studi perilaku tekuk torsi lateral pada balok baja ... · bentuk profil pada balok baja adalah...

1

STUDI PERILAKU TEKUK TORSI LATERAL PADA BALOK BAJA BANGUNAN

GEDUNG DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM ABAQUS 6.7

Nama Mahasiswa : Rachmawaty Asri

NRP : 3109 106 044

Jurusan : Teknik Sipil FTSP-ITS

Dosen Pembimbing : 1. Budi Suswanto, ST. MT. Ph.D

2. Ir. Isdarmanu, M.Sc

Abstrak

Balok adalah komponen struktur yang memikul beban-beban gravitasi, seperti beban mati dan

beban hidup. Komponen struktur balok merupakan kombinasi dari elemen tekan dan tarik. Banyak

kasus balok cukup terkekang secara lateral, sehingga masalah stabilitas tidak perlu mendapat

penekanan lebih karena balok terkekang baik dalam arah sumbu kuat maupun sumbu lemahnya.

Tugas Akhir ini menganalisa perilaku elemen struktur balok baja pada bangunan gedung.

Bentuk profil pada balok baja adalah profil I yang direncanakan pada sebuah bangunan 30x22 m2

(jarak antar bentang memanjang 5 m, jarak antar bentang melintang 6 m dan 8 m) dan 2 lantai dengan

tinggi bangunan 10 m (tinggi antar lantai 5 m). Pada analisa ini balok diberikan beban gravitasi dan

variasi beban lateral sehingga balok mengalami defleksi. Hal tersebut dianalisis dengan menggunakan

program Abaqus 6.7 dan untuk analisa kapasitas penampang menggunakan program Xtract versi

2.6.2.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, didapatkan balok mengalami tekuk torsi lateral dari hasil

analisa dengan rumus empiris, dan pada struktur portal diperoleh balok mengalami perubahan

tegangan hingga 593 MPa pada arah Z, regangan maksimum sebesar -0,00778 dan defleksi

maksimum pada arah Y sebesar 8,377 mm. Selain itu didapatkan selisih antara momen nominal untuk

kapasitas penampang balok menggunakan program Xtract v2.6.2 dengan rumus empiris sebesar

4,14%.

Kata kunci : Balok Profil I, Tekuk torsi lateral, Xtract versi 2.6.2, Abaqus 6.7

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perencanaan struktur, hampir

semua balok hanya dirancang memikul momen

lentur dan geser pada sumbu mayor saja,

sedangkan dalam arah minor balok dianggap

menyatu dengan lantai sehingga tidak

diperhitungkan. Jika dalam kenyataannya perlu

perencanaan lentur dalam arah minor

(penampang bi-aksial) maka disainer harus

menghitung tersendiri, termasuk jika timbul

torsi. Sebagian besar beban torsi terabaikan

karena dianggap jarang sekali terjadi dan tidak

penting. Sulitnya memprediksi pengaruh torsi

yang terjadi sehingga efek dari torsi sering

diabaikan oleh disainer dalam merencanakan

struktur padahal torsi harus direncanakan untuk

menjamin struktur itu kuat. Namun,

perkembangan program komputer dengan

analisa tiga dimensi telah mengingatkan

disainer untuk merencanakan struktur bangunan

yang dapat menerima torsi (Trahair dan Pi

1997).

Terjadinya torsi pada tepi balok akibat

beban lateral yang tidak seimbang

mengakibatkan tekuk semakin besar. Fenomena

tekuk biasanya disebabkan oleh balok baja

yang sangat tipis sehingga mudah mengalami

tekuk oleh karena itu dibutuhkan perhitungan

analisa struktur pada profil baja yang mampu

menerima beban torsi.

Dalam Tugas Akhir ini direncanakan

sebuah bangunan gedung dengan dimensi

bangunan 30x22 m (jarak antar bentang

memanjang 5 m, jarak antar bentang melintang

6 m dan 8 m) dan 2 lantai dengan tinggi

bangunan 10 m (tinggi antar lantai 5 m).

Gedung didesain terletak di daerah zona gempa

kuat berdasarkan RSNI2 03-1726-201x. Secara

keseluruhan, perencanaan struktur gedung ini

dibuat dari struktur baja. Analisa struktur

secara umum menggunakan program SAP2000

versi 14. Sedangkan untuk analisa penampang

dengan menggunakan program Xtract versi

2.6.2 dan untuk melihat perilaku elemen

struktur menggunakan program Abaqus 6.7.

Tugas Akhir difokuskan untuk

mempelajari perilaku struktur bangunan gedung

khususnya elemen struktur balok yang

mengalami tekuk torsi lateral karena dalam

2

perencanaan struktur, terjadinya tekuk dapat

mengurangi kapasitas dari balok sehingga

balok berdeformasi dan mengalami tekuk.

Untuk desain profil menggunakan profil Wide

Flange (WF) karena pada perencanan struktur

bangunan baja, desain struktur utamanya lebih

banyak menggunakan profil WF dibandingkan

profil yang lain, selain itu profil WF cenderung

lebih menekuk pada bagian badan

dibandingkan sayapnya akibat lenturan pada

balok baja.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan dikaji dalam studi

ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana menganalisa struktur bangunan

baja khususnya pada elemen struktur balok

dengan menggunakan program SAP2000

versi 14?

2. Bagaimana menganalisa elemen struktur

balok yang mengalami tekuk torsi lateral

dengan rumus empiris?

3. Bagaimana menganalisa penampang balok


2.6.2?

4. Bagaimana mengetahui perilaku yang

terjadi pada elemen struktur balok yang

mengalami tekuk torsi lateral dengan

menggunakan program Abaqus 6.7?

5. Bagaimana membandingkan perilaku

struktur portal khususnya pada balok

dengan variasi beban lateral?

1.3 Tujuan

Dari permasalahan yang ada diatas, adapun

tujuan yang ingin dicapai dalam studi ini

adalah:

1. Dapat menganalisa struktur bangunan baja

khususnya pada elemen struktur balok

dengan menggunakan program SAP2000

versi 14.

2. Dapat menganalisa elemen struktur balok

yang mengalami tekuk torsi lateral dengan

rumus empiris.

3. Dapat menganalisa penampang balok


2.6.2.

4. Dapat mengetahui perilaku yang terjadi

pada elemen struktur balok yang

mengalami tekuk torsi lateral dengan

menggunakan program Abaqus 6.7.

5. Dapat membandingkan perilaku elemen

struktur balok dengan variasi beban lateral.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam studi ini adalah:

1. Hanya mempelajari perilaku elemen

struktur balok yang mengalami tekuk torsi

lateral saja.

2. Tidak membahas rencana anggaran biaya

dan metode pelaksanaan.

3. Tidak membahas struktur bangunan bawah

(pondasi).

4. Analisa struktur menggunakan program

SAP2000 versi 14, dan untuk minor

analysis menggunakan program Xtract

versi 2.6.2 dan Abaqus 6.7.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Baja merupakan salah satu bahan

konstruksi yang penting. Sifat-sifatnya yang

terutama penting dalam penggunaan kontruksi

adalah kekuatannya yang tinggi, dibandingkan

terhadap setiap bahan lain yang tersedia, dan

sifat keliatannya. Keliatan (ductility) adalah

kemampuan untuk berdeformasi secara nyata

baik dalam tegangan maupun dalam kompresi

sebelum terjadi kegagalan (Bowles 1984).

Salah satu kegagalan yang terjadi pada struktur

balok yaitu kegagalan akibat terjadinya tekuk

torsi lateral.

2.2 Pembebanan

Beban adalah gaya luar yang bekerja pada

suatu struktur. Besarnya beban yang bekerja

pada suatu struktur diatur oleh peraturan

pembebanan yang berlaku, sedangkan masalah

kombinasi dari beban-beban yang bekerja telah

diatur dalam SNI 03-1729-2002 Pasal 6.2.2.

Beberapa jenis beban yang ada yaitu:

2.2.1 Beban Mati Beban mati adalah berat dari semua

bagian suatu gedung atau bangunan yang

bersifat tetap selama masa layan struktur,

termasuk unsur-unsur tambahan, finishing.

Beberapa contoh berat dari beberapa komponen

bangunan penting yang sering digunakan untuk

menentukan besarnya beban mati suatu

gedung/bangunan diperlihatkan pada Tabel 2.1

berikut ini:

3

Tabel 2.1 Berat sendiri bahan bangunan dan

komponen gedung

(Sumber: Peraturan Pembebanan Indonesia

Untuk Gedung 1983)

2.2.2 Beban Hidup

Beban hidup adalah beban gravitasi yang

bekerja pada struktur dalam masa layannya dan

timbul akibat penggunaannya suatu gedung.

Beberapa contoh beban hidup menurut

kegunaan suatu bangunan ditampilkan dalam

Tabel 2.2 sebagai berikut:

Tabel 2.2 Beban hidup merata maksimum, Lo

dan beban hidup terpusat minimum

Fungsi Bangunan

Merata (kg/m

2)

Beban

terpusat kg

Toko

Eceran

Lantai pertama

Lantai diatasnya

Grosir, semua lantai

488,28

365,95

611,62

453,62

453,62

453,62

(Sumber: Tata cara perhitungan pembebanan

untuk bangunan rumah dan gedung RSNI 03-

1727-1989)

Reduksi beban hidup :

𝐿 = 𝐿𝑜 0,25 + 4,57

𝐾𝐿𝐿 ×𝐴𝑇

dimana :

L = Beban hidup desain tereduksi (kg/m2)

yang ditumpu oleh komponen struktur.

Lo = Beban hidup desain belum direduksi

(kg/m2) yang ditumpu oleh komponen

struktur (Tabel 2.2)

KLL= Faktor elemen beban hidup (Tabel 2.3).

AT = Luas tributary (m2)

Tabel 2.3 Faktor elemen beban hidup, KLL

Elemen KLL

Kolom-kolom dalam 4

Kolom-kolom luar tapa pelat kantilever 4

Kolom-kolom tepi dengan pelat pelat kantilever 3

Kolom-kolom sudut dengan pelat kantilever, 2

Balok-balok tepi tanpa pelat kantilever, 2

Balok-balok dalam 2

Semua komponen struktur yang tidak tercantum

diatas :

Balok-balok tepi dengan pelat kantilever,

Balok-balok kantilever, Pelat-pelat satu arah,

Pelat-pelat dua arah, Komponen struktur tanpa Pelat-pelat dua arah, Komponen struktur tanpa

ketentuan-ketentuan untuk penyaluran geser

menerus tegak lurus terhadap bentangnya.

1

(Sumber: Tata cara perhitungan pembebanan

untuk bangunan rumah dan gedung RSNI 03-

1727-1989)

2.2.3 Beban Angin

Beban angin adalah beban yang bekerja

pada struktur akibat tekanan-tekanan dari

gerakan angin. Beban angin sangat tergantung

dari lokasi ketinggian dari struktur. Besarnya

tiupan diambil minimum sebesar 25 kg/m2.

2.2.4 Beban gempa

Beban gempa adalah semua beban statik

ekuivalen yang bekerja pada struktur akibat

adanya pergerakan tanah oleh gempa bumi,

baik pergerakan arah vertikal maupun

horizontal. Berdasarkan RSNI2 03-1726-201x,

peluang dilampauinya beban dalam kurun

waktu umur bangunan 50 tahun adalah 2% dan

gempa yang menyebabkannya disebut Gempa

Rencana (dengan periode ulang 2500 tahun).

Nilai faktor modifikasi respon struktur dapat

ditetapkan sesuai dengan kebutuhan.

Koefisien respon seismic, Cs harus

ditentukan sesuai dengan :

Cs =SDS

R

Ie

dimana:

SDS = parameter percepatan spektrum respons

disain dalam rentang periode pendek

seperti ditentukan dari RSNI2 03-1726-

201x pasal 6.3

R = faktor modifikasi respon RSNI2 03-1726-

201x Tabel 9

Ie = faktor keutamaan hunian yang ditentukan

sesuai dengan RSNI2 03-1726-201x pada

tabel berikut:

Bahan Bangunan Berat

Baja 7850 kg/m3

Beton 2200 kg/m3

Beton bertulang 2400 kg/m3

Kayu (kelas 1) 1000 kg/m3

Pasir (kering udara) 1600 kg/m3

Komponen Gedung

Spesi dari semen, per cm

tebal

21 kg/m2

Dinding bata merah ½ batu 250 kg/m2

Penutup atap genteng 50 kg/m2

Penutup lantai ubin semen

per cm tebal

24 kg/m2

4

Tabel 2.4 Faktor keutamaan gempa

Kategori risiko Faktor keutamaan

gempa IeI atau II 1,0

III 1,25

IV 1,50

(Sumber: Standar perencanaan ketahanan

gempa untuk struktur bangunan gedung dan

non gedung RSNI2 03-1726-201x)

Nilai Cs yang dihitung sesuai dengan

RSNI2 03-1726-201x tidak perlu melebihi

berikut ini:

Cs =SD 1

T×R

Ie

Cs harus tidak kurang dari: Cs = 0,044 × SDS × Ie ≥ 0,01

Periode struktur fundamental, T, dalam

arah yang ditinjau harus diperoleh

menggunakan properti struktur dan karateristik

deformasi elemen penahan dalam analisis yang

teruji. Sebagai alternative pada pelaksanaan

analisis untuk menentukan periode

fundamental, T, diijinkan secara langsung

menggunakan periode bangunan pendekatan,

(Ta) dalam detik, yang ditentukan dari

persamaan berikut:

𝑇𝑎 = 𝐶𝑡 × h𝑛𝑥

dimana hn adalah ketinggian struktur, dalam

m,diatas dasar sampai tingkat tertinggi struktur

dan koefisien Ct dan x ditentukan berdasarkan

Table 2.5.

Tabel 2.5 Nilai parameter perioda pendekatan

Ct dan X Tipe Struktur Ct X

Sistem rangka pemikul momen dimana rangka

memikul 100 % gaya seismik yang disyaratkan dan

tidak dilingkupi atau dihubungkan dengan

komponen yang lebih kaku dan akan mencegah

rangka dari defleksi jika dikenai gaya gempa

Rangka baja pemikul momen 0,0724 0,8

Rangka beton pemikul momen 0,0466 0,9

Rangka baja dengan bresing eksentris 0,0731 0,75

Rangka baja dengan bresing terkekang terhadap

tekuk

0,0731 0,75

Semua system struktur lainnya 0,0488 0,75




Tabel 2.6 Koefisien untuk batas atas pada

periode yang dihitung

≥ 0,4 1,4

0,3 1,4

0,2 1,5

0,15 1,6

≤ 0,1 1,7

Parameter percepatan respon spectral

disain pada 1 detik S D1

Koefisien

Cu




gaya gempa lateral (Fx) (kN) yang timbul di

semua tingkat harus ditentukan dari persamaan

berikut:

𝐹𝑥 = 𝐶𝑣𝑥 × 𝑉 dan

𝑉 = 𝐶𝑠 × 𝑊 ; 𝐶𝑣𝑥 =𝑊𝑥×h𝑛

𝑘

𝑊𝑖×h𝑖𝑘𝑛

𝑖=1

dimana:

V = gaya lateral disain total atau geser

didasar struktur(kN)

Cs = koefisien respon seismik yang

ditentukan sesuai dengan RSNI2 03-

1726-201x Pasal 7.8.1

W = berat seismik efektif menurut

RSNI2 03-1726-201x pasal 7.7.2.

Cvx = faktor distribusi vertikal

Wi dan wx = bagian berat seismik efektif total

struktur (W) yang ditempatkan atau

dikenakan padatingkat i atau x

hi dan hx= tinggi (m) dari dasar sampai tingkat

padatingkat i atau x

k = eksponen yang terkait dengan periode

struktur sbagai berikut:

untuk struktur yang mempunyai periode

sebesar 0,5 detik atau kurang, k = 1

Untuk struktur yang mempunyai periode

sebesar 2,5 detik atau lebih, k = 2

untuk struktur yang mempunyai periode

antara 0,5 dan 2,5 detik, k = 2 atau harus

ditentukan dengan interpolasi linier antara 1

dan 2

geser tingkat disain gempa di semua

tingkat (Vx) (kN) harus ditentukan dari

persamaan berikut:

𝑉𝑥 = 𝐹𝑖

𝑛

𝑖=𝑥

Dimana Fi adalah bagian dari geser dasar

seismic (V) (kN) yang timbul ditingkat i.

5

Gambar 2.3 Spektrum respon disain

2.3 Kuat Nominal Lentur Penampang

Pengaruh Tekuk Lokal

2.3.1 Tekuk Lokal Sayap

Kelangsingan dari sayap untuk profil I

adalah:

=𝑏

𝑡𝑓=

𝑏

2𝑡𝑓

Untuk profil I batas antara kompak dan

tidak kompak pada SNI 03-1729-2002 (Tabel

7.5-1) adalah:

𝑝 =170

𝑓𝑦

dan batas antara tidak kompak dan balok

langsing adalah :

𝑟 =370

𝑓𝑦−𝑓𝑟

dimana :

λ = kelangsingan penampang

λp = batas maksimum untuk penampang

kompak

λr = batas maksimum untuk penampang

tidak kompak

fy = tegangan leleh baja (MPa)

fr = tegangan residu (tegangan sisa) pada

pelat sayap, untuk penampang buatan

pabrik sebesar 70 MPa dan penampang

buatan las sebesar 115 MPa

Pada zona plastis, momen nominal adalah:

𝑀𝑛 = 𝑀𝑝 = 𝑍𝑥 × 𝑓𝑦

dimana :

Mn = tahanan momen nominal

Mp = tahanan momen plastis

Zx = modulus plastis penampang

Batas antara zona tidak kompak dan

langsing, akibat adanya tegangan residu

tahanan momen elastis maksimum, Mr sebagai

berikut:

𝑀𝑟 = 𝑆𝑥 𝑓𝑦 − 𝑓𝑟

dimana:

Mr = kuat nominal yang tersedia untuk beban

layan ketika serat terluar penampang

mencapai tegangan 𝑓𝑦 (termasuk

tegangan residu)

Sx = modulus penampang

2.3.2 Tekuk Lokal Badan

Kelangsingan dari badan untuk profil I

adalah:

=𝑕

𝑡𝑤

Untuk profil I, batas dari plastis

(penampang kompak) SNI 03-1729-2002

(Tabel 7.5-1) adalah:

𝑝 =1680

𝑓𝑦

dan batas untuk daerah inelastis (penampang

tidak kompak):

𝑟 =2550

𝑓𝑦

Pada batas antara inelastis dan perilaku

elastis, momen nominal adalah:

𝑀𝑛 = 𝑀𝑟 = 𝑆𝑥 × 𝑓𝑦

Untuk tekuk sayap maupun badan,

hubungan antara dan Mn dalam daerah

inelastis adalah linear, sehingga Mn dapat

didefinisikan sebagai berikut:

𝑝 < ≤ 𝑟 → 𝑀𝑛 = 𝑀𝑝 − 𝑀𝑝 − 𝑀𝑟 −𝑝

𝑟−𝑝

2.4 Kuat Nominal Lentur Penampang

Pengaruh Tekuk Lateral

Setiap komponen struktur yang memikul

momen lentur, harus memenuhi persyaratan:

∅𝑏 × 𝑀𝑛 ≥ 𝑀𝑢 dimana:

b = faktor reduksi untuk lentur pada

komponen balok adalah 0,90

Mn = kuat nominal momen lentur dari

penampang

Mu = beban momen lentur terfaktor

Besarnya kuat nominal momen lentur

dari penampang ditentukan sebagai berikut:

2.4.1 Analisa Plastis

Agar penampang dapat mencapai kuat

nominal Mn = Mp, maka penampang harus

kompak untuk mencegah terjadinya tekuk

lokal. Syarat penampang kompak ditentukan

sesuai dengan SNI 03-1729-2002 (Tabel 7.5-1)

2.4.2 Perilaku Inelastis

Kuat momen lentur nominal dalam kasus

ini ditentukan dalam SNI 03-1729-2002 (pasal

8.3.4).

𝑀𝑛 = 𝐶𝑏 𝑀𝑟 + 𝑀𝑝 − 𝑀𝑟 𝐿𝑟 − 𝐿

𝐿𝑟 − 𝐿𝑝

≤ 𝑀𝑝

6

Untuk panjang Lr diperoleh dari persamaan

berikut:

𝐿𝑟 =𝑋1𝑟𝑦

𝑓𝐿

1 + 1 + 𝑋2𝑓𝐿2

dengan: 𝑓𝐿 = 𝑓𝑦 − 𝑓𝑟

𝑋1 =𝜋

𝑆𝑥

𝐸𝐺𝐽𝐴

2

𝑋2 = 4 𝑆𝑥

𝐺𝐽

2 𝐶𝑤

𝐼𝑦

dimana :

X1 = koefisien untuk perhitungan momen

tekuk torsi lateral (MPa)

X2 = koefisien untuk perhitungan momen

tekuk torsi lateral (1/MPa)2

Untuk momen lentur nominal harus

dihitung berdasarkan keadaan yang paling kritis

dari tekuk lokal flens, tekuk lokal web, serta

tekuk torsi lateral. Untuk membatasi terhadap

tekuk lokal flens serta tekuk lokal web, SNI 03-

1729-2002 (pasal 8.2.4). Sedangkan kondisi

batas untuk tekuk torsi lateral ditentukan dalam SNI 03-1729-2002 (pasal 8.3.4).. Dengan

faktor pengali momen Cb, ditentukan oleh

persamaan Kirby and Nethercot (Galambos dan

Surovek 2008) sebagai berikut:

𝐶𝑏 =12.5 𝑀𝑚𝑎𝑥

2.5𝑀𝑚𝑎𝑥 +3𝑀𝐴 +4𝑀𝐵+3𝑀𝐶 ≤ 2,3

dimana :

Cb = koefisien momen lentur

Mmax = momen maksimum sepanjang bentang

yang ditinjau

MA = momen pada ¼ bentang tak terkekang

MB = momen pada tengah bentang tak

terkekang

MC = momen pada ¾ bentang tak terkekang

2.4.3 Perilaku Elastis

Kasus ini terjadi bila L > Lr dan

kelangsingan dari flens serta web tak melebihi

𝑟 (penampang kompak). Kuat nominal momen

lentur dalam kondisi ini ditentukan sebagai

berikut:

𝑀𝑛 = 𝑀𝑐𝑟 = 𝐶𝑏 .𝜋

𝐿 𝐸. 𝐼𝑦 . 𝐺. 𝐽 +

𝜋 .𝐸

𝐿

2

𝐼𝑦 . 𝐶𝑤

dengan:

𝐶𝑤 = 𝐼𝑦𝑕2

4

𝐽 = 1

3𝑛𝑖=1 × 𝑏 × 𝑡3

dimana :

Mcr = momen kritis terhadap tekuk torsi

lateral (N-mm)

E = modulus elastisitas (200000 MPa)

Iy = momen inersia arah y (mm4)

G = modulus geser (80000 MPa)

J = konstanta puntir torsi (mm4)

Cw = konstanta puntir lengkung (mm6)

2.6 Defleksi Pada Balok

Apabila suatu beban menyebabkan

timbulnya lentur, maka balok pasti akan

mengalami defleksi atau lendutan seperti pada

Gambar 2.8 berikut.

Gambar 2.8 Defleksi pada balok terbagi merata

pada dua perletakan sederhana

SNI 03-1729-2002 pasal 6.4.3 membatasi

besarnya lendutan yang timbul pada balok.

Dalam pasal ini disyaratkan lendutan

maksimum untuk balok pemikul dinding atau

finishing yang getas adalah sebesar L/360,

sedangkan untuk balok biasa lendutan tidak

boleh lebih dari L/240. Pembatasan ini

dimaksudkan agar balok memberikan

kemampuan layanan yang baik. Beberapa

perumusan defleksi dari balok ditunjukkan

sebagai berikut:

a. Untuk menghitung defleksi balok, beban

kerja yang dipakai dalam perhitungan

bukan beban berfaktor.

b. Untuk balok diatas dua perletakan

sederhana, untuk menghitung defleksi

maksimum dapat dipakai perumusan:

untuk beban terbagi rata q penuh

pada balok

𝑌𝑚𝑎𝑥 =5×𝑞𝐿4

384 𝐸𝐼

untuk beban terpusat P ditengah

bentang

𝑌𝑚𝑎𝑥 =𝑃×𝐿3

48 𝐸𝐼

c. Untuk balok diatas beberapa

tumpuan/balok statis tak tentu, rumus

pendekatan ini dapat dipakai :

𝑌𝑚𝑎𝑥 =5×𝐿2

48 𝐸𝐼 𝑀𝑠 − 0,1 𝑀𝑎 + 𝑀𝑏

dimana:

𝑀𝑎 , 𝑀𝑏 = momen tumpuan

𝑀𝑠 = momen ditengah lapangan

L

q

1/2L

7

2.7 Tegangan Geser Pada Balok

Kuat geser balok tergantung

perbandingan antara tinggi bersih pelat badan

(h) dengan tebal pelat badan (tw).

Untuk balok tanpa pengaku vertikal pelat

badan (kn = 5). Dengan memakai nilai

E=200000 MPa, maka perumusan diatas

menjadi lebih sederhana:

a. Plastis 𝑕

𝑡𝑤≤

1100

𝑓𝑦→ 𝑉𝑛 = 0,6 × 𝑓𝑦 × 𝐴𝑤

b. Inelastis 1100

𝑓𝑦<

𝑕

𝑡𝑤≤

1370

𝑓𝑦

→ 𝑉𝑛 = 0,6 × 𝑓𝑦 × 𝐴𝑤 ×1100×𝑡𝑤

𝑕 𝑓𝑦

c. Elastis 𝑕

𝑡𝑤>

1370

𝑓𝑦→ 𝑉𝑛 =

900000 ×𝐴𝑤

𝑕

𝑡𝑤

2

dan kuat geser rencana harus memenuhi

persamaan :

Vu < φ Vn φ = 0,90

3. METODE PENYELESAIAN

3.1 Preliminary Desain

Direncanakan bangunan gedung (30x22)m

dengan jarak bentang memanjang 5m, untuk

jarak bentang melintang 6m dan 8m. tinggi

gedung 10m (terdiri dari 2 lantai masing-

masing lantai tingginya 5m). Desain

penampang balok dan kolom menggunakan

profil I dengan mutu baja yang digunakan yaitu

BJ41.

Gambar 3.2 Tampak atas bangunan

Gambar 3.3 Potongan Melintang

Gambar 3.4 Potongan Memanjang

3.2 Pembebanan Struktur

a. Beban mati

Beban mati diambil menurut PPIUG 1983

Tabel 2.1.

b. Beban hidup

Beban hidup yang digunakan pada struktur

bangunan pertokoan berdasarkan RSNI 03-

1727-1989 dipakai sebesar 365,95 kg/m2 dan

untuk pelat atap dipakai sebesar 97,86 kg/m2.

c. Beban Angin

Direncanakan lokasi bangunan jauh dari

pantai, sehingga tekanan tiup cukup sebesar 25

kg/m2. Pada dinding bangunan beban angin

tekan yang dipakai adalah 0.9 W dan beban

angin isap sebesar 0.4 W.

d. Beban Gempa

Perencanaan dan perhitungan struktur

terhadap gempa dilakukan berdasarkan RSNI2

03-1726-201x yang direncanakan gempa

dengan kemungkinan terlewati besarannya

selama umur struktur bangunan 50 tahun adalah

sebesar 2% dimanajenis tanah yang dipakai

yaitu tanah lunak, dengan faktor keutamaan (I)

adalah 1,25 dan faktor reduksi (R) adalah 8.

+10,00

+5,00

+0,00-

-+0,00

+5,00

+10,00

8

Gambar 3.5 Peta respon spektra percepatan

untuk perioda pendek 0,2 detik (Ss) di batuan

dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2%

dalam 50 tahun

Gambar 3.6 Peta respon spectra percepatan

untuk perioda pendek 1 detik (Ss) di batuan

dasar (SB) untuk probabilitas terlampaui 2%

dalam 50 tahun

e. Kombinasi Pembebanan

Peraturan pembebanan menggunakan

RSNI2 03-1726-201x dengan kombinasi

pembebanan sebagai berikut:

COMB 1 : 1,4 D

COMB 2 : 1,2 D + 1,6 L

COMB 3 : 1,2 D + 0,5 L ± 1,3 W

COMB 4 : 1,2 D + 1 L ± 1 E

COMB 5 : 0,9 D ± 1E

dimana : D = Beban Mati

L = Beban Hidup

W = Beban Angin

E = Beban Gempa

3.3 Analisa Struktur

Pada tahap ini dilakukan pemodelan dan

analisa linier struktur dengan menggunakan

SAP2000 versi 14 berdasarkan preliminary

desain dan pembebanan yang telah

direncanakan.

3.4 Kontrol Penampang

Selanjutnya dilakukan pengontrolan agar

penampang atau dimensi yang telah

direncanakan sudah sesuai dengan peraturan

(SNI 03-1729-2002). Jika telah memenuhi

syarat dapat dilanjutkan ke tahap berikutnya.

3.5 Analisa Penampang Balok

Setelah dilakukan kontrol penampang dan

penampang telah memenuhi syarat maka

dilakukan pengecekan penampang untuk

mengetahui kapasitas penampang dengan

menggunakan program Xtract 2.6.2.

3.7 Analisa Perilaku Struktur Balok

Tahap ini merupakan minor analysis

menggunakan program Abaqus 6.7 yang akan

diketahui besarnya deformasi, tegangan dan

regangan yang terjadi pada balok baja profil I

yang telah direncanakan.

4. PERENCANAAN STRUKTUR

SEKUNDER

4.1 Data Perencanaan

Data – data perencanaan yang digunakan

adalah sebagai berikut :

Panjang bangunan : 30 m

Lebar bangunan : 22 m

Jarak bentang : 6 m dan 8 m

Tinggi bangunan : 10 m

Jumlah lantai : 2

Tinggi antar lantai : 5 m

Mutu beton (f’c) : 30 MPa

Mutu baja tulangan (fy) : 240 MPa

Mutu baja profil (fy) : 250 MPa (BJ 41)

Fungsi bangunan : Perniagaan (toko)

Jenis tanah : Tanah lunak

Letak bangunan : Jauh dari pantai

4.2 Data Pembebanan Struktur

4.2.1 Perencanaan Pelat

Dipakai pelat komposit bondek dengan

tebal pelat 0,75 mm

a. Pelat Atap

1. Beban finishing

- aspal t = 1 cm

= 1x14 kg/m2 = 14 kg/m

2

- spesi t = 1 cm

= 1x21 kg/m2

= 21 kg/m2

- rangka + plafond

= (11+7) kg/m2 = 18 kg/m

2

- ducting AC + pipa = 40 kg/m2 +

Total beban finishing = 93 kg/m2

2. Beban hidup: 0,96 kN/m2

= 97,86 kg/m2

9

Beban superimposed (berguna)

= beban finishing + hidup

= 93 kg/m2 + 97,86 kg/m

2

= 190,86 kg/m2

Jadi beban berguna yang dipakai yaitu, 200

kg/m2

3. Beban mati

Berdasarkan tabel perencanaan praktis

pada bondek untuk bentang menerus

dengan tulangan negatif didapatkan data-

data sebagai berkut :

Bentang 8 m - bentang (span) = 4 m

(dengan 2 baris penyangga)

- tebal pelat beton = 12 cm

- tulangan negatif = 3,59 cm2/m

-direncanakan memakai tulangan dengan

Ø = 10 mm (As = 78,54 mm2

= 0,7854

cm2)

-banyaknya tulangan yang diperlukan

tiap 1 m

𝑁 =𝐴

𝐴𝑠=

3,59

0,7854= 4,57 𝑏𝑢𝑎𝑕 ≈ 5 𝑏𝑢𝑎𝑕

- jarak antar tulangan, 𝑆 =100

5= 20 𝑐𝑚

Jadi, dipasang tulangan tarik Ø10-200

(Aspasang = 393mm2)

Beban mati:

-Pelat bondek = 10,1kg/m2

-Pelat beton t =12cm

0,12mx2400kg/m3 = 288 kg/m

2 +

= 298,1kg/m2

b. Pelat Lantai

1. Beban finishing

- lantai keramik t = 1 cm

=1x24 kg/m2 = 24 kg/m

2

- spesi t = 2 cm

= 2x21 kg/m2 = 42 kg/m

2

- rangka + plafond

= (11+7) kg/m2 = 18 kg/m

2

- ducting AC + pipa = 40 kg/m2 +

Total beban finishing = 124 kg/m2

2. Beban hidup: 3.59 kN/m2

= 365,95 kg/m2

Beban superimposed (berguna)

= beban finishing + hidup

= 124 kg/m2+ 365,95 kg/m

2

= 489,95 kg/m2

Jadi beban berguna yang dipakai yaitu, 500

kg/m2

3. Beban mati

Berdasarkan tabel perencanaan praktis

pada bondek untuk bentang menerus

dengan tulangan negatif didapatkan data-

data sebagai berkut :

Bentang 8 m - bentang (span) = 4 m

(dengan 2 baris penyangga)

- tebal pelat beton = 14 cm

- tulangan negatif = 4,93 cm2/m

- direncanakan memakai tulangan dengan

Ø = 10 mm (As = 78,54 mm2 = 0,7854

cm2)

-banyaknya tulangan yang diperlukan

tiap 1 m

𝑁 =𝐴

𝐴𝑠=

4,93

0,7854= 6,28 𝑏𝑢𝑎𝑕 ≈ 7 𝑏𝑢𝑎𝑕

-jarak antar tulangan, 𝑆 =100

7= 14,3 𝑐𝑚 ≈

20 𝑐𝑚 Jadi, dipasang tulangan tarik Ø10-200

(Aspasang = 393mm2)

Beban mati:

- Pelat bondek = 10,1kg/m2

- Pelat beton t=14cm

0,14mx2400 kg/m3 = 336 kg/m

2 +

= 346,1kg/m2

4.2.2 Perencanaan Balok Anak

Balok anak direncanakan menggunakan

profil WF 300x200x8x12, dengan data sebagai

berikut :

A = 72,38 cm2 r = 18 mm

W = 56,8 kg/m Ix =11300 cm4

d = 294 mm Iy = 1600 cm4

bf = 200 mm Sx = 771 cm3

iy = 4,71 cm Sy = 160 cm3

ix = 12,5 cm Zx = 823 cm3

tw = 8 mm Zy = 244 cm3

tf = 12 mm

h = d – 2(tf + r )

= 294 – 2(12+18) = 234 mm

BJ41 : fy = 2500 kg/cm2 ; fu = 4100 kg/cm

2 ;

fr = 700 kg/cm2

Beton : f’c = 300 kg/cm2

fL = fy – fr = 2500 – 700 = 1800 kg/cm2

Panjang balok anak (span) L = 5000 mm = 5 m

Gambar 4.1 Denah pembebanan balok anak

dengan bentang 8 m

10

5. PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA

5. 1 Pembebanan Gravitasi

Pada struktur ini direncanakan dimensi

profil sebagai berikut:

Balok induk melintang dengan profil

WF600x200x11x17

Balok induk memanjang dengan profil

WF400x200x7x11

Kolom dengan profil WF350x350x12x19

Tabel 5.1 Berat struktur per lantai

Tinggi

(m) Mati (DL) Hidup (LL)

Atap 10 292434 51620.70

1 5 474574 151345.02

S 767008 202965.72

LantaiBerat lantai (kg)

5. 2 Pembebanan Gempa

Analisa perhitungan beban gempa yang

bekerja pada struktur diambil dari RSNI2 03

1726 – 201x di wilayah resiko gempa kuat

menggunakan analisa pembebanan gempa

berdasarkan statik ekivalen.

Tabel 5.4 Gaya geser gempa pada tiap lantai

hx Wx Wx.hxk

Cvx 100%Fix,y 30%Fix,y Arah X Arah Y

(m) (kg) (kg.m) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg)

10 344054.7 3440547 0.52366 119048.52 35714.555 17006.93 8928.639

5 625919.02 3129595.1 0.47634 108289.07 32486.722 15469.87 8121.681

6570142.1S

5.3 Pembebanan Angin

Analisa perhitungan beban angin yang

bekerja pada struktur diambil dari PPIUG 1983

yang direncanakan lokasi bangunan terletak

jauh dari pantai, sehingga tekanan tiup cukup

sebesar 25 kg/m2 dan koefisien angin untuk

gedung tertutup pada dinding bangunan yaitu

sebesar :

Beban angin tekan (arah X) 𝑞𝑤1 = 5 × 0,9 × 25 kg/m2 = 112,5 kg/m

Beban angin tekan (arah Y) 𝑞𝑤2 = 7 × 0,9 × 25 kg/m2 = 157,5 kg/m

Beban angin hisap (arah X) 𝑞𝑤3 = 5 × 0,4 × 25 kg/m2 = 50 kg/m

Beban angin hisap (arah Y) 𝑞𝑤4 = 7 × 0,4 × 25 kg/m2 = 70 kg/m

5.4 Perhitungan Kontrol Struktur

5.4.1 Perhitungan Kontrol Dimensi Balok

Induk

Direncanakan balok induk melintang

dengan profil WF600x200x11x17 :

A = 134,4 cm2 r = 22 mm

W = 106 kg/m Ix =77600cm4

d = 600 mm Iy = 2280 cm4

bf = 200 mm Sx = 2590 cm3

iy = 4,12 cm Sy = 228 cm3

ix = 24 cm Zx = 2863 cm3

tw = 11 mm Zy = 357 cm3

tf = 17 mm

h = d – 2(tf + r )

= 600 – 2(17+22)=522 mm

fy = 2500 kg/cm2

fu = 4100 kg/cm2

fr = 700 kg/cm2

fL= fy – fr = 2500 – 700= 1800 kg/cm2

Gaya-gaya maksimum balok berada pada frame

216 combo 5 (1,2(D+SD)+L+E) :

Mukiri = 8748,236 kg.m

Mukanan = -33197,342 kg.m

Kontrol Kekuatan Penampang (Local

Buckling)

a. Kontrol tekuk lokal

Sayap : =𝑏

2𝑡𝑓< 𝑝 =

170

𝑓𝑦

200

2×17= 5,88 <

170

250= 10,75 …𝑜𝑘

Badan : =𝑕

𝑡𝑤< 𝑝 =

1680

𝑓𝑦

522

11= 47,45 <

1680

250= 106,25 …𝑜𝑘

Profil penampang kompak, maka Mn = Mp

b. Kontrol tekuk lateral

Lp < Lb < Lr → bentang menengah

untuk komponen struktur yang memenuhi Lp

< Lb < Lr (perilaku inelastis), kuat nominal

komponen struktur adalah :

𝑀𝑛 = 𝐶𝑏 𝑀𝑟 + 𝑀𝑝 − 𝑀𝑟 𝐿𝑟−𝐿

𝐿𝑟−𝐿𝑝 ≤ 𝑀𝑝

Persamaan Interaksi 𝑀𝑢𝑥

∅𝑏 ×𝑀𝑛𝑥+

𝑀𝑢𝑦

∅𝑏 ×𝑀𝑛𝑦=

33197 ,342

0,9× 71575= 0,515 < 1,0 . . . 𝒐𝒌

Kontrol Lendutan

Lendutan ijin :

𝑓 ′ =𝐿

240=

800

240= 3,33 𝑐𝑚

𝑌𝑚𝑎𝑥 =5×𝐿2

48 𝐸𝐼 𝑀𝑙𝑎𝑝 − 0,1 𝑀𝑘𝑖𝑟𝑖 − 𝑀𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛

=5×8002

48×2.106×77600 12851,48 − 0,1 10038,57 +

14216,33

= 0,00448 𝑐𝑚 < 3,33 𝑐𝑚…𝒐𝒌

Kontrol Kuat Geser

Gaya geser maksimum balok berada pada

frame 219 combo 5 (1,2(D+SD)+L+E) :

Vukanan = 15758,516 kg.m 𝑕

𝑡𝑤≤

1100

𝑓𝑦 →

522

11≤

1100

250 → 47,455 ≤ 69,57

11

geser plastis 𝑉𝑛 = 0,6 × 𝑓𝑦 × 𝐴𝑤 = 0,6 × 2500 × 60 × 1,1 =

99000 kg

Syarat : 𝑉𝑢 < ∅ × 𝑉𝑛 = 15758,516 kg < 0,9 × 99000 kg

15758,516 kg < 89100 kg…𝒐𝒌

5.4.2 Perhitungan Kontrol Dimensi Kolom

Direncanakan balok induk melintang

dengan profil WF600x200x11x17 :

Direncanakan kolom dengan profil

WF350x350x12x19 :

A = 173,9 cm2 r = 20 mm

W = 136 kg/m Ix = 40300 cm4

d = 350 mm Iy = 13600 cm4

bf = 350 mm Sx = 2300 cm3

iy = 8,84 cm Sy = 776 cm3

ix = 15,2 cm Zx = 2493 cm3

tw = 12 mm Zy = 1175 cm3

tf = 19 mm

h = d – 2(tf + r )

= 350 – 2(19+20) = 272 mm

Kontrol interaksi balok kolom 𝑃𝑢

∅𝑃𝑛=

56827 ,752

272328 ,455= 0,209 > 0,2 interaksi 1

𝑃𝑢

∅𝑃𝑛+

8

9×

𝑀𝑢𝑥

∅𝑏 ×𝑀𝑛𝑥+

𝑀𝑢𝑦

∅𝑏 ×𝑀𝑛𝑦 ≤ 1,0

56827 ,752

272328 ,455+

8

9×

26239,229

0,9×62325+

7824,943

0,9×29375 ≤ 1,0

0,888 ≤ 1,0 Hasil interaksi adalah = 0,88 < 1,00 berarti

kolom kuat memikul beban tekan dan lentur.

6. PERENCANAAN SAMBUNGAN

6.1 Sambungan Balok Anak dengan Balok

Induk

Sambungan antara balok anak dan balok

induk direncanakan dengan baut karena terletak

pada dua tumpun sederhana yang disesuaikan

dengan anggapan dalam analisa sendi.

Profil Balok Anak : WF 300x200x8x12

Profil Balok Induk : WF 600x200x11x17

Pelat penyambung siku : ∟60x60x6

Gambar 6.1 Detail sambungan balok anak

dengan balok Induk

6.2 Sambungan Balok – Kolom

Profil balok induk menggunakan WF

600x200x11x17 dan kolom dengan profil WF

350x350x12x19. Sambungan akan

direncanakan dengan metode rigid connection.

a. Sambungan Pada Badan Balok dan

Sayap Kolom

Penentuan jumlah baut, direncanakan

menggunakan :

Baut : A 325

Mutu baut : 8250 kg/cm2

Diameter baut : 20

Ulir pada bidang geser (r1 = 0,5).

Siku penyambung ∟100 x100 x10

fy = 2500 kg/cm2

fu = 4100 kg/cm2

tp∟ = 10 mm = 1 cm

tpbalok = 11 mm = 1,1 cm

tpkolom = 19 mm = 1,9 cm

Ab = ¼ d2 = ¼ 2

2 = 3,1416 cm

Kontrol Jarak Baut

Jarak ke tepi = 1,5 db s/d (4tp+100)

atau 200 mm

1,5 db = 1,5 x 20 = 30 mm

(4tp+100) =(4x10+100)=140 mm

Dipasang 40 mm

Jarak antar baut = 3 db s/d 15 tp atau

200 mm

3 db = 3 x 20 = 60 mm

15 tp = 15 x 10 = 150 mm

Dipasang 80 mm

WF 300X200X8X12

60X60X6

16 mm

Tulangan negatif

0-200

WF 600x200x11x17

12

b. Kontrol Kekuatan Sambungan Sayap –

Profil T dan Badan Profil

Direncanakan menggunakan baut Ø 30 mm

(fu = 8250 kg/cm2)

Gambar 6.2 Sambungan balok dengan kolom

7. ANALISA PENAMPANG

7.1 Analisa Kapasitas Penampang Balok

Gambar 7.1 Analysis Report penampang balok

pada Xtract v2.6.2

Dari hasil Analysis Report dapat dilihat bahwa :

Kuat momen nominal (Mn)

= 746,7 × 103 𝑁𝑚 = 74670 𝑘𝑔𝑚 Maka, 𝑀𝑢 = ∅ × 𝑀𝑛 = 0,9 × 7467000 = 6720300 kgcm

7.3 Analisa Kapasitas Penampang Kolom

Gambar 7.2 Analysis Report penampang kolom

pada Xtract v2.6.2

Dari hasil Analysis Report dapat dilihat bahwa :

Kuat tekan nominal (Nn) =

4,261 × 106 𝑁 = 426100 𝑘𝑔 Maka, 𝑁𝑢 = ∅ × 𝑁𝑛

0,85 × 426100 = 362185 𝑘𝑔

Kuat tarik nominal (Rn) =

4,261 × 106 𝑁 = 426100 𝑘𝑔 Maka, 𝑅𝑢 = ∅ × 𝑅𝑛

0,75 × 426100 = 319575 𝑘𝑔

Kuat momen nominal (Mn) =

623,1 × 103 𝑁𝑚 = 62310 𝑘𝑔𝑚 Maka, 𝑀𝑢 = ∅ × 𝑀𝑛 0,9 × 6231000 = 5607900 kgcm

7.4 Perbandingan Hasil Analisa

Tabel 7.1 Perbandingan analisa manual dengan

analisa menggunakan Xtract v2.6.2 Kapasitas

Penampang Manual Xtract

Balok Momen,Mn (kgm) 71579.5 74670

Tekan,Nn (kg) 401981.13 426100

Tarik,Rn (kg) 426100 426100

Momen,Mn (kgm) 62329.6 62310

Kolom

ElemenAnalisa

8. ANALISA PERILAKU BALOK

8.1 Pembebanan Pada Portal

Beban – beban yang digunakan pada portal

terdiri dari 3 yaitu :

Beban Merata pada Balok

Beban Mati = 470,1 kg/m2 x 2,5 m

= 1175,25 kg/m

Beban dinding

= 250 kg/m2 x 5 m = 1250 kg/m

WF 600x200x11x17WF

350x350x12x19

30mm

30mm

30mm

30mm

20mm

L 100x100x10

T 900x300x16x28

T 900x300x16x28

Potongan profilWF 600x200x11x17

13

Beban balok anak = 56,8 kg/m

= 56,8 kg/m

Beban Mati Total = 2482,05 kg/m

Beban Hidup = 223,75 kg/m2 x 2,5 m

= 559,375kg/m

q merata = 1,2 DL + 1,6 LL

= 1,2 x 2482,05 + 1,6 x 559,375

= 3873,46 kg/m =37,999 N/mm

Beban merata pada balok harus dijadikan

beban per luasan agar beban

terdistribusikan merata ke semua

permukaan balok.

Beban per luas = q merata / lebar balok

= 37,999 / 200 = 0,18999 N/mm2

Beban Lateral pada Balok

Besar beban lateral pada balok diambil

dari gaya geser yang dihasilkan pada

kolom setelah mendapatkan beban mati,

hidup dan gempa.

Beban lateral (V) :

= 9051,85 kg = 88798,6485 N

Beban per luasan :

= V/ luas penampang balok

= 88798,6485 / 13026 = 6,817 N/mm2

Beban Aksial pada Kolom

Beban aksial pada kolom kiri dan kanan

diperoleh dari hasil SAP 2000 v.14. Beban

maksimum yang bekerja pada kolom

diperoleh COMB 2 (1,2(D+SD) + 1,6LL). -

- Beban pada kolom kiri = 35107,18 kg =

344401,4358 N

Luas permukaan kolom = 17044 mm2

Beban per luas = 344401,4358 /17044 =

20,2066 N/mm2

- Beban pada kolom kanan = -42151,54 kg

= 413506,6074 N

Luas permukaan kolom = 17044 mm2

Beban per luas = 413506,6074/17044 =

24,261 N/mm2

Setelah dimasukan beban-beban

selanjutnya adalah tahapan mesh dimana setiap

part yang terdapat pada struktur portal harus

dibagi menjadi bagian - bagian kecil. Dalam hal

ini portal dibagi menjadi beberapa potongan

sebesar 50mm.

Gambar 8.1 Meshing portal

8.2 Hasil Analisa

Untuk membandingkan penampang balok

yang diberi beban asli dan beban setelah

dilakukan tambahan beban yang menjadi tolak

ukur untuk menentukan efektifitas dan

pengaruh terhadap struktur portal dan

penampang WF itu sendiri adalah deformasi,

tegangan dan regangan yang terjadi.

Bentuk deformasi struktur portal setelah

diberi beban seperti berikut ini :

Gambar 8.2 Deformasi struktur portal

Dalam hal ini ada beberapa titik pada

struktur portal yang dijadikan acuan untuk

menentukan deformasi, tegangan dan regangan.

Gambar 8.2 Titik yang akan ditinjau

Tegangan yang terjadi pada struktur portal

dapat ditunjukkan dengan melihat warna pada

struktur portal tersebut. Semakin merah

warnanya maka tegangan yang terjadi semakin

besar.

2 3

1

14

Gambar 8.3 Hasil visualisasi akibat beban

lateral awal


lateral (15ton)


lateral (20ton)


lateral (25ton)


lateral (30ton)


lateral (35ton)


lateral (40ton)


lateral (45ton)


lateral (50ton)

15

Grafik perbandingan displacement dengan

variasi beban lateral :

Gambar 8.10 Grafik displacement akibat variasi

beban lateral pada titik1


beban lateral pada titik 2



Grafik perbandingan tegangan dengan variasi

beban lateral :

Gambar 8.12 Grafik tegangan akibat variasi






-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Dis

pla

cem

en

t (m

m)

Variasi Beban Lateral (N/mm2)

Displacement (titik 1)

U1

U2

U3

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Dis

pla

cem

en

t (m

m)



U1

U2

U3

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Dis

pla

cem

en

t (m

m)



U1

U2

U3

-170-150-130-110

-90-70-50-30-1010305070

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tega

nga

n (

MP

a)


Tegangan (titik 1)

S11

S22

S33

S12

S13

S23

-130-120-110-100

-90-80-70-60-50-40-30-20-10

010

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tega

nga

n (

Mp

a)


Tegangan (titik 2)

S11

S22

S33

S12

S13

S23

-200-150-100

-500

50100150200250300350400450500550600

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tega

nga

n (

MP

a)


Tegangan (titik 3)

S11

S22

S33

S12

S13

S23

16

Grafik perbandingan regangan dengan variasi

beban lateral :

Gambar 8.15 Grafik regangan akibat variasi






Gambar 8.18 Sumbu lokal dan arah tegangan

pada balok

Pada elemen balok sumbu lokal sama

dengan sumbu global tetapi pada elemen kolom

sumbu lokal berbeda dengan sumbu global. Hal

ini dikarenakan pada tahap assembly elemen

kolom telah diputar (rotate) sehingga sumbu

lokal pada elemen kolom juga mengalami

perputaran. Untuk hasil displacement mengacu

pada sumbu global sedangkan hasil tegangan

dan regangan mengacu pada sumbu lokal. Pada

Gambar 8.18, sumbu lokal dan arah tegangan

pada balok, untuk arah S11 pada Abaqus sama

dengan tegangan X, arah S22 sama dengan arah

tegangan Y dan arah S33 sama dengan arah Z.

Untuk arah S12 pada Abaqus sama dengan

tegangan XY, arah S13 sama dengan arah

tegangan XZ dan arah S23 sama dengan arah

YZ.

9. PENUTUP

9.1 Kesimpulan

1. Dari hasil analisis SAP 2000 v14 dan

perhitungan yang telah dilakukan pada

struktur bangunan gedung, perencanaan

dimensi profil pada balok anak (WF

300x200x8x12), balok induk melintang

(WF 600x200x11x17), balok induk

memanjang (WF 400x200x7x11) dan

kolom (WF 350x350x12x19) sudah

memenuhi kontrol kekuatan profil.

2. Dari hasil perhitungan manual dan analisa

menggunakan Xtract v2.6.2 dapat

disimpulkan bahwa selisih kapasitas

penampang balok untuk momen nominal

sebesar 4,14%. Hal ini membuktikan

bahwa analisa manual dan analisa

menggunakan Xtract v2.6.2 didapatkan

hasil yang tidak terlalu jauh berbeda untuk

momen kapasitasnya.

3. Dari hasil analisa perilaku dengan Abaqus

6.7, balok mengalami displacement

maksimum pada arah Y (U2) sebesar 8,377

mm, yang ditinjau ditengah bentang balok

(titik 2) dengan beban lateral mula-mula

sebesar 9,05 ton (6,817 N/mm2).

Displacement tersebut akan semakin

bertambah saat beban lateral yang

-0.000900-0.000750-0.000600-0.000450-0.000300-0.0001500.0000000.0001500.0003000.0004500.0006000.000750

0 5 10152025303540

Re

gan

gan


Regangan (titik 1)

E11

E22

E33

E12

E13

E23

-0.00070-0.00060-0.00050-0.00040-0.00030-0.00020-0.000100.000000.000100.000200.00030

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Re

gan

gan


Regangan (titik 2)

E11

E22

E33

E12

E13

E23

-0.0080-0.0070-0.0060-0.0050-0.0040-0.0030-0.0020-0.00100.00000.00100.00200.0030

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Re

gan

gan


Regangan (titik 3)

E11

E22

E33

E12

E13

E23

x

y

x

y

yx

yx

X

Z

Y

x

z

y

xy

yxxy

xy

17

diberikan juga bertambah baik dalam arah

X, Y maupun Z.

4. Untuk nilai tegangan yang terjadi pada

balok akibat pemberian beban lateral yang

semakin bertambah didapatkan hasil

tegangan maksimum berada pada

pertemuan balok dengan kolom (titik 3).

Dengan beban lateral sebesar 50 ton

(37,655 N/mm2), balok mengalami

tegangan sebesar 593 MPa pada arah Z

(S33), hal tersebut membuktikan bahwa

balok sudah mengalami kelelehan. Dari

hasil nilai regangan yang terjadi diperoleh

penampang balok mengalami regangan

maksimum pada pertemuan antara Y dan Z

(E23) yaitu sebesar -0,00778.

5. Dengan diberikannya variasi beban lateral

yang semakin bertambah maka

displacement, tegangan dan regangan yang

terjadi ikut mengalami kenaikan hingga

melebihi batas leleh dari penampang

tersebut.

9.2 Saran

1. Perlu dilakukan studi yang lebih mendalam

untuk mengetahui perilaku balok agar

menghasilkan perencanaan struktur yang

lebih baik. Seperti dengan memasang

stiffener pada daerah joint antara balok dan

kolom agar kelelehan akibat beban lateral

yang semakin bertambah tidak terjadi dan

usahakan sendi plastis terjadi pada muka

balok.

2. Gaya momen pada balok perlu dimodelkan

dengan gaya geser kolom yang dijadikan

momen kopel agar gaya momen dapat

terdefinisikan.

3. Pada tahap pengisian Plastisitas Material

pada tahap property, sebaiknya nilai yield

stress (fy) dan plastic strain perlu

ditambahkan hingga mencapai kondisi

putus (fu) agar saat diberi beban yang

semakin besar perilaku struktur yang terjadi

tidak linier.

4. Perlu dilakukan imperfection case pada

Abaqus 6.7 agar tekuk torsi lateral dapat

terjadi pada balok.

DAFTAR PUSTAKA

Badan Standardisasi Nasional. 1989. Tata Cara

Perhitungan Pembebanan Untuk

Bangunan Rumah dan Gedung (RSNI 03-

1727-1989).

Badan Standardisasi Nasional. 2002. Tata Cara

Perencanaan Perhitungan Struktur Baja

Untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-

2002).

Badan Standardisasi Nasional. 2010. Standar

Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk

Struktur Bangunan Gedung dan Non

Gedung (RSNI2 03-1726-201x).

Bowles, Joseph E. 1984. Desain Baja

Konstruksi (Structural Steel Design).

Bandung: Erlangga.

Departemen Pekerjaan Umum. 1983. Peraturan

Pembebanan Indonesia Untuk Gedung

(PPIUG) 1983. Jakarta: DPU.

Galambos, Theodore V. dan Surovek Andrea E.

2008. Structural Stability of Steel:

Concepts and Applications for Structural

Engineers. New Jersey: John Wiley &

Sons, Inc.

Marwan dan Isdarmanu. 2006. Buku Ajar:

Struktur Baja I. Surabaya : Jurusan Teknik

Sipil FTSP – ITS.

Mohebkhah, Amin. 2010. Lateral buckling

resistance of inelastic I-beams under off-

shear center loading. Department of Civil

Engineering, Engineering Faculty, Malayer

University, Parastar Blvd., Malayer 65719-

61446, Iran.

Salmon dan Johnson. 1986. Struktur Baja

Desain dan Perilaku Jilid 1 Edisi Kedua.

Diterjemahkan oleh Ir. Wira M.S.CE.

Jakarta: Erlangga.

Setiawan, Agus. 2008. Perencanaan Struktur

Baja dengan Metode LRFD (Sesuai SNI 03

– 1729-2002). Jakarta: Erlangga.

Trahair, N. S. and Pi, Y. L. 1997. Torsion,

bending and buckling of steel beams.

Engineering Structures, Vol. I9, No. 5, pp.

372-377.

studi perilaku tekuk torsi lateral pada balok baja ... · bentuk profil pada balok baja adalah...

Documents