Batang Tarik Built-Up Tersusun

PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 75 P O L B A N P O L B A N

4.2 Batang Tarik Built-Up Tersusun

SNI 03-1729-02 memberikan persyaratan untuk batang tarik tersusun dalam Pasal 103.3 dan 10.3.4 seperti telah dikutip pada halaman 1 bab ini. Peraturan AISCI-LRFD Spec. D2 dan J3.5 juga memberikan penjelasan bagaimana bagian dari penampang built-up disambungkan satu sama lain. 1. Jika suatu batang tarik dibuat dari elemen yang disambung satu dengan lainnya secara menerus, seperti pelat dengan suatu profil atau dua buah pelat, maka jarak longitudinal dari konektor tidak boleh lebih dari 24 kali tebal pelat atau 12 in 300 mm. jika batang akan dicat dan jika tidak dicat tidak diperbolehkan berada dalam lingkungan korosif. 2. Jika batang terdiri dari beberapa elemen baja yang ditempatkan di udara terbuka tanpa pengecatan dan kontak antar elemen ini terjadi secara menerus, jarak konektor yang diijinkan adalah 14 kali tebal pelat paling tipis, atau 7 in 175 mm. 3. Jika batang tarik terbuat dari satu atau lebih built-up profil yang tersambung secara tidak menerus, maka profil harus disambung pada suatu interval sedemikian rupa sehingga rasio kelangsingan setiap profil tidak boleh lebih dari 300. 4. Jarak dari pusat penampang baut ke sisi terdekat dari bagian yang disambung tidak boleh lebih besar dari 12 kali tebal elemen yang disambung, atau 6 in 150 mm. Contoh 4.3 memberikan ilustrasi analisa batang tarik built-up dari dua kanal. Dalam contoh ini dirancang pelat penyambung atau batang pengikat kedua kanal tersebut, seperti diberikan dalam Gambar 4.2b. Pelat penyambung ini menghasilkan distribusi tegangan yang merata. Manual AISC-LRFD Section D-2 memberikan peraturan empiris untuk mendesain pelat ini. Pelat prekas berlubang juga boleh digunakan. Dalam Gambar 4.2, lokasi baut yaitu gage standar untuk profil kanal ini adalah 45 mm dari belakang kanal. SNI dan Manual AISC-LRFD tidak memberikan gage standar kecuali untuk profil siku, dan profil lain yang diberikan dalam Part 9. Untuk profil lain seperti C, W, dan S, jarak gage dapat dilihat dari produsen pembuat profil tersebut atau dari manual baja AISC edisi sebelumnya. Tidak diberikannya gage adalah untuk memberikan kebebasan pada pelaksana dalam menempatkan lubang. Dalam Gambar 4.2, jarak antar baris baut yang menyambungkan pelat pengikat kedua kanal sama dengan 210 mm. Sama halnya dengan SNI 03-1729-02, LRFD Spec. D2 juga menyatakan bahwa panjang pelat pengikat panjang selalu diukur sejajar dengan arah longitudinal batang tidak boleh lebih kecil dari 23 jarak antara dua baris baut. Tebal pelat pengikat juga tidak boleh kurang dari 150 dari jarak antara dua baris baut ini. Lebar minimum pelat pengikat tidak disebutkan dalam manual AISC-LRFD adalah lebar antara dua baris sambungan baut ditambah jarak ujung pada setiap sisi untuk menghindari baut terlepas dari pelat. Dalam Contoh 4.3, jarak sisi minimum ini adalah 40 mm diambil dari Tabel J3.4 manual LRFD. Dimensi pelat dibulatkan supaya sesuai dengan yang tersedia di pasar. Akan lebih ekonomis jika dipilih tebal dan lebar standar. PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 76 P O L B A N P O L B A N Gambar 4.2 Penampang Built-up Untuk Contoh 4.3 LRFD Spec. D2 memberikan jarak maksimum antara dua pelat pengikat melalui nilai Lr untuk masing-masing komponen built-up yaitu tidak boleh kurang dari 300. Dengan mensubstitusi nilai ini, jari-jari girasi terkecil r dari masing-masing komponen maka dapat dihitung L. Nilai ini adalah jarak maksimum pelat pengikat menurut LRFD. Contoh 4.3 Dua profil C300x100x46,2 lihat Gambar 4.2 dipilih untuk memikul gaya akibat beban mati layan 533,8 kN dan gaya tarik akibat beban hidup layan 1067,6 kN. Panjang batang adalah 9,1 m dari baja BJ37 dan mempunyai satu baris baut sedikitnya 3 baut 22 mm pada setiap flens dengan jarak 75 mm. Gunakan peraturan LRFD untuk memeriksa apakah batang ini kuat dan rencanakan pelat pengikat yang diperlukan. Asumsikan pusat lubang baut adalah 45 mm dari belakang profil kanal. Solusi: C300x100x46,2 A g = 5880 mm 2 1 profil, t f = 16 mm, I x = 803.000.000 mm 4 1 profil, I y = 4.950.000 in 4 1 profil, sumbu y dari belakang profil C = 27,0 mm, r y Beban yang harus dipikul = 29,0 mm. N u 210 mm 300 mm 300 mm 27 mm 123 mm Pusat gravitasi profil C 2 C300x100x46,2 A 1 profil = 5880 mm 2 x g = 45 mm g = 45 mm x Pelat pengikat Panjang pelat pengikat Lebar pelat pengikat N u N u a b 210 mm 300 mm 300 mm 27 mm 123 mm Pusat gravitasi profil C 2 C300x100x46,2 A 1 profil = 5880 mm 2 x g = 45 mm g = 45 mm x Pelat pengikat Panjang pelat pengikat Lebar pelat pengikat N u N u a b = 1,2533,8 + 1,61067,6 = 2348,7 kN PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 77 P O L B A N P O L B A N Kuat rencana N u = φ t F y A g = 0,90240x10 3 2 x 5880 x 10 -6 = 2540,2 Nk 2348,7 kN OK A n = [5880 – 216]2 = 11696 mm 2 U = 0,85 dari Tabel 3-2 N u = φ t F u A n U = 0,75370x10 3 Rasio kelangsingan 116960,85 = 2758,8 kN 2348,7 kN OK I x = 2 803.000.000 = 1.606.000.000 mm 4 I y = 2 4.950.000 + 25880123 2 = 187.817.040 mm 1.606.000.000 369,55 2x5880 x r = = 4 mm 10009,1 24,62 300 369,55 L r = = 187.871.040 126,39 2x5880 y r = = mm 10009,1 71,2 300 126,39 L r = = menentukan 300 29 1000 = L Desain pelat pengikat Peraturan LRFD D2 Jarak antara baris baut = 300 – 245 = 210 in. Panjang minimum pelat pengikat = 23210 = 140 mm Tebal minimum pelat pengikat = 150210 = 4,2 mm ambil 5 mm Lebar minimum pelat pengikat = 210 + 240 = 290 mm Jarak antara pelat pengikat: Jari-jari girasi terkecil dari profil C = 29 mm. Maksimum Lr = 300 L = 8,7 m Gunakan pelat pengikat: 5 x 140 x 290  4.3 Rod dan Bar Jika rod dan bar digunakan sebagai batang tarik maka sambungan dapat langsung dilas, atau batang tersebut dapat diulir dan ditahan ditempat tertentu dengan menggunakan baut. Menurut AISC-LRFD, tegangan tarik rencana nominal rod berulir diberikan dalam Tabel J3.2 dan sama dengan φ0,75 F u yang berkerja pada luas bruto rod A D u u D F N A 75 , φ = luas bruto dihitung berdasarkan diameter ulir luar. Luas yang diperlukan untuk beban tarik dihitung dari dengan φ = 0,75 PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 78 P O L B A N P O L B A N SNI tidak memberikan properti rod, tetapi Manual AISC-LRFD memberikan dalam Tabel 8-7 berjudul ‘Threading Dimensions for High Strength and Non-High- Strength Bolts’. Contoh 4.4 memberikan ilustrasi pemilihan rod dengan menggunakan tabel ini. AISC-LRFD Bagian 6, Section J1.7 menyatakan bahwa beban terfaktor N u Contoh 4.4 yang digunakan dalam rancangan tidak boleh lebih kecil dari 10 k 44,5 kN kecuali untuk pengikat, trekstang, atau ‘girt’. Dengan menggunakan baja BJ37 dan peraturan LRFD, pilih rod berulir untuk memikul beban tarik akibat beban mati layan 44,5 kN dan beban hidup layan 89 kN. Solusi: N u 2 6 3 mm 2 , 529 x10 x10 370 75 , 75 , 8 , 195 75 , = = = u u D F N A φ = 1,244,5 + 1,689 = 195,8 kN  Gunakan: rod diameter 1 3 8 in 35 mm dengan 6 ulir per inci 25,4 mm A D = 1,49 in 2 = 957 mm 2 . AISC-LRFD Hal. 1-135.  Kadang-kadang upset rod seperti dalam Gambar 4.3 digunakan dimana ujung rod dibuat lebih besar dari rod biasa dan ulir ditempatkan pada bagian rod yang besar sehingga luas ulir pada rod besar akan lebih besar dari rod biasa. LRFD menyatakan bahwa kuat tarik nominal dari bagian berulir upset rod sama dengan 0,75 F u A D dengan A D adalah luas batang pada diameter ulir terbesar. Nilai ini harus lebih besar dari perkalian luas rod nominal sebelum diperbesar dengan F y Penggunaan batang tarik banyak terjadi pada portal baja untuk bangunan industri dengan gording berada diatas rangka untuk memikul atap. Jenis bangunan ini juga sering dilengkapi dengan girt yang menghubungkan kolom sepanjang dinding. Girt adalah balok horisontal yang digunakan pada sisi bangunan, biasa bangunan industri, untuk menahan lentur lateral akibat angin. Girt juga dipakai untuk panel dinding sisi bangunan. Trekstang sag rod juga diperlukan untuk menyokong gording sejajar dengan permukaan atap dan tumpuan vertikal girt sepanjang dinding. Untuk atap dengan kemiringan 1:4, diperlukan trekstang sebagai sokongan lateral gording, khususnya jika gording adalah profil kanal. Baja kanal sering digunakan sebagai gording tetapi mempunyai tahanan lentur lateral yang kecil. Meskipun tahanan momen yang diperlukan pada bidang sejajar permukaan atap adalah kecil, tetapi diperlukan kanal yang sangat besar untuk mendapat modulus penampang yang diperlukan. Penggunaan trekstang untuk memberikan tumpuan lateral bagi gording biasanya akan ekonomis karena bidang lemah terhadap lentur dari kanal terletak pada bidang y. Untuk atap ringan jika rangka atap mendukung atap baja berlubang, diperlukan trekstang pada setiap jarak 13 bentang jika rangka batang lebih dari 20 ft 6,1 m. Trekstang cukup diberikan di tengah bentang jika rangka batang kurang dari 6,1 m. Untuk atap yang lebih berat terbuat dari tanah liat atau beton kemungkinan diperlukan jarang . Dengan membuat upsetting perancang dapat menggunakan seluruh luas penampang yang sama dengan rod tanpa ulir, tetapi penggunaan batang upset mungkin tidak ekonomis dan harus dihindari kecuali dilakukan pesanan dalam jumlah banyak. PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 79 P O L B A N P O L B A N trekstang yang lebih rapat. Trekstang yang dipasang pada interval 4,3 m akan mencukupi jika jarak rangka kuda-kuda kurang dari 4,3 m. Beberapa perancang menganggap bahwa komponen beban sejajar permukaan atap dapat dipikul oleh atap, terutama jika atap dibuat dari lembaran baja berpermukaan kasar, dan batang pengikat tidak diperlukan. Asumsi ini tidak benar dan sebaiknya tidak dilakukan jika kemiringan atap sangat tajam. Gambar 4.3 Rod Bulat dengan Upset Perancang teknik harus menggunakan intuisinya dalam membatasi nilai kelangsingan batang karena biasanya mencapai beberapa kali nilai batas untuk tipe batang tarik. Dalam praktek, biasanya perencana menggunakan rod dengan diameter tidak kurang dari 1500 panjangnya untuk menjamin kekakuan meskipun menurut perhitungan tegangan dapat digunakan ukuran yang lebih kecil. Biasanya ukuran minimum dari trekstang adalah 16 mm karena diameter yang lebih kecil akan rusak dalam pelaksanaan. Ulir dari batang yang lebih kecil dari 16 mm akan mudah rusak pada saat ditarik. Contoh 4.5 memberikan ilustrasi desain trekstang untuk gording dari rangka atap. Batang trekstang diasumsikan mendukung reaksi balok tumpuan sederhana untuk komponen beban gravitasi atap, gording sejajar dengan permukaan atap. Gaya angin dianggap bekerja tegak lurus permukaan atap dan secara teoritis tidak akan mempengaruhi gaya trekstang. Gaya maksimum dalam trekstang akan terjadi dalam bagian atas trekstang karena trekstang harus memikul jumlah gaya pada trekstang dibagian bawahnya. Secara teoritis memungkinkan menggunakan batang lebih kecil untuk trekstang bagian bawah tetapi reduksi ukuran ini tidak praktis. Contoh 4.5 Rancang trekstang untuk gording dari rangka atap dalam Gambar 4.4. Gording ditumpu pada jarak 13 jarak bentang rangka yaitu 6,3 m. Gunakan baja BJ37 dan peraturan LRFD dengan dimensi rod minimum 16 mm. Jenis atap adalah tanah liat dengan berat 1728 Pa dalam proyeksi horisontal permukaan atap. Detail gording dan trekstang serta sambungannya diperlihatkan dalam Gambar 4.4 dan 4.5. Garis putus dalam gambar memperlihatkan penggunaan ikatan dan batang tarik pada ujung panel dalam bidang atap sehingga menghasilkan resistensi yang lebih besar terhadap beban pada satu sisi dari rangka atap. Solusi: Beban gravitasi dari permukaan atap adalah: gording = 11,4 25,3 x 7 = 151,9 Pa Nm 2 . Jumlah gording 7 buah dengan berat 25,3 kgm. PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 80 P O L B A N P O L B A N beban air hujan = Pa 7 , 910 10 3 960 =       beban penutup atap = 1728 Pa w u = 1,2151,9 + 1728 + 0,5910,7 = 2711,2 Pa w u 10 1 = 1,2151,9 + 1728 + 1,6910,7 = 3713 Pa  Komponen beban sejajar beban atap = x 3713 = 1174,2 Pa 3,6 m 6 3,6 m = 21,6 m Siku Gording C200x75x25,3 Atap genting 11,4 m 1 3 √10 Trekstang 3,6 m 6 3,6 m = 21,6 m Siku Gording C200x75x25,3 Atap genting 11,4 m 3,6 m 6 3,6 m = 21,6 m Siku Gording C200x75x25,3 Atap genting 11,4 m 1 3 √10 Trekstang Gording Batang tekan Trekstang dipasang tidak bersinggungan dengan jarak 6 in untuk pemasangan. Rangka atap Rangka atap Rangka atap Pengikat 2,1 m 2,1 m 2,1 m 6,3 m 6,3 m Daerah arsir adalah luas Yang digunakan untuk Menghitung beban pada Trekstang ini = 1112711,4 Gording Batang tekan Trekstang dipasang tidak bersinggungan dengan jarak 6 in untuk pemasangan. Rangka atap Rangka atap Rangka atap Pengikat 2,1 m 2,1 m 2,1 m 6,3 m 6,3 m Daerah arsir adalah luas Yang digunakan untuk Menghitung beban pada Trekstang ini = 1112711,4 PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 81 P O L B A N P O L B A N Gambar 4.4 Atap Dua Bentang Dari Gambar 4.4 dan 4.5 terlihat bahwa komponen beban sejajar permukaan atap antara dua gording teratas dipikul langsung oleh trekstang horisontal. Dalam contoh ini ada tujuh gording dengan enam jarak antara pada kedua sisi rangka atap. Jadi 112 beban total miring langsung didistribusikan ke trekstang horisontal dan 1112 beban diterima oleh trekstang miring. Gambar 4.5 Detail Sambungan Trekstang Beban pada trekstang miring teratas = kN 12.270 N 9 , 12269 2 , 1174 4 , 11 12 11 = =       2 6 3 mm 95 , 58 x10 x10 370 75 , 75 , 270 . 12 75 , = = = u u D F N A φ Gunakan trekstang 16 mm dengan 11 ulir per inci 25,4 mm A D = 198 mm 2 kN 98,8 N 98.765 3 10 2 , 1174 7 4 , 11 = = = T Gaya dalam batang tarik antara diantara gording paling atas: atau sama dengan 35 , 13 5 , 1174 7 4 , 11 12 1 3 10 270 . 12 =       +       kN mm 5 , 475 x10 x10 370 75 , 75 , 8 , 98 2 6 3 = = D A Trekstang Batang atas dari rangka atap Trekstang Batang atas dari rangka atap Gunakan batang 16 mm 4.4 Batang Sambungan Sendi PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 82 P O L B A N P O L B A N Eyebar adalah batang dengan sambungan sendi seperti dalam Gambar 4.6. Pada awalnya eye-bar banyak digunakan pada struktur jembatan sambungan sendi, tetapi sekarang sudah jarang karena kelebihan sambungan baut dan las. Kesulitan dari rangka dengan sambungan sendi adalah rusaknya sendi yang menyebabkan sambungan longgar. SNI 03-1729-02 mensyaratkan sebagai berikut: 10.4 Komponen struktur tarik dengan sambungan pen Komponen struktur tarik dengan sambungan pen eye bar harus direncanakan menurut Butir 10.1 dijelaskan dalam Bab 3 buku ini. Komponen yang disambung seperti pada Gambar 4.6 harus memenuhi persyaratan tambahan sebagai berikut: 1 Tabel komponen struktur tanpa pengaku yang mempunyai lubang sambungan pen harus lebih besar atau sama dengan 0,25 kali jarak antara tepi lubang pen ke tepi komponen struktur yang diukur dalam arah tegak lurus terhadap sumbu komponen struktur. Batasan ini tidak berlaku untuk tebal lapisan-lapisan yang menyusun komponen struktur tarik yang digabung menggunakan baut; 2 Luas irisan pada bagian ujung komponen struktur tarik di luar lubang pen, sejajar, atau di dalam sudut 45 o 3 Jumlah luas sebuah lubang pen, pada potongan tegak lurus sumbu komponen tarik, harus lebih besar atau sama dengan 1,33 kali luas bersih yang diperlukan oleh komponen struktur tarik; dari sumbu komponen struktur tarik, harus lebih besar atau sama dengan luas bersih yang diperlukan oleh komponen struktur tarik; 4 Pelat pen yang direncanakan untuk memperbesar luas bersih komponen struktur, atau menaikkan daya dukung pen, harus disusun sehingga tidak menimbulkan eksentrisitas dan harus direncanakan mampu menyalurkan gaya dari pen ke komponen struktur tarik. Gambar 4.6 Batang Sambungan Sendi Eyebar Eye bar dibuat dari batang penampang persegi atau pelat dengan pelebaran bagian ujung dan melubangi secara thermal bagian ujung ini sehingga berfungsi sebagai sambungan sendi. LRFD Commentary D3 menyatakan bahwa batang yang dibentuk secara thermal akan menghasilkan perencanaan yang lebih seimbang. SNI tidak memberikan persyaratan rinci, tetapi peraturan AISC-LRFD D3 memberikan persyaratan rinci untuk batang sambungan sendi baik untuk sendi maupun pelatnya. Kuat rencana untuk batang ini adalah nilai terkecil yang didapat dari persamaan dibawah ini dengan merujuk pada Gambar 4.7. Jika pembaca melihat langsung ke dalam peraturan AISC-LRFD, maka akan melihat bahwa notasi yang diberikan dalam rumus di bawah ini dipertukarkan antara P dengan N. Hal ini tidak N u A n A bb A aa A cc b b c c a a b 1 Pin Tebal = 0,25 b 1 A bb A n A aa + A cc = 1,33 A n N u A n A bb A aa A cc b b c c a a b 1 Pin Tebal = 0,25 b 1 A bb A n A aa + A cc = 1,33 A n PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 83 P O L B A N P O L B A N perlu terlalu menjadi masalah karena penulis hanya mencoba untuk menyamakan notasi gaya aksial dalam SNI yang menggunakan notasi N. N n = 2t2t + 0,63F u N a Kuat Tarik Pada Penampang Netto n = 0,62ta + d2 F N u b Kuat Geser Rencana Pada Luas Netto Efektif n = 1,8 F y N d t c Kuat Tumpu Permukaan Ini adalah kuat tumpu pada proyeksi segiempat dibelakang baut n = F y Gambar 4.7 Kekuatan Batang Tarik Sambungan Sendi lebar t d Kuat Tarik Pada Penampang Bruto 1. Kuat tarik pada luas netto efektif. Gambar 4.7a. φ = φ t = 0,75 N n = 2 t b eff F u d 6 t d 6 t LRFD Pers. D3-1 4.6 d t a d t a d t d t d t Lebar d t Lebar PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 84 P O L B A N P O L B A N dengan t = tebal pelat dan b eff 2. Kuat rencana geser pada luas netto efektif. Gambar 4.7b. = 2 t + 0,63, tetapi tidak boleh lebih dari jarak antara lubang pinggir ke sisi bagian profil yang diukur tegak lurus terhadap garis kerja gaya. φ = φ st = 0,75 N n = 0,6 A sf F u LRFD Pers. D3-2 4.7 dengan A sf 3. Kekuatan permukaan dalam menahan reaksi. Gambar 4.7c. = 2t a + d2, dan a adalah jarak terpendek dari sisi lubang sendi ke sisi profil yang diukur sejajar terhadap gaya. φ = 0,75 N n = 1,8 F y A pb LRFD Pers. J1-8 4.8 dengan A pb 4. Kuat tarik pada penampang luas bruto. Gambar 4.7d. = luas proyeksi tumpuan = d t. Perlu dicatat bahwa Pers. J8-1 LRFD berlaku untuk permukaan yang dikempa, sendi yang dipahat, dibor atau lubang yang dibor, dan ujung dari pengaku tumpuan. LRFD Specification J8 juga memberikan rumus lain untuk menentukan kekuatan tumpu untuk rol. φ = 0,90 N n = F y A g LRFD Pers. D1-1 4.9 AISC-LRFD Specification D3 menyatakan bahwa tebal dan pelat sambungan sendi ½ in 12,7 mm hanya diijinkan jika tambahan baut diberikan untuk memperkuat sendi dan pelat serta diberikan pelat pengisi sehingga terjadi kontak langsung. Kuat rencana untuk landasan pelat ini diberikan dalam AISC-LRFD Specification J8. AISC-LRFD Specification D3 juga memberikan perbandingan tertentu antara sendi dan eyebar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa batang eyebar dan sambungan sendi yang dibuat dari baja dengan tegangan leleh lebih besar dari 70 ksi 482,6 MPa akan terdapat kemungkinan terjadi dishing keruntuhan stabilitas inelastis dimana kepala eyebar melengkung dan membentuk mangkuk. Untuk mencegah hal ini, AISC- LRFD mensyaratkan bahwa diameter lubang tidak lebih dari lima kali tebal pelat terbesar sehingga lebar eyebar akan tereduksi dengan sendirinya. 4.5 Desain Terhadap Beban Fatik PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 85 P O L B A N P O L B A N Pada umumnya fatik bukanlah masalah yang dijumpai pada bangunan gedung karena beban pada struktur tidak menimbulkan variasi tegangan yang terlalu besar. Walaupun demikian fatik tetap dapat dijumpai pada bangunan, yaitu dalam hal adanya keran crane atau vibrasi mesin. Jika batang baja mendapat beban fatik, maka retak akan terjadi dan menyebar sehingga menyebabkan keruntuhan fatik. Retak ini cenderung terjadi pada tempat dimana terjadi konsentrasi tegangan, misalnya pada bagian lubang, sisi penampang yang tidak sempurna, atau pengelasan yang tidak baik. Fatik juga lebih banyak terjadi pada batang tarik. Meskipun telah banyak uji fatik dilakukan tetapi pemahaman perilaku fatik bagi perancang teknik masih belum ada. Akibatnya, desain baja terhadap fatik hampir seluruhnya didasarkan pada hasil uji. Satu metoda untuk uji fatik adalah metoda beban aksial, dimana batang mendapat tegangan aksial bolak-balik dan hasilnya dinyatakan dalam kurva S-N. Dalam kurva ini, tegangan maksimum S dinyatakan dalam sumbu vertikal dan jumlah pembebanan berulang yang diperlukan untuk terjadi keruntuhan N dalam sumbu horisontal, seperti diberikan dalam Gambar 4.8. Tentu saja nilai ini akan berlainan tergantung mutu baja dan temperatur. Untuk mendapatkan kurva ini, benda uji dites pada tingkat tegangan yang berbeda dan beban tersebut diberikan berulang sampai terjadi keruntuhan. Dalam Gambar 4.8 terlihat bahwa fatik life suatu batang bertambah jika tegangan maksimum berkurang. Kemudian, pada nilai tegangan rendah, umur fatik fatigue life semakin besar. Ada suatu tegangan dimana umur fatik adalah tak terhingga. Tegangan ini disebut batas daya tahan endurance. Nilai ini sangat penting untuk suatu material yang mendapat beban berulang jutaan kali, misalnya untuk mesin yang berrotasi. SNI 03-1729-02 tidak membahas tentang beban perancangan terhadap beban fatik, tetapi peraturan AISC-LRFD Appendix K memberikan metoda perancangan sederhana yang memperhitungkan beban berulang. Dengan metoda ini, jumlah tegangan berulang, rentang tegangan yang diharapkan yaitu perbedaan antara tegangan maksimum dan minimum, tipe dan lokasi batang diperhitungan dalam perancangan. Dengan informasi ini, rentang tegangan ijin maksimum dapat dicari untuk beban kerja atau beban layan. Tegangan maksimum dalam suatu batang yang dihitung berdasarkan LRFD tidak boleh lebih besar dari tegangan nominal dalam batang tersebut, dan rentang tegangan maksimumnya tidak boleh lebih dari rentang tegangan ijin dalam Appendix K. S = T eg ang an ma ks imu m M P a N = Jumlah putaran hingga runtuh juta Batas Endurance 20 40 60 80 S = T eg ang an ma ks imu m M P a N = Jumlah putaran hingga runtuh juta Batas Endurance 20 40 60 80 PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 86 P O L B A N P O L B A N Gambar 4.8 Tipikal Kurva S-N Jika diperkirakan akan terjadi kurang dari 20.000 kali beban berulang pada suatu batang, maka fatik tidak perlu ditinjau. Jika beban berulang lebih dari 20.000 kali, rentang tegangan ijin ditentukan dengan cara berikut. 1. Kondisi pembebanan dihitung dari Tabel A-K3.1 Appendix K peraturan LRFD. Misalnya jika diperkirakan jumlah siklus beban kurang dari 100.000 kurang lebih 10 kali beban berulang selama 25 tahun dan tidak lebih dari 500.000 kali beban berulang, maka harus digunakan kondisi beban no. 2 dari tabel tersebut. 2. Tipe dan lokasi keruntuhan batang atau detail lainnya ditentukan dari Gambar A- K3.1 Appendix K. Jika suatu batang tarik terdiri dari siku ganda yang dilas ‘fillet’ pada pelat, maka kasus ini dihitung seperti diilustrasikan dalam Contoh 17 Las fillet akan dibahas dalam Bab 14. Dalam jenis las ini, batang dibuat ‘overlap’ dan dilas. 3. Dari Tabel A-K3.2 tegangan dikelompokkan ke dalam A, B, B’, C, D, E, atau F. Misalnya, sambungan tarik dengan las fillet dalam Contoh 17, dikelompokkan sebagai E. 4. Akhirnya dari Tabel A-K3.3 Appendix K, dengan rentang tegangan ijin kelompok E dan kondisi beban no. 2 didapat F sr Contoh 4.6 memperlihatkan desain dua siku tarik yang mendapat beban berulang dengan menggunakan Appendix K peraturan AISC LRFD. = 13 ksi 89,63 MPa. Contoh 4.6 Suatu elemen baja 18 ft 5,5 m terdiri dari siku ganda sama kaki dengan las fillet pada sambungan. Gaya tarik akibat beban mati layan adalah 30 k 133,45 kN. Juga diperkirakan akan terjadi beban berulang akibat beban hidup 250.000 kali dan variasi tekan 12 k 53,38 kN sampai dengan tarik 65 k 289,13 kN. Tentukan dimensi siku dengan baja A36 dan peraturan LRFD. Solusi: Berdasarkan Appendix K dan peraturan LRFD didapat nilai berikut. Tabel A-K3.1 – kondisi beban no. 2 Gambar A-K3.1 – diberikan dalam Contoh 17 Tabel A-K3.2 – Kategori tegangan: E Tabel A-K3.3 – Rentang tegangan ijin F sr = 13 ksi 89,63 MPa Rentang beban terfaktor P u Tarik maksimum N u = 1,230 + 1,665 = 140 k 622,8 kN PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 87 P O L B A N P O L B A N Tekan N u = 1,430 = 42 k 186,8 kN N u = 1,230 + 1,6-12 = +16,8 k 74,7 kN Jadi, masih dalam kondisi tarik. mm 2787,1 in 32 , 4 36 90 , 140 2 2 = = = y t u g F N A φ Menentukan dimensi profil: Coba: 2L 4 x 4 x 516 [A = 4,80 in 2 3096,8 mm 2 ksi 79 , 19 4,80 65 30 max = + = t f , r = 1,24 in 31,5 mm] Beban layan tarik maksimum 136,4 MPa Beban layan tarik minimum ksi 75 , 3 4,80 12 - 30 min = = t f 25,8 MPa Rentang tegangan aktual = 19,79 – 3,75 = 16,04 ksi 110,6 MPa 13 ksi 89,63 MPa Tidak OK Coba: 2L4 x 4 x ½ [A = 7,50 in 2 4838,7 mm 2 ksi 67 , 12 7,50 65 30 max = + = t f , r = 1,22 in 31 mm] Beban layan tarik maksimum 87,4 MPa Beban layan tarik minimum ksi 40 , 2 7,50 12 - 30 min = = t f 16,5 MPa Rentang tegangan aktual = 12,67 – 2,40 = 10,27 ksi 70,81 MPa 13 ksi 89,63 MPa OK  240 177 22 , 1 18 12 = = r l OK Kumpulan Soal Gunakan: 2L4 x 4 x ½ Untuk Soal 4.1 s.d. 4.8. Pilih profil untuk kondisi yang dijelaskan dalam soal kecuali disebutkan lain dengan baja BJ37 dan geser blok diabaikan. L x U − = 1 kecuali untuk Soal 4.8. 4.1 Pilih profil IWF350x350 untuk memikul beban N D = 979 kN dan N L = 1112 kN. Panjang batang 9,0 m dan diasumsikan terdapat dua baris lubang untuk baut 25 PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 88 P O L B A N P O L B A N mm pada setiap flens. Paling sedikit ada tiga baut dalam satu baris dengan jarak baut 100 mm. 4.2 Ulangi Soal 4.1 dengan menggunakan profil IWF300x300. Jawab: tidak memenuhi, perlu IWF400x400 4.3 Pilih profil IWF300x300 untuk memikul beban tarik terfaktor N u = 1690 kN. Asumsikan ada dua baris baut 19 mm pada setiap flens paling sedikit ada tiga baris baut dalam setiap baris dengan jarak antar baut 100 mm. Panjang batang 8,5 m. 4.4 Pilih profil kanal paling ringan untuk memikul beban tarik layan N D = 356 kN dan N L = 489 kN. Panjang batang 5,5 m dan diasumsikan hanya ada satu baris baut 25 mm pada setiap flens. Asumsikan ada tiga baut dalam satu baris dengan jarak antar baut 100 mm. 4.5 Ulangi Soal 4.4 jika digunakan profil MC lihat tabel AISC-LRFD. 4.6 Pilih profil untuk memikul beban tarik layan N D = 356 kN dan N L = 445 kN. Panjang batang 6 m, dan diasumsikan terdapat dua baris baut 22 mm pada setiap flens 4 baut dengan jarak antar baut 75 mm. 4.7 Ulangi Soal 4.6 jika batang terbuat dari baja BJ41 4 baut dalam satu baris dengan jarak 75 mm, pada web saja. 4.8 Suatu batang tarik sambungan las memikul beban rencana N u Soal = 2891 kN dan terdiri dari dua kanal yang dipasang saling membelakangi dengan flens menghadap ke dalam. Jarak kedua kanal 300 mm. Pilih profil kanal. U = 0,87. Panjang batang adalah 9,1 m. 4.9 s.d. 4.16. Sebagai latihan untuk menggunakan peraturan lain selain SNI dan juga pemahaman menggunakan jenis satuan yang lain, diberikan latihan soal berikut. Pilih profil paling ringan untuk kondisi yang diberikan dalam soal. Asumsikan jarak baut 4 in. Abaikan blok geser. Tentukan U dari peraturan LRFD B.3 kecuali untuk Soal 4.11. Profil P P D kips Panjang ft L kips Baja Sambungan Jawab 4.9 W12 100 150 22 A572 Mutu 50 Dua baris baut ¾ in. jarak baut 3 in pada setiap flens W12 X 40 4.10 W14 200 240 24 A572 Mutu 50 Dua baris baut ¾ in. jarak baut 3 in pada setiap flens 4.11 W10 80 60 18 A572 Mutu 50 Las longitudinal pada flens saja dengan U = 0,87 W10 X 17 4.12 W12 400 100 28 A36 Dua baris baut ¾ in. jarak baut 2 in pada setiap flens PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 89 P O L B A N P O L B A N 4.13 MC 70 90 20 A36 Las transversal pada flens saja MC12 X 35 4.14 S 50 80 18 A572 Mutu 50 Dua baris baut ¾ in. jarak baut 3 in pada setiap flens 4.15 WT7 100 60 16 A36 Las transversal pada flens saja WT7 X 26,5 4.16 WT6 80 120 15 A242 Mutu 46 Las longitudinal pada flens saja 4.17 Baja BJ37 digunakan dalam memilih siku tunggal untuk menahan beban tarik layan N D = 311 kN dan N L L x U − = 1 = 356 kN. Panjang batang 6 m dan diasumsikan disambung dengan satu baris baut 22 mm pada kaki panjang, jika digunakan siku tidak sama kaki. Abaikan geser blok. . 4.18 Pilih sepasang profil kanal untuk kondisi pada Gambar S4.18. Gunakan baja BJ37 dan asumsikan las transversal pada ujung batang dibagian web saja. L = 7,5 m, N u = 1334 kN. Abaikan geser blok. Gambar S4.18 Kanal Ganda Untuk Soal 4.18 4.19 Ulangi Soal 4.17 dengan menggunakan siku ganda dengan kaki panjang saling membelakangi. Asumsikan terjadi kontak pada kaki siku dan asumsikan terdapat lubang untuk baut 22 mm pada setiap flens. Juga diasumsikan U = 0,85. 4.20 Rencanakan batang L 2 L 3 dari rangka batang dalam Gambar S4.20. Batang tersebut terdiri dari siku ganda dengan pelat buhul 9,5 mm pada setiap titik kumpul. Gunakan baja BJ37 dan peraturan LRFD. Asumsikan terdapat satu baris baut 19 mm pada setiap kaki siku dengan jarak antara baut 100 mm. Beban N D = 89 kN dan N a = 53 kN beban atap. Abaikan geser blok. 3,6 m 6 3,6 m = 21,6 m L 3 L 2 U 2 3,6 m 6 3,6 m = 21,6 m L 3 L 2 U 2 PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 90 P O L B A N P O L B A N Gambar S4.20 Rangka Atap Untuk Soal 4.20 4.21 Pilih batang tarik siku tunggal untuk menahan beban layan N D = 356 kN dan N L = 311 kN. Panjang batang 5,5 m dan disambungkan pada kaki panjang dengan satu baris baut 22 mm dengan jarak baut 100 mm. Asumsikan F y = 276 MPa dan F u L x U − = 1 = 414 MPa. Abaikan geser blok. . 4.22 Ulangi Soal 4.8 dengan asumsi digunakan satu baris baut 22 mm pada setiap flens dan paling sedikit ada 3 baut dengan jarak baut 100 mm. Juga rancang pelat pengikat. Asumsikan jarak atau gage dari belakang profil kanal ke pusat baris baut adalah 50 mm. Tentukan U dari LRFD Specification B3. 4.23 Suatu batang tarik dari empat buah siku sama kaki disusun seperti dalam Gambar S4.23 dan harus memikul beban layan N D = 800 kN dan N L = 1423 kN. Panjang batang 9,1 m dan diasumsikan pada setiap siku mempunyai satu baris baut 22 mm pada setiap kaki. Rancang batang tersebut termasuk pelat pengikat yang diperlukan dengan menggunakan baja BJ37. Abaikan geser blok. Gambar S4.23 Profil Tersusun Soal 4.23 4.24 Pilih batang bulat berulir yang berfungsi sebagai penggantung untuk menahan beban tarik layan N D = 44 kN dan N L = 53 kN. Gunakan baja BJ37 4.25 Pilih batang bulat berulir yang berfungsi sebagai penggantung untuk menahan beban tarik layan N D = 53 kN dan N L 460 mm 460 mm 460 mm 460 mm 460 mm = 67 kN. Gunakan baja BJ37. PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 91 P O L B A N P O L B A N 4.26 Batang tarik pada dasar dari pelengkung tiga sendi dalam Gambar S4.26 adalah profil batang tarik dari baja BJ37. Berapa ukuran batang bulat berulir yang harus digunakan untuk menahan beban layan pada gambar? Gambar S4.26 Pelengkung Tiga Sendi untuk Soal 4.26 4.27 Rangka atap untuk bangunan industri berjarak 6,4 m, memikul beban penutup atap 288 Pa permukaan atap. Gording mempunyai jarak seperti dalam Gambar S4.27 dengan berat 144 Pa permukaan atap. Rencanakan trekstang dengan menggunakan batang BJ37 dan peraturan LRFD dengan asumsi terdapat beban hidup air hujan 1440 Pa permukaan horisontal atap. Trekstang direncanakan untuk dipasang pada jarak 13 bentang. 6,10 m 24 m 6 interval gording 6,10 m 24 m 6 interval gording 6 m 4,5 m 4,5 m 6 m 9 m 30 m N D = 89 kN N L = 111 kN 9,1 m N D = 89 kN N L = 111 kN N D = 89 kN N L = 111 kN 6 m 4,5 m 4,5 m 6 m 9 m 30 m N D = 89 kN N L = 111 kN 9,1 m N D = 89 kN N L = 111 kN N D = 89 kN N L = 111 kN PERANCANGAN BATANG TARIK Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 92 P O L B A N P O L B A N Gambar S4.27 Rangka Atap untuk Soal 4.27 PENDAHULUAN BATANG TEKAN Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 92 P O L B A N P O L B A N Tujuan Pembelajaran Umum: Memberikan pengenalan dan pembahasan detil tentang batang tekan yang meliputi penurunan rumus, jenis profil batang tekan, makna penampang kompak, penampang tersusun, dan perancangan dengan menggunakan metode AISC-LRFD dan juga SNI- LRFD. Dua jenis standar diberikan karena pada prakteknya di lapangan akan digunakan tidak hanya peraturan berdasarkan SNI tetapi juga standar lain yaitu AISC. Tujuan Pembelajaran Khusus: Memberikan pembekalan kepada mahasiswa agar mempunyai kompetensi untuk merancang batang tekan. Hal ini dapat dilakukan jika mahasiswa paham tentang penampang kompak, penampang tersusun. Terdapat perbedaan mendasar antara standar SNI dan AISC yang pada prakteknya kedua standar ini dipakai sehingga mahasiswa akan diberikan pembahasan teori dan soal agar kompetensi dicapai. PENDAHULUAN BATANG TEKAN Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 93 P O L B A N P O L B A N

5.1 Pendahuluan