Modul 2 - Konsep Pada Desain Struktur Baja.doc

MODUL PERKULIAHAN

Struktur Baja 1 Konsep Pada Desain De sain Struktur Baja

Fakultas

Program Studi

Teknik Perencanaan dan Desain

Teknik Sipil

Tatap Muka

Kode MK

Disusun Oleh

02

MK11052

Ivan Jansen S., ST, MT

Abstrat

Kompetensi

Modul ini bertujuan untuk memberikan pemaham pemahaman an dasar dasar mengen mengenai ai konsep konsep pada naalisis dan perhitungan desain struktur baja.

Maha Mahasi sisw swa/ a/ii mamp mampu u mene menent ntuk ukan an desa desain in dan dan análi nálisi sis s berd berdas asar arka kan n metode ASD dan juga LRFD.

Konsep Pada Desain Struktur Baja 1.

Metoda ASD

Perbedaan utama antara ASD Allowable Stress Design! dan LRFD Load and Resistan"e Fa"tor Design! adalah terletak daripada angka keamanan #ang digunakan. Didalam LRFD beban #ang diaplikasikan terhadap struktur merupakan beban ter$aktor% dan untuk kekuatan nominal dari suatu bahan / elemen menggunakan reduksi kapasitas. &ntuk lebih jauh lagi% nilai dari beban ter$aktor tergantung pada tipe beban dan juga kombinasi pembebanan. Pada ASD% han#a ' satu! $a"tor angka keamanan #ang digunakan #ang diaplikasikan kepada tegangan #ang terjadi pada kondisi batas limit state!. Limit state untuk ASD sama seperti #ang digunakan pada LRFD #aitu ( '. )ielding kelelehan! *. Fra"ture retak / patah! +. ,u"kling tekuk!

Pada ASD% sebuah elemen struktur memiliki properties / si$at penampang seperti luasan% dan momen inersia #ang "ukup besar untuk men"egah atau mengatasi tegangan-tegangan maksimum #ang terjadi supa#a tidak melebihi dari tegangan ijinn#a. ondisi dari tegangan ijin ini masih berada pada tingkat elastis dari material #ang tepatn#a lebih ke"il dari tegangan leleh #ield stress!. ,iasan#a nilai daripada tegangan ijin tersebut adalah diambil sebesar .0F#. 1egangan ijin ini didapatkan dengan "ara membagi tegangan leleh F#! ataupun tegangan tarik ultimate Fu! dengan sebuah $a"tor keamanan. Pendekatan ini dalam design disebut sebagai design elastis atau design dengan tegangan kerja. 1egangan-tegangan kerja merupakan hasil dari beban kerja dari aplikasi beban. ,eban kerja juga disebut sebagai sel$ish load atau beban la#an. Prinsip daripada ASD adalah sebagai berikut ( 1egangan-tegangan #ang terjadi pada kondisi batas dibagi dengan sebuah $aktor keamanan #ang didapatkan dari sebuah tegangan ijin% dan tegangan maksimum #ang disebabkan oleh beban la#an / ser2is #ang tidak boleh melampaui tegangan-tegangan ijin tersebut. 3ontohn#a sebagai berikut ( &ntuk tarik a4ial(

‘15

2

Struktur Baja 1 52an 6ansen S.% S1% M1

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http(//www.mer"ubuana.a".id

Dimana 7 $ t 8 tegangan tarik #ang dihitung P 8 beban tarik a4ial la#an / ser2is Ft 8 tegangan tarik ijin ,erikut merupakan hubungan antara pembebanan dan kekuatan (

Ra 8 re9uired strength kekuatan #ang diinginkan! Rn 8 nominal strength kekuatan dari elemen / batang! : 8 sa$et# $a"tor Rn / : 8 allowable strength

ekuatan #ang diperlukan Ra % adalah penjumlahan dari beban ser2is atau beban la#an % dimana hal ini diikuti dengan kombinasi pembebanan. ,erikut kombinasi pembebanan se"ara ASD sesuai dengan AS3;-<.

=ilai dari $aktor .<> pada beberapa kombinasi pemebebanan adalah untuk men"akup sesuatu dalam ketidakpastian dalam pembebanan% dimana tidak semua beban bekerja tepat pada saat #ang bersamaan. =ilai untuk $aktor .< #ang diaplikasikan pada kondisi seismik atau gempa adalah dikarenakan AS3; < menggunakan pendekatan terhadap kekuatan dalam menghitung

‘15

3



e$ek dari ; beban gempa % dan $aktor tersebut adalah suatu usaha untuk men#eimbangkan e$ek tersebut untuk ASD. &ntuk nilai betas terhadap kelelehan #ielding! atau tekuk akibat t ekan"ompression bu"kling! % nilai  8 '.0< % untuk nilai batas terhadap putus/kegagalan rupture! adalah  8 *. Maka % hubungan antara $aktor tahanan/kemampuan nominal batang terhadap angka keamanan sa$et# $a"tor! (

Maka hubungan antar beban menjadi (

Dimana ( $ 8 tegangan #ang di aplikasikan F 8 allowable stress tegangan ijin!

2.

‘15

4

Metoda LRFD



Se"ara umum% LRFD menggambarkan sebagai berikut (

- ,eban ter$aktor lebih ke"il dari kekuatan nominal #ang ter$aktor ?al diatas merepresentasikan dari tahanan atau kekuatan dari sebuah sistem struktur akibat beban #ang ter$aktor harus lebih ke"il dari tahanan atau kekuatan pada sebuah elemen atau sistem struktur nominal. Faktor beban diaplikasikan kepada beban ser2is / la#an% elemen struktur #ang dipilih memiliki kekuatan #ang "ukup untuk menahan beban tersebut. Pada kondisi LRFD% beban ter$aktor merupakan jumlah dari seluruh beban ser2is #ang ditahan oleh elemen struktur #ang masing-masing dikalikan dengan beban ter$aktor masing-masing. 3ontohn#a ( beban mati memiliki $a"tor beban #ang berbeda dari beban hidup. ,eban ter$aktor merupakan sebuah kondisi beban #ang mengakibatkan kegagalan #ang lebih besar daripada beban la#an atau ser2is a"tual se"ara total sehingga biasan#a beban ter$aktor lebih besar daripada satu. =amun% kekuatan ter$aktor merupakan sebuah reduksi atau pengurangan dari kekuatan #ang dapat digunakan% dimana nilai $a"tor dari tahanan kekuatan ini adalah biasan#a lebih ke"il daripada satu. ,eban ter$aktor merupakan beban-beban #ang membawa strektur ataupun elemen struktur kepada kondisi batasn#a. Dalam pemahaman angka keamanan% limit state kondisi batas! dapat berupa sama seperti kondisi ASD% #aitu #ielding% $ra"ture% ataupun bu"kling dan tahanan #ang ter$aktor ini merupakan kekuatan #ang dapat digunakan dari sebuah elemen struktur #ang direduksi atau dikurangi pada sebuah angka resistan"e $a"tor / $aktor tahanan. ombinasi pembebanan berdaarkan AS3; < untuk LRFD (

ombinasi 0 adn < untuk menjelaskan kemungkinan dari beban mati dan beban angin atau beban gempa menjadi saling menghilangkan satu dengan #ang lain#a. 3ontohn#a adalah e$ek dari beban mati neto% dapat berbeda antara .@DL dan 'L atau diantara .@DL dan ';B.

‘15

5



 beban angin maupun beban gempa "enderung untuk memberikan e$ek guling pada struktur % tapi beban mati ataupun beban gra2itasi akan memberikan e$ek pen#eimbang. Pembebanan Struktur

,eban adalah ga#a luar #ang bekerja pada suatu struktur. Penentuan se"ara pasti besarn#a beban #ang bekerja pada suatu struktur selama umur la#ann#a merupakan salah satu pekerjaan #ang "ukup sulit. Dan pada umumn#a penentuan besarn#a beban han#a merupakan suatu estimasi saja. Meskipun beban #ang bekerja pada suatu lokasi dari struktur dapat diketahui se"ara pasti% namun distribusi beban dari elemen ke elemen% dalam suatu struktur umumn#a memerlukan asumsi dan pendekatan. 6ika beban-beban #ang bekerja pada suatu struktur telah diestimasi% maka masalah berikutn#a adalah menentukan kombinasikombinasi beban #ang paling dominan #ang mungkin bekerja pada struktur tersebut. ,esar beban #ang bekerja pada suatu struktur diatur oleh peraturan pembebanan #ang berlaku% sedangkan masalah kombinasi dari beban-beban #ang bekerja telah diatur dalam S=5 +'<*@-** pasal 0.*.* #ang akan dibahas kemudian. ,eberapa jenis beban #ang sering dijumpai antara lain(

a. ,eban Mati% adalah berat dari semua bagian suatu gedung/bangunan #ang bersi$at tetap selama masa la#an struktur% termasuk unsur-unsur tambahan% finishing, mesinmesin

serta

peralatan

tetap

#ang

merupakan

bagian

tak

terpisahkan

dari

gedung/bangunan tersebut. 1ermasuk dalam beban ini adalah berat struktur% pipa-pipa% saluran listrik% A3% lampu-lampu% penutup lantai% dan pla$on. ,eberapa "ontoh berat dari beberapa komponen bangunan penting #ang digunakan untuk menentukan besarn#a beban mati suatu gedung/bangunan diperlihatkan dalam tabel berikut (

‘15

6



b. ,eban ?idup% adalah beban gra2itasi #ang bekerja pada struktur dalam masa la#ann#a% dan timbul akibat penggunaan suatu gedung. 1ermasuk beban ini adalah berat manusia% perabotan #ang dapat dipindah-pindah% kendaraan% dan barang-barang lain. arena besar dan lokasi beban #ang senantiasa berubahubah% maka penentuan beban hidup se"ara pasti adalah merupakan suatu hal #ang "ukup sulit. ,eberapa "ontoh beban hidup menurut kegunaan suatu bangunan% ditampilkan dalam tabel berikut (

". ,eban Angin% adalah beban #ang bekerja pada struktur akibat tekanan-tekanan dari gerakan angin. ,eban angin sangat tergantung dari lokasi dan ketinggian dari struktur. ,esarn#a tekanan tiup harus diambil minimum sebesar *> kg/m * %ke"uali untuk bangunan-bangunan berikut( 1. 1ekanan tiup di tepi laut hingga > km dari pantai harus diambil minimum C kg/m * 2. &ntuk bangunan di daerah lain #ang kemungkinan tekanan tiupn#a lebih dari C kg/m* % harus diambil sebesar p 8 V 2 / 16 kg/m*!% dengan V adalah ke"epatan an gin dalam m/ s 3. &ntuk "erobong% tekanan tiup dalam kg/m * harus ditentukan dengan rumus C*%>  %0h!% dengan h adalah tinggi eerobong seluruhn#a dalam meter

=ilai tekanan tiup #ang diperoleh dari hitungan di atas harus dikalikan dengan suatu koe$isien angin% untuk rnendapatkan ga#a resultan #ang bekerja pada hiding kontak tersebut.

‘15

7



d. ,ehan Eempa. adalah semua beban statik eki2alen #ang bekerja pada struktur akibat adan#a pergerakan tanah oleh gernpa bumi% baik pergerakan arah 2erti"al maupun horiontal. =amun pada umumn#a per"epatan tanah arah horiontal lebih besar daripada arah 2ertikaln#a% sehingga pengaruh gempa horiontal jauh lebih menentukan daripada gempa 2ertikal. ,esarn#a ga#a geser dasar stati" eki2alen! ditentukan berdasarkan persamaan (

dengan 3 adalah $aktor respon gempa #ang ditentukan berdasarkan lokasi bangunan dan jenis tanahn#a% I adalah $aktor keutamaan gedung% R adalah $aktor reduksi gempa #ang tergantung pada jenis struktur #ang bersangkutan% sedangkan  adalah berat total bangunan termasuk beban hidup #ang bersesuaian.

3ontoh ' ( Suatu struktur pelat lantai dipikul oleh balok dari pro$il F C>.*.@.'C dengan jarak antar balok adalah sebesar *%> m as ke as!. ,eban mati pelat lantai seb"sar *%> k=/ m * dan beban hidup C k=/m * G ?itunglah beban ter$aktor #ang harus dipikul oleh balok tersebut sesuai kombinasi LRFD S=5 +-'<*@-**!

Pen#elesaian( 1iap balok harus memikul berat sendiri ditambah beban dari pelat selebar *%> m. D 8 %<0  *%>*%>! 8 <%' k=/m L 8 *%>C! 8 ' k=/m

arena han#a ada * jenis beban #akni beban mati dan beban hidup% maka han#a perlu diperiksa terhadap kombinasi beban pertama dan kedua dari da$tar kombinasi pemebebanan (

U = '%CD 8 '%C<%'! 8 @%H'C k=/m U 8 '%*D  l%0L  %>L%' atau H) 8 '%*<%'!  '%0'!  %>! 8 *C%C'* k=/m 6adi% beban ter$aktor #ang menentukan adalah sebesar *C%C'* k=/m .

‘15

8



3ontoh * ( Suatu sistem struktur atap dari pro$il F C.*.H.'+ #ang diletakkan setiap jarak + m% digunakan untuk memikul beban mati sebesar * k=/m * % beban hidup atap '%> k=/m* serta beban angin ' k=/m * G ?itunglah beban ter$aktor #ang harus dipikul oleh pro$il tersebutI

Pen#elesaian ( ,eban-beban #ang harus dipikul pro$il tersebut adalah( D 8 %00  +*! 8 0%00 k=/m L 8  k=/m La 8 +'%>! 8 C%> k=/m  8 +'! 8 + k=/m

Periksa terhadap kombinasi pemhebanan ' hingga >( & 8 l %CD 8 ' %C0%00! 8 @%+*C k=/m & 8 ' %*D  ' %0L  %> La% atau ?! 8'%*0%00!  '%0!  %>C%>! 8 '%*C* k=/m & 8 '%*D  '%0La atau ?!  .L atau %H ! 8 '%*0%00!  '%0C%>!  %H+! 8 '<%>@* k=/m & 8 ' %*D  '%+   JL  %>La% atau ?! 8 '%*0%00!  '%++!    %>C%>! 8 'C%'C* k=/m & 8 %@D K '%+ 8 %@0%00!  ' %++! 8 @%H@C k=/m atau *%@C k=/m 6adi% beban ter$aktor #ang harus dipikul pro$il tersebut adalah sebesar '<%>@* k=/m

3ontoh + (

Pen#elesaian (

3ek kombinasi dari ' sampai kombinasi 0 ( ‘15

9



6adi% beban ter$aktor #ang harus dipikul oleh kolom tersebut adalah sebesar *@.> t on.

‘15

10



Daftar Pustaka '. Salmon% 3.E.  6ojnson% 6.;%  Steel Stru"ture% Design and ,eha2iorN C th ;dition. *. S=5 +-'<*@-** 1ata 3ara Peren"anaan Struktur ,aja untuk ,angunan Eedung +. S=5 +O'<*0O** 1ata 3ara Peren"anaan etahanan Eempa untuk ,angunan Eedung C. 6oseph ; ,owles% Structural Stl Dsign, 1he ?arper and Row Publisher% =ew )ork% &SA >. Segui% .1.% Stl Dsign! 3engage Learning 0. Setiawan A.%N"rncanaan Stru#tur $a%a &t'( LRDN ;rlangga *H <. Agha#ere A.% igil 6.%  Structural Stl Dsign * Pearson Prenti"e-?all *@

‘15

11



Modul 2 - Konsep Pada Desain Struktur Baja.doc

Recommend Documents