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.