PERATURAN PERENCANAANKONSTRUKSI BAJA DI INDONESIA

KONSEP PERENCANAAN LRFD (LOAD RESISTANCE FACTOR DESIGN)

Sangat berbeda dengan kosep allowable stress Design (metode tegangan ijin)

yang digunakan selama ini dalam PPBBG-SKBI-1-3-55.1987 ( Pedoman

Perencanaan Bangunan Baja Untuk Gedung). Kosep perencanaan struktur yang

digunakan dalam LRFD mengacu pada kondisi batas struktur (limit state) yang

berupa natara lain : Kondisi leleh, putus (fracture), tekuk, dan sebagainya.

Keadana batas tersebut dapat dicapai dengan memperhitungkan kelebihan

beban atau pengurangan struktur yang terjadi pada masa layan, dibandingkan

dengan beban nominal dan kuat nominal.

Dengan mempertimbangakan berbagai kemungkinan tercapainya keadaan

batas tersebut, tingkat keandalan struktur pada konsep perencanaan LRFD

dapat diperhitungkan dari persamaan-persamaan probabilitas dengan

mengasumsikan factor beban dan factor kekuatan /tahanan (resistance) R

sebagai variable-variabel acak (random) yang tidak saling mempengaruhi.

Q

Selanjutnya perencanaan struktur dan komponen-komponennya dilakuakan dengan memenuhi persyratan kekuatan yang lebih dikenal melalui persamaan:

iin QR dimana :

Q = factor keamaan sering disebut factor reduksi kekuatan.

nR = kuat nominal komponen struktur, diambil nilai terkecil dari scenario kegagalan (kondisi batas) yang mungkil terjadi.

= factor keamaan, untuk sisi beban atau sering disebut factor pengali beban (overload vactor).

iQ = berbagai jenis beban yang direncanakan untuk memikul komponen struktur.

Terlihat bahwa beberapa “factor keamanan” diberlakuakan terhadap beban maupun kekutan struktur.

Petrrencanan struktur baja dengan LRFD dapat dilakuakan dengan

menggunakan analisis struktur secara elastis, maupun plastis. Dimana

persyratan stabilitas bagi pelat pempang maupun komponen struktur akan lebih

ketat bila menggunakan anlisis plastis. Disini akan membahas perencanaan

komponen struktur yang dilakuakn dengan analisis elastis.

FAKTOR REDUKSI KEKUATAN Factor reduksi kekuatan , diberikan untuk memperhitungkan kemungkinan

ketidaksempurnaan dan penyimpangan kekutan bahan serta perbedaan kekutan

dibandingkan dengan perhitungan kekutan toritis yang digunakan.

nR nR

Nilai , diambil lebih keci dari satu, sehingga kekutan rencana sebuah komponen struktur, , akan bernilai lebih kecil daripada kekuatan nominalnya, .

Besar nilai bervariasi menurut jenis komponen struktur dan kondisi batas yang diperhitungkan (tabel 1.1), nilai factor reduksi kekuatan semakin kecil untuk kondisi batas semakin sulit diprediksi dan berbahaya.

Tabel 1.1 Faktor reduksi kekuatan,

Komponen struktur Faktor reduksi

Komponen struktur yang memikul lentur : balok lentur murni, balok berdinding penuh, perencanaan geser pada balok dan pengaku

0.90

Komponen struktur yang memikul gaya tekan

0.85

Komponen struktur yang memikul gaya tarik untuk :- kondisi batas leleh- kondisi batas fraktur

0.900.75

Sambungan baut :Baik memikul geser, tarik ataupun kombinasi geser dan tarik

0.75

Sambungan las :- las tumpul penuh-las sudut, las pengisi, las tumpul sebagian

0.900.75

FAKTOR BEBAN (OVERLOAD FACTORS, )

Faktor ( pengali), beban diadakan untuk memperhitungkan kemungkinan

meningkatnya beban dari nilai yang minimum yang disyaratkan. Nilai

umumnya lebih dari 1.0 sehingga beban rencana yang akan dipikul struktur

ditingkatkan menjadi . Nilai factor beban yang digunakan akan tergantung

pada kombinasi beban yang diperhitungkan. Nilai factor beban untuk berbagai

kombinasi bebna ayng diperhitungkan adalah sebagai berikut :

iiQ

D4.1LaLD (6.12.1 atau )H

LaD (6.12.1 atau LH L() atau )8.0 WLaLWD L (5.03.12.1 atau )H

ELD L 0.12.1

WD 3.1(9.0 atau )0.1 E

dimana :

D = beban mati yang diakibatkan berat struktur permanent, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan menetap lainnya.

L = beban hidup, yang ditimbulkan pengguna gedung termasuk beban kejut.

La = beban hidup atap yang ditimbulkan oleh pekerja, peralatan, atau material.

H = beaban hujan, tidak termasuk gengan air.

W = beban angina.

E = beban gempa.

L = reduksi beban hidup,bila L < 5 kPa diambil 0.5 dan bila L > 5 kPa diambil 1.0.

Nilai beban-beban yang disebutkan di atas merupakan nilai minimum yang

disyaratakan pada SNI 03-1727-1989 atau penggantinya.

KOMPONEN YANG MEMIKUL GAYA TARIK

Komponen struktur baja yang memikul gaya tarik (sering disebut batang tarik ),

harus direncanakan sedemikian rupa sehingga selalu terpenuhi ;

ntu NN

uNdimana adalah kuat tarik perlu, yaitu nilai gaya tarik akibat beban terfaktor ,

diambil nilai terbesar diantara berbagai kombinasi pembebanan yang

diperhitungkan. Untuk komponen yang memikul gaya tarik, kondisi batas yang

diperhitungkan :

1. Kelelehan penampang (yielding), yaitu leleh pada seluruh penampang (bruto):

uen fAN 75.0

dimana :

gA = luas penampang kotor

yf = tegangan leleh yang digunakan dalam desain

2. Putus (fracture), yaitu retakan atau robekan pada penampang efektif :

uen fAN 75.0dimana :

eA = luas efektif penampang

uf = kekuatan (batas ) tarik yang digunakan dalam desain.

h

t

N

fy

fy

(a) kondisi batas leleh umum

NN

(b) Kondisi batas putus (fracture)

Gambar 1 Kondisi batas batang tarik

KOMPONEN YANG MEMIKUL GAYA TEKAN

Komponen struktur yang memikul gaya tekan (sering disebut batang tekan), harus

direncanakan sedemikian rupa sehingga selalu terpenuhi hubungan :

ncu NN

uNdimana adalah kuat tekan perlu, yaitu nilai gaya tekan akibat beban terfaktor,

diambil nilai terbesar di antara berbagai kombinasi pembebanan yang

diperhitungkan .

nN adalah kuat tekan nominal, yaitu nilai gaya tekan terkecil dengan

memperhitungkan berbagai kondisi batas batang tekan sebagai fungsi kondisi

tekuk, nilai factor reduksi kekutan diberikan seragam untuk semua jenis batang

tekan sebesar 0.85.

c

Beberapa kondisi batas yang harus diperhitungkan dalam perencanaan batang

tekan yaitu :

1. Kelelehan penampang (yielding)

2. Tekuk lokal (lokal buckling)

3. Tekuk lentur (flexural buckling)

4. Tekuk torsi ( torsional buckling)

Tekuk lokal adalah peristiwa menekuknya elemen plat penampang (sayap atau

badan) akibat rasio lebar-tebal yang terlalu besar. Tekuk lokal mungkin terjadi

sebelum batang/ kolom menekuk lentur. Oleh karena itu disyaratkan pula nilai

minimum bagi rasio lebar-tebal pelat penampang batang tekan.

N

N

Lk

(a) Kondisi batas tekuk lokal pada pelat badan (b) Kondisi batas tekuk lentur sepanjang bentang tak terkekang

Gambar Kondisi batas batang tekan

Tekuk lentur adalah peristiwa menekuknya batang tekan ( pada arah sumbu

lemahnya) secara tiba-tiba ketika terjadi ketidakstabilan, seperti digambarkan

pada Gambar 1.4b.

Kuatat tekan nominal pada kondisi batas ini dirumuskan dengan formula yang

dikenal sebelumnya :

y

gcrgn

fAfAN

untuk 25.0c maka 0.1

untuk 2.125.0 cc

67.06.1

43.1

maka

untuk

2.1c c 25.1untuk maka

Tekuk torsi terjadi terhadap sumbu batang sehungga menyebabkan penampang

batang tekan terputar/terpuntir. Tekuk torsi umumnya terjadi pada konfigurasi

elemen batang tertentu, seperti pada frofil siku-ganda dan fripil T. Kuat tekan

nominal pada kondisi batas ini dirumuskan sebagai berikut :

cltgnlt fAN dimana :

2

411

2 crzcry

crzcrycrzcryclt

ff

Hff

H

fff

Besaran-besaran :

,,,,,,, crzcrcltycg ffffA

dan

H

adalah parameter-parameter penampang.

KOMPONEN YANG MEMIKUL LENTUR

Komponen struktur baja yang memikul lentur direncanakan sedemikaian

rupa sehingga memenuhi persyaratan sebagai berikut :

nfu MM

uMdimana adalah struktur lentur perlu, yaitu nilai momen lentur akibat beban

terfaktor, diambil nilai terbesar dari berbagai kombinasi pembebanan yang

diperhiytungkan.

adalah kuat lentur nominal terkecil dari berbagai kombinasi batas yang

diperhitungkan. Sedangkan nilai factor reduksi kekuatan , diberikan

seragam untuk untuk jenis komponen lentur sebesar 0.90.f

nM

Kondisi batas yang diperhitungkan dalam menentukan kuat lentur nominal

sebuah balok adalah :

1. kelelehan penampang (yielding)

2. Tekuk lokal (local buckling)

3. Tekuk lateral torsi (lateral torsional buckling)

Berbeda dengan kondisi tekuk-lokal pada batang tekan, bahaya tekuk lokal pada

balok yang menerima lentur terjadi pada bagian plat penampang yang menerima

tekan. Batas maksimium rasio lebar-tebal pelat badan maupun pelat saya akan

lebih besar diban dingkan rasio untuk batang tekan.

Kondisi batas tekuk latera-torsi ditinjau dengan membagi jenis balok menurut

panjang batang yang tak tertekan secara lateral, Lb, dan menghasilakan kurva

daerah kuat lentur nominal Mn, seperti terlihat pada Gambar 1.6.

(a) Balok lentur

(b) Tampak samping

(c) Tampak samping

X

Z

X

Y

Gambar Kondisi Batas Tekuk Lentur Torsi Pada Balok Lentur

X

Z

(d) Potongan penampang

Kondisi batas lateral-torsi ditinjau dengan membagi jenis balok menurut panjang

batang yang tak terkekang secara lateral, Lb, dan menghasilkan kurva daerah kuat

lentur nominal, seperti terlihat pada Gambar di bawah ini.

Plastis sempurna Tekuk inelastis Tekuk elastis

Mr

Mp

Mn

LpLr Lb

(panjang tekuk terkekang)

Gambar Kondisi batas balok lentur

Kondisi plastis sempurna (profil I)

yxpn fSMM 12.1Kondisi tekuk elastis (profil I)

pwyybcrn MIIL

EGJEI

LCMM

2

Kondisi tekuk elastis (profil I)

ppr

pbrppbn M

LL

LLMMMCM

dimana :

yr = jari-jari girasi penampang terhadap sumbu lemah = A

I y

yI = momen inersia penampang

E = modulus elastisitas penampang

yf = tegangan leleh penampang

rf = tegangan sisa pada peampang

xS = modulus penampang elastis pada arah sumbu-X

G = modulus geser bahan = )1(2 v

E

v Poisson’s ratio

J = momen inersia polar atau konstanta punter torsi

wI = momen inersia pilin (warping) atau konstanta punter lengkung

Pemasangan penompang lateral dengan jarak yang semakain pendek akan

meningkatkan nilai sesuai dengan kurva tersebut . Pada bentang yang sangat

pendek, nilai kuat lentur nominal dapat mencapai momen plastis penampang

yang lebih besar daripada momen leleh,

bL

pM

yM

.

KOMPONEN YANG MEMIKUL KOMBINASI GAYA AKSIAL DAN LENTUR

Komponen struktur yang memikul kombinasi gaya aksial dan lentur harus

direncanakan untuk memenuhin hubungan sebagai berikut :

Untuk : ,2.0/

nct

u

N

N

maka 0.1

9

8

/

nyt

uy

nxt

ux

nct

u

M

M

M

M

N

N

Untuk : ,2.0/

nct

u

N

N

maka 0.1/

nyt

uy

nxt

ux

nct

u

M

M

M

M

N

N

Nilai parameter pada persamaan interaksi tersebut mengacu kepada harga kuat

perlu, kuat nominal, dan factor reduksi kekuatan masing-asing gaya dalam M dan

N.

Pengaruh orde kedua diperhitungkan daalam perencanaan kolom yang memikul

momen lentur dan aksial tekan dengan mengalikan besarnya momen hasil

perhitungan orde pertama dengan factor aplikasi momen.

ltsntbu MMM

momen lentur akibat beaban lateral terfaktor dan / goyangan horizontal pada kolom yang bergoyang.

= factor aplikasi momen akibat kelengkungan kolom, dihitung dengan persamaan :

dimana :

ntM = momen lentur akibat beban grafitasi terfaktor dengan mengasumsikan tidak terjadi goyangan/perpindahan horizontal pada ujung-ujung kolom.

ltM

b

1

1

crb

u

mb

N

N

C

dimana :

uN = gaya aksial terfaktor pada kolom

crbN = beban kritis elastis kolom yang dihitung dengan factor panjang tekuk,

1k , dan kelangsingan

r

L dalam arah lenturnya.

mC = factor modifikasi momen akibat pengaruh distribusi momen yang tak seragam sepanjang kolom.

s = factor amplifikasi momen akibat goyangan lantai, dapat dihitung melalui dua persamaan alternative :

1

1

1

LH

Nohu

satau :

crs

us

N

N1

1

= beban kritis elastis kolom yang dihitung dengan harga sebenarnya dari factor panjang tekuk

dimana :

uN = jumlah gaya aksial tekan terfaktor akibat beban grafitasi dari seluruh kolom pada satu tingkat struktur yang ditinjau.

crsN k dan kelangsingan

r

L

kolo dalam arah lenturnya.

oh = simpangan horizontal antar lantai dari tingkat yang ditinjau.

H = jumlah gaya horizontal yang menyebabkan goyangan sebesar oh

pada tingkat yang ditinjau.

L = tinggi kolom pada tingkat yang ditinjau.