Beberapa Pertimbangan Dalam Desain Struktur Baja (Bagian 2)

Pada artikel sebelumnya (bagian 1), kami telah mengulas beberapa pertimbangan dalam desain struktur baja. Di antaranya adalah material baja, dimensi batang, rafter dan haunch, eaves haunch, apex haunch, base plate dan pondasi, maupun posisi kekangan kolom dan rafter.

Untuk itu, artikel ini akan melanjutkan pembahasan mengenai beberapa pertimbangan dalam desain struktur baja. Adapun pertimbangan yang dimaksud adalah sebagai berikut.

8. Dinding pasangan bata

Dinding pasangan bata hingga ketinggian 2,5 m sering disediakan di sepanjang struktur bangunan. Dinding ini dapat memiliki efek signifikan pada desain struktur karena beberapa hal. Di antaranya adalah sebagai berikut.

Kebutuhan untuk memenuhi kriteria lendutan yang kompatibel dengan konstruksi pasangan bata
Pengaruh dinding pada lokasi penguat vertikal dan pada detail pengekangan

Untuk dinding yang lebih tinggi, pengekangan lateral mungkin diperlukan di bagian atas dan/atau ketinggian pertengahan dinding. Hal ini dapat dicapai dengan menyediakan bagian canai panas kecil (hot rolled coil) beserta webnya yang ditempatkan secara horizontal. Atau sebagai alternatif, bagian C atau Z dibentuk dingin (cold formed).

Lokasi bracing vertikal terhadap dinding pasangan bata seharusnya direncanakan pada tahap desain konseptual untuk memastikan bahwa ruangan memadai meski terdapat penguatan bracing.

9. Bracing

Penguat diperlukan baik di bidang rafter dan secara vertikal di dinding samping untuk memberikan:

Stabilitas, baik selama ereksi dan di gedung yang sudah selesai
Resistansi terhadap beban angin ke arah longitudinal
Jangkaran yang memadai untuk purlins dan railing dalam fungsinya menahan rafter dan kolom

Ini adalah praktik umum untuk memberikan penahan pada bidang vertikal di setiap ujung bangunan. Lokasi bracing umumnya tidak akan mempengaruhi desain awal frame. Jika terdapat bukaan besar di sisi bangunan, mungkin perlu untuk menyediakan portal-portal yang rata (portal-portal angin) untuk menguatkan diagonal pada bidang vertikal.

Kekakuan dan stabilitas portal-portal angin ini harus dipertimbangkan secara hati-hati. Dimasukkannya portal-portal angin semacam ini dapat membatasi lebar bukaan pintu, sehingga hal ini harus dipertimbangkan saat tahap desain konseptual.

10. Eaves Strut/ Tie

Eaves strut/ tie biasanya terletak di antara flens kolom pada tingkat atap dan diperlukan untuk mengirimkan beban angin longitudinal di sepanjang struktur ke penguat vertikal di dinding.

Hal ini juga diperlukan untuk memberikan stabilitas di luar bidang pada rangka yang tidak secara langsung melekat pada penguat. Bagian berongga melingkar paling efisien dalam aplikasi ini dapat dilihat melalui gambar di bawah ini.

Jika bracing vertikal disediakan di kedua ujung struktur di teluk yang sama dengan bracing plan, maka penyangga atap tidak diperlukan untuk mengirimkan beban angin karena bagian bracing biasanya mampu menahan ketegangan dan kompresi. Hal ini adalah praktik normal untuk menyediakan bagian baja canai panas antara kolom untuk bertindak sebagai dasi.

Biasanya, jenis ini perlu memiliki penyangga atap/ dasi di seluruh struktur untuk memberikan stabilitas selama ereksi. Umumnya, yang lebih disukai adalah bagian canai panas sehingga dapat disuplai oleh perakit pada saat yang sama dengan kolom.

9. Eaves Beam

Eaves beam biasanya menggunakan baja ringan. Namun, tidak masalah jika menggunakan baja konvensional dengan penampang yang tipis. Fungsi utama keduanya adalah untuk mendukung pelapis atap, dinding samping, dan talang air di sepanjang atap.

12. Eaves Beam Strut

Eaves beam strut memiliki hubungan penahan momen ke dalam eaves beam dan sambungan geser ke purlin yang berdekatan. Hal ini ditujukan untuk mencegah eaves beam berotasi akibat beban eksentrik (tidak wajar) talang maupun beban lainnya.

13. Sambungan

Sambungan pada bagian atap dan puncak harus merupakan sambungan penahan momen yang dapat memberikan kekakuan maupun ketahanan lentur memadai. Pada tahap desain awal, desain koneksi tidak perlu dilakukan secara rinci meskipun diperlukan untuk penyediaan koneksi dengan kedalaman yang memadai untuk menahan momen yang diterapkan.

Hal lain yang harus diperhatikan juga bahwa kolom harus menahan geser yang disebabkan oleh beban tarik pada baut di bagian atas haunch. Dalam beberapa kasus, penguatan web mungkin diperlukan.

14. Stiffener Kolom

Jika diperlukan, stiffener harus disediakan di setiap sisi web kolom di dasar haunch untuk mencegah bantalan web dan atau kegagalan tekuk kolom di bawah gaya tekan dari flens bawah haunch.

15. Purlins dan Side Rails

Umumnya, purlins dan side rails menggunakan profil baja ringan yang tersedia dari berbagai produsen. Mereka diminta untuk mengikuti beberapa hal. Di antaranya:

Mendukung atap dan pelapis dinding samping
Memberikan pengekang pada rafter atau kolom

Purlins biasanya akan terus menerus di atas rafter. Namun, purlins dapat berupa bentang sederhana terputus-putus di beberapa tempat. Penerapan purlins misalnya terlihat pada hipped roof.

Purlins dan Side Rails — *Hipped Roof* (Salter, 2004)

16. Gaya horizontal di pangkal kolom

Portal frame mengakibatkan gaya horizontal besar di bagian bawah kolom. Kekuatan-kekuatan ini dapat dilawan dengan sejumlah cara. Di antaranya:

Dengan tekanan pasif tanah terhadap pondasi
Dengan mengikat kolom pada pelat lantai
Dengan memberikan ikatan silang di seluruh lebar bangunan

Penyediaan pengekangan horizontal dapat memengaruhi desain pendahuluan jika terdapat faktor-faktor non-struktural lain yang harus diperhitungkan, seperti drainase (yang dapat memengaruhi perkembangan tekanan pasif di tanah).

17. Dampak kendaraan

Portal frame tidak terlalu baik dalam menahan beban dampak lokal (kecuali jika dirancang khusus untuk melakukannya), karena ukuran batang yang sederhana. Namun, struktur tersebut harus dilindungi terhadap kekuatan yang mungkin terjadi. Misalnya adalah dampak dari kendaraan.

Perlindungan seperti ini dapat dilakukan dengan menggunakan trotoar yang berdiri di atas pondasi independen atau dengan selubung beton bertulang di sekitar kolom dengan ketinggian setidaknya 1,5 m.

Ringkasan desain

Pengambilan keputusan tentang desain konseptual dan pendahuluan portal baja umumnya dapat diurutkan sebagai berikut:

Hasilkan desain konseptual dari frame, termasuk dimensi kritis (bentang dan ketinggian yang jelas) dan tentukan bagian-bagian penyusun frame
Melakukan perkiraan dimensi batang profil
Pilih kedalaman ambang atap di bawah rafter berdasarkan pada ukuran rafter (umumnya antara 1 dan 1,5 kali kedalaman rafter)
Periksa rentang dan ketinggian yang jelas berdasarkan ukuran awal ini
Pilih panjang eaves haunch (umumnya 10% dari rentang dari garis tengah kolom)
Tentukan jenis tumpuan, biasanya menggunakan tumpuan sendi
Tentukan perkiraan posisi purlins dan side rails untuk mendukung cladding maupun untuk memberikan stabilitas batang
Tentukan lokasi dinding dan posisi bracing vertikal
Pilih komponen sekunder lainnya seperti atap penyangga/ ikatan
Tentukan cara untuk melawan gaya dasar horizontal
Pertimbangkan persyaratan untuk muatan yang tidak disengaja