Baja sebagai Elemen Komposit : Penggunaan Konstruksi Baja

Penggunaan Konstruksi Baja

Kerangka baja yang menyangga konstruksi plat beton bertulang yang dicor di tempat pada awalnya direncanakan dengan anggapan bahwa plat beton dan baja bekerja secara terpisah dalam menahan beban. Pengaruh komposit dari baja dan beton yang bekerja sama tidak diperhitungkan.

Gambar Struktur baja komposit

Pengabaian ini didasarkan pada alasan bahwa lekatan (bond) antara lantai atau plat beton dan bagian atas balok baja tidak dapat diandalkan. Namun, dengan berkembangnya teknik pengelasan, permakaian alat penyambung geser (shear connector) mekanis menjadi praktis untuk menahan gaya geser horisontal yang timbul ketika batang terlentur. Karena tegangan dalam plat lebar yang bertumpu pada balok baja tidak seragam sepanjang lebar plat, rumus lentur yang biasa (f = Mc/I) tidak berlaku. Sama seperti pada penampang T yang seluruhnya terbuat dari beton bertulang, plat yang lebar diubah menjadi plat dengan lebar ekuivalen agar rumus lentur dapat diterapkan untuk memperoleh kapasitas momen yang tepat.

Faktor yang penting pada aksi komposit ialah lekatan antara beton dan baja harus tetap ada. Ketika para perencana mulai meletakkan plat beton pada puncak balok baja penyanggah, para peneliti mulai mempelajari kelakuan alat penyambung geser mekanis. Alat penyambung geser menghasilkan interaksi yang diperlukan untuk aksi komposit antara balok baja profil I dan plat beton, yang sebelumnya hanya dihasilkan oleh lekatan untuk balok yang ditanam seluruhnya dalam beton.

Berbagai macam struktur komposit

Aksi komposit

Aksi komposit timbul bila dua batang struktural pemikul beban seperti konstruksi lantai beton dan balok baja penyangga disambung secara integral dan melendut secara satu kesatuan. Contoh penampang lintang komposit yang umum diperlihatkan pada Gambar. Besarnya aksi komposit yang timbul bergantung pada penataan yang dibuat untuk menjamin regangan linear tunggal dari atas plat beton sampai muka bawah penampang baja. Gambar . Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit

Perbandingan lendutan balok dengan dan tanpa aksi komposit

Untuk memahami konsep kelakuan komposit, pertarna tinjaulah balok yang tidak komposit dalam Gambar (a). Pada keadaan ini, jika gesekan antara plat dan balok diabaikan, balok dan plat masing-masing memikul suatu bagian beban secara terpisah. Bila plat mengalami deformasi akibat beban vertikal, permukaan bawahnya akan tertarik dan memanjang; sedang permukaan atas balok tertekan dan memendek. Jadi, diskontinuitas akan terjadi pada bidang kontak. Karena gesekan diabaikan, maka hanya gaya dalam vertikal yang bekerja antara plat dan balok.

Keuntungan dan kerugian

Keuntungan utama dari perencanaan komposit ialah:
− Penghematan berat baja
− Penampang balok baja dapat lebih rendah
− Kekakuan lantai meningkat
− Panjang bentang untuk batang tertentu dapat lebih besar
− 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.

Kekakuan lantai komposit jauh lebih besar dari kekakuan lantai beton yang balok penyanggahnya bekerja secara terpisah. Biasanya plat beton bekerja sebagai plat satu arah yang membentang antara balok-balok baja penyangga. Dalam perencanaan komposit, aksi plat beton dalarn arah sejajar balok dimanfaatkan dan digabungkan dengan balok baja penyanggah. Akibatnya, momen inersia konstruksi lantai dalam arah balok baja meningkat dengan banyak. Kekakuan yang meningkat ini banyak mengurangi lendutan beban hidup dan jika penunjang (shoring) diberikan selama pembangunan, lendutan akibat beban mati juga akan berkurang. Pada aksi komposit penuh, kekuatan batas penampang jauh melampaui jumlah dari kekuatan plat dan balok secara terpisah sehingga timbul kapasitas cadangan yang tinggi.

Keuntungan keseluruhan dari permakaian konstruksi komposit bila ditinjau dari segi biaya bangunan total nampaknya baik dan terus meningkat. Pengembangan kombinasi sistem lantai yang baru terus menerus dilakukan, dan pemakaian baja berkekuatan tinggi serta balok campuran dapat diharapkan memberi keuntungan yang lebih banyak. Juga, sistem dinding komposit dan kolom komposit mulai dipakai pada gedung-gedung.

Walaupun konstruksi komposit tidak memiliki kerugian utama, konstruksi ini memiliki beberapa batasan yang sebaiknya disadari, yakni:
− Pengaruh kontinuitas
− Lendutan jangka panjang

Lendutan jangka panjang dapat menjadi masalah jika aksi penampang komposit menahan sebagian besar beban hidup atau jika beban hidup terus bekerja dalam waktu yang lama. Namun, masalah ini dapat dikurangi dengan memakai lebar plat efektif yang diredusir atau dengan memperbesar rasio modulus elastisitas n.

Alat Penyambung Geser Komposit

Gaya geser horisontal yang timbul antara plat beton dan balok baja selama pembebanan harus ditahan agar penampang komposit bekerja secara monolit. Walaupun lekatan yang timbul antara plat beton dan balok baja mungkin cukup besar, Iekatan ini tidak dapat diandahkan untuk memberi interaksi yang diperlukan. Juga, gaya gesek antara plat beton dan balok baja tidak mampu mengembangkan interaksi ini. Sebagai gantinya, alat penyambung geser mekanis yang disambung ke bagian atas balok baja harus diberikan. Alat penyambung geser yang umum diperlihatkan pada Gambar.