TEKNIK STRUKTUR BANGUNAN DENGAN KONSTRUKSI BAJA
Sifat Baja sebagai Material Struktur Bangunan
Penggunaan baja
sebagai bahan struktur utama dimulai pada akhir abad kesembilan belas
ketika metode pengolahan baja yang murah dikembangkan dengan skala yang
luas. Baja merupakan bahan yang mempunyai sifatstruktur yang baik. Baja
mempunyai kekuatan yang tinggi dan sama kuat pada kekuatan tarik maupun
tekan dan oleh karena itu baja adalah elemen struktur yang memiliki
batasan sempurna yang akan menahan beban jenis tarik aksial, tekan
aksial, dan lentur dengan fasilitas yang hampir sama. Berat jenis baja
tinggi, tetapi perbandingan antara kekuatan terhadap beratnya juga
tinggi sehingga komponen baja tersebut tidak terlalu berat jika
dihubungkan dengan kapasitas muat bebannya, selama bentuk-bentuk
struktur
yang digunakan menjamin bahwa bahan tersebut dipergunakan secara efisien.
Keuntungan Baja sebagai Material Struktur Bangunan
Di samping kekuatannya yang besar untuk menahan kekuatan
tarik dan tekan tanpa membutuhkan banyak volume, baja juga mempunyai
sifatsifat lain yang menguntungkan sehingga menjadikannya sebagai salah
satu bahan bangunan yang sangat umum dipakai dewasa ini.
Beberapa keuntungan baja sebagai material struktur antara lain:
Kekuatan Tinggi
Dewasa ini baja bisa diproduksi dengan berbagai kekuatan
yang bisa dinyatakan dengan kekuatan tegangan tekan lelehnya (Fy) atau
oleh tegangan tarik batas (Fu). Bahan baja walaupun dari jenis yang
paling rendah kekuatannya, tetap mempunyai perbandingan kekuatan
per-volume lebih tinggi bila dibandingkan dengan bahan-bahan bangunan
lainnya yang umum dipakai. Hal ini memungkinkan perencanaan sebuah
konstruksi baja bisa mempunyai beban mati yang lebih kecil untuk bentang
yang lebih panjang, sehingga. memberikan kelebihan ruang dan volume
yang dapat dimanfaatkan akibat langsingnya profil-profil yang dipakai.
Kemudahan Pemasangan
Semua bagian-bagian dari konstruksi baja bisa dipersiapkan
di bengkel, sehingga satu-satunya kegiatan yang dilakukan di lapangan
ialah kegiatan pemasangan bagian-bagian konstruksi yang telah
dipersiapkan. Sebagian besar dari komponen-komponen konstruksi mempunyai
bentuk standar yang siap digunakan bisa diperoleh di toko-toko besi,
sehingga waktu yang diperlukan untuk membuat bagian-bagian konstruksi
baja yang
telah ada, juga bisa dilakukan dengan mudah karena
komponen-komponen baja biasanya mempunyai bentuk standar dan sifat-sifat
yang tertentu, serta
mudah diperoleh di mana-mana.
Keseragaman
Sifat-sifat baja baik sebagai bahan bangunan maupun dalam
bentuk struktur dapat terkendali dengan baik sekali, sehingga para ahli
dapat mengharapkan elemen-elemen dari konstruksi baja ini akan
berperilaku sesuai dengan yang diperkirakan dalam perencanaan. Dengan
demikian bisa dihindari terdapatnya proses pemborosan yang biasanya
terjadi dalam perencanaan akibat adanya berbagai ketidakpastian.
Daktilitas
Sifat dari baja yang dapat mengalami deformasi yang besar
di bawah pengaruh tegangan tarik yang tinggi tanpa hancur atau putus
disebut sifat daktilitas. Adanya sifat ini membuat struktur baja mampu
mencegah terjadinya proses robohnya bangunan secara tiba-tiba. Sifat ini
sangat menguntungkan ditinjau dari aspek keamanan penghuni bangunan
bila terjadi suatu goncangan yang tiba-tiba seperti misalnya pada
peristiwa gempa bumi. Di samping itu keuntungan-keuntungan lain dari
struktur baja, antara lain adalah:
− Proses pemasangan di lapangan berlangsung dengan cepat.
− Dapat di las.
− Komponen-komponen struktumya bisa digunakan lagi untuk keperluan lainnya.
− Komponen-komponen yang sudah tidak dapat digunakan lagi masih mempunyai nilai sebagai besi tua.
− Struktur yang dihasilkan bersifat permanen dengan cara pemeliharaan yang tidak terlalu sukar.
Selain keuntungan-keuntungan tersebut bahan baja juga mempunyai kelemahan-kelemahan sebagai berikut :
−
Komponen-komponen struktur yang dibuat dari bahan baja perlu diusahakan
supaya tahan api sesuai dengan peraturan yang berlaku untuk bahaya
kebakaran.
− Diperlukannya suatu biaya pemeliharaan untuk mencegah baja dari bahaya karat.
−
Akibat kemampuannya menahan tekukan pada batang-batang yang langsing,
walaupun dapat menahan gaya-gaya aksial, tetapi tidak bisa mencegah
terjadinya pergeseran horisontal
Sifat Mekanis Baja
Menurut SNI 03–1729–2002 tentang TATA CARA PERENCANAAN STRUKTUR
BAJA UNTUK BANGUNAN GEDUNG Sifat mekanis baja struktural yang digunakan
dalam perencanaan harus memenuhi persyaratan minimum yang diberikan pada
Tabel 6.1. ๔ Tegangan leleh Tegangan leleh untuk perencanaan (f y)
tidak boleh diambil melebihi nilai yang diberikan Tabel 6.1. ๔ Tegangan
putus Tegangan putus untuk perencanaan (fu) tidak boleh diambil
melebihi nilai yang diberikan Tabel 6.1.
Tabel 6.1. Sifat mekanis baja struktural
Sifat-sifat mekanis lainnya, 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 : ฮผ = 0,3
Koefisien pemuaian : รก = 12 x 10 -6 / o C
Bentuk elemen baja sangat dipengaruhi oleh proses yang
digunakan untuk membentuk baja tersebut. Sebagian besar baja dibentuk
oleh proses hot-rolling (penggilingan dengan pemanasan) atau
cold-forming (pembentukan dengan pendinginan). Penggilingan dengan
pemanasan (hot-rolling) adalah proses pembentukan utama di mana
bongkahan baja yang merah menyala secara besar-besaran digelindingkan di
antara beberapa kelompok penggiling. Penampang melintang dari bongkahan
yang ash biasanya dicetak dari baja yang baru dibuat dan biasanya
berukuran sekitar 0,5 m x 0,5 m persegi, yang akibat proses penggilingan
ukuran penampang melintang dikurangi menjadi lebih kecil dan menjadi
bentuk yang tepat dan khusus.
Batasan bentuk penampang melintang yang dihasilkan sangat besar dan masing-masing bentuk memerlukan penggilingan
akhir tersendiri. Bentuk penampang melintang I dan H biasanya digunakan untuk elemenelemen besar yang membentuk balok
Pembentukan dengan pendinginan (cold-forming) adalah metode lain yang digunakan untuk
membuat
komponen-komponen baja dalam jumlah yang besar. Dalam proses ini,
lembaran baja tipis datar yang telah dihasilkan dari
proses peng-gilingan dengan pemanasan dilipat
atau dibengkokkan dalam keadaan dingin untuk membentuk penampang melintang struktur
(Gambar 6.3).
Elemen-elemen
yang dihasilkan dari proses ini mempunyai karakteristik yang serupa
dengan penampang yang dihasilkan dari proses penggilingan dengan
pemanasan.
Sisi paralel elemen-elemen tersebut memiliki penampang yang tetap, tetapi
ketebalan logam tersebut berkurang sehingga elemen-elemen tersebut lebih
ringan, dan tentunya memiliki kapasitas muat beban yang lebih rendah.
Bagaimanapun, proses-proses tersebut memungkinkan pembuatan bentuk
penampang yang sulit.
Satu
hal lain yang membedakan proses-proses tersebut adalah bahwa peralatan
yang digunakan untuk proses pencetakan dengan pendinginan lebih
sederhana dan dapat digunakan untuk menghasilkan penampang melintang
yang bentuknya disesuaikan untuk penggunaan yang khusus. Karena
penampang yang dibentuk dengan pendinginan memiliki kapasitas muat yang
rendah, maka penampang ini terutama digunakan untuk elemen sekunder pada
struktur atap, seperti purlin, dan untuk sistem lapisan tumpuan.
Potensi elemen-elemen tersebut untuk perkembangan di masa yang akan
datang sangat besar.
Komponen struktur baja dapat
juga dihasilkan dengan pencetakan, yang dalam kasus yang sangat kompleks
memungkinkan pembuatan bentuk penampang yang sesuai dengan kebutuhan.
Akan tetapi, teknik ini bermasalah ketika digunakan untuk komponen
struktur, yang disebabkan oleh kesulitan untuk menjamin mutu cetakan
yang baik dan sama di keseluruhan bagian.
Fungsi struktur
merupakan faktor utama dalam penentuan konfigurasi struktur.
Berdasarkan konfigurasi struktur dan beban rencana, setiap elemen atau
komponen dipilih untuk menyangga dan menyalurkan beban pada keseluruhan
struktur dengan baik. Batang baja dipilih sesuai standar yang ditentukan
oleh American Institute of Steel Construction (AISC) juga diberikan
oleh American Society of Testing and Materials (ASTM). Pengelasan
memungkinkan penggabungan plat dan/atau profil lain untuk mendapatkan
suatu profil yang dibutuhkan oleh perencana atau arsitek.
Penampang yang dibuat dengan penggilingan panas, seperti diperlihatkan
pada Gambar 6.4. Penampang yang paling banyak dipakai ialah profil sayap
lebar (wide-flange) [Gambar 6.4(a)] yang dibentuk dengan penggilingan
panas dalam pabrik baja. Ukuran profil sayap lebar ditunjukkan oleh
tinggi nominal dan berat per kaki (ft), seperti W18 X 97 mempunyai
tinggi 18 in (menurut AISC Manual tinggi sesungguhnya = 18,59 in) dan
berat 97 pon per kaki. (Dalam satuan SI, penampang W18 X 97 disebut
sebagai W460 x 142 yang tingginya 460 mm dan massanya 142 kg/m).
Balok Standar Amerika [Gambar 6.4(b)] yang biasanya disebut balok I
memiliki sayap (flange) yang pendek dan meruncing, serta badan yang
tebal dibanding dengan profil sayap lebar. Balok I jarang dipakai dewasa
ini karena bahan yang berlebihan pada badannya dan kekakuan lateralnya
relatif kecil (akibat sayap yang pendek). Kanal [Gambar 6.4(c)] dan siku
[Gambar 6.4(d)] sering dipakai baik secara tersendiri atau digabungkan
dengan penampang lain. Kanal misalnya ditunjukkan dengan C12 X 20,7,
yang berarti tingginya 1.2 in dan beratnya 20,7 pon per kaki. Siku
diidentifikasi oleh panjang kaki (yang panjang ditulis
lebih
dahulu) dan tebalnya, seperti, L6 X 4 X 3 Profil T struktural [Gambar
6.4(e)] dibuat dengan membelah dua profil sayap lebar atau balok I dan
biasanya digunakan sebagai batang pada rangka batang (truss). Profil T
misaInya diidentifikasi sebagai WT5 X 44, dengan 5 adalah tinggi nominal
dan 44 adalah berat per kaki; profil T ini didapat dari W10 X
88, Penampang pipa [Gambar 6.4(f)] dibedakan atas "standar",
"sangat kuat", dan "dua kali sangat kuat" sesuai dengan tebalnya dan
juga dibedakan atas diameternya; misalnya, diameter 10 in-dua kali
sangat kuat menunjukkan. ukuran pipa tertentu. Boks struktural [Gambar
6.4(g)] dipakai bila dibutuhkan penampilan arsitektur yang menarik
dengan baja ekspos. Boks ditunjukkan dengan dimensi luar dan tebalnya,
seperti boks struktural 8 X 6 X 1/4.
Banyak
profil lainnya dibentuk dalam keadaan dingin (cold-formed) dari bahan
plat dengan tebal tidak lebih dari 1 in, seperti yang diperlihatkan pada
Gambar 6.5 dan Gambar 6.6. Beberapa keuntungan baja profil
dingin antara lain:
− Lebih ringan
− Kekuatan dan kakuan yang tinggi
− Kemudahan pabrikasi dan produksi masal
− Kecepatan dan kemudahan pendirian
− Lebih ekonomis dalam pengangkutan dan pengelolaan
Baja profil keadaan dingin dapat diklasifikasikan menjadi:
− elemen struktur rangka individu (Gambar 6.5)
− lembaran-lembaran panel dan dek (Gambar 6.6)
− elemen struktur rangka individu (Gambar 6.5)
− lembaran-lembaran panel dan dek (Gambar 6.6)
Standar Nasional Indonesia
Menurut SNI 03 – 1729 – 2002 tentang TATA CARA PERENCANAAN STRUKTUR
BAJA UNTUK BANGUNAN GEDUNG, semua baja struktural sebelum ifabrikasi,
harus memenuhi ketentuan berikut ini: − SK SNI S-05-1989-F: Spesifikasi Bahan Bangunan Bagian B (Bahan Bangunan dari Besi/baja);
− SNI 07-0052-1987: Baja Kanal Bertepi Bulat Canai Panas, Mutu dan Cara Uji;
− SNI 07-0068-1987: Pipa Baja Karbon untuk Konstruksi Umum, Mutu dan Cara Uji;
− SNI 07-0138-1987: Baja Kanal C Ringan;
− SNI 07-0329-1989: Baja Bentuk I Bertepi Bulat Canai Panas, Mutu dan Cara Uji;
− SNI 07-0358-1989-A: Baja, Peraturan Umum Pemeriksaan;
− SNI 07-0722-1989: Baja Canai Panas untuk Konstruksi Umum;
− SNI 07-0950-1989: Pipa dan Pelat Baja Bergelombang Lapis Seng;
− SNI 07-2054-1990: Baja Siku Sama Kaki Bertepi Bulat Canai Panas, Mutu dan Cara Uji;
− SNI 07-2610-1992: Baja Profil H Hasil Pengelasan dengan Filter untuk Konstruksi Umum;
− SNI 07-3014-1992: Baja untuk Keperluan Rekayasa Umum;
− SNI 07-3015-1992: Baja Canai Panas untuk Konstruksi dengan Pengelasan;
− SNI 03-1726-1989: Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Rumah dan Gedung.
Konsep Sambungan Struktur Baja
Sistem Struktur dengan Konstruksi Baja
Hampir semua sistem konstruksi baja berat terbuat dari
elemenelemen linear yang membentang satu arah. Berbagai penampang baja
profil dengan flens lebar yang tersedia dalam berbagai ukuran dapat
digunakan. Banyaknya ukuran penampang ini memungkinkan fleksibilitas
dalam desain elemen balok-dan-kolom. Meskipun hubungan sederhana (sendi)
umumnya digunakan pada sistem ini, kita dapat dengan mudah membuat
titik hubung yang mampu memikul momen. Struktur rangka yang titik-titik
hubungnya mampu memikul momen, mempunyai tahanan terhadap beban lateral
cukup besar. Kestabilan lateral juga dapat ditingkatkan dengan
menggunakan dinding geser atau elemen pengekang diagonal.
BALOK
Bentuk sayap lebar biasanya digunakan sebagai elemen yang membentang secara horizontal [lihat Gambar 6.7(a)]. Interval bentang yang mungkin untuk elemen ini sangat lebar. Elemen ini biasanya ditumpu sederhana kecuali apabila aksi rangka diperlukan untuk menjamin stabilitas, di mana hubungan yang mampu memikul momen digunakan. Bentuk-bentuk lain, seperti kanal, kadang-kadang digunakan untuk memikul momen, tetapi biasanya terbatas pada beban ringan dan bentang pendek.
GIRDER PLAT
Girder plat adalah bentuk khusus dari balok dengan penampang tersusun [Iihat Gambar 6.7(d)], Elemen ini dapat dirancang untuk berbagai macam beban maupun bentang yang dibutuhkan. Elemen struktur ini sangat berguna apabila beban yang sangat besar harus dipikul oleh bentang menengah. Elemen ini sering digunakan, misalnya sebagai elemen penyalur beban utama yang memikul beban kolom pada bentang bersih.
KONSTRUKSI KOMPOSIT
Banyak sistem struktural yang tidak dapat dikelompokkan secara mudah menurut material yang digunakan. Sistem balok komposit seperti terlihat pada Gambar 6.7(c) sering kita jumpai. Dalam hal ini, baja adalah bagian yang diletakkan pertama kali, kemudian beton dicor di sekitar penghubung geser (shear connectors) di atas balok baja. Adanya penghubung geser tersebut menyebabkan balok baja dan beton di atasnya bekerja secara integral. Dengan demikian terbentuk enampang T dengan baja sebagai bagian yang mengalami tarik, dan beton yang mengalami tekan.RANGKA BATANG DAN JOIST BATANG TERBUKA
Merupakan variasi tak hingga dari konfigurasi rangka batang yang mungkin digunakan. Rangka batang dapat juga dibuat atau dirancang secara khusus untuk bentang dan beban yang sangat besar. Joist web terbuka yang merupakan produksi besar-besaran [lihat Gambar 6.7(b)], dapat digunakan baik untuk sistem lantai maupun atap. Elemen ini umumnya relatif ringan dan terdistribusi merata. Joist web terbuka umumnya ditumpu sederhana, tetapi bila diperlukan dapat dibuat hubungan kaku. Pada sistem yang sama dapat digunakan joist web terbuka dan flens lebar yang mempunyai titik hubung yang dapat memikul momensehingga kita mendapat aksi rangka yang dapat menahan beban lateral.