1.
Data Perhitungan
B = 600 mm L = 600 mm I = 800 mm J = 800 mm f = 230 mm h = 400 mm Gambar 1.1 Posisi kolom H Beam, angkur baut, base plet, dan kolom pedestal
Pu = 800000 N Mu = 500000000 Nmm Vu = 300000 N
Gambar 1.2 Gaya gaya yang bekerja pada angkur baut
1.1
Data penampang a. Beban Ankur Baut 1. Gaya aksial akibat beban terfaktor (Pu) 2. Momen akibat beban terfaktor (Mu)
: 800000 N : 500000000 Nmm
3. Gaya geser akibat beban Terfaktor (Vu)
: 300000 N
b. Plat Tumpun ( Base Plate ) 1. Tegangan leleh baja ( fy )
: 240 MPa
2. Tegangan tarik putus plat ( fuᵖ )
: 370 MPa
3. Lebar plat tumpuan ( B )
: 600 mm
4. Panjang plat tumpuan ( L )
: 600 mm
5. Tebal plat tumpuan ( t )
: 30 mm
c. Kolom Pedestal 1. Kuat tekan beton ( fc’ )
: 30 MPa
d. Dimensi Kolom Baja 1. Profil baja
: 400.400.15.21
2. Lebar total ( ht )
: 400 mm
3. Lebar sayap ( bf )
: 400 mm
4. Tebal badan ( tw )
: 15 mm
5. Tebal sayap ( tf )
: 21 mm
e. Angkur Baut 1. Jenis ankur baut ( Tipe )
: A - 325
2. Tegangan tarik putus angkur baut ( fuᵇ )
: 825 MPa
3. Tegangan leleh angkur baut (fy)
: 400 MPa
4. Diameter angkur baut (d)
: 22 mm
5. Jumlah angkur baut pada sisi Tarik (nt): 4 bh 6. Jumlah angkur baut pada sisi tekan (nc)
: 2 bh
7. Jarak baut terhadap pusat penampang (f)
: 230 mm
8. Panjang ankur baut yang tertanam di beton (La)
: 1000 mm
2.
Metode Perhitungan Di dalam perencanaan struktur bangunan baja, terdapat tiga metode perencanaan yang berkembang secara bertahap di dalam sejarahnya yaitu Perencanaan Tegangan Kerja / Allowable Stress Design (ASD), Perencanaan Plastis, dan Perencanaan Faktor Daya Tahan dan Beban / Load Resistance Design Factor (LRFD). Dalam perhitungan tijauan angkur baut ini dipilih perhitungan menggunakan metode Load Resistance Design Factor (LRFD). Pendekatan umum berdasarkan faktor daya tahan dan beban, atau disebut dengan Load Resistance Design Factor (LRFD) ini adalah hasil penelitian dari Advisory Task Force yang dipimpin oleh T. V. Galambos. Pada metode ini diperhitungkan mengenai kekuatan nominal Mn penampang struktur yang dikalikan oleh faktor pengurangan kapasitas (under-capacity) ϕ, yaitu bilangan yang lebih kecil dari 1,0 untuk memperhitungkan ketidak-pastian dalam besarnya daya tahan (resistance uncertainties). Selain itu diperhitungkan juga faktor gaya dalam ultimit Mu dengan kelebihan beban (overload) γ (bilangan yang lebih besar dari 1,0) untuk menghitung ketidak-pastian dalam analisa struktur dalam menahan beban mati (dead load), beban hidup (live load), angin (wind), dan gempa (earthquake).
Mu ≤ Ø.Mn Struktur dan batang struktural harus selalu direncanakan memikul beban yang lebih besar dari pada yang diperkirakan dalam pemakaian normal. Kapasitas cadangan ini disediakan terutama untuk memperhitungkan kemungkinan beban yang berlebihan. Selain itu, kapasitas cadangan juga ditujukan untuk memperhitungkan kemungkinan pengurangan kekuatan penampang struktur. Penyimpangan pada dimensi penampang walaupun masih dalam batas toleransi bisa mengurangi kekuatan. Terkadang penampang baja mempunyai kekuatan leleh sedikit di bawah harga minimum yang ditetapkan, sehingga juga mengurangi kekuatan.
Kelebihan beban dapat diakibatkan oleh perubahan pemakaian dari yang direncanakan untuk struktur, penaksiran pengaruh beban yang terlalu rendah dengan penyederhanaan perhitungan yang berlebihan, dan variasi dalam prosedur pemasangan. Biasanya perubahan pemakaian yang drastis tidak ditinjau secara eksplisit atau tidak dicakup oleh faktor keamanan, namun prosedur pemasangan yang diketahui menimbulkan kondisi tegangan tertentu harus diperhitungkan secara eksplisit.
3.
Analisa yang terjadi pada angkur baut akibat beban terfaktor 3.1 Baut putus akibat tarik Akibat momen yang terjadi baut mengalami gaya tarik, hal ini dapat mengakibatkan putus tarik pada baut.
Gambar 3.1 Baut putus tarik akibat momen
3.2 Baut putus akibat geser Akibat gaya vertical yang terjadi baut mengalami gaya geser, hal ini mengakibatkan patus geser pada baut.
Gambar 3.2 Baut putus geser akibat gaya vertikal
4.
Perhitungan
Gambar 4.1 Gaya aksial yang terjadi akibat beban 4.1 Gaya Tarik pada angkur baut a. Gaya tarik pada angkur baut ℎ 400 = 230 + = 430 𝑚𝑚 2 2 ℎ 400 𝑒𝑐 = 𝑓 − = 230 − = 30 𝑚𝑚 2 2 𝑒𝑐 𝑃𝑡 = 𝑃𝑢 ∗ 𝑒𝑡 30 𝑚𝑚 𝑃𝑡 = 800000 𝑁 ∗ = 55813,95 𝑁 430 𝑚𝑚 𝑒𝑡 = 𝑓 +
b. Gaya yang bekerja pada angkur baut yang tertarik, 𝑇𝑢1 = c.
𝑃𝑡 55813,95 𝑁 = = 13953,49 𝑁 𝑛𝑡 4
Tegangan tarik putus angkur baut, 𝑓𝑢ᵇ = 825 𝑀𝑃𝑎
d.
Luas penampang angkur baut, 𝜋 3,14 ∗ 𝑑2 = ∗ 222 𝑚𝑚 = 380,13 𝑚𝑚² 4 4 Faktor reduksi kekuatan tarik, 𝐴𝑏 =
e.
∅𝑡 = 0,90 f.
Tahanan tarik nominal angkur baut, 𝑇𝑛 = 0,75 ∗ 𝐴𝑏 ∗ 𝑓𝑢ᵇ = 0,75 ∗ 380 𝑚𝑚2 ∗ 825 𝑀𝑃𝑎 = 235207 𝑁
g.
Tahanan tarik angkur baut, ∅𝑡 ∗ 𝑇𝑛 = 0,90 ∗ 235207,11 𝑁 = 211686,40 𝑁
h.
Syarat yang harus dipenuhi, 𝑇𝑢1 ≤ ∅𝑡 ∗ 𝑇𝑛 13953,49 𝑁 ≤ 211686,40 𝑁 (AMAN)
4.2 Gaya geser pada angkur baut a. Gaya geser pada angkur baut, 𝑉𝑢1 = b.
𝑉𝑢 300000 𝑁 = = 50000 𝑁 𝑛 6
Tegangan tarik putus baut, 𝑓𝑢ᵇ = 825 𝑀𝑃𝑎
c.
Jumlah penampang geser, 𝑚=1
d.
Faktor pengaruh ulir pada bidang geser, 𝑟1 = 0,4
e.
Luas penampang baut, 𝐴𝑏 =
f.
𝜋 3,14 ∗ 𝑑2 = ∗ 222 𝑚𝑚 = 380,13 𝑚𝑚² 4 4
Faktor reduksi kekuatan geser, ∅𝑓 = 0,75
g.
Tahanan geser nominal, 𝑉𝑛 = 𝑟1 ∗ 𝑚 ∗ 𝐴𝑏 ∗ 𝑓𝑢ᵇ = 0,4 ∗ 1 ∗ 380,13 𝑚𝑚2 ∗ 825 𝑀𝑃𝑎 = 125444 𝑁
h.
Tahanan geser angkur baut, ∅𝑓 ∗ 𝑉𝑛 = 0,75 ∗ 125444 𝑁 = 94083 𝑁
i.
Syarat yang harus dipenuhhi, 𝑉𝑢1 ≤ ∅𝑓 ∗ 𝑉𝑛 50000 𝑁 ≤ 94083 𝑁 (AMAN)
4.3 Gaya tumpu pada angkur baut a. Gaya tumpu pada angkur baut, 𝑅𝑢1 = 𝑉𝑢1 = 50000 𝑁 b.
Diameter angkur baut, 𝑑 = 22 𝑚𝑚
c.
Tebal plat tumpu, 𝑡 = 30 𝑚𝑚
d.
Tegangan tarik putus plat, 𝑓𝑢ᵖ = 370 𝑀𝑃𝑎
e.
Tahana tumpu nominal 𝑅𝑛 = 2,4 ∗ 𝑑 ∗ 𝑡 ∗ 𝑓𝑢ᵖ = 2,4 ∗ 22 𝑚𝑚 ∗ 30 𝑚𝑚 ∗ 370 𝑀𝑃𝑎 = 586080 𝑁
f.
Tahanan tumpu, ∅𝑓 ∗ 𝑅𝑛 = 0,75 ∗ 586080 𝑁 = 439560 𝑁
g.
Syarat yang harus dipenuhi, 𝑅𝑢1 ≤ ∅𝑓 ∗ 𝑅𝑛 50000 𝑁 ≤ 439560 𝑁 (AMAN)
4.4 Kombinasi geser dan tarik a. Konstanta tegangan untuk baut mutu tinggi, 𝑓1 = 807 𝑀𝑃𝑎 𝑓2 = 621 𝑀𝑃𝑎 b.
Faktor pengaruh ulir pada bidang geser, 𝑟2 = 1,9
c.
Tegengan geser akibat beban berfaktor, 𝑉ᵤ
75000 𝑁
𝑓ᵤᵥ = 𝑛∗𝐴𝑏 = 4∗380,13 𝑚𝑚2 = 131,53 𝑀𝑃𝑎 d.
Kuat geser angkur baut, ∅𝑓 ∗ 𝑟1 ∗ 𝑚 ∗ 𝑓𝑢ᵇ = 0,75 ∗ 0,4 ∗ 1 ∗ 825 𝑀𝑃𝑎 = 247,50 𝑀𝑃𝑎
e.
Syarat yang harus dipenuhi, 𝑉ᵤ
𝑓ᵤᵥ = 𝑛∗𝐴𝑏 ≤ ∅𝑓 ∗ 𝑟1 ∗ 𝑚 ∗ 𝑓𝑢ᵇ
197,30 𝑀𝑃𝑎 ≤ 247,50 𝑀𝑃𝑎 (AMAN) f.
Gaya tarik akibat beban berfaktor, 𝑇𝑢1 = 13953.49 𝑁
g.
Tahanan tarik angkur baut, ∅𝑓 ∗ 𝑇𝑛 = ∅𝑓 ∗ 𝑓1 ∗ 𝐴𝑏 = 247,50 𝑀𝑃𝑎 ∗ 807 𝑀𝑃𝑎 ∗ 380,13 𝑚𝑚2 = 230075 𝑁
h.
Syarat yang harus dipenuhi 𝑇𝑢1 ≤ ∅𝑓 ∗ 𝑓1 ∗ 𝐴𝑏 27906,98 𝑁 ≤ 230075 𝑁 (AMAN)
i.
Kuat tarik angkur baut 𝑓𝑡 = 0,75 ∗ 𝑓𝑢ᵇ = 0,75 ∗ 825 𝑀𝑃𝑎 = 618,75 𝑀𝑃𝑎
j.
Batas tegangan kombinasi 𝑓1 − 𝑟2 ∗ 𝑓ᵤᵥ = 807 𝑀𝑃𝑎 − 1,9 ∗ 197,30 𝑀𝑃𝑎 = 557,09 𝑀𝑃𝑎 𝑓2 = 621 𝑀𝑃𝑎
k.
Syarat yang harus dipenuhi 𝑓𝑡 ≤ 𝑓1 − 𝑟2 ∗ 𝑓ᵤᵥ 618,75 𝑀𝑃𝑎 ≤ 432,13 (TIDAK AMAN)
4.5 Kontrol panjang angkur baut a. Panjang angkur tanam yang digunakan 𝐿𝑎 = 1000 𝑚𝑚 b.
Kuat tekan beton 𝑓𝑐 ′ = 30 𝑀𝑃𝑎
c.
Tegangan leleh baja 𝑓𝑦 = 240 𝑀𝑃𝑎
d.
Diameter angkur baut 𝑑 = 22 𝑚𝑚
e.
Panjang angkur tanam minimum yang diperlukan
𝐿 𝑚𝑖𝑛 =
𝑓𝑦 (4 ∗ √𝑓𝑐 ′ ) ∗ 𝑑
= (4∗
240 𝑀𝑃𝑎
√30 𝑀𝑃𝑎)∗22 𝑚𝑚
f.
= 241 𝑚𝑚
Syarat yang harus dipenuhi 𝐿 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝐿𝑎
241𝑚𝑚 ≤ 1000 𝑚𝑚 (AMAN) 5.
Kesimpulan Dari hasil perhitungan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa akibat momen sebesar 500000000 Nmm yang terjadi pada baut, mengakibatkan baut tertarik dengan gaya 13953,49 N sedangkan baut memiliki tahanan tarik nominal 235207 N, hal ini menandakan bahwa baut aman untuk menahan gaya tarik yang terjadi pada baut, dan akibat gaya vertikan sebesar 300000 N yang terjadi pada baut, mengakibatkan baut bergeser dengan gaya 50000 N untuk masing-masing baut sedangkan baut memiliki tahana geser nominal 125444 N, hal ini menandakan baut juga aman untuk menahan gaya geser yang terjadi pada baut.
