![Diktat Kuliah Baja Lanjut - 8 [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/diktat-kuliah-baja-lanjut-8.jpg)
12 0 13 MB
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ...................................................................................................................... I 1
BANGUNAN INDUSTRI ..................................................................................1-1
1.1
Pembebanan Bangunan ........................................................................................................................... 1-1 1.1.1
Beban Rencana............................................................................................................................1-1
1.1.2
Kombinasi Pembebanan .........................................................................................................1-1
1.1.3
Beban Mati ....................................................................................................................................1-3
1.1.4
Beban Hidup ................................................................................................................................1-8
1.1.5
Reduksi Nilai Beban Hidup untuk Lantai ..................................................................... 1-16
1.1.6
Lebar dan Area Tributary Pembebanan ....................................................................... 1-18
1.1.7
Perencanaan Pembebanan Angin Berdasarkan ASCE ............................................ 1-19
1.1.8
Perencanaan Pembebanan Angin Menurut PBI 1987 ............................................ 1-28
1.1.9
Pembebanan Gempa .............................................................................................................. 1-34
1.1.10 Kriteria Defleksi Bangunan ................................................................................................ 1-35 1.2
Perencanaan Bangunan Industri .......................................................................................................1-37 1.2.1
Pembebanan Struktur oleh Crane ................................................................................... 1-38
1.2.2
Pembebanan Spesifik yang Hanya Terjadi pada Struktur yang Memikul Crane
....................................................................................................................................... 1-40
1.2.2.1 Beban Vertikal ........................................................................................................ 1-41 1.2.2.2 Beban Side Thrust ................................................................................................. 1-41 1.2.2.3 Gaya Traction .......................................................................................................... 1-42 1.2.2.4 Gaya Impact Tabrakan (Bumper Impact) ................................................... 1-42 1.2.2.5 Beban Vibrasi .......................................................................................................... 1-42 1.2.2.6 Kombinasi Pembebanan Spesifik untuk Bangunan yang Memikul Crane........................................................................................................ 1-43 1.2.3
Perencanaan Sistem Atap ................................................................................................... 1-45 1.2.3.1 Sistem Rangka Batang ......................................................................................... 1-45 1.2.3.2 Struktur Atap Sistem Single Beam ................................................................. 1-68
1.2.4
Perencanaan Dudukan Kolom / Base Plate ................................................................ 1-81 1.2.4.1 Base Plate yang Menerima Hanya Beban Aksial ...................................... 1-82 1.2.4.2 Base Plate yang Menerima Beban Momen dan Gaya Aksial ............... 1-87
i
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
1.2.4.3 Desain Angkur Baut .............................................................................................. 1-97
2
JEMBATAN ........................................................................................................2-1
2.1
Pendahuluan ................................................................................................................................................ 2-1 2.1.1
Komponen Jembatan ................................................................................................................2-5
2.1.2
Jenis-Jenis Jembatan .................................................................................................................2-5
2.1.3
Tipe Jembatan .......................................................................................................................... 2-10 2.1.3.1 Jembatan Pelengkung (Arch Bridge) ............................................................ 2-10 2.1.3.2 Jembatan Girder ..................................................................................................... 2-16 2.1.3.3 Jembatan Rangka Baja ......................................................................................... 2-18 2.1.3.4 Jembatan Kantilever ............................................................................................. 2-20 2.1.3.5 Jembatan Cable Stayed ........................................................................................ 2-23 2.1.3.6 Jembatan Suspension........................................................................................... 2-25
2.2
Pembebanan Jembatan Jalan Raya ...................................................................................................2-27 2.2.1
Aksi dan Beban Tetap ........................................................................................................... 2-27 2.2.1.1 Beban Mati (Dead Load) .................................................................................... 2-27 2.2.1.2 Beban Mati Tambahan (Superimposed Dead Load) ............................. 2-28
2.2.2
Beban Lalu Lintas ................................................................................................................... 2-29 2.2.2.1 Beban Lajur “D” ...................................................................................................... 2-29 2.2.2.2 Beban Truk (T) ....................................................................................................... 2-31 2.2.2.3 Faktor Beban Dinamis ......................................................................................... 2-31 2.2.2.4 Gaya Rem................................................................................................................... 2-32 2.2.2.5 Gaya Sentrifugal ..................................................................................................... 2-33 2.2.2.6 Pembebanan untuk Pejalan Kaki .................................................................... 2-33
2.2.3
Aksi Lingkungan ...................................................................................................................... 2-34 2.2.3.1 Beban Temperatur ................................................................................................ 2-34 2.2.3.2 Beban Angin ............................................................................................................. 2-35 2.2.3.3 Beban Gempa........................................................................................................... 2-36
2.3
2.4
2.2.4
Aksi – aksi Lainnya ................................................................................................................. 2-37
2.2.5
Kombinasi Beban .................................................................................................................... 2-37
Pembebanan Jembatan Kereta Api ...................................................................................................2-38 2.3.1
Rencana Muatan 1921 .......................................................................................................... 2-38
2.3.2
Rencana Muatan Trem 1919 ............................................................................................. 2-39
Contoh perhitungan : ..............................................................................................................................2-40 2.4.1
Slab jembatan ........................................................................................................................... 2-40
ii
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
3
MENARA TRANSMISI .....................................................................................3-1
3.1
Pendahuluan ................................................................................................................................................ 3-1
3.2
3.3
3.1.1
Komponen Utama Menara / Tower Listrik ....................................................................3-5
3.1.2
Komponen Pelengkap Menara / Tower Listrik ......................................................... 3-11
Kriteria Desain dan Perencanaan .....................................................................................................3-13 3.2.1
Kuat Tarik Penghantar (Maximum Working Tension) .......................................... 3-13
3.2.2
Perhitungan Sag (Lendutan) dan Tension (MWT)................................................... 3-13
3.2.3
Panjang Penghantar............................................................................................................... 3-16
3.2.4
Jarak Antar Penghantar ....................................................................................................... 3-17
3.2.5
Jarak Rentang Gawang ......................................................................................................... 3-17
3.2.6
Jarak Bebas ................................................................................................................................ 3-20
Pembebanan ...............................................................................................................................................3-22 3.3.1
Beban Vertikal .......................................................................................................................... 3-22
3.3.2
Beban Horisontal .................................................................................................................... 3-22 3.3.2.1 Beban Transversal ................................................................................................ 3-22 3.3.2.2 Beban Longitudinal .............................................................................................. 3-23
3.3.3
Beban Kabel Putus ................................................................................................................. 3-23
3.3.4
Beban Angin .............................................................................................................................. 3-23 3.3.4.1 Kategori Paparan (Exposure Categories) ................................................... 3-24 3.3.4.2 Efek Topografi......................................................................................................... 3-25 3.3.4.3 Faktor Efek Hembusan (Gust Effect Factor) .............................................. 3-26 3.3.4.4 Perhitungan Pembebanan ................................................................................. 3-27
3.3.5
Beban Gempa ............................................................................................................................ 3-29 3.3.5.1 Prosedur Analisis Seismik ................................................................................. 3-29 3.3.5.2 Perhitungan Akselerasi Respon Spektral ................................................... 3-30 3.3.5.3 Perhitungan gaya gempa lateral statik ekuivalen ................................... 3-30
3.3.6 3.4
Contoh Perhitungan Pembebanan pada Ujung Cross Arm................................... 3-32
Perencanaan Tower ................................................................................................................................3-41 3.4.1
Perhitungan Tekan ................................................................................................................. 3-42
3.4.2
Perhitungan Tekan Untuk Siku......................................................................................... 3-42
3.4.3
Panjang Efektif ......................................................................................................................... 3-43
3.4.4
Perhitungan Tarik .................................................................................................................. 3-44
iii
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
4
BANGUNAN BERTINGKAT ...........................................................................4-1
4.1
Pendahuluan ................................................................................................................................................ 4-1 4.1.1
Klasifikasi Struktur Baja .........................................................................................................4-1
4.1.2
Bangunan Gedung .....................................................................................................................4-2 4.1.2.1 Structure Frame ........................................................................................................4-2 4.1.2.2 Tension Structure .....................................................................................................4-5 4.1.2.3 Rangka bangunan baja gedung bertingkat ....................................................4-5
4.1.3 4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Metode Analisis Struktur Rangka/Frame Baja .............................................................4-6
Perencanaan Elemen Balok Lentur (Profil I atau H) ................................................................4-10 4.2.1
Kuat Nominal Momen Lentur ............................................................................................ 4-11
4.2.2
Kuat Geser Penampang ........................................................................................................ 4-15
Perencanaan Elemen Balok - Kolom (Profil I atau H) ..............................................................4-16 4.3.1
Batasan kekompakan penampang balok-kolom ....................................................... 4-17
4.3.2
Persamaan Interaksi Momen – Normal ( M-P ) ......................................................... 4-17
Perencanaan Elemen Plate - Girder .................................................................................................4-18 4.4.1
Batasan 4-18
4.4.2
Kuat Lentur Rencana ............................................................................................................. 4-19
4.4.3
Kuat Geser Rencana ............................................................................................................... 4-20
4.4.4
Pengaku Melintang / Transverse Stiffners ................................................................... 4-21
4.4.5
Interaksi antara lentur dan geser .................................................................................... 4-21
Perencanaan Batang Tekan .................................................................................................................4-22 4.5.1
Tekuk Elastik Euler ................................................................................................................ 4-22
4.5.2
Pengaruh Tegangan Sisa ...................................................................................................... 4-23
4.5.3
Tahanan Tekan Nominal ..................................................................................................... 4-24
4.5.4
Panjang tekuk ........................................................................................................................... 4-25
4.5.5
Tekuk Lokal ............................................................................................................................... 4-27
Perencanaan Struktur Balok Komposit ..........................................................................................4-27 4.6.1
Perbedaan Struktur Komposit dan Nonkomposit. ................................................... 4-28 4.6.1.1 Balok Nonkomposit .............................................................................................. 4-28 4.6.1.2 Balok Komposit ...................................................................................................... 4-28
4.6.2
Efek Pembebanan pada Struktur Komposit................................................................ 4-30 4.6.2.1 Propped Construction ......................................................................................... 4-30 4.6.2.2 Unpropped Construction ................................................................................... 4-30
iv
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
4.7
4.6.3
Perencanaan balok komposit ............................................................................................ 4-32
4.6.4
Perilaku Elastis Penampang Komposit. ........................................................................ 4-37
4.6.5
Kapasitas Momen Penampang /Momen Plastis Penampang .............................. 4-40
4.6.6
Kapasitas Gaya Geser Penampang Komposit ............................................................. 4-44
4.6.7
Serviceability Check. ............................................................................................................. 4-45
Perencanaan Konstruksi Baja Tahan Gempa ...............................................................................4-46 4.7.1
Momen Resisting Frames (MRF) ....................................................................................... 4-49 4.7.1.1 Seismic Provision untuk Moment Resisting Frame (MRF) ................. 4-54
4.7.2
Concentrically Braced Frames (CBF) ............................................................................. 4-56 4.7.2.1 Perilaku Sistem Struktur Concentrically Braced Frames (CBF) ....... 4-57 4.7.2.2 Pengembangan Perilaku Daktail CBF ........................................................... 4-58 4.7.2.3 Pengembangan Gaya Maksimum Bresing .................................................. 4-60 4.7.2.4 Gaya maksimum pada kolom dan balok...................................................... 4-61
4.7.3
Eccentrically Braced Frames (EBF) ................................................................................ 4-62 4.7.3.1 Perilaku Dasar EBF ............................................................................................... 4-63 4.7.3.2 Perilaku Link ........................................................................................................... 4-64 4.7.3.3 Panjang link dan perilakunya .......................................................................... 4-65 4.7.3.4 Persyaratan Seismic AISC EBF......................................................................... 4-66 4.7.3.5 Bracing yang di tahan terhadap tekuk (Buckling Restrained Braced Frames/BRBF). ........................................................................................ 4-69
4.7.4
Sistem Rangka dengan Steel Plate Shear Wall (SPSW) .......................................... 4-72 4.7.4.1 Distribusi Gaya ....................................................................................................... 4-74 4.7.4.2 Persyaratan AISC ................................................................................................... 4-76
v
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1
Pola Beban Mati dan Beban Hidup ................................................................................ 1-5
Gambar 1-2
Pembebanan Rafter ............................................................................................................. 1-6
Gambar 1-3
Pembebanan Rafter ............................................................................................................. 1-7
Gambar 1-4
Pembebanan Rafter ............................................................................................................. 1-8
Gambar 1-5
Tributary Area dari Balok dan Kolom .......................................................................1-19
Gambar 1-6
Diagram tekanan angin untuk MWFRS .....................................................................1-21
Gambar 1-7
Contoh Perhitungan Bangunan Satu Lantai ............................................................1-23
Gambar 1-8
Pembebanan Angin pada Bangunan ..........................................................................1-26
Gambar 1-9
Koefisien Angin untuk Gedung Tertutup .................................................................1-30
Gambar 1-10
Koefisien Angin untuk Gedung Terbuka Sebelah .................................................1-31
Gambar 1-11
Koefisien Angin untuk Atap Pelana Tanpa Dinding ............................................1-31
Gambar 1-12
Koefisien Angin untuk Atap Pelana Terbalik Tanpa Dinding ..........................1-32
Gambar 1-13
Koefisien Angin untuk Atap Miring Tanpa Dinding ............................................1-32
Gambar 1-14
Koefisien Angin untuk Dinding yang Berdiri Bebas ............................................1-33
Gambar 1-15
Koefisien Angin untuk Cerobong dengan Penampang Lingkaran ................1-33
Gambar 1-16
Koefisien Angin untuk Struktur Rangka ...................................................................1-33
Gambar 1-17
Contoh bangunan industri ..............................................................................................1-37
Gambar 1-18
Gambar Overhead Crane .................................................................................................1-38
Gambar 1-19
Contoh penyusunan sistem truss ................................................................................1-46
Gambar 1-20
Contoh penggunaan bracing pada balok yang bergoyang ................................1-46
Gambar 1-21
Penggunaan sistem truss untuk konstruksi atap .................................................1-47
Gambar 1-22
Jenis-jenis sistem truss pada atap bangunan .........................................................1-47
Gambar 1-23
Komponen-Komponen Utama dari Roof Truss .....................................................1-48
Gambar 1-24
Pemasangan Purlin dan Girt pada Konstruksi Bangunan .................................1-50
Gambar 1-25
Detailing Pemasangan Purlin ........................................................................................1-50
Gambar 1-26
Propertis Penampang Profil Gording .........................................................................1-51
Gambar 1-27
Gording yang Menerima Beban pada Arah Sumbu Lokal .................................1-53
Gambar 1-28
Grafik Spacing untuk sambungan Ekspansi berdasarkan F.C.C. Tech. Report No. 65 .......................................................................................................................................1-58
Gambar 1-29
Sambungan Ekspansi pada Balok ................................................................................1-60
Gambar 1-30
Contoh sambungan ekspansi pada balok joist .......................................................1-61
Gambar 1-31
Contoh sambungan ekspansi pada balok joist .......................................................1-61
Gambar 1-32
Contoh sambungan ekspansi pada sistem truss ...................................................1-62
vi
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
Gambar 1-33
Struktur Atap system single beam ..............................................................................1-68
Gambar 1-34
Struktur Atap system single beam dengan crane support ...............................1-69
Gambar 1-35
Diagram Momen Portal Sederhana .............................................................................1-70
Gambar 1-36
Sambungan Siku Tanpa Stiffener .................................................................................1-71
Gambar 1-37
Stiffener Diagonal ...............................................................................................................1-72
Gambar 1-38
Deformasi Pelat dan Stiffener Akibat Tegangan Geser ......................................1-72
Gambar 1-39
Sambungan Pengaruh Momen Lentur .......................................................................1-75
Gambar 1-40
Letak Garis Netral ...............................................................................................................1-76
Gambar 1-41
Sambungan Pengaruh Gaya Normal ...........................................................................1-77
Gambar 1-42
Tegangan Geser Pada Sambungan ..............................................................................1-80
Gambar 1-43
Types of anchor rods .........................................................................................................1-81
Gambar 1-44
Bangunan Portal 3 Lantai ................................................................................................1-82
Gambar 1-45
Tegangan Tahanan Asumsi ............................................................................................1-83
Gambar 1-46
Penampang Kritis ...............................................................................................................1-83
Gambar 1-47
Penentuan Momen .............................................................................................................1-84
Gambar 1-48
Gambar Area Tahanan untuk Base Plate yang dibebani secara Ringan .....1-86
Gambar 1-49
Base Plate terhadap Gaya Angkat. ...............................................................................1-87
Gambar 1-50
Resultant dari Tegangan Tahanan Tekan dibawah Sayap Kolom .................1-88
Gambar 1-51
Distribusi Regangan ..........................................................................................................1-89
Gambar 1-52
Pelat penuh yang menahan momen dengan eksentrisitas kecil ....................1-90
Gambar 1-53
Pelat penuh yang menahan momen dengan eksentrisitas menengah ........1-90
Gambar 1-54
Lebar kritis pelat untuk baut angkur pada sisi tarik ..........................................1-95
Gambar 1-55
Penyebaran Beban .............................................................................................................1-96
Gambar 1-56
Jenis-jenis Angkur Bauttipe Cast-In-Place yang Biasa Digunakan ................1-97
Gambar 1-57
Gambar Kerucut Kegagalan pada Beton ................................................................ 1-100
Gambar 2-1
Komponen-komponen jembatan ................................................................................... 2-5
Gambar 2-2
Jembatan Jalan Raya (a) Golden Gate Bridge California (b) New Brunswick ................................................................................................................................ 2-6
Gambar 2-3
Jembatan Pejalan Kaki (a) The Helix Bridge, Marina Bay, Singapore (280m) (b) El Alamillo Bridge Seville, Spain (200 m span) (c) Japan Bridge Paris, France (1994) (100 m span) .............................................................. 2-6
Gambar 2-4
Jembatan Pejalan Kaki Three Countries Pedestrian Bridge, menghubungkan Perancis, Jerman, dan Swiss (248m) ........................................................................... 2-7
Gambar 2-5
Jembatan Kereta Api (a) Mountain Creek Bridge (1880) Canada (b) Stoney Creek Bridge Canada ............................................................................................ 2-7
Gambar 2-6
Jembatan Kereta Api Cikampek - Cirebon ................................................................. 2-7
Gambar 2-7
Transit Guideway - BTS train system Bangkok, Thailand .................................. 2-8
Gambar 2-8
Through Type, Jembatan Dondang, Kalimantan .................................................... 2-8
vii
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
Gambar 2-9
Deck Type (a) The Hurricane Deck Bridge over Lake of the Ozarks (b) Henry Hudson Bridge ......................................................................................................... 2-9
Gambar 2-10
Half Through Type, (a) Yajiesha Bridge, Guangzhou (b) Nanning Bridge, Guangxi, Steel Box Arch ..................................................................................................... 2-9
Gambar 2-11
Prinsip Jembatan Pelengkung (Arch Bridge) ........................................................2-11
Gambar 2-12
Prinsip Jembatan Pelengkung Rangka Baja (Steel Truss Arch Bridge) ......2-11
Gambar 2-13
Jembatan Pelengkung (Arch Bridge) Daniel Carter Bread Bridge di Cincinnati ...............................................................................................................................2-12
Gambar 2-14
Sydney Harbour Bridge Australia. Parabolic Arch. 503m span. ....................2-12
Gambar 2-15
Chaotianmen Bridge, China2 . 552m span utama dari total panjang 1,741m. 6 jalur kendaraan dan 1 pejalan kaki pada deck utama, rel kereta pada deck bawah. Jembatan pelengkung terpanjang di dunia per 2012. ........................2-13
Gambar 2-16
Jembatan Rumbai Jaya, Riau ..........................................................................................2-13
Gambar 2-17
Jembatan Kahayan, Kalimantan Tengah ...................................................................2-13
Gambar 2-18
Jembatan Martadipura, Kalimantan Timur .............................................................2-14
Gambar 2-19
Jembatan Rumpiang, Kalimantan Selatan ................................................................2-14
Gambar 2-20
Jembatan Batang Hari II, Jambi.....................................................................................2-14
Gambar 2-21
Jembatan Batang Hari II, Jambi.....................................................................................2-15
Gambar 2-22
Jembatan Teluk Mesjid, Riau .........................................................................................2-15
Gambar 2-23
Jembatan Siak III, Riau......................................................................................................2-15
Gambar 2-24
Gambar prinsip jembatan girder / jembatan balok ............................................2-16
Gambar 2-25
Dunn Memorial Bridge, New York, USA. 8 jalur U.S. Route 9 dan 20. .........2-17
Gambar 2-26
Jembatan Girder Cawang – Tanjung Priok Fly over ............................................2-17
Gambar 2-27
Jembatan Girder Cawang – Tanjung Priok Highway ...........................................2-17
Gambar 2-28
Jembatan Pemuda Pramuka Flyover dan Suprapto Flyover ...........................2-18
Gambar 2-29
Bagian-bagian jembatan rangka ..................................................................................2-18
Gambar 2-30
Tipe Jembatan Rangka Baja............................................................................................2-19
Gambar 2-31
Jembatan Rangka Baja Standar – Trial Erection di Pabrik ...............................2-19
Gambar 2-32
Jembatan Rangka Baja Standar.....................................................................................2-20
Gambar 2-33
Jembatan Kapuas II, Kalimantan ..................................................................................2-20
Gambar 2-34
Gambar Prinsip Jembatan Kantilever ........................................................................2-20
Gambar 2-35
Prinsip Dasar dari Jembatan Kantilever, Firth of Forth Bridge, Scotland. 2-21
Gambar 2-36
Firth of Forth Bridge, Scotland. 521m span ............................................................2-21
Gambar 2-37
Pelaksanaan Pembangunan Firth of Forth Bridge, Scotland. 521m span .2-22
Gambar 2-38
Blue Water Bridge, Ontario, Canada. Cantilever Truss Bridge. ......................2-22
Gambar 2-39
Quebec Bridge, Canada, 549m span. 3 jalur kendaraan, 1 jalur kereta dan 1 jalur pejalan kaki.................................................................................................................2-22
Gambar 2-40
Jembatan Anggana..............................................................................................................2-23
viii
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
Gambar 2-41
Gambar Prinsip Jembatan Cable Stayed ...................................................................2-23
Gambar 2-42
Konstruksi Jembatan Cable Stayed .............................................................................2-23
Gambar 2-43
Tipe Jembatan Cable Stayed ...........................................................................................2-24
Gambar 2-44
Hong Kong-Shenzhen Western Corridor - Approach Viaduct, 5.5km .........2-24
Gambar 2-45
Rama IX Bridge, Bangkok. 450m span .......................................................................2-24
Gambar 2-46
Milau Viaduct Bridge, Perancis .....................................................................................2-24
Gambar 2-47
Tatara Bridge, Jepang. 890m span ..............................................................................2-25
Gambar 2-48
Gambar Prinsip Jembatan Suspension ......................................................................2-25
Gambar 2-49
Gambar Prinsip Jembatan Suspension ......................................................................2-25
Gambar 2-50
London Tower Bridge, London, UK ............................................................................2-26
Gambar 2-51
Tacoma Narrow Bridge, Washington, USA. 2800ft span ...................................2-26
Gambar 2-52
Akashi Kaikyo Bridge, Jepang. 1991m span tengah ............................................2-26
Gambar 2-53
Beban lajur “D” .....................................................................................................................2-29
Gambar 2-54
Distribusi Beban Jalur .......................................................................................................2-30
Gambar 2-55
Pembebanan Truk “T” ......................................................................................................2-31
Gambar 2-56
FBD untuk beban lajur “D”..............................................................................................2-32
Gambar 2-57
Gaya rem per lajur 2.75 m ..............................................................................................2-33
Gambar 2-58
Pembebanan untuk pejalan kaki..................................................................................2-34
Gambar 2-59
Momen akibat beban rencana .......................................................................................2-43
Gambar 3-1
Lattice Tower dan Tubular Steel Pole ......................................................................... 3-3
Gambar 3-2
Posisi tower dalam suatu jalur transmisi .................................................................. 3-4
Gambar 3-3
Tower sirkit tunggal tipe suspension (kiri), tower sirkit ganda tipe suspension (tengah) dan tower sirkit empat tipe suspension (kanan). ...... 3-5
Gambar 3-4
Beberapa tipe konduktor penghantar listrik ........................................................... 3-7
Gambar 3-5
Tipe konduktor penghantar listrik ACSR dan AAAC ............................................. 3-8
Gambar 3-6
Tipe kabel pentanahan, tipe “Ground Steel Wire” (GSW) (kiri) dan tipe “Aluminium Clad Steel Wire” (AS Wire) (kanan). .................................................. 3-8
Gambar 3-7
Tipe kabel telekomunikasi (OPGW) ............................................................................. 3-9
Gambar 3-8
Tipe kabel telekomunikasi (OPGW) ............................................................................. 3-9
Gambar 3-9
Metoda Catenary .................................................................................................................3-13
Gambar 3-10
Metoda Parabola .................................................................................................................3-16
Gambar 3-11
Jarak rentang angin (wind span) .................................................................................3-19
Gambar 3-12
Jarak rentang berat (weight span) ..............................................................................3-20
Gambar 3-13
Tower Bracing System......................................................................................................3-41
Gambar 4-1
Beberapa Type Frame ........................................................................................................ 4-2
Gambar 4-2
Tipe Joint .................................................................................................................................. 4-3
Gambar 4-3
Struktur dengan Bracing dan Tanpa Bracing ........................................................... 4-4
Gambar 4-4
Struktur dengan Bracing dan Tanpa Bracing ........................................................... 4-5
ix
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
Gambar 4-5
Suspended Multistory Bulding System .......................................................................... 4-5
Gambar 4-6
Elemen-elemen dari Bangunan Baja dari Gedung Bertingkat. ......................... 4-6
Gambar 4-7
Analisis First Order dan Second Order ....................................................................... 4-7
Gambar 4-8
Struktur Baja Tanpa Bracing Dengan Goyangan Kesamping (sway) ............. 4-8
Gambar 4-9
Balok Di Atas 2 Tumpuan ................................................................................................4-10
Gambar 4-10
Faktor Modifikasi (Cb) untuk Momen Tak Seragam ............................................4-14
Gambar 4-11
Grafik Perhitungan Cv.......................................................................................................4-16
Gambar 4-13
Balok Di Atas 2 Tumpuan Mendapat Aksial Tekan ..............................................4-17
Gambar 4-14
Diagram Interaksi Gaya Aksial Tekan dan Momen ..............................................4-18
Gambar 4-15
Penampang dan Potongan Memanjang Plate Girder ..........................................4-18
Gambar 4-16
Panjang Tekuk untuk Beberapa Kondisi Perletakan ..........................................4-25
Gambar 4-17
Nomogram Faktor Panjang Tekuk ..............................................................................4-26
Gambar 4-18
Slip antara Balok Baja dan Pelat Beton pada Balok Non Komposit ..............4-28
Gambar 4-19
(a) Diagram Regangan Balok Non Komposit, (b) Diagram Tegangan Balok Non Komposit .......................................................................................................................4-28
Gambar 4-20
Balok Baja dan Pelat Beton Melentur Bersamaan pada Balok Komposit ..4-28
Gambar 4-20
(a) Diagram Regangan Balok Komposit (b) Diagram Tegangan Balok Komposit ................................................................................................................................4-29
Gambar 4-21
(a) Stud Shear Connector, (b) Shear Connector dari Profil Baja, (c) Shear Connector dari baja............................................................................................................4-29
Gambar 4-22
Propped Construction pada Balok Komposit .........................................................4-30
Gambar 4-23
Momen akibat DL, SDL, dan LL .....................................................................................4-30
Gambar 4-24
Unpropped Construction pada Balok Komposit ...................................................4-30
Gambar 4-25
(a) Momen Akibat Berat Sendiri Balok Baja dan Beton Muda + Pekerja, (b) Momen Akibat SDL danLL ..............................................................................................4-31
Gambar 4-26
Pengecoran Balok Komposit dengan Metal Decking dan Pelat Cor Insitu 4-31
Gambar 4-27
Pengecoran Balok Komposit dengan Plat Beton Precast ..................................4-31
Gambar 4-28
Pengecoran dengan Bekisting Sementara dari Kayu ..........................................4-32
Gambar 4-29
Denah Lantai Bangunan ...................................................................................................4-33
Gambar 4-30
Lebar Ekivalen Balok Komposit ...................................................................................4-33
Gambar 4-31
Distribusi Geser Balok Komposit .................................................................................4-33
Gambar 4-32
Bondek Tegak Lurus Profil dan Sejajar Profil ........................................................4-36
Gambar 4-33
Bondek dan Shear Connector ........................................................................................4-36
Gambar 4-34
Pemasangan Shear Connector Jenis Stud .................................................................4-37
Gambar 4-35
Pengecoran plat beton dari lantai komposit ..........................................................4-37
Gambar 4-36
(a) Penampang Komposit, (b) Diagram Regangan dan tegangan Balok Komposit, (c) Diagram Regangan pada Balok Komposit dengan Penampang Tertransformasi, .................................................................................................................4-38
x
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
Gambar 4-37
(a) Penampang Komposit, (b) Penampang Transformasi (c) Tegangan Ekivalent (d) Tegangan Reel ..........................................................................................4-39
Gambar 4-38
Plastic Neutral Axis berada di beton ..........................................................................4-40
Gambar 4-39
Plastic Neutral Axis Berada di Pelat Beton ..............................................................4-41
Gambar 4-40
Plastic Neutral Axis Berada di Flens Baja ................................................................4-42
Gambar 4-41
Plastic Neutral Axis berada di web baja ...................................................................4-42
Gambar 4-43
Penampang Komposit dengan Bondex .....................................................................4-43
Gambar 4-43
(a) Bondek Tegak Lurus Profil baja, (b) Bondek Sejajar Profil Baja ............4-44
Gambar 4-44
(a) Penampang Transformasi, (b) Tegangan Elastis ...........................................4-45
Gambar 4-45
Daktilitas Struktur Baja....................................................................................................4-46
Gambar 4-46
Kerusakan Bangunan Bertingkat Akibat Gempa ..................................................4-46
Gambar 4-47
Sistem Struktur Momen Resisting Frame ................................................................4-48
Gambar 4-48
Sistem Struktur Moment Resisting Frame ..............................................................4-50
Gambar 4-49
Lokasi yang Mungkin Terjadi Sendi Plastis .............................................................4-50
Gambar 4-50
Respon Inelastis Moment Resisting Frame .............................................................4-51
Gambar 4-51
Sambungan tipe “welded flange-bolted web moment connection” .................4-52
Gambar 4-52
Tipe kerusakan sambungan akibat beban gempa ................................................4-53
Gambar 4-53
Baut (a) Tidak kaku (BUEEP) dan (b) kaku (BSEEP) koneksi extended end plate ..........................................................................................................................................4-54
Gambar 4-54
(a) Baut koneksi flange plate (BEP), dan (b) koneksi reduced beam section (RBS) ........................................................................................................................................4-54
Gambar 4-55
Tekuk Lokal pada Penampang Akibat Rotasi Inelastis ......................................4-55
Gambar 4-56
Struktur CBF .........................................................................................................................4-57
Gambar 4-57
Tipe Concetrically Braced Frame ................................................................................4-57
Gambar 4-58
Perilaku CBF Akibat Beban Lateral .............................................................................4-58
Gambar 4-59
Desain Frame Inelastik dengan Bresing ...................................................................4-59
Gambar 4-60
Sambungan Bresing Direncanakan untuk Menahan Gaya dan Deformasi Maksimum .............................................................................................................................4-59
Gambar 4-61
Merencanakan Balok dan Kolom terhadap Gaya Maksimum Bresing ........4-59
Gambar 4-62
Merencanakan Bresing dan Elemen Frame ............................................................4-60
Gambar 4-63
Bresing Akibat Gaya Aksial Tarik ................................................................................4-60
Gambar 4-64
Grafik P- ................................................................................................................................4-60
Gambar 4-65
Bresing Akibat Gaya Aksial Tekan ..............................................................................4-61
Gambar 4-67
Struktur EBF .........................................................................................................................4-62
Gambar 4-67
Eccentrically Braced Frame (EBF) ..............................................................................4-62
Gambar 4-68
Penyusunan Bresing EBF ................................................................................................4-63
Gambar 4-70
Deformasi Plastis EBF .......................................................................................................4-63
Gambar 4-70
Mekanisme Dari Energy Disipasi Struktur MRF, CBF dan EBF ......................4-64
xi
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
Gambar 4-72
Merencanakan Frame EBF ..............................................................................................4-64
Gambar 4-72
Aksi Geser dan Lentur pada Elemen Link ................................................................4-65
Gambar 4-74
Deformasi Link .....................................................................................................................4-66
Gambar 4-75
Pengaku Link ........................................................................................................................4-67
Gambar 4-75
Perencanaan Kolom Sistem EBF ..................................................................................4-68
Gambar 4-76
Buckling-Restrained Braced Frames .........................................................................4-69
Gambar 4-77
Buckling Restrained Braced Frame ............................................................................4-70
Gambar 4-78
Perilaku Histeretik Bresing Konvensional ..............................................................4-70
Gambar 4-79
Perilaku Histeretik BRB ...................................................................................................4-70
Gambar 4-80
Bagian inti BRB ....................................................................................................................4-71
Gambar 4-81
Respons BRB Akibat Gempa ..........................................................................................4-72
Gambar 4-82
Steel Plate Shear Wall .......................................................................................................4-72
Gambar 4-83
(a) Tipikal Plat Girder, (b) Steel Plate Shear Wall ................................................4-73
Gambar 4-84
Gaya-Gaya dan Base Reaction pada SPSW ...............................................................4-74
Gambar 4-85
Free Body Diagram pada Web Plate, Boundary Element Akibat Gaya-Gaya .... .....................................................................................................................................................4-75
Gambar 4-86
Free-Body Diagram dari Boundary Element untuk HBE Intermediate Akibat Gaya-Gaya...............................................................................................................................4-75
Gambar 4-87
Ringkasan Persyaratan Special Plate Shear Wall .................................................4-77
xii
Struktur Baja Lanjut – SI 4124
DAFTAR TABEL
Tabel 1-1
Beban Hidup Minimum Berdasarkan ASCE 7 Load Specification .................1-10
Tabel 1-2
Beban Hidup Minimum Berdasarkan PBI 1983 ....................................................1-16
Tabel 1-3
Faktor Reduksi Beban Hidup Berdasarkan ASCE dan IBC ...............................1-18
Tabel 1-4
Definisi Zona Tekanan Angin menurut ASCE 7, MWFRS ..................................1-21
Tabel 1-5
Tabel Perhitungan Gaya Horisontal Arah Longitudinal pada MWFRS .......1-27
Tabel 1-6
Tabel Perhitungan Gaya Horisontal Arah Transversal pada MWFRS .........1-28
Tabel 1-7
Peraturan Pembatasan Lendutan Struktur Berdasarkan SNI 03-2847-2002 .....................................................................................................................................................1-36
Tabel 1-8
Faktor Modifikasi Beban untuk Pembebanan oleh Crane ................................1-40
Tabel 1-9
Tabel Insulasi Atap .............................................................................................................1-49
Tabel 2-1
Berat Isi Beban Mati (kN/m3) .......................................................................................2-28
Tabel 2-2
Temperatur jembatan rata-rata nominal .................................................................2-35
Tabel 2-3
Sifat bahan rata-rata akibat pengerauh temperatur ...........................................2-35
Tabel 2-4
Kombinasi Pembebanan ..................................................................................................2-37
Tabel 3-1
Jarak bebas minimum SUTT untuk 70 kV dan 150 kV .......................................3-20
Tabel 3-2
Exposure Category Coefficient ......................................................................................3-25
Tabel 4-1
Tabel Tegangan Putus dan Tegangan Leleh.............................................................. 4-1
Tabel 4-2
Nilai dari λp dan λr dari profil WF, I atau H hasil hotroll ...................................4-10
Tabel 4-3
λp dan λr ditinjau dari bermacam-macam mutu baja ..........................................4-11
Tabel 4-4
Penahan Lateral Dapat Bersifat Fully atau Partial Restrained, GambarGambar Diatas Memperlihatkan Beberapa Bentuk dari Penahan Lateral. ........ .....................................................................................................................................................4-15
Tabel 4-5
Nilai R untuk berbagai sistem struktur ....................................................................4-48
xiii
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
BAB I 1 BANGUNAN INDUSTRI 1.1
Pembebanan Bangunan
1.1.1
Beban Rencana
Dalam memperhitungkan struktur, ada beberapa jenis pembebanan yang berlaku antara lain : Beban mati, Beban hidup, beban angin, beban salju, beban hujan, dan beban gempa. Kombinasi dari jenis-jenis pembebanan tersebut biasanya mengacu pada peraturan bangunan yang bersangkutan. Umumnya peraturan yang banyak dipakai untuk menjabarkan pembebanan-pembebanan tersebut mengacu pada International Building Code (IBC) atau ASCE 7 tentang Load Specifiaction. 1.1.2
Kombinasi Pembebanan
Variasi pembebanan yang bekerja pada bangunan tidak bekerja secara terpisah, melainkan bekerja secara simultan satu sama lain. Akan tetapi, pada saat pembebanan yang simultan tersebut terjadi, umumnya pembebanan tersebut tidak bekerja pada nilai maximumnya. Besar nilai kritis yang mungkin dapat disebabkan oleh kombinasi pembebanan itu dijabarkan dalam IBC dan ASCE berupa kumpulankumpulan beban yang bekerja simultan dalam berbagai kombinasi pembebanan. Kombinasi pembebanan yang dibahas dalam IBC dan ASCE mencakup pembebanan dengan metoda LRFD maupun ASD. Kombinasi pembebanan yang disarankan oleh kedua peraturan tersebut adalah : Allowable Stress Design (ASD) 1. D + F 2. D + H + F + L + T 3. D + H + F + (Lr atau S atau R) 1-1
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4. D + H + F + 0.75 ( L + T ) + 0.75 ( Lr atau S atau R ) 5. D + H + F + ( W atau 0.7 E ) 6. D + H + F + 0.75 ( W atau 0.7 E ) + 0.75 L + 0.75 (Lr atau S atau R ) 7. 0.6 D + W + H 8. 0.6 D + 0.7 E + H Load Resistance Factor Design (LRFD) 1. 1.4 ( D + F ) 2. 1.2 ( D + F + T ) + 1.6 ( L + H ) + 0.5 ( Lr atau S atau R ) 3. 1.2 D + 1.6 ( Lr atau S atau R ) + ( L atau 0.8 W ) 4. 1.2 D + 1.6 W + L + 0.5 ( Lr atau S atau R ) 5. 1.2 D + 1.0 E + L + 0.2 S 6. 0.9 D + 1.6 W + 1.6 H 7. 0.9 D + 1.0 E + 1.6 H dimana D
=
Berat mati
F
=
Beban akibat cairan yang tekanannya didefinisikan dengan baik dan ketinggiannya dianggap maksimum.
H
=
Beban akibat gaya lateral tanah, tekanan air tanah, atau tekanan dari bulk material.
L
=
Beban hidup.
Lr
=
Beban hidup pada atap.
R
=
Beban oleh hujan.
S
=
Beban oleh salju.
T
=
Beban oleh perubahan temperatur, shrinkage, maupun settlement.
W
=
Beban oleh angin.
E
=
Beban Gempa Eh + Ev untuk kombinasi pembebanan ke 5 dan 6. Eh – Ev untuk kombinasi pembebanan ke 7 dan 8. Eh =
ρ QE
=
Efek pembebanan gempa pada arah horizontal
Ev =
0.2 SDS D
=
Efek pembebanan gempa pada arah vertikal
1-2
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
ρ
=
Koefisien Redudancy berdasarkan ASCE7 Section 12.8.7 atau IBC Section 12.3.4 dari Ref 2
1.1.3
Beban Mati
Beban mati didefinisikan sebagai berat dari semua material yang terpasang pada struktur secara permanen dan kokoh, termasuk berat sendiri dari struktur dan beban sejenisnya yang akan turut bergetar pada saat gempa. Besarnya pembebanan oleh beban mati biasanya lebih dapat ditentukan dengan akurat dibandingkan dengan pembebanan jenis lainnya seperti beban hidup yang nilainya hanya merupakan variabel saja. Berikut adalah contoh daftar beban mati yang biasa diperhitungkan dalam mendesain struktur : Daftar pembebanan mati untuk atap :
Berat dari material atap
Berat dari material pelapis atap
Berat dari framing atap
Berat dari insulasi atap
Berat dari langit-langit atau plafon
Berat dari pemasangan alat mekanikal dan elektrikal
Daftar pembebanan mati untuk lantai :
Berat dari material lantai
Berat dari material pelapis lantai
Berat dari framing pensupport lantai
Berat dari partisi diatas lantai (contohnya dinding dll)
Berat dari plafon
Berat dari pemasangan eletrikal dan mekanikal
Berikut adalah beberapa acuan beban mati yang dapat diperoleh dari peraturan PBI 1983 tentang peraturan Pembebanan Bangunan Gedung sebagai berikut : 1. Beban mati structural a. Baja
7,850.0 kg/m3
b. Beton (1)
2,200.0 kg/m3
c. Beton bertulang (2)
2,400.0 kg/m3
d. Kayu (Kelas I) (3)
1,000.0 kg/m3 1-3
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2. Beban mati tambahan a.
Adukan dari semen per cm tebal
:
21 kg/m2
b.
Aspal dan bahan-bahan mineral tambahan, per cm tebal
:
14 kg/m2 c.
d.
Dinding pasangan bata merah :
satu batu
:
450 kg/m2
setengah batu
:
250 kg/m2
Dinding pasangan batako : Berlubang :
Tebal dinding 20 cm (HB20)
:
200 kg/m2
Tebal dinding 10 cm (HB10)
:
120 kg/m2
Tanpa lubang :
e.
Tebal dinding 15 cm
:
300 kg/m2
Tebal dinding 10 cm
:
200 kg/m2
Penutup lantai dari ubin semen portland, teraso dan beton, tanpa adukan, per cm tebal
f.
:
24 kg/m2
Langit-langit dan dinding, termasuk rusuk, tanpa penggantung atau pengaku, terdiri dari :
Semen asbes (eternit), tebal maks. 4 mm
:
11 kg/m2
Kaca, tebal 3-5 mm
:
10 kg/m2
g. Penutup atap genting dengan reng dan usuk/kaso per m2
:
50 kg/m2 h. Penutup atap sirap dengan reng dan usuk/kaso per m2 : 40 kg/m2 i.
Penutup atap seng gelombang (BJLS-25) tanpa usuk per m2 : 10 kg/m2
Kombinasi pembebanan antara beban mati dan jenis pembebanan lainnya pada atap miring.
1-4
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Beban hidup untuk atap, beban hujan, atau beban salju
Beban Mati
Gambar 1-1 Pola Beban Mati dan Beban Hidup
Kebanyakan dari bangunan umum memiliki atap dengan kemiringan tertentu. Oleh karena itu, penting diketahui cara pengkombinasian antara beban mati yang bekerja pada atap miring dengan beban lainnya seperti beban hujan, beban hidup di atap, dan beban salju dimana semua beban tersebut bekerja diatas permukaan atap dengan area pembebanan yang terproyeksi secara horizontal.Kebanyakan peraturan pembebanan bangunan yang berlaku memberikan beban hidup dalam satuan unit berat per unit luas untuk area pembebanan yang terproyeksikan horizontal, sementara pembebanan beban mati untuk atap miring adalah memiliki satuan unit berat per unit luas untuk area sesuai kemiringan atap tersebut. Oleh karena itu, ada dua langkah pendekatan yang banyak dilakukan untuk mengkombinasikan kedua jenis pembebanan tersebut, antara lain : 1. Dengan mengkonversikan besaran beban mati dari satuan unit berat per unit luas untuk area sesuai kemiringan atap menjadi satuan yang berlaku untuk area yang terproyeksikan horizontal. Namun dalam mengkonversikan beban ini, tidak boleh dilupakan keberadaan dari gaya horizontal yang menekan kearah dinding luar dari komponen pembebanan mati dan hidup yang bekerja secara paralel dengan permukaan atap. Besarnya gaya tekanan arah lateral ini harus diperhitungkan dalam mendesain dinding maupun komponen pengikat lainnya yang berfungsi menahan gaya lateral tersebut. 2. Dengan mengkonversikan beban hidup dari satuan unit berat per unit luas untuk area yang terproyeksikan horizontal menjadi satuan untuk area sesuai kemiringan atap dan kemudian menjumlahkannya dengan beban mati.
1-5
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Cara pertama lebih banyak digunakan dalam desain perencanaan dan yang akan dibahas dalam bab ini. Dengan menggunakan kombinasi pembebanan yang telah dibahas sebelumnya, maka total berat mati ditambah dengan beban hidup WTL untuk area yang terproyeksikan horizontal akan menjadi :
Dimana beban D bekerja untuk area dengan kemiringan sesuai atap, sedangkan Lr, S, atau R bekerja untuk area yang terproyeksikan horizontal. Nilai L1 merupakan panjang kemiringan atap, sedangkan L2 merupakan proyeksi panjang rafter pada arah horizontal. WTL
H V
L1
H V L2
Gambar 1-2 Pembebanan Rafter
Sedangkan untuk memperoleh besarnya gaya tekan horozontal terhadap dinding exterior, jumlah momen yang terjadi di support dinding exterior dapat dituliskan sebagai berikut :
Dengan demikian, besarnya gaya tekan arah horizontal H dapat diperoleh sebagai berikut : ( ⁄ ) Selain penerapan dari pendekatan perhitungan kombinasi beban mati dan beban hidup diatas untuk atap dengan kemiringan, pendekatan ini juga dapat diterapkan untuk menghitung pembebanan yang bekerja pada stringer komponen tangga.
1-6
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Berikut adalah contoh perhitungan beban pada atap dengan kemiringan: SOAL: Diketahui parameter perencanaan untuk atap dengan kemiringan seperti tergambar dibawah. a. Hitung besarnya beban total load dan nilai maksimum dari gaya geser dan momen pada rafter. b. Hitung besarnya gaya tekan horizontal pada dinding terluar apabila rafter tersebut akan digunakan dalam konstruksi. -
Beban mati atap D = 10 psf (pada area sesuai kemiringan atap)
-
Beban salju pada atap S = 66 psf ( untuk area terproyeksikan horizontal )
-
Panjang terproyeksi horizontal dari rafter L2 = 18 ft.
-
Panjang kemiringan rafter L1 = 20.12 ft.
-
Spacing antar truss rafter = 4 ft 0 in. S = 66 psf
D = 10 psf
L1
.12' = 20
6 12
L2 = 18.0'
Gambar 1-3 Pembebanan Rafter
SOLUSI: Dengan menggunakan kombinasi pembebanan yang telah dibahas sebelumnya, maka berat total gaya pada area terproyeksi horizontal adalah : (
)
1-7
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
WTL = 78 psf
V = 2810 lbs
L1 = 9' - 0"
H = 1404 lbs
H = 1404 lbs V = 2810 lbs L2 = 18' - 0"
Gambar 1-4 Pembebanan Rafter
Total berat yang harus dipikul dalam satuan unit berat per unit panjang linear adalah : ( )
1.1.4
Beban Hidup
Merupakan semua beban yang tidak menempel menjadi satu pada komponen struktur. Beban hidup merupakan pembebanan pada arah gravitasi tidak menetap yang berlangsung dalam jangka waktu sebentar dimana besar magnitude dan lokasinya bervariasi. Beban hidup pada struktur terbagi menjadi dua jenis, yaitu beban hidup (Live Load) dan beban hidup pada atap (Roof Live Load). Besarnya beban hidup dapat ditentukan sesuai dengan peraturan bangunan yang berlaku dimana nilainya bervariasi sesuai dengan jenis penggunaan dari struktur tersebut. Dalam menggunakan nilai pembebanan Live Load yang direkomendasikan oleh ASCE 7 maupun IBC, perlu diketahui bahwa nilai yang diberikan tersebut sebenarnya adalah nilai minimum pembebanan, sehingga dalam merencanakan struktur, besarnya nilai beban hidup dapat bertambah sesuai dengan keperluan penggunaan bangunan. Beban hidup pada atap terjadi karena berat dari perlengkapan dan personel yang melakukan maintenance pada saat memperbaiki atap. Besar magnitudenya merupakan fungsi dari kemiringan atap dan daereah tributary areanya, dengan kemungkinan kecil bahwa seluruh area dari atap akan terbebani oleh beban hidup 1-8
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
atap secara maximum, sehingga menghasilkan pembebanan hidup pada atap yang memiliki nilai lebih kecil. Beban hidup pada lantai bergantung pada penggunaan dan kegunaan (use and occupancy) dari struktur tersebut dan daerah tributary dari member struktural. Pada ASCE, beban hidup ini didefinisikan sebagai gaya beban merata pada arah gravitasi yang memiliki satuan unit berat per unit luas area horizontal atau gaya beban terpusat. Nilai beban merata dan terpusat ini tidak boleh diaplikasikan secara bersamaan dan kebanyakan dalam perencanaan, beban merata lebih banyak digunakan kecuali pada situasi-situasi khusus dimana beban terpusat dapat menentukan keruntuhan komponen struktur seperti pada pengecekan terhadap punching shear. Sebenarnya nilai beban hidup lantai yang diberikan oleh ASCE maupun IBC merupakan nilai gabungan antara komponen beban transient load dan sustained load. Beban hidup sustained load ini merupakan porsi dari berat beban hidup total yang secara virtual akan menetap secara permanen pada struktur (misalnya furnitur,dll) dengan nilai yang sesungguhnya jauh lebih kecil daripada nilai yang diberikan oleh tabel pembebanan tersebut.
1-9
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124 Berikut adalah beban hidup minimum yang direkomendasikan menurut ASCE 7 Load Specification :
Tabel 1-1 Beban Hidup Minimum Berdasarkan ASCE 7 Load Specification
Occupancy or use Apartments (see Residential) Access floor system Office use Computer use Armories and drill rooms Assembly area and thaters Fixed seats (fastened to floor) Lobbies Movable seats Platforms (assembly) Stage floors Balconies (exterior) On one and two family residences only, and not exceeding 100 ft2 (9.3 m2) Bowling alleys, poolrooms, and similar recreational areas Catwalks for maintenance access Corridors First floor Other floors, same as occumpancy served except as indicated Dance halls and ballrooms Decks (patio and roof)
Uniform psf
KN/m2
50 100 150
2.4 4.79 7.18
60 100 100 100 150 100
2.87 4.79 4.79 4.79 7.18 4.79
60 75 40
2.87 3.59 1.92
100
4.79
100
4.79
Conc. note
lbs.
KN
2000 2000
8.9 8.9
300
1.33
note
1-10
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Occupancy or use
Uniform psf
KN/m2
100
4.79
Conc. note
lbs.
KN
300 200
1.33 0.89
note
Same as area served, or for the type of occupancy accomodated Dining rooms and restaurants Dwellings (see Residential) Elevator machine room grating (on area of 4 in2 [2580 mm2]) Finish light floor plate construction (on area of 1 in2 [645 mm2]) Fire escapes On single-familly dwellings only Fixed ladders Garages (passenger vehicles only) Trucks and buses Grandstands (see Stadiums and arenas, Bleachers) Gymnasiums - main floors and balconies Handrails, guardrails, and grab bars Hospitals Operating rooms, laboratories Patient rooms Corridors above first floor Hotels (see Residential) Libraries Reading rooms Stack rooms Corridors above first floor Manufacuring Light Heavy
100 40
4.79 1.92
40
1.92
100
4.79
60 40 80
2.87 1.92 3.83
1000 1000 1000
4.45 4.45 4.45
60 150 80
2.87 7.18 3.83
1000 1000 1000
4.45 4.45 4.45
125 250
60 11.97
2000 3000
8.9 13.4
a,b
c
1-11
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Occupancy or use Marquees Office buildings File and computer rooms shall be designed for heavier loads based on anticipated occupancy Lobbies and first-floor corridors Offices Corridors above first floor Penal Institutions Cell blocks Corridors Residential Dwellings (one and two family) Uninhabitable attics without storage Uninhabitable attics with storage Habitable attics and sleeping areas All other areas except stairs and balconies Hotels and multifamily houses Private rooms and corridors serving them Public rooms and corridors serving them Reviewing stands, grandstands, and bleachers Roofs Ordinary flat, pitched, and curved roofs Roofs used for promenade purposes Roofs used for roof gardens or assembl purposes Roofs used for other special purposes Awnings and canopies
Uniform psf 75
KN/m2 3.59
100 50 80
4.79 2.4 3.83
40 100
1.92 4.79
10 20 30 40
0.48 0.96 1.44 1.92
40 100 100
1.92 4.79 4.79
20 60 100
0.96 2.87 4.79
Conc. note
lbs.
KN
2000 2000 2000
8.9 8.9 8.9
note
d h
i
i
1-12
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Occupancy or use Fabric construction supported by a lightweight rigid skeleton structure All other construction Primary roof members, exposed to a work floor Single panel point of lower chord of roof trusses or any point along primary structural members supporting roofs over manufacturing, storage wareouses, and repair garages All other occupancies All roof surfaces subject to maintenance workers Schools Classrooms Corridors above first floor First floor corridors Scuttles, skylight ribs, and accesible ceilings Sidewalks, vehicular driveways, and yards subject to trucking Stadiums and arenas Bleachers Fixed seats (fastened to floor) Stairs and exit ways One and two family residences only Storage area above ceilings Storage warehouse (shall be designed for heavier loads if required for anticipatd storage) Light Heavy Stores
Uniform psf
KN/m2
5 20
0.24 0.96
Conc. note
40 80 100
1.92 3.83 4.79
250
11.97
e
100 60 100 40 20
4.79 2.87 4.79 1.92 0.96
d d
125 250
6 11.97
lbs.
KN
2000 300 300
8.9 1.33 1.33
1000 1000 1000 200 8000
4.45 4.45 4.45 0.89 35.6
note
f
g
1-13
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Occupancy or use Retail First floor Upper floor Wholesale, all floor Vehicle barriers Walkways and elevated platforms (other than exit ways) Yards and terraces, pedestrian
Uniform psf
KN/m2
100 75 125
4.79 3.59 6
60 100
2.87 4.79
Conc. note
lbs.
KN
1000 1000 1000
4.45 4.45 4.45
note
Notes : a Floors in garagesor portions of a building used for the storage of motor vehicles shall be designed for the uniformly distributed live loads of Table 4-1 or the following concentrated load : (1) for garages restricted to passenger vehicles accomodationg not more than nine passangers, 3000 lbs (13.35 KN) acting on an area of 4.5 in by 4.5 in (114 mm by 114 mm) footprint of a jack; and (2) for mechanical parking structures without slab or deck that are used for storing passenger car only, 2250 lbs (10 KN) per wheel. b
Garages accomodationg trucks and buses shall be designed in accordance with an approved method, which contains provisions for truck and buss loadings.
c
The loading applies to stack room floors that support nonmobile, double-faced library book stacks subject to the following limitations : ( 1) The nominal book stack unit height shall not exceed 90 in ( 2290 mm) ; (2) the nominal shelf depth shall not exceed 12 in (305 mm) for each face; and (3) parallel rows of double-faced book stacks shall be separated by aisles not less then 36 in (914 mm) wide.
d
In addition to the vertical live loads, the design shall include horizontal swaying forces applied to each row of the seats as follows: 24 lbs per linear ft of seat applied in a direction parallel to each row seats and 10 lbs perlinear fy of seat applied in a direction perpendicular to each row of seats. The parallel and perpendicular horizontal swaying forces need not be applied simultaneously.
e
Other uniform loads in accordance with an pproved method, which contains provisions for truck loadings, shall also be considered where appropriate. 1-14
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
f
The concentrated wheel load shall be applied on an area of 4.5 in by 4.5 in (114 mm by 114 mm) footprint of a jack.
g
Minimum concentrated load on stair treads (on area of 4 in2 [2580 mm2] is 300 lbs (1.33 KN).
h
Where uniform roof live loads are reduced to less than 20 lb/ft2 (096 KN/m2) in accordance with Section 4.9.1 and are applied to the design of structural members arranged so as to create continuity, the reduced roof live load shall be applied to adjacent spans of to alternate spans, whichever produces the greatest unfavorable effect.
i
Roof used for other special puposes shall be designed for appropriate loads as approved by the authority having juridiction.
1-15
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Sedangkan beban hidup minimum yang direkomendasikan dalam peraturan di Indonesia dapat mengacu pada PBI 1983 mengenai peraturan pembebanan bangunan gedung sebagai berikut :
Tabel 1-2 Beban Hidup Minimum Berdasarkan PBI 1983
a. b.
Lantai dan tangga rumah tinggal, kecuali yang disebut dalam b. Lantai dan tangga rumah sederhana dan gudang-gudang tidak penting yang bukan untuk toko, pabrik atau bengkel. c. Lantai sekolah, ruang kuliah, kantor, toko, toserba, restoran,hotel, asrama dan rumah sakit. d. Lantai ruang olah raga e. Lantai ruang dansa f. Lantai dan balkon dalam dari ruang-ruang untuk pertemuan yang lain dari pada yang disebut dalam a, b , c , d dan e, seperti masjid, gereja, ruang pagelaran, ruang rapat, bioskop dan panggung penonton. g. Panggung penonton dengan tempat duduk tidak tetap atau untuk penonton yang berdiri. h. Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam c. i. Tangga, bordes tangga dan gang dari yang disebut dalam d, e, f dan g. j. Lantai ruang pelengkap dari yang disebut dalam c, d, e, f dan g. k. Lantai untuk: pabrik, bengkel, gudang, perpustakaan, ruang arsip, toko buku, toko besi, ruang alat-alat dan ruang mesin, harus direncanakan terhadap beban hidup yang ditentukan tersendiri, dengan minimum l. Lantai gedung parkir bertingkat: - untuk lantai bawah - untuk lantai tingkat lainnya m. Balkon-balkon yang menjorok bebas keluar harus direncanakan terhadap beban hidup dari lantai ruang yang berbatasan, dengan minimum
1.1.5
200 kg/m2 125 kg/m2 250 kg/m2 400 kg/m2 500 kg/m2 400 kg/m2
500 kg/m2 300 kg/m2 500 kg/m2 250 kg/m2 400 kg/m2
800 kg/m2 400 kg/m2 300 kg/m2
Reduksi Nilai Beban Hidup untuk Lantai
Untuk memungkinkan kemungkinan kecil yang sudah dijelaskan sebelumnya dimana seluruh area pada daerah tributary terbebani dengan beban hidup secara bersamaan, maka spesifikasi beban yang diberikan oleh ASCE dan IBC mengizinkan untuk beban hidup lantai agar direduksi dengan ketentuan dan syarat berlaku. Faktor reduksi beban hidup lantai ini memperhitungkan kemungkinan kecil dimana komponen struktur dengan daerah tributary yang besar akan dibebani secara penuh 1-16
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
di seluruh area tributarynya pada saat yang bersamaan. Besarnya beban hidup lantai rencana yang telah direduksi adalah : ( L
≥
0.50 LO
√
)
untuk member yang menyokong satu lantai (misal balok, slab dan girder)
L
≥
0.40 LO
untuk member yang menyokong dua lantai atau lebih (misal kolom)
dimana
: Lo
=
Beban hidup lantai rencana yang tidak direduksi
KLL
=
Faktor elemen beban hidup.
ATT
=
Jumlah total area tributary lantai yang disupport oleh member struktural, namun tidak termasuk atap.
Untuk balok dan girder (termasuk balok continuous atau girder), AT adalah lebar tributary dari balok atau girder dikalikan oleh jarak span center-tocenter antar support.
Untuk slab satu arah, AT harus lebih kecil daripada atau sama dengan 1.5 x (span dari slab satu arah)2.
Untuk member yang menyokong lebih dari satu area lantai di gedung bertingkat, AT adalah jumlah dari semua area lantai applicable yang disokong oleh member tersebut.
Spesifikasi pembebanan yang diberikan oleh IBC dan ASCE tersebut tidak mengizinkan reduksi beban hidup lantai untuk lantai yang memenuhi salah satu kondisi dibawah :
KLL x AT ≤ 400 ft2.
Beban hidup lantai Lo > 100 psf.
Lantai yang penggunaannya adalah untuk keperluan berkumpul (assembly), seperti auditorium, stadium, dan garasi kendaraan mobil, karena besar kemungkinan terjadinya overload untuk penggunaan tersebut pada saat darurat.
Untuk lantai garasi kendaraan mobil, besarnya beban hidup yang diizinkan adalah untuk direduksi sebear 20% untuk member yang menyokong dua atau lebih lantai diatasnya.
1-17
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Berikut adalah tabel faktor reduksi beban hidup yang direkomendasikan di ASCE dan IBC : Tabel 1-3 Faktor Reduksi Beban Hidup Berdasarkan ASCE dan IBC
Element
KLLa
Interior columns 4 Exterior columns without cantilever slabs 4 Edge columns with cantilever slabs 3 Corner columns with cantilever slabs 2 Edge beams without cantilever slabs 2 Interior beams 2 All other member not identified 1 including Edge beams with cantilever slabs Cantilever beams One-way slabs Two-way slabs Members without provisions for continuous shear transfer normal to their span a In lieu of the preceding values, KLL is permited to be calculated 1.1.6
Lebar dan Area Tributary Pembebanan
Dalam bagian ini, akan dibahas mengenai konsep dari lebar dan area tributary. Konsep ini digunakan untuk menentukan distribusi dari pembebanan ke elemenelemen struktur yang terbebani. Lebar triburary atau Tributary Width (TW) dari balok atau girder didefinisikan sebagai lebar dari lantai atau atap yang disupport oleh balok atau girder tersebut, dan nilainya setara dengan jumlah dari setengah dari jarak ke balok sejajar dikanan ditambah dengan setengah dari jarak ke balok sejajar dikiri. Besarnya Tributary Width ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
Tributary area dari balok, girder maupu kolom adalah besarnya luas area dari lantai maupun atap yang disupport oleh komponen struktural tersebut. Untuk balok dan girder, besarnya luas tributary area adalah hasil dari jangkauan span dan lebar tributary dari balok dan girder tersebut yang distribusinya dibedakan menjadi pembagian satu arah maupun dua arah. Sedangkan untuk kolom, besarnya luas 1-18
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
tributary area adalah sebesar luas area yang mengelilingi kolom tersebut sejauh separuh jarak dari kolom tersebut terhadap balok yang mengelilinginya.
Lebar tributary pada balok tepian
Tributary area dari kolom
Lebar tributary untuk balok interior
Tributary area yang terdistribusi dua arah
Gambar 1-5 Tributary Area dari Balok dan Kolom
1.1.7
Perencanaan Pembebanan Angin Berdasarkan ASCE
Ada dua jenis sistem pada struktur bangunan dimana beban angin akan diperhitungkan, yaitu pada MWFRS (Main Wind Force Resisting System) dan C&C (Components and Cladding). MWFRS merupakan sistem yang mentrasfer keseluruhan beban lateral yang diakibatkan oleh angin pada seluruh level pada struktur menuju tanah. Contohnya adalah shear walls, braced frame, moment frames, dan diafragma dinding dan atap. Elemen-elemen ini pada umumnya paralel terhadap arah beban angin. C&C (Components and Cladding) merupakan bagian struktur yang dibebani secara individual, dengan beban angin berperilaku tegak lurus terhadap element tersebut. Contohnya adalah komponen dinding, cladding, atap, dan pengencangan dek atap. Biasanya gaya tekanan oleh angin pada C&C lebih besar daripada tekanan yang diterima oleh MWFRS karena penghentian lokal dari tekanan angin pada luasan kecil dari components and cladding tersebut. Tekanan angin merupakan fungsi dari luas efektif angin dimana IBC mendefinisikannya sebagai berikut :
1-19
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Untuk cladding dan dek, luas efektif angin Ae tidak boleh melebihi luas tributary yang dicover oleh titik-titik pengencangannya. Dalam memperhitungkan tekanan angin, tekanan positif ditunjukkan oleh sebuah gaya “mendorong” pada permukaan dinding atau atap, sedangkan tekanan negative menunjukkan gaya “menarik” keluar dari permukaan dinding atau atap. Nilai tekanan angin minimum untuk perencanaan MWRFS dan C&C menurut IBC adalah 10 psf. Berdasarkan ASCE 7 tentang spesifikasi beban, ada tiga metoda untuk menentukan beban angin rencana untuk bangunan dan struktur lainnya, yaitu: 1. Simplified Method (metoda 1): menggunakan area proyeksi dengan tekanan horizontal dan vertikal pada area proyeksi terluar (exterior projected area) dari bangunan. Besarnya tekanan angin dapat diperoleh dari ASCE 7 Figure 6-2 untuk MWFRS dan Figure 6-3 untuk C&C. Prosedur yang telah disimplifikasi ini dapat diaplikasikan hanya apabila semua kondisi dibawah terpenuhi: a. Simple Diaphragm Building, yaitu beban angin ditransfer melalui atap dan lantai diafragma menuju sistem penahan angin vertikal utama. b. Enclosed Building c. Low-Rise Building d. Symetrical Building e. Bangunan tanpa expansion joints f.
Bangunan memiliki frame moment dan kemiringan atap ≤ 30o.
2. Analytical Method (metoda 2): tekanan angin berperilaku tegak lurus dari permukaan dinding dan atap terluar. a. Metoda ini dapat diaplikasikan untuk bangunan dengan bentuk regular (menurut ASCE 7 Section 6-2) yang tidak terpaparkan terhada gaya angin yang tidak umum, seperti across-wind loading, vortex shedding, galloping, atau flutter. b. Dalam metoda ini, tekanan positif diaplikasikan menuju dinding yang berhadapan angin (windward wall), sedangkan tekanan negatif atau hisap diaplikasikan pada dinding yang terlindung angin (leeward wall).
1-20
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3. Wind Tunnel Method (metoda 3) a. Apabila metoda 1 dan 2 tidak dapat digunakan, maka Wind Tunnel Method harus digunakan. b. Metoda Wind Tunnel ini digunakan untuk bangunan yang sangat tinggi dan sensitif terhadap angin, dimana bangunan tersebut memiliki
perbandingan
antara
ketinggian
dengan
dimensi
terkecilnya diatas 5.0. Metoda yang akan dijelaskan dalam buku ini adalah Simplified Method. Dalam simplified method ini, gaya angin diaplikasikan tegak lurus terhadap luas area bangunan terproyeksi baik vertikal maupun horizontal. Diagram tekanan angin untuk MWFRS ini dapat dilihat pada gambar berikut. H
G E
F
D θ
B
2a
A H
G
ud git lon
l in a C
C trans verse
F E
2a
A
Gambar 1-6 Diagram tekanan angin untuk MWFRS
Tabel 1-4 Definisi Zona Tekanan Angin menurut ASCE 7, MWFRS
1-21
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Zone
Definition
A B C D E F G H EOH
End zone horizontal wind pressure on the vertical projected wall surface End zone horizontal wind pressure on the vertical projected roof surface Interior zone horizontal wind pressure on the vertical projected wall surface Interior zone horizontal wind pressure on the vertical projected roof surface End zone vertical wind pressure on the windward side of the horizontal projected roof surface End zone vertical wind pressure on the leeward side of the horizontal projected roof surface Interior zone vertical wind pressure on the windward side of the horizontal projected roof surface Interior zone vertical wind pressure on the leeward side of the horizontal projected roof surface End zone vertical wind pressure on the windward side of the horizontal projected roof overhang surface
GOH
Interior zone vertical wind pressure on the windward side of the horizontal projected roof overhang surface
Tekananan horizontal merepresentasikan tekanan kombinasi antara windward dan leeward, dengan tekanan internal saling meniadakan; tekanan vertikal termasuk efek kombinasi dari tekanan internal dan eksternal. Simplified Method untuk menghitung beban angin meliputi langkah-langkah sebagai berikut: 1. Tentukan kecepatan angin yang akan diaplikasikan untuk bangunan. 2. Hitung rata-rata ketinggian atap dan tentukan kategori exposure wind dari struktur tersebut. 3. Tentukan tekanan angin horizontal dan vertikal yang dapat diaplikasikan sebagai sebuah fungsi dari kecepatan angin, kemiringan atap, zona angin, dan luas efektif angin dengan mengacu pada ASCE 7 Figure 6-2 untuk MWFRS dan Figure 6-3 untuk C&C. Nilai tekanan angin tabulasi yang terdapat disana diperoleh berdasarkan pada asumsi kategori exposure B, ketinggian atap rata-rata 30ft, dan faktor keutamaan 1.0. Tekanan angin tabulasi ini dapat digunakan untuk diaplikasikan ke luas area proyeksi baik horizontal maupun vertikal bangunan. Tekanan angin horizontal pada luas area terproyeksi vertikal dari bangunan adalah jumlah dari tekanan yang diterima dinding external windward dan leeward dengan tekanan internal dianggap saling meniadakan. Tekanan angin yang dihasilkan diaplikasikan ke satu sisi dari bangunan untuk setiap arah angin. Perlu diperhatikan bahwa tekanan angin yang terjadi pada overhang atap jauh lebih besar daripada lokasi lainnya karena tekanan angin ekstrenal bekerja pada permukaan bawah dan atas yang terekspos. 4. Hitung tekanan angin rencana (Ps30 untuk MWFRS dan Pnet30 untuk C&C), sebagai fungsi dari tekanan angin tabulasi yang diperoleh pada langkah 1-22
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
sebelumnya, ketinggian aplicable dan faktor penyesuaian menurut exposurenya (ASCE 7 Fig. 6-2 dan 6-3), faktor topografi Kzt (ASCE Section 6.5.7), dan faktor keutamaan struktur Iw menurut ASCE 7 Tables 1-1 dan 61. (untuk kondisi site yang memiliki topografi rata, Kzt = 1.0) 5. Aplikasikan tekanan angin yang telah dihitung ke bangunan sesuai dengan ketentuan ASCE Fig. 6-2 untuk MWFRS. Perlu diperhatikan bahwa untuk MWFRS, lebar dari zona akhir setara dengan 2a. 6. Aplikasikan tekanan angin yang telah dihitung ke dinding dan atap dari bangunan sesuai dengan ketentuan ASCE Fig. 6-3 untuk C&C. Perlu diperhatikan bahwa untuk C&C, lebar zona akhir adalah sama dengan a, dimana nilai a untuk MWFRS dan C&C adalah : i. a ≤ 0.1 x dimensi horizontal terkecil bangunan. ii. a ≤ 0.4 x tinggi rata-rata atap bangunan. iii. a ≥ 0.04 x dimensi horizontal terkecil bangunan. iv. a ≥ 3 ft Contoh Perhitungan Beban Angin dengan Simplified Method untuk MWFRS Sebuah bangunan satu lantai dengan dimensi rencana 50 x 75 ft seperti tergambar dibawah. Elevasi truss bearing (atau datum atap) adalah pada 15 ft dan puncak bubungan atap adalah pada 23 ft 14 in dari atas permukaan tanah. Diasumsikan bahwa bangunan tersebut merupakan enclosed building dan terletak di Rochester, New York dengan lokasi yang memiliki kategori exposure C. Tentukan total gaya angin horizontal pada Main Wind Force Resisting System (MWFRS) baik untuk arah transversal maupun longitudinal dan tekanan angkat gross dan net dari angin untuk atap (MWFRS) baik pada arah transversal maupun longitudinal dengan mengasumsikan berat mati (Dead Load) atap adalah 15 psf.
15'
23'-4"
50'
50'-0"
75'
Gambar 1-7 Contoh Perhitungan Bangunan Satu Lantai
Solusi:
1-23
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1. Tentukan applicable 3-second gust wind speed untuk lokasi bangunan berdasarkan ASCE 7 Fig. 6-1. Untuk Rochester, New York, kecepatan angin adalah 90 mph. 2. Kategori wind exposure adalah diasumsikan C. 3. Tentukan tekanan angin horizontal dan vertikal yang applicable sebagai fungsi dari kecepatan angin, kemiringan atap, luas efektif angin, dan arah angin untuk MWFRS dan C&C menurut ASCE 7 Fig. 6-2 dan 6-3 :
⁄ ⁄ MWFRS Untuk bangunan dengan kemiringan atap
18.43o dan kecepatan angin 90 mph,
tekanan angin tabulasi arah horizontal dan vertikal untuk area terproyeksi dapat diperoleh dengan melakukan interpolasi antara nilai teknan angin untuk
0o dan
20o dari ASCE 7 Fig. 6-2 sebagai berikut: Tekanan angin horizontal pada MWFRS – Angin Transversal:
(
)
)[
(
]
( lihat footnote no 7 di ASCE 7 Fig. 6-2 yang juga tersedia di template hitungan yang disajikan setelah ini)
(
)
1-24
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
(
)[
]
Tekanan angin horizontal pada MWFRS – Angin Longitudinal :
Apabila tekanan angin horizontal pada atap di zone B dan D lebih kecil daripada nol, maka tekanan angin horizontal pada daerah tersebut dianggap nol. Pada angin longitudinal, untuk atap dengan rafter miring, namun tidak ada rafter yang menonjol, maka area triangular yang terdapat diantara datum atap dan bubungannya adalah diisi dengan permukaan dinding, jadi tekanan horizontal dinding untuk zona A dan C diaplikasikan dipermukaan ini. Tekanan angin yang dihasilkan pada MWFRS adalah tidak simetris, dikarenakan lokasi yang tidak simetris dari end zones dan tekanan angin yang lebih tinggi terjadi pada end zones sesuai dengan ASCE 7 Fig. 6-2. Pada bab ini, perhitungan beban angin yang dilakukan mengadopsi pendekatan simplifikasi dengan menggunakan tekanan angina horizontal rata-rata. Akan tetapi, perlu diketahui juga bahwa pada beberapa kasus pembebanan oleh angin yang berperilaku tidak simetris terhadap bangunan sehingga menyebabkan efek torsional pada struktur. Untuk bangunan dalam contoh soal ini, tekanan angin tabulasi arah vertikal pada area terproyeksi horizontal dari bangunan diperoleh dengan melakukan interpolasi linear antara tekanan angin dengan nilai θ sebesar 0o dan 20o dari tabel ASCE 7 Figure 6-2. Nilai tekanan angin yang diperoleh adalah sebagai berikut : Tekanan vertikal pada atap – Tranverse Wind :
Tekanan vertikal pada atap – Longitudinal Wind :
1-25
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
H
H
G
G
E
F
F E
D θ
B 2a
A
C trans verse
lon
u git
d in
Transverse : A = 17.4 psf B = -4.9 psf (0 psf) C = 11.6 psf D = -2.7 psf E = -15.4 psf F = -10.6 psf G = -10.7 psf H = -8.0 psf
al C
2a A
Longitudinal : A = 12.8 psf C = 8.5 psf E = -15.4 psf F = -8.8 psf G = -10.7 psf H = -6.8 psf
Gambar 1-8 Pembebanan Angin pada Bangunan
Kemudian kalikan tekanan angin tabulated yang telah diperoleh tersebut dengan ketinggian applicable dan koefisien exposurenya sesuai dengan ketentuan ASCE 7 Figure 6-2 dan faktor keutamaan bangunannya sesuai ASCE 7 Table 6-1. Untuk bangunan dengan kategori 1, faktor keutamaan yang digunakan adalah Iw = 1.0 (IBC table 1604.5). Untuk angin longitudinal, lebar dari end zone adalah 2a dimana menuruh ASCE 7 Figure 6-2 nilainya adalah yang memenuhi persyaratan-persyaratan dibawah :
(
)
Jadi, lebar dari zona tepian (edge zone)= 2a = (2) (5 ft) = 10 ft.
1-26
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Selanjutnya untuk kemudahan perhitungan, akan digunakan nilai tekanan horizontal rata-rata dari angin yang berlaku di keseluruhan bangunan, seperti berikut : Tekanan angin horizontal rata-rata pada arah longitudinal, q
Dimana lebar total dari bangunan yang tegak lurus terhadap angin longitudinal adalah 50 ft.
Dengan kategori exposure bangunan C seperti yang diminta oleh contoh soal (mengacu ke ASCE 7 Section 6.5.6.3), besarnya gaya horizontal pada MWFRS adalah seperti tabel dibawah : Tabel 1-5 Tabel Perhitungan Gaya Horisontal Arah Longitudinal pada MWFRS
Level
Height (ft)
Exposure / Height Coeffiecient at Mean Roof Height, λ [ASCE 7 Figure 6 - 2]
Average Horizontal Wind Pressure, q (psf)
Design Horizontal Wind Pressure, λI w q
Total Unfactored Wind Load on the Building at Each Level (kips)
Ridge Roof Datum
23.33 15
1.29 1.29
9.36 9.36
(1.29)(1.0)(9.36) = 12.1 psf (1.29)(1.0)(9.36) = 12.1 psf
7.1
Base Shear
7.1
Note : Mean roof height = 19.2 ft ≈ 20 ft.
Maka total beban angin tak terfaktor pada bangunan pada level datum atap adalah : [( )
(
)]
(angka ½ dari persamaan diatas adalah dikarenakan bentuk triangular dari proyeksi vertikal area dinding diatas level datum atap) Untuk angin transversal, lebar dari end zone adalah 2a yang seperti sudah dihitung sebelumnya dimana 2a = 10 ft. 1-27
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Maka nilai tekanan horizontal rata-rata dari angin yang berlaku di keseluruhan bangunan adalah :
Dimana lebar total dari bangunan yang tegak lurus terhadap angin transversal adalah 75 ft.
Dengan kategori exposure bangunan C seperti yang diminta oleh contoh soal (mengacu ke ASCE 7 Section 6.5.6.3), besarnya gaya horizontal pada MWFRS adalah seperti tabel dibawah : Tabel 1-6 Tabel Perhitungan Gaya Horisontal Arah Transversal pada MWFRS
Level
Height (ft)
Exposure / Height Coeffiecient at Mean Roof Height, λ [ASCE 7 Figure 6 - 2]
Average Horizontal Wind Pressure, q (psf)
Design Horizontal Wind Pressure, λI w q
Total Unfactored Wind Load on the Building at Each Level (kips)
Ridge Roof Datum
23.33 15
1.29 1.29
0a 12.4
(1.29)(1.0)(0) = 0 psf (1.29)(1.0)(12.4) = 16.0 psf
9.0
Base Shear a
9.0
The pressure on verticala projected area of the roof surface is taken as zero if the wind pressure obtained is negative.
Perlu diperhatikan bahwa untuk arah angin transversal, area terproyeksi vertikal dari permukaan atap diatas level datum atap adalah area segi empat. Maka besarnya gaya angin tak terfaktor pada bangunan di level datum atap adalah :
[
1.1.8
(
)]
Perencanaan Pembebanan Angin Menurut PBI 1987
Beban angin menurut PBI 1987 ditentukan dengan menganggap adanya tekanan positif (compression) dan tekanan negatif (suction), yang bekerja tegak lurus pada bidang-bidang yang ditinjau. Besarnya tekanan positif dan negatif ini ditentukan 1-28
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
dengan mengalikan tekanan tiup dari angin (sesuai kecepatan angin rencananya) dengan koefisien-koefisien angin yang ditentukan berdasarkan jenis dan bentuk struktur. Nilai tekanan tiup dari angin tersebut dapat dihitung sebagai berikut : 1) Tekanan tiup tidak boleh kurang dari 25 kg/m2 kecuali yang ditentukan pada ayat (2), (3), dan (4). 2) Tekanan tiup di laut dan di tepi lau sampai sejauh 5 km dari pantai harus diambil minimum 40 kg/m2 kecuali yang ditentukan pada ayat 3 dan 4. 3) Untuk daerah-daerah di dekat laut dan daerah-daerah lain tertentu, dimana terdapat kecepatan-kecepatan angin yang mungkin menghasilkan tekanan tiup yang lebih besar daripada yang ditentukan dalam ayat 1 dan 2, tekanan tiup (p) dapat dihitung sebagai berikut : (
)
Dimana V adalah kecepatan angin rencana dalam m/det yang nilainya harus ditentukan oleh instansi yang berwenang. 4) Pada cerobong, tekanan tiup harus ditentukan dengan rumus : (
)
Dimana h adalah tinggi cerobong seluruhnya dalam meter, diukur dari lapangan yang berbatasan. 5) Apabila dapat dijamin suatu gedung terlindung efektif terhadap angin dari suatu jurusan tertentu oleh gedung-gedung lain, hutan-hutan pelindung, atau penghalang-penghalang lainnya, maka tekanan tiup dari jurusan tersebut dapat dikalikan dengan koefisien reduksi sebesar 0.5. Nilai koefisien pengali untuk tekanan tiup angin ditentukan berdasarkan jenis dan bentuk bangunan. Untuk bangunan dan gedung yang bentuk penampangnya lain daripada yang ditentukan dibawah ini, maka dapat diambil harga-harga untuk bentuk-bentuk yang hampir serupa, kecuali apabila koefisien angin itu ditentukan dengan percobaan terowongan angin (wind tunnel).
1-29
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Untuk bentuk bangunan dan gedung yang tercantum, maka nilai koefisien anginnya adalah :
a) Gedung tertutup
Gambar 1-9 Koefisien Angin untuk Gedung Tertutup
1-30
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
b) Gedung terbuka sebelah
Gambar 1-10 Koefisien Angin untuk Gedung Terbuka Sebelah
c) Atap pelana biasa tanpa dinding (interpolasi linier untuk nilai sudut (α) diantaranya)
Gambar 1-11 Koefisien Angin untuk Atap Pelana Tanpa Dinding
1-31
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
d) Atap pelana terbalik tanpa dinding (interpolasi linier untuk nilai sudut (α) diantaranya)
Gambar 1-12 Koefisien Angin untuk Atap Pelana Terbalik Tanpa Dinding
e) Atap miring sepihak tanpa dinding (interpolasi linier untuk nilai sudut (α) diantaranya)
Gambar 1-13 Koefisien Angin untuk Atap Miring Tanpa Dinding
1-32
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
f) Dinding yang berdiri bebas
Gambar 1-14 Koefisien Angin untuk Dinding yang Berdiri Bebas
g) Cerobong dengan penampang lingkaran Koefisien angin ini berlaku untuk bidang cerobong yang diproyeksikan pada bidang vertikal melalui sumbu cerobong.
Gambar 1-15 Koefisien Angin untuk Cerobong dengan Penampang Lingkaran
h) Struktur rangka (lattice structure) Bidang rangka adalah bidang-bidang batang rangka yang diproyeksikan pada bidang melalui sumbu-sumbu batang.
Gambar 1-16 Koefisien Angin untuk Struktur Rangka
PBI juga memberikan kondisi-kondisi dimana bangunan dapat dibebaskan dari peninjauan pembebanan oleh angin dengan memenuhi ketentuan-ketentuan sebagai berikut : a) Pada gedung tertutup dan rumah tinggal dengan tinggi tidak lebih dari 16 m, dengan lantai-lantai dan dinding yang memberikan kekakuan yang cukup, 1-33
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
struktur utamanya tidak perlu diperhitungkan terhadap beban angin, kecuali apabila perbandingan tinggi dan lebar bangunan itu menyebabkan diperlukannya peninjauan beban angin itu. b) Apabila perbandingan antara tinggi dan lebar gedung dan struktur dari gedung
itu
adalah
sedemikan
rupa
hingga
tidak
menyebabkan
diperlukannya peninjauan beban angin, maka juga untuk gedung dengan tinggi lebih dari 16 m dapat diberikan pembebasan atas peninjauan beban angin.
1.1.9
Pembebanan Gempa
Perencanaan pembebanan gempa dari bangunan dapat mengacu pada SNI 03-17261989 mengenai “Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Rumah dan Gedung”. Metoda analisa yang banyak dipakai untuk menganalisis pembebanan oleh gempa antara lain : 1) Analisa Beban Dorong Statik (Static Push Over) : Suaru cara analisis statik struktur 2 dimensi atau 3 dimensi linier dan non-linier, dimana pengaruh dari gempa rencana terhadap struktur gedung dianggap sebagai bebanbeban statik yang menangka pada pusat massa masing-masing lantai, yang nilainya
ditingkatkan
secara
berangsur-angsur
sampai
melampaui
pembebanan yang menyebabkan terjadinya pelelehan (sendi plastis) pertama didalam struktur gedung, kemudian dengan peningkatan beban lebih lanjut mengalami perubahan bentk elasto-plastis yang besar sampai mencapai kondisi diambang keruntuhan. 2) Analisa Beban Statik Ekivalen : Suatu cara analisa statik struktur 3 dimensi linier dimana pengaruh gempa pada struktur dianggap sebagai beban-beban statik horizontal untuk menirukan pengaruh gempa yang sesungguhnya akibat gerakan tanah. 3) Analisa Ragam Spektrum Respons (Response Spectra) : Suatu cara analisis dinamik struktur, dimana pada suatu modal matematik dari struktur diberlakukan suatu spektrum respons gempa rencana, dan berdasarkan itu ditentukan respons struktur terhadap gempa rencana tersebut melalui superposisi dari respons masing-masing ragamnya. 1-34
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4) Analisa Response Riwayat Waktu (Time History) : Suatu cara analisa dinamik struktur, dimana suatu model matiematik dari struktur dikenakan riwayat waktu dari gempa-gempa hasil pencatatan atau dari gempa-gempa tiruan, dimana riwayat waktu dari respon struktur ditentukan. Pembahasan berikut tidak secara mendetail tentang metoda-metoda perhitungan pembebanan gempa tersebut. 1.1.10 Kriteria Defleksi Bangunan Tujuan dari pembatasan lendutan yang diakibatkan oleh beban pada arah gravitasi adalah untuk menjamin kenyamanan penggunaan bangunan dan mencegah terjadinya retak yang berlebihan pada bagian plasteran langit-langit dan partisi arsitektural. Batas dari lendutan ini biasanya dispesifikkan untuk bentang dari komponen – komponen joist, balok, maupun girder, dan besarnya defleksi ini dihitung berdasarkan analisis elastik dari komponen struktur tersebut. Berdasarkan IBC, besarnya lendutan izin yang direkomendasikan adalah :
Maximum allowable deflection due to live load
Maximum allowable deflection due to total dead plus live load
Dimana : k = faktor modifikasi untuk creep
1-35
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Sedangkan peraturan pembatasan lendutan komponen struktural di Indonesia diatur dalam SNI 03-2847-2002 sebagai berikut :
Tabel 1-7 Peraturan Pembatasan Lendutan Struktur Berdasarkan SNI 03-2847-2002
LENDUTAN IZIN MAKSIMUM (SNI 03-2847-2002) Jenis komponen struktur
Lendutan yang diperhitungkan
Batas lendutan
Atap datar yang tidak menahan atau disatukan dengan komponen Lendutan seketika akibat beban hidup (L) non-struktural yang mungkin akan rusak oleh lendutan yang besar Lantai yang tidak menahan atau disatukan dengan komponen Lendutan seketika akibat beban hidup (L) struktural yang mungkin akan rusak oleh lendutan yang besar Konstruksi atap atau lantai yang menahan atau disatukan dengan Bagian dari lendutan total yang terjadi setelah komponen nonstruktural yang mungkin akan rusak oleh lendutan pemasangan komponen nonstruktural (jumlah yang besar dari lendutan jangka panjang, akibat semua beban Konstruksi atap atau lantai yang menahan atau disatukan dengan tetap yang bekerja, dan lendutan seketika akibat komponen nonstruktural yang mungkin tidak akan rusak oleh penambahan beban hidupc lendutan yang besar a. Batasan ini tidak dimaksudkan untuk mencegah kemungkinan penggenangan air. b. Batas lendutan boleh dilampaui bila langkah pencegahan kerusakan tehradap komponen yang ditumpu atau yang disatukan telah dilakukan. c. Lendutan jangka panjang harus diperhitungkan, namun boleh dikurangi dengan nilai lendutan yang terejadi sebelum penambahan komponen nonstruktural. d. Tetapi tidak boleh lebih besar dari toleransi yang disediakan untuk komponen non-struktural. Batasan ini boleh dilampaui bila ada lawan lendut yang disediakan sedemikian hingga lendutan total dikurangi lawan lendut tidak melebihi batas lendutan yang ada.
1-36
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1.2
Perencanaan Bangunan Industri
Gambar 1-17 Contoh bangunan industri
Meskipun dasar perencanaan struktur dan arsitektural dari bangunan industri relatif sederhana, namun menggabungkan semua elemen tersebut menjadi sebuah bangunan fungsional yang ekonomis adalah sebuah pekerjaan yang rumit dan kompleks. Oleh karena itu, pedoman umum dan kriteria dari perencaan bangunan industri yang umum digunakan akan dibahas dalam bab ini. Tujuan utama dari pembahasan dari bab ini adalah untuk menyediakan kepada para perencana bangunan industri dengan panduan dan kriteria desain untuk bangunan industri tanpa crane, atau bangunan dengan siklus kerja crane pada tingkat ringan sampai medium. Dalam pembahasan ini, perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan baja tidak dibahas karena dalam perencanaan bangunan industri, beban gempa tidak terlalu menentukan mengingat bangunan industri pada umumnya bukan merupakan bangunan bertingkat sehingga beban gempa tidak memberi pengaruh signifikan pada struktur. Pada umumnya, bangunan industri memiliki fungsi utama sebagai struktur pagar untuk keperluan produksi dan/atau penyimpanan barang produksi. Meskipun desain dari bangunan industri merupakan bidang pekerjaan dari insinyur sipil, namum perlu disadari bahwa perencanaan dari bangunan industri sesungguhnya
1-37
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
melibatkan lebih dari sekedar perencanaan struktur semata. Perencana perlu mengetahui kemungkinan penambahan peran dan tanggung jawab dalam berbagai hal seperti site planning, establishing grade, penanganan drainase, pengaturan lahan parkir, penrencanaan lalu lintas kendaraan dalam kawasan pabrik, estetika bangunan, dan kemungkinan besar juga mencakup pekerjaan landscaping. Akses terhadap railing dan penetapan elevasi lantai yang tepat (tergantung pada kemungkinan akan kebutuhan truk-truk besar dalam prosesnya) merupakan pertimbangan penting lainnya yang harus dipahami. Namun dalam bab ini, pembahasan akan lebih difokuskan pada perencanaan struktur bangunan industri.
1.2.1
Pembebanan Struktur oleh Crane
Dalam perencanaan balok yang digunakan untuk Runway Crane, beban dari crane cenderung mendominasi elemen-elemen struktur yang mensupportnya. Perlu diperhatikan bahwa beban crane merupakan beban yang terpisah dari beban hidup lainnya karena kegunaannya dan kemandiriannya dari beban-beban lainnya seperti beban temperatur, hujan, angin, gempa, dll.
Gambar 1-18 Gambar Overhead Crane
Dibandingkan dengan struktur bangunan lainnya, fatigue menjadi pertimbangan utama yang sangat penting untuk komponen-komponen yang mensupport crane. Oleh karena itu, biasa perencana mendesain kekuatan dan stabilitas struktur dengan
1-38
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
kondisi Ultimate Limit States, sedangkan pengecekan terhadap fatigue dilakukan pada kondisi Serviceablilty Limit States. Pada perencanaan kondisi ultimate, maka besarnya faktor tahanan yang digunakan mengizinkan terjadinya posi kelelehan dari penampang tergantung dari kelas penampang tersebut. Pebebanan oleh crane ini memiliki karakteristik unik yang perlu dipertimbangkan, yaitu:
Faktor beban impact, diaplikasikan secara vertikal terhadap beban roda untuk sebagai efek dinamis dari pergerakan crane dan untuk semua efek lainnya termasuk proses pengereman dari mekansime hoist.
Pada crane tunggal, ketidakmasukakalan dari beberapa beban yang terjadi secara terus menerus juga diperhitungkan.
Pada crane yang berjumlah lebih dari satu yang berada baik di satu jalur atau
jalur
multiple,
maka
kombinasi
pembebanan
terbatas
pada
kemungkinan yang paling mungkin terjadi.
Beban lateral diaplikasikan pada rel crane untuk memperhitungkan berbagai efek seperti akselerasi dan gaya pengereman dari beban trolley dan beban
angkatnya,
beban
non-simetris
dari
crane
yang
bergerak,
ketidaklurusan rel crane, dan tidak vertikalnya pengangkatan beban oleh crane.
Beban longitudinal akibat percepatan dan pengereman dari crane bridge dan tidak vertikalnya pengangkatan beban oleh crane.
Akhir perhentian dari runway crane didesain dengan memperhitungkan kemungkinan terjadinya impact akibat kecelakaan yang besarnya setara dengan kecepatan penuh crane bridge tersebut.
Jenis crane yang khusus seperti magnet crane, clamshell bucket crane, hung stacker crane, dll juga memerlukan pertimbangan-pertimbangan khusus tentang pembebanannya.
Pembahasan pembebanan crane yang akan dijelaskan disini mengikuti peraturan dan panduan yang banyak digunakan di Amerika Utara (AISE 2003, Fisher 1993, Griggs and Innis 1978, Griggs 1976) mencakup desain dan konstruksi untuk industri kelas ringan hingga menengah dan juga banguna steel mill. Beberapa peraturan yang juga diterapkan dalam perencanaan ini adalah MBMA 2002, NBCC 2005, dan ASCE 2002. Untuk kombinasi pembebanan yang meliputi pembebanan oleh crane, maka kombinasi akan mengikuti penggunaan yang disarankan oleh NBCC 2005.
1-39
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1.2.2
Pembebanan Spesifik yang Hanya Terjadi pada Struktur yang Memikul Crane
Pembebanan dan kombinasi pembebanan yang akan dibahas dalam bab ini secara umum adalah pembebanan-pembebanan khusu yang hanya ditujukan untuk bangunan yang mensupport overhead travelling cranes, underslung cranes, dan monorail crane. Struktur yang memikul beban crane didalamnya biasanya tidak didesain untuk rutinitas yang spesifik, oleh karena itu digunakan faktor modifikasi untuk pembebanan oleh crane. Besarnya faktor modifikasi beban (dalam persen) ini dapat dilihat di tabel berikut : Tabel 1-8 Faktor Modifikasi Beban untuk Pembebanan oleh Crane
Vertical Load including Impact
Total Side Thrust (two sides)-Greatest of:
Maximum Wheel Load
Lifted Load
Combined Weight of Lifted Load and Trolley
Combined Weight of Lifted Load and Crane Weight
Maximum Load on Driven Wheels
Cab Operated or Radio Controlled
125
40
20
10
20
Clamshell Bucket and Magnet Cranes
125
100
20
10
20
Guided Arms Cranes, Stacker Cranes
125
200
40
15
20
Maintenance Cranes
120
30
20
10
20
Pendant Controlled Cranes
110
20
10
20
Chain Operated Cranes
105
10
10
Monorails
115
10
10
Crane type
Tractive Force
1-40
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1.2.2.1 Beban Vertikal Impact, atau beban dinamis izin, hanya diaplikasikan terhadap beban vertikal roda saja, dan hanya diperhitungkan dalam desain balok runway dan sambungannya saja. Beban impact ini merupakan suatu nilai terfaktor yang diperhitungkan sebagai beban hidup. Mengacu pada AISE Report No. 13, direkomendasikan penerapan beban impact ini dalam memperhitungkan fatigue dari struktur. Namun berdasarkan Rowswell (1978) dan Millman (1996), beban impact ini tidak perlu diikutsertakan dalam perencanaan fatigue karena pendekatannya yang terlampau konservatif. Dalam menentukan beban vertikal yang disebabkan oleh crane, berat sendiri dari komponen crane yang tidak dibebani didefinisikan sebagai beban mati. Kebanyakan dari manufaktur crane sudah menyediakan informasi mengenai besarnya beban maksimum yang dipikul oleh tiap titik roda. Besarnya nilai beban ini bervariasi dari roda ke roda, bergantung pada posisi relatif dari komponen crane dan beban yang diangkatnya. Namun selain besarnya nilai maksimum beban dari roda, sangat penting juga merencanakan nilai minimum yang dipikul oleh tiap titik roda karena niali minimum ini apabila dikombinasikan dengan beban lain seperti sidee thrust dapan mengganggu kestabilan struktur. Dalam kondisi seperti ini, maka stabilitas pondasi penting untuk diperhatikan. 1.2.2.2 Beban Side Thrust Beban side thrust oleh crane adalah gaya horizontal yang bekerja secara singkat secara melintang dari roda crane terhadap relnya. Untuk crane yang bekerja diatas balok runway, maka gaya side thrust ini diapplikasikan di puncak dari rel runwaynya. Untuk crane jenis underslung, maka beban sidethrust ini diaplikasikan diatas flange bagian bawah. Gaya side thrrust oleh crane ini biasanya terjadi akibat :
Percepatan atau pengereman troly crane
Impact yang diakibatkan oleh troly pada ujung perhentian
Proses pengangkatan beban yang tidak vertikal
Kemiringan crane pada saat bergerak sepanjang runway
Tidak segarisnya rel dari crane tersebut
1-41
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Efek dari gaya side thrust kemudian dikombinasikan dengan beban rencana lainnya sesuai dengan kombinasi pembebanan bangunan crane yang akan dijelaskan di bab berikutnya. Gay side thrust ini didistribusikan ke setiap sisi dari runway sesuai dengan kekakuan lateral relatif dari komponen struktural yang menyokongnya. Beberapa referensi yang dapat digunakan untuk menentukan besarnya gaya side thrust ini adalah AISE (2003), CMAA (2004), Fisher (1993), Griggsand Innis (1978), Griggs (1976), Millman (1996), Rowswell (1987), dan Tremblay and Legault (1996). 1.2.2.3 Gaya Traction Gaya tractif longitudinal dari crane ini bekerja dalam durasi yang singkat, dan disebabkan oleh percepatan maupun pengereman dari crane bridge. Apabila jumlah dari roda kontrol crane tidak diketahui, maka gaya traktif crane sebesar 10% dari total berat yang dipikul pada titik roda dapat digunakan dalam perencanaan. 1.2.2.4 Gaya Impact Tabrakan (Bumper Impact) Beban yang ini adalah beban longitudinal yang digunakan pada runway crane apabila bridge crane yang bergerak menghantam perhentian (stopper) dari runway tersebut. Beban ini tidak terlalu banyak dibahas secara mendalam pada referensireferensi yang telah disebutkan sebelumnya, namun mengingat beban yang ini bersifat accidental, maka nilai beban faktor sebesar 1.0 sebaiknya digunakan untuk mengcover struktur dari beban ini. 1.2.2.5 Beban Vibrasi Meskipun beban yang ini jarang menjadi masalah, namun resonansi yang terjadi sebaiknya dihindarkan. Pada pemasangan roda troly atau bridge tidak tepat, dapat terjadi gaya frekuensi yang tidak diharapkan (forcing frequency). Oleh karena itu, Rowswell (1978) menyimpulkan kemungkinan probabilitas amplifikasi tegangan yang mungkin terjadi dapat dihitung sebagai berikut :
[
]
1-42
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1.2.2.6 Kombinasi Pembebanan Spesifik untuk Bangunan yang Memikul Crane Kombinasi pembebanan yang dibahas disini mengacu kepada NBCC 2005 dimana secara spesifik digunakan untuk perencanaan bangunan yang direncanakan untuk mensupport penggunaan crane didalamnya. Pada kondisi dimana crane yang berjumlah lebih dari satu dan mungkin bekerja pada jalur lebih dari satu, maka hanya kombinasi pembebanan yang memiliki probabilitas kemungkinan terjadi paling besar yang perlu diperhitungkan. Pada kombinasi C1 sampai C7 yang ditampilkan dibawah adalah kombinasikombinasi pembebanan yang meliputi beban crane didalamnya.
-
C1 = Cvs + 0.5Css
Fatigue.
-
C2 = Cvs + Cis + Css + Cls
Crane tunggal pada jalur tunggal.
-
C3 = Cvm + Css + Cls
Crane Multiple pada jalur tunggal atau multiple.
-
C4 = Cvm + 0.5Csm + 0.9Clm
Dua Crane yang Tandem pada jalur tunggal.
Tidak lebih dari dua crane yang perlu diperhitungkan kecuali pada kondisi ekstraordinary.
-
C5 = Cvm + 0.5Csm + Cim + 0.5Clm
Satu
crane
pada
masing-masing
jalur
paralel.
-
C6 = Cvm + 0.5Csm
Maksimum dari dua crane pada masingmasing jalur paralel, namun side thrust yang diperhitungkan dari satu jalur saja. Tidak
lebih
diperhitungkan
dari
dua
kecuali
crane pada
yang kondisi
ekstraordinary.
-
C7 = Cvs + Cis + Chs
Impact dari tabrakan (bumper).
dimana : Cvs / Cvm
=
Beban vertikal yang disebabkan oleh crane tunggal / multiple.
Css / Csm
=
Gaya side thrust yang disebabkan oleh crane tunggal / multiple.
Cis / Cim
=
Gaya impact yang disebabkan oleh crane tunggal / multiple.
1-43
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Cls / Clm
=
Gaya tractive longitudinal yang disebabkan oleh crane tunggal pada satu jalur saja / crane multiple.
Cbs
=
Gaya Impact tabrakan (bumper) yang disebabkan oleh crane tunggal saja.
C2 hinga C6 merupakan kombinasi pembebanan yang mewakili beban crane pada kombinasi pembebanan untuk desain ultimate dan pengecekan stabilitas struktur. Sedangkan kombinasi C1 merupakan kombinasi pengecekan khusus mengantisipasi kegagalan yang diakibatkan oleh fatigue. Penjelasan mengenai fatigue akibat siklus crane ini akan dibahas pada bab berikutnya. Berikut adalah kombinasi pembebanan yang digunakan untuk mengecek desain struktur pada kondisi ultimate dan pengecekan stabilitas struktur : -
[ [
] ]
* Nilai dari Υ dapat digantikan dengan nilai faktor modifikasi pembebanan sebesar 0.5 untuk struktur penyokong crane dengan spesifikasi kelas A, B, dan C, sedangkan faktor modifikasi sebesar 1.0 untuk spesifikasi kelas D, E, dan F. Beban C yang disebutkan diatas adalah nilai-nilai pembebanan yang disebabkan oleh Crane untuk kombinasi C2 hingga C6.
1-44
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1.2.3
Perencanaan Sistem Atap
Sistem atap biasanya merupakan bagian termahal dari bangunan industri. Kebanyakan sistem atap didesain dengan beban jauh melebihi beban mekanikal yang harus dipikul. Dasar pemikirannya adalah seringkali owner dari bangunan industri selalu melakukan penambahan beban seperti instalasi pipa baru, perlengkapan mekanikal tambahan, dan instalasi komponen-komponen lain yang mungkin menambah beban. Secara umum, desain konvensional dari bangunan industri terdiri dari balok-balok wide flange, joist girder baja, atau sistem truss fabrikasi. Pada bentang pendek antar 30 ft hingga 40 ft, penggunaan balok baja untuk sistem atap bisa menjadi solusi yang ekonomis khususnya apabila terdapat beban tergantung dalam jumlah banyak. Namun untuk bentang yang lebih besar dari 40 ft, namun tidak lebih dari 80 ft, penggunaan steel joist girder seringkali digunakan untuk menyokong beban atap. Sedangkan Fabricated steel roof trusses seringkali digunakan untuk bentangbentang yang lebih besar daripada 80 ft. 1.2.3.1
Sistem Rangka Batang
1.2.3.1.1 Atap dengan system Rangka batang dengan bracing/Truss Bracing System Bracing yang stabil adalah sebuah kebutuhan untuk lokasi-lokasi tertentu dimana perencana mengasumsikan titik bracing atau dimana titik bracing dibutuhkan dalam mendesain komponen truss. Lokasi-lokasi ini umumnya berada di titik panel dari truss dan pada bagian akhir dari komponen badan. Untuk berfungsin dengan baik, bracing harus mempunyai kekuatan dan kekakuan yang memadai. Menurut teori bracing standar, kekakuan dari bracing (dengan faktor keamanan = 2.0) harus minimal setara dengan 4P/L, dimana P adalah besarnya gaya yang dipikul dan L adalah panjang tak terkekang dari kolom. Sebagai peraturan umum, kebutuhan kekakuan perlu dikontrol pada desain bracing, kecuali apabila kekakuan dari bracing hanya diperoleh dari kontrol axial stress saja. Bracing yang mengalami perpindahan akibat beban axial saja adalah sangat kaku, dan oleh karena itu kebutuhan kekuatan harus dikontrol.
1-45
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 1-19 Contoh penyusunan sistem truss
Gambar 1-20 Contoh penggunaan bracing pada balok yang bergoyang
1.2.3.1.2 Atap system Rangka batang/Truss Dalam desain atap dengan sistem truss, atap jenis ini sangat mudah dikenali karena penggunaannya yang saat ini sudah banyak. Selain untuk bangunan industri, atap dengan sistem truss ini juga sudah mulai banyak digunakan untuk bangunanbangunan rumah. Berikut adalah beberapa keunggulan dari penggunaan sistem truss untuk konstruksi atap bangunan : 1. Panjang span yang mampu dicover oleh rafter dengan sistem truss lebih panjang dan penggunaannya dapat mengurangi kebutuhan perletakan pada tengah bentangnya. 2. Penggunaan atap dengan sistem ini biasanya lebih murah daripada framing atap biasa. 3. Penggunaan truss ini juga memungkinkan kemudahan dalam mendesain sistem atap yang kompleks dan berbentuk tidak biasa. 4. Meskipun tidak semudah atap jenis biasa (hanya balok atap biasa) dalam fabrikasinya, namun atap jenis ini mudah dalam hal ereksinya sehingga dapat menghemat waktu konstruksi dilapangan.
1-46
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 1-21 Penggunaan sistem truss untuk konstruksi atap
Berikut adalah beberapa sistem truss untuk atap yang banyak digunakan pada bangunan-bangunan struktural :
Gambar 1-22 Jenis-jenis sistem truss pada atap bangunan
1-47
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Meskipun terdapat berbagai macam bentuk atap truss, namun secara sederhana, komponen-komponen dari atap jenis truss ini adalah sama. Hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan sistem truss adalah komponen-komponen sebagai berikut : 1. Top Chord, dimana panel atap akan diletakkan 2. Bottom Chord, dimana dinding atau plafon dipasangkan (apabila diperlukan) 3. Bearing Point, dimana sistem truss akan menumpu 4. Truss Web yang biasanya dipasang untuk menyangga top chord agar tetap berada pada posisinya. Biasanya terletak dipertengahan antara puncak atap dengan titik bearing pointnya dan menyebar secara merata. 5. King Post yang biasanya digunakan untuk membantu menyangga titik puncak dari sistem truss. 6. Metal Gusset yang digunakan di berbagai tempat pada perpotongan antar komponen diatas. 7. Tail dari truss yang merupakan lebihan atap yang dapat digumakan untuk instalasi dari soffit, fascia, ovehang, drainase, dll.
Gambar 1-23 Komponen-Komponen Utama dari Roof Truss
1.2.3.1.3 Penggunaan system insulasi pada atap Saat ini penggunaan insulasi tambahan untuk atap sudah menjadi sangat umum. Terkadang koordinasi dengan kebutuhan mekanikal dari bangunan sangat dibutuhkan. Secara umum, penggunaan insulasi tambahan adalah sangat bermanfaat, namun ada beberapa permasalahan praktis yang mungkin terjadi. Berkurangnya kehilangan panasmelalui atap menyebabkan penumpukan salju dan terbentuknya bunga es pada atap yang menyebabkan nilai beban salju bertambah
1-48
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
besar. Efek yang sama juga terjadi pada temperatur yang lebih dingin, dimana pada beberapa jenis sistem atap ( built-up roofs ), terjadi pergerakan termal yang dapat mengakibatkan retak pada membran atap. Berikut adalah beberapa jenis insulasi atap yang sering digunakan untuk melapisi atap-atap pada bangunan industri : Tabel 1-9 Tabel Insulasi Atap
(Dry Condition, Relative Humidity 75%) Heat Conductivity
Density
(Kcal/mh oC)
(g/cm3)
0.0185
0.03 - 0.04
Polystyrene Foam
0.03
0.03
Glass Wool
0.029
0.06
Rock Wool
0.032
0.12
Foamed Concrete
0.15
0.71
Concrete
1.4
2.2
Materials Polyurethane
1.2.3.1.4 Gitts dan Purlin Girt dan purlin adalah komponen-komponen sekunder dari bangunan yang fungsinya adalah membantu menjaga kestabilan dari struktur sekaligus sebagai penunjaang komponen-komponen non-struktural dari bangunan.Girt merupakan komponen penunjang horizontal yang dipasangkan pada dinding, sedangkan purlin merupakan komponen penunjang horizontal yang diletakkan pada atap.
1-49
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 1-24 Pemasangan Purlin dan Girt pada Konstruksi Bangunan
Gambar 1-25 Detailing Pemasangan Purlin
Berikut adalah contoh perhitungan kekuatan purlin sebagai komponen lokal struktur: SOAL : Diketahui informasi bangunan yang ditinjau sebagai berikut: -
Jarak antar rafter (L1) = 6000 mm.
-
Jarak miring antar gording (s) = 1000 mm
-
Diameter Sag Rod = 10 mm.
-
Jarak antar Sag Rod (L2) = 2000 mm.
1-50
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
-
Sudut kemiringan atap (α) = 10 deg.
-
Berat atap baja (span deck) = 52 N/mm2.
Profil gording yang digunakan adalah Purlin LC 200x75x20 tebal 3.2 mm dengan informasi penampang sebagai berikut : ht = b= a= t=
200 75 20 3.2
mm mm mm mm
A=
1455
mm2
Ix = 8710000 mm4 Iy = 1000000 mm4 Sx =
87100
mm3
Sy = rx = ry = c= w=
18900 77.4 26.2 21.9 9.27
mm3 mm mm mm kg/m
Gambar 1-26 Propertis Penampang Profil Gording
Data material baja yang digunakan : -
Tegangan leleh baja (fy) = 240 MPa.
-
Tegangan tarik putus baja (fu) = 370 Mpa.
-
Tegangan residual baja (fr) = 70 Mpa.
-
Modulus elastik baja Es = 200,000 Mpa.
-
Angka Poisson ν = 0.3.
SOLUSI : Section Properties dari penampang yang dipilih dapat dihitung sebagai berikut : -
Modulus geser penampang (G):
-
Tinggi bersih badan (h) :
-
Konstanta puntir torsi (J) : [
-
]
[
]
[
]
Konstanta puntir lengkungv (Iw):
1-51
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
-
Koefisien momen tekuk torsi lateral (X1 dan X2): √
[ -
]
Modulus penampang plastis terhadap sumbu X dan Y (Zx dan Zy):
(
)
(
)
Menghitung beban pada gording Berdasarkan informasi yang telah disediakan pada soal, maka beban mati yang bekerja pada gording dapat dihitung sebagai berikut : No
Material
Berat
Satuan
1
Berat sendiri gording
92.7
N/m
2
Atap baja (span deck)
52
N/m2
Lebar (m)
Q (N/m) 92.7
1
52.0
QDL =
144.7
N/m
Sedangkan beban hidup merata yang diperhitungkan membebani gording adalah hanya beban air hujan yang diasumsikan setebal 25 mm dengan jarak antar gording 1 m sehingga:
Dengan demikian beban hidup merata yang bekerja pada gording adalah :
edangkan beban hidup terpusat akibat beban pekerja : Dengan menerapkan pembebanan terfaktor, maka beban yang dihitung adalah: -
Beban merata yang dipikul oleh gording :
-
Beban terpusat yang dipikul oleh gording :
1-52
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
-
Sudut kemiringan atap :
Maka beban yang dipikul oleh gording pada arah sumbu lokal adalah :
Gambar 1-27 Gording yang Menerima Beban pada Arah Sumbu Lokal
-
Beban merata pada sumbu lokal X dan Y :
-
Beban terpusat pada arah sumbu lokal X dan Y :
Menghitung momen dan gaya geser akibat beban terfaktor Berdasarkan informasi yang disediakan dari soal, panjang bentang gording terhadap sumbu X adalah Lx = L1 = 6000 mm, sedangkan terhadap sumbu Y adalah Ly = L2 = 2000 mm. Maka momen yang diakibatkan beban terfaktor dapat dihitung sebagai berikut : -
Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu X :
-
Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu Y :
1-53
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
(
)
-
Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu X :
-
Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu Y :
Perhitungan Kekuatan Menghitung momen nominal pengaruh local buckling Momen nominal dari penampang dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : a. Penampang compact:
λ ≤ λp M n = Mp
b. Penampang non-compact :
λp < λ ≤ λr Mn = Mp - (Mp - Mr) * (λ - λp) / (λr - λp)
c. Penampang langsing :
λ > λr Mn = Mr * (λr / λ)2
dimana
Mp = Momen plastis penampang Mr = Momen kritis batas tekuk dari penampang
Untuk soal yang tersaji, kelangsingan dari penampang yang digunakan adalah : -
Kelangsingan penampang sayap :
-
Batas kelangsingan maksimum untuk penampang compact : √
-
Batas kelangsingan maksimum untuk penampang non-compact : √
1-54
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Berdasarkan nilai kelangsingan tersebut, maka profil gording yang digunakan termasuk kategori penampang non-compact. Oleh karena itu momen nominal penampang dihitung sebagai berikut : -
Momen plastis penampang :
-
Momen batas tekuk penampang : (
-
)
Momen nominal penampang : (
)
(
)
(
)
Menghitung momen nominal pengaruh lateral buckling Momen nominal dari komponen struktur dengan pengaruh tekuk lateral dihitung dengan ketentuan sebagai berikut :
a. Bentang pendek :
L ≤ Lp Mn = Mp = fy * Zx
b. Bentang sedang :
Lp< L ≤ Lr Mn = Cb * [ Mr + (Mp - Mr) * (Lr - L) / (Lr - Lp) ]
c. Bentang panjang :
≤ Mp
L > Lr Mn = Cb * π / L * √ [ E * Iy * G * J + (π * E / L)2 * Iy * Iw ] ≤ Mp
Panjang bentan maksimum balok yang mampu menahan momen plastis : √( ) Sedangkan panjang bentang minimum balok yang tahanannya ditentuka oleh momen kritis tekuk torsi lateral dapat dihitung sebagai berikut : √*
√
+
dimana
1-55
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Panjang bentang yang ditinjau adalah L = Ly = 2000 mm. Dengan demikian penampang tersebut masuk kategori bentang sedang sehingga momen nominalnya dihitung sebagai berikut : -
Koefisien momen tekuk torsi lateral,
Dimana MA, MB, dan MC adalah nilai momen pada ¼ , ½ , dan ¾ bentang. -
Momen plastis penampang :
-
Momen batas tekuk penampang : (
-
)
Momen nominal penampang terhadap pengaruh lateral buckling : *
(
)
(
+ )
Berdasarkan perhitungan kapasitas momen yang telah dilakukan diatas, dapat dirangkumkan hasil sebagai berikut :
Momen nominal berdasarkan pengaruh local buckling, Mn = 14366762 Nmm
Momen nominal berdasarkan pengaruh lateral buckling, Mn = 13256049 Nmm.
Kapasitas momen terkecil yang akan menentukan kegagalan dari penampang, jadi tahanan momen lentur untuk soal ini dihitung berdasarkan pengaruh lateral buckling sebagai berikut :
Sedangkan momen akibat beban terfaktor Mu = 3,215,499.7 Nmm. Jadi penampang yang dipilih memiliki tahanan momen yang memadai dengan stress ratio :
1-56
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Menghitung tahanan geser penampang Untuk mengontrol tahanan geser nominal pelat badan tanpa pengaku, berlaku ketentuan ketebalan pelat badan yang harus memenuhi : √(
)
Untuk profil yang digunakan dalam soal ini : √(
)
Tahanan geser nominal dari penampang dihitung sebagai berikut : -
Luas penampang badan,
-
Tahanan geser nominal,
-
Tahanan gaya geser penampang,
Gaya geser akibat beban terfaktor adalah Vu = 4,965.2431 N. Jadi penampang yang digunakan memiliki tahanan geser penampang yang memadai dengan stress ratio akibat gesernya :
Untuk elemen yang memikul kombinasi geser dan lentur, harus dilakukan kontrol dengan ketentuan sebagai berikut : Syarat yang harus dipenuhi untuk interaksi geser dan lentur : Mu / ( Φb * Mn ) + 0.625 * Vu / ( Φf * Vn )
≤
1.375
Untuk soal ini, interaksi geser dan lentur dari penampang adalah :
1-57
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1.2.3.1.5 Sambungan Ekpansi (Expansion Joints) Meskipun bangunan industri biasanya dibangun dengan menggunakan material yang fleksibel, expansion joints pada atap dan komponen struktural biasanya dibutuhkan pada saat dimensi horizontalnya besar. Sangat mustahil untuk menyatakan secara eksak kebutuhan relatif akan jarak antar sambungan ekspansi (expansion joint) karena banyak variabel yang terkait seperti temperatur ambient selama proses konstruksi dan bentang temperatur yang diharapkan selama usia bangunan. Referensi tentang topik ekspansi termal pada bangunan dan lokasi dari sambungan ekspansi yang banyak dipakai adalah Federal Construction Council’s Technical Report No. 65, Expansio Joints in Buildings (Federal Construction Council, 1974). Berdasarkan laporan tersebut, menghasilkan grafik spacing untuk sambungan ekspansi yang hingga kini banyak dipakai sebagai panduan dalam mendesain jarak spacing untuk sambungan ekspansi pada balok dan kolom dari bangunan berdasarkan pada desain perubahan temperatur. Didalam laporan tersebut, juga diberikan nilai modifikasi yang dapat diaplikasikan ke panjang bangunan izin.
Gambar 1-28 Grafik Spacing untuk sambungan Ekspansi berdasarkan F.C.C. Tech. Report No. 65
1-58
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Laporan tersebut menunjukan bahwa kurva tersebut dapat diaplikasikan langsung ke konstruksi balok-kolom dari bangunan dengan perletakan sendi dan interior yang temperatur panas. Apabila kondisi yang lain terjadi, maka peraturan berikut dapat diaplikasikan : 1. Apabila bangunan tersebut hanya akan dipanaskan dan hanya memiliki peletakan kolom berupa sendi, maka gunakan panjang izin yang dispesifikasikan diatas. 2. Apabila bangunan tersebut akan diberikan AC (Air Conditioner) namun juga juga dipanaskan, maka panjang izin meningkat sebesar 15% (apabila sistem kontrol terhadap lingkungan dijalankan secara menerus). 3. Apabila bangunan tersebut tidak akan dipanaskan, maka panjang izin menurun sebesar 33%. 4. Apabila bangunan tersebut akan memiliki sambungan kaku pada perletakan kolom, maka panjang izin menurun sebesar 15%. 5. Apabila bangunan tersebut secara substansial mempunyai kekakuan terhadap perpindahan lateral pada satu arah, maka panjang izin menurun 25%. Pada saat lebih dari satu dari kondisi perencanaan diatas terjadi pada struktur, maka faktor persentase yang diaplikasikan harus merupakan jumlah aljabar dari faktor penyesuaian untuk segala variasi kondisi pengaplikasian. Mengenai jenis sambungan ekspansi struktural, kebanyak perencana sepakat bahwa metoda terbaik adalah menggunakan sebuah garis bantu dari kolom double untuk menghasilkan pemisahan yang lengkap pada bagian sambungan. Ketika sambungan selain daripada jenis kolom double diterapkan, maka elemen sliding friksi rendah seperti gambar berikut biasanya digunakan.
1-59
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 1-29 Sambungan Ekspansi pada Balok
Sambungan Slip dapat mempengaruhi beberapa level dari tahanan lekatan terhadap perpindahan akibat dari penjepitan atau debu yang terkumpul. Pada semua struktur, keberadaan dari sambungan ekspansi selalu harus diterapkan pada sistem atap struktur tersebut. Sebagai tambahan, tergantung jenis lapisan atap yang digunakan, maka sambungan lainnya yang disebut pembagi area (area divider) sangatlah diperlukan pada membran atap. Sambungan ini adalah sambungan yang memberikan kelegaan pada membran atap dan tidak sampai menembus deck atap. Sambungan pembagi area ini biasanya diletakkan pada jarak interval antara 150 ft hingga 250 ft untuk membran atap yang melekat pada struktur dan pada interval 100 ft hingga 200 ft untuk atap baja. Jarak dari sambungan harus diverifikasikan dengan kebutuhan manufaktur. Range dari perpindahan antar sambungan adalah terbatas oleh kelenturannya dan potensi pergerakan dari skema pengangkuran. Terakhir, pembagi area juga dapan digunakan untuk membagi atap yang komples menjadi segmen-segmen yang sederhana dan berbentuk kotak.
1-60
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 1-30 Contoh sambungan ekspansi pada balok joist
Gambar 1-31 Contoh sambungan ekspansi pada balok joist
1-61
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 1-32 Contoh sambungan ekspansi pada sistem truss
Berdasarkan panduan Zamil Steel untuk Pre-Engineered Building (PEB), panjang mazimum untuk bangunan yang tidak memiliki expansion joint dapat dirumuskan sebagai berikut :
dimana : Δmax =
Ekspansi maksimum yang diizinkan (cm)
L
=
panjang dari bangunan (cm)
E
=
Koefisien ekspansi linear (0.0000117/ oC)
ΔT
=
Perbedaan temperatur (dalam oC)
K
=
1.0 untuk bangunan tanpa air-conditioning
= 0.7 untuk bangunan dengan air-conditioning
1-62
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
= 0.55 untuk bangunan dengan pemanas dan air-conditioning Contoh perhitungan panjang bangunan dengan ekspansion joint : SOAL Hitung panjang maksimum izin ketika dibutuhkan ekspansi joint pada bangunan di Dhahran, Jeddah, dan Riyadh. Diasumsikan expansion slot yang terinstall adalah 2.8 cm, yang diambil dari expansion joint pada detail purlin. (Note : 2 mm expansion per sambungan purlin untuk 14 span menghasilkan : 14 x 2 mm = 2.8 cm.) Tabel perbedaan temperatur di Saudi Arabia berdasarkan “Engineer’s Guide to Solar Energy” karangan Yvonne Howell & Justin A. Bereny adalah :
Dhahran -35oC Jeddah -30oC Riyadh -40oC
SOLUSI Untuk Kota Dhahran: 1) Bangunan tanpa air-conditioning (K = 1.0)
2) Bangunan dengan air-conditioning (K = 0.70)
3) Bangunan dengan pemanas dan air-conditioning (K = 0.55)
Untuk Kota Jeddah: 1) Bangunan tanpa air-conditioning (K = 1.0)
2) Bangunan dengan air-conditioning (K = 0.70)
1-63
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3) Bangunan dengan pemanas dan air-conditioning (K = 0.55)
Untuk Kota Riyadh: 1) Bangunan tanpa air-conditioning (K = 1.0)
2) Bangunan dengan air-conditioning (K = 0.70)
3) Bangunan dengan pemanas dan air-conditioning (K = 0.55)
1.2.3.1.6 Beban Fatigue Kerusakan akibat fatigue dapat dikarakteristikkan sebagai pertumbuhan retak progresif akibat fluktuasi tegangan pada member. Retak fatigue diinisiasi pada cacat kecil atau ketidaksempurnaan material dasar atau logam las yang digunakan. Ketidaksempurnaan
tersebut
berlaku
sebagai
peningkat
tegangan
yang
memperbesar tegangan elastik yang terjadi pada bagian kecil dari tegangan plastis. Ketika siklus beban diaplikasikan, regangan plastis di daerah plastis kecil berkembang saptai material mengalami perpisahan dan retakan membesar. Pada poin tersebut, daerah tegangan plastis bergerak menuju ujung yang baru dari retakan dan seluruh proses tadi mengulang dengan sendirinya. Pada akhirnya, ukuran dari retakan tersebut menjadi cukup besar dimana efek kombinasi dari besarnya retakan dan tegangan yang terjadi melebihi kekuatan materan dan fraktur finalpun terjadi. Kegagalan fatigue terjadi dari pembebanan layan yang terjadi berulang-ulang, yang menyebabkan awal keretakan dan perambatan menuju fraktur final. Variabel dominan disini adalah rentang tegangan tensile yang ditentukan oleh penerapan berulang-ulang dari beban hidup (bukan tegangan maksimum akibat beban hidup ditambah beban mati). Kerusakan fatigue berkembang dalam tiga tahapan, yaitu
1-64
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
inisiasi keretakan, pertumbuhan keretakan secara stabil, dan pertumbuhan keretakan secara tak stabil hingga terjadi fraktur. 1.2.3.1.7 Perencanaan Bracing Bracing adalah sistem struktural yang berguna untuk menghasilkan stabilitas dari struktur pada arah dimana gaya yang diaplikasikan pada bangunan dapat menyebabkan ketidak-stabilan dari struktur tersebut. Sistem dari bracing ini berfungsi dengan mentransmit gaya-gaya (seperti gaya angin, gaya akibat crane, maupun gaya akibat gempa langsung) menuju ke dasar kolom dan kemudian ke pondasi. Berikut adalah beberapa panduan yang dapat digunakan sebagai dasar perencanaan sistem bracing: Bracing untuk beban angin dan gempa pada arah longitudinal: 1. Untuk bangunan yang panjang, bracing yang diaplikasikan pada antar bentang tidak boleh memiliki interval lebih dari lima bentang kosong. 2. Untuk bangunan dengan sistem endwall pada bentang akhirnya adalah sistem post and beam frame, maka bentang dengan bracing tidak boleh diaplikasikan di bentang akhir tersebut. Namum untuk member endwall yang merupakan built-up atau penampang hot-rolled, pengecualian boleh dilakukna apabila termasuk dalam perencanaan. 3. Sidewall bracing sebaiknya diletakkan pada bentang yang sama dengan roof bracing. Hal ini belum tentu dapat diaplikasikan pada semua bangunan karena kemungkinan adanya bukaan (opening) pada sidewall. Pada kasus tersebut, maka sidewall bracing dapat diletakkan pada bentang lain yang berdekatan
dengan
bentang
yang
memiliki
roof
bracing
dengan
pertimbangan bahwa gaya yang terjadi akan ditransferkan menuju bentang lain yang berdekatan. 4. Rod Bracing dari atap tidak boleh melintang garis bubungan. 5. Kabel / Rod bracing tidak boleh melebihi 15 m panjang. Apabila bracing melintang mengandung batangan yang lebih panjang dari 15 m, maka bracing harus dibagi menjadi dua set bracing untuk strut member diantaranya sehingga panjang dari kabel/rod tidak melebihi 15 m.
1-65
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
6. Bracing atap harus memenuhi persyaratan yang disyaratkan oleh ASTM A475 Class A extra high strength cables atau ASTM A572 Grade 36 rods atau ASTM 572 Grade 50 angles. 7. Sidewall bracing harus memenuhi salah satu tipe berikut : a. Cables b. Rod atau Angles c. Portal frame dengan/tanpa rod atau angles. 8. Dalam satu sisi sidewall hanya diperkenanlan satu tipe bracing saja. Jangan mencampurkan tipe bracing atau material yang berbeda-beda pada sisi sidewall yang sama. 9. Lebih disarankan untuk menggunakan satu tipe wall bracing untuk keseluruhan bangunan sehingga beban lateral yang diterima oleh bangunan akan dapat dibagi secara sama rata antar garis bracing. Bracing Angin dan Gempa pada Bangunan P&B: 1. Bracing pada endwall tidak diperlukan untuk Endwall pada bangunan P&B yang fully sheeted dengan konstruksi flush grit. Apabila Endwall dari P&B memiliki by-framed grits, maka endwall ini memerlukan bracing. 2. Apabila diperlukan, bracing pada Endwall bangunan P&B harus terdiri dari kabel atau rods, kecuali atas permintaan khusus oleh pihak owner. Pada kasus tersebut, biasanya member dari endwall bangunan tersebut merupakan built-up atau hot-rolled. 3. Apabila Endwall membutuhkan bracing dan owner meminta secara khusus tidak ada bracing untuk diletakkan pada endwall, maka direkomendasikan bahwa pembebanan dari plane Endwall ditransferkan kembali ke frame rigid pertama melalui bracing atap tambahan pada bentang span terakhir. 4. Pada bangunan yang lebar, apabila bracing pada endwall diperlukan, maka perlu disediakan jarak yang tidak melebihi 5 bentang kosong. Bracing untuk komponen Crane: 1. Untuk bangunan dengan fungsi crane, maka bracing harus direncanakan untuk pembebanan crane pada arah longitudinal untuk mesin crane yang bekerja secara top running atau underhung. Bracing ini harus diletakkan dengan interval tidak melebihi 5 bentang kosong.
1-66
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2. Longitudinal bracing untuk top running crane harus memenuhi salah satu dari tipe berikut: a. Rods (untuk crane dengan kapasitas 15 ton atau kurang) b. Angles (untuk crane dengan kapasitas melebihi 15 ton) c. Portal frame dengan rods atau angles. d. Portal frame tanpa rods atau angles. 3. Bracing longitudinal untuk top running cranes harus terdiri oleh hanya satu tipe saja untuk plane longitudinal yang sama dari bangunan tersebut. 4. Longitudinal bracing untuk crane underhung harus terdiri dari rods atau angles. 5. Lateral bracing untuk underhung cranes (tergabung dengan bracket cranenya), harus terdiri dari rods atau angles. 6. Apabila bracing jenis rods digunakan sebagai bracing crane, maka minimum diameter dari rod tersebut adalah 19 mm. 7. Bracing jenis rod tidak boleh melebihi 15 m panjang. Apabila angle yang digunakan, maka rasio kelangsingan kritis dari bracing angles tidak boleh melebihi 300 (kelangsingan tarik). Sistem Crane: 1. Hindari penggunakan top running cranes pada arah transversal karena hal ini membutuhkan system support tambahan yang lebih banyak. 2. Secara
keseluruhan,
system
top
running
cranes
lebih
ekonomis
dibandingkan dengan system underhung cranes. 3. Gunakan brackets pada runway beam support crane ketika beban vertical 4 in
Lambang d adalah diameter nominal dari baut atau batang. Penggunaan kedalaman tertanam diatas adalah konservatif. Jarak minimum terhadap tepian dibutuhkan untuk mencegah terjadinya tercabutnya beton samping (blow-out).Kegagalan jenis ini terjadi akibat perkembangan dari kegagalan pada permukaan diantara angkur
1-98
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
dan tepian dari beton, serupa dengan tercabutnya beton berbentuk kerucut akibat tarikan secara langsung. Oleh karena itu jarak minimum terhadap tepian juga menjadi bagian terpenting yang harus dipertimbangkan dalam menentukan ukuran dudukan pedestal.
Angkur Baut Jenis Hooked Bolt. Perencanaan dari angkur jenis hooked bolt harus didasarkan pada pengangkuran yang dihasilkan oleh kaitnya saja. Oleh karena itu, disarankan bahwa kait dari hooked bolt direncanakan terhadap tahanan dengan kapasitas tarik Th adalah sebagai berikut : Dimana d adalah diameter baut dan Lh adalah panjang kait. Perhitungan ini berdasarkan pada kapasitas ultimate dan direkomendasikan faktor keamanan sebesar 1.7 diterapkan pada perencanaan menggunakan pembebanan tak terfaktor. Selain itu sangat disarankan bahwa penggunaan dari baut jenis ini dipakai untuk base plate yang dibebani secara axial saja dimana tidak ada pembebanan secara spesifik terhadap angkur. Karena kegagalan yang terjadi disebabkan oleh pelurusan (straightening) dan tercabutnya angkur, maka direkomendasikan bahwa kait didesain untuk menghasilkan tahanan yang setara dengan minimal separuh dari kapasitas tensile dari baut karena pada saat proses ereksi, dibutuhkan gaya pengangkuran yang lebih besar daripada separuh kapasitas tensile. Karena terjadinya ikatan antara beton dengan sepanjang bagian vertikal dari baut angkur, bersama dengan tahanan dari kait baut maka tidak akan terjadi kegagalan pada saat proses pengangkuran. Bagian kait harus diarahkan menghadap ke tengah dari pondasi. Berikut adalah prosedur desain kait berdasarkan LRFD : 1. Tentukan kapasitas tensil dari baut :
2. Kebutuhan panjang kait untuk menghasilkan separuh dari Tu adalah : ( )
1-99
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3. Panjang total yang dibutuhkan harus setara dengan panjang total dari kait ditambah dengan panjang yang diambil dari tabel sebelumnya.
Angkur Baut Jenis dengan Kepala Baut. Baut angkur dimana keberadaannya diperlukan untuk menghasilkan tahanan tensile untuk menahan moment yang terjadi atau gaya angkat biasanya digunakan angkur baut jenis bolt atau threaded rods yang dilengkapi dengan kepala bautnya. Metoda perencanaan yang umum digunakan adalah metoda yang dikembangkan oleh Mars and Burdette (1985). Dalam perencanaan ini, kegagalan terjadi ketika baut mengalami kegagalan atau ketika kerucut beton yang mengelilingi baut terpisah dari pondasi seperti tergambar. Sudut penyebaran dari kerucut beton ini diasumsikan 45o dan kegagalan tensile terjadi pada sepanjang permukaan dari kerucut tersebut, dengan tegangan rata-rata
√ , dimana fc’
dinyatakan dalam psi. T
45o
L Bidang Keruntuhan
Permukaan yang terproyeksikan
Gambar 1-57 Gambar Kerucut Kegagalan pada Beton
Kegunaan dari panjang lengan dari baut atau batang baja berulir tersebut adalah untuk menyediakan spasi pada saat penyetelan kedalaman tertanam baut dengan tetap memperhatikan tidak terjadinya pengurangan kapasitas pengangkuran berdasarkan kerucut kegagalan tadi. Pada pengangkuran yang lebih dari satu, maka kerucut kegagalan beton dari tiap angkur dapat terjadi overlapping satu sama lain. Oleh karena itu, dalam
1-100
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
memperhitungkan kapasitas dari pengangkuran, maka besarnya luasan efektif dari grup tersebut harus digunakan dalam perhitungan. Hal lain yang patut diwaspadai dalam perencanaan angkur adalah penyediaan jarak terhadap tepianyang memadai sehingga tidak terjadi kegagalan jenis Blow-Out, dimana kerucut kegagalan yang terjadi membelah beton secara horizontal. Kegagalan jenis ini sama dengan pembahasan pada angkur jenis hooked bolt. Berikut adalah prosedur perencanaan angkur dengan metoda LRFD: 1. Tentukan besarnya area gross dari baut Ag berdasarkan fraktur tensile: 2. Tentukan kebutuhan luas permukaan : 3. Tentukan kebutuhan panjang batu dan jarak beton ke tepian dari luas permukaan tersebut. Contoh Perencanaan Base Plate untuk gaya aksial terkonsentrasi Sebuah kolom WF dipikul diatas dudukan beton berukuran 24 in x 24 in. Kuat tekan minimum dari beton adalah fc’ = 3 ksi, dan tegangan leleh minimum dari pelat baja adalah f = 36 ksi. Tentukan dimensi dari base plate dan
ketebalannya
sesuai
dengan
kebutuhan
kekuatannya
apabila
diasumsikan A2 = A1. Kebutuhan kekuatan akibat beban axial adalah Pu = 700 kips. Menghitung kebutuhan luas penampang base plate . Perlu diperhatikan bahwa dalam contoh ini, faktor reduksi yang digunakan untuk tahanan oleh beton Φ = 0.65 mengacu pada ACI 318-02.
1-101
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
BAB II 2 JEMBATAN 2.1
Pendahuluan
Tanah air kita adalah negara kepulauan (archipelago state) yang berada di lintasan garis khatulistiwa. Oleh sebab itu, dipandang dari aspek iklim, tanah air kita adalah negara tropis yang dalam setahun diisi oleh musim panas dan musim hujan. Tingginya curah hujan di beberapa pulau, membuat negara kita dianugerahi banyak sungai besar dan kecil, serta panjang dan pendek. Dari topografi tanahnya, pulau-pulai besar yang ada tersusun atas pegunungan, bukit-bukit, lembah, jurang dan ngarai serta kondisi tanah yang lunak berupa danau, rawa, dan gambut. Sebagai negara kepulauan, jumlah pulau besar dan kecil yang ada sekitar 17.000 pulau. Ribuan pulau itu telah menciptakan selat, semenanjung dan muara sungai. Dari pulau-pulau tersebut yang berpenghuni atau ditinggali manusia, hanya sekitar 25 persen saja. Jembatan sebagai bagian dari system transportasi darat memiliki fungsi sangat penting untuk mendukung mobilitas penduduk, kegiatan ekonomi, aktivitas sosial, politik, kebudayaan dan pertahanan. Oleh karena itu dalam hal pembangunan jembatan, banyak pihak yang terlibat di dalamnya. Pemerintah, akademisi, perencana, pengawas, pelaksana, pabrikasi dan pemasok (supplier), sesuai dengan perannyaakan masuk berperan dalam kebijakan pemilihan teknologi jembatan. Sebagai infrastruktur dari jaringan jalan, jembatan merupakan bagian dari alat peningkatan aktivitas perekonomian baik dalam skala daerah maupun nasional. Pembangunan jembatan sangat membutuhkan pertimbangan ekonomis, teknis serta metode
pelaksanaannya.
Disamping
itu,
kebutuhan
akan
pembangunan
infrastruktur jembatan selalu meningkat sejalan dengan meningkatnya kebutuhan dan perkembangan tingkat perekonomian bangsa. Variasi infrastruktur jembatan sangat luas, baik ditinjau dari fungsi maupun skala atau dimensinya. Dengan kompleksitas tersebut seorang profesional di bidang pembangunan jembatan harus mampu mengetahui dan memahami secara komprehensif proses dan komponennya
2-1
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
agar jembatan yang dirancang dan kemudian dibangun dapat berfungsi optimal, relatif mudah dikerjakan dan tidak memerlukan perawatan yang rumit. Ada beberapa aspek yang mempengaruhi setiap keputusan dalam pemilihan teknologi jembatan.
Aspek pertama adalah kondisi dari lokasi atau tempat di mana jembatan akan didirikan. Berapa panjang dan lebar jembatan yang akan dibuat. Tipe jembatan apa yang cocok dengan kondisi lokasi dan tempat jembatan dibuat.
Aspek kedua adalah fungsi, tujuan dan kegunaan jembatan tersebut, baik secara struktur maupun estetikanya.
Aspek ketiga adalah terkait dengan perkembangan, penguasaan dan aplikasi teknologi jembatan, ketika jembatan tersebut dirancang dan dikerjakan.
Aspek keempat adalah berhubungan dengan kemampuan pembiayaan atau anggaran yang tersedia.
Kombinasi dari empat aspek tersebut akan sangat mempengaruhi teknologi jembatan seperti apa yang digunakan. Dalam konteks jembatan sebagai bentang darat yang merupakan pemandangan, maka harus mengandung tiga nilai berikut ini: 1. Simbol (icon), yakni landskap yang menyimbolkan lingkungan metropolitan dan menjadi mascot untuk kota, daerah, wilayah atau provinsi tempat jembatan dibangun. 2. Kualitas, yakni lanskap sebagai bangunan milik masyarakat yang berharga dan bernilai karena keindahan dan kemegahannya (precious property) 3. Harmoni, yakni lanskap lingkungan metropolitan yang selaras dengan alam dan lingkungan setempat. Pada masa pra-kemerdekaan, pembangunan jembatan pertama-tama banyak diwarnai oleh motif perekonomian dan ekspansi penjajah Hindia-Belanda. Pasca kemerdekaan pada Orde Lama, pembangunan
jembatan lebih focus pada
memperlancar jalur transportasi antar provinsi dan antar kota. Barulah pada Orde Baru, pembangunan jembatan maju pesat. Pada decade 70 dan 80-an jembatan lebih didominasi dengan teknologi bangunan atas standar seperti tipe rangka baja, gelagar komposit dan balok beton pratekan segmental.
2-2
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Kebijakan pembangunan jembatan dan teknologi yang dipakai sangat berpijak pada masanya. Dari 88 ribu jembatan yang ada di tanah air sebagian besar melintasi sungai kecil. Pada jembatan di ruas jalan nasional dan provinsi ada sekitar 32 ribu jembatan dengan panjang total 54 ribu meter. Sedangkan jembatan yang melintasi sungai-sungai dengan lebar lebih dari 100 meter kurang dari 2%. Pemilihan jenis jembatan pada prakteknya dibuat oleh tim perencana atas rekomendasi pihak-pihak yang berkepentingan. Tahapan perencanaan terdiri dari tiga tahap pokok.
Tahap pertama terdiri dari survey untuk mendapatkan data lokasi proyek, bahan struktur dan peraturan yang ada. Data lokasi diisi keterangan mengenai topografi, lingkungan, dan karakteristik tanah dasar. Data keperluan proyek diisi dengan tujuan pokok dari jembatan, apakah untuk melintasi sungai, lembah, jurang, jalan lain atau selat. Selanjutnya data bahan struktur diisi denga keterangan mengenai karakteristik dan ketersediaan bahan untuk struktur jembatan. Yang terakhir adalah data atas peraturan dan dasar hukum untuk pembangunan jembatan itu, sehingga secara yuridis formal pembangunan jembatan itu bersifat sah dan legal. Data-data yang ada dikompilasi dan selanjutnya dilakukan pengecekan agar sesuai dengan kondisi di lapangan.
Tahap kedua terdiri dari pembuatan desain awal jembatan. Pada tahap kedua ini, ada beberapa hal penting yang harus ditempuh, yakni menyangkut pemilihan lokasi jembatan. Lokasi jembatan akan disesuaikan dengan keberadaan jalan setempat. Penentuan bentang, misalnya akan dipilih yang sesuai dengan berbagai alternatif bentang pada beberapa lokasi yang paling memungkinkan. Tentunya kehadiran jembatan akan berkaitan erat dengan cetak biru tata kota atau lanskap yang ada.
Tahap ketiga terkait dengan penentuan segi estetika jembatan dan biaya yang tersedia. Jembatan pada masa lalu dan pada masa modern di kawasan perkotaan tidak saja dibangun atas dasar pertimbangan teknis, structural dan transportasi saja, namun juga menjadikan aspek keindahan jembatan sebagai elemen penting penetapan tipe dan teknologi jembatan.
2-3
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Mengenai aspek persyaratan teknis dalam pembangunan sebuah jembatan akan meliputi sejumlah pertimbangan, antara lain: 1. Menentukan geometri struktur, alinemen horizontal dan vertikal yang sesuai dengan lingkungan sekitar lokasi. 2. Memilih system utama jembatan dan posisi dek. 3. Menentukan panjang bentang optimal berdasarkan persyaratan hidraulika, arsitektural dan ongkos konstruksi. 4. Memilih elemen utama struktur atas dan struktur bawah terutama untuk tipe pilar dan abutmaent. 5. Mendetailkan struktur atas seperti: sandaran, parapet, penerangan, dan tipe perkerasan. 6. Memilih bahan yang paling tepat untuk struktur jembatan berdasarkan pertimbangan structural dan estetika. Konsep Penentuan Bentang Bebas Jembatan (Lanneke, 2009) 1. Jembatan mempunyai panjang bentang tidak boleh kurang dari 2-3 kali panjang (LOA) kapal yang akan melintasi jalur tersebut. 2. Jembatan mempunyai lebar jalur tidak boleh kurang dari 2 kali lebar pilar. 3. Letak kedua pilar harus lebih dari 2-3 kali lebar kapal, dari jalur kapal terluar yaitu Yn dan Yw. 4. Garis tengah jalur pelayaran harus bertepatan dengan tengah bentang jembatan tersebut, dan kemiringan jalur pelayaran dengan jembatan harus diantara 10-15% dari panjang bentang. Jembatan di banyak kota besar menjadi sebuah kebanggaan, symbol, citra atau bahkan penentu identitas sebuah kota. Oleh karena itu, selain aspek kekuatan struktur, para ahli perencana jembatan akan menciptakan jembatan sebagai bagian dari karya estetika monumental pada zamannya. Pada bagian ini, kreativitas dan imajinasi menjadi penting. Perkembangan teknologi rekayasa material bangunan dan struktur konstruksi bangunan sipil pada masa kini juga sangat mendukung terciptanya bangunan yang indah secara arsitektural. Desain awal jembatan yang sudah jadi kemudian mengalami evaluasi apakah sudah mempertimbangkan sejumlah masukan di lapangan atau belum. Sejumlah modifikasi bisa saja dilakukan dalam penentuan tipe struktur, bahan struktur, model struktur, dimensi model struktur dan perhitungan-perhitungan awal. Setelah
2-4
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
semua masukan dari para ahli ditimbang kembali barulah pembuatan desain akhir pada tahap finalisasi. 2.1.1
Komponen Jembatan
Secara umum jembatan terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut :
Gambar 2-1 Komponen-komponen jembatan
2.1.2
Jenis-Jenis Jembatan
Berdasarkan fungsi pengguna jalan jembatan, jembatan diklasifikasikan menjadi :
Highway bridge / Jembatan jalan raya Pengguna
pejalan kaki, sepeda
:
kereta api
Transit guideway Pengguna
:
Railway bridge / Jembatan kereta api Pengguna
mobil, trailer dan truck
Pedestrian bridge / Jembatan pejalan kaki Pengguna
:
: city trains, monorail
Other bridge / Jembatan fungsi lain Pengguna
:
pipelines, utilities, industrial, aqueduct, airport structure.
2-5
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-2 Jembatan Jalan Raya (a) Golden Gate Bridge California (b) New Brunswick
Gambar 2-3 Jembatan Pejalan Kaki (a) The Helix Bridge, Marina Bay, Singapore (280m) (b) El Alamillo Bridge Seville, Spain (200 m span) (c) Japan Bridge Paris, France (1994) (100 m span)
2-6
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-4 Jembatan Pejalan Kaki Three Countries Pedestrian Bridge, menghubungkan Perancis, Jerman, dan Swiss (248m)
Gambar 2-5 Jembatan Kereta Api (a) Mountain Creek Bridge (1880) Canada (b) Stoney Creek Bridge (1894) Canada
Gambar 2-6 Jembatan Kereta Api Cikampek - Cirebon
2-7
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-7 Transit Guideway - BTS train system Bangkok, Thailand
Berdasarkan posisi jalan raya, jembatan diklasifikasikan menjadi :
Deck type Struktur jembatan berada di bawah jalan jembatan Disukai oleh pengemudi karena dapat melihat sekeliling dengan leluasa Membutuhkan ruang bebas di bawah jembatan
Through type Struktur jembatan berada di atas jalan jembatan Pandangan menjadi terhalang (tidak masalah untuk jembatan kereta api) Tidak ada struktur di bawah jembatan
Half-through type
Gambar 2-8 Through Type, Jembatan Dondang, Kalimantan
2-8
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-9 Deck Type (a) The Hurricane Deck Bridge over Lake of the Ozarks (b) Henry Hudson Bridge (1936)
Gambar 2-10 Half Through Type, (a) Yajiesha Bridge, Guangzhou (b) Nanning Bridge, Guangxi, Steel Box Arch
Berdasarkan material, jembatan dibedakan atas:
Jembatan masonry / batu
Jembatan bambu/ kayu
Jembatan baja
Jembatan beton
Berdasarkan pabrikasi, jembatan dibedakan atas:
Jembatan beton precast
Jembatan beton cast in place (cor ditempat)
Jembatan beton pre-tensioned
Jembatan beton post-tensioned
Jembatan baja pre-fabricated
Jembatan baja rivet (paku keling)
Jembatan baja bolted (baut)
Jembatan baja welded (las)
2-9
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Berdasarkan panjang bentang, jembatan diklasifikasikan menjadi:
Jembatan bentang pendek (0-15 m) Contoh: Jembatan slab, jembatan T-beam, jembatan girder baja.
Jembatan bentang menengah (15-50 m) Contoh: Jembatan balok beton precast, girder baja komposit, plate girder baja komposit, girder box baja komposit, rangka baja.
Jembatan bentang panjang (50-150) Post-tension segmental construction, jembatan lengkung baja, jembatan rangka baja.
Jembatan bentang extra panjang (>150 m) Contoh: jembatan cable-stayed, jembatan suspension.
2.1.3
Tipe Jembatan
2.1.3.1 Jembatan Pelengkung (Arch Bridge) Berbentuk semi lingkaran dan pelengkung bekerja dengan menempatkan material pada kondisi tekan.
Flat arch (pelengkung flat) mempunyai gaya vertical dan horizontal pada penunjangnya.
Tied arch (pelengkung terikat), ikatan menghambat gaya tekan.
Forces Along The Arch
Posisi sendi mengubah derajat dari kebebasan dalam struktur
2-10
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
hingless
2 hinged
3 hinged keystone
pengikat
voussoir
keystone
voussoir Gambar 2-11 Prinsip Jembatan Pelengkung (Arch Bridge)
Gambar 2-12 Prinsip Jembatan Pelengkung Rangka Baja (Steel Truss Arch Bridge)
Contoh jembatan pelengkung modern adalah Daniel Carter Beard Bridge di Cincinnati. Di jembatan DCB pembebanan diawali pada dek jalan, dan beban ke atas melalui kabel baja vertikal (gaya tarik) dan didistribusikan ke dalam pelengkung menjadi gaya tekan.
2-11
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-13 Jembatan Pelengkung (Arch Bridge) Daniel Carter Bread Bridge di Cincinnati
Berdasarkan material, jembatan pelengkung diklasifikasikan menjadi:
Jembatan Pelengkung Batu
Jembatan Pelengkung Beton
Jembatan Pelengkung Beton Prestressed
Jembatan Pelengkung Baja
Jembatan Pelengkung Baja
Gambar 2-14 Sydney Harbour Bridge Australia. Parabolic Arch. 503m span.
2-12
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-15 Chaotianmen Bridge, China2 . 552m span utama dari total panjang 1,741m. 6 jalur kendaraan dan 1 pejalan kaki pada deck utama, rel kereta pada deck bawah. Jembatan pelengkung terpanjang di dunia per 2012.
Gambar 2-16 Jembatan Rumbai Jaya, Riau
Gambar 2-17 Jembatan Kahayan, Kalimantan Tengah
2-13
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-18 Jembatan Martadipura, Kalimantan Timur
Gambar 2-19 Jembatan Rumpiang, Kalimantan Selatan
Gambar 2-20 Jembatan Batang Hari II, Jambi
2-14
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-21 Jembatan Batang Hari II, Jambi
Gambar 2-22 Jembatan Teluk Mesjid, Riau
Gambar 2-23 Jembatan Siak III, Riau
2-15
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.1.3.2 Jembatan Girder Beam / Girder Bridge
Merupakan jenis jembatan dasar
Umumnya terdiri dari balok sederhana pendukung pada masing-masing sisi
Bukan termasuk bangunan yang mahal
Material : Timber, Balok RC, Steel Plate Girder / Box Girder, Prestressed Concrete Girders
Gambar 2-24 Gambar prinsip jembatan girder / jembatan balok
Sebuah balok girder untuk dapat menahan beban harus dapat bekerja dengan baik menahan gaya tekan dan tarik. Beberapa jembatan girder yang cukup panjang direncanakan komposit dengan bagian bawah baja I girder atau box baja untuk menahan gaya tarik dan bagian atas beton pelat untuk menahan gaya tekan. Sebagai penghubung antara pelat beton dan baja komposit ditempatkan shear connector.
2-16
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-25 Dunn Memorial Bridge, New York, USA. 8 jalur U.S. Route 9 dan 20.
Gambar 2-26 Jembatan Girder Cawang – Tanjung Priok Fly over
Gambar 2-27 Jembatan Girder Cawang – Tanjung Priok Highway
2-17
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-28 Jembatan Pemuda Pramuka Flyover dan Suprapto Flyover
2.1.3.3 Jembatan Rangka Baja Prinsip dari perencanaan jembatan rangka baja mengikuti jembatan girder / balok. Karena bentang jembatan cukup panjang, single beam / girder baja komposit tidak dapat memenuhi rencana desain. Jembatan rangka bekerja mengkombinasikan gaya tarik dan gaya tekan. Batang atas menahan gaya tekan sedangkan batang bawah menahan gaya tarik. Bagian-bagian dari sebuah jembatan rangka baja ditunjukkan oleh gambar sebagai berikut :
Gambar 2-29 Bagian-bagian jembatan rangka
2-18
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Berdasarkan bentuk rangka penyusunnya, jembatan rangka baja dibedakan menjadi:
Gambar 2-30 Tipe Jembatan Rangka Baja
Gambar 2-31 Jembatan Rangka Baja Standar – Trial Erection di Pabrik
2-19
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-32 Jembatan Rangka Baja Standar
Gambar 2-33 Jembatan Kapuas II, Kalimantan
2.1.3.4 Jembatan Kantilever
. Gambar 2-34 Gambar Prinsip Jembatan Kantilever
2-20
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Jalan dirancang dengan dua arah pada saat bersamaan sehingga berat kedua sisi seimbang. Jembatan ini dapat berupa balok girder ataupun rangka. Berikut ini adalah dasar pemikiran/ide di balik desain 'kantilever' jembatan. Bagian dari balok dekat dengan bagian darat dukungan begitu kuat sehingga dapat mendukung bagian-bagian yang ramping di tengah rentang. Sebuah ilustrasi yang sangat bagus dari prinsip jembatan kantilever tersebut diberikan pada saat pembangunan Firth of Forth Bridge pada tahun 1882. Orang besar yang kuat berada pada bagian menara utama dan di antara mereka duduk orang lebih kecil dan lebih ringan di tengah.
Gambar 2-35 Prinsip Dasar dari Jembatan Kantilever, Firth of Forth Bridge, Scotland.
Gambar 2-36 Firth of Forth Bridge, Scotland. 521m span
2-21
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-37 Pelaksanaan Pembangunan Firth of Forth Bridge, Scotland. 521m span
Gambar 2-38 Blue Water Bridge, Ontario, Canada. Cantilever Truss Bridge. 1883m dengan 265m span utama
Gambar 2-39 Quebec Bridge, Canada, 549m span. 3 jalur kendaraan, 1 jalur kereta dan 1 jalur pejalan kaki.
2-22
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-40 Jembatan Anggana
2.1.3.5 Jembatan Cable Stayed
Gambar 2-41 Gambar Prinsip Jembatan Cable Stayed
Cable-stayed bridge menggunakan prinsip prestressing tetapi tendon prestressing adalah balok eksternal. Semua gaya dipindahkan dari deck melalui kabel kepada tower. Roadway Deck dapat berupa (Prestressed) Concrete Box Deck, Steel Box Deck dan Steel Truss Deck.
Gambar 2-42 Konstruksi Jembatan Cable Stayed
2-23
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-43 Tipe Jembatan Cable Stayed
. Gambar 2-44 Hong Kong-Shenzhen Western Corridor - Approach Viaduct, 5.5km
Gambar 2-45 Rama IX Bridge, Bangkok. 450m span
Gambar 2-46 Milau Viaduct Bridge, Perancis
2-24
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-47 Tatara Bridge, Jepang. 890m span
2.1.3.6 Jembatan Suspension Suspension Bridge memerlukan kabel utama yang paling kuat. Kabel harus diangkurkan pada abutment, yang terbuat dari bahan beton. Roadway deck dapat berupa rangka baja, box baja ataupun beton.
Gambar 2-48 Gambar Prinsip Jembatan Suspension
Gambar 2-49 Gambar Prinsip Jembatan Suspension
2-25
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-50 London Tower Bridge, London, UK
Gambar 2-51 Tacoma Narrow Bridge, Washington, USA. 2800ft span
Gambar 2-52 Akashi Kaikyo Bridge, Jepang. 1991m span tengah
2-26
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.2
Pembebanan Jembatan Jalan Raya Pembebanan jembatan dikelompokkan menurut sumbernya ke dalam beberapa kelompok antara lain: a.
Aksi Tetap
b.
Beban Lalulintas
c.
Aksi lingkungan
d.
Aksi-aksi lainnya
Aksi juga diklasifikasikan berdasarkan lamanya aksi itu bekerja, antara lain: a.
Aksi Tetap
b.
Aksi Transien
Klasifikasi ini digunakan apabila aksi-aksi rencana digabung satu sama lainnya mendapatkan
kombinasi
pembebanan
yang
akan
digunakan
dalam
perencanaan jembatan. Kombinasi beban rencana dikelompokkan menjadi:
2.2.1
a.
Kombinasi batas daya layan
b.
Kombinasi batas ultimit
c.
Kombinasi desain beban kerja
Aksi dan Beban Tetap
Beban jembatan terdiri dari berat sendiri struktur dan non struktur. 2.2.1.1 Beban Mati (Dead Load) Faktor Beban Untuk jembatan baja, Faktor beban daya layan
KS MS
:
1,0
Faktor beban batas ultimit
KU MS
:
0.9
Beban mati jembatan adalah berat/beban jembatan itu sendiri dan beban-beban lain yang didukung oleh jembatan itu sendiri. Beban mati adalah berat/beban material dan bagian-bagian dari jembatan yang merupakan unsur-unsur struktural manapun unsur-unsur non struktural yang merupakan beban tetap atau tidak berubah-ubah dan permanen.
2-27
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Tabel 2-1 Berat Isi Beban Mati (kN/m3)
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Bahan Campuran aluminium Lapisan permukaan beraspal Besi tuang Timbunan tanah dipadatkan Kerikil dipadatkan Aspal beton Beton ringan Beton Beton prategang Beton bertulang Timbal Lempung lepas Batu pasangan Neoprin Pasir kering Pasir basah Lumpur lunak Baja Kayu (ringan) Kayu keras Air murni Air garam Besi tempa
Berat/Satuan isi (kN/m3) 26.7 22.0
Kerapatan massa (kg/m3) 2720 2240
71.0 17.2
7200 1760
18.8 – 22.7 22.0 12.25 – 19.6 22.0 – 25.0 25.0 – 26.0 23.5 – 25.5 111 12.5 23.5 11.3 15.7 – 17.2 18.0 – 18.8 17.2 77.0 7.8 11.0 9.8 10.0 75.5
1920 – 2320 2240 1250 – 2000 2240 – 2560 2560 – 2640 2400 – 2600 11 400 1280 2400 1150 1600 – 1760 1840 – 1920 1760 7850 800 1120 1000 1025 7680
2.2.1.2 Beban Mati Tambahan (Superimposed Dead Load) Faktor Beban Untuk jembatan baja, Faktor beban daya layan
KS MA
:
1,0
Biasa
KU MA
:
2.0
Terkurangi
KU MA
:
0.7
Faktor beban batas ultimit
Superimposed dead load adalah berat/beban dari semua material yang merupakan beban pada jembatan yang bukan merupakan elemen struktural dan yang mungkin dapat berubah selama umur jembatan.
2-28
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.2.2
Beban Lalu Lintas
Beban lalu lintas pada jembatan jalan raya terdiri beban “D” yang merupakan beban lajur dan beban “T” yang merupakan beban truk. Beban “D” yang merupakan beban jalut diletakkan sepanjang lebar dari jembatan jalan dan menghasilkan efek di sepanjang jembatan setara dengan suatu iring-iringan kendaraan. Jumlah total beban “D” yang merupakan beban jalur diletakkan di sepanjang lebar jembatan jalan raya. Beban “T” yang merupakan beban truk adalah berat satu kendaraan dengan tiga as roda, dimana digunakan di posisi manapun dalam mendesain Traffic Lane. Tiap gander roda terdiri dari dua beban tambahan, yang menggambarkan simulasi efek roda kendaraan berat. Hanya satu beban “T” yang merupakan beban truk yang mungkin digunakan dalam mendesain Traffic Lane. 2.2.2.1 Beban Lajur “D” Faktor Beban Faktor beban daya layan
KS TD
:
1,0
Faktor beban batas ultimit
KU TD
:
1.8
Intensitas Beban Lajur “D” Beban lajur "D" terdiri dari beban tersebar merata (UDL) yang dikombinasikan dengan suatu beban garis (KEL) seperti yang terlihat pada gambar sebagai berikut:
KNIFE EDGE LOAD (KEL) DIRECT TRAFFIC
UNIFORM DISTRIBUTED LOAD (UDL)
Gambar 2-53 Beban lajur “D”
2-29
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
UDL mempunyai suatu intensitas q kPa,dimana nilai q tergantung dari total panjang jembatan L sebagai berikut : L 30 m
;
q
=
900 kg/m2
L 30 m
;
q
=
15 900 * 0.5 kg/m2 L
KEL mempunyai suatu intensitas p kN/m yang diletakkan di posisi manapun sepanjang jembatan. KEL tunggal akan diletakkan tegak lurus arah lalu lintas pada jembatan. Nilai p menjadi 4900 kg/m. Distribusi Beban Lajur “D” Beban “D” harus disusun pada arah melintang sedemikian rupa sehingga menimbulkan momen maksimum. Penyusunan UDL dan KEL dari beban “D” pada arah melintang harus sama. Penempatan beban ini dilakukan dengan ketentuan sebagai berikut : a
Bila lebar jalur kendaraan kurang atau sama dengan 5.5 m, maka beban “D” harus ditempatkan pada seluruh jalur dengan intensitas 100 %.
b Apabila lebar jalur lebih besar dari 5.5 m, beban “D” ditempatkan pada jumlah jalur lalu lintas rencana (n) dengan intensitas 100% . Lajur lalu lintas rencana membentuk strip ini ditempatkan pada jalur jembatan. Beban “D” tambahan ditempatkan pada sisa dari jalur jembatan dengan intensitas sebesar 50 %. 100 % Intensitas beban Lebar jembatan kurang dari 5.5 m 5.5 m 50 %
100 % Intensitas beban
Lebar jembatan lebih besar dari 5.5 m (Alternatif I) 5.5 m 50 %
100 % Intensitas beban
Lebar jembatan lebih besar dari 5.5 m (Alternatif II)
Gambar 2-54 Distribusi Beban Jalur
2-30
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.2.2.2 Beban Truk (T) Faktor Beban Faktor beban daya layan
KS TT
:
1,0
Faktor beban batas ultimit
KU TT
:
1.8
Besar Pembebanan Truk “T” Pembebanan truk “T” terdiri dari kendaraan truk semi trailer yang mempunyai susunan dan berat as seperti terlihat pada Gambar 2-55 di bawah. Jarak antara 2 as tersebut bisa diubah-ubah antara 4.0 m
sampai 9.0 m untuk mendapatkan
pengaruh terbesar pada arah memanjang jembatan.
5000
50 kN 50 kN
4000 to 9000
200 kN 225 kN
500
1750
200kNkN 225
Gambar 2-55 Pembebanan Truk “T”
Posisi dan Penyebaran Lateral Beban Truk Hanya ada satu kendaraan “T” truk yang bisa ditempatkan pada satu lajur lalu lintas rencana. Posisi luar roda akan ditempatkan pada 0.5 m dari trotoar dan posisi dalam roda akan ditempatkan pada 1.75 m dari roda luar. 2.2.2.3 Faktor Beban Dinamis Faktor Beban Dinamis (FBD) melambangkan interaksi antara kendaraan bergerak dan jembatan. FBD bergantung pada frekuensi utama sistem penggantungan roda kendaraan, biasanya 2 sampai 5 Hz untuk kendaraan berat komersil dan frekuensi fleksural getaran jembatan. Untuk perencanaan FBD dinyatakan sebagai beban statis ekuivalen.
2-31
500
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Untuk beban “D”, FBD merupakan fungsi dari panjang bentang ekuivalen seperti yang ditunjukkan Gambar 2-56 di bawah ini. Untuk bentang menerus panjang bentang ekuivalen LE diberikan dengan rumus : √ dimana: :
panjang bentang rata-rata dari kelompok bentang yang disambungkan secara menerus
:
panjang bentang maksimum dalam kelompok bentang yang disambungkan secara menerus
Sedangkan untuk pembeban truk “T”, FBD diambil 30%.
Gambar 2-56 FBD untuk beban lajur “D”
2.2.2.4 Gaya Rem Faktor Beban Faktor beban daya layan
KS TB
:
1,0
Faktor beban batas ultimit
KU TB
:
1.8
Pengaruh lalu lintas akibat gaya rem dan traksi akan diperhitungkan sebagai gaya longitudinal. Gaya rem tersebut dianggap bekerja horizontal dalam arah sumbu jembatan dengan titik tangkap setinggi 1.8 m di atas permukaan lantai kendaraan. Pengaruh lalulintas akibat gaya rem senilai dengan 5% dari beban lajur “D” yang bekerja pada semua jalur lalu lintas tanpa dikalikan dengan FBD dan dalam satu jalur jembatan.
2-32
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-57 Gaya rem per lajur 2.75 m
2.2.2.5 Gaya Sentrifugal Faktor Beban Faktor beban daya layan
KS TR
:
1,0
Faktor beban batas ultimit
KU TR
:
1.8
2.2.2.6 Pembebanan untuk Pejalan Kaki Faktor Beban Faktor beban daya layan
KS TP
:
1,0
Faktor beban batas ultimit
KU TP
:
1.8
Semua elemen dari trotoar atau jembatan penyeberangan yang langsung memikul pejalan kaki harus harus direncanakan untuk beban nominal 5 kPa. Jembatan pejalan kaki dan trotoar pada jembatan jalan raya harus direncanakan untuk memikul beban per m2 dari luas yang dibebani.
2-33
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 2-58 Pembebanan untuk pejalan kaki
2.2.3
Aksi Lingkungan
Aksi lingkungan meliputi pengaruh temperatur, angin, banjir, gempa bumi dan penyebab-penyebab alamiah lainnya. 2.2.3.1 Beban Temperatur Variasi temperatur di dalam bangunan atas jembatan atau perbedaan temperatur disebabkan oleh pemanasan langsung dari sinar matahari di waktu siang dan pelepasan kembali radiasi di waktu malam. Variasi temperatur jembatan rata-rata digunakan dalam menghitung pergerakan pada sambungan pelat lantai dan untuk menghitung beban akibat terjadinya pengekangan dari pergerakan tersebut.
2-34
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Tabel 2-2 Temperatur jembatan rata-rata nominal
Tipe bangunan atas Lantai
beton
di
atas
Temperatur jembatan
Temperatur jembatan
Rata-rata minimum *)
Rata-rata maksimum
15°C
40°C
15°C
40°C
15°C
45°C
gelagar atau box beton Lantai
beton
di
atas
gelagar, box, atau rangka baja Lantai pelat baja di atas gelagar, box atau rangka baja *) Temperatur jembatan rata-rata minimum bias dikurangi 5°C untuk lokasi yang terletak pada ketinggian lebih dari 500 m di atas permukaan laut.
Tabel 2-3 Sifat bahan rata-rata akibat pengerauh temperatur
Bahan Baja
Koefisien perpanjangan
Modulus elastisitas
akibat suhu
MPa
12 x 10-6 per °C
200.000
Kuat tekan < 30 MPa
10 x 10-6 per °C
25.000
Kuat tekan > 30 MPa
11 x 10-6 per °C
34.000
Aluminium
24 x 10-6 per °C
70.000
Beton:
2.2.3.2 Beban Angin Gaya nominal ultimit dan daya layan jembatan akibat angin tergantung pada kecepatan angin yang direncanakan sebagai berikut : TEW1 dimana
=
0.0006 x CW (VW)2 Ab kN
Cw
=
drag coefficient
Vw
=
kecepatan angin rencana (m/s)
Ab
=
luas koefisien bagian samping jembatan (m2)
:
2-35
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Kesepadanan luas sisi jembatan akan menjadi jumlah bidang kuat jembatan pada ketinggian yang normal. Untuk jembatan rangka kesepadanan luas sisi jembatan diasumsikan diambil 100% bidang di samping girder. Beban angin akan digunakan secara seragam kepada seluruh struktur atas. Jika lalu lintas kendaraan pada jembatan, beban garis terbagi merata horizontal akan digunakan di pelat, dengan rumus : TEW2 dimana
=
0.0012 x CW (VW)2 kN/m
=
drag coefficient
=
1.25
=
desain kecepatan angin (m/s) untuk kondisi batas
: Cw Vw
(untuk jembatan girder)
konstruksi =
35 m/s
(kondisi beban batas terfaktor)
=
30 m/s
(kondisi beban layan)
2.2.3.3 Beban Gempa Wilayah gempa : Koefisien akselerasi (A)
:
0.40
Klasifikasi kepentingan
:
1.00
Kategori kinerja seismik (SPC)
:
D (diperlukan analisa rinci)
Kondisi tanah
:
1.2
Faktor modifikasi untuk tingkatan daktilitas Untuk pilar kolom majemuk R
:
5.0
(untuk kedua sumbu ortogonal)
R
:
0.8
(untuk hubungan bangunan atas pada kepala jembatan)
R
:
1.0
(untuk hubungan kolom pada cap dan kolom pada pondasi)
Gerakan gempa di arahkan sepanjang sumbu memanjang dan melintang jembatan, dengan kombinsi sebagai berikut : 100 % arah memanjang dan 30 % arah melintang 30 % arah memanjang dan 100 % arah melintang
2-36
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.2.4
Aksi – aksi Lainnya
Beban Pelaksanaan Beban pelaksanaan terdiri dari:
Beban yang disebabkan oleh aktivitas pelaksanaan itu sendiri
Aksi lingkungan yang mungkin timbul selama waktu pelaksanaan
2.2.5
Kombinasi Beban
Kombinasi beban yang diperhitungkan untuk perencanaan jembatan ditunjukkan oleh Tabel berikut: Tabel 2-4 Kombinasi Pembebanan
Kombinasi Beban Ultimit
Serviceability
Aksi
Aksi tetap / permanent Beban mati Berat sendiri Aspal Superimposed dead load Pelapisan ulang aspal Air Hujan Aksi transient Beban lalu lintas Beban Lajur "D" Beban Truk "T" Gaya rem Beban pejalan kaki Aksi lingkungan Beban angin Beban gempa Beban konstruksi
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
O
O
O
-
-
X
O
O
O
O
-
X -
O X
O -
O -
-
-
X -
O X
O -
O -
O -
-
O -
-
O -
X -
X -
O X
-
-
O -
O -
X -
O X
Catatan : Kondisi beban batas X
adalah beban terfaktor penuh
O
adalah beban terkurangi setara beban layan
Kondisi beban layan X
adalah beban layan penuh
O
adalah beban terkurangi beban layan (0.7)
2-37
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.3
Pembebanan Jembatan Kereta Api
2.3.1
Rencana Muatan 1921
Muatan Gerak Sebagai muatan gerak dianggap suatu susunan kereta api terdiri dari 2 lokomotif pakai tender serupa demikian : 1920 m LOKOMOTIF 1.20
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
TENDER
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
1.20 12
Jumlah berat 168 ton atau 8.75 ton/m Bila dengan kereta yang banyaknya tidak tertentu serupa demikian : 1.20
2.40
1.20
12
12
Jumlah 24 ton atau 5 ton/m Susunan kereta itu selalu dibuat sedemikian sehingga ada bagian yang harus dihitung kekuatannya paling menentukan. Jika ada 6 atau 7 gandar yang dapat tempat dalam perhitungannya, maka beratnya muatan gandar harus ditambah sampai 15 ton. 1.20
1.20 15
1.20 15
1.20 15
1.20 15
1.20 15
1.20 15
15 ton
Jika hanya ada 5 gandar yang dapat tempat dalam perhitungannya, maka beratnya muatan gandar harus ditambah hingga 17 ton. 1.20 17
1.20 17
1.20 17
1.20 17
17 ton
Jika hanya ada 3 gandar yang dapat tempat dalam perhitungannya, maka beratnya muatan gandar harus ditambah sampai 18 ton. 1.20 18
1.20 18
18 ton
Jika hanya ada 2 gandar yang dapat tempat dalam perhitungannya, maka berat muatannya harus ditambah sampai 19 ton.
2-38
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
1.20 19
19 ton
Jika hanya ada 1 gandar yang dapat tempat dalam perhitungannya, maka berat muatannya harus ditambah sampai 20 ton.
20 ton
Dari rencana-rencana muatan tersebut, selalu dipilih adalah rencana muatan yang paling menentukan. 2.3.2
Rencana Muatan Trem 1919
Rencana muatan untuk membuat jalan kereta api yang sederhana dengan lebarnya spoor 1,007 m. Muatan Gerak LOKOMOTIF 2.50
1.20
1.20 9
9
2.50 9
ton
Jumlah 27 ton atau 3 ton/m
GEROBAK 1.50
3.00 9
1.5 9
Jumlah 18 ton atau 3 ton/m
Jika hanya ada 1 gandar yang dapat tempat dalam perhitungannya, maka berat muatan gandar harus ditambah sampai 10 ton. Pakailah satu lokomotif dengan beberapa gerobak sesisi atau di kanan kirinya. Sehingga buat bagian yang dihitung paling berbahaya selalu diperiksalah apa 1 gandar dengan muatan yang bertambah beratnya tidak menjadikan lebih berbahaya daripada 2 atau 3 muatan gandar dan lokomotif yang paling berbahaya.
2-39
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.4
Contoh perhitungan :
2.4.1
Slab jembatan
Tebal slab lantai jembatan
ts
= 0.20 m
Tebal lapisan aspal + overlay
ta
= 0.10 m
Tebal genangan air hujan
th
= 0.05 m
Jarak antara balok prategang
S
= 1.80 m
Lebar jalur lalu lintas
b1
= 7.00 m
Lebar trotoar
b2
= 1.50 m
Lebar median (pemisah jalur)
b3
= 2.00 m
Lebar total jembatan
b
= 19.00 m
Panjang bentang jembatan
L
= 40.00 m
Material: Mutu beton
=
K – 300
Kuat tekan beton
fc’ = 0.83*K/10
=
24.9
Modulus elastik
Ec = 4700 * √fc’
=
23453
Angka poisson
υ
=
0.2
Modulus geser
G = Ec / [2*(1 + u)]
=
9772
MPa
α
=
10 x 10-6
/ °C
Koefisien muai panjang beton
MPa
Pembebanan Berat sendiri (MS) Faktor beban ultimit: Ditinjau slab lantai jembatan sebesar, Tebal slab lantai jembatan, Berat beton bertulang
KMS = 1.3 b = 1.00
m
h = ts = 0.20
m
Wc = 25.00
kN/m3
2-40
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Berat sendiri, QMS = b * h * Wc
QMS = 5.000
kN/m
Beban mati tambahan (MA) Faktor beban ultimit:
KMA = 2.0 Tebal
Berat
Beban
(m)
(kN/m3)
kN/m
Lapisan aspal + overlay
0.10
22.00
2.200
Air hujan
0.05
9.80
0.490
QMA
2.690
Beban mati tambahan Beban Truk “T” (TT) Faktor beban ultimit:
KTT = 2.0
Beban hidup pada lantai jembatan berupa beban roda ganda oleh truk (beban T) yang besarnya,
T = 100 kN
Faktor beban dinamis untuk pembebanan truk diambil, FBD = 0.3 Maka, beban truk adalah:
PTT = (1 + FBD) * T = 130 kN
Beban Angin (EW) Faktor beban ultimit:
KTT = 2.0
Beban garis merata tambahan arah horisontal pada permukaan lantai jembatan akibat angin yang meniup kendaraan di atas jembatan dihitung dengan rumus:
2-41
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
TEW
=
0.0012 x CW (VW)2 kN/m
dengan, CW
= koefisien seret
= 1.20 m
VW
= kecepatan angina rencana
= 35
TEW
= 0.0012 * 1.2 * 35
= 1.764 kN/m
m/det
Bidang vertikal yang ditiup angin merupakan bidang samping kendaraan dengan tinggi 2.00 m di atas lantai jembatan.
h = 2.00 m
Jarak antara roda kendaraan
x = 1.75 m
Transfer beban angin ke lantai jembatan,
PEW = (1/2 * h / x * TEW) PEW =1.008 kN
Pengaruh Temperatur (ET) Faktor beban ultimit:
KTT = 1.2
Untuk memperhitungkan tegangan maupun deformasi struktur yang timbul akibat pengaruh temperatur, diambil perbedaan temperatur yang besarnya setengah dari selisih antara temperatur maksimum dan minimum rata-rata pada lantai jembatan. Temperatur maksimum
Tmax = 40
°C
Temperatur minimum0020
Tmin = 15
°C
ΔT = (Tmax – Tmin)/2 = 12.5 °C Perbedaan temperatur pada slab,
ΔT
= 12.5 °C
Koefisien muai panjang untuk beton,
α
= 10 x 10-6 °C
Modulus elastisitas beton
Ec
= 23452953 kPa
2-42
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Momen pada slab jembatan Formasi pembebanan slab untuk mendapatkan momen maksimum pada bentang menerus dilakukan seperti pada Gambar 1-6. Momen maksimum pada slab dihitung berdasarkan metode one way slab dengan beban sebagai berikut: QMS = 5.000
kN/m
QMA = 2.690
kN/m
PTT = 130.000
kN
PEW = 1.008
kN
ΔT = 12.5
°C
Koefisien momen lapangan dan momen tumpuan untuk bentang menerus dengan beban merata, terpusat, dan perbedaan temperatur adalah sebagai berikut:
Gambar 2-59 Momen akibat beban rencana
K = koefisien momen
s = 1.80 m
Untuk beban merata Q :
M = k * Q * s2
Untuk beban terpusat, T :
M=k*T*s
Untuk beban temperatur, ΔT :
M = k * α * ΔT * Ec * s3
Momen akibat berat sendiri (MS): Momen tumpuan,
MMS = 0.0833 * 5000 * 1.82
= 1.349 kNm
Momen lapangan,
MMS = 0.0417 * 5000 * 1.82
= 0.676 kNm
Momen akibat beban mati tambahan (MA): Momen tumpuan,
MMA = 0.1041 * 2690 * 1.82
= 1.349 kNm
Momen lapangan,
MMA = 0.0540 * 2690 * 1.82
= 0.471kNm
2-43
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Momen akibat beban truk (TT) : Momen tumpuan,
MTT = 0.1562 * 130000 * 1.82 = 36.551 kNm
Momen lapangan,
MTT = 0.1407 * 130000 * 1.82 = 32.924 kNm
Momen akibat beban angin (EW) : Momen tumpuan,
MEW = 0.1562 * 1.008 * 1.82
= 0.283 kNm
Momen lapangan,
MEW = 0.1407 * 1.008 * 1.82
= 0.255 kNm
Momen akibat temperatur (ET) : Momen tumpuan,
MET = 5.62 x 10-7*α*ΔT *Ec*s3 = 0.010 kNm
Momen lapangan,
MET = 2.81 x 10-7*α*ΔT *Ec*s3 = 0.048 kNm
Kontrol Tegangan Geser Pons
Dimana:
h
= 0.20 m
u = a + 2 * ta + h = 0.7 m = 700 mm
Ta
= 0.10 m
v = b + 2 * ta + h = 0.9 m = 900 mm
a
= 0.30 m
b
= 0.50 m
Kuat geser pon yang disyaratkan,
fv = 0.3 * √fc’ = 0.3*√24.9
Faktor reduksi kekuatan geser,
= 1.497 MPa = 0.8
Beban roda truk pada slab,
PTT =130.000 kN
Tebal efektif plat,
d = 165 mm
Luas bidang geser
Av = 2 * (u+h) * d
= 130000 N
= 528000 mm2
2-44
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gaya geser pons minimal,
Pn = Av * fv
= 790414,4 N
Φ Pn
= 474248.6 N
Faktor beban ultimit, Beban ultimit roda truk pada slab
KTT Pu = KTT * PTT
= 2.0 = 260000 N < Φ Pn
2-45
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
BAB III 3 MENARA TRANSMISI 3.1
Pendahuluan
Pada suatu “Sistem Tenaga Listrik”, energi listrik yang dibangkitkan dari pusat pembangkit listrik ditransmisikan ke pusat-pusat pengatur beban melalui suatu saluran transmisi yaitu saluran udara dan saluran bawah tanah. Dengan kata lain, transmisi adalah proses penyaluran energi listrik dari satu tempat ke tempat lainnya. Dalam dunia kelistrikan dikenal dua macam saluran transmisi, yaitu saluran transmisi udara dan saluran transmisi bawah tanah. Saluran udara sendiri dibagi berdasarkan besaran tegangan listrik yang ditransmisikan antara lain Tegangan Ultra Tinggi (UHV), Tegangan Ekstra Tinggi (EHV), Tegangan Tinggi (HV), Tegangan Menengah (MHV), dan Tegangan Rendah (LV). Di Indonesia, Transmisi Tegangan Rendah, Tegangan Menengah dan Tegangan Tinggi menggunakan saluran kabel udara dan saluran kabel bawah tanah, sedangkan untuk Transmisi Tegangan Tinggi dan Tegangan Ekstra Tinggi menggunakan saluran kabel udara. Energi listrik yang disalurkan lewat saluran transmisi udara pada umumnya menggunakan kawat telanjang sehingga mengandalkan udara sebagai media isolasi antara kawat penghantar tersebut dengan benda sekelilingnya, dan untuk menyanggah / merentang kawat penghantar dengan ketinggian dan jarak yang aman bagi manusia dan lingkungan sekitarnya, kawat-kawat penghantar tersebut dipasang pada suatu konstruksi bangunan yang kokoh, yang biasa disebut menara / tower. Antara menara / tower listrik dan kawat penghantar disekat oleh isolator. Untuk merencanakan saluran udara tegangan tinggi diperlukan konstruksi penopang yang mampu menahan beban kawat penghantar listrik/konduktor. Ketinggian konduktor itu sendiri dari tanah maupun bangunan disekitarnya diatur dalam peraturan agar tidak mengganggu atau terganggu oleh lingkungan dan bangunan sekitar. Konstruksi penopang yang digunakan salah satunya adalah tower
3-1
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
baja. Tower baja memiliki keunggulan dibandingkan dengan konstruksi penopang yang lain, karena bahan baja memiliki tegangan tarik dan tekan yang besar serta memiliki sifat daktail, sehingga konstruksi baja dapat mencapai ketinggian yang diinginkan. Konstruksi tower baja merupakan jenis konstruksi saluran transmisi tegangan tinggi (SUTT) dan saluran transmisi tegangan ekstra tinggi (SUTET) yang paling banyak digunakan di jaringan PLN, karena mudah dirakit terutama untuk pemasangan di daerah pegunungan dan jauh dari jalan raya, harganya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan penggunaan saluran bawah tanah serta pemeliharaannya yang mudah. Suatu menara atau tower listrik harus kuat terhadap beban yang bekerja padanya, antara lain yaitu: -
Gaya berat tower dan kawat penghantar (gaya tekan).
-
Gaya tarik akibat rentangan kawat.
-
Gaya angin akibat terpaan angin pada kawat maupun badan tower.
Jenis – Jenis Menara / Tower Listrik Menurut bentuk konstruksinya, jenis-jenis menara / tower listrik dibagi atas 4 macam, yaitu: 1. Lattice tower 2. Tubular steel pole 3. Concrete pole 4. Wooden pole
3-2
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 3-1 Lattice Tower dan Tubular Steel Pole
Menurut fungsinya, menara / tower listrik dibagi atas 7 macam yaitu: 1. Dead end tower, yaitu tiang akhir atau tiang ujung yang berlokasi di dekat gardu induk dan dipasang pada awal atau akhir jalur SUTT. Tower ini hampir sepenuhnya menanggung gaya tarik. 2. Section tower, yaitu tiang penyekat antara sejumlah tower penyangga dengan sejumlah tower penyangga lainnya karena alasan kemudahan saat pembangunan (penarikan kawat), umumnya mempunyai sudut belokan yang kecil. 3. Suspension tower, yaitu tower penyangga atau tower gantung, tower ini digunakan untuk menyangga bagian jalur SUTT yang relatif lurus dengan sudut antara 0 sampai dengan 5 derajat atau tower yang tidak mempunyai sudut belokan. 4. Tension tower, yaitu tower penegang atau tower tarik, tower ini digunakan untuk menyangga dan menahan beban tarikan dari bagian jalur SUTT pada bidang datar yang membentuk sudut antara 5 sampai dengan 90 derajat
3-3
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
atau tower yang mempunyai sudut belokan. Tower ini menanggung gaya tarik yang lebih besar daripada gaya berat. 5. Transposision tower, yaitu tower tension yang digunakan sebagai tempat melakukan perubahan posisi kawat fasa guna memperbaiki impendansi transmisi. 6. Combined tower, yaitu tower yang digunakan oleh dua buah saluran transmisi yang berbeda tegangan operasinya. 7. Specific tower, yaitu tower khusus yang digunakan untuk menyangga dan menahan beban tarikan dan suatu bagian jalur SUTT dengan jarak rentang yang panjang, misalnya menyeberangi sungai atau lembah. Tower didesain khusus untuk kondisi beban kerja yang lebih besar dari pada tower standar. 8. Gantry tower, yaitu tower berbentuk portal digunakan pada persilangan antara dua saluran transmisi. Masing-masing tipe tower tersebut mempunyai dimensi strukturnya berbeda karena gaya-gaya yang bekerja berbeda-beda. Berikut ini suatu contoh dari lokasi masing-masing type tower untuk suatu jalur transmisi.
Gambar 3-2 Posisi tower dalam suatu jalur transmisi
Menurut kapasitas transmisi, menara / tower listrik : 1. Single circuit atau sirkit tunggal, yaitu saluran udara tegangan tinggi sistem fase tiga, dengan tiga buah penghantar fase dan satu buah kawat tanah. 2. Double circuit atau sirkit ganda, yaitu saluran udara tegangan tinggi sistem dua kali fase tiga, yang masing-masing sirkit terdiri atas tiga buah penghantar fase dan satu buah kawat tanah.
3-4
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3. Four circuit atau sirkit empat, yaitu saluran udara tegangan tinggi sistem empat kali fase tiga, yang masing-masing sirkit terdiri atas tiga buah penghantar fase dan satu buah kawat tanah.
Gambar 3-3 Tower sirkit tunggal tipe suspension (kiri), tower sirkit ganda tipe suspension (tengah) dan tower sirkit empat tipe suspension (kanan).
Menurut susunan / konfigurasi kawat fasa, menara / tower listrik dikelompokkan atas: 1. Jenis Delta, digunakan pada konfigurasi horizontal / mendatar. 2. Jenis Piramida, digunakan pada konfigurasi vertikal / tegak. 3. Jenis Zig-zag, yaitu kawat fasa tidak berada pada satu sisi lengan tower.
3.1.1
Komponen Utama Menara / Tower Listrik
Secara umum suatu komponen utama menara / tower listrik terdiri dari : Menara Tower Listrik •
Pondasi, yaitu suatu konstruksi beton bertulang untuk mengikat kaki tower (stub) dengan bumi.
3-5
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
•
Stub, bagian paling bawah dari kaki tower, dipasang bersamaan dengan pemasangan pondasi dan diikat menyatu dengan pondasi.
•
Leg, kaki tower yang terhubung antara stub dengan body tower. Pada tanah yang tidak rata perlu dilakukan penambahan atau pengurangan tinggi leg, sedangkan body harus tetap sama tinggi permukaannya.
•
Common Body, badan tower bagian bawah yang terhubung antara leg dengan badan tower bagian atas (super structure). Kebutuhan tinggi tower dapat dilakukan dengan pengaturan tinggi common body dengan cara penambahan atau pengurangan.
•
Super structure, badan tower bagian atas yang terhubung dengan common body dan cross arm kawat fasa maupun kawat petir. Pada tower jenis delta tidak dikenal istilah super structure namun digantikan dengan “K” frame dan bridge.
•
Cross arm, bagian tower yang berfungsi untuk tempat menggantungkan atau mengaitkan isolator kawat fasa serta clamp kawat petir. Pada umumnya cross arm berbentuk segitiga kecuali tower jenis tension yang mempunyai sudut belokan besar berbentuk segi empat.
•
“K” frame, bagian tower yang terhubung antara common body dengan bridge maupun cross arm. “K” frame terdiri atas sisi kiri dan kanan yang simetri. “K” frame tidak dikenal di tower jenis pyramid.
•
Bridge, penghubung antara cross arm kiri dan cross arm tengah. Pada tengah-tengah bridge terdapat kawat penghantar fasa tengah. Bridge tidak dikenal di tower jenis pyramida.
Kabel / Kawat Definisi kabel disini adalah berupa : 1. Konduktor (Conductor) penghantar listrik, seperti jenis ACSR, T-ACSR, ACSR/AS dll sesuai dengan keperluan TL yang akan dibangun yang dilengkapi dengan material asesories seperti Conductor Spacer, Armour Rod, dll. 2. Kabel Pentanahan (Ground Wire atau Earth Wire), seperti GSW, AS dengan berbagai ukuran. Material pelengkap yang dipasang adalah Aircraft Warning Sphere.
3-6
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3. Kabel Telekomunikasi (Optical Ground Wire / OPGW), dengan berbagai ukuran dan spesifikasi yang telah ditentukan, dan material pelengkap yang dibutuhkan adalah OPGW Joint Box. Konduktor Penghantar Listrik Berdasarkan jumlah konduktor kawat penghantar dalam 1 phase circuit dikenal sebutan : 1. Single-Bundle (satu kabel), misalnya : 1 x ACSR “Hawk” 2. Double Bundle atau twin-conductor (dua kabel) : 2 x ACSR “Zebra” 3. Quadruple Bundle (empat kabel), misalnya 4 x ACSR “Gannet”
Gambar 3-4 Beberapa tipe konduktor penghantar listrik
Berdasarkan jenis kawat penghantar dikenal beberapa tipe kawat penghantar sebagai berikut : 1. ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced) ACSR terdiri dari beberapa lapisan strand kawat aluminium (Aluminum Conductor) dengan inti baja berkekuatan tinggi (Galvanized Steel Wire). Inti baja dapat berupa kawat tunggal atau beberapa strand sesuai persyaratan. 2. ACSR/AS (Aluminium Conductor Aluminum Clad Steel Reinforced) ACSR terdiri dari beberapa lapisan strand kawat aluminium (Aluminum Conductor) dengan inti baja berkekuatan tinggi berlapis aluminium (Aluminum Clad Steel Wire). 3. AAAC (All Aluminum Alloy Conductor) 4. AAC (All Aluminum Conductor) 5. HAL (Hard Drawn Aluminium Conductor) 6. TAL (Thermal Resistance All Aluminum Alloy Conductor)
3-7
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 3-5 Tipe konduktor penghantar listrik ACSR dan AAAC
Kabel Pentanahan (Ground Wire atau Earth Wire) Berdasarkan jenis kabel pentanahan dikenal beberapa tipe sebagai berikut : 1. Tipe “Ground Steel Wire” (GSW) Tipe ini adalah kawat baja galvanis, yang merupakan “cold formed carbon” dari produk baja. 2. Tipe “Aluminium Clad Steel Wire” (AS Wire) Tipe ini terdiri dari kawat baja dengan lapisan alumunium di bagian luar.
Gambar 3-6 Tipe kabel pentanahan, tipe “Ground Steel Wire” (GSW) (kiri) dan tipe “Aluminium Clad Steel Wire” (AS Wire) (kanan).
3-8
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Kabel Telekomunikasi (Optical Ground Wire / OPGW)
Gambar 3-7 Tipe kabel telekomunikasi (OPGW)
Berdasarkan jenis kabel telekomunikasi OPGW mempunyai 2 tipe : 1.
Tipe “Central loose tube” Jenis
ini
dapat menampung sampai
dengan
48
serat dalam
kabel. Meskipun seperti jumlah serat yang tinggi dalam tabung tunggal, masing-masing serat optik dibedakan dengan identifikasi pewarnaan dan jumlah tanda cincin di atasnya. Ini desain yang kompak fitur kekuatan mekanik yang tinggi dan rating arus gangguan dalam diameter yang lebih kecil. Serat-serat fiber ditempatkan dalam tube baja stainless dan tahan air. Tube ini memberikan perlindungan serat fiber selama instalasi dan operasi ketika kondisi lingkungan kurang baik. 2.
Tipe “Multi loose tube” Jenis “Multi loose tube” dirancang untuk kebutuhan serat yang sangat tinggi yaitu kebutuhan serat di atas 48 dan serat maksimum mencapai 144. Dua atau tiga tube baja stainless optik dipilin pada lapisan dalam dari kabel multi-lapisan. Jenis ini dapat memenuhi kebutuhan “huge cross” dan kapasitas arus yang besar.
Gambar 3-8 Tipe kabel telekomunikasi (OPGW) Tipe “Central Loose Tube” (kiri) dan Tipe “Multi Loose Tube” (kanan).
3-9
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Insulator Bahan insulator terbuat dari bahan porselen, gelas atau polimer dengan kemampuan kekuatan dielektrik dan kekuatan mekanis yang tinggi. Pada ujung ujungnya terdapat penjepit dan penggantung dari bahan besi tuang (malleable iron). Kekuatan mekanis dan dielektris Insulator harus mempunyai kekuatan mekanis untuk memikul beban penghantar yang diisolasikan dan kekuatan dielektrik terhadap adanya tegangan denyar (flashover voltage), tegangan impuls dan ketahanan terhadap tegangan frekuensi daya (tegangan tembus). Berdasarkan jenis insulator mempunyai 3 tipe : 1.
Isolator Tonggak Saluran
2.
Isolator Renteng
3.
Isolator Batang Panjang
Konfigurasi Berdasarkan jenis insulator mempunyai 3 tipe : 1.
Bentuk “V” dengan isolator renteng atau batang panjang
3-10
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
2.
Bentuk “Vee” dengan isolator batang panjang
3.
Bentuk datar dengan isolator tonggak untuk tiang tunggal
4.
Bentuk datar dengan isolator tonggak untuk tiang ganda
3.1.2
Komponen Pelengkap Menara / Tower Listrik
Secara umum suatu komponen pelengkap menara / tower listrik terdiri dari: Komponen Pelengkap •
Sambungan kawat penghantar Digunakan sambungan kompresi dengan selongsong (sleeve) sambungan terbuat dari bahan yang sama dengan penghantar, sehingga mempunyai konduktivitas, kekuatan mekanis dan ketahanan yang baik.
Perentang (Spacer) Untuk sistem kawat berkas dipasang perentang untuk menghindarkan kawat kawat berkas saling bertumbukan. Perentang dipasang pada jarak 15 - 40 m satu sama lain di dekat tiang dan 60 - 80 m di tengah rentangan.
Batang pelindung (Armour rod) Dipasang pada titik gantung isolator untuk menghindarkan kelelahan tekukan penghantar karena getaran (vibration fatique).
Peredam (Damper) Dipasang dekat penjepit isolator untuk menghindarkan kelelahan kawatkawat komponen karena getaran.
3-11
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Tanduk busur (Arcing horn) Dipasang pada ujung-ujung isolator, baik isolator gantung maupun isolator tonggak, berfungsi untuk menghindarkan kerusakan isolator dari loncatan api akibat adanya tegangan lebih dengan meneruskannya ke tanah. Jarak antara tanduk atas dan bawah adalah 75 % s/d 85 % dari panjang isolator.
Penjepit kawat Jenis-jenis penjepit kawat penghantar a)
Penjepit gantung (suspension clamps)
b)
Penjepit tarikan (tersion clamps)
c)
Penjepit sangga
Penjepit dipilih dengan memperhatikan jenis dan ukuran kawat, kuat tarik, sudut lendutan dan dibentuk sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan kerusakan akibat getaran. Peralatan Pengamanan •
Rambu tanda bahaya, berfungsi untuk memberi peringatan bahwa instalasi SUTT/SUTET mempunyai resiko bahaya. Rambu ini bergambar petir dan tulisan“AWAS BERBAHAYA TEGANGAN TINGGI”. Rambu ini dipasang di kaki tower lebih kurang 5 meter diatas tanah sebanyak dua buah, dipasang disisi yang mengahadap tower nomor kecil dan sisi yang menghadap nomor besar.
•
Rambu identifikasi tower dan penghantar / jalur, berfungsi untuk memberitahukan identitas tower seperti: Nomor tower, Urutan fasa, Penghantar / Jalur dan Nilai tahanan pentanahan kaki tower.
•
Anti Climbing Device (ACD), berfungsi untuk menghalangi orang yang tidak berkepentingan untuk naik ke tower. ACD dibuat runcing, berjarak 10 cm dengan yang lainnya dan dipasang di setiap kaki tower dibawah Rambu tanda bahaya.
•
Step bolt, baut panjang yang dipasang dari atas ACD ke sepanjang badan tower hingga super structure dan arm kawat petir. Berfungsi untuk pijakan petugas sewaktu naik maupun turun dari tower.
•
Halaman tower, daerah tapak tower yang luasnya diukur dari proyeksi keatas tanah galian pondasi. Biasanya antara 3 hingga 8 meter di luar stub tergantung pada jenis tower .
3-12
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.2
Kriteria Desain dan Perencanaan
3.2.1
Kuat Tarik Penghantar (Maximum Working Tension)
Kuat tarik suatu penghantar ditentukan oleh jenis dan besar penampang, sedangkan lendutan dan suhu penghantar. 3.2.2
Perhitungan Sag (Lendutan) dan Tension (MWT)
Analisa konduktor lendutan dan tension adalah sebuah pertimbangan penting dalam perencanaan transmisi. Faktor yang berpengaruh pada lendutan dari konduktor antar tower adalah: 1. Beban konduktor per lebar unit 2. Span, yang adalah jarak antar tower 3. Suhu 4. Tarikan konduktor Untuk menentukan beban konduktor yang tepat, harus diperhatikan faktor-faktor sebagai berikut: 1. Berat konduktor itu sendiri 2. Berat es atau salju yang bergelantung pada kabel 3. Tiupan angin terhadap kabel Berat konduktor efektif maksimum adalah jumlah vektor dari berat vertikal dan tekanan angin horisontal. Penting untuk menyertakan kondisi kebalikannya. Angin dianggap bertiup pada sudut yang tepat terhadap line dan bertindak melawan area proyeksi konduktor. Metode Catenary
Gambar 3-9 Metoda Catenary
3-13
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 3-9 memperlihatkan sebuah rentang (span) dari konduktor dengan dua tower pada level sama dan terpisah oleh sebuah jarak horisontal L. O adalah titik terendah dari kurva catenary dan L adalah panjang konduktor antara dua tower, w adalah berat konduktor per unit panjang, T adalah gaya tarik konduktor pada setiap titik P dalam arah kurva, dan H adalah gaya tarik pada titik asal O. Selanjutnya, s adalah panjang kurva antara titik O dan P, dan berat bagian s adalah w.s. Gaya tarik T dipecah menjadi dua komponen, Tx untuk komponen horisontal, dan Ty komponen vertikal. Persamaannya menjadi sebagai berikut : Tx = H
dan
Ty = ws
Jadi, bagian OP dari konduktor dalam sebuah keseimbangan dengan gaya tarik T pada P, berat w.s bekerja vertikal dengan arah bawah, dan gaya tarik horisontal H. Segitiga pada gambar berikut, ds, mewakili bagian pendek konduktor, dalam titik P. Ketika s bertambah oleh ds, hubungan x dan y bertambah oleh dx dan dy. Persamaan kurva yang disebut catenary
y
H wx 1 cosh w H
atau disebut juga 2 H 1 wx y 1 ... 1 w 2! H
atau dalam bentuk pendekatan: y
wx 2 2H
Total gaya tarik pada konduktor pada setiap titik x adalah dy T H 1 dx
2
atau T H cos
wx H
dimana total gaya tarik pada konduktor pada penunjang adalah: T H cos
atau
wL 2H
2 4 1 wL 1 wL T H 1 ... 4! 2H 2! 2H
3-14
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Lendutan / defleksi konduktor pada sebuah rentang panjang L yang didukung tower dengan ketinggian sama adalah
d
H wL 1 cosh w 2H
atau
d
3 5 L 1 wL 1 wL 1 wL ... 2 2 2H 4! 2H 6! 2H
Metode Parabola Pada kasus bentang pendek dengan sagging kecil, kurva kabel ditentukan sebagai kurva parabola. Ketika gaya tarik horizontal sama, radius kurva kabel pada titik terendah dari konduktor adalah sama antara metoda parabola dan metoda catenary, tetapi garis kurva kedua metoda tersebut berbeda pada setiap titik antara titik terendah kurva dan titik tiang tower pendukung. Lendutan (sagging) untuk metoda penyelesaian parabola lebih kecil dari pada lendutan akibat metoda catenary untuk gaya tarik horizontal yang sama dan sudut akan lebih kecil. Selain itu juga, komponen gaya tarik vertikal antara dua tiang untuk metoda penyelesaian parabola lebih kecil dari pada komponen gaya tarik vertikal akibat metoda catenary. Berikut ini penyederhanaan dengan asumsi berikut 1. Gaya tarik dipertimbangkan merata sepanjang bentang, slip tarik antara titik tiang tower dan titik tengah diabaikan 2. Perubahan panjang konduktor mengikuti perpanjangan konduktor dan pemuaian akibat temperatur diambil sama perubahan panjang konduktor dalam panjang jarak horisontal antara titik tiang tower.
Dalam gambar 10.4, gaya tarik P pada setiap titik dalam kurva parabola memperlihatkan OP adalah sama dengan x. Porsi OP dari konduktor adalah dalam persamaan di bawah aksi T, H dan wx. Sebelumnya gaya tarik T dapat di selesaikan dalam dua komponen, Tx dan Ty. Persamaannya menjadi sebagai berikut : Tx = H
dan
Ty = ws
3-15
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 3-10 Metoda Parabola
Lendutan (sagging) penghantar antar dua tiang ditentukan oleh berat penghantar, jarak rentang dan kuat tarik penghantar. Untuk menghitung lendutan digunakan rumus D Dimana
=
W . L2 8. T
:
W =
berat penghantar per satuan panjang (kg/km)
L
=
jarak bentang (m)
T
=
kuat tarik penghantar (kg)
Untuk tiang yang tidak sama tinggi, maka rumus lendutan di atas adalah lendutan yang miring (obligue), yang hubungannya dengan lendutan datar (DO) adalah :
H DO = D . 1 4 .D
2
Untuk suhu dan tekanan angin yang berbeda – beda dihitung dengan rumus tersendiri yang lebih teliti. Lendutan untuk kawat tanah dihitung 80 % dari lendutan penghantar fase pada suhu harian maksimum 40O C. 3.2.3
Panjang Penghantar
Untuk menghitung panjang penghantar fase dan kawat tanah sebenarnya dalam satu jarak rentang, digunakan rumusan sebagai berikut: √
( )
{
3-16
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
dimana :
3.2.4
L
=
panjang penghantar (m)
ς
=
kuat tarik penghantar per satuan luas penampang (N/mm2)
γ
=
berat penghantar per unit volume [N/(mm3 x 10-3)]
H =
beda tinggi tiang (m)
S
jarak rentang (m)
=
Jarak Antar Penghantar
Jarak minimum antara penghantar dengan penghantar di titik tengah rentangan ditentukan dengan rumus VDE 0210-1985 sebagai berikut : A = k. √
+ l
(m)
dimana : k
=
koefisien yang tergantung pada posisi dan jenis penghantar (besaran 0.5 – 1.0).
La =
jarak ayunan isolator (untuk isolator gantung yang dirancang bentuk “V” dan isolator tarik, maka L = 0) (m).
3.2.5
Dm =
lendutan penghantar pada suhu sekitar maksimum 40OC (m).
l
b.v
=
b
=
konstanta ( 0.012 ~ 0.0007)
v
=
tegangan nominal (kV).
Jarak Rentang Gawang
Penentuan jarak rentang merupakan kunci dalam mendesain SUTT secara menyeluruh, sehingga perlu dipertimbangkan dari segi ekonomis dengan memperhatikan lendutan, konfigurasi penghantar, tinggi tower, kekuatan tower, pondasi tower, jarak bebas minimum dan profil memanjang SUTT. Jarak rentang dasar (basic span) Jarak rentang dasar (basic span) adalah jarak horizontal antara 2 (dua) buah tiang yang berdekatan dengan tinggi tiang standar dan penghantar tertentu serta
3-17
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
beroperasi pada suhu penghantar maksimum, jarak bebas ke tanah minimum dan tanpa tekanan angin. Ruling / Equivalent span Ruling span adalah disain span asumsi yang dihasilkan, antara dead ends, tegangan rata-rata yang terbaik sepanjang line dengan keberagaman panjang span, dengan perbedaan suhu dan beban. Ini adalah berat rata-rata dari variasi panjang span. Estimasi ruling span = span rata-rata + 2/3 (span maksimum-span rata-rata). Secara teoritis ruling span dikalkulasikan dengan rumus sbb: √ Dimana l1, l2, …, ln adalah panjang span yang pertama, kedua dan terakhir dari bagian tertentu. Umumnya bila jumlah span bertambah, nilai ruling span mendekati span rata-rata. Erection tension untuk line dihitung untuk span hiporesa. Span ini kemudian digunakan untuk menghitung tegangan komponen horizontal, dimana bias dipakai untuk semua span antara dead end tower. Average span Span rata-rata adalah mean span length (panjang span titik rata-rata) antara dead ends. Diasumsikan bahwa konduktor secara bebas tergantung dimana setiap reaksi span individu merubah ketegangan setiap span rata-rata single. Dua basic hipotesa yang harus diperhatikan dalam beban ekstrim:
Suhu rendah pada kecepatan angin tertentu
Angin tinggi pada suhu tertentu
Diluar dari hipotesa harus juga diperhatikan:
Suhu tinggi tanpa angin
Suhu titik rata-rata (mean temperature) untuk bulan terdingin untuk vibrasi Aeolian
Contoh : hitung span ruling dan span rata-rata untuk 4 span pada sebuah dead end line section dengan panjang masing-masing 300, 400, 500 dan 800m.
3-18
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
√
Jarak rentang angin (wind span) Jarak rentang angin (wind span) adalah setengah jumlah dari 2 (dua) rentang horizontal yang bersebelahan dari satu tiang.
Gambar 3-11 Jarak rentang angin (wind span) (a) tinggi tower yang sama (b) tinggi tower berbeda
Jarak rentang berat (weight span) Jarak rentang berat (weight span) adalah panjang penghantar dan 2 (dua) rentang yang disangga oleh satu tiang, diukur dari titik lendutan terendah.
3-19
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 3-12 Jarak rentang berat (weight span) (a) tinggi tower yang sama (b) tinggi tower berbeda
3.2.6
Jarak Bebas
Jarak minimum antara konduktor atau jumper pada posisi tetap dan bagian struktur pendukung pada potensial bumi adalah 1500 mm. Konduktor ayunan bebas atau jumper dalam posisi harus memenuhi kriteria sebagai berikut untuk mendukung elemen struktur : -
Udara
1800 mm
-
Kondisi ayunan
1300 mm
-
Jarak antara tower arm dan jumper
1900 mm
Maximum sudut ayunan ijin -
Suspension
40 O
-
Tension (jumper)
20 O
Tabel 3-1 Jarak bebas minimum SUTT untuk 70 kV dan 150 kV
No
Uraian
Jarak bebas minimum (m) 70 kV
150 kV
1.
Lapangan terbuka
6.5
7.5
2.
Lalu lintas jalan/jalan raya
8.0
9.0
3.0
4.0
3.
SUTT, SUTM, SUTR, saluran telepon, antene radio, TV dan kereta gantung
4.
Di atas bangunan tanpa atap tahan api
12.5
13.5
5.
Di atas bangunan dengan atap tahan api
3.5
4.5
6.
Pepohonan, hutan, perkebunan
3.5
4.5
7.
Lapangan olah raga
12.5
13.5
3-20
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
No 8. 9.
10.
Uraian Rel KA biasa Jembatan besi, rangka besi penahan penghantar, kereta rel listrik Titik tertinggi tiang kapal pada kedudukan air pasang tertinggi pada lalu lintas air
Jarak bebas minimum (m) 70 kV
150 kV
8.0
9.0
3.0
4.0
3.0
4.0
3-21
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.3
Pembebanan
Dalam bab ini, akan dibahas mengenai pembebanan yang diperhitungkan dalam melakukan perencanaan perhitungan menara / tower listrik. Tipe kombinasi pembebanan menara / tower listrik adalah : a. Normal condition (kondisi normal) b. Broken Wire (kondisi konduktor atau kawat tanah putus) 3.3.1
Beban Vertikal
Beban vertikal yang bekerja pada tower adalah sebagai berikut: a. Berat sendiri tower b. Berat konduktor penghantar kawat c. Berat insulator dan komponennya d. Beban pemasangan dan beban pemeliharaan. 150 kN
untuk tower suspension
300 kN
untuk tower tension
Untuk kondisi broken wire (kondisi konduktor atau kawat tanah putus), jarak rentang berat (weight span) direduksi sebesar 70%. 3.3.2
Beban Horisontal
Beban horisontal yang bekerja pada tower adalah sebagai berikut: a. Beban konduktor putus dan beban kabel pentanahan / kabel telekomunikasi putus. b. Beban angin c. Beban gempa Beban Horisontal dibedakan dalam 2 arah beban sebagai berikut : a. Beban Horisontal arah tranversal b. Beban Horisontal arah longitudinal 3.3.2.1 Beban Transversal Adapun beban arah transversal yang diperhitungkan pada ujung cross arm adalah sebagai berikut : Beban angin yang mengenai kabel dengan tekanan angin arah perpendicular terhadap arah kabel. Demikian juga beban angin yang mengenai insulator.
3-22
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Untuk kondisi broken wire (kondisi konduktor atau kawat tanah putus), jarak rentang angin (wind span) direduksi sebesar 70%. Gaya horizontal transversal akibat maksimum sudut yang terbentuk dari kedua arah kabel, dan gaya tersebut terjadi akibat gaya tarik kabel. 3.3.2.2 Beban Longitudinal Gaya horizontal longitudinal yang diperhitungkan akibat kondisi broken wire dan kondisi normal pada tower terminal (dead end) 3.3.3
Beban Kabel Putus
Dalam perencanaan ini dipertimbangkan kemungkinan beban yang terjadi akibat beban konduktor atau kawat tanah putus. Tower suspension
:
a. Satu phase konduktor putus b. Satu kawat tanah putus Tower tension : a. Dua phase konduktor putus pada satu sisi tower b. Satu phase konduktor dan satu kawat tanah putus pada satu sisi tower 3.3.4
Beban Angin
Dalam perencanaan ini dipertimbangkan efek perbesaran beban yang disebabkan oleh hembusan angin dalam bentuk resonansi dengan vibrasi angin dan stuktur. a. Kecepatan dasar angin V, c. Faktor probabilitas arah angin (wind direction probability), Kd. d. Faktor keutamaan (importance factor), I. e. Kategori paparan (exposure category) dan koefisien tekanan kecepatan (velocity pressure coefficient), Kz. f.
Kategori topografi (topographic category) dan faktor topografi (topographic factor), Kzt..
g. Faktor efek hembusan (gust effect factor), Gh. h. Perhitungan beban angin.
3-23
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.3.4.1 Kategori Paparan (Exposure Categories) Katagori Paparan Kategori paparan cukup mencerminkan karakteristik penyimpangan permukaan tanah di lokasi yang ditentukan. Perhitungan harus dilakukan untuk macam-macam kekasaran permukaan tanah yang muncul dari topografi dan vegetasi alam juga fitur buatan. Kategori paparan untuk struktur harus dinilai sebagai berikut : 1.
Paparan B : Daerah perkotaan dan pinggiran, daerah berhutan, atau daerah lain dengan masalah keterbatasan ruang, dengan jumlah keluarga single atau yang besar. Penggunaan paparan ini dibatasi pada daerah-daerah dengan Paparan B mengelilingi struktur dari semua arah dengan jarak minimal 800 m atau sepuluh kali tinggi struktur, atau mana yang lebih besar.
2.
Paparan C : Lahan terbuka dengan masalah (penduduk) terpencar, memiliki tinggi umumnya kurang dari 9,1 m. Kategori ini termasuk datar, open country, padang rumput dan garis pantai di daerah rawan badai.
3.
Paparan D : Flat, garis pantai tidak terhalang terkena aliran angin di atas air terbuka (Tidak termasuk garis pantai di daerah rawan badai) untuk jarak minimal 1,61 km. Garis pantai di Paparan D termasuk lintas air, danau dan daerah pesisir non-badai. Paparan D meluas ke pedalaman sejauh 200 m atau sepuluh kali tinggi struktur, atau mana yang lebih besar. Lumpur halus flat, flat garam dan dataran serupa lainnya yang dianggap sebagai Paparan D.
Koefisien Kecepatan Tekanan Berdasarkan kategori paparan di atas, koefisien kecepatan tekanan (Kz) ditentukan sebagai berikut : ( ) Kzmin ≤ Kz ≤ 2.01 dimana: z
=
ketinggian di atas permukaan tanah dasar struktur
Zg, α dan Kzmin dapat dilihat dalam tabel 3.2
3-24
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Tabel 3-2 Exposure Category Coefficient
Exposure Category
Zg
B
366 m
C D
Kzmin
Ke
7.0
0.70
0.90
274 m
9.5
0.85
1.00
213 m
11.5
1.03
1.10
3.3.4.2 Efek Topografi Kecepatan angin di atas bukit, pegunungan, dan tebing curam Efek kecepatan angin pada bukit yang terisolasi, pegunungan dan tebing curam yang merupakan perubahan mendadak dalam topografi umum, terdapat di setiap kategori paparan, harus dimasukkan dalam perhitungan beban angin dengan kondisi sebagai berikut: 1.
Bukit, punggungan bukit atau lereng adalah terisolasi dan tidak terhalang oleh fitur topografi tinggi serupa lainnya untuk radius 3.22 km diukur secara horizontal dari titik di mana ketinggian bukit, punggungan atau lereng ditentukan dan
2.
Bukit, punggungan atau lereng menonjol dengan satu, dua atau lebih faktor menonjol di atas rata-rata ketinggian fitur daerah sekitarnya dalam radius satu kilometer 3.22 km, dan
3.
Kemiringan (rasio vertikal horisontal) dari fitur topografi melebihi 0,10, dan
4.
Tinggi fitur topografi lebih besar atau sama dengan 4,57 m untuk paparan C dan D dan 18 m untuk paparan B.
Kategori Topografi Kategori topografi suatu struktur harus dinilai sebagai berikut: 1.
Kategori 1:
Tidak ada perubahan mendadak dalam topografi umum,
misalnya lahan datar atau rolling, tidak diperlukan kecepatan angin. 2.
Kategori 2:
Struktur terletak pada atau dekat puncak lereng yang curam.
Kecepatan angin dianggap terjadi dari semua arah. Struktur terletak vertikal di bawah setengah dari lereng curam atau horizontal yang melampaui 8 kali
3-25
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
tinggi lereng curam dari puncak, dapat dipertimbangkan sebagai Kategori Topografi 1. 3.
Kategori 3:
Struktur terletak di atas setengah dari bukit. Kecepatan angin
dianggap terjadi dari semua arah. Struktur terletak vertikal di bawah setengah bukit, dapat dipertimbangkan sebagai Kategori Topografi 1. 4.
Kategori 4:
Struktur terletak di bagian atas setengah dari punggung bukit.
Kecepatan angin dianggap terjadi dari semua arah. Struktur terletak vertikal di bawah setengah dari punggung bukit dipertimbangkan sebagai Kategori Topografi 1. 5.
Kategori 5:
Kriteria kecepatan angin berdasarkan penyelidikan spesifik
lokasi. Faktor Topografi Efek kecepatan angin dimasukkan dalam perhitungan beban angin dengan menggunakan faktor Kzt : [
]
di mana : Kh =
faktor reduksi tinggi yang didapat dari persamaan =
e
dasar natural logaritma = 2,718
=
(
Ke =
konstanta
Kt =
konstanta topografi
f
=
faktor atenuasi tinggi
z
=
ketinggian di atas permukaan tanah pada dasar struktur
)
H =
ketinggian puncak di atas dataran sekitarnya
Kzt =
1,0 untuk kategori topografi 1. Untuk kategori topografi 5, Kzt didasarkan pada literatur yang diterbitkan.
3.3.4.3 Faktor Efek Hembusan (Gust Effect Factor) Struktur Tower Untuk struktur tower, faktor efek hembusan (gust effect factor) harus 1,00 untuk struktur 183 m atau lebih tinggi. Untuk struktur 137 m atau kurang, faktor efek
3-26
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
hembusan (gust effect factor) = 0,85. Faktor efek hembusan (gust effect factor) adalah interpolasi linear untuk ketinggian struktur antara 137 m dan 183 m. Kondisi ini dinyatakan dengan persamaan berikut : [
]
0.85 ≤ Gh ≤ 1.00 dimana: h
=
tinggi struktur (m)
3.3.4.4 Perhitungan Pembebanan Perhitungan beban angin termasuk jumlah dari perhitungan horisontal gaya angin yang mengenai struktur tower dan konduktor beserta komponen pelengkapnya dengan arah angin tertentu. Besaran kekuatan perhitungan angin didasarkan pada arah angin yang dihasilkan dalam respon maksimum. Gaya angin perhitungan horisontal untuk perhitungan kekuatan dari monopole, struktur rangka tower ditentukan menggunakan faktor efek hembusan (gust efect factor) 1,35. Gaya angin perhitungan horisontal untuk menghitung kekuatan pelengkapan ditentukan dengan menggunakan faktor efek hembusan (gust efect factor) 1,0. Angin perhitungan beban, FW, harus ditentukan sesuai dengan berikut ini : FW =
FST + FA
dimana: FST =
perhitungan gaya angin pada struktur
FA =
perhitungan gaya angin pada kelengkapan
Perhitungan gaya angin, FS + FA, tidak melebihi gaya angin perhitungan struktur menggunakan rasio soliditas 1,0 (bentuk padat) Perhitungan gaya angin pada struktur Perhitungan gaya angin, FST, dipakai pada setiap bagian dari struktur akan ditentukan sesuai dengan berikut : FST =
qZ Gh (EPA) S
dimana: FS
=
gaya angin perhitungan horisontal struktur dalam arah angin
qZ
=
tekanan kecepatan
3-27
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gh
=
factor efek hembusan
(EPA) S
=
luas proyeksi efektif dari struktur
Luas proyeksi efektif struktur tower Luas proyeksi efektif komponen struktural untuk satu bagian, (EPA)S, ditentukan dari persamaan : (EPA) S
=
Cf . [Df . ΣAf + Dr . Σ (Ar Rr)]
dimana : Cf =
4.0ε2 - 5.9ε + 4.0 (persegi lintas bagian)
Cf =
3.4ε2 - 4.7ε + 3,4 (penampang segitiga)
ε
rasio soliditas = (Af + Ar) / Ag
=
Af =
luas proyeksi komponen struktural flat pada satu bidang permukaan
Ar =
luas proyeksi komponen struktur bundar pada satu bidang permukaan
Ag =
luas pada satu bidang permukaan padat
Df =
faktor arah angin untuk komponen struktural datar
Dr =
faktor arah angin untuk komponen struktural bundar
Rr =
faktor reduksi untuk elemen putaran
=
0,57 - 0.14ε + 0.86ε2 - 0.24ε3 ≤ 1,0 ketika C < 4,4 (Aliran subkritis)
=
0,36 + 0.26ε + 0.97ε2 - 0.63ε3 ketika C > 8,7 (Aliran superkritis)
C
=
[I KZ KZT] 1/ 2 V D
I
=
Faktor penting
di mana:
KZ =
Koefisien tekanan kecepatan
KZT =
Faktor topografi
V
kecepatan angin dasar, m/s
=
D =
diameter luar struktural, [m]
Kecepatan Tekanan Kecepatan tekanan, qZ, dievaluasi pada ketinggian z dihitung dengan persamaan berikut : qZ =
0,613 Kz Kzt Kd V2 I [N/m2]
dimana:
3-28
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.3.5
Kz =
kecepatan koefisien tekanan
Kzt =
Faktor topografi
Kd =
factor probabilitas arah angin
V
=
kecepatan angin dasar, m / s
I
=
Faktor penting
Beban Gempa
Tower memerlukan pertimbangan khusus dari karakter respon di daerah kegempaan tinggi. Ketentuan Standar ini menyediakan perhitungan kriteria untuk menjamin kekuatan yang cukup dan stabilitas untuk menahan efek gerakan tanah seismik untuk struktur pendukung guyed antena. Efek gempa bumi dapat diabaikan untuk struktur tertentu atau untuk setiap struktur yang terletak di daerah di mana gempa respon spektral percepatan pada periode pendek (Ss) dari 2.7.5 kurang dari atau sama dengan 1,00. Selanjutnya, untuk struktur tanpa penyimpangan, dampak gempa bumi dapat diabaikan ketika geser gempa total kurang dari 50% dari beban angin horisontal total. Beban gempa harus dievaluasi sesuai dengan prosedur analisis seismik : 1.
Faktor penting didasarkan pada struktur klasifikasi.
2.
Menentukan metode prosedur analisis seismik yang tepat untuk struktur
3.
Tentukan percepatan respon spektral gempa maksimum yang dapat diterima (dinyatakan sebagai rasio percepatan terhadap gravitasi) pada periode pendek (Ss) dan pada 1 detik (S1) dari 2.7.5.
4.
Tentukan berdasarkan properties soil di lokasi.
5.
Modifikasi faktor Fa dan Fv, berdasarkan site class.
6.
Perhitungan percepatan respon spektral pada periode pendek (SDS) dan pada 1 detik (SD1).
3.3.5.1 Prosedur Analisis Seismik Sebuah analisis struktural, apabila diperlukan untuk beban gempa, harus dibuat sesuai dengan satu dari metode prosedur analisis seismik. Gerakan tanah harus dianggap terjadi dalam arah yang sama dengan pertimbangan beban angin untuk metode prosedur analisis seismik.
3-29
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.3.5.2 Perhitungan Akselerasi Respon Spektral Percepatan maksimum Ss dan S1 didasarkan pada kegempaan regional dan geologi dan dinyatakan sebagai rasio akselerasi terhadap gravitasi. Maximum considered earthquake ground motion diambil dengan asumsi 5% dari redaman kritis dengan 2% dari probabilitas exceedance dalam periode 50 tahun. Perhitungan akselerasi respon spectral gempa pada periode pendek, SDS, dan pada 1 detik, SD1, ditentukan dari persamaan berikut: SDS
=
Fa Ss
SD1
=
Fv S1
dimana: Fa =
koefisien berdasarkan percepatan berdasarkan site class dan akselerasi respon spektral pada periode pendek.
Fv =
koefisien berdasarkan kecepatan berdasarkan site class dan akselerasi respon spektral pada periode 1 detik
3.3.5.3 Perhitungan gaya gempa lateral statik ekuivalen a.
Tentukan total berat (W) struktur termasuk kelengkapan.
b.
Hitung gaya geser dasar gempa (Vs)
c.
Distribusikan gaya geser dasar gempa
d.
Menganalisis struktur statis menggunakan gaya gempa sebagai beban eksternal.
Total geser dasar gempa Geser dasar gempa total, Vs , dalam arah tertentu akan ditentukan sesuai dengan persamaan berikut:
Geser dasar gempa, Vs , tidak lebih besar dari:
Ketika persamaan alternatif untuk Vs digunakan, Vs tidak boleh kurang dari 0,044 SDS.W.I dan untuk situs dimana S1 sama atau melebihi 0,75, Vs menggunakan persamaan alternatif juga tidak boleh kurang dari:
3-30
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
di mana: SDS =
perhitungan akselerasi respon spektral pada periode singkat
SD1 =
perhitungan akselerasi respon spektral pada periode 1,0 detik
S1 =
maximum considered earthquake response acceleration pada 1 detik
f1 =
frekuensi fundamental struktur
W =
berat total struktur termasuk kelengkapan
I
=
faktor keutamaan
R
=
koefisien modifikasi respon sama dengan 3.0 untuk struktur pendukung berkisi-kisi, 2,5 untuk guyed masts berkisi2 dan 1,5 untuk struktur pole tubular
Distribusi Gaya Gempa Gaya gempa lateral, Fsz, diberikan pada setiap tingkat, z, akan ditentukan dari persamaan berikut: ∑ di mana: Vs =
total geser seismic
n
jumlah menunjuk tingkat paling atas struktur terkait dengan
=
distribusi beban gravitasi i
=
jumlah menunjuk tingkat struktur mulai dari dasar ke tingkat teratas
z
=
jumlah menunjuk tingkat dalam pertimbangan
WZ =
porsi total beban gravitasi (W) yang menunjuk pada level dalam pertimbangan
hz =
ketinggian dari dasar struktur ke tingkat z
wi =
porsi total beban gravitasi (W) pada tingkat i
hi =
tinggi dari dasar struktur ke tingkat i
ke =
eksponen distribusi gaya seismic, ke =
1.0
untuk struktur dengan frekuensi dasar 2.0 atau lebih,
ke =
2.0
untuk struktur dengan frekuensi dasar 0.4 atau kurang,
Untuk struktur yang memiliki frekuensi dasar antara 2,0 dan 0,4, ke akan ditentukan oleh interpolasi linear antara 1,0 dan 2,0.
3-31
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.3.6 Contoh Perhitungan Pembebanan pada Ujung Cross Arm
3-32
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-33
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-34
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-35
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-36
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-37
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-38
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-39
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3-40
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.4
Perencanaan Tower
Proses perencanaan tower dan analisa gaya batang dengan variasi batang dapat ditentukan berdasarkan pembebanan yang bekerja pada tower. Gaya yang bekerja pada elemen rangka adalah gaya aksial, batang tower direncanakan terhadap gaya tekan dan gaya tarik. Pengulangan gaya tarik dan gaya tekan secara bergantian dapat mereduksi kekuatan, dan batang tersebut harus direncanakan untuk kedua gaya, baik gaya tekan dan gaya tarik. Gaya yang bekerja pada setiap batang individu di bawah kondisi normal dan juga dibawah kondisi putus dengan faktor keamanan yang sesuai menjamin bahwa hasil perhitungan masih memenuhi syarat kekuatan baja. Bracing system Dalam perencanaan tower, lebar atas / bawah tower dan sistem bracing baik bentuk dan jumlah sangat mempengaruhi kekuatan tower. Berikut adalah sistem bracing yang biasa dipakai dalam tower transmisi.
(a) Single Web System
(b) Warren System
(d) Portal System
(e)
(c) Pratt System
Offset or staggered bracing system Longitudinal Face Transversal Face
Gambar 3-13 Tower Bracing System
3-41
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
3.4.1
Perhitungan Tekan
Tegangan tekan disain, Fa untuk luas penampang kotor atau pada luas terkurangi yang khusus, untuk batang tekan dengan beban aksial adalah : Fa =
1 KL/r 2 1 . Fy 2 C C
;
KL CC r
Fa =
2 .E ( KL / r ) 2
;
KL CC r
CC =
2.E Fy
dimana:
3.4.2
Fy =
tegangan leleh minimum
E
=
modulus elastisitas
L
=
panjang batang
r
=
jari-jari girasi
K
=
faktor panjang efektif
Perhitungan Tekan Untuk Siku
Rasio w/t, dimana w = lebar datar dan t = tebal kaki, tidak boleh lebih dari 25. Gaya tekan disain untuk luas penampang kotor adalah nilai Fa yang telah ditentukan sebelumnya tidak boleh melebihi angka rasio w/t maksimum. Apabila rasio w/t melebihi angka (w/t)lim yang berikut :
w t lim
=
80. Fy
Maka Fa ditentukan seperti persamaan di atas dengan Fy diganti dengan Fcr sebagai berikut :
Fcr
=
1.677 0.677 . w/t . F y w t lim
≤
w t
dimana:
w t lim
≤
144. Fy
3-42
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Fcr
=
0.0332 . π 2 . E w t
2
dimana: w t
3.4.3
>
144. Fy
Panjang Efektif
Panjang efektif KL batang ditentukan sebagai berikut: Batang Utama Untuk leg member yang dibaut di kedua sisi pada sambungan, maka: KL r
=
L r
;
0
≤
L ≤ 150 r
Batang Tekan Lainnya
Untuk batang dengan beban konsentrik pada kedua ujung panel tidak tersupport : KL r
=
L r
;
0
≤
L ≤ 120 r
Untuk batang dengan beban konsentrik pada salah satu ujung dan eksentrisitas framing normal di ujung yang lain dari panel tak tersupport : KL r
= 30 + 0.75 .
L r
;
0
≤
L ≤ 120 r
Untuk batang dengan eksentrisitas framing normal di kedua ujung panel tak tersupport : KL r
= 60 + 0.50 .
L r
;
0
≤
L ≤ 120 r
Untuk batang yang tidak direstrain terhadap rotasi pada kedua ujung panel tak tersupport : KL r
=
L r
;
120 ≤
L ≤ 225 r
Untuk batang direstrain sebagian terhadap rotasi di kedua ujung panel tak tersupport : KL r
= 46.2 + 0.615 .
L r
;
120 ≤
L ≤ 250 r
3-43
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Batang Redundant KL r
=
L r
;
0
≤
L ≤ 120 r
Jika batang yang tidak dikekang terhadap rotasi di kedua ujung panel tidak tersupport, maka : KL r
=
L r
;
120 ≤
L ≤ 250 r
Jika batang direstrain sebagian terhadap rotasi di salah satu ujung panel tak tersupport, maka : KL r
= 28.6 + 0.762 .
L r
;
120 ≤
L ≤ 290 r
Jika batang direstrain sebagian terhadap rotasi di kedua ujung panel tak tersupport, maka : KL r
3.4.4
= 46.2 + 0.615 .
L r
;
120 ≤
L ≤ 330 r
Perhitungan Tarik
Tegangan tarik rencana, Ft, yang secara konsentris memberi beban tarikan batang, Fy untuk luas penampang netto An, dimana An adalah luas penampang kotor Ag dikurangi lubang atau bukaan lainnya pada penampang. Perencanaan tegangan tarik, Ft, untuk luas netto lipped angles dan plain angles dihubungkan dengan satu kaki akan sama dengan 0.9 Fy. Jika kaki tidak sama dan kaki pendek disambungkan, kaki yang tidak disambungkan akan dipertimbangkan menggunakan ukuran yang sama dengan kaki yang disambung. Jika centroid dari pola baut pada kaki yang disambung diluar pusat berat siku, sambungan akan dicek terhadap putus (atau disebut juga geser blok). P
= 0.60 . Av . Fu + At . Fy
dimana: P
=
gaya tarik disain pada sambungan
Fy =
tegangan leleh minimum
Fu =
kuat tarik minimum
Av =
luas netto akibat geser
At =
luas netto akibat tarik
3-44
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
BAB IV 4 BANGUNAN BERTINGKAT 4.1
Pendahuluan
Sifat mekanis baja seperti yang dicantumkan dalam SNI 03-1729-2002 adalah sebagai berikut: Modulus Elastisitas
:
E
=
200.000 Mpa
Modulus Geser
:
G
=
80.000 Mpa
Poisson ratio
:
υ
=
0,3
Koeffisien pemuaian :
α
=
12x10-6 /oC
Tabel 4-1 Tabel Tegangan Putus dan Tegangan Leleh
Jenis Baja
Tegangan putus
Tegangan leleh
Strain
minimum, fu (Mpa)
minimum, fy
minimum
(Mpa)
4.1.1
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
Klasifikasi Struktur Baja
Struktur baja diklasifikasikan sebagai berikut: a.
Berdasarkan pemakaian bangunan, maka struktur baja dapat diklasifikasikan atas : Bangunan Gedung : tempat tinggal (rumah apartement), bangunan komersial, bangunan pertemuan (gedung olah raga, gedung kesenian), gudang, bangunan indsutri.
4-1
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Jembatan : jembatan penyeberangan, jembatan jalan raya dan jembatan kereta api. Tower : tower transmisi listrik, tower antene (radio/TV, BTS), tower penerangan. Struktur penyimpanan : silo, elevated water reservoir, pressure vessel. b.
Berdasarkan bentuk struktur dan sistem pembebanan, struktur baja dapat diklasifikasikan sebagai: Frames Tension Structure Trusses/Rangka Batang Pelengkungan
4.1.2
Bangunan Gedung
4.1.2.1
Structure Frame
Gambar 4-1 Beberapa Type Frame
4-2
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 4-2 Tipe Joint
Pemilihan dari tipe joint tergantung pada kondisi pembebanan yang terjadi pada struktur.
Joint tipe rigid, umumnya digunakan pada sambungan antara balok dengan kolom dimana joint mampu menyalurkan gaya geser, momen dan aksial dari balok ke kolom. Sehingga joint tipe ini cocok untuk struktur yang harus menahan beban horizontal dalam arah sejajar balok.
Joint type simple shear connection, umumnya di pakai untuk sambungan balok ke balok. Tetapi dapat juga dipakai untuk sambungan antara balok ke kolom dimana untuk kondisi ini kolom bisa direncanakan dengan dimensi yang lebih kecil karena kolom akan menerima momen hanya akibat eksentrisitas dari gaya geser balok saja. Gaya pada kolom yang dominan adalah gaya aksial.
4-3
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Struktur frame juga dapat dibedakan sebagai :
Struktur dengan bracing Umumnya untuk bangunan yang mampu menahan beban vertikal dan horizontal. joint-joint dapat berotasi tetap pada tempatnya sehingga tidak tidak terjadi perpindahan relatif dari ujung-ujung kolom jika frame menerima beban horizontal.
Struktur tanpa bracing Jika direncanakan untuk bangunan yang harus memikul beban vertikal dan horizontal, maka akibat beban horizontal selain terjadi rotasi, selain itu juga akan terjadi translasi horizontal pada joint. Translasi relatif antara ujung atas dan bawah dari kolom disebut : drift, side way atau sway.
Gambar 4-3 Struktur dengan Bracing dan Tanpa Bracing
4-4
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 4-4 Struktur dengan Bracing dan Tanpa Bracing
4.1.2.2
Tension Structure
Contoh Tension structure adalah : struktur kabel, struktur tergantung seperti suspended multistory bulding sistem.
Gambar 4-5 Suspended Multistory Bulding System
4.1.2.3
Rangka bangunan baja gedung bertingkat
Bangunan baja untuk gedung bertingkat terdiri dari elemen-elemen :
Lantai (umumnya dari beton bertulang untuk highrise building atau kayu untuk bangunan rumah tinggal).
Floor beam ( balok anak)
Floor girder (balok induk)
Kolom
4-5
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Elemen penahan geser ( shear wall, bracing) untuk bangunan highrise building. Seperti Gambar 4-6 berikut:
Gambar 4-6 Elemen-elemen dari Bangunan Baja dari Gedung Bertingkat.
4.1.3
Metode Analisis Struktur Rangka/Frame Baja
Dalam analisis gaya-gaya dalam akibat beban pada struktur rangka baja dikenal dua metode, yaitu :
Analisis Elastis Linier
untuk kekuatan dan kondisi batas layan.
Analisis Plastis
untuk kondisi batas kuat /limit strength.
Struktur dapat dianalisis dengan asumsi bahwa :
Sambungan dapat mentransfers gaya dalam geser dan momen
rigid structure atau
Sambungan hanya dapat mentransfers gaya dalam geser saja
simple structure
Analisis Elastis Linier Analisis elastis linier dapat digunakan secara umum untuk segala bentuk struktur rangka
baja.
Merupakan
analisis
first
order,
yaitu
analisis
yang
tidak
memperhitungkan secara langsung efek dari perubahan geometrik baik pada distribusinya maupun pada besarannya dan juga mengabaikan perubahan dari
4-6
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
kekakuan effektif akibat gaya aksial (effek P-delta). Efek dari perubahan ini diperhitungkan pada hasil analisis struktur dengan cara memasukkan momen amplification. Berikut ini diberikan beberapa contoh perbedaan antara first order dan second order:
N*
N*
H*
Lendutan
Momen Lentur N* dan H* : beban terfaktor
(a) First order N*
N*
H*
Lendutan membesar
Momen Lentur membesar N* dan H* : beban terfaktor
(b) Second order Gambar 4-7 Analisis First Order dan Second Order
4-7
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Vs*=H*/ V s*
2
s1
M=Vs*. hs
hs
H*
N*
N*
V s*
Lendutan
Momen Lentur N* dan H* : beban terfaktor
(a) First order s2
N*
M=Vs*. hs+N*.s2
hs
H*
N*
V s*
V s*
Lendutan membesar
Momen Lentur membesar N* dan H* : beban terfaktor
(b) Second order Gambar 4-8 Struktur Baja Tanpa Bracing Dengan Goyangan Kesamping (sway)
Momen Amplification
dimana : Mnt
= momen maksimum dengan anggapan portal tidak bergoyang kesamping /lateral translation.
Mlt
= momen maksimum akibat goyangan, momen ini dapat disebabkan oleh beban lateral atau oleh beban gravitasi yang tidak simetris.
Mnt dan Mlt = didapat dari analisis order pertama (analisis linier) Pnt
= gaya aksial tekan dengan asumsi portal tidak bergoyang
Plt
= gaya aksial tekan akibat goyangan
4-8
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
B1
= faktor amplifikasi untuk momen yang terjadi pada balok dan kolom apabila balok dan kolom ditahan goyangannya =
Pe1
>1
= π2EI/(K.L)2 , I = momen inertia pada bidang lenturan dan K = faktor dari panjang effektif dari balok lentur dari rangka dengan bracing.
Pu
= gaya aksial tekan yang terjadi
Cm
= 0,6 – 0,4(M1/M2)
M1/M2
= perbandingan momen terkecil dan terbesar yang terjadi pada baLok yang ditinjau, bernilai positif jika M1 dan M2 searah dan bernilai negatif jika berlawanan arah.
M1/M2 negatif M1
M2 M2
M1/M2 positif
M1
B2
= faktor amplifikasi untuk momen akibat goyangan = atau
Δoh H
⁄
⁄
= lateral inter-story deflection (mm) = jumlah dari gaya horizontal pada lantai yang ditinjau yang menghasilkan defleksi Δoh (N)
L
= tinggi lantai (mm) Pu
= Jumlah beban terfaktor disemua kolom pada tingkat yang ditinjau dengan assumsi bahwa portal tidak bergoyang (N).
Pe2
=
2.EI/(KL)2,
I = momen inertia pada bidang lenturan dan K = faktor
dari panjang effektif dari balok lentur dari rangka tanpa bracing. Beberapa paket program seperti ETABS , SAP dll effek P-Δ dapat dihitung secara langsung yang berupa analisis orde ke dua/ analisis non linier. Jika momen yang didapat adalah dari analsisis orde kedua berarti telah memperhitungkan effek Pdelta, maka faktor amplifikasi B1 dan B2 tidak diperlukan lagi.
4-9
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4.2
Perencanaan Elemen Balok Lentur (Profil I atau H)
Balok adalah komponen struktur yang memikul beban-beban gravitasi, seperti beban mati dan beban hidup. Komponen struktur balok merupakan kombinasi dari elemen tekan dan elemen tarik.
Gambar 4-9 Balok Di Atas 2 Tumpuan
Penampang balok dibedakan antara penampang kompak, tidak kompak, dan langsing. Batasan penampang kompak, tidak kompak, dan langsing ditunjukkan sebagai adalah: 1. Penampang kompak
: λ < λp
2. Penampang tidak kompak
: λ p < λ < λr
3. Penampang langsing
: λ > λr
Pengelompokan penampang balok : = b/t Kompak
Tidak Kompak
(tidak ada
(ada masalah
masalah tekuk lokal)
tekuk lokal)
p
Langsing (Balok-Pelat)
r
Tabel 4-2 Nilai dari λp dan λr dari profil WF, I atau H hasil hotroll Elemen
λ
λp
λr
Flens
bf/2tf
0,38√ ⁄
1,0√ ⁄
Web
h/tw
3,76√ ⁄
5,7√ ⁄
4-10
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Tabel 4-3 λp dan λr ditinjau dari bermacam-macam mutu baja
0,38√ ⁄
1,0√ ⁄
3,76√ ⁄
5,70√ ⁄
4.2.1
BJ34
BJ37
BJ41
BJ50
BJ55
11,73
10,97
10,75
9,98
8,39
30,86
28,87
28,28
26,26
22,09
116,04
108,54
106,35
98,74
83,04
175,91
164,54
161,22
146,69
125,89
Kuat Nominal Momen Lentur
Kuat lentur nominal Mn dari suatu elemen balok yang memikul momen lentur adalah nilai terendah dari kondisi batas :
Leleh
Lateral – torsional buckling (LTB)
Flange local buckling (FLB) dan
Web local buckling (WLB)
Berikut ini diberikan uraian mengenai kondisi batas dari momen lentur terkait dengan sifat profilnya: Tercapainya momen plastis
Berlaku untuk lentur terhadap sumbu
(yielding)
kuat maupun lemah
Momen yang menyebabkan
Hanya untuk lentur terhadap sumbu
terjadinya Tekuk Torsi Lateral
kuat saja
(LTB) Momen yang menyebabkan
Tidak terjadi untuk penampang yang
terjadinya Tekuk Lokal di Flens
kompak
Tekan (FLB)
4-11
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Momen yang menyebabkan
Tidak terjadi untuk penampang I
terjadinya Tekuk Lokal di Web (WLB) Momen yang menyebabkan
Tidak terjadi untuk penampang I
terjadinya leleh pada flens tarik
simetris ganda
1. Momen leleh dan momen plastis : Y
tf
X
d tw bf
Distribusi normal akibat Myx Distribusi normal akibat Myy
Distribusi normal akibat Mpx ∞ 1,5 Myx
Distribusi normal akibat Mpy
2. Momen nominal a.
Untuk λ < λp
b.
Untuk kondisi tekuk torsi lateral (LTB) : λp < λ < λr
Mn = Mp = Fy.Z = 1,5 My
Kondisi batas dari lateral torsional buckling Mn = Cb[Mp-(Mp-0,7.S.Fy)
]< Mp
Kondisi batas untuk tekuk lokal flens pada profil I simetris ganda dengan web kompak dan melendut terhadap sumbu x, maka momen nominalnya adalah : o Bila flens non kompak, yaitu λp < bf/(2tf) < λr, maka :Mn = [Mpx-(Mpx-0,7.Sx.Fy)
]
o Bila flens langsing, yaitu λr < bf/(2tf)
4-12
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
maka :Mn =
dengan kc =
λp = 0,38√
( ambil nilai kc antara 0,35 sampai 0,76)
√
dan λr = 1,0√
Kondisi batas untuk tekuk lokal flens pada profil I simetris ganda dengan web kompak dan melendut terhadap sumbu y, maka momen nominalnya adalah : o Bila flens non kompak, yaitu λp < bf/(2tf) < λr, maka :Mn = [Mpy-(Mpy-0,7.Sy.Fy)
]
o Bila flens langsing, yaitu λr < bf/(2tf) maka :Mn = dengan kc =
λp = 0,38√ c.
( ambil nilai kc antara 0,35 sampai 0,76)
√
dan λr = 1,0√
Untuk λ > λr Kondisi batas dari lateral torsional buckling & flens local buckling, momen nominalnya : Mn = Mcr = S.Fcr < Mp dimana : Mp
=
momen plastis = Fy.Z < 1,5 Fy.S
Z
=
momen tahanan plastis
S
=
section modulus
Lb
=
jarak antara titik yang dibracing terhadap lateral displacement dari flens tekan
Lp
=
1,76.ry√
Lr
=
λ.rts√
4-13
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
rts
=
√
ho
=
jarak antara pusat berat flens = d - tf
Fcr
=
tegangan kritis = Cb.[
]
( Cb
=
)
faktor modifikasi atau koeff momen lentur yang tergantung pada gradient dari momen
=
Mmax
=
harga absolut dari momen maksimum di segmen Lb
MA
=
momen di Lb/4
MB
=
momen di Lb/2
MC
=
momen di 3Lb/4
Menurut SNI Cb harus < 2,3 sedangkan AISC’05 harus < 3 Apabila digambarkan nilai Mn untuk beberapa range dari Lb adalah sebagai berikut: Mn Mn = Cb[Mp-(Mp-0,7.S.Fy) Mp
atau
Mn = [Mp-(Mp-0,7.S.Fy) Mn = S.Fcr
Tidak ada LTB
Lp
LTB inelastis
Lr
LTB elastis
Lb
Gambar 4-10 Faktor Modifikasi (Cb) untuk Momen Tak Seragam
4-14
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
: lokasi dari bracing atau penahan displacement lateral Lb = L Cb= 1,14
Lb = L Cb= 1,32
Lb = L/2 Cb= 1,3 M1
M2=M1 Lb = L Cb= 2,27
Lb = L/2 Cb= 1,67 Mu
A
B
a a AB & CD : Cb = 1,67 BC : Cb= 1,00 qu
Beban apapun
Lb = L Cb=1,67
D
C
Lb = L Cb= 2,38
Cb = 1
qu Lb = L Cb=1,92
Lb = L/2 Cb= 2,38
Lb = L/2 Cb= 2,27
Tabel 4-4 Penahan Lateral Dapat Bersifat Fully atau Partial Restrained, Gambar-Gambar Diatas Memperlihatkan Beberapa Bentuk dari Penahan Lateral.
4.2.2
Kuat Geser Penampang
Kuat Geser Penampang I Simetris Ganda Tanpa Pengaku (AISC’05) Untuk geser sejajar web : Vu < v.Vn Vn= 0,6.Fy.Aw.Cv dimana :
Aw = d.tw
Vu
Untuk profil hot-rolled dengan
< 2,24 [√
]
v = 1,0 dan Cv = 1,0
Untuk profil hot-rolled dengan 2,24 [√
]
0,125
λp = diambil yang terbesar antara nilai :
1,12 √ ⁄
Untuk nilai
*
*
+
λr = 5,7 √ ⁄
+
atau
*
1,49√ ⁄ +
dengan Py = Agross.Fy Sedangkan untuk web (AISC ‘05) sama dengan balok lentur dengan b = 0,9. 4.3.2
Persamaan Interaksi Momen – Normal ( M-P )
Harus ditinjau untuk semua kombinasi pembebanan. Untuk
> 0,2
+
(
) < 1,0
4-17
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Untuk
< 0,2
+(
) < 1,0
dengan c = 0,9 (AISC) = 0,85 (SNI ) Diagram interaksi gaya aksial tekan dan momen terhadap sumbu X
1,0
0,2 0,9 1,0 Gambar 4-13 Diagram Interaksi Gaya Aksial Tekan dan Momen
4.4
Perencanaan Elemen Plate - Girder
Plate girder adalah profil yang mempunyai bagian web yang langsing dapat dibentuk dengan menggabungkan elemen-elemen plat menjadi suatu bentuk profi I dan umumnya digabung dengan cara pengelasan (pada jaman dulu dapat dibentuk dengan sistem paku keling) atau dengan cara hot-rolled. Ketentuan ini berlaku untuk profil yang mempunyai double atau single sumbu simetris, web tunggal, non hybrid atau hybrid plate girder.
tw
h
a
stiffener
Gambar 4-14 Penampang dan Potongan Memanjang Plate Girder
4.4.1
Batasan
Profil plate girder harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
Untuk a/h < 1,5 batasan dari plate girder adalah :
< 11,7 √
4-18
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Untuk a/h > 1,5 batasan dari plate girder adalah :
r
Fcr
=
CPG/2
(
)+ < Fyf
Parameter kelangsingan harus dihitung untuk kondisi batas dari lateral –torsional buckling dan kondisi batas dari local buckling flens, nilai yang terkecil dari parameter kelangsingan akan memberikan besaran Fcr.
Untuk kondisi batas dari lateral torsional buckling :
=
Lb/rT
;
p =
1,76√
dan r =
4,44√
dan
CPG =
1.970.000 Cb ( Cb adalah seperti pada balok biasa.)
rT =
radius gerasi dari bagian flens tekan ditambah 1/3 dari bagian web tekan
Untuk kondisi batas dari local buckling flens :
=
CPG =
p =
bf/2tf ;
0,38√
dan
r =
1,35√
180.650 kc ( Cb =1,0)
kc =
dan nilai kc berkisar : 0,35 < kc < 0,763 √ ⁄
4.4.3
Kuat Geser Rencana
Kuat geser rencana dengan tension field action adalah
v.Vn
dimana : v =0,9 dan Vn dihitung dari : a. Untuk
h/tw
1,10√
Vn =
0,6.Fyw.Aw [
c.
kv = 5 +
√
]
* +
Koeffisien CV dihitung sebagai berikut :
4-20
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Untuk 1,10√
< h/tw < 1,37√
Cv =
Untuk h/tw > 1,37√
4.4.4
√
Cv =
Pengaku Melintang / Transverse Stiffners
Pengaku melintang tidak dieperlukan pada plate-girder jika : h/tw < 2,45√
.
Atau jika geser Vu hasil analisis struktur dengan beban terfaktor < 0,6. v.Fyw.Aw.Cv (dengan Cv dihitung untuk kv =5 dan v =0,9). Pengaku melintang diperlukan pada plate girder untuk beberapa kondisi agar memenuhi persyaratan (point 1) mengenai pembatasan profil plate girder serta persyaratan dari kuat geser rencana (point 3). Dalam merencanakan pengaku melintang harus memenuhi persayaratan bahwa : Momen inertia untuk sepasang pengaku (kiri dan kanan) terhadap sumbu pada pusat dari web tidak boleh kurang dari a.tw3.j dimana j = 2,5(a/h)2-2 > 0,5. Jika pengaku melintang direncanakan pada tension field action, maka luas penampang stiffener harus : Ast >
(
)
dimana :
4.4.5
Fyst
=
tegangan leleh dari plat stiffener
D
=
1
=
1,8 jika stiffener berupa baja siku tunggal
=
2,4 jika stiffener berupa plat tunggal
jika stiffener berupa plat sepasang
Interaksi antara lentur dan geser
Untuk 0,6..Vn < Vu < .Vn dan 0,75..Mn < Mu < .Mn plate girder dengan web direncanakan untuk tension field harus memenuhi persyaratan tambahan dari interaksi lentur dan geser sebagai berikut :
+ 0,625
< 1,375
4-21
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4.5
Perencanaan Batang Tekan
4.5.1
Tekuk Elastik Euler
Teori tekuk kolom pertama kali diperkenalkan oleh Leonhard Euler pada tahun 1974. Komponen struktur yang dibebani secara konsentris, dimana seluruh serat bahan masih dalam kondisi elastic hingga terjadinya tekuk, perlahan-lahan melengkung, Momen lentur sekunder akibat terlenturnya batang adalah: Dengan mengingat bahwa:
Sehingga
Dengan mengubah
, maka solusi persamaan di atas adalah:
Dengan kondisi batas:
Solusi dari persamaan ada tiga kemungkinan yaitu, A=0 yang berarti tidak ada lendutan, KL=0 yang berarti tidak ada beban, serta KL = N.π(N=1,2,3,…). Sehingga diperoleh:
Untuk nilai N=1 (P memberikan nilai minimum), diperoleh:
Maka tegangan tekan yang terjadi adalah:
Pada umumnya untuk kepentingan disain pendekatan Euler diabaikan karena hasil pengujian yang dilakukan memperlihatkan hasil yang tidak sesuai. Pendekatan hanya mungkin terjadi untuk nilai l yang cukup besar (l > 110). Untuk nilai l yang lebih kecil, akan terjadi tekuk inelastis. Dan bila nilai l > 20 akan terjadi leleh pada seluruh penampang. Pada kenyataannya keruntuhan kolom lebih banyak terjadi akibat tekuk inelastis.
4-22
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Kolom ideal yang memenuhi persamaan Euler harus memenuhi anggapan-anggapan sebagai berikut: 1. Kurva hubungan tegangan-regangan tekan yang sama di seluruh penampang 2. Tidak ada tegangan sisa 3. Kolom benar-benar lurus dan prismatis 4. Beban bekerja pada titik berat penampang, hingga batang melentur 5. Kondisi tumpuan harus ditentukan secara pasti 6. Berlakunya teori lendutan kecil (small deflection theory) 7. Tak ada puntir pada penampang selama terjadi lentur Bila asumsi di atas terpenuhi maka kekuatan kolom dapat ditentukan berdasarkan persamaan sebagai berikut:
dimana: :
tangen modulus elastisitas
:
luas kotor penampang batang
:
rasio kelangsingan efektif
:
panjang batang
:
jari-jari girasi
Komponen tekan yang panjang akan mengalami keruntuhan elastik, sedangkan komponen tekan yang cukup pendek dapat dibebani hingga leleh atau bahkan hingga memasuki daerah penguatan regangan. Namun dalam kebanyakan kasus, keruntuhan tekuk terjadi setelah sebagian dari penampang melintang batang mengalami leleh. Kejadian ini dinamakan tekuk inelastik. 4.5.2
Pengaruh Tegangan Sisa
Tegangan sisa (residual stress) adalah tegangan yang masih tinggal dalam suatu komponen struktur yang dapat diakibatkan oleh beberapa hal seperti: 1. Proses pendinginan yang tidak merata akibat proses gilas panas (hot-rolled) 2. Pengerjaan dingin 3. Pembuatan lubang atau pemotongan saat fabrikasi 4. Proses pengelasan Pada umumnya tegangan sisa banyak dihasilkan akibat proses 1 dan 3. Besarnya tegangan sisa tak tergantung pada kuat leleh bahan, namun bergantung pada dimensi dan konfigurasi penampang, karena factor-faktor tersebut mempengaruhi
4-23
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
kecepatan pendinginan. Profil WF atau profil H setelah dibentuk melalui proses hotrolled, maka bagian sayap menjadi lebih tebal dai bagian badannya, mendingin lebih lambat dari pada bagian badan. Bagian ujung sayap mempunyai daerah sentuh dengan udara dibandingkan daerah pertemuan dengan badan. Konsekuensinya, tegangan sisa terjadi pada ujung sayap dan pada daerah tengah dari badan. Sedangkan tegangan sisa tarik terjadi pada daerah pertemuan antara sayap dan badan. 4.5.3
Tahanan Tekan Nominal
Menurut SNI 03-1729-2002, pasal 91, komponen struktur yang mengalami tekan konsentris akibat beban terfaktor Nu harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: dimana:
: 0,85 : beban terfaktor : kuat tekan nominal komponen struktur =
Tegangan kritis untuk daerah elastik, dituliskan sebagai berikut:
Sehingga, √ Daya dukung nominal
Dengan besar
struktur tekan dihitung sebagai berikut:
ditentukan oleh
, yaitu:
Untuk
maka
Untuk
maka
Untuk
maka
4-24
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4.5.4
Panjang tekuk
Besar beban yang dapat diterima oleh suatu komponen struktur tekan bergantung pada tumpuan ujung dan panjang efektifnya. Semakin kecil panjang efektif suatu komponen struktur tekan, maka semakin kecil pula resiko terhadap masalah tekuk. Dalam perhitungan kelangsingan komponen struktur tekan
, panjang
komponen struktur yang digunakan harus dikalikan suatu faktor panjang tekuk k untuk memperoleh panjang efektif dari kolom tersebut. Besarnya faktor panjang efektif sangat tergantung dari kondisi perletakan pada ujung-ujung komponen struktur tersebut. SNI 03-1729-2002 memberikan daftar nilai factor panjang tekuk untuk berbagai kondisi tumpuan ujung dari suatu kolom. Nilai k ini diperoleh dengan mengasumsikan bahwa kolom tidak mengalami goyangan atau translasi pada ujungujung tumpuannya.
Gambar 4-15 Panjang Tekuk untuk Beberapa Kondisi Perletakan
Untuk suatu komponen struktur tekan yang merupakan bagian dari suatu struktur portal kaku, maka nilai k harus dihitung berdasarkan suatu nomogram. Tumpuantumpuan pada ujung kolom tersebut ditentukan oleh hubungan antara balok dengan kolom-kolom lainnya.
4-25
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 4-16 Nomogram Faktor Panjang Tekuk
Nilai k untuk masing-masing sistem portal tersebut dapat dicari dari nomogram dalam Gambar 4-17 yang merupakan fungsi dari GA dan GB yang merupakan perbandingan antara kekakuan komponen struktur yang dominant terhadap tekan (kolom) dengan kekakuan komponen struktur yang relative bebas terhadap gaya tekan (balok). Nilai G ditetapkan berdasarkan persamaan: ∑( ) ∑( )
Persamaan dapat dikecualikan untuk kondisi-kondisi berikut: a. Untuk komponen struktur tekan yang dasarnya tidak terhubungkan secara kaku pada pondasi (contohnya tumpuan sendi), nilai G tidak boleh diambil kurang dari 10, kecuali bila dilakukan analisa secara khusus untuk mendapatkan nilai G tersebut.
4-26
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
b. Untuk komponen struktur tekan yang dasarnya terhubungkan secara kaku pada pondasi (tumpuan jepit), nilai G tidak boleh diambil kurang dari 1, kecuali dilakukan analisa secara khusus untuk mendapatkan nilai G tersebut.
Besaran ∑ ( ) dihitung dengan menjumlahkan kekakuan semua komponen struktur tekan(kolom) – dengan bidang lentur yang sama – yang terhubung secara kaku pada ujung komponen struktur yang ditinjau. Besaran ∑ ( ) dihitung dengan menjumlahkan kekakuan semua komponen struktur lentur(balok) – dengan bidang lentur yang sama – yang terhubung secara kaku pada ujung komponen struktur yang ditinjau. 4.5.5
Tekuk Lokal
Jika penampang melintang suatu komponen struktur tekan cukup tipis, maka akan ada kemungkinan timbul tekuk lokal. SNI 03-1729-2002 membatasi rasio antara lebar dengan ketebalan suatu elemen, dan penampang suatu komponen struktur dapat diklasifikasikan menjadi penampang kompak, tak kompak, dan langsing. Suatu penampang yang menerima beban aksial tekan murni, kekuatannya harus direduksi jika penampang tersebut termasuk penampang yang langsing. Rasio antara lebar dan tebal suatu elemen biasanya dinotasikan dengan simbol λ. Untuk profil WF maka kelangsingan flens dan web dapat dihitung berdasarkan rasio bf/2tf dan h/tw , dimana bf dan tf adalah lebar dan tebal dari flens sedangkan h dan tw adalah tinggi dan tebal web. Jika nilai l lebih besar dari suatu batas yang ditentukan, λr, maka penampang dikategorikan sebagai penampang langsing dan sangat potensial mengalami tekuk lokal. 4.6
Perencanaan Struktur Balok Komposit
Balok komposit merupakan gabungan antara 2 material baja (sebagai elemen balok) dan beton (sebagai elemen plat lantai). Untuk mendapatkan satu kesatuan antara baja dan beton maka dipasang shear-connector.
4-27
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4.6.1
Perbedaan Struktur Komposit dan Nonkomposit.
4.6.1.1 Balok Nonkomposit
Terjadi slip antara balok baja dan plat beton
Gambar 4-17 Slip antara Balok Baja dan Pelat Beton pada Balok Non Komposit
Apabila balok nonkomposit (tidak ada kesatuan antara balok baja dan plat beton) dibebani, maka masing-masing material akan melentur sendiri-sendiri, sehingga distribusi stress dan strain adalah sebagai berikut : Garis netral beton
Garis netral baja
(a)
(b)
Gambar 4-18 (a) Diagram Regangan Balok Non Komposit, (b) Diagram Tegangan Balok Non Komposit
4.6.1.2 Balok Komposit
Gambar 4-19 Balok Baja dan Pelat Beton Melentur Bersamaan pada Balok Komposit
4-28
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Apabila balok komposit dibebani, maka masing-masing material akan melentur bersamaan dengan kurvature yang sama, sehingga tidak terjadi slip antara baja dan beton. Sehingga distribusi stress dan strain adalah sebagai berikut: Kedua material baja dan beton akan bersama-sama memikul beban yang bekerja. connector
Garis netral penampang komposit
Strain
Stress
(a)
(b)
Gambar 4-20 (a) Diagram Regangan Balok Komposit (b) Diagram Tegangan Balok Komposit
Kerja sama antara beton dan baja dimungkinkan dengan dipasangnya elemen shear– connetor. Apabila shear-connector ini tidak cukup memberi efek komposit penuh, maka yang terjadi adalah kondisi yang disebut partial komposit. Beberapa bentuk elemen shear connector ditunjukkan oleh Gambar sebagai berikut:
(a)
(b)
(c) Gambar 4-21 (a) Stud Shear Connector, (b) Shear Connector dari Profil Baja, (c) Shear Connector dari baja
4-29
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4.6.2
Efek Pembebanan pada Struktur Komposit.
Berdasarkan
pelaksanaan/pembuatannya
struktur
komposit
dikelompokkan
kedalam 2 jenis, yaitu : 4.6.2.1 Propped Construction Pada awal konstruksi sebelum dicor lantai beton, balok baja disupport terlebih dahulu. Setelah beton mengeras dan cukup kuat, support balok baja dilepas.
Balok baja Perancah
Gambar 4-22 Propped Construction pada Balok Komposit
Pada konstruksi jenis ini, praktis pada saat beton belum mengeras, yaitu pada saat dicor atau beton masih muda, balok baja dapat dianggap tidak memikul beban beton muda tersebut. Tegangan yang terjadi pada balok baja adalah akibat berat sendiri balok baja. Tegangan akibat berat sendiri dan akibat plat beton serta beban hidup akan diterima oleh balok penampang komposit.
M
Gambar 4-23 Momen akibat DL, SDL, dan LL
4.6.2.2 Unpropped Construction Pada sistem ini balok baja diletakkan ditumpuan tanpa perancah/penyangga. Pada kondisi ini dilakukan pengecoran plat beton. Dicor beton
Balok baja
Gambar 4-24 Unpropped Construction pada Balok Komposit
4-30
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Pada sistem pelaksanaan jenis ini balok baja akan menerima beban akibat berat sendiri serta beban akibat beton muda. Setelah beton keras dan terbentuk penampang komposit, maka balok komposit akan memikul beban tambahan berupa SDL dan LL.
M’
M’’
(a)
(b)
M’’ akibat SDL dan LL
Gambar 4-25 (a) Momen Akibat Berat Sendiri Balok Baja dan Beton Muda + Pekerja, (b) Momen Akibat SDL danLL
Cara pengecoran plat beton dapat dicor pada balok baja dengan sistem sebagai berikut :
Sebagai penyangga sekaligus juga sebagai form-work beton digunakan bondek yang merupakan corrugate metal deck. Sistem ini sering dipakai pada bangunan-bangunan gedung. Corrugate metal deck tersebut sekaligus dapat diperhitungkan sebagai tulangan dar plat beton. Gambar berikut ini memperlihatkan sistem pengecoran plat beton dengan untuk bangunan gedung dengan menggunakan metal decking Beton cor insitu
Balok baja
Metal Decking
Gambar 4-26 Pengecoran Balok Komposit dengan Metal Decking dan Pelat Cor Insitu
Dengan bantuan plat beton precast Sistem ini umum digunakan pada konstruksi jembatan komposit. Beton cor insitu
Balok baja
Beton precast
Gambar 4-27 Pengecoran Balok Komposit dengan Plat Beton Precast
4-31
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Plat precast yang dipasang dibawah beton yang dicor insitu selain sebagai elemen struktural yang diperhitungkan ikut memikul beban, juga berfungsi sebgai bekisting (form-work).
Gambar 4-28 Pengecoran dengan Bekisting Sementara dari Kayu
4.6.3
Perencanaan balok komposit
Perencanaan balok komposit meliputi aspek-aspek : -
Perhitungan momen kapasitas penampang komposit (Mn), untuk LRFD Mu
2.6 Mp/Vp c. Untuk nilai 1.6 Mp/Vp < e < 2.6 Mp/Vp diambil nilai interpolasi dari kedua nilai di atas Pada perencanaan link disediakan pengaku (stiffener) yang berfungsi untuk menunda terjadinya tekuk pada bagian badan dan meningkatkan kapasitas rotasi elemen link.
(b1+b2) > (bf-2tw) ts > 0.75 tw atau 10 mm (yang terbesar)
Gambar 4-74 Pengaku Link
Ketentuan lain mengenai perencanaan pengaku pada elemen link adalah sebagai berikut: a. Untuk link dengan panjang e < 1.6 MP/VP, spasi pengaku mengikuti ketentuan sebagai berikut: -
untuk rotasi γP 0.08 rad, spasi < 30 tw – d/5
-
untuk rotasi γP 0.02 rad, spasi < 52 tw – d/5
-
untuk rotasi 0.02 < γP < 0.08 rad digunakan interpolasi linier
b. Untuk link dengan panjang 2.6 MP/VP < e < 5 MP/VP spasi pengaku yang digunakan adalah sebesar 1.5 bf dari masing-masing ujung link. c. Link dengan panjang di antara 1.6 MP/VP dan 2.6 MP/VP memiliki pengaku berdasarkan ketentuan bagian a dan b. d. Link dengan panjang > 5MP/VP tidak memerlukan pengaku antara.
4-67
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Bresing dan Balok Balok dan bresing direncanakan berdasarkan kapasitas elemen link. Kuat geser nominal link digunakan untuk mendisain elemen struktur yang lain agar tetap berperilaku elastik terhadap gaya-gaya maksimum yang dikembangkan oleh elemen link. Untuk perencanaan bresing diagonal diambil
V ult = 1.25 Ry Vn
Untuk perencanaan balok diambil
V ult = 1.1 Ry Vn
dimana: Vn = =
kuat geser nominal link diambil nilai terkecil dari Vp atau 2Mp/e.
Dari kesetimbangan elemen link didapatkan Mu: ult
Kolom Pada perencanaan kolom, momen dan gaya aksial yang diteruskan kepada kolom pada sambungan link atau batang bresing ditentukan tidak kurang dari gaya-gaya yang ditimbulkan oleh 1.1 kali kuat geser nominal link.
Gambar 4-75 Perencanaan Kolom Sistem EBF
4-68
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4.7.3.5 Bracing yang di tahan terhadap tekuk (Buckling Restrained Braced Frames/BRBF).
Gambar 4-76 Buckling-Restrained Braced Frames
Buckling-Restrained Braced Frame (BRBF) merupakan tipe baru dari sistem Concentrically Braced Frame (CBF). BRBF memanfaatkan daktilitas baja secara lebih efektif dibandingkan dengan braced frame konvensional, seperti
Special
Concentrically Braced Frame (SCBF) atau Ordinary Concentrically Braced Frame (OCBF) yang bergantung kepada tekung bresing untuk kapasitas daktilitasnya. Buckling-restrained braced telah digunakan secara luas di Jepang sebagai hysteretic dampers dengan moment resisting moment. Tipe bresing ini telah digunakan pada praktek desain di US pada tahun 1999, dan telah banyak digunakan pada sistem bangunan tahan gempa. Akibat beban yang bekerja pada struktur, elemen bresing akan menerima gaya aksial tekan sehingga kekuatannya akan berkurang akibat adanya efek tekuk pada batang tekan. Untuk mengatasi tekuk pada bracing, maka pada batang bracing dipasang suatu tambahan elemen yang dapat menahan tekuk, yaitu dengan
4-69
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
membungkus batang bracing dengan pipa baja yang kemudian di cor dengan mortar seperti diperlihatkan gambar berikut ini. A
A Casing : Steel Jacket
Inti baja
Mortar Section A - A Gambar 4-77 Buckling Restrained Braced Frame
Keuntungan BRB Buckling-restrained braced tidak memperlihatkan perilaku histeretik yang seimbang, dimana perilaku kelelehan tekan sama dengan kelelehan tariknya.
Gambar 4-78 Perilaku Histeretik Bresing Konvensional
Gambar 4-79 Perilaku Histeretik BRB
4-70
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Hal ini didapatkan dari decoupling aspek tahanan teganan dan tahanan tekuklentur dari kekuatan tekannya. Bagian inti baja menahan tegangan aksial. Bagian selimutnya, bisa dari baja, beton, komposit, atau bahan lainnya, memberikan tahanan terhadap tekuk. Bagian inti yang ditahan terhadap tekuk dapat mengembangkan regangan aksial yang seragam sepanjang penampang. Sendi plastis yang diakibatkan oleh tekuk tidak terjadi pada desain dan detail BRB. Hal ini juga mengizinkan BRB direncanakan untuk mengembangkan kuat tekan yang sangat tinggi. Karena tidak ada reduksi kekuatan material akibat instabilitas, panjang efektif inti dapat dianggap sama dengan nol. Untuk penggunaan umum dari sistem BRB, bagian inti dibagi atas 3 bagian: zona leleh (yielding zone), zona transisi (trantition zone), dan zona sambungan (connection zone).
Gambar 4-80 Bagian inti BRB
Untuk mengakomodir kelelehan aksial inti baja dan untuk mencegah instabilitas bagian selimut, detailing sambungan ujung BRB harus dapat meneruskan gaya ke bagian inti tanpa menyebabkan tagangan yang signifikan pada bagian selimut. Pada daerah sambungan ujung juga harus didesain untuk menghindari instability bresing, oleh karenanya bagian sambungan didesain memiliki kuat leleh yang lebih besar daripada inti dan selimut sehingga kelelehan dibatasi oleh panjang terbatas inti. Karena panjang zona leleh (yielding zone) berubah ketika BRB terkena deformasi elastis, ujung dari selimut didetailkan sehingga bagian yang lebih besar dari inti tidak kuat pada deformasi yang diharapkan tersebut. Dengan membatasi perilaku inelastik kelelehan aksial inti baja, bresing bisa mencapai daktilitas yang besar. Daktilitas material baja. Gambar berikut ini memperlihatkan response dari BRB akibat beban gempa, dengan tidak terjadinya buckling pada elemen bracing maka kelelehan terjadi baik pada saat bracing tertarik maupun tertekan dan balok serta kolom masih tetap dalam keadaan elastic.
4-71
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 4-81 Respons BRB Akibat Gempa
4.7.4
Sistem Rangka dengan Steel Plate Shear Wall (SPSW)
Konsep Steel Plate Shear Wall (SPSW) telah muncul selama beberapa dekade, dan telah digunakan oleh sejumlah bangunan gedung, bahkan sebelum adanya ketentuan khusus untuk perencanaan sistem struktur ini sendiri. Steel Plate Shear Wall telah dikenal oleh National Building Code of Canada dan Canadian Steel Design Standard sejak 1994. Ketentuan yang sama telah dimasukkan juga pada FEMA 450 (NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulation for New Buildings and Other Structures) pada tahun 2004. Tahun 2005, Special plate shear wall ditambahkan pada AISC Seismic Provision for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 341-05.
Gambar 4-82 Steel Plate Shear Wall
4-72
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Fungsi utama dari Steel Plate Shear Wall adalah untuk menahan geser lantai dan momen guling yang menyebabkan beban lateral. Umumnya, sistem Steel Plate Shear Wall terdiri dari sebuah dinding plat baja, dua boundary column, dan balok lantai horizontal. Dinding plat baja dan dua boundary column bekerja sebagai sebuah plat girder seperti ditunjukkan oleh Gambar 4-83. Kolom bekerja sebagai flange plat girder vertikal dan dinding plat baja bekerja sebagai web. Balok lantai horizontal sedikit banyak bekerja sebagai pengaku transversal dari plat girder.
(a)
(b)
Gambar 4-83 (a) Tipikal Plat Girder, (b) Steel Plate Shear Wall
Terminologi yang digunakan dalam perencanaan Steel Plate Shear Wall (SPSW) ini adalah plat baja vertikal yang dihubungkan dengan kolom dan balok dianggap sebagai plate badan (web plate). Kolom pada SPSW dianggap sebagai Vertical Boundary Element (VBE) dan balok sebagai Horizontal Boundary Element (HBE). Beberapa keuntungan penggunaan Steel Plate Shear Wall untuk menahan beban lateral adalah sebagai berikut: 1. Sistem direncanakan dan didetailkan agar sangat daktail dan memiliki energi disipasi yang relative besar, sehingga Steel Plate Shear Wall menjadi sistem penahan beban lateral yang efisien dan ekonomis. 2. Sistem Shear Plate Shear Wall memiliki kekakuan awal yang relative besar, karenanya sangat efektif dalam membatasi simpangan (drift). 3. Dibandingkan dengan dinding geser beton bertulang, Steel Plate Shear Wall lebih ringan, sehingga beban yang diterima oleh kolom dan pondasi lebih kecil. Beban gempa juga lebih kecil akibat berkurangnya massa struktur.
4-73
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
4. Dengan menggunakan sistem shop-welded ataupun field-bolted, proses ereksi Shear Plate Shear Wall bisa lebih cepat dan mengurangi biaya konstruksi. Inspeksi lapangan dan quality control menyebabkan sistem ini lebih efisien. 5. Tebal plat dari Shear Plate Shear Wall yang relative lebih kecil dibandingkan tebal dindin geser beton bertulang. Sehingga dari sudut pandang arsitektural, penggunaan Steel Plate Shear Wall memerlukan lebih sedikit ruang ketimbang dinding geser beton bertulang. Pada disain tipikal (seperti yang diasumsikan oleh Seismic Provision), bagian web pada steel plate shear wall tidak diperkaku dan langsing. Oleh karena itu, web dapat menahan gaya tarik yang besar, tetapi sedikit atau tanpa kemampuan menahan gaya tekan. Akibat beban lateral yang diberikan oleh sistem, tegangan geser yang yang dikembangkan pada web sampai tegangan tekan principal (arah 45o dari tegangan geser) melebihi kekuatan tekan dari plat. Pada kondisi ini, web plate tertekuk (buckle) dan membentuk garis-garis diagonal. Beban lateral ditransfer melalui plat oleh gaya tarik prinsipal (paralel terhadap garis diagonal).
4.7.4.1 Distribusi Gaya
Gambar 4-84 Gaya-Gaya dan Base Reaction pada SPSW
4-74
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
Gambar 4-85 Free Body Diagram pada Web Plate, Boundary Element Akibat Gaya-Gaya
Gambar 4-86 Free-Body Diagram dari Boundary Element untuk HBE Intermediate Akibat Gaya-Gaya
Gambar 4-84 menunjukkan gaya-gaya yang bekerja dan base reaction untuk onestory dinding plat baja. Gambar 4-85 menunjukkan gaya dalam elemen dari sistem akibat gaya-gaya yang bekerja pada Gambar 4-84.
Gaya-gaya yang terjadi
merupakan hasil dari aplikasi gaya pada Gambar 4-84 dengan mengasumsikan bahwa leleh tarik pada web plate seragam. Gambar 4-86 menunjukkan gaya dalam untuk HBE pada lantai intermediate dari multi-story wall system similar dengan single story-system yang ditunjukkan oleh Gambar 4-43. Beberapa hal menarik yang ditunjukkan oleh Gambar tersebut antara lain: -
Gaya tarik web pada HBE mengarah pada plat. Untuk HBE pada lantai level menengah tipikal, gaya-gaya dari plat di atasnya diseimbangkan oleh gayagaya dari plat di bawahnya. HBE pada level atas tidak memiliki keseimbangan gaya, sehingga menyebabkan terjadinya lentur yang signifikan. Karenanya, HBE pada level atas seringkali lebih besar dibandingkan HBE pada level yang lain.
4-75
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
-
Pada bagian dasar, gaya tarik web (arah ke atas) ditahan oleh pondasi. Sehingga dibutuhkan grade beam dari beton atau baja dengan kekuatan yang cukup untuk meng-angkur gaya tarik pada web plate tersebut.
-
Gaya tarik web pada VBE juga mengarah masuk ke web, menyebabkan lentur yang signifikan. VBE harus memiliki kekuatan lentur dan kekakuan yang cukup untuk menahan gaya-gaya ini dan mengizinkan web untuk mengembangkan kekuatan tariknya.
-
Gaya lentur pada VBE ditahan oleh compression pada HBE di bagian atas dan bawah segmen VBE (tipikal pada setiap lantai). Sehingga HBE disyaratkan menahan compression yang signifikan.
4.7.4.2 Persyaratan AISC Section 17 pada Seismic Provision berisi persyaratan untuk SPSW. Section 1-8 dann 18 berisi persyaratan untuk sistem penahan beban gempa secara umum. Persyaratan tersebut diringkas pada Gambar 4-46. Design guide tersebut memiliki panduan untuk mengaplikasikan persyaratan dan menentukan gaya-gaya. Persyaratan tersebut berdasarkan prinsip-prinsip sebagai berikut: -
Pelat badan diasumsikan mencapai kelelehan tension penuh pada sudut α dari setiap level. α berdasarkan geometri dinding dan properties dari boundary element dan ditentukan oleh Persamaan 17-2.
-
Untuk menjamin bahwa web mampu mencapai kekuatan tarik penuh, syarat kekuatan sambungan ke boundary element didasarkan pada kekuatan leleh penuh dari web, menggunakan tegangan leleh tarik rencana, Ryfy, Web dibaut atau di-las ke boundary element
-
Boundary element didesain untuk tetap elastis (dengan pengecualian sendi plastis yang diantisipasi pada ujung HBE) ketika web mencapai gaya tarik rencana pada sudut α). Karena web diasumsikan telah leleh tarik penuh (fully yield in tension), kekuatan yang disyaratkan dari boundary element dan sambungan didasarkan pada kekuatan web dan kekuatan momen plastis HBE, dikombinasikan dengan beban gravitasi.
-
Rasio momen VBE-HBE harus mengikuti persyaratan Section 9.6. Section 9 memberikan persyaratan untuk Special Moment Frames (SMF). Persyaratan ini termasuk untuk kolom yang harus cukup kuat untuk menahan beban
4-76
Struktur Baja Lanjutan – SI 4124
lentur leleh pada balok di berbagai tingkatan frame. Sehingga dapat mencapai leve energi disipasi yang lebih besar. -
Rasio tebal-lebar dari boundary element harus mengikuti persyaratan Section 8.2b, yang merupakan persyaratan yang sama dengan SMF. Persyaratan ini mengenalkan bagian yang penting bahwa aksi frame bekerja pada sistem dan elemen momen frame (boundary elemen) cukup kompak untuk mengalami deformasi inelastik signifikan.
-
Untuk alas an yang sama, HBE memiliki persyaratan bresing lateral konsisten dengan balok pada SMF.
-
Sambungan pada HBE ke VBE direncanakan membentuk sendi plastis, tetapi hal ini bukan sumber utama dari disipasi energi. SPSW tidak direncanakan mengalami simpangan yang terlalu besar seperti SMF, karenanya persyaratan sambungan momen pada SMF tidak terlalu diperlukan. Cukup digunakan persyaratan sambungan untuk Ordinary Moment Frame (OMF). Sebagai tambahan, sambungan kaku membantu mencegah perilaku histeretik pinching dari sistem.
-
Kekakuan VBE merupakan hal yang penting agar web mencapai kelelehan tarik yang seragam di keseluruhan web. Karenanya, VBE disyaratkan memiliki kekakuan lentur minimum pada Section 17.4g.
Gambar 4-87 Ringkasan Persyaratan Special Plate Shear Wall
4-77
