BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Konstruksi Baja merupakan suatu alternatif yang menguntungkan dalam pembangunan gedung dan struktur yang lainnya baik dalam skala kecil maupun
besar. Hal ini dikarenakan material baja mempunyai beberapa kelebihan bahan konstruksi yang lain.
Akan tetapi pada kenyataannya banyak kita temui pembangunan gedung konstruksi tingkat tinggi yang masih didominasi oleh beton konvensional. Bila
dibandingkan dengan beton konvensional, baja memiliki beberapa keunggulan yang perlu diperhatikan dalam pembangunan yang saat ini sedang berkembang
pesat yaitu selain awet dan kuat, berat yang lebih ringan Specific Strength yang lebih tinggi serta waktu pengerjaan yang lebih cepat dapat mempercepat
pengerjaan konstruksi. Ditambah lagi dengan keseragaman material yang lebih terjamin karena dibuat secara fabrikasi Homogen.
Baja merupakan salah satu bahan konstruksi yang paling penting. Sifat- sifatnya yang terutama penting dalam penggunaan dibandingkan terhadap bahan
lain yang tersedia dan sifat ductility. Ductility adalah kemampuan untuk berdeformasi secara nyata baik dalam tegangan maupun regangan sebelum terjadi
kegagalan. Baja berdeformasi secara nyata dapat dilihat pada batang polos maupun
konstruksi portal sederhana. Portal terdiri dari elemen pelat, kolom, dan balok kolom dimana sambungan balok dan kolom tidak dapat dikatakan monolit seperti
Universitas Sumatera Utara
beton maka digunakan asumsi- asumsi dalam memudahkan didalam menganalisa. Dalam perencanaan faktor yang harus mendapat perhatian utama adalah masalah
kekuatan dan keamanan, masalah keekonomisan dan masalah estetika dari struktur yang di rencanakan.
Suatu struktur dikatakan kuat atau aman apabila struktur tersebut mampu memikul segala gaya, tegangan dan juga lendutan yang mungkin timbul akibat
dari pembebanan yang bersifat sementara. Oleh karena itu seorang perencana harus memperhatikan hal-hal tersebut di atas dengan sebaik-baiknya dalam
merencanakan suatu struktur. Dalam tugas akhir ini yang di tinjau adalah kolom baja. Apabila sebuah
batang lurus di bebani gaya tekan aksial dengan pemberian beban semakin lama semakin tinggi, maka pada batang tersebut akan mengalami perubahan. Perubahan
dari keadaan sumbu batang lurus menjadi sumbu batang melengkung dinamakan tekuk. Definisi lain menyatakan bahwa Buckling Tekuk merupakan suatu proses
dimana suatu struktur tidak mampu mempertahankan bentuk aslinya, sedemikian rupa berubah bentuk dalam rangka menemukan keseimbangan
baru. Buckling merupakan fenomena instabilitas yang terjadi pada batang langsing, pelat dan cangkang yang tipis. Konsekuensi buckling pada dasarnya
adalah masalah geometrik dasar, dimana terjadi lendutan besar akan mengubah bentuk struktur.
Fenomena buckling pada kolom langsing merupakan prototype sederhana yang menggambarkan masalah instabilitas struktur. Masalah instabilitas
ini dalam sejarah pertama kali dapat diselesaikan oleh Euler tahun 1744 M. Karakteristik mendasar dari keruntuhan buckling adalah bahwa beban runtuh
tergantung pada modulus elastis dan kekakuan penampang dan hampir tidak
Universitas Sumatera Utara
tergantung kepada kekuatan bahan atau batas leleh bahan. Penambahan kekuatan dengan meningkatkan kekuatan bahan hanya akan berpengaruh kurang dari 1
persen terhadap kapasitas beban runtuh untuk berbagai macam properties kolom. Buckling tekuk terjadi akibat penekanan pada suatu batang dimana yang
mengalami gaya tekan aksial. Dalam hal ini, tekuk dapat terjadi sebelum atau sesudah tegangan idiil dicapai terlebih dahulu,tentu tidak menjadi masalah dalam
perhitungan kekuatan baja. Namun apabila tekuk terjadi sebelum tegangan idiil dicapai, tentu akan sangat berbahaya karena peristiwa tekuk terjadi secara tiba-
tiba tanpa memberi tanda-tanda misalnya terjadinya deformasi secara perlahan- lahan yang semakin lama semakin besar.
Untuk struktur yang ramping dimana ukuran panjangnya sangat besar dibanding dengan jari-jari inersianya, kestabilan bukan hanya di tentukan oleh
deformasi seperti diatas tetapi harus di tinjau tekuk batang akibat gaya aksial tekan. Apabila gaya aksial tekan di perbesar, maka tekukan akan semakin besar
sehingga dapat mengakibatkan ketidakstabilan struktur tersebut. Besarnya gaya yang mengakibatkan struktur berada dalam batas stabil disebut “Beban Kritis”
yang biasanya disebut dengan Pcr, dimana besarnnya beban kritis ini di pengaruhi oleh : Elastisitas bahan, Dimensi Struktur, Jenis Pembebanan, dan Faktor
Pengukuran. Pada Batang yang mengalami gaya aksial tekan, maka deformasi yang
terjadi mula-mula adalah perpendekan. Jika beban ditambah maka akan terjadi bengkokan akibat tekukan batang tersebut. Jika melebihi beban kritis maka batang
tersebut akan mengalami patah, dan tentunya sudah harus dalam suatu perencanaan. Untuk menghindari bahaya di atas perlu kiranya diketahui berapa
Universitas Sumatera Utara
besar beban kritis yang dapat dipikul oleh suatu batang dengan memperhitungkan ha-hal yang telah disebutkan di atas.
Sambungan antara balok-kolom dapat diasumsikan sebagai sambungan rigid framing sambungan portal kaku dan sambungan semi rigid framing
sambungan portal semi kaku. Sambungan semi rigid framing sambungan semi kaku adalah momen
yang diberikan sambungan semi rigid tidak sama dengan nol dan tidak memberikan momen penuh.
Pada umumnya struktur yang menerima gaya normal terdapat pada kolom, baik gaya tekan maupun gaya tarik, sehingga terjadi deformasi perpindahan akibat
gaya tekan dan perpanjangan akibat gaya tarik. Gaya normal tekan yang bekerja ada 2 macam yaitu:
a. Gaya tekan sentris b. Gaya tekan eksentris
Gaya tekan sentris adalah gaya normal tekan yang bekerja pada batang berimpit dengan garis sumbu batang sehingga tidak ada momen yang timbul,
maka gaya tekan yang terjadi adalah �
�
=
� �
. Gaya tekan eksentris sebenarnya tidak ada, yang menyebabkan gaya tekan
eksentris atau terjadinya momen M = P.e ada beberapa hal: a. Garis sumbu batang yang tidak lurus
b. Garis gaya normal tekan tidak sentris c. Bahan batang EI tidak homogen
Universitas Sumatera Utara
Bila portal diberi gaya aksial tekan pada kolom dimana beban tersebut diletakkan dititik berat kolom sehingga tidak terjadi momen eksentrisitas M = P.e
kolom dalam keadaan lurus sebelum terjadi tekuk awal P P
kritis
. Akibat pembebanan tersebut ada dua kemungkinan yang terjadi pada
portal yaitu tekuk tidak bergoyang dan tekuk bergoyang. Tekuk adalah bila suatu kolom diberi gaya aksial tekan sebesar P
1
, kolom tidak mengalami tekuk P P
kritis
kolom masih batas stabil, bila aksial P
2
diberi lebih besar dari P
1
, maka kolom akan mengalami tidak stabil. Besar beban yang menjadi batas batang stabil – tidak stabil disebut P
cr
P
kritis
. Disini batang sudah menekuk dan tida bisa kembali seperti semula. Tekuk bisa terjadi pada konstruksi-
konstruksi langsing, misalnya pada kolom-kolom langsing, tebal kelangsing elemen plat dan lain-lain.
Dari peristiwa tekuk pada portal baja tidak terlepas dari stabilitas dari struktur yang menerima beban aksial tekan, meskipun struktur telah memenuhi
syarat kekuatan dan kekakuan, struktur juga harus memenuhi syarat kestabilan sehingga dapat dihindari terjadinya kegagalan dalam perencanaan struktur.
Bila ditinjau portal yang tidak bergoyang dengan perletakan jepit-jepit, pada saat beban kritis portal tertekuk. Ujung atas kolom dikekang elastis oleh
balok yang dihubungkan dengan kolom secara kaku sehingga beban kritis dari kolom tidak hanya tergantung kepada kekakuan kolom tetapi juga pada kekakuan
balok. Masalahnya jika balok dianggap kaku tak terhingga, balok harus tetap lurus saat portal terdeformasi dan kolom tidak dapat berotasi maupun translasi pada
ujung atasnya. Dalam keadaan kolom berkelakuan sebagai batang jepit pada ujung maka beban kritis adalah sama dengan empat kali 4x beban euler dari kolom.
Universitas Sumatera Utara
Alternatif lain balok dianggap fleksibel tidak terhingga, balok tidak dapat memberikan kekangan rotasi untuk ujung atas dari kolom. Kolom berkelakuan
sebagai batang terjepit pada satu ujung dan sendi pada ujung lainnya sehingga beban kritis dari portal mendekati sama dengan dua kali 2x beban euler kolom.
Beban kritis pada portal tak bergoyang dapat ditulis sebagai berikut: 2
�� �
��
4 ��
dimana Pcr adalah nilai kritis dari beban yang bekerja dan Pe beban Euler pada kolom.
Untuk portal bergoyang dengan kekauan baloknya tak terhingga, portal akan tertekuk sedangkan balok tetap lurus. Ujung atas dari kolom adalah bebas
translasi tetapi tidak dapat berotasi. Disini beban kritis dari portal sama besarnya dengan beban Euler dari kolom.
Jika balok fleksibel tak terhingga, ujung atas dari kolom bebas berotasi maupun translasi, balok dan kolom mengalami perpindahan perpindahan. Di sini
kolom berkelakuan jepit pada dasarnya dan ujung atas bebas. Beban kritis dari portal sama dengan seperempat 14 dari beban Euler kolom. Beban kritis dari
portal yang ujungnya bebas translasi lateral berada diantara: 1
4 � �� �
��
�� Portal
semi rigid adalah hubungan antara balok dengan kolom tidak sepenuhnya terjepit dan tidak sepenuhnya sedi dimana konstruksi tersebut
tidak terlepas dari elemen-elemen pelat, kolom dan balok yang menerima gaya-gaya seperti momen, gaya lintang dengan persentasi yang berbeda-
beda.
Universitas Sumatera Utara
Hubungan antara balok dan kolom pada suatu analisa portal baja dalam hal ini menganggap hubungan antara momen yang terajadi dengan putaran sudut yang
diakibatkan adalah linear, dalam kenyataanya adalah non linear. Perilaku yang tidak linear dari hubungan tersebut mempengaruhi perubahan beberapa faktor,
seperti perubahan bentuk lokal local yieling, tekuk lokal local buckling, konsentrasi tegangan stress concentration, pertambahan regangan strain
hardening dan slip pada baut atau las. Situasi tertentu adalah mungkin untuk memodelkan suatu sambungan dengan suatu elemen yang linear dengan kekakuan
konstan. Pada penelitian di laboratorium ditinjau portal semi rigid tidak bergoyang
dengan perletakan sendi-sendi, sambungan balok dengan kolom menggunakan baut elastis, pada saat beban kritis portal akan tertekuk. Besarnya beban kritis
�
��
=
�
2
�� �
2
. Pada saat portal diberi gaya aksial tekan di ujung kolom dengan meletakan
gaya P tepat di garis sumbu batang sehingga tidak ada momen lentur dalam batang sebelum tekuk portal terjadi maka gaya yang terjadi σ
k
=PF. Di sini portal masih dalam keadaan kesetimbangan stabil atau P P
kritis
dimana beban yang dipikul portal relatif kecil.
Bila beban yang dipikul oleh kolom sama dengan P
kritis
P = P
kritis
maka portal akan mengalami deformasi secara serentak, di sini portal telah mengalami
pembengkokan, putaran sudut dan lendutan yang relatif kecil tetapi portal tidak dapat kembali ke bentuk semula.
Sedangkan portal yang menerima gaya aksial tekan lebih besar dari P
kritis
P P
kritis
, di sini portal mengalami deformasi yang berlebihan sehingga
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkan portal mengalami keruntuhan. Pada saat ini kolom telah tertekuk dan kesetimbangan kolom pada posisi tidak stabil.
1.2. Permasalahan