< Previous 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 313 Gambar 6.35. Lubang pada gelagar Sumber: Salmon dkk, 1991 Keruntuhan badan profil Gelagar dapat mengalami kegagalan dalam menjalankan fungsinya akibat terjadinya keruntuhan pada badan profil, serta pada titik-titik terdapatnya konsentrasi tegangan yang besar karena bekerjanya beban terpusat atau adanya reaksi perletakan. Hal ini dapat dicegah dengan memakai pengaku-pengaku badan vertikal. Keruntuhan terjadi pada ujung rusuk badan, pada titik gelagar menyalurkan tekanan dari sayap yang relatif lebar ke badan profil yang sempit. Dalam perhitungan tegangan pada badan profil bekerja menyebar sepanjang badan, dengan sudut 45°. Lenturan Lenturan dari sebuah batang struktur merupakan fungsi dari momen inersianya. Lenturan yang diijinkan pada gelagar biasanya dibatasi oleh peraturan dan perlu diperiksa dalam proses pemilihan gelagar. Menurut AISC batas lenturan terhadap beban hidup dari gelagar yang menyangga langit-langit sebesar 1/360 panjang bentangnya. Gambar 6.36. Keruntuhan badan gelagar Sumber: Salmon dkk, 1991 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 314 6.4.5. Kombinasi Lentur dan Gaya Aksial Hampir semua batang pada struktur memikul momen lentur dan beban axial, baik tarik ataupun tekan. Bila salah satu relatif kecil, pengaruhnya biasanya diabaikan dan batang direncanakan sebagai balok, sebagai kolorn dengan beban aksial, atau sebagai batang tarik. Dalam banyak hal, kedua pengaruh tersebut tidak dapat diabaikan dan kelakuan akibat beban gabungan harus diperhitungkan dalam perencanaan. Batang yang memikul tekanan aksial dan momen lentur disebut balok-kolom. Oleh karena batang mengalami lentur, semua faktor lenturan, geser, serta puntir atau torsi berlaku di sini, terutama faktor yang berkaitan dengan stabilitas, seperti tekuk puntir lateral dan tekuk setempat pada elemen tekan. Bila lentur digabungkan dengan tarikan aksial, kemungkinan menjadi tidak stabil berkurang dan kelelehan (yielding) biasanya membatasi perencanaan. Untuk gabungan lentur dengan tekanan aksial, kemungkinan menjadi tidak stabil meningkat dan semua pertimbangan yang terkait dengan batang tekan juga berlaku. Disamping itu, bila batang memikul tekanan aksial, batang akan mengalami momen lentur sekunder yang sama dengan gaya tekan aksial kali lendutan. Beberapa kategori gabungan lentur dan beban aksial bersama dengan ragam kegagalan (mode of failure) yang mungkin terjadi dapat diringkas sebagai berikut: − Tarikan aksial dan lentur: kegagalan biasanya karena leleh − Tekanan aksial dan lentur terhadap satu sumbu: kegagalan disebabkan oleh ketidakstabilan pada bidang lentur, tanpa puntir. (contoh, balok-kolom dengan beban transversal yang stabil terhadap tekuk puntir lateral) − Tekanan aksial dan lentur terhadap sumbu kuat: kegagalan disebabkan tekuk puntir lateral − Tekanan aksial dan lentur biaksial (dua sumbu)-penampang yang kuat terhadap puntir, kegagalan disebabkan oleh ketidak-stabilan pada satu arah utama. (Profil W biasanya termasuk kategori ini) − Tekanan aksial dan lentur biaksial-penampang, terbuka berdinding tipis (penampang yang lemah terhadap puntir): kegagalan disebabkan oleh gabungan puntir dan lentur. − Tekanan aksial, lentur biaksial, dan puntir: kegagalan akan disebabkan oleh gabungan puntir dan lentur bila pusat geser tidak terletak pada bidang lentur. Oleh karena banyaknya ragam kegagalan, kelakuan yang beraneka ragam ini umumnya tidak dapat disertakan dalam cara perencanaan yang sederhana. Prosedur-prosedur perencanaan yang ada dapat dibedakan atas tiga kategori berikut: (1) pembatasan tegangan gabungan; (2) rumus interaksi semi empiris berdasarkan metode tegangan kerja (working stress), dan (3) prosedur interaksi semi empiris berdasarkan kekuatan batas. 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 315 Pembatasan tegangan gabungan biasanya tidak menghasilkan kriteria yang tepat kecuali ketidak-stabilan dicegah atau faktor keamanannya besar. Persamaan interaksi mendekati kelakuan yang sebenarnya karena persamaan ini memperhitungkan keadaan stabilitas yang biasanya dijumpai. Rumus Spesifikasi AISC untuk balok-kolom merupakan jenis interaksi. 6.4.6. Gelagar Plat Gelagar plat (plate girder) adalah balok yang dibentuk oleh elemen-elemen plat untuk mencapai penataan bahan yang lebih efisien dibanding dengan yang bisa diperoleh dari balok profil giling (rolled shape). Gelagar plat akan ekonomis bila panjang bentang sedemikian rupa hingga biaya untuk keperluan tertentu bisa dihemat dalam perencanaan. Gelagar plat bisa berbentuk konstruksi paku keling, baut atau las. Pada awalnya gelagar plat dengan paku keling (Gambar 6.38) yang terbuat dari profil-profil siku yang disambung ke plat badan, dengan atau tanpa plat rangkap (cover plate). Bentuk ini digunakan pada bentangan yang berkisar antara 50 dan 150 ft. Saat ini gelagar plat umumnya selalu dilas di bengkel dengan menggunakan dua plat sayap dan satu plat badan untuk membentuk penampang melintang profil I. Gambar 6.37. Contoh aplikasi struktur gelagar plat Sumber: Salmon dkk, 1991 Sementara semua gelagar plat yang dikeling umumnya terbuat dari plat dan profil siku dengan bahan yang titik lelehnya sama, gelagar yang dilas dewasa ini cenderung dibuat dari bahan-bahan yang kekuatannya berlainan. Dengan merubah bahan di berbagai lokasi sepanjang bentang sehingga kekuatan bahan yang lebih tinggi berada di tempat momen dan/atau gaya geser yang besar, atau dengan memakai bahan yang 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 316 kekuatannya berlainan untuk sayap dan badan (gelagar campuran/hibrida), gelegar menjadi lebih efisien dan ekonomis. Gambar 6.38. Komponen umum gelagar yang dikeling Sumber: Salmon dkk, 1991 Gambar 6.39. Komponen umum gelagar yang dilas Sumber: Salmon dkk, 1991 Pengertian yang lebih baik tentang kelakuan gelagar plat, baja yang berkekuatan lebih tinggi, dan teknik pengelasan yang sudah maju membuat gelagar plat ekonomis untuk banyak keadaan yang dahulu dianggap ideal untuk rangka batang, Umumnya, bentangan sederhana sepanjang 70 sampai 150 ft (20 sampai 50 m) merupakan jangkauan pemakaian gelegar plat. Untuk jembatan, bentang menerus dengan pembesaran penampang (penampang dengan tinggi variabel) sekarang merupakan aturan bagi 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 317 bentangan sepanjang 90 ft atau lebih. Ada beberapa gelagar plat menerus tiga bentang di Amerika dengan bentang tengah yang melampaui 400 ft, dan bentangan yang lebih panjang mungkin akan dibuat di masa mendatang. Gelegar plat terpanjang di dunia adalah struktur menerus tiga bentang yang melintasi Sungai Save di Belgrado, Yugoslavia, dengan bentang 246-856-246 ft (175-260-75 m). Penampang lintang jembatan ini berupa gelegar boks ganda yang tingginya berkisar antara 14 ft 9 in (4,5 m) di tengah bentang dan 31 ft 6 in (9,6 m) di atas pilar. Tiga jenis gelegar plat yang lain diperlihatkan pada Gambar 6.40 : − gelagar boks, memiliki kekakuan puntir besar dan digunakan untuk jembatan dengan bentangan yang panjang, − gelagar campuran, yang terbuat dari bahan dengan kekuatan yang berlainan sesuai dengan tegangan; − gelagar delta, yang memiliki kekakuan lateral yang besar untuk bentang tanpa sokongan samping (lateral support) yang panjang. Gambar 6.40. Jenis gelagar plat yang dilas Sumber: Salmon dkk, 1991 Konsep umum perencanaan gelagar plat makin cenderung didasarkan pada kekuatan batas. Gelagar plat dengan pengaku yang jaraknya direncanakan dengan tepat memiliki perilaku (setelah ketidak-stabilan pada badan terjadi) yang hampir mirip seperti rangka batang, dengan badan sebagai pemikul gaya tarik diagonal dan pengaku sebagai pemikul gaya tekan. Perilaku seperti rangka batang ini disebut aksi medan tarik (tension field). Teori tekuk klasik pun menyadari bahwa kapasitas cadangan bisa diperoleh karena faktor keamanan terhadap tekuk badan lebih rendah daripada terhadap kekuatan batang keseluruhan. Ketidakstabilan yang berkaitan dengan beban pada plat badan Bila perencana bebas menata bahan untuk mencapai pemikulan beban yang paling efisien, maka jelaslah bahwa untuk momen lentur yang hampir seluruhnya dipikul oleh sayap, penampang yang tinggi lebih disukai. Badan diperlukan agar sayap-sayap bekerja sebagai satu kesatuan dan 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 318 untuk memikul gaya geser, tetapi tebal badan yang berlebihan menambah berat gelagar. Ditinjau dari sudut bahan, badan yang tipis dengan pengaku akan menghasilkan gelagar yang paling ringan. Dengan demikian, stabilitas plat badan yang tipis menjadi masalah utama. Ketidakstabilan pada plat badan antara lain diakibatkan adanya: − Tekuk elastis akibat geser murni − Tekuk inelastis akibat geser murni − Gabungan geser dan lentur − Tekuk elastis akibat tekanan merata Ketidakstabilan pada sayap tekan Plat-plat sayap pada balok profil giling dihubungkan oleh badan yang relatif tebal sehingga kedua sayap bekerja sebagai satu kesatuan (kekakuan puntir yang besar) ketika ketidakstabilan lateral hampir terjadi. Bila h/t plat badan diperbesar, pengaruh dari sayap tarik menurun (kekuatan kolom. sayap tekan berdasarkan kekakuan lentur lateral lebih dominan). Jika h/t melampaui harga kritis uriluk tekuk akibat lentur pada bidang badan, maka penampang lintang akan berlaku memikul tegangan lentur seolah-olah sebagian badan tidak ada. Akibatnya, sokongan vertikal yang diberikan oleh badan pada sayap tekan akan banyak berkurang dan kemungkinan tekuk vertikal pada sayap harus ditinjau. Juga, setelah sokongan badan terhadap sayap berkurang, tekuk puntir sayap yang berbentuk T (gabungan sayap dan segmen badan) cenderung terjadi, tergantung pada tebal badan dan banyaknya bagian badan yang bekerja sebagai satu kesatuan dengan plat sayap. Ketidakstabilan pada sayap tekan antara lain diakibatkan adanya − Tekuk puntir lateral − Tekuk vertikal − Tekuk puntir 6.4.7. Jenis Konstruksi Sambungan pada Struktur Baja Konstruksi sambungan pada struktur baja pada umumnya dikategorikan atas: Sambungan portal kaku, yaitu sambungan yang memiliki kontinuitas penuh sehingga sudut pertemuan antara batang-batang tidak berubah, yakni dengan pengekangan (restraint) rotasi sekitar 90% atau lebih. Sambungan ini umumnya digunakan pada metode perancangan plastis. Sambungan kerangka sederhana, yaitu sambungan dengan pengekangan rotasi pada ujung batang sekecil mungkin. Suatu kerangka dianggap sederhana jika sudut semula antara batang-batang yang berpotongan dapat berubah sampai 80% dari besarnya perubahan teoritis yang diperoleh dengan menggunakan sambungan sendi tanpa gesekan. Sambungan kerangka semi kaku, yaitu sambungan dengan pengekangan antara 20-90% dari yang diperlukan untuk mencegah perubahan sudut. 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 319 Gambar 6.41. Sambungan balok sederhana Sumber: Salmon dkk, 1991 6.4.8. Sambungan balok sederhana Jenis sambungan balok sederhana umumnya digunakan untuk menyambung suatu balok ke balok lainnya atau ke sayap kolom. Sambungan balok sederhana yang dilas dan dibaut diperlihatkan pada gambar 6.41. Pada sambungan ini, siku penyambung dibuat sefleksibel mungkin. Gambar 6.41(a), adalah sambungan dengan dengan 5 lubang baut yang digambarkan dengan lingkaran lubang baut yang diblok berwarna hitam. Sedangkan pada gambar 9.38(b), adalah sambungan ke badan balok dengan lubang baut yang dikerjakan di bengkel yang digambarkan dengan lingkaran yang tidak diblok. Sambungan dengan siku penyambung dapat juga dilas seperti pada gambar 6.41 (c) dan (d). Dalam praktek konstruksi saat ini, sambungan yang dibuat di bengkel umumnya dilas sedangkan sambungan di lapangan dapat dibaut ataupun dilas. Bila sebuah balok disambungkan dengan balok lain sehingga sayap balok berada pada level yang sama, sayap balok harus (d) (e) 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 320 dipotong/ditoreh. Kehilangan sayap tidak banyak mengurangi kekuatan geser, karena bagian sayap hanya memikul sedikit gaya geser 6.4.9. Sambungan balok dengan dudukan tanpa perkuatan Merupakan alternatif dari sambungan balok sederhana dengan siku badan. Balok dapat ditumpu pada satu dudukan tanpa perkuatan (stiffened). Dudukan (siku) tanpa perkuatan seperti ditunjukan pada gambar 6.42 dan direncanakan untuk memikul reaksi penuh. Sambungan dengan dudukan ditujukan hanya untuk memindahkan reaksi vertikal dan tidak boleh menimbulkan momenmyang besar pada ujung balok. Gambar 6.42. Sambungan balok dengan dudukan tanpa perkuatan Sumber: Salmon dkk, 1991 Gambar 6.43. Penampang kritis untuk lentur pada dudukan 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 321 Sumber: Salmon dkk, 1991 Tebal dudukan ditentukan oleh tegangan lentur pada penampang kritis siku tersebut, seperti pada gambar 6.43. Pada gambar 6.43(a), dipakai sambungan baut tanpa penyambungan ke balok. Penampang kritis diambil pada penampang netto yang melalui barisan baut teratas. Jika balok dihubungkan ke siku seperti gambar 6.43(b), rotasi ujung balok menimbulkan gaya yang cenderung mencegah pemisahan balok dari kolom. Pada sambungan yang dilas, las penuh pada sepanjang ujung dudukan akan melekatkan siku pada kolom, sehingga penampang kritisnya seperti ditunjukan pada gambar 6.43(c), tanpa memandang apakah balok dihubungkan dengan dudukannya. 6.4.10. Sambungan dudukan dengan perkuatan Bila reaksi pada dudukan terlalu berat, siku dudukan pada konstruksi baut dapat diperkuat, atau dudukan dengan perkuatan yang berbentuk T pada konstruksi las. Dudukan dengan perkuatan ini juga tidak ditujukan untuk sambungan penahan momen, tetapi hanya untuk menahan beban vertikal. Sambungan dudukan dengan perkuatan dapat dilihat pada Gambar 6.44. Gambar 6.44. Sambungan dudukan dengan perkuatan Sumber: Salmon dkk, 1991 6.4.11. Sambungan dengan plat konsol segitiga Merupakan sambungan dudukan perkuatan yang dipotong menjadi bentuk segitiga. Pada plat kecil dengan perkuatan yang memikul reaksi balok, bahaya yang timbul karena tekuk akan sangat kecil jika dipotong menjadi bentuk segitiga. Secara umum penguat akan menghasilkan tumpuan yang lebih kaku jika dibandingkan dengan bentuk segi empat. 1. lingkup pekerjaan dan peraturan bangunan 322 Gambar 6.45. Sambungan dengan plat konsol segitiga Sumber: Salmon dkk, 1991 6.4.12. Sambungan menerus balok ke kolom Sambungan menerus balok ke kolom bertujuan untuk memindahkan semua momen dan memperkecil atau meniadakan rotasi batang pada sambungan (jenis sambungan portal kaku). Karena sayap suatu balok memikul hampir seluruh momen lentur melalui gaya tarik dan gaya tekan sayap yang terpisah oleh lengan momen yang kira-kira sama dengan tinggi balok. Karena gaya geser utamanya dipikul oleh badan balok, maka kontinuitas penuh mengharuskan gaya geser dipindahkan langsung dari badan balok. Konstruksi sambungan menerus balok ke kolom dapat diletakan ke sayap kolom dengan menggunakan sambungan las (Gambar 6.46) atau dengan sambungan baut (Gambar 6.47). Selain itu sambungan kolom juga dapat diletakan ke badan kolom seperti pada Gambar 6.48. Kolom dapat berhubungan secara kaku dengan balok-balok pada kedua sayapnya, seperti pada gambar 6.46 (a),(b) dan (c), atau yang hanya disambungkan pada satu sayap seperti pada gambar 6.46 (d). 6.4.13. Sambungan menerus balok ke balok Bila sambungan balok bertemu secara tegak lurus dengan balok atau gelagar lain, balok dapat disambungkan ke badan gelagar dengan sambungan balok sederhana atau dengan gabungan dudukan dan sambungan balok sederhana. Untuk balok menerus dengan kontinuitas yang akan dipertahankan, sambungan harus memiliki derajat kekakuan yang lebih tinggi. Tujuan sambungan balok ke balok adalah untuk menyalurkan gaya tarik pada salah satu sayap balok ke balok lain yang bertemu pada sisi badan balok atau gelagar yang lain. Sambungan ini dibedakan atas: sambungan dengan sayap-sayap tarik yang bertemu tidak Next >