Docstoc

materi_pengantar_struktur_bangunan_baja_ok_1_

Document Sample
materi_pengantar_struktur_bangunan_baja_ok_1_ Powered By Docstoc
					                                       Bab I

              PENGANTAR STRUKTUR BANGUNAN BAJA


                     A. Kompetensi Dasar dan Indikator

Kompetensi Dasar            : Menguraikan struktur bangunan dari baja
Indikator                   :1. Mengidentifikasi karakteristik baja sebagai
                                material struktur bahan bangunan
                             2. Membedakan berbagai tipe struktur baja
                             3. Menjabarkan    tahapan-tahapan     yang     harus
                                dipertimbangkan dalam perencanaan         struktur
                                baja
                             4. Merinci beban-beban yang bekerja pada struktur
                             5. Mendefinisikan metode ASDE
                             6. Mendefinisikan Metode ASDP
                             7. Mendefinisikan metode LRFD


                             B. Deskripsi Singkat

       Bab ini berisi pengetahuan dasar struktur baja yang meliputi sifat,
karakteristik, dan tipe-tipe baja strtuktur, tahapan-tahapan dalam perencanaan
struktur baja, macam-macam beban pada struktur baja, serta metode-metode
dalam perencanaan struktur baja. Pengetahuan hal-hal tersebut sangat diperlukan
untuk pedoman dan langkah awal agar dapat membuat perencanaan struktur baja.


                                  C. Materi

A. Sifat Material Baja Struktur

1.   Sifat Mekanika Baja
       Sifat mekanika baja struktur dapat dilihat dari hubungan tegangan-
regangan ditunjukkan melalui grafik Tegangan-Regangan Baja yang diperoleh
dari hasil uji tarik spesimen baja. Pengujian dilakukan dengan memberikan beban



                                                                               vii
tarik pada spesimen dengan gaya yang berubah, dari nol kemudian terus
diperbesar sedikit demi sedikit sampai spesimen putus.
       Gaya dari pembebanan kemudian dinyatakan sebagai nilai tegangan
dengan cara membagi gaya atau beban dengan luas penampang spesimen.
Sedangkan pertambahan panjang spesimen akibat pembebanan tarik dibagi
dengan panjang awal spesimen akan mendapatkan nilai regangan untuk tiap-tiap
nilai tegangan. Pada saat spesimen ditarik, besar gaya atau tegangan dan
perubahan panjang batang atau regangan dimonitor dan dicatat, baik secara
manual maupun otomatis, tergantung dari alat uji tarik yang dipergunakan.
        Langkah selanjutnya data tegangan dan regangan yang diperoleh tersebut
diplotkan dalam bentuk diagram tegangan regangan, dimana sumbu vertikal
menunjukkan besarnya tegangan dan sumbu horizontal menunjukkan besarnya
regangan yang terjadi untuk tiap perubahan tegangan. Gambar diagram Tegangan-
Regangan baja tipikal dapat dilihat pada Gambar 1. 1




                                                                F



                                                    D

                                                                 E

                       B       C
                      A




             O



       Sumber: http://www.me.udel.edu/karlsson/meeg215/meeg215.html.

                 Gambar 1. 1 Diagram Tegangan Regangan Baja

       Diagram tersebut dimulai dengan garis lurus dari pusat sumbu O ke titik
A, yang berarti bahwa hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah awal
ini adalah linear dan proporsional. Setelah melewati titik A, proporsionalitas




                                                                            viii
antara tegangan dan regangan tidak ada lagi, sehingga titik A disebut sebagai
batas proporsional. Di daerah antara titik O dan titik A, bahan disebut berada
dalam kondisi elastis, yaitu kondisi dimana bahan mengalami kenaikan regangan
dan tegangan yang sebanding. Pada kondisi ini, jika beban dihilangkan, bahan
akan kembali ke ukurannya semula.
       Setelah tegangan melewati batas proporsional, regangan mulai meningkat
lebih cepat untuk setiap kenaikan tegangan. Dengan demikian, kemiringan kurva
tegangan-regangan berangsur-angsur semakin kecil, sampai akhirnya menjadi
horizontal dimulai dari titik B. Mulai titik ini, terjadi perpanjangan yang cukup
besar meskipun tidak terdapat penambahan beban. Kondisi ini disebut kondisi
leleh bahan, dan titik B disebut sebagai titik leleh. Tegangan yang terjadi pada
titik leleh disebut tegangan leleh atau yield stress (fy). Di daerah antara titik B dan
titik C, bahan berada dalam kondisi plastis sempurna, yang berarti bahan
mengalami deformasi tanpa adanya pertambahan beban.
       Sesudah mengalami regangan besar yang terjadi selama pelelehan di
daerah B-C, baja mulai mengalami pengerasan regangan (strain hardening), yaitu
mengalami peningkatan resistensi terhadap deformasi lebih lanjut. Perpanjangan
benda uji di daerah ini memerlukan penambahan beban tarik, sehingga diagram
tegangan-regangan memiliki kemiringan yang positif dari C ke D. Beban tersebut
pada akhirnya mencapai harga maksimumnya, dan tegangan pada saat itu (titik D)
disebut tegangan ultimit. Pemberian beban tarik lebih lanjut akan disertai dengan
pengurangan tegangan yang terjadi dan akhirnya putus/patah di suatu titik (titik
E).
       Grafik Tegangan-Regangan C-D-E disebut sebagai grafik Tegangan
Regangan Rekayasa (Engineering stress-strain). Tegangan pada grafik ini
diperoleh dengan cara membagi beban yang bekerja dengan luas penampang awal
spesimen, sedangkan nilai regangan diperoleh dengan membagi pertambahan
panjang yang terjadi dengan panjang awal spesimen. Padahal pada kondisi riil,
luas penampang dan panjang batang spesimen terus berubah, dimana luas
penampang akan mengecil seiring dengan pertambahan panjang batang yang
mengalami tegangan tarik.       Oleh karenanya, tegangan akan terus meningkat



                                                                                     ix
sampai     terjadinya   kegagalan   atau   putusnya   spesimen.   Grafik   yang
menggambarkan kondisi tegangan–regangan sesungguhnya berdasarkan luas
penampang aktual adalah grafik tegangan-regangan sebenarnya (true stress-
strain) seperti digambarkan pada grafik C-F pada Gambar 1. 1.
         Tegangan luluh dan tegangan ultimit menunjukkan kekuatan dari bahan
tersebut. Kekuatan bahan adalah kapasitas bahan tersebut dalam menahan beban.
         Gambar 1. 2 berikut menunjukkan diagram tegangan regangan baja untuk
berbagai tegangan leleh yang berbeda.




     Sumber: http://www.me.udel.edu/karlsson/meeg215/meeg215.html.

          Gambar 1. 2. Diagram Tegangan-Regangan Beberapa Jenis Baja

         Dari gambar tersebut tampak bahwa kemiringan garis hubungan antara
Tegangan-Regangan pada kondisi elastis tidak dipengaruhi oleh tingkat tegangan
leleh yang terjadi. Besarnya kemiringan tersebut menunjukkan nilai modulus
elastisitas bahan atau modulus young (E). Modulus elastisitas menunjukkan
kekakuan atau kekuatan bahan dalam menahan deformasi akibat beban yang
bekerja. Bahan dengan modulus elastisitas lebih besar menunjukkan bahwa bahan
tersebut lebih kaku atau lebih mampu dalam menahan deformasi. Besarnya




                                                                                x
Modulus elastisitas untuk baja struktur menurut SNI 03 – 1729 – 2002 adalah
200000 MPa.
       Regangan yang digambarkan pada diagram tegangan-regangan di atas
adalah regangan yang terjadi searah sumbu memanjang/aksial bahan atau pada
arah pembebanan tarik. Sesungguhnya regangan tidak hanya terjadi pada arah
sumbu memanjang bahan, tetapi juga pada arah melintang/lateral bahan. Rasio
antara regangan lateral dan regangan aksial bahan pada saat menerima beban
aksial disebut sebagai rasio Poisson (υ)

           P                                                         P


                                                          ’
           P                                                         P


                                                     
   Gambar 1. 3. Regangan Lateral dan Regangan Aksial akibat beban aksial P

       Rasio Poisson dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
             '
         
             
dengan  '  
υ= rasio poisson
ε’ = regangan lateral
ε = regangan aksial
       Pada suatu batang tarik berlaku nilai regangan aksial adalah positif (batang
bertambah panjang) dan regangan lateral negatif (lebar batang berkurang)
sedangkan pada suatu batang tekan berlaku nilai regangan aksial adalah negatif
(batang memendek) dan regangan lateral positif (batang melebar). Besarnya rasio
poisson untuk baja struktur menurut SNI 03 – 1729 – 2002 adalah 0,3.
       Selain diagram tegangan-regangan normal, juga dapat dibuat diagram
tegangan regangan geser dengan melakukan pengujian bahan terhadap gaya geser.
Bentuk diagram ini secara umum sama dengan diagram Tegangan-Regangan



                                                                                 xi
normal. Kemiringan garis pada kondisi elastik menunjukkan besarnya Modulus
Geser (G). Hubungan antara modulus geser dengan modulus elastisitas
ditunjukkan dengan persamaan berikut :

                        E
                G
                     2(1   )
dengan
G        = modulus geser bahan
E        = modulus elastisitas bahan
υ        = rasio poisson
         Menurut sifat mekanisnya, baja struktural yang umum dipakai di Indonesia
dirangkum dalam tabel SNI 03 – 1729 – 2002 yaitu sebagai berikut:
                          Tabel 1. 1. Sifat Mekanis Baja
      Jenis Baja       Tegangan putus        Tegangan leleh       Peregangan
                         minimum, fu          minimum, fy          Minimum
                            (MPa)                (Mpa)                (%)
        BJ 34                340                  210                  22
        BJ 37                370                  240                  20
        BJ 41                410                  250                  18
        BJ 50                500                  290                  16
        BJ 55                550                  410                  13
            Modulus Elastisitas       : E = 200.000 MPa
            Modulus Geser             : G = 80.000 MPa
            Poison ratio              : μ = 0.3
            Koefisien pemuaian        : α = 12 x 10–6 /˚C

2.   Sifat Metalurgi Baja
         Baja yang biasa dipakai dalam struktur dibedakan dalam tiga jenis, yaitu
baja karbon, baja mutu tinggi, dan baja aloi.
         Baja karbon memiliki titik peralihan leleh yang tegas, dengan kekuatan
leleh (fy) berkisar antara 210 MPa – 250 MPa. Menurut besarnya persentase
karbon, baja karbon dibedakan dalam empat kategori, yaitu karbon rendah
(kandungan karbon kurang dari 0,15% ); karbon lunak ( 0,15%- 0,29%); karbon
sedang ( 0,30% – 0,59%); dan karbon tinggi ( 0,60 % - 1,70%). Baja karbon yang
umum digunakan untuk struktur bangunan termasuk dalam kategori karbon lunak,
misalkan BJ 37 yang memiliki kandungan karbon maksimum antara 0,25% -




                                                                               xii
0,29%. Peningkatan kadar karbon pada baja akan meningkatkan kuat leleh tetapi
menyebabkan berkurangnya daktilitas baja serta menyulitkan dalam proses
pengelasan.
       Baja mutu tinggi mempunyai kekuatan leleh (fy) berkisar antara 275 MPa
– 480 MPa. Baja mutu tinggi ini diperoleh dengan jalan menambahkan unsur aloi
(chromium, nikel, vanadium, mangan, tembaga, fosfor, dll.) ke dalam baja karbon
untuk mendapatkan bentuk mikrostruktur yang lebih halus. Sama dengan yang
terjadi pada baja karbon, baja mutu tinggi juga memiliki titik peralihan leleh yang
jelas. Baja jenis ini digunakan dalam kondisi seperti tempaan atau kondisi normal,
yakni kondisi dimana tidak digunakan perlakuan panas.
       Baja aloi mempunyai kekuatan leleh (fy) berkisar antara 550 MPa – 760
MPa. Kekuatan leleh didefinisikan sebagai tegangan pada regangan 0,2% karena
baja ini tidak memiliki titik peralihan leleh yang jelas.
       Baja yang digunakan sebagai bahan pembuat baut biasanya mempunyai
kekuatan fu= 415 MPa untuk baut standar dan fu= 725-825 MPa atau fy= 550 –
650 MPa untuk baut mutu tinggi. Sedangkan kawat las yang biasa digunakan
untuk pengelasan struktur baja adalah E60xx dengan fy = 345 MPa atau fu = 415
MPa dan E70xx dengan fy = 415 MPa atau fu = 500 MPa.

3.   Korosi dan Pencegahannya
       Korosi adalah kerusakan atau degradasi atau penurunan mutu logam akibat
reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang
menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-
hari, korosi biasa disebut     sebagai perkaratan. Pada peristiwa korosi, logam
mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi.
       Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat dengan rumus
kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, berupa suatu zat padat yang berwarna coklat-
merah. Korosi umumnya terjadi akibat reaksi elektrokimia logam dengan
lingkungan yang mengandung air. Namun ternyata korosi masih mungkin terjadi
pada permukaan logam yang tidak mengandung elektrolit cair, yang sering disebut




                                                                               xiii
sebagai korosi kering. Proses korosi kering yang paling nyata adalah reaksi logam
dengan oksigen udara.
       Konsep dasar dalam upaya pelindungan logam terhadap korosi adalah
mengupayakan agar tidak terjadi reaksi akibat pertukaran ion antara logam dengan
lingkungannya. Walaupun sulit untuk memutus sama sekali pertukaran ion
tersebut, setidaknya diupayakan untuk mengendalikan laju pertukaran ion yang
terjadi agar tidak berlangsung cepat. Upaya pengendalian yang umum diterapkan
dalam rangka perlindungan terhadap logam adalah sebagai berikut.
a. Pemilihan material yang tepat
       Pemilihan material yang tepat berkaitan dengan beberapa hal seperti
  penyesuaian dengan kondisi lingkungan, persyaratan umur struktur, assebilitas,
  ketersediaan material, biaya, serta ketersediaan dan penguasaan akan material
  alternatif non – logam.
b. Perancangan struktur yang memadai
       Rancangan konstruksi yang kurang baik dapat menyebabkan adanya air
  yang terperangkap, debu dan pengotor lainnya yang dapat mengarah pada
  percepatan kerusakan logam.
c. Penerapan pelapisan
       Penerapan lapisan pada dasarnya memberikan lapisan pemisah antara
  logam dengan lingkungannya sehingga pertukaran ion dapat dikendalikan.
       Proses penerapan pelapisan dapat dilakukan dengan tiga kategori:
  1) pelapisan logam, dimana sebagian atau seluruh permukaan logam yang
       digunakan dilapisi dengan logam lain. Proses pelapisan yang lazim
       digunakan saat ini antara lain dengan cara thermal spraying, welding atau
       cladding.
  2) pelapisan konversi, dimana produk hasil proses pelapisannya berupa
       oksida logam dari logam yang dilapisinya atau oksida logam yang lain.
       Jenis proses pelapisan konversi antara lain anodizing, chromating, dan
       phosphatizing atau blackening.
  3) pelapisan non-metalic, dimana bahan pelapis yang digunakan dari bahan
       non-logam seperti cat, lak, karet, elastomer, dan enamel.



                                                                             xiv
d. Penerapan sistem proteksi katodik dan anodik
       Proteksi katodik adalah sistem perlindungan permukaan logam dengan
  cara melakukan arus searah yang memadai ke permukaan logam dan
  mengkonversikan semua daerah anoda di permukaan logam menjadi daerah
  katodik. Sistem ini efektif untuk logam yang terbenam di dalam air atau di
  dalam tanah, seperti struktur pinggir pantai, instalasi pipa dan tangki bawah
  tanah dan laut.
       Pada proteksi anodik, tegangan sistem yang dilindungi dinaikkan sehingga
  memasuki daerah anodiknya. Sistem ini hanya efektif diberlakukan pada
  lingkungan yang karakteristiknya stabil.
e. Pengkondisian lingkungan
       Mengubah lingkungan dapat membantu mengendalikan korosi ataupun
  meningkatkan efektifitas sistem pengendalian korosi. Contohnya adalah
  dengan dehumidifikasi dan purifikasi atmosfir ( Suratman, 2005).
       Perlindungan terhadap korosi pada konstruksi bangunan baja yang banyak
dilakukan adalah dengan penerapan pelapisan menggunakan cat. Penggunaan cat
sebagai bahan pelapis, selain dapat melindungi logam dari korosi juga dapat
memperbaiki tampilan atau meningkatkan nilai estetika logam. Bahan baku cat
selain menggunakan bahan resin, plasticizer, pigmenexiender, katalis, dan solvent,
juga menggunakan bahan pengikat seperti epoxy, vinyl, polyurethane, dan lain-
lain. Masing-masing bahan tersebut memiliki karakteristik yang berbeda, sehingga
agar penerapan pelapisan cat bekerja optimal dalam penggunaan jenis cat harus
disesuaikan dengan kebutuhannya.
       Pada logam yang telah dilapisi cat seringkali masih ditemui kerusakan,
atau dikatakan pelapisan cat gagal dalam melindungi logam dari korosi. Hal ini
bisa terjadi karena kurang tepatnya pemilihan jenis cat, atau juga karena kurang
siapnya persiapan permukaan logam pra pelapisan.
       Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan permukaan
logam dengan lapisan cat agar hasil pelapisan optimal dan dapat berfungsi sebagai
pelindung korosi yang baik, diantaranya adalah:
a. Peranan lingkungan



                                                                               xv
        Lingkungan tempat lokasi struktur baja sangat berpengaruh terhadap
  pemilihan jenis cat yang digunakan, misalkan lingkungan yang lembab atau
  lingkungan yang bertemperatur tinggi.
b. Persiapan permukaan
  1) Penghilangan lemak
            Logam yang akan dicat harus bebas dari lemak. Adanya lemak dapat
     mengurangi kontak atau daya rekat antara cat dengan permukaan logam.
     Penghilangan lemak dapat dilakukan dengan menggunakan larutan
     trikhloretilen, alkohol, bensin atau deterjen.
  2) Pembersihan karat
            Karat mungkin saja terjadi pada logam yang belum digunakan tapi
     telah mengalami korosi. Pembersihan karat dapat dilakukan dengan
     menggunakan sikat kawat atau amplas, tergantung kondisi karatnya. Jika
     dengan kawat atau amplas sulit dihilangkan, dapat dengan menggunakan
     bahan kimia seperti oksidin atau dengan cuci asam.
  3) Menghilangkan lapisan oksidasi
            Oksidasi logam yang sering ditemui adalah pada sambungan las.
     Sebelum di lapisi cat, oksida logam tersebut perlu dihilangkan, karena jika
     oksida logam lepas setelah permukaan logam di lapisi cat, maka akan
     merusak lapisan cat tersebut. Cara pembersihan oksida logam dapat
     dilakukan dengan cara mekanis, yaitu dengan menggunakan sikat kawat
     manual ataupun dengan motor, atau dengan cara kimiawi menggunakan
     larutan asam HCl atau H2SO4. Larutan asam kuat juga dapat melarutkan
     permukaan logam, sehingga perlu ditambahkan inhibator ke dalam larutan
     asam tadi, seperti amilamin encer. Setelah dibersihkan dengan cara kimiawi,
     dilakukan pembilasan, dimana jika permukaan material yang akan dibilas
     luas dan banyak, pembilasan dilakukan dengan menyemprotkan air ke
     permukaan logam.
c. Pembersihan mekanis
      Proses    pembersihan      mekanis     dilakukan    dengan   tujuan   untuk
  menghaluskan permukaan dan menghilangkan goresan-goresan. Pembersihan



                                                                              xvi
     dilakukan dengan menggunakan amplas halus. Dengan permukaan yang halus
     tersebut, hasil pengecatan akan lebih rapi serta daya lekat cat lebih baik.
d. Pengecatan
         Proses pengecatan dilakukan setelah proses persiapan permukaan dan
     pembersihan mekanis selesai. Proses pengecatan dapat dilakukan dengan cara
     menggunakan kuas atau dengan metode semprot menggunakan tenaga
     kompresor ( Sebleku & Herianto, 2003 ).

4.    Perilaku Baja pada Temperatur Tinggi dan Perlindungannya
         Kekuatan baja pada temperatur tinggi akan mengalami penurunan. Pada
temperature melampaui 93°C ( 200°F ), kurva tegangan-regangan baja akan mulai
menjadi tidak linear. Titik lelehnya sedikit demi sedikit tereliminasi. Modulus
elastisitas, kekuatan leleh, dan kekuatan tarik baja kesemuanya akan menurun jika
temperaturnya naik. Laju penurunan maksimum terjadi pada tingkat temperatur
430°C sampai dengan 540°C.
         Penurunan modulus elastisitas secara ekstrim akan terjadi setelah
temperatur mencapai 540°C ( 1000°F) . Pada temperatur di atas 260°C sampai
320°C ( 500°F – 600°F) baja akan mengalami fenomena rayapan (creep), yaitu
peristiwa naiknya deformasi yang terjadi bersamaan dengan bertambahnya waktu
pembebanan. Fenomena ini akan semakin meningkat dengan naiknya temperatur.
         Efek yang lain akibat temperatur tinggi pada baja adalah meningkatnya
derajat kegetasan, lebih resisten terhadap kejut takikan, serta resistensi terhadap
korosi yang lebih tinggi.
         Karena temperatur tinggi membawa banyak efek negatif pada struktur
baja, maka sangat diperlukan memberikan perlindungan terhadap api pada
struktur baja. Cara perlindungan baja terhadap api yang pertama yaitu dengan
menyelubungi struktur baja dengan beton ringan. Pada penyelubungan ini, agar
beton tidak retak akibat pengaruh muai-susut, maka perlu dipasang tulangan
membujur dan sengkang non struktural. Cara perlindungan yang kedua adalah
dengan memasang jaringan kawat ayam menyelubungi struktur baja, dilanjutkan
dengan memberikan lapisan mortar ringan yang menyelubungi batang struktur.




                                                                                   xvii
       Cara perlindungan baja terhadap bahaya temperatur tinggi yang ketiga
yaitu dengan menutup permukaan baja dengan papan yang terbuat dari asbestos,
atau kalsium silikat, atau rockwool. Papan tersebut direkatkan pada permukaan
baja menggunakan perekat water-glass.
       Cara perlindungan baja dari temperatur tinggi yang keempat adalah
dengan cara penyemprotan (spray). Cara penyemprotan yang pertama dengan
penyemprotan sistem kering, dimana bahan kering seperti asbestos, atau
rockwool, dan bahan perekat cair disemprotkan dari nosel yang berbeda dengan
udara bertekanan tinggi. Cara penyemprotan yang kedua adalah penyemprotan
sistem basah, dimana bahan pelindung dan bahan perekat disemprotkan sudah
dalam bentuk campuran. Cara penyemprotan sistem basah lebih banyak
dilakukan.
       Tebal lapisan pelindung tergantung dari tingkat ketahanan terhadap
temperatur yang disyaratkan, sedangkan tebal minimum lapisan pelindung tanpa
tulangan adalah 8 mm, dan lapisan pelindung dengan tulangan tebal minimumnya
adalah 15 mm. Pada lapisan pelindung yang memiliki tebal lebih dari 35 mm,
selain jaringan kawat ayam disarankan untuk juga memaasang jaringan tulangan
dengan las ( weldmesh ) ( Padosbajayo, 1994).

5.   Pengaruh Pekerjaan Dingin
       Proses pengerjaan baja dapat dilakukan secara panas dan secara dingin.
Proses pengerjaan secara panas didefinisikan sebagai proses pembentukan logam
pada suhu di atas suhu pemulihan kristal. Logam yang terdeformasi pada suhu di
atas suhu pemulihan kristal akan mengalami peristiwa pelunakan secara terus
menerus. Karena deformasi yang diberikan pada benda kerja relatif tinggi, benda
yang dihasilkan akan lebih mampu menerima perubahan dimensi yang besar tanpa
mengalami retak. Proses pengerjaan dingin adalah proses pembentukan yang
dilakukan pada temperatur di bawah daerah temperatur rekristalisasi, dimana pada
umumnya pengerjaan dingin dilakukan pada temperatur kamar atau tanpa
memberikan pemanasan pada logam sebagai benda kerja. Pada kondisi seperti ini,




                                                                           xviii
logam yang terdeformasi mengalami peristiwa pengerasan regangan ( strain
hardening ).

                   σ
                          Daerah                Daerah Inelastis
                          elastis
                                    Daerah plastis    Daerah pengerasan
                                                      regangan
                                                           B
               Tegangan




                                           A




                O                      C             D Keliatan setelah       ε
                           Regang                                         F
                             an                             pengerasan
                            Sisa            Keliatan setelah perubahan
                                                              regangan
                                            bentuk melaMPaui daerah
                                                      plastis
                                                Regangan

                          Gambar 1. 4 Pengaruh Pengerasan Regangan

       Pembebanan kembali pada spesimen baja setelah pada pembebanan
sebelumnya tegangan yang diberikan melampaui titik lelehnya akan menghasilkan
diagram tegangan-regangan yang berbeda dari diagram tegangan-regangan awal.
Baja yang telah dibebani sampai daerah plastis (titik A), kemudian bebannya
dilepas, maka spesimen baja tersebut akan mengalami regangan sisa ( O-C ), yaitu
suatu nilai regangan yang bersifat permanen, dimana besarnya regangan tersebut
akan tetap ada pada spesimen meskipun beban telah dihilangkan. Pada
pembebanan kembali selanjutnya, seakan-akan diagram tegangan regangan
dimulai dari titik C. Kapasitas kekenyalan spesimen baja akan berkurang dari
sebesar O-F menjadi C-F. Selain itu panjang daerah plastik sebelum memasuki
daerah pengerasan regangan juga akan berkurang.
       Ketika pembebanan yang diberikan telah mengakibatkan terjadinya
tegangan sampai di daerah pengerasan regangan (titik B), dan kemudian beban
dihilangkan, maka diagram tegangan-regangan akan menurun mengikuti garis




                                                                               xix
putus-putus menuju titik D. Pada kondisi ini besarnya regangan sisa yang terjadi
adalah sebesar O-D. Dan titik D akan menjadi titik awal untuk pembebanan baru
selanjutnya. Garis B-D lebih panjang jika dibandingkan dengan garis A-C,
menunjukkan bahwa titik leleh baja telah mengalami kenaikkan. Naiknya titik
leleh tersebut akibat dari terjadinya pengerasan regangan. Kapasitas kekenyalan
baja akan menurun cukup banyak dari kapasitas awalnya, yaitu tinggal sepanjang
regangan D-F. Proses pembebanan di luar daerah elastik yang mengakibatkan
perubahan pada tingkat kekenyalan baja yang dikerjakan pada temperatur kamar
biasa disebut dengan pekerjaan dingin.
       Dalam proses produksi elemen struktur bangunan khususnya dari baja,
misalkan plat datar atau profil-profil balok lurus, untuk mendapatkan bentuk yang
diinginkan seringkali dilakukan proses pembentukan pada temperatur ruangan.
Proses ini menghasilkan deformasi tak elastik, terutama pada daerah-daerah
tekukan atau bengkokan.
       Spesimen yang telah dibebani sampai fase pengerasan regangan, kemudian
beban dilepas, dan spesimen disimpan beberapa hari, spesimen tersebut
mengalami proses yang disebut penuaan regangan (strain aging). Jika setelah itu
diberikan pembebanan ulang pada spesimen, maka pada spesimen tersebut akan
didapati peningkatan tegangan leleh, peningkatan kuat tarik, sedangkan
keuletannya akan berkurang, seperti ditunjukkan pada diagram tegangan-regangan
aibat pengaruh penuaan regangan pada Gambar 1. 5.
           σ

                                                                Peningkatan kuat tarik
                           Peningkatan                          karena penuaan regangan
                           tegangan leleh
                           karena penuaan
        Tegangan




                           regangan

                      Peningkatan
                      tegangan leleh
                      karena
                      pengerasan
                      regangan
                                                                   ε
                                       Regangan
                   Gambar 1. 5 Pengaruh Penuaan Regangan (Strain aging)



                                                                                   xx
B. Tipe Batang Baja dan Struktur Baja
     Tipe-tipe batang baja yang menjadi elemen-elemen penyusun struktur baja
secara umum dibedakan menjadi tiga macam, yaitu batang tarik, batang tekan, dan
batang lentur. Batang tarik banyak dijumpai sebagai penahan tarik pada kerangka,
bracing, penumpu balkon,dan sebagai kabel penggantung. Batang tekan paling
sering dijumpai sebagai kolom-kolom pada struktur bangunan gedung. Sedangkan
batang lentur sebagai penahan gaya lentur pada struktur biasa dikenal sebagai
balok.
         Profil penampang baja tipikal yang biasa dipakai untuk masing-masing
tipe batang baja tertera pada gambar berikut.




                                     Balok
             Profil T              barongga         Kabel           Penampang                 Plat
                                                                       pejal




            Profil WF              Profil I           Profil Siku        Profil Siku              Profil gabungan
                                                                          Ganda



                               Gambar 1. 6 Batang Tarik Tipikal




                    Profil T          Profil Siku           Profil WF                  Profil I
                                       Ganda




                                                                                 Penampang
                                  Profil gabungan                                   pipa



                               Gambar 1. 7. Batang tekan tipikal




                                                                                                            xxi
                Penampang I dari       Profil WF          Profil I
                 profil C ganda




                        Profil C         Profil Siku    Profil gabungan


                              Gambar 1. 8 Batang Lentur Tipikal

        Struktur baja secara umum terbagi menjadi tiga kategori utama, yaitu
struktur rangka, struktur cangkang, dan struktur suspensi. Pada struktur rangka,
elemen-elemen yang dominan adalah batang tarik, balok, dan batang dengan
beban lentur kombinasi beban aksial. Pada struktur cangkang lebih didominasi
oleh beban aksial. Sedangkan pada struktur tipe suspensi, didominasi oleh beban
tarik aksial.

1.   Struktur Rangka
        Struktur rangka merupakan kategori struktur yang paling banyak dijumpai
dalam konstruksi bangunan. Bangunan gedung bertingkat biasanya terdiri dari
balok dan kolom yang menyusun suatu struktur rangka, baik yang terhubungkan
secara rigid atau hanya terhubung sederhana dengan penopang diagonal untuk
menjaga stabilitas. Meskipun suatu bangunan gedung berlantai banyak bersifat
tiga dimensional, namun biasanya bangunan tersebut didesain sedemikian rupa
sehingga lebih kaku pada salah satu arah ketimbang arah lainnya. Dengan
demikian, bangunan tersebut dapat diperlakukan sebagai serangkaian rangka
(frame) bidang. Rangka batang harus diperlakukan sebagai rangka ruang tiga
dimensi bila dalam perangkaiannya sedemikian rupa sehingga terdapat perilaku
batang – batangnya pada salah satu bidang cukup mempengaruhi perilaku pada
bidang lainnya.




                                                                            xxii
       Bangunan – bangunan industri dan bangunan – bangunan satu lantai
tertentu, seperti sekolah, aula, atau gelanggang olah raga, pada umumnya
menggunakan struktur rangka baik secara keseluruhan maupun hanya sebagian
saja. Terutama pada sistem atap yang merupakan serangkaian kerangka datar,
kerangka ruang, sebuah kubah atau mungkin pula bagian dari suatu rangka datar
atau rangka kaku satu lantai dengan pelana. Selain itu struktur rangka juga banyak
digunakan pada jembatan dengan berbagai model.
                                                        Balok Ring

                                           Balok Grid                Lantai 3
                           ing
                   lo   kR
                 Ba

                                                                     Lantai 2



                                                                     Lantai 1

                                                   Kolom
                                                   Dalam

                                         Kolom
                                         Dalam




                                  Kolom Luar




                                Gambar 1. 9 Struktur Tipe Rangka

2.   Struktur Tipe Cangkang
       Struktur tipe cangkang (shell) adalah bentuk struktural tiga dimensional
yang kaku dan tipis yang mempunyai permukaan lengkung. Bentuk ini
mengadopsi dari bentuk kulit telur serta berbagai bentuk rumah binatang seperti
cangkang kepiting dan cangkang keong.
       Cangkang pada umumnya selain bertindak sebagai penahan beban dalam
bangunan juga dapat menutup ruangan yang cukup besar. Lebar cangkang yang
dapat dibuat sangat besar jika dibandingkan dengan tipisnya pelat cangkang tadi.
Oleh karena itu struktur cangkang paling baik digunakan pada bangunan dengan
bentang besar tanpa pembagian pada interior seperti stadion, stasiun, pasar,
masjid, exibition hall, dang bangunan bentang besar lainnya.




                                                                                xxiii
       Cara yang baik untuk mempelajari perilaku permukaan shell yang dibebani
adalah dengan memandangnya sebagai analogi dari membran, yaitu elemen
permukaan yang sedemikian tipisnya hingga hanya gaya tarik yang timbul
padanya. Membran yang memikul beban tegak lurus dari permukaannya akan
berdeformasi secara tiga dimensional disertai adanya gaya tarik pada permukaan
membran. Yang terpenting adalah adanya dua kumpulan gaya internal pada
permukaan membran yang mempunyai arah saling tegak lurus. Hal yang juga
penting adalah adanya tegangan geser tangensial pada permukaan membran yang
juga berfungsi memikul beban.( Sukawi,2008)




              Sumber:http://strukons6.blogspot.com
                      Gambar 1. 10. Struktur tipe cangkang

3.   Struktur Tipe Suspensi
       Baja adalah satu-satunya material yang dapat digunakan sebagai struktur
suspensi atau kabel. Pada struktur dengan tipe suspensi, kabel tarik merupakan
elemen – elemen utama. Biasanya subsistem dari struktur ini terdiri dari struktur
kerangka, seperti misalnya rangka pengaku pada jembatan gantung. Karena
elemen tarik ini terbukti paling efisien dalam menahan beban, struktur dengan
konsep ini semakin banyak dipergunakan.
       Telah banyak dibangun pula struktur khusus dengan berbagai kombinasi
dari tipe rangka, cangkang, dan suspensi. Meskipun demikian, seorang desainer




                                                                            xxiv
spesialis dalam tipe struktur cangkang dan struktur suspensi ini pun pada dasarnya
harus juga memahami desain dan perilaku struktur rangka.




     Sumber: http://www.bardaglea.org.uk
                      Gambar 1. 11 Struktur Tipe Suspensi

C. Prinsip-prinsip Perencanaan Struktur Bangunan
      Perencanaan atau desain suatu struktur bangunan merupakan suatu usaha
untuk menghasilkan produk bangunan yang memenuhi semua fungsi yang
diharapkan ada pada bangunan yang akan dibangun. Selain itu tentunya
perencanaan yang dibuat harus memenuhi semua persyaratan yang berlaku di
tempat didirikannya bangunan tersebut pada waktu dibangun, baik secara teknis
seperti kekuatan dan daya layan, maupun non teknis seperti koefisien dasar
bangunan dan tinggi maksimum bangunan.
       Perkembangan teknologi dan perkembangan kebutuhan akan fungsi suatu
bangunan terus berkembang dari waktu ke waktu. Fungsi bangunan di masa kini
bukan lagi hanya sebagai tempat berlindung yang mampu menahan angin dan
hujan. Bangunan sekarang berisi berbagai elemen-elemen pendukung struktural
seperti kabel-kabel dan pipa-pipa yang diperlukan untuk memenuhi fungsi dari



                                                                              xxv
bangunan tersebut, juga bagi para penggunanya. Selain itu bangunan sekarang
juga harus dapat menahan berbagai elemen finishing bangunan yang beragam dan
kompleks.
        Tujuan dari perencanaan bangunan adalah untuk menghasilkan suatu
bangunan yang aman dan memenuhi fungsi. Untuk dapat mencapai tujuan tersebut
secara optimal, diperlukan suatu proses yang bersifat iteratif atau terus berulang
sampai diperoleh hasil yang sesuai dengan yang diharapkan.
        Tahapan-tahapan dalam perencanaan struktur baja secara garis besar
mengikuti urutan sebagai berikut.
1. Penetapan Design
        Design suatu bangunan ditentukan dengan mempertimbangkan hal-hal
berikut:
   a.   peruntukan bangunan,
   b.   arsitektural bangunan,
   c.   peraturan/standar yang berlaku,
   d.   geometri struktur,
   e.   bahan struktur, dan
   f.   biaya
2. Penetapan Dimensi Awal
        Penetapan dimensi awal elemen struktur dimaksudkan untuk memberikan
   asumsi awal bagi perhitungan beban struktur, terutama adalah beban sendiri
   bangunan. Dimensi elemen struktur untuk konstruksi baja berupa pemilihan
   jenis dan ukuran profil.
3. Perhitungan Beban
        Beban-beban yang bekerja pada suatu bangunan terdiri dari empat kategori
   umum:
   a. beban mati       : beban permanen,
   b. beban hidup      : beban sementara yang disesuaikan dengan peruntukan
                        bangunan,
   c. beban angin      : akibat tekanan angin yang besarnya sesuai dengan
                        intensitas angin setempat, dan



                                                                             xxvi
  d. beban gempa         : gaya horisontal akibat getaran permukaan tanah yang
                           besarnya sesuai dengan intensitas gempa setempat
       Jenis dan besar dari masing-masing beban tersebut dapat berbeda untuk
  jenis dan fungsi bangunan yang berbeda. Besarnya beban dihitung berdasarkan
  komposisi bangunan hasil dari proses penetapan desain. Perhitungan beban
  dilakukan setelah design bangunan selesai dikerjakan.
4. Analisis Gaya-Gaya Dalam
       Gaya-gaya dalam yang terjadi pada struktur bangunan dihitung dengan
  perhitungan        analisis   struktur   baik   secara   manual   maupun    dengan
  memanfaatkan bantuan program perhitungan struktur berbasis computer.
  Besarnya gaya dalam menjadi pedoman dalam perencanaan elemen struktur.
5. Evaluasi
       Berdasarkan besarnya gaya yang bekerja pada struktur serta mutu baja
  yang digunakan, kemudian dilakukan evaluasi terhadap struktur yang ada
  apakah telah memenuhi semua persyaratan kekuatan dan kemampuan kerja
  yang ada dan apakah hasilnya sudah optimum.
6. Redesain
       Sebagai tindak lanjut dari proses evaluasi sebelumnya, maka jika memang
  struktur yang ada belum memenuhi persyaratan kekuatan maupun kemampuan
  kerja yang ada maka perlu dilakukan perencanaan ulang. Proses perencanaan
  ulang biasanya mulai langkah dua sampai langkah lima dan merupakan suatu
  proses iteratif.
7. Perencanaan Akhir
       Jika telah diperoleh desain yang optimal dan memenuhi semua persyaratan
  yang ditetapkan, maka diambil suatu keputusan tentang perencanaan akhir.
  Hasil perencanaan tersebut kemudian digambarkan dalam gambar rencana
  kerja untuk dijadikan pedoman dalam pelaksanaan konstruksi di lapangan.
       Tahapan-tahapn tersebut mengikuti alur seperti pada Gambar 1.12.




                                                                               xxvii
 Penetapan Desain:
 - Peruntukan bangunan                             Perhitungan
                           Pra Rencana:                                   Evaluasi
                                                   beban dan
 - Peraturan / Standard    (Asumsi jenis dan
                                                   Analisis
 - Geometri Struktur       ukuran profil )
                                                   struktur
 - Bahan Struktur
 - Biaya


                                                                 Tidak
                                                  Redesign                  Cek !

                                                                          Asumsi OK ?
                                                                         Hasil Optimal ?


                                               Gambar -gambar                      Ya

            Pelaksanaan                            Rencana
                                                     dan
            Konstruksi                         Hitungan Biaya
                                                  Bangunan


                Gambar 1. 12 Diagram Alir Perencanaan Bangunan

D. Pembebanan Struktur
     Suatu struktur atau elemen struktur akan menanggung beban-beban yang
jenis dan besarnya bervariasi. Berikut ini akan dibicarakan beberapa jenis beban
yang umum dikenal bekerja dalam suatu struktur maupun elemen struktur.
1.   Beban Mati
        Pengertian beban mati menurut SNI 1727-1989F adalah berat dari semua
bagian dari suatu bangunan yang bersifat tetap, seperti berat sendiri bangunan
yang terdiri dari semua material penyusunnya, termasuk segala unsur tambahan,
penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan
bagian yang tak terpisahkan dari bangunan tersebut. Macam dan besarnya berat
bahan bangunan yang dipakai pada bangunan tercantum pada Tabel 1. 2.
        Tabel 1. 2. Berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung
 No                          Keterangan                           Berat
 Bahan Bangunan
 1   Baja                                                      7850 kg/m3
 2   Batu alam                                                 2600 kg/m3
 3   Batu belah, batu bulat, batu gunung (berat tumpuk)        1500 kg/m3
 4   Batu karang (berat tumpuk)                                700 kg/m3
 5   Batu pecah                                                1450 kg/m3
 6   Besi tuang                                                7250 kg/m3
 7   Beton                                                     2200 kg/m3



                                                                                xxviii
No                          Keterangan                             Berat
8   Beton bertulang                                             2400 kg/m3
9   Kayu kelas I                                                1000 kg/m3
10 Kerikil, koral (kering udara saMPai lembab, tanpa diayak)    1650 kg/m3
11 Pasangan bata merah                                          1700 kg/m3
12 Pasangan batu belah, batu bulat, batu gunung                 2200 kg/m3
13 Pasangan batu cetak                                          2200 kg/m3
14 Pasangan batu karang                                         1450 kg/m3
15 Pasir ( kering udara sampai lembab)                          1600 kg/m3
16 Pasir (jenuh air)                                            1800 kg/m3
17 Pasir kerikil, koral (kering udara sampai lembab)            1850 kg/m3
18 Tanah, lempung dan lanau (kering udara sampai lembab)        1700 kg/m3
19 Tanah, lempung dan lanau ( basah)                            2000 kg/m3
20 Timah hitam (timbel)                                         11400 kg/m3
Komponen Gedung
1   Adukan semen                                                2100 kg/m3
2   Adukan kapur, semen merah atau tras                         1700 kg/m3
3   Aspal, termasuk bahn-bahan mineral penambah                 1400 kg/m3
4   Dinding pasangan bata merah satu batu                       450 kg/m2
5   Dinding pasangan bata merah setengah batu                   250 kg/m2
6   Dinding pasangan batako berlubang tebal 20 cm (HB 20)       200 kg/m2
7   Dinding pasangan batako berlubang tebal 10 cm (HB 10)       120 kg/m2
8   Dinding pasangan batako tanpa lubang tebal 15 cm            300 kg/m2
9   Dinding pasangan batako tanpa lubang tebal 10 cm            200 kg/m2
10 Langit-langit dan dinding (termasuk rusuk-rusuknya,          11 kg/m2
    tanpa penggantung langit-langit atau pengaku) dari semen
    asbes dengan tebal maksimum 4 mm
11 Langit-langit dan dinding (termasuk rusuk-rusuknya,          10 kg/m2
    tanpa penggantung langit-langit atau pengaku) dari kaca
    dengan tebal 3-4 mm
12 Lantai kayu dengan balok kayu dengan bentang                 40 kg/m2
    maksimum 5 m dan untuk beban hidup maksimum 200
    kg/m2
13 Penggantung langit-langit (dari kayu), dengan bentang        7 kg/m2
    maksimum 5 m dan jarak s.k.s. minimum 0,80 m
14 Penutup atap genting dengan reng dan usuk/kaso, per m2       50 kg/m2
    bidang atap
15 Penutup atap sirap dengan reng dan usuk/kaso, per m2         40 kg/m2
    bidang atap
16 Penutup atap seng gelombang (BWG 24) tanpa gordeng           10 kg/m2
17 Penutup lantai dari ubin semen portland, teraso dan beton,   2400 kg/m3
    tanpa adukan
18 Semen asbes gelombang (tebal 5 mm)                           11 kg/m2




                                                                           xxix
2.    Beban Hidup
        Beban hidup adalah beban gravitasi yang bekerja saat struktur telah
berfungsi, dimana besar dan posisinya bervariasi. Secara lebih rinci SNI 1727-
1989 F mendefinisikan beban hidup sebagai semua beban yang terjadi akibat
penghunian atau penggunaan suatu gedung, dan kedalamnya termasuk beban-
beban pada lantai yang berasal dari barang-barnag yang dapat berpindah, mesin-
mesin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tak terpisahkan dari
gedung dan dapat diganti selama masa hidup dari gedung tersebut, sehingga
mengakibatkan perubahan dalam pembebanan lantai dan atap. Rincian beban
hidup lantai gedung sesuai dengan fungsi dari bangunan tercantum pada Tabel 1.
3.
                  Tabel 1. 3 Beban Hidup Pada Lantai Gedung
 No                               Keterangan                             Beban
 1.    Lantai dan tangga rumah tinggal                                 200 kg/m2
 2.    Lantai dan tangga rumah tinggal sederhana dan gudang-           125 kg/m2
       gudang tidak penting yang bukan untuk toko, pabrik atau
       bengkel
 3.    Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor, toko toserba, restoran,   250 kg/m2
       hotel, asrama, dan rumah sakit
 4.    Lantai ruang olah raga                                          400 kg/m2
 5.    Lantai ruang dansa                                              500 kg/m2
 6.    Lantai dan balkon masjid, gereja, ruang pagelaran, ruang        400 kg/m2
       rapat, bioskop dan panggung penonotn dengan tempat duduk
       tetap
 7.    Panggung penonton dengan tempat duduk tidak tetap atau          500 kg/m2
       untuk penonton berdiri
 8.    Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam no       300 kg/m2
       3
 9.    Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam no       500 kg/m2
       4,5,6 dan 7
 10    Lantai ruang pelengkap dari yang disebut dalam no 3, 4,5,6      250 kg/m2
       dan 7
 11.   Lantai untuk pabrik, bengkel, gudang, perpustakan, ruang        400 kg/m2
       arsip, toko buku, toko besi, ruang alat-alat dan ruang mesin,
       minimum
 12.   Lantai gedung parkir bertingkat
        - untuk lantai bawah                                           800 kg/m2
        - untuk lantai tingkat lainnya                                 400 kg/m2
 13.   Balkon, minimum                                                 300 kg/m2




                                                                              xxx
3.     Beban Hidup Jembatan Jalan Raya
             Beban hidup pada jembatan jalan raya berasal dari kendaraan yang
melintas di atas jembatan tersebut. Menurut RSNI-T-02-2005, beban hidup pada
jembatan yang harus ditinjau terdiri dari dua macam, yaitu beban ”D” yang
merupakan beban jalur untuk gelagar dan beban T yang merupakan beban terpusat
untuk lantai kendaraan.
             Beban T adalah beban kendaraan truk dengan 3 as dengan ukuran-ukuran
serta kedudukan seperti tertera pada Gambar 1. 13.
             Beban lajur D terdiri dari beban terbagi rata (BTR) yang digabung dengan
beban garis (BGT) seperti terlihat pada Gambar 1. 14.




                                                                                                  0,5             0,5
                    4m               4–9m                                                               1,75 m

        50 kN            200 kN                          200 kN                                         2,75 m

     125mm      25kN   500mm    100kN                 500mm    100kN
         200mm             200mm                           200mm
          200mm            200mm                           200mm            2,75 m
     125mm             500mm    100kN                 500mm    100kN



                  Gambar 1. 13 Beban Hidup Terpusat (T) Lantai Kendaraan

                                                                    Beban Garis
                                                                                     p kN/m




                         Arah Lalu Lintas
                                                                                          q kPa




                                            Beban Tersebar Merata

                  Gambar 1. 14 Beban Hidup Merata (D) Lantai Kendaraan




                                                                                                                 xxxi
         Beban terbagi rata (BTR) mempunyai intensitas q kPa, dimana besarnya q
tergantung pada panjang total yang dibebani L seperti berikut:
L ≤ 30 m ; q = 8,0 kPa
                        15 
L > 30 m ; q  8,0 0,5  kPa
                         L
dengan
q = intensitas beban BTR
L = panjang total jembatan yang dibebani
         Beban garis (BGT) satu baris dengan intensitas p kN/m ditempatkan tegak
lurus terhadap arah lalu lintas pada jembatan. Besarnya intensitas p adalah 44,0
kN/m.
         Beban D harus disusun sedemikian hingga menimbulkan momen
maksimum. Penyusunan komponen BTR dan BGT dari beban D pada arah
melintang jembatan harus sama. Penyebaran beban D pada arah melintang
jembatan disesuaikan dengan lebar jembatan seperti pada Gambar 1. 15.



                                                                      100%
                                                                  Intensitas Beban

                   b. untuk lebar jembatan b lebih kecil dari 5,5 m
                                    b
                                    n x 2,75

                                                                                   100%
                                                                         50%
                                                                          Intensitas Beban

                         n x 2,75

                                                                                    100%
                                                                          50%
                                                                           Intensitas Beban


         c. untuk lebar jembatan b lebih besar dari 5,5 m dengan dua alternatif
                                         susunan
      Gambar 1. 15. Penyebaran pembebanan pada arah melintang jembatan



                                                                              xxxii
4.   Beban Angin
       Beban angin adalah gaya tekan pada struktur bangunan yang berasal dari
gerakan angin. Beban ini perlu diperhitungkan pada bangunan gedung dan rumah
tinggal dengan tinggi lebih dari 16m, serta pada jembatan-jembatan bentang
panjang. Beban angin ditentukan dengan menganggap adanya tekanan positip dan
tekanan negatip (isapan) yang bekerja tegak lurus pada bidang yang ditinjau.
Besarnya tekanan positip dan negatip ini dinyatakan dalam besaran kg/m2 yang
diperoleh dengan mengalikan besarnya tekanan tiup angin untuk suatu daerah
dengan koefisien angin yang dipengaruhi oleh jenis bangunan. Besarnya tekanan
tiup angin diambil minimum 25 kg/m2, kecuali untuk daerah tepi laut sampai
sejauh 5 Km dari pantai harus diambil minimal 40 kg/m2. Besarnya koefisien
angin untuk berbagai jenis bangunan dapat dilihat pada gambar-gambar dalam
Tabel 1. 4.
                           Tabel 1. 4. Koefisien Angin
  Jenis
                                         Bagan koefisien angin
 Gedung
 Gedung              (0,02α-0,4)                -0,4             +0,9                     -0,4
 Tertutup                                                                      α
                                      α
                                 Bid // angin                           Bid // angin
                   +0,9                                -      +0,9                               -
                                    -0,4                                   -0,4
                                                       0,                                        0,
                                     α <65°            4                65°< α < 90°             4
                          +0,9                  -0,4                                                  -
                                                                                                      0,
                                     α                                      α                         4
                             Bid // angin                                 Bid // angin
                   +0,9                                -0,4     +0,9
                                -0,4                                          -0,4                         -
                                                                                                           0,
                                                                                                           4

                                    -0,4 -0,4
                          +0,9                   -0,4                   -0,4       -0,4


                                 Bid // angin                  +0,9      Bid // angin              -0,4
                                    -0,4                                    -0,4




                                                                                             xxxiii
  Jenis
                                                Bagan koefisien angin
 Gedung
 Gedung
 Tertutup                                                                   -0,4          -0,4            -0,4
                              -0,4
                +0,9 -0,4                    -0,4
                                                       +0,9                                                -0,4
                           α
                          Bid // angin                                         Bid // angin
              +0,9           -0,4                   -0,4                           -0,4

 Gedung              (0,02α-0,4)-0,6                  -0,4-0,6=-1,0      +0,9-0,6           -0,4-0,6=-1,0
 terbuka                                                                 = 0,3
 sebelah
                                     α                     -0,4-0,6                  α                  -0,4-0,6
                                                           =-1,0                                        =-1,0
              +0,9-0,6             Bid // angin                  +0,9-0,6           Bid // angin
              = 0,3               -0,4-0,6=-1,0                   = 0,3            -0,4-0,6=-1,0

              Terbuka                                         Terbuka
                                   α ≤ 65°                                      65°< α < 90°
 Gedung
 terbuka              (0,02α-0,4)-0,6                                                      -0,4-0,6=-1,0
                                                                  +0,9-0,6 = 0,3
 sebelah
                                         α                                           α                  -0,4+0,3
                                                                                                        = -0,1
                                                              +0,9+0,3          Bid // angin
                                    Bid // angin
              +0,9+0,3                                        = 1,2            -0,4+0,3= -0,1
                                   -0,4+0,3=-0,1
              = 1,2
                                                           Terbuka                                   Terbuka
                                                                               65°< α < 90°
   Atap                           Cara I                                             Cara II
  pelana
biasa tanpa                -1,2                                  -1,2       -0,4           +0,8
                                              -0,4                                                         -0,4
  dinding
                                     α                                                              α


                              0° ≤ α ≤ 20°                            α = 0°                       α = 30°




                                                                                                        xxxiv
   Jenis
                                         Bagan koefisien angin
 Gedung
   Atap                Cara I                                        Cara II
  pelana
biasa tanpa      -0,8                        -0,8                    +0,5              (-0,4-α/300)
                                  -0,8
  dinding                                                    0
                          α                          α                       α



                        α ≥ 30°                  10° ≤ α ≤ 30°             α > 30°
   Atap                Cara I                                        Cara II
  pelana                α                                                               α
 terbalik                         -0,4                                           +0,8       -0,4
  tanpa         -1,2                             +1,2       +0,4
 dinding
                  0° ≤ α ≤ 20°                       α = 0°                           α = 30°

                         α                              α                        α
                                                              0
                                -0,8          +0,8                        +0,5        (-0,4-α/300)
                -0,6


                    α ≥ 30°              10° ≤ α ≤ 20°       α > 30°
              Untuk besar sudut α yang terdapat diantaranya koefisien angin
                           diperoleh dengan interpolasi linear
  Atap                                                             -1,8
 miring                +1,8       +1,0                                               -1,0
 sepihak
  tanpa                       α                                             α
 dinding

                              α = 40°                                     α = 40°

              Untuk besar sudut α yang terdapat diantaranya koefisien angin
                           diperoleh dengan interpolasi linear
 Dinding
  yang
 berdiri                            +0,9+0,4=+1,3
 sendiri
 Cerobong
   dengan
penampang                                 +0,7
 lingkaran



                                                                                                xxxv
   Jenis
                                        Bagan koefisien angin
 Gedung
 Struktur
  rangka        +1,6

                                       +1,6 +1,2          +0,65
                                                                         +0,5
                                      +0,4                        +0,5
                              +0,5
                                                        +0,65            +0,5
                       +0,3                    +1,2
                                        +0,7
                              +0,5
                                     +0,4
                  +1,6



5.   Beban Gempa
       Beban gempa adalah gaya-gaya yang berasal dari gerakan arah horizontal
permukaan bumi ketika terjadi gempa. Karena biasanya gerakan permukaan tanah
arah vertikal lebih kecil dibandingkan dengan arah horizintal, dan struktur secara
umum lebih rentan terhadap gerakan horizontal, maka beban gempa biasanya
diperhitungkan berdasarkan efek gempa horizontal.
       Indonesia adalah daerah dengan intensitas kejadian gempa yang cukup
tinggi karena dilalui oleh tiga garis pertemuan lempeng, tempat dimana sumber
gempa tektonik sering terjadi akibat tumbukan antar lempeng. Kondisi tersebut
membawa konsekuensi yaitu setiap struktur yang akan dibangun di wilayah ini
harus memperhatikan pengaruh dari beban gempa yang mungkin terjadi.
       SNI 03-1726-2002 membagi wilayah Indonesia menjadi 6 wilayah gempa
yang didasarkan pada percepatan puncak batuan dasar akibat pengaruh gempa
rencana dengan periode ulang 500 tahun. Pada struktur bangunan gedung yang
beraturan, besarnya beban gempa rencana dapat menggunakan beban gempa
nominal statik ekivalen yang dihitung pada lantai dasar dan pada pusat masa tiap
lantai bangunan. Persamaan yang digunakan adalah:




                                                                                xxxvi
         Untuk lantai dasar
                           C1 I
                   V           Wt
                            R
dengan
V        = Beban geser dasar nominal statik ekuivalen
C1       = faktor respons gempa, yang dipengaruhi oleh percepatan puncak batuan
          dasar dan waktu getar alami struktur gedung
I        = faktor keutamaan bangunan
Wt       = berat total gedung termasuk beban hidup yang sesuai
R        = faktor reduksi gempa
         Untuk lantai tingkat ke – i
                             WiZ i
                    Fi      n
                                            V
                            W Z
                            i 1
                                    i   i



dengan
F        = Beban gempa nominal statik ekuivalen pada tingkat ke i
Wi       = berat lantai tingkat ke-i, termasuk beban hidup yang sesuai
zi       = keinggian lantai tingkat ke-i dihitung dari taraf penjepitan lateral
n        = nomor lantai tingkat paling atas
         Pada bangunan gedung yang tidak beraturan, pengaruh gempa rencana
terhadap struktur tersebut harus ditentukan melalui analisis respons dinamik 3
dimensi. Untuk itu perlu menghitung faktor reduksi gempa R representatif yang
menyatakan tingkat daktilitas suatu struktur, dengan menggunakan persamaan:
                                   V x0  V y0
                    R
                           V x0 / R x  V y0 / R y

dengan
Rx       = faktor reduksi gempa arah sumbu x
Ry       = faktor reduksi gempa arah sumbu y
Vxo      = gaya geser dasar arah sumbu x
Vyo      = gaya geser dasar arah sumbu y




                                                                                  xxxvii
              Gambar 1. 16 Gambar Peta Wilayah Gempa Indonesia

6.   Kombinasi Pembebanan
       Probabilitas munculnya tiap jenis beban pada suatu struktur atau elemen
struktur tidak sama satu sama lain. Keadaan tersebut memunculkan kombinasi
pembebanan yang bertujuan untuk mengakomodasi probabilitas dari tiap jenis
beban. Kombinasi pembebanan menurut SNI 03 – 1729 – 2002 adalah sebagai
berikut:
     1,4 D
     1,2D + 1,6L + 0,5 (La atau H)
     1,2D + 1,6 (La atau H) + (γLL atau 0,8W)
     1,2D + 1,3W + γLL + 0,5 (La atau H)
     1,2D ± 1,0E + γLL
     0,9D ± (1,3W atau 1,0E)
dimana:
D    = beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk
       dinding, lantai atap, plafond, 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, dll




                                                                              xxxviii
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
Dengan,
γL = 0,5 bila L<5 Kpa, dan γL = 1 bila L≥ 5 Kpa

E. Metode-metode Perencanaan Struktur Baja
     Tujuan Perancangan Struktur intinya adalah menciptakan suatu struktur
bangunan yang aman dan memenuhi fungsinya. Tingkat keamanan dinyatakan
dalam seberapa besar resiko kegagalan yang masih dapat diterima. Sedangkan
suatu bangunan dikatakan memenuhi fungsinya dipengaruhi oleh gabungan
berbagai aspek, dimaana yang utama adalah kenyamanan penghuni atau pengguna
bangunan tersebut. Dengan demikian, proses perancangan struktur harus berusaha
sebaik mungkin menyeimbangkan antara pemenuhan atas fungsi, keamanan, daya
layan, dan aspek ekonomis bangunan.
       Secara garis besar filosofi yang diikuti dalam perancangan struktur
bangunan adalah ”Struktur dan batang-batang struktur harus memiliki kekuatan
yang cukup sehingga dapat berfungsi selama umur layanan dari struktur tersebut”.
       Kekuatan cukup dinyatakan dengan adanya cadangan kekuatan untuk
mengantisipasi jika terjadi:

    1) Kelebihan beban, yang mungkin terjadi akibat dari adanya:
       a) perubahan fungsi struktur
       b) kurangnya taksiran efek beban
       c) variasi dalam prosedur konstruksi
    2) Kekuatan material lebih rendah, yang mungkin terjadi akibat dari adanya:
       d) penyimpangan dimensi batang
       e) kekuatan material dipakai lebih kecil daripada design




                                                                          xxxix
           Metode perencanaan struktur baja yang berlaku secara internasional terus
berubah mengikuti dengan perkembangan dunia ilmu pengetahuan dan teknologi.
Setelah penggunaan metode ASDE (1978), dan metode ASDP (1950), menyusul
kemudian metode perencanaan LRFD (1986), yang sampai saat ini digunakan
acuan di banyak negara termasuk Indonesia.

1.   Allowable Stress Design-Elastic (ASDE-ASD) = Design Tegangan Kerja
           Metode ASDE-ASD menyatakan kapasitas batang berada dalam kondisi
elastik. Elemen struktur harus direncanakan sedemikian rupa hingga tegangan
yang dihitung akibat beban kerja, atau beban layan, tidak melampaui tegangan ijin
yang telah ditetapkan.
           Tegangan ijin (Allowable Stress) adalah tegangan maksimum yang
diperkenankan bekerja pada elemen struktur. Tegangan ijin besarnya dibawah
tegangan leleh untuk masing-masing tipe baja.
           Format umum hubungan antara beban dengan kekuatan batang dinyatakan
dalam persamaan:
           Q ≤ Rn/FS
dengan
Q = beban nominal yang bekerja
Rn = Kekuatan nominal yang tersedia
FS = Factor of Safety (angka aman tegangan)
     = 1.67; jika beban yang bekerja adalah beban mati dan beban hidup
     = 1.3; jika beban yang bekerja adalah gabungan antara beban mati, beban
      hidup, beban angin, dan beban gempa
           Peninjauan kekuatan struktur dilakukan pada kondisi beban kerja (beban
apa adanya), dan semua beban diasumsikan memiliki variabilitas rata-rata yang
sama.
           Ilustrasi pada Gambar 1. 17 berikut menjelaskan maksud dari persamaan
di atas.




                                                                                 xl
                      Fy
                                Safety Factor

                      F’
           Tegangan
                                                             Kekuatan material
                                                             sesungguhnya
                               Range tegangan
                               yang digunakan


                             y Regangan           p


                           Gambar 1. 17 Design Tegangan Kerja

         Daerah safety factor dimaksudkan untuk memberikan cadangan kekuatan
pada struktur, sebagai antisipasi jika terjadi kelebihan beban atau berkurangnya
kekuatan material.
         Misalkan metode ASD diterapkan pada perancangan balok, seperti
ilustrasi pada Gambar 1. 18.

                                                                      c




                                                Mmak




                               Gambar 1. 18 Struktur Balok

         Persamaan umum tegangan pada balok menurut ASD adalah sebagai
berikut:
                                       M .c        Fy 
                                   fb  I    Fb  Fs 
                                                      
dengan
fb       = Tegangan di serat terluar akibat momen beban kerja maksimal (M)



                                                                                 xli
M         = Momen beban kerja maksimal yang dihitung dengan menganggap balok
            bersifat elastis
C         = jarak garis netral ke serat terluar
I         = Momen inersia penampang balok
Fb        = Tegangan ijin
Fy        = Tegangan leleh
Fs        = Angka aman

2.   Allowable Stress Design-Plastic (ASDP)= Perancangan Plastis
          Perencanaan berdasar metode ASDP didasarkan pada kapasitas batang
yang berada dalam kondisi plastik. Menurut metode ini, elemen struktur harus
direncanakan sedemikian rupa hingga beban terfaktor yang bekerja, tidak
melampaui kekuatan nominal batang yang tersedia.
     Format umum hubungan antara beban dengan kekuatan batang menurut
ASDP adalah:
                  LF.(Q) ≤ Rn
     dengan
     Q = beban nominal yang bekerja
     Rn = Kekuatan nominal yang tersedia
     LF = Load Factor (Faktor pembesaran beban)
           = 1.7 jika beban yang bekerja adalah beban hidup dan beban mati
           = 1.3 jika beban yang bekerja adalah gabungan beban hidup, mati dan
              gempa atau angin

3.   Load and Resistance Factor Design (LRFD) = Perencanaan keadaan
     batas
          Metode LRFD mendasarkan perhitungan pada keadaan batas struktur.
Keadaan batas didevinisikan sebagai suatu keadaan pada struktur bangunan
dimana bangunan tersebut tidak bisa memenuhi fungsi yang telah direncanakan.
     Keadaan batas yang dimaksud terdiri dari dua ketagori, yaitu:
     1.    Keadaan batas kekuatan (Strength) atau keamanan




                                                                             xlii
          Keadaan batas kekuatan dinyatakan dalam tingkat daktilitas maksimum
          (kekuatan plastis), kekuatan tekuk, tekuk torsi, lelah (Fatigue), dan geser.
    2.    Keadaan batas daya layan (Serviceability)
          Keadaan batas daya layan berhubungan dengan kenyamanan bagi
          penghuni bangunan, seperti lendutan, getaran, deformasi permanen, dan
          retak.
         Dalam perencanaan, terjadinya keadaan batas kekuatan dicegah dengan
jalan mengalikan beban dengan suatu faktor pembebanan, dimana secara rini
dinyatakan dalam persamaan-persamaan kombinasi pembebanan.
         Format umum untuk keadaan batas adalah:
         Φ Rn ≥ Σ γi Qi
dengan
Rn = kekuatan nominal yang tersedia
Φ = faktor resistensi/pengurang kapasitas (<1,0) untuk memperhitungkan
      ketidakpastian dalam besarnya daya tahan
Qi = beban yang bekerja
γi = faktor kelebihan beban
i   = jenis beban
         Besarnya nilai faktor resistensi bervariasi menurut tipe batang dan keadaan
batas yang sedang diperhitungkan. Besarnya masing-masing faktor reduksi untuk
kekuatan batas tersebut tercantum pada Tabel 1. 5.
      Tabel 1. 5 Faktor reduksi kekuatan ( ø ) untuk keadaan kekuatan batas
                    Kuat rencana untuk                         Faktor reduksi (Φ)
Komponen struktur yang memikul lentur:
• balok                                                                0,90
• balok pelat berdinding penuh                                         0,90
• pelat badan yang memikul geser                                       0,90
• pelat badan pada tumpuan                                             0,90
• pengaku                                                              0,90
Komponen struktur yang memikul gaya tekan aksial:
• kuat penampang                                                       0,85
• kuat komponen struktur                                               0,85
Komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial:
• terhadap kuat tarik leleh                                            0,90
• terhadap kuat tarik fraktur                                          0,75



                                                                                 xliii
                 Kuat rencana untuk                         Faktor reduksi (Φ)
Komponen struktur yang memikul aksi-aksi kombinasi:
• kuat lentur atau geser                                            0,90
• kuat tarik                                                        0,90
• kuat tekan                                                        0,85
Komponen struktur komposit:
• kuat tekan                                                        0,85
• kuat tumpu beton                                                  0,60
• kuat lentur dengan distribusi tegangan plastik                    0,85
• kuat lentur dengan distribusi tegangan elastik                    0,90
Sambungan baut:
• baut yang memikul geser                                           0,75
• baut yang memikul tarik                                           0,75
• baut yang memikul kombinasi geser dan tarik                       0,75
• lapis yang memikul tumpu                                          0,75
Sambungan las:
• las tumpul penetrasi penuh                                        0,90
• las sudut dan las tumpul penetrasi sebagian                       0,75
• las pengisi                                                       0,75

Kelebihan LRFD antara lain:
1.   LRFD akan memudahkan masuknya informasi baru mengenai beban dan
     variasi beban yang baru diperoleh. Pengetahuan tentang resistensi baja sudah
     banyak diketahui, sedangkan pengetahuan mengenai beban dan variasinya
     masih   belum      mencukupi.   Pemisahkan     beban    dari   resistensinya
     memungkinkan untuk mengubah salah satu tanpa perlu mempengaruhi yang
     lain.
2.   Perubahan-perubahan dalam berbagai faktor beban dan faktor resistensi lebih
     mudah dilakukan.

4.   Peraturan Perencanaan Bangunan Struktur Baja di Indonesia
        Pada masa awal pembangunan sampai dengan era 70an, Indonesia masih
menggunakan peraturan perencanaan bangunan baja peninggalan Belanda yaitu
VOSB. Standard perencanaan bangunan struktur baja di Indonesia yang pertama
kali terbit adalah Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI) 1983
yang dikeluarkan oleh Direktorat Jendral Cipta karya Departemen Pekerjaan
Umum.



                                                                             xliv
       Selanjutnya keluar Pedoman Perencanaan Bangunan Baja untuk Gedung
(PPBBG)     pada tahun 1987 yang dikeluarkan oleh Yayasan Badan Penerbit
Pekerjaan Umum. Peraturan ini menggunakan dasar-dasar perhitungan yang
diadopsi dari cara Allowable Stress Design (ASD).
       Peraturan yang terakhir keluar adalah SNI 03-1729-2002 tentang Tata
Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung yang dikeluarkan oleh
Badan Standardisasi Nasional Indonesia. Standard yang digunakan dalam
peraturan ini berdasarkan perencanaan struktur baja dengan metode Load and
Resistance Factor Design (LRFD).


                         D. Daftar Bacaan Tambahan

Oentoeng. 2000. Konstruksi Baja. Andi: Yogyakarta.
Salmon C.G., Johnson J.E.. 1986. Struktur Baja Design dan Perilaku. Jilid 1,
       Edisi Kedua. PT. Gramedia Pustaka Utama: Jakarta.
Salmon C.G., Johnson J.E.. 1996. Struktur Baja Design dan Perilaku 2, Edisi
       Ketiga, PT. Gramedia Pustaka Utama: Jakarta.
Timoshenko,Gere. 1997. Mekanika Bahan. Jilid 1. Penerbit Erlangga: Jakarta.


                             E. Pertanyaan Kunci

   Buat grafik tegangan- regangan baja tipikal beserta bagian-bagian utamanya,
kemudian jelaskan maksud dari bagian per bagian tersebut!


                                    F. Soal

1. Sebutkan kelebihan dan kekurangan baja sebagai material struktur!
2. Sebut dan gambarkan berbagai tipe struktur baja!
3. Buat dan jelaskan bagan alir perencanaan struktur baja!
4. Apa perbedaan antara metode perencanaan baja ASDE, ASDP, dan LRFD?




                                                                              xlv
                                    G. Tugas

Lakukan tinjauan lapangan ke suatu bangunan dengan konstruksi baja. Setiap
kelompok melakukan survei pada bangunan dengan struktur baja dengan criteria:
        Kelompok A: Jembatan rangka baja
        Kelompok B: Jembatan balok komposit baja- beton
        Kelompok C: Bangunan Industri rangka baja
        Kelompok D: Tower listrik /pemancar saluran komunikasi
Sebutkan lokasi bangunan dan tanggal survei dilakukan.
   Selanjutnya:
1. Ambil gambar dengan foto digital satu bangunan atau satu porsi struktur
   bangunan.
2. Susun suatu laporan tertulis yang isinya pemahaman saudara dari kacamata
   ahli struktur dibalik bangunan yang dianalisis / di survei, seperti misalnya:
   a. Tipe struktur yang digunakan dan macam profilnya;
   b.   Di mana tumpuan-tumpuan yang diperlukan, apa tipe tumpuannya, misal
        sendi, tunjukkan foto real tumpuan struktur dan modelnya, sebutkan alasan
        mengapa dipilih jenis tumpuan tersebut,
   c. Jenis sambungan yang digunakan ( sertakan contoh fotonya ), sebutkan
        alasan mengapa dipilih jenis sambungan tersebut, dan
   d. Di mana lokasi pembebanan yang mungkin dapat diberikan.




                                                                                   xlvi

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:299
posted:6/10/2012
language:Indonesian
pages:40