Gambar 2.2 Model shear connector pada balok komposit
Struktur komposit dalam aplikasinya dapat merupakan elemen dari bangunan, baik sebagai balok, kolom, dan pelat. Struktur balok komposit terdiri dari dua tipe
yaitu balok komposit dengan penghubung geser dan balok komposit yang diselubungi beton. Kolom komposit dapat merupakan tabung atau pipa baja yang
dicor beton atau baja profil yang diselimuti beton dengan tulangan longitudinal dan diikat dengan tulangan lateral. Pada struktur pelat komposit digunakan pelat beton
yang bagian bawahnya diperkuat dengan dek baja bergelombang.
Ida Bagus Rai Widiarsa Putu Deskarta, 2007.
II.2. STRUKTUR KOMPOSIT
Batang komposit adalah batang yang terdiri dari profil baja dan beton yang digabung bersama untuk memikul beban tekan dan atau lentur. Batang yang memikul
lentur umumnya disebut dengan balok komposit. Sedangkan batang yang memikul beban tekan umumnya disebut dengan kolom komposit.
Di era modern saat ini banyak gedung-gedung dengan struktur komposit baja- beton untuk elemen baloknya menggunakan balok komposit penuh. Balok komposit
Universitas Sumatera Utara
penuh ini sendiri mempunyai beberapa tipe, diantaranya balok komposit dengan pelat beton yang dicor tempat
solid in situ
, balok komposit yang menggunakan
precast reinforced concrete planks
yang bagian atasnya kemudian dicor tempat, balok komposit yang penghubung gesernya diberi perkuatan, serta balok komposit yang
diberi bondek
gambar 2.3
Gambar 2.3 Tipe balok komposit yang diberi bondek
Keuntungan yang didapatkan dengan menggunakan balok komposit yaitu penghematan berat baja, penampang balok baja dapat lebih rendah, kekakuan lantai
meningkat, panjang bentang untuk batang tertentu dapat lebih besar, kapasitas pemikul beban meningkat. Penghematan berat baja sebesar 20 sampai 30
seringkali dapat diperoleh dengan memanfaatkan semua keuntungan dari sistem komposit. Pengurangan berat pada balok baja ini biasanya memungkinkan
pemakaian penampang yang lebih rendah dan juga lebih ringan. Keuntungan ini bisa banyak mengurangi tinggi bangunan bertingkat banyak sehingga diperoleh
Universitas Sumatera Utara
penghematan bahan bangunan yang lain seperti dinding luar dan tangga
Salmon Johnson, 1991
III.2.1.Balok Komposit
Balok adalah salah satu diantara elemen-elemen struktur yang paling banyak dijumpai pada setiap struktur. Balok adalah elemen struktur yang memikul beban
yang bekerja tegak lurus dengan sumbu longitudinalnya. Hal ini akan menyebabkan balok melentur
Spiegel Limbrunner,1998
. Sebuah balok komposit composite beam adalah sebuah balok yang
kekuatannya bergantung pada interaksi mekanis diantara dua atau lebih bahan Bowles,1980. Beberapa jenis balok komposit antara lain :
a Balok komposit penuh
Untuk balok komposit penuh, penghubung geser harus disediakan dalam jumlah yang memadai sehingga balok mampu mencapai kuat lentur
maksimumnya. Pada penentuan distribusi tegangan elastis, slip antara baja dan beton dianggap tidak terjadi
SNI 03-1729-2002 Ps.12.2.6. b Balok komposit parsial
Pada balok komposit parsial, kekuatan balok dalam memikul lentur dibatasi oleh kekuatan penghubung geser. Perhitungan elastis untuk balok seperti ini,
seperti pada penentuan defleksi atau tegangan akibat beban layan, harus mempertimbangkan pengaruh adanya slip antara baja dan beton
SNI 03- 1729-2002 Ps. 12.2.7.
c Balok baja yang diberi selubung beton
Universitas Sumatera Utara
Walaupun tidak diberi angker, balok baja yang diberi selubung beton di semua permukaannya dianggap bekerja secara komposit dengan beton,
selama hal-hal berikut terpenuhi
SNI 03-1729-2002 Ps.12.2.8
− Tebal minimum selubung beton yang menyelimuti baja tidak kuang
daripada 50 mm, kecuali yang disebutkan pada butir ke-2 di bawah. −
Posisi tepi atas balok baja tidak boleh kurang daripada 40 mm di bawah sisi atas pelat beton dan 50 mm di atas sisi bawah plat.
− Selubung beton harus diberi kawat jaring atau baja tulangan dengan
jumlah yang memadai untuk menghindari terlepasnya bagian selubung tersebut pada saat balok memikul beban.
Gambar 2.4 Penampang balok komposit
III.2.1.1. Lebar efektif pelat beton
Lebar efktif pelat lantai yang membentang pada masing-masing sisi dari sumbu balok tidak boleh melebihi :
− Untuk gelagar interior :
4 L
b
E
≤
, dan
o E
b b
≤ untuk jarak balok yang sama
− Untuk gelagar eksterior:
8 L
b
E
≤
Universitas Sumatera Utara
b eff b tr
GN
baja
tb
H H2
?
y
b
y
a
GN
komposit
E
a
E
a
e
a
M e
c
e
s
X
e
e
c =
e
s
n
E
s
x e
s
+ ≤
o E
b b
jarak dari pusat balok ke pinggir slab Dimana : L = bentang balok
b
o
= bentang antar balok
III.2.1.2. Kekuatan balok komposit dengan Penghubung geser
Kuat lentur positif rencana ditentukan sebagai berikut LRFD Pasal 12.4,2,1 :
y w
f t
h
1680 ≤
, dengan
−
ø
b
= 0,85 dan M
n
dihitung berdasarkan distribusi tegangan plastis pada penampang komposit
−
ø
b
= 0,9 dan M
n
dihitung berdasarkan superposisi tegangan-tegangan elastis yang memperhitungkan pengaruh tumpuan sementara plastis
pada penampang komposit. Kuat lentur negatif rencana
ø
b
. M
n
harus dihitung untuk penampang baja saja, dengan mengikuti ketentuan-ketentuan pada butir 8 LRFD Pasal 12.4.2.2
III.2.1.3. Menghitung Momen Nominal Perhitungan Mn berdasar distribusi tegangan elastis :
Gambar 2.5. Distribusi tegangan elastis pada balok
Universitas Sumatera Utara
− Menghitung nilai transformasi beton ke baja
MPa………………….untuk beton normal Dimana : Es = 200000 MPa
c s
E E
n
= ;
n b
b
eff tr
=
dan
ts x
b A
tr tr
= −
Menentukan letak garis netral penampang transformasi :
s tr
s tr
A A
d ts
A ts
A GNE
+
+ +
= 2
. 2
.
− Menghitung momen inersia penampang transformasi
2 2
3
2 2
12 .
−
+
+ +
+
−
+ =
GNE hr
ts d
A Ix
ts GNE
A ts
b It
s tr
tf
− Mengitung modulus penampang transformasi
yt I
S dan
yc I
S GNE
hr ts
d yt
GNE yc
tr t
tr tr
c tr
= =
− +
+ =
=
. .
− Menghitung momen ultimit
Kapasitas momen positif penampang balok komposit penuh digunakan dari nilai yang terkecil dari :
c tr
c n
S n
f M
. .
. 85
.
1
=
dan
t tr
y n
S f
M .
2
=
Jadi :
Mu • Ø . Mn
Universitas Sumatera Utara
b eff b tr
0.85 fc
GN
baja
GN
pelat
tb d
c
T C
c a
fy fy
fy d
1
d2 tb
C
s
T d
2
d
2
0.85 fc 0.003
GN
komposit
Pelat memadai Pelat tidak memadai
Regangan batas
Perhitungan M
n
berdasar distribusi tegangan plastis :
Gambar 2.6 Distribusi tegangan plastis sumber: Charles G. Salmon, 1996
Menghitung momen nominal M
n
positif :
− Gaya tekan C pada beton
: C = 0,85.
f’c.t
p
.b
eff
Gaya tarik T pada baja :
T =
A
s.fy Dari hasil diatas dipilih nilai terkecil
− Menentukan tinggi balok tekan effektif :
eff
b c
f fy
As a
. .
85 ,
. =
− Kekuatan momen nominal
:
M
n
= C..d
1
atau T.d
1
Kuat nominal dalam bentuk gaya baja :
− +
= 2
2 .
a ts
d fy
As Mn
Menghitung momen nominal M
n
negatif :
− Menentukan lokasi gaya tarik pada balok baja
T = n.A
r
.fy dan Pyc = As.fy
Gaya pada sayap ;
fy tf
bf Pf
. .
=
Gaya pada badan ;
Pf T
Pyc Pw
− −
= 2
;
y w
w w
f t
P a
. =
− Menghitung jarak ke centroid
Universitas Sumatera Utara
2 .
5 ,
. 5
, .
3 2
1
d d
Pw Pf
a tf
Pw tf
Pf d
c tb
hr d
web
= +
+ +
= −
+ =
− Menghitung momen ultimit ;
Mn = T d
1
+ d
2
+ Pyc d
3
+ d
2
III.2.1.4. Penghubung Geser Shear Connector
Gaya geser yang terjadi antara pelat beton dan profil baja harus dipikul oleh sejumlah penghubung geser, sehingga tidak terjadi slip pada saat masa layan.
Idealnya alat penghubung geser harus cukup kaku untuk menghasilkan interaksi penuh, namun hal ini akan memerlukan pengaku yang sangat tergar.Adapun jenis-
jenis alat penghubung geser yang biasa digunakan adalah sebagai berikut : -
Alat penyambung stud
stud connector
berkepala dan berbentuk pancing. -
Alat peyambung kanal
canal connector
- Alat penyambung spiral
spiral connector
- Alat penyambung siku
angle conector
Gambar 2.7. Tipe-tipe shear connector
Universitas Sumatera Utara
Pada tugas akhir ini, alat penghubung geser yang digunakan berbentuk stud berkepala
stud connector
. Kekuatan penghubung geser jenis paku LRFD Pasal 12.6.3
fu A
rs Ec
c f
A Q
sc sc
n
. .
. .
. 5
, ≤
=
Dimana : rs untuk balok tegak lurus balok :
1 1
. .
85 ,
≤
−
= hr
Hs hr
wr Nr
rs
rs untuk balok sejajar balok :
1 1
. .
6 ,
≤
−
= hr
Hs hr
wr rs
Dan untuk perhitungan jumlah penghubung geser shear connector yang dibutuhkan digunakan persamaan :
n
Q C
n =
III.2.1.5. Kontrol Lendutan
Batasam lendutan atau deflection pada balok telah diatur dalam SNI 03-1729- 2002. Lendutan diperhitungkan berdasarkan hal-hal sebagai berikut :
- Lendutan yang besar dapat mengakibatkan rusaknya barang-barang atau
alat-alat yang didukung oleh balok tersebut . -
Lendutan yang terlalu besar akan menimbulkan rasa tidak nyaman bagi penghuni bangunan tersebut. Perhitungan lendutan pada balok
berdasarkan beban kerja yang dipakai di dalam perhitungan struktur, bukan berdasarkan beban terfaktor. Besar lendutan dapat dihiutng dengan
rumus :
I E
ql f
. .
384 .
5
4 max
= , untuk beban terbagi merata, dan
I E
Pl f
. .
48
4 max
= , untuk beban terpusat di tengah bentang
Universitas Sumatera Utara
III.2.2. Kolom Komposit
Kolom komposit didefinisikan sebagai “kolom baja yang dibuat dari potongan baja giling rolled built-up dan di cor di dalam beton struktural atau
terbuat dari tabung atau pipa baja dan diisi dengan beton struktural
Salmon Jonson, 1996.
Menurut SNI 03-1729-2002 Ada dua tipe kolom komposit, yaitu : −
Kolom komposit yang terbuat dari profil baja yang diberi selubung beton di sekelilingnya kolom baja berselubung beton.
− Kolom komposit terbuat dari penampang baja berongga kolom baja
berintikan beton.
a b
c d
Gambar 2.8 Penampang Kolom Komposit dari profil baja IWFdan Kingcross yang dibungkus beton, Persegi dan O yang diisi beton
Pada tugas akhir ini penulis merencanakan kolom komposit dengan penampang dari profil
kingcross
yang dibungkus beton seperti yang tampak pada gambar 2.8.b. Profil
kingcross
yang digunakan merupakan produk dari PT. Gunung Garuda, adapun tampaknya dapat dilihat pada gambar berikut.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Profil Baja Kingcross
Pada kolom baja berselubung beton gambar a dan b penambahan beton dapat menunda terjadinya kegagalan
lokal buckling
pada profil baja serta berfungsi sebagai material penahan api, sementara itu material baja disini berfungsi sebagai
penahan beban yang terjadi setelah beton gagal. Sedangkan untuk kolom baja berintikan beton gambar c dan d kehadiran material baja dapat meningkatkan
kekuatan dari beton serta beton dapat menghalangi terjadinya
lokal buckling
pada baja.
Kolom komposit merupakan suatu solusi hemat untuk kasus dimana kapasitas beban tambahan yang diinginkan lebih besar dibandingkan dengan penggunaan
kolom baja sendiri. Kolom komposit juga menjadi solusi yang efektif untuk berbagai permasalahan yang di ada pada desain praktis. Salah satunya, yaitu jika beban yang
terjadi pada struktur kolom sangatlah besar, maka penambahan material beton pada struktur kolom dapat memikul beban yang terjadi, sehingga ukuran profil baja tidak
perlu diperbesar lagi
Roberto Leon, Larry Griffis,2005.
Kriteria untuk kolom komposit bagi komponen struktur tekan SNI 03-1729- 2002 Ps.12.3.1 :
1. Luas penampang profil baja minimal sebesar 4 dari luas penampang komposit total.
Universitas Sumatera Utara
2. Selubung beton untuk penampang komposit yang berintikan baja harus diberi tulangan baja longitudinal dan tulangan pengekang lateral.
3. Tulangan baja longitudinal harus menerus pada lantai struktur portal, kecuali untuk tulangan longitudinal yang hanya berfungsi memberi
kekangan pada beton. 4. Jarak antar pengikat lateral tidak boleh melebihi 23 dari dimensi terkecil
penampang kolom komposit. Luas minimum penampang tulangan transpersal atau longitudinal terpasang, tebal bersih selimut beton dari
tepi terluar tulangan longitudinal dan transversal minimum sebesar 40 mm.
5. Mutu beton yang digunakan tidak lebih 55 MPa dan tidak kurang dari 21 MPa untuk beton normal dan tidak kurang dari 28 MPa untk beton
ringan. 6. Tegangan leleh profil dan tulangan baja yang digunakan untuk
perhitungan kekuatan kolomkomposit tidak boleh lebih dari 380 MPa. 7. Tebal minimum dinding pipa baja atau penampang baja berongga yang
diisi beton adalah untuk setiap sisi selebar b pada
penampang persegi dan untuk penampang bulat yang
mempunyai diameter luar D. Kuat rencana kolom komposit yang menumpu beban aksial adalah
ø
c
N
n
dengan
ø
c
= 0,85
cr s
u
f A
N
. =
dan
=
w f
f
my cr
untuk : 25
. ≤
r
λ …………...maka
1 =
w
Universitas Sumatera Utara
2 .
1 25
. ≤
≤
r
λ ……...maka
c
w
λ 67
. 6
. 1
47 .
1 −
=
2 .
1 ≥
r
λ
……………….
maka
2
25 .
1
c
x w
λ =
dengan :
Em fmy
r L
kc c
m
π λ =
c f
w E
A A
E c
E E
A A
c f
c A
A fyr
c fy
fmy
c s
c c
m s
c s
r
041 ,
5 ,
1 3
2 1
=
+
=
+
+ =
III.2.3. Aksi Komposit
Aksi komposit terjadi apabila dua batang struktural pemikul pemikul beban seperti pada pelat beton dan balok baja sebgai penyangganya dihubungkan secara
menyeluruh dan mengalami defleksi sebagai satu kesatuan. Pada balok non-komposit pelat beton dan balok baja tidak bekerja bersama-
sama sebagai satu kesatuan karena tidak terpasang alat penghubung geser, sehinga masing-masing memikul beban secara terpisah. Apabila balok non-komposit
mengalami defleksi pada saat dibebani, mka permukaan bawah pelat beton akan tertarik dan mengalami perpanjangan sedangkan permukaan atas dari balok baja akan
tertekan dan mengalami perpendekan. Karena pengubung geser tidak terpasang pada bidang pertemuan antara pelat
beton dan balok baja maka pada bidang kontak tersebut tidak ada gaya yang menahan perpanjangan serat bawah pelat dan perpendekan serat atas balok baja.
Dalam hal ini, pada bidang kontak tersebut hanya bekerja gaya geser vertical.
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan pada balok komposit, pada bidang pertemuan antara pelat beton dan balok baja dipasang alat penghubung geser
shear connector
sehingga pelat beton dan balok baja bekerja sebagai satu kesatuan. Pada bidang kontak tersebut
bekerja gaya geser vertical dan horizontal, dimana gaya geser horizontal tersebut akan menahan perpanjangan serat bawah pelat dan perpendekan serat atas balok baja.
Gambar 2.10 Perbandingan defleksi antara balok komposit dan non-komposit
Pada dasarnya aksi komposit pada balok komposit dapat tercapai atau tidaknya tergantung dari penghubung gesernya. Biasanya penghubung geser
diletakkan disayap atas profil baja. Hal ini bertujuan untk mengurangi terjadinya slip pada pelat beton dengan balok baja.
Qing Quan Liang, 2004
II.3. STRUKTUR TAHAN GEMPA
