...

5-Optimasi Tinggi Lubang Baja Kastilasi -Astariani

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Transcript

5-Optimasi Tinggi Lubang Baja Kastilasi -Astariani
32 Media Bina Ilmiah
ISSN No. 1978-3787
OPTIMASI TINGGI LUBANG BAJA KASTILASI DENGAN PENGAKU
PADA PROFIL BAJA IWF 300 X 150
Oleh :
Ni Kadek Astariani
Universitas Ngurah Rai Denpasar
Abstrak: Penggunaan profil wide flange konvensional sudah tidak ekonomis lagi untuk struktur dengan
bentang panjang,. Baja kastilasi menjadi salah satu solusi dari permasalahan tersebut karena dapat
mengurangi berat total material konstruksi tanpa pengurangan daya dukung yang berhubungan dengan
penurunan harga struktur baja secara keseluruhan. Pada penelitian ini dicoba menganalisa profil baja IWF
300x150. Pada profil ini diberi pengaku badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm.Jadi tinggi
lubang optimum yang didapat adalah 340 mm untuk panjang bentang 6 meter dengan qu sebesar 36,79 kg/cm
dan untuk panjang bentang 12 mm tinggi lubang optimum adalah 460 mm dengan qu sebesar 9,43 kg/cm.
Kata kunci : pengaku,baja kastilasi, profil IWF
Pendahuluan
Penggunaan baja dengan bentuk penampang
diprofil (mis. profil WF) merupakan salah satu
material konstruksi suatu bangunan yang telah
digunakan secara luas. Profil wide flange (I) ini
sering digunakan untuk struktur bangunan baik
untuk balok maupun kolom. Untuk struktur dengan
bentang panjang, penggunaan profil wide flange
konvensional sudah tidak ekonomis lagi. Baja
kastilasi menjadi salah satu solusi dari permasalahan
tersebut karena dapat mengurangi berat total
material konstruksi tanpa pengurangan daya dukung
yang berhubungan dengan penurunan harga struktur
baja secara keseluruhan.
Adapun pembuatan baja kastilasi dapat
dilakukan dengan memotong profil baja searah
sumbu batang sehingga didapatkan dua bagian profil
tersebut yang sama, kemudian kedua bagian profil
tersebut disambung pada bagian punggungnya
dengan las, maka didapatkan profil baru dimana
beratnya sama dengan profil sebelumnya tetapi lebih
tinggi. Dengan meninggikan profil baja tersebut
dapat meningkatkan inersia baja tersebut sehingga
dapat memperkecil tegangan yang terjadi.
Perubahan tinggi lubang badan pada balok
mempengaruhi pada luas badan dan makin tinggi
profil dibuat, makin besar lubang pada lubang pada
badan yang diperlukan, hal ini berakibat luas bidang
badan penampang balok berkurang sehingga
kapasitas geser berkurang pula. Dalam perhitungan
nantinya lubang badan harus diperhitungkan.
Gaya geser dan lendutan mempengaruhi
dalam menganalisa tinggi lubang badan yang akan
dibuat. Gaya geser mempengaruhi kapasitas geser
profil dalam memikul beban yang bekerja sedangkan
lendutan membatasi besarnya beban yang diterima
oleh profil baja hal ini mengakibatkan hasil yang
_______________________________________________
Volume 7, No. 4, Juli 2013
didapatkan untuk tinggi lubang badan bervariatif.
Tinggi lubang optimum didapatkan bila kapasitas
geser profil baja lebih kecil dari gaya geser akibat
beban yang dipikul oleh profil baja tersebut.
Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan
di atas, tulisan ini akan menganalisa berapa tinggi
lubang badan (Ds) optimum yang disertai dengan
penambahan pengaku badan sehingga didapatkan
profil baja kastilasi yang memenuhi tegangan serta
stabilitas penampang
Metode Perhitungan
a.
Data –data perhitungan
Data-data dalam perhitungan adalah sebagai
berikut: Mutu profil baja yang digunakan adalah BJ
37 yang mempunyai sifat mekanis
• Tegangan leleh baja : fy = 240 MPa
• Modulus elastisitas : E = 200.000 MPa
b.
Anggapan – anggapan Dasar/Asumsi
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam studi ini
adalah :
1. Bahan atau material balok bersifat sama di
semua penampang.
2. Dalam menghitung besarnya beban, berat
sendiri profil untuk sementara diabaikan
3. Pengaruh suhu diabaikan
4. Lubang pada pelat badan berbentuk segienam
c.
Perhitungan Mekanika
Perhitungan ini menggunakan peraturan LRFD
(Load and Resistance Faktor Design) dengan
langkah dasar adalah sebagai berikut :
1. Tentukan ukuran profil WF
2. Tentukan tinggi lubang pada badan balok (Ds)
http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787
3. Periksa kelangsingan pada penampang balok (λ
< λ p)
Pada Flens
Pada Web
4.
5.
6.
7.
Bila tidak memenuhi maka kecilkan tinggi
lubang (Ds)
Hitung kuat lentur nominal penampang dengan
pengaruh tekuk lateral
Hitung besarnya beban merata (qu) yang
diterima balok
Control lendutan (∆L ≤ L/240) dengan metoda
elastic, bila tidak memenuhi beban merata (q)
diperkecil berdasarkan persamaan ∆L = L/240,
kemudian hitung Mu dari beban merata yang
didapat dengan terlebih dahulu merubah q ke qu
dengan mengalikan suatu faktor suatu faktor
beban
Hitung panjang pengelasan =
Media Bina Ilmiah 33
Hasil Dan Pembahasan
a.
Perhitungan Balok Baja Kastilasi dengan
Pengaku Badan
Profil baja I WF yang sudah dirubah menjadi
balok baja kastilasi diperkaku pada badan dengan
menambahkan pelat di bagian badannya untuk
mengetahui seberapa jauh pengaruh pengaku
terhadap kekuatan balok kastilasi tersebut.
Data profil balok baja kastilasi C 310 x 150
Gambar 2. Profil baja kastilasi dengan pengaku
badan
Profil Baja Kastilasi
C 300 x 150
Dc = 300 mm
tf = 9 mm
tw = 6,5 mm
B = 150 mm
bf = B/2 = 75 mm
r = 9 mm
8. Periksa gaya geser pada tampang kritis (Vux ≤ φ
Vn ) sejarak 1,5 Lw dari tumpuan.
Setelah semua balok profil baja kastilasi dianalisa,
hasil perhitungan dibuatkan dalam bentuk tabel
profil baja kastilasi.
Gambar 3 Penampang melintang profil
kastilasi dengan pengaku badan
baja
1.
Ukuran pelat pengaku badan
Tebal pelat pengaku harus lebih besar dari
setengah tebal sayap. Diambil tebal pelat penebal
sayap (ts) 8 mm.
0,56
!
Lebat pelat pengaku (bs)
bs
= 0,56
"
. 8 % 129,34 ,,
diambil lebar pelat pengaku = 100 mm
2.
Tinggi lubang badan (Ds)
Ds = 2 x (A – (2 x tf + 2 x Dtee)
Nilai Dtee bervariasi, untukbaja I WF 300 x 150
dimulai dengan Dtee = 116 mm dan untuk nilai Dtee
selanjutnya nilai Dtee awal dikurangi 5 mm. Untuk
nilai Dtee = 116 mm, tinggi lubang adalah :
Ds = 2 x (300 – ( 2 x 9 + 2 x 116) = 100 mm
Gambar 1 Diagram Alir (flow chart) Analisis
Tinggi Lubang Badan
3.
Tinggi profil baja kastilasi
Dc = (2 x tf) + (2 x Dtee) + Ds
= (2 x 9) + (2 x 116) + 100
= 350 mm
_______________________________________
http://www.lpsdimataram.com
Volume 7, No. 4, Juli 2013
34 Media Bina Ilmiah
4.
ISSN No. 1978-3787
Periksa kelangsingan penampang (λ < λp)
Pada flens
.
=
√ "
= 8,33 < 10,973
(penampaang kompak)
Pada web
=
5.
0
.
,-
0
√ "
=
8.
62,462 < 108,444 (penampang kompak)
Inersia profil baja kastilasi
Ibr = (2x(1/12 x 150 x 93 + 150 x 9 x (175 – ½ x 9)2
+ (1/12 x 6,5 x 332)2 = 98329849,33 mm4
Ibr = 9832,99 cm4
Ilb = (1/12 x 6,5 x 1002) = 5416,67 mm4 = 54,17 cm4
Ix = Ibr - Ilb = 9778,82 cm4
Sx = Ix / 0,5 Dc = 9778,82 / (0,5x35) = 558,79 cm3
Iy = 2 x (1/12 x 9 x 1503) + 1/12 x (332 – 100) x
6,53 = 5067809,417 mm4 = 506,78 cm4
6.
Modulus penampang plastis profil baja kastilasi
12 % 34 565789 : 4 ;< = >?
12 % D951505 350 : 9 E = >?
3
0-
@
2.
A 54B 5 ?
A 56,55 ?
3
0-
= 623214 mm = 623,21 cm
7.
2.
@
AC
AC
Momen Ultimit
Pemeriksaan panjang bentang
Iy = 506,78 cm4
An = 2 x (9 x 150) + 232 x 6,5 = 4208 mm2 =
42,08 cm2
F
- ,
" ,
%
G
ry =
!
Lp = 1,76. Ry.
176,30 9,
I
% 3,47 9,
= 1,76 x 3,47 x
"
9.
Jadi Lr (483,88) ≤ L (600), ini termasuk bentang
panjang
Mn = Mcr ≤ Mp
Mn = Mp
Mp = Zx . fy = 623,21 x 2400 = 1495704 kg/cm2
Mu ≤ φb Mn
Mu = 0,9.1495704 = 1346133,6 kgcm
Besarnya beban merata yang dipikul profil baja
kastilasi
Mu = 1/8 x qu x L2
qu = 8 x Mu / L2 = 8 x 1346133,6 / 6002 =
29,91 kg/cm
φq = qu
q = qu/φ = 29,91 /1,7 = 17,60 kg/cm
Kontrol lendutan
∆L ≤ L/240
5 [. \"
\
5
384 ]. ^
240
5517,605 600 "
3845200000059778,82
600
240
1,52 cm ≤ 2,5 cm (lendutan memenuhi syarat)
10. Panjang pengelasan (Lw)
Dalam menentukan panjang pengelasan kita
anggap bahwa profil tersebut adalah
penampang tersusun yang dibentuk dengan
menggunakan sarana penyambung las.
%
Lr = ry. ? J A 1 = 1 = L . MN
fl = fy – fr
O
!.R.S.G
X1 = P
Q
X2 =
K
P
4.? Q A
R
T
.
F
F .U V
-
Gambar 4. Panjang pengelasan (Lw) profil kastilasi
dengan pengaku badan
fl = 2400 – 0,3.2400 = 1680 kg/cm2
G = E / 2(1+µ) = 2.106 / (2x(1+0,3)) = 770000
kg/cm2
J = 1/3 (2A.tf3 + h.tw3) = 1/3 (2.150.93 +
332.6,63) = 94137,67 mm4 = 9,41 cm4
Cw =
X1
%
,
=
. 0-
O
-- , .
98229,35 XY/9,
X2 = 4.?
6
-- , .
A
..,.4
7,43.10 cm /kg
Lr = 3,32. ?
= 483,88 cm
.
V
2
.,0-
0-
.?
.
% 158368,75 9,
W.
..," ." ,
%
A =
A 1 = 1 = 7,43. 10 . 1680
_______________________________________________
Volume 7, No. 4, Juli 2013
Direncanakan banyaknya lubang pada badan
balok adalah 10 buah untuk setengah bentang
balok. Panjang pengelasan (Lw) adalah :
∑ 3. \` = 0,5\` % 0,5 \
30.Lw + 0,5 Lw = 300
30,5 Lw = 300
Lw = 9,836 cm
Panjang pengelasan (Lw) di sepanjang setengah
bentang balok
Panjang pengelasan sepanjang balok (Ltot)
Gaya geser yang terjadi pada bidang kontak
antara kedua pelat tersebut dianggap terjadi di
tengah bentang yang diakibatkan oleh momen
lentur. Besarnya gaya geser tersebut adalah :
http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787
cb . 1
^
Media Bina Ilmiah 35
1346133,6.639,46
9832,99
% 87541,90 XY
φy Rnw = 0,9.tc.fy = 0,9 x 0,5 x 2400
= 1404 kg/cm
-" ,.
Ltot =
%
% 62,35 9,
ab %
%
Tabel 1. Profil baja kastilasi dar profil baja I WF
300x150, L = 6 m, fy = 240 MPa, ts = 8
mm,
bs = 100 mm
" "
Kontrol panjang pengelasan (Lw)
∑ 3. \` = 0,5\` > Ltot
30,5 x 9,836 > 62,35
299,998 cm > 62,35 cm
( panjang pengelasan Lw memenuhi syarat)
11. Periksa gaya geser pada tampang kritis
Gambar 5. Gaya geser yang terjadi pada tampang
kritis profil baja kastilasi dengan
pengaku
Gaya geser yang terjadi pada tampang kritis
pada jarak 1,5 Lw dari tumpuan sebesar Vux.
Vu = ½ x qu x L = ½ x 29,91 x 600 = 8973 kg
Vux
=
db27
,-2e
,-2e
8531,71 XY
,-2eB ;
7 89 : 8f /4B ;
%
. 027 ,-2
1,10g
,-2
,-2., 0
;
%
Xh . ]
5
; Xh % 5 =
k
Mi
? A
l
kn = 5 (asumsi tidak ada pengaku vertikal)
350 : 100
55200000
1,10g
6,5
240
38,46 ≤ 71
Vn = 0,6. fy . Aw = 0,6 x 2400 x (35 -10) x 0,65)
= 23400 kg
Vux ≤ φ Vn
8531,71 ≤ 0,9 x 23400
8531,71 kg ≤ 21060 kg
(kapasitas geser profil baja kastilasi memenuhi)
Untuk perhitungan balok baja kastilasi dengan
tinggi lubang badan lainnya dibuatkan dalam
tabel.
Dari Tabel 1 pada saat tinggi lubang ditambah
menjadi 360 mm perhitungan dihentikan, karena
gaya geser Vn = 10108,80 kg, sedangkan gaya geser
pada tampang kritis sejauh 1,5Lw adalah Vux =
10571,39 kg, sehingga kapasitas geser profil baja
kastilasi tidak memenuhi.
_______________________________________
http://www.lpsdimataram.com
Volume 7, No. 4, Juli 2013
36 Media Bina Ilmiah
Tabel 2. Profil baja kastilasi dar profil baja I WF
300x150, L = 12 m, fy = 240 MPa, ts = 8
mm,
bs = 100 mm
ISSN No. 1978-3787
meter tinggi lubang badan optimum adalah 460 mm
dengan qu sebesar 9,43 kg/cm.
Penutup
a.
Simpulan
Berdasarkan hasil perhitungan terhadap tinggi
lubang badan pada profil baja kastilasi dapat diambil
beberapa kesimpulan yaitu :
1. Tinggi
lubang optimum dipengaruhi oleh
kapasitas geser profil baja kastilasi pada
tampang kritis yaitu 1,5Lw dari tumpuan.
2. Kapasitas geser profil baja semakin kecil
dengan pertambahan tinggi lubang badan,
akibat luas badan profil baja berkurang.
3. Lendutan membatasi besarnya beban merata
yang dapat dipikul oleh profil baja kastilasi
artinya control lendutan 1/240 L memperkecil
beban merata.
4. Pemberian pengaku pada badan meningkatkan
kapasitas geser profil baja kastilasi tersebut.
Pada profil baja kastilasi yang diberi pengaku
badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100
mm, tinggi lubang badan optimum yang didapat
adalah 340 mm untuk panjang bentang 6 meter
dengan qu sebesar 36,79 kg/cm dan untuk
panjang bentang 12 meter tinggi lubang badan
optimum adalah 460 mm dengan qu sebesar
9,43 kg/cm.
b.
Dari Tabel 2 pada saat tinggi lubang ditambah
menjadi 480 mm perhitungan dihentikan, karena
gaya geser Vn = 5054,40kg, sedangkan gaya geser
pada tampang kritis sejauh 1,5Lw adalah Vux =
5375,65 kg, sehingga kapasitas geser profil baja
kastilasi tidak memenuhi.
b.
Pembahasan Hasil Perhitungan
Pada profil baja kastilasi yang diberi pengaku
badan dengan tebal pelat 8 mm dan lebar 100 mm,
tinggi lubang badan optimum yang didapat adalah
340 mm untuk panjang bentang 6 meter dengan qu
sebesar 36,79 kg/cm dan untuk panjang bentang 12
_______________________________________________
Volume 7, No. 4, Juli 2013
Saran
Saran-saran yang dapat diambil berdasarkan
hasil perhitungan tinggi lubang badan optimum
profil baja kastilasi adalah sebagai berikut :
1. Dalam menentukan tinggi lubang badan
optimum yang lebih akurat, penambahan tinggi
lubang badan diatur sedemikian rupa sehingga
gaya geser akibat beban merata yang dipikul
oleh profil baja tersebut mendekati kapasitas
geser profil baja.
2. Untuk mendapatkan hasil yang lebih variatif,
bentuk lubang dapat dibuat dengan ukuran yang
berbeda misalnya berbentuk bulat, begitu pula
dengan jenis perletakan dan pembebanannya.
Daftar Pustaka
Anonim, 2000, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja
Untuk
Bangunan
Gedung,
Penerbit
Laboratorium Mekanika Struktur Pusat
Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa
Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Anonim, 2000, Kursus Singkat Perencanaan Struktur
Baja dengan Metoda LRFD, Penerbit
Laboratorium Mekanika Struktur Pusat
http://www.lpsdimataram.com
ISSN No. 1978-3787
Penelitian Antar Universitas Ilmu Rekayasa
Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Gunawan T. dan Margaret S., 1998, Teori Soal dan
Penyelesaian Konstruksi Baja I Jilid I, Delta
Group Jakarta.
Rene Amon, Bruce Knobloch, Atanu Mazubder,
1996, Perencanaan Konstruksi Baja untuk
Insinyur dan Arsitek 1, PT. Pradnya Paramita.
Media Bina Ilmiah 37
Salmon, Charles G. dan Johnson E, 1992, Struktur
Baja dan Desain dan Perilaku 1 dan 2 edisi
ketiga, terjemahan Ir. Mc. Prihminto Widodo,
PT. Gramedis Pustaka Utama, Jakarta.
Schodek, Daniel, 1995, Struktur, terjemahan Ir.
Bambang Suryoatmono, M.Sc., PT. Eresco.
Spiegel, Leonard dan Limbrumer, George F., 1991,
Desain Baja Struktural Terapan, terjemahan Ir.
Bambang Suryoatmono, M.Sc., PT. Eresco.
_______________________________________
http://www.lpsdimataram.com
Volume 7, No. 4, Juli 2013
Fly UP