1

ANALISIS SAMBUNGAN KOLOM BAJA DENGAN PONDASI BETON YANG MENERIMA BEBAN AXIAL, GESER, DAN MOMEN

Analysis of Steel Column Ekstension with Concrete Foundation

Accepting Axially, Shear, and Mommen Load

SKRIPSI

Disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar sarjana Teknik Sipil pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Disusun oleh :

RYAN RIZALDI OEMAR NIM I 1107534

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010

2

ABSTRAK Ryan Rizaldi Oemar, 2010, Analisis Sambungan Kolom Baja Dengan Pondasi Beton Yang Menerima Beban Axial, Geser, dan Momen, Skripsi, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Pelat dasar ( baseplate ) adalah salah satu bagian terpenting pada struktur baja, namun perancangan pelat dasar tidak terlalu menjadi perhatian oleh seorang konsultan perencana. Hal ini mengakibatkan mahalnya pelat dasar itu sendiri, sulit pada saat pembuatannya dan resiko tidak stabilnya kolom baja pada saat pemasangan kolom baja tersebut dengan pondasi beton. Pelat dasar merupakan pelat baja yang berperan sebagai penghubung antara struktur atas dan struktur bawah dan berfungsi untuk memancarkan beban dari kolom menuju struktur di bawahnya. Tujuan analisa ini adalah untuk merencanakan konstruksi struktur baja gedung yang kokoh dan mengurangi resiko bencana terjadinya keruntuhan pada struktur baja gedung bertingkat tinggi. Penggunaan baseplate atau pelat dasar pada struktur baja gedung akan meningkatkan kekuatan pada struktur tersebut. Dengan catatan dari semua aspek perhitungan maupun kontrol yang kiranya mendukung suatu struktur tersebut tercapai situasi dan kondisi yang aman. Perancangan baseplate melibatkan gaya vertikal, momen dan geser, maka dari itu diperlukan perhitungan dimensi baseplate untuk menahan gaya-gaya tersebut. Umumnya, ukuran baseplate ditentukan dengan melihat batas kekakuan beton pada pondasi saat hancur karena terbebani oleh beban diatasnya dan ketebalan baseplate ditentukan dengan melihat batas plastis yang disebabkan oleh bengkoknya bagian kritis pada plat tersebut. Perancangan baseplate meliputi dua langkah utama yaitu, menentukan panjang, lebar pelat dan menetukan ketebalan pelat. Baseplate dengan kolom baja harus terikat atau menjadi satu kesatuan. Oleh karena itu perlu dilakukan perencanaan suatu alat sambung yang berfungsi untuk menyatukan kolom dengan pelat dasar tersebut. Dalam hal ini alat sambung berupa las yang digunakan dengan alasan, karena las dapat meleburkan antara logam dengan logam sehingga menjadi satu material. Berdasarkan hasil analisa tersebut dapat disimpulkan : Kolom baja yang menerima beban vertikal dan momen dapat mempengaruhi dimensi dan ketebalan dari baseplate. Terutama saat kolom baja menerima beban momen yang bertambah besar dan beban vertikal yang bernilai konstan. Kata kunci : beban verikal, geser, dan momen, kolom baja

3

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iii

MOTTO .................................................................................................... iv

PERSEMBAHAN .................................................................................... v

ABSTRAK ................................................................................................ vi

PENGANTAR .......................................................................................... vii

DAFTAR ISI ............................................................................................. viii

DAFTAR TABEL .................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xi

BAB 1 PENDAHULUAN ........................................................................ 1

1.1 Latar Belakang Masalah....................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah................................................................................ 1

1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 2

1.4 Tujuan Perencanaan ............................................................................. 2

1.5 Manfaat ................................................................................................ 2

BAB 2 LANDASAN TEORI ................................................................... 3

2.1 Konstruksi Baseplate........................................................................... 3

2.2 Baseplate Dengan Beban Vertikal ....................................................... 4

2.3 Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen................................... 6

2.3.1 Perhitungan Eksentrisitas Kecil ........................................................ 6

2.3.2 Perhitungan Eksentrisitas Besar........................................................ 8

2.4 Desain Tambahan Untuk Perhitungan Eksentrisitas Besar.................. 9

2.5 Sambungan Las.................................................................................... 10

2.5.1 Tipe-tipe Las ..................................................................................... 11

2.5.2 Kapasitas Geser Las.......................................................................... 12

2.6 Sambungan Baut .................................................................................. 12

4

2.6.1 Tahanan Nominal Baut ..................................................................... 13

2.7 Beton .................................................................................................... 15

BAB 3 METODE PENELITIAN ............................................................ 16

3.1 Metode Penelitian ................................................................................ 16

3.2 Prosedur Perencanaan .......................................................................... 17

3.3 Pengumpulan Data ............................................................................... 19

BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ............................................. 20

4.1 Analisis ................................................................................................ 20

4.2 Kriteria Perencanaan............................................................................ 20

4.3 Perencanaan Baseplate......................................................................... 21

4.3 Hasil Analisis ....................................................................................... 29

4.4 Pembahasan.......................................................................................... 33

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 34

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 34

5.2 Saran .................................................................................................... 35

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 36

5

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Bangunan bertingkat merupakan alternatif terbaik untuk memenuhi kebutuhan akan

ruang yang terus meningkat. Bangunan bertingkat harus memperhatikan faktor alam,

faktor struktur, keamanan dan kenyamanan penghuninya. Struktur bangunan gedung

terdiri dari komponen-komponen di atas tanah dan komponen-komponen di bawah

tanah yang direncanakan sedemikian rupa sehingga dapat menyalurkan beban ke

tanah dasar. Untuk menahan beban yang besar maka diperlukan bangunan yang kuat

dan aman.

Struktur yang kuat biasanya memiliki dimensi yang besar tetapi tidak ekonomis jika

diterapkan pada bangunan bertingkat. Perhitungan dimensi biasanya didasarkan pada

kolom atau balok struktur yang menanggung beban paling besar.

Penggunaan baseplate atau pelat dasar pada struktur gedung akan meningkatkan

kekuatan pada struktur tersebut. Dengan catatan dari semua aspek perhitungan

maupun kontrol yang kiranya mendukung suatu struktur tersebut tercapai situasi dan

kondisi yang aman.

1.2. Rumusan Masalah

Untuk mengetahui lebih jauh baseplate ini, maka rumusan masalah difokuskan pada

bagaimana merencanakan dimensi dan mengontrol kekuatan dari baseplate tersebut

agar dapat memikul beban yang disalurkan dari struktur di atasnya.

6

1.3. Batasan Masalah

Perencanaan Baseplate Pada Struktur Baja Gedung menyangkut beberapa faktor,

maka untuk mendapatkan analisis yang jelas dan terfokus perlu dibuat

penyederhanaan dan pembatasan masalah sebagai berikut :

1. Penelitian berupa perencanaan baseplate pada hubungan antara kolom baja

dengan pondasi beton.

2. Kolom menggunakan baja WF – AISC dengan mutu baja A36.

3. Las sudut (fillet) sebagai penyambung antara kolom baja dengan baseplate.

4. Beban yang bekerja pada baseplate adalah beban vertikal dan momen.

5. Pondasi dari beton.

1.4. Tujuan Perencanaan

Analisis ini mempunyai tujuan untuk mengetahui dimensi dan kekuatan dari

baseplate pada hubungan antara kolom baja dan pondasi beton.

1.5. Manfaat

1.5.1. Manfaat Teoritis

Penambahan ilmu pengetahuan dibidang teknik sipil khususnya dalam perencanaan

baseplate pada portal struktur baja gedung delapan lantai.

1.5.2. Manfaat Praktis

Mengetahui dimensi dan kekuatan dari hubungan antara portal struktur baja dengan

bangunan di bawahnya.

7

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1. Konstruksi Baseplate ( Pelat Dasar )

Pelat dasar ( baseplate ) adalah salah satu bagian terpenting pada struktur baja,

namun perancangan pelat dasar tidak terlalu menjadi perhatian oleh seorang

konsultan perencana. Hal ini mengakibatkan mahalnya pelat dasar itu sendiri, sulit

pada saat pembuatannya dan resiko tidak stabilnya kolom baja pada saat pemasangan

kolom baja tersebut dengan pondasi beton. Pelat dasar merupakan pelat baja yang

berperan sebagai penghubung antara struktur atas dan struktur bawah dan berfungsi

untuk memancarkan beban dari kolom menuju struktur di bawahnya. Perancangan

baseplate meliputi dua langkah utama sebagai berikut :

1. Menentukan ukuran panjang dan lebar baseplate.

2. Menentukan ketebalan baseplate.

Perancangan baseplate melibatkan gaya vertikal, momen dan geser, maka dari itu

diperlukan perhitungan dimensi baseplate untuk menahan gaya-gaya tersebut.

Umumnya, ukuran baseplate ditentukan dengan melihat batas kekakuan beton pada

pondasi saat hancur karena terbebani oleh beban diatasnya dan ketebalan baseplate

ditentukan dengan melihat batas plastis yang disebabkan oleh bengkoknya bagian

kritis pada plat tersebut.

Baseplate dengan kolom baja harus terikat atau menjadi satu kesatuan. Oleh karena

itu perlu dilakukan perencanaan suatu alat sambung yang berfungsi untuk

menyatukan kolom dengan pelat dasar tersebut. Dalam hal ini alat sambung berupa

las yang digunakan dengan alasan, karena las dapat meleburkan antara logam dengan

logam sehingga menjadi satu material.

8

2.2. Baseplate Dengan Beban Vertikal

Gambar. 2.1. Distribusi Gaya Tekan Pelat

Perencanaan Baseplate dengan beban vertikal diasumsikan bahwa beban vertikal

adalah beban terpusat pada pelat yang selanjutnya menjadi beban terbagi rata untuk

struktur di dibawahnya, rasio gaya tekan (Fp) yang diijinkan sebagai berikut:

Fp = 1

2`85.0A

Acfcϕ (ksi)

Dengan :

f`c = Mutu beton (ksi)

A1 = Luas baseplate (in2)

A2 = Luas beton dasar (bantalan) (in2)

cϕ = Faktor resistensi pada beton, 0.6

Untuk menentukan luasan pelat ( A1 ), didasarkan pada sifat-sifat dari pondasi yang

menahan dasar kolom baja tersebut, yaitu :

A1 = cf

Pu

c `7.1 ϕ (in2)

( 2.2 )

( 2.1 )

9

Dengan :

Pu = Beban vertikal (kip)

cϕ = Faktor resistensi beton, 0.6

f`c = Mutu beton (ksi)

Untuk menentukan dimensi pelat ( B dan N ) dilihat dari batasan kritis pada pelat itu

sendiri, yaitu :

Gambar. 2.2. Batasan Kritis Pelat

N = ∆+1A (in)

Dengan :

N = Panjang pelat (in)

A1 = Luasan pelat (in2)

∆ = 0.5 ( 0.95d – 0.8bf ) (in)

B = N

A1 (in)

Dengan :

B = Lebar pelat (in)

A1 = Luasan pelat (in2)

( 2.3 )

( 2.4 )

10

Ketebalan pelat ( tp ) didasarkan dari besaran nilai (n) yang dilihat pada gambar 2.2.

di atas, untuk menentukan ketebalan pelat adalah :

tp = NBFy

Pn

..9.0

.2 (in)

Dengan :

tp = Tebal pelat (in)

n = 2

8.0 bfB − (in)

Fy = Mutu baja (ksi)

2.3. Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen

Terdapat dua metode perencanaan untuk menentukan dimensi baseplate yang

terbebani oleh gaya axial dan momen, yaitu :

1. Perhitungan untuk eksentrisitas (e) kecil.

2. Perhitungan untuk eksentrisitas (e) besar.

2.3.1. Perhitungan Eksentrisitas (e) Kecil

Gambar. 2.3. Eksentrisitas Beban (Eksentrisitas Kecil)

Jika nilai eksentrisitas (e) sama atau lebih kecil dari N/6, distribusi gaya tekan terjadi

di seluruh permukaan baseplate, seperti yang terlihat pada gambar 2.3. Gaya f1,2

dapat dihitung sebagai berikut :

( 2.5 )

11

I

cM

NB

Pf

.

.2,1 ±= (ksi)

Dengan :

B,N= dimensi baseplate (in)

c = N/2 (in)

I = momen inersia, B x N3 / 12 (in4)

Berdasarkan LRFD (Load & Resistance Factor Design), gaya tekan maksimum (f1)

tidak boleh melebihi gaya tekan yang diizinkan (Fp) dan saat eksentrisitas (e) = N/6,

f2 = 0. Metode yang berlaku adalah metode elastis.

Gambar. 2.4. Eksentrisitas Beban (Eksentrisitas Sedang)

Jika nilai eksentrisitas (e) diantara N/6 dan N/2, distribusi gaya tekan terjadi hanya

pada sebagian baseplate, seperti yang terlihat pada gambar 2.4. Agar seimbang,

distribusi gaya tekan harus sama dengan beban vertikal dan berada pada jarak e titik

tengah dari baseplate. Gaya maksimum f1 dihitung sebagai berikut :

Ba

Pf

.

21 = (ksi)

Dengan :

a = Panjang tegangan yang terjadi, 3 (N/2 - e) (in2)

( 2.6 )

( 2.7 )

a

12

2.3.2. Perhitungan Eksentrisitas (e) Besar

Gambar. 2.5. Eksentrisitas Beban (Eksentrisitas Besar)

Saat terjadi eksentrisitas (e) yang besar, maka disarankan menggunakan jangkar

(anchor bolt) untuk meredam peregangan komponen pada saat beban momen bekerja.

Hal ini diperlihatkan pada gambar 2.3. Untuk menentukan panjang distribusi

tegangan (a) sebagai berikut :

( )

3

.

`.6

.4`` 2

Bf

MaPBf

ff

ap

p

+

−±

= (in)

Dengan :

a` = Jarak dari jangkar dan titik tengah kolom,

−2

`N

N (in)

`f = 2

`..`

NBff p= (ksi)

Fp = Gaya tekan ijin (ksi)

P = Gaya vertikal (kip)

M = Gaya momen (kip)

( 2.8 )

a

13

( )

+=2`..

`.

NBFp

APMβ

( )P

N

APMT −

+=`.

`.

α

2.4. Desain Tambahan Untuk Perhitungan Eksentrisitas Besar

Saat pelat dasar menerima beban vertikal dan beban momen yang cenderung besar,

terjadi eksentrisitas yang besar pula. Keadaan ini berakibat tidak seimbangnya pelat

dasar yang selanjutnya dapat menyulitkan pengerjaan terutama pada saat awal

konstruksi berlangsung. Untuk itu, diperlukan pengikat antara pelat dasar dan pondasi

agar dapat menahan gaya guling yang terjadi. Pengikat yang dimaksud adalah anchor

bolt (baut angkur).

Maitra (1978) telah mengembangkan suatu solusi grafis untuk kasus pelat dasar yang

memiliki beban eksentris yang besar. Grafik yang dimaksud adalah sebagai berikut :

Gambar. 2.6. Desain Tambahan Untuk Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen

Untuk menentukan resultan gaya (T) dari ankur (anchor bolt), dapat dihitung sebagai

berikut :

(kip)

Dengan :

α = Koefisien jarak angkur dari pusat distribusi beban

( 2.9 )

14

Untuk menentukan panjang baut angkur yang dibutuhkan, didasarkan pada luas

permukaan pelat dan kapasitas baut angkur itu sendiri. Rumus yang digunakan adalah

sebagai berikut :

14.3psfA

L = (in)

Dengan :

Apsf= Luas permukaan pelat, cf

T

t `..4ϕ (in2)

Dimensi baseplate (B dan N) ditentukan dengan cara trial and error (coba-coba),

untuk menentukan ketebalan dari baseplate (tp) adalah sebagai berikut :

tp = NFy

ePPn

.9.0

).(+ (in)

Dengan :

n = 2

8.0 bfB − (in)

Fy = Mutu baja (ksi)

e = P

M (in)

2.5. Sambungan Las

Pengelasan merupakan proses penggabungan material-material logam dengan

pemanasan sampai ke temperatur yang sesuai sedemikian rupa sehingga bahan-bahan

tersebut melebur menjadi satu material.

( 2.11 )

( 2.10 )

15

Las Groove Las Fillet

Las slot Las plug

2.5.1. Tipe-tipe Las

Ada empat tipe pengelasan yaitu, groove, fillet, slot, dan plug. Masing-masing tipe

las memiliki kelebihannya sendiri yang menentukan rentang penggunaannya. Secara

kasar, keempat tipe tersebut mewakili presentasi konstruksi las berikut ini : las

groove ( las tumpul) 15%, fillet ( las sudut) 80%, sisanya terbagi-bagi untuk slot dan

plug. Oleh karena itu penulis memilih las sudut sebagai penyambung antara kolom

baja dengan baseplate.

Gambar. 2.7. Jenis-jenis Sambungan Las

1. Las Groove

Las ini dipakai untuk menyambung batang-batang sebidang, karena las ini harus

menyalurkan beban yang bekerja secara penuh, maka las ini harus memiliki kekuatan

yang sama dengan batang yang disambungnya.

2. Las Fillet

Tipe las ini paling banyak dijumpai dibandingkan tipe las yang lain, 80% sambungan

las menggunakan tipe las sudut. Tidak memerlukan presisi yang tinggi dalam

pengerjaannya.

16

3. Las Slot dan Plug

Jenis las ini biasanya digunakan bersama-sama las fillet. Manfaat utamanya

adalahmenyalurkan gaya geser pada smbungan lewatan bila ukuran panjang las

terbatas oleh panjang yang tersedia untuk las sudut.

2.5.2. Kapasitas Geser Las

Dalam beberapa kasus, batang menerima gaya geser pada sambungan las. Kapasitas

gesernya memenuhi persamaah sebagai berikut :

Vn = Alas . Fexx (kip)

Dengan :

Alas = Luas efektif las (in2)

Fexx = Kelas kuat las baja (ksi)

2.6. Sambungan Baut

Gambar. 2.8. Sambungan Baut

Setiap struktur baja merupakan gabungan dari beberapa komponen batang yang

disatukan dengan alat pengencang. Salah satu alat pengencang disamping las yang

cukup popular adalah baut terutama baut mutu tinggi. Baut mutu tinggi menggeser

penggunaan paku keeling sebagai alat pengencang karena beberapa kelebihan yang

( 2.12 )

17

dimilikinya dibandingkan paku keeling, seperti jumlah tenaga kerja yang lebih

sedikit, kemampuan menerima gaya yang lebih besar, dan secara keseluruhan dapat

menghemat biaya konstruksi.

Dalam pemasangan baut mutu tinggi memerlukan gaya tarik awal yang cukup yang

diperoleh dari pengencangan awal. Gaya ini akan memberikan friksi sehingga cukup

kuat untuk memikul beban yang bekerja. Gaya ini dinamakan proof load. Proof load

diperoleh dengan mengalikan luas daerah tegangan tarik (As) dengan kuat leleh.

29743.0

4

−=n

dA bs

π (mm2)

Dengan :

db = diameter nominal baut

n = jumlah ulir per mm

2.6.1. Tahanan Nominal Baut

Suatu baut yang memikul beban terfaktor, Ru, sesuai persyaratan LRFD harus

memenuhi :

Ru ≤ φRn

Dengan Rn adalah tahanan nominal baut sedangkan φ faktor reduksi yang diambil

sebesar 0.75. Besarnya Rn berbeda-beda untung masing-masing tipe sambungan.

1. Tahanan Geser Baut

Tahanan nominal satu buah baut yang memikul gaya geser memenuhi persamaan :

Rn = m.r1.fub.Ab

( 2.13 )

( 2.14 )

( 2.15 )

18

Dengan :

r1 = 0.5 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser

r1 = 0.4 untuk baut dengan ulir pada bidang geser

fub= kuat tarik baut (ksi)

Ab= Luas bruto penampang baut

m = jumlah bidang geser

2. Tahanan Tarik Baut

Baut yang memikul gaya tarik tahanan nominalnya dihitung menurut :

Rn = 0.75fub.Ab

Dengan :

fub= kuat tarik baut (ksi)

Ab= Luas bruto penampang baut

3. Tahanan Tumpu Baut

Tahanan tumpu nominal tergantung kondisi yang terlemah dari baut atau komponen

pelat yang disambung. Besarnya dihitung sebagai berikut :

Rn = 2.4db.tp.fu

Dengan :

fu = kuat tarik putus terendah dari baut (ksi)

db= Diameter baut pada daerah tak berulir

tp = Tebal pelat

( 2.16 )

( 2.17 )

19

2.7. Beton

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. Terkadang, satu atau lebih bahan aditif

ditambahkan untuk menghasilkanbeton dengan karakteristik tertentu, seperti

kemudahan pengerjaan, durabilitas, dan waktu pengerasan.

Seperti substansi-substansi mirip batuan lainnya, beton memiliki kuat tekan yang

tinggi dan kuat tarik yang sangat rendah. Karena beton mempunyai kuat tekan yang

sangat tinggi, maka dalam analisis ini pondasi yang digunakan terbuat dari beton

yang selanjutnya dapat menahan gaya tekan yang diterima dari kolom baja melalui

penyebaran beban dari baseplate.

20

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian

Metode penelitian adalah langkah-langkah atau cara-cara penelitian suatu masalah,

kasus, gejala, atau fenomena dengan jalan ilmiah untuk menghasilkan jawaban yang

rasional. Metode penelitian digunakan sebagai dasar akan langkah-langkah berurutan

yang didasarkan pada tujuan penelitian dan menjadi suatu perangkat yang digunakan

untuk menarik kesimpulan, sehingga dapat diperoleh penyelesaian yang diharapkan

untuk mencapai keberhasilan penelitian. Metode yang digunakan dalam skripsi ini

diambil dari literatur atau referensi yang sudah ada. Perhitungan dilakukan secara

manual dengan menggunakan program Microsoft excell agar mempermudah

perhitungan.

Kasus yang dianalisa dalam skripsi ini berupa analisa kasus penghubung antara

struktur atas dan struktur bawah yang dibuat tanpa pembuatan sampel secara nyata

(tidak dilakukan eksperimen laboratorium). Peninjauan kasus dimulai dari

menentukan sambungan antara kolom baja dengan baseplate dimana sambungan las

yang dipilih, selanjutnya menetukan beban yang diterima kolom baja kemudian

menetukan ukuran dan ketebalan dari baseplate.

21

M

3.2. Prosedur Perencanaan

Gambar 3.1. Model Struktur Baeseplate (Pelat Dasar)

Langkah-langkah dalam merencanakan ukuran dan dimensi baseplate bertujuan

untuk menganalisa kekuatan sambungan kolom baja yang menerima beban vertikal

dan momen dengan pondasi beton. Untuk lebih jelas langkah-langkah prosedur

perencanaan baseplate ditampilkan dalam diagram alir pada gambar 3.1. sebagai

berikut :

22

Gambar 3.2. Diagram Alir Perencanaan Baseplate Beban Vertikal dan momen

Kontrol tegangan dasar

Menentukan Gaya tekan (f1,2)

Dimensi pelat (N x B)

Memenuhi

Tidak memenuhi

Ketebalan pelat (tp)

Memenuhi

Tidak memenuhi

Kapasitas jangkar (T)

Panjang jangkar (L)

Tidak memenuhi

Menentukan Beban Pu ; Mu

Memenuhi

23

3.3. Pengumpulan Data

Untuk mempermudah dalam analisa, diperlukan data-data pendukung dalam

perencanaan baseplate ini. Data-data yang diperlukan yaitu beban vertikal (P) dan

momen (M) yang diterima kolom. Ditentukan masing-masing sepuluh beban “P” dan

sepuluh beban “M”, menggunakan bantuan program Microsoft Excel agar dapat

mengetahui dan menyimpulkan bahwa parameter apa saja yang mempengaruhi

dimensi dan ketebalan dari baseplate tersebut pada saat “P” konstan, “M” konstan

atau hanya menerima beban “P” saja.

24

BAB 4

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisis

Pada tahap ini, model struktur kolom diberi gaya-gaya vertikal dan momen. Gaya-

gaya tersebut digunakan dalam perancangan baseplate serta untuk menarik

kesimpulan bahwa parameter apa saja yang mempengaruhi perancangan baseplate

saat menganalisa dimensi dan ketebalan dari baseplate.

4.2. Kriteria Perencanaan

Spesifikasi model struktur dalam analisis ini sebagai berikut :

a. Mutu baja BJ 36

Fy = 36 ksi = 248,22 Mpa

b. Mutu beton ( cf ` )

cf ` = 3 ksi = 20,69 Mpa

c. Kolom baja profil W 8 x 31

d. Las memakai E70

FEXX = 70 ksi

e. Tebal Las ditentukan = 5.2 mm = 0.197 in

25

LbLn

Ln Lb

LnLb

d = 8 in

bf = 7.995 in

4.3. Perencanaan Baseplate

1. Perencanaan Las Untuk Menyambung Kolom Baja Dengan Baseplate

Kapasitas geser las (Vn)

Vn = Alas . Fexx

Gambar 4.1.Pengelasan

Ln1 = bf – 2t

= 7,995 – (2 x 0,197)

= 7.601 in

Ln2 = d – 2t

= 8 – (2 x 0,197)

= 7,606 in

Ln3 = (½ bf – ½ tf ) – 2t

= 3,855 – (2 x 0,197)

= 3,461 in

Alas = t . Ln

= (2 x 0,197 x 7,601) + (2 x 0,197 x 7,606) + (4 x 0,197 x 3,461)

26

12 M = 1400 kip.in

M = 2800 kip.in

h = 177.2 in

Alas = 8,72 in2

Vn = Alas . Fexx

= 8,72 x 70

= 610,3 kip

φVn= 0,75 x 610,3

= 457,7 kip

Kapasitas geser las harus lebih besar dari kapasitas geser yang terjadi, untuk

menentukan kapasitas geser yang terjadi adalah sebagai berikut :

Vu = h

MM 2/1+

= 2,177

14002800+

= 23,7 kip

Kontrol kapasitas geser antara kapasitas geser las dan kapasitas geser yang terjadi :

φVn ≥ Vu

457,7 ≥ 23,7 kip ( memenuhi )

2. Contoh Perencanaan Baseplate Dengan Beban Vertikal

Ditentukan bahwa kolom baja menerima beban vertikal sebesar 60 kip

P = 60 kip

= 27,24 Mpa

Untuk menentukan luasan dari baseplate didasari dari beton pada bantalan yang

menjadi tumpuan baseplate itu sendiri, maka :

A1 = cf

P

c `7,1 ϕ

27

0.8 bfn n

45°

0.95d

m

m

N = 18 in

B = 18 in

= 36.07.1

60

xx

= 19,6 in2 = 497,84 mm2

A1 = Luasan pelat

Perhitungan dimensi pelat ( N x B )

∆ = 0,5 [( 0,95d ) – ( 0,8bf )]

= 0,5 [( 0,95 x 8 ) – ( 0,8 x 7,995 ) ]

= 0,602 in = 15,291 mm

N = 1A + ∆

= 6,19 + 0,602

= 5,03 in = 127,762 mm

B = N

A1

= 03,5

6,19

= 3,9 in = 99,06 mm

karena dimensi yang diperoleh tidak sesuai dari dimensi kolom, maka dimensi

baseplate disesuaikan menjadi :

N = 18 in = 457,2 mm

B = 18 in = 457,2 mm

Gambar 4.2. Bagian kritis pada Baseplate

28

P

W 8 x 31

N = 457,2 mm

tp = 15,748 mm

Perhitungan ketebalan pelat ( tp ), ditentukan dari besarnya nilai (m) yang terlihat

pada gambar 4.2. di atas, ketebalan pelat dihitung sebagai berikut :

tp = FyBN

Pm

9.0

.2

= 1818369,0

602802,5

xxx

x

= 0,62 in = 15,748 mm

Gambar 4.3. Tebal Baseplate

Tabel 4.1. Interaksi (P) dengan tebal pelat (tp)

Fy = 36 ksi F`c = 3 ksi Bf = 7.995 in

Pu Mu A 1 B N n tp NO Kip Kip-in In 2 in in in in

1 60 0 19.61 18 18 6 0.6203 2 70 0 22.88 18 18 6 0.6700 3 80 0 26.14 18 18 6 0.7163 4 90 0 29.41 18 18 6 0.7597 5 100 0 32.68 18 18 6 0.8008 6 110 0 35.95 18 18 6 0.8399 7 120 0 39.22 18 18 6 0.8773 8 130 0 42.48 18 18 6 0.9131 9 140 0 45.75 18 18 6 0.9476

10 150 0 49.02 18 18 6 0.9808

29

Diagram Interaksi P - tp

0

1

2

60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

P

tp tp

0,95 dm m

45°

0,8 bf

n

n

N = 18 in

B = 18 inbf = 7.995 in

d = 8 in

Gambar 4.4.Diagram Interaksi P – tp

3. Contoh Perencanaan Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen

Ditentukan bahwa kolom baja menerima beban vertikal dan momen sebagai berikut :

P

M

=

=

60

500

kip

kip-in

=

=

27,24

5765,8

Ton

Ton-mm

Direncanakan pelat dengan dimensi 18 x 18 in ( 457,2 x 457,2 mm )

Perhitungan gaya tekan ijin ( Fp )

1

`85.0 AA

cfFp cϕ=

ksixx 53,1136,085,0 == = 10,549 Mpa

Gambar 4.5. Bagian kritis pada Baseplate

30

Perhitungan panjang distribusi tegangan ( a )

f ` = (Fp.B.N`) / 2

= ( 10,549 x 457,2 x 384,704 ) / 2

= 961812,94 Mpa

( )

3

.

`.6

.4`` 2

Bf

MaPBf

ff

ap

p

+

−±

=

( )mm

x

xx

24,120

3

2,457549,10

8,576523,17024,276

2,457549,10494,96181294,961812 2

=

+

−−=

Perhitungan ketebalan pelat (tp)

FyN

ePPntp

9.0

).(+=

P

Me =

24,27

8,5765=

= 211,67 in

tp = 2,45722,2489.0

)67,21124,27(24,2732,147

xx

x+

= 35,09 mm

31

P

M

W 8 x 31

a` = 170,22 mm

N` = 398,83 mm

Fp = 10,549 mm

a

N = 457,2 mm

tp = 35,09 mm

Gambar 4.6. Tebal Baseplate

Perhitungan kapasitas jangkar ( T )

( )P

N

aPMT −

+=`.

`.

α

Gambar. 4.7. Desain Tambahan Untuk Baseplate Dengan Beban Vertikal dan Momen

32

P

M

W 8 x 31

N` = 398,83 mm

N = 457,2 mm

tp = 35,09 mm

T = 3.84 kip L = 69,26 mm

Dengan bantuan grafik di atas diperoleh α = 0.9, maka kapasitas angkur (T) :

( )P

N

aPMT −

+=`.

`.

α

( )60

7022,159,0

7022,660500 −

+=x

xT

T = 3,84 kip

Untuk menentukan panjang baut angkur (L) yang dibutuhkan, didasarkan pada luas

permukaan pelat sebagai berikut :

Apsf= cf

T

t `..4ϕ

Apsf= 24,23300075,04

100084,3in

xx

x =

L = 14,3psfA

= 14,3

4,23

= 2,7 in = 69,26 mm

Gambar 4.8 Kapasitas Angkur

33

4.4. Hasil Analisis Menggunakan Program Microsoft Excell

1. Analisis Sambungan Kolom Baja dan Pondasi Beton Saat Beban Momen

Meningkat Dan Beban Axial Bernilai Konstan.

A. Data Desain :

Fy = 36 ksi = 248.22 Mpa F`c = 3 ksi = 20.69 Mpa d = 8 in = 203.20 mm P = 60 kip = 27.24 Ton B = 18 in = 457.20 mm N = 18 in = 457.20 mm N` = 16 in = 398.83 mm a` = 7 in = 170.23 mm αααα = 0.9 φφφφt = 0.8

P

M

W 8 x 31

N` = 15.7022 in

N = 18 in

tp = 1.34 in

T = 3.84 kipFp = 1.53 ksi

a

L = 3 in

0,95 dm m

45°

0,8 bf

n

n

N = 18 in

B = 18 inbf = 7.995 in

d = 8 in

34

Grafik Interaksi Momen Dengan Ketebalan Baseplate & Panjang Distribusi Tegangan

0

50

100

150

200

250

300

5766 6919 8072 9225 10378 11532 12685 13838 14991 16144

Momen

( a & tp )a

tp

B. Hasil Analisis Tabel 4.2. Interaksi Momen (M) Dengan Panjang Distribusi Tegangan (a) dan Ketebalan Pelat (tp)

Mu e Fp n f` a tp T Apsf L

NO

Ton-mm mm Mpa mm Mpa mm mm kip in2 mm

1 5765.80 211.67 10.55 147.32 961812.94 120.24 35.09 3.84 23.35 69.26

2 6918.96 254.00 10.55 147.32 961812.94 135.49 38.42 458.06 2787.65 756.81

3 8072.12 296.33 10.55 147.32 961812.94 151.26 41.49 539.66 3284.25 821.46

4 9225.28 338.67 10.55 147.32 961812.94 167.61 44.34 621.26 3780.86 881.38

5 10378.44 381.00 10.55 147.32 961812.94 184.60 47.02 702.86 4277.46 937.48

6 11531.60 423.33 10.55 147.32 961812.94 202.32 49.56 784.46 4774.06 990.41

7 12684.76 465.67 10.55 147.32 961812.94 220.87 51.97 866.06 5270.67 1040.64

8 13837.92 508.00 10.55 147.32 961812.94 240.38 54.28 947.66 5767.27 1088.56

9 14991.08 550.33 10.55 147.32 961812.94 261.02 56.49 1029.26 6263.87 1134.46

10 16144.24 592.67 10.55 147.32 961812.94 283.00 58.62 1110.86 6760.48 1178.58

Gambar 4.9.Diagram Interaksi M – a & tp

35

2. Analisis Sambungan Kolom Baja dan Pondasi Beton Saat Beban Axial

Meningkat Dan Beban Momen Bernilai Konstan.

A. Data Desain :

Fy = 36 ksi = 248.22 Mpa F`c = 3 ksi = 20.69 Mpa d = 8 in = 203.20 mm M = 500 kip = 5765.80 Ton B = 18 in = 457.20 mm N = 18 in = 457.20 mm N` = 16 in = 398.83 mm a` = 7 in = 170.23 mm a = 0.9 ft = 0.8

P

M

W 8 x 31

N` = 15.7022 in

N = 18 in

tp = 1.34 in

T = 3.84 kipFp = 1.53 ksi

a

L = 3 in

0,95 dm m

45°

0,8 bf

n

n

N = 18 in

B = 18 inbf = 7.995 in

d = 8 in

36

Grafik Interaksi Axial Dengan Ketebalan Baseplate & Panjang Distribusi Tegangan

0

50

100

150

200

250

27 32 36 41 45 50 54 59 64 68

Axial (P)

( a & tp )

a

tp

B. Hasil Analisis Tabel 4.3. Interaksi Axial Dengan Panjang Distribusi Tegangan (a) dan Ketebalan Pelat (tp)

P e Fp n f` a tp T Apsf L

NO

Ton mm Mpa mm Mpa mm mm kip in2 mm

1 27.24 211.67 10.55 147.32 961812.94 120.24 35.09 3.84 23.35 69.26

2 31.78 181.43 10.55 147.32 961812.94 130.41 35.10 1.42 8.65 42.16

3 36.32 158.75 10.55 147.32 961812.94 140.80 35.11 6.68 40.65 91.39

4 40.86 141.11 10.55 147.32 961812.94 151.43 35.13 11.94 72.64 122.17

5 45.40 127.00 10.55 147.32 961812.94 162.32 35.14 17.19 104.64 146.63

6 49.94 115.45 10.55 147.32 961812.94 173.49 35.15 22.45 136.63 167.55

7 54.48 105.83 10.55 147.32 961812.94 184.96 35.17 27.71 168.63 186.14

8 59.02 97.69 10.55 147.32 961812.94 196.76 35.18 32.97 200.63 203.03

9 63.56 90.71 10.55 147.32 961812.94 208.92 35.19 38.22 232.62 218.62

10 68.10 84.67 10.55 147.32 961812.94 221.47 35.21 43.48 264.62 233.17

Gambar 4.10.Diagram Interaksi P – a & tp

37

4.5. Pembahasan

Dari hasil analisis interaksi tabel di atas, dapat terlihat bahwa perubahan ketebalan

dan dimensi baseplate lebih signifikan saat kolom baja menerima beban momen yang

bertambah besar dan beban vertikal yang bernilai konstan.

38

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan analisis dan pembahasan mengenai analisa sambungan kolom baja yang

menerima beban vertikal dan momen dengan pondasi beton, maka diperoleh

kesimpulan sebagai berikut :

1. Saat beban vertikal bertambah dan beban momen bernilai konstan yang terjadi

adalah, nilai panjang distribusi tegangan (a) tidak mengalami perubahan yang

besar dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban vertikal yang

bernilai konstan dan beban momen yang bertambah besar.

2. Saat beban vertikal bertambah dan beban momen bernilai konstan yang terjadi

adalah, nilai tebal pelat (tp) tidak mengalami perubahan yang besar

dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban vertikal yang bernilai

konstan dan beban momen yang bertambah besar.

3. Saat beban momen bertambah dan beban vertikal bernilai konstan yang terjadi

adalah, nilai panjang distribusi tegangan (a) mengalami perubahan yang besar

dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban momen yang bernilai

konstan dan beban vertikal yang bertambah besar.

4. Saat beban momen bertambah dan beban vertikal bernilai konstan yang terjadi

adalah, nilai luas tegangan (tp) mengalami perubahan yang besar

dibandingkan dengan saat kolom baja menerima beban momen yang bernilai

konstan dan beban vertikal yang bertambah besar.

39

5.2. Saran

Berdasarkan hasil analisa tentang sambungan kolom baja yang menerima beban

vertikal dan momen dengan pondasi beton, saran yang perlu dikembangkan dalam

analisa ini adalah :

1. Membutuhkan lebih banyak interaksi dalam penelitian ini.

2. Memerlukan uji laboratorium untuk membenarkan analisis ini.

40

DAFTAR PUSTAKA

C. Honeck William, Derek. 1999. Practical Desain and Detailing of Steel Column Base Plates. Forell Elsesser Engineers, inc . America C.MacCormac, Jack. 2001. Design Of Reinforced Concrete. Clemson University. Clemson Lui, E. M. 1999. Structural Steel Design. Syracuse University. Syracuse Suryoatmono Bambamg. 2005. Analisis Komponen Struktur Baja Dengan AISC- LRFD Teori. Unpar. Bandung T. DeWolf, John. 2005. Design of Column Base Plate. America Institute Of Steel Construction, inc. America