BAB II TEORI DASAR. struktur yang memikul beban yang bekerja tegak lurus dengan sumbu. longitudinalnya. Hal ini menyebabkan balok itu melentur

BAB II TEORI DASAR II.1. Teori balok umum Balok ataupun batang lentur adalah salah satu diantara elemen-elemen struktur yang paling banyak dijumpai pada setiap struktur. Balok adalah elemen struktur yang

memikul beban yang

bekerja tegak lurus dengan sumbu

longitudinalnya. Hal ini menyebabkan balok itu melentur. Apabila memvisualisasikan balok (juga elemen struktur lain) untuk melakukan analisis atau desain, akan lebih mudah bila memandang elemen struktur tersebut dalam bentuk idealisasi. Bentuk ideal itu harus dapat mempresentasikan sedekat mungkin dengan elemen struktur aktualnya, tetapi bentuk ideal juga harus dapat memberikan keuntungan secara matematis. Sebagai contoh pada gambar II.1.1.a sebuah balok ditumpu sederhana, tumpuan tersebut adalah sendi di ujung kiri dan rol di ujung kanan ; akan menghasilkan suatu kondisi yang dpat diperlakukan dengan mudah secara matematis, misalnya untuk mencari reaksi, momen, geser lintang dan defleksi. Sedangkan pada gambar II.1.1.b diperlihatkan balok kantilever yang mempunyai tumpuan jepit di ujung kiri. Jenis tumpuan demikian memberikan reaksi vertikal dan horizontal, juga tahanan rotasi. Tumpuan jepit seperti ini cukup untuk mempertahankan keseimbangan statis balok. Meskipun kondisi ideal pada umumnya tidak ada pada struktur aktual, kondisi actual dapat mendekati kondisi ideal dan harus cukup dekat untuk digunakan dalam analisis atau desain.

Universitas Sumatera Utara

Gambar II.1.1. Batang Lentur

II.1.1. Perilaku lentur balok. Pada gambar II.1.2. diperlihatkan suatu panjang balok lurus dimana telah dilenturkan pada radius p dengan momen M ; segmen yang ada dijadikan sebagai lentur murni. Berdasarkan dua potongan melintang AB dan CD terdapat suatu jarak yang terpisah, bagian yang sama 0ab dan bcd memberikan

ϵ=

𝑦𝑦 𝑝𝑝

(a)

Dimana y adalah jarak yang diukur dari garis rotasi (garis netral). Tetapi, regangannya adalah jarak yang cocok dari garis netral. Variasi pada tegangan pada potongan melintang itu diberikan pada diagram bahan tegangan dan regangan, berputar 900 dari orientasi konvensional, menyediakan garis regangan ϵ di skalakan

melalui persamaan (a) dengan jarak y pada gambar II.1.2.b. momen lentur M diberikan dengan : M = ∫𝐴𝐴 𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦

(b)

Dimana 𝑑𝑑𝑑𝑑 adalah suatu elemen dari suatu luasan pada jarak y (gambar

II.1.2.c ) . akan tetapi, momen M dapat ditentukan jika hubungan antara regangan dan tegangan diketahui. Jika tegangan searah dengan regangan maka f = Eϵ, persamaan (a) dan (b) menjadi


M=

𝐸𝐸

∫ 𝑌𝑌 2 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑃𝑃 𝐴𝐴

Atau mengeleminasi p pada persamaan (a) , M=

𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑦𝑦

=

𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑃𝑃

𝑓𝑓𝑓𝑓

(c)

(d)

𝑦𝑦

Gambar II.1.2. (a) penampang balok ,(b) kurva tegangan regangan, (c) penampang melintang balok Perilaku lentur dari balok dengan penampang melintang persegi panjang menghasilkan suatu diagram leleh baja. Pada persamaan (d) membuat suatu garis tegangan yang panjang jika f ≤ Fy . ketika regangan mencapai puncak yaitu pada nilai ϵ y , distribusi tegangan dan distribusi regangan di tampilkan pada gambar II.1.3.b dan c. momen di atas disebut momen leleh yaitu M=

𝐹𝐹𝑦𝑦

𝑑𝑑/2

=

𝐹𝐹𝑦𝑦 𝑏𝑏𝑑𝑑 2

(e)

6

Di mana b adalah lebar dan d adalah tinggi pada penampang melintang (gambar II.1.3.a) . untuk M ≤ My, momen yang cocok untuk tegangan dan regangan puncak.

Jika regangan maksimum adalah 2ϵ y pada gambar II.1.3.d, maka distribusi tegangan ditunjukan pada gambar II.1.3.e . maka momen yang dihasilkan adalah


M=

11 48

Fy b d2

(f)

Momen ini hanya 37,5 persen dari momen leleh yang ada walaupun regangan maksimum yang dua kali lebih besar. masih jauh deformasi yang ditunjukan pada gambar II.1.3.f , dimana sudah 90 persen dari penampang sudah mencapai leleh. Momen yang dihasilkan yaitu M = 0.249 Fy b d2

(g)

Pada gambar II.1.3.h ditunjukan bahwa momen telah mencapai plastis dimana momen yang ada lebih besar 0,4 persen dari momen pada regangan 10ϵ y . M = 𝐹𝐹𝑦𝑦

𝑏𝑏𝑏𝑏 𝑑𝑑

2 2

=

𝐹𝐹𝑦𝑦 𝑏𝑏𝑑𝑑 2

(h)

4

Gambar II.1.3. kurva tegangan-regangan pada balok baja

Momen pada persamaan (h) itu dinamakan ketahanan pada momen plastis. Yang disimbolkan dengan Mp . ini biasanya diambil nilai batasan. Rasio antara momen plastis dan momen leleh untuk penampang di atas yaitu 𝑀𝑀𝑝𝑝

𝑀𝑀𝑦𝑦

=

𝑍𝑍 𝑆𝑆

=ξ

Rasio ( ξ ) di atas disebut shape factor ( faktor bentuk ).


II.2.

Teori Metode Elemen Hingga (FEM) . Balok cellular yang merupakan material baja yang nonlinear dapat di analisis

melalui rumus pendekatan yang berdasarkan metode elemen hingga. FEM merupakan salah satu metode yang digunakan untuk menghitung gaya-gaya dalam yang terjadi dalam suatu komponen struktur. Finite element methode juga dapat dipakai untuk perhitungan struktur, fluida, elektrik, static, dinamik, dan lain-lain. FEM juga dikenal sebagai metode kekakuan atau displacement methode karena yang didapat terlebih dahulu dari perhitungan adalah perpindahan baru kemudian mencari gaya batang. Dikarenakan

perhitungan

matematis

yang

kompleks,

FEM

secara

utama

dikembangkan untuk deformasi linear yang kecil dimana matriks kekakuan konstan. Pada kasus deformasi yang besar, matriks kekakuan dan gaya dalam menjadi fungsi dari perpindahan. Nonlinear FEM digunakan untuk memperbaiki parameter material dari pandangan pelat elastis yang tinggi. Dalam bab ini, dikembangkan model FEM nonlinear untuk deformasi geometri yang besar. dalam hal ini akan digunakan suatu model untuk memperbaiki deformasi yang ada pada struktur balok. Suatu balok merupakan suatu batang, yang berarti satu dimensi lebih besar dari dua elemen struktur yang dapat menahan gaya transversal pada perletakan yang ada. Balok yang umum dapat digunakan sebagai struktur tersendiri atau dikombinasikan untuk membentuk struktur portal bangunan yang umum digunakan pada bangunan dan dapat digunakan pada varisai beban secara luas dengan berbagai arah. Karena kita bekerja pada gambaran struktur 2D , maka digunakan suatu balok sederhana yang membentuk suatu balok 3D di bawah pengaruh gaya yang dipakai pada balok .


II.2.1. deskripsi model matematis. Euler-Bernoulli beam (EB) teori secara luas digunakan untuk memodelkan deformasi yang kecil. Timoshenko beam (TB) teori memperluas persamaan EB untuk memperjelas untuk efek nonlinear seperti geser. Untuk lebih teliti, elemen kinematik pada balok dijelaskan dengan 3 dof per node yaitu perpindahan aksial pada sumbu X (Ux), perpindahan transversal pada sumbu Y (Uy) dan rotasi pada penampang melintang (θ). Teori EB mengasumsikan bahwa penampang melintang meninggalkan gaya normal untuk membentuk sumbu longitudinal, di mana TB menghapus kendala

normal dengan memperkenalkan deformasi geser. Sebagai tambahan, kedua teori mengacuhkan perubahan dimensi dari bentuk penampang balok yang mengalami deformasi. Teori TB dapat digunakan untuk perilaku geometri nonlinear akibat perpindahan dan perputaran yang besar. walaupun lebih kompleks teori TB yang muncul agar lebih efisien dalam hal perhitungan FEM. Balok tersebut dibagi menjadi beberapa bagian ( elemen hingga ) . elemenelemen balok lurus dan memiliki 2 node. Maka dikumpulkan semua nodal dof ke dalam sistem vektor dof yang dinamakan vektor tetap : U = [ 𝛖𝛖x1 𝛖𝛖y1 θ1 . . . 𝛖𝛖xn 𝛖𝛖yn θn ]T Dalam hal ini, diasumsikan untuk mengetahui material properti dari model yang ada seperti E modulus elastisitas, G yaitu modulus geser. Materialnya masih tetap linear elastis . gaya-gaya yang ada bekerja pada node balok yang dikumpulkan untuk membentuk vektor gaya yaitu : f = [ fx1 fy1 f θ1 . . . fxn fyn f θn ]T

dengan n adalh total jumlah node yang ada pada model balok.


Regangan merupakan suatu ukuran untuk mengubah bentuk objek, dalam hal ini yaitu panjang, sebelum dan sesudah terjadi deformasi yang diakibatkan beberapa beban yang ada. Tegangan adalah distribusi gaya-gaya dalam per satuan luas yang seimbang dan bereaksi terhadap gaya luar yang terjadi pada balok. Dalam kasus teori TB , ada tiga perbedaan komponen tegangan per elemen balok : regangan aksial yang diukur berdasarkan besar ukuran balok ( e ), regangan geser yang diukur berdasarkan perubahan sudut antara dua garis pada balok sebelum dan sesudah deformasi ( γ ) ,

dan ukuran perubahan kurva ( k ). Dari hal di atas , dapat dikumpulkan menjadi suatu vektor regangan balok secara umum : hT = [ e 1 γ 1 k 1 . . . e n-1 γ n-1 k n-1 ].

Resultan tegangan pada teori TB ditentukan gaya aksial N , gaya lintang V dan momen lentur M per satuan luas dari penampang melintang. Resultan tegangan secara umum : z = [ N 1 V 1 M 1 . . . N n-1 V n-1 M n-1 ].

Di mana n-1 adalah jumlah dari elemen balok.

Energi regangan dalam model sepanjang balok dapat ditulis sebagai integral panjang : U = ∫𝐿𝐿 𝑧𝑧 𝑇𝑇 hdX

Di mana L adalah panjang balok. Vektor gaya dalam bisa didapat dengan mengambil variasi pertama dari energi regangan sehubungan dengan perpindahan nodal : P=

𝝏𝝏𝝏𝝏 𝝏𝝏𝝏𝝏

= ∫𝐿𝐿 𝐵𝐵𝑇𝑇 (u)zdX

Persamaan ini dievaluasi dengan penggabungan satu titik Gauss. B adalah matrik regangan-perpindahan . akhirnya, variasi pertama pada gaya dalam mendefinisikan matriks kekakuan tangensial :


KT =

𝝏𝝏𝝏𝝏

𝝏𝝏𝝏𝝏

= ∫𝐿𝐿 (𝐵𝐵𝑇𝑇

𝝏𝝏𝝏𝝏 + 𝝏𝝏𝝏𝝏 𝝏𝝏𝝏𝝏 𝝏𝝏𝝏𝝏

𝒛𝒛) dX = (K M + K G)

Di mana KT adalah kekakuan material dan KG adalah kekakuan geometri. Kekakuan material adalah konstan dan identik dengan matriks kekakuan linear pada balok Euler-Bernoulli C1 . kekakuan geometri mendatangkan variasi dari B dimana resultan tegangan tetap dan membawa balok nonlinear pada deformasi geometri yang besar.

II.3.

Castellated beam Castellated beam merupakan suatu profil baja yang mempunyai bukaan

berbentuk segi enam. Castellated mengalami proses pemotongan pada bagian badan profil dengan pola zigzag. Salah satu bagian yang telah dipotong lalu diangkat dan disatukan bagian badannya dan terakhir dilakukan pengelasan pada bagian badan yang menempel ; hal ini dilakukan untuk meningkatkan tinggi dari profil awal (h) dengan tinggi potongan yang ada (d). bentuk castellated beam ditampilkan dalam gambar II.3.1.

Gambar II.3.1. Proses pembentukan castellated beam


Adapun keuntungan dari penggunaan castellated beam. Keuntungan yang utama yaitu meningkatkan kekakuan lentur secara vertikal; castellated beam telah dibuktikan lebih efisien untuk beban medium pada bentang panjang dimana perencanaannya dikontrol dengan kapasitas momen dan lendutan. Balok castellated, karena rasio kuat tariknya yang tinggi dengan berat dan pemeliharaan yang kecil, kadang-kadang secara menguntungkan dapat menggantikan penggunaan girder. Mereka digunakan dalam bangunan bertingkat, bangunan komersial dan bangunan industri, dan juga untuk rangka portal. Keuntungan balok castellated juga mencakup penampilan mereka yang mengesankan dan memungkinkan penggunaan daerah bukaan untuk pelayanan instalasi. Adapun juga kerugian dari penggunaan balok castellated. Akibat adanya bukaan pada bagian badan profil, perilaku struktur dari balok castellated akan berbeda dari balok baja yang biasa. Karena perbedaan kemungkinan moda kegagalan atau moda kegagalan yang baru, mereka merupakan struktur nonlinear, dimana tidak bisa dianalisis dengan metode sederhana. Kapasitas geser pada bagian badan profil adalah suatu faktor yang terbatas, dan balok castellated tidak cocok untuk bentang pendek yang dibebani dengan berat. Deformasi geser pada bagian T nya sangat signifikan dan analisa lendutan lebih kompleks daripada balok yang bagian badan profil padat.

II.3.1. Analisa dan perencanaan balok castellated. Geometri dari balok castellated terdapat tiga parameter yaitu sudut potongan pada bukaan badan profil (∅) , rasio ekspansi (α), dan panjang pengelasan (c) yang ditunjukan pada gambar II.3.2.


Gambar II.3.2.parameter pada castellated beam •

Sudut potongan (∅) Sudut potongan mempengaruhi jumlah proses pemotongan balok castellated (N) per unit panjang dari balok . N akan kecil ketika sudut itu rata dan akan besar ketika bertahap. Percobaan telah menunjukan bahwa peningkatan jumlah N mempunyai pengaruh yang kecil untuk kekakuan elastis pada balok castellated, itu akan meningkatkan daktailitas dan kapasitas rotasi, percobaan yang ada menunjukan bahwa penyesuaian pada sudut 600 adalah suatu sudut standart yang efisien terhadap bangunan industri.

•

Rasio ekspansi (α) Rasio ekspansi merupakan suatu ukuran dari peningkatan tinggi balok yang dicapai pada proses pemotongan. Dalam teori tinggi balok baja yang biasa dapat hampir dua kali lipat, tetapi tinggi seluruhnya dari profil T adalah suatu faktor batas. Dalam pelaksanaan, tinggi dari potongan ‘d’ adalah setengah bagian dari tinggi h s , maka hT =

ℎ 𝑠𝑠 4

, hC =

ℎ 𝑠𝑠 2

Untuk sudut potongan 600 menjadi,

+ ℎ,α=

ℎ 𝑐𝑐 ℎ

≈ 1,5


•

Panjang pengelasan (c)

α=

0.5ℎ 𝑐𝑐 √3

= 0.289 hs

Jika panjang pengelasan terlalu pendek . kemudian las pada bagian badan yang disambung akan mengalami kegagalan geser horizontal, dan apabila terlalu panjang akan mengalami kegagalan dalam lentur vierendeel, jadi keseimbangan yang beralasan antara dua moda kegagalan ini yaitu c = hs / 4.

II.4. Cellular Beam Cellular beam telah membuktikan menjadi salah satu jenis konstruksi baja yang berkembang paling signifikan sejak perkenalan mereka pada tahun 1987. Mereka saat ini telah digunakan di lebih dari 3500 proyek pembangunan pada 20 lebih Negara. Integritas structural dan criteria perencanaannya telah di verifikasi dengan mengikuti percobaan terhadap struktur cellular beam dalam skala besar. Cellular beam adalah balok baja dengan bukaan berbentuk lingkaran pada bagian badan profil. Mereka dibentuk dengan cara memotong dua semi lingkaran pada bagian badan profil yaitu umumnya profil baja berbentuk I. Setelah dua potongan yang tadi selesai, maka setengah baja tersebut dipisahkan , digabungkan dan di lakukan pengelasan bersama antara yang satu dengan yang lainnya untuk membentuk sesuatu yang baru, lebih tinggi, lebih kaku , lebih kuat suatu profil yang dikenal balok baja dengan profil I yang memiliki bukaan pada bagian badan profil yang ada. Hasil balok baja yang dibentuk lebih tinggi daripada balok baja I yang aslinya sehingga menghasilkan section modulus yang lebih besar. Proses ini di ilustrasikan dalam gambar II.4.1.


Gambar II.4.1. Proses Pembentukan Cellular Beam Dikarenakan

pada

perencanaan

mereka

dan

keuntungan-keuntungan

konstruksinya, para perencana dengan secara meningkat menggunakan profil yang memiliki bukaan pada badan baja I dalam perencanaan mereka. Keuntungankeuntungan perencanaan dari cellular beam termasuk terjadi suatu pengurangan bobot atau berat dari balok baja tersebut per satuan panjang dan suatu peningkatan kekakuan lentur ( section modulus yang lebih besar ) dihasilkan dari peningkatan ketinggian pada profil baja yang ada, dan juga diizinkan di pakai untuk suatu konstruksi yang memiliki bentang yang panjang . Keuntungan-keuntungan konstruksi meliputi kemampuan untuk melewatkan keperluan-keperluan instalasi melalui bukan yang ada pada cellular beam, dimana dapat menjaga beberapa inch dari ketinggian antara lantai ke lantai. Cellular beam juga memberikan keuntungan aesthetic ketika digunakan dalam struktur dengan balok yang terbuka (exposed) . Bentuk bukaan pada badan profil digunakan atas dasar pertimbangan ekonomis digunakan sebagai strukur


yang memiliki perencanaan pembebanan dengan tingkat medium sampai tinggi pada bentang portal atau bangunan yang medium sampai bentang yang panjang. Untuk sekarang-sekarang ini aplikasi dari cellular beam ini dari bangunan-bangunan komersial dan bangunan-bangunan industri termasuk daerah perpakiran yang berada pada daerah basement. Pada bagian badan profil baja yang biasanya digunakan balok baja dengan profil I itu telah diadaptasikan dengan penambahan bukaan pada bagian badan profil baja di bawah panjang dari bentang yang ada. Penambahan dari bukaan lingkaran pada badan profil ini menghasilkan dalam suatu balok baja suatu berat yang sama bahkan lebih ringan daripada balok baja yang aslinya tetapi lebih kuat dan lebih tinggi disebabkan karena meningkatnya ketinggian bagian badan profil baja yang ada. Tambahan bukaan lingkaran pada bagian badan baja, juga menghasilkan suatu perbedaan distribusi tegangan pada bagian badan dan suatu moda kegagalan baru yang dihubungkan dengan balok baja tersebut. Adapun hubungan tegangan dan regangan pada cellular beam yang di tampilkan pada gambar II.1.1.

Gambar II.4.2. hubungan tegangan dan regangan pada Cellular Beam


Apabila Cellular Beam digunakan untuk konstruksi, sebaiknya Cellular beam di beri Cope yaitu pemegang atau tanggulan pada sudut balok sehingga balok dapat dihubungkan dengan kolom yang ada. Penjepit yang ada itu di bedakan berdasarkan dimensi horizontal balok tersebut. Jarak antara pinggir penjepit dan pinggiran Cell adalah jarak e’ . untuk dimensi penjepit yang signifikan , jarak e’ bisa menjadi kecil dan hal itu akan mudah menyebabkan terjadinya kegagalan pada balok.

cope

cell

Gambar II.4.3.Penjepit, lingkaran, e’ untuk Cellular Beam

Studi tentang bukaan pada bagian badan profil sudah selesai di amerika serikat dan kanada, termasuk bentuk bujur sangkar, persegi panjang, lingkaran, konsentris dan eksentris bukaan pada baik komposit dan non-komposit balok baja. Beberapa standar nasional, seperti British Standard (BSI,2000) dan Canadian Standand

(CSA,2001),

menyediakan

peraturan

yang

disederhanakan

untuk

perencanaan bukaan dengan tujuan menghindari kelemahan dari balok tersebut.


Bagaimanapun , peraturan ini menutupi kemungkinan-kemungkinan yang jauh beda dan oleh karena itu , mereka sangat konservatif . dengan menggabungkan beberapa parameter, peraturan itu akan mungkin untuk mendapatkan hasil yang lebih fleksibel dan ekonomis untuk beberapa tipe keadaan. Pada perencanaan bukaan pada balok baja ini dibutuhkan bantuan perencanaan. Bantuan perencanaan itu disediakan yang mengijinkan identifikasi dari balok baja yang ada. Aplikasi dari bantuan perencanaan ini menghindari penggunaan metode perhitungan analisis yang kompleks dan mahal. Perencanaan yang di kembangkan untuk baik baja komposit dan nonkomposit harus mengikuti batasan-batasan yang ada : 𝑑𝑑

𝑏𝑏 𝑓𝑓 ℎ

𝑡𝑡 𝑤𝑤

𝑏𝑏 𝑓𝑓

2𝑡𝑡 𝑓𝑓

> 1.20 𝐸𝐸 ≤ 3.76 � 𝐹𝐹𝑦𝑦

𝐸𝐸 ≤ 0.38 � 𝐹𝐹𝑦𝑦

(1)

(2)

(3)

Dimana :

d = tinggi profil baja secara keseluruhan h = tinggi badan profil tanpa tinggi sayap t w = tebal badan profil b f = lebar sayap profil t f = tebal sayap profil E = modulus elastisitas baja Fy = tegangan leleh baja


Balok tersebut seharusnya diberi perletakan sederhana dan diberikan suatu faktor distribusi pembebanan yang seragam. Balok baja tersebut harus di lengkapi dengan bracing lateral untuk mencegah tekuk torsi dan tekuk lateral. Baja tersebut harus memiliki kekuatan leleh maksimum sebesar 50 ksi ( 350 Mpa ). Bukaan sebaiknya memiliki bentuk yaitu bujur sangkar, persegi dengan aspek ratio sama dengan 2 ( panjang a o sama dengan 2 kali tinggi h o ) dan begitu juga untuk bentuk lingkaran. Rasio panjang bentang dan tinggi profil baja balok, L/d, harus dalam batas 10 sampai 30, begitu juga untuk struktur baja komposit.

II.5. Jenis – Jenis Cellular Beam Untuk bangunan-bangunan sekarang ini, para perencana dituntut tidak hanya merencanakan suatu struktur itu kuat ataupun tidak . akan tetapi, para perencana di tuntut untuk bisa merencanakan suatu struktur yang kuat, ekonomis, memberikan kemudahan pelayanan instalasi, serta tuntutan nilai arsitekturnya. maka, para perencana menciptakan berbagai macam jenis struktur , agar struktur tersebut dapat disesuaikan dengan keadaan yang ada serta permintaan pemilik bangunan. Pada bagian ini akan dibahas berbagai jenis Cellular Beam yang dapat digunakan pada keaadan dan kondisi tertentu. Cellular beam dapat di bagi atas : 1. Cellular beam berdasarkan fungsinya : •

Cellular beam sebagai balok pada bangunan.

•

Cellular beam sebagai pelat lantai

•

Cellular beam sebagai kolom .

2. Cellular beam berdasarkan kombinasi pemakaian dengan material lain : •

Cellular beam yang non-komposit


•

Cellular beam yang komposit.

3. Cellular beam berdasarkan bentuk : •

Cellular beam berbentuk curve (lengkung).

•

Cellular beam yang berbentuk non-prismatis / cantilever.

•

Cellular beam yang berbentuk spine.

II.5.1. Cellular beam berdasarkan fungsinya. A. Cellular beam sebagai Balok pada bangunan Pada dasarnya cellular beam dirancang dan didesain sebagai balok yang digunakan pada struktur bangunan yang ada. Adapun pembagian penggunaan cellular beam sebagai balok bangunan yaitu balok pada area basement ( area perpakiran ) , balok pada pelat lantai dan balok pada bagian atap bangunan yang ada. Salah satu keuntungan dari cellular beam yaitu penggunaannya pada area parker mobil. Pada bentang 16 meter dibawah beban area parker, cellular beam merupakan suatu material struktur yang paling efisien. Sebagai tambahan selain berat cellular beam yang ringan, ada 3 keuntungan dipakainya cellular beam pada area parker yaitu :

•

Sebagai suatu penampilan dan bagian dari keamanan.

•

Sebagai area ventilasi udara dari asap-asap yang ada.

•

Cellular beam akan dengan mudah mengalami lengkung pada saat produksi dan apabila lendutan lebih dari 100 mm maka, cellular beam yang ada tidak perlu dibayar.


Selain untuk area parkir juga digunakan untuk balok lantai dan balok atap banguna yang ada . Jenis Cellular beam yang dipakai pada pelat lantai dan atap sebenarnya sama dengan cellular beam yang ada yang berbeda adalah pada pelat lantai, besar bukaan yang ada sebesar 0,8 – 1,1 H sedangkan untuk balok atap bangunan besar bukaan sebesar 1,0 – 1,3 H , dimana H adalah tinggi profil Cellular Beam yang ada.

B. Cellular beam sebagai pelat lantai pada bangunan Cellular beam sebagai pelat lantai merupakan suatu generasi baja yang baru yang secara keseluruhan terbentang yang digunakan sebagai pelat lantai dan dikenal dengan nama USFB ( Ultra Shallow Floor Beam ). USFB dapat digunakan pada ketebalan min 160 mm . USFB terbentuk dengan cara pengelasan dua asimetris Cellular balok T sepanjang bagian badannya. Deck atau pelatnya duduk pada bagian sayap profil bagian bawah yang lebar. Proses penggabungan antara beton, metal decking dan USFB akan ditunjukan pada gambar II.5.1.

C. Cellular beam sebagai kolom pada bangunan . Akibat meningkatnya tinggi bangunan yang ada , cellular column menjadi sangat ekonomis dibandingkan dengan solusi lainnya. High-bay kolom merupakan suatu aplikasi yang cocok, di mana meningkatnya inersia dari cellular beam itu dibutuhkan untuk lendutan yang besar pada kolom yang tinggi.


Cellular kolom merupakan kolom yang paling efisien pada kasuskasus yang ada di mana beban aksialnya kecil seperti kolom gable, kaki portal, kolom .

(a)

(b)

(c)


(d) Gambar II.5.1. (a) cellular beam sebagai balok pada area parkir (b) cellular beam sebagai balok pada atap bangunan (c) potongan USFB untuk pelat lantai (d) cellular kolom . II.5.2. Cellular beam berdasarkan kombinasi pemakaian dengan material lainnya. A. Cellular beam yang non komposit. untuk struktur non komposit seperti yang telah dibahas diatas yaitu suatu struktur beam column yang hanya mengandalkan kekuatan dari material baja itu sendiri baik digunakan sebagai balok maupun kolom pada suatu struktur bangunan baja. B. Cellular beam yang komposit. Perkembangan popularitas dari penggunaan cellular beam pada lantai komposit muncul pada waktu yang sama seiring dengan perhatian atas perencanaan teknik keamanan terhadap bahaya api (panas). Perencanaan baja komposit itu tidak hanya memungkinkan untuk merencanakan suatu lantai yang lebih rendah akan tetapi juga sekarang ini menawarkan untuk bentang panjang dengan keuntungan-keuntungan yang nyata baik untuk pemilik bangunan dan pengguna bangunan. Sekarang ini, penggunaan baja komposit sekitar 35% dari bangunan portal baja dengan panjang bentang dalam 12 m.


Perkembangan dari berbagai inovasi sistem lantai komposit telah dilakukan. Investigasi dari perilaku balok komposit dengan bukaan pada badan profil dibandingkan dengan profil biasa telah menunjukan bahwa secara signifikan pelat meningkatkan kapasitas gaya geser daripada balok baja biasa. Hal ini menyebabkan naiknya kekakuan lentur dan kapasitas gaya geser pada bagian atas bukaan profil. Contoh Cellular beam komposit ini yaitu USFB.

II.5.3. Cellular beam berdasarkan bentuknya. A. Cellular beam yang berbentuk curve atau lengkungan. Ada 2 faktor yang mengkombinasikan untuk membuat cellular beam menjadi suatu bagian struktur lengkung yang paling ekonomis yaitu : •

Efisiensi struktur Hal yang penting dari 2 kombinasi yang adalah efisiensi struktur. Ini merupakan suatu penampilan yang menghasilkan banyak keuntungan tanpa menambah berat yang menghasilkan penggunaan cellular beam pada bagian atap bangunan.

•

Kemudahan untuk melengkung. Dalam aplikasi lengkung, keuntungan dari cellular beam adalah kemudahan untuk melengkung. Dengan hanya suatu modifikasi yang tidak signifikan pada proses produksinya, cellular beam dengan cepat melengkung sesuai dengan radius yang dibutuhkan.

Cellular beam yang dilengkungkan memiliki keuntungan yang banyak yaitu selain dapat meminimalisasikan harga material yang akan digunakan juga cocok untuk portal baja ataupun gable frame yang memiliki bentang yang


lebar yaitu diatas 30 m, serta penggunaan cellular beam yang lengkung lebih murah daripada balok baja biasa yang dilengkungkan maupun rangka batang.

B. Cellular beam yang berbentuk non-prismatis atau untuk kantilever. Cellular

beam

menyediakan

metode

paling

ekonomis

dalam

menghasilkan bagian baja yang non-prismatis. Balok non-prismatis ini bisa mempunyai cell yang ukuran diameter yang seragam, cell yang ukuran diameter yang bervariasi serta tanpa bukaan. Ada juga cellular beam yang non-prismatis digunakan pada bagian kantilever suatu bangunan dimana untuk kantilever biasanya dibuat dengan dua atau tiga ukuran bukaan yang berbeda untuk

meminimalisasikan

berat

dari

cellular

beam

tersebut

tetapi

meningkatkan kekuatan struktur yang ada.

C. Cellular beam yang sebagai spine. Balok spine merupakan suatu metode yang umum untuk meningkatkan penggunaan dari ruang dalam sebuah bangunan bertingkat satu. Cellular beam secara efisien untuk 3,4 atau 5 bentang antara kolom, menciptakan suatu ruang terbuka yang lebar dengan harga yang minimum.


(a)

(b)

(c) Gambar II.5.2. (a) cellular beam berbentuk lengkung (b) cellular beam yang non-prismatis & kantilever (c) cellular spine beam.


II.6. Keuntungan dan kerugian dari penggunaan Cellular Beam •

Dari segi kekuatan struktur. Jika dilihat dari segi struktur, maka cellular beam memiliki keuntungan yang sangat banyak diantaranya memiliki kemampuan kekakuan lentur struktur yang lebih besar , memiliki kapasitas untuk menahan gaya geser yang besar. berat Cellular beam juga akan berkurang dengan demikian beban aksial yang diterima oleh kolom menjadi lebih kecil sehingga dimensi kolom menjadi kecil dan perencana dapat melakukan penghematan bahan.

•

Dari segi nilai ekonomisnya. Untuk nilai ekonomis suatu cellular beam dapat dilihat dari penggunaan material yang ada sebab tidak diperlukan lagi suatu balok baja profil IWF yang memiliki inersia yang besar karena dari profil yang kecil dapat kita pabrikasi menjadi cellular beam yang memiliki inersia yang lebih besar sehingga akan menghemat penggunaan bahan yang ada. Begitu juga dengan berat cellular beam yang menjadi lebih ringan yang memberikan pengaruh terhadap pemakaian ukuran kolom bangunan yang lebih kecil.

•

Dari segi integrasi pelayanan. Salah satu keuntungan dari cellular beam adalah tingkat pelayanan instalasinya terutama instalasi pendingin udara, elektrikal, instalasi air, dan fire sprinkler. Untuk instalasi pendingin udara, telah dipakai ducting berbentuk lingkaran yang lebih murah dan tidak memerlukan banyak


penyokong. Instalasi-instalasi di atas dapat dilewatkan melalui lubang bukaan yang ada pada balok sehingga tinggi lantai tetap bisa terjaga apabila ditutup dengan plafon yang ada.

•

Tahan terhadap gaya dinamis. Untuk gaya dinamis, kenapa dipilih cellular beam karena cellular beam menyediakan suatu pelat lantai yang lebih berkualitas dibandingkan dengan balok yang rendah dengan pelayanan yang penuh, dengan menggunakan ruang kosong di bagian atas secara keseluruhan dimana memaksimalkan inersia dan kekakuan. Adapun hal yang memungkinkan suatu lantai untuk menerima suatu frekuensi di bawah 4 Hz untuk menghasilkan suatu lantai yang memiliki kualitas yang tinggi. SCI’s mengeluarkan suatu metode untuk perencanaan lantai yang berkualitas yaitu dengan menghitung faktor respon ( R ) , yang secara tidak langsung cocok ke lantai yang berkualitas. R R R

•

≤ 12

≤ 8 ≤ 4

Cocok untuk lantai kantor yang sibuk. Cocok untuk lantai kantor yang umum. Cocok untuk lantai kantor yang paling tinggi.

Dari segi kebutuhan pemakaian. Adapun beberapa jenis cellular beam seperti yang telah dibahas pada II.2. yang dapat kita gunakan sesuai kebutuhan yang ada. Hal ini juga merupakan salah satu keuntungan dari cellular beam karena dapat dipakai dalam kondisi dan keadaan apapu sesuai kebutuhan karena cellular beam bisa di lengkungkan, di jadilan kolom, dan juga bisa untuk kantilever serta


bisa disesuaikan dengan keinginan arsitektur. Misalnya untuk bentang panjang yang lebih dari 30 meter maka bisa digunakan cellular beam yang dilengkungkan.

•

Dibandingkan dengan Castellated beam Jika dibandingkan dengan castellated beam, cellular beam memiliki keunggulan yaitu lebih ringan, dan cellular beam memiliki benuk geometri yang lebih fleksibel sesuai keadaan.

•

Kerugian dari Cellular beam Adapun kerugian yang dimiliki oleh cellular beam yaitu pembentukan cellular beam baik yang biasa ataupun melengkung harus dilakukan pabrikasi di workshop cellular beam, tidak bisa dilakukan di lapangan langsung, serta pada saat pabrikasi akan ada waste yang terbuang baik di bagian ujung dan sisa potongan semi-lingkaran yang ada.

II.7. Spesifikasi Cellular Beam . Spesifikasi cellular beam meliputi ukuran-ukuran pada cellular beam dan besarnya bukaan yang digunakan sesuai dengan aplikasi yang akan digunakan. Karena besar bukaan dan jarak antar bukaan bersifat fleksibel maka ada 2 macam ukuran perimeter yang dapat digunakan sesuai aplikasi yang akan diterapkan yaitu :


1. Berdasarkan rasio tinggi / berat.

a o = 1,0h – 1,3h S = 1,1a o – 1,3a o H 1 = 1,4h – 1,6h

•

Aplikasi : atap , bentang lebar, jembatan.

2. Berdasarkan rasio beban dan berat.


a o = 0,8h – 1,1h S = 1,2a o – 1,7a o H 2 = 1,3h – 1,4h

•

Aplikasi : lantai, area parkir, kolom, struktur di lepas pantai.

Spesifikasi dari cellular beam juga meliputi notasi pembacaan dari profil cellular beam yang ada. Berikut contah notasi untuk cellular beam yang simetris dan tidak simetris : 1.

Notasi standart untuk cellular beam yang tidak simetris (ACB) yaitu seperti di bawah ini : a

b

c

d

e

f

g

732 X 191/229 X 90 kg/m ACB. S355 (450 @ 650 )

a.

732 ( tinggi dalam mm )

b.

191 ( lebar sayap bagian atas )

c.

229 ( lebar sayap bagian bawah )

d.

90 ( berat dalam kg/m )

e.

S355 ( mutu baja )

f.

450 ( diameter cell dalam mm )

g.

650 ( jarak antar cell )


2.

Notasi standart untuk cellular beam yang simetris (CUB) yaitu seperti dibawah ini : a

b

c

d

e

f

1160 X 267 X 134 kg/m CUB. S355 (800 @ 1000) a.

1160 ( tinggi dalam mm )

b.

267 ( lebar sayap bagian atas )

c.

134 ( berat dalam kg/m )

d.

S355 ( mutu baja )

e.

800 ( diameter cell dalam mm )

f.

1000 ( jarak antar cell )

Bentuk penampang juga merupakan bagian dari spesifikasi cellular beam , yaitu bentuk penampang dari awal hingga menjadi bentuk penampang cellular beam. Geometri dari cellular beam sangatlah fleksibel. Perubahan data cell pada ketinggian balok, menyebabkan suatu batasan pada bentuk penampang dari suatu bentuk IWF biasa. Untuk contohnya :

•

Standart UB

762 x 267 x 147 kg/m

•

Cells

800 mm dia @ 1000 mm

•

Tinggi

1141 mm

•

I XX

382897 cm4

•

Cells

750 mm dia @ 1125 mm

•

Tinggi

1078 mm

•

Ixx

337666 cm4


Pada contoh di bawah, menunjukan adanya pengurangan berat dari cellular beam dibandingkan dengan universal beam (UB) yang standart.

Standard UB 686 x 254 170kg/m inersia 170300 cm4

Cellular Beam 906 x 254x 101 kg/m inersia 171301 cm4

Weight saving -40 %

Berikut ini merupakan tabel bentuk penampang dari standart UB menjadi cellular beam. Akan tetapi, tabel ini untuk balok jenis ini sangatlah terbatas dalam membantu seorang perencana. Bagaimanapun tabel ini Cuma hanya untuk tujuan pembelajaran saja. Tabel II.7.1. tabel bentuk penampang dari standart UB menjadi Cellular Beam yang di keluarkan perusahaan WESTOK. Standard UB Section size

1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 1016 914 914

x x x x x x x x x x

305 305 305 305 305 305 305 305 419 419

Cellular Beam Ixx

x x x x x x x x x x

487 438 393 349 314 272 249 222 388 343

1020400 908900 806600 722100 643200 552900 480300 406900 719600 625800

Ixx 1684318 1468573 1085867 915994 915994 737838 737838 554621 486808 486808 737838 629621

1398 1389 1490 1480 1480 1364 1364 1257 1149 1149 1364 1263

Section size x 419 x x 419 x x 305 x x 305 x x 305 x x 305 x x 305 x x 292 x x 267 x x 267 x x 305 x x 292 x


388 343 249 222 222 201 201 176 173 173 201 194

914 914 914 914 838 838 838 762 762 762 762 686 686 686 686 610 610 610 610 610 610 610 533 533 533 533 533 457 457 457 457 457 457 457 457 457 457 406 406 406 406 406 406

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 x x x x x x x x x x x x x x x x x x

305 305 305 305 292 292 292 267 267 267 267 254 254 254 254 305 305 305 229 229 229 229 210 210 210 210 210 191 191 191 191 191 152 152 152 152 152 178 178 178 178 140 140


289 253 224 201 226 194 176 197 173 147 134 170 152 140 125 238 179 149 140 125 113 101 122 109 101 92 82 98 89 82 74 67 82 74 67 60 52 74 67 60 54 46 39

504200 436300 376400 325300 339700 279200 246000 240000 205300 168500 150700 170300 150400 136300 118000 209500 153000 125900 111800 98610 87320 75780 76040 66820 61520 55230 47540 45730 41020 37050 33320 29380 36590 32670 28930 25500 21370 27310 24330 21600 18720 15690 12510

554621 486808 382897 342081 342081 342081 342081 342081 222718 171301 171301 171301 171301 139273 125069 222718 171301 139273 125069 107646 107646 83924 83924 75521 65363 55511 49297 49297 42738 42738 35662 35662 44195 35662 35662 27435 22983 27435 27435 22983 22983 16515 14801

1257 1149 1141 1137 1137 1137 1137 1137 915 906 906 906 906 805 800 915 906 804 800 796 796 689 689 689 687 615 612 612 609 609 609 609 544 609 609 532 534 532 532 534 534 462 470


292 267 267 267 267 267 267 267 229 229 229 229 229 210 210 229 229 210 210 210 210 191 191 191 152 178 178 178 178 178 140 140 171 140 140 171 127 171 171 127 127 127 102



176 173 147 134 134 134 134 134 125 101 101 101 101 101 92 125 101 101 92 82 82 82 82 74 67 67 60 60 54 54 46 46 67 46 46 45 39 45 45 39 39 37 33

Ada juga tabel bentuk penampang yang ditawarkan oleh perusahaan macsteel. Bentuk geometrid dan data-data yang ada merupakan variable yang tidak terbatas. Tabel II.4.2. yang ada hanya mengikuti dua contoh untuk satu ukuran profil. Untuk perencanaan, perusahaan mecstell menawarkan program computer CELLBEAM AUTOMATE. Tabel di bawah ini hanya mengijinkan untuk pengecekan terhadap lendutan pada umumnya. Untuk pengecekan tekuk lateral dan tekuk torsi harus menggunakan CELLBEAM . Tabel II.7.2. tabel bentuk penampang dari standart UB menjadi Cellular Beam yang di keluarkan perusahaan MACSTEEL. SECTION

FLOOR (example only )

H

D

S

I XX 4

Z EXX 3

ROOF (example only)

S XX 3

A NET 2

H

D

S

I XX 4

Z EXX 3

S XX 3

A NET

(mm)

(mm)

(mm)

cm

cm

cm

cm

(mm)

(mm)

(mm)

cm

cm

cm

cm2

203 x 133 x 25

289.8

200

300

4732

326.5

343.1

25

309.3

225

300

5384

348.2

364

24.7

203 x 133 x 30

293.4

200

300

5852

398.9

421

30.5

312.9

225

300

6656

425.5

446.8

30.1

254 x 146 x 31

359.7

250

375

8971

498.8

523.2

30.7

383.7

275

350

10262

534.9

559.3

30.6

254 x 146 x 37

364.3

250

375

11254

617.9

650.1

37.7

388.3

275

350

12859

662.3

694.7

37.7

254 x 146 x 43

367.9

250

375

13275

721.8

763

44.1

391.9

275

350

15160

773.7

815

44

305 x 102 x 25

435

300

450

8816

405.3

430.9

21.2

463.2

325

400

10124

437.1

463.9

21.4

305 x 102 x 29

438.6

300

450

10657

485.9

515.9

25.2

466.8

325

400

12214

523.3

554.6

25.4

305 x 102 x 33

442.6

300

450

12932

584.3

621.5

30.1

470.8

325

400

14801

628.7

667.4

30.3

305 x 165 x 40

433.3

300

450

17237

795.6

832.8

40.4

461.5

325

400

19718

854.5

893

40.6

305 x 165 x 46

436.5

300

450

20061

919.2

965.2

46.7

464.7

325

400

22934

987

1035

46.9

305 x 165 x 54

440.3

300

450

23670

1075

1134

354.7

468.5

325

400

27047

1155

1216

54.9

356 x 171 x 45

503

350

525

24287

965.8

1014

42.5

532.1

375

475

27436

1031

1081

42.8


356 x 171 x 51

506.6

350

525

28501

1125

1182

49.3

535.7

375

475

32162

1201

1260

356 x 171 x 57

509.6

350

525

32342

1269

1137

55.6

538.7

375

475

36478

1354

1424

55.9

356 x 171 x 67

515

350

525

39223

1523

1611

66.5

554.1

375

475

44196

1625

1715

66.9

406 x 140 x 39

571.2

400

600

24957

873.8

921.2

34.2

604.5

425

525

28367

938.5

989.7

34.8

406 x 140 x 46

576.4

400

600

31451

1091

1150

42.3

609.7

425

525

35662

1170

1233

42.9

SECTION

LANTAI (example only )

H

D

S

I XX 4

Z EXX 3

S XX 3

49.6

ATAP (example only)

A NET 2

H

D

S

I XX 4

Z EXX 3

S XX

A NET

(mm)

(mm)

(mm)

cm

cm

cm

cm

(mm)

(mm)

(mm)

cm

cm

cm

cm2

406 x 140 x 39

571.2

400

600

24957

873.8

921.2

34.2

604.5

425

525

28367

938.5

989.7

34.8

406 x 140 x 46

576.4

400

600

31451

1091

1150

42.3

609.7

425

525

35662

1170

1233

42.9

406 x 178 x 54

575.8

400

600

37713

1310

1377

50.6

609.1

425

525

42739

1403

1475

51.2

406 x 178 x 60

579.6

400

600

43565

1503

1581

57.7

612.9

425

525

49297

1609

16913

58.4

406 x 178 x 67

582.6

400

600

49074

1685

1776

64.7

615.9

425

525

55511

1803

1900

65.4

406 x 178 x 74

586

400

600

55063

1879

1986

72.1

619.3

425

525

62247

2010

2123

72.9

457 x 191 x 67

648.3

450

675

59376

1832

1927

62.9

682.5

475

600

66618

1952

2054

63.7

457 x 191 x 74

651.9

450

675

67373

2067

2177

70.8

686.1

475

600

75522

2201

2318

71.6

457 x 191 x 82

654.9

450

675

74891

2287

2414

78.3

689.1

475

600

83924

2436

2571

79.2

457 x 191 x 89

658.3

450

675

82871

2518

2663

86.1

692.5

475

600

92809

2680

2833

87.1

457 x 191 x 98

662.1

450

675

92309

2789

2956

95.3

696.3

475

600

1E+05

2968

3145

96.3

533 x 210 x 82

759.1

525

775

96581

2545

2683

75.1

796.1

550

675

1E+05

2704

2854

76.2

533 x 210 x 92

763.9

525

775

1E+05

2942

3103

86.3

800.9

550

675

1E+05

3123

3296

87.5

533 x 210 x 101

767.5

525

775

1E+05

3263

3446

95.5

804.5

550

675

1E+05

3462

3659

96.8

533 x 210 x 109

770.3

525

775

1E+05

3530

3736

103

807.3

550

675

2E+05

3746

3966

105

533 x 210 x 122

775.3

525

775

2E+05

3989

4233

1167

812.3

550

675

2E+05

4232

4491

118.2


3

Tabel II.7.3. profil cellular beam dari steel Indonesia


BAB II TEORI DASAR. struktur yang memikul beban yang bekerja tegak lurus dengan sumbu. longitudinalnya. Hal ini menyebabkan balok itu melentur

Recommend Documents