemen struktur yang ditanam di tanah seperti tangki, pipa dan saluran (culvert ). ). Ide dari struktur dengan baja canai dingin adalah mendapatkan kekuatan maksimum maksimum dari material seminimum mungk mu ngkin. in. Kenyataannya di lapangan, pemakaian baja canai dingin bila digabungkan dengan strategi perencanaan yang inovatif dan tepat dapat diwujudkan untuk berbagai keperluan, mulai dari rak penyimpan sampai bangunan hanggar raksasa untuk pesawat Boeing 747. Sebagai kelompok yang sama dalam sistem struktur dinding tipis maka baja cold-formed mempunyai kekhususan dalam perencanaannya yaitu pengaruh

bentuk geometri penampang sangat besar terhadap perilaku dan kekuatannya dalam memikul beban. Adanya perubahan bentuk yang sedikit saja dari penampangnya maka kekuatan elemen struktur tersebut akan berbeda sama sekali termasuk juga perilaku tekuknya. Pemberian sedikit tekukan pada profil sehingga menjadi penampang corrugated maka kinerjanya mengalami peningkatan yang signifikan dibanding perilaku penampang pelat datar. Kekhususan tersebut mengakibatkan proses perencanaannya relatif lebih rumit dibanding proses perencanaan baja canai panas. Tetapi karena keuntungan yang diberikan lebih besar, seperti misalnya (1) kemudahan fabrikasi, (2) rasio


kuat/berat yang relatif tinggi dan (3) sesuai untuk berbagai aplikasi, maka konstruksi baja canai dingin tetap populer. Di Inggris bahkan diberitakan industri konstruksinya menghabiskan sekitar 300,000 ton komponen baja canai dingin setiap tahunnya dan selanjutnya memperlihatkan pertumbuhan yang meningkat.

2.1.1 Desain Struktur Desain struktur dapat didefinisikan sebagai suatu perpaduan ilmu pengetahuan dan seni yang mengkombinasikan perasaan intuitif seorang perencana

berpengalaman

mengenai

perilaku

struktur

dengan

didasari

pengetahuan yang mendalam mengenai prinsip-prinsip statika, dinamika, mekanika bahan dan analisis struktur, untuk menghasilkan suatu struktur yang aman dan ekonomis sehingga dapat berfungsi seperti yang diharapkan. (Salmon. Johnson,1996)

Hal-hal ilmiah dan ilmu pengetahuan akan menolong perencana menemukan dasar-dasar berpikir untuk mengambil keputusan, akan tetapi hal itu sering tidak mencukupi untuk menentukan keputusan akhir. Disinilah perlunya intuisi seorang perencana dalam mengambil keputusan akhir yang mungkin secara ilmiah sulit untuk diuraikan. Intuisi seorang perencana juga diperlukan pada saat proses desain struktur berlangsung. Sehingga data-data keluaran hasil analisis struktur tidak diterima begitu saja, terutama jika menggunakan keluaran dari suatu program analisis


struktur dengan komputer, akan tetapi perlu ditambahkan pertimbangan perencana (engineer review) sebelum data-data keluaran tersebut dikatakan layak untuk digunakan. Dengan kata lain proses desain struktur bukanlah suatu proses kaku yang hanya menjalankan prosedur perhitungan struktur dari awal hingga akhir, akan tetapi lebih diharapkan menjadi suatu ajang pemunculan kreativitas perencana dalam memadukan ilmu pengetahuan, seni dan intuisi untuk mencapai suatu desain yang optimal, oleh karena itu pengetahuan perencana secara ilmu pengetahuan harus ditunjang dengan pemahaman realisasi desain dilapangan melalui pengalaman-pengalaman desain yang telah dilakukan maupun dari sharing sesama perencana sehingga intuisi seorang perencana terasah dengan baik.

2.1.2 Peraturan Baja di berbagai Negara Standar Nasional Indonesia SNI 03 – 1729 – 2002 “Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung” merupakan standar perencanaan konstruksi baja paling baru di Indonesia. Meskipun demikian, standar tersebut belum

memasukkan

strategi

perencanaan

baja

canai

dingin

dalam

pembahasannya, dan dikhususkan hanya untuk pemakaian baja canai panas saja. Bagaimanapun juga, pemakaian baja canai dingin berbeda perlakuannya dibanding baja canai panas (Wei-Wen Yui 2000), dan sudah banyak negaranegara yang memahami hal tersebut yaitu dengan membuat peraturan perencanaan yang berbeda antara baja canai panas dan dingin.


Tabel 2 memperlihatkan masing-masing peraturan perencanaan struktur baja untuk beberapa negara.

Tabel 2.1 Standar Perencanaan Baja di berbagai Negara

Catatan : judul yang dicantumkan mungkin sudah out-of dated dan sudah ada versi barunya

2.1.3 Perbandingan Material Rangka Atap Kelebihan Cold Formed Steel 1. Penggunaan lebih luas Selain untuk konstruksi dapat digunakan pula untuk peralatan otomotif,


furniture rumah, rak penyimpanan, peti dan fasilitas drainase. 2. Berat Berat komponen Cold Formed Steel 35% sampai 50% lebih ringan dibandingkan dengan kayu pada kekuatan yang sama yang berarti penanganan dan transportasi lebih mudah. 3. Kekakuan dan kekuatan yang tinggi Sebagai akibat cold formed process dimana tidak ada tegangan sisa yang menyebabkan pengurangan kekuatan material, cold formed steel adalah salah satu material dengan rasio kekuatan dan kekakuan terhadap berat yang paling tinggi. 4. Pemasangan yang lebih mudah, cepat ,dan efisien 5. Material dengan dimensi yang stabil tahan perubahan bentuk karena suhu ruang atau cuaca. 6. Material yang tahan lama. Penggunaan lapisan galvanis menyebabkan material ini lebih tahan terhadap korosi dibandingkan dengan baja biasa. 7. Material yang bersifat tidak membesarkan api ( non-combustible ) , sehingga lebih tahan terhadap api. 8. Material dengan kemampuan terdaur ulang tinggi


Kekurangan Cold Formed Steel 1. Ketebalan material yang terbatas menyebabkan material tidak dapat digunakan untuk struktur yang memikul momen dan gaya tekan

yang

sangat besar dikarenakan kemungkinan bahaya tekuk yang tinggi. Contoh untuk struktur gedung maksimum enam lantai. 2. Tidak semua jenis sambungan dapat digunakan untuk material yang sangat tipis. 3. Peraturan yang belum terlalu populer, untuk beberapa negara penggunaan material cold formed steel masih merupakan hal yang baru. 4. Standar ukuran profil dari tiap produsen tidak selalu sama. 5. Jenis profil tunggal yang terbatas, sehingga untuk mendapatkan kekuatan yang diharapkan banyak dilakukan profil gabungan.

Kelebihan Baja Konvensional 1. Tahan terhadap semua gaya termasuk kombinasinya sehingga dapat digunakan untuk semua jenis struktur. 2. Profil tunggal yang beragam sehingga profil tunggal dapat digunakan untuk struktur dengan pembebanan tinggi. Dapat digunakan juga untuk baja tulangan. 3. Semua

jenis

sambungan

untuk

baja

dapat

digunakan

pada

baja

konvensional.


4. Peraturan yang lebih umum dan standar profil yang sama sehingga lebih mudah dalam perencanaan. Kekurangan Baja Konvensional 1.

Adanya pengaruh tegangan sisa yang menyebabkan penurunan kekuatan material dikarenakan ketidakseragaman kecepatan pendinginan pada saat pembentukan profil.

2.

Tidak tersedianya material yang tipis sehingga untuk struktur-struktur ringan cenderung menjadi boros.

3.

Ketahanan terhadap korosi rendah.

4.

Proses pengerjaan yang lebih sulit.

Kelebihan Kayu 1. Material

ramah

lingkungan

dikarenakan

dapat

mengalami

proses

pembusukan. 2. Mudah didapatkan karena tersedia di alam. 3. Memiliki nilai artistik yang tinggi 4. Merupakan material yang paling banyak diketahui dan digunakan oleh masyarakat Kekurangan Kayu 1. Kekuatan yang tidak seragam terhadap arah gaya dikarenakan termasuk material anisotrop.


2. Umur dan durabilitas material yang tidak lama dikarenakan ketahanan terhadap perubahan cuaca dan rayap rendah. 3. Penggunaan terbatas untuk struktur ringan. 4. Mahal

2.1.4 Fenomena Khas Konstruksi Baja Canai Dingin Penggunaan material baja yang tipis dan proses pengerjaan dingin menghasilkan problem dalam perencanaannya yang berbeda dengan material baja canai panas yang umumnya relatif lebih tebal. Uraian berikut menjelaskan fenomena pada baja canai dingin yang perlu menjadi pertimbangan dalam desain, sebagai berikut (Wei Wen Yu 2000) : 1. Tekuk Lokal dan Kekuatan Pasca Tekuk Elemen struktur baja ringan umumnya mempunyai tebal yang relatif kecil sehingga mudah mengalami tekuk lokal (setempat) akibat tegangan tekan meskipun kondisi masih elastis (belum mencapai tegangan leleh). Tegangan tekan tersebut dapat timbul akibat gaya tekan, momen, gaya geser atau tumpu. Jadi tekuk lokal menjadi kriteria penting dalam perencanaan. Meskipun demikian, hal yang menarik bahwa elemen baja ringan pada kondisi tegangan tekuk teoritis belum tentu runtuh, dari hasil penelitian diketahui bahwa elemen baja canai dingin tetap dapat memikul beban setelah pasca tekuk. Penelitian Prof George Winter (Wei-Wen Yu 2000)


menunjukkan bahwa balok ringan (rasio lebar / tebal

≅

184) pada beban

tekuk teoritis 2.2 kN (100%) belum mengalami runtuh, dan keruntuhan baru terjadi pada beban 15.4 kN (700%). Percobaannya lain, balok I dengan rasio lebar / tebal

≅

46 mencapai keruntuhan sebesar 350% dari beban teoritis

yang menyebabkan tekuk pada sayap bagian atas. Oleh sebab itu kekuatan pasca tekuk dari elemen baja canai dingin perlu dipertimbangkan untuk hasil perencanaan yang ekonomis.

Gambar 2.1. Tekuk Lokal pada Penampang Langsing (Bambach 2003)


2. Kekakuan Torsi Elemen struktur baja canai dingin umumnya langsing dan berupa penampang terbuka ( open section ) sehingga mempunyai kekakuan torsi berbanding lurus terhadap ketebalan (sebesar t3) sehingga kekuatannya relatif kecil terhadap torsi. Kecuali itu bentuk profil C banyak dipakai pada baja canai dingin yang mana shear-center nya berada di luar titik berat (center of gravity ) penampang. Kondisi tersebut menyebabkan tekuk lenturtorsi menjadi faktor kritis dalam perencanaan kolom. 3. Pelat

Pengaku

( stiffner) pada Elemen Tekan

sangat

membantu

meningkatkan tahanan terhadap tekuk, bentuk yang dapat digunakan adalah pengaku tepi (edge stiffener ) dan pengaku di tengah ( intermediate stiffener ). 4. Sifat-sifat properti penampang yang bervariasi Akibat adanya bagian yang berpengaku dan tidak berpengaku yang mengakibatkan keseluruhan lebar penampang hanya akan efektif jika rasio lebar/tebal kecil atau jika gaya tekan yang bekerja kecil. Tetapi karena rasio lebar / tebal yang besar maka bagian penampang yang berpengaku akan bekerja lebih efektif pada saat tekuk lokal telah terjadi. Sebagai hasilnya, distribusi gaya tekan tidak seragam pada keseluruhan penampang. Untuk itu maka properti penampang didasarkan pada luas efektif yang dikurangi.


Gambar 2.2. Konsep Lebar Efektif Penampang Cold-formed (Bambach 2003)

5. Sistem Sambungan Pada sambungan baut, ketebalan bagian yang disambung relatif tipis pada baja ringan dibanding baja biasa ( hot-rolled ). Baja cold-formed berbentuk lembaran sheet atau strip mempunyai sebaran yang sempit antara tegangan leleh (fy) dan kuat tariknya (fu), sehingga perilaku sambungan baut berbeda antara baja cold-formed dan hot-rolled , khususnya pada kekuatan tumpu dan tegangan tarik.


6. Kekuatan Tumpu Ujung dari Baja Tipis Tekuk pada badan ( web crippling ) menjadi masalah kritis pada baja cold formed dikarenakan (1) pemakaian pelat pengaku pada tumpuan atau lokasi

beban terpusat adalah tidak praktis pada konstruksi cold-formed , (2) rasio tinggi / tebal dari bagian badan relatif besar dibanding profil hot-rolled . Itu semua memerlukan kriteria khusus. 7. Batasan Ketebalan Pada perencanaan baja cold-formed , faktor penting adalah rasio lebar/tebal dari elemen tekan dan satuan tegangan yang digunakan, sedangkan ketebalan pelat baja itu sendiri tidak menjadi permasalahan. Meskipun demikian ketebalan pelat baja menentukan kemudahan material tersebut dibentuk, tetapi itu tergantung pabriknya. 8. Perencanaan Plastis. Akibat dikategorikan sebagai penampang langsing yang tidak memenuhi persyaratan perencanaan plastis (penampang kompak) maka pada konstruksi cold-formed dianggap tidak dapat menghasilkan mekanisme sendi plastis. 9. Pengaruh proses Pengerjaan Dingin (Cold Work of Forming ). Telah diketahui bahwa properti mekanik baja akan dipengaruhi proses pengerjaan dingin (cold-formed ). Maka peraturan yang mengkhususkan pada baja canai dingin seperti AISI dapat memanfaatkan adanya penambahan tegangan leleh tersebut.


Gambar 2.3. Properti Baja Akibat Proses Dingin (Brockenbrough dan Merritt 1999).

2.1.5 Baja Struktural Cold Formed 2.1.5.1 Baja yang dapat dipakai Untuk keperluan Tugas Akhir ini, struktur baja ringan yang akan dianalisis didesain menurut Australian and New Zealand Standards. Peraturan ini memuat standar spesifikasi baja yang memenuhi persyaratan untuk keperluan desain. Peraturan dalam Standard Australia yang digunakan dalam tugas akhir ini hanya berlaku pada penampang dengan ketebalan tidak melebihi 25 mm. Ketentuan – ketentuan desain dalam peraturan tersebut dikembangkan menurut


eksperimen terhadap elemen struktur yang diberi beban statis. Peraturan ini tidak mengakomodasi ketahanan struktur terhadap api dan fatigue. Karakteristik material yang penting untuk desain cold-formed steel adalah tegangan leleh, kuat tarik, dan daktilitas. Daktilitas adalah kemampuan baja menahan

regangan

plastis

atau

permanen

sebelum

mengalami

fraktur.

Kemampuan ini cukup penting untuk keamanan struktural maupun proses pembentukan penampang cold-formed steel. Kemampuan ini diukur dengan penguluran baja sampai 50 mm satuan panjang. Rasio tegangan leleh dengan kuat tarik juga merupakan karakteristik yang penting karena rasio ini adalah indikasi adanya strain-hardening dan kemampuan material mendistribusikan tegangan. Dalam daftar yang dibuat oleh Australian and New Zealand Standards, kuat leleh tekan dari baja berkisar antara 200 sampai 550 MPa. Sedangkan kuat tarik bervariasi antara 300 sampai 550 MPa. Penguluran yang terjadi paling tidak lebih dari 8%. Terdapat pengecualian untuk Baja G550 dalam AS 1397 yang memiliki kuat leleh tekan minimal 550 MPa dengan penguluran minimal sebesar 2% dalam 50 mm satuan panjang. Baja dengan daktilitas rendah ini memilki keterbatasan dalam penggunaannya sebagai elemen struktural sehingga hanya diizinkan untuk penampang baja dengan ketebalan tidak kurang dari 0.9 mm. Meskipun demikian, baja tersebut dapat berfungsi dengan baik dalam aplikasi khusus sebagai elemen struktural seperti dek, panel, dan rangka gedung.


2.1.5.2 Peningkatan Kekuatan Baja, Pengaruh dari Cold-Forming Sifat mekanik dari pelat tipis baja, strip, pelat atau batang seperti tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran mungkin amat berbeda dengan sifat yang ditunjukkan oleh penampang cold-formed steel. Spesifikasi mekanis dari lembaran baja tipis, strip, pelat atau batang, seperti tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran dapat berbeda dengan spesifikasi yang ditampilkan oleh penampang cold-formed steel. Peningkatan kekuatan leleh dan kuat tarik material dasar (virgin material) di lokasi penampang pada baja cold formed berpenampang kanal dan joist (Karren dan Winter 1967) ditunjukkan oleh gambar 2.4.

a. Channel section


b. Joist chord Gambar 2.4 Pengaruh cold-work terhadap spesifikasi mekanis penampang baja cold formed (Wei Wen Yu 2000)

Pengaruh dari cold-work pada spesifikasi mekanis baja diteliti oleh Chajes, Britvec, Winter, Karren, dan Uribe dari Cornell University. Dari penelitian ini, disimpulkan bahwa penyebab utama perubahan spesifik mekanis tersebut adalah strain-hardening dan strain ageing. Dalam gambar 2.5, kurva A memperlihatkan kurva tegangan-regangan pada material dasar. Kurva B dihasilkan ketika beban dihilangkan (unloading) pada saat baja melalui daerah strain-hardening. Kurva D menunjukkan kurva tegangan-regangan jika baja dibebani kembali setelah terjadi strain-ageing. Perlu diperhatikan bahwa titik leleh kurva C dan D lebih tinggi daripada titik leleh material dasar dan daktilitas menurun setelah terjadi strain-


hardening dan strain ageing.

Gambar 2.5 Pengaruh strain-hardening dan strain-ageing terhadap spesifikasi mekanis tegangan-regangan (Wei Wen Yu 2000)

Penelitian tersebut juga menghasilkan kesimpulan bahwa pengaruh dari cold-work terhadap spesifikasi mekanis di sudut-sudut penampang baja tergantung pada hal-hal sebagai berikut: 1. Tipe baja 2. Tipe tegangan (tarik atau tekan) 3. Arah tegangan terhadap arah cold work (transversal atau longitudinal) 4. Rasio fu/fy 5. Rasio jari-jari girasi terhadap ketebalan (ri/t) 6. Banyaknya pengerjaan cold work


Rasio fu/fy dan ri/t merupakan faktor yang terpenting dalam terjadinya perubahan spesifikasi mekanis dari penampang baja. Material dasar dengan ratio fu/fy yang besar memiliki potensi cukup besar untuk mengalami strain hardening. Dengan demikian, jika terjadi kenaikan dari rasio tersebut, pengaruh dari coldwork terhadap peningkatan titik leleh baja juga semakin besar. Sebaliknya, bila rasio ri/t kecil maka pengaruh dari cold work pada bagian sudut makin besar sehingga titik lelehnya pun meningkat.

Berikut ini merupakan beberapa persamaan untuk rasio dari tegangan leleh sudut akibat cold work terhadap tegangan leleh material dasar :

 =       = 3,69  0,819 2  1,79  = 0,192  0,068 ( / )

(2.1) (2.2) (2.3)

di mana : f yc

= tegangan leleh tarik penampang tertekuk

f yv

= tegangan leleh tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form

Bc

= konstanta

m

= konstanta

f uv

= kuat tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form


ri

= jari-jari girasi

t

= ketebalan pelat baja tipis

Untuk spesifikasi penampang yang utuh, tegangan leleh tarik dari penampang utuh dapat diperkirakan nilainya menggunakan :

    + (1

=

)

(2.4)

di mana : f ya

= rata-rata tegangan leleh desain dari baja berpenampang utuh dari elemen tekan

C

= rasio luas area tertekuk terhadap luas penampang total

Untuk elemen fleksural yang memiliki flens berbeda, flens yang memiliki nilai C lebih kecil dianggap sebagai flens penentu. f yc

= rata-rata tegangan leleh tarik dari penampang tertekuk

= f yf

  

( / )

(2.5)

= rata-rata tegangan leleh tarik lembaran

2.1.5.3 Daktilitas Lembaran dan strip baja kadar karbon rendah dengan titik leleh minimum yang telah ditentukan antara 250 MPa sampai 500 MPa disyaratkan memenuhi spesifikasi australian and new zealand standards, yaitu terjadi penguluran minimal


sebesar 8% dalam 50 mm satuan panjang. Tetapi, untuk baja AS 1397 – G550 dengan tegangan leleh minimal 550 MPa, penguluran minimal adalah sebesar 2% dalam 50 mm satuan panjang untuk baja dengan

t = 0.60 mm. Tidak ada

ketentuan khusus mengenai penguluran untuk baja yang lebih tipis dari 0.6 mm. Setelah ditemukan baja dengan kekuatan yang lebih tinggi (310 sampai 690 MPa), syarat mengenai penguluran ditentukan antara 50 sampai 1.3% dalam 50 mm satuan panjang. Rasio fu/fy ditetapkan berkisar antara 1.51 hingga 1. Namun, ketentuan ini cukup memberatkan untuk kepentingan desain. Peneliti sebelumnya merekomendasikan persyaratan-persyaratan untuk baja yang memiliki daktilitas tinggi sebagai berikut: a. Rasio fu/fy > 1,08 b. Total penguluran dalam 50 mm satuan panjang tidak kurang dari 10%, atau tidak kurang dari 7% dalam 200 mm satuan panjang.

Ketentuan dalam AS 4600 membatasi rasio fu/fy sebesar 1.08. Karena kurangnya data uji coba performa elemen struktural yang memiliki rasio fu/fy < 1.08, ketentuan dalam AS 4600 membatasi penggunaan baja tersebut hanya untuk purlin dan girt. Namun, desain gaya aksial dengan bentang pendek diizinkan selama persyaratan dari Standard mengenai daktilitas dipenuhi dan N*/Ru tidak melebihi 0,15. Baja AS 1397 – G550 dengan ketebalan kurang dari 0,9 mm tidak memiliki


daktilitas yang cukup. Penggunaannya dibatasi untuk konfigurasi khusus. Batas dari desain tegangan leleh sampai 75% dari tegangan leleh minimal yang telah ditentukan, dan desain kuat tarik sampai 75% dari kuat tarik minimal yang telah ditentukan, atau 450 MPa (lebih kecil) akan memiliki safety factor yang lebih besar. Meskipun demikian, Standard tetap memperbolehkan baja dengan daktilitas rendah, seperti AS 1397 – G550 dengan tebal kurang dari 0,9 mm, untuk digunakan berdasarkan hasil dari loading test yang diijinkan sebagai sebuah alternatif untuk melakukan reduksi ini. Penggunaan tegangan desain yang lebih tinggi dari ketentuan di atas juga diperbolehkan bila daktilitas material tersebut tidak mempengaruhi kekuatan, stabilitas, dan daya layan dari elemen struktural.

2.1.6 Desain Tegangan Kekuatan dari baja cold-formed elemen struktur bergantung dari nilai tegangan lelehnya, kecuali dalam kasus di mana tekuk lokal elastis atau tekuk globalnya kritis. Karena kurva tegangan-regangan dari lembaran atau strip baja bisa berupa kurva sharp-yielding type atau gradual-yielding type , metode untuk menentukan tegangan leleh untuk sharp-yielding steel dan tegangan leleh untuk gradual-yielding steel ditentukan dalam AS 1391. Tegangan leleh untuk sharpyielding steel ditentukan oleh level tegangan dari plateau. Tegangan leleh untuk gradual-yielding steel ditentukan dengan metode penguluran non-proporsional atau metode total penguluran.


a. Sharp yielding

b. Gradual yielding Gambar 2.6 Kurva tegangan-regangan baja (Wei Wen Yu 2000)

Kekuatan dari elemen yang tertekuk tidak hanya bergantung dari tegangan leleh, tetapi juga dari modulus elastisitas (E) dan tangen modulusnya (Et). Modulus elastisitas ditentukan dari kemiringan bagian yang lurus pada kurva tegangan-regangan. Nilai dari E yang ditentukan dalam Standard berkisar dari 200


sampai 207 GPa. Nilai 200 GPa digunakan untuk standard pendesainan. Tangen modulus ditentukan oleh kemiringan dari kurva tegangan-regangan di setiap level tegangan. Untuk sharp-yielding steel, Et bernilai sama dengan E sampai tegangan leleh, tetapi untuk gradually-yielding stress, Et bernilai sama dengan E hanya sampai proportional limit (Fpr). Setelah tegangan melampaui proportional limit, nilai tangen modulus (Et) akan menurun dibandingkan modulus elastisitasnya. Berbagai macam ketentuan mengenai tekuk dalam Standard ditulis untuk gradually-yielding steels dengan proportional limit tidak kurang dari 70% dari titik leleh minimum yang ditentukan.


Tabel 2.2. Kekuatan Minimum Baja Ringan Berdasarkan AS 1163, AS 1397, AS 1594, AS 1595 dan AS/NZS 3678 Standard

Grade

Tegangan leleh (fy) MPa 250 350 450

Kuat tarik (fu) MPa 320 430 500

250 300 350 450 500 550

320 340 420 480 520 550

AS 1163

C250 and C250L0 C350 and C350L0 C450 and C450L0

AS 1397

G250 G300 G350 G450* G500† G550‡

AS 1594

Hd1 Hd2 Hd3 Hd4 Hd200 Hd250 Hd300 Hd300/1 Hd350 HW350 Hd400

(lihat catatan 1) (lihat catatan 1) (lihat catatan 1) 200 200 250 300 300 350 340 400

(lihat catatan 1) (lihat catatan 1) (lihat catatan 1) 200 300 350 400 430 430 450 460

AS 1595

CX85T CX70T CX60T CX50T CX1 CX2 CX3 CA4

(lihat catatan 2) (lihat catatan 2) (lihat catatan 2) (lihat catatan 2) (lihat catatan 2) (lihat catatan 2) (lihat catatan 2) (lihat catatan 2)

550 380 310 300 280 280 280 280

200 (t ≤ 8 mm) 200 (8 mm < t ≤ 12 mm) 200 (12 mm < t ≤ 20 mm) 200 (20 mm < t ≤ 25 mm)

200 200 NA NA

300 300 300 300

250 (t ≤ 8 mm) 250 (8 mm < t ≤ 12 mm) 250 (12 mm < t ≤ 20 mm) 250 (20 mm < t ≤ 25 mm)

280 260 250 250

410 410 410 410

250L15 (t ≤ 8 mm) 250L15 (8 mm < t ≤ 12 mm) 250L15 (12 mm < t ≤ 20 mm) 250L15 (20 mm < t ≤ 25 mm)

280 260 250 250

410 410 410 410

300, 300L15 (t ≤ 8 mm)

320

430

AS/NZS 3678


300, 300L15 (8 mm < t ≤ 12 mm) 300, 300L15 (12 mm < t ≤ 20 mm) 300, 300L15 (20 mm < t ≤ 25 mm)

310 300 280

430 430 430

350, 350L15 (t ≤ 8 mm) 350, 350L15 (8 mm < t ≤ 12 mm) 350, 350L15 (12 mm < t ≤ 20 mm) 350, 350L15 (20 mm < t ≤ 25 mm)

360 360 350 340

450 450 450 450

400, 400L15 (t ≤ 8 mm) 400, 400L15 (8 mm < t ≤ 12 mm) 400, 400L15 (12 mm < t ≤ 20 mm) 400, 400L15 (20 mm < t ≤ 25 mm)

400 400 380 360

480 480 480 480

WR350, WR350/L0 (t ≤ 8 mm) WR350, WR350/L0 (8 mm < t ≤ 12 mm) WR350, WR350/L0 (12 mm < t ≤ 20 mm) WR350, WR350/L0 (20 mm < t ≤ 25 mm)

340 340 340 340

450 450 450 450

* berlaku untuk material hard-rolled dengan tebal lebih besar atau sama dengan 1.5 mm. † berlaku unutk material hard-rolled dengan tebal lebih besar dari 1.0 mm tapi lebih kecil dari 1.5 mm. ‡ berlaku unutk material hard-rolled dengan tebal lebih kecil atau sama dengan 1.0 mm. Catatan : 1. Untuk tujuan desain, tegangan leleh dan kuat tarik mendekati Grade Hd200. 2. Untuk tujuan desain, tegangan leleh diperoleh dari : a. dari pabrik; b. dengan uji berdasarkan AS 1391; atau c. dengan menggunakan 170 MPa

2.2 PEMBEBANAN Proses penentuan beban-beban yang bekerja pada struktur mungkin merupakan tahapan terpenting sekaligus tersulit yang harus dihadapi perencana struktur dalam suatu rangkaian proses desain. Disebut demikian karena untuk mencapai hasil rancangan yang tepat dan akurat perencana harus : a. Mampu menentukan nilai maksimum beban yang akan ditanggung struktur


selama masa layan. b. Mampu menentukan penempatan beban yang paling memberikan pengaruh paling buruk (worst) terhadap struktur. c. Pada struktur tertentu perencana juga dituntut harus mampu menentukan tahapan pembebanan yang tepat, misalnya pada struktur komposit dimana tahapan pembebanan menentukan kapasitas suatu penampang.

Disinilah diperlukan kejelian dan intuisi perencana untuk memperkirakan (predicting) hal-hal tersebut diatas. Secara umum, ada tiga kategori beban yang harus dikenal baik oleh perencana struktur, yaitu: beban mati, beban hidup dan beban lingkungan. Beban-beban tersebut dapat membebani struktur dalam arah vertikal maupun horizontal dan dalam bentuk beban terpusat (mem bebani struktur dalam area relatif kecil), beban garis berupa berat sendiri elemen ataupun berat dinding partisi ataupun beban permukaan yang menyebar merata diatas permukaan lantai. Karakteristik masing-masing beban diuraikan lebih lanjut pada bab berikut ini. Berdasarkan SNI, beban yang bekerja pada struktur adalah : 1. Beban sendiri termasuk beban tambahan, seperti mechanical electrical (ME), atap metal, dan sebagainya. 2. Beban hidup 3. Beban angin 4. Beban hujan


5. Beban gempa

2.2.1 Beban Mati Beban mati adalah beban yang membebani struktur secara menetap selama masa layan struktur. Umumnya beban mati berasal dari berat sendiri struktur dan komponen-komponen lain yang melekat pada struktur. Sebagai contoh: berat balok, berat lantai, berat lantai atap, langi-langit, dinding-dinding partisi, pipapipa dan peralatan mechanical-electrical (ME) yang menetap pada struktur. Besar nilai beban mati dapat ditentukan dengan mengetahui dimensi dan jenis material yang digunakan. Untuk peralatan ME, berat peralatan dapat diperoleh dari pabrikannya. Berat sendiri bahan bangunan komponen gedung berdasarkan Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung ( SKBI-1.3.5.3-1987) : BAHAN BANGUNAN 3

Baja

7.850

kg/m

Batu Alam

2.600

kg/m

Batu belah, batu bulat, batu gunung (berat tumpuk)

1.500

kg/m

3

700

kg/m

3

Batu pecah

1.450

kg/m

3

Besi tuang

7.250

kg/m

3

Beton (1)

2.200

kg/m

Batu karang (berat tumpuk)

3

3


3

Beton bertulang (2)

2.400

kg/m

Kayu (Kelas I) (3)

1.000

kg/m

Kerikil, koral (kering udara sampai lembap, tanpa diayak)

1.650

kg/m

3

Pasangan bata merah

1.700

kg/m

3

Pasangan batu belah, batu belat, batu gunung

2.200

kg/m

3

Pasangan batu cetak

2.200

kg/m

3

Pasangan batu karang

1.450

kg/m

3

Pasir (kering udara sampai lembap)

1.600

kg/m

3

Pasir (jenuh air)

1.800

kg/m

Pasir kerikil, koral (kering udara sampai lembap)

1.850

kg/m

3

Tanah, lempung dan lanau (kering udara sampai lembap)

1.700

kg/m

3

Tanah, lempung dan lanau (basah)

2.000

kg/m

3

11.400

kg/m

3

Tanah hitam

3

3

Catatan : i.

Nilai ini tidak berlaku untuk beton pengisi

ii.

Untuk beton getar, beton kejut, beton mampat dan beton padat lain sejenis, berat sendirinya harus ditentukan sendiri.

iii.

Nilai ini adalah nilai rata-rata, untuk jenis kayu tertentu lihat Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia.


KOMPONEN GEDUNG Adukan, per cm tebal : - dari semen

21

kg/m

2

- dari kapur, semen merah atau tras

17

kg/m

2

Aspal, termasuk bahan-bahan mineral tambahan, per cm tebal

14

kg/m

2

- satu batu

450

kg/m

2

- setengah batu

250

kg/m

2

- tebal dinding 20 cm (HB 20)

200

kg/m

2

- tebal dinding 10 cm (HB 10)

120

kg/m

2

- tebal dinding 15 cm

300

kg/m

2

- tebal dinding 10 cm

200

kg/m

2

maksimum 4 mm

11

kg/m

2

- kaca, dengan tebal 3 – 4 mm

10

kg/m

2

Dinding Pas. Bata merah :

Dinding pasangan batako : Berlubang :

Tanpa lubang

Langit-langit dan dinding (termasuk rusuk-rusuknya, tanpa penggantung langit-langit atau pengaku), terdiri dari : - semen asbes (eternit dan bahan lain sejenis), dengan tebal


40

kg/m

2

7

kg/m

2

50

kg/m

40

kg/m

Penutup atap seng gelombang (BWG 24) tanpa gordeng

10

kg/m

2

Penutup lantai dari ubin semen portland, teraso dan beton,

24

kg/m

2

11

kg/m

2

Lantai kayu sederhana dengan balok kayu, tanpa langitlangit dengan bentang maksimum 5 m dan untuk beban hidup maksimum 200 kg/m

2

Penggantung langit-langit (dari kayu), dengan bentang maksimum 5 m dan jarak s.k.s minimum 0,8 m Penutup atap genting dengan reng dan usuk/kaso per m

2

2

bidang atap Penutup atap sirap dengan reng dan usuk/kaso per m

2

2

bidang atap

tanpa adukan, per cm tebal Semen asbes gelombang (tebal 5 mm)

2.2.2 Beban Hidup Berbeda dengan beban mati, beban hidup adalah beban gravitasi yang memiliki besar dan/atau posisi yang berubah dari waktu ke waktu (moving loads) selama masa layan struktur. Sebagai contoh adalah beban orang, funiture, perkakas, beban kendaraan pada struktur jembatan dan beban lain yang dapat bergerak. Karena sifatnya yang berubah-ubah, umumnya beban hidup sangat sulit ditentukan secara pasti. Yang dilakukan adalah menentukan beban hidup


minimum yang harus diperhitungkan pada suatu struktur, pada umumnya mengacu pada peraturan pembebanan yang ditentukan oleh pemerintah. Untuk Indonesia pengaturan nilai minimum beban hidup untuk berbagai fungsi bangunan diatur dalam Peraturan Pembehanan Indonesia untuk Gedung 1983 (PPIG 1983). Beban-beban ini pada umumnya bersifat empiris dan konservatif yang dapat diterima secara umum. Namun adakalanya nilai yang diberikan tidak tepat, untuk kondisi demikian menentukan beban hidup sendiri dengan alasan yang dapat dipertanggungjawabkan. Beban Hidup pada atap gedung, yang dapat dicapai dan dibebani oleh orang, 2

harus diambil minimum sebesar 100 kg/m bidang datar. Atap dan/atau bagian atap yang tidak dapat dicapai dan dibebani oleh orang, harus diambil yang menentukan (terbesar) dari: •

Beban terbagi rata air hujan Wah = 40 - 0,8 A dengan, o

A = sudut kemiringan atap, derajat ( jika A > 50 dapat diabaikan). 2

2

Wah = beban air hujan, kg/m (min. Wah atau 20 kg/m ) •

Beban terpusat berasal dari seorang pekerja atau seorang pemadam kebakaran dengan peralatannya sebesar minimum 100 kg.


2.2.3 Beban Angin Berdasarkan PPIG 1987, beban angin didefinisikan sebagai tekanan angin yang menerpa struktur baik berupa gaya tekan ataupun gaya hisap. Umumnya beban angin baru diperhitungkan untuk struktur yang memiliki minimal 4 lantai atau memiliki tinggi bangunan minimal 16 m. Angin yang bergerak menabrak struktur dianggap bekerja sebagai tekanan positif pada sisi yang berhadapan langsung dengan arah angin dan tekanan negatif (isap) pada sisi belakangnya. Tekanan tiup angin yang bekerja pada struktur untuk daerah normal sebesar 25 kg/m2 dan untuk daerah pantai diambil 40 kg/m2.

2.2.4 Beban Gempa Beban gempa terjadi akibat pergerakan tanah dasar ke arah horizontal atau vertikal secara tiba-tiba dalam periode tertentu. Umumnya pergerakan arah horizontal memiliki guncangan yang lebih besar. Gerakan tanah yang diakibatkan oleh getaran gempa bumi meliputi percepatan, kecepatan, dan perpindahan. Ketiganya pada umumnya teramplifikasi sehingga menimbulkan gaya dan perpindahan yang dapat melebihi kapasitas yang dapat ditahan oleh struktur yang bersangkutan. Nilai maksimum besarnya gerakan tanah yaitu kecepatan tanah puncak, percepatan tanah puncak, dan perpindahan tanah puncak menjadi parameter-parameter utama dalam desain struktur tahan gempa.


2.2.5 Kombinasi Pembebanan Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan di bawah ini: 1,4 D 1,2 D + 1,6 L + 0,5 ( La atau H ) 1,2 D + 1,6 ( La atau H ) ) + (γ L L atau 0,8W ) 1,2 D + 1,3 W + γ L L + 0,5 ( La atau H ) 1,2 D ± 1,0 E + γ L L 0,9 D ± (1,3W atau 1,0 E )

Keterangan: D

adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap

L

adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain

La

adalah beban hidup di 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 yang diakibatkan genangan air


W

adalah beban angin

E

adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726–1989, atau penggantinya dengan,

γ L = 0,5 bila L< 5 kPa, dan γ L = 1 bila L≥ 5 kPa. Pengecualian: Faktor beban untuk L di dalam kombinasi pembebanan pada persamaan ke 3,4 dan 5 yang diambil dari SNI, harus sama dengan 1,0 untuk garasi parkir, daerah yang digunakan untuk pertemuan umum, dan semua daerah di mana beban hidup lebih besar daripada 5 kPa.

2.3 ELEMEN STRUKTUR COLD FORMED STEEL 2.3.1 Batang Tarik Batang tarik adalah elemen struktur baja yang hanya memikul/ mentransfer gaya aksial tarik antara dua titik pada struktur.

Batang tarik didesain untuk

mencegah beberapa mode keruntuhan yang mungkin akibat gaya yang bekerja pada batang dalam kondisi normal, keruntuhan tersebut diantaranya, leleh di seluruh luasan penampang, fraktur di luasan efektif penampang, blok geser, retak akibat geser sepanjang sambungan. Secara teoritis, kekuatan penampang batang tarik dapat dimobilisasikan secara maksimal hingga penampang mencapai keruntuhan. Akan tetapi pada kondisi sebenarnya, kekuatan batang tarik harus direduksi dengan adanya lobang pada sambungan dan tidak sentrisnya gaya tarik


bekerja. Dengan ungkapan lain, kekuatan batang tarik ditentukan oleh seberapa luas suatu penampang secara efektif ikut serta memikul gaya aksial tarik tersebut. Kekuatan tarik penampang dari baja ringan untuk keperluan analisis dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

N

∗ ≤ ΦtNt

(2.7)

dengan,

t

Φ

= faktor reduksi kuatan tarik (0.90)

Nt = Kuat tarik nominal, nilai terkecil dari : 1. Nt

= Ag.f y

(2.8)

2. Nt

= 0.85.k t.An.f u

(2.9)

dengan : Ag = Luas bruto penampang f y

= Tegangan leleh

k t

= Faktor koreksi akibat distribusi dari gaya yang bekerja (Tabel 2.1)

An = Luas netto penampang = Ag – d.t f u

= Kekuatan fraktur penampang


Tabel 2.3 Nilai faktor koreksi kt (AS/NZS 4600:1996)

2.3.2 Batang Tekan Sama halnya seperti batang tarik, batang tekan juga hanya memikul/ mentransfer gaya aksial antara dua titik pada struktur. Akan tetapi sifat gaya aksial yang diterima adalah gaya aksial tekan. Sehingga pengaruh tekuk (buckling) atau lenturan tiba-tiba akibat ketidakstabilan merupakan persoalan yang mendapat perhatian lebih pada batang tekan. Dengan ungkapan lain, kekuatan batang tekan


tidak hanya dipengaruhi kekuatan bahannya akan tetapi turut dipengaruhi bentuk geometris penampang (jari-jari girasi penampang). Model keruntuhan yang mungkin terjadi pada elemen batang tekan diantaranya; leleh (tekuk plastik) , tekuk inelastik dan tekuk elastik. Tekuk yang terjadi pada penampang batang tergantung dari rasio

kelangsingan penampang (λ) batangnya. Penampang dengan rasio kelangsingan rendah cenderung mengalami keruntuhan leleh (tekuk plastik) sedangkan elemen batang dengan rasio kelangsingan yang tinggi cenderung mengalami keruntuhan tekuk elastik. Sebagian besar elemen batang tekan didesain agar mengalami keruntuhan tekuk inelastik yaitu elemen batang dengan rasio kelangsingan menengah, hal ini agar desain yang dilakukan optimal karena memiliki kuat tekan efektif dan dimensi yang efisien bila dibanding skenario tekuk elastik dan tekuk plastik. Seluruh tekuk yang terjadi pada batang akan mengikuti salah satu dari 3 macam tekuk yang ada, yaitu; lentur, lokal, torsi. Penjelasan ketiga macam tekuk ini adalah sebagai berikut; Tekuk lentur (flexural buckling) adalah tekuk menyebabkan elemen batang mengalami lentur terhadap sumbu lemah batang, tekuk lokal (local buckling) adalah tekuk yang terjadi pada elemen pelat penampang (sayap/ badan) yang menekuk karena terlalu tipis. Ini dapat terjadi sebelum batang menekuk lentur secara keseluruhan. Tekuk torsi (torsional buckling) adalah tekuk yang terjadi pada elemen pelat yang menyebabkan penampang berputar/ memuntir terhadap sumbu batang


Elemen tekan terhadap beban aksial konsentris yang akan dianalisis didesain kuat tekannya dengan persamaan berikut:

∗ ≤ ΦcNs 2. N∗ ≤ Φc Nc

1. N

(2.10) (2.11)

dimana : Ns

= Kapasitas nominal penampang (compressio n) = Ae x f y, (Ae = luas efektif dalam keadaan leleh) lele h)

Nc

(2.12)

= Kapasitas nominal elemen (compression) = Ae x f n

(2.13)

Ae

= luas efektif saat f critical (f n)

f n

= f kritis kritis, fungsi dari λ c untuk untuk

 ≤ ∶      ∶  0877   1.5

> 1.5

= 0.658

=

.

(2.14) (2.15)

dimana :

    =

(2.16)

= elastic flexural buckling stress

Nilai elastic flexural buckling stress dihitung dengan persamaan: a. Flexural Buckling Stress Elemen yang tergolong langsing dan dibebani secara aksial memiliki kemungkinan kegagalan overall flexural buckling bila bentuk penampang


lintangnya doubly-symmetric shape, closed shape, silindris atau pointsymmetric shape. Untuk bentuk penampang single-symmetric, flexural

buckling merupakan salah satu mode kegagalan. Persamaan yang digunakan:

      dengan    = rasio kelangsingan efektif



=

(2.17)

Single-symetric Single-symetric (monosymetric) sections

Doubly-symetric Doubly-symetric sections Gambar 2.7 Single-symetric Single-symetric (monosymmetric) sections dan DoublyD oublysymetric sections (AS/NZS 4600:1996)


b. Flexural-Torsional Flexural-Torsional Buckling Stress

 21          (

=

)

+

(

+

)

4

(2.18)

Dengan

 

        1 +   =      =

×

(2.19)

×

×

(2.20)

× ×

Iw

= nilai kelengkungan untuk luas penampang

lex , lez

= panjang efektif

G

= modulus geser (80000 MPa)

J

= Kontanta torsi St.Venant St.Ve nant untuk penampang

A

= Luas total penampang

R01

= radius girasi polar terhadap pusat geser, dihitung dengan

01  2  2 02 02 =

β

+

+

rx, ry

= radius girasi

x0, y 0

= pusat geser 2

= 1 – ( xo / r01)

+

(2.22)

(2.22)

c. Point-symetric Point-symetric section Elastic buckling stress untuk penampang ini dihitung baik dengan

penghitungan khusus flexural atau torsional. Nilai yang dipakai adalah nilai yang lebih kecil dari kedua persamaan tersebut. terse but. Perhitungan Perhitunga n elastic


buckling stress yang mengalami torsi dihitung dengan persamaan berikut:

     =   1 +    ×

×

×

(2.23)

× ×

Gambar 2.8 Point-symetric sections (AS/NZS 4600:1996)

d. Non-symetric section ( lihat gambar 2.9 ) Untuk kondisi ini, nilai foc dihitung dengan mengambil nilai minimum dari persamaan eksponensial di bawah ini : 2

f oc (r01 2

2

2

2

2

2

2

- xo - xo ) – f oc [ r01 ( f ox + f oy +f oz ) – ( f oyxo + f oxyo )] + 2

f ocr01 ( f oxf oy + f oyf oz + f oxf oz ) – ( f oxf oyf ozr01 ) = 0

(2.24)

Gambar 2.9 Non-symetric (asymmetric) sections (AS/NZS 4600:1996)


e. Singly-symmetric sections Untuk penampang dengan singly-symmetric sections yang menerima gaya tekuk distorsi, nilai Nc dihitung dengan mengambil nilai minimum dari kedua persamaan di bawah ini : i. ii.

    2  1 2  1 2 2  3 =

×

=

(

)

+

(

)

+

4

Dimana :

1  2 2  3 1   2 2 2  2 � 2  1 ̅ 2 +  0 25            2  2  1 11       5 46 +0 06        =

0.039

+

=

×

=

+

=

×

×

+

×

= 4.80

(2.27)

.

×

(2.28)

=

=

×

.

(

)

.

1

.

′

×

×

(2.29)

×

nilai f’od diambil dari persamaan f od awal dengan nilai α 1 :

1  2 2  2      4 =

Untuk nilai

+ 0.039 >

:

×

=

×

1

(2.30) (2.31)

Sedangkan untuk nilai f od :

 ≤  ≤  : 13 2 2   ×  =  × 0.055    3.6 + 0.237

(2.32)


Rasio kelangsingan ( l e / r ) untuk semua batang tidak melebihi 200, kecuali hanya selama masa konstruksi ( l e / r ) tidak melebihi 300.

2.3.3 Luas Efektif (Ae) Elemen Tekan Untuk desain baja cold formed dengan elemen langsing, area penampang harus di kurangi pada bagian-bagian tertentu. Pengurangan area tampang disebabkan oleh : a. Efek shear lag b. Ketidakstabilan lokal elemen tekan 2.3.3.1 Lokasi Pengurangan Lebar Tampang a.

Untuk perencanaan elemen berpengaku dengan gaya tekan seragam, bagian yang dikurangi akan diambil pada pertengahan elemen ( lihat gambar 2.10 dan 2.14b )

b.

Untuk perencanaan elemen dibawah tegangan gradien atau dimana hanya sebagian elemen mendapat tekanan (contoh web), bagian yang dikurangi ditunjukkan dalam Gambar 2.11.

c.

Untuk elemen tidak berpengaku, baik dibawah tegangan tekan gradien atau tekan seragam, bagian yang dikurangi akan diambil pada tepi yang tidak berpengaku seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.12. Jika

elemen

tidak berpengaku menerima keduanya tarik dan tekan menyilang lebarnya,


bagian yang dikurangi akan diambil seperti yang ditetapkan dalam gambar 2.13. d.

Untuk perencanaan elemen dengan pengaku tepi, bagian yang dikurangi akan ditunjukkan pada gambar 2.14.

Gambar 2.10. Elemen berpengaku dengan gaya tekan seragam

Gambar 2.11. Elemen dan web berpengaku dengan gaya tekan tidak seragam


Gambar 2.12 Elemen tidak berpengaku dengan gaya tekan seragam

a. Elemen tidak berpengaku dengan tegangan tidak seragam – kedua sudut dalam tekan

b. Elemen tidak berpengaku dengan tegangan tidak seragam – satu sudut dalam tekan dan satu sudut dalam tarik Gambar 2.13. Elemen tidak berpengaku dengan tegangan tidak seragam


2.3.3.2 Batas Dimensional Rasio maksimum lebar dengan tebal plat (b/t) a. Untuk elemen tekan berpengaku yang mempunyai satu bagian tepinya terhubung ke web atau sayap sedangkan yang lain diperkaku dengan i. Lip biasa............................................................................................60 ii. Bentuk pengaku lainnya dimana A. Is < Ia ..........................................................................................60 B. Is ≥ Ia .........................................................................................90 b. Untuk elemen tekan berpengaku dengan kedua bagian tepinya terhubung ke

elemen

pengaku

lainnya

......................................................................500 c. Untuk elemen tekan tanpa pengaku ........................................................60

Rasio maksimum tinggi dengan tebal web (d1/tw) Rasio maksimum tinggi dengan tebal web (d1/tw) dari elemen lentur tidak melebihi ketentuan berikut a. Untuk web yang tidak diperkuat : d1/tw ...................................................200 b. Untuk web dengan pengaku melintang (i) jika menggunakan pengaku bearing saja: d1/tw .................................260 (ii) jika menggunakan pengaku bearing dan pengaku tengah: d1/tw....... 300 di mana :


d1 = tinggi bagian yang datar dari web diukur sepanjang bidang web tw = tebal web Jika web terdiri dari dua sheets atau lebih, rasio d1/tw akan dikalkulasi untuk tiap sheets.

2.3.3.3 Lebar Efektif Elemen Berpengaku dengan Tekan Seragam

Untuk λ ≤ 0,673 : be = b Untuk λ ≥ 0,673 : be = ρb Dimana : b = lebar pelat tanpa bagian lengkung

ρ = faktor lebar efektif

 1− =  ≤1 ,

Rasio kelangsingan (λ) dihitung sebagai berikut :

  ∗  =

Dimana f* = tegangan desain pada elemen tekan f cr = tegangan tekuk elastik plat =

121−  2 (

)

k = koefisien tekuk plat = 4 untuk elemen berpengaku yang mempunyai web di setiap tepinya ( nilai k


untuk tipe elemen lainnya ditentukan dengan rumus yang berlaku ) 3

E = modulus elastisitas (200x10 Mpa) v = poisson rasio ( 0,3) t = ketebalan elemen

Dengan memasukkan f cr ke rumus rasio kelangsingan dengan nilai v = 0,3 diperoleh :



=

1 052  ∗ √    ,

2.3.3.4 Lebar Efektif Untuk Elemen Tekan Dengan Pengaku Tepi a.

 ≤ 0,328  Ia = 0

(tanpa pengaku tepi)

be = b

b.

b1 = b2 = b/2

(lihat gambar 2.10)

ds = dse

(untuk pengaku tepi biasa)

As = Ase

(untuk bentuk pengaku lainnya)

 ≥ 0,328  1 = 2   b2 = be – b1

       

(lihat gambar 2.10) (lihat gambar 2.10)

=

(untuk pengaku tepi biasa)

=

(untuk bentuk pengaku lainnya)


Ase = dset

(untuk pengaku yang ditunjukkan dalam gambar 2.10)

Is /Ia ≤ 1

 12  3 4      4       ≤        4 ≥ 13 =

(untuk pengaku yang ditunjukkan dalam gambar 2.10)

= 399

0,328

115

 + 5 

= 0,582

S = faktor kelangsingan

= 1,28

 ∗

Tabel 2.4. Menentukan koefisien tekuk pelat (k) Koefisien tekuk pelat (k) o

o

bentuk pengaku tepi sederhana (140 ≥ θ ≥ 40 ) d1 /b ≤ 0,25

3,57

 

+ 0,43

bentuk pengaku tepi lainnya

0,25 ≤ d1 /b ≤ 0,8

≤   5  4

4,82

+ 0,43

≤

4

3,57

 

+ 0,43

≤

4


Dimana : d1, d = dimensi pengaku aktual

a. Pengaku aktual dan efektif

Dimana :

dse , ds = lebar efektif pengaku

b. Elemen efektif dan tegangan pada elemen efektif

Gambar 2.14. Elemen dengan pengaku tepi Lip biasa


2.4 SAMBUNGAN SEKRUP 2.4.1 Umum Sambungan sekrup adalah jenis sambungan yang paling banyak digunakan pada rangka atap baja ringan. Peraturan AS 4600 mengenai sambungan sekrup dapat diterapkan pada kasus dimana beban yang bekerja pada sambungan adalah gaya geser dan tarik normal. Aturan ini tidak dapat diterapkan untuk kasus dimana sambungan akan mengalami momen atau gaya kedua yang signifikan seperti pembongkaran. Untuk kasus tersebut atau untuk mendapatkan kapasitas geser dan tarik yang lebih akurat maka diperlukan tes. Tes tersebut berguna apabila: - Ketebalan dari baja ringan kekuatan tinggi G550 kurang dari 0.90 mm - Rasio fu/fy adalah 1.0 untuk 0.40 mm sampai 1.08 untuk 0.90 mm

Dianjurkan minimal dua sekrup untuk menyambungkan komponen individual. Sekrup dengan ulir halus baik digunakan untuk material tebal, dimana beberapa ulir akan bekerja. Sebaliknya sekrup dengan ulir yang lebih kasar biasanya bekerja lebih baik pada material yang lebih tipis, khususnya jika ketebalan material berada diantara dua ulir. Untuk sambungan pada baja dengan daktilitas rendah, fu harus diambil lebih kecil dari 75% dari kuat tarik minimum sebesar 450 MPa. Pengurangan fu


ini tidak berlaku jika penentuan kapasitas ditentukan dengan tes. Pengurangan ini menyediakan

faktor

keamanan

untuk

mencegah

kegagalan

tarik.

Untuk

memastikan daktilitas, sebaiknya leleh pada sambungan diizinkan w alaupun tekuk pada member harus terjadi sebelum sambungan gagal. Member yang lebih ringan biasanya menghasilkan struktur yang lebih fleksibel, walaupun kuat namun struktur ini akan melentur pada beban siklik seperti beban angin dimana struktur yang lebih berat bisa tahan dan menyerapnya sehingga struktur tidak melentur. Peraturan berlaku untuk sekrup dengan diameter nominal antara 3 mm sampai 17 mm dikarenakan diameter sekrup tersebut yang digunakan pada saat persamaan ditentukan. Sekrup yang akan digunakan pada tugas akhir ini adalah jenis Self Drilling Screw.

Gambar 2.15. Self-drilling screw


Ukuran No. 0 No. 1 No. 2 No. 3 No. 4 No. 5 No. 6 No. 7 No. 8 No. 10 No. 12 No. 14

Diameter Nominal (df) in. mm 0,060 1,52 0,073 1,85 0,086 2,18 0,099 2,51 0,122 2,84 0,125 3,18 0,138 3,51 0,151 3,84 0,164 4,17 0,190 4,83 0,216 5,49 0,250 6,35

Tabel 2.5. Diameter Nominal Sekrup

2.4.2 Sambungan Sekrup Untuk Menahan Geser Untuk memastikan distribusi beban yang merata pada sambungan ,sangatlah penting untuk membatasi jarak antar sekrup, terutama untuk sekrup paling luar. Spesifikasi AISI mengatur tentang hal ini,namun Rekomendasi Eropa ( ECCS 1983 ) menspesifikasikan sebagai berikut: - Jika jarak antara dua sekrup paling luar kurang dari 15 d f ,gaya akan didistribusikan merata pada sekrup. - Jika jarak antara dua sekrup paling jauh adalah 65 d f ,gaya pada sambungan harus dibatasi sebesar 75 % dari kekuatan desain. - Untuk jarak antara 15 d f dan 65 df interpolasi linear perlu dilakukan.


Jarak minimum antar sekrup dan terhadap ujung profil Jarak minimum antar sekrup ditentukan adalah 3 d f (3 * diameter baut) dan jarak minimum dari sekrup menuju ujung profil adalah 1,5 d f

Gambar 2.16. Pembatasan jarak sekrup Sambungan sekrup yang dibebani geser dapat gagal dalam satu atau beberapa mode kegagalan. Mode tersebut adalah kegagalan geser sekrup, robekan tepi, miring dan tercabutnya sekrup, dan kegagalan tumpu pada material yang disambungkan. Miringnya sekrup diikuti oleh robeknya ulir pada lembaran yang lebih bawah yang mengurangi kapasitas geser sambungan. Pada keadaan normal kepala sekrup akan mengalami kontak dengan material yang lebih tipis. Bagaimanapun ketika material yang disambungkan memiliki ke tebalan yang sama atau kepala sekrup berada pada material yang lebih tipis memiringnya baut perlu diperhitungkan.


Penting untuk menghitung kapasitas tumpu yang lebih rendah dari dua member berdasarkan ketebalan dan kuat tariknya. Kuat tumpu pelat yang mengalami kontak dengan sekrup ditentukan dengan persamaan : *

Vb = Φ Vb

(2.39)

di mana :

Φ = faktor reduksi kekuatan = 1.0 untuk pembebanan statik = 0.5 untuk pembebanan siklik ( AISI ) Vb = kekuatan tumpu dari penampang dimana terdapat sekrup

Untuk t2 /t1 ≤ 1 nilai Vb yang digunakan adalah nilai terkecil dari persamaan berikut :

Tilting bearing bearing

 23 ∗∗2  ∗1 ∗ ∗1  ∗2 ∗ ∗2 = 4,2 = 2,7 = 2,7

dimana : t1

= ketebalan material yang terhubung dengan kepala sekrup

t2

= ketebalan material yang tidak terhubung dengan kepala sekrup


df

= diameter sekrup

fu1 = kuat tarik material yang terhubung dengan kepala sekrup fu2 = kuat tarik material yang tidak terhubung dengan kepala sekrup Untuk t2 /t1 ≥ 2,5 nilai Vb yang digunakan adalah nilai terkecil dari persamaan berikut :

bearing bearing

 ∗1 ∗ ∗1  ∗2 ∗ ∗2 = 2,7 = 2,7

Untuk 1 < t2 /t1 < 2.5 nilai Vb yang digunakan adalah berdasarkan interpolasi antara nilai minimum semua persamaan yang dihitung.

Untuk mencegah kegagalan sambungan secara getas kapasitas desain untuk geser harus 1.25 kali dari kapasitas desain tariks sekrup. Umumnya kapasitas geser sekrup akan dihitung sebesar 0.6 kali kuat aksial baut. Kuat geser dari pabrik tidak berlaku jika t2=1.6 mm dimana t2 adalah material paling tebal tidak terhubung dengan kepala sekrup. 0,6 f us ≥ ΦVb ≥ Pu

(2.42)

Dimana : f us : Kuat tarik sekrup


Pu : Gaya yang bekerja pada sambungan 2.4.3 Sambungan Sekrup Untuk Menahan Tarik Pull out dan Pull Over (Pull Through), Standar diterapkan untuk kondisi

pembebanan statis. Untuk Pull Over, kuat tarik bisa dipengaruhi oleh pembebanan berulang, seperti angin cyclone di Australia dan daerah berangin kuat di New Zealand, seperti halnya region angin I,V dan VII tertera di NZS 4203. Spesifikasi AISI memberikan panduan untuk hal ini, sedangkan Eurocode merekomendasikan menggunakan faktor pembebanan siklik sebesar 0.5 untuk perhitungan kapasitas desain statis. Ketebalan washer termasuk yang terhubung dengan kepala sekrup minimum 1.3 mm . Diameter washer yang lebih besar dari 12.5 mm dapat digunakan. Namun untuk persamaan yang digunakan diameter washer dibatasi sebesar 12.5 mm. Kapasitas desain untuk sambungan dimana member tidak terhubung dengan titik pengencang yang belum termasuk dalam kapasitas desain sambungan tergantung pada tipe profil yang digunakan. Untuk sekrup non-drilling diameter lubang pada lembaran yang terhubung dengan kepala sekrup harus tidak melebihi rekomendasi AS B194. Gaya aksial minimum untuk sekrup pada AS 3556 tidak berlaku jika t 2 kurang dari 1.6 mm ,dimana t2 adalah ketebalan material yang tidak terhubung dengan kepala sekrup.


Penarikan sekrup (pull-through) Permasalahan ini diaplikasikan pada kasus dimana dua penampang yang disambung terdapat pada area diamana sekrup dikencangkan. Kekuatan desain tarik akibat sekrup dihitung dengan menggunakan persamaan : *

Nt ≤ Φ Nt

(2.43)

Dimana :

Φ = 0.5 Nt = kekuatan penampang terhadap tarik Dimana Nt merupakan niali minimum dari kedua persamaan di bawah ini :

 2  2  1  1 = 0.85 ×

= 1.5

×

×

×

(2.44)

×

(2.45)

Dimana dw diambil = diameter kepala baut, tetapi tidak lebih dari 12.5 mm

Kekuatan tarik sekrup Kekuatan tarik sekrup = 1.25 N t Dimana nilai



= 0.85 ×

2  2 ×

×

(2.46)

Untuk mencegah kegagalan sambungan dalam kondisi getas, kapasitas desain tarik sekrup harus 1.25 kali kapasitas desain untuk pull-out dan pull over. Kapasitas tarik maksimum untuk sekrup self-drilling seperti diterangkan dalam


AS 3556 diberikan dalam tabel 2.5. Nilai yang diberikan di tabel adalah untuk sekrup saja bukan untuk sambungan. Ketebalan pelat penyambung baja akan menentukan kekuatan sambungan.

ukuran

Kuat tarik aksial maksimum (kN) Type ASD

Type BSD

Type CSD

No. 6

4.35

4.35

5.33

No. 8

6.35

6.35

8.46

No. 10

7.5

8.6

10.01

No. 12

11.34

11.63

14.44

No. 14

14.95

16.15

18.9

Tabel 2.6. Kuat tarik aksial minimum untuk sekrup self-drilling

2.4.4 Kekuatan Tarik Elemen Pada bagian Sambungan Kekuatan tarik dari area dimana terdapat suatu sistem sambungan adalah : *

N t ≤ ɸ N t

(2.47)

Dimana : *

N t = kekuatan tarik (desain) ɸ

= factor reduksi kekuatan = 0.65

kekuatan tarik yang dibutuhkan (N t) :

   = 1.0

+

2 5  ×  ≤  ×   .

×

(2.48)


Chapter II

Recommend Documents