materikuliahstrukturbajai (1)

11

What is STEEL?What is STEEL?•Baja adalah komposisi kimia Baja adalah komposisi kimia yang terdiri dari perpaduan (alloy) yang terdiri dari perpaduan (alloy) antara besi (iron) dengan unsur antara besi (iron) dengan unsur material lain.material lain.

•Secara struktual baja adalah Secara struktual baja adalah perbaduan antara besi dan sedikit perbaduan antara besi dan sedikit unsur carbon( 2%) dan unsur lain.unsur carbon( 2%) dan unsur lain.

BAJA DALAM STRUKTURBAJA DALAM STRUKTUR

• ADA 3

• 1. Baja karbon

• 2. Baja paduan rendah mutu

• 3. Baja paduan

22

Baja Karbon Tegangan Leleh Baja Karbon Tegangan Leleh antara 210 – 250 MPaantara 210 – 250 MPa

• Baja karbon ada 3 jenis :

• A. Baja karbon rendah, mengandung C (Carbon) antara 0,03 – 0,35 %.

• B. Baja karbon medium, mengandung C antara 0,35 – 0,50 %.

• C. Baja karbon tinggi, mengandung C antara 0,55 – 1,70%.

33

Baja Paduan Rendah Mutu Tinggi, Baja Paduan Rendah Mutu Tinggi, tegangan leleh antara 290-550MPategangan leleh antara 290-550MPa

• Tegangan putus (fu) antara 415-700 Mpa.

44

55

• Unsur lain seperti manganese, silicon, copper, phosphorus, and sulfur.

• Perpaduan Besi dan carbon lebih 2 % disebut besi tuang (cast iron).

• Besi tuang bersifat getas (brittle).• Baja carbon ada plain carbon steels and alloy

steels.• Plain carbon steels, for bar (batang) and forging

(tempaan) applications merupakan alloys with definite ranges of carbon and a maximum of 1.65 wt% Mn, a maximum of 0.60 wt% Si, a maximum of 0.60 wt% Cu, and maxima in sulfur and phosphorus.

66

SIFAT MEKANIS BAJASIFAT MEKANIS BAJA

• Sifat mekanis baja Sifat mekanis baja struktural yang digunakan dalam

perencanaan harus memenuhi persyaratan minimum yang diberikan pada Tabel 5.3.

1 Tegangan leleh• Tegangan leleh untuk perencanaan ( f y atau Fy) tidak

boleh diambil melebihi nilai yang diberikan Tabel 5.3.2 Tegangan putus• Tegangan putus untuk perencanaan ( fu atau Fu) tidak

boleh diambil melebihi nilai yang diberikan Tabel 5.3.

77

Sifat-sifat mekanis lainnya baja struktural untuk maksud perencanaan ditetapkan sebagai berikut:

• Modulus elastisitas : E = 200.000 MPa

• Modulus geser : G = 80.000 MPa

• Nisbah poisson : μ = 0,3

• Koefisien pemuaian : α = 12 x 10-6 /oC

88

Keuntungan Utama dari bajaKeuntungan Utama dari baja

• Kekuatan tegangan lebih tinggi dibanding material lain seperti kayu, batu, dan beton.

• Tidak seperti pada batu dan beton kekuatan tariknya rendah sedangkan pada baja kekuatan tarik (tension) dan tekannya (compression) tinggi.

• Karena kekuatan tingi maka baja banyak digunakan dalam konstruksi.

• Mampu digunakan untuk bangunan tinggi atau bentangan panjang.

99

Kurva tegangan-regangan (Stress- Kurva tegangan-regangan (Stress- strain curves)strain curves)

strain

stress

1010

F y dan Fu dari berbagai jenis bajaF y dan Fu dari berbagai jenis baja

Jenis baja Fu (MPa)

minimum

Fy (MPa)

minimum

Peregangan

(%)

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

1111

NOTASI

• Fy = yield stress (tegangan leleh)

• Fu = tensile strength (tegangan putus)

• E = modulus of elasticity (modulus elastis)

• Satuan untuk tegangan MPa (Mega Paskal), ksi (kips/in2)

• Regangan tanpa satuan

1313

Bentuk Penampang Batang BajaBentuk Penampang Batang Baja

1515

Bangunan Rangka BajaBangunan Rangka Baja

04/17/2304/17/23 06:05 PM06:05 PMKuliah Baja Ir. Bambang Herumanta, Kuliah Baja Ir. Bambang Herumanta,

MTMT 1616

Bentuk Struktur Rangka

1717

Bentuk struktur rangka

1919

Tahapan Perencanaan Struktur Tahapan Perencanaan Struktur BajaBaja

• Siapkan standar perencanaan yang digunakan (di Indonesia SNI 03-1729-2002, di US pakai AISC)

• Apa mutu baja yang digunakan

• Siapkan gambar bentuk rangka baja

• Siapkan spesifikasi teknis bangunan

• Hitung beban-beban nominal

2020

Pembebanan Pada StrukturPembebanan Pada Struktur

• Pembebanan diklasifikasikan sebagai berikut :• Dead load (D) -The weight of the structure and all other permanently

installed features in the building, including built-in partitions.• Live load (L)-The gravity load due to the intended usage and

occupancy; includes the weight of people, furniture, and movable equipment and partitions. In LRFD, the notation L refers to floor live loads and L,, to roof live loads.

• Rain load (R)-Load due to the initial rainwater or ice, excluding the contribution of ponding.

• Snow load (S).• Wind load (W).• Earthquake load (E).

2121

Dalam SNI 03-1729-2002Dalam SNI 03-1729-2002

• D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap

• L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain

• La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak

• H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkangenangan air

• W adalah beban angin• E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726–

1989, atau penggantinya

2222

Kombinasi pembebanan

• The required strength is defined in the AISC LRFD Specification as the maximum (absolute value) force obtained from the following load combinations.

1.4D 1.2D + 1.6L + 0.5 (L, or S or R) 1.2D + 1.6 (L, or ,S or R) + (0.5L or 0.8142) 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5 (L, or S or R) 1.2D + 1.5E + (0.5r or 0.2S) 0.9D * (I.3W or 1.5E)

2323

Dalam SNI 03-1729-2002Dalam SNI 03-1729-2002

• Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan di bawah ini:

1,4D (6.2-1)

1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H) (6.2-2)

1,2D + 1,6 (La atau H) + (γ L L atau 0,8W) (6.2-3)

1,2D + 1,3 W + γ L L + 0,5 (La atau H) (6.2-4)

1,2D ± 1,0E + γ L L (6.2-5)

0,9D ± (1,3W atau 1,0E) (6.2-6)

2424

Contoh Menghitung Required Contoh Menghitung Required Strength (Kekuatan yg diperlukan)Strength (Kekuatan yg diperlukan)

Contoh (1) Sebuah balok menahan momen 50 kN-m

dari beban mati (D) dan 35 kN-m dari beban hidup (L), tentukan kekuatan diperlukan?

• Karena hanya ada beban mati (D) dan beban hidup (L) maka Lr= S = R:W: E =0.

• Kombinasi beban rumus (6.2-1) dan (6.2-2) yang digunakan

2525

1.4D = 1.4 x 50 kN-m=70 kN-m

1.2D + l.6L=1.2 x 50 kN-m + 1.6 x 35 kN-m= 116 kN-m

Struktur baja harus mempunyai Kekuatandiperlukan yang maksimum yaitu 116 kN-m.

2626

Contoh (2)Contoh (2)

• Balok lantai W21x50, jarak antar balok 10 m center-to-center, mendukung dead load

65 N/m2 and a live load of 40 N/m2. Tentukan kombinasi beban yang menentukan kekuatan perlu maksimum?

• Total dead load D = 50N/m + 65 N/m2 x 10.0 m=700N/m

• Total live load L = 40N/m2 x 10.0 m = 400 N/m• As in Prob. (1), Lr= S= R =W = E=0.• The two relevant load combinations are

2727

• 1.4D = 1.4 x7O0 N/m = 980 N/m (6.2-1)

• 1.2D + 1.6L = 1.2 x 700 N/m + 1.6 x 400 N/m = 1480 N/m

• The second load combination, which gives the maximum factored load, 1480 N/m (or

• 1.48 kN/m), governs.

2828

Contoh (3)Contoh (3)

• 2.3. Roof design loads include a dead load of 35 lb/ft2, a live (or snow) load of 21 lb/ft2, and a wind pressure of L 5 lb/ft2 (upward or downward). Determine the governing loading.

• The six load combinations are

2929

Load Combination Factored Load, lb/ft2

• (A.4-1) 1.4 x 35 = 49

• (A.3-2) 1.2x35+0+0.5x25 = 55

• (A.4-3) 1.2x35 + 1.6 x 25 + 0.8 x 15 = 94

• (A.4-4) 1.2x35+1.3x 15 + 0 + 0.5 x 25 = 74

• (A.4-5) 7.2x35+0+0.2x25 =47

• (A.4-6) 0.9 x 35 - 1.3 x 15 =12

• The third load combination governs; it has a total factored load of 94 lb/ft².

2lb/ft

3030

Contoh (4)Contoh (4) The axial forces on a building column from

the code-specified loads have been calculated as 200 kips of dead load, 150 kips (reduced) floor live load, 25 kips from the roof (.r-., or S or R),100 kips from wind, and 40 kips from earthquake. Determine the required strength of the column.

3131

Load Comb. Factored Axial Forced (kN)• 1.4x200 =280• 1.2x200 + 1.6 x 150+0.5 x 25 =493• 1.2x200 + 1.6 x 25 + 0.5 x 150 =355• I.2x200 +1.6x25+0.8x 100 =360• 1.2x200 + 1.3 x 100 + 0.5 x 150 + 0.5 x 25 =458• 1.2x200 + 1.5 x 40+ 0.5 x 150 =375• 1.2x200 + 1.5 x 40+0.2x25 =305• 0.9x200-1.3x100 =50• 0.9 x 200 - 1.5 x 40 =120The required strength for the column is 493 kN,

based on the second load combination.

3232

Metode Perancangan (Design Metode Perancangan (Design Methods)Methods)

• Ada 2 metode yaitu :

1. ASD (Allowable Stress Design) 1923 - sekarang

2. LRFD (Load and Resistance Factor Design) 1986 – sekarang

3333

Allowable Stress Design (ASD)

Load and Resistance Factor Design (LRFD)

Beban Tidak ada faktor beban(semua nilainya 1)

Tiap beban ada faktor beban

Tegangan Hanya ada satu faktor yaitu FS (factor of Safety)

Tiap strength or resistance faktornya berbeda

Persyaratan Actual stress≤allowable stress

∑γiQi ≤ ФRnKeadaan kekuatan batas dan keadaan kemampuan-layan batas

3434

ASDASD

Actual stress = force/section area = P/AatauActual stress = moment/section modulus = M/SAllowable stress = yield stress/factor of

safety = Fy/FS

3535

LRFDLRFD• KEADAAN KEKUATAN BATAS (STRENGTH

LIMIT STATES) harus dipenuhi ini tekait dengan KAPASITAS BEBAN MAKSIMUM (seperti plastic hinge dan buckling)persyaratan baca SNI 03-1729-2002pasal 6.3

• Keadaan kemampuan-layan batas (Serviceability limit states) harus dibatasi lendutan dan getaran, persyaratan baca SNI 03-1729-2002pasal 6.4 khususnya tabel 6.4.1

3636

SNI 03-1729-2002SNI 03-1729-2002

Standar Nasional Indonesia

TATA CARA PERENCANAAN STRUKTUR BAJA UNTUK BANGUNAN GEDUNG

Ini wajib hukumnya bagi mahasiswa untuk memiliki dan membacanya !!

3737

Tension Members (Batang Tarik)Tension Members (Batang Tarik)

• Batang Tarik adalah KOMPONEN STRUKTUR YANG MENGALAMI GAYA TARIK AKSIAL

• Ketentuan SNI 03-1729-2002

• Kuat tarik rencana

Komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial terfaktor Nu harus memenuhi:

3838

Ketentuan SNIKetentuan SNI

3939

CROSS.SECTIONAL AREAS (Luas Penampang Lintang)

• Ada luas gross dan netto, luas efektif

Cara menghitung :

A gross = tebal plat x lebar plat

A netto = tebal plat x (lebar plat – lubang)

A efektif = A neto x U

4040

Menghitung Luas

• Ketentuan SNI

4141

Contoh Menghitung Luas Contoh Menghitung Luas PenampangPenampang

4242

Gambar sambungan platGambar sambungan plat

• Dua plat disambung dengan 1 baut


MTMT 4343

Contoh 2Contoh 2

• Disambung 2 baut

4444

Contoh 3Contoh 3Baut 3

4545

Contoh 4Contoh 4

• Profil WF

4646

Columns and Other Compression Members

4747

lanjutanlanjutan


MTMT 4949


MTMT 5050

5252

Batas KelangsinganBatas Kelangsingan

5454

Contoh 1Contoh 1

• Batang tekan rangka kuda2, panjang 173 cm, mutu baja BJ37, Nu= 5801 kg, profil siku ganda 40.40.5. Apakah profil ini aman?

• Penyelesaian :• Dari SNI diperoleh Fy=2400 kg/cm2,

Fu=3700 kg/cm2.• Data profil siku 40.40.5 sbb:• Ix=Iy= 5.42 cm4, A=3.755 cm2,

5555

Hitung I ganda sikuHitung I ganda siku

• Ix=2.(5.42)=10,84 cm4

• Iy=2.(5,42)+2.(3,755)(1,17+0,5.5)^2=1414,225 cm4

• Rx= (Ix/A)^0,5=1,2 cm

• Ry= = 13,72 cm

• Pilih yg kecil, diperoleh kelangsingan = k.l/r =173/1,2 =144,167 < 200 ok!

5656

Hitung NnHitung Nn

Diperoleh =1,59>1.2 maka

Nn = Ag. Fy/ = 7,51 . 2400/3.16= 5703.797 kg

Nu = 5801,65 > 0,85 . 5703.797=4848.228 juga > 5314.659 kg Not ok!

Profil tidak AMAN !

=1.25(1.59)^2=3.16

Lc>1.5 tekuk elastik, maka Fcr= 832.562 kg/cm2

0.85 .Nn = 0.85. (832.562).7.51 = 5314.659 kg

0.85(Nn)=0.85(7.51.(2400/3.16))=4848.228 kg

Cek b/ t = 40/5=20<

5757

Contoh 2Contoh 2

• Pilihlah penampang WF untuk batang tekan berujung sendi-sendi, panjang 16 ft untuk memikul beban aksial tekan sebesar 95 kips beban mati dan 100 kips beban hidup.

• Penyelesaian :• a) hitung beban terfaktor yeng maksimum• Nu= 1,2 D + 1,6 L = 1,2 . 95 + 1,6.100• = 274 kips = 1218.752 kN = 121875.2 kg

5858

Coba profil WF dari tabel profilCoba profil WF dari tabel profil

• Coba kelangsingannya < 200, ambil =100, maka kL/r = 100, berarti r = 16.12.2,54/100 = 4.8768 cm

• Pilh profil WF yg r nya sekitar 4.8768 cm• Coba profil WF 250x250, A=92.18 cm2, bf=250 mm,tw=9

mm,tf=14 mmberat sendiri 72.40 kg/m, Ix=10500 cm4, Iy=3650 cm4, rx=10.8 cm, ry=6.29 cm.

• Cek kelangsinan kL/r = 16.12.2,54/6.29=77.53 <200 ok!• Cek perbandingan b/t=125/14=8.92 < 170/Fy^0.5=10.97

OK!

5959

Kuat Nominal NnKuat Nominal Nn

= (16.12.2,54/6.29.3,14).(400/2000000)^0.5=0.855<1.2

W=1.39

Fcr=2400/1.39=1729.51 kg/cm2

Nn= Ag. Fcr = 92.18.1729.51 = 159426.3 kg

0.85.(159426.3)=135512.3 kg

121875.2 kg < 135512.3 kg OK! Profil WF 250x250 AMAN

6060

Contoh 3Contoh 3

• Pilihlahlah penampang WF yang ringan dari baja BJ 37 yang akan berfungsi sebagai batang utama sepanjang 22 ft untuk memikul beban aksial tekan sebesar 100 kips beban mati dan 200 kips beban hidup. Batang tersebut betumpuan sendi pada ujung atas dan jepit pada ujung bawah.

6161

SolusiSolusi

• 1. Hitung beban terfaktor Nu maksimum• Nu = 1.2 D + 1.6 L = 1.2 (100) + 1.6 (200)

= 440 kips = 1957.12 kN• K.L = 0.7 (22.1.2,54) =0.7.(670.56 cm)=

459.392 cm (ingat jepit-sendi, k=0.7)• Kl/r < 200, coba kl/r = 150 , maka r =

459.392/150 = 3.128 cm• Coba profil WF 250x250, A=92.18 cm2,

ry= 6.29 cm rx=10.8 cm.

6262

Cek kelangsinganCek kelangsingan

• Cek perbandingan b/t=125/14=8.92<370/(Fy-Fr)^0.5=28.377 OK!

• Kl/r =459.392/6.29=74.6 < 200• Ag = 92.18 cm2, • Fcr=Fy/w=240/1.3637=175.9871 MPa=1759.871

kg/cm2• Nn=Ag.Fcr=92.18.(1759.871)=16224.9 kg• 0.85 Nn= 137891.2 kg=1378.912 kN<Nu=

1957.12 kN not ok, profil perbesar

=

=0.823>0.25, maka w=1.3637

6363

Coba WF 300x300Coba WF 300x300

• A=119.80 cm2, tf=15 mm, tw=10 mm, rx=13.1 cm, ry=7.51 cm.

• Cek b/t = 150/15= 10 < 370/(fy-fr)^0.5=28.377 OK

• Cek kelangsingan kL/r=459.39/7.51=61.17 < 200 OK

• Parameter kelangsingan =0.675

w=1.25 , maka Fcr=191.618 MPa, 0.85.Fcr=162.875 MPa=1628.75 kg/cm2

6464

Cek Nu=195712 kgCek Nu=195712 kg

• 0.85 . Nn = 0.85 Ag.Fcr=119.80 .( 1628.75) = 195124.3 kg < Nu not ok!

• Coba WF 350x350 , A=173.9 cm2, ry=8.84 cm, tf= 19 mm.

• Cek b/t = 175/19 =9.21 < 28.377 ok

• kL/r = 459.39/8.84 = 51.96 < 200

• Parameter kelangsingan = 0.573

• W=1.173, maka Fcr=204.02 MPa

6565

Cek Nu=195712 kgCek Nu=195712 kg

• 0.85. Nn = 0.85.Ag.Fcr=173.9 .(1734.19)=301575.6 kg > Nu OK!

6666

BEAM (Balok atau Batang lentur)

• Perencanaan untuk lentur

• Lentur terhadap sumbu utama kuat

• Suatu komponen struktur yang memikul lentur terhadap sumbu kuat (sumbu-x), dan dianalisis dengan metode elastis sesuai Butir 7.4, harus memenuhi,

6767

Momen lentur terhadap sumbu lemah

• Suatu komponen struktur yang memikul momen lentur pada sumbu lemahnya (sumbu-y), dan dianalisis dengan metode elastis sesuai Butir 7.4 harus memenuhi,

6868

Penampang KOMPAKPenampang KOMPAK

• Syaratnya

• Lihat Tabel 7.5.1

• Menghitung kuat lentur nominal Mn

materikuliahstrukturbajai (1)

Documents