struktur baja lanjut

Upload: herdi84

Post on 13-Oct-2015

243 views

Category:

Documents


37 download

DESCRIPTION

fgffdgfdgdbgsbsgbsbtthbatbtgbtbtgbtbeabveavb

TRANSCRIPT

  • Sindur P. Mangkoesoebroto

    SI 4112: Struktur Baja Lanjut (3 sks) (Created 27/7/06) Semester I/06_07

    (Dosen: Sindur P. Mangkoesoebroto) Tujuan: Pengenalan lapangan dan kemampuan perencanaan struktur bangunan sederhana terhadap

    berbagai kombinasi pembebanan. Silabus: Jembatan komposit, bangunan industri, menara listrik/ antena, jembatan kereta api, bangunan

    bertingkat, tugas. Waktu: Senin: jam 09:00-10:40 Jumat: jam 09:00-10:40 Tempat: Ruang 3210 Mulai kuliah: 25 Agustus 2005 UTS: 9 ~ 13 Oktober 2006 (minggu ke 8) Akhir kuliah: 15 Desember 2005 Prasyarat: SI-3212 Struktur Baja Text: Salmon & Johnson, Steel Structures: Design and Behavior, 4th ed., HarperCollins, 1996. Satuan Acara Perkuliahan: Materi Kuliah

    (minggu ke & tgl) KT

    (2006) 1 Jembatan Komposit (1,5 x 100 mt) 1(25/8),2(28/8) 2 Industrial Building (1,5 x 100 mt) 2(28/8,1/9)

    6/9

    3 Transmission Tower & Jembatan Kereta Api (2 x 100 mt) 3(4/9,8/9) 13/9 4 Multi Story/ Frames (2 x 100 mt) 4(11/9,15/9) 18/9 5 Ujian Komprehensif 5(20/9) 6 Tugas: Multi Story/ Frames (Gunakan: Word Processor (tidak ada

    tulisan tangan), Spread Sheet, Drawing CAD (no free hand drawing), SAP/ETABS/STAAD; semua electronic files dikumpul; dokumen dijilid rapi.)

    5(22/9) ~15(15/12) Libur Lebaran

    23/10~3/11

    7 Presentasi Industri 4/12 8 Pengumpulan dokumen akhir tugas UAS Presence Ticket: One grade down on the upper bound for each missing-ticket. Nilai: KT setiap topik (2~3 soal) plus ujian komprehensif (50%) dan Tugas-tugas (50%) A92 92

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 1

    JEMBATAN KOMPOSIT Hal-hal yang menjadi pertimbangan dalam perencanaan jembatan (komposit) adalah sebagai berikut: Karakteristik lalu lintas: lintas harian rata-rata, inter urban, urban, rural, dan

    sebagainya. Kelas jembatan: beban-beban yang bekerja, jumlah jalur, dan sebagainya. Karakteristik sungai: - elevasi banjir (fungsi dari periode ulang). Dimensi-dimensi awal: - panjang oprit biaya besar/kecil - panjang bentang - dua atau banyak tumpuan Sistem struktur: - jarak antar balok/girder - deck: pelat ortotropis atau beton atau Propfree - girder: baja atau beton Mutu material: fc beton, fy baja, dan sebagainya. Tekno-ekonomi: design life, Capex (Capital Expenditure), ROI (return on

    investment): IRR, NPV, Payback period, benefit cost ratio, cost benefit analisis, dan sebagainya.

    Bila semua diatas dapat dijustifikasi maka langkah selanjutnya adalah sebagai berikut: Perencanaan rinci: dimensi-dimensi rinci, shear connector, dan sebagainya Metoda pelaksanaan: - single prop, double prop, dan sebagainya. (1) Pengaruh elevasi banjir rencana dan penampang sungai. (2) Sistem struktur

    Elevasi normal

    Elevasi banjir 20 tahun

    Elevasi banjir 100 tahun

    Elevasi normal

    Elevasi banjir 20 tahun

    Elevasi banjir 100 tahun

    Elevasi banjir 50 tahun

    Check freeboard terhadap elevasi banjir rencana

    oprit jembatanoprit A B B A

    H

    C

    D D

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 2

    A adalah pelat injak (support slab) B adalah gelagar induk C adalah pilar jembatan D adalah pangkal jembatan H adalah ruang bebas Catatan:

    a) Pilar/tanah juga harus diperiksa terhadap pengaruh gerusan air dan material bawaan pada saat banjir rencana.

    b) Pangkal juga harus diperiksa terhadap tekanan aktif tanah. c) Ruang bebas harus diperiksa terhadap elevasi banjir rencana.

    Pada bahasan kali ini akan ditinjau satu bentangan balok sederhana dengan gelagar baja dan pelat beton. (3) Dimensi awal

    Lebar lajur 12 ft atau 3,60 meter. Diambil ada tiga girder per lajur sehingga spasi antar gelagar 1,80 meter dengan bentang 18 meter.

    (4) Kelas jembatan

    Jembatan akan direncanakan dengan standar muatan jembatan AASHTO klasifikasi beban HS20-44 dengan jumlah lajur sebanyak dua. Beban HS20-44 adalah sebagai berikut: a) Beban lajur

    q dan P bekerja pada seluruh lajur beban selebar 10 ft atau 3,05 meter. q = 960 kg/m selebar 3,05 meter 8250 kg selebar 3,05 meter untuk perhitungan momen P = 12000 kg selebar 3,05 meter untuk perhitungan lintang

    atau

    3,05 m

    P

    q

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 3

    b) Beban truk W = 3600 + 14400 = 18000 kg V = 4200 ~ 9000 mm sehingga demikian memberikan efek maksimum Luas bidang kontak ban adalah A = 1,4 R mm2 dimana R adalah tekanan roda dalam N. 5,2A A5,2 Arah lajur Bidang kontak ban

    (5) Mutu material Beton untuk pelat digunakan mutu K-350 atau fc = 29 MPa. Balok baja digunakan mutu fy = 240 MPa. Tulangan baja ulir fy = 400 MPa.

    (6) Perencanaan rinci

    a. Pelat beton lantai

    0,2 W = 3600 kg 0,8 W = 14400 kg 0,8 W = 14400 kg

    4200 V

    3050 1830

    610

    610

    0,4 W

    0,4 W

    0,4 W

    0,4 W

    0,1 W

    0,1 W

    S = 1,8 m S = 1,8 m

    1,83 m

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 4

    Akibat tekanan roda P = 7200 kg

    Pasal 3.24.3.1 (hal. 33) Kasus A Tulangan utama tegak lurus arah lalu lintas (belum termasuk impak):

    Momen, MH* = kg 7200 * 10

    0,6 1,8 P 10

    0,6 S +=+ = 1728 kg-m/m Momen pada pelat yang menerus, MH = 0,8 * 1728 = 1400 kg-m/m Akibat wearing surface (lapisan aus) setebal 5 cm = 0,05 m dengan berat 14 kg/m2 per 1 cm tebal 14 * 5 = 70 kg/m2 Momen akibat wearing surface,

    MWS = 101 q l2 =

    101 * 70 kg/m2 * 1m * 1,82 m2 = 23 kg-m/m

    Momen akibat berat sendiri pelat (anggap t = 20 cm) dengan berat 2400 kg/m3 atau 0,2 * 2400 kg/m2 = 480 kg/m2

    MP = 101 * 480 kg/m2 * 1m * 1,82 m2 = 156 kg-m/m

    Pengaruh impak, I = 38L

    15+ 30%

    = 38 ,81

    15+ = 0,38 0,30

    Kombinasi beban: (lihat Pers. 3-10, hal. 28, AASHTO) Mu = [M M + H (H + I)] = 1,3 [1 * (156 + 23) + 1,67 * 1400 * (1 + 0,3)] = 4194 kg-m/m Gunakan tulangan rangkap (ulir) D16-200 tebal cover 30 mm ( =0,9) dalam dalam arah tegak lurus lajur untuk selebar jembatan.

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 5

    Tulangan pembagi dimana tulangan utama tegak lurus arah lalu lintas,

    S

    120 67%

    = ,81

    120 = 90% 67% (terhadap tulangan utama) Tulangan pembagi dipasang di sisi bawah dari pelat lantai. Tulangan susut dan suhu dipasang di sisi atas pelat lantai dan besarnya 2 dari tulangan utama [ACI 7.12].

    Catatan: Ketebalan pelat minimum lantai

    a) Pelat sederhana: tmin = 30

    3) (S 1,2 + [m]

    b) Pelat menerus: tmin = 303 S+ 0,17 m

    Periksa geser pons: Tekanan roda P = 7200 kg dan Vu = [L (L + I)] = 1,3 [1,67 * 7200 * 1,3] = 20320 kg Ukuran bidang kontak roda:

    A = 1,4 * 72000 N = 100800 mm2

    A5,2 = 502 ; 5,2

    A = 200 mm

    arah lajur

    1800 1800

    D16-400

    450 450 450450450450450450

    170 Tulangan susut & suhu 2%o : D13-300

    5D13

    Tulangan pembagi

    (67%)

    3D13(33%)

    200

    502

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 6

    Ukuran bidang pons: d = 170 30 = 140 mm

    c = 340642 = 1,89

    b0 = 2 (642 + 340) = 1964 mm

    Kuat geser pons, Vc = 12d b 'f 4 2 0cc

    +

    = 0.85 12140 * 1964 * 29 89,1

    4 2

    + = 43 ton > Vu (= 20 ton) OK! b. Balok induk

    Beban lajur

    Beban hidup merata, qH = 960 kg/m *

    05,38,1 = 567 kg/m

    Beban hidup terpusat, untuk,

    Momen, PH = 8250 kg * 05,38,1 = 4870 kg

    Lintang, PH = 12000 kg * 05,38,1 = 7082 kg

    Beban mati merata,

    q

    M = [0,17 * 2400 + 5 * 14 ] * 1,8 m = 860 kg/m

    200

    502 140/2

    140/2

    70

    70

    340

    642

    1800 1800

    1800

    960 kg/m

    P

    3050

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 7

    Faktor impak,

    0,27 3818

    15 38 L

    15 I =+=+= Momen batas maksimum, ( )[ ]I H M M LMu ++=

    = 218 * 860 * 81 * 0,1 * 1,3

    ++ 1,27 * 18 * 4870 *

    41 18 * 567 *

    81 * 1,67 2

    Mu = 169 t-m

    Gaya lintang terfaktor maksimum,

    ++

    = 7082 18 * 567 * 21 1,27 * 1,67 18 * 860 *

    21 * 0,1 * 1,3 Vu

    = 44 ton Beban truk

    Tekanan roda

    Faktor distribusi, 1,06 1,71,8

    1,7S FD ===

    Garis pengaruh momen, Momen akibat truk, MT = 1,8 * 2,4 + 7,2 * 4,5 + 7,2 * 2,4 = 54 t-m

    9000 9000

    4,2 4,2

    1,8 7,2 7,2

    L 2,42,4

    4,5

    4200 4200 ~9000

    1800 kg 7200 kg 7200 kg

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 8

    Garis pengaruh gaya lintang, Lintang akibat truk, VT = 7,2 * 1 + 7,2 * 0,77 + 1,8 * 0,53 = 13,7 ton Momen dan lintang terfaktor akibat truk, Momen terfaktor, Mu = [M M + H (H + I) FD] = 1,3 [1,0 * ( 81 * 860 * 182) + 1,67 * 1,27 * 54 * 103 * 1,06] Mu = 203 t-m menentukan

    Lintang terfaktor, Vu = 1,3 [1,0 * ( 21 * 860 * 18) + 1,67 * 1,27 * 13,7 * 103 * 1,06] Vu = 50 ton menentukan

    Lebar efektif balok komposit

    81 * bentang = 81 * 18 m = 2,25 m per sisi ( 121 * bentang untuk gelagar tipe )

    21 * 1,8 = 0,9 m per sisi 6 * tpelat = 6 * 17 cm per sisi = 102 cm per sisi lebar efektif, be = 0,9 * 2 = 1,8 m

    Analisis penampang F fy = 180 a 0,85 fc

    18

    4,2 4,2

    1,87,2 7,2

    9,6

    1 0,77

    0,53

    Posisi Max.

    1800

    h

    A

    B

    t1

    t2

    170 200a

    fy

    F fy

    A/2 + 20 a/2

    0,85 fc be a

    0,85 fc

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 9

    Coba profil IWF 700.300.13.24 F = 235,5 cm2 a =

    290 * 0,85 * 1802400 * 235,5

    'f 0,85 * 180f F

    c

    y = = 12,74 cm Momen positif b Mn ditentukan sebagai berikut:

    a) Untuk penampang kompak ( pf

    f t

    2b / , pw

    th , p

    y

    b iL ): b =

    0,85 & Mn ditetapkan dari distribusi tegangan plastis penampang komposit.

    b) Untuk penampang tak-kompak: b = 0,85 & Mn ditetapkan dari

    distribusi tegangan elastis, dengan memperhatikan pengaruh shoring/propping.

    ==

    =

    110 240

    1700 f

    1700

    50 ~ 13

    24 * 2 - 700 th Untuk

    yt

    w

    b = 0,85

    Mn = F fy ( )2a - 20 2A + = 235,5 * 2400 *

    +

    212,74 - 20

    270 = 275 t-m

    Md = Mn = 0,85 * 275 t-m = 234 t-m > Mu (= 203 t-m) OK

    Perencanaan geser Perencanaan geser untuk profil simetris tunggal atau ganda tanpa pengaku dengan

    wth 260 (tanpa aksi medan tarik) adalah sebagai berikut:

    Vd = v Vn dimana v = 0,9

    dan untuk yww f

    1100 th Vn = 0,6 fyw Aw

    dimana Aw = d tw

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 10

    dan untuk ywwyw f

    1380 th

    f1100 Vn = 0,6 fyw Aw

    th1

    f1100

    wyw

    dan untuk 260 th

    f1380

    wyw

    Vn = [ ]2w

    2w

    )th(mm A 000.912 =

    N

    Untuk IWF 700.300.13.24 Aw = 700 * 13 = 9100 mm2

    50 1,3

    2,4 * 2 - 700 th

    w

    ==

    71 240

    1100 f

    1100

    yw

    ==

    Vd = Vn = 0,9 * 131 = 118 ton > Vu (= 50 ton) OK! Diafragma

    Spasi diafragma untuk berbagai-bagai tipe jembatan dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tinggi diafragma pada bentang-bentang dengan balok profil struktural adalah antara 1/3 s.d. 1/2 tinggi balok profil. Untuk balok berdinding penuh adalah 1/2 s.d. 3/4 balok dinding penuh tersebut. Diafragma dapat dibuat dari profil atau rangka (X atau V). Pada jembatan box, diafragma tersebut biasa diletakkan di dalam box. Diafragma biasanya dipasang dengan perantaraan pelat penyambung yang dilas pada kedua flens gelagar induk. Untuk kasus jembatan yang sedang dibahas, jarak diafragma adalah 4 meter. Hal tersebut dilakukan dalam upaya untuk memasang diafragma pada lokasi momen maksimum.

    Shear connector

    Pada balok komposit dimana pelat lantai beton dalam keadaan tertekan, gaya geser horisontal total yang bekerja diantara potongan dengan momen maksimum dan potongan dengan momen nol adalah Fsc dimana: 0,85 fc Ac Fsc As fy Qn

    Vn = 0,6 fyw Aw

    = 0,6 * 240 * 9100

    = 131 ton

    be

    Ac, fc

    QnAs, fy

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 11

    Kuat nominal shear connector tipe paku adalah Asc Qn = 0,5 Asc cc E 'f Asc fu (N) dimana Asc adalah luas penampang shear connector, fu adalah kuat tarik shear connector. Kuat nominal satu shear connector tipe kanal adalah Qn = 0,3 (tf + 0,5 tw) Lc cc E 'f (N) dimana tf adalah tebal flens connector, tw adalah tebal web connector, Lc adalah panjang shear connector. Jadi jumlah shear connector yang diperlukan pada potongan yang berada diantara momen-momen maksimum, positif ataupun negatif, dan momen nol adalah

    n

    sc

    QF untuk potongan dengan momen positif

    n =

    n

    'scQ

    F untuk potongan dengan momen negatif

    dimana = 0,85 Untuk persoalan yang sedang dibahas 0,85 fc Ac = 0,85 * 29 * 170 * 1800 = 754 ton Fsc As fy = 23550 * 240 = 565 ton Menentukan Digunakan connector tipe paku diameter 20 mm dan panjang 125 mm Asc = * 202 = 314 mm2 dengan fu = 370 MPa, fc = 29 MPa dan Ec = 4700 'f c untuk beton normal Ec = 4700 29 = 25310 Mpa. Qn = 0,5 Asc cc E 'f Asc fu = 0,5 * 314 25310 * 29 314 * 370 = 13,5 ton 11,6 ton Menentukan

    tf

    tw

    Lc

  • Jembatan Komposit Sindur P. Mangkoesoebroto 12

    n = 11,6 * 0,85

    565 Q

    F

    n

    sc = = 57 buah disebar merata pada balok I sepanjang setengah bentang (= 9 meter)

    Persyaratan tambahan untuk connector tipe paku 1. Diameter 2,5 * tebal pelat dimana connector dilas [20 ? 2,5 * 24 = 60 OK] 6 diameter diarah memanjang 2. Jarak as as 4 diameter diarah melintang 3. Jarak as as 8 * tebal pelat lantai total

    2/57

    9000 = 320 OK

    6 * 20=120 8 * 170=1360

    150 > 4 * 20 (=80)

    75

    75

    300

    5 mm 5 mm keliling

    50 4dd

    25

    50 25

    d 125

    d

  • Industrial Building Sindur P. Mangkoesoebroto 1

    INDUSTRIAL BUILDING Sistem struktur utama:

    - Kestabilan (termasuk penetapan asumsi tumpuan) - Kesederhanaan biaya, kemudahan pelaksanaan, kepentingan/keperluan elemen - Sistem sambungan - Estetika

    Rangka batang kuda-kuda (Rafter):

  • Industrial Building Sindur P. Mangkoesoebroto 2

    Sistem sruktur sekunder (bresing): Tidak perlu diadakan pada setiap bentang (2 ~ 3 bentang sekali).

    A adalah gording atau purlin B adalah bresing C adalah trekstang (sag rod) D adalah skoor E adalah fondasi atau perletakan Pemilihan material:

    - penutup atap: panjang jarak antar gording - rafter: , ,

    - bresing, trekstang: , , - gording: (lip channel) jarak antar rafter - sambungan: las, baut

    - tumpuan: - base plate pemasangan - sendi atau jepit tergantung tipe fondasi; fondasi dangkal sendi,

    fondasi pancang jepit (?)

    Beban-beban Beban sementara: angin, hujan, gempa Beban tetap: mati penutup atap, berat sendiri (primer & sekunder), m.e.p hidup manusia, perabot, mesin-mesin

    Kombinasi beban dan faktor beban

    Lihat Pasal 3.2.2 Standar Peraturan Baja 2000

    Analisis struktur - SAP, kremona, dan sebagainya.

    A

    B

    A

    A

    A

    A B

    B

    B

    C

    C

    C

    B

    B

    E

    E

    E

    D

    D

  • Industrial Building Sindur P. Mangkoesoebroto 3

    6.2.2 Kombinasi Pembebanan Berdasarkan beban-beban tersebut maka struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan dibawah ini: 1,4 D (6.2-1) 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (La atau H) (6.2-2) 1,2 D + 1,6 (La atau H) + (L L atau 0,8 W) (6.2-3) 1,2 D + 1,3 W + L L + 0,5 (La atau H) (6.2-4) 1,2 D + 1,0 E + L L (6.2-5) 0,9 D + (1,3 W atau 1,0 E) (6.2-6) dimana: D beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk

    dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap. L beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut,

    tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain. La beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,

    peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak.

    H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air. W beban angin. E beban gempa, yang ditentukan menurut peraturan gempa Indonesia, L = 0,5 bila L < 5 kPa, dan L = 1 bila L 5 kPa. Kekecualian: Faktor beban untuk L di dalam kombinasi Persamaan. 3.2-3, 3.2-4, dan 3.2-5 harus sama dengan 1,0 untuk garasi parkir, daerah yang digunakan untuk pertemuan umum, dan semua daerah di mana beban hidup lebih besar dari pada 5 kPa.

    Perencanaan Gording Beban-beban yang perlu diperhatikan: air/hujan angin manusia atap & insulator m.e.p

  • Industrial Building Sindur P. Mangkoesoebroto 4

    Catatan: Shear Centre (sc)

    sc berimpit c.g. akan memudahkan perencanaan. gunakan profil simetri dan atur supaya beban-beban bekerja pada sumbu

    simetrinya. Beban angin pada atap: Tekanan tiup diambil 25 kg/m2 Atap segitiga dengan sudut kemiringan , koef angin di depan adalah 0,02 - 0,4 Bila = 20o 0,02 - 0,4 = 0,02 * 20 0,4 = 0 Koefisien angin di belakang adalah - 0,4 untuk semua . Beban air pada atap: 40 0,8 = 40 0,8 * 20 = 24 kg/m2 20 kg/m2 atau Beban orang: 100 kg atau 200 kg untuk gording tepi. Beban m.e.p: anggap 10 kg/m2

    OK NG

    0

    20o

    0,4

    T

    c.g.

    T

    c.g.

    e P

    sc

    P . e = T Tz = 0

    P

  • Industrial Building Sindur P. Mangkoesoebroto 5

    Tata letak gording:

    m/e/p: 10 kg/m2 * 1,4 = 14 kg/m b . air : 20kg/m2 * 1,4 = 28 kg/m 0 angin -10 * 1,4 = -14 kg/m b . s atap + insulator 20 * 1,4 = 28 kg/m b . s gording (?) berat orang

    Vektor momen arah - x: Balok sederhana Mmax = 81 (q cos ) l2 dan 41 P cos l max =

    3845 (q cos ) l4/EI dan

    481 P cos l3/EI

    Balok diatas tiga tumpuan:

    Gording

    6000

    Tergantung pada banyak hal, antara lain: panjang gording

    1400

    100 kg

    q cos P cos

    q cos P cos

    x

    y

  • Industrial Building Sindur P. Mangkoesoebroto 6

    - tumpuan: Mmax = 81 (q cos ) l2 dan 323 P cos l

    - lapangan: Mmax = 128

    9 (q cos ) l2 dan 6413 P cos l

    max = 0,01 (q cos ) EI

    4l dan 0,015 P cos EI

    3l Balok diatas empat tumpuan: - tumpuan dan lapangan

    Mmax ~ 101 (q cos ) l2 dan

    61 P cos l

    max ~ 0,008 (q cos ) EI4l dan 0,012 P cos

    EI

    3l Vektor momen arah - y Gaya-gaya pada arah - y dianggap dipikul oleh sistem cladding, sehingga tidak menimbulkan tegangan-tegangan pada gording. Untuk gording Light Lip Channel (C > 0) modulus plastis menjadi,

    2A t B

    2A t

    2A Z 21X21 +

    = abaikan C

    += B 4AA t ZX

    Zy = A t ( )2tcy - + 2 (cy t) t (cy t)/2 + 2 (B cy)2 2t abaikan C

    Zy = t ( )[ ]2y2yy )c - (B t)- (c 2t - c A ++ Jarak sekerup cladding Lb Lp ( )yfy fi 790 =

    q cos P cos

    cy

    A

    t

    C > 0

    x

    y

    B

  • Industrial Building Sindur P. Mangkoesoebroto 7

    Flens:

    =