3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menyajikan teori-teori yang mendukung penelitian ini, yang
merupakan kutipan hasil penelitian dan pendapat para ahli serta dari literatur-
literatur yang berhubungan dengan kolom.
2.1 Material Baja
Limbrunner dan Speigel (1998) menyebutkan, baja konstruksi adalah alloy
steels (baja paduan), yang umumnya mengandung lebih dari 98% besi dan biasanya
kurang dari 1% karbon. Sekalipun komposisi aktual kimiawi sangat bervariasi
untuk sifat-sifat yang diinginkan, seperti kekuatannya dan ketahanannya terhadap
korosi, baja dapat juga mengandung elemen paduan lainnya, seperti silikon,
magnesium, sulfur, fosfor, tembaga, krom, nikel, dalam berbagai jumlah. Baja tidak
merupakan sumber yang dapat diperbarui (renewable), tetapi dapat mempunyai
daur ulang (recycled), dan komponen utamanya besi sangat banyak. Salah satu
keuntungan baja adalah keseragaman bahan dan sifat-sifatnya yang dapat diduga
secara cukup tepat. Kestabilan dimensional, kemudahan pembuatan, dan cepatnya
pelaksanaan juga merupakan hal-hal yang menguntungkan dari baja struktural ini.
Kita dapat juga menuliskan kerugian-kerugiannya seperti mudahnya bahan ini
mengalami korosi (kebanyakan baja, tidak semua jenis baja) dan berkurangnya
kekuatan pada temperatur tinggi. Baja tidak mudah terbakar, tetapi harus antiapi.
Suatu batang terbuat dari baja lunak ditarik oleh gaya aksial tertentu pada
kondisi temperatur ruang, akan dapat digambarkan suatu diagram yang menyatakan
hubungan antara tegangan dengan regangan yang terjadi pada baja tersebut.
Umumnya, regangan (strain) menyatakan besarnya perubahan panjang yang
dilambangkan dengan ε, dan tegangan (stress) dilambangkan dengan σ menyatakan
gaya per luas satuan yang bekerja pada penampang tersebut. Hubungan antara
tegangan dan regangan pada baja dapat dilihat pada grafik dibawah ini :
4
2.2 Kolom
Sudarmoko (1996) menyebutkan kolom adalah batang tekan vertikal dari
rangka struktural yang memikul beban dari balok. Kolom merupakan suatu elemen
struktur tekan yang memegang peranan penting dari suatu bangunan, sehingga
keruntuhan pada kolom merupakan lokasi kritis yang dapat menyebabkan
runtuhnya lantai yang bersangkutan dan juga runtuh total seluruh struktur.
Dipohusodo (1994) mengatakan, beban aksial bekerja dalam arah sejajar
sumbu memanjang. Apabila beban aksial berimpit dengan sumbu memanjang
kolom, berarti tanpa eksentrisitas, perhitungan teoritis menghasilkan tegangan
tekan merata pada permukaan penampang lintangnya dapat disebut kolom dengan
beban aksial tekan eksentrisitas kecil. Sedangkan untuk kondisi kolom dengan
beban aksial tekan eksentrisitas besar, gaya aksial bekerja di suatu tempat berjarak
e tertentu terhadap sumbu memanjang, kolom akan cenderung melentur seiring
dengan timbulnya momen M=P(e). Sehingga tegangan tekan yang terjadi tidak
merata pada seluruh permukaan penampang tetapi akan timbul lebih besar pada satu
Gambar 2.1 Grafik Tegangan – Regangan untuk Baja
Sumber : Dewobroto (2016)
5
sisi terhadap sisi lainnya. Jarak e dinamakan eksentrisitas gaya terhadap sumbu
kolom.
2.3 Kolom Baja
Wiryanto (2016) menyebutkan, batang tekan untuk komponen struktur yang
memikul beban sentris tepat pada titik berat penampang, atau kolom dengan gaya
aksial saja. Terdapat eskentrisitas oleh ketidaklurusan batang atau ketidaktepatan
pembebanan, juga kekangan dari tumpuannya yang menyebabkan momen. Tetapi
jika momen relatif kecil sehingga dapat diabaikan. Kolom baja yang berperan
sebagai struktur tekan, masalah yang paling penting diperhatikan adalah stabilitas.
Elemen struktur tekan pada kolom baja akan mengalami tekuk jika kolom tersebut
sebagai kolom panjang yang menerima beban aksial. Tekuk itu terjadi pada
tegangan tekan yang masih dalam selang elastis.
Kolom baja dalam struktur portal akan menerima gaya gaya akibat lendutan
lateral. Panjang efektif batang kolom suatu portal bergantung pada portal yang
ditinjau. Untuk portal tak bergoyang panjang efektif sama dengan atau lebih kecil
dari panjang batang yang sebenarnya. Untuk portal bergoyang panjang efektif
selalu lebih besar dari panjang sebenarnya.
Suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris, akibat
beban terfaktor Ru, menurut SNI 1729-2015, persamaan B3-1 harus memenuhi :
Ru < ϕ.Rn................................................................................................. (2.1)
Dimana :
Ru = Kekuatan perlu menggunakan kombinasi beban DFBK
Rn = Kekuatan nominal
Φ = Faktor ketahanan
Menurut Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung.
SNI 1729-2015 halaman 33, untuk penampang kekuatan desain komponen struktur
tekan dihitung sebagai berikut :
ϕc Pn , dengan ϕC = 0,90
6
Pn = Ag.fcr ...............................................................................................(2.2)
Dimana :
Ag = luas penampang bruto, mm2
fcr = tegangan kritis penampang, Mpa
2.3.1 Tekuk (buckling)
Fenomena tekuk berkaitan dengan kekakuan elemen struktur. Suatu elemen
yang mempunyai kekakuan kecil lebih mudah mengalami tekuk dibandingkan
dengan elemen yang mempunyai kekakuan besar. Untuk menghindari kegagalan
akibat tekuk pada kolom, maka luas tampang tekan dan bentuk dari tampang harus
dipilih secara benar. Momen inersia menjadi suatu pertimbangan yang penting
dalam pemilihan penampang, maka nilai momen inersia dapat ditingkatkan dengan
menyebarkan luas tampang dalam batas-batas.praktis sejauh mungkin dari
sumbernya. Nilai faktor panjang tekuk tergantung jenis perletakan kolomnya
dan berlaku pada kolom elemen tunggal dengan ujung-ujung ideal.
Wiryanto (2016) menyebutkan, perilaku tekuk pada struktur tekan terbagi dua
yaitu tekuk lokal dan tekuk global. Fenomena tekuk lokal adalah terjadinya tekuk
setempat pada bagian penyusun penampang tanpa memperlihatkan tekuk secara
keseluruhan. Untuk mencegah terjadinya tekuk lokal maka suatu penampang harus
Gambar 2.3.1 Nilai kc untuk Kolom Dengan Ujung-ujung Ideal Sumber : (SNI 03-1729-2002)
7
dikelompokkan menjadi tiga yaitu kompak ( λ < λp), tidak kompak (λp < λ < λr),
dan langsing (λ > λr). Apabila komponen penyusun batang tekan telah memenuhi
syarat lebar-tebal seperti yang disyaratkan maka kemungkinan tekuk lokal dapat
dihindari. Bila kolom diberi gaya tekan konsentris maka batang tersebut akan
mengalami tekuk secara global. Tekuk global terjadi pada batang tekan secara
menyeluruh.
2.4 Struktur 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. Perencanaan komposit
mengasumsi bahwa baja dan beton bekerja sama dalam memikul beban yang
bekerja, sehingga akan menghasilkan desain profil/elemen yang lebih ekonomis.
Keuntungan utama dari perencanaan komposit ialah:
1. Penghematan berat baja.
2. Penampang balok baja dapat lebih rendah.
3. Kekakuan lantai meningkat.
4. Panjang bentang untuk batang tertentu dapat lebih besar.
5. Kapasitas pemikul beban meningkat.
Penghematan berat baja sebesar 20 sampai 30% seringkali dapat diperoleh
dengan memanfaatkan semua keuntungan dari sistem komposit. Pengurangan berat
pada balok baja ini biasanya memungkinkan pemakaian penampang yang lebih
rendah dan juga lebih ringan. Keuntungan ini bisa banyak mengurangi tinggi
bangunan bertingkat banyak sehingga diperoleh penghematan bahan bangunan
yang lain seperti dinding luar dan tangga. Menurut SNI 1729-2015 ada dua tipe
kolom komposit, yaitu :
1. Kolom komposit yang terbuat dari profil baja yang diberi selubung beton di
sekelilingnya (kolom baja berselubung beton).
8
Gambar 2.4 Penampang Komposit
Sumber : Salmon dan johnson, (1996)
2. Kolom komposit terbuat dari penampang baja berongga (kolom baja berintikan
beton).
Pada kolom baja berselubung beton (gambar a dan b) penambahan beton
dapat menunda terjadinya kegagalan lokal buckling pada profil baja serta berfungsi
sebagai material penahan api, sementara itu material baja disini berfungsi sebagai
penahan beban yang terjadi setelah beton gagal. Sedangkan untuk kolom baja
berintikan beton (gambar c dan d) kehadiran material baja dapat meningkatkan
kekuatan dari beton serta beton dapat menghalangi terjadinya lokal buckling pada
baja.
2.4.1 Kolom Komposit Baja-Beton
Salmon & Jonson (1996) menyebutkan kolom komposit adalah kolom baja
yang dibuat dari potongan baja giling (rolled) built-up dan di cor di dalam beton
struktural atau terbuat dari tabung atau pipa baja dan diisi dengan beton struktural.
Kolom komposit adalah elemen vertikal dari struktur portal atau frame atau struktur
rangka yang umumnya dominan mendukung gaya aksial. Kolom komposit yang
dimaksud adalah struktur kolom yang terdiri dari gabungan antara bahan baja
struktur dan beton (bertulang).
9
Kolom komposit dibuat dari baja profil yang terbungkus beton seluruhnya,
atau dengan mengisi pipa baja dengan beton. Kolom komposit akan dapat menahan
beban yang lebih besar dibandingkan dengan kolom beton bertulang biasa dengan
ukuran yang sama.
Kriteria untuk kolom komposit bagi komponen struktur tekan, menurut
SNI 1729-2015:
1. Luas penampang melintang inti baja harus terdiri dari sedikitnya 1% dari
penampang melintang komposit total;
2. Selongsong beton dari inti baja harus ditulangi dengan batang tulangan
longitudinal menerus dan sengkang pengikat lateral atau spiral. Bila digunakan
pengikat lateral, batang tulangan no. 3 (10 mm) berspasi maksimum 12 in. (305
mm) pusat ke pusat, atau batang tulangan no. 4 (13 mm) atau lebih besar harus
digunakan spasi maksimum 16 in. (406) pusat ke pusat. Boleh digunakan
tulangan kawat ulir atau kawat dilas dengan luas ekivalen. Spasi maksimum
dari pengikat lateral tidak boleh melebihi 0,5 kali dimensi kolom terkecil;
3. Rasio tulangan minimum 𝜌𝑠𝑟 sebesar 0,004 digunakan untuk penulangan
longitudinal menerus, dimana 𝜌𝑠𝑟 adalah
𝜌𝑠𝑟 =𝐴𝑠𝑟
𝐴𝑔 ........................................................................................(2.3)
Dimana :
𝐴𝑔 = luas bruto komponen struktur komposit, mm2
𝐴𝑠𝑟 = luas batang tulangan menerus, mm2
Adapun rumus untuk menghitung kapasitas kolom komposit yang menahan
beban aksial menurut SNI 1729-2015 :
ϕc Pn , dengan ϕC = 0,75
Bila 𝑃𝑛
𝑃𝑒 ≤ 2,25 maka :
Pn = Pno [0,658 𝑃𝑛𝑜
𝑃𝑒 ]................................................................................(2.4)
Bila 𝑃𝑛
𝑃𝑒 ≥ 2,25 maka :
Pn = 0,877 Pe ...........................................................................................(2.5)
10
Dimana :
Pe = beban tekuk kritis, N
Untuk mencari Pno digunakan persamaan :
Pno = Fy + As + Fysr Asr + 0,85 f’c Ac ...........................................................(2.6)
Dimana :
As = luas penampang profil baja, mm2
Ac = luas beton, mm2
f'c = kuat tekan beton, Mpa
Fy = tegangan leleh minimum disyraratkan dari penampang baja, Mpa
Fysr = tegangan leleh minimum disyaratkan dari baja tulangan, Mpa
Beban tekuk kritis dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini :
π2EIeff / (KL)2........................................................................................(2.10)
Dimana :
EIeff = kekakuan efektif penampang komposit, N-mm2
K = faktor panjang efektif
L = panjang tanpa breising secara lateral dari komponen struktur, mm
Kekakuan efektif penampang komposit didapatkan dari persamaan dibawah ini :
EIeff = Es Is + 0,5 Es Isr + C1 Ec Ic …..........................................................(2.11)
Dimana :
Es = modulus elastisitas baja (200.000), Mpa
Ec = modulus elastisitas beton , Mpa
Ic = momen inersia penampang beton di sumbu netral elastis dari penampang
komposit, mm4
Is = momen inersia baja disumbu netral elastis dari penampang komposit, mm4
Isr = momen inersia batang disumbu netral elastis penampang komposit, mm4
C1 = koefisien untuk perhitungan kekakuan dari suatu komponen struktur tekan
komposit terbungkus beton, mm4
Modulus elastisitas beton diperoleh dari persamaan :
𝐸𝑐= 0,041 wc1,5√𝑓′𝑐
.............................................................................(2.12)
Dimana:
11
wc adalah berat jenis beton, kg/m3
Koefisien untuk perhitungan kekakuan dari suatu komponen struktur tekan
komposit terbungkus beton diperoleh dari persamaan :
C1 = 0,1 + 2 (𝐴𝑠
𝐴𝑐+𝐴𝑠)
≤ 0.3 .....................................................................(2.13)
2.5 Pembebanan
Beban adalah gaya luar yang bekerja pada unsur struktur. Penentuan secara
pasti besarnya beban yang bekerja pada suatu struktur selama umur layannya
merupakan salah satu pekerjaan yang cukup sulit.
Besar beban yang bekerja pada suatu struktur diatur oleh peraturan
pembebanan yang berlaku. Beberapa jenis beban yang sering dijumpai antara lain:
1. Beban Mati, adalah berat dari semua bagian suatu gedung/bangunan yang
bersifat tetap selama masa layan struktur, termasuk unsur-unsur tambahan,
finishing, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian tak
terpisahkan dari gedung/bangunan tersebut.
2. Beban Hidup, adalah beban gravitasi yang bekerja pada struktur dalam masa
layannya, dan timbul akibat penggunaan suatu gedung. Termasuk beban ini
adalah berat manusia, perabotan yang dapat dipindah-pindah, kendaraan, dan
barang-barang lain.
3. Beban Angin, adalah beban yang bekerja pada struktur akibat tekanan-tekanan
dari gerakan angin. Beban angin sangat tergantung dari lokasi dan ketinggian
dari struktur.
4. Beban Gempa, adalah semua beban statik ekivalen yang bekerja pada struktur
akibat adanya pergerakan tanah oleh gempa bumi, baik pergerakan arah vertikal
maupun horizontal.
Kombinasi dan faktor beban yang digunakan dalam perencanaan dapat
mengacu pada kombinasi pembebanan berdasarkan DFBK ( SNI 1729-2015 ) pasal.
Beberapa kombinasi kuat perlu U dasar yang yang harus ditinjau, diataranya :
U = 1,4D............................................................................................................(2.14)
12
U = 1,2D + 1,6L + 0,5 (Lr atau S atau R)...........................................................(2.15)
U = 1,2D + 1,6 (Lr atau S atau R)+( L atau 0,5W)..............................................(2.16)
U = 1,2D + 1,0 W + L + 0,5 (Lr atau S atau R).....................................................(2.17)
U = 1,2D + 1,0E + L + 0,2S................................................................................(2.18)
U = 0,9D + 1,0W................................................................................................(2.19)
U = 0,9D + 1,0 E..............................................................................................(2.20)
Keterangan :
D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk
dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap.
L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut,
tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain.
Lr adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,
peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda
bergerak.
R adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air.
W adalah beban angin.
S adalah beban salju nominal
E adalah beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03–1726– 1989, atau
penggantinya.
2.6 Rasio Kapasitas
Capacity Ratio (R) adalah rasio antara gaya atau momen ultimate pada
penampang yang terjadi (beban terfaktor: Pu atau Nu) terhadap kuat nominal
penampang (Pn atau Nn) yang tentunya telah memasukkan faktor reduksi (phi).
R = Pu /ϕPn.......................................................................................... (2.21)
Dimana :
Pu = Beban terfaktor
Pn = Kapasitas/kekuatan nominal kolom
Phi = Faktor Reduksi (0,85)
13
2.7 Struktur Portal Bidang (Plane Frames)
Widodo (2007), menjelaskan bahwa struktur portal bidang merupakan suatu
sistem struktur yang merupakan gabungan dari sejumlah elemen (batang) dimana
pada setiap titik simpulnya dianggap berperilaku sebagai jepit dan setiap elemennya
hanya dapat menerima gaya berupa gaya aksial, gaya geser, dan momen lentur.
2.8 Sistem Pembebanan Pada Struktur Portal
Wahyudi (2015) menyebutkan, beban yang bekerja pada elemen struktur
bertingkat secara umum dapat dinyatakan sebagai : beban pelat didistribusikan
terhadap balok anak dan balok portal, beban balok portal didistribusikan ke kolom
dan beban kolom akan didistribusikan ke tanah oleh pondasi. Perencanaan
pembebanan ini digunakan beberapa standar sebagai berikut :
1. Spesifikasi Untuk Bangunan Gedung Baja Struktural (SNI 1729-2015).
2. Beban Minimum untuk Perencanaan Gedung dan Struktur Lain (SNI 03-2847-
2013).
Gambar 2.7 Portal Bidang
Sumber : Kassimali (1999)
14
2.9 Software ETABS (Integreted Building Design Software)
Wahyudi (2015), ETABS merupakan salah satu program aplikasi teknik
sipil untuk analisis dan desain struktur pada berbagai macam bangunan ( umumnya
gedung, jembatan, tower dan lain-lain). Analisis struktur yang dimaksud adalah
mencari respon struktur terhadap pembebanan yang diberikan, yaitu berupa gaya-
gaya dalam elemen struktur atau gaya-gaya reaksi perletakan, maupun deformasi
(lendutan) struktur itu sendiri.
Top Related