BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Umum - Analisis Desain Kolom Komposit Dengan Metode Load And Resistance Factor Design

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Umum Pada awal perkembangannya penyelimutan baja oleh beton digunakan untuk

  melindungi profil baja dari bahaya suhu yang tinggi akibat api dan korosi pada lingkungan. Sehingga beton dianggap sebagai elemen non struktural dan kekuatan kolom hanya didasarkan kekuatan baja saja. Tetapi dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan, akhirnya diketahui bahwa penyelimutan profil baja dengan beton tidak hanya berguna untuk melindungi profil baja saja. Ternyata beton penyelimut dan profil baja bekerja sama untuk menahan beban yang bekerja. Dengan demikian penyelimutan beton seperti menambah kekuatan dan kekakuan kolom dalam melawan bahaya tekuk .

  Sistem struktur komposit sendiri terbentuk akibat interaksi antara komponen struktur baja dan beton yang karakteristik dasar masing-masing bahan dimanfaatkan secara optimal. Karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur baja adalah kekuatan tinggi, modulus elastisitas tinggi, serta daktalitas tinggi. Sedangkan karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur beton adalah ketahanan yang baik terhadap api, mudah dibentuk, dan murah.

  II.2 Teori Material dan perencanaan

  II.2.1 Beton bertulang

  Beton adalah sebuah bahan bangunan komposit yang terbuat dari kombinasi agregat dan pengikat semen, yang terdiri dari agregat mineral (biasanya kerikil dan pasir), semen dan air. Apabila beton ditulangi dengan luas dan jumlah tulangan yang tidak kurang dari nilai minimum, yang disyaratkan dengan atau tanpa prategang, dan direncanakan berdasarkan asumsi bahwa kedua material bersama-sama dalam menahan gaya yang bekerja, maka disebut dengan beton bertulang.

  Kuat tarik beton berkisar seperdelapan belas kuat tekannya pada umur masih muda dan berkisar seperduapuluh pada umur sesudahnya. Nilai kuat tekan dan tarik bahan beton tidak berbanding lurus. Suatu perkiraan kasar dapat dipakai bahwa nilai kuat tarik bahan beton normal hanya berkisar antara 9% - 15% dari kuat tekannya.

  Nilai pendekatan yang diperoleh dari hasil pengujian berulang kali mencapai kekuatan 0.50 , sehingga untuk beton normal digunakan nilai 0,57 .

• – 0.60 kali√ ′

  √ ′

Gambar 2.1. Diagram tegangan regangan beton

  Beton adalah material buatan atau artifisial (berbeda dengan kayu, dan baja), yang terdiri dari beberapa campuran: a.

  Semen b.

  Air c. Agregat (kerikil) kasar dan halus.

  d. zat aditif jika diperlukan

  Material-material ini dicampur dan diaduk dengan jumlah dan rasio tertentu sehingga mudah dipindahkan, ditempatkan (dituang), dipadatkan (compact), dan dibentuk (finish), dan campuran material tersebut akan mengeras dan menghasilkan produk yang kuat dan tahan lama.

  Jumlah dari masing-masing bahan yang dicampurkan (semen, air, agregat, dll) akan mempengaruhi properti dari beton yang dihasilkan Kekuatannya tinggi dan dapat disesuaikan dengan kebutuhan struktur seperti beton mutu K-225,K-250,K-350 dan seterusnya.

II.2.1.1 Keunggulan Material Beton

  Saat ini masih terdapat banyak sekali struktur yang menggunakan beton, misalnya jembatan, gedung, jalan, dan masih banyak lagi struktur yang lain. Hal ini dikarenakan beberapa keuntungan yang dimiliki beton, antara lain :

   Mudah dibentuk menggunakan bekisting sesuai dengan kebutuhan struktur bangunan.

   Tahan terhadap temperatur tinggi jadi aman jika terjadi kebakaran gedung, atau setidaknya masih memberikan kesempatan kepada penghuni pada saat bencana terjadi.

   Biaya pemeliharaan rendah karena setelah mengeras menjadi batu, asalkan besi tulangan berada pada posisi yang baik didalam beton maka kemungkinan terjadinya karat dapat dikurangi.

   Lebih murah jika dibandingkan dengan baja  Mempunyai kuat tekan yang tinggi.

   Mudah didapat bahan bakunya, karena Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber daya alam misalnya pasir beton dapat ditemukan di pegunungan maupun di dasar lautan  Mempunyai tekstur yang terlihat alami sebagai batuan sehingga dapat difungsikan sebagai bagian dari seni arsitektur  Umurnya tahan lama

  II.2.1.2 Kelemahan Beton

   Beton termasuk material yang relatif berat. Beton mempunyai Berat jenis 2400 kg/m

  2 .

   Kuat tarik kecil (9%-15%) dari kuat tekannya.

  II.2.1.3 Perencanaan struktur beton bertulang

  II.2.1.3.1 Perencanaan pelat

  Perencanaan pelat dikategorikan berdasarkan panjang bentang pada arah x dan y sebagai pelat satu arah dan dua arah sesuai SNI03-2847-2002 sebagai berikut:

  1. Pelat satu arah, yaitu plat yang rasio panjang dengan lebarnya sama dengan 2 atau lebih dari 2. Pada pelat satu arah, pembebanan yang diterima pelat akan diteruskan pada balok-balok (pemikul bagian yang lebih panjang) dan hanya sebagian kecil saja yang akan diteruskan pada gelegar (pemikul pada bagian panel yang lebih pendek).

  2. Pelat dua arah, yaitu pelat yang rasio panjang dengan lebarnya kurang dari 2, sehingga besar pembebanan yang diterima diteruskan pada keseluruhan pemikul di sekeliling panel dan pelat tersebut.

  Pemodelan struktur yang digunakan adalah sistem rangka pemikul momen, di mana pelat difokuskan hanya menerima beban gravitasi. Tumpuan pada sisi-sisi pelat diasumsikan sebagai perletakan jepit elastis.

  Menurut SNI03 — 2847 — 2002 Ps.11.5.3.3 tebal minimum pelat dua arah yang menghubungkan tumpuan pada semua sisinya harus memenuhi untuk < 2,0

  α

  m fy ln(0,8+ )

  1500 min < 120mm .................................................... (2.1)

  h = dan h

  min 36+5β(α m −0,2)

  untuk > 2,0 α

  m fy

  ) ln(0,8+ 1500 min < 90mm .......................................................... (2.2)

  h = dan h

  min 36+9β

  Distribusi pembebanan pada pelat atap dua arah menggunakan metode amplop yang dapat di konversi ke beban ekuivalen merata.

Gambar 2.2. konversi q segi tiga

  

1

  3 Momen maksimum beban segi tiga adalah sedangkan pada beban merata

  

24

  1

  2

  momen maksimumnya adalah dengan menyamakan keduanya, didapat

  8

  persamaan

  1

  1

  2

  3

  = ....................................................................................... (2.3)

  8

24 Dengan menyelesaikan persamaan 2.3

  1

  1

  = ............................................................................................. (2.4)

  8

  24 II.2.1.3.2 Perencanaan Balok

  Dimensi rencana awal balok dapat ditentukan dengan menghitung h minimum balok agar aman dari lendutan sesuai yang di syaratkan SNI03 — 2847 — 2002 pasal

  11.5.2.3b yaitu ℎ = (0,4 + )................................................................................... (2.5)

  16 700

  Untuk gaya-gaya dalam yang dapat digunakan untuk menghitung tulangan dapat digunakan persamaan pada SNI03 — 2847 — 2002 pasal 10.3.3.5

  Momen tumpuan

  2

  ...................................................................................................... (2.6) =

  14 Momen lapangan

  2

  ..................................................................................................... (2.7) =

  14 Gaya geser 1,15

  ................................................................................................. (2.8) =

  1

  2

  ...................................................................................................... (2.9) =

  2

  2 II.2.1.3.3 Perencanaan Penulangan

  Luas tulangan lentur yang diperlukan A s perlu, ditentukan dengan persamaan berikut

  1

  2 = ) ........................................................................... (2.10) (1 − √1 −

  = ..................................................................................... (2.11)

  di mana ................................................................................................ (2.12)

  = ′

  0,85

  ................................................................................................ (2.13) =

  2 Menurut SNI03-2847-2002 pasal 12.5.1 nilai As minimum harus memenuhi

  syarat tidak boleh kurang dari

  ′ √

  = ................................................................................... (2.14)

  4

  juga tidak lebih kecil dari

  1,4

  = ...................................................................................... (2.15) Sedangkan untuk nilai As maksimum di atur dalam SNI03-2847-2002 pasal

  balance

  12.3.3 yaitu berdasarkan nilai ρ .............................................................................. (2.16)

  = 0,75

  balance

  dihitung sesuai dengan pasal 10.4.3 yaitu di mana nilai ρ

  ; 0,85 600

  1

  = ( )...................................................................... (2.17)

  600+

  Sedangkan untuk perencanaan tulangan geser, diatur dalam butir 13 SNI03- 2847-2002. Perncanaan penampang terhadap geser harus didasarkan pada

  ................................................................................................... (2.18) ≥

  =

• .............................................................................................. (2.19)

  ′ √

  = ............................................................................................. (2.20)

  6

  .................................................................................................. (2.21) =

  II.2.1.3.4 Perencanaan kolom

  Faktor panjang efektif, K pada kolom beton ditentukan dengan menggunakan nomogram seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3 dengan menarik garis dari dan . Nilai didapat dari rasio Σ( ⁄ ) dari struktur tekan terhadap Σ( ⁄ ) dari struktur lentur pada salah satu ujung komponen struktur tekan yang ditinjau

  Σ(EI/L)

  ...................................................................................... (2.22) =

  Σ(EI/L)

Gambar 2.3. nomogram faktor panjang efektif K

  Untuk perhitungan perbesaran momen, nilai EI dihitung berdasarkan SNI03 —

  2847 — 2002 pasal 12.11.1 yaitu

  ........................................................................................... (2.23) = 0,7

  .......................................................................................... (2.24) = 0,35

  Untuk komponen tekan yang tidak ditahan terhadap goyangan samping, pengaruh kelangsingan boleh diabaikan apabila (2.25)

  < 2 di mana nilai r sesuai SNI03 — 2847 — 2002 pasal 12.11.2 adalah r= 0,3h....................................................................................................... (2.26) dengan substitusi persamaan 2.17 ke persamaan 2.16 didapat

  < 2....................................................................................................... (2.27) Nilai beban kritis Pc dihitung sesuai SNI03

  — 2847 — 2002 pasal 12.12.3 yaitu

  2

  ............................................................................................... (2.28) =

  2 ( )

  Karena adanya perbesaran momen, maka momen M

  1 dan M 2 pada ujung-ujung

  komponen struktur tekan harus diambil sesuai persamaan pada SNI03 — 2847 — 2002

  pasal 12.13.3

  =

• .................................................................................. (2.29)

  1

  1

  1

  =

• .................................................................................. (2.30)

  1

  1

  1

  di mana dihitung dengan

  1

  .........................................................................................(2.31) =

  Σ 1−

  0,75Σ

  Untuk penulangan, SNI03-2847-2002 membatasi luas tulangan longitudinal komponen struktur tekan non-komposit tidak boleh kurang dari 0,01 ataupun lebih dari 0,08 kali luas bruto penampang A g

  II.2.2 Baja

  Baja adalah logam paduan dengan besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Selain beton, baja merupakan salah satu bahan bangunan yang banyak digunakan sampai saat ini.

  Baja sebagai material bangunan mulai digunakan sejak abad ke 19 ketika dimulainya revolusi industri di Inggris. Baja terkenal amat baik untuk bahan utama struktur bangunan karena memiliki kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang sama baiknya. Jadi, baja memiliki kekuatan terhadap beban tarik dan tekan aksial serta beban lentur yang amat baik. Kekuatan besar ini membutuhkan volume yang relatif tidak tinggi.

  II.2.2.1 Sifat-sifat Mekanis Baja

  Menurut SNI 03

• –1729–2002 tentang tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung, sifat mekanis baja terdiri dari:

   Tegangan leleh untuk perencanaan (fy) tidak boleh diambil melebihi nilai yang diberikan pada tabel di bawah:  Tegangan putus untuk perencanaan (fu) tidak boleh diambil melebihi nilai yang diberikan pada tabel di bawah:

Tabel 2.1 Datasheet Karakteristik Baja

  Kebanyakan properti mekanika yang penting dari baja untuk desain didapat dari test tarik. Properti penting yang didapat dari test tarik adalah tegangan leleh baja (fy), tegangan ultimate ( fu ) dan modulus elastisitas ( E ).

Gambar 2.4 Diagram tegangan regangan baja

  Beberapa sifat penting dari baja yang dapat dipergunakan dalam perhitungan struktur baja adalah :

  Tegangan tarik leleh ( fy )

  Tegangan tarik leleh ( fy ) didapat dari diagram tegangan-regangan seperti pada gambar 2.4, yang merupakan tegangan yang menjadi batas keadaan elastis dan plastis

  Modulus Elastisitas ( E )

  Modulus Elastisitas ( E ) merupakan kemiringan ( tangen ) dari grafik tegangan regangan pada bagian garis lurus yang melalui titik nol ( 0 ) pada gambar 2.4

II.2.2.2 Keunggulan Material Baja

  Baja sebagai material bangunan memiliki keuntungan-keuntungan sebagai berikut:  Kekuatan tinggi Kekuatan per volume tetap paling tinggi dibanding dengan material lain. Kekuatan dinyatakan dengan Fy (Tegangan Leleh) dan Fu (Tegangan Tarik Batas). Akibatnya, dalam perhitungan beban mati, nilainya lebih kecil dengan bentang yang bisa lebih lebar sehingga ruang dapat dimanfaatkan akibat kecilnya profil baja yang dipakai.

   Kemudahan Pemasangan Umumnya semua komponen konstruksi baja dipersiapkan di bengkel. Yang dilakukan di lapangan atau site adalah menyambung/ assembly komponen- komponen ini. Semua komponen, sambungan, dan alat sambung baja memiliki standar baik yang nasional maupun internasional  Keseragaman Karena baja adalah komponen yang homogen dan buatan manusia, maka keseragaman sangat tinggi dan dapat diharapkan pula keseragaman dalam hal kekuatannya. Karena keseragaman inilah maka pemborosan yang terjadi dalam proses pelaksanaan umumnya dapat ditekan.

   Daktilitas Daktilitas adalah sifat material yang memungkinkan adanya deformasi yang besar akibat tegangan tarik tanpa hancur dan putus. Adanya sifat ini pada baja membuat konstruksi baja tidak dapat runtuh tiba- tiba apabila terjadi beban yang berlebihan. Ini sangat menguntungkan bila bangunan mengalami beban besar tiba- tiba misalnya beban gempa.

   Keuntungan lainnya: Proses pemasangan cepat dan tak perlu menunggu untuk mencapai 100%

• kekuatan Dapat dilas
• Komponen-komponen strukturnya bisa digunakan lagi untuk keperluan
• lainnya Komponen-komponen yang sudah tidak dapat digunakan lagi masih
• mempunyai nilai sebagai besi tua. Struktur yang dihasilkan bersifat permanen dengan cara pemeliharaan yang
• tidak terlalu sukar.

II.2.2.3 Kelemahan Baja

  Baja Sebagai material bangunan memiliki keuntungan-keuntungan sebagai berikut:  Komponen-komponen struktur yang dibuat dari bahan baja perlu diusahakan supaya tahan api sesuai dengan peraturan yang berlaku untuk bahaya kebakaran  Diperlukannya suatu biaya pemeliharaan untuk mencegah baja dari bahaya karat  Akibat kemampuannya menahan tekukan pada batang-batang yang langsing, walaupun dapat menahan gaya-gaya aksial, tetapi tidak bisa mencegah terjadinya  Pergeseran horizontal.

  II.2.2.4 Perencanaan struktur baja

  Batas kelangsingan profil baja kompak ditentukan dalam SNI03-1729-2002

  pasal 7.6.4. untuk sayap

  170

  ................................................................................................... (2.32) ≤

  2 √

  Dan untuk badan

  ℎ 1680

  ................................................................................................... (2.33) ≤

  √

  II.2.2.4.1 Perencanaan komponen lentur

  Suatu komponen struktur yang memikul lentur harus memenuhi persyaratan berikut sesuai SNI03-1729-2002 pasal 8.1.1 dan 8.1.2 yaitu .............................................................................................. (2.34)

  ≤ dan .............................................................................................. (2.35)

  ≤ Kuat nominal lentur penampang dengan pengaruh tekuk lokal di hitung dengan mengikuti kaidah SNI03-1729-2002 SNI03-1729-2002 pasal 8.2 Momen leleh My adalah momen lentur yang menyebabkan penampang mulai mengalami tegangan leleh. Sesuai SNI03-1729-2002 SNI03-1729-2002 pasal 18.2b besarnya dihitung dengan

  ............................................................................................. (2.36) =

  Kuat lentur plastis Mp momen lentur yang menyebabkan seluruh penampang mengalami tegangan leleh. Sesuai SNI03-1729-2002 pasal 18.2b ditentukan dengan memilih nilai terkecil antara

  ............................................................................................. (2.37) = atau

  Mp = 1,5 My ............................................................................................. (2.38) Momen batas tekuk Mr diambil sama sesuai persamaan SNI03-1729-2002

  pasal 8.2.1c )....................................................................................... (2.39) – = (

  Kuat lentur nominal penampang dengan pengaruh tekuk lateral dihitung dengan mengikuti kaidah SNI03-1729-2002 SNI03-1729-2002 pasal 8.2. momen kritis Mc untuk profil I dan kanal ganda adalah sebesar

  ( − )

  ............................................. (2.40) = [ + ( − ) ] ≤

  ( − )

  di mana faktor pengali momen Cb ditenrukan dengan persamaan dari SNI03-1729- 2002 pasal8.3.1

  12,5

  = ≤ 2,3............................................................ (2.41)

  2,5 +3 +4 +3

  Panjang bentang untuk pengekangan lateral Lp sesuai persyaratan pada SNI03- 1729-2002 dihitung dengan persamaan

  ..................................................................................... (2.42) = 1,76

  √ Kuat geser pelat badan dihitung sesuai ketentuan SNI03-1729-2002 pasal 8.8. pelat badan yang memikul gaya geser perlu (Vu) harus memenuhi

  ................................................................................................... (2.43) ≤

  Kuat geser nominal pelat badan harus dihitung sebagai berikut sesuai anonim2,

  2002

  .......................................................................................... (2.44) = 0,6

  II.2.2.4.2 Perencanaan komponen tekan

  Suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentrasi akibat beban terfaktor, Nu, harus memenuhi persyaratan seperti diatur dalam SNI03-1729-2002 Pasal 9.1

  ................................................................................................ (2.45) ≤ Analisis tekuk komponen struktur diatur dalam SNI03-1729-2002 pasal 7.6.

  cr

  gaya tekuk elastis komponen struktur (N ) ditetapkan sebagai berikut ................................................................................................ (2.46)

  2

  = dengan parameter kelangsingan kolom λc ............................................................................................... (2.47)

  √ = dan Panjang tekuk = .................................................................................................. (2.48) nilai kelangsingan kolom

  ...................................................................................................... (2.49) = dengan mensubstitusikan persamaan 3.39 ke persamaan 3.37

  ............................................................................................... (2.50) = √

  Daya dukung nominal komponen struktur tekan seperti yang di atur dalam SNI03-1729-2002 adalah

  ................................................................................................ (2.51) =

  ...................................................................................................... (2.52) =

  Untuk ≤ 0,25 maka = 1............................................................................. (2.52a)

  1,43

  Untuk ...................................................... (2.52b) 0,25 < < 1,2maka =

  1,6−0,67

  2 Untuk .................................................................. (2.52c)

  ≤ 0,25 maka = 1,25 Persamaan interaksi aksial-momen harus dipenuhi oleh setiap komponen struktur sesuai persyaratan SNI03-1729-2002 Pasal 7.4.3.3.

8 Bila

  ≥ 0,2 maka ( ) ≤ 1,0............................ (2.53a) + +

  9

  8 Bila

  < 0,2 maka + + ( ) ≤ 1,0.......................... (2.53b)

  2

  9 II.3 Struktur Komposit Beton-Baja

  Struktur komposit (Composite) merupakan struktur yang terdiri dari dua material atau lebih dengan sifat bahan yang berbeda dan membentuk satu kesatuan sehingga menghasilkan sifat gabungan yang lebih baik

  Karena struktur komposit melibatkan dua macam material yang berbeda, maka perhitungan kapasitasnya tidak sesederhana bila struktur bukan komposit.

  Karakteristik dan dimensi kedua bahan akan menentukan bagaimana pemilihan jenis profil dan pelat beton yang akan dikomposisikan dan kinerja struktur tersebut.

  Sistem struktur komposit sendiri terbentuk akibat interaksi antara komponen struktur baja dan beton yang karakteristik dasar masing-masing bahan dimanfaatkan secara optimal. Karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur baja adalah kekuatan tinggi, modulus elastisitas tinggi, serta daktalitas tinggi. Sedangkan karakteristik penting yang dimiliki oleh struktur beton adalah ketahanan yang baik terhadap api, mudah dibentuk, dan murah.

  Struktur komposit dalam aplikasinya dapat merupakan elemen dari bangunan, baik sebagai balok, kolom, dan pelat. Umumnya struktur komposit berupa :

  1. Kolom baja terbungkus beton / balok baja terbungkus beton (Gambar 2.5.a/d).

  2. Kolom baja berisi beton/tiang pancang (Gambar 2.5.b/c).

  3. Balok baja yang menahan slab beton (Gambar 2.5.e).

  (a) (b) (c) (d) (e)

Gambar 2.5 Macam-macam Struktur Komposit

II.3.1 Balok Komposit

  Balok adalah salah satu di antara 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.

  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 :

  1. 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).

  2. 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).

  3. Balok baja yang diberi selubung beton 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 uang 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.

II.3.1.1 Lebar Efektif Pelat Beton komposit

  Lebar efektif pelat lantai yang membentang pada masing- masing sisi dari sumbu balok komposit seperti yang diatur dalam SNI03- 1729-2002 tidak boleh melebihi : a.

  Seperdelapan dari bentang balok (jarak antara tumpuan) ............................................................................................(2.44a)

  ≤

  8 b.

  Jarak ke tepi pelat ≤ ...........................................................................................(2.44b)

II.3.1.2 Kekuatan Balok Komposit dengan Penghubung geser

  Kuat lentur negatif rencana ø b M n , harus dihitung untuk penampang baja saja, dengan mengikuti ketentuan-ketentuan pada butir 8 SNI03-

  b n

  1729-2002. Kuat lentur positif rencana ø M ditentukan sebagai berikut:

  ℎ 1680

  a. ............................................................................... (2.45) Untuk ≤

  √

  Dengan ø b =0,85 dan Mn dihitung berdasarkan distribusi tegangan plastis pada penampang komposit

  ℎ 1680

  b. ............................................................................... (2.46) Untuk >

  √

  Dengan ø b =0,85 dan Mn dihitung berdasarkan superposisi tegangan- tegangan elastis yang memperhitungkan pengaruh tumpuan sementara

• ( ( +

• ..........................................................................(2.49)
• ( −
• ((
• ℎ ) − )

  = dan =

  = .............................................................................................(2.51) = + + ℎ − .....................................................................(2.52)

  (2.50)  Menghitung modulus penampang transformasi

  2

  2

  2

  )

  2

  12

  3

  ( )

   Menghitung momen inersia penampang transformasi =

  2 ))

  2

  = .

  ) ...................................................................................(2.48) dimana: Es = 200000 Mpa  Menentukan letak garis netral penampang transformasi

  ...........................................................................................(2.47) = (

  ................................................................................................. (2.46) =

  (Mpa) ; Untuk beton normal .................................. (2.45) =

   Menghitung nilai transformasi beton ke baja = 4700. √ ′

Gambar 2.6 Distribusi tegangan elastis pada balok

  II.3.1.3.1 Perhitungan Mn berdasarkan distribusi tegangan elastis

  II.3.1.3 Menghitung Momen Nominal

  ......................................................................(2.53)

  ( .0,5 )+( ( .0,5 ))

  = 0,85f

  =

  2

  = ℎ + − . ................................................................................ (2.57a)

  1

  ....................................................................................... (2.56c)  Mengitung jarak ke sentroid

  n n=1

  = ∑ Qn

  3

  ...................................................................... (2.56b) C

  eff

  x b

  plat

  x t

  c ′

  2

   Menghitung momen ultimate Kapasitas momen positif penampang balok komposit penuh digunakan dari nilai yang terkecil dari

  ............................................................................................. (2.56a) C

  y

  xf

  s

  = A

  1

  C

  gaya tekan yang terjadi pada pelat sesuai persamaan Untuk aksi komposit di mana beton mengalami gaya tekan akibat lentur, gaya geser horizontal total yang bekerja pada daerah yang dibatasi oleh titik-titik momen positif maksimum dan momen nol yang berdekatan harus diambil sebagai nilai terkecil dari:

Gambar 2.7 Distribusi tegangan plastis pada balok

  II.3.1.3.2 Perhitungan Mn berdasarkan distribusi tegangan plastis

  ...................................................................................(2.55)

  2 = .

  ........................................................................(2.54)

  1 = 0,85. . .

• ............................................................... (2.57b)

• 2
• 3

  Idealnya alat penghubung geser harus cukup kaku untuk menghasilkan interaksi penuh, namun hal ini akan memerlukan pengaku yang sangat tegar. Adapun jenis- jenis alat penghubung geser yang biasa digunakan adalah sebagai berikut:

  .............................................................................................(2.70)

  Dan untuk perhitungan jumlah penghubung geser (shear connector) yang dibutuhkan digunakan persamaan : =

  ≤ .................................................... (2.60)

  ′

  = 0,5 √

   Alat penyambung siku (angle conector) Pada tugas akhir ini, alat penghubung geser yang digunakan berbentuk Stud berkepala (stud connector). Kekuatan penghubung geser jenis paku sesuai SNI03:

   Alat penyambung spiral (spiral connector)

   Alat penyambung kanal (canal connector)

   Alat penyambung stud (stud connector) berkepala dan berbentuk pancing.

  Gaya geser yang terjadi antara pelat beton dan profil baja harus dipikul oleh sejumlah penghubung geser, sehingga tidak terjadi slip pada saat masa layan.

  3

  II.3.1.4 Penghubung Geser

  )......................................................... (2.59)

  2

  ) + (

  1

  = (

  ................................................................................................... (2.57c)  Menghitung momen ultimate

  2

  =

  II.3.1.5 Kontrol lendutan

  Batasan 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 dihitung dengan rumus :

  4

  5

  untuk beban terbagi rata ................(2.71) =

  384

  4

  5

  untuk beban terpusat di tengah bentang ................(2.72) =

  384

II.3.2 Kolom Komposit

  Menurut SNI 03-1729-2002, kolom komposit di definisikan sebagai: 1. Kolom yang terbuat dari penampang baja gilas atau tersusun yang diberi selubung beton di sekelilingnya, (gambar 2.8.a/b)

  2. Kolom yang terbuat dari penampang baja berongga yang diisi dengan beton struktural. (gambar 2.8.c/ d)

Gambar 2.8 Penampang Kolom komposit Pada kolom baja berselubung beton (gambar 2.8.a dan 2.8.b) penambahan beton dapat menunda terjadinya kegagalan lokal buckling pada profil baja serta berfungsi sebagai material penahan api, sementara itu material baja di sini berfungsi sebagai penahan beban yang terjadi setelah beton gagal. Sedangkan untuk kolom baja berintikan beton (gambar2.8.c dan gambar 2.8.d) kehadiran material baja dapat meningkatkan kekuatan dari beton serta beton dapat menghalangi terjadinya lokal buckling pada baja.

II.3.2.1 Kriteria Kolom Komposit

  Kriteria untuk kolom komposit bagi komponen struktur tekan: 1)

  Luas penampang profil baja minimal sebesar 4% dari luas penampang komposit total; 2)

  Selubung beton untuk penampang komposit yang berintikan baja harus diberi tulangan baja longitudinal dan tulangan pengekang lateral. Tulangan baja longitudinal harus menerus pada lantai struktur portal, kecuali untuk tulangan longitudinal yang hanya berfungsi memberi kekangan pada beton. Jarak antar pengikat lateral tidak boleh melebihi 2/3 dari dimensi terkecil penampang kolom komposit. Luas minimum penampang tulangan transversal (atau longitudinal) tidak boleh kurang dari 0,18 mm2 untuk setiap mm jarak antar tulangan transversal (atau longitudinal) terpasang.

  Tebal bersih selimut beton dari tepi terluar tulangan longitudinal dan transversal minimal sebesar 40 mm; 3)

  Mutu beton yang digunakan tidak lebih tinggi daripada 55 Mpa dan tidak kurang dari 21 MPa untuk beton normal dan tidak kurang dari 28 MPa untuk beton ringan;

  4) Tegangan leleh profil dan tulangan baja yang digunakan untuk perhitungan kekuatan kolom komposit tidak boleh melebihi 380 MPa;

  5) Tebal minimum dinding pipa baja atau penampang baja berongga yang diisi beton adalah

  /3 untuk setiap sisi selebar b pada penampang √ persegi dan

  /8 untuk penampang bulat yang mempunyai diameter √ luar D.

  II.3.2.2 Kuat rencana

  Kuat rencana kolom komposit yang menumpu beban aksial (SNI 03-1729- 2002) adalah

  , dengan = ϕcP c=0,85............................................................... (2.73)

  ........................................................................................... (2.74) =

  .............................................................................................. (2.75) =

  c

  untuk λ ≤ 0,25 maka ω = 1........................................................................ (2.76a)

  1,43

  untuk 0,25< λ <1,2 maka ω = .....................................................(2.76b)

  1,6−0,67λ c c c .................................................................................................. (2.76c)

  untuk λ ≥ 1,2 maka ω = 1,25λ dengan: ...................................................................................... (2.77)

  λ = √

• = ( ) + ′ ( ) .................................................... (2.78)

  1

  2

  = + ( ) ............................................................................ (2.79)

  3 1,5

  ...........................................................................(2.80) = 0,041 √ ′

  Pada persamaan di atas c1,c2 dan c3 adalah koefisien yang besarnya a. untuk pipa baja yang diisi beton c1=1,0 ; c2 = 0,85 dan c3=0,4 ...........................................................(2.81a) b. untuk profil baja yang diberi selubung beton c1=0,7 ; c2 = 0,6 dan c3=0,2 ............................................................(2.81b)

II.3.2.3 Ketahanan terhadap bahaya api

  Salah satu keuntungan yang didapat dari kolom komposit baja berselimut beton adalah faktor ketahanan terhadap bahaya api. American Institute of Steel Building dalam Steel desing Guide 19

• – Fire Resistance of Structural Steel Framing memberi petunjuk dalam mendesain struktur tahan api.

  (a)precast concrete column cover; (b)concrete encased Steel column

Gambar 2.9 kolom baja struktural dengan pelindung beton

  Penyelimutan profil baja oleh beton dapat berfungsi untuk memperpanjang waktu bagi kolom dapat terus memikul beban dengan menggunakan kapasitas termal beton untuk keuntungan kolom itu. Kapasitas beton untuk menyerap panas dipengaruhi oleh kadar air dari beton. Oleh karena itu, ketahanan api dapat ditentukan dengan persamaan dalam dua langkah. Pertama, daya tahan api dengan kadar air nol ditentukan, dan kemudian bahwa ketahanan api meningkat sebagai fungsi dari kelembaban yang sebenarnya. IBC butir 720.5.1.4 daftar persamaan untuk daya tahan api pada kelembaban nol dirumuskan sebagai:

  1,6 ℎ 0,7

  = 10( / ) + 17 ( 0,2 ) [1 + 26 ( )].................... (2.82)

  ℎ( +ℎ) dimana: R = Tingkat ketahanan terhadap api pada kelembaban nol (menit) W = Berat jenis kolom baja (lbs/ft), untuk baja normal 90 lbs/ft D = Parameter dalam perlindungan api (in), = 84,6 in h = Ketebalan pelindung beton (in)

  o o

  kc = Konduktivitas themal beton pada suhu kamar (Btu/hr

  F), =0,95 Btu/hr F

  o

  H = Kapasitas termal kolom baja pada suhu kamar = 0,11W (Btu/ft F

  c = Kepadatan beton (pcf)

  ρ

  o

  c c = panas spesifik beton pada suhu kamar (Btu/lb

  F) L = dimensi satu sisi kolom beton pelindung (in)

  Parameter di atas dapat diatur agar sesuai dengan konfigurasi di lapangan dari kolom komposit baja di selimuti beton seperti pada gambar 2.9b. ketika ruang antara saya dan badan profil baja diisi dengan beton (seperti pada gambar 28b), kapasitas termal dari kolom baja, H, dapat ditingkatkan sebagai berikut

  2

  = 0,11 + ( ) ( − )............................................................(2.83)

  144

  dimana: d = tinggi penampang profil baja (in) As = luas penampang profil baja (in)

II.3.3 Aksi Komposit

  Aksi komposit terjadi apabila dua batang struktural pemikul beban seperti pada pelat beton dan balok baja sebagai 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, sehingga masing-masing memikul beban secara terpisah. Apabila balok non- komposit mengalami defleksi pada saat dibebani, maka permukaan bawah pelat beton akan tertarik dan mengalami perpanjangan sedangkan permukaan atas dari balok baja akan tertekan dan mengalami perpendekan.

  Karena penghubung 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 vertikal. 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 vertikal dan horizontal, di mana gaya geser horizontal tersebut akan menahan perpanjangan serat bawah pelat dan perpendekan serat atas balok baja.

Gambar 2.10 Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit

  

(Salmon dkk, 1991)

  Untuk memahami konsep kelakuan komposit, diambil contoh pada balok yang tidak komposit seperti tampak dalam Gambar.2.10 Pada keadaan ini, jika gesekan antara pelat dan balok diabaikan, balok dan plat masing-masing memikul suatu bagian beban secara terpisah. Bila pelat mengalami deformasi akibat beban vertikal, permukaan bawahnya akan tertarik dan memanjang; sedang permukaan atas balok tertekan dan memendek. Jadi, diskontinuitas akan terjadi pada bidang kontak. Karena gesekan diabaikan, maka hanya gaya dalam vertikal yang bekerja antara plat dan balok.

  Kekakuan lantai komposit jauh lebih besar dari kekakuan lantai beton yang balok penyanggahnya bekerja secara terpisah. Biasanya plat beton bekerja sebagai plat satu arah yang membentang antara balok-balok baja penyangga. Dalam perencanaan komposit, aksi plat beton dalam arah sejajar balok dimanfaatkan dan digabungkan dengan balok baja penyangga. Akibatnya, momen inersia konstruksi lantai dalam arah balok baja meningkat dengan banyak.

  Kekakuan yang meningkat ini banyak mengurangi lendutan beban hidup dan jika penunjang (shoring) diberikan selama pembangunan, lendutan akibat beban mati juga akan berkurang. Pada aksi komposit penuh, kekuatan batas penampang jauh melampaui jumlah dari kekuatan plat dan balok secara terpisah sehingga timbul kapasitas cadangan yang tinggi.

II.4 Metode Desain

  Dalam perencanaan struktur baja dikenal dua macam filosofi desain yang sering digunakan, yaitu desain tegangan kerja (oleh AISC diacu sebagai Allowable Stress Design, ASD) dan desain keadaan batas (oleh AISC diacu sebagai LRFD). LRFD merupakan suatu perbaikan terhadap perencanaan sebelumnya, yang memperhitungkan secara jelas keadaan batas, aneka ragam faktor beban dan faktor resistensi, atau dengan kata lain LRFD menggunakan konsep memfaktorkan, baik beban maupun resistensi.

  Desain ASD telah lama dikenal dan digunakan sebagai filosofi utama dalam perencanaan struktur baja selama kurang lebih 100 tahun. Dalam desain tegangan kerja, fokus perencanaan terletak pada kondisi-kondisi beban layanan (tegangan- tegangan unit yang mengasumsikan struktur elastis) yang memenuhi persyaratan keamanan (kekuatan yang cukup) bagi struktur tersebut.

  Dalam perkembangan selanjutnya, pada tahun 1986 di Amerika Serikat diperkenalkanlah suatu filososfi desain yang baru, yaitu desain keadaan batas yang disebut LRFD. Metode ini diperkenalkan oleh American Institute of Steel Construction (AISC), dengan diterbitkannya dua buku “Load and Resistance Factor Design Spesification for Structural Steel Buildings” (yang dikenal sebagai LRFD spesification) dan Load and Resistance Factor Design of Steel Construction (LRFD manual) yang menjadi acuan utama perencanaan struktur baja dengan LRFD.

  LRFD adalah suatu metode perencanaan struktur baja yang mendasarkan perencaannya dengan membandingkan kekuatan struktur yang telah diberi suatu faktor resistensi (  ) terhadap kombinasi beban terfaktor yang direncanakan bekerja pada

  iQi

  struktur tersebut (  ). Faktor resistensi diperlukan untuk menjaga kemungkinan kurangnya kekuatan struktur, sedangkan faktor beban digunakan untuk mengantisipasi kemungkinan adanya kelebihan beban.

  Peraturan di Indonesia sendiri, yakni SNI 03

• – 1729 – 2002 , meskipun tidak ada dicantumkan penjelasan mengacu metode ASD atau LRFD, namun peraturan ini lebih mengacu kepada LRFD sebelum AISC code 2005.

Dalam Tugas Akhir ini Penulis Menggunakan Metode desain Load and Resistance Factor Design (LRFD) yang telah di sesuaikan dengan kondisi di Indonesia oleh SNI 03-1729-2002 dalam merencanakan bangunan sepuluh tingkat struktur komposit.

  II.5 Analisis Struktur