perencanaan_balok_komposit_menggunawn_me.pdf
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 PERENCANAAN_BALOK_KOMPOSiT_MENGGUNAWN_ME.pdf
1/8
JURKAL AKSikL Majalah h i a h Teknik Sipii
Vo1.5,60.5 Oesernber2003
hai.
SS - 402
~
~~
PERENCANAAN BALOK KOMPOSiT MENGGUNAWN
METODE
LRFD
Oleh :
Utari Khatuiistiani
Dosen Teknik Sipii
Univ enitas Wijaya b s u m S u ~ b a y a
Design structure of steeiconc reie composite usuaiiy using AS5 Alio~,abieSiress
Design) method, where yield tension of sieel beam profile is limit of strength of
structure. For safety, yield tension is reduced by safety factor to b e allowable stress,
as well as limit of tension
o
steel beam.
Today, analysis of sfrucfure consider random variables, then if is resuifed method of
LRFD Load Resistance Factor Design). Composite structure is one of ihe siruc iures
which usual/y is used for siructure of construction, its design using LRFD meihod.
Analysis of strength of com posite structure determine nominai moment capacity, Mn.
The estimate by plastic theoy, where condiilon of steel seciion is assumpted as full
yield, when if is failured. Fuli yield was determined from piasfic stress distribution of
sieel section. Hence, the nominai moment capacity, Mn is q u a i io pfasiic moment
capacity, Mp.
evword RFD, composite, profile sfeel beam, concrete slab,moment capaclty
Perencanam struktur komposit baja-beion umumnya menggunakan metode ASD
Aiiowabie Stress Designj, dimana uesain kekuafan sirukfurnya meninjau kemampuan
iegangan leleh dari balok baja profi.Uniuk kearnanan, iegangan ieleh direduksi
dengan faictor keam anan, menjadi iegangan ijin, sebagai limit dari iegangan baja.
Berkembangnya analisa struktur yang mempehitungkan adanya variabel-variabel
acak, menghasilkan rnetode LRF Load Resistance Factor Design). SiruMur
komposif, sebagai saiah safu struktur yang sering dimanfaatkan unfuk siruktur
bangunan, perencanaannya uga berkembang menggunakan metocie i R F 5 ni.
Analisa kekuatan struktur komposit dengan meiode LRFD, adalah menentukan
kapasitas rnomen nominal Mn. Estirnasi menggunakan teori plastis, dimana
penampang baja pada saai runiuh diasumsikan dalam kondisi leleh penuh yang
difenfukan
dari disfribusi fegangan piasiis penampang. Maka kapasifas momen
nominal Mn sama dengan kapasitas momen plastis Mp.
ata kun l LRFD, komposit, balok baja proiii, plat beton, kapasitas mom en
1 Pendahuiuan harnpir di sernua struktur bangunan
StruMur yang rnernanfaatkan aksi dirnana baja dan beton saling rneiekat
komposit baja-beton saat ini diiakukan seperti jernbatan atau gedung. Struktur
-
7/25/2019 PERENCANAAN_BALOK_KOMPOSiT_MENGGUNAWN_ME.pdf
2/8
PERENCANAAN BALOK KOMPOStT MENGGUNAKAN METODE LRFD UtariKhatulistiani
komposit dapat menahan beban lebih
besar sekitar 33% sampai 50% atau lebih
dari beban yang dapat ditahan oleh balok
baja profil bila bekerja sendiri sebagai
.
non komposit.
Komposit baja-beton diasumsikan dapat
bekerja bersama-sama menahan beban,
dengan bantuan alat penghubung geser
(shear
connectofj yang dipasang pada
swap a as dari baja pro . Alat
penghubung geser tersebut menghasil-
kan interaksi yang diperlukan untuk aksi
komposit antara balok baja profil dan plat
beton, yang sebelumnya hanya mengha-
silkan lekatan untuk balok yang ditanam
seluruhnya dalam beton. Selain itu alat
penghubung geser berfungsi mencegah
gerakan slip yang terjadi antara balok
baja dengan plat beton. Sifat dari
material baja dan beton yang berbeda,
menjadikan suatu struktur komposit
dengan penampang yang tidak homogen
Solusi untuk ha1 tersebut, diasumsikan
baja dan beton sebagai suatu
penampang homogen, dengan cara
mentransformasi has beton menjadi has
baja ekivalen, menggunakan rasio dari
modulus elastisitas baja terhadap
modulus elastisitas beton.
2. etode Perencanaan
Metode untuk desain struktur komposit
berkembang terus sesuai perkembangan
analisa terhadap perencanaan struktur.
Pada awalnya perencanaan komposit
menggunakan metode Allowable Stress
Design (ASD) dimana sampai saat ini di
Indonesia masih menggunakan metode
ini. Kemudian pada tahun 1986, di
Amerika, perencanaan komposii ber-
kembang dengan menggunakan metode
LRFD
(Load Resistance Factor Design).
Perencanaan komposit dengan metode
ASD, analisa kekuatan siruktur komposit
dengan cara meninjau besar tegangan
maksimum baja profil, yang nilainya tidak
boleh melebihi tegangan ijin baja profil.
Tegangan ijin adalah nilai tegangan leleh
baja profil yang direduksi dengan faktor
keamanan sebesar 1,5, yang bertujuan
untuk mengantisipasi kemungkinan-
kemungkinan beban tak terduga saat
bangunan telah digunakan.
Analisa struktur kemudian berkernbang,
bahwa tercapainya keamanan struktur
berdasar pada wmusan
dimana
:
R
=
variabel kekuatan struktur
Q = variabel efek beban bekerja
Rumusan
(1)
tersebut menunjukkan bah-
wa kekuatan struktur harus lebih besar
dari efek beban bekerja. Tetapi ha1 itu
saja belum terpenuhi guna tujuan
keamanan struktur, karena rna~ih anyak
faktor-faktor atau variabei-variabel acak
tambahan yang berpengaruh terhadap
terjadinya kegagalan struktur. Dengan
menggunakan teori probabilitas, faktor-
faktor atau variabel-variabel acak ter-
sebut dianalisa, sehingga rumusan (1)
dikalikan dengan suatu faktor, sehingga
diperoleh rumusan :
+.R>y?/.Q
(2)
dimana
:
6 = faktor reduksi
y
=
faktor beban
Nilai R dikalikan dengan faktor
6,
dimana
adalah faktor reduksi untuk kapasitas
komponen yang mencakup variasi keku-
atan yang mungkin tidak ditemui di
lapangan. Faktor
6
umumnya bernilai
kurang dari 1. Sedangkan nilai dikali-
kan dengan faktor
y,
dimana
y
adalah
faktor beban yang nilainya lebih besar
atau sama dengan 1. Rumusan 2)
tersebut adalah prinsip dasar metode
LRFD.
Berdasar rumusan
2),
ntuk me akukzn
perencznaan komposit, beban-bekn
-
7/25/2019 PERENCANAAN_BALOK_KOMPOSiT_MENGGUNAWN_ME.pdf
3/8
JURNAL
AKSIAL
Majalah llmiah Teknik ipil
Vo1.5 No.3 Desernber 2003. hal 95
102
bekerja diperbesar dengan cara
mengalikan dengan faktor
y.
Sedangkan
momen lentur dari hasil analisa gaya-
gaya dalam direduksi dengan fakto~
Selanjutnya kekuatan komposit ditentu-
kan besar kapasitas momen nominal Mn
yang dapat dicapai oleh balok baja profil,
dimana nilainya harus lebih besar dari
nilai kapasitas momen nominal beban
bekerja. Pada metode LRFD ini tidak
mempertimbangkan besar tegangan
maksimum yang dicapai baja profil.
3. Lebar Efektif
Perencanaan lebar efektif beff balok
komposit dengan metode LRFD tidak lagi
memperhitungkan batasan-batasan yang
berhubungan dengan tebal plat beton,
serta tidak membedakan balok dalam
dan balok tepi.
Lebar efektif plat beton pada setiap sisi
sumbu memanjang balok maksimal
adalah
:
a. be 118 bentang balok yaitu jarak
tumpuan as ke as.
b. be
s
112 jarak antara sumbu-sumbu
memanjang dua balok yang
bersebelahan.
c. be < jarak dari sumbu memanjang
balok ke tepi plat.
Dari perhitungan di atas tersebut, nilai
terkecil yang menentukan.
4 Kuat Lentur Balok Komposit
Kuat lentur nominal dari balok komposit
di daerah momen positip dikontrol dari
kekuatan plastis penampang atau
kekuatan plat beton atau dari kekuatan
penghubung geser. Bila badan dari pe-
nampang baja sangat langsing dan
badan menerima tekan dengan porsi
besar sehingga terjadi tekuk pada badan,
menyebabkan ada batasan terhadap
kekuatan nominal balok.
Penelitian yang sudah dilakukan dengan
memberi beban tekuk pada badan baja
dari penampang komposit dan berdasar
Spesifikasi
LRFD
(13.2) ada aturan yang
diberikan untuk perencanaan penam-
pang badan baja. Kuat lentur nominal
balok komposit daerah momen positip,
dimana beton dalam kondisi tekan dan
faktor tahanan 4
= 0 85
aka rasio tinggi
baja profil terhadap tebal badan adalah
Hltb
3,76m .
ila nilai Hltb
>
3 76
m aka p =
0 YO.
Kapasitas momen nominal penampang
komposit ditentukan dari tes pembeban-
an yang diestimasi sangat akurat dengan
teori plastis. Dengan teori ini, diasumsi-
kan pada saat runtuh penampang baja
dalam kondisi leleh penuh, sehingga
kapasitas momen nominal sama dengan
kapasitas momen plastis. Analisa kapasi-
tas momen nominal ditentukan dari
distribusi tegangan plastis yang melalui
penampang, kemudian letak dari sumbu
netral plastis PNA (plastic neutral axis)
dapat diketahui, dan diperoleh besar
kapasitas momen nominal komposit.
Distribusi tegangan pada baja digambar-
kan sebagai Fy, seperti Gambar
1
dan 2.
Spesifikasi
LRFD
bagian plat beton
sebagai sisi tekan dari sumbu netral
diasumsikan mengalami tegangan mera-
ta sebesar 0 85 c . Bila bagian plat
adalah sisi tarik dari sumbu netral,
diasumsikan menjadi retak dan tidak
mampu menahan tegangan.
Untuk menentukan kapasitas momen
nominal, juga bergantung pada jumlah
alat penghubung geser yang diberikan.
Karena alat penghubung geser menen-
tukan kuat geser CQn yang dapat
dihasilkan, sehingga menentukan kuat
lentur maksimum dari balok komposit.
Ditinjau dari jumlah penghubung geser,
balok komposit dibedakan rnenjadi balok
komposit penuh dan balok komposit
parsial. Balok komposit penuh diasumsi-
kan bila tidak terjadi slip antara balok dan
-
7/25/2019 PERENCANAAN_BALOK_KOMPOSiT_MENGGUNAWN_ME.pdf
4/8
PERENC N N B LOK KOMPO SIT MENGGUN K N METODE
LRFD Utari
KhatulistianlJ
beton, serta alat penghubung geser
disediakan dalarn jurnlah yang mernadai.
Balok kornposit parsial diasurnsikan
kekuatan balok rnernikul lentur dibatasi
oleh kekuatan alat penghubung geser,
yang rnernpertimbangkan adanya pe-
ngaruh slip antara balok baja dan plat
beton.
Kuat ultirnit balok kornposit tidak
bergantung pada apakah selarna pelak-
sanaan konstruksinya dibantu penopang
sernentara atau tanpa penopang sernen-
tara, karena ketentuan dalarn perenca-
naan tidak bergantung pada metode
konstruksinya.
4 1 uatLentur Positip
Kuat lentur nominal komposit pada
kondisi rnornen positip, kondisi penarn-
pang beton adalah tekan. Untuk
menentukan kapasitas rnornen nominal,
harus dicapai keseirnbangan komposit,
yaitu bila kondisi distribusi tegangan
plastis rnernenuhi :
dirnana C = gaya tekan total
T
=
gaya tarik total
fc = rnutu beton
a
=
tinggi tegangan plat beton
As = luas penarnpang balok
Fy
=
tegangan leleh baja
Gambar
1
Letak PNA
di
Serat Atas Balok
aja
Profil
Pada kondisi C
= T
letak surnbu netral
plastis PNA berada di serat atas dari
sayap atas balok baja. Gaya tekan
bertarnbah dengan menggunakan sernua
beton yang..sebanding dengan gaya tank
yang bertarnbah dengan rnenggunakan
semua kekuatan baja, seperti Gambar 1
Pada prakteknya, kondisi seperti Garnbar
1
sulit dicapai. Ada tiga kondisi letak PNA
yang rnungkin terjadi, yaitu PNA berada
di sayap balok baja, di badan baja atau di
plat beton, seperti Garnbar 2.
Pada Garnbar 2(a), PNA berada di sayap
atas baja profil. Pada kondisi ini, sernua
gaya pada beton adalah tekan
(Cc),
tetapi tidak rnencapai keseirnbangan
dengan gaya tarik total (T) yang dapat
ditahan oleh baja. Karena itu baja akan
rnenjadi tekan (Cs) agar tercapai
T
=
C.
Hal yang sarna terjadi untuk kondisi PNA
-
7/25/2019 PERENCANAAN_BALOK_KOMPOSiT_MENGGUNAWN_ME.pdf
5/8
JURNAL AKSIAL ajalah llmiah eknik Sipil
Vo1.5,No.3 Desember2803. hal.
95
- 102
di badan baja profil, seperti Gambar 2(b).
Ini terjadi bila nilai Cc