perencanaan balok komposit

7/22/2019 Perencanaan Balok Komposit

1/15

5.9. Perencanaan Balok Komposit dengan Load and Resistance

Factor Design (LRFD)Perencanaan dengan Load and Resistance Factor Design (LRFD) mendasarkan

perencanaan dengan membandingkan kekuatan struktur yang telah diberi suatu faktor

resistensi () terhadap kombinasi beban terfaktor yang direncanakan bekerja padastruktur tersebut. Faktor resistensi ini diperlukan untuk menjaga kemungkinan

kurangnya kekuatan struktur, sedangkan faktor beban digunakan untuk mengantisipasi

kemungkinan adanya kelebihan beban.

Pada struktur komposit, LRFD diterapkan sebagai konsep kekuatan nominal

(kekuatan ultimit). onsep ini lebih mudah dipahami tanpa perlu usaha

mengkon!ersikannya menjadi beban layanan berdasarkan Allowable Stress Design

(ASD). ekuatan momen nominal penampang komposit tergantung pada tegangan lelehdan sifat"sifat penampang balok baja, kekuatan slab beton serta kekuatan alat

penyambung geser yang mentransfer interface shearantara slab beton dan balok baja.

Gambar 5.9 Distribusi Tegangan Plastis pada Kekuatan Momen Nominal Mn

ekuatan momen nominal yang akan dibahas adalah #nberdasarkan distribusi

tegangan plastis, perhitungan tergantung pada letak sumbu netral plastis apakah terletak

pada slab beton ataukah pada penampang baja.

5.9.!. "umbu Netral Plastis Terletak Pada "lab

$erdasarkan %ambar &.', dengan mengasumsikan distribusi tegangan persegisebesar ,& f*cbekerja pada kedalaman a, maka +

%aya tekan batas, - ,& f*ca b

%aya tarik batas, - /sfyPada kondisi ini, -

inggi blok tegangan tekan +

a -/ f

,& f0 b

s y

c 1

(&.23)

$esarnya kekuatan momen nominal, #n +

Bab V Struktur Komposit BajaBeton V 2


2/15

#n - d2atau d2 (&.2&)

dengan +

d2- d45 6 t " a45 (&.27)

5.9.#. "umbu Netral Plastis Pada Balok Ba$a

/pabila tinggi blok tegangan tekan a melampaui ketebalan slab (%ambar &.7),

maka gaya tekan batas pada slab +

c - ,& f*cb1t (&.28)

%aya tekan pada balok baja yang terletak di atas sumbu netral sebesar s. %aya

tarik batas * yang sekarang besarnya lebih kecil dari / sfyharus sama dengan jumlah

gaya"gaya tekan +

* - c6 s (&.2)

dan juga* - ,& (/sfy" s) - ,& (/sfy" ,& f*cb1t) (&.2')

ekuatan momen nominal pada kondisi ini +

# - cd*56 sd95 (&.5)

d*5dan d95dapat dilihat pada %ambar &.'.

%onto& "oal '

entukan kapasitas momen nominal penampang komposit yang terdiri dari

profil :F & ; 5 ; 22 ; 2', mutu baja $< =8 dan pelat beton dengan tebal 5 cm,

kekuatan beton 55,& #Pa, jarak antar gelagar 5,& m dengan bentang 2 m.

Penyelesaian +

:F & ; 5 ; 22 ; 2' + / - 2=2,= cm, bf- 5,2 cm, h - &,7 cm

$aja $< =8 + f - 53 #pa

lebar efektif +

2). b1 - L 4 3 - 2 4 3 - 5& cm

5). b1 - b - 5& cm

=). b1 - bf6 27 ts - 5,2 6 27 ; 5 - =3,2 cm

digunakan b1 - 5& cm

tinggi blok tegangan segiempat +

a -/ f

,& f0 b

s y

c 1

-2=2 =, ; 53((

(,)& ; 55& ; 5&(

- 7,&'2 cm > ts

Gambar 5.! Distribusi Tegangan %onto& "oal '



3/15

- ,& f*ca b1 - ,& ; 55& ; 7,&'2 ; 5& - =2&25 kg

- /sfy- 2=2,= ; 53 - =2&25 kg

pemeriksaan +

- - =2&25 kg

kekuatan momen nominal +

d2 - &,745 6 5 " 7,&'245 - 35,& cm

#n - d2 6 =2&25 ; 35,& - 2=5=73',5 kgcm

%onto& "oal

entukan kapasitas momen nominal penampang komposit yang terdiri dari profil

:F 7 ; = ; 23 ; 5= mutu baja $< 32 dan pelat beton dengan tebal 5 cm, kekuatan

beton 2& #Pa, jarak antar gelagar 5 m dengan bentang 2 m.

Penyelesaian +

:F 7 ; = ; 23 ; 5= + / - 555,3 cm5

bf - =,5 cm

h - &',3 cm, tf - 5= mm

$aja $< 32 + f y - 5& #Pa

lebar efektif +

2). b1 - L 4 3 - 2 4 3 - 5& cm

5). b1 - b - 5 cm

=). b1 - bf 6 27 ts - =,5 6 27 ; 5 - =&,5 cm

digunakan b1 - 5 cmtinggi blok tegangan segiempat +

a -/ f

,& f0 b

s y

c 1

-555 3 5&, ;

,& ; 2& ; 5 - 52,3 cm? ts - 5 cm

Gambar 5.!! Distribusi Tegangan %onto& "oal

c - ,& f*ctsb1 - ,& ; 2& ; 5 ; 5 - &2kg

s - ,& (/sfy" ,& f*ctsb1) - ,& ( 555,3 ; 5& " &2)

- 5= kg

dengan asumsi bah@a hanya bagian flens yang berada dalam tekan, maka +

Bab V Struktur Komposit BajaBeton V =


4/15

df -5=

5& ; =,5 - ,=& cm

garis berat bagian baja tarik dari sisi ba@ah adalah +

y -555 3 &' 3 5, , 4; " ,=& ; =,5 ; &',53

555,3 " ,=& ; =,5 - 5,35& cm

d*5 - &',3 " ,=&45 " 5,35& - =,55& cm

d95 - &',3 6 545 " 5,35& - 3,'8& cm

ekuatan momen nominal +

#n - sd* 6 cd9

- 5= ; =,55& 6 &2 ; 3,'8& - 5277278,& kgcm

5.9.'. *lat Pen+ambung Geser (Shear Connector)

Dalam LRFD kekuatan nominal konektor, An, digunakan secara langsungdimana disyaratkan bah@a seluruh geser horisontal pada muka pertemuan slab beton

dan balok baja harus diasumsikan ditransfer oleh konektor geser. $esarnya An adalah

tergantung dari jenisshear connectoryang dipakai +

a. !elded stud(Bs4 ds 3) +

An - ,& /sc 10f cc (&.52)

An - kekuatan nominalshear conector

/sc - luas penampang stud - d 4 3 mm

Bs - tinggi stud (mm)

ds - diameter stud (mm)

f*c - kuat tekan beton pada umur 5 hari (#Pa)

1c - modulus elastisitas beton (#Pa)

- @2,&(,32) f c0

@ - berat beton (kg4m=)

b. "hannel

An - ,= (tf6 ,& t@) Lc/sc 10f cc (&.55)

tf - tebal flens kanal (mm)

t@ - tebal badan kanal (mm)

Lc - panjang kanal (mm)

f*c - kuat tekan beton pada umur 5 hari (#Pa)

1c - modulus elastisitas beton (#Pa)


5/15

nh - Anyang diberikan (&.57)


6/15

sekunder dan beban hidup akan menyebabkan lendutan pada penampang komposit.

Lendutan total merupakan jumlah dari kedua lendutan yang terjadi.

Pada konstruksi dengan penopang, beban mati primer didukung oleh penopang

(shoring) sehingga tidak menyebabkan lendutan pada balok baja. Eemua beban baik

beban mati primer, beban mati sekunder, dan beban hidup akan didukung oleh struktur

komposit apabila beton telah mengeras dan penopang dilepas. Perhitungan harus

dilakukan dengan memperhatikan fakta bah@a beton akan mengalami rangkak akibat

pembebanan jangka panjang dan terjadinya susut. Perilaku inelastik dapat diperkirakan

dengan mengalikan rasio moduler n dengan suatu faktor yang akan mereduksi b14n.

Basilnya berupa momen inersia penampang komposit yang tereduksi untuk perhitungan

defleksi beban mati. Defleksi beban hidup biasanya dihitung berdasarkan momen

inersia penampang komposit elastis.

Lendutan harus dihitung pada beban layanan yang bekerja pada penampang

elastis, tanpa memperhatikan apakah perencanaan tampang dilakukan dengan LRFDatau /ED.

Gambar 5.!# Beban pada Gelagar "eder&ana

/pabila suatu balok bertumpuan sederhana dibebani dengan beban seperti pada

%ambar &.25, maka besarnya lendutan dapat dihitung dengan persamaan +

/kibat beban merata A +

maks -&

=)3A L

3

1 G(&.5a)

/kibat beban terpusat P +

maks -2

3)

P L=

1 G (&.5b)

$esarnya lendutan akibat beban hidup yang melebihi L4=7 dapat menyebabkan

retakan pada plester beton

5.!!. Kolom Komposit

olom komposit merupakan struktur tekan yang dibentuk dari beton pemikul

beban dan baja dalam bentuk yang berbeda dari baja tulangan (Furlong, 2'8'). Definisi

kolom komposit berdasarkan LRFD adalah kolom baja yang dibuat dari potongan baja

giling (rolled) atau builtupdan dicor di dalam beton struktural atau terbuat dari tabung

atau pipa baja dan diisi dengan beton struktural. $eberapa contoh penampang melintang

kolom komposit dapat dilihat pada %ambar &.2=.



7/15

Gambar 5.!' Berbagai Penampang Melintang Kolom Komposit

5.!!.! *nalisis kekuatan kolom pendek.

a. ekuatan kolom pendek beban sentris

ekuatan nominal maksimum untuk kolom komposit baja"beton dengan beban

sentris, atau dengan kata lain tidak ada beban momen yang bekerja pada tampang kolom

adalah +

Pma;- ,& fc(/g " /s) 6 fy/s (&.5')

b. ekuatan kolom pendek dengan beban eksentris

/danya eksentrisitas beban aksial menyebabkan terjadinya beban momen pada

kolom +

# - P e (&.=)

dengan +

# - beban

P - gaya aksial

e - eksentrisitas

Gambar 5.! Diagram -eganganTeganganTampang Kolom *ra& "umbu Kuat

dengan +


a."oncretefilled pipe b."oncretefilled tube c.Loadbearing concrete fireproofing

d2

s

.

d *

d * * *

c

d * *

y

y

d2

h


8/15

c + gaya desak beton,

s + gaya desak baja, dan

+ gaya tarik baja

d + lengan momen sd + lengan momen cd + lengan momen

maka kapasitas tampang adalah sebagai berikut +

Pn - c 6 s 6 (&.=2a)

#n - s d6 c d" d (&.=2b)

5.!!.#. *nalisis kekuatan kolom pan$ang

a. Pengaruh kelangsingan.

Pedoman beton 2'' mensyaratkan, pengaruh kelangsingan boleh diabaikan

(dengan demikian termasuk kolom pendek) bila +

2) klu4r > (=3 " 25 #2b 4#5b), untuk komponen struktur tekan yang ditahan

4diperkaku terhadap goyangan kesamping.

5) klu4r > 55, untuk komponen struktur tekan yang tidak panjang4diperkaku

terhadap goyangan kesamping.

Panjang ujung sendi eki!alen (- klu) bisa dilihat pada %ambar &.2&, %ambar&.27, dan gambar &.28.

r1 G 4& 6 1 G

1 / 4& 6 1 /

c g s t

c g s t

= (&.=5)

()

dengan +

1c - 38 f c0

Bab V Struktur Komposit BajaBeton V

PP

P

P

P P PP

( a ) R o t a s i u j u n g d i l e p a s

( b ) R o t a s i u j u n g d i k e k a n g

( c ) E a t u u j u n g d i k e k a n g , l a i n n y a d i l e p a s

( d ) P e n g e k a n g a n s e b a g i a n p a d a m a s i n g " m a s i n g u j u n g

k L - Lu u

k L - 2 Lu u

k L - > Lu u

k L - , 8 Lu u

Lu

Lu

Lu

5


9/15

Gambar 5.!5 Pan$ang /$ung "endi 0ki1alen (02ekti2) Tanpa Translasi Titik Bu&ul

Gambar 5.!3 Pan$ang /$ung "endi 0ki1alen (02ekti2) Translasi Titik Bu&ul

Dimungkinkan

Bab V Struktur Komposit BajaBeton V '

P

P

P P

PP

k L - Lu u

Lu

Lu

Lu

k L - 5 Lu u

k L ? 5 Lu u

( a ) R o t a s i u j u n g s e p e n u h n y a

d i k e k a n g

( b ) R o t a s i s a l a h s a t u u j u n gd i k e k a n g s e p e n u h n y a ,

l a i n n y a d i b e b a s k a n

( c ) R o t a s i s a l a h s a t u u j u n g d i k e k a n g s e b a g i a n , u j u n g l a i n n y a d i b e b a s k a n


10/15

Gambar 5.!4 Pan$ang /$ung "endi 0ki1alen (02ekti2) untuk Portalportalb. #etoda pembesaran momen (momen magnification method)

elangsingan kolom akan menimbulkan pembesaran momen berfaktor menjadi +

#c - b#5b 6 s#5s (&.==)

dengan +

b=

,

2 "P

P

m

u

c

2(&.=3a)

=

2

2 "P

P

u

s

2(&.=3b)


Lu

P P

L > k L > 5 Lu u u

Lu

P P

, & L > k L > , 8 Lu u u

Lu

P P

, 8 L > k L > Lu u u

Lu

P P

k L > 5 Lu u

k L u 2

( a ) P o r t a l d e n g a n p e n g a k u , p e l e t a k a n s e n d i

( c ) P o r t a l d e n g a n p e n g a k u , p e l e t a k a n j e p i t

( b ) P o r t a l t a n p a p e n g a k u , p e l e t a k a n s e n d i

( d ) P o r t a l t a n p a p e n g a k u , p e l e t a k a n j e p i t


11/15

b dan s harus diperhitungkan untuk kolom tanpa pengaku. Hntuk kolom

berpengaku, nilai s - 2,.

( )Pc

1G

klu=5

5 (&.=&a)

1G1 G 4&

d1 G

c g

s t=+

+2

(&.=&b)

Pu adalah penjumlahan gaya aksial berfaktor dari semua kolom dalam satutingkat.

Pc adalah penjumlahan beban kritis (Pc) dari semua kolom dalam satu tingkat.

Hntuk kolom berpengaku yang tidak menahan gaya trans!ersal, m- 2,.

Hntuk kolom berpengaku yang tidak menahan gaya trans!ersal,

m - ,7 6 ,3 #2b4#5b ,3 (&.=7)

dengan +

I #2b I I #5b I ,

#2b4#5b > apabila kelengkungan tunggal,

#2b4#5b


12/15

Perancangan berdasarkan LRFD memberikan batasan"batasan yang harus

dipenuhi untuk dapat digolongkan sebagai kolom komposit yaitu +

2). Penampang baja paling tidak harus 3J dari luas total penampang lintang total, jika

tidak kolom tersebut harus dirancang sebagai kolom beton bertulang biasa.As ,33Ag

5). Hntuk beton +

a. $atang tulangan longitudinal harus digunakanK batang yang memikul beban

harus kontinu pada le!el perangkaan (bila ada balok atau slab yang merangka ke

kolom)K batang longitudinal lainnya yang hanya digunakan untuk mengekang

beton dapat dipotong pada le!el rangka tersebut.

b. Eengkang lateral harus digunakanK jarak antarsengkang tidak boleh lebih dari 54=

dimensi kolom lateral terkecil.

c. Luas sengkang lateral dan tulangan longitudinal masing"masing harus lebih dari

,8 in5.4in. dari jarak antar tulangan.

d. ebal bersih beton penutup sekurang"kurangnya harus 2,& inci.

=). ekuatan betonfc+

a. $eton berat normalK = ksi fc ksi

b. $eton ringan strukturalK fc 3 ksi3). egangan leleh maksimum baja yang digunakan dalam penghitungan kekuatan

adalah && ksi untuk baja struktural maupun untuk batang tulangan,

&). etebalan dinding minimum tuntuk pipa atau tabung berisi betonK

a. Hntuk tiap lebar permukaan bdalam penampang segi empat+

b. Diameter luarDdalam penampang lingkaran

ekuatan nominal Pn dari suatu kolom komposit adalah dihitung denganmenggunakan pro!isi kekuatan kolom regular, tegangan leleh Fy diubah menjadi

tegangan leleh modifikasi Fmy, modulus elastisitas 1 menjadi modulus modifikasi 1m,

dan jari"jari girasi r menjadi jari"jari modifikasi rm, persamaan menjadi +

Hntuk pipa atau tabung dicor beton+

Fmy - Fy6 Fyr(/r4 /s) 6 ,& f*c(/c4 /s) (&.=)

dengan Fydan Fyr && ksi

1m - 5' 6 ,3 1c(/c4 /s) (&.=')

rm - rs

Hntuk baja struktural dicor beton+

Fmy - Fy6 ,8 Fyr(/r4 /s) 6 ,7 f*c(/c4 /s) (&.3)

dengan Fydan Fyr && ksi1m - 5' 6 ,5 1c(/c4 /s) (&.32)

rm - rs ,= dlenturdi mana +

Ac - luas beton

Ar - luas batangan longitudinal

As - luas bruto profil baja, pipa atau tabung

#c - modulus elastisitas beton dalam ksi



13/15

- w2,& f c0 dengan wadalah berat jenis beton dalam pcf (yaitu 23& pcf

untuk beton berat normal) danfcadalah dalam ksi

F$ - tegangan leleh minimum profil baja, pipa atau tabung

F$r - tegangan leleh minimum batang tulangan longitudinalfc - kuat tekan beton dalam 5 hari

rs - ari"jari girasi profil baja, pipa atau tabung

dlentur- dimensi keseluruhan penampang komposit dalam bidang lentur.

%onto& "oal 3

entukan kekuatan rancang pada kolom komposit 2 ; 55 yang ditunjukkan dalam

%ambar &.23. Panjang efektif - 2& ft, baja : 2& ; &=, Fy- =7 ksi, penguatan + 3 " ',

nilainya 7, ekuatan beton + f*c- & ksi

1c - (23&)2,&

& - ='3 ksi

rmy - radius putaran sekitar sumbu y - ,= (2) - &,3 in.

Penyelesaian +

c2- ,8 c5- ,7 c=- ,5

/r 4 /s- (3 ; 2) 4 2&,7 - ,5&7

/c 4 /s- (2 ; 55) 4 2&,7 - 5&,3

h = 2 2

b = 1 8

W 1 4 x 5 3

4 - # 9

Gambar 5.! Kolom Komposit

Fmy - =7 6 ,8 (&&) (,5&7) 6 ,7 (&) (5&,3) - 255,2 ksi

1m - 5'. 6 ,5 (='3) (5&,3)

- 3.=5 ksi

1m

Fmy

rm

Lc =

= ,&=5

=5,3

7,255

(=,23)3,&

)25)(2&(=

Eehingga, karena c - ,&=5 > 2,& maka menggunakan ketetapan LRFD

c5= (,&=5)5- ,5= dan

Fcr - (,7&),5=(255,7) - 2', ksi

ekuatan rancang - /sFcrc

- ,& (2',) (2&,7) - 233& kips

Bab V Struktur Komposit BajaBeton V 2=


14/15



15/15

Bagan *lir Perencanaan Balok Komposit Ba$aBeton

denganLoad and Resistance Factor Design(LRFD)

Bab V Struktur Komposit BajaBeton V 2&

#ulai

Pemilihan Profil, Perhitungan b1,

dan sifat"sifat penampang komposit

Perhitungan pembebanan dananalisa pembebanan balok

- ,& f*cb

1a K - /

sf

y

apasitas #omen $atas +#

n - d

2 - d

2

%aris netralterletak pada slabbeton M

%aris netral pada balok baja +

c- ,& f*

cb

1t

s K

s- /

sf

y K * -

c6

s

apasitas #omen $atas +#

n-

cd*

56

sd9

5

Perhitungan lendutan tergantung metode konstruksi +

%nshored construction +

lendutan a@al pada baja 6 pada penampang kompositShored "onstruction +

lendutan pada penampang komposit

ontrollendutan,

memenuhi M

Perhitunganshear connector

Eelesai

Na idak

Na

Na

idak

#u #

n

M

idak

perencanaan balok komposit

Documents