Bahan Ajar Perancangan Struktur Baja 1

OLEH

Nurina Yasin, ST,. MT.

UNIVERSITAS GUNADARMA

JAKARTA

2020

ii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah dan puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

segala rahmat, taufik, dan hidayah-Nya, sehingga setelah melalui proses akhirnya

penyusunan bahan ajar Perancangan Struktur Baja 1 untuk perguruan tinggi ini

dapat terselesaikan.

Penyusunan bahan ajar ini berdasarkan rujukan Satuan Acara Perkuliahan

(SAP) di Universitas Gunadarma. Bahan ajar ini nantinya akan digunakan sebagai

penunjang perkuliahan mahasiswa Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan.

Meskipun bahan ajar ini telah diselesaikan, penulis menyadari bahwa bahan

ajar ini masih jauh dari kesempurnaan, sehingga penulis mengharapkan teguran,

kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis berharap

semoga bahan ajar ini dapat memberikan manfaat bagi seluruh pihak dan penulis

mendo’akan kepada pihak – pihak yang telah membantu, semoga Allah SWT

membalasnya dengan pahala dan kebaikan, karena sebaik-baiknya pembalas adalah

Allah swt.

Depok, April 2020

Nurina Yasin, ST,. MT.

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i

KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................................... iii

BAB 1 STRUKTUR BAJA

1.1 SIFAT BAJA STRUKTUR ..................................................... 1

1.2 SIFAT FISIK DAN MEKANIKA BAJA ............................... 2

1.3 ALAT SAMBUNG BAJA ...................................................... 2

BAB 2 TIPE STRUKTUR BAJA

2.1 BAJA RANGKA BATANG .................................................. 4

2.1.1 Konstruksi Rangka atau Batang Tunggal ....................... 4

2.1.1 Konstruksi Rangka atau Batang Ganda.......................... 4

2.1.2 Konstruksi Rangka atau Batang Rangka ........................ 4

2.1.3 Konstruksi Rangka atau Batang Tersusun .................... 5

2.2 PORTAL BAJA ..................................................................... 5

2.1 BAJA KOMPOSIT ................................................................. 4

iv

BAB 3 TAHAPAN PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

3.1 SYARAT PERENCANAAN STRUKTUR BAJA ................. 9

3.2 PEMBEBANAN TERHADAP STRUKTUR ........................ 11

3.2.1 Beban.............................................................................. 12

3.2.2 Kombinasi Pembebanan ................................................. 12

BAB 4 TAHAPAN PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

4.1 BATANG (TRUSS) ................................................................. 14

4.2 FRAME/PORTAL .................................................................. 14

4.3 TIPE PROFIL.......................................................................... 15

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... v

1

BAB 1

STRUKTUR BAJA

TIU:

1. Mahasiswa memahami karakteristik/ perilaku baja sebagai bahan struktur

2. Mahasiswa mengetahui berbagai tipe struktur baja

3. Mahasiswa memahami tahapan -tahapan yang harus dipertimbangkan

dalam perencanaan struktur baja

4. Mahasiswa mengetahui beban -beban yang bekerja pada struktur

TIK:

1. Karakteristik bahan dan struktur baja, sifat fisik dan mekanik baja structural

2. Tipe struktur baja:

a) Baja rangka batang

b) Portal baja

c) Baja komposit

3. Tahapan perencanaan struktur baja

4. Pembebanan pada struktur

1.1 SIFAT BAJA STRUKTUR

Mempunyai kekuatan tarik yang sangat tinggi dan tekan yang cukup tinggi,

berkisar antara 300 – 2000 MPa, Sehingga bila dipakai sebagai bahan struktur akan

memberikan:

1. Tampang >>> relatif kecil/ramping

2. Berat struktur >>>menjadi ringan

3. Fondasi >>>menjadi hemat

Baja dibuat di pabrik sehingga mempunyai bahan yang homogen dan mutu

yang terjamin. Baja dapat digunakan berulang kali. Baja juga mudah diangkut,

disambung dan baja mempunyai sifat elastis.

Selain memiliki kelebihan. Baja juga memiliki kekurangan. Kekurangan

baja adalah:

2

1. Perlu pemeliharaan secara rutin, misalnya dengan di cat

2. Lemah pada temperatur tinggi (bila terjadi kebakaran struktur bisa runtuh

meskipun tegangan yang terjadi masih rendah)

3. Bahaya tekuk mudah terjadi pada batang yang lansing

1.2 SIFAT FISIK DAN MEKANIK BAJA

Sifat-sifat mekanis lainnya baja struktural untuk maksud perencanaan

ditetapkan sebagai berikut:

Modulus elastisitas : E = 200.000 Mpa

Modulus geser : G = 80.000 Mpa

Nisbah poisson : μ = 0,3

Koefisien pemuaian : α = 12 x 10E-6 ºC

Laporan uji material baja di pabrik yang disahkan oleh lembaga yang

berwenang dapat dianggap sebagai bukti yang cukup untuk memenuhi persyaratan

yang ditetapkan dalam standar ini. Baja yang tidak teridentifikasi boleh digunakan

selama memenuhi ketentuan berikut ini:

1. Bebas dari cacat permukaan

2 Sifat fisik material dan kemudahannya untuk dilas tidak mengurangi kekuatan

dan kemampuan layan strukturnya

3 Ditest sesuai ketentuan yang berlaku. Tegangan leleh (fy) untuk perencanaan

tidak boleh diambil lebih dari 170 MPa sedangkan tegangan putusnya (fu) tidak

boleh diambil lebih dari 300 MPa

1.3 ALAT SAMBUNG BAJA

Baut, mur, dan ring harus memenuhi ketentuan yang berlaku. Alat sambung

mutu tinggi boleh digunakan bila memenuhi ketentuan berikut:

1. Komposisi kimiawi dan sifat mekanisnya sesuai dengan ketentuan yang berlaku

2. Diameter batang, luas tumpu kepala baut, dan mur atau penggantinya, harus

lebih besar dari nilai nominal yang ditetapkan dalam ketentuan yang berlaku.

Ukuran lainnya boleh berbeda

3

3. Cara penarikan baut dan prosedur pemeriksaan untuk alat sambung boleh

berbeda dari ketentuan selama persyaratan gaya tarik minimum alat sambung

dipenuhi dan prosedur penarikannya dapat diperiksa.

Material pengelasan dan logam las harus sesuai dengan ketentuan yang berlaku.

Semua penghubung geser jenis paku yang dilas harus sesuai dengan ketentuan yang

berlaku. Baut angker harus memenuhi ketentuan Butir atau dibuat dari batang yang

memenuhi ketentuan selama ulirnya memenuhi ketentuan yang berlaku.

4

BAB 2

TIPE STRUKTUR BAJA

2.1 BAJA RANGKA BATANG

Rangka batang adalah suatu struktur rangka dengan rangkaian batang-

batang berbentuk segitiga. Pada struktur rangka batang, titik buhul sebagai

sambungan tetap/stabil dianggap atau berperilaku sebagai sendi. Untuk

menyambung titik buhul digunakan plat buhul. Pada struktur baja

sambungansambungan pada plat buhul digunakan baut, paku keeling atau las.

Struktur rangka batang merupakan kumpulan dari batang-batang yang mana

gaya-gaya batang tersebut harus diketahui. Dalam hal ini gaya-gaya batang tersebut

beberapa gaya tarik (tension force) atau tekan (compression force).

2.1.1 Konstruksi Rangka Batang Tunggal

Setiap batang atau setiap segitiga penyusunannya mempunyai kedudukan yang

setingkat, konstruksi terdiri dari atas satu kesatuan yang sama (setara).

5

2.1.2 Konstruksi Rangka Batang Ganda

Konstruksi rangka batang ganda Setiap batang atau setiap segitiga

penyusunnya setingkat kedudukannya. akan tetapi konstruksi terdiri atas dua buah

kesatuan konstruksi yang setara.

2.1.3 Konstuksi Rangka Batang Tersusun

Konstruksi rangka batang tersusun Kedudukan batang atau segitiga

penyusun konstruksi ada beda tingkatannya (konstruksi terdiri atas konstruksi

anak dan konstruksi induk). Segitiga ABC merupakan segitiga konstruksi induk,

sedang segitiga. ADE merupakan segitiga konstruksi anak.

2.2 PORTAL BAJA

Special Moment Frames (SMF)

Ini adalah jenis yang didesain dapat bekerja secara inelastis penuh. Oleh

karena itu pada bagian yang akan mengalami sendi-plastis perlu didesain secara

khusus. Cocok dipakai untuk perencanaan gedung tinggi yang masih

memungkinkan dengan sistem frame. Rangka harus memenuhi strong-colum-weak-

beam agartidakterjadi sendi plastis di kolom yang dapat menyebabkan story

mechanisms.

6

Jenis sambungan kolom-balok yang dapat dipakai di rangka SMF harus

didukung data empiris hasil uji laboratorium, yang membuktikan bahwa jenis

sambungan tadi mempunyai kemampuan daktilitas yang cukup, yaitu dapat

bertahan sampai perputaran sudut interstory-driJt minimum sebesar 0.04 radian

(AISC 200Sa). Beberapa jenis sambungan yang telah distandardisasi dan terbukti

oleh hasil pengujian adalah sebagai berikut.

7

Intermediate Moment Frames (lMF)

Jenis rangka ini mirip SMF, yaitu mampu berperilaku inelastic tetapi

terbatas. Cocok dipakai untuk sistem struktur dengan gempa yang relatif sedang,

misal bangunan bertingkat rendah. Sistem sambungan kolom-balok mirip SMF

hanya saja tingkat daktilitasnya terbatas, yaitu perputaran sudut interstory-drift

minimum 0.02 radian (Section 10.2a AISC 200Sa).

Ordinary Moment Frames (OMF)

Ini adalah jenis rangka yang didesain untuk bekerja seeara elastis saja. Oleh karena

itu hanya coeok dipakai untuk sistem struktur dengan beban gravitasi yang

dominan, misalnya bangunan tidak bertingkat yang memiliki bentang panjang.

Sistem sambungan balok-kolom yang digunakan dapat berupa sambungan momen

penuh atau full restrained (FR), tetapi dapat juga semi rigid atau partially restrained

(PR).

2.3 BAJA KOMPOSIT

Struktur komposit (Composite) merupakan struktur yang terdiri dari dua

material atau lebih dengan sifat bahan yang berbeda dan membentuk satu kesatuan

sehingga menghasilkan sifat gabungan yang lebih baik. Umumnya srtuktur

komposit berupa :

1. Kolom baja terbungkus beton / balok baja terbungkus beton (Gambar 1.a/d).

2. Kolom baja berisi beton/tiang pancang (Gambar 1.b/c).

3. Balok baja yang menahan slab beton (Gambar 1.e).

8

BAB 3

TAHAPAN PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

Tahapan penting sebelum analisa struktur adalah menyiapkan model

struktur, berupa data-data numerik dilengkapi gambar dan notasi untuk

merepresentasikan variabel-variabel penting dari suatu struktur real agar dapat

diproses dengan ana lisa struktur, baik cara manual maupun berbasis komputer.

Meskipun memakai komputer yang berharga jutaan tetapi modelnya tidak tepat

maka hasilnya juga tidak berguna. Garbage in garbage out.

Standar umum serta ketentuan - ketentuan Teknis Perencanaan Dan Pelaksanaan

struktur baja untuk bangunan gedung, atau struktur bangunan lain yang mempunyai

kesamaan karakter dengan struktur gedung. Tata cara ini mencakup:

1. Ketentuan-ketentuan minimum untuk merencanakan, fabrikasi, mendirikan

bangunan, dan modifikasi atau renovasi pekerjaan struktur baja, sesuai dengan

metode perencanaan keadaan batas.

2. Perencanaan struktur bangunan gedung atau struktur lainnya, termasuk keran

yang terbuat dari baja.

3. Struktur dan material bangunan berikut:

a) Komponen struktur baja, dengan tebal lebih dari 3 mm.

b) Tegangan leleh (fy) komponen struktur kurang dari 450 Mpa.

9

3.1 SYARAT PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

Perencanaan struktur baja harus memenuhi syarat-syarat berikut:

1. Analisis struktur harus dilakukan dengan cara-cara mekanika teknik yang baku.

2. Analisis dengan komputer, harus memberitahukan prinsip cara kerja program

dan harus ditunjukan dengan jelas data masukan serta penjelasan data keluaran.

10

3. Percobaan model diperbolehkan bila diperlukan untuk menunjang analisis

teoritis.

4. Analisis struktur harus dilakukan dengan model-model matematis yang

mensimulasikan keadaan struktur yang sesungguhnya dilihat dari segi sifat

bahan dan kekakuan unsur-unsurnya.

Bila cara perhitungan menyimpang dari tata cara ini, maka harus mengikuti

persyaratan sebagai berikut:

1. Struktur yang dihasilkan dapat dibuktikan dengan perhitungan dan atau

percobaan yang cukup aman.

2. Tanggung jawab atas penyimpangan, dipikul oleh perencana dan pelaksana

yang bersangkutan.

3. Perhitungan dan atau percobaan tersebut diajukan kepada panitia yang ditunjuk

oleh pengawas bangunan, yang terdiri dari ahli-ahli yang diberi wewenang

menentukan segala keterangan dan cara-cara tersebut.

4. Nama penanggung jawab hasil perhitungan harus ditulis dan dibubuhi tanda

tangan serta tanggal yang jelas.

Suatu struktur disebut stabil bila ia tidak mudah terguling, miring, atau

tergeser, selama umur bangunan yang direncanakan. Suatu struktur disebut cukup

kuat dan mampu-layan bila kemungkinan terjadinya kegagalan-struktur dan

kehilangan kemampuan layan selama masa hidup yang direncanakan adalah kecil

dan dalam batas yang dapat diterima. Suatu struktur disebut awet bila struktur

tersebut dapat menerima keausan dan kerusakan yang diharapkan terjadi selama

umur bangunan yang direncanakan tanpa pemeliharaan yang berlebihan.

Batas-batas lendutan harus sesuai dengan struktur, fungsi penggunaan, sifat

pembebanan, serta elemen-elemen yang didukung oleh struktur tersebut.

Batas lendutan maksimum sebagai berikut:

11

Sebagai Acuan Dan Persyaratan-Persyaratan Semua baja struktural sebelum

difabrikasi, harus memenuhi ketentuan berikut ini:

• SNI S-05-1989-F : Spesifikasi Bahan Bangunan Bagian B (Bahan

Bangunan dari Besi/baja)

• SNI 07-0358-1989-A : Baja, Peraturan Umum Pemeriksaan

• SNI 07-3014-1992 : Baja untuk Keperluan Rekayasa Umum

• SNI 03-1726-1989 : Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk

Rumah dan Gedung.

3.2 PEMBEBANAN TERHADAP STRUKTUR

Tujuan perencanaan struktur adalah untuk menghasilkan suatu struktur yang

stabil, cukup kuat, mampu-layan, awet, dan memenuhi tujuan-tujuan lainnya seperti

ekonomi dan kemudahan pelaksanaan. Suatu struktur disebut stabil bila ia tidak

mudah terguling, miring, atau tergeser, selama umur bangunan yang

direncanakan. Suatu struktur disebut cukup kuat dan mampu-layan bila

kemungkinan terjadinya kegagalan-struktur dan kehilangan kemampuan layan

selama masa hidup yang direncanakan adalah kecil dan dalam batas yang dapat

diterima. Suatu struktur disebut awet bila struktur tersebut dapat menerima keausan

dan kerusakan yang diharapkan terjadi selama umur bangunan yang direncanakan

tanpa pemeliharaan yang berlebihan.

12

3.2.1 Beban

Perencanaan suatu struktur untuk keadaan-keadaan stabil batas, kekuatan batas, dan

kemampuan-layan batas harus memperhitungkan pengaruh-pengaruh dari aksi

sebagai akibat dari beban-beban berikut ini:

1. beban hidup dan mati seperti disyaratkan pada SNI 03-1727-1989 atau

penggantinya;

2. untuk perencanaan Crain (alat pengangkat), semua beban yang relevan yang

disyaratkan pada SNI 03-1727-1989, atau penggantinya;

3. untuk perencanaan pelataran tetap, lorong pejalan kaki, tangga, semua

beban yang relevan yang disyaratkan pada SNI 03-1727- 1989, atau

penggantinya;

4. untuk perencanaan lift, semua beban yang relevan yang disyaratkan pada

SNI 03-1727-1989, atau penggantinya;

5. pembebanan gempa sesuai dengan SNI 03-1726-1989, atau penggantinya;

6. beban-beban khusus lainnya, sesuai dengan kebutuhan.

3.2.2 Kombinasi Pembebanan

Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu

memikul semua kombinasi pembebanan di bawah ini:

• 1,4D

• 1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H)

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

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

• 1,2D ± 1,0E + γ L L

• 0,9D ± (1,3W atau 1,0E)

Keterangan:

D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk

dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap.

La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,

peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda

bergerak.

13

H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air.

W adalah beban angin

E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726–1989, atau

penggantinya.

dengan, L = 0,5 bila L< 5 kPa, dan γ L = 1 bila L≥ 5 kPa. Kekecualian: Faktor beban

untuk L di dalam kombinasi pembebanan harus sama dengan 1,0 untuk garasi

parkir, daerah yang digunakan untuk pertemuan umum, dan semua daerah di mana

beban hidup lebih besar daripada 5 kPa.

14

BAB 4

KONSEP PERENCANAAN STRUKTUR BAJA

TIU:

Mahasiswa mengetahui dan memahami berbagai metode perencanaan struktur baja

serta bisa merencanakan struktur baja yang efisien

TIK:

Metode, karakteristik dan perbedaan:

1. ASDE

2. ASDP

3. LRFD

4.1 BATANG (TRUSS)

4.2 FRAME/PORTAL

15

4.3 TIPE PROFIL

Perencanaan elemen struktur baja memerlukan pemilihan tampang profil

baja yang mampu/kuat menahan beban yang bekerja secara aman dan ekonomis.

Ekonomis dimaksudkan memilih berat yang minimum atau berat terkecil per satuan

panjang, sehingga biaya murah. Pertimbangan lain adalah mudah untuk

dilaksanakan/dibangun.

Berikut merupakan beberapa metode yang dpa digunaan dalam perhitungan

struktur baja:

1. Allowable Stress Design (ASD) atau disebut juga “elastic design” atau

“working stress design”

2. Plastic Design

3. Load and Resistance Factor Design (LRFD)

16

Luas tampang profil atau momen inersia profil yang dipilih mampu

menahan beban yang bekerja sehingga tegangan yang terjadi tidak melebihi

tegangan ijinnya. Tegangan ijin baja berada pada daerah elastis dan lebih kecil dari

tegangan lelehnya (Fy) Tegangan ijin baja diperoleh dari tegangan leleh atau

tegangan tarik ultimit dibagi faktor aman.

Disebut juga working stress design karena tegangan dihasilkan dari beban

riil yang bekerja atau applied loads. Beban yang bekerja dikenal sebagai service

loads. Tegangan yang dihasilkan dari beban riil yang bekerja tidak melebihi

tegangan ijinnya.

Berdasar pada pertimbangan kondisi gagal (dalam arti colapse atau

berdeformasi besar/ masuk daerah plastis), elemen dipilih menggunakan kriteria

struktur akan gagal oleh beban yang secara substansi lebih dari beban kerja (beban

dikali load factor) Prosedurnya: beban kerja dikalikan load factor untuk

mendapatkan failure load, pilih luas tampang profil yang mampu menahan failure

load tsb. Profil aman pada beban kerja

Hampir sama plastic design, tetapi selain beban dikalikan load factor kekuatan

batang di reduced dengan resistance factor, sedemikian hingga:

Beban x faktor beban < kekuatan x faktor tahanan

Faktor beban > 1, sedang faktor tahanan < 1

Rumus umumnya:

∑ γi Qi ≤ φ Rn

Berikut merubakan pembebanan metode LRFD:

1.4D

1.2D + 1.6L + 0.5 (Lr or S or R)

1.2D + 1.6 (Lr or S or R) + (0.5L or 0.8W)

1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5 (Lr or S or R)

1.2D ± 1.0E + 0.5L + 0.2S

0.9D ± (1.3W or 1.0E)

D: beban mati, L: beban hidup, Lr: beban hidup atap, W: beban angin dan E:

beban gempa, S:Snow, R:Rain (LRFD Steel Design, William T. Segui)

17

rumus umum: ∑ γi Qi ≤ φ Rn

Pada batang tarik: ∑ γi Qi ≤ φt Pn

18

kekuatan nominal leleh: Pn = Fy Ag

kekuatan nominal retak: Pn = Fu Ae,

beban berfaktor: ∑ γi Qi = Pu

Maka pilih yg terkecil dari:

Pu ≤ 0.90 Fy Ag

atau

Pu ≤ 0.75 Fu Ae

dengan Ae=Ag-Alubang

Bolted connections

Ae = UAn

Welded connections

Ae = UAg

Dengan faktor reduksi:

U = 1 – x/L ≤ 0.9

19

Kekuatan tarik nominal dihitung sbg:

Pn = As Fu

= 0.75 Ab Fu

dengan: As = stress area = 0.75 Ab

Ab = nominal area

20

21

Panjang tekuk KL, tergantung perletakan ujung kolom

π2 E A

Pcr = -----------

( KL / r )2

22

v

DAFTAR PUSTAKA

Achfas Zacoeb. 2018. Struktur Rangka Batang di http://zacoeb.lecture.ub.ac.id

(diakses pada tanggal 21 September 2019)

As’at Pujianto, Struktur Komposit Dengan Metode Lrfd di

https://ekhalmussaad.files.wordpress.com (diakses pada tanggal 21

September 2019)

Dewobroto, Wiryanto. 2015. Struktur Baja Perilaku, Analisis & Desain AISC

2010. Jakarta: Lumina Press

Feri Noviantoro. 2009. Perancangan Struktur Baja (Bag 1,2 & 3) di

http://feri82.blogspot.com/2009/08/perencanaan-struktur-baja-bag1.html

(diakses pada tanggal 21 September 2019)