METODE PERENCANAAN ASD,
PLASTIS, DAN LRFD
Di dalam perencanaan
struktur bangunan baja, terdapat tiga metode perencanaan yang berkembang secara
bertahap di dalam sejarahnya (Bowles,
1979), yaitu :
- Perencanaan
Tegangan Kerja / Allowable Stress Design
(ASD)
Di dalam metode
ini, elemen struktur pada bangunan (pelat/balok/kolom/pondasi) harus
direncanakan sedemikian rupa sehingga tegangan yang timbul akibat beban
kerja/layan tidak melampaui tegangan ijin yang telah ditetapkan.
σmaks ≤ σijin ......................................... Persamaan 1
Tegangan ijin
ini ditentukan oleh peraturan bangunan atau spesifikasi (seperti American Institute of Steel Construction (AISC)
Spesification 1978) untuk mendapatkan faktor keamanan terhadap tercapainya
tegangan batas, seperti tegangan leleh minimum atau tegangan tekuk (buckling). Tegangan yang dihitung akibat
beban kerja/layan harus berada dalam batas elastis, yaitu tegangan sebanding
dengan regangan seperti ditunjukkan pada grafik berwarna hijau pada kurva
tegangan-regangan baja di bawah.
Gambar 1. Kurva tegangan-regangan baja
Pada kondisi beban kerja, tegangan yang terjadi
dihitung dengan menganggap struktur bersifat elastis, dengan memenuhi syarat
keamanan (kekuatan yang memadai) untuk struktur. Pada dasarnya, tegangan ijin
pada baja sesuai kualitasnya yang diberikan dalam spesifikasi AISC ditentukan
berdasarkan kekuatan yang bisa dicapai bila struktur dibebani lebih dari
semestinya (faktor beban tambahan jagaan). Bila penampang bersifat daktail dan
tekuk (buckling) tidak terjadi,
regangan yang lebih besar daripada regangan saat leleh dapat diterima oleh
penampang tersebut.
Pada metode tegangan kerja (ASD) ini, tegangan ijin
disesuaikan ke atas bila kekuatan plastis merupakan keadaan batas yang sesungguhnya.
Jika keadaan batas yang sesungguhnya adalah ketidak-stabilan tekuk (buckling) atau kelakuan lain yang
mencegah pencapaian regangan leleh awal, maka tegangan ijin harus diturunkan. Syarat-syarat
daya layan lainnya seperti lendutan biasanya diperiksa pada kondisi beban
kerja.
-
Perencanaan Plastis
Perencanaan plastis adalah kasus khusus perencanaan
keadaan batas yang tercantum pada bagian 2 dari spesifikasi AISC. Kelakuan inelastis
(tak elastis) yang daktail bisa meningkatkan beban yang mampu dipikul bila
dibanding dengan beban yang bisa ditahan jika struktur tetap berada dalam keadaan
elastis. Batas atas dari kekuatan momen yang disebut kekuatan plastis diperoleh
saat seluruh tinggi penampang meleleh.
Di sini, keadaan batas untuk kekuatan harus berupa
pencapaian kekuatan plastis, dan keadaan batas berdasarkan ketidak-stabilan
tekuk (buckling), kelelahan (fatigue), atau patah getas (brittle fracture) dikesampingkan. Pada perencanaan
plastis, sifat daktail pada baja dimanfaatkan dalam perencanaan struktur statis
tak tentu, seperti balok menerus dan portal kaku.
Pencapaian kekuatan plastis di satu lokasi pada
struktur statis tak tentu bukan berarti tercapainya kekuatan maksimum untuk
struktur. Setelah salah satu lokasi mencapai kekuatan plastis, beban tambahan
dipikul dengan proporsi yang berlainan di setiap bagian struktur hingga lokasi
kekuatan plastis kedua tercapai. Pada saat struktur tidak mempunyai kemampuan
lebih lanjut untuk memikul beban tambahan, struktur dikatakan telah mencapai “mekanisme
keruntuhan”.
Setelah syarat kekuatan dipenuhi dengan perencanaan
plastis, syarat daya layan seperti lendutan pada kondisi beban kerja harus
diperiksa.
-
Perencanaan Faktor Daya Tahan dan Beban
(LRFD)
Pendekatan umum
berdasarkan faktor daya tahan dan beban, atau disebut dengan Load Resistance Design Factor (LRFD) ini
adalah hasil penelitian dari Advisory
Task Force yang dipimpin oleh T. V. Galambos. Pada metode ini
diperhitungkan mengenai kekuatan nominal Mn
penampang struktur yang dikalikan oleh faktor pengurangan kapasitas (under-capacity) ϕ, yaitu bilangan yang lebih kecil dar 1,0 untuk memperhitungkan
ketidak-pastian dalam besarnya daya tahan (resistance
uncertainties). Selain itu diperhitungkan juga faktor gaya dalam ultimit Mu dengan kelebihan beban (overload) γ (bilangan yang lebih besar
dari 1,0) untuk menghitung ketidak-pastian dalam analisa struktur dalam menahan
beban mati (dead load), beban hidup (live load), angin (wind), dan gempa (earthquake).
Mu
≤ Ø.Mn .............................................. Persamaan 2
Struktur dan
batang struktural harus selalu direncanakan memikul beban yag lebih besar
daripada yang diperkirakan dalam pemakaian normal. Kapasitas cadangan ini
disediakan terutama untuk memperhitungkan kemungkinan beban yang berlebihan. Selain
itu, kapasitas cadangan juga ditujukan untuk memperhitungkan kemungkinan
pengurangan kekuatan penampang struktur. Penyimpangan pada dimensi penampang
walaupun masih dalam batas toleransi bisa mengurangi kekuatan. Terkadang penampang
baja mempunyai kekuatan leleh sedikit di bawah harga minimum yang ditetapkan,
sehingga juga mengurangi kekuatan.
Kelebihan beban
dapat diakibatkan oleh perubahan pemakaian dari yang direncanakan untuk
struktur, penaksiran pengaruh beban yang terlalu rendah dengan pnyederhanaan
perhitungan yang berlebihan, dan variasi dalam prosedur pemasangan. Biasanya perubahan
pemakaian yang drastis tidak ditinjau secara eksplisit atau tidak dicakup oleh
faktor keamanan, namun prosedur pemasangan yang diketahui menimbulkan kondisi
tegangan tertentu harus diperhitungkan secara eksplisit.
