PERTEMUAN I

PERTEMUAN viIIMATA KULIAH STRUKTUR BAJA IIANDRE NOVAN, ST, MTSTRUKTUR BAJA KOMPOSITPENDAHULUANStruktur Komposit dalam bahasan ini berarti : Interaksi antara 2 material berbeda pembentuk elemen penahan gaya beban luar yang bekerja sama seolah-olah monolith dalam memikul gaya tersebut. Material dalam pengertian ini meliputi Baja struktural dan beton.

Secara umum struktur komposit terbagi atas 2 golongan berdasarkan perilaku :Struktur Komposit Penahan gaya aksialBeton membungkus baja (beton dicor membungkus profil) atau Encased Composited Column.Beton mengisi baja (beton dicor mengisi profil) atau Filled Composited Column.Struktur Komposit Penahan gaya lenturBeton pelat deck komposit dengan Balok Baja (Concrete Slab Steel Composited Beam).Beton membungkus balok baja (Concrete Encased Composite Beam)

Encased Composited ColumnFilled Composited ColumnBaja PipaBeton pengisiBaja WFBeton Pembungkus

SLAB BETON-BALOK BAJA KOMPOSITDahulu struktur pelat beton yang dicor diatas balok baja WF tidak diperhitungkan beraksi bersama (komposit) dalam aksi lentur. Sulitnya membuat struktur yang mampu memberikan lekatan (bonding) yang memadai antara material beton dengan baja menjadi alasan utama. Dengan dikembangkannya sistem Las, maka semakin mempermudah untuk membuat elemen SHEAR CONNECTOR dan Pelat BONDEK menyatu dengan baja profil WF. Hal ini sangat membantu terjaminnya aksi Komposit bekerja dalam menahan gaya geser horizontal antara beton-baja saat beban lentur bekerja. Baja Komposit Tipikal IBaja Komposit Tipikal IIBaja Komposit Tipikal IIIPelat BetonPelat BetonBaja Komposit Tipikal IVBaja WFBaja WFShear ConnectorShear Connector

ILUSTRASI DEK KOMPOSITAKSI KOMPOSITAksi komposit terjadi jika dua elemen struktural pemikul beban seperti sistem lantai beton dan balok baja secara bersamaan terhubung dan berdefleksi sebagai satu kesatuan. Secara lebih jauh aksi komposit berdasarkan provisi yang berlaku merupakan didefinisikan sebagai suatu jaminan terbentuknya regangan linier tunggal dari sisi atas pelat beton ke sisi bawah penampang baja.

M (slab)M (balok)M (slab)M (balok)CTeCTe"SlipSlipNo SlipNA Composite sectionNA SlabNA BalokNA SlabNA Balok(a) No Interaction(a) Partial Interaction(a) Complete Interaction(a) Defleksi Non Komposit (b) Defleksi Komposit KEUNTUNGAN DAN KERUGIANKEUNTUNGAN AKSI KOMPOSIT :Mereduksi berat sendiri Baja profilBalok baja lebih rendahMeningkatkan kekakuan lantaiMeningkatkan panjang bentang .Berat baja yang dapat dihemat sekitar 20% sampai 30% dengan sistem komposit penuh. Dengan digunakannya profil balok baja yang lebih rendah dapat menghemat tinggi lantai gedung, tinggi gedung total dan elemen lemen sekunder seperti tangga dan dinding geser.KERUGIAN AKSI KOMPOSIT :Untuk balok dengan sistem menerus maka terjadi perubahan kekakuan antara daerah lapangan dan tumpuan, ini dikarenakan pada daerah tumpuan dengan momen negatif pelat beton yang mengalami tarik diabaikan sehingga menurunkan nilai inersia.LEBAR EFEKTIFLebar Efektif : Lebar ekivalen yang merupakan idealisasi penyeragaman sebaran tegangan yang terjadi pada pelat dan balok dalam jarak tertentu. Lebar efektif bE untuk sayap pada elemen komposit diformulasikan : bE = bf +2b

LEBAR EFEKTIFSimplifikasi praktis untuk tujuan disain ditetapkan dalam LRFD :Untuk gelagar interior :bE L/4bE bo (untuk jarak spasi yang sama)Untuk gelagar exterior :bE L/8 + (jarak dari pusat balok ke sisi pelat)bE 1/2 bo + (jarak dari pusat balok ke sisi pelat)

Simplifikasi praktis untuk tujuan disain ditetapkan dalam ACI :Untuk gelagar interior :bE L/4bE bo (untuk jarak spasi yang sama) bE bf + 16tsUntuk gelagar exterior :bE L/12bE bf + 16tsbE (jarak bersih ke balok sebelahnya)

bEbEtsbfbfbfbfbobobob'b'b'KUAT MOMEN NOMINAL PENAMPANG KOMPOSIT PENUHKekuatan momen nominal Mn dari penampang komposit saat pelatnya dalam kondisi kompresi (momen positif) yang tergantung dari Fy dan propertis penampang balok baja (h/tw=), kuat tekan beton fc dan kapasitas shear connector.

Konsep kuat nominal (Ultimate strength) penampang komposit pertama kali diterapkan oleh ASCE-ACI disempurnakan oleh Slutter dan Driscoll. Berlaku dalam konteks LRFD atas jasa Hansell.

Kuat momen nominal Mn saat slab mengalami kompresi (momen positif) terbagi atas 2 kategori tergantung pada kelangsingan web, yaitu :Untuk h/tw (3.76E/Fyf)Mn = kuat momen nominal berdasarkan distribusi tegangan plastis pada penampang kompositb = 0,9Untuk h/tw > (3.76E/Fyf)Mn = kuat momen nominal berdasarkan superposisi tegangan elastis yang mempertimbangkan efek shoringb = 0,9Fyf = kuat leleh flens

Kuat momen nominal Mn berdasarkan distribusi tegangan plastis bisa dibagi atas 3 kategori umum :PNA (plastic Neutral Axis) berada dalam slab.PNA berada dalam flens baja profilPNA berada dalam web baja profil

Beton diasumsikan hanya memikul tegangan kompresi, meskipun beton mempunyai kapasitas tertentu dalam memikul tegangan tarik namun diabaikan.1. PNA BERADA DALAM SLABAsumsikan pada beton berlaku distribusi tegangan whitney (tegangan seragam 0,85fc) sehingga gaya tekan C:

Gaya tarik T tegangan leleh baja dikalikan luas penampangnya :Dengan C = T maka :Momen Nominal :2. PNA BERADA DALAM FLENS BAJA PROFILJika kedalaman blok tegangan a melebihi tebal slab ts dan dengan asumsi pada beton berlaku distribusi tegangan whitney (tegangan seragam 0,85fc) sehingga gaya tekan C:Kesetimbangan horizontal :Sedangkan gaya tarik T adalah :Penyamaan persamaan menjadi :atauTinggi blok tekan dalam flens baja :

Momen Nominal :

3. PNA BERADA DALAM WEB BAJA PROFILJika kedalaman blok tegangan a melebihi tebal slab ts dan flens baja tf dan dengan asumsi pada beton berlaku distribusi tegangan whitney (tegangan seragam 0,85fc) sehingga gaya tekan C:

Dari kesetimbangan horizontal :Sedangkan nilai T yang merupakan gaya tarik netto baja adalah : Penyamaan persamaan diatas :Menghasilkan nilai gaya tekan pada web baja :Dengan nilai gaya tekan pada flens baja :Nilai tinggi blok tekan pada web baja bisa dicari :Sehingga kapasitas momen nominal Mn :

KATEGORI KUAT MOMEN NOMINAL (Mn)bEtsdd/20.85fc0.85fcTCwCcCfd2d2d3d3d30.85fcCTFyd1aFyFyFyFyCcTCfPNA Dalam SlabPNA Dalam Flens BajaPNA Dalam Web BajaUmumUntuk menahan gaya geser horizontal yang bisa menimbulkan slip antara slab beton dengan profil baja dibutuhkan elemen penghubung dan penahan secara mekanikal yang disebut dengan SHEAR CONNECTOR.

Bentuk shear connector bermacam-macam seperti yang terlihat pada gambar dibawah :SHEAR CONNECTOR

(c) Type Stud(d) Type Siku

SHEAR CONNECTOR DALAM PELAT BONDEKTransfer beban untuk momen positif :Untuk aksi komposit dengan beton yang dikenai tekanan lentur gaya geser horizontal total V diantara titik momen positif maksimum dan titik momen nol seharusnya diambil dari nilai terkecil berkenaan dengan kondisi batas sebagai berikut :Beton remuk (Concrete crushing) : V = 0.85 fcAcLeleh tarik dari penampang baja : V = Fy.As Kekuatan Shear Connector : V = QnDengan :Ac=luas slab beton pada lebar efektif (mm2)As=luas penampang baja (mm2)Qn= jumlah kekuatan nominal shear connector antara titik maksimum momen positif dan titik momen nol (N)PROVISI SHEAR CONNECTOR(2)Transfer beban untuk momen negatif :Pada balok komposit dengan bentang menerus dimana baja tulangan longitudinal pada daerah momen negatif diperhitungkan berperilaku komposit dengan balok baja, gaya geser horizontal total antara titik maksimum momen negatif dan titik momen nol seharusnya diambil nilai terkecil dari :Leleh Tarik tulangan beton : V = ArFyrKekuatan Shear Connector : V = QnDengan :Ar=luas baja tulangan longitudinal dalam lebar efektif slab beton (mm2)Fyr=tegangan leleh minimum baja tulangan (MPa)Qn= jumlah kekuatan nominal shear connector antara titik maksimum momen positif dan titik momen nol (N)

(3)Kuat Geser Stud Shear Connector:Kuat nominal satu stud connector yang ditanam kedalam pelat beton komposit adalah :PROVISI SHEAR CONNECTORDengan variabel :Asc=luas penampang stud connector (mm2)Ec= modulus elastisitas beton (Mpa)Fu=kuat tarik minimum stud connector (Mpa)Rg= 1 (a) untuk stud dilas ke dek rib dengan arah dek tegak lurus penampang baja (b) untuk stud dilas langsung dalam baris ke penampang baja (c) untuk stud dilas dalam baris melalui deck baja dengan arah deck sejajar baja dan rasio lebar rib rerata dengan kedalaman rib>1,50.85 (a) dua stud dilas pada deck rib baja dengan arah deck tegak lurus baja (b) satu stud dilas melalui baja deck dengan arah deck sejajar penampang baja dan rsio lebar rib dengan kedalaman rib 50mm (b) stud dilas melalui deck baja yang digunakan sebagai aterial pengisi gelagar dan ditanamkan dalam slab komposit dengan arah deck sejajar balok.0,6 stud dilas dalam slab komposit dengan arah deck tegak lurus balok dan emid-ht