ANALISIS SAMBUNGAN ANTARA RIGID CONNECTION DAN SEMI-RIGID CONNECTION PADA SAMBUNGAN BALOK DAN KOLOM PORTAL BAJA
ANALISIS SAMBUNGAN ANTARA RIGID CONNECTION
DAN SEMI-RIGID CONNECTION PADA SAMBUNGAN
BALOK DAN KOLOM PORTAL BAJA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian
Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
MUTIA SHELBI
11 0424 022
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan berkah, rahmat, serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah
“Analisis Sambungan Antara
Rigid Connection Dan Semi-Rigid Connection Pada Sambungan Balok Dan
Kolom Portal Baja ”.Penyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, dukungan, serta bimbingan dari berbagai belah pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil; 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil; 3. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc, selaku Koordinator PPSE,
Departemen Teknik Sipil; 4. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT, selaku Pembimbing, yang telah memberikan arahan, dukungan, masukan, serta meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran
Beliau dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini; 5. Bapak Ir. Sanci Barus, MT dan Ibu Rahmi Karolina, ST., MT, selaku Penguji, yang turut memberikan masukan dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini;
6. Bapak/ibu seluruh Staff Pengajar, serta Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Sipil; 7. Kedua Orang Tua penulis yang teristimewa, Ayahanda Yusuf Effendi dan
Ibunda Yunes Nelly, serta kedua Saudari penulis, kakanda Puji Maya Sari dan adinda Ketty Wulandari, yang telah bersabar dan tak henti-hentinya memberikan doa, motivasi, nasehat, serta dukungan. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, dan kasih sayang yang tiada batas untuk penulis;
8. Teman-teman seperjuangan penulis : Icha, Pipit, Nisa, Delima, Mazia, Dewi, dan Dhilla, serta teman-teman Mahasiswa/i Angkatan 2011-2013 lainnya, terima kasih atas bantuannya selama ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun, demi perbaikan untuk menjadi lebih baik lagi.
Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Februari 2015 Hormat saya,
Mutia Shelbi 11 0424 022
ABSTRAK
Pada konstruksi baja, penyambungan terjadi karena profil yang digunakan memiliki panjang batang yang kurang dari perencanaan, serta terjadinya pertemuan antara suatu batang dengan batang yang lain pada satu titik buhul, yang kemudian penyambungannya dibantu dengan menggunakan pelat buhul. Dalam perencanaan sambungan, pemilihan alat sambung yang akan digunakan mempengaruhi kekuatan sambungan dan kondisi kekakuan yang berbeda-beda sesuai jenis dan fungsinya. Pada analisa mengenai sambungan antara balok dan kolom ini, bertujuan untuk melihat apakah sambungan bersifat rigid atau semi-
rigid , dimana sambungan yang ditinjau berupa end-plate connection jenis
extended one way , dengan menggunakan profil baja IWF 350 x 175 x 7 x 11,
2
spesifikasi Bj 37 (fy = 2400 kg/cm ). Alat sambung yang digunakan adalah baut mutu biasa (baut hitam A ) dan baut mutu tinggi A . Peraturan yang digunakan
307 325
sebagai pedoman adalah peraturan SNI 03-1729-2002 untuk Struktur Baja dengan metode LRFD (Load and Resistance Factor Design), serta panduan dari American
Institute of Steel Construction (AISC). Dari hasil analisa dan perhitungan,
diperoleh nilai kekuatan penampang balok yang digunakan pada sambungan, berupa momen elastis My sebesar 1.865.136 kg.cm dan momen plastis Mp sebesar 2.018.040 kg.cm. Sedangkan momen tahanan nominal Mn sambungan baut yang terjadi pada sambungan dengan menggunakan baut mutu biasa (Baut Hitam) sebesar 1.424.201,21 kg.cm, dan baut Mutu Tinggi sebesar 3.357.047,09 kg.cm. Dengan demikian, sambungan antara balok dan kolom yang menggunakan alat sambung Baut Hitam merupakan sambungan Semi-rigid Connection, karena momen yang terjadi pada sambungan (pengaruh alat sambung) lebih kecil dari momen yang disambung (pengaruh kekuatan penampang balok). Sedangkan sambungan yang menggunakan Baut Mutu Tinggi merupakan sambungan Rigid
Connection , karena momen yang terjadi pada sambungan lebih besar dari momen
yang disambung.Kata kunci : sambungan struktur baja, alat sambung, kekakuan
(rigiditas/rigidity), sambungan momen
DAFTAR ISI
7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................
2.3.2 Sambungan Berdasarkan Karakteristik Kekakuan (Rigidity) . 20
2.3.1 Sambungan Momen (Moment Connection) .................... 14
2.3 Sambungan Konstruksi Baja ...................................................... 12
9
9 2.2 Material Baja ..............................................................................
9 2.1 Umum .........................................................................................
5 1.7 Sistematika Penulisan .................................................................
LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR ........................................................................................ i ABSTRAK .......................................................................................................... iii DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii DAFTAR TABEL .............................................................................................. x DAFTAR NOTASI ............................................................................................ xi BAB I PENDAHULUAN .............................................................................
4 1.6 Metodologi Penelitian ................................................................
4 1.5 Pembatasan Masalah ..................................................................
3 1.4 Manfaat .......................................................................................
3 1.3 Tujuan .........................................................................................
1 1.2 Perumusan Masalah ....................................................................
1 1.1 Latar Belakang ............................................................................
2.3.2.1 Sambungan Kaku (Rigid Connection) .............. 21
2.3.2.2 Sambungan Sederhana (Simple Framing) ........ 23
2.3.2.3 Sambungan Semi-kaku (Semi-rigid Connection) 24
2.4 Alat Sambung Konstruksi Baja .................................................. 26
2.4.1 Baut ................................................................................. 26
2.4.1.1 Jenis Baut .......................................................... 26
2.4.1.2 Kekuatan Baut .................................................. 36
2.4.1.3 Kriteria Perencanaan Baut ................................ 41
2.4.1.4 Sambungan Kombinasi Geser dan Tarik Menggunakan Baut ........................................... 42
2.4.2 Las ................................................................................... 44
2.4.2.1 Jenis Las ........................................................... 44
2.4.2.2 Jenis Sambungan Las ....................................... 45
2.4.2.3 Kekuatan Las .................................................... 46
2.4.2.4 Kriteria Perencanaan Las .................................. 48
2.5 Hubungan Sambungan Antara Balok dan Kolom ...................... 50
BAB III METODOLOGI PERENCANAAN SAMBUNGAN ....................... 53
3.1 Pendahuluan ............................................................................... 53
3.2 Permodelan Sambungan ............................................................. 53
3.3 Data Perencanaan Sambungan ................................................... 54
3.4 Analisis Sambungan Antara Balok dan Kolom .......................... 55
3.4.1 Sambungan Baut ............................................................. 55
3.4.1.1 Filosofi Pendesainan ......................................... 55
3.4.1.2 Tahapan Analisa ............................................... 55
BAB IV ANALISIS SAMBUNGAN ANTARA BALOK DAN KOLOM .... 72
4.1 Data Perencanaan ....................................................................... 73
4.2 Perencanaan Sambungan Antara Balok dan Kolom ................... 73
4.2.1 Analisa Kekuatan Penampang Balok .............................. 74
4.2.2 Daerah Tegangan ............................................................ 75
4.2.3 Sambungan Baut Hitam .................................................. 75
4.2.3.1 Diameter Baut ................................................... 75
4.2.3.2 Momen Tahanan ............................................... 77
4.2.3.3 Desain End Plate ............................................... 80
4.2.3.4 Daerah Tekanan End Plate ............................... 81
4.2.3.5 Gaya Geser Pada Web Kolom .......................... 82
4.2.3.6 Gaya Geser Vertikal Baut ................................. 82
4.2.4 Sambungan Baut Mutu Tinggi ....................................... 83
4.2.3.1 Diameter Baut ................................................... 83
4.2.3.2 Momen Tahanan ............................................... 85
4.2.3.3 Desain End Plate ............................................... 88
4.2.3.4 Daerah Tekanan End Plate ............................... 89
4.2.3.5 Gaya Geser Pada Web Kolom .......................... 90
4.2.3.6 Gaya Geser Vertikal Baut ................................. 90
BAB V PENUTUP ......................................................................................... 92
5.1 Kesimpulan ................................................................................. 92
5.2 Saran ........................................................................................... 93 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.9. Distribusi momen tahanan terhadap momen jepit sempurna pada sambungan semi-kakuGambar 2.15. Baut yang mengalami geser tunggalGambar 2.14. Permodelan sambungan baut dalam kondisi tidak diberi pratarik dan diberi pratarikGambar 2.13. Mekanisme sambungan friksiGambar 2.12. Mekanisme sambungan tumpuGambar 2.11. Alat sambung bautGambar 2.10. Sambungan semi-rigid connectionGambar 2.8. Sambungan simple connectionGambar 1.1. Jenis sambungan menurut perilaku sudut rotasi antara balok dan kolom : (a) sendi; (b) kaku; (c) semi-kakuGambar 2.7. Distribusi momen tahanan terhadap momen jepit sempurna pada sambungan sederhanaGambar 2.6. Sambungan rigid connectionGambar 2.5. Distribusi momen tahanan terhadap momen jepit sempurna pada sambungan kakuGambar 2.4. Karakteristik momen-rotasi ketiga jenis sambungan AISCGambar 2.3. Klasifikasi sambungan momenGambar 2.2. Momen-rotasi pada sambunganGambar 2.1. Hubungan tegangan - regangan secara umumGambar 2.16. Baut yang mengalami geser rangkapGambar 2.17. Kegagalan tarikGambar 2.18. Kegagalan tumpuGambar 2.19. Tata letak bautGambar 2.20. Sambungan kombinasi geser dan tarikGambar 2.21. Jenis-jenis lasGambar 2.22. Jenis-jenis sambungan lasGambar 2.23. Tebal efektif las tumpulGambar 2.24. Ukuran las sudutGambar 2.25. Ukuran maksimum las sudutGambar 2.26. Tebal efektif las sudutGambar 2.27. Sambungan balok ke kolom (sambungan yang dilas ke sayap kolom)Gambar 2.28. Sambungan balok ke kolom (sambungan baut)Gambar 2.29. Sambungan balok ke kolom (sambungan yang dilas ke badan kolom)Gambar 3.1. Permodelan sambungan yang ditinjauGambar 3.2. Kekuatan sambunganGambar 3.3. Kemampuan perlawanan dari barisan bautGambar 3.4. Geometri SambunganGambar 3.5. Cek tipikal tegangan pada badanGambar 3.6. Penyebaran kekuatan untuk tekanan pada badanGambar 3.7. Panjang untuk tekuk pada badanGambar 3.8. Gaya geser lokal pada badanGambar 3.9. Perwujudan kekuatan perlawanan menjadi kekuatan barisan bautGambar 3.10. Tegangan dan geser bautGambar 3.11. Cek tahanan dan tekuk stiffenerGambar 3.12. Distribusi tegangan pada level beban berbedaGambar 4.1. Model sambungan baja yang dianalisisDAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Sifat mekanis baja strukturalTabel 2.2. Metode perencanaan rangka bangunanTabel 2.3. Tarikan baut minimumTabel 2.4. Sifat-sifat bautTabel 2.5. Jarak tepi minimum bautTabel 2.6. Ukuran minimum las sudutTabel 5.1. Momen hasil perhitungan pada sambungan antara balok dan kolomDAFTAR NOTASI
2 A Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (cm ) b
2 A s Daerah geser baut (dianjurkan daerah ulir, cm )
2 A sg Luas kotor stiffener (cm )
2 A sn Luas bersih stiffener yang berhubungan dengan sayap kolom (cm )
2 A w Luas badan kolom yang diperkenankan untuk tekuk (cm )
2 A Luas geser efektif las (cm ) w
B Lebar sayap kolom (cm) B b Lebar sayap balok (cm) b Lebar end plate (cm)
p
b sg Lebar stiffener (cm)
o
b Panjang penahan kekakuan berdasarkan 45 penyebaran melalui end
1
plate dari tepi las (cm) c Jarak dari pusat berat ke serat terluar (cm) d Tinggi badan antara las (cm) d b Diameter baut pada daerah tak berulir (cm) D Tinggi penampang kolom (cm)
c
e x Jarak tepi (cm) F ri Kekuatan akhir pada barisan baut i (kg)
2 F Kuat tarik pelat (kg/cm ) u
2
f u Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat (kg/cm )
2 Kuat tarik baut (kg/cm )
2
f Kuat tarik putus logam las (kg/cm )
uw g Jarak horizontal antar pusat baut (cm) h Jarak dari pusat tekanan ke baris i (cm)
i
4 I Momen inersia (cm )
L Panjang stiffener (cm) L eff Panjang efektif garis lentur (cm)
o
L t Panjang regangan efektif pada badan dengan asumsi pelebarannya 60 dari baut ke pusat badan (cm) M Momen (kg.cm) m Jumlah bidang geser m Jarak dari pusat baut ke 20% dari jarak ke tepi kolom atau las end plate (cm) Mn Momen nominal (kg.cm) Mp Kapasitas momen plastis (kg.cm) My Momen elastis/leleh (kg.cm) N Gaya aksial pada balok (kg) n Jumlah baut n Jarak ujung efektif (cm) n s Jumlah baut yang tidak berada pada daerah tegangan n Jumlah baut pada daerah tegangan
t o
n
1 Perolehan panjang dari 45 penyebaran melalui setengah dari tinggi
penampang kolom (cm) n
2 Perolehan panjang dari perbandingan 1 : 2,5 penyebaran melalui sayap
kolom dan radius kaki (cm) P Beban terfaktor yang bekerja pada satu baut (kg) p b Nilai minimum dari kuat tekan baut atau bagian sambungan p
c
) p
ww
) s wf Panjang kaki las sudut pada sayap balok (cm) s
3
Rn Tahanan nominal baut (kg) R nw Tahanan nominal per satuan panjang las (kg) Ru Gaya terfaktor (kg) r y Radius girasi dari daerah efektif (cm) S Jarak antar baut (cm) S Modulus penampang (cm
’ Jumlah kapasitas tegangan untuk semua baut dalam kelompok (kg) r Radius kaki kolom (cm)
t
) ΣP
2
Kuat rencana stiffener (kg/cm
ys
2
Kuat tekan rencana badan kolom p c Kuat tekan stiffener P
) p yc Kekuatan rencana kolom (kg/cm
2
Kekuatan rencana balok (kg/cm
yb
P y Kekuatan geser rencana kolom/end plate (kg) p
’ Kapasitas tegangan baut (kg)
Kapasitas geser dari baut tunggal hanya pada daerah geser (kg) P ts Kapasitas geser dari baut tunggal pada daerah tegangan yang paling kecil (kg) P t
ss
Kemampuan perlawanan dari barisan baut, atau kelompok baut (kg) P ri Kekuatan pada barisan baut i (kg) p s Kuat geser baut (kg) P
r
Panjang kaki las sudut pada badan balok (cm) T b Tebal sayap balok (cm) t Tebal badan balok (cm)
b
T c Tebal sayap kolom (cm) t Tebal badan kolom (cm)
c
t p Tebal pelat (cm) t s Tebal stiffener (cm) T Beban tarik terfaktor (kg)
u
t w Tebal badan kolom atau balok (cm)
V Beban geser (kg) Vu Gaya geser terfaktor (kg)
3 Z Modulus plastik (cm )
Koefisien gesek μ
Faktor reduksi tahanan φ
Regangan ε