Desain Struktur Baja Kolom dan Balok

Bameswarablogs -- Pada saat merencanakan desain pemodelan suatu struktur baja, seorang insinyur struktur harus memperhatikan tahapan demi tahapan, secara runtut dan benar-benar memperhatikan kaidah peraturan perencanaan yang harus diterapkan.

Ada dua tahap dalam desain baja:

• Desain komponen struktural untuk kekakuan dan kekuatan yang memadai
• Desain sambungan baut, pelat, sambungan, dan angkur yang membantu menyalurkan gaya

Seringkali pada struktur baja, bukan berat baja yang menentukan biaya struktur, akan tetapi fabrikasi dan pemasangan bajalah yang menentukan aspek ekonomis dari desain struktur. Desain sambungan yang efektif sangat penting untuk biaya struktur karena manfaat ekonomis dalam menggunakan bagian yang lebih berat dengan detail yang lebih sederhana dibandingkan bagian yang lebih ringan dengan detail sambungan yang rumit.

Member baja bersifat elastis dan bekerja secara elastis hingga kekuatan lelehnya. Baja  kemudian berubah bentuk secara plastis hingga mencapai kekuatan tertinggi.

Baja umumnya memiliki tingkat mulur yang rendah. Namun, baja memiliki laju mulur yang tinggi pada suhu tinggi atau saat terkena panas atau api.

Baja juga bisa mengalami kerusak karena faktor kelelahan

Struktur baja dirancang agar bersifat lentur sehingga tidak mengalami keruntuhan akibat defleksi akibat tegangan dalam.

Bangunan bertingkat rendah biasanya dibangun dengan rangka baja, baik dengan rangka portal atau dengan penyangga pada dinding. Untuk rangka portal, beban angin lateral merupakan beban pengatur. Untuk bresing bay, komponen bresing struktural biasanya berbentuk bagian berongga atau sudut dan biasanya digunakan untuk bresing vertikal. Kawat gigi diagonal tunggal dirancang untuk menahan kompresi dan tegangan. Penahan silang diagonal yang dimiringkan pada 45 derajat dirancang untuk menahan tegangan saja. Untuk bresing horizontal, bresing lantai triangulasi dapat digunakan untuk menyalurkan beban angin lateral ke sistem bresing vertikal yang berdekatan.

A. Desain Struktur Kolom Baja

Member struktural baja dirancang untuk menahan leleh, tekuk, dan pecah akibat gaya ultimit. Kolom baja dirancang untuk menahan tekan langsung dimana beban vertikal diterapkan pada sumbu netral kolom, serta gaya lentur yang disebabkan oleh beban angin lateral dan beberapa beban vertikal yang diterapkan secara eksentrik terhadap sumbu netral kolom.

Postingan ini akan menjelaskan mengenai cara merancang kolom baja dengan dua skenario, kolom dengan beban aksial penuh dan kolom dengan beban aksial dengan momen yang dibuat secara eksentrik.

1. Kolom Berbeban Aksial Kolom baja akan dirancang untuk menerima gaya tekan aksial dan gaya tekuk momen. Kolom-kolom ini dapat diberi bresing, dimana kolom-kolom tersebut ditopang oleh rongga atau dinding inti yang diberi bresing, atau tidak diberi bresing, dimana kolom-kolom tersebut menjadi bagian dalam suatu rangka portal. Seringkali, bresing digunakan untuk mengurangi panjang efektif kolom ketika diperlukan tahanan lateral untuk tekuk dan ketika tahanan tekan kolom baja perlu ditingkatkan terhadap sumbu z-z yang selalu lebih lemah.

Catatan: Akan lebih ekonomis untuk menguatkan sumbu z-z yang paling lemah untuk menahan tekuk. Kolom dapat dirancang untuk gaya tekan aksial hanya jika balok yang sama ditopang pada kedua sisi kolom dan ketika beban diasumsikan terdistribusi secara merata.

2. Kolom yang dibebani secara aksial dengan Momen yang Dibuat Secara Eksentrik Kasus ini digunakan ketika kolom telah mendapat beban eksentrik yang menimbulkan gaya aksial dan gaya momen lentur. Untuk tujuan perancangan skema, kami hanya akan fokus pada perancangan kolom untuk gaya tekan aksial saja.

Desain Skema :

Tegangan tekan bergantung pada rasio kelangsingan kolom.

B. Desain Struktur Balok Baja

Balok baja harus dirancang agar sesuai dengan keadaan batas berikut:

• Kekuatan lentur pada ULS (termasuk tekuk lokal pada sayap atau badan, tekuk torsi lateral, dan kapasitas momen plastis)

• Tekuk torsi lateral diperiksa ketika serat terluar pada bagian atas sumbu netral balok baja mengalami tegangan tekan akibat beban ke bawah pada balok. Beban yang diterapkan menciptakan kompresi pada flensa atas balok, tempat balok tersebut melengkung, dan tegangan pada flensa bawah balok. Tegangan puntir kemudian akan timbul karena jaringan menahan flensa agar tidak tekuk sepanjang panjangnya, namun selama proses ini, menyebabkan defleksi puntir.

• Kekuatan geser pada ULS

• Balok harus dirancang untuk menahan gaya geser yang sejajar dengan badan balok.

• Tekuk geser jaring

• Tekuk geser badan perlu diperiksa bila balok mempunyai badan yang ramping. Dalam hal ini, kapasitas geser akan diatur oleh tekuk geser web. Pengaku dapat dipasang pada jaring untuk menahan tekuk geser jaring. Selain itu, jika terdapat gaya transversal dan terdistribusi dari flensa ke badan, maka tekuk badan perlu diperiksa lebih lanjut.

•  Defleksi pada SLS

Perekat
Berikut ini adalah nilai minimum tipikal :

• 203 UC = setinggi 2-3 lantai

• 254 UC = tinggi hingga 5 lantai

• 305 UC = tinggi atau bentang panjang hingga 8 lantai

• 354 UC = tinggi 8-12 lantai

Desain Skema Struktur Balok Baja

 
1. Tentukan beban hidup pada balok

2. Carilah defleksi ijin berdasarkan beban-beban yang dikenakan tidak terfaktorkan dan periksa terhadap defleksi rencana maksimum. Untuk balok, defleksi biasanya merupakan kasus paling kritis untuk bentang panjang dan geser biasanya merupakan kasus paling kritis untuk balok dengan bentang pendek dan pembebanan besar.

Batas Lendutan Yang Diijinkan = Beban Hidup / 360

3. Carilah beban ULS total pada balok

Beban total = Rentang x Lebar beban x Beban Kritis x Faktor ULS

Anggota struktural baja dirancang untuk menahan luluh, tekuk, dan pecah akibat gaya ultimit. Balok dirancang untuk menahan gaya lentur dan geser ULS.

4. Tentukan kondisi tumpuan balok dan tentukan panjang efektif, L, berdasarkan kondisi tumpuan tersebut

5. Tentukan M, momen lentur maksimum, dan V, gaya geser maksimum

M = w x L

6. Tentukan Momen Inersia Kedua balok (I mempunyai satuan cm^4)

I = 0,5 x Rasio x K x L x M

Di mana

M = momen lentur maksimum (kNm)

L = panjang efektif balok (m)

K = konstan menurut tumpuan ujung dan diagram momen lentur. Nilai K juga ditunjukkan pada tabel di bawah ini.