struktur atap baja

22
MODUL 1 REVIEW 1 STRUKTUR BAJA 1 PROFIL BAJA STANDAR dan METODE DESAIN Secara umum, sistem struktur baja dapat dibagi atas tiga kategori, yaitu: struktur rangka, struktur cangkang/selaput dan struktur tipe suspensi/gantung. Struktur rangka: merupakan sistem struktur berbentuk rangka, banyak digunakan dalam sistem struktur bangunan gedung, biasanya terdiri rangka batang, balok dan kolom. Struktur cangkang/selaput: merupakan sistem struktur berbentuk kombinasi rangka dan selaput, banyak digunakan dalam industri tangki, kapal, misalnya: struktur tangki air dan badan kapal. Pada sistem struktur ini biasanya cangkang tersebut berfungsi sebagai pendukung beban, dengan elemen tarik dominan. Struktur tipe suspensi/gantung: merupakan sistem struktur berbentuk rangka dan tergantung pada kabel tarik sebagai komponen pendukung utama untuk memikul beban, misalnya jembatan gantung. Pada sistem struktur ini biasanya elemen tarik dominan. Adapun yang akan dibahas secara umum adalah berkaitan dengan kategori pertama yakni struktur rangka bangunan gedung, meliputi: rangka batang atap, balok dan kolom, keseluruhannya menggunakan profil baja standar. Didalam modul ini terdapat dua sub topik yang akan dibahas secara berturut-turut dalam setiap kegiatan belajar, yaitu: 1. Profil Baja Standar dan 2. Metode Desain Struktur Baja II Dr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT. Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘11 1

Upload: risk-ijlik

Post on 01-Dec-2015

366 views

Category:

Documents


18 download

TRANSCRIPT

Page 1: Struktur Atap Baja

MODUL 1

REVIEW 1 STRUKTUR BAJA 1

PROFIL BAJA STANDAR dan METODE DESAIN

Secara umum, sistem struktur baja dapat dibagi atas tiga kategori, yaitu: struktur rangka,

struktur cangkang/selaput dan struktur tipe suspensi/gantung.

Struktur rangka: merupakan sistem struktur berbentuk rangka, banyak digunakan dalam

sistem struktur bangunan gedung, biasanya terdiri rangka batang, balok dan kolom.

Struktur cangkang/selaput: merupakan sistem struktur berbentuk kombinasi rangka dan

selaput, banyak digunakan dalam industri tangki, kapal, misalnya: struktur tangki air dan badan

kapal. Pada sistem struktur ini biasanya cangkang tersebut berfungsi sebagai pendukung

beban, dengan elemen tarik dominan.

Struktur tipe suspensi/gantung: merupakan sistem struktur berbentuk rangka dan tergantung

pada kabel tarik sebagai komponen pendukung utama untuk memikul beban, misalnya

jembatan gantung. Pada sistem struktur ini biasanya elemen tarik dominan.

Adapun yang akan dibahas secara umum adalah berkaitan dengan kategori pertama yakni

struktur rangka bangunan gedung, meliputi: rangka batang atap, balok dan kolom,

keseluruhannya menggunakan profil baja standar. Didalam modul ini terdapat dua sub topik

yang akan dibahas secara berturut-turut dalam setiap kegiatan belajar, yaitu: 1. Profil Baja

Standar dan 2. Metode Desain

1. Profil Baja Standar

Profil baja merupakan bentuk penampang yang paling banyak digunakan di dalam sistem

struktur bangunan gedung dengan menggunakan material baja. Sebagaimana telah dijelaskan

di atas, sistem struktur bangunan gedung menggunakan profil baja pada bagian atap yang

disebut rangka atap baja dan pada bagian lantai yang disebut balok dan kolom profil baja.

Rangka atap baja, meliputi batang yang berfungsi sebagai gording dan elemen-elemen batang

pembentuk rangkap batang, yakni, batang-batang bawah dan atas, batang vertikal dan

diagonal.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 1

Page 2: Struktur Atap Baja

Yang menjadi pokok penting adalah bagaimana memilih profil baja yang sesuai dengan suatu

sistem struktur rangka, misalnya dalam sistem struktur rangka yang dilengkapi dengan rangka

batang atap kuda-kuda bangunan gedung. Bentuk dan dimensi profil baja merupakan hal

penting yang perlu difahami dalam mendesain sistem struktur rangka. Profil baja apa saja yang

akan digunakan untuk gording dan rangka batang atap, untuk balok dan kolom (tiang).

Secara umum jenis-jenis profil baja yang lazim digunakan untuk struktur rangka adalah profil

baja standar. Dalam kegiatan belajar pertama ini akan dipelajari lebih dalam lagi mengenai

profil baja standar, khususnya: ♦ Profil baja standar Jerman dan ♦ Profil baja standar

Amerika

Secara umum profil baja standar dikenal dalam empat golongan yaitu:

�♦ Profil baja produk Eropah-Barat: Belgia, Luksemburg, Jerman, Perancis, dan Nederland.

�♦ Profil baja produk Eropah-Tengah: Austria, Hongaria, dan Ceko-Slowakia.

�♦ Profil baja produk Inggris.

�♦ Profil baja produk Amerika: Amerika Serikat dan Kanada.

Karena profil-profil baja tersebut diproduksi diberbagai negara, maka akan terjadi perbedaan

dalam sistem dimensi/ukuran. Untuk negara Indonesia: biasanya digunakan profil-profil Jerman

dan profil-profil Amerika, karena itu pula modul ini hanya menjelaskan profil baja standar

Jerman dan Amerika.

1.1 Profil Baja Standar Jerman

Profil baja standar Jerman yang akan dijelaskan adalah:

♦ Profil balok I dengan flens sempit dan flens lebar

♦ Baja kanal

♦ Baja siku sama kaki dan tidak sama kaki

♦ Baja T.

Profil Balok Dengan Flens Sempit dan Flens Lebar

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 2

Page 3: Struktur Atap Baja

Gambar 1. Profil balok I dengan flens sempit Gambar 2. Profil balok I dengan flens lebar

♦ Profil Balok I Flens Sempit

Profil balok I dengan flens sempit dinyatakan dengan tanda profil I ditambahkan huruf NP dan

disertai sebuah bilangan yang menunjukkan tinggi profil dalam cm.

Contoh: I NP 10 artinya profil balok I dengan flens sempit, tinggi profil 100 mm = 10 cm.

Biasanya profil I NP ini digunakan untuk balok dan kolom struktur baja dalam ukuran panjang

normal dari 4-12 meter. Bila ingin mengetahui ukuran selengkapnya dari profil tersebut, anda

dapat melihat Tabel Profil Baja Standar Jerman.

Dari tabel profil baja diperoleh ukuran berikut untuk I NP 10, yaitu:

- Tinggi profil (h) = 100 mm- Lebar flens (b) = 50 mm

- Tebal badan (d) = 4,5 mm

- Tebal flens (t) = 6,8 mm

- Lereng pinggir dalam dari flens biasanya 1 : 7

Gambar 1. Profil balok I dengan flens sempit

♦ Profil Balok I Dengan Flens Lebar

Profil balok I dengan flens lebar juga dinyatakan dengan tanda profil I, ditambahkan dengan

huruf yang berbeda-beda yaitu: huruf DIE; DIN; DIR atau DIL dan disertai sebuah bilangan yang

menunjukkan tinggi profil (cm), misalnya: I DIE 20; I DIN 20; I DIR 20; dan I DIL 20.

DIE singkatan dari Differdange Economique (ekonomis),

DIN singkatan dari Differdange Normal,

DIR singkatan dari Differdange Renforce (diperkuat), dan

DIL singkatan dari Differdange Leger (badan tipis).

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 3

h

b

t

dh

b

t

d

h

b

t

d

Page 4: Struktur Atap Baja

Tetapi harus diingat, bahwa untuk DIE dan DIR nomor-nomor itu tidak persis sesuai dengan

ukuran tingginya profil dalam cm, demikian pula lebar flensnya berlainan ukurannya.

Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 2 berikut ini:

Gambar 2. Profil I dengan flens lebar

Supaya lebih cepat mengerti tentang perbedaaan profil I DIE, I DIN, dan I DIR, anda dapat

mengikuti contoh berikut. Misalkan I DIE 10, I DIN 10, I DIR 10, dan I DIL 10.

Dari tabel profil baja dapat dilihat ukurannya sebagai berikut:

Uraian I DIE 10 (mm) I DIN 10 (mm) I DIR 10 (mm) I DIL 10 (mm)

Tinggi profil (h) 94 100 112 100Lebar flens (b) 99 100 104 100

Tebal badan (d) 5 6,5 10 5Tebal flens (t) 8 11 17 10

Dari contoh di atas jelas terlihat bahwa

I DIE jauh lebih ekonomis bila dibandingkan dengan I DIN, I DIR, dan I DIL.

Di dalam struktur rangka biasanya I DIE, I DIN, I DIR, dan I DIL digunakan untuk balok dan

kolom dalam ukuran panjang normal dari 4 – 12 meter.

Profil Baja kanal

Profil baja kanal dinyatakan dengan tanda [ ditambahkan dengan huruf NP dan diikuti dengan

sebuah bilangan yang menunjukkan tinggi profil dalam cm.

Contoh: [ NP 12 artinya tinggi profil adalah 12 cm.

Baja kanal ini dijual dalam panjang normal dari 4-12 meter.

Baja kanal ini sering dipakai untuk gording pada struktur rangka. Tetapi banyak juga dipakai

untuk kolom yang terdiri atas dua buah profil yang dijadikan satu dengan pelat-pelat kopel.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 4

h

b

t

d

Page 5: Struktur Atap Baja

Untuk mengetahui ukuran selengkapnya, silahkan dilihat dalam tabel profil baja. Untuk lebih

jelasnya dapat anda lihat Gambar 3 berikut.

Gambar 3. Profil Baja Kanal

Baja Siku Sama Kaki Dan Tidak Sama Kaki

Profil ini dinyatakan dengan tanda L dengan tiga buah bilangan yang menunjukkan tinggi, lebar,

dan tebal profil dalam mm. Baja siku ini dijual dalam panjang normal dari 3 – 6 meter.

Baja siku sama kaki menunjukkan tinggi profil sama dengan lebar profil. Sedangkan baja siku

tidak sama kaki tentu tinggi profil tidak sama dengan lebar profil.

Contoh Baja Siku Sama Kaki: L100.100.10.

L100.100.10. artinya tinggi profil 100 mm, lebar profil 100 mm, dan tebal profil 10 mm.

Contoh Baja Siku Sama Kaki: L100.150.10.

L100.150.10. artinya lebar profil 100 mm, tinggi profil 150 dan tebal profil 10 mm.

Untuk lebih jelas anda melihat Gambar 4. dan Gambar 5. berikut ini:

Gambar 4. Baja Siku Sama Kaki Gambar 5. Baja Siku Tidak Sama Kaki

Dalam struktur rangka, baja siku ini dipakai untuk menghubungkan elemen-elemnen struktur

yang dikeling, dan juga dipakai untuk batang-batang rangka kuda-kuda, yakni untuk batang

vertikal, batang diagonal, dan batang horisontal.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 5

Page 6: Struktur Atap Baja

Profil Baja T

Profil ini dinyatakan dengan tanda T dengan sebuah bilangan yang menunjukkan tinggi profil

dan lebar profil dalam cm.

Contoh: T 20 artinya tinggi profil 20 cm dan lebar profil 20 cm, sedangkan ukuran tebalnya

dapat dilihat di tabel profil baja. Dan profil ini dinamakan baja T sama sisi.

Sedangkan baja T tidak sama sisi adalah b = 2h, ini artinya lebar profil sama dengan 2 kali

tinggi profil (rusuk). Ukuran panjang normal profil ini dari 3-12 meter.

Profil baja T tidak banyak dipakai dalam sistem struktur baja, umumnya dapat dipakai sebagai

batang-batang pekerjaan rangka batang kuda-kuda dalam struktur-struktur menggunakan

sambungan las. Untuk lebih jelasnya profil baja T dapat anda lihat pada Gambar 6. dan Gambar

7. berikut:

Gambar 6. Baja T Sama Sisi Gambar 7. Baja T Tidak Sama Sisi

1.2 Profil Baja Standar Amerika

Profil Baja Standar Amerika yang dijelaskan di dalam modul ini adalah:

♦ Wide Flange Shapes

♦ Structural Tees

Berikut ini akan dijelaskan secara berurutan:

♦ Wide Flange Shapes

Wide Flange Shapes adalah profil balok dengan flens lebar.

Wide flange ditemukan oleh Henry Grey sehingga profil ini sering disebut balok-balok Grey.

Wide Flange Shapes dinyatakan dengan tanda WF dan dengan dua bilangan.

Contoh: WF 18 x 96 artinya tinggi profil 18 inchi dan berat profil 96 lbs/ft.

Tetapi ada juga Wide Flange dinyatakan dengan tanda WF dan empat buah bilangan untuk

menunjukkan ukuran.

Contoh: WF 200 x 200 x 8 x 12 artinya tinggi profil 200 mm, lebar flens 200 mm, tebal badan

8 mm, dan tebal flens 12 mm.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 6

Page 7: Struktur Atap Baja

Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 8 berikut ini. Didalam struktrur rangka biasanya profil

WF digunakan untuk balok dan kolom.

Gambar 8. Wide Flange Shapes

Karena kemajuan teknologi, maka profil WF lebih efisien dan semakin banyak digunakan bila

dibandingkan dengan profil DIR, DIN, DIE, dan DIL.

♦ Structural Tees

Structural Tees adalah baja T yang bentuknya mirip dengan baja T standar Jerman.

Profil T struktural dibuat dengan membelah dua profil sayap lebar atau balok I WF.

Profil T struktural dinyatakan dengan tanda ½ WF

Contoh: ½ WF 200 x 200 x 8 x 12 artinya tinggi profil T struktural 100 mm, lebar flens 200

mm, tinggi badan 8 mm, dan tebal flens 12 mm.

(Coba bandingkan dengan Wide Flange Shapes WF 200 x 200 x 8 x 12 yang di atas, tinggi

profil T persis dengan profil ½ WF , bukan ?).

Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 9 berikut dan mengenai ukurannya perhatikan tabel

konstruksi baja yang menunjukkan profil ini.

Gambar 9. Bentuk Penampang Profil T

Kalau baja T standar Jerman tidak banyak digunakan dalam sistem struktur baja di Indonesia,

tetapi profil T struktur baja di Indonesia sebagai batang pada struktur rangka.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 7

Page 8: Struktur Atap Baja

1.3 Kesimpulan

Profil-profil baja yang digunakan di Indonesia adalah profil baja standar Jerman dan profil baja

standar Amerika. Tetapi karena kemajuan teknologi selalu menggunakan profil yang lebih

efisien, maka penggunaan profil WF semakin digemari, karena lebih efisien bila dibandingkan

dengan profil I NP, I DIE, I DIR, dan I DIL, profil I NP, I DIE, I DIN, I DIR, I DIL.

IWF biasanya digunakan untuk kolom dan balok pada struktur rangka.

Baja kanal [ biasanya digunakan untuk gording, tetapi bisa juga digunakan untuk kolom tetapi

terdiri dari dua buah profil yang dijadikan satu dengan pelat kopel.

Sedangkan baja siku ∟ dan baja T biasanya digunakan untuk batang-batang dari pekerjaan

rangka batang kuda-kuda.

2. METODE DESAIN STRUKTUR BAJA

Perencanaan struktur adalah kombinasi seni dan ilmu pengetahuan yang

menggabungkan intuisi para ahli struktur mengenai perilaku struktur dengan pengetahuan

prinsip-prinsip statika, dinamika, mekanika bahan, dan analisis struktur, untuk

menghasilkan struktur yang ekonomis dan aman selama masa layannya.

Metode perhitungan yang berdasarkan keilmuan harus menjadi pedoman dalam proses

pengambilan keputusan, namun tidak untuk diikuti secara membabi buta. Kemampuan intuisi

yang dirasionalkan oleh hasil-hasil perhitungan dapat menjadi dasar poses pengambilan

keputusan yang baik.

Struktur optimum dicirikan sebagai berikut:

a. biaya minimum,

b. bobot minimum,

c. periode konstruksi minimum,

d. kebutuhan tenaga kerja minimum,

e. biaya manufaktur minimum,

f. manfaat maksimum pada saat layan.

Kerangka perencanaan struktur adalah proses penentuan jenis struktur dan pendimensian

komponen struktur demikian sehingga beban kerja dapat dipikul secara aman, dan

perpindahan yang terjadi dapat ditolerir oleh syarat-syarat yang berlaku.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 8

Page 9: Struktur Atap Baja

Prosedur perencanaan secara iterasi dilakukan sebagai berikut:

1. Perancangan.penetapan fungsi-fungsi struktur dan kriteria keberhasilan yang optimum.

2. Penetapan konfigurasi struktur preliminari berdasarkan step 1.

3. Penetapan beban-beban kerja yang harus dipikul.

4. Pemilihan tipe dan ukuran preliminari komponen struktur berdasarkan step 1, 2, 3.

5. Analisis struktur untuk menetapkan gaya-gaya-dalam dan perpindahan.

6. Evaluasi perancangan struktur optimum

7. Perencanaan ulang dari step 1 s/d 6.

8. Perencanaan akhir untuk menguji step 1 s/d 7.

Pembebanan

Beban kerja pada struktur atau komponen struktur dapat ditetapkan berdasarkan peraturan

pembebanan yang berlaku. Pada struktur baja terdapat tiga jenis beban yaitu: beban mati

(tetap), beban hidup (sementara) dan beban tambahan.

Beban mati (tetap) adalah beban-beban yang bersifat tetap selama masa layan, antara lain

berat sendiri profil baja struktur dan seluruh bahan-bahan bangunan yang lain yang secara

tetap akan didukung profil tersebut, misalnya pipa-pipa, saluran-saluran listrik, AC/heater,

lampu-lampu, penutup lantai/atap, dan plafon.

Beban hidup (sementara) adalah beban-beban yang berubah besar dan lokasinya selama

masa layan, antara lain berat manusia, perabotan, peralatan yang dapat dipindah-pindah,

beban-beban lalu lintas kendaraan, dan barang-barang lainnya, termasuk beban dinamis mesin.

Beban tambahan: terdiri dari beban-beban dengan waktu pembebanan yang singkat seperti

beban angin, gaya akibat pengereman kendaraan, gaya akibat goncangan dari gempa bumi

(beban gempa).

Beban angin adalah tekanan-tekanan yang berasal dari gerakan-gerakan angin.

Umumnya perlu diperhitungkan pada luas bidang tangkap angin yang relatif luas pada

bangunan dengan beban-beban yang relatif ringan.

Beban gempa adalah gaya-gaya yang berasal dari gerakan-gerakan tanah

dikombinasi dengan sifat-sifat dinamis struktur. Karena seringkali percepatan horisontal

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 9

Page 10: Struktur Atap Baja

tanah lebih besar daripada percepatan vertikal, dan struktur secara umum lebih sensitif

terhadap gerakan horisontal daripada gerakan vertikal, maka pengaruh gempa horisontal

seringkali lebih menentukan daripada pengaruh gempa vertikal.

Setiap beban yang didukung suatu profil baja akan mengakibatkan tegangan yang berbeda-

beda pada profil tersebut, karena tergantung dari luas penampang profil tersebut.

Dalam kegiatan belajar ini dapat dipelajari lebih dalam tentang metode desain yang berkaitan

dengan tegangan yang terjadi pada profil penampang baja.

Desain struktur harus memenuhi kriteria kekuatan (strength), kemampuan layan

(serviceability) dan ekonomis (economy).

Kekuatan berkaitan dengan kemampuan umum dan keselamatan struktur pada kondisi

pembebanan yang ekstrem. Struktur diharapkan mampu bertahan meskipun terkadang

mendapat beban yang berlebihan tanpa mengalami kerusakan dan kondisi yang

membahayakan selama waktu pemakaian struktur tersebut.

Kemampuan layan mengacu pada fungsi struktur yang sesuai, berhubungan dengan

tampilan, stabilitas dan daya tahan, mengatasi pembebanan, defleksi, vibrasi, deformasi

permanen, retakan dan korosi, dan persyaratan-persyaratan desain lainnya.

Ekonomis mengutamakan pada keseluruhan persyaratan biaya material, pelaksanaan

konstruksi dan tenaga kerja, mulai tahapan perencanaan, pabrikasi, pendirian dan

pemeliharaan struktur.

Secara umum ada dua filosofi perencanaan yang dipakai dewasa ini, yaitu:

Filosofi perencanaan tegangan kerja-elastis (working stress design), elemen struktur harus

direncanakan sedemikian rupa hingga tegangan yang terjadi/dihitung akibat beban kerja, atau

servis, tidak melampaui tegangan izin yang telah ditetapkan.

Tegangan izin ini ditentukan oleh peraturan bangunan atau spesifikasi untuk mendapatkan

faktor keamanan terhadap tercapainya tegangan batas, seperti tegangan leleh minimum atau

tegangan tekuk (buckling).

Setiap beban yang didukung suatu profil baja akan mengakibatkan tegangan yang berbeda-

beda pada profil tersebut, karena tergantung dari luas penampang profil tersebut. Masih

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 10

Page 11: Struktur Atap Baja

ingatkah hukum Hooke?. Tegangan adalah besarnya gaya dibagi dengan luas penampang

suatu profil baja.

Dalam kegiatan belajar ini dapat dipelajari lebih dalam tentang metode desain yang berkaitan

dengan tegangan yang terjadi pada profil penampang baja.

Tegangan dihitung harus berada dalam batas elastis, yaitu tegangan sebanding dengan

regangan.

Filosofi perencanaan keadaan batas (limit state)

Filosofi ini adalah metode yang umumnya disebut “perencanaan kekuatan batas”, “perencanaan

kekuatan”, “perencanaan plastis”, “perencanaan faktor beban”, “perencanaan batas” dan istilah

yang terbaru adalah: LRFD Load and Resistance Factor Design. atau “Perencanaan faktor

tahanan dan beban”.

Keadaan batas adalah istilah umum yang berarti “suatu keadaan pada struktur bangunan di

mana bangunan tersebut tidak dapat memenuhi fungsi yang telah direncanakan”.

Keadaan batas dapat dibagi atas dua kategori: kekuatan dan kemampuan layan

1) Keadaan batas kekuatan (strength), dan

2) Kemampuan layan (serviceability).

Keadaan batas kekuatan (atau keamanan) adalah kekuatan daktilitas maksimum (biasa disebut

kekuatan plastis), tekuk, lelah (fatigue), pecah (fracture), guling, dan geser.

Keadaan batas kemampuan layan berhubungan dengan penghunian bangunan, seperti

lendutan, getaran, deformasi permanen, dan retak.

Dalam perencanaan keadaan batas, keadaan batas kekuatan atau batas yang berhubungan

dengan keamanan dicegah dengan mengalikan suatu faktor pada pembebanan.

Berbeda dengan perencanaan tegangan kerja yang meninjau keadaan pada beban kerja,

peninjauan pada perencanaan keadaan batas ditujukan pada ragam keruntuhan (failure

mode) atau keadaan batas dengan membandingkan keamanan pada kondisi keadaan batas.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 11

Page 12: Struktur Atap Baja

2.1 Metode Tegangan Izin atau ASD (Allowable Stress Design)

Metode ASD (Allowable Stress Design) merupakan metode konvensional dalam perencanaan

sistem struktur. Metode ini menggunakan beban servis sebagai beban yang harus dapat

ditahan oleh material penampang elemen struktur.

Agar struktur aman maka harus direncanakan bentuk dan kekuatan bahan yang mampu

menahan beban tersebut. Tegangan maksimum yang diizinkan terjadi pada suatu struktur saat

beban servis bekerja harus lebih kecil atau sama dengan tegangan leleh ( ).

Untuk memastikan bahwa tegangan yang terjadi tidak melebihi tegangan leleh ( ) maka

diberikan faktor keamanan terhadap tegangan izin yang boleh terjadi.

= tegangan yang terjadi (MPa).

= tegangan izin (MPa).

=tegangan leleh baja (MPa).

= safety factor (faktor keamanan)

Besaran faktor keamanan yang diberikan umumnya sama dengan 1,5, sehingga boleh

dipastikan bahwa tegangan maksimum yang diizinkan terjadi adalah 2/3 yang berarti juga

akan terletak pada daerah elastis.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 12

Page 13: Struktur Atap Baja

Perencanaan memakai ASD akan memberikan penampang yang lebih konvensional.

♦ Tegangan izin untuk beban tetap

Tegangan normal yang diizinkan sama dengan tegangan dasar:

Tegangan geser yang diizinkan sama dengan 0,58 kali tegangan dasar:

♦ Tegangan izin untuk beban sementara

Tegangan dasar izin: atau tegangan normal izin :

Untuk elemen baja yang mengalami kombinasi tegangan normal dan tegangan geser, maka

tegangan idiil yang terjadi tidak boleh melebihi tegangan dasar .

Besarnya tegangan idiil digunakan rumus Huber Henky:

Harga Tegangan dasar baja tergantung dari jenis baja, misalnya: Bj 34 (Fe310), Bj 37 (Fe 360),

Bj 44 (Fe 430), dan Baja 52 (Fe 510). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam Tabel 1

mengenai harga tegangan dasar saja.

Tabel 1. Harga Tegangan Dasar

Macam BajaTegangan Leleh Tegangan Dasar

Kg/cm2 MPa Kg/cm2 MPa

Bj 34 2100 210 1400 140

Bj 37 2400 240 1600 160

Bj 41 2500 250 1666 166,6

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 13

ε

σ Daerah Elastis

Batas Proporsional

Titik Leleh

Tegangan izin

Page 14: Struktur Atap Baja

Bj 44 2800 280 1867 186,7

Bj 50 2900 290 1933 193,3

Bj 52 3600 360 2440 244

Keterangan:

Harga-harga yang tercantum diatas adalah untuk elemen-elemen yang tebalnya < 40 mm.

Untuk elemen-elemen yang tebalnya (t) lebih dari 40 mm, tetapi kurang dari 100 mm

(40 mm < t < 100 mm), harga-harga diatas harus dikurangi 10%.

Untuk memberikan pemahaman yang lebih jelas, silahkan anda ikuti contoh berikut ini.

Contoh 1: Diketahui suatu elemen baja yang terbuat dari jenis baja Bj 37.

Ditanya: berapakah tegangan normal izin ( ) untuk beban tetap?

Jawab: Untuk beban tetap, tegangan normal izin adalah .

Lihat tabel 1 untuk Bj 37 tegangan dasarnya = 1600 kg/cm2, maka =1600 kg/cm2.

Contoh 2: Diketahui suatu elemen baja yang terbuat dari jenis Baja Bj 37.

Ditanya: berapakah tegangan normal izin ( ) untuk beban sementara?

Jawab: Untuk beban sementara, tegangan normal izin adalah:

Lihat tabel 1 untuk baja Bj 37 Tegangan dasarnya ( ) = 1600 Kg/cm2, maka

= 1,3x1600 kg/cm2 = 2080 kg/cm2

Contoh 3: Diketahui suatu elemen baja yang terbuat dari jenis baja Bj 37 yang tebalnya 50 mm.

Ditanya: berapakah harga tegangan dasar?

Jawab: Untuk elemen baja yang tebalnya lebih dari 40 mm dan kurang dari 100 mm, maka

tegangan dasarnya dikurangi 10%.

Dari tabel 1 diketahui untuk Bj 37 tegangan dasar = 1600 kg/cm2.

Untuk Bj tegangan dasar = 1600 kg/cm2

Maka Bj 37 (t=50 mm) = 1600 kg/cm2 – 10% (1600) = 1600 kg/cm2 – 160 kg/cm2= 1440 kg/cm2

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 14

Page 15: Struktur Atap Baja

Kesimpulan untuk Metode Tegangan Izin

Di dalam perencanaan struktur baja, tegangan yang timbul tidak boleh melebihi tegangan izin

dari setiap elemen baja yang digunakan, karena tegangan izin tersebut berkaitan dengan

regangan dari suatu jenis baja. Makanya untuk baja bangunan hendaknya dipakai konstanta

modulus elastisitas (E)= 2.100.000 kg/cm2.

Tegangan izin dari bahan baja juga dipengaruhi jenis pembebanan yaitu beban tetap dan beban

sementara. Untuk pembebanan sementara tegangan dasarnya dinaikkan sebesar 30%.

Harga-harga tegangan dasar yang tercantum didalam Tabel 1 tersebut diatas adalah untuk

elemen-elemen yang tebalnya kurang dari 40 mm, sedangkan untuk elemen-elemen yang

tebalnya lebih dari 40 mm, tetapi kurang dari 100 mm, maka harga-harga tersebut harus

dikurangi 10%.

2.2 Metode LRFD atau Load and Resistance Factor Design

Metode LRFD (Load and Resistance Factor Design) lebih mementingkan perilaku bahan atau

penampang pada saat terjadinya keruntuhan.

Seperti diketahui bahwa suatu bahan (khususnya baja) tidak akan segera runtuh ketika

tegangan yang terjadi melebihi tegangan leleh ( ), namun akan terjadi regangan plastis pada

bahan tersebut.

Apabila tegangan yang tejadi sudah sangat besar maka akan terjadi strain hardening yang

mengakibatkan terjadinya peningkatan tegangan sampai ke tegangan runtuh/tegangan ultimate

( ). Pada saat tegangan ultimate dilampaui maka akan terjadi keruntuhan bahan.

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 15

σ

ε

Batas Proposional

Kekuatan Batas

Keruntuhan

Page 16: Struktur Atap Baja

Metode LRFD umumnya menggunakan perhitungan dengan menggunakan tegangan ultimate (

) menjadi tegangan izin, namun tidak semua perhitungan metode LRFD menggunakan

tegangan ultimate ( ), ada juga perhitungan yang menggunakan tegangan leleh ( ), terutama

pada saat menghitung deformasi struktur yang mengakibatkan ketidakstabilan struktur tersebut.

Metode LRFD menggunakan beban terfaktor sebagai beban maksimum pada saat terjadi

keruntuhan. Beban servis akan dikalikan dengan faktor amplikasi yang tentunya lebih besar dari

1 dan selanjutnya akan menjadi beban terfaktor.

Selain itu kekuatan nominal (kekuatan yang dapat ditahan bahan) akan diberikan faktor

resistensi juga sebagai faktor reduksi akibat dari ketidak sempurnanya pelaksanaan di

lapangan/pabrik.

=Faktor resistansi (Faktor reduksi kekuatan) atau faktor tahanan

= Kuat nominal material penampang (kN)

= Faktor beban (load factor)

= Beban servis (layan) (kN)

Besaran faktor resistansi berbeda–beda untuk setiap perhitungan kekuatan yang ditinjau,

misalnya: untuk kekuatan tarik digunakan faktor reduksi 0,9 dan untuk kekuatan tekan

digunakan faktor reduksi 0,75.

Dapat dilihat bahwa untuk penampang yang sama hasil kekuatan nominal yang akan didapat

dari metode LRFD akan lebih tinggi dari metode ASD.

========================================================================

Struktur Baja IIDr. Ir. Djamal Muhammad Abdat, MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘11 16