bab i balok komposit

BAB I BALOK KOMPOSIT BAJA BETON

Perancangan Struktur Baja Komposit – Sumargo - 2012 1-1

P O L B A NP O L B A N

1.1 Konstruksi Komposit

Gambar 1.1. Construction of Nabereschnaja Tower, Moscow, Rusia [www.bolzenschweisstechnik.de]

Jika pelat beton ditumpu oleh balok baja dan tidak ada media untuk transfer geser antara keduanya maka hasilnya adalah penampang non-komposit (Gambar 1.2). Beban yang bekerja pada penampang komposit akan menyebabkan pelat berdefleksi bersama dengan balok, menghasilkan sebagian beban dipikul oleh pelat. Kecuali jika terdapat ikatan yang cukup kuat antara keduanya (seperti halnya kasus balok baja terbungkus dalam beton, atau jika disediakan sambungan mekanis), beban yang dipikul oleh pelat hanya sedikit atau dapat diabaikan. (Gambar 1.3).




Gambar 1.2. Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit

Gambar 1.3. Gap akibat tidak terjadinya aksi komposit

Pada kondisi demikian, balok baja dan pelat lantai akan mempunyai sumbu netral masing-masing. Akibat dari hal ini, hanya sebagaian luas beton yang bisa menahan tekan, juga flens atas dari baja akan mengalami tekuk lokal sehingga momen kapasitas elemen akan rendah. (Gambar 1.4.)

Gambar 1.4. Tegangan yang terjadi pada elemen non komposit

Sebelumnya balok baja dan pelat beton digunakan tanpa mempertimbangkan pengaruh komposit. Dalam 20 tahun terakhir telah ditunjukan pengaruh peningkatan kekuatan yang didapat dengan mengikat keduanya sehingga bekerja bersama dalam memikul beban. Balok baja dan pelat beton yang disatukan secara komposit dapat memikul beban 33% - 50% lebih tinggi dibandingkan dengan balok baja saja dalam aksi




non-komposit. Sebagai contoh praktis untuk menunjukkan hal ini, dapat digunakan perangkat lunak SAP2000. Dalam Gambar 1.5 diberikan 2 profil yaitu balok baja dan balok komposit, kemudian dibandingkan modulus plastis terhadap sumbu kuat dan didapat (685540,3 / 435924.4) = 1,57 yang bermakna terdapat peningkatan kapasitas momen sebesar 57%.

Gambar 1.5. Perbandingan balok non-komposit dan komposit

Persetujuan penggunaan lantai bangunan komposit pertama kali diakui melalui Peraturan AISC pada tahun 1952 dan hingga sekarang telah banyak digunakan. Konstruksi komposit tersebut dapat dalam bentuk terbungkus penuh oleh beton (jarang karena mahal) seperti pada Gambar 1.b atau tanpa pembungkus tetapi dengan shear connector seperti pada Gambar 1.6(a) dan 1.6(c). Sekarang ini lebih banyak digunakan tipe konstruksi komposit dengan shear connector. Jika baja terbungkus dalam beton, transfer geser terjadi akibat adanya ikatan dan friksi antara balok dan beton dan juga oleh kekuatan geser beton sepanjang garis putus dalam Gambar 1.6(b). Jika diperlukan kekuatan geser tambahan, dapat dipasang tulangan baja pada penampang yang dinyatakan oleh garis putus tersebut.

Perancangan Struktur Baja Komposit


Gambar 1.6 (a) Penampang Terbungkus Penuh, (b) Penampang dengan Shear Connector

Saat ini dek baja berprofil (hampir dalam semua lantai gedung komposit. Sebagai contoh pertama dari bab ini dikhususkan untuk perhitungan penampang komposit tanpa menggunakan dek baja berprofil. Sedangkan yang menggunakan dek akan dijelaskan pada akhir bab ini.


Struktur Baja Komposit – Sumargo - 2012

(a) Penampang komposit pada jembatan

(b)

(c)

(a) Penampang Terbungkus Penuh, (b) Penampang dengan Shear Connector

Saat ini dek baja berprofil (formed steel deck) dalam Gambar 1.hampir dalam semua lantai gedung komposit. Sebagai contoh pertama dari bab ini dikhususkan untuk perhitungan penampang komposit tanpa menggunakan dek baja berprofil. Sedangkan yang menggunakan dek akan dijelaskan pada akhir bab ini.

1-4

(a) Penampang Terbungkus Penuh, (b) Penampang dengan Shear Connector

) dalam Gambar 1.7 digunakan hampir dalam semua lantai gedung komposit. Sebagai contoh pertama dari bab ini dikhususkan untuk perhitungan penampang komposit tanpa menggunakan dek baja berprofil. Sedangkan yang menggunakan dek akan dijelaskan pada akhir bab ini.



Gambar 1. 1.2 Keuntungan Konstruksi Komposit

Pelat lantai dalam konstruksi komposit bekerja tidak hanya sebagai pelat untuk menahan beban hidup melainkan juga sebagai bagian dari balok. struktur baja non komposit seluruh beban dipikul oleh balok baja, maka dalam elemen komposit, balok dan pelat beton menjadi satu kesatuan memikul beban layan. ini pelat bekerja sebagai pelat penutup untuk flens atas balok baja yang akan menambah kekuatan balok. (Gambar 1.8).

Keuntungan utama dari lantai komposit adalah pemanfaatan kekuatanbeton dengan cara membuat semua atau hampir semua pelat beton tertekan. Sedangkan sebagian besar dari balok baja dibiarkan tertarik. Hal ini tidak terjadi pada struktur baja biasa. Akibatnya berat baja yang diperlukan akan berkurang untuk beban dan yang sama (atau penampang yang sama tetapi dengan bentang lebih panjang). Penampang komposit mempunyai kekakuan lebih besar dibandingkan dengan penampang non-komposit serta mempunyai defleksi lebih kecil, sekitar 20% Dalam hal memikul beban kemampuan lebih baik dibandingkan dengan konstruksi nonadalah beban yang lebih besar dari yang direncanakan.



(a) Rusuk sejajar balok

(b) Rusuk tegak lurus balok

Gambar 1.7. Penampang komposit menggunakan dek baja berprofil

Keuntungan Konstruksi Komposit

Pelat lantai dalam konstruksi komposit bekerja tidak hanya sebagai pelat untuk menahan beban hidup melainkan juga sebagai bagian dari balok. Artinya, jika dalam struktur baja non komposit seluruh beban dipikul oleh balok baja, maka dalam elemen

alok dan pelat beton menjadi satu kesatuan memikul beban layan. ini pelat bekerja sebagai pelat penutup untuk flens atas balok baja yang akan menambah

(Gambar 1.8). Keuntungan utama dari lantai komposit adalah pemanfaatan kekuatan

beton dengan cara membuat semua atau hampir semua pelat beton tertekan. Sedangkan sebagian besar dari balok baja dibiarkan tertarik. Hal ini tidak terjadi pada struktur baja biasa. Akibatnya berat baja yang diperlukan akan berkurang untuk beban dan yang sama (atau penampang yang sama tetapi dengan bentang lebih panjang). Penampang komposit mempunyai kekakuan lebih besar dibandingkan dengan

komposit serta mempunyai defleksi lebih kecil, sekitar 20% Dalam hal memikul beban ‘overload’, konstruksi komposit juga mempunyai kemampuan lebih baik dibandingkan dengan konstruksi non-komposit.adalah beban yang lebih besar dari yang direncanakan.

1-5

Penampang komposit menggunakan dek baja berprofil

Pelat lantai dalam konstruksi komposit bekerja tidak hanya sebagai pelat untuk Artinya, jika dalam

struktur baja non komposit seluruh beban dipikul oleh balok baja, maka dalam elemen alok dan pelat beton menjadi satu kesatuan memikul beban layan. Dalam hal

ini pelat bekerja sebagai pelat penutup untuk flens atas balok baja yang akan menambah

Keuntungan utama dari lantai komposit adalah pemanfaatan kekuatan tekan beton dengan cara membuat semua atau hampir semua pelat beton tertekan. Sedangkan sebagian besar dari balok baja dibiarkan tertarik. Hal ini tidak terjadi pada struktur baja biasa. Akibatnya berat baja yang diperlukan akan berkurang untuk beban dan bentang yang sama (atau penampang yang sama tetapi dengan bentang lebih panjang). Penampang komposit mempunyai kekakuan lebih besar dibandingkan dengan

komposit serta mempunyai defleksi lebih kecil, sekitar 20% - 30%. ‘overload’, konstruksi komposit juga mempunyai

komposit. Beban overload




Gambar 1.8. Pemanfaatan material secara penuh

Keuntungan lain dari konstruksi komposit adalah dapat berkurangnya tinggi

lantai terutama untuk bangunan tinggi sehingga menghemat biaya dinding, plumbing, elektrikal, elevator, dan pondasi. Juga dengan berkurangnya tinggi balok maka akan ada penghematan biaya pelindung kebakaran karena material untuk pelindung menjadi lebih sedikit. Selain juga akan mengurangi kebutuhan bekisting, karena bangunan lebih ringan maka pondasi juga menjadi lebih kecil. Seringkali perlu untuk meningkatkan kapasitas daya dukung dari suatu sistem lantai dan hal ini dapat dilakukan dengan memberikan pelat penutup pada bagian bawah flens balok.

Kerugian dari konstruksi komposit adalah biaya finishing dan pemasangan shear connector yang dapat melebihi pengurangan biaya reduksi dimensi balok baja. Hal ini terjadi jika bentang pendek dan beban tidak berat. 1.3 Sistem Lantai dan Atap

Portal baja struktur memberikan kepada perencana beragam pilihan sistem yang ekonomis untuk konstruksi lantai dan atap. Portal baja dapat mempunyai bentang lebih panjang lebih efisien dibanding dengan tipe konstruksi lain. Ini akan meminimalisir jumlah kolom dan pondasi sehingga meningkatkan kecepatan konstruksi. Bentang yang lebih panjang juga memberikan fleksibilitas dalam perencanaan ruang interior.

Keuntungan lain dari konstruksi baja adalah kemampuannya mengakomodasi modifikasi struktur, seperti bukaan untuk tangga dan perubahan beban lantai yang lebih berat. Jika diperlukan tulangan baru dari tulangan eksisting, hal ini dapat dilakukan dengan pengelasan pada elemen eksisting.

Tipe sistem dek lantai yang paling sering digunakan dengan konstruksi baja struktur adalah beton pengisi di atas dek metal, beton prekas, dan pelat beton cor ditempat. Gambar 1.9 memperlihatkan sistem lantai prekas yang dicor insitu pada bagian atas flens sehingga menjadi konstruksi komposit.




Gambar 1.9. Sistem lantai prekas [http://precastdesign.com]

Gambar 1.10(a) Pemasangan stud pada sistem lantai

[http://1.bp.blogspot.com]

Gambar 1.10(b) Pemasangan stud pada sistem lantai [http://sydney.edu.au]

Pelat metal baja berprofil khusus, jika dikombinasikan dengan beton akan

membentuk pelat lantai komposit yang sempurna. Metal mempunyai karakteristik material teknis yang unik dan bentuk embossment berfungsi sebagai penahan geser dan menambah daya kapasitas dari profil tersebut, Gambar 1.10. Salah satu fungsi metal dek adalah sebagai bekisting yang bersifat permanen. sehingga Metal dek dapat




menghasilkan lantai kerja yang lebih aman dan lebih baik bagi pekerja dan dapat menahan beban beton basah dan material-material lain.

Biasanya dalam konstruksi komposit digunakan metal dek dan portal baja struktur. Dalam hal ini, dek bekerja tidak hanya sebagai acuan permanen untuk pelat beton, tetapi juga setelah beton mengeras, sebagai tulangan positif untuk lentur positif dari pelat. Untuk dapat terjadi aksi komposit, dek diberikan lekukan agar terjadi kuncian mekanis dengan beton (Gambar 1.11). Meskipun tidak ditujukan sebagai struktural elemen, tulangan dipasang pada pelat beton sekitar 1 in dari permukaan untuk mengurangi retak akibat susut dan pengaruh temperatur. Tulangan ini juga diberikan di daerah momen negatif dari pelat disekitar tumpuan.

Gambar 1.11. Dek berprofil hasil pembuatan dingin yang digunakan dalam konstuksi komposit dengan

beton pengisi

Dek baja non-komposit yang digunakan sebagai acuan beton dianggap tidak efektif dalam menahan beban superimposed. Beban superimposed adalah beban yang datang kemudian setelah elemen struktur selesai di konstruksi. Dalam hal dek disokong, atau jika dek tidak disokong tetapi kehandalan dek dalam jangka panjang diragukan, dek juga dianggap tidak efektif dalam menyokong beban mati dari pelat beton. Misalnya, dek metal yang digunakan untuk struktur parkir dapat rentan terhadap korosi sehingga menjadi tidak efektif kecuali jika diberikan perlakukan khusus. Jika hal ini terjadi, dek metal harus digunakan hanya sebagai acuan saja sampai beton mengeras. Tulangan harus dipasang dalam pelat untuk menahan semua beban rencana. Keuntungan menggunakan metal dek, antara lain:

• Berfungsi ganda, yaitu sebagai bekisting tetap dan tulangan positif satu arah, efisiensi waktu dan kemajuan pekerjaan dapat dipercepat karena waktu untuk pembuatan dan pembongkaran bekisting sudah tidak diperlukan lagi. Pekerjaan pembersihan di bagian yang mengalami tarik, dapat direduksi atau bahkan dihilangkan karena telah digantikan fungsinya oleh Floor Deck.

• Cepat dan mudah pemasangannya, baik pada konstruksi beton maupun baja. Tidak seperti bekisting konvensional pada umumnya yang harus dikerjakan per bentang. Metal dek dapat mencapai beberapa bentang sekaligus, sehingga lebih cepat pemasangannya.

• Dapat secara langsung digunakan sebagai plafon. • Umumnya telah diuji terhadap: Uji Lentur dan Loading Test dan Uji

Kebakaran. • Efisiensi pemakaian beton dengan menggunakan metal dek dapat mencapai

sebesar V~0,0250.




Berikut ini adalah salah statu produk metal dek yaitu Combideck dan Union Floor Deck. (Gambar 1.12 s.d. 1.15).

Gambar 1.12. Contoh Metal Dek

Gambar 1.13. Pemasangan Pada Rangka Konstruksi Baja

Gambar 1.14. Pemasangan Union Floor Deck II pada Rangka Baja




Gambar 1.15. Pemasangan Pada Rangka Konstruksi Beton Beberapa spesifikasi bahan yang tersedia di pasaran adalah sebagai berikut, Gambar 1.16 s.d. 1.17.

Bahan Dasar : Baja High - Tensile - Tegangan leleh minimum: 5500 kg/cm2 Lapis Lindung : Hot Dip Galvanized Tebal lapis Lindung : 220 gr/m2 Tebal Baja Dasar : 0,75 mm dan 0,85 mm TCT Berat Bahan 6,99 kg/m2 untuk ketebalan 0,75 mm

7,95 kg/m2 untuk ketebalan 0,85 mm

(Tersedia sampai ketebalan 1 mm)

Standar Bahan : ASTM A 653 - 1996

Tinggi Gelombang : 50 mm

Lebar Efektif : 995 mm

Panjang : Maksimum 12.000 mm (disesuaikan dengan kendaraan)

Bahan Dasar : Baja Zinc-Aluminium High Tensile Steel G550

Tegangan leleh minimum 5500 kg/cm2

Lapis Lindung : Zinc-Aluminium 150 gr/m2

Tebal Standar : 0.30 TCT, 0.35 TCT don 0.40 TCT

Standar Bahan : ASTM A 792

Standar Profil : SNI

BJTTAS Bentuk B ( Baja Tegangan Tarik Tinggi bergelombang

Trapesoidal tidak simetris lapis lakur aluminium seng untuk atap

dan dinding )

REKOMENDASI JARAK GORDING & KETEBALAN

Tipe Ketebalan (mm) TCT Jarak Gording (mm)

Atap Dinding

Pesona 72 / 99

0.30 TCT 1100 1300

0.35 TCT 1200 1500

0.40 TCT 1300 1700




Gambar 1.16. Dek Atap




Gambar 1.17. Dek Atap dan Gording

Spesifikasi UNION MP-DECK diberikan di bawah ini, Gambar 1.18.

Bahan Dasar : Baja Zinc-Aluminium High- Tensile Steel G550 Tegang leleh minimum : 5500 kg/cm2 Lapis Lindung : Zinc-Aluminium Prepainted Zinc-Alumunium 150 gr/m2 Tebal Standar : 0,45 mm BMT atau 0.50 mm TCT 0,40 mm BMT atau 0.45 mm TCT 0,35 mm BMT atau 0.40 mm TCT Standar Bahan : ASTM A 792

Standar Profil : SNI

BJTT AS Bentuk "E"

(Baja Tegangan Tarik Tinggi bergelombang Trapesoidal tidak simetris lapis lakur aluminium seng untuk

penutup dan dinding) Panjang : - Maksimium 12,000 mm (Disesuaikan dengan kendaraan)

- Lebih dari 12,000 mm dikerjakan dengan rol ditempat.




Gambar 1.18. Dek Atap

Berat dan mutu baja diberikan dalam Tabel 1.1 berikut.

Tabel 1.1. Spesifikasi metal dek lantai dan atap

Thickness (mm) BMT

Prepainted Zinc - Alumunium Zinc - Alumunium

kg/m1 kg/m2 kg/m1 kg/m2

0.35 2.72 3.63 2.67 3.56

0.40 3.08 4.11 3.03 4.03

0.45 3.44 4.59 3.38 4.51

1.3.1 Beton di Atas Metal Dek

Jenis dek lantai yang banyak digunakan dengan portal baja adalah beton di atas dek metal. Dek metal terdiri dari profil berprofil dengan pembuatan dingin dari lembarn metal, biasanya mempunyai kekuatan leleh paling sedikit 33 ksi (227,5 MPa). [1 ksi = 6.8948 MPa] Persyaratan perancangan untuk metal dek diberikan dalam American Iron and Steel Institute “Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members.”

Beton pengisi biasanya mempunyai kuat tekan 28 hari sebesar 3000 psi (3 ksi = 20,7 MPa). Persyaratan untuk perancangan beton diberikan dalam American Concrete Institute Standard ACI 318, ‘‘Building Code Requirements for Reinforced Concrete.”

Tebal dari lembaran dek metal biasanya bervariasi antara 24 dan 18 ga, meskipun ketebalan diluar ini masih bisa dipesan. Tebal rencana sesuai dengan penamaan gage di berikan dalam Tabel 1.2.




Tabel 1.2. Tebal Ekivalen untuk Baja Pembuatan Dingin

Penamaan Gage Tebal rencana, in 28 26 24 22 20 18 16

0,0149 0,0179 0,0239 0,0299 0,0359 0,0478 0,0598

Dek metal umumnya tersedia dengan tinggi 1½, 2, dan 3 in. Umumnya lebih disukai dek yang makin tinggi karena dapat mempunyai jarak antar tumpuan yang lebih jauh sehingga mereduksi jumlah balok. Mengapa demikian? Misalnya, balok dengan jarak sekitar 15 ft dapat digunakan dek tinggi 3 in. Untuk aplikasi jarak bentang yang lebih besar, metal dek tersedia dengan tinggi 4½, 6, dan 7½ in. 1.3.2. Perbandingan Dek Non-Selular dengan Dek Selular

Seringkali diinginkan untuk mendistribusikan kabel listrik bangunan dalam sistem dek lantai, dimana dapat digunakan dek metal selular sebagai pengganti dek non-selular. Tetapi jika tinggi lantai tidak kritis, pengkabelan dapat dipasang dengan menggunakan peninggi lantai diatas dek lantai.

Dek selular pada dasarnya adalah dek non-selular, seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.11, dengan tambahan lembaran datar dibagian dasar sehingga menciptakan sel (Gambar 1.19). Kabel listrik dan telepon ditempatkan dalam sel untuk didistribusikan ke seluruh lantai. Dalam banyak kasus, sel bisa diperoleh dengan mengkombinasikan dek selular dan dek non-selular sehingga disebut sistem gabungan (Gambar 1.20). Jika digunakan dek selular, tinggi minimum adalah 3 in karena dapat memberikan ruang yang cukup untuk kabel. Dek dengan tinggi 1½ in jarang digunakan.

Untuk memasang kabel ke dalam sel, sebuah saluran penghantar ditempatkan dalam beton di atas dek metal, dalam arah tegak lurus sel (Gambar 1.21). Harus diperhatikan dalam mendesain komponen struktural yang bersebelahan dengan saluran penghantar, karena aksi komposit untuk dek lantai dan balok dalam daerah ini akan hilang. Jika dimungkinkan, arah sel harus dipilih sedemikian rupa sehingga meminimalkan panjang total dari saluran penghantar yang diperlukan.

Gambar 1.19. Dek baja selular dalam pelat beton




Gambar 1.20. Dek gabungan, panel selular dan non-selular, dalam konstruksi komposit

Umumnya, dengan membuat sel dipasang dalam arah longitudinal bangunan, panjang total saluran pengantar akan berkurang secara signifikan dibandingkan jika sel dipasang dalam arah tegak lurus (Gambar 1.22).

Jika diinginkan grid seragam untuk outlet daya listrik, misalnya 5 ft ke 5 ft pusat ke pusat, outlet dapat ditempatkan di atas sel dan dicor dalam beton. Tetapi, dalam banyak kasus lokasi outlet akan ditentukan oleh tata letak hunian. Dalam kasus ini, beton pengisi dapat dilubangi dan outlet dapat dipasang disetiap tempat yang diinginkan.

Gambar 1.21. Dek baja selular dengan saluran penghantar dipasang dalam pelat beton untuk memasang

kabel dalam sel




Gambar 1.22. Tata letak lantai untuk dek selular dengan sel berbeda arah. Panjang saluran penghantar

lebih kecil pada sel (a) dalam arah longitudinal dibandingkan pada sel (b) dalam arah transversal. 1.3.3. Perbandingan Beton Ringan Terhadap Beton Normal

Baik beton ringan maupun beton normal dapat berfungsi sebagai beton pengisi untuk dek metal. Meskipun beton ringan lebih mahal tetapi akan didapat penghematan dalam biaya portal baja dan pondasi. Juga beton ringan dengan ketebalan yang cukup dapat memberikan ketahanan api untuk sistem lantai sehingga menghilangkan kebutuhan proteksi api untuk pelat. 1.3.4. Aksi Diafragma pada Sistem Dek Metal

Beton di atas dek metal berfungsi sebagai diafragma yang relatif kaku untuk mentransfer beban lateral, seperti gaya angin dan gempa, pada setiap lantai melalui geser dalam bidang ke elemen penahan gaya lateral, dengan kombinasi kekuatan pelat beton dan dek metal, tanpa harus memberikan tambahan tulangan. (Gambar 1.23). Penyambungan dek metal ke portal baja, juga penyambungan antara unit dek metal,




harus cukup mentransfer tegangan geser. Tambahan tulangan mungkin diperlukan dalam dek lantai dengan bukaan yang besar, seperti pada tangga atau shaft, dengan saluran penghantar untuk distribusi kabel listrik, atau dengan diskontinuitas geser lainnya. Juga, lantai dalam bangunan tingkat tinggi dimana beban lateral kumulatif yang ditransfer dari satu sistem penahan beban lateral ke sistem yang lain (misalnya, dari portal sekeliling ke dinding geser interior), bisa memikul tegangan geser yang sangat besar sehingga memelukan kekuatan diafragma yang cukup besar dibandingkan dengan lantai tipikal.

Gambar 1.23. Sistem lantai dengan ketahanan api dua jam, dengan dek baja pembuatan dingin. (a) Dengan beton ringan, (b) Dengan beton normal

1.3.5. Penyambungan Dek Metal ke Portal

Dek metal dapat disambung ke portal baja dengan las titik, sekerup, atau baut tembak. Penyambungan ini akan memerlukan bresing lateral untuk portal baja dan mentransfer tegangan geser yang dihasilkan dari gaya diafragma. Jarak maksimum dari penyambungan ke portal baja ini biasanya 12 in (300 mm).

Penyambungan antar dek unit dengan sambungan overlap sisi dilanjutkan dengan las, sekerup, atau baut tembak. Umumnya overlap sisi 36 in. Selain untuk persyaratan diafragma dan beban, tipe, ukuran, dan jarak antar sambungan seringkali ditentukan oleh persyaratan asuransi.

Ukuran las biasanya dengan diameter bervariasi antara ½ in dan ¾ in. Jika dek metal dilas ke portal baja, harus digunakan washer las jika tebal dek kurang dari 22 ga untuk meminimalisir kemungkinan tembusnya dek. Las overlap sisi tidak disarankan untuk dek dengan ketebalan sama dengan atau lebih besar dari 22 ga. Sekerup bisa berupa self-drilling atau self-tapping. Sekerup self-drilling screws mempunyai titik bor dan ulir terbentuk pada ujung sekerup. Hal ini memungkinkan untuk instalasi langsung




tanpa harus membuat lubang lebih dahulu pada portal baja atau dek metal. Sekerup self-tapping memerlukan pelubangan sebelum pemasangan. Ukur sekerup biasanya No. 12 dan No. 14 (dengan diameter shank 0.216-in dan 0.242-in) untuk menyambung dek metal ke portal baja. Sekerup No. 8 and No. 10 (dengan diameter shank 0.164-in dan 0.190-in) seringkali digunakan untuk sambungan overlap sisi. (Gambar 1.24).

Gambar 1.24. Sekrup dengan ujung mengecil adalah self-drilling screw, bukan self-tapping screw

Sekerup/paku tembak dipasang menembus dek metal ke portal baja dengan peralatan pneumatik atau listrik. Tidak diperlukan pelubangan sebelumnya. Jenis sekerup seperti ini tidak digunakan untuk sambungan overlap sisi. Sambungan lubang kancing dapat digunakan untuk sambungan sisi untuk jenis dek metal tertentu. Tetapi karena keseragaman instalasi sukar dikontrol, sambungan ini biasanya tidak memberikan kekuatan diafragma. 1.3.6. Pelat Beton Cor Ditempat

Penggunaan beton cor insitu untuk dek lantai dalam konstruksi portal baja adalah pendekatan tradisional yang lebih umum dibandingkan dengan dek metal dan proteksi terhadap api dengan penyemprotan. Jenis lantai beton cor insitu yang paling umum, acuan/bekisting dibuat membungkus portal baja, untuk memberikan proteksi api dan bresing lateral untuk baja (Gambar 1.25). Jika detail confinement baik, selimut beton ini berfungsi untuk terjadinya aksi komposit antara portal baja dan dek lantai. Defleksi akibat beban mati harus dihitung dan untuk bentang panjang dengan defleksi besar, acuan harus dibuat lawan lendut (camber) untuk menghasilkan level dek yang diinginkan setelah sokongan acuan dilepas. Aksi diafragma akan terjadi dengan dek lanti beton cor insitu.

Gambar 1.25. Persyaratan minimum untuk aksi komposit dengan portal baja terbungkus beton




1.3.7. Dek Atap Metal

Gedung portal baja sering menggunakan dek atap dari dek metal sederhana. Sistem yang digunakan untuk dek lantai dapat juga digunakan sebagai dek atap. Jika digunakan sebagai dek atap, sistem ini dilapisi kembali dengan material atap, untuk memberikan kedap terhadap cuaca.

Jika diberikan kemiringan yang cukup untuk drainase, dek metal sendiri dapat berfungsi sebagai penutup kedap air. Alternatif lain, material atap dapat ditempatkan di puncak dek. Aksi diafragma dapat dicapai dengan memberikan ukuran dan penyambungan metal dek yang cukup. Perlindungan kebakaran disediakan dengan memberikan proteksi beton semprot di sisi bawah atap dek, atau dengan memasang sistem langit-langit tahan api di bawah dek.

Dek atap metal biasanya digunakan untuk konstruksi non komposit. Dek biasanya tersedia dengan tinggi 1 ½. 2, dan 3 in. Untuk bentang panjang dek atap tersedia dengan tinggi 4 1/2 , 6, dan 7 ½ in. Dek baja selular kadang-kadang digunakan untuk memberikan soffit yang halus. Jika digunakan pengisi beton ringan sebagai insulasi, dek harus di cat galvaniz dan juga dilubangi untuk mempercepat proses pengeringan dari insulator pengisi, dan mencegah terperangkapnya uap air. Sistem Lipat Berdiri.

Jika dek atap baja difungsikan sebagai penutup anti bocor, sambungan antar dek dengan lipatan berdiri memberikan keuntungan dapat menempatkan lipatan di atas permukaan drainase atap, sehinggi mengurangi potensi kebocoran air (Gambar 1.26). Lipatan cukup dengan melipat bersamaan, atau untuk meningkatkan kekedapan airnya, dapat terus dilipat dengan alat mekanis dengan mesin lipat yang dioperasikan di lapangan yang disediakan oleh produsen. Beberapa jenis dek menggunakan topi di atas lipatannya (Gambar 1.27). Seringkali, lipatan mengandung sealant untuk menambah perlindungan terhadap cuaca. Ketebalan dari lipatan berdiri dek atap biasanya antara 26 dan 20 ga. Rentang tipikal antara 3 dan 8 ft. Kemiringan atap paling sedikit ½ in per ft harus disediakan untuk drainase air hujan.

Sistem lipatan berdiri biasanya dilekatkan pada elemen penokong dengan klip angkur tersembunyi (Gambar 1.28) sehingga memberikan keleluasaan untuk gerakan akibat temperatur dari dek relatif terhadap struktur pendukung. Hal ini akan menghilangkan tegangan dalam sistem dan kemungkinan kebocoran sambungan. Tetapi, pengaruh pada bresing lateral dari elemen penyokong harus dievaluasi dengan seksama, karena dapat menghasilkan bresing tambahan.




Gambar 1.26. Lipatan berdiri pada dek atap. (a) Dengan lipatan snapped; (b) dengan lipatan mekanis;

(c) Lipatan berbentuk ke dalam.




Gambar 1.27. Lipatan berdiri dari dek atap dengan topi pada lipatan. (a) Topi kanal dengan flens

terlipat diujung lipatan, (b) Topi bentuk U di atas lipatan klip. (c) Lipatan tekuk ke dalam dengan topi diberi jepitan

Gambar 1.28. Tipikal klip angkur untuk lipatan berdiri dari dek atap

Gambar 1.29. (a) Dek atap gipsum-beton, (b) Cor di atas formboard, dek disokong oleh baja T ujung

bentuk bola




Pertemuan dengan saluran mekanikal biasanya bisa dicapai dengan salah satu dari dua cara berikut. Pertama, portal baja dapat dirancang untuk menggunakan profil pendek yang memberikan kekuatan dan kekakuan, dan saluran mekanikal dapat dibuat berputar di bawah portal lantai.

Alternatif lain, dapat digunakan balok yang lebih tinggi, dan elemen ini dapat dipabrikasi dengan penetrasi, atau bukaan, sehingga saluran mekanikal dan pipa dapat dilewatkan. Bukaan bisa tanpa perkuatan, jika terletak pada daerah dengan tingkat tegangan rendah, atau dengan perkuatan pelat baja, pipa, atau siku (Gambar 1.30). 1.4. Perbandingan Konstruksi Komposit Terhadap Non-Komposit

Balok IWF sering dirancang untuk bekerja secara komposit dengan dek lantai. Hal ini memungkinkan untuk menggunakan profil yang lebih pendek. Aksi komposit dapat dicapai degnan menggunakan shear connector yang dilas pada flens atas balok (Gambar 1.30). Jika dek lantai terdiri dari beton pengisi di atas dek metal, shear connector dilas tembus dek metal ke bagian atas flens balok, sebelum beton dituang.

Gambar 1.30. Penetrasi untuk saluran dan pipa dalam web dari balok utama atau balok anak. (a) Bukaan persegi tanpa perkuatan, (b) Bukaan lingkaran diperkuat dengan segmen pipa baja, (c)

Penetrasi persegi diperkuat dengan tulangan baja dilas ke web, (d) Coakan yang diperkuat pada kolom




Gambar 1.31. Balok utama dan balok anak dengan sambungan geser untuk aksi komposit dengan pelat

beton Kekuatan komposit biasanya dikontrol oleh transfer geser atau oleh tarik flens bawah. Dalam kasus dimana beban masa depan semakin meningkat, seperti beban dari penyimpanan arsip di kantor, dapat diberikan shear connector tambahan dari perancangan awal dengan biaya tambahan minimal. Jika pertambahan beban harus diakomodasi, tulangan pelat cukup dilas ke flens bawah yang mudah diakses karena shear connector tambahan telah dipasang.

Perancangan non-komposit umumnya lebih ekonomis untuk bentang pendek, karena penambahan biaya untuk shear connector cenderung mengkompensasi penghematan dalam portal baja. 1.5. Perbandingan Konstruksi Dengan Sokongan dan Tanpa Sokongan

Untuk mendukung berat beton basah dan beban hidup konstruksi yang bekerja pada dek metal, dek dapat disokong atau dirancang untuk membentang diantara elemen penyokongnya. Jika dek tanpa sokongan, dapat digunakan rusuk yang lebih tinggi. Penggunaan sokongan sementara harus diperiksa dibandingkan dengan mempertebal atau meninggikan rusuk dek. Juka defleksi yang terjadi setelah sokongan dibuka harus dievaluasi, demikian juga dengan retak beton disekitar tumpuan sokongan. Konsideran lain adalah penggunaan sokongan seringkali berpengaruh pada skedul konstruksi karena biasanya sokongan tetap terpasang sampai beton mencapai 75% dari kekuatan tekan 28 hari. Juga jika digunakan sokongan sementara, beton harus menahan tegangan akibat kombinasi beban mati dan beban superimposed.

Jika beton dituang di atas dek metal tanpa sokongan sementara, berat dari beton menyebabkan defleksi. Defleksi ini biasanya dibatasi kurang dari 1/180 bentang dek atau ¾ in. Jika hasilnya menyebabkan kerataan lantai tidak tercapai, permukaan dapat diratakan dengan finishing, tetapi ini dapat menambah beban. Tambahan beban ini harus diperhitungkan dalam perancangan dek metal untuk memastikan kekuatannya. Namun demikian beton pengisi hanya perlu menahan tegangan yang dihasilkan dari beban superimposed. Konstruksi dek metal tanpa sokongan lebih sering digunakan dilapangan. Tambahan biaya dengan menggunakan dek yang lebih tinggi atau lebih tebal biasanya lebih kecil dibandingkan dengan biaya sokongan. Untuk meningkatkan efisiensi dari dek tanpa sokongan dalam menahan berat beton basah dan beban hidup




konstruksi, dari sisi kekuatan dan defleksi, biasanya dek diperpanjang melampaui tumpuan untuk dua atau tiga bentang, sebagai pengganti dari konstruksi bentang tunggal. Tetapi setelah beton mengeras, pelat komposit dirancang untuk memikul beban total, termasuk berar sendiri, dimana pelat diperlakukan sebagai bentang tunggal, kecuali jika disediakan tulangan momen negatif sesuai dengan perancangan pelat beton bertulang konvensional (tanpa memperhatikan dek metal sebagai tulangan tekan). Portal lantai komposit dapat dirancang baik dengan sokongan maupun tanpa sokongan. Dalam banyak kasus, digunakan konstruksi tanpa sokongan. Hal ini akan menimbulkan defleksi beban mati akibat penuangan beton selama proses kontruksi, dan lantai akan difinishing dengan permukaan rata. Dalam kasus seperti ini, tambahan beban mati dari beton harus diperhitungkan saat mendesain balok, dan komponen lain dari struktur.

Jika digunakan konstruksi tanpa sokongan untuk panjang bentang menengah dengan defleksi akibat beban mati yang relatif besar, balok dapat dibuat lawan lendut (camber) untuk defleksi akibat beban mati, sehingga menghasilkan permukaan lantai yang rata setelah penuangan beton. Tetapi, jika diberikan camber, harus diperhatikan kondisi tumpuan dari balok (misalnya, apakah balok berhubungan dengan balok anak atau kolom), meskipun jika digunakan sambungan sederhana/sendi. Tahanan ujung/tumpuan mereduksi defleksi, dan camber yang melampaui defleksi aktual akibat beban mati dapat menimbulkan masalah, karena hal ini akan berpengaruh pada tingkat keamanan kebakran (karena tidak cukupnya tebal beton pengisi di atas dek metal), elevasi dari sistem lantai karena kabel listrik, atau finishing interior.

Konstruksi dengan sokongan akan menghasilkan balok yang lebih ringan atau rendah dibandingkan dengan konstruksi tanpa sokongan karena elemen lentur akan bersifat komposit dengan dek lantai dalam menahan beton jika sokongan kemudian dibongkar. Tetapi, konsideran harus diberikan pada defleksi yang akan terjadi setelah membongkaran sokongan, dan apakah hasil kerataan lantai akan mencukupi. 1.5.1. Balok Dengan Sokongan Sementara

Jika balok mendapat sokongan selama konstruksi (Gambar 1.32), diasumsikan bahwa semua beban dipikul oleh penampang komposit setelah sokongan dibongkar. Setelah balok baja terpasang, pelat beton ditempatkan diatasnya. Bekisting, beton basah, dan beban konstruksi lain harus dipikul oleh balok atau sokongan sementara. Jika tidak ada sokongan sementara, balok harus memikul semua beban termasuk berat sendiri. Hampir semua peraturan menyatakan bahwa setelah beton mencapai 75% dari kekuatan beton 28 hari maka penampang menjadi komposit sehingga semua beban yang bekerja akan dipikul oleh penampang komposit. Jika disediakan sokongan sementara maka beton basah dan beban konstruksi lain akan dipikul oleh sokongan, sedangkan berat balok tidak demikian, kecuali jika diberikan defleksi awal ke atas (tetapi hal ini tidak praktis). Jika sokongan dilepas (setelah beton mencapai 75% kekuatan 28 hari), berat pelat akan ditransfer ke penampang komposit, bukan hanya pada balok baja. Jika digunakan sokongan, kemungkinan dapat menggunakan balok baja yang lebih kecil sehingga lebih ekonomis. Apakah penghematan dalam balok baja akan lebih besar dibandingkan dengan biaya sokongan sementara? Hal ini belum tentu, keputusan untuk menggunakan balok baja yang lebih besar atau dengan sokongan sementara tergantung pada beberapa alasan yaitu: a. Kesulitan dalam pelaksanaan jika terjadi lendutan sokongan.




b. Kekuatan ultimate (batas) penampang komposit yang sama dengan dan tanpa sokongan adalah sama besar. Jika digunakan penampang komposit yang lebih kecil karena digunakan sokongan, maka penampang tersebut mempunyai kekuatan ultimate yang lebih kecil.

c. Setelah beton mengeras dan sokongan dilepas, pelat beton akan ikut memikul beban mati. Pelat akan tertekan dan akan mengalami rangkak dan susut dalam arah sejajar balok. Akibanya tegangan pada pelat berkurang dan tegangan balok bertambah. Akhirnya seluruh beban mati akan dipikul oleh balok.

Namun demikian, konstruksi dengan sokongan memberikan keuntungan dibandingkan dengan tanpa sokongan. Pertama, defleksi lebih kecil karena didasarkan pada penampang komposit. Dengan kata lain, beban beton basah tidak bekerja pada balok baja saja, tetapi pada seluruh penampang komposit. Kedua, tidak diperlukan untuk memeriksa kekuatan balok baja pada kondisi beban beton basah ini. Kadangkala ini sangat penting untuk kondisi dimana terdapat rasio rendah beban hidup terhadap beban mati.

Defleksi dari lantai tanpa sokongan akibat berat beton basah kadang-kadang bisa sangat besar. Jika balok tidak diberikan camber (anti lendut), akan diperlukan tambahan beton sekitar 10% atau lebih untuk meratakan lantai. Jika sebaliknya diberikan camber terlalu besar, akan didapat pelat lantai yang terlalu tipis di daerah dimana defleksi beton basah tidak sebesar camber.

Gambar 1.32. Sokongan Sementara atau perancah 1.5.2. Balok Tanpa Sokongan Sementara

Jika tidak digunakan sokongan sementara selama proses konstruksi, balok baja harus mampu memikul semua beban sebelum beton mengeras dan membentuk aksi komposit. Tanpa sokongan, berat beton basah cenderung menyebabkan defleksi balok yang besar sehingga menyebabkan pelat menjadi tebal ditempat balok dengan defleksi yang lebih besar. Kondisi ini dapat diatasi dengan memberikan camber pada balok. Peraturan LRFD tidak memberikan margin ekstra untuk tegangan leleh yang terjadi dalam beton selama proses konstruksi lantai komposit tanpa sokongan.




Asumsikan tersedia bresing lateral yang cukup, LRFD (F1.2) menyatakan bahwa momen maksimum terfaktor tidak boleh melebihi 0,90 FyZ. Nilai 0,90 membatasi momen terfaktor maksimum ke suatu nilai yang sama dengan momen leleh FyS. Untuk menghitung momen yang harus ditahan selama proses konstruksi, perlu menghitung beton basah sebagai beban hidup dan beban hidup tambahan (sekitar 20 psf) untuk memperhitungkan aktivitas pelaksanaan konstruksi. 1.6. Getaran

Meskipun sistem lantai dirancang untuk mencukupi terhadap kekuatan, masih akan memberikan masalah dalam hal daya layan jika terjadi getaran yang tidak dapat diterima selama penggunaan normal dari lantai. Antisipasi kinerja dari lantai dapat dianalisa dengan menghitung frekuensi alami pertama dan amplitudonya, yaitu defleksi jika menerima beban kejut, dari elemen rangka lantai dan memplot hasilnya pada skala modifikasi Reiher-Meister (Gambar 1.33) untuk menentukan derajat kerentanan terhadap getaran. Umumnya, perancangan yang mendekati atau melampaui bagian atas dari zona ”distictly perceptible” harus dihindari.

Gambar 1.33. Skala Modifikasi Reiher-Meister menghubungkan persepsi getaran dengan amplitudi dan

frekuensi 1.7. Lebar Flens Efektif

Ada masalah dalam memperhitungkan berapa banyak pelat beton bekerja sebagai bagian dari balok. Jika balok-balok berjarak cukup dekat, tegangan lentur dalam pelat akan terdistribusi merata sepanjang daerah tertekan. Tetapi jika jarak antar balok-balok cukup jauh, tegangan lentur akan bervariasi secara non-linier sepanjang flens. Makin jauh bagian dari pelat lantai atau flens dari balok balak, makin kecil tegangan lentur.



Peraturan berupaya untuk menyelesaikan masalah ini dengan menggantikan pelat aktual dengan pelat yang lebih kecil atau pelat efektif yang mempunyai tegangan konstan. Pelat ekivalen ini akan mendukung total tekanan yang sama sebagaimana yang didukung oleh pelat aktual. Lebar pelat efektif, Bagian dari pelat atau flens yang dianggap berpartisipasi dalam aksi balok, diberikan dalam peraturan AISC LRFD setiap sisi dari garis tengah balok tidak melampaui nilai terkecil dari kriteria berikut. Serangkaian aturan berikut berlaku baik untuk pelat dengan pelat pada satu sisi maupun pada kedua sisi balok.

1. Seperdelapan dari bentang balok yang diukur pusatbentang sederhana maupun menerus.

2. Setengah jarak dari jarak garis tengah balok ke garis tengah balok sebelahnya.3. Jarak dari garis tengah balok ke sisi dari pelat.

Persyaratan AASHTO untuk menentukan lebar flens efektif sedikit berbeda.

Total lebar flens maksimum tidak boleh melampuai satu per empat dari bentang balok, dua belas kali tebal pelat terkecil, atau jarak pusatada disatu sisi dari balok, lebar efektifnya tidak boleh melampaui satu per duapuluh dari bentang balok, enam kali tebal pelat, atau setengah dari jarak garis tengah balok ke garis tengah balok berikutnya.

1.8. Transfer Geser

Pelat beton dapat ditahan langsung di atas balok baja, atau balok dapat dibungkus penuh dalam benton untuk perlindungan terhadap api. Yang disebut terakhir ini sangat mahal sehingga jarang digunakan. Geser longitudinal dapat ditransfer diantara keduanya melalui lekatan dan geser (dan mungkin sejenis tulangan geser). Jika diperlukan, bila balok terbungkus beton, sambungan mekanis harus mentransfer beban.

Berbagai tipe shear connector telah dipakai, antara lain: batang spiral, kanal, penampang Z, siku, dan stud, mengarah pada penggunaan stud bulat yang dilas pada bagian atas flens balok. Stud semacam ini tersedia dalam diameter ½ sampai dengan 1 in dan panjang 2 sampai



Peraturan berupaya untuk menyelesaikan masalah ini dengan menggantikan pelat aktual dengan pelat yang lebih kecil atau pelat efektif yang mempunyai tegangan konstan.

i akan mendukung total tekanan yang sama sebagaimana yang didukung oleh pelat aktual. Lebar pelat efektif, b, diperlihatkan dalam Gambar 1.34Bagian dari pelat atau flens yang dianggap berpartisipasi dalam aksi balok, diberikan dalam peraturan AISC LRFD I3.1 yang menyatakan bahwa lebar efektif dari pelat pada setiap sisi dari garis tengah balok tidak melampaui nilai terkecil dari kriteria berikut. Serangkaian aturan berikut berlaku baik untuk pelat dengan pelat pada satu sisi maupun

Seperdelapan dari bentang balok yang diukur pusat-ke-pusat tumpuan untuk bentang sederhana maupun menerus. Setengah jarak dari jarak garis tengah balok ke garis tengah balok sebelahnya.Jarak dari garis tengah balok ke sisi dari pelat.

Gambar 1.34. Lebar Flens Efektif

Persyaratan AASHTO untuk menentukan lebar flens efektif sedikit berbeda. Total lebar flens maksimum tidak boleh melampuai satu per empat dari bentang balok, dua belas kali tebal pelat terkecil, atau jarak pusat-ke-pusat dari balok. Jika balok hanya ada disatu sisi dari balok, lebar efektifnya tidak boleh melampaui satu per duapuluh dari bentang balok, enam kali tebal pelat, atau setengah dari jarak garis tengah balok ke garis tengah balok berikutnya.

t beton dapat ditahan langsung di atas balok baja, atau balok dapat dibungkus penuh dalam benton untuk perlindungan terhadap api. Yang disebut terakhir ini sangat mahal sehingga jarang digunakan. Geser longitudinal dapat ditransfer diantara keduanya

i lekatan dan geser (dan mungkin sejenis tulangan geser). Jika diperlukan, bila balok terbungkus beton, sambungan mekanis harus mentransfer beban.

Berbagai tipe shear connector telah dipakai, antara lain: batang spiral, kanal, penampang Z, siku, dan stud, lihat Gambar 1.35. Pertimbangan ekonomis biasanya mengarah pada penggunaan stud bulat yang dilas pada bagian atas flens balok. Stud semacam ini tersedia dalam diameter ½ sampai dengan 1 in dan panjang 2 sampai

1-27

Peraturan berupaya untuk menyelesaikan masalah ini dengan menggantikan pelat aktual dengan pelat yang lebih kecil atau pelat efektif yang mempunyai tegangan konstan.

i akan mendukung total tekanan yang sama sebagaimana yang diperlihatkan dalam Gambar 1.34.

Bagian dari pelat atau flens yang dianggap berpartisipasi dalam aksi balok, diberikan I3.1 yang menyatakan bahwa lebar efektif dari pelat pada

setiap sisi dari garis tengah balok tidak melampaui nilai terkecil dari kriteria berikut. Serangkaian aturan berikut berlaku baik untuk pelat dengan pelat pada satu sisi maupun

pusat tumpuan untuk

Setengah jarak dari jarak garis tengah balok ke garis tengah balok sebelahnya.

Persyaratan AASHTO untuk menentukan lebar flens efektif sedikit berbeda. Total lebar flens maksimum tidak boleh melampuai satu per empat dari bentang balok,

dari balok. Jika balok hanya ada disatu sisi dari balok, lebar efektifnya tidak boleh melampaui satu per duapuluh dari bentang balok, enam kali tebal pelat, atau setengah dari jarak garis tengah balok ke garis

t beton dapat ditahan langsung di atas balok baja, atau balok dapat dibungkus penuh dalam benton untuk perlindungan terhadap api. Yang disebut terakhir ini sangat mahal sehingga jarang digunakan. Geser longitudinal dapat ditransfer diantara keduanya

i lekatan dan geser (dan mungkin sejenis tulangan geser). Jika diperlukan, bila balok terbungkus beton, sambungan mekanis harus mentransfer beban.

Berbagai tipe shear connector telah dipakai, antara lain: batang spiral, kanal, 5. Pertimbangan ekonomis biasanya

mengarah pada penggunaan stud bulat yang dilas pada bagian atas flens balok. Stud semacam ini tersedia dalam diameter ½ sampai dengan 1 in dan panjang 2 sampai



dengan 8 in, tetapi Peraturan LRD (I5.1) menyalebih dari 4 kali diameter stud.

Gambar

Stud terdiri dari batang baja bulat yang dilas pada satu ujung ke balok baja. Ujung yang lain mempunyai kepala untuk mencegah mencegah pemisahan vertikal pelat beton dari balok. Stud ini dapat dipasang dengan cepat pada balok baja menembus dek baja dengan stud-welding gun yang dilakukan oleh pekerja terlatih, Gambar Penjelasan AISC (I3.5) menguraikan prosedur khusus yang diperlukan untuk dek 16 gage dan lebih tebal dan untuk dek dengan pelapis galvanis (>1,25 ounces per ft kuadrat).



dengan 8 in, tetapi Peraturan LRD (I5.1) menyatakan bahwa panjangnya tidak boleh lebih dari 4 kali diameter stud.

(a)

(b)

(c)

Gambar 1.35. Berbagai Tipe Shear Connector

Stud terdiri dari batang baja bulat yang dilas pada satu ujung ke balok baja. Ujung yang lain mempunyai kepala untuk mencegah mencegah pemisahan vertikal pelat beton dari balok. Stud ini dapat dipasang dengan cepat pada balok baja menembus

welding gun yang dilakukan oleh pekerja terlatih, Gambar Penjelasan AISC (I3.5) menguraikan prosedur khusus yang diperlukan untuk dek 16 gage dan lebih tebal dan untuk dek dengan pelapis galvanis (>1,25 ounces per ft

1-28

takan bahwa panjangnya tidak boleh

Stud terdiri dari batang baja bulat yang dilas pada satu ujung ke balok baja. Ujung yang lain mempunyai kepala untuk mencegah mencegah pemisahan vertikal pelat beton dari balok. Stud ini dapat dipasang dengan cepat pada balok baja menembus

welding gun yang dilakukan oleh pekerja terlatih, Gambar 1.36. Penjelasan AISC (I3.5) menguraikan prosedur khusus yang diperlukan untuk dek 16 gage dan lebih tebal dan untuk dek dengan pelapis galvanis (>1,25 ounces per ft




Gambar 1.36. Stud-Welding Gun dan Metode Pengerjaannya [www.jgokey.com]

Pemasangan di pabrik dari shear connector pada awalnya lebih ekonomis, tetapi kemudian ada kecenderungan untuk melakukan pemasangan di lapangan. Ada dua alasan yaitu (a) shear connector dapat rusak dalam transportasi dan penyetelan balok, (b) shear connector menjadi penghalang bagi pekerja untuk berjalan di atas balok selama proses awal konstruksi. Jika balok komposit diuji, keruntuhan kemungkinan terjadi karena hancurnya beton. Juga memungkinkan untuk mengasumsikan bahwa kedua material beton dan baja mencapai kondisi plastis. Untuk pembahasan berikut, mengacu pada Gambar 1.37. Jika sumbu netral plastis (SNP) berada pada pelat beton, geser horizontal maksimum (atau gaya horizontal pada bidang diantara beton dan baja) dinyatakan sebagai AsFy; dan jika sumbu netral plastis pada penampang baja, geser horizontal maksimum dianggap sama dengan 0,85 fc

’Ac dengan Ac adalah luas efektif pelat beton (untuk mahasiswa yang tidak familier dengan teori perancangan berdasarkan kekuatan untuk beton bertulang, tegangan rata-rata saat runtuh pada sisi tertekan dari balok beton bertulang biasanya diasumsikan sebesar 0,85 fc

’). Shear connector harus mampu menahan perpindahan horisontal dan vertikal karena pelat dan balok cenderung memisahkan diri secara horisontal dan vertikal. AISC memberikan cara perhitungan gaya geser horisontal yang harus dipikul oleh shear connector. Gaya geser desain/rencana tidak dihitung dari rumus VQ/I, melainkan dari kondisi ultimate. Hasil uji menunjukkan bahwa balok komposit mengalami kehancuran pada beton sehingga dapat diasumsikan bahwa beton dan baja telah mencapai kondisi tegangan plastis.




Gambar 1.37. Perbedaan Gaya Geser Horisontal untuk Posisi Sumbu Netral yang Berbeda Dari informasi di atas, geser yang akan dipikul oleh konektor dapat ditentukan dan LRFD (I5.2) mengatakan bahwa untuk aksi komposit geser horisontal total antara titik-titik dengan momen positif maksimum dan momen nol harus diambil nilai terkecil berikut dimana ΣQn adalah kekuatan nominal total dari shear connector yang diberikan dalam Bagian I6-7 AISC LRFD.

a. 0,85 fc’Ac

b. AsFy (untuk penampang hibrid gaya leleh ini harus dihitung terpisah untuk setiap komponen penampang)

c. ΣQn 1.9. Balok Komposit Parsial

Untuk diskusi ini diasumsikan bahwa kita perlu menentukan profil baja dengan kekuatan rencana 450 ft-k jika dibuat komposit dengan pelat beton. Selanjutnya diasumsikan juga bahwa jika kita memilih penampang dari Manual AISC LFRD, didapat Mu sebesar 510 ft-k (jika dibuat komposit dengan pelat beton). Jika sekarang kita memberikan shear connector untuk aksi komposit penuh, profil akan mempunyai kekuatan rencana 510 ft-k. Tetapi kita hanya memerlukan 450 ft-k.

Sb.netral pada pelat

Fy

Gaya horisontalTotal pada per-Temuan = AsFy

Sb.netral pada pelatSb.netral pada pelat

Fy

Gaya horisontalTotal pada per-Temuan = AsFy

Sb.netral pada balok

Fy

Gaya horisontalTotal pada per-Temuan = 0,85fc

’ Ac

Fy

0,85 fc’

Sb.netral pada balok

Fy

Gaya horisontalTotal pada per-Temuan = 0,85fc

’ Ac

Fy

0,85 fc’




Tampaknya dapat diterima logika jika kita hanya memberikan beberapa shear connector sehingga didapat kekuatan rencana sebesar 450 ft-k. Dalam hal ini kita mengurangi jumlah shear connector yang juga berarti mengurangi biaya (mungkin hal ini akan cukup signifikan jika untuk profil lain dalam struktur harus dilakukan serupa). Penampang yang dihasilkan adalah penampang komposit parsial. Yaitu penampang yang tidak mempunyai shear connector cukup untuk menjadi balok komposit dengan kekuatan lentur penuh. Hal ini akan diberikan dalam Contoh 1.3 dan 1.4. Biasanya kekuatan total dari shear connector yang digunakan dalam penampang tidak boleh kurang dari 25% dari kekuatan geser yang diperlukan untuk aksi komposit penuh (AsFy). Jika tidak demikian maka perhitungan yang dilakukan tidak dapat secara akurat mewakili kekakuan dan kekuatan penampang komposit. 1.10. Kekuatan Shear Connector

Untuk penampang komposit diijinkan menggunakan agregat batu berat normal (115-145 lb/ft3) (sesuai dengan ASTM C33) atau beton ringan tidak kurang dari 90 lb/ft3 (dibuat dengan rotary kiln yang agregatnya sesuai dengan ASTM C330). Peraturan LRFD memberikan nilai kekuatan stud baja yang panjang terpasang tidak kurang dari 4 kali diameter dan untuk profil gilas kanal. Tetapi peraturan tidak memberikan faktor resistansi untuk shear connector. Hal ini dilakukan karena pemikiran bahwa faktor yang digunakan untuk menentukan kekuatan lentur dari beton sudah cukup untuk menghitung variasi kekuatan beton, termasuk variasi yang berhubungan dengan shear connector. 1.10.1. Stud Shear Connector

Kekuatan geser nominal dalam kips dari satu stud shear connector yang tertanam dalam pelat beton ditentukan dalam LRFD I5.3 dan diberikan di bawah ini. Dalam rumusan ini ASC adalah luas penampang dari shank connector dalam in2 dan fc

’ adalah tegangan tekan beton dalam ksi, Ec adalah modulus elastisitas beton dalam ksi (MPa) yaitu

1,5 '

cw f dengan w adalah berat satuan beton dalam lb/ft3. Fu adalah kekuatan tarik

minimum dari baja stud dalam ksi (MPa).

'0,5n SC c c SC uQ A f E A F= ≤ (LRFD Pers. I5-1) (1.1)

Tabel 1.3. Sambungan Geser Stud, Kekuatan Geser Nominal Qn, kips*

Kuat tekan

beton, fc’,

ksi

Beton ringan (115 lb/ft3) Beton normal (145 lb/ft3) Diamenter nominal shear stud connector, in. Diamenter nominal shear stud connector, in.

1/2 5/8 3/4 7/8 1/2 5/8 3/4 7/8

3 7,88 12,3 17,7 24,1 9,35 14,6 21,0 28,6 3,5 8,82 13,8 19,8 27,0 10,5 16,4 23,6 32,1 4 9,75 15,2 21,9 29,9 11,6 18,1 26,1 35,5

4,5 10,7 16,6 24,0 32,6 11,8 18,4 26,5 36,1 5 11,5 18,0 25,9 35,3 11,8 18,4 26,5 36,1

Panjang stud minimum, in

2 2 ½ 3 3 ½ 2 2 ½ 3 3 ½

*Hanya berlaku untuk beton yang dibuat dari agregat ASTM C33




Tabel 1.3 yang diambil dari Tabel 5-13 Manual AISC, memberikan nilai Qn yang dihitung dengan rumus sebelumnya untuk ukuran stud yang berbeda. Nilai ini diberikan untuk beberapa mutu beton dan dua berat beton yaitu 115 lb/ft3 dan 145 lb/ft3. Pembaca harus memahami bahwa nilai ini harus direduksi jika shear connector digunakan bersamaan dengan dek baja berprofil (formed steel deck) sebagaimana disyaratkan oleh LRFD I3,5b. Topik ini akan dibahas kemudian. 1.10.2. Shear Connector Kanal

Kuat geser nominal dalam kips untuk shear connector kanal ditentukan dari rumusan berikut yang diambil dari LRFD I5.4 dimana tf dan tw adalah tebal flens dan web dari kanal, sedangkan lc adalah panjangnya dalam in. (mm).

'0,3( 0,5 )n f w c c cQ t t L f E= + (LRFD Pers. I5-2) (1.2)

1.10.3. Shear Connector Lain

Jika digunakan jenis shear connector yang lain, LRFD (I6) menyatakan bahwa kekuatan nominalnya harus ditentukan dengan pengujian yang memenuhi syarat. 1.10.4. Jumlah, Jarak, dan Persyaratan Selimut untuk Shear Connector

Jumlah shear connector yang digunakan antara titik dengan momen maksimum dan titik bersebelahan dengan momen nol sama dengan gaya horizontal yang harus ditahan dibagi dengan kekuatan nominal satu konektor Qn. 1.10.5. Jarak Shear Connector

Hasil pengujian terhadap balok komposit dengan shear connector berjarak seragam dan jumlah shear connector yang sama dengan jarak bervariasi sesuai geser statis, menunjukkan kekuatan ultimate dan defleksi yang hampir sama pada kondisi beban kerja. Kondisi ini masih berlaku selama jumlah shear connector total cukup untuk mengembangkan geser pada kedua sisi dari titik dengan momen maksimum. Oleh karena itu, peraturan LRFD (I5.6) mengijinkan penggunaan jarak shear connector yang seragam pada kedua sisi dari titik dengan momen maksimum. Tetapi, jumlah shear connector yang dipasang antara beban terpusat dan titik terdekat dengan momen nol harus cukup untuk mengembangkan momen maksimum pada beban terpusat. 1.10.6. Jarak Minimum dan Maksimum

Kecuali untuk dek baja berprofil, jarak minimum pusat-ke-pusat shear connector sepanjang sumbu longitudinal dari balok komposit yang diijinkan oleh Peraturan LRFD (I5.6) adalah 6 kali diameter, sedangkan nilai minimum melintang terhadap sumbu longitudinal adalah 4 kali diameter. Diantara rusuk dari dek baja berprofil, jarak minimum yang diijinkan adalah 4 kali diameter pada setiap arah. Jika flens dari balok baja agak sempit, mungkin akan kesulitan untuk mencapai jarak melintang yang diijinkan. Untuk kondisi ini stud dapat dipasang zig-zag seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.38.



Jika rusuk dek sejajar dengan sumbu balok baja dan lebih banyak konektor yang diperlukan dari pada yang bisa terpasang diantara rusuk, Penjelasan LRFD (I5.6) pengijinkan membelah dek sehingga tersedia cukup ruang untuk konektor. Shear connector harus mampu menahan pergerakan horizontal dan vertikal karena ada kecenderungan pelat beton dan balok terpisah secara vertikal dan tergeser secara horizontal. Bagian kepala dari stud shear connector membantu mencegah pemisahan vertikal. Peraturshear connector tidak boleh lebih dari 8 kali total tebal pelat. 1.10.7. Persyaratan Selimut

Peraturan LRFD (I5.6) mensyaratkan bahwa setidaknya harus ada selimut beton setebal 1 in. untuk shear connector. Aturdalam rusuk dari dek baja berprofil karena hasil uji menunjukkan bahwa kekuatan tidak berkurang, meskipun jika stud dipasang sedekat mungkin dengan rusuk. Jika stud tidak dipasang langsung di atas web balkecenderungan untuk merobek flens sebelum mencapai kapasitas penuhnya tercapai. Untuk mencegah terjadinya hal ini, Peraturan LRFD (I5.6) mensyaratkan bahwa diameter dari shear connector tidak boleh lebih besar dari 2,5 kali tebakecuali jika stud dipasang persis di atas web. Jika digunakan dek baja berprofil, balok baja harus dihubungkan ke pelat beton dengan stud shear connector dengan diameter tidak lebih besar dari ¾ in. Ini dapat dilas menembus dek atau langsungdiperpanjang paling sedikit 1½ in di atas puncak dek baja dan beton di atas dek baja tidak boleh kurang dari 2 in. (LRFD I3.5a). 1.11. Kapasitas Momen dari Penampang Komposit

Kekuatan lentur nominal dari balok oleh kekuatan plastis penampang atau oleh kekuatan pelat beton atau oleh kekuatan



Gambar 1.38. Susunan Konektor

Jika rusuk dek sejajar dengan sumbu balok baja dan lebih banyak konektor yang diperlukan dari pada yang bisa terpasang diantara rusuk, Penjelasan LRFD (I5.6) pengijinkan membelah dek sehingga tersedia cukup ruang untuk konektor.

r connector harus mampu menahan pergerakan horizontal dan vertikal karena ada kecenderungan pelat beton dan balok terpisah secara vertikal dan tergeser secara horizontal. Bagian kepala dari stud shear connector membantu mencegah pemisahan vertikal. Peraturan LRFD (I5.6) menyatakan bahwa jarak maksimum dari shear connector tidak boleh lebih dari 8 kali total tebal pelat.

Persyaratan Selimut

Peraturan LRFD (I5.6) mensyaratkan bahwa setidaknya harus ada selimut beton setebal 1 in. untuk shear connector. Aturan ini tidak berlaku untuk konektor yang digunakan dalam rusuk dari dek baja berprofil karena hasil uji menunjukkan bahwa kekuatan tidak berkurang, meskipun jika stud dipasang sedekat mungkin dengan rusuk.

Jika stud tidak dipasang langsung di atas web balok, stud tersebut mempunyai kecenderungan untuk merobek flens sebelum mencapai kapasitas penuhnya tercapai. Untuk mencegah terjadinya hal ini, Peraturan LRFD (I5.6) mensyaratkan bahwa diameter dari shear connector tidak boleh lebih besar dari 2,5 kali tebakecuali jika stud dipasang persis di atas web.

Jika digunakan dek baja berprofil, balok baja harus dihubungkan ke pelat beton dengan stud shear connector dengan diameter tidak lebih besar dari ¾ in. Ini dapat dilas menembus dek atau langsung di atas balok baja. Setelah dipasang, stud harus diperpanjang paling sedikit 1½ in di atas puncak dek baja dan beton di atas dek baja tidak boleh kurang dari 2 in. (LRFD I3.5a).

Kapasitas Momen dari Penampang Komposit

Kekuatan lentur nominal dari balok komposit di daerah momen positif dapat ditentukan oleh kekuatan plastis penampang atau oleh kekuatan pelat beton atau oleh kekuatan

1-33

Jika rusuk dek sejajar dengan sumbu balok baja dan lebih banyak konektor yang diperlukan dari pada yang bisa terpasang diantara rusuk, Penjelasan LRFD (I5.6) pengijinkan membelah dek sehingga tersedia cukup ruang untuk konektor.

r connector harus mampu menahan pergerakan horizontal dan vertikal karena ada kecenderungan pelat beton dan balok terpisah secara vertikal dan tergeser secara horizontal. Bagian kepala dari stud shear connector membantu mencegah

an LRFD (I5.6) menyatakan bahwa jarak maksimum dari

Peraturan LRFD (I5.6) mensyaratkan bahwa setidaknya harus ada selimut beton setebal an ini tidak berlaku untuk konektor yang digunakan

dalam rusuk dari dek baja berprofil karena hasil uji menunjukkan bahwa kekuatan tidak berkurang, meskipun jika stud dipasang sedekat mungkin dengan rusuk.

ok, stud tersebut mempunyai kecenderungan untuk merobek flens sebelum mencapai kapasitas penuhnya tercapai. Untuk mencegah terjadinya hal ini, Peraturan LRFD (I5.6) mensyaratkan bahwa diameter dari shear connector tidak boleh lebih besar dari 2,5 kali tebal flens balok

Jika digunakan dek baja berprofil, balok baja harus dihubungkan ke pelat beton dengan stud shear connector dengan diameter tidak lebih besar dari ¾ in. Ini dapat dilas

di atas balok baja. Setelah dipasang, stud harus diperpanjang paling sedikit 1½ in di atas puncak dek baja dan beton di atas dek baja

komposit di daerah momen positif dapat ditentukan oleh kekuatan plastis penampang atau oleh kekuatan pelat beton atau oleh kekuatan




shear connector. Selanjutnya, jika web sangat langsing dan jika sebagian besar dari web tertekan, tekuk web bisa menjadi batas kekuatan nominal dari penampang. Suatu penelitian telah dilakukan terhadap tekuk web penampang komposit dan untuk alasan ini LRFD (I3.2) secara konservatif menerapkan aturan yang sama untuk web penampang komposit seperti halnya pada web baja non komposit. Kekuatan lentur positif (φbMn Dengan φb = 0,85) untuk penampang komposit ditentukan dengan

mengasumsikan distribusi tegangan plastis jika / 3,76 /w yf

h t E F≤ . Dalam rumusan ini

h adalah jarak antara kaki fillet web, yaitu d – 2k, tw adalah tebal web, dan Fyf adalah tegangan leleh dari flens balok. Semua penampang W, S, M, HP, dan C dalam Manual AISC LRFD memenuhi persyaratan ini untuk nilai Fy sampai dengan 65 ksi. Untuk penampang built-up, h adalah jarak antara garis penguat baut yang bersebelahan atau jarak bersih antara flens atas dan bawah jika digunakan las.

Jika h/tw lebih besar dari 3,76 /yf

E F , nilai dari φbMn dengan φb = 0,90

ditentukan dengan mensuperposisikan tegangan-tegangan elastis. Pengaruh sokongan sementara harus diperhitungkan dalam perhitungan. Kapasitas momen nominal dari penampang komposit sebagaimana ditentukan dari uji beban dapat ditentukan dengan sangat akurat dengan teori plastis. Dengan teori ini, penampang baja pada keruntuhan diasumsikan mencapai leleh penuh, dan pelat beton pada sisi tertekan dari sumbu netral dianggap mencapai 0,85fc

’. Jika setiap bagian dari pelat beton mengalami tarik, diasumsikan telah retak dan tidak mampu memikul beban. Sumbu netral plastis (SNP) bisa berada pada pelat beton atau pada flens baja atau pada web baja. Masing-masing kasus akan dibahas dalam bab ini. 1.11.1. Sumbu Netral dalam Pelat Beton

Tegangan tekan pelat beton bervariasi dari SNP ke arah puncak pelat. Tetapi untuk memudahkan perhitungan, tegangan dianggap merata dengan nilai 0,85fc

’ dengan cakup kedalaman a dan lebar be, yang nilainya ditentukan seperti penjelasan pada sub bab 5. Distribusi ini dipilih untuk memberikan blok tegangan yang sama dengan tekanan total C dan pusat gravitasi yang sama untuk total gaya sebagaimana halnya dalam pelat aktual. Nilai a dapat ditentukan dari rumusan berikut dimana tarik total dalam penampang baja adalah sama dengan tekan total dalam beton. AsFy = 0,85fc

’abe (1.3)

'0,85

s y

c e

A Fa

f b=

(1.4)



Gambar

Jika a sama atau kurang dari tebal pelat, SNP akan berada dalam pelat dan kapasitas momen nominal atau plastis dari penampang komposit dapat ditulis sebagai tarik total atau tekan total C dikalikan dengan jarak antara pusat ke dua gaya tersebut. Penmerujuk pada Gambar 1.3 Contoh 1.1 memberikan ilustrasi perhitungan dari penampang komposit dimana SNP berada pada pelat. Contoh 1.1 Hitung φbMn = φbMp untuk penampang komposit dalam GambFy = 50 ksi.

Solusi. Tentukan φb



mbar 1.39. Sumbu netral plastis (PNA) dalam web

sama atau kurang dari tebal pelat, SNP akan berada dalam pelat dan kapasitas momen nominal atau plastis dari penampang komposit dapat ditulis sebagai tarik total

dikalikan dengan jarak antara pusat ke dua gaya tersebut. Penujuk pada Gambar 1.39.

.1 memberikan ilustrasi perhitungan dari φbMpenampang komposit dimana SNP berada pada pelat.

untuk penampang komposit dalam Gambar 1.40

Gambar 1.40.

1-35

sama atau kurang dari tebal pelat, SNP akan berada dalam pelat dan kapasitas momen nominal atau plastis dari penampang komposit dapat ditulis sebagai tarik total T

dikalikan dengan jarak antara pusat ke dua gaya tersebut. Penjelasan

Mn = φbMp untuk

0 jika fc’ = 4 ksi dan




h = d – 2k = 29,7 – (2)(1,32) = 27,06 in

327,06 29.10

52,04 3,76 3,76 90,550,520 50

w yf

h E

t F= = < = =

Sehingga φb = 0,85

Gambar 1.41. Lokasi SNP

'

(29,1)(50)4,28 in

0,85 (0,85)(4)(100)

s y

c e

A Fa

f b= = =

Jadi SNP berada didalam pelat beton karena 4,28 in < t = 5 in.

( )2 2d a

n p s yM M A F t= = + − 29,7 4,28

(29,1)(50) 52 2

25.768 in-k = 2147,3 ft-k

= + −

=

φbMn = (0,85)(2147,3) = 1825,2 ft-k

Jika kita merujuk pada Bagian 5 dari Manual LRFD dapat menentukan nilai φbMn untuk balok komposit ini dengan mengacu pada Gambar 1.31. Penggunaan Manual tabel komposit mengasumsikan bahwa SNP terletak pada bagian atas dari flens atas (TFL = top steel flange) atau di bawah profil baja. Dalam tabel LRFD, Y1 menyatakan jarak antara SNP (PNA) ke puncak flens balok sedangkan Y2 menyatakan jarak dari pusat gaya flens beton efektif ke puncak flens dari balok baja (t – a/2).




Jika SNP untuk contoh sebelumnya berada pada puncak flens balok, dari hal 5-40 Maual AISC LRFD dengan Y2 = 5 – 4,28/2 = 2,86 dan Y1 = 0 dan untuk W30 x 99, nilai φbMn = φbMp dengan interpolasi antara nilai 1790 ft-k (Y2 = 2,5 in) dengan 1840 ft-k (Y2 = 3,0 in), didapat 1826 ft-k. Untuk lebih tepat, sebaiknya digunakan Y1 sebesar (5,0-4,28) = 0,72 in. Sehingga interpolasi dapat menggunakan Y1 = 0,67 in (yang paling mendekati dengan nilai 0,72 in). Selanjutnya nilai momen didapat dari interpolasi 1640 ft-k dan 1670 ft-k. 1.11.2. Sumbu Netral Pada Bagian Bawah Flens Atas Balok Baja

Jika a yang dihitung dalam contoh sebelumnya lebih besar dari tebal pelat t maka SNP akan berada dalam penampang baja. Jika ini terjadi, perlu dicari apakah SNP berada dalam flens atau di bawah flens. Jika diasumsikan bahwa SNP berada pada dasar dari flens atas, gaya tekan total C adalah 0,85fc

’bet + AfFy, dengan Af adalah luas flens dan gaya tarik total di bawah T = Fy (As – Af). Jika C > T maka SNP akan berada dalam flens. Jika C < T maka SNP berada di bawah flens (pada web).

Gambar 1.42. Asumsikan SNP berada dalam flens dan lokasinya ke SNP yang diukur dari

puncak flens diberi notasi y , dan didapat dengan menyamakan C dan T sebagai berikut:

0,85 fc’be t + Fy bf y = Fy As – Fy bf y (1.5)

Sehingga,




'0,85

2

y s c e

y f

F A f b ty

F b

−=

(1.6)

Dan kapasitas momen nominal atau plastis dari penampang dapat dihitung dari rumusan di bawah ini dengan mengacu pada Gambar 1.32. Ambil momen terhadap SNP, didapat:

'0,85 22 2 2

p n c e y f y s

t y dM M f b t y F b y F A y

= = + + + − (1.7)

Contoh 1.2 di bawah ini memberikan ilustrasi perhitungan dari φbMn = φbMp untuk penampang komposit dengan SNP berada pada flens. Contoh 1.2 Hitung φbMn = φbMp untuk penampang komposit dalam Gambar 1.43 jika digunakan baja 50 ksi dan jika fc

’ adalah 4 ksi. Solusi. Tentukan φb

h = d – 2k = 30,00 – (2)(1,50) = 27,00 in

327,00 29.10

47,78 3,76 3,76 90,550,565 50

w yf

h E

t F= = < = =

Sehingga φb = 0,85

Gambar 1.43. Apakah SNP terletak pada puncak flens baja?

'

(34,2)(50)6,29 in > 4,00 in

0,85 (0,85)(4)(80)

s y

c e

A Fa

f b= = =




Jadi SNP berada pada profil baja.

Apakah SNP dalam flens atau web? Disini diasumsikan dulu bahwa SNP berada pada

dasar dari flens atas.

C = 0,85 fc’ b t + Fy bf tf = (0,85)(4)(80)(4) + (50)(10,5)(0,850) = 1534 k

T = Fy (As – bf tf) = (50)(34,2 – 10,5 x 0,850) = 1264 k

Karena C > T, SNP berada pada flens dan dapat ditentukan sebagai berikut:

'0,85 (50)(34,2) (0,85)(4)(80)(4)0,592 in

2 (2)(50)(10.5)

y s c e

y f

F A f b ty

F b

− −= = =

( ) ( )( )

'

0,59242 2

30,00

2

0,85 22 2 2

(0,85)(4)(80)(4) 0,592 (2)(50)(10,5)(0,592)

+(50)(34,2) 0,592

27650 in-k = 2304 ft-k

p n c e y f y s

t y dM M f b t y F b y F A y

= = + + + −

= + +

=

=

Mu = φbMp = φbMn = (0,85)(2304) = 1959 ft-k

Dengan interpolasi dalam Tabel LRFD Composite Design dengan Y1 = 0.593 in dan Y2 = 2,0 in, didapat 0,592 0,425

0,638 0,4251900 (1990 1950) 1958,6−

−− − =

Jika kita mempunyai penampang komposit parsial dengan ΣQn lebih kecil dari AsFy, SNP akan turun, jika pada flens, nilai ? dapat ditentukan dengan persamaan yang digunakan dalam Contoh 1.2. Dalam tabel composite design pada Manual AISC LRFD nilai dari ΣQn dan φbMn diberikan untuk tujuh lokasi SNP yang berbeda yaitu: puncak flens atas, seperempat tebal flens, bawah flens atas, dan dua titik dalam web. Interpolasi linier dapat digunakan dari nilai-nilai yang diberikan dalam tabel. 1.11.3. Sumbu Netral Pada Web Balok Baja

Jika untuk penampang komposit tertentu dijumpai bahwa a lebih besar dari tebal pelat beton, dan jika diasumsikan bahwa SNP terletak di bawah flens baja dan dihitung nilai C dan T dan ternyata T lebih besar dari C, maka SNP akan terletak pada web. Kita dapat melakukan perhitungan serupa dengan yang telah kita lakukan untuk kasus dimana SNP terletak dalam flens. Beberapa contoh perhitungan dapat merujuk pada Tabel dalam Bagian 5 Manual AISC LRFD. Mahasiswa diminta untuk mencoba menyelesaikan Contoh 1.2 tetapi dengan W30x173 yang kemungkinan SNP akan terletak pada web dari baja.




Gambar 1.44. Tabel Profil Berdasarkan AISC

1.12. Defleksi

Defleksi untuk balok komposit dapat dihitung dengan metode yang sama seperti untuk jenis balok lainnya. Perlu hati-hati dalam menghitung defleksi untuk berbagai variasi beban secara terpisah. Misalnya, ada beban mati yang bekerja pada profil baja langsung (jika tanpa sokongan sementara), beban mati yang bekerja pada penampang komposit, dan beban hidup yang bekerja pada penampang komposit. Pengaruh rangkak beton jangka panjang dalam bagian tertekan menyebabkan defleksi meningkat dengan waktu. Tetapi peningkatan ini tidak signifikan untuk rata-rata balok komposit. Jika dirasakan hal ini penting, maka defleksi jangka panjang dapat dihitung dengan menggunakan nilai modular rasio 2n saat menghitung properti penampang komposit untuk penampang transformasi yang digunakan dalam perhitungan defleksi. Jika digunakan beton ringan, harus digunakan modulus elastisitas beton Ec

aktual (bisa sedikit lebih kecil) dalam menghitung momen inersia penampang transformasi Itr untuk perhitungan defleksi. Untuk perhitungan tegangan digunakan Ec

untuk beton normal. Umumnya defleksi akibat geser diabaikan, meskipun pada kasus tertentu bisa cukup besar. Balok baja dapat diberikan lawan lendut (camber) untuk semua atau sebagian defleksi. Untuk beberapa kondisi cukup layak memberikan sedikit penebalan pelat lantai pada bagian tengah dibandingkan pada bagian sisi untuk mengkompensasi defleksi. Perancang mungkin ingin mengontrol getaran dalam lantai komposit akibat dari lalu lintas pejalan kaki atau beban bergerak lainnya. Hal ini terjadi dalam kasus bukaan




lantai yang cukup besar tanpa diberikan peredam dengan partisi seperti pada pusat perbelanjaan. Untuk kasus demikian harus dilakukan analisis dinamik. Jika Peraturan LRFD digunakan untuk memilih profil baja dari penampang komposit, hasilnya seringkali balok baja yang sedikit lebih kecil sehingga juga tinggi lantai yang lebih kecil. Jika lantai ini tidak mendapat sokongan sementara akan mempunyai defleksi besar saat penuangan beton. Oleh karenanya biasa diberikan camber atau sebagai alternatif dipasang balok yang lebih besar atau dipasang sokongan sementara. Tentu saja balok yang dipilih harus mampunyai nilai φbMn yang cukup untuk memikul berat sendiri dan beton basah. Seringkali ukuran profil lebih ditentukan oleh defleksi akibat beton basah dibandingkan akibat momen. Sebagai solusi alternatif untuk permasalahan ini adalah dengan melibatkan penggunaan sambungan tahanan parsial (partly restrained = PR) sebagaimana dibahas dalam Buku Ajar sebelumnya. Jika sambungan ini digunakan defleksi dan momen tengah bentang akan tereduksi cukup besar, sehingga dapat digunakan balok yang lebih kecil. Selanjutnya, akan didapat reduksi terhadap gangguan getaran yang menjadi masalah dalam lantai komposit yang rendah. Jika sambungan PR digunakan, akan terbentuk momen negatif pada tumpuan. Pada sub bab berikutnya ditunjukkan bahwa peraturan LRFD mengijinkan penggunaan kekuatan momen rencana negatif untuk lantai komposit, memberikan beberapa persyaratan yang dipenuhi sebagai sambungan geser dan tulangan penyaluran untuk pelat di daerah momen negatif. 1.13. Perancangan Penampang Komposit

Konstruksi komposit akan ekonomis jika beban cukup besar, bentang panjang, dan jarak antar balok anak cukup jauh. Untuk gedung dengan portal baja, konstruksi komposit ekonomis untuk bentang antara 25 sampai dengan 50 ft dan lebih menguntungkan untuk bentang yang lebih panjang. Untuk jembatan tumpuan sederhana telah dibangun cukup ekonomis dengan bentang sampai 120 ft dan bentang menerus 50 s.d. 60 ft. Untuk jembatan komposit umummnya akan ekonomis untuk tumpuan sederhana dengan bentang lebih dari 40 ft dan untuk bentang menerus lebih dari 60 ft.

Pada kasus tertentu penambahan pelat penutup pada flens bawah dari balok baja dapat meningkatkan penghematan. Kita dapat melihat bahwa dengan pelat bekerja sebagai bagian dari balok, akan terbentuk luas tekan yang besar dan dengan menambah pelat penutup pada bagian flens tarik, akan didapat keseimbangan yang lebih baik.

Pada bangunan tinggi ruang bebas (headroom) menjadi masalah, diinginkan untuk menggunakan tinggi lantai seminimum mungkin. Untuk gedung, rasio minimum kedalaman-bentang mendekatan 1/24 jika beban mendekati statis dan 1/20 untuk beban yang menimbulkan vibrasi. Tebal pelat beton diketahui (dari perencanaan beton) dan tinggi balok baja dihitung secara pendekatan seperti diatas.

Sebelum kita melakukan upaya perancangan komposit, akan didiskusikan beberapa hal antara lain bresing lateral, sokongan sementara, perkiraan berat balok baja, dan momen inersia batas bawah (lower bound).




1.13.1. Bresing Lateral

Setelah beton mengeras, beton akan memberikan bresing lateral yang cukup untuk flens tertekan. Tetapi selama proses konstruksi sebelum beton mengeras bresing lateral mungkin tidak cukup dan kekuatan rencananya harus direduksi tergantung dari panjang tanpa sokongan yang diperkirakan. Jika dek baja berprofil atau bekisting beton dilekatkan pada flens balok tertekan, keduanya dapat memberikan bresing lateral yang cukup. Perencana harus meninjau dengan seksama bresing lateral dari balok terbungkus penuh.

Gambar 1.45. 1.13.2. Memperkirakan Berat Balok Baja

Seperti ilustrasi dalam Contoh 1.3, seringkali berguna untuk memperkirakan berat balok baja. Manual LRFD memberikan rumus empiris berikut yang didapat dari Bagian 5 (halaman 5-26).

( )12

Perkiraan berat balok 3,4/ 2 / 2

u

con y

M

d Y a Fφ

= + − (1.8)

dengan

Mu = kekuatan lentur yang diperlukan dari penampang komposit

d = tinggi nominal balok baja

Ycon = jarak dari puncak balok baja ke puncak pelat beton

a = tebal pelat beton efektif (secara konservatif diperhitungkan dalam

rentang 12 in)

φ = 0,85




Gambar 1.46.

1.13.3. Batas Bawah Momen Inersia

Untuk menghitung defleksi akibat beban layan untuk penampang komposit, sebuah tabel nilai momen inersia dengan batas bawah diberikan dalam Bagian 5 Manual LRFD (Tabel 5.15). Nilai ini dihitung dari luas balok baja dan luas beton ekivalen sebesar ΣQn/Fy. Flens beton yang tersisa tidak digunakan dalam perhitungan. Ini berarti bahwa jika kita mempunyai penampang komposit parsial nilai dengan momen inersia batas bawah akan mencerminkan kondisi ini karena ΣQn akan lebih kecil. Momen inersia batas bawah dihitung dari rumus berikut, dengan mengacu pada Gambar 1.36 dengan YENA adalah jarak dari dasar balok ke sumbu netral elastis (ENA).

( ) ( )2 2

22

ndx s ENA ENA

y

QI I A Y d Y Y

F

∑= + − + + − (1.9)

1.13.4. Tulangan Tambahan

Untuk perhitungan perencanaan bangunan, setiap bentang dianggap mempunyai tumpuan sederhana, tetapi balok baja umumnya tidak mempunyai tumpuan sederhana yang sempurna. Akibatkan akan terjadi momen negatif di ujung-ujung balok, dengan retak pelat beton di atasnya. Untuk mencegah atau meminimalisir retak, beberapa tulangan tambahan dapat dipasang di bagian atas pelat disalurkan/diperpanjang 2 sd 3 ft ke dalam pelat beton. Persyaratan jumlah tulangan yang ditambahkan selain tulangan temperatur dan susut diberikan dalam peraturan beton baik SNI Beton Indonesia maupun American Concrete Institute (lihat Bagian Penjelasan LRFD I3.2 untuk penjelasan rinci tentang tulangan.)




1.14. Beberapa Contoh

Contoh 1.3 dan 1.4 mengilustrasikan perancangan untuk dua penampang komposit tanpa sokongan. Contoh 1.3 Beberapa balok dengan jarak pusat-ke-pusat 10 ft dan tumpuan sederhana bentang 36 ft dipilih untuk memikul pelat beton ringan dengan tebal 4 in di atas dek baja berprofil tinggi 3 in tanpa sokongan sementara. Rusuk dari dek baja yang dipasang tegak lurus garis tengah balok, mempunyai lebar rata-rata 6 in. Jika beban mati layan (termasuk berat balok) adalah 0,78 k/ft sepanjang balok dan beban hidup layan 2 k/ft, (a) pilih profil balok, (b) tentukan jumlah stud ¾ in yang diperlukan, (c) tentukan defleksi akibat beban hidup layan, (d) cek geser balok. Gunakan baja 50 ksi, fc’ = 4 ksi, dan berat satuan beton 115 lb/ft3. Solusi

Beban dan momen Wu = (1,2)(0,78) + (1,6)(2,0) = 4,136 k/ft

2(4,136)(36)

670 ft-k8

uM = =

Lebar flens efektif, be

• Seperdelapan dari bentang balok yang diukur pusat-ke-pusat tumpuan untuk bentang sederhana maupun menerus.

• Setengah jarak dari jarak garis tengah balok ke garis tengah balok sebelahnya. • Jarak dari garis tengah balok ke sisi dari pelat. (untuk kantilever)

18

(2)( )(36)(12) 108 ineb = =

be = (2)(5)(12) = 120 in.




a. Pilih penampang W Ycon = jarak dari puncak pelat ke puncak flens atas = 4 + 3 = 7 in. Asumsikan a = 2 in < 4 in tebal pelat (a biasanya sangat kecil, khususnya untuk penampang yang kecil. Lihat penjelasan dalam gambar di bawah).

Y1 adalah jarak dari SNP ke puncak flens atas = 0 in. Y2 adalah jarak dari dari pusat gaya flens beton ke puncak flens baja = 7 – a/2 = 7 – 2/2 = 6 in. Dengan melihat manual tabel komposit dengan Mu = 670 ft-k, Y1 = 0, dan Y2 = 6 in, kita dapatkan beberapa W18 (46 lb, 50 lb, dan 55 lb) yang tampaknya cukup layak. Kita dapat menggunakan rumus perkiraan berat LRFD untuk penampang dengan tinggi 18 in.

(12)(670)3,4 42,88 lb

(18 / 2_7 2 / 2)(0,85)(50)t

w = = −

Coba W18 x 46 (A = 13,5 in2), Asumsikan ΣQn = As Fy = (13,5)(50) = 675 k

Jadi a yang diperlukan = '

6751,84 in < 4 in.

0,85 (0,85)(4)(108)

n

c e

Q

f b

∑ = =

Y1 = 0

Y2 = 7,0 – 1,84/2 = 6,08 in.

Dengan interpolasi dari manual didapat

0,08

719 (743 720) 722,7 ft > M 670 ft-k (OK)0,50

b n uMφ = + − = =

Gunakan W18 x 46 (A = 13,5 in2, d = 18,00 in, tw = 0,360 in.) Sekarang kita akan mencoba kasus dimana Y1 adalah nilai terbesar yang dapat menghasilkan φb Mn sekitar 670 ft-k dengan Y2 = 6,08 in, karena ΣQn akan lebih kecil dan lebih sedikit shear connector yang diperlukan. Hal ini akan terjadi dengan Y1 = 0,151 in, dengan φb Mn = 680 ft-k jika Y2 = 6 in. ΣQn = 583 k




5831,59 in < 4 in

(0,85)(4)(108)a = =

Y2 = 7 – 1,59/2 = 6,20 in 0,20

680 (701 680) 688 ft > M 670 ft-k (OK)0,50

b n uMφ = + − = =

Gunakan W18 x 46, Fy = 50 ksi

b. Perancangan Stud Karena kita menggunakan dek baja berprofil, harus dihitung faktor reduksi stud (SRF) sebagaimana disyaratkan dalam Peraturan LRFD I3.5(b). hr = 3 in. Asumsikan Hs = 5,0 in (tidak boleh > hr + 3 = 6 in.) Asumsikan 1 stud pada pertemuan rusuk dengan balok = Nr wr = 6 in Dari LRFD Pers. I3-1:

0,85 0,85 6 5,01,0 1,0 1,13 > 1,0

3 31

sr

r rr

HwSRF

h hN

= − = − =

Jadi tidak diperlukan reduksi. Qn dari Tabel 1.1 untuk stud berkepala ¾, fc

’ = 4 ksi, dan berat beton 115 lb/ft3 = 21,9 k. Dari Manual LRFD Tabel 5-14, didapat ΣQn untuk W18 x 46 dengan Y1 sebesar 0,15 in = 583 k.

Jumlah shear connector yang diperlukan = 2 (2)(583)

53,2421,9

n

n

Q

Q

Σ = =

Gunakan stud 54 buah diameter ¾ in (27 buah setiap sisi dari momen maksimum dimana dalam hal ini momen maksimum terdapat pada garis tengah). c. Hitung defleksi LL Asumsikan defleksi maksimum ijin

1 1

bentang (12 x 36) 1,2 in.360 360

= =

C1 = 161 dari Gambar 5.2 Manual LRFD.

2(2,0)(36)

324 ft-k8

LLM = =

Ix = momen inersia batas bawah dari Tabel dalam Bagian 5 Manual LRFD dengan interpolasi linier

= 40,202130 (2220 2130) 2166 in

0,50

+ − =




2 2

1

(324)(36)1,20 in = 1,2 in.

(161)(2166)LL

LB

ML

C I∆ = = =

(OK)

d. Cek Geser Balok

(36)(4,136)74,4 k

2uV = =

Untuk W 18 x 46

0,6n y wV F Aφ φ=

= (0,9)(0,6)(50)(18,00)(0,360) = 175 k > 74,4 k

(OK) Contoh 1.4 Dengan menggunakan data yang sama dengan Contoh 1.3 kecuali wL = 1,2 k/ft dan fc

’ = 3 ksi, lakukan hal berikut:

a. Pilih balok baja b. Jika faktor reduksi stud untuk dek metal = 1,0; tentukan jumlah stud ¾ in yang

diperlukan. c. Cek kekuatan balok sebelum beton mengeras. d. Hitung defleksi akibat beban layan sebelum beton mengeras. Asumsikan beban

hidup saat konstruksi sebesar 20 psf. e. Tentukan defleksi akibat beban hidup layan setelah aksi komposit terjadi, atau

setelah beton mengeras. f. Cek geser g. Pilih penampang baja untuk memikul seluruh beban jika tidak ada shear

connector dan hitung defleksi beban layan total. Solusi Wu = (1,2)(0,78) + (1,6)(1,2) = 2,856 k/ft

2

(2,856)(36)462,7 ft-k

8u

M = =

a. Pilih profil W

Ycon = 4 + 3 = 7 in. Asumsikan a = 2 in. Y1 = 0 Y2 = 7 – 2/2 = 6 in. Coba W18 x 35 (A = 10,3 in2, d = 17,70 in., tw = 0,300 in.) Asumsikan ΣQn = (10,3)(50) = 515 k

5151,87 in < 4 in.

(0,85)(3)(108)a = =




Y2 = 7 – (1,87)/2 = 6,065 in. φbMn dari Manual LRFD dengan interpolasi didapat

0,065

542 (560 542) 544,3 ft-k > 462,7 ft-k0,50

= + − = (OK)

b. Pilih profil W

Qn dari Tabel stud = 17,7 k Selanjutnya coba turun dalam tabel untuk W18 x 35 dengan Y1 = 0,213 in. dan masih memenuhi Mu yang diperlukan (antara 487 dan 500 ft-k). ΣQn = 388 k

Jumlah shear connector yang diperlukan = (2)(388)43,8

17,7= =

Gunakan 22 buah connector pada setiap sisi.

c. Cek kekuatan profil W sebelum beton mengeras Asumsikan beton basah sebagai beban hidup selama proses konstruksi dan juga tambahan 20 psf untuk beban hidup pelaksanaan. Berat beton = berat pelat + berat rusuk = (4/12)(10)(115) + (3)(6)/144 (115)(10) = 527 k Beban mati lainnya = 780 – 527 = 253 lb/ft Wu = (1,2)(0,253) + (1,6)(0,020 x 10 + 0,527) = 1,47 k/ft

2

(1,47)(36)238,1 ft-k

8u

M = =

φbMp dari tabel untuk W18 x 35 = 249 ft-k > 238,1 ft-k (OK)

d. Defleksi beban layan sebelum beton mengeras

C1 = 161 Ix untuk W18 x 35 = 510 in4 (bukan I batas bawah)

Gunakan wD = 0,78 + (10)(0,02) = 0,98 k/ft

2(0,98)(36)

158,8 ft-k8

DLM = =

2

(158,8)(36)2,51 in.

(161)(510)DL

∆ = =

Kita dapat membuat camber untuk defleksi seperti ini atau menggunakan sambungan PR.




e. Defleksi beban hidup layan setelah beton mengeras

2(1,2)(36)

194,4 ft-k8

LLM = =

I batas bawah dengan Y1 = 0,21 in dan Y2 = 6,065 in

40,0651490 (1550 1490) 1498 in

0,50I

= + − =

2(194,4)(36)

1,04 in < 1,2 in.(161)(1498) 360

LL

L∆ = = = (OK)

f. Cek geser

Wu = (1,2)(0,78) + (1,6)(1,2) = 2,856 k/ft

(36)(2,856)51,4 k

2uV = =

φVm = φ 0,6 Fy Aw = (0,9)(0,6)(50)(17,70 x 0,300) = 143,4 k > 51,4 k (OK)

g. Pilih profil jika tidak ada aksi komposit

Mu = 462,7 ft-k

3(12)(462,7)123,4 in

(0,9)(50)perluZ = =

Dari Tabel 5-3 Manual LRFD dengan judul ”W-shape selection by Zx” diperlukan W21 x 55 (Ix = 1140 in4).

2(462,7)(36) (12)(36)

3,27 in > 1,2 in.(161)(1140) 360 360

L∆ = = = =

Ix minimum untuk membatasi defleksi hingga 1,2 in. =

43,27(1140) 3106 in

1,20

=

Dari Tabel 5-2 dalam Manual LRFD yang memberikan data Ix, diperlukan W30 x 90.

1.15. Penampang Komposit Menerus

Peraturan LRFD (I3.2) mengijinkan penggunaan penampang komposit menerus. Kekuatan lentur dari penampang komposit di daerah momen negatif dapat dianggap sama dengan φbMp dari profil baja saja, atau bisa didasarkan pada kekuatan plastis




penampang komposit yang terdiri dari balok baja dan tulangan memanjang dalam pelat. Untuk metode yang terakhir disebutkan, kondisi berikut harus dipenuhi:

1. Penampang baja harus kompak dan mempunyai bresing yang cukup. 2. Pelat lantai harus dihubungkan ke balok baja dalam daerah momen negatif

dengan menggunakan shear connector. 3. Tulangan longitudinal dalam pelat sejajar balok dan dalam lebar efektif pelat

harus mempunyai panjang penyaluran yang cukup. Panjang penyaluran diartikan sebagai panjang tulangan yang harus diteruskan atau tertanam dalam beton dan mengangkur dengan baik atau dapat mengembangkan tegangan melalui lekatan antara tulangan dan beton.

Gambar 1.47. Balok komposit untuk bentang menerus Untuk balok tertentu, gaya geser horizontal total antara titik dengan momen nol dan titik dengan momen negatif maksimum diambil nilai terkecil dari ArFyr dan ΣQn, dengan Ar adalah luas tulangan yang diperpanjang dan Fyr adalah tegangan leleh tulangan tersebut. Distribusi tegangan plastis untuk momen negatif dalam penampang komposit ditunjukkan dalam Gambar 1.48.

Gambar 1.48. Distribusi tegangan dalam daerah momen negatif




1.16. Perancangan Penampang Terbungkus Beton

Untuk tujuan perlindungan terhadap kebakaran, dimungkinkan untuk membungkus dengan beton balok baja yang digunakan untuk lantai gedung. Cara ini tentu tidak ekonomis, karena perlindungan kebakaran dengan penyemprotan beton ringan jauh lebih murah. Selain itu, balok terbungkus beton akan menambah beban mati sistem lantai sebanyak 15 persen. Untuk kondisi yang jarang dimana menggunakan baja terbungkus beton, geser horizontal antara pelat dan balok bisa dianggap ditransfer melalui ikatan natural dan friksi jika kondisi ini dipenuhi. Peraturan LRFD (I1) menyatakan bahwa agar tranfer diijinkan, beton pembungkus harus dicor menyatu dengan pelat beton dan membungkus baja paling sedikit 2 inci pada semua sisi dan bawah (atau soffit). Selanjutnya disyaratkan bahwa puncak penampang baja paling sedikit 1½ inci di bawah puncak pelat dan 2 inci di atas dasar pelat. Terakhir, beton pembungkus harus mempunyai jaring tulangan untuk seluruh kedalaman dan melintang soffit dari balok untuk mencegak gompal beton. Jumlah pasti dari tulangan ini tidak ditetapkan dalam LRFD, tapi cukup dengan ukuran nominal saja (kawan ayam). Untuk menghitung momen kapasitas dari baja berbungkus beton beton ini dapat dilakukan dengan dua metode yaitu:

1. Kekuatan rencana didasarkan pada kapasitas momen plastis φbMp dari penampang baja saja.

2. Kekuatan rencana didasarkan pada leleh pertama pada flens tarik, mengasumsikan aksi komposit antara beton tertekan dan penampang baja.

Jika digunakan metode kedua dan konstruksi tanpa sokongan sementara, tegangan dalam penampang baja yang disebabkan beton basah dan beban konstruksi lainnya dapat dihitung. Selanjutnya dapat dihitung tegangan penampang baja yang disebabkan oleh beban lain yang bekerja setelah beton mengeras (beban superimposed) dapat dihitung juga. Kedua tegangan ini selanjutnya dijumlahkan untuk mendapatkan tegangan total. Tegangan total ini tidak boleh melampaui φbFy dengan φb = 0,90. Jika digunakan konstruksi dengan sokongan, semua beban dapat dianggap dipikul oleh penampang komposit dan tegangan dihitung dengan menyesuaikan penampang komposit. Untuk menghitung tegangan, properti penampang komposit dihitung dengan metode luas transformasi. Dalam metoda ini salah satu luas penampang dari dua material digantikan atau ditransformasikan menjadi luas ekivalen dari meterial kedua. Untuk perancangan komposit, biasanya menggantikan beton dengan luas baja ekivalen, sedangkan prosedur yang sebaliknya digunakan dalam metode perancangan berdasarkan tegangan kerja untuk perancangan beton bertulang. Dalam prosedur luas transformasi, beton dan baja diasumsikan terikat sempurna sehingga regangannya sama pada jarak yang sama deari sumbu netral. Tegangan dalam material dapat dikatakan sama dengan regangan dikalikan dengan modulus elastisitas (εEc untuk beton atau εEs untuk baja). Tegangan dalam baja menjadi εES/εEc = ES/Ec kali lebih besar dari tegangan dalam beton. Nilai ES/Ec dinyatakan sebagai rasio modulus n; maka n in2 dari beton diperlukan untuk menahan tegangan total yang sama sebesar 1 in2 dari baja; dan luas penampang dari pelat (Ac) digantikan dengan luas transformasi atau ekivalen dari baja sebesar Ac/n. Peraturan American Concrete Insitute (ACI) menyatakan bahwa rumus berikut dapat digunakan untuk menghitung modulus elastisitas beton dengan berat antara 90 sampai 155 lb/ft3.




1,5 '33c c cE w f=

(1.10)

Dalam rumusan di atas, wc adalah berat beton dalam pound per foot pangkat

tiga, dan fc’ adalah kekuatan tekan 28 hari dalam pound per inci pangkat 2.

Dalam satuan SI dengan wc bervariasi dari 1500 sampai 2500 kg/m3 dan dengan

fc’ dalam N/mm2 atau MPa,

1,5 '(0,043)c c cE w f=

(1.11)

Tidak ada persyaratan batas kelangsingan dari Peraturan LRFD untuk kedua metode ini karena bungkus beton cukup efektif dalam mencegah baik tekuk lokal maupun tekuk lateral. Dalam Contoh 1.5 berikut ini, tetangan dihitung dengan teori elastis dengan mengasumsikan terjadi aksi komposit sebagaimana dijelaskan dalam metode kedua. Perlu dicatat bahwa luas efektif balok sudah dibagi dengan n untuk mentransformasi pelat beton ke luas baja ekivalen. Contoh 1.5 Ulas penampang balok terbungkus beton dalam Gambar 1.49 jika tidak digunakan sokongan sementara dan diasumsikan data berikut ini. Bentang tumpuan sederhana = 36 ft Beban mati layan = 0,50 k/ft sebelum beton mengeras dan tambahan 0,25 k/ft setelah beton mengeras Beban hidup konstruksi = 0,2 k/ft Beban hidup layan = 1,0 k/ft setelah beton mengeras Lebar flens efektif be = 60 in dan n = 9 Fy = 50 ksi

Gambar 1.49.




Solusi. Hitung properti penampang komposit. Abaikan luas beton dibawah pelat.

2(4)(60)13,3 39,96 in

9A = + =

(13,3)(10,45) (26,66)(18)15,50 in

39,96by

+= =

( )( )2 3 2 4601

12 9586 (13,3)(5,05) (4) (26,66)(2,5) 1127 inI = + + + =

Tegangan sebelum beton mengeras (Kondisi Awal) Asumsikan beton basah sebagai beban hidup Wu = (1,6)(0,5 + 0,2) = 1,12 k/ft

2(1,12)(36)

181,4 ft-k8

uM = =

(12)(181,4)(8,05)

29,90 ksi < (0,9)(50) 45 ksi586

t b yf Fφ= = = =

(Aman kondisi awal)

Tegangan setelah beton mengeras (Kondisi Akhir) Wc = (1,2)(0,25) + (1,6)(1,0) = 1,9 k/ft

2(1,9)(36)

307,8 ft-k8

uM = =

(12)(307,8)(15,50 2,40)

42,86 ksi < (0,9)(50) 45 ksi1129

t b yf Fφ−= = = =

Total ft = 29,90 + 42,86 = 72,76 ksi > 45 ksi (= 0,9 Fy = 45 ksi) (Tidak memenuhi syarat) Untuk bangunan, konstruksi komposit menerus dengan penampang terbungkus beton diijinkan. Untuk konstruksi menerus, momen positif ditangani sama seperti yang telah dijelaskan dalam contoh sebelumnya. Tetapi untuk momen negatif, penampang transformasi diambil seperti dalam Gambar 1.40. Bagian yang diarsir menyatakan beton tertekan, dan semua beton di atas sumbu netral diabaikan.




Gambar 1.50. Kumpulan Soal 1.1 Tentukan φbMn untuk penampang di bawah dengan mengasumsikan tersedia cukup

shear connector untuk memastikan terjadinya penampang komposit penuh. Selesaikan dengan menggunakan prosedur yang telah dibahas dan cek jawaban dengan menggunakan tabel dari Manual LRFD. Fy = 50 ksi, fc

’ = 3 ksi.

(Jawab. 425 ft-k)

Gambar Soal 1.1

1.2 Ulangi Soal 1.1 jika digunakan W18 x 40.














1.13 Ulangi Soal 1.2 dengan menggunakan tabel dari Manual LRFD jika diasumsikan komposit parsial dan jika ΣQn adalah 486 k. (Jawab. 658,4 ft-k)

1.14 Tentukan φbMn untuk untuk penampang dalam gambar di bawah jika digunakan baja 50 ksi dan tersedia shear connector yang cukup untuk menjamin aksi komposit penuh. Gunakan rumus dan cek dengan menggunakan Manual LRFD. Mutu beton fc

’ = 4 ksi.

Gambar Soal 1.13

1.15 Ulangi Soal 1.13 jika digunakan W16 x 36. (Jawab. 418,2 ft-k)




1.16 Tentukan φbMn untuk untuk penampang dalam gambar di bawah jika digunakan baja 50 ksi dan tersedia shear connector yang cukup untuk menjamin aksi komposit penuh. Pelat beton setebal 3¼ in disokong oleh dek metal komposit setinggi 3 in dengan rusuk tegak lurus balok. Mutu beton fc

’ = 4 ksi. Cek jawaban dengan menggunakan Manual LRFD.

Gambar Soal 1.15

1.17 Ulangi Soal 1.15 menggunakan tabel dalam Manual LRFD jika ΣQn dari konektor adalah 335 k. (Jawab. 388,4 ft-k)

1.18 Dengan menggunakan Tabel Composite Design dari Manual LRFD, baja mutu 50 ksi, pelat beton tebal 145 lb/ft3 dengan fc

’ = 4 ksi dan konstruksi dengan sokongan sementara, pilih profil baja, recanakan stud berkepala ¾ in, hitung defleksi akibat beban hidup layan, dan cek geser jika beban hidup layan adalah 100 psf.

Gambar Soal 1.16




1.19 Ulangi Soal 1.16 jika bentang balok adalah 32 ft dan beban hidup adalah 80 psf (Jawab. W14 x 22 dengan stud ¾ in 9 buah)

1.20 Untuk Soal 1.17 hitung defleksi selama proses konstruksi akibat beton basah dan beban akibat aktivitas konstruksi sebesar 20 psf.

1.21 Pilih penampang dari baja mutu 50 ksi untuk menyokong beban mati layan 200 psf dan beban hidup layan 100 psf. Balok mempunyai bentang 38 ft bentang sederhana dan jarak antar balok 8 ft-6 in pusat-ke-pusat. Konstruksi dengan sokongan, berat volume beton 115 lb/ft3, fc’ 3,5 ksi, menggunakan metal dek dengan rusuk tegak lurus balok baja dengan tebal pelat lantai 4 in. Tinggi rusuk 3 in dan mempunyai lebar rata-rata 6 in. Rencanakan stud berkepala ¾ in dan hitung defleksi akibat beban hidup. (Jawab. W18 x 46 dengan 68 buah stud ¾ in.)

1.22 Dengan menggunakan Manual LRFD dan baja 50 ksi, rancanglah penampang komposit dengan konstruksi tanpa sokongan dan tidak terbungkus beton untuk balok bentang sederhana seperti dalam gambar dengan pelat lantai 4 in (145 lb/ft3) dan mutu fc’ 4 ksi. Beban mati layan total termasuk berat sendiri balok adalah 0,6 k/ft sepanjang balok dan beban hidup layan 1,25 k/ft. a. Tentukan profil balok. b. Tentukan jumlah stud berkepala diameter ¾ in yang diperlukan. c. Hitung defleksi akibat beban hidup layan. d. Periksa geser balok.

1.23 Ulangi Soal 1.20 jika bentang 30 ft dan beban hidup 1 k/ft (Jawab. W16 x 26 dengan stud 19 buah diameter ¾ in.)




1.24 Jika balok mutu 50 ksi berjarak 9 ft pusat-ke-pusat dengan bentang 40 ft digunakan untuk memikul pelat beton ringan setebal 4 in (fc’ = 4 ksi, berat 115 lb/ft3) di atas dek metal baja berprofil setinggi 3 in dengan konstruksi sokongan sementara. Rusuk dek baja yang dipasan tegak lurus terhadap balok baja, mempunyai lebar rata-rata 6 in. Jika beban mati layan termasuk berat sendiri balok adalah 0,80 k/ft sepanjang balok dan beban hidup layan 1,2 k/ft, (a) tentukan profil balok, (b) tetukan jumlah stud berkepala diameter ¾ yang diperlukan, (c) hitung defleksi akibat beban hidup, (d) periksa geser balok.

1.25 Ulangi Soal 1.22 jika panjang bentang 44 ft. (Jawab. W21 x 44 dengan stud ¾ in 53 buah)

1.26 Ulangi Soal 1.22 jika panjang bentang 34 ft.

1.27 Ulangi Soal 1.24 jika beban hidup 2 k/ft. (Jawab. W18 x 40 dengan stud ¾ in 54 buah).

1.28 Dengan menggunakan data dalam Soal 1.22 tetapi menggunakan konstruksi tanpa sokongan, lakukan hal beriku: a. Pilih balok baja. b. Jika faktor reduksi stud untuk dek metal adalah 1,0, tentukan jumlah stud

berkepala ¾ in yang diperlukan. c. Periksa kekuatan balok sebelum beton mengeras. d. Hitung defleksi akibat beban hidup sebelum beton mengeras dengan asumsi

beban hidup konstruksi 25 psf. e. Tentukan defleksi akibat beban layan setelah terjadi aksi komposit. f. Periksa geser balok.

1.29 Ulangi Soal 1.26 jika panjang bentang 36 ft dan beban hidup 1,5 k/ft. (Jawab. W18 x 35 dengan stud ¾ in 48 buah).

1.30 Dengan menggunakan metode transformasi luas hitung tegangan dalam penampang terbungkus beton dari gambar di bawah, jika digunakan konstruksi tanpa sokongan. Penampang diasumksikan untuk digunakan pada bentang sederhana 30 ft dan memikul beban hidup layan 120 psf. Asumsikan n = 9, Fy = 50 ksi, fc’ = 4 ksi, dan berat volume beton 150 lb/ft3.




Gambar Soal 1.30 1.31 Ulangi Soal 1.30 jika digunakan balok W12 x 40.

1.32 Ulangi Soal 1.30 jika digunakan balok W12 x 45.



bab i balok komposit

Documents