Perhitungan Luas Bersih dan Efektif Penampang Baja Image

Perhitungan Luas Bersih dan Efektif Penampang Baja

Mencari nilai luas penampang dari suatu profil baja merupakan hal yang mudah jika kita memiliki akses ke tabel baja.

Namun perlu dicatat, bahwa nilai luas penampang yang ada di tabel baja merupakan nilai dari luas utuh penampang profil.

Sehingga nilai dari tabel tidak bisa serta merta kita gunakan sebagai nilai luas penampang pada area sambungan.

Kenapa?

Karena pada area sambungan terdapat komponen penyambung seperti baut misalnya, yang mana lubang dari baut tersebut mengurangi luasan dari penampang profil.

Dengan adanya sambungan, maka kita perlu mencari luas bersih dan luas efektif dari penampang profil tersebut.

Artikel ini akan berfokus pada contoh perhitungan luas bersih dan luas efektif penampang sebagai reminder untuk pribadi dan semoga bisa bermanfaat juga untuk anda.

Luas Bersih Penampang (Net Area)

Dalam menghitung luas bersih penampang, tentunya kita wajib untuk mengetahui cara memperoleh luas utuh / luas kotor penampang dari suatu profil baja.

Karena sederhananya, nilai luas bersih penampang merupakan pengurangan dari luas kotor akibat adanya sambungan.

Biar lebih mudah dipahami, langsung saja kita ke contoh perhitungannya.

Lubang Segaris

Contoh Kasus

Suatu pelat PL.5x100 disambung dengan pelat buhul (Gusset) menggunakan baut berdiameter 16 mm dengan konfigurasi seperti terlihat pada gambar.

Berapakah luas bersih pada area penampang tersebut?

Gambar pelat dengan lubang segaris
Konfigurasi Baut Segaris
(sumber: Pratayama)
Data

Berdasarkan gambar di atas, diperoleh data - data sebagai berikut :

Tebal pelat, t  = 5 mm

Lebar pelat, b  = 100 mm

Dia. baut,  db  = 16 mm

Dia. Lubang,  dl  = db + 2 mm = 18 mm

Jml. baut melintang,  nb  = 2

Sesuai dengan ketentuan SNI 1729:2020, maka diameter lubang harus lebih besar 2 mm dari diameter baut, sehingga diameter baut nilainya 18 mm.

Penyelesaian

\(A_n\)  \(= A_g - n_b.d_l.t\)

   \(= (b.t)-(n_b.d_l.t)\)

   \(= (5.100)-(2.18.5)\)

   \(= 500 - 180\)

   \(= 320\ mm\)

Dari perhitungan di atas, maka nilai luas bersih penampang untuk pelat PL.5x100 dengan konfigurasi segaris adalah sebesar 320 mm.

Lubang Berseling (staggered)

Contoh Kasus

Pelat baja PL. 9x260mm disambung dengan pelat buhul menggunakan baut M20 dengan konfigurasi baut seperti terlihat pada gambar.

Berapa luas bersih penampang pelat baja tersebut?

Gambar Pelat Dengan Lubang Staggered
Pelat Dengan Lubang Berseling (staggered)
[Sumber: Pratayama]

Penyelesaian

Dalam melakukan perhitungan luas bersih penampang dengan konfigurasi lubang berseling dapat dilakukan dengan langkah - langkah berikut ini.

Data

Tebal pelat, t  = 9 mm

Lebar pelat, b  = 260 mm

Dia. baut,  db  = 20 mm

Dia. Lubang,  dl  = db + 2 mm = 22 mm

Data lain seperti s, g, dan jumlah baut mengikuti dari pola keretakan yang ditinjau.

Menentukan Pola Retak

Sebelum melakukan perhitungan luas bersih penampang dengan lubang berseling, kita perlu menentukan terlebih dulu semua kemungkinan pola keretakan yang mungkin terjadi pada pelat tersebut.

Gambar Kemungkinan Pola Retak
Kemungkinan Pola Keretakan

Pada kasus ini, terdapat 4 pola retak yang mungkin terjadi, yaitu :

  • Alur retak melalui lubang 1-2-3 seperti pada gambar (a)
  • Alur retak melalui lubang 1-4-2-3 seperti terlihat pada gambar (b)
  • Alur retak melalui lubang 1-2-5-3 seperti terlihat pada gambar (c)
  • Alur retak melalui lubang 1-4-2-5-3 seperti terlihat pada gambar (d)
Menghitung Luas Kotor Penampang

Ag  = \(b\ .\ t\)

   = \(260mm\ .\ 9mm\)

   = \(2340\ mm^2\)

Menghitung Luas Bersih Penampang

Luas bersih penampang dengan lubang berseling merupakan nilai terkecil dari hasil perhitungan luas bersih untuk tiap pola keretakan.

Oleh karena itu kita perlu menghitung luas bersih untuk tiap pola keretakan yang ada.

Pola 1-2-3

Data tambahan : nb  = 3 bh

Sehingga,

An-123  = \(A_g-n_b.d_l.t\)

   = \(2340-(3.22.9)\)

   = \(1746\ mm^2\)

Pola 1-4-2-3

Dengan data tambahan,

nb  = 4 bh

s  = \(30\ mm\)

g  = \(100mm /2\ =\ 50\ mm\)

Sehingga,

An-1423  = \(A_g-n_b.d_l.t+\sum{{s^2\over4.g}.t}\)

   = \(2340-(4.22.9)+[{30^2\over4.50}.9+{30^2\over4.50}.9]\)

   = \(2340-792+40.5+40.5\)

   = \(1629\ mm^2\)

Pola 1-2-5-3

Dengan data tambahan,

nb  = 4 bh

s  = \(30\ mm\)

g  = \(100mm /2\ =\ 50\ mm\)

Sehingga,

An-1253  = \(A_g-n_b.d_l.t+\sum{{s^2\over4.g}.t}\)

   = \(2340-(4.22.9)+2.[{30^2\over4.50}.9]\)

   = \(2340-792+81\)

   = \(1629\ mm^2\)

Pola 1-4-2-5-3

Dengan data tambahan,

nb  = 5 bh

s  = \(30\ mm\)

g  = \(100mm /2\ =\ 50\ mm\)

Sehingga,

An-14253  = \(A_g-n_b.d_l.t+\sum{{s^2\over4.g}.t}\)

   = \(2340-(5.22.9)+4.[{30^2\over4.50}.9]\)

   = \(2340-990+162\)

   = \(1512\ mm^2\)

Luas Bersih Penampang

Dari hasil di atas, maka luas bersih dari penampang dengan lubang berseling yaitu :

An  = \(min[\ A_{n123}\ ,\ A_{n1423}\ ,\ A_{n1253}\ ,\ A_{n14253}\ ]\)

   = \(min[\ 1746\ ,\ 1629\ ,\ 1629\ ,\ 1512\ ]\)

   = \(1512\ mm^2\)

Luas Efektif Penampang (Effective Area)

Contoh Pelat Baja

Mengambil contoh dari pelat baja PL. 9x260mm pada lubang berseling, berapa nilai luas efektif penampang pelat tersebut?

Penyelesaian

Dikarenakan tidak ada sisi penampang yang tanpa sambungan, maka tidak terdapat kemungkinan fenomena shear lag pada penampang tersebut.

Dengan begitu, faktor koreksi shear lag memiliki nilai sebesar 1.

Sehingga luas efektif penampang adalah sebagai berikut :

Ae  = \(U\ .\ A_n\)

   = \(1\ .\ 1512mm^2\)

   = \(1512\ mm^2\)

Contoh Profil WF

Terdapat 2 baja profil IWF-150x75x5x7 yang disambung menggunakan baut M18 dengan konfigurasi seperti terlihat pada gambar di bawah.

Beban yang bekerja pada elemen tersebut adalah beban tarik yang searah dengan batang baja.

Berapa nilai luas efektif penampang IWF-150 tersebut?

Gambar Sambungan Profil IWF
Penyambungan Profil IWF Dengan Baut
[Sumber: Pratayama]

Penyelesaian

Data

b  = 75 mm

h  = 150 mm

tw  = 5 mm

tf  = 7 mm

nb  = 2

db  = 18 mm

dl  = db + 2mm = 20 mm

Ag  = 1785 mm2 (tabel baja)

Luas Bersih Penampang

\(A_n\)  \(= A_g - n_b.d_l.t_w\)

   \(= 1785-(2.20.5)\)

   \(= 1785-200\)

   \(= 1585\ mm\)

Faktor Shear Lag

Dikarenakan sambungan hanya ada pada badan (web) dari profil, maka fenomena shear lag kemungkinan akan terjadi.

Berdasarkan peraturan SNI 1729:2020 dan AISC 360-16 pada tabel D3.1, ada 2 kasus yang berlaku pada profil ini.

Tabel D3.1 Kasus 2
Karena sambungan bersifat parsial dimana sambungan hanya terdapat pada web, maka untuk mencari nilai faktor shear lag bisa menggunakan rumus \(U=1-{\bar{x} \over l}\), dimana :
\(\bar{x}\) = eksentrisitas sambungan, yaitu jarak dari titik berat profil ke bidang sambungan
\(l\) = panjang sambungan
Tabel D3.1 Kasus 7
Karena profil WF disambung hanya di badan (web) dan menggunakan 4 buah baut, maka kasus 7 bisa diterapkan untuk mendapatkan nilai faktor shear lag dengan nilai \(U=0,70\)

Kita bisa saja langsung menggunakan nilai \(U=0,70\), namun kita akan coba menghitung nilai U pada kasus 2 untuk mengetahui nilai U apakah lebih besar atau tidak.

Gambar eksentrisitas dan panjang sambungan faktor shear lag
Eksentrisitas Dan Panjang Sambungan Faktor Shear Lag
[Sumber: Pratayama]

Berdasarkan gambar di atas, maka nilai faktor shear lag adalah :

U  = \(1-{\bar{x} \over l}\)

   = \(1-{12,5 \over 200}\)

   = \(0,9375\)

Dari hasil perhitungan di atas ternyata nilai U pada kasus 2 nilainya lebih besar dibandingkan nilai U pada kasus 7.

Kalau begitu nilai U mana yang dipakai?

Kalau menurut om Segui (2018), nilai faktor shear lag pada kasus 2 (U = 0,9375) lebih akurat dibandingkan dengan nilai dari kasus 7.

Nilai U pada kasus 7 bisa digunakan sebagai alternatif, utamanya saat preliminary desain dimana properti penampang dan detail sambungan belum diketahui.

Either U value is acceptable, and the Specification permits the larger one to be used. However, the value obtained from Equation [ \(1-{\bar{x} \over l}\) ] is more accurate. The alternative values of U can be useful during preliminary design, when actual section properties and connection details are not known.
William T. Segui - Steel Design

Simplenya, kasus 7 bisa dipakai saat preliminary desain dimana kita masih coba-coba profil dan sambungan.

Setelah mendapatkan calon profil dan konfigurasi yang optimal, baru terapkan kasus 2 untuk mendapatkan nilai U yang lebih akurat.

Luas Efektif Penampang

Setelah semua data diketahui, maka finally kita bisa menghitung luas efektif dari penampang profil WF-150x75.

Ae  = \(U\ .\ A_n\)

   = \(0,9375\ .\ 1585\)

   = \(1485,9375\ mm^2\)

   = \(1485,94\ mm^2\)

Wrapping Up

Dalam melakukan perhitungan luas efektif penampang, maka sebelumnya anda perlu mengetahui dan melakukan perhitungan :

  1. Luas Kotor Penampang
  2. Luas Bersih Penampang
  3. Faktor Shear Lag

Dan hasil perhitungan luas efektif penampang ini akan digunakan dalam perhitungan kuat tarik pada kondisi fraktur dari elemen batang baja.

Artikel ini mengacu pada SNI 1729:2020 dan AISC 360-16, dimana merupakan peraturan yang berlaku saat artikel ini dibuat, sehingga anda perlu menyesuaikan dengan peraturan terbaru seandainya artikel ini belum diupdate.

Karena tangan sudah pegal mengetik rumus dan perhitungan, saat ini mungkin hanya beberapa contoh di atas yang bisa saya sajikan.

Semoga beberapa contoh di atas bisa bermanfaat dalam meningkatkan pemahaman kita semua.

Lain waktu mungkin saya akan menambahkan berbagai contoh lain agar lebih lengkap.

So, stay tuned yah Sob!!!