analisis sambungan portal baja antara balok...

ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN KOLOM DENGAN MENGGUNAKAN

SAMBUNGAN LAS DAN BAUT (Studi Literatur)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh

Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh:

DIAN SUKMA ARIFWAN

NIM 04 04 24 004

JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2007

Dian Sukma Arifwan : Analisis Sambungan Portal Baja Antara Balok Dan Kolom Dengan Menggunakan Sambungan Las Dan Baut (Studi Literatur), 2007. USU Repository © 2009

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR

ABSTRAK

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

B. Permasalahan

C. Maksud dan Tujuan

D. Pembatasan Masalah

E. Metodologi

F. Sistematika Penulisan

BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN

A. Umum

B. Sifat Bahan Baja

C. Sambungan

1. Permodelan Sambungan

2. Tipe-tipe Sambungan

3. Jenis Alat Penyambung

i. Baut

ii. Las

4. Sambungan Balok Rangka

5. Sambungan Sudut Portal Kaku

6. Sambungan Kolom ke Balok Menerus


BAB III ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN

KOLOM

A. Sambungan Penahan Momen

B. Sambungan Penahan Momen yang Direncanakan

C. Kekuatan Sambungan Baut

a. Kekuatan Geser Baut

b. Kekuatan Desak (Tumpu) Baut

c. Sambungan Baut Mengalami Pembebanan Eksentris

D. Kekuatan Sambungan Las

a. Kekuatan Sambungan Las

b. Kekuatan Las Sudut

c. Sambungan Las yang Eksentris

BAB IV APLIKASI

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

B. Saran


DAFTAR PUSTAKA

1. Bresler, Lin, Scalzi, Design of Steel Structures, John Wiley & Sons, Inc., 1960, 1968

2. Charles G. Salmon dan John E. Johnson, Struktur Baja Desain dan Perilaku, Jilid 1

dan 2, edisi ke-3, Penerbit Erlangga, 1996

3. Edwin H. Gaylor, Jr dan Charles N. Gaylord, Design of Steel Structures, McGraw-

Hill, Book Company, Inc., 1957

4. Rasdinanta Tarigan, ST. Tugas Akhir Analisa Sambungan Kolom Baja Dengan

Pondasi, 2004

5. Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI), 1983

6. Catatan Kuliah Struktur Baja I


- i -

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur Penulis sampaikan kehadirat Allah SWT atas kasih karunia-Nya

memberikan Pengetahuan, Kekuatan, dan Kesempatan kepada penulis sehingga mampu

menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat

untuk menempuh ujian Sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Sipil Universitas

Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah “ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA

ANTARA BALOK DAN KOLOM DENGAN MENGGUNAKAN SAMBUNGAN

LAS DAN BAUT”.

Dalam penulisan tugas akhir, penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan

dari berbagai pihak baik bantuan berupa dukungan moril, materil, spiritual, maupun

administrasi. Oleh karena itu sudah selayaknya penulis mengucapkan banyak terima

kasih kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc, Ketua jurusan Teknik Sipil;

2. Bapak Ir. Faizal Ezeddin, MS Koordinator Program Pendidikan Ekstension Jurusan

Teknik Sipil;

3. Bapak Ir. Robert Panjaitan, Dosen Pembimbing penulis dalam penulisan Tugas

Akhir ini;

4. Orang Tua Tercinta yang terus menerus berdoa agar penulis dapat menyelesaikan

studi, juga atas dorongan motivasi dan kepercayaan yang telah diberikan pada

penulis agar menyelesaikan Tugas Akhir ini;

5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Jurusan Teknik Sipil;


- ii -

6. Seluruh teman-teman Ekstension 2004 yang telah membantu dalam menyelesaikan

Tugas Akhir ini. Specially for July Rahmadhani untuk kesabarannya menunggu,

serta pihak-pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian tugas akhir ini

yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis

menyadari kemungkinan masih terdapat kekurangan dan kesilapan di dalam tugas akhir

ini. Oleh karena itu penulis terbuka dan mengharapkan sekali kritikan dan saran yang

sifatnya membangun guna memperbaiki tugas akhir ini.

Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita

semua.

Medan, Agustus 2007

Hormat saya

Dian Sukma Arifwan Sitepu

04 04 24 004


- iii -

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR…………………………………………………………… i

DAFTAR ISI…………………………………………………………………….. iii

ABSTRAK………………………………………………………………………. v

DAFTAR NOTASI……………………………………………………………… vi

DAFTAR GAMBAR……………………………………………………………. viii

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang……………………………………………………........... 1

B. Permasalahan…………………………………………………………….. 3

C. Maksud dan Tujuan……………………………………………………… 6

D. Pembatasan Masalah…………………………………………………….. 7

E. Metodologi………………………………………………………………. 9

F. Sistematika Penulisan……………………………………………………. 9

BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN

A. Umum……………………………………………………………………. 1

B. Sifat Bahan Baja…………………………………………………………. 2

C. Sambungan………………………………………………………………. 7

1. Permodelan Sambungan…………………………………………. 7

2. Tipe-tipe Sambungan……………………………………………. 14

3. Jenis Alat Penyambung………………………………………….. 17

i. Baut……………………………………………………… 17

ii. Las……………………………………………………….. 25

4. Sambungan Balok Rangka………………………………………. 34

5. Sambungan Sudut Portal Kaku………………………………….. 37

6. Sambungan Kolom ke Balok Menerus………………………….. 39


- iv -

BAB III ANALISIS SAMBUNGAN PORTAL BAJA ANTARA BALOK DAN

KOLOM

A. Sambungan Penahan Momen……………………………………………. 1

B. Sambungan Penahan Momen yang Direncanakan………………………. 2

C. Kekuatan Sambungan Baut……………………………………………… 3

a. Kekuatan Geser Baut……………………………………………. 4

b. Kekuatan Desak (Tumpu) Baut…………………………………. 6

c. Sambungan Baut Mengalami Pembebanan Eksentris…………… 9

D. Kekuatan Sambungan Las………………………………………………. 19

a. Kekuatan Sambungan Las………………………………………. 19

b. Kekuatan Las Sudut…………………………………………….. 20

c. Sambungan Las yang Eksentris………………………………… 24

BAB IV APLIKASI

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan……………………………………………………………… 1

B. Saran…………………………………………………………………….. 2

DAFTAR PUSTAKA


- v -

ABSTRAK

Suatu balok baja yang pada kedua ujungnya disambungkan terhadap kolom-kolom dengan menggunakan sambungan memakai baut, maka balok diatas merupakan konstruksi statis tertentu, karena kedua ujung tersebut bersifat sendi. Akan tetapi bila sambungan pada kedua ujung menggunakan beberapa baut ataupun dilas, maka akan terbentuk konstruksi statis tidak tentu, karena sambungan tidak dapat lagi berputar bebas. Dalam keadaan ekstrim sambungan dapat bersifat kaku sempurna (rigid), dimana sudutnya adalah nol.

Akan tetapi pada sambungan-sambungan yang menggunakan paku keling/baut

selalu akan terjadi deformasi elastis, yang mengakibatkan sifat kaku sempurna tidak tercapai. Sambungan menjadi semi kaku (semi rigid). Keberadaan lain dari suatu sambungan (sendi, semi kaku atau kaku sempurna) atau dengan kata lain tingkat kekakuan dari sambungan, akan mempengaruhi besarnya perubahan bentuk (lenturan ataupun putaran sudut) dan gaya-gaya dalam (momen lentur, gaya lintang, gaya normal dan torsi) pada analisis strukturnya.

Pada Tugas Akhir ini, gaya dalam yang dibahas hanya momen lentur M, yang

bekerja pada sambungan. Gaya lintang D, Gaya normal N dan torsi (momen puntir) T yang seharusnya turut bekerja pada sambungan tidak diikutkan. Dari hasil analisis diperoleh Teg. Geser Baut = 66377,14 N, Teg. Tumpu = 111888 N. Teg. Geser Las = 658440 N, Teg. Tumpu = 673437,1257 N dan Teg. Geser Paku = 80347,3 N, Teg. Tumpu = 271391 N. Terlihat bahwa tipe Sambungan Las mempunyai kekuatan sambungan yang paling tinggi jika besar gaya yang bekerja sama besar dan sambungan yang paling efisien adalah jenis Sambungan Baut, dimana dalam pengerjaannya dilapangan paling praktis diantara ketiga jenis sambungan yang dibahas dan memiliki nilai kekuatan yang cukup tinggi.


- vi -

DAFTAR NOTASI

A = luas tahanan efektif las

Ab = luasan baut

a = lebar luasan tertarik pada baut

b = lebar profil pengaku

be = lebar efektif

D = gaya lintang

d = diameter baut

e = eksentrisitas

Fp = gaya putus las sudut

h = tinggi penampang profil kolom

I = momen kelembaman

J = momen inersia polar

l = panjang las

M = momen

m = jumlah baris baut

n = jumlah baut

P = beban terpuusat

q = beban mati

R = resultante

s = jarak sumbu ke sumbu baut

T = gaya tarik

t = tebal plat penyambung


- vii -

w = momen tahanan

α = sudut antara gaya P terhadap bidang retak las

δ = tebal profil yang dilas

α = tegangan dasar baja

σ1 = tegangan idiil

τ = tegangan geser ijin baja

φ = koefisien kejut


- viii -

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Bidang Momen dan Garis Lentur Balok ............................... I - 4

Gambar 2.1 Hubungan Tegangan Regangan untuk Uji Tarik Pada Baja Lunak II - 3

Gambar 2.2 Penentuan Tegangan Leleh ................................................... II - 5

Gambar 2.3 Deformasi Rotasi Sambungan ............................................... II - 8

Gambar 2.4 Kurva M-θr Sambungan ........................................................ II - 8

Gambar 2.5 Tipe Sambungan (a) Single Web-Angle dan (b) Single Plate II -10

Gambar 2.6 Tipe Sambungan Double Single Web-Angle ....................... II -10

Gambar 2.7 Tipe Sambungan Top and Seat Web-Angle with .................

Double web-Angle ...................................................................... II -11

Gambar 2.8 Tipe Sambungan Top and Seat-Angle .................................. II -11

Gambar 2.9 Tipe Sambungan Header Plate .............................................. II -11

Gambar 2.10 Tipe Sambungan Extended End-Plate ................................. II -12

Gambar 2.11 Tipe Sambungan Flush End Plate ....................................... II -12

Gambar 2.12 Tipe Sambungan Top And Seat Angle

dengan Double Web Angle ......................................................... II -13

Gambar 2.13 Pengaruh Deformasi Elaastis Terhadap Sambungan Top And Seat

Angle dengan Double Web angle ............................................... II -13

Gambar 2.14 Mekanisme Collapse pada Tipe Sambungan Top And Seat Angle

dengan Double Web Angle ........................................................ II -15

Gambar 2.15 Hubungan Antara Tegangan Tarik dengan Perpanjangan

Batang Baut ................................................................................. II -22

Gambar 2.17 Tipe-tipe Las ....................................................................... II -27

Gambar 2.18 Tipe-tipe Las Groove ......................................................... II -28


- ix -

Gambar 2.19 Penggunaan Las Groove pada Sambungan T ...................... II -28

Gambar 2.20 Kegunaan Tipikal Las Fillet ................................................ II -29

Gambar 2.21 Las Slot dan Las Plug dalam Kombinasi dengan Las Fillet II -30

Gambar 2.22 Tebal Las ............................................................................. II -31

Gambar 2.23 Gaya P yang Membentuk Sudut α Terhadap Bidang retak Las II -31

Gambar 2.24 Gaya P Izin yang Dapat Dipikul Beberapa Jenis

Sambungan Las ........................................................................... II -33

Gambar 2.25 Sambungan Balok Rangka .................................................. II -35

Gambar 2.26 Kegagalan Akibat Sobekan di Ujung Pada Sambungan

Balok Rangka .............................................................................. II -36

Gambar 2.27 Sudut Portal Kaku ............................................................... II -39

Gambar 2.28 Sambungan Kolom ke Balok Menerus .............................. II -40

Gambar 3.1 Sambungan T-Conection ....................................................... III -1

Gambar 3.2 Sambungan Bracket Conection ............................................. III -2

Gambar 3.3 Sambungan Penahan Momen ................................................ III -3

Gambar 3.4 Baut yang Mengalami Geser Tunggal ................................... III -4

Gambar 3.5 Baut yang Mengalami Geser Rangkap .................................. III -5

Gambar 3.6 Bentuk-bentuk Kegagalan yang Mungkin Timbul Pada

Sambungan Baut ........................................................................ III - 6

Gambar 3.7 Tekanan Tumpu Pada Sambungan Baut ............................... III - 7

Gambar 3.8 Jarak Baut .............................................................................. III - 9

Gambar 3.9 Sambungan Eksentris ............................................................ III-10

Gambar 3.10 Analisa Sambungan yang Eksentrisitas .............................. III-10

Gambar 3.11 Sambungan Antara Kolom dan Balok ................................. III-14


- x -

Gambar 3.12 Kejadian Simple Flexture yang terjadi pada Saat

Baut Mengalami Tarikan ............................................................ III-17

Gambar 3.13 Peristiwa Double Flexture ................................................... III-18

Gambar 3.14 Distribusi Tegangan Tipikal pada Lap Join dengan

Las Fillet Longitudinal ................................................................ III-21

Gambar 3.15 Distribusi Tegangan Tipikal pada Suatu Sambungan Impit yang

Transversal Terhadap Las Fillet .................................................. III-21

Gambar 3.16 Dimensi Leher Efektif untuk Las Fillet............................... III-22

Gambar 3.17 Hubungan Las yang Dibebani Eksentris ............................. III-25

Gambar 3.18 Beban-beban pada Las ........................................................ III-25

Gambar 3.18 Rumus-rumus Momen Inersia ............................................. III-27


I - 1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pada suatu konstruksi bangunan, tidak terlepas dari elemen-elemen seperti

balok, kolom pelat maupun kolom balok, baik itu yang terbuat dari baja, kayu maupun

beton, pada tempat-tempat tertentu harus disambung. Hal ini dikarenakan keterbatasan

ketersediaan material dipasaran dan juga berhubungan dengan kemudahan pemasangan

dilapangan. Khusus untuk konstruksi yang terbuat dari bahan beton, boleh jadi

sambungan bukan merupakan sesuatu hal yang perlu dipermasalahkan, karena pada

konstruksi beton struktur secara keseluruhan adalah bersifat monolit (menyatu secara

kaku). Lain halnya dengan konstruksi yang terbuat dari baja maupun kayu, sambungan

merupakan sesuatu hal yang perlu mendapat perhatian serius yang matang karena pada

konstruksi baja dan kayu, elemen-elemen struktur yang disambung tidak dapat bersifat

monolit seperti konstruksi beton.

Pada umumnya sambungan berfungsi untuk memindahkan gaya-gaya yang

bekerja pada elemen-elemen struktur yang disambung. Sambungan dibuat karena

keterbatasan bahan yang tersedia di pasaran dan juga untuk kemudahan pemasangan

dilapangan serta kemudahan dalam hal pengangkutan. Misalkan saja akan dibuat suatu

struktur ranngka gading-gading kap terbuat dari baja profil siku, maka tidak mungkin

melaksanakannya secara langsung dilapangan karena tidak akan ekonomis, tetapi akan

lebih hemat jika terlebih dahulu merakitnya di pabrikasi (bengkel/workshop), baru

selanjutnya tinggal menyambungkannya pada kolom-kolom dilapangan.


I -

Laporan Tugas Akhir

2

Alat-alat sambung yang biasa digunakan pada konstruksi baja adalah :

1. Sambungan dengan paku keling (rivet)

2. Sambungan dengan baut (Bolt)

3. Sambungan dengan las (welding)

Jika dibandingkan ketiga alat sambung ini, maka las merupakan alat sambung yang

menghasilkan kekakuan yang paling besar, sedangkan paku keling menghasilkan

sambungan yang lebih kaku jika dibandingkan dengan baut, tetapi kurang kaku jika

dibandingkan dengan las. Tetapi pada dewasa ini sambungan dengan menggunakan

paku keling sudah jarang digunakan karena kesulitan dalam pemasangannya. Oleh

karena itu pada tugas akhir ini perencanaan sambungan akan memakai sambungan baut

(tipe baut : baut bubut) dan las (tipe las : las fillet/sudut).

Bahan baja sebagai bahan bangunan, diproduksi di pabrik-pabrik peleburan

dalam bentuk ukuran dan panjang yang tertentu sesuai dengan standar yang dilakukan.

Oleh karena itu tidaklah mungkin membangun suatu konstruksi secara monolit

(diprabikasi, dicetak) akan tetapi terpaksa dibangun dari elemen-elemen yang

disambung satu persatu di lapangan dengan menggunakan salah satu alat-alat sambung

atau kombinasi dari dua alat sambung seperti yang telah disebutkan diatas.

Sifat dari sambungan ini sangat tergantung pada jenis dan konstruksi

sambungan, bervariasai mulai dari yang berkekakuan sendi sampai dengan kaku

sempurna. Untuk menghilangkan salah pengertian, perlu terlebih dahulu dijelaskan

tentang istilah kekakuan pada struktur batang, kata stifness. Suatu struktur sambungan

dapat bersifat sendi (ekstrem bawah) dan kaku atau rigid pada ekstrem atas. Diantaranya

terdapat sifat semi kaku "semi rigid". Tidak ada ukuran yang dapat dipakai untuk

menentukan tingkat kekakuan dan sambungan dimaksud. Disini cara yang ditempuh


I -

Laporan Tugas Akhir

3

adalah dengan menggunakan kombinasi sendi dengan pegas momen sebagai pengganti

sambungan (perletakan) yang semi kaku. Besarnya konstanta pegas adalah

menunjukkan tingkat kekakuan dari sambungan. Maka untuk seterusnya bila terpakai

kata kekakuan sambungan, yang dimaksud adalah kekakuan (konstante) pegas yang

dimaksud diatas.

B. Permasalahan

Sambungan menerus balok dan kolom ditunjukkan untuk memindahkan semua

momen dan memperkecil atau meniadakan rotasi batang pada sambungan (yaitu jenis:

AISC – sambungan portal kaku).

Kolom dapat berhubungan secara kaku dengan balok-balok pada kedua

sayapnya, tingkat kekakuan dari sambungan pada konstruksi tersebut mempunyai

peranan penting pada analisa struktur untuk menghitung gaya-gaya dalam dan

deformasi, terutama untuk struktur statis tak tentu. Contoh berikut ini akan

memperlihatkan permasalahan yang ditimbulkan oleh kondisi yang berbeda-beda dari

ujung-ujung (sambungan) dari satu batang. Apabila titik ujung A dan B adalah sendi

dan beban mati terpusat berada di tengah-tengah bentang yaitu di C maka momen di A

atau di B adalah nol. Momen di C yakni Moc = ¼ PL. Tetapi bila titik A dan B kaku

sempurna maka besar momen akan berubah menjadi:

M’A = M’B = -1/8 PL dan M’C =1/8 PL = ½ MoC

Bila titik A dan B bersifat diantara sendi dan kaku (semi kaku), maka momen-

momen tersebut akan berubah besarnya sesuai dengan tingkat kekakuan dari

sambungan.


I -

Laporan Tugas Akhir

4

P

A B

C

½ l ½ l

Gambar 1.1 Bidang momen dan garis lentur balok

MoC

MB

MoC

MoBMC

BIDANG MOMEN

GARIS LENTUR

YoCY”C Y’C

Dimana:

0 < M”B < M’B dan MOC > M”C > M’C

Hal yang sama terjadi pada lenturan, yakni bahwa:

Yoc>Y”c>Y’c

Kalau pada waktu perencanaan titik hubungan A dan B diasumsikan sendi, akan tetapi

pada waktu pelaksanaan terjadi hubungan kaku atau semi kaku, maka ditengah bentang

terdapat momen yang lebih kecil dari yang dihitung semula. Sedangkan pada jepitan

timbul momen sebesar M”B yang semula adalah nol. Sebaliknya bila pada waktu

pelaksanaan terjadi hubungan yang semi kaku maka ditengah bentang terjadi momen

M”C yang lebih besar dari M’C yang dihitung pada awalnya (jadi ada bahaya),

sedangkan di titik A dan B momen menjadi berkurang.

Dalam menentukan tingkat kekakuan sambungan ada dua cara, yaitu

berdasarkan hasil pengujian dilaboratorium dan perhitungan secara analitis. Dalam


I -

Laporan Tugas Akhir

5

menentukan derajat kekakuan K dari sambungan adalah dengan menentukan jumlah dan

susunan dari baut penyambung dan menentukan dari pelat dasar sebagai pelat

penyambung adalah menentukan tipe las dan tebal las. Sedangkan bila berdasarkan

perhitungan secara analitis, derajat kekakuan K dari sambungan dapat ditentukan

melalui prosedur literasi metode kekakuan. Secara teoritis faktor-faktor yang

mempengaruhi besarnya derajat kekakuan K dari sambungan adalah:

1. Ukuran baut, jumlah baut dan jarak baut.

2. Tebal pelat penyambung

3. Kekakuan dan panjang dari batang tersambung, baik itu balok maupun kolom.

4. Gaya dalam (pada Tugas Akhir ini yang dibahas hanya momen lentur M) yang

bekerja pada sambungan.

5. Deformasi akibat tegangan tarik aksial pada bidang persentuhan antara baut dan

pelat (batang) tersambung.

6. Lenturan pada baut sendiri.

7. Adanya kelonggaran antara baut dengan pelat-pelat tersambung. Dengan

perkataan lain ukuran lobang baut lebih besar dari diameter baut.

8. Adanya tahanan gesek antara pelat-pelat tersambung yang ditimbulkan oleh

pengunci baut yang sangat kuat.

Kekakuan pada suatu sambungan antara balok dan kolom mempengaruhi besar

beban yang dapat bekerja pada struktur tersebut. Bagaimana bila sambungan antara

balok dan kolom mengalami pembebanan sampai batas elastisnya?.

Oleh karena itu sangat perlu untuk menganalisa M sambungan pada perencanaan

sambungan balok-kolom pada suatu konstruksi baja dan bagaimana pengaruhnya

terhadap M kapasitas elastis (balok). Karena balok mengalami M kapasitas elastis maka


I -

Laporan Tugas Akhir

6

balok hanya akan mengalami lendutan (dengan catatan tidak ada sambungan balok-

balok pada span balok dari kolom) sebab balok bersifat monolit, sedangkan sambungan

balok-kolom tidak. Apakah M sambungan dapat memikul M kapasitas elastis?

Berdasarkan hal inilah, maka dalam tugas akhir ini dalam perencanaan kekuatan

sambungan balok – kolom pada suatu konstruksi portal baja sangat perlu

memperhatikan hubungan dibawah ini:

M sambungan ≥ M kapasitas elastis.

C. Maksud dan Tujuan

Penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk membahas mengenai analisis

sambungan portal baja antara balok dan kolom dengan menggunakan sambungan las,

baut dan paku keling.

Adapun tujuannya adalah untuk

1. Menganalisis kekuatan sambungan balok dan kolom pada portal baja dengan

cara membandingkan momen yang terjadi pada sambungan dengan momen

kapasitas yang dapat dipikul oleh balok dalam batas elastisnya sehingga

tidak menimbulkan resiko pada konstruksi yang direncanakan.

2. Menganalisis kekuatan sambungan balok dan kolom pada portal baja dengan

cara membandingkan antara sambungan las dengan baut dan paku keling.


I -

Laporan Tugas Akhir

7

D. Pembatasan Masalah

Agar masalah yang dibahas dalam tulisan ini mengarah kepada tujuan yang

relevan dengan judulnya dan juga keterbatasan literatur serta untuk mempermudah

perhitungan tetapi hasilnya masih mendekati kebenaran, maka perlu diadakan

pembatasan masalah sebagai berikut:

1. Konstruksi yang akan dianalisis adalah portal dengan elemen 2 dimensional

dalam bentuk portal bidang (plane frame)

2. Analisis hanya dilakukan terhadap gaya dalam momen lentur M saja yang

bekerja, sedangkan gaya dalam lainnya seperti gaya lintang D dan gaya

normal N yang seharusnya bekerja tidak turut diperhitungkan.

3. Analisis dilakukan dalam batas elastis menurut hukum Hooke, dimana

hubungan tegangan regangan adalah linear.

4. Material yang digunakan adalah baja yang bersifat linear-elastis, isotropik

homogen.

5. Pembahasan hanya meliputi hubungan sambungan balok dan kolom.

6. Sambungan yang dianalisis pada tugas akhir ini adalah tipe sambungan baut

dan sambungan las.

7. Baut yang dianalisis adalah baut biasa, yaitu baut bubut yang terbuat dari

besi beton; direncanakan: Mutu U-52 ((Baut (elastis) = 2400 kg/cm2).

Perencanaan profil : Mutu U-37 ((Profil (Elastis) = 1600 kg/cm2)

8. Baut yang dianalisis bukan merupakan baut mutu tinggi, sehingga efek

prying force akibat baut mutu tinggi tidak dianalisa.


I -

Laporan Tugas Akhir

8

9. Analisis tidak dilakukan terhadap pengaruh ketidak seragaman tegangan

yang ditanggung oleh komponen-komponen sambungan (yaitu ada

komponen yang lebih awal mengalami leleh).

10. Perubahan bentuk geometri struktur adalah linear.

11. Dimensi balok dan kolom menggunakan profil baja IWF.

12. Deformasi akibat tegangan tarik aksial (oleh momen lentur M yang bekerja)

yaitu deformasi rotasi θr pada bidang persentuhan antara baut dan pelat dasar

atau baja siku (batang) tersambung tidak dianalisa.

13. Lenturan pada baut sendiri tidak dianalisa.

14. Analisa tidak dilakukan terhadap tekuk flens dan atau web kolom ataupun

balok yang terjadi disekitar sambungan.

15. Derajat kekakuan K pada sambungan hubungan balok-kolom diasumsikan

100 %

16. Dalam penentuan inflexient point (garis netral) pada sambungan yang

direncanakan dengan baut sebagai alat penyambung, perhitungan luasan

bidang pengganti di ekivalensikan dengan pengasumsian jarak-jarak baut

adalah sama (dalam perencanaan sambungan, jarak-jarak baut tidak sama

tetapi sesuai dengan persyaratan menurut PPBBI 1983)


I -

Laporan Tugas Akhir

9

E. Metodologi

Dalam penulisan Tugas Akhir ini metoda yang digunakan adalah study literatur,

adapun sumbernya adalah buku-buku jurnal, buku-buku yang berhubungan dengan

analisa yang akan dibahas

Analisis dalam Tugas Akhir ini dilakukan dalam batas elatis dengan

menggunakan metoda analisa perhitungan ASD (Allowable Stress Design). Perencanaan

profil baja untuk balok, kolom, pelat penyambung, baja siku penyambung menggunakan

U-37 (σElastis = 1600 kg/cm2). Baut penyambung menggunakan baut bubut (yang

terbuat dari besi beton) dengan mutu baja U-52 (σElastis = 2400 kg/cm2) dan las

merupakan tipe las fillet (las sudut).

F. Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran garis besar penulisan Tugas Akhir ini, maka isi

Tugas Akhir ini dapat diuraikan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN, terdiri dari Latar Belakang, Permasalahan, Maksud dan

Tujuan, Pembatasan Masalah, Metodologi dan Sistematika Penulisan.

BAB II : TINJAUAN KEPUSTAKAAN, terdiri dari Penjelasan Umum mengenai

sambungan antara balok dan kolom baja, Sifat Bahan Baja berisikan sifat

bahan baja, Sambungan berisikan penjelasan mengenai sambungan las dan

baut, serta penjelasan mengenai sambungan sudut portal kaku.

BAB III : ANALISIS KEKAKUAN SAMBUNGAN BALOK DAN KOLOM, terdiri

dari Sambungan Penahan Momen, Sambungan Penahan Momen yang

Direncanakan, Kekuatan Sambungan Baut yang berisikan penjelasan

mengenai kekuatan geser baut, kekuatan desak (tumpu) baut, sambungan


I -

Laporan Tugas Akhir

10

baut yang mengalami pembebanan eksentris dan Kekuatan Sambungan Las

yang berisikan penjelasan mengenai kekuatan sambungan las, kekuatan las

sudut dan sambungan las yang eksentris.

BAB IV : APLIKASI

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN, terdiri dari Kesimpulan dan Saran.


II - 1

BAB II

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

II.1. UMUM

Sambungan merupakan sesuatu hal yang tidak dapat dihindarkan dalam

perencanaan struktur baja. Hal ini dikarenakan bentuk struktur bangunan yang begitu

kompleks. Adapun contoh yang dapat kita jumpai di struktur bangunan adalah

sambungan antara kolom dan balok. Kegagalan dalam sambungan tersebut dapat

mengakibatkan perubahan fungsi struktur bangunan tersebut, dan yang paling berbahaya

adalah keruntuhan pada struktur tersebut. Sehingga untuk mencegah hal tersebut maka

kekakuan sambungan antara balok dan kolom tersebut harus baik.

Alat penyambung yang sering digunakan adalah dengan pembautan dan

pengelasan yang diberi pengaku samping. Secara umum sambungan antara balok dan

kolom baja terdiri dari 3 elemen yaitu:

a) Balok

b) Kolom

c) Alat penyambung.

Jadi ketiga elemen tersebut yang harus kita perhitungkan sehingga perencanaan

struktur tersebut akan sesuai seperti yang direncanakan. Dan pada akhirnya struktur

bangunan itu akan berdiri sesuai dengan fungsi yang diinginkan.


II -

Laporan Tugas Akhir

2

II.2. Sifat Bahan Baja

Sifat baja yang terpenting dalam penggunaannya sebagai bahan konstruksi

adalah kekuatannya yang tinggi, dibandingkan dengan bahan lain seperti kayu, dan sifat

keliatannya, yaitu kemampuan untuk berdeformasi secara nyata baik dalam tegangan

baik dalam regangan maupun dalam kompresi sebelum kegagalan, serta sifat

homogenitas yaitu sifat keseragaman yang tinggi.

Baja merupakan bahan campuran besi (Fe), 1,7 % zat arang atau karbon (C),

1,65 % mangan (Mn), 0,6 % silikon (Si), dan 0,6 % tembaga (Cu). Baja dihasilkan

dengan menghaluskan bijih besi dan logam besi tua bersama-sama dengan bahan

tambahan pencampur yang sesuai, dalam tungku tempratur tinggi untuk menghasilkan

massa-massa besi yang besar, selanjutnya dibersihkan untuk menghilangkan kelebihan

zat arang dan kotoran-kotoran lain.

Berdasarkan persentase zat arang yang dikandung, baja dapat dikategorikan

sebagai berikut:

1. Baja dengan persentase zat arang rendah (low carbon steel)

yakni lebih kecil dari 0.15%

2. Baja dengan persentase zat arang ringan (mild carbon steel)

yakni 0.15% - 0.29%

3. Baja dengan persentase zat arang sedang (medium carbon steel)

yakni 0.30% - 0.59%

4. Baja dengan persentase zat arang tinggi (high carbon steel)

yakni 0.60% - 1.7%

Baja untuk bahan struktur termasuk ke dalam baja yang persentase zat arang

yang ringan (mild carbon steel), semakin tinggi kadar zat arang yang terkandung di

dalamnya, maka semakin tinggi nilai tegangan lelehnya. Sifat-sifat bahan struktur yang

paling penting dari baja adalah sebagai berikut:


II -

Laporan Tugas Akhir

3

1. Modulus elastisitas (E) berkisaran antara 193000 Mpa sampai 207000 Mpa. Nilai

untuk design lazimnya diambil 210000 Mpa.

2. Modulus geser (G) dihitung berdasarkan persamaan:

G = E / 2(1+μ)

Dimana: μ = angka perbandingan poisson

Dengan mengambil μ = 0.30 dan E = 210000 Mpa, akan memberikan G = 810000

Mpa

3. Koefisien ekspansi (α), diperhitungkan sebesar:

α = 11.25 x 10-6 per º C

4. Berat jenis baja (γ), berat jenis baja diambil 7.85 t/m3

Untuk mengetahui hubungan antara tegangan dan regangan pada baja dapat

dilakukan dengan uji tarik di laboratorium. Sebagian besar percobaan atas baja akan

menghasilkan bentuk hubungan tegangan dan regangan seperti Gambar 2.1 di bawah

ini.

σ

0 ε

Gambar 2.1 Hubungan tegangan regangan untuk uji tarik pada baja lunak

(Sumber: Charles G. Salmon, 1986:38)

B

A'A

M

C


II -

Laporan Tugas Akhir

4

Keterangan gambar:

σ = tegangan baja

ε = regangan baja

A = titik proporsional

A’ = titik batas elastis

B = titik batas plastis

M = titik runtuh

C = titik putus

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa sampai titik A hubungan tegangan

dengan regangan masih linier atau keadaan masih mengikuti hukum Hooke. Kemiringan

garis OA menyatakan besarnya modulus elastisitas E. Diagram regangan untuk baja

lunak umumnya memiliki titik leleh atas (upper yield point), σyu dan daerah leleh datar.

Secara praktis, letak titik leleh atas ini, A’ tidaklah terlalu berarti sehingga pengaruhnya

sering diabaikan. Titik A’ sering juga disebut sebagai titik batas elastis (elasticity limit).

Sampai batas ini bila gaya tarik dikerjakan pada batang baja maka batang tersebut akan

berdeformasi. Selanjutnya bila gaya itu dihilangkan maka batang akan kembali

kebentuk semula. Dalam hal ini batang tidak mengalami deformasi permanen.

Bila beban yang bekerja bertambah, maka akan terjadi pertambahan regangan

tanpa adanya pertambahan tegangan. Sifat pada daerah AB inilah yang disebut sebagai

keadaan plastis. Lokasi titik B, yaitu titik batas plastis tidaklah pasti tetapi sebagai

perkiraan dapat ditentukan yakni terletak pada regangan 0.014.

Daerah BC merupakan daerah strain hardening, dimana pertambahan regangan

akan diikuti dengan sedikit pertambahan tegangan. Disamping itu, hubungan tegangan

dengan regangannya tidak lagi bersifat linier. Kemiringan garis setelah titik B ini

didefinisikan sebagai Ez. Di titik M, yaitu regangan berkisar antara 20% dari panjang

batang, tegangannya mencapai nilai maksimum yang disebut sebagai tegangan tarik


II -

Laporan Tugas Akhir

5

batas (ultimate tensile strength). Akhirnya bila beban semakin bertambah besar lagi

maka titik C batang akan putus.

Tegangan leleh adalah tegangan yang terjadi pada saat baja mulai meleleh.

Dalam kenyataannya, sulit untuk menentukan besarnya tegangan leleh, sebab perubahan

dari elastisitas menjadi plastis seringkali besarnya tidak tetap. Sebagai standar

menentukan besarnya tegangan leleh dihitung dengan menarik garis sejajar dengan

sudut kemiringan modulus elastisitasnya, dari regangan sebesar 0.2% (Gambar 2.2)

σ

0 .0 0 20 0 .0 0 4

C

B

C D

D

0 B

ε

Gambar 2.2 Penentuan tegangan leleh

Dari titik regangannya 0.2% ditarik garis sejajar dengan garis OB sehingga

memotong grafik tegangan regangan sehingga memotong sumbu tegangan. Tegangan

yang diperoleh ini disebut tegangan leleh. Tegangan-tegangan leleh dari bermacam-

macam baja bangunan diperlihatkan pada Tabel 2.1


II -

Laporan Tugas Akhir

6

Tabel 2.1 Harga tegangan leleh

Macam baja Tegangan leleh

Kg/cm2 Mpa

Bj 34

Bj 37

Bj 41

Bj 44

Bj 50

Bj 52

2100

2400

2500

2800

2900

3600

210

240

250

280

290

360

Baja memiliki beberapa kelebihan sebagai bahan konstruksi, diantaranya:

1. Nilai kesatuan yang tinggi per satuan berat

2. Keseragaman bahan dan komposit bahan yang tidak berubah terhadap waktu

3. Dengan sedikit perawatan akan didapat masa pakai yang tidak terbatas

4. Daktilitas yang tinggi

5. Mudah untuk diadakan pengembangan struktur

Di samping itu baja juga mempunyai kekurangan dalam hal:

1. Biaya perawatan yang besar

2. Biaya pengadaan anti api yang besar (fire proofing costs)

3. Dibandingkan dengan kekuatannya kemampuan baja melawan tekuk kecil

4. Nilai kekuatannya akan berkurang, jika dibebani secara berulang/periodik, hal

ini biasa disebut dengan leleh atau fatigue.

Dengan kemajuan teknologi, perlindungan terhadap karat dan kebakaran pada baja

sudah ditemukan, hingga akibat buruk yang mungkin terjadi bisa dikurangi/dihindari.


II -

Laporan Tugas Akhir

7

II.3. Sambungan

Bahan baja sebagai bahan bangunan, diproduksi dipabrik-pabrik peleburan

dalam bentuk, ukuran dan panjang tertentu sesuai dengan standard yang ditentukan.

Oleh karena itu tidaklah mungkin membangun suatu konstruksi secara monolit (

dipabrikasi dicetak), akan tetapi terpaksa dibangun dari elemen-elemen yang disambung

satu persatu dilapangan. Sifat dari sambungan ini sangat tergantung pada jenis dan

konstruksi sambungan, bervariasi mulai dari yang berkelakuan sebagai sendi sampai

dengan kaku sempurna. Pada struktur batang istilah kekakuan digunakan untuk faktor

EI dari batang atau dalam bahasa inggris disebut stiffnes. Suatu struktur sambungan

dapat bersifat sendi, kaku (rigid), semi kaku (semi rigid). Tidak ada ukuran yang pasti

dipakai untuk menentukan tingkat dari sambungan yang dimaksud.

II.3.1 Permodelan Sambungan

Suatu sambungan merupakan sarana dimana beban-beban yang bekerja

disalurkan. Untuk sambungan balok ke kolom, beban-beban yang bekerja disalurkan.

Untuk sambungan balok ke kolom, beban-beban yang disalurkan meliputi gaya normal

N, gaya lintang D dan Momen M saja.

Selanjutnya dalam tugas akhir ini deformasi sambungan akibat momen lentur M

saja yang diperhitungkan, yaitu deformasi rotasi θr, biasanya rotasi ditulis dalam fungsi

momen. Apabila momen lentur M bekerja pada sambungan maka akan timbul deformasi

rotasi sebesar θr seperti gambar ini.


II -

Laporan Tugas Akhir

8

(Sumber: Andry Anta Kesuma, Tugas Akhir Analisis Kekakuan Sambungan Portal Baja, 2004)

Rotasi yang dimaksud adalah perubahan sudut yang terjadi antara balok dan

kolom dari kondisi aslinya yang merupakan sesuatu ukuran putaran relatif balok

terhadap kolom. Hubungan M – θr sambungan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Dari gambar diatas dapat diambil beberapa pengamatan antara lain:


Gambar 2.3. Deformasi Rotasi Sambungan

Gambar 2.4. Kurva M- θr Sambungan


II -

Laporan Tugas Akhir

9

Semua tipe sambungan menunjukkan perilaku hubungan M – θr yang berada

diantara rigid (sumbu vertikal) dan sendi (sumbu horizontal).

a) Untuk nilai momen yang sama, sambungan yang lebih fleksibel memiliki

sudut rotasi θr yang lebih besar. Sebaliknya untuk nilai θr tertentu, sambungan

yang lebih fleksibel menyalurkan momen yang lebih kecil.

b) Momen maksimum yang mampu disalurkan suatu sambungan (kapasitas

momen ultimate) menurun pada sambungan yang lebih fleeksibel.

c) Hubungan M - θr senantiasa non – linear untuk setiap jenis pembebanan.

Ketidak linearan ini disebabkan oleh berbagai faktor, yang terpenting

diantaranya adalah:

a) Ketidak seragaman material.

Sambungan tersebut terdiri atas berbagai macam dan susunan baut, siku dan

pelat. Hal ini memungkinkan terjadinya slip dan pergerakan relatif pada tingkat

pembebanan yang berbeda.

b) Tercapainya kondisi leleh dari sebagian komponen sambungan.

Karena tidak seragamnya tegangan yang ditanggung oleh komponen –

komponen sambungan, maka ada komponen yang lebih awal mengalami leleh.

Ini merupakan faktor utama penyebab kenonlinearan perilaku suatu sambungan.

c) Konsentrasi tegangan dan regangan yang disebabkan oleh lobang (baut),

pengencangan dan bidang kontak elemen yang diterapkan pada sambungan.

d) Tekuk flens dan atau web kolom ataupun balok yang terjadi disekitar

sambungan

e) Perubahan geometri akibat beban yang bekerja.


II -

Laporan Tugas Akhir

10

Berikut ini dapat dilihat tipe – tipe sambungan tersebut.


Gambar 2.5. Tipe Sambungan (a) Single Web-Angle dan (b) Single Plate

Gambar 2.6. Tipe Sambungan Double Single Web-Angle


II -

Laporan Tugas Akhir

11


Gambar 2.7. Tipe Sambungan Top-and Seat-Angle with Double Web Angle

Gambar 2.8. Tipe Sambungan Top-and-Seat-Angle

Gambar 2.9. Tipe Sambungan Header Plate


II -

Laporan Tugas Akhir

12


Gambar 2.10. Tipe Sambungan extended plate; (a) extended on tension side only (b) extended on tendion and compression sides

Gambar 2.11 Tipe Sambungan flush end plate


II -

Laporan Tugas Akhir

13

Dalam penganalisaan kekuatan sambungan balok – kolom tersebut, akan

dilakukan penganalisaan terhadap momen yang bekerja pada sambungan yang akan

dibandingkan dengan momen kapasitas yang dapat dipikul oleh balok dalam batas

elastisitasnya. Pada tugas Akhir ini M sambungan tidak dibandingkan terhadap M

kapasitas, sehingga analisa M sambungan terhadap M kapasitas elastis tidak dibahas.

Pada gambar berikut ini dapat dilihat pengaruh deformasi elastis yang terjadi pada

sambungan balok – kolom adalah tipe sambungan top – angle with double web angle.


Gambar 2.13 Tipe Sambungan top-and seat-angle dengan double web

Gambar 2.14 Pengaruh deformasi elastis terhadap sambungan top-and seat-angle dengan double web angle


II -

Laporan Tugas Akhir

14

Sebagai gambaran, dibawah ini dapat dilihat pengaruh terjadinya mekanisme

collapse (pada sambungan dengan tipe seperti diatas) akibat M sambungan < M

kapasitas plastis.


II.3.2 Tipe – Tipe Sambungan

Konstruksi baja dikategorikan oleh LRFD – A2.2 dan ASD – A2.2 kedalam

beberapa tipe tergantung pada besarnya kekangan yang dihasilkan sambungannya.

Dikenal tiga buah tipe sambungan, antara lain:

a) Tipe Terkekang Penuh (rangka rigid atau rangka kontinu)

Keadaan ini terjadi jika pada sambungan diberikan kontinuitas penuh

sehingga sudut awal antara batang – batang yang berpotongan dipertahankan

konstan selama pembebanan struktur, yaitu dengan kekangan rotasi 90 % atau

lebih dari yang diperlukan untuk mencegah perubahan sudut. Oleh LRFD – A2.2

sambungan ini disebut “Tipe FR” (dari Fully Restrain = terkekang penuh) dan

di dalam ASD – A2.2 dikenal ebagai “Tipe 1”.

Gambar 2.15 Mekanisme collapse pada tipe sambungan top-and seat-angle dengan double web angle


II -

Laporan Tugas Akhir

15

b) Tipe Rangka Sederhana (tipe tak terkekang atau tipe ujung bebas)

Keadaan ini terjadi jika kekurangan rotasi pada ujung – ujung batang

dibuat sekecil mungkin. Untuk balok, perangkaan sederhana diharapkan

hanya memberikan transfer geser pada ujung – ujungnya. Biasanya rangka

sederhana dianggap terjadi jika sudut awal antara batang-batang yang

berpotongan dapat berubah sekitar 80 % atau lebih dari jumlah perubahan

sudut yang secara teoritis jika digunakan sambungan berengsel bebas. Jika

dikehendaki suatu balok bertumpuan sederhana, sambungan rangka

sederhana harus digunakan. Jika digunakan analisis plastis, karena

kontinuitasnya dianggap sama (inheren) maka pada keadaan ini penggunaan

sambungan rangka sederhana tidak sesuai. Tetapi dua atau lebih sistem

bidang yang dirancang menggunakan analisis plastis dapat dirangkai dengan

sambungan rangka sederhana yang dikombinasikan dengan suatu sistem

penopang (misalnya penopang silang / cross bracing). Struktur yang

menggunakan sambungan rangka sederhana disebut sebagai konstruksi

“Tipe 2” di dalam allowable Stress Design (ASD – A2.2), sedangkan di

dalam LRFD – A2.2 dikenal dengan “Tipe PR” (partially restrained =

terkekang sebagian). Penyebutan terkekang sebagian untuk jenis sambungan

ini adalah untuk menunjukkan fakta selalu ada sejumlah kekangan pada

sambungan ini. LRFD – A2.2 mensyaratkan jika konstruksi “Tipe PR”

diinginkan sebagai rangka sederhana, maka harus memenuhi tiga syarat

berturut-turut sebagai berikut:


II -

Laporan Tugas Akhir

16

Reaksi balok bertumpuan sederhana akibat beban terfaktor harus

mampu ditahan oleh sambungan tersebut.

Struktur dan sambungannya harus mampu menahan beban-beban

lateral terfaktor.

Sambungan harus mempunyai kapasitas rotasi tak elastis yang cukup

sehingga perubahan sudut yang sama (inheren) dalam rangka

sederhana dapat terjadi pada beban terfaktor tanpa mengakibatkan

pembebanan berlebih pada sistem penyambung ujung.

c) Tipe Rangka Setengah Kaku

Rangka setengah kaku terjadi jika kekangan rotasi kira-kira antara 20%

hingga 90% dari yang diperlukan untuk mencegah perubahan sudut relatif.

Ini berarti bahwa dengan rangka setengah kaku momen yang dipindahkan

melalui sambungan tidaklah nol (atau dalam jumlah kecil) sebagaimana pada

rangka sederhana dan tidak pula momen kontinuitas penuh seperti dalam

analisis rangka kaku elastis. Khususnya di dalam ASD-A2.2, rangka

setengah kaku tercakup dalam “Tipe 3”. Dalam Load and Resistence Factor

Design (LRFD), rangka setengah kaku tercakup dalam “Tipe PR” di mana

penggunaannya tergantung pada proporsi tertentu dari kekangan penuh.

Dalam ASD desain sambungan semi rigid menghendaki kapasitas momen

yang diandalkan dan diketahui pada derajat pertengahan antara rigiditas Tipe

1 dan fleksibilitas Tipe 2.


II -

Laporan Tugas Akhir

17

II.3.3 Jenis Alat Penyambung

Setiap struktur adalah gabungan dari bagian-bagian tersendiri atau batang-batang

yang harus disambung bersama (biasanya di ujung batang) dengan beberapa cara.

Adapun cara yang sering digunakan menggunakan: baut (bolt), paku keling (rivet) dan

pengelasan (welding). Dalam tulisan ini yang akan dibahas hanya dua alat sambung

yakni baut dan las.

II.3.3.1 Baut (bolt)

Pada setiap struktur baja baut merupakan suatu elemen yang paling vital untuk

diperhitungkan, hal ini dikarenakan baut merupakan alat sambung yang paling sering

digunakan. Ada dua jenis utama baut kekuatan (mutu) tinggi ditunjukkan oleh ASTM

sebagai A325 dan A490. sifat bahan dari baut ini diringkas dalam tabel 2.3. baut ini

memiliki kepala segi enam yang tebal dan digunakan dengan mur segi enam yang

setengah halus (semi finished) dan tebal seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.16.a.

bagian berulirnya lebih pendek dari baut tidak struktural dan dapat dipotong atau

digiling (rolled). Baut A325 terbuat dari baja karbon sedang yang diberi perlakuan

panas dengan kekuatan leleh sekitar 81 sampai 92 ksi (558 sampai 634 Mpa) yang

tergantung pada diameter. Baut A490 juga diberi perlakuan panas tetapi terbuat dari

baja paduan (alloy) dengan kekuatan leleh sekitar 115 sampai 130 ksi (793 sampai 896

Mpa) yang tergantung pada diameter. Baut A449 kadang-kadang digunakan bila

diameter yang diperlukan berkisar dari 1 ½ sampai 3 inchi dan juga untuk baut angkur

serta batang bulat berulir.


II -

Laporan Tugas Akhir

18

Diameter baut kekuatan tinggi berkisar antara ½ dan 1 ½ inchi ( 3 inchi untuk

A449). Diameter yang paling sering digunakan pada konstruksi gedung adalah ¾ inchi

dan ⅞ inchi, sedang ukuran yang paling umum dalam perencanaan jembatan adalah ⅞

inchi dan 1 inchi.

Tabel 2.3 Sifat-siifat Baja

Identifikasi

ANSI/ASTM

Diameter

Inchi

(mm)

Beban Leleh1) Beban Leleh 1) Kekuatan

Tarik

Minimum

Metode

Pengukuran

Panjang 2)

Metode

Kekuatan

Leleh3) Ksi

(Mpa) Ksi

(Mpa)

Ksi

(Mpa)

A3074), baja karbon

rendah

Mutu A dan B

¼ s/d 4

(6,35 – 10,4)

-

-

60

A325 5), baja berkekuatan

tinggi

Tipe 1, 2 dan 3

Tipe 1, 2 dan 3

½ s/d 1

(12,7 - 25,40)

1 ⅛ s/d 1 ½

(28,6 – 38,1)

85

(585)

74

(510)

92

(635)

81

(560)

120

(825)

105

(725)

A449 6), baja berkekuatan

tinggi

(catatan: pemakaiannya

dibatasi oleh AISC hanya

untuk baut yang lebih

besar dari 1 ½ inchi sea

untuk batang berulir dan

baut angkur)

¼ s/d 1

(6,35 – 25,4)

1 ⅛ s/d 1 ½

(28,6 – 38,1)

1 ¾ s/d 3

(6,35 – 76,2)

85

(585)

74

(510)

55

(380)

92

(635)

81

(560)

58

(400)

120

(825)

105

(725)

90

(620)

A4907), baja paduan yang

diberi perlakuan panas

½ s/d 1 ½

(12,7 – 38,1)

120

(825)

130

(895)

150

(1035) Sumber: Struktur Baja Desain Dan Perilaku Jilid 1, Edisi ke-3, Penerbit Erlangga, 1996


II -

Laporan Tugas Akhir

19

1). Beban Leleh (prof load) dan beban tarik sesungguhnya yang diperoleh dengan

mengalikan harga tegangan tertentu dan luas tegangan tarik As; As = 0,7584 [D-

(0,9743/n]2, dengan As = luas tegangan dalam inchi persegi, D = diameter baut

nominal dalam inchi dan n = jumlah ulir per inchi.

2). Perpanjangan 0,5 % akibat beban

3). Nilai pada regangan tetap 0,2 %

4). ANSI/ASTM A307 – 78

5). ANSI/ASTM A325 – 78a

6). ANSI/ASTM A449 – 78a

7). ANSI/ASTM A490 – 78


II -

Laporan Tugas Akhir

20

Baut kekuatan tinggi dikencangkan (tightened) untuk menimbulkan tegangan

tarik yang ditetapkan pada baut sehingga terjadi gaya jepit (klem/clamping force) pada

sambungan. Oleh karena itu, pemindahan beban kerja yang sesungguhnya pada

sambungan terjadi akibat adanya gesekan (friksi) pada potongan yang disambung.

Sambungan dengan baut kekuatan tinggi dapat direncanakan sebagai tipe geser (friction

type), bila daya tahan gelincir yang tinggi tidak dibutuhkan.

Selain baut kekuatan tinggi, juga ada jenis baut yang lain masih di gunakan

sebagai alat penyambung. Adapun jenis baut yang dimaksud antara lain:

a) Baut Hitam

Baut ini dimuat dari baja karbon rendah yang diidentifikasi sebagai ASTM

A307 dan merupakan jenis baut yang paling murah. Namun baut ini belum tentu

menghasilkan sambungan yang paling murah, karena banyaknya jumlah baut

yang dibutuhkan pada suatu sambungan. Pemakaiannya terutama pada struktur

yang ringan, batang skunder atau pengaku, anjungan (platform), jalan haluan

(catwalk), gording, rusuk dinding, rangka batang yang kecil dan lain-lain yang

bebannya kecil dan bersifat statis. Baut ini juga dipakai sebagai alat

penyambung sementara pada sambungan yang menggunakan baut kekuatan

tinggi, paku keling atau las. Baut hitam (yang tidak dihaluskan) kadang-kadang

disebut baut biasa, baut mesin atau baut kasar, serta kepala dan murnya dapat

berbentuk bujur sangkar.

b) Baut Sekrup (Turned Bolt)

Baut yang secara praktis sudah ditinggalkan ini dibuat dengan mesin dari

bahan berbentuk segi enam dengan toleransi yang lebih kecil (sekitar 1/50 inchi)

bila dibandingkan baut hitam. Jenis baut ini terutama digunakan bila sambungan


II -

Laporan Tugas Akhir

21

memerlukan baut yang pas dengan lubang yang dibor. Kadang-kadang baut ini

bermanfaat dalam mensejajarkan peralatan mesin dan batang struktural yang

posisinya harus akurat. Pada saat ini baut sekrup jarang sekali digunakan pada

sambungan struktural, karena baut kekuatan tinggi lebih baik dan lebih murah.

c) Baut Bersisip (Ribbed Bolt)

Baut ini terbuat dari baja paku keling biasa dan berkepala bundar dengan

tonjolan sirip-sirip yang sejajar tangkainya. Baut bersirip telah lama dipakai

sebagai alternatif dari paku keling. Diameter yang sesungguhnya pada baut

bersirip dengan ukuran tertentu sedikit lebih besar dari lubang tempat baut

tersebut. Dalam pemasangan baut bersirip baut memotong tepi keliling lubang

sehingga diperoleh cengkraman yang relatif erat. Jenis baut ini terutama

bermanfaat pada sambungan tumpu (bearing) dan pada sambungan yang

mengalami tegangan berganti (bolak-balik).

Variasi moderen dari baut bersirip adalah baut dengan tangkai bergigi

(interference-body bolt) pada Gambar 2.16, yang terbuat dari baja baut A325.

sebagai pengganti sirip longitudinal, baut ini memiliki gerigi keliling dan sirip

sejajar tangkainya. Karena gerigi sekeliling tangkai memotong sirip sejajar, baut

ini kadang-kadang disebut bersirip terputus (interrupted-rib). Baut kekuatan

tinggi A325 dengan tangkai bergerigi yang sekarang juga sukar dimasukkan ke

lubang yang melalui sejumlah plat, namun baut ini digunakan bila hendak

memperoleh baut yang bercengkraman erat pada lubangnya. Selain itu pada saat

pengencangan mur, kepala baut tidak perlu dipegang seperti yang umumnya

dilakukan pada baut A325 biasa yang polos.


II -

Laporan Tugas Akhir

22

Dari hasil penyelidikan, apabila dalam satu baris dipakai lebih dari 6 baut maka

baut yang paling akhir memikul 65% beban yang diterima sambungan. Penyelidikan

dari Hertwig dan Petermann menyatakan bila jumlah baut dalam satu baris maksimum 5

buah baut, maka perencanaan sambungan dengan asumsi setiap baut dapat menerima

beban sama besar dapat diterima. Dari penyelidikan di laboratorium terhadap baut mutu

tinggi diperoleh grafik hubungan tegangan baut terhadap perpanjangan batang baut,

dapat dilihat pada Gambar 2.17 dibawah ini. Baut yang digunakan adalah baut A325.


Harga proof load (beban tarik awal) N0 dapat dihitung dengan persamaan:

N0 = 0.75 x σe x Ae

Dimana:

Ae = Luas efektif baut, yakni luas pada bagian yang berulir

σe = Tegangan Leleh Baut

Gambar 2.17 Hubungan antara tegangan tarik dengan perpanjangan batang baut


II -

Laporan Tugas Akhir

23

Adapun defenisi harga proof load pada baut mutu tinggi adalah tegangan yang

diberikan pada baut mutu tinggi pada waktu pemasangan baut. Untuk mendapatkan

perencanaan yang efektif, hendaklah dipakai baut dengan kekuatan tarik minimum

(tensile strength) 8000 kg/cm2 dan faktor geser minimum 0,35. bila baut mutu tinggi

pada pemasangan mengalami over strained, maka baut tersebut harus diganti dengan

baut mutu tinggi yang baru.

Untuk baut mutu tinggi tipe geser kekuatan sebuah baut terhadap geser dihitung

dengan persamaan:

Ng = (F/φ).n.N0 …………………………… (2.1)

Kekuatan sebuah baut terhadap gaya aksial tarik dihitung dengan persamaan:

Untuk beban statis : Nt = 0,6. N0 …………………………… (2.2)

Untuk beban bolak-balik : Nt = 0,5. N0 …………………………… (2.3)

Kekuatan terdapat kombinasi pembebanan tarik dan geser, maka”

Ng = (F/φ).n.(N0 -1,7 T).………………………… (2.4)

Dimana:

F = Faktor geser permukaan

Φ = Faktor keamanan = 1,4

N0 = Pembebanan tarik awal (proof load)

n = Jumlah bidang geser

T = Gaya aksial tarik yang bekerja


II -

Laporan Tugas Akhir

24

Tabel 2.4 Harga faktor geser permukaan

Keadaan Permukaan F

Bersih

Digalvanis

Dicat

Berkarat, dengan karat lepas dihilangkan

Disemprotkan pasir (saud blasted)

0,35

0,16 – 0,26

0,07 – 0,10

0,45 – 0,70

0,40 – 0,70

Sumber: Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI) 1983

Untuk baut mutu tinggi tipe tumpu, tegangan-tegangan yang diijinkan dalam

menghitung kekuatan baut adalah:

Tegangan geser yang diijinkan:

σ0,6. τ =

Tegangan tarik yang diijinkan:

σ0,7. τ =

Tegangan tumpu yang diijinkan:

Untuk s1 ≥ 2.d, σ 1,5 tuσ =

Untuk 1,5 d ≤ s1 ≤ 2.d, σ 1,2 tuσ =

Untuk persamaan tegangan geser dan tegangan tarik menggunakan tegangan

dasar bahan baut dan untuk persamaan tegangan tumpu menggunakan tegangan dasar

yang terkecil antara bahan baut dengan bahan batang yang akan disambung. Pada waktu

pemasangan baut, ring harus dipasang pada bagian bawah kepala baut dan bagian

bawah mur.


II -

Laporan Tugas Akhir

25

II.3.3.2 Las

Proses pengelasan adalah proses penyambungan bahan yang menghasilkan

peleburan bahan yang menghasilkan peleburan bahan dengan memanasinya hingga suhu

yang tepat dengan atau tanpa pemberian tekanan dan dengan atau tanpa pemakaian

bahan pengisi. Energi pembangkit panas dapat dibedakan menurut sumbernya: listrik,

kimiawi, optis, mekanis dan bahan semi konduktor. Panas digunakan untuk mencairkan

logam dasar dan bahan pengisi agar terjadi aliran bahan (terjadi peleburan). Selain itu

panas dipakai untuk menaikkan daktilitas (ductility) sehingga aliran plastis dapat terjadi

walaupun jika bahan tidak mencair. Lebih jauh lagi pemanasan membantu

menghilangkan kotoran pada bahan.

Proses pengelasan yang paling umum terutama untuk mengelas baja struktural

memakai energi listrik sebagai sumber panas, yang paling banyak digunakan adalah

busur listrik (nyala). Busur nyala adalah pancaran arus listrik yang relatif besar antara

elektroda dan bahan dasar yang dialirkan melalui kolom gas ion hasil pemanasan,

kolom gas ini disebut plasma. Pada pengelasan busur nyala, peleburan terjadi akibat

aliran bahan yang melintasi busur dengan tanpa diberi tekanan.

Proses lain yang jarang dipakai untuk struktur baja menggunakan sumber energi

yang lain dan beberapa proses ini menggunakan tekanan tanpa memandang ada atau

tidak adanya pencairan bahan. Pelekatan (bonding) dapat juga terjadi akibat difusi.

Dalam proses difusi partikel seperti atom di sekitar pertemuan saling bercampur dan

bahan dasar tidak mencair.

Beberapa proses pengelasan dipakai khusus untuk logam dan ketebalan tertentu.

Pembahasan dalam bagian ini ditekankan pada proses yang digunakan dalam

pengelasan baja karbon dan baja paduan rendah untuk gedung dan jembatan. Pengelasan


II -

Laporan Tugas Akhir

26

busur nyala merupakan kategori proses yang terutama dibahas, untuk profil baja ringan

(light gage) pengelasan yang digunakan adalah tahanan listrik.

Kebanyakan baja konstruksi dalam spesifikasi ASTM dapat dilas tanpa prosedur

khusus atau perlakuan khusus. Kemampuan dilas (weldability) dari baja adalah ukuran

kemudahan menghasilkan sambungan struktural yang teguh tanpa retak. Beberapa baja

struktural lebih sesuai dilas daripada yang lain. Prosedur pengelasan sebaiknya

didasarkan pada kimiawi baja, bukan pada kandungan paduan maksimum yang

ditetapkan. Karena kebanyakan hasil pabrik berada dibawah dalam batas ini, sedang

baja yang berkekuatan lebih tinggi dapat melampaui analisa ideal yang ditunjukkan

dalam Tabel 2.5

Tabel 2.5 Analisa kimia ideal dari baja karbon untuk Kemampuan Dilas yang Baik.

Unsur Batas Nominal

(%)

Persen yang Memerlukan

Pelakuan Khusus

Karbon

Mangan

Silikon

Sulfur

Fosfor

0.06 – 0.25

0.35 – 0.80

0.10 maks

0.035 maks

0.030 maks

0.350

1.400

0.300

0.050

0.040

Dalam pekerjaan konstruksi, ada empat tipe pengelasan yakni: Groove, fillet,

slot dan plug seperti terlihat dalam Gambar 2.18 dibawah ini. Masing-masing tipe las

memiliki kelebihannya sendiri yang menentukan rentang penggunaannya. Secara kasar

keempat tipe tersebut mewakili persentase konstruksi las berikut ini: las groove (las


II -

Laporan Tugas Akhir

27

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

khusus lainnya.


a. Las Groove

Kegunaan umum las groove adalah untuk menghubungkan batang-batang

struktur yang dipasarkan pada bidang yang sama. Karena las groove biasanya

dimaksudkan untuk mentransmisikan beban penuh batang-batang yang

dihubungkannya, las tersebut harus memiliki kekuatan yang sama dengan batang-

batang yang digabungkan. Las groove demikian ini disebut sebagai las groove

dengan penetrasi sambungan yang lengkap. Bila sambungan didesain sedemikian

rupa sehingga las groove tidak sepenuhnya menjangkau ketebalan bagian-bagian

Ujung-ujung harusberbentuk setengah lingkaran atau memiliki sudut-sudut yang dibundarkan dengan jari-jari tidak kurang dari ketebalan bagian pelat yang berisi slot

(a) Las Groove (b) Las Fillet

(c) Las Slot (d) Las PlugGambar 2.18 Tipe-tipe las


II -

Laporan Tugas Akhir

28

yang digabungkan, las sedemikian disebut sebagai las groove dengan penetrasi

sambungan sebagian. Untuk ini berlaku persyaratan-persyaratan desain yang khusus.

Ada banyak variasi las groove dan masing-masing diklasifikasikan menurut

bentuknya yang khusus. Kebanyakan las groove membutuhkan persiapan pinggiran

yang khusus dan diberi nama menurut persiapannya. Gambar 2.19 menunjukkan

beberapa tipe las groove dan menunjukkan persiapan groove yang dibutuhkan.

Pemilihan las groove yang tepat tergantung pada proses pengelasan yang digunakan,

biaya persiapan pinggiran dan biaya pembuatan las. Las groove dapat juga

digunakan pada sambungan T Gambar 2.20



(a) Persegi (b) V-Tunggal (c) V-Ganda

(d) Serong Tunggal (e) Serong Ganda (f) U-Tunggal

(g) U-Ganda (h) J-Tunggal (i) J-Ganda

Gambar 2.19 Tipe-tipe las Groove

Gambar 2.20 Penggunaan Las Groove pada sambungan T


II -

Laporan Tugas Akhir

29

b. Las Fillet

Las sudut (fillet weld) merupakan jenis las yang paling banyak digunakan, hal

ini dikarenakan las jenis ini adalah jenis las yang hemat, mudah dipabrikasi dan

adaptibilitasnya baik. Dalam Gambar 2.21 diperlihatkan beberapa kegunaan las

fillet. Pada umumnya jenis las ini kurang membutuhkan presisi pada pengepasannya

karena masing-masing bagian itu cukup ditumpang-tindihkan. Sedangkan las groove

membutuhkan pengepasan yang teliti dengan celah alur bukaan tertentu (bukaan

akar) di antara bagian-bagiannya. Las fillet secara khusus berguna bagi pengelasan

di lapangan, pengepasan kembali batang-batang atau pun pada sambungan-

sambungan yang dipabrikasi dengan toleransi yang masih dapat diterima namun

mungkin tidak dipasang pas seperti yang dikehendaki. Lagi pula pinggiran bagian-

bagian yang disambungkan jarang membutuhkan persiapan khusus seperti

pemotongan miring atau pengirisan tegak, karena kondisi pinggiran hasil

pemotongan dengan api atau pengirisan pun sudah memadai.


c.

a) Sambungan T b) Konsol c) Pelat Penikul Balok

d) Pelat Dasar Kolom e) Konsol Balok f) Penampang Built Up

Gambar 2.21 Kegunaan Tipikal Las Fillet


II -

Laporan Tugas Akhir

30

d. Las Slot dan Plug

Las slot dan plug dapat digunakan secara eksklusif hanya dalam sambungan

seperti gambar 2.22 atau dalam kombinasi dengan las fillet seperti Gambar 2.21.

kegunaan utama las plug dan slot adalah untuk mentransmisikan geser pada

sambungan impit bila ukuran sambungan tersebut tidak cukup untuk las fillet atau

las pinggir lainnya. Las slot dan plug berguna untuk mencegah agar bagian-bagian

yang saling tumpang-tindih tidak mengalami tekuk..


Untuk mendapatkan sambungan las yang memuaskan, diperlukan kombinasi

dari banyak ketrampilan individu yang dimulai dengan desain sebenarnya dari las

tersebut dan diakhiri dengan operasi pengelasan. Panjang las netto tidak boleh kurang

dari 40 mm atau 8a sampai 10a dan tidak boleh lebih dari 40a (a = tebal las). Dapat

ditulis dengan 40 mm (8-10a) ≤ Ln ≤ 40a. panjang netto las dapat dihitung dengan

menggunakan rumus: Ln = Lbrutto – 3a

Gambar 2.22 Las Slot dan Las Plug Dalam Kombinasi Dengan Las Fillet

Ujung-ujungnya dilengkungkan menurut LRFD dan ASD-j2.3.b


II -

Laporan Tugas Akhir

31

Dimana: a = tebal las


Untuk tebal las sudut tidak boleh kurang dari ½ t 2 , dimana t adalah tebal

terkecil pelat yang dilas. Apabila gaya P yang ditahan oleh las membentuk sudut α

dengan bidang retak las (seperti Gambar 2.24), tegangan miring yang diijinkan adalah:

σc. ασ =

c = α3.cosαsin

122 +

dimana: σ = tegangan dasar baja

Gambar 2.24. Gaya P yang membentuk sudut α terhadap bidang retak las

(Sumber: Catatan Kuliah Struktur Baja I)

Kepala LasKepundan Las

a

Gambar 2.23 Tebal Las

PPr

Py α

Bidang Las Retak s


II -

Laporan Tugas Akhir

32

Tegangan miring yang terjadi dihitung dengan:

σα = P/A

dan tidak boleh lebih besar daripada tegangan miring yang diizinkan, dimana:

P = gaya yang ditahan oleh las

A = luas bidang retak las

Tegangan idiil pada las dapat dihitung dengan:

221 .3τσσ += atau σ1 = σα /c

Dimana: σ = tegangan normal pada bidang retak las

Τ = tegangan geser pada bidang retak las.

Tegangan idiil yang terjadi tidak boleh melebihi tegangan dasar yang ada.

Dalam buku Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI), harga c

untuk beberapa sudut α telah ditabelkan guna mempermudah perhitungan las.

Tabel 2.6 Harga c untuk beberapa α

α C α C

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0.58

0.58

0.58

0.59

0.60

0.61

0.63

0.65

0.68

0.71

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0.74

0.78

0.82

0.86

0.90

0.94

0.97

0.99

1


II -

Laporan Tugas Akhir

33

Untuk beberapa macam sambungan las, gaya P yang dapat dipikul oleh sambungan las

tersebut adalah seperti Gambar 2.25 di bawah ini:


Gambar 2.25 Gaya P ijin yang dapat dipikul beberapa jenis sambungan las


II -

Laporan Tugas Akhir

34

II.3.4 Sambungan Balok Rangka

Sambungan balok rangka adalah digunakan untuk menyambung balok ke balok

lain atau ke flens kolom jika tumpuan balok dianggap sederhana. Desain sambungan

seperti ini dibakukan dan tabel “Frame Beam Connections” diberikan dalam manual

AISC. Sebuah ulasan menarik tentang desain LRFD untuk sambungan ini diberikan

oleh Thomton.

Bentuk tipikal sambungan rangka dengan baut dan las ditunjukkan pada Gambar

2.26. diharapkan pada sambungan semacam ini bahwa sudut dibuat sefleksibel

mungkin. Sambungan ke kolom (dua baris lima penyambung pada Gambar 2.26a)

biasanya dibuat di lapangan, sedangkan sambungan ke badan balok (satu baris lima

penyambung pada Gambar 2.26b) bisanya dibuat di workshop. Pada perencanaan,

lobang-lobang penyambung (fastener) yang dibuat di bengkel diperlihatkan seperti pada

Gambar 2.26b sedangkan yang dilakukan di lapangan ditandai dengan bulatan hitam.

Dalam praktek fabrikasi saat ini, sambungan yang dilakukan di bengkel biasanya

dengan las, sedangkan sambungan lapangan mungkin dengan las ataupun dengan baut.

Sambungan rangka pelat tunggal merupakan sambungan modifikasi di mana suatu pelat

tunggal (sebagai pengganti sepasang profil siku) dibuat terhadap pelat badan balok dan

kemudian dilas tegak lurus terhadap badan balok atau flens kolom atau ke pelat badan di

mana balok tersebut disambungkan.


II -

Laporan Tugas Akhir

35


Suatu tipe baru sambungan geser adalah sambungan rangka-T sebagaimana

dipelajari oleh Astaneh dan Nader dengan flens bentuk-T disambungkan ke kolom

penyangga (atau balok) dan panjang-lewatan pelat badan bentuk-T disambungkan ke

balok atau kolom terbuat dari baut.

Jika pelat siku-siku sering disebut sebagai clips angles, digunakan untuk

menyambung balok ke kolom tersedia suatu jarak bebas sekitar ½ inchi sehingga jika

balok terlalu panjang dalam toleransi yang dapat diterima maka pelat siku-siku tersebut

dapat diatur pemasangannya tanpa memotong bagian balok. Jika balok-balok saling

berpotongan dan akan disambungkan dengan balok lain supaya kedua flens balok

mempunyai elevasi yang sama, Gambar 2.26e maka balok yang akan dirangka harus

mempunyai flanges cope atau sebagian flens dibuang. Kehilangan dari penampang ini

adalah terutama kehilangan flens yang bagaimanapun hanya menahan geser yang kecil

saja sehingga umumnya pemotongan flens hanya mengakibatkan sedikit kehilangan

kekuatan geser. Birkemoe dan Gilmor membuktikan bahwa suatu pelat badan yang

Barisan Alat Penyambung ALas A

Las B Las B

Torehan (Pemotongan Sayap Balok)

Gambar 2.26 Sambungan Balok Rangka


II -

Laporan Tugas Akhir

36

flensnya dipotong yang mengalami tegangan tumpu tinggi pada sambungan ujung balok

dengan baut berkekuatan tinggi dapat gagal karena robekan/tearing mode (dikenal

sebagai block shear) sepanjang garis yang melalui lobang seperti diperlihatkan dalam

Gambar 2.27. studi lainnya tentang block shear pada situasi macam ini telah dilakukan

oleh Ricles dan Yura serta Birkemoe, Yura dan Ricles.

Block shear dapat bersifat kritis pada sambungan balok rangka jika relative

hanya terdapat beberapa baut yang digunakan dan baut tersebut tidak memanjang merta

ke seluruh tinggi pelat badan. LRFD-J5 menghendaki pertimbangan keadaan batas

geseran blok jika flens atas dibuang dan pada keadaan semacam ini dimana kegagalan

dapat terjadi karena geser di sepanjang bidang yang melalui penyambungan yang

bekerja dalam kombinasi dengan tegangan tarik sepanjang bidang tegak lurus. ASD-J4

berisi persyaratan yang sama.

Selain geser blok penghilangan flens balok dapat mempengaruhi tekuk local

pelat badan seperti dilaporkan oleh Cheng dan Yura dan tekuk lateral torsional

sebagaimana dilaporkan oleh Gupta, Cheng Yura dan jhonson dan Cheng dan Yura.


Jejak Kegagalan Akibat Sobekan yang Potensial

Gambar 2.27 Kegagalan akibat sobekan diujung pada sambungan balok rangka


II -

Laporan Tugas Akhir

37

Jumlah baut berkekuatan tinggi adalah berdasarkan geser langsung dengan

mengabaikan eksentrisitas pembebanan, sedangkan panjang dan ukuran las

memperhitungkan pengaruh pembebanan eksentrik.

Tebal siku-siku atau pelat perangka biasanya ditentukan oleh kekuatan geser

balok. Selain itu siku-siku harus cukup tebal sehingga tegangan tumpu tidak

menentukan. Siku-siku diharapkan melentur sehingga rotasi yang diasumsikan dari

balok yang ditumpu ujungnya dapat terjadi.

II.3.5 Sambungan Sudut Portal Kaku

Pada perencanaan portal kaku menurut metode tegangan kerja atau perencanaan

plastis, pemindahan tegangan yang aman di pertemuan balok dan kolom sangat penting.

Bila batang-batang bertemu sedemikian rupa hingga badannya terletak pada

bidang portal, pertemuannya sering disebut sambungan sudut (knee joint). Sambungan

sudut yang khas adalah:

1. sudut lurus dengan atau tanpa pengaku diagonal lainnya (Gambar 2.28a dan

2.28b)

2. sudut lurus dengan konsol (Gambar 2.28c)

3. sudut dengan pelebaran lurus (straight haunched) (Gambar 2.28d)

4. sudut dengan pelebaran lengkung (curved haunched) (Gambar 2.28e)

perencanaan tegangan kerja biasanya menganggap bentangan batang diukur dari

pusat ke pusat sudut yang berdekatan dan momen inersia batang dianggap bervariasi

sesuai dengan momen inersia penampang lintang yang diambil tegak lurus garis yang

menghubungkan pusat ke pusat sudut. Momen dan gaya geser kemudian ditentukan


II -

Laporan Tugas Akhir

38

dengan analisis portal statis tak tentu (yang melibatkan momen inersia variable jika

sudut diperlebar).

Pada perencanaan plastis dengan sudut lurus tanpa konsol atau pelebaran

(haunches), sendi plastis akan terbentuk pada batang dan sambungan sudut

direncanakan untuk mencegah kegagalan pada daerah sudut. Bila sudut diperlebar sendi

plastis dapat terjadi di dalam atau di luar daerah pelebaran.

Sudut portal kaku telah banyak diselidiki dan konsep perencanaannya telah

diringkas dalam ASCE manual No. 41 yang merupakan dasar pembahasan berikut ini.

Sambungan sudut yang direncanakan dengan tepat harus:

1. memindahkan momen ujung antara balok dan kolom

2. memindahkan gaya geser ujung balok ke kolom, dan

3. memindahkan gaya geser di puncak kolom kepada balok.

Juga dalam melakukan ketiga fungsi yang berkaitan dengan kekuatan ini, deformasi

pada sudut harus konsisten dengan analisis yang dipakai untuk menentukan momen dan

gaya geser.

Jika sendi plastis yang berkaitan dengan mekanisme keruntuhan diharapkan

terbentuk atau dekat sudut, sambungan sudut harus memiliki kapasitas rotasi yang

memadai. Sudut lurus memiliki kapasitas rotasi terbesar tetapi juga paling fleksibel

(yakni deformasi elastisnya pada kondisi beban kerja paling besar). Sudut lengkung

merupakan yang terkaku tetapi memiliki kapasitas rotasi terkecil. Karena sudut dengan

pelebaran lurus memberikan kekakuan yang cukup besar dan kapasitas rotasi yang

memadai di samping biaya pembuatannya lebih murah dari peleburan lengkung,

sambungan sudut seperti ini sering dipakai.


II -

Laporan Tugas Akhir

39


Pada perencanaan portal kaku dengan sudut lurus dua penampang profil giling

(rolled section) bertemu saling tegak lurus seperti yang diperlihatkan pada gambar

2.28a. Analisis portal baik elastis maupun plastis akan menghasilkan besarnya momen

dan gaya geser yang bekerja pada perbatasan daerah sambungan sudut lurus. Gaya yang

dipikul oleh sayap harus disalurkan oleh gaya geser ke badan.

II.3.6 Sambungan Kolom ke Balok Menerus

Pada sambungan kolom ke balok menerus adalah menjadi tujuan desain untuk

membuat transfer momen secara penuh dan sedikit atau tidak ada rotasi relative dari

batang-batang yang disambungkan tersebut (yakni LRFD tipe FR atau ASD tipe 1-

sambungan rigid-frame). Karena flens suatu balok membawa sebagian besar momen

a) Sudut Lurus Tanpa Pengaku b) Sudut Lurus Dengan Pengaku

c) Sudut Lurus Dengan Konsol d) Sudut Dengan Pelebaran Lurus (Sudut yang diperlebar)

e) Sudut Dengan Pelebaran Lengkung

Gambar 2.28 Sudut Portal Kaku


II -

Laporan Tugas Akhir

40

lentur melalui gaya flens tekan dan tarik yang bekerja terhadap lengan momen yang

kira-kira sama dengan kedalaman balok, maka transfer gaya-gaya aksial utama inilah

yang harus dicakup oleh provisi tersebut. Karena gaya geser terutama ditahan oleh gaya

geser ini ditransfer langsung dari pelat-badan.


Pelat-pelat Ganjal

a) Tidak ada pengaku kolom. Las Groove Fillet Langsung

b) Pelat Horizontal Pengaku

c) Profil - T Vertikal Pengaku d) Dudukan dan Pelat Atas

Bracket atau Profil Siku

Gambar 2.29 Sambungan Kolom ke Balok Menerus


III - 1

BAB III

ANALISIS SAMBUNGAN BALOK DAN KOLOM DENGAN

MENGGUNAKAN SAMBUNGAN LAS DAN BAUT

III.1 Sambungan Penahan Momen

Sering kali selain dari pada sambungan fleksibel juga sambungan digunakan

untuk memindahkan momen yang besar disamping geseran. Dan persoalan ini kita

temui pada konstruksi menerus seperti portal dan bangunan bertingkat. Didalam setiap

persoalan sambungan harus direncanakan untuk dapat menahan momen dan gaya geser.

Dalam hal ini terdapat dua alternatif, yaitu :

1. T-Connection

Reaksi R harus dipikul oleh baut yang ada pada baja siku penyambung yang

dipasang pada pelat badan balok. Momen M harus dipikul oleh baut yang ada pada baja

penyambung berbentuk T yang dipasang pada flens balok.

P

P

hM

Gambar 3.1 Sambungan T-Connection


III -

Laporan Tugas Akhir

2

Baut yang menghubungkan flens balok pada baja T memikul gaya geser

horizontal sebesar :

hMP = dimana h = tinggi balok

Baut yang menghubungkan baja T pada kolom sebelah atas harus memikul gaya aksial

tarik sebesar P. sebelah bawah flens baja T langsung menekan pada kolom

2. Bracket Connection

III.2 Sambungan Penahan Momen Yang Direncanakan

Pada Tugas Akhir ini yang dianalisa portal bertingkat dengan elemen dua

dimensional dan gaya dalam yang bekerja pada portal tersebut hanya momen lentur M

yang diperhitungkan, maka sambungan direncanakan:

1. Memakai baut dan las sebagai alat penyambung dan pelat dasar sebagai pelat

penyambung serta bracket seperti terlihat pada gambar 3.3a

Gambar 3.2 Sambungan Bracket Connection


III -

Laporan Tugas Akhir

3

2. Tipe sambungan top-and seat-angle with double web angle seperti terlihat pada

gambar 3.3b

Sambungan antara balok dan kolom yang direncanakan tersebut dapat dilihat pada

gambar di bawah ini:

III.3 Kekuatan Sambungan Baut

Pada umumnya baut terbagi atas dua macam:

1. baut hitam

baut yang mempunyai kelonggaran 1 mm (selisih diameter lobang dan diameter

baut), umumnya untuk bangunan konstruksi ringan dan beban-beban tidak

bertukar (umumnya gedung-gedung)

2. baut bubut

baut yang dipaskan dalam lobangnya kelonggaran < 0.1 mm, digunakan untuk

jembatan, konstruksi berat dan beban bertukar. Untuk selanjutnya dalam tugas

akhir ini digunakan baut bubut. Sebelum memutuskan sambungan apa yang akan

IWF 600.200.11.17

L 55.55.10

M

Baut Ø 16

t = 8.61

M

Baut Ø 16

t = 22

IWF 600.200.11.17

IWF 600.200.11.17

L 35.35.7

IWF 600.200.11.17

Gambar 3.3 Sambungan Penahan Momen a b


III -

Laporan Tugas Akhir

4

digunakan pada suatu konstruksi, kita harus mengetahui kekuatan sambungan

tersebut. Dalam hal ini menentukan kekuatan sambungan baut maka kita harus

meninjau terhadap aspek geser, desak, baik terhadap alat sambungannya

maupun material yang disambungkan.

III.3.1 Kekuatan Geser Baut

Pada hampir semua hubungan struktural baut harus dapat mencegah terjadinya

gerakan material yang disambung dalam arah tegak lurus terhadap panjang baut seperti

terlihat pada gambar 3.4

Pada kasus seperti ini, baut mengalami geser. Pada hubungan tumpang tindih

(lap joint) seperti ini baut mempunyai kecendrungan untuk mengalami geser

disepanjang bidang kontak tunggal antara kedua plat yang disambung. Karena baut

menahan kecendrungan pelat-pelat saling mengelincir pada bidang kontak itu dan

karena baut mengalami geser pada satu bidang saja,maka baut terebut mengalami geser

tunggal.

Pada hubungan lurus (butt joints) seperti terlihat pada gambar 3.5 ada dua

bidang kontak sehingga baut memberikan tahanannya disepanjang dua bidang dan

disebut dalam geser rangkap.

PP

Bidang Geser

Gambar 3.4 Baut yang mengalami geser tunggal


III -

Laporan Tugas Akhir

5

Kapasitas pikul beban atau kekuatan desain sebuah baut yang mengalami geser

tunggal maupun rangkap sama dengan hasil kali antara jumlah bidang geser dengan

tegangan geser putus diseluruh luas brutto penampang melintangnya, maka:

bbgs σ.n.AP = …………………………………………………. .(2.1)

Atau

).(0,8n.AP bbgs τ= ………………………………………………(2.2)

Dimana:

gsP = Gaya putus geser sambungan baut (kg)

n = jumlah bidang geser (n = 1, bila tunggal dan n = 2, bila rangkap)

Ab = Luas brutto baut (cm2) = ¼ .π. d2; dimana d = diameter baut (cm2)

bτ = Tegangan geser putus ijin baut (kg/cm2)

bσ = Tegangan tarik putus ijin baut (kg/cm2) = b0,8τ

Dalam tugas akhir ini mutu baut yang direncanakan mutu baja U52, dimana bσ = 2400

kg/cm2 (dalam batas elastisnya).

PP

Bidang Geser

P

Gambar 3.5 Baut yang mengalami geser rangkap


III -

Laporan Tugas Akhir

6

III.3.2 Kekuatan Desak (Tumpu) Baut

Kekuatan batas desak berkaitan dengan deformasi disekitar lobang baut, seperti

terlihat pada gambar 3.6d. kegagalan sobekan geser seperti dalam gambar 3.6b erat

berkaitan dengan kegagalan tumpu.

Kekuatan Pds merupakan gaya yang bekerja terhadap sisi lobang yang akan

memecah atau merobek pelat. Semakin besar jarak ujung L diukur dari pusat lobang

kepinggiran semakin kecil kemungkinan terjadinya robekan.

Meskipun baut dalam suatu hubungan telah memadai dalam meneruskan beban

yang bekerja dengan mengalami geser, hubungan-hubungan itu masih dapat gagal

kecuali apabila material yang disambung dapat meneruskan beban ke baut yang baik.

Kapasitas merupakan fungsi dari kekuatan tumpu (atau kekuatan hancur) material yang

disambung seperti terlihat pada gambar 3.7. Distribusi sesungguhnya mengenai tekanan

tumpu pada material di sekeliling lobang tidak diketahui sehingga luas kontak yang

Gambar 3.6 Bentuk-bentuk kegagalan yang mungkin terjadi pada sambungan baut


III -

Laporan Tugas Akhir

7

diambil adalah diameter nominal dikalikan dengan tebal material yang disambung. Ini

diambil dengan anggapan bahwa tekanan merata terjadi pada luas segi empat.

Kekuatan desak satu baut terhadap profil dapat dinyatakan sebagai berikut:

dsds σd.t.P = ……………………………………………………………… (2.4)

Dimana:

dsP = Gaya desak izin untuk satu baut (kg)

d = Diameter baut (cm)

f = Tebal pelat penyambung (cm)

dsσ = Tegangan desak izin (kg/cm2)

Dari buku Peraturan Baja Indonesia (PPBBI), 1983:

dsσ = 1,5 prσ untuk s1 > 2d

dsσ = 1,2 prσ untuk 1,5d ≤ s1 ≤ 2d

Dimana:

prσ = Tegangan izin profil (kg/cm2)

dsσ = Tegangan desak profil (kg/cm2)

s1 = Jarak dari sumbu baut yang paling luar ke tepi bagian yang disambung.

PP/2

P/2P

P

Tumpu pada plat dalam hubungan geser tunggal

Tumpu pada plat dalam hubungan geser rangkap

Permukaan landasan (tumpu) Permukaan landasan (tumpu)

Gambar 3.7 Tekanan tumpu pada sambungan baut


III -

Laporan Tugas Akhir

8

d = Diameter baut

Dalam tugas akhir ini mutu profil yang direncanakan menggunakan mutu baja U37

dengan prσ = 1600 kg/cm2 (dalam batas elastisnya)

Perlu diperhatikan bahwa pemasangan baut juga mempunyai aturan tertentu.

Dari buku PPBBI 1983, ditetapkan bahwa banyaknya baut yang dipasang pada satu

baris yang sejajar arah gaya tidak boleh lebih dari 5 buah. Hal ini dikarenakan apabila

jumlah baut dalam satu baris lebih dari 5 buah maka dikhawatirkan bahwa baut paling

pinggir akan mengalami tegangan yang mungkin melampaui tegangan izin bahkan

mungkin meleleh.

Hal ini terjadi karena tegangan yang timbul pada susunan baut akibat gaya tarik atau

gaya tekan tidak merata. Baut paling pinggir akan mengalami tegangan paling besar dan

baut tengah akan mengalami tegangan paling kecil. Dengan alasan tersebut maka perlu

diadakan pembatasan jumlah baut dalam satu baris mengingat kondisi tegangan yang

terjadi pada setiap baut masih dianggap relevan terhadap tegangan izin. Dengan

demikian jumlah baut dalam satu baris dibatasi dengan jumlah maksimum 5 buah.

Selain itu juga ditetapkan bahwa jarak antar sumbu baut paling luar ketepi atau keujung

bagian yang disambung (s1) tidak boleh kurang dari 1,5d dan tidak boleh lebih besar

dari 3.d atau 6.d serta jarak dari sumbu ke sumbu dari 2 baut yang berurutan (s) tidak

boleh kurang dari 2,5d dan tidak boleh lebih besar dari 7d atau 14t seperti terlihat pada

gambar 3.8


III -

Laporan Tugas Akhir

9

Dimana:

2,5d ≤ s ≤ 7d atau 16 t

2,5d ≤ u ≤ 7d atau 16 t

1,5d ≤ s1 ≤ 3d atau 6 t

III.3.3 Sambungan Baut Mengalami Pembebanan Eksentris

Pada umumnya sambungan memikul momen sehingga tegangan aksial

bertambah atau beban bekerja sepanjang garis yang tidak melalui titik berat sambungan.

Sambungan yang demikian disebut sambungan yang eksentris. Contohnya sambungan

konsol yang meneruskan beban dari sebuah gelagar ke kolom (gambar 3.9)

s s ss1

uu

us1

s1

s1

Gambar 3.8 Jarak Baut


III -

Laporan Tugas Akhir

10

III.3.3.1 Baut Yamg Memikul Gaya Geser

Perhatikan susunan baut yang terlihat pada gambar 3.10a dibawah ini, dimana

baut mengalami gaya eksentris sebesar P.

Maka gaya tersebut akan dipindahkan pada titik berat kumpulan baut G

Beban tersebut adalah:

1. Gaya Aksial P

2. Suatu Momen sebesar P x e = M, pada titik G

Gambar 3.9 Sambungan yang eksentris

Gambar 3.10 Analisa Sambungan yang Eksentrisitas


III -

Laporan Tugas Akhir

11

Dimana:

n = jumlah baut

r = jarak baut ke titik berat

1YK = Beban pada masing-masing baut akibat momen sebesar M = P.e

Akibat momen sambungan cenderung berputar mengelilingi G searah jarum jam, ini

akan mengakibatkan pergeseran tempat pada baut yang sebanding dengan r.

perpindahan ini akan membentuk sudut 90o dengan garis penghubung antara pusat baut

dengan titik berat. Tegangan yang timbul dianggap sebanding dengan perpindahan,

karena kita menggunakan diameter baut yang seragam. Maka beban baut akibat M

adalah sebanding dengan r.

K ≈ r; dimana K = K0 x r, sehingga K0 = rK

Jika r = 1; maka K0 = K

K0 adalah beban yang dipikul oleh sebuah baut yang berjarak satu satuan dari titik berat

G.

Momen pada suatu titik terhadap G: K x r = K0 x r2

Oleh sebab itu momen pada seluruh baut ialah:

M = ∑ K0 x r2 = K0 x ∑ r2

K0 = 2ΣrM

Jadi:

K = K0 x r = 2ΣrrM×

K = ).yΣ(x

rM22 ×

×


III -

Laporan Tugas Akhir

12

Kx = K x sin θ, maka:

K = )yΣ(xθsin rMK

).yΣ(xrM

θsin K

22x22x

×××

=⇒××

= sehingga

Kx = ).yΣ(x

yM22 ×

×

Ky = K x cos θ, maka:

K = )yΣ(xθ cosrMK

).yΣ(xrM

θ cosK

22x22y

×××

=⇒××

= sehingga

Ky = ).yΣ(x

xM22 ×

×

Gaya K bekerja tegak lurus terhadap r. untuk menjumlahkan Ky dan K dapat dilakukan

dengan penjumlahan vektor. Ini dapat diselesaikan secara analitis.

Penyelesaian secara analitis:

X dan Y adalah jarak horizontal dan vertikal baut terhadap sumbu x dan y yang melalui

titik berat G dan θ adalah sudut yang dibentuk garis kerja gaya nP terhadap horizontal.

Y

F X = K. Sin θ

X = K. Cos θ Y = I. Sin θ

Y = K. Cos θ K = k.F.I

X Z


III -

Laporan Tugas Akhir

13

Penjumlahan vector secara analitis:

Komponen P arah vertikal = nP x sin θ

Komponen P arah horizontal = nP x cos θ

Komponen K arah vertical = K x cos θ2 = 22 rxM

rx

rrM ×

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×

×

Analog dengan komponen K arah vertikal, komponen K arah horizontal = 2rrM× . Kalau

H adalah jumlah aljabar dari komponen vertikal, resultante gaya adalah R:

)( 22 VHR +=

Sudut yang dibentuk R dengan horizontal:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

HV tanarcα

Substitusikan harga-harga dari H dan V, akhirnya kita mendapat R:

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

+×+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×

+×=2

2

2

2 ΣrxMsinθ

nP

ΣryMθ cos

nPR

Sudut yang dibentuk R diukur terhadap horizontal:

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

×+×

×+×

=

2

2

ΣryMcosθ

nP

ΣrxMθsin

nP

tanarcα

Untuk keperluan dalam hal mendimensi pada suatu konstruksi sambungan, maka

haruslah diketahui:

a. Diameter baut yang digunakan atau

b. Momen yang mampu dipikul oleh baut


III -

Laporan Tugas Akhir

14

Oleh karena itu sesuai dengan prinsip mekanika, haruslah dipenuhi:

Gaya luar = gaya dalam

Dimana:

Gaya luar adalah gaya resultan R yang bekerja pada baut

Gaya dalam yang digunakan adalah gaya yang terkecil dari antara kuat geser

baut atau kuat desak baut. Biasanya yang menentukan adalah kuat geser baut.

III.3.3.2 Baut Mengalami Gaya Aksial Akibat Momen

Pada sambungan antara kolom dengan balok seperti pada gambar 3.11 baut yang

mengikat baja siku akan menerima tegangan tarik dan tekan. Oleh karenanya baut yang

berada diatas garis netral akan tertarik dan baut yang berada dibawah garis netral akan

tertekan.

Untuk menghitung tegangan yang terjadi pada kumpulan baut dapat digambarkan oleh

suatu luasan bidang pengganti atau luasan rata-rata (luasan tertarik) yang berupa sebuah

persegi panjang dengan lebar:

Gambar 3.11 Sambungan Antara Kolom dan Balok


III -

Laporan Tugas Akhir

15

pr

btb σ

σsmAa ××=

Dimana:

Ab = luasan baut (cm2)

m = jumlah baris baut

s = jarak sumbu ke sumbu baut (cm)

btσ = tegangan ijin baut (kg/cm2); dalam tugas akhir ini = 2400 kg/cm2

prσ = tegangan ijin profil (kg/cm2); dalam tugas akhir ini = 1600 kg/cm2

Lebar bagian baja siku penghubung yang tertekan adalah sama dengan kaki baja siku

tersebut yang menekan pada flens kolom.

Menentukan garis netral:

2xb.x.

2xhx)a(h =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

−

(b - a).x2+ 2 . a . h . x – a . h2 = 0

be

c = (h-x)

c1 = x

h

a

N.A

Gambar 3.11a Luasan Pengganti


III -

Laporan Tugas Akhir

16

Dari persamaan diatas diperoleh harga x, yaitu letak garis netral. Tegangan maksimum

akibat momen yang terjadi pada baut (baut paling atas), adalah sama dengan tegangan

maksimum yang terjadi pada luasan pengganti ini.

Momen inersia: Ix = 1/3 . a .(h – x)3 + 1/3 . b . x3

Momen tahanan: ( )xhI

w xx −=

Tegangan tarik maksimum yang terjadi (untuk dua baris baut) adalah:

( )pr

bt

xx σσ

IxhM

WMσ ×

−==

Tegangan geser: Disamping tegangan tarik geser di atas, maka baut tersebut juga

mendapat gaya geser. Apabila sebaris baut adalah n, maka tiap baut mendapat gaya

sebesar P/n; sehingga tegangan geser rata-rata yang terjadi pada tiap baut adalah:

2b .d1/4.

P/nAP/nτ

π==

Tegangan kombinasi : Karena momen dan gaya geser bekerja pada saat yang sama,

maka tiap baut akan mendapat kombinasi tegangan aksial dan tegangan geser. Maka

tegangan kombinasi yang terjadi haruslah memenuhi syarat:

bt22

1 σ1.56.τσσ ≤+=

Dimana:

σ1 = tegangan idiil (kg/cm2)

σ = tegangan aksial yang terjadi (kg/cm2)

τ = tegangan geser yang terjadi (kg/cm2)

σbt= tegangan ijin baut (kg/cm2)

cara untuk menghitung tegangan aksial pada baut akibat momen tersebut dinamakan

Transformed Area Methode (metode luasan pengganti).


III -

Laporan Tugas Akhir

17

III.3.3.3 Baja Siku dengan Baut yang Mendapat Tarikan

Dalam hal ini baja siku akan mengalami perubahan bentuk, dimana ada dua teori yang

akan menjelaskan, yaitu:

a. Baut akan memanjang akibat tegangan tarik yang terjadi padanya telah

melampaui titik ulur (yiels stress) sehingga menyebabkan kaki baja siku

tersebut akan membengkak. Kejadian ini disebut simple flexture.

Akibat Pbt baja siku akan mendapat momen M = Pbt (g – t) dan baut akan

mendapat tarikan T = Pbt.

b. Oleh karena pada pemasangan mula-mula baut tersebut mendapat panas

kemudian mendingin, maka terdapat tegangan tarik padanya (initial tension)

sehingga baut tersebut tidak akan memanjang dan kaki baja siku itu akan

tetap melekat pada sambungan. Perubahan tersebut akan menyebabkan

double flexture, sebelah atas baut baja siku mengalami tekanan sedangkan

bagian bawah baut baja siku akan medapat tarikan. Pembagian tekanan

terhadap baja siku ini dianggap merupakan segitiga.

Gambar 3.12 Kejadian simple flexture yang terjadi pada saat baut mengalami tarikan


III -

Laporan Tugas Akhir

18

Tinjau sebelah atas contra flexture:

c. 2/3. q = Pb t. ½ (g – t), sehingga: ( )q

t-gP.

43c bt=

momen pada baja siku: M = Pbt . ½ . (g – t)

dan baut mendapat tarikan : T = Pbt + c

Tetapi yang sebenarnya terjadi pada baja siku itu adalah keadaan antara a dan b,

sehingga rumus yang dipergunakan adalah:

1. M = 0,6.Pbt.(g – t)

2. T = Pbt + 0,8.c

( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

qt-g0,61Pbt

Momen perlawanan baja siku: Wx=1/6 . s . t2

Dimana:

s = jarak sumbu ke sumbu baut (cm)

t = tebal pelat dasar (cm)

Gambar 3.13 Peristiwa double flexture

T

C

q

(g-t)/2

(g-t)/2Pbt


III -

Laporan Tugas Akhir

19

Tegangan yang terjadi pada baja siku:

a. Tegangan akibat momen: 2bt

2bt

xM s.t

t)(g3,6.P1/6.s.t

t)(g0,6.PWMσ

−=

−==

b. Tegangan geser : t.sTτT =

Sehingga tegangan idiil yang terjadi haruslah memenuhi syarat:

2kg/cm 1600σ3τσσ profi2

T2

M1 =≤+=

( ) 2

2

2bt

1 kg/cm 1600σprofilt.sT3

s.ttg.3,6.P

σ =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

= p

III.4 Kekuatan Sambungan Las

Penyambungan bahan baja selain menggunakan baut juga dapat digunakan las.

Sambungan las adalah suatu proses penyambungan bahan yang menghasilkan peleburan

bahan dengan memanasinya hingga suhu yang tepat dengan atau tanpa pemberian

tekanan dan dengan atau tanpa pemakaian bahan pengisi.

III.4.1 Kekuatan Sambungan Las

Pengelasan adalah proses penyatuan dua logam dengan memanaskannya sampai

ke temperatur yang sesuai sedemikian rupa sehingga membentuk kesatuan. Dalam

pengelasan struktural hal ini biasanya diikuti dengan penambahan logam pengisi dan

elektroda. Sebagai tambahan perlu ditetapkan bahwa sifat-sifat las harus sedekat

mungkin dengan logam dasarnya. Dengan demikian variasi elektroda diperlukan untuk

disesuaikan dengan persyaratan baja. Las struktural biasanya dilakukan dengan proses

busur logam terlindung (shield metal-arc process) atau dengan cara proses busur


III -

Laporan Tugas Akhir

20

tercelup (submerged arc process). Las busur (arc welding) merupakan istilah umum

bagi banyak proses yang menggunakan energi listrik dalam bentuk busur listrik untuk

menghasilkan panas yang diperlukan bagi pengelasan.

III.4.2 Kekuatan Las Sudut

Karena las harus mentransfer seluruh beban dari suatu batang kebatang lainnya,

las pun harus didimensi sesuai dengan dan dibentuk dari material elektroda yang tepat.

Untuk keperluan desain las fillet diasumsikan mentransfer beban melalui tegangan geser

pada area aktif, apapun orientasi fillet pada sambungan strukturalnya. Las groove

mentransfer beban tepat seperti pada bagian-bagian yang dihubungkannya. Material

elektroda yang digunakan pada las harus memiliki sifat-sifat material dasar. Bila sifat-

sifat agak berbeda logam las disebut sebagai logam las “pasangan”.

Kekuatan las fillet didasarkan atas asumsi bahwa kegagalan las sedemikian

dikarenakan oleh karena geser terhadap luas efektif, baik bila geser itu sejajar atau tegak

lurus terhadap sumbu alur las fillet yang bersangkutan. Dalam kenyataannya kekuatan

tersebut lebih besar bagi transfer geser yang tegak lurus terhadap sumbu las kira-kira

sepertiga lebih kuat daripada apabila dibebani dalam arah sejajar, meskipun demikian

untuk mudahnya situasi tersebut diperlakukan sama. Dengan demikian kekuatan las

fillet mungkin ditentukan oleh kekuatan elektoda las atau kekuatan geser material dasar.

Distribusi tegangan pada sambungan las itu kompleks dan tidak seragam.

Gambar 3.14 menunjukkan distribusi tegangan tipikal pada beban layanan untuk las

filet longitudinal pada sebuah lap joint (sambungan lewatan). Variasi aktual tegangan

geser pada las dari titik A ke titik B tergantung pada panjangnya las maupun rasio lebar

pelat-pelat yang disambungkan. Gambar 3.15 menunjukkan variasi geser tipikal untuk


III -

Laporan Tugas Akhir

21

las fillet yang mendapat pembebanan transfersal terhadap sumbu las. Distribusi

tegangan pada las fillet yang digunakan untuk menghubungkan sambungan-sambungan

T lebih kompleks.

Sudah banyak penelitian yang menunjukkan bahwa las sudut mempunyai

kekuatan lebih besar terhadap tarik dan tekan daripada terhadap geser, maka tegangan

las sudut yang menentukan adalah tegangan geser efektif (teoritis) yang bekerja pada

luas throat (luas leher las). Luas ini menunjukkan kekuatan las sudut didefenisikan

sebagai jarak dari akar joint ke muka teoritis las seperti terlihat dalam gambar 3.16

Gambar 3.14 Distribusi tegangan tipikal pada lap joint (sambungan lewatan) dengan las fillet longitudinal

Gambar 3.15 Distribusi tegangan tipikal pada suatu sambungan impit yang transversal terhadap las fillet


III -

Laporan Tugas Akhir

22

Dimensi leher fillet adalah jarak nominal terpendek dari akar (titik siku) ke

muka las, seperti gambar 3.16 dengan mengasumsikan bahwa las fillet memiliki

panjang kaki nominal yang sama (membentuk segitiga siku-siku sama kaki) dengan

leher efektifnya tc adalah 0,707 a (sin 450 x a). bila las fillet tersebut didesain sebagai

tak simetrik (hal yang jarang terjadi) dengan kaki-kaki yang tidak sama seperti gambar

3.16b, harga tc harus dihitung dari bentuk diagramatik las yang bersangkutan.

Kekuatan semua las sudut didasarkan atas harga yang dihitung untuk beban-

beban yang bekerja dalam arah sejajar dengan sumbu las. Las sudut yang dibebani

dalam arah tegak lurus mempunyai kekuatan lebih besar karena fakta bahwa bidang

runtuhnya terjadi pada saat yang bukan 450, jadi luas tahanannya lebih besar daripada

luas leher yang tegak lurus terhadap muka teoritis las. Selain itu las sudut transfersal

mengalami tegangan lebih merata dibandingkan dengan las sudut yang dibebani sejajar.

Maka dengan demikian kekuatan las sudut didapat dengan mengalikan tegangan

geser putus las dengan luas tahanan efektif sebagai:

Fr = τP . a

Karena tidak ada harga tegangan geser putus secara pasti maka untuk mudahnya

dianggap bahwa tegangan geser putus diambil sebesar 0,6 kali tegangan tarik – tekan,

sehingga persamaan menjadi:

Gambar 3.16 Dimensi leher efektif untuk las fillet


III -

Laporan Tugas Akhir

23

Fp = 0,6 .σp . A

Dimana: Fp = gaya putus las sudut (kg)

τp = tegangan geser putus (kg/cm2)

σp = tegangan tarik putus (kg/cm2)

A = luas tahanan efektif las cm2

Luas tahanan efektif las (A) diperoleh dari hasil perkalian antara tebal leher efektif (tc)

dengan panjang total netto las (Ln).

Pada buku Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI), membuat aturan

sendiri mengenai las sudut ini, yaitu sebagai berikut:

a. Panjang netto las adalah: Ln = Lbrutto – 3a; dimana a = tebal las efektif

b. Panjang netto las tidak boleh kurang dari 40 mm atau 8 s/d 10 kali tebal teras

batang las.

c. Panjang netto las tidak boleh lebih dari tebal las, sebaiknya dibuat las yang

terputus-putus (las terputus).

d. Untuk las terputus pada batang tekan jarak antara bagian-bagian las itu tidak

boleh melebihi 24t atau 30 cm, sedangkan pada batang tarik jarak itu tidak

boleh melebihi 24t atau 30 cm dimana adalah tebal terkecil dari elemen

yang dilas.

e. Las terputus tidak diperkenankan jika dikhawatirkan terjadi pengkaratan pada

permukaan bidang kontak dibagian yang tidak ada lasnya atau pada elemen

yang dipengaruhi gaya getar.

f. Tebal las sudut tidak boleh lebih dari ½ .t. 2 , dimana t adalah tebal

terkecil pelat yang dilas.


III -

Laporan Tugas Akhir

24

III.4.3 Sambungan Las yang Eksentris

Bila tidak tersedia komputer atau tabel – tabel AISC, analisis vektor elastik

tradisional lebih mudah dilakukan ketimbang metode kekuatan. Metode vektor elastik

bersifat konservatif bahkan kadang kala terlalu berlebihan. Metode elastik

menggunakan asumsi-asumsi sebagai berikut:

1. setiap segmen las bila ukurannya sama akan menahan beban yang dikenakan

secara konsentris dengan gaya yang sama. Konsep itu digunakan untuk las

pada batang tarik.

2. rotasi akibat momen puntir diasumsikan terjadi disekitar sentroid konfigurasi

las.

3. beban pada suatu segmen las akibat momen puntir diasumsikan sebanding

dengan jarak dari sentroid konfigurasi las.

4. arah gaya pada suatu segmen las akibat puntiran diasumsikan sebagai tegak

lurus terhadap jarak radial dari sentroid konfigurasi las.

5. komponenn gaya-gaya yang disebabkan oleh beban langsung dan puntiran

dapat dikombinasikan secara vektorial sehingga diperoleh suatu gaya

resultan.

Pada bagian sebelumnya sambungan baut yang dibebani eksentris dapat dianalisa dan

didesain. Analisis dan desain sambungan las yang dibebani eksentris dapat dilakukan

dengan cara yang sama. Gambar 3.17 berikut memperlihatkan beban P yang dibebani

eksentris terletak pada pelat hubungan berikut. Beban P ini dapat diuraikan menjadi

kombinasi momen dan beban konsentris. Beban P ini bekerja melalui pusat berat

konfigurasi las dan momen torsioanal (M = P.e) mempunyai titik putar dipusat berat

tersebut. Dengan demikian gaya-gaya yang bekerja pada las akan terdiri atas dua


III -

Laporan Tugas Akhir

25

komponen. PV akibat beban aksial eksentris dan PM akibat momen torsional seperti

terlihat pada gambar 3.18. efek aksial menyebabkan beban P/I per inchi las, dimana I

adalah panjang total las. Beban ini bekerja pada arah sejajar dengan beban P dan akan

sama untuk setiap inchi panjang las.

PM akan bervariasi terhadap jarak r dari pusat berat konfigurasi las ke elemen las yang

sedang ditinjau dan akan bekerja pada arah tegak lurus terhadap garis yang

menghubungkan pusat berat dengan elemen las tersebut. Dengan demikian hubungan ini

harus di desain atau dianalisis agar kedua komponen yang bekerja pada sembarang titik

las tidak melampaui kapasitas las.

Gambar 3.17 Hubungan las ddibebani eksentris

Gambar 3.18 Beban-beban pada las


III -

Laporan Tugas Akhir

26

Beban torsional, PM harus ditentukan dengan menerapkan rumus tegangan klasik

untuk konfigurasi las:

JM.rτ =

Dimana:

τ = tegangan geser satuan pada las (kg/cm2)

M = Momen torsi (Kg.cm)

r = jarak dari pusat berat konfigurasi las ke sembarang titik bagian las yang sedang

diitinjau (cm)

J = momen inersia polar (cm3)

Untuk keperluan desain setiap elemen las dapat dianggap berupa garis yang

berimpit dengan akar las sudut. Dengan demikian las itu dapat dipandang hanya

mempunyai lokasi dan panjang. Ini berarti bahwa tegangan satuan yang dihitung pada

rumus tegangan torsional menjadi gaya persatuan panjang (kg/cm), bukan gaya

persatuan luas (Kg/cm2). Gaya persatuan panjang ini kita beri notasi PM. Perlu diingat

pula bahwa agar asumsi-asumsi serta satuan konsisten momen inersia polar mempunyai

satuan cm3 bukan cm4. Ini berdasarkan fakta bahwa las hanya mempunyai panjang jadi

menghilangkan satu dimensi dari Ix dan Iy. Rumus-rumus momen inersia diberikan

dalam gambar 2.25 untuk suatu panjang las. Untuk jenis masalah ini akan lebih mudah

apabila momen inersia polar ditulis dalam bentuk

J = Ix + Iy

Gaya resultan R yang bekerja akibat momen torsi M dan akibat beban langsung

P dapat ditulis sebagai:

( ) MY22

MXY PPPR ++=


III -

Laporan Tugas Akhir

27

Dimana harga PMx dan PMy didapat dengan menguraikan PM menjadi dua komponen,

yaitu komponen terhadap sumbu X (PMx) dan komponen terhadap sumbu Y (PMy)


IV - 1

BAB IV

APLIKASI

Sebagai aplikasi penulis menyajikan suatu konstruksi portal baja bertingkat

dengan elemen dua dimensional. Adapun konstruksi tersebut adalah portal baja

bertingkat dua dengan ketinggian :

1. Lantai dasar ke lantai 1 = 5 m

2. Lantai 1 ke lantai 2 = 4 m

dan mempunyai dua kolom dengan masing-masing kolom berjarak 8 m. adapun portal

baja yang dimaksud dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Perencanaan dilakukan dengan memakai metode perencanaan Allowable Stress

Design (ASD) dimana portal baja direncanakan memakai mutu baja U37 dengan profil

= 1600 kg/cm2, Mutu Las σ Las = 1600 kg/cm2, Baut penyambung (baut bubut) dan

Paku Keling φ 16 direncanakan memakai mutu baja U52 dengan σ baut dan σ paku =

2400 kg/cm2, Beban yang bekerja pada konstruksi portal baja tersebut adalah :

1. q1 = dead load (beban mati sudah termasuk berat sendiri) yang bekerja = 1,2 tm.

2. q2 = dead load (beban mati sudah termasuk berat sendiri) yang bekerja = 0,5 tm.

3. PV1 = life looad (beban hidup/beban terpusat) = 1 t x φ

Dimana φ = koefisien kejut

1.6310850

251,2

m 8ldan ,l50

251,2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++=

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++=

PV1 = 1 x 1,6310 = 1,6310 ton


IV -

Laporan Tugas Akhir

2

q1 = dead load (beban mati pada lantai 1, sudah termasuk berat sendiri) yang

bekerja pada lantai 1 = 1,2 tm.

q2 = 0,5 t/m

PV1 = life load (beban hidup/beban terpusat) = 1 t x φ

Dimana φ = koefisien kejut

1.6310850

251,2

m 8ldan ,l50

251,2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++=

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++=

P1 = 1 x 1,6310 = 1,6310 ton

P2 = 1 x 1,6310 = 1,6310 ton

A

B

C D

E

F

q2=0,5 t/m

q1= 1,2 t/m

P = 1,6310 t

P = 1,6310 t


IV -

Laporan Tugas Akhir

3

1. Momen Primer

MBE 8

p.l12q.l2

−−=

tm8,0310

881,6310

1281,2 2

−=

×−

×−=

MEB = +8,0310 tm

MCD 8

p.l12q.l2

−−=

tm,29774

881,6310

1280,5 2

−=

×−

×−=

MEB = +4,2977 tm

2. KAB = KBA = l

EI

= 5EI

= 0,20 EI

3. KBC = KCB = KDE = KED = l

EI

= 4EI

= 0,20 EI

4. KBE = KEB =KCD = KDC = l

EI

=8EI

= 0,125 EI


IV -

Laporan Tugas Akhir

4

DFAB = DFEF = ( ) 0,3478EI0,1250,250,20

0,20EI=

++

DFBC = DFED = ( ) 0,4348EI0,1250,200,25

0,25EI=

++

DFBE = DFEB = ( ) 0,2174EI0,200,250,125

0,125EI=

++

DFCB = DFDE = ( ) 0,6667EI0,1250,25

0,25EI=

+

DFCD = DFDC = ( ) 0,3333EI0,250,125

0,125EI=

+

A

B

C D

E

F

q2=0,5 t/m

q1= 1,2 t/m

P = 1,6310 t

P = 1,6310 t


IV -

Laporan Tugas Akhir

5


IV -

Laporan Tugas Akhir

6


IV -

Laporan Tugas Akhir

7

Balok CD

RC = RD = ( ) t2,81552

1,631080,5=

+×

Mlapangan Balok CD = RC . (½ . 8) - 3,7734 - (q2 . ½ . 8)

= 2,8155 (4) – 3,7734 – (0,5 . 4)

= 5,4886 tm

Balok BE

RB = RE = ( ) t5,61552

1,631081,2=

+×

Mlapangan Balok BE = RB.( ½ . 8) - 7,1946 - (q1 . ½ . 8)

= 5,6155 (4) – 7,1946 – (1,2 . 4)

= 10,4674 tm

A

B

C D

E

3,7734 tm

C

3,7734 tm

3,7734 tm 3,7734 tm D

4,3960 tm 4,3960 tm

2,7985 tm

1,3993 tm

2,7985 tm

1,3993 tm

q2 = 0,5 tm

P = 1,6310 t

P = 1,6310 t

F

7,1946 tm 7,1946 tm

q1 = 1,2 tm


IV -

Laporan Tugas Akhir

8

Hasil Momen Ekstrim dari Kombinasi Pembebanan Pada Portal

Balok

Balok Momen Ekstrim

BE

MBE = -7,1946 tm

MEB = +7,1946 tm

M Lapangan = 10,4674 tm

CD

MCD = -3,7734 tm

MDC = +3,7734 tm

M Lapangan = 5,4886 tm

Kolom

Kolom Momen Ekstrim

AB MBA = 2,7985 tm

MAB = 1,3993 tm

BC MBC = 4,3960 tm

MCB = 3,7734 tm

DE MDE = -3,7734 tm

MED = -4,3960 tm

EF MEF = -2,7985 tm

MFE = -1,3993 tm


IV -

Laporan Tugas Akhir

9

Data Profil :

Untuk Balok : IWF 600 x 200 x 11 x 17

B = 200 mm

h = 600 mm

t1 = 11 mm

t2 = 17 mm

Untuk Kolom : IWF 600 x 200 x 11 x 17

B = 200 mm

h = 600 mm

t1 = 11 mm

t2 = 17 mm

Rencana Sambungan di titik B

Pada Balok BE

M Lapangan = M Maksimum yang terjadi = 10,4674 tm

200

600

11

17


IV -

Laporan Tugas Akhir

10


IV -

Laporan Tugas Akhir

11

A. Perencanaan Sambungan Baut

Penyelesaian

Mutu Baja Struktural : BJ37 (Fu 370 Mpa dan Fy = 240 Mpa)

Mutu Baut: A325M (Baut mutu tinggi)

φ baut = 16 mm (Tipe M16)

φ lubang = 18 mm (Lubang standar)

Beban P = 104,674 KN dan e = 200 mm

1. Perencanaan Baut A

Kuat Geser Baut (1 baut dengan 2 bidang geser)

N 66377,14Ω

R

.22,00

.16.(330).(1/4Ω

R

.2Ω.AF

ΩR

nv

2nv

bnvnv

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

π

Jumlah baut a yang dibutuhkan, baut 1,126466377,14

,4)(104.674/1/ΩR

P/1,4nnv

===

Diambil n = 6 baut

N 17445,676

104674Pc ==

Pex = 0 dan Pey = 17445,67 N

M = (104674/1,4).(200) = 14.953.428,57 Nmm


IV -

Laporan Tugas Akhir

12

Baut y (mm) x (mm) x2+y2 (mm2) Pmx(N) Pmy(N)

1 54 0 2916 46152,56 0,00

2 54 0 2916 46152,56 0,00

3 54 0 2916 46152,56 0,00

4 -54 0 2916 -46152,56 0,00

5 -54 0 2916 -46152,56 0,00

6 -54 0 2916 -46152,56 0,00

)y(x Σ 22 + 17496

Dengan )y(x Σ

M.xPdan )y(x Σ

M.yP 2my22mx 2 +=

+=

Baut Pex (N) Pmx (N) Σ Px (N) Pcy (N) Pmy (N) Σ Py P (N)

1 0 46152,56 46152,56 17445,67 0,00 17445,67 49339,74

2 0 46152,56 46152,56 17445,67 0,00 17445,67 49339,74

3 0 46152,56 46152,56 17445,67 0,00 17445,67 49339,74

4 0 -46152,56 -46152,56 17445,67 0,00 17445,67 49339,74

5 0 -46152,56 -46152,56 17445,67 0,00 17445,67 49339,74

6 0 -46152,56 -46152,56 17445,67 0,00 17445,67 49339,74

Dengan

( ) ( )

mycyy

mxcxx

2y

2x

PPP Σdan

PPP Σ

P ΣP ΣP

+=

+=

+=

Jadi Pgeser maksimum pada baut = 49339,74 N < 66377,14 N………OK!!!

Untuk menentukan Kuat desain baut terhadap tumpu, gunakan diameter lubang = 18

mm


IV -

Laporan Tugas Akhir

13

Untuk jarak lubang terdekatt dengan tepi, digunakan jarak tepi Le = 25 mm, sehingga:

mm 619-25 2

18 - Le Le ===

Karena Lc < 2. φ baut (32 mm), kuat tumpu:

3552.t2,00

t).(370)1,2.(16).(ΩR

Ω).t.F1,2.(L

ΩR

n

ucn

==

=

2 profil siku 7104.t3552.t2ΩR n =×=

maksimumgeser n PΩR

≥

7104.t ≥ 49339,74

t ≥ 6,9453 mm

Diambil tebal profil siku, t = 7 mm. Jadi tebal profil siku yang digunakan adalah 7 mm

dan sesuai dengan tabel baja, profil yang digunakan adalah 35 x 35 x 7

)(OK!N......... 49339,74N 49728ΩR

2,0014).(370)1,2.(16).(

ΩR

Ω).t.F1,2.(L

ΩR

n

n

ucn

>=

=

=

Periksa juga:

)(OK!N......... 49339,74N 99456ΩR

2,0014).(370)2,4.(16).(

ΩR

Ω)2,4.d.t.F

ΩR

n

n

un

>=

=

=


IV -

Laporan Tugas Akhir

14

Periksa jarak antar baut sebesar 54 mm atau 3.φlubang:

Lc = 54 - φlubang = 54 – 18 = 36 mm

)(OK!N......... 49339,74N 111888ΩR

2,0014).(370)1,2.(36).(

ΩR

Ω).t.F1,2.(L

ΩR

n

n

ucn

>=

=

=

Periksa juga:

)(OK!N......... 49339,74N 99456Ω

R2,00

14).(370)2,4.(16).(Ω

RΩ

)2,4.d.t.FΩ

R

n

n

un

>=

=

=

Jadi, jarak antar baut 54 mm telah memenuhi syarat.


IV -

Laporan Tugas Akhir

15

2. Perencanaan Baut B

Kuat geser 1 baut = Rnv = Fnv.Ab

N 6,31883Ω

R2,00

.16.(330).(1/4Ω

R

.Ω.AF

ΩR

nv

2nv

bnvnv

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

π

Jumlah Baut, baut 2,252833188,6

104674/1,4/ΩR

/1,4Pn

nv

u ===

Dipakai n = 8 baut B, dengan 4 baut pada tiap siku.

N 13084,258

104674Pe == Pex = 0 dan Pey = 13084,25 N

M = M = (104674/1,4).(200) = 14.953.428,57 Nmm

Panjang profil siku untuk baut b dianggap sama untuk baut a yaitu =

25 + 54 + 54 + 54 + 54 + 54 + 25 = 320 mm

Ditetapkan susunan baut sebagai berikut:

y 2L 35x35x7

x

25

39.5 21

135

21 39.5

25

135 320.

5


IV -

Laporan Tugas Akhir

16

Baut y (mm) x (mm) x2+y2 (mm2) Pmx(N) Pmy(N)

1 135 21 18666 26413,26 4108,73

2 0 21 441 0,00 4108,73

3 135 21 18666 26413,26 4108,73

4 0 21 441 0,00 4108,73

5 0 21 441 0,00 4108,73

6 -135 21 18666 -26413,26 4108,73

7 0 21 441 0,00 4108,73

8 -135 21 18666 -26413,26 4108,73

)y(x Σ 22 + 76428

Dengan )y(x Σ

M.xPdan )y(x Σ

M.yP 2my22mx 2 +=

+=

Baut Pex (N) Pmx (N) Σ Px (N) Pcy (N) Pmy (N) Σ Py P (N)

1 0 26413,26 26413,26 13084,25 4108,73 17192,98 31516,01

2 0 0,00 0,00 13084,25 4108,73 17192,98 17192,98

3 0 26413,26 26413,26 13084,25 4108,73 17192,98 31516,01

4 0 0,00 0,00 13084,25 4108,73 17192,98 17192,98

5 0 0,00 0,00 13084,25 4108,73 17192,98 17192,98

6 0 -26413,26 -26413,26 13084,25 4108,73 17192,98 31516,01

7 0 0,00 0,00 13084,25 4108,73 17192,98 17192,98

8 0 -26413,26 -26413,26 13084,25 4108,73 17192,98 31516,01

Dengan

( ) ( )

mycyy

mxcxx

2y

2x

PPP Σdan

PPP Σ

P ΣP ΣP

+=

+=

+=

Jadi Pgeser maksimum pada baut = 31516,01 N < 33188,6 N………OK!!!

Untuk menentukan Kuat desain baut terhadap tumpu, gunakan diameter lubang = 18

mm


IV -

Laporan Tugas Akhir

17

Untuk jarak lubang terdekat dengan tepi, digunakan jarak tepi Le = 25 mm, sehingga:

mm 619-25 2

18 - Le Le ===

Karena Lc < 2. φ baut (32 mm), kuat tumpu:

3552.t2,00

t).(370)1,2.(16).(ΩR

Ω).t.F1,2.(L

ΩR

n

ucn

==

=

maksimumgeser n PΩR

≥

3552.t ≥ 31516,01

t ≥ 8,8728 mm

Diambil tebal profil siku, t = 10 mm. Jadi tebal profil siku yang digunakan adalah 10

mm dan sesuai dengan tabel baja, profil yang digunakan adalah L 55 x 55 x 10

)(OK!N......... ,0131516N 35520ΩR

2,0010).(370)1,2.(16).(

ΩR

Ω).t.F1,2.(L

ΩR

n

n

ucn

>=

=

=

Periksa juga:

)(OK!N......... 31516,01N 71040ΩR

2,0010).(370)2,4.(16).(

ΩR

Ω)2,4.d.t.F

ΩR

n

n

un

>=

=

=


IV -

Laporan Tugas Akhir

18

B. Perencanaan Sambungan Las

Penyelesaian

Mutu baja struktural BJ37 (Fu = 370 Mpa dan Fy = 240 Mpa)

Kelas elektroda las = E90xx = 90 ksi = 620 Mpa


PDL = N 74767,14291,4

1046741,4Pu ==

1. Perencanaan Las A

Direncanakan dengan menggunakan 2 siku penghubung 2L 70.70.11

Dalam soal ini, direncanakan dimensi las slot = 10 x 30 mm. Menurut AISC 2005, jarak

minimum antara las slot = 2L = 2 x 30 = 60 mm, direncanakan jarak anntara las slot =

60 mm. untuk jarak las slot ke tepi direnncanakan = 55 mm.

PDL

fx”

fy”

fr fy’

Tentukan titk berat konfigurasi keseluruhan struktur dengan menghitung statis momen

terhadap tepi las vertikal. Dengan statis momen,

55

60

60

60

55

20 20 10

30

x 12,712 200

e

y


IV -

Laporan Tugas Akhir

19

Σ (A.x) = Σ (A).( x )

2.(te).(50).(25) + 4.(30).(10).(25) = (2.te.50 + te.290 + 4.(30).(10)).( x )

2500.te + 30000 = (390. te + 1200).( x )

( x ) 1200390.t300002500.t

e

e

++

=

Direncanakan te = 6 mm

x 1200390.(6)300002500.(6)

++

=

x = 12,712 mm

Setelah x diketahui, maka langkah selanjutnya menentukan inersia polar (Ip)

Ip= Ix + Iy

= 121 . te.(290)3 + 2.(50).(te).(145)2 + 2.(30).(10).(145-115)2 + 2.(30).(10).(145-55)2 +

2. 121 .( te).(50)3 + 2.(50).( te).(25- x )2 + 290.( te).( x )2 + 4.(30).(10).(50- x -25)2

= 4155750.te + 5400000 + 100.te.(25- x )2 + 1200.(25- x )2 + 290. te.( x )2

Dengan memasukkan nilai te = 6 mm dan x = 12,712 mm

Ip = 4155750.(6) + 5400000 + 100.(6).(25-12,712)2 + 1200.(25-12,712)2 + 290.

(6).(12,712)2

= 30887466,1 mm4 = 30887466,1 x 10-12 m4

A = (2.te.50 + te.290 + 4.(30).(10)) = (2.(6).(50)+6.(290)+4.(30).(10))

= 3540 mm2 = 3540 x 10-6 m2


IV -

Laporan Tugas Akhir

20

PDL

Dalam hal ini, karena menggunakan siku ganda, maka beban PDL yang dipikul 1 buah

sik adalah: PDL = N 37383,57142

74767,1429= . Tegangan yang terjadi pada komponen

las adalah:

fy’ = 26DL

mN010560330,9

10354037383,5714

AP

=×

= −

fy” = 212-DL

mN29538494,52

1030887466,1)037,0).(213,0.(5714,37383

Ip.e.xP

IpT.x

=×

==

fx” = 212-DL

mN,6437380586

1030887466,1)145,0).(213,0.(5714,37383

Ip.e.yP

IpT.y

=×

==

Penjumlahan vektor menghasilkan tegangan resuktan (fr)

fr = 22 )yfy(f)x(f ′′+′+′′

= 22 )552,95384949,10560330()64,37380586( ++

= 42441383,60 N/m2

55

60

60

60

55

20 20 10

30

e

y

Berdasarkan gambar di samping, dapat diliihat:

x = 50 – 12,712 = 37,288 mm = 0,0037 m

y = m 0,145mm 1452

290==

e = 200 + 12,712 = 312,712 mm = 0,213 m


IV -

Laporan Tugas Akhir

21

A = (2.te.50 + te.290 + 4.(30).(10)) = (2.(6).(50)+6.(290)+4.(30).(10))

= 3540 mm2 = 3540 x 10-6 m2

Rlas = A.fr

= 3540 x 10-6. (42441383,60)

= 150242,198 N

Berdasarkan Kekuatan Las

a) Berdasarkan kekuatan geser las

Fw = 0,6 x FEXX = 0,6 x 620 = 372 Mpa

Aw = (2.te.50 + te.290 + 4.(30).(10)) = (2.(6).(50)+6.(290)+4.(30).(10))

= 3540 mm2 = 3540 x 10-6 m2

(OK) N...... 150242,198 R N 658440

150242,198)10).(354010.(37221

ΩR

Rlas.Fw.AwΩ1

ΩR

las

6-6n

n

=≥=

≥××=

≥=

mm 9 wambil mm, 8,4870707

60,707

tw e ====


IV -

Laporan Tugas Akhir

22

b) Berdasarkan kekuatan material dasar

FBM = 0,6 x Fy = 0,6 x 240 = 144 Mpa

ABM = L.t + 4.(2 x 30 + 2 x 10).t t = tebal profil siku = 11 mm

= 390.(11) + 4.(2 x 30 + 2 x 10).(11)

= 7810 mm2

= 7810 x 10-6 m2

(OK) N...... 150242,198 R N 7673437,125

150242,198)10).(781010.(1441,67

1ΩR

Rlas.A.FΩ1

ΩR

las

6-6n

bmbmn

=≥=

≥××=

≥=

Ukuran maksimum las = 11- K)mm......(O 9wmm 9,41325,4161

=>=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×


IV -

Laporan Tugas Akhir

23

2. Perencanaan Las B

Dalam merencanakan las pada kolom, bagian yang ditinjau adalah setengah bagian.

PDL

fx”

fy”

fy’ fr

Tentukan titik berat konfigurasi keseluruhan dengan menghitung statis momen terhadap

tepi las vvertikal. Dengan statis momen

Σ (A.x) = Σ (A).( x )

2.(te).(70).(35) + 4.(30).(10).(35) = (2.te.70 + te.290 + 4.(30).(10)).( x )

4900.te + 42000 = (430. te + 1200).( x )

( x ) 1200390.t420004900.t

e

e

++

=

Direncanakan te = 6 mm

x mm 18,8891200430.(6)420004900.(6)

=++

=

55

60

60

60

55

30

x

10

30

x

12,712

200

e

y

30

y


IV -

Laporan Tugas Akhir

24

Setelah x diketahui, maka langkah selanjutnya menentukan inersia polar (Ip)

Ip= Ix + Iy

= 121 . te.(290)3 + 2.(70).(te).(145)2 + 2.(30).(10).(145-115)2 + 2.(30).(10).(145-55)2 +

2. 121 .( te).(70)3 + 2.(70).( te).(35- x )2 + 290.( te).( x )2 + 4.(30).(10).(35- x )2

= 5033083,333.te + 5400000 + 140.te.(35- x )2 + 1200.(35- x )2 + 290. te.( x )2

Dengan memasukkan nilai te = 6 mm dan x = 18,889 mm

Ip = 5033083,333.(6) + 5400000 + 140.(6).(35-18,889)2 + 1200.(35-18,889)2 + 2

90.(6).(18,889)2

= 36748833,33 mm4 = 36748833,33 x 10-12 m4

A = (2.te.70 + te.290 + 4.(30).(10)) = 430. te.+ 1200 = 430.(6) + 1200

= 3780 mm2 = 3780 x 10-6 m2

PDL

55

60

60

60

55

30

x

10

30

x

18,889

200

e

y

30

y

Berdasarkan gambar di samping, dapat diliihat:

x = 70 – 18,889 = 51,111 mm = 0,0511 m

y = m 0,145mm 1452

290==

e = 200 = 0,20 m


IV -

Laporan Tugas Akhir

25

Dalam hal ini, karena menggunakan siku ganda maka beban PDL yang dipikul untuk 1

siku adalah:

N 37383,57152

74767,4129PDL ==

Tegangan yang terjadi pada komponen las adalah:

fy’ = 26DL

mN717,8898339

10378037383,5715

AP

=×

= −

fy” = 212-DL

mN,2503965231

10336748833,3)0511,0).(20,0.(5715,37383

Ip.e.xP

IpT.x

=×

==

fx” = 212-DL

mN,6829500897

10336748833,3)145,0).(20,0.(5715,37383

Ip.e.yP

IpT.y

=×

==

Penjumlahan vektor menghasilkan tegangan resuktan (fr)

fr = 22 )yfy(f)x(f ′′+′+′′

= 22 )717,988983325,10396523()68,29500897( ++

= 35802782,61 N/m2

A = (2.te.70 + te.290 + 4.(30).(10)) = 430. te + 1200 = 430.(6) + 1200

= 3780 mm2 = 3780 x 10-6 m2

Rlas = A.fr

= 3780 x 10-6.(35802782,61)

= 135334,5185 N


IV -

Laporan Tugas Akhir

26

Berdasarkan Kekuatan Las

a) Berdasarkan kekuatan geser las

Fw = 0,6 x FEXX = 0,6 x 620 = 372 Mpa

Aw = (2.te.70 + te.290 + 4.(30).(10)) = 430. te + 1200 = 430.(6) + 1200

= 3780 mm2 = 3780 x 10-6 m2

(OK) N...... 3135334,518 R N 030807

,5183353341)10).(378010.(37221

ΩR

Rlas.Fw.AwΩ1

ΩR

las

6-6n

n

=≥=

≥××=

≥=

mm 9 wambil mm, 8,4870707

60,707

tw e ====

b) Berdasarkan kekuatan material dasar

FBM = 0,6 x Fy = 0,6 x 240 = 144 Mpa

ABM = 430.t + 4.(2 x 30 + 2 x 10).t t = tebal profil siku = 11 mm

= 430.(11) + 4.(2 x 30 + 2 x 10).(11)

= 8250 mm2

= 8250 x 10-6 m2

(OK) N...... 3135334,518 R N 2455,113777

150242,198)10).(781010.(1441,67

1ΩR

Rlas.A.FΩ1

ΩR

las

6-6n

bmbmn

=≥=

≥××=

≥=

Ukuran maksimum las = 11- K)mm......(O 9wmm 9,41325,4161

=>=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ×


IV -

Laporan Tugas Akhir

27

C. Perencanaan Sambungan Paku Keling

Mutu Baja Struktural: BJ37 (Fu 370 Mpa dan Fy = 240 Mpa)

Mutu Paku: A325M (Paku mutu tinggi)

φ paku = 16 mm (Tipe M16)

φ lubang = 17 mm (Lubang standar)


Diameter paku keling setelah terpasang (d)

d = d + 1 mm

= (16 + 1) mm = 17 mm

s = 54 mm

= 5,4 cm

N 6,31883Ω

R2,00

.16.(330).(1/4Ω

R

.Ω.AF

ΩR

nv

2nv

bnvnv

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

π

Jumlah Baut, baut 2,252833188,6

104674/1,4/ΩR

/1,4Pn

nv

u ===

Dipakai n = 8 paku, dengan 4 baut pada tiap siku.

Luasan Pengganti

( )16002400

5,4

1,7.412.

a

ωprσbt

s

.d.41m.

a

2

2

×=

×=

π

π

a = 1,2610 cm


IV -

Laporan Tugas Akhir

28

Mencari nilai x

( )( ) 222

22

25,4xx2hxha

.D.x21xh2.a.

1

=+−

=−

1,2610 (64,6062 – 2 . 64,606 . x + x2) = 25,4 . x2

1,2610x2 – 162,9363x + 5263,33 = 25,4 x2

24,139x2 + 162,9363x – 5263,33 = 0

Dengan menggunakan Rumus ABC

X1,2 = a

acbb

2

42 −±−

( ) ( )139,24.2

33,5263.139,24.49363,1629363,162 2 −−±−

48,278,269731162,9363X1,2

±−=

Maka dipeoleh harga x = 11,7721 cm

Maka, h – x = 64,606 – 11,7721

=52,8339 cm

Momen Inersia

Ix atas = 1/3.a.(h-x)3 + 1/3.2b.x3

= 1/3.1,2610.(64,606-11,7721)3 + 1/3.2.25,4.(11,7721)3

= 89616,5838 cm4


IV -

Laporan Tugas Akhir

29

Momen Tahanan

Wx atas = ( )xhIx−

3cm 1696,1947

52,833989616,5838

=

=

M Paku (dalam luasan pengganti) = Wx atas.σpr

= 1696,1947.1600

= 27,1391.105 kg.cm

Lihat diagram tegangan Paku yang terjadi :

Paku :

1). 25

kg/cm 240016002400

1696,194727,1391.10σa =×=

2). 2kg/cm 401,2212240064,60659,556σ1 =×=

3). 2kg/cm 801,2011240064,60654,156σ2 =×=

4). 2kg/cm 200,1811240064,60648,156σ3 =×=

5). 2kg/cm 311,1588240064,60642,756σ4 =×=

6). 2kg/cm 710,1387240064,60637,356σ5 =×=

7). 2kg/cm 109,1187240064,60631,956σ6 =×=

8). 2kg/cm 788,943240064,60625,406σ7 =×=


IV -

Laporan Tugas Akhir

30

9). 2kg/cm 751,683240064,60618,406σ8 =×=

Gaya geser yang terjadi pada masing – masing Paku.

1). Ppk1 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 2212,401 = 8034,7349 kg

2). Ppk2 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 2011,801 = 7306,2197 kg

3). Ppk3 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 1811,200 = 6577,7 kg

4). Ppk4 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 1588,311 = 5768,2391 kg

5). Ppk5 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 1387,710 = 5039,7202 kg

6). Ppk6 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 1187,109 = 4311,2013 kg

7). Ppk7 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 943,788 = 3427,537 kg

8). Ppk8 = 2. ¼ . π . (1,7)2 . 0,8 . 683,751 = 2483,1656 kg

Sehingga momen yang bekerja pada Paku adalah :

Mpaku = 8034,7349(59,556) + 7306,2197(54,156) + 6577,7(48,156) +5768,2391(42,756)

+ 5039,7202(37,356) + 4311,2013(31,956) + 3427,537(25,406) +

2483,1656(18,406) + 1538,7905(11,406) + 835,6353(6,194)

= 19,19119915.105 kgcm

= 19, 1912 tm

Pelat dasar (tp = 22 mm) dengan Paku Keling (φ=17 mm) yang mendapat tarikan

Penempatan Paku

q = 70 mm = 7 cm

q = 57 mm = 5,7 cm


IV -

Laporan Tugas Akhir

31

Untuk 2 baris paku :

Ppk = Ppk1 = 8034,7349 kg

Untuk 1 baris paku :

Mpelat ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

2tpq.

2P

.6,0 pk

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

22,27.

28034,7349.6,0

= 14221,4808 kg.cm

T

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+=+=q

2tpq

0,3.12

Ppk0,8.c2

Ppk

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+=7,522,27

.3,0127349,8034

= 5264,8656 kg

σpr ( ) s.tp

Ttp1/6.s.

M2

pelat +=

( ) 14.2,25264,8656

2,21/6.14.14221,4808

2 +=

= 1430,2183 kg/cm2

Syarat :

σpr = 1430,2183 kg/cm2 < σpr = 1600 kg/cm2 ….. OK !

sehingga pelat dasar dengan tp = 2,2 cm dapat dipakai


V - 1

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis pada Bab IV, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai

berikut :

1. Dari hasil analisis pada tipe sambungan yang dilakukan, dapat diperoleh data

sebagai berikut :

a. Baut :

Sambungan Baut memiliki jumlah 8 buah baut

Tegangan Geser pada baut = 66377,14 N

Tegangan Tumpu pada baut = 111888 N

b. Las :

Sambungan Las memiliki tebal las 9 mm dan panjang las 430 mm

Tegangan Geser pada las = 658440 N

Tegangan Tumpu pada las = 673437,1257 N

c. Paku Keling :

Sambungan Paku memiliki jumlah 8 buah paku.

Tegangan Geser pada las = 80347,3 N

Tegangan Tumpu pada las = 271391 N


V -

Laporan Tugas Akhir

2

2. Dari ketiga jenis sambungan diatas, dapat disimpulkan bahwa sambungan Las

jauh lebih kuat dari jenis sambungan yang lain jika besar gaya yang bekerja

sama besar.

3. Sambungan yang paling efisien adalah jenis Sambungan Baut, dimana dalam

pengerjaannya dilapangan paling praktis diantara ketiga jenis sambungan yang

dibahas dan memiliki nilai kekuatan yang cukup tinggi.

4. Penganalisaan kekuatan dari sambungan balok – kolom tersebut dipengaruhi

oleh jumlah, susunan dan ukuran dari baut/paku penyambung, dimensi dari pelat

penyambung, momen yang terjadi pada sambungan (akibat dari beban yang

bekerja) dan tebal dari las penyambung.

B. Saran

1. Dalam menganalisis kekakuan dari sambungan yang sebenarnya pada suatu

konstruksi bangunan baja tentunya tidak hanya dari gaya dalam, momen lentur

saja (M) yang diperhitungkan, akan tetapi gaya lintang D, gaya normal N dan

momen torsi T yang seharusnya bekerja harus juga turut diperhitungkan.

2. Sehingga disarankan supaya selanjutnya untuk penganalisaan kekakuan dari

sambungan gaya-gaya dalam yang bekerja seperti lintang D, normal N dan torsi

T juga turut diperhitungkan.

3. Pada jenis sambungan las, agar diperhatikan berapa tebal las efektif agar

konstruksi tersebut aman dan efisiensi dari tebal las dapat konomis. Sehingga

dalam penngerjaannya tidak memakan biaya yang cukup besar.


analisis sambungan portal baja antara balok...

Documents