Beton Bertulang Portal Beton

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Portal Beton

Portal adalah struktur rangka yang terdiri dari kolom dan balok yang sambungannya kaku, atau disebut juga rigid frame.Portal bertingkat dapat dibangun dengan bahan struktur beton bertulang atau pun baja profil. Bila jumlah tingkat terlalu banyak portal dapat diperkuat dengan sistem penahan beban lateral berupa dinding geser shear wall atau inti struktural structural core. Portal bertingkat juga mungkin diperkuat dengan diagonal-diagonal yang membentuk bidang-bidang rangka kaku, yang berfungsi sebagai dinding geser.

2.1.1 Beton Bertulang

Beton adalah suatu campuran yang terdiri dari pasir, kerikil, batu pecah, atau agregat-agregat lain yang dicampur menjadi satu dengan suatu pasta yang terbuat dari semen dan air membentuk suatu massa mirip batuan. Beton sendiri memiliki kuat tekan yang tinggi tetapi kuat tarik yang sangat rendah.Nilai kuat tarik beton hanya sekitar 9 - 15 dari kuat tekannya.Beton bertulang adalah suatu kombinasi antara beton dan baja dimana tulangan baja berfungsi menyediakan kuat tarik yang tidak dimiliki oleh beton. McCormac, 2004, h.1. Istimawan menyebutkan, kerjasama antara bahan beton dan baja tulangan hanya dapat terwujud dengan didasarkan pada keadaan-keadaan ; 1 lekatan sempurna antara batang tulangan baja dengan beton keras yang membungkusnya sehingga tidak terjadi penggelinciran diantara keduanya; 2 beton yang mengelilingi batang tulangan baja bersifat kedap sehingga mampu melindungi dan mencegah terjadinya karat baja; 3 angka muai kedua bahan hampir sama, dimana untuk setiap kenaikan suhu satu derajat Celcius angka muai beton 0,000010 sampai 0,000013 sedangkan baja 0,000012, sehingga tegangan yang timbul karena perbedaan nilai dapat diabaikan. 1994, h.2. 6 2.1.2 Sifat-sifat Beton Bertulang a. Kuat Tekan Kuat tekan beton fc’ ditentukan dengan melakukan uji kegagalan terhadap silinder-silinder beton 6in. x 12 in. yang berumur 28 hari pada tingkat pembebanan tertentu. Selama periode 28 hari ini silinder beton biasanya ditempatkan di dalam air atau dalam sebuah ruangan dengan temperature tetap dan kelembapan 100. Kurva tegangan-regangan pada gambar 2.1 menampilkan hasil yang dicapai dari uji kompresi terhadap sejumlah silinder uji standart berumur 28 hari yang kekuatannya beragam. Gambar 2.1 Kurva tegangan-regangan beton yang umum, dengan pembebanan jangka pendek Berikut beberapa hal penting yang didapat dari grafik: a. Kurva hampir lurus ketika beban ditingkatkan dari nol sampai kira-kira 13 – ½ kekuatan maksimum beton. b. Di atas kurva ini perilaku betonnya nonlinear. Ketidaklinearan kurva tegangan-regangan beton pada tegangan yang lebih tinggi ini mengakibatkan beberapa masalah ketika kita melakukan analisis structural terhadap konstruksi beton karena perilaku konsruksi tersebut juga akan nonlinear pada tegangan-regangan yang lebih tinggi. 7 c. Satu hal penting yang harus diperhatikan adalah kenyataan bahwa berapa pun besarnya kekuatan beton, semua beton akan mencapai kekuatan puncak nya pada regangan sekitar 0,002. d. Beton tidak memiliki titik leleh yang pasti; sebaliknya kurva beton akan tetap bergerak mulus hingga tiba di titik kegagalan point of rupture pada regangan sekitar 0,003 sampai 0,004. e. Banyak pengujian telah menunjukkan bahwa kurva-kurva tegangan- regangan untuk silinder-silinder beton hampir identik dengan kurva-kurva serupa untuk sisi balok yang mengalami tekan. f. Harus diperhatikan juga bahwa beton berkekuatan lebih rendah lebih daktil daripada beton berkekuatan lebih tinggi, artinya beton-beton yang lebih lemah akan mengalami regangan yang lebih besar sebelum mengalami kegagalan. b. Kuat Tarik Kuat tarik beton bervariasi antara 8 sampai 15 dari kuat tekannya.Alasan utama dari kuat tarik yang kecil ini adalah kenyataan bahwa beton dipenuhi oleh retak-retak halus.Retak-retak ini tidak berpengaruh besar bila beton menerima beban tekan karena beban tekan menyebabkan retak menutup sehingga memungkinkan terjadinya penyaluran tekanan.Kuat tarik beton tidak berbanding lurus dengan kuat tekan ultimatnya fc’.Kuat tarik ini cukup sulit untuk diukur dengan bebean-beban tarik aksial langsung akibat sulitnya memegang spesimen uji untuk menghindari konsentrasi tegangan dan akibat kesulitan dalam meluruskan beben-beban tersebut.Kuat tarik beton pada waktu mengalami lentur sangat penting ketika kita sedang meninjau retak dan lendutan pada balok.Untuk tujuan ini, kita selama ini menggunakan kuat tarik yang diperoleh dari uji modulus keruntuhan. c. Modulus Elastisitas Statis Beton tidak memiliki modulus elastisitas yang pasti.Nilainya bervariasi tergantung dari kekuatan beton, umur beton, jenis pembebanan, dan karakteristik dan perbandingan semen dan agregat. 8 d. Modulus Elastisitas Dinamis Modulus elastisitas dinamis, yang berkorespons dengan regangan- regangan sesaat yang sangat kecil, biasanya diperoleh dari uji sonik.Nilainya biasanya lebih besar 20 - 40 daripada modulus nilai awal.Modulus dinamis ini biasanya dipakai pada analisis struktur dengan beban gempa atau tumbukan. e. Poisson Ratio Ketika sebuah silinder beton menerima beban tekan, silinder tersebut tidak hanya berkurang tingginya tetapi juga mengalami ekspansi pemuaian dalam arah lateral. Perbandingan ekspansi lateral dengan perpendekan longitudinal ini disebut sebagai Poisson Ratio. Nilainya bervariasi dari 0,11 untuk beton mutu tinggi dan 0,21 untuk beton mutu rendah, dengan nilai rata-rata 0,16. f. Susut Ketika bahan-bahan untuk beton dicampur dan diaduk, pasta yang terdiri dari semen dan air mengisi rongga-rongga di dalam agregat dan mengikat agregat tersebut menjadi satu.Campuran ini harus cukup mudah dikerjakan workable dan dapat mengalir sehingga campuran tersebut dapat masuk diantara sela-sela tulangan dan memenuhi seluruh cetakan.Untuk dapat mencapai tingkat kemampuan kerja workability seperti ini, biasanya digunakan air yang lebih banyak daripada seharusnya agar semen dan air dapat bereaksi bersama. Setelah beton selesai dirawat dan mulai mengering, kelebihan campuran air ini mencari jalan ke permukaan beton, tempat dimana campuran ini akan menguap. Akibatnya, beton akan susut dan retak. Retak yang dihasilkan akan mengurangi kekuatan geser beton dan merusak penampilan struktur. Selainitu, retak juga akan mengakibatkan tulangan terkena udara dari luar, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya karat. g. Rangkak Ketika menerima beban tekan terus-menerus, beton akan terus mengalami deformasi untuk waktu yang lama. Setelah deformasi awal terjadi, deformasi yang terjadi selanjutnya disebut rangkakcreep atau aliran plastis plastic flow.Jika 9 beban tekan diterapkan kepada suatu batang beton, terjadi pemendekan sesaat atau elastis. Jika beban dibiarkan tetap ada untuk waktu yang lama, batang tersebut akan terus memendek selama beberapa tahun dan deformasi akhir yang terjadi biasanya sebesar 2 sampai 3 kali deformasi awal. Besar rangkak yang terjadi sangat tergantung pada besarnya tegangan.Rangkak hampir berbanding lurus terhadap teganagan selama tegangan yang terjadi tidak lebih besar dari sentengah fc’. 2.1.3 Kelebihandan Kekurangan Beton Bertulang Beton bertulang masih merupakan bahan struktur yang paling umum digunakan secara umum di seluruh dunia baik untuk bangunan gedung, rumah, jembatan, bendungan, drainase, dan sebagainya. Pemilihan beton ini sebagai bahan struktur tentunya dengan pertimbangan-pertimbangan dari aspek kelebihan beton tersebut terhadap jenis bangunan yang akan dibangun. Berikut merupakan beberapa kelebihan beton sebagai bahan struktur: 1. Beton memiliki kekuatan tekan yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan kebanyakan bahan struktur lainnya. 2. Beton memiliki ketahanan yang tinggi terhadap temperatur tinggi atau pun api. 3. Pemeliharaan nya mudah dan relatif lebih murah 4. Beton memiliki kekakuan yang cukup tinggi sangat kaku 5. Lebih mudah dibentuk sesuai dengan bentuk perencanaan yang diinginkan. 6. Usia layan beton yang panjang. 7. Material yang dibutuhkan untuk membuat struktur beton mudah didapat, seperti kerikil, pasir dan air. 8. Keahlian tenaga kerja yang dibutuhkan untuk membangun konstruksi dengan bahan beton bertulang lebih rendah dibanding bahan lain contohnya baja. 9. Lebih ekonomis untuk struktur pondasi, basement, pier, dan lain-lain Kekurangan Beton Bertulang 1. Kuat tarik beton yang rendah 2. Memerlukan bekisting dalam pencetakannya sampai beton mengalami pengerasan, serta penyangga bekisting yang biayanya cukup mahal. 10 3. Kekuatan beton per satuan berat yang rendah mengakibatkan berat sendiri beton besar terutama dalam penggunaannya dalam bentang yang panjang. 4. Kekuatan beton per satuan volume mengakibatkan dimensi beton yang besar jika menginginkan kekuatan beton yang besar pula. 5. Bervariasinya sifat-sifat beton karena variasi proporsi campuran, proses pembuatan, penuangan ke dalam cetakan, dan pemeliharaan. 6. Beton dapat mengalami susut dan rangkak seiring berjalannya waktu. 2.1.4 Kolom beton bertulang Kolom adalah batang tekan vertikal dari rangka framestruktural yang memikul beban dari balok.Kolom meneruskan beban-beban dari elevasi atas ke elevasi yang lebih bawah hingga akhirnya sampai ke tanah melalui pondasi Nawy, 2008, h306.Berdasarkan posisi beban terhadap penampang melintang kolom, kolom dapat diklasifikasikan atas kolom dengan beban sentris dan kolom dengan beban eksentris.Kolom yang mengalami beban sentris berarti tidak mengalami momen lentur, namun pada kenyataannya kolom jenis ini sangat jarang ditemukan.Perencanaan kolom umumya di desain sebagai kolom dengan beban eksentris. Kolom dengan beban eksentris mengalami momen lentur dan juga gaya aksial. Momen ini dapat dikonversikan menjadi beban P dengan eksentrisitas tertentu.Momen lentur sendiri dapat bersumbu tunggal uniaxial seperti halnya kolom luar eksterior bangungan tingkat tinggi.Kolom dengan momen lentur bersumbu rangkap biaxial apabila lenturnya terjadi terhadap sumbu x dan y. Karena kolom merupakan elemen yang menahan beban-beban balok dan pelat lantai maka dalam perencanaannya kolom didesain dengan kekuatan cadangan yang lebih tinggi dibandingkan elemen balok. Kekuatan kolom dievaluasi berdasarkan prinsip-prinsip dasar berikut : 1. Distribusi regangannya linier diseluruh tebal kolom 2. Tidak ada gelincir antara beton dengan tulangan baja regangan baja sama dengan regangan pada beton yang mengelilinginya 3. Regangan beton maksimum yang diizinkan pada keadaan gagal untuk perhitungan kekuatan adalah 0,003in.in 4. Kekuatan tarik beton diabaikan dan tidak digunakan dalam perhitungan 11 Kolom beton bertulang ada yang bersengkang persegi dan spiral.Kolom dengan sengkang persegi adalah kolom yang dipasang tulangan sengkang berbentuk persegi untuk menahan tulangan longitudinal agar tidak bergerak selama pembangunan juga menjaga tulangan longitudnal menekuk ke arah luar akibat adanya beban. Kolom spiral adalah kolom yang diberikan tulangan sengkang berbentuk lingkaran. Tulangan spiral ini mempunyai kekuatan yang lebih besar untuk menahan tulangan longitudinal, namun pembuatannya jauh lebih mahal dibandingkan tulangan persegi. Balok spiral juga lebih banyak digunakan pada kolom yang berada di dalam ruangan terbuka karena bentuk nya yang lebih menarik. Kolom spiral juga lebih baik untuk bangunan yang berada di daerah rawan gempa. Spiral efektif untuk meningkatkan kekokohan dan daktilitas kolom. 2.1.4.1 Keruntuhan kolom beton Keruntuhan kolom dapat terjadi apabila tulangan bajanya mengalami leleh karena tarik, atau terjadinya kehancuran pada beton yang tertekan. Selain itu dapat pula kolom mengalami keruntuhan apabila terjadi kehilangan stabilitas lateral, yaitu terjadi tekuk. Apabila kolom runtuh karena materialnya yaitu lelehnya baja atau hancurnya beton, maka kolom ini diklasifikasikan sebagai kolom pendek.Apabila panjang kolom bertambah, kemungkinan kolom runtuh karena tekuk semakin besar. a. Kolom Persegi Pada kolom dengan sengkang persegi, saat kolom mendapat beban yang besar yang dapat membuat selimut beton pecah dan gompal, tulangan longitudinal akan menekuk dengan cepat, hal ini dapat membuat keruntuhan yang terjadi secara tiba-tiba, umumnya karena gempa. Namun dapat dihindari jika tulangan sengkang dipasang berdekatan. b. Kolom Spiral Berbeda dengan kolom sengkang persegi, tulangan sengkang spiral akan dapat menahan tulangan longitudinal meskipun selimut beton sudah gompal, jadi struktur masih dapat dipertahankan. Jika tulangan sengkang dipasang berdekatan, maka tulangan sengkang dan longitudinal dapat 12 menahan beban yang sedikit lebih besar dari beban yang membuat selimut beton gompal. Gambar 2.2 Tipe kolom beton 2.1.4.2 Persyaratan Peraturan ACI untuk Kolom Cor ditempat. Peraturan ACI mensyaratkan banyak batasan pada dimensi, tulanganm kekangan lateral, dan hal lain yang berhubungan dengan kolom beton. Beberapa batasan yang penting diberikan sebagai berikut. 1. Persentase tulangan tidak boleh kurang dari 1 luas bruto penampang kolom ACI 10.9.1 2. Persentase tulangan maksimum tidak boleh lebih besar dari 8 luas bruto penampang kolom ACI 10.9.1 3. Jumlah tulangan longitudinal minimum yang diizinkan untuk batang tekan ACI 10.9.2 adalah 4 untuk tulangan dengan sengkang persegi atau lingkaran, 3 untuk tulangan sengkang segitiga, dan 6 untuk tulangan dengan sengkang spiral. 4. Peraturan ACI tidak secara langsung memberikan luas penampang kolom minimum, tetapi memberikan selimut yang diperlukan disisi luar sengkang atau spiral dan memberikan jarak yang diperlukan antar tulangan 13 longitudinal dari satu permukaan kolom ke permukaan lainnya jadi lebar minimum adalah sekitar 8 sampai 10 in. 5. Jika digunakan kolom sengkang persegi, sengkang tersebut tidak boleh lebih kecil dari 3 dengan tulangan longitudinal 10 atau lebih kecil. Ukuran minimum sengkang adalah 4 untuk tulangan longitudinal lebih besar dari 10 danuntuk tulangan gabungan. Jarak sengkang pusat ke pusat tidak boleh lebih dari 16 kali diameter tulangan longitudinal, 48 kali diameter sengkang, atau dimensi lateral terkecil dari kolom. 6. Peraturan ACI 7.10.4 menyatakan bahwa jarak bersih spiral tidak boleh kurang dari 1 in. atau lebih dari 3 in. 2.2Portal Baja Struktur baja dibagi atas tiga kategori umum : a struktur rangka framed structure yang elemennya bisa terdiri dari batang tarik, kolom, balok, dan batang yang mengalami gabungan lenturan dan beban aksial; b struktur selaput shell yang tegangan aksialnya dominan; dan c struktur gantung suspension, yang sistem pendukung utamanya mengalami tarikan aksial yang dominan. Salmon Jhonson 1986, h 17. 2.2.1 Sifat - Sifat Mekanis Baja Pengujian yang paling efektif untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik baja adalah pengujian tarik. Karena pengujian tekan terhadap baja akan memberikan hasil yang kurang akurat karena disebabkan akan terjadinya tekuk pada baja sehingga terjadi ketidakstabilan dari baja. Perhitungan regangan baja juga lebih mudah dilakukan untuk uji tarik daripada uji tekan. Berikut beberapa sifat mekanis baja : a. Elastisitas Elastisitas merupakan kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula. Jika beban dibawah batas titik leleh baja yang diberikan kemudian dihilangkan maka baja akan kembali pada dimensinya sebelum di berikan pembebanan atau dikatakan baja tersebut masih bersifat elastis. 14 b. Daktilitas Daktilitas merupakan sifat material yang memungkinkan adanya deformasi yang besar tanpa mengalami kehancuran akibat tegangan tarik.Sifat ini yang menjadi kelebihan baja karena tidak dapat runtuh secara tiba-tiba.Namun untuk kondisi tertentu akibat berbagai faktor baja dapat bersifat getas dimana baja tidak mengalami deformasi plastis, melainkan putus pada saat deformasi tidak benar. c. Keliatan toughness dan Kekenyalan resilience Kekenyalan berhubungan dengan penyerapan energi elastis suatu bahan. Kekenyalan adalah jumlah energi elastis yang dapat diserap oleh satu satuan volume bahan yang dibebani tarikan; besarnya sama dengan luas bidang di bawah diagram tegangan regangan sampai tegangan leleh. Keliatan berhubungan dengan energi total, baik elastis maupun inelastis, yang dapat diserap oleh suatu satuan volume bahan sebelum patah.Salmon Jhonson 1986, h 42. d. Kekuatan lelah fatigue Baja dapat mengalami keruntuhan saat dilakukan pembeban dan penghilangan beban secara berulang-ulang walaupun beban diberikan berada di bawah titik leleh nya.Hal tersebut dikarenakan baja berada pada keadaan fatigue.Kekuatan lelah dipengaruhi oleh daktilitas dan tegangan multiaksial pada baja. 2.2.2 Hubungan Tegangan-Regangan Baja Diagram tegangan-regangan menampilkan informasi yang penting untuk dapat memahami bagaimana perilaku baja terhadap kondisi yang diberikan padanya. Jika suatu struktur baja yang daktil diberikan gaya tarik, baja akan mulai memanjang. Jika gaya tarik yang diberikan konstan pertambahan panjang juga akan meningkat linear dalam batas tertentu. 15 Tegangan terbesar yang dapat dipikul baja tanpa mengalami deformasi permanen disebut sebagai batas elastis. Tegangan dimana terjadi regangan besar yang signifikan tanpa adanya peningkatan tegangan disebut sebagai titik leleh. Hubungan antara tegangan dan regangan untuk baja di tunjukkan pada grafik berikut : Gambar 2.3 Kurva hubungan tegangan-regangan Keterangan : fp : batas proporsional fe : batas elastis fyu, fy : tegangan leleh atas dan bawah fu : tegangan putus ɛ sh : regangan saat mulai terjadi efek strain-hardening ɛ u : regangan saat tercapainya tegangan putus Titik ini membagi kurva tegangan – regangan menjadi beberapa daerah sebagai berikut : 1 Daerah linear antara 0 dan fp, dalam daerah ini berlaku Hukum Hooke, kemiringan dari bagian kurva yang lurus ini disebut sebagai Modulus Elastisitas atau Modulus Young, E= f ɛ 2 Daerah elastis antara dan f e, pada daerah ini jika beban dihilangkan maka benda uji akan kembali ke bentuk semula atau dikatakan bahwa benda uji tersebut masih bersifat elastis. 16 3 Daerah plastis yang dibatasi oleh regangan antara 2 hingga 1,2-1,5, pada bagian ini regangan mengalami kenaikan akibat tegangan konstan sebesar f y . Daerah ini menunjukkan daktilitas dari material baja. 4 Daerah penguatan regangan strain-hardening antara ɛ sh dan ɛ u. Untuk regangan 15 hingga 20 kali regangan elastis maksimum, tegangan kembali mengalami kenaikan namun dengan kemiringanyang lebih kecil daripada kemiringan daerah elastis, daerah regangan ini berlanjut hingga mencapai tegangan putus. Kemiringan daerah ini dinamakan modulus penguatan regangan E u . 2.2.3 Kelebihandan Kekurangan Baja Sebagai Bahan Stuktur Dalam pemilihannya sebagai bahan struktur, baja memiliki beberapa kelebihan dibandingkan bahan struktur lain seperti beton, yaitu : 1. Baja merupakan material yang berkekuatan tinggi. Kekuatan per volumenya lebiih tinggi dibandingkan dengan material lain. Sehingga berat struktur lebih ringan dan diperoleh keleluasaan dalam kebutuhan ruang. Fakta inipenting untuk bangunan seperti jembatan dengan bentang panjang, bangunan gesung tinggi, dan struktur diatas pondasi yang lemah. 2. Baja lebih mudah dipasang karena baja merupakan produk pabrikan yang pada saat pemasangan nya dilapangan hanya tinggal menyambung komponen-komponennya. 3. Efisiensi waktu lebih tinggi dalam pemasangan atau pembangunan strukturnya. 4. Baja merupakan produksi pabrik sehingga di dapat keseragaman dalam mutu nya. Berbeda dengan beton yang mutunya dapat berbeda karena pengaruh berbagai faktor saat pengecoran dilakukan. 5. Baja umumnya bersifat daktil sehingga keruntuhan tiba-tiba dapat dihindari. 6. Baja dapat dibongkar kembali apabila bangunan bersifat sementara sehingga dapat digunakan kembali. 7. Merupakan material yang dapat di daur ulang. 17 Kekurangan Baja Berikut merupakan kelemahan baja sebagai bahan struktur. 1. Baja perlu diberikan perlindungan tambahan agar tahan terhadap api. 2. Baja rentan terhadap korosi. 3. Biaya pemeliharaannya lebih mahal. 4. Dibutuhkan tenaga kerja yang memiliki pengetahuan lebih khusus bila dibandingkan dengan pembuatan beton. 5. Baja mampu menahan tekukan pada batang-batang langsing, tetapi tidak dapat mencegah terjadinya pergeseran horizontal. 2.2.4 Kolom baja Tipe kegagalan pada elemen kolom baja dibagi menjadi : 1. Tekuk lentur disebut juga tekuk Euler adalah peristiwa menekuknya batang tekan ke arah sumbu lemah saat mencapai kondisi tidak stabil. 2. Tekuk lokal, yaitu ketika suatu batang mengalami tekuk di beberapa bagian penampang tertentu akibat rasio lebar terhadap tebal yang terlalu besar. 3. Tekuk torsi, tekuk ini terjadi pada kolom dengan tipe penampang tertentu, seperti siku ganda dan profil T, tekuk torsi membuat penampang batang tekan terputar atau terpuntir. Kolom ideal yang memenuhi persamaan Euler, harus memenuhi anggapan berikut 1. Kurva hubungan tegangan-regangan tekan yang sama diseluruh penampang 2. Tak ada tegangan sisa 3. Kolom benar-benar lurus dan prismatis 4. Beban bekerja pada titik berat penampang, sehingga batang melentur 5. Kondisi tumpuan harus ditentukan secara pasti 6. Berlakunya teori lendutan kecil 7. Tak ada puntiran pada penampang Bila asumsi-asumsi diatas dipenuhi maka kekuatan kolom dapat ditentukan berdasarkan : 18 ��� = � 2 � � ��� 2 . � � = � � Keterangan : � � : tangen modulus elastisitas pada tegangan � � : luas kotor penampang batang ��� : angka kelangsingan efektif � : faktor panjang efektif � : jari-jari girasi � : panjang bentang 2.2.5 Tipe penampang baja Tipe penampang untuk batang tarik dan batang tekan secara umum sama, yang membedakan adalah kekuatan batang tekan bervariasi dalam hubungan perbandingannya dengan rasio kelangsingan. Berikut jenis-jenis penampang baja yang umum digunakan. Gambar 2.4 Tipe penampang batang tekan Baja siku banyak digunakan untuk bracing dan batang tekan untuk struktur light truss.Terdapat 2 macam bentuk profil baja berdasarkan cara pembuatannya, yaitu : a. Hot rolled shapes: Profil baja yang dibentuk dalam kondisi panas dengan cara blok-blok baja yang panas diproses melalui rol-rol dalam pabrik. Hot rolled shapes ini mengandung tegangan residu residual stress. 19 b. Cold formed shapes : Profil yang dibentuk pada kondisi sudah dingin, yaitu dengan membentuk pelat-pelat yang sudah jadi menjadi baja dalam temperatur atmosfer. 2.3Nippon Steel 2.3.1 Pengenalan Nippon Steel Sumitomo Metal Corporation NSSMC didirikan pada oktober 2012 yang merupakan kerja sama antara Nippon Steel Corporation dan Sumitomo Metal Industries, Ltd adalah salah satu perusahaan Jepang penghasil baja terdepan di dunia yang berpartisipasi dalam pembuatan material struktur inovatif yang bersifat tahan kerusakan dan memiliki masa layan yang panjang. Nippon Steel Sumitomo Metal Corporation telah mengembangkan baja mutu tinggi kelas 1000 N kuat tarik 950 Nm 2 . Dalam bidang infrastruktur, Nippon Steel Sumitomo Metal Corporation mempromosikan perkembangan dari produk baru baja tube untuk menjawab kebutuhan akan struktur yang lebih tahan terhadap gempa, dan biaya yang lebih murah dalam pembangunan dan perbaikan. 2.3.2 Perkembangan Tube Steel untuk pekerjaan konstruksi bangunan Karena adanya kebutuhan akan baja yang memiliki kekuatan tinggi, biaya yang lebih murah dalam pemeliharaan, ketahanan terhadap korosi, kekuatan fatigue yang tinggi, Nippon Steel Sumitomo Metal Corporation menciptakan dan menyuplai baja tabung yang unik dan metode penyambungannya untuk memenuhi kebutuhan ini. Beberapa aplikasi penggunaan steel tube yaitu pada menara observasi Tokyo Skytree, bangunan dengan tinggi 632 meter, juga gedung pusat penelitian dan pengembangan Nippon Steel Sumitomo Metal Corporation.Nippon Steel Sumitomo Metal Corporation, Technical Report No. 107. Hollow section dibeberapa negara seperti Amerika pada mulanya sering digunakan untuk struktur di kawasan pantai khususnya bentuk circular section.Penelitian tentang hollow section ini mulai aktif di Amerika Utara sejak tahun 1970 akibat kondisi pasar yang cukup baik untuk penggunaan hollow 20 section di struktur industri. Penelitian pun dikembangkan dari berbagai aspek seperti sambungan, perlindungan terhadap api dan korosi, aplikasinya terhadap struktur terhadap gempa, elemen komposit, dan lain-lain. Hollow Steel Section HSS dibentuk dalam keadaan dingin cold formed menjadi bentuk persegi, persegi panjang dan lingkaran.HSS sering digunakan sebagai elemen kolom, bracing, truss element.HSS sering digunakan untuk struktu sistem rangka penahan momen dengan profil WF sebagai balok, penggunaan HSS sebagai kolom terbukti dapat meningkatkan kemampuan dari sistem tersebut untuk bangunan tingkat rendah sampai menegah.Keuntungan yang didapat dengan menggunakan HSS pada sistem rangka pemikul momen termasuk dapat mengurangi berat struktur, kemungkinan untuk tidak menggunakan bracing, juga memenuhi aspek estetik bangunan. 2.3.3 Profil Hollow Penampang hollow yang terdiri dari persegi, persegi panjang, dan bulat merupakan penampang yang sangat baik digunakan sebagai elemen tekan dibandingkan profil baja lain seperti I, H maupun baja siku. Beberapa kelebihan baja hollow antara lain: 1. Radius girasi yang konstan 2. Untuk tampang hollow persegi ideal untuk elemen tekan karena tidak memiliki sumbu lemah seperti profil WF 3. Mempunyai tegangan torsi yang baik 4. Profil bulat baja hollow memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap angin. 5. Menghasilkan berat bangunan yang lebih ringan yang bermanfaat untuk bangunan tahan gempa serta desain pondasinya. 6. Untuk mendapatkan kapasitas terhadap beban yang lebih besar dengan dimensi yang sama dapat diisi dengan beton. 7. Permukaan yang lebih sedikit untuk dicat dengan lapisan tahan api dibandingkan profil WF 21 8. Untuk bangunan bertingkat tinggi, dimana kolom di lantai atas menerima beban yang lebih kecil dibandingkan kolom di lantai dasar bangunan, dimensi luar kolom dapat didesain sama, dengan mengurangi tebal penampang untuk kolom dengan beban yang lebih kecil. 9. Permukaan yang lebih baik dari segi estetika Desain dengan menggunakan baja hollow ini pada umumnya akan menghasilkan material yang lebih ringan jika dibandingkan dengan baja profil I untuk struktur yang sama. Jadi dari segi biaya umumnya akan menghasilkan struktur dengan cost yang lebih murah, meskipun baja hollow ini lebih mahal daripada baja penampang terbuka. Perbandingan kapasitas tekan penampang hollow dan penampang terbuka H untuk massa yang sama dapat dilihat pada gambar 2.5 yang merupakan hasil analisa suatu penampang dengan panjang efektif 5 m dan di desain dengan Eurocode 3, dimana penampang H yang digunakan merupakan British Universal ColumnUC, H-Section dan dua penampang hollow hot-finished tampang bulat dan persegi sengan semua penampang memiliki tegangan leleh 275 Nmm 2 . Dari grafik dapat dilihat untuk penampang dengan massa 60 kgm penampang hollow memiliki kapasitas hampir dua kali dari kolom lain, dan untuk massa 106 kgm kapasitasnya sekitar 50 lebih tinggi. Sedangkan sebaliknya untuk kapasitas tekan yang sama perbandingan massa material dapat dilihat pada gambar 2.6 dimana untuk kapasitas tekan yang sama 1000kN massa yang lebih ringan hingga 40 untuk penampang hollow, dan 30-35 untuk kapasitas tekan 2100kN. 22 Sumber : Design Guide 9 for structural hollow section column connection Gambar 2.5 Perbandingan kapasitas tekan dengan massa yang sama Sumber : Design Guide 9 for structural hollow section column connection Gambar 2.6 Perbandingan massa dengan kapasitas tekan yang sama Perbandingan inersia penampang baja hollow dan profil terbuka yang ukuran dan beratnya mendekati ditunjukkan pada gambar 2.7 dapat menjadi acuan kelebihan baja hollow pada beban torsi, tekan, dan lentur multi aksial dibanding profil terbuka. 23 Gambar 2.7 Perbandingan Inersia penampang baja Sumber : CIDECT Design Guide 7 • Tahanan terhadap beban tekuk yang lebih tinggi pada tampang hollow ditunjukkan dengan momen inersia sumbu lemah yang lebih besar. • Dibawah beban torsi, keunggulan tampang hollow dapat dilihat dari momen inersia torsi yang juga jauh lebih besar dibanding tampang terbuka. • Untuk momen lentur uniaxial, profil terbuka lebih ekonomis dibanding profil hollow akibat momen inersia sumbu utama Imax lebih besar. Untuk momen lentur multiaxial hollow section menghasilkan penampang optimum karena inersia yang tinggi di kedua sumbu. Klasifikasi penampang hollow section menurut Eurocode Dalam desain batas ultimit biasanya desainer dihadapkan pada tiga metode desain: • Prosedur plastis-plastis cross section class 1 Prosedur ini berhubungan dengan desain plastis dan terbentuknya sendi plastis pada struktur.Penampang dapat membentuk sendi plastis dengan 24 kapasitas rotasi yang dibutuhkan untuk analisis plastis.Kondisi batas ultimit dicapai saat jumlah sendi plastis yang terbentuk cukup untuk menghasilkan mekanisme keruntuhan. • Prosedur elastis-plastis cross section class 2 Pada prosedur ini resultan gaya ditentukan dengan mengikuti analisis elastis lalu dibandingkan dengan kapasitas kekuatan plastis dari penampang. Kondisi batas ultimit tercapai oleh pembentukan sendi plastis pertama. • Prosedur elastis-elastis cross section class 3 Prosedur ini terdiri dari perhitungan elastis penuh dari resultas gaya dan kapasitas kekuatan dari penampang. Keadaan batas ultimit tercapai oleh pelelehan dari serat penampang. • Prosedur elastis-elastis cross section class 4 Penampang ini memiliki dinding yang lebih tipis dari ketiga kelas diatas.Penting sekali untuk membuat suatu batasan yang jelas untuk efek dari tekuk lokal saat menentukan momen ultimit atau efek kapasitas kekuatan tekan dari penampang. Penggunaan dari ketiga kelas yang dijelaskan diatas adalah berdasarkan anggapan bahwa penampang tidak mengalami tekuk lokal sebelum mencapai batas beban ultimitnya, yang berarti penampang bukan merupakan penampang dinding tipis seperti pada kelas 4. Maka untuk memenuhi keadaan ini dibuat suatu batasan kelangsingan bt untuk penampang hollow persegi dan persegi panjang, juga rasio dt untuk tampang hollow bulat. Tabel 2.1 sampai 2.4 menyajikan batasan rasio bt dan dt. 25 Gambar 2.8 Distribusi tegangan pada kolom hollow Cross section Method for calculating Method for calculating Distribution of stresses when class action loads resistance the resistance is reached Plastic analysis Plastic analysis Elastic analysis Elastic analysis Elastic analysis Elastic analysis Effective cross section 2 3 4 1 Plastic analysis 26 Tabel 2.1 rasio dt penampang hollow bulat Tabel 2.2 rasio h 1 t untuk badan penampang hollow rectangular Sumber :Design Guide 2 Structural stability of hollow section 27 Tabel 2.3 rasio b 1 t untuk sayap penampang hollow rectangular Sumber :Design Guide 2 Structural stability of hollow section Sedangkan batasan rasio bt dan dt menurut AISC LRFD adalah : Tabel 2.4 batasan bt dan dt profil hollow berdasarkan AISC LRFD 28 2.3.4 Sambungan rigid pada kolom hollow Sambungan semi-rigid antara balok ke kolom bisa bermanfaat untuk desain terhadap gempa, karena sejumlah energi terdisipasi pada sambungan dan overstress pada area lokal sambungan yang dapat mengarah ke keruntuhan getas dapat dihindari.Tetapi untuk penggunaannya terhadap beban inelastic yang berulang masih membutuhkan investigasi lebih dalam sehingga belum dapat diterapkan.Oleh karena itu umumnya sambungan untuk desain gempa menggunakan sambungan full-rigid kecuali pada panel sayap kolom yang diizinkan untuk dilas pada bagian gesernya. Untuk menghasilkan kapasitas momen penuh, pengaku pada potongan kolom dibutuhkan mampu mentransfer gaya aksial ke sayap balok. Pengaku ini bisa berupa: • through diaphragm • internal diaphram • eksternal diaphragm. 29 Di Jepang sendiri umumnya menggunakan through diaphragm karena beban aksial pada sayap balok secara langsung ditransfer ke badan kolom dengan perilaku yang paling sederhana. Faktor lain yang menyebabkan model ini sering digunakan adalah karna kebanyakan pabrik di Jepang sudah menetapkan sumber produksi dimana pengelasan menggunakan robot yang lebih cocok untuk menghasilkan sambungan jenis ini. Seperti terlihat pada gambar 2.9 berikut. Gambar 2.9 pengelasan sambungan join kolom Stub beam ke joint kolom dilas di pabrik pada tiap sambungan. Balok yang membentang diantara dua stub beam dengan sambungan baut. Pelat untuk through diaphragm biasanya didesain lebih tebal dari sayap balok 3 – 6 mm. Gambar 2.10 sambungan balok WF ke kolom hollow Sambungan untuk through diaphragm dapat dilihat pada gambar berikut : 30 Gambar 2.11 langkah sambungan through diaphragm Sumber : Nippon Steel Sumikin Metal

2.4 PembebananPada Struktur