3.6.        Ketentuan LRFD – AISC 2010

Mengacu AISC (2010) atau adopsi penuh versi Indonesia : RSNI1 03-1729.1-201X, ada dua ketentuan perencanaan struktur baja yang dapat dipilih, yaitu [1] LRFD (load resistance factor design), dan [2] ASD (allowable strength design). Adapun code baja yang lama : SNI 03 – 1729 – 2002 (Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung) hanya berisi satu ketentuan saja, yaitu berdasarkan kekuatan batas. Dari sisi ini ketentuan LRFD tentu akan lebih mudah diterima dibanding ketentuan ASD.

Sisi lain, ketentuan LRFD dan ASD punya tingkat keunggulan yang seimbang, boleh bebas dipilih. Adapun penulis terbiasa mengajar dengan ketentuan LRFD, dan menyadari jika keduanya diberikan sekaligus dapat membuat bingung. Jadi diputuskan bahwa materi buku ini dibatasi pada ketentuan LRFD saja, yang menurut RSNI disebut Desain Faktor Beban dan Ketahanan (DFBK). Selanjutnya ketentuan tentang beban dan faktor beban yang digunakan akan mengacu pada ASCE/SEI 7-10 (AISC 2010).

Perencanaan LRFD dianggap memenuhi syarat jika kuat perlu, R_u lebih kecil dari kuat rencana, ΦR_n dengan Φ adalah faktor tahanan yang nilainya bervariasi tergantung perilaku aksi komponen yang ditinjau (Tabel 6.1). Jadi konsep dasar ketentuan LRFD adalah :

R_u ≤ ΦR_n …………………………………………………………………………… (3.2)

Kuat perlu, R_u adalah nilai maksimum dari berbagai kombinasi beban terfaktor yang dicari dengan bantuan analisis struktur. Faktor beban dan kombinasi yang digunakan tidak boleh lebih kecil dari ketentuan pasal 2.3.2 ASCE/SEI 7-10, yaitu sebagai berikut :

Untuk mencari kuat perlu, R_u untuk tiap-tiap elemen struktur, maka diperlukan analisa struktur secara menyeluruh (global). Faktor beban di atas disiapkan untuk analisis struktur cara elastis. Jika alat analisis dilengkapi opsi memperhitungkan efek P-Δ (nonlinier geometri), maka ketentuan analisis stabilitas struktur (Chapter C – AISC 2010) selain memakai cara Efective Length Method (ELM) dapat juga memakai cara Direct Analysis Method (DAM), yang pada buku ini dibahas secara panjang lebar pada Bab 9 (tentang latar belakang teorinya) dan Bab 10 (implementasi pada kasus sampel).

Hasil analisis struktur secara menyeluruh (global) untuk R_u selanjutnya digunakan untuk mengevaluasi elemen-per-elemen dan dibandingkan dengan kuat rencana ΦR_n yang ditinjau per-elemen juga, sesuai dengan gaya internal yang terjadi. Jadi misal elemen struktur menerima gaya aksial maka dievaluasi juga dengan kuat rencana elemen terhadap gaya aksial, yang dibahas secara detail pada Bab 4 ( batang tarik) dan Bab 5 (batang tekan). Jika elemen menerima momen dan gaya geser maka evaluasinya dengan kuat rencana elemen terhadap lentur dan geser, yang dibahas detail di Bab 6 (balok lentur). Jika gabungan, yaitu gaya aksial dan momen maka hal itu akan dibahas di Bab 7 (batang portal). Tinjauan per-elemen diperlukan karena karakter untuk setiap aksi dan perilaku keruntuhannya bisa berbeda-beda. Itu alasannya, mengapa faktor tahanan Φ bisa berbeda-beda juga, seperti terlihat di Tabel 6.1.

^*) kecuali Section G2.1(a) AISC(2010)

Perbedaan cara lama atau Efective Length Method (ELM) dengan cara baru, Direct Analysis Method (DAM) terdapat pada pemodelan stabilitas global struktur. Cara ELM stabilitas struktur yang dikalibrasi hanya diberikan pada elemen tunggal (lokal), dan digunakan bersama dengan cara DAM. Pada kondisi ini keduanya sama.

Ketika struktur tidak terdiri dari elemen tunggal, maka tinjauan stabilitas perlu dilakukan secara menyeluruh (global). Pada kondisi ini baru terjadi perbedaan antara ke dua cara tersebut. Cara ELM mengandalkan analisa struktur elastis, baik yang linier atau nonlinier, khususnya efek P-Δ (nonlinier geometri). Jika tersedia opsi menghitung efek P-Δ, maka faktor pembesaran momen untuk R_u tidak diperlukan. Tetapi karena masalah stabilitas adalah tidak sekedar efek P- Δ saja, maka antara stabilitas struktur (global) dan stabilitas elemen (lokal) yang telah dikalibrasi perlu dibuatkan penyesuaian, yaitu dengan faktor K yang sesuai. Uraian stabilitas batang tekan pada Bab 5 adalah memakai prinsip ini.

Cara DAM membutuhkan analisa struktur elastis dengan opsi non-linier untuk memperhitungkan efek P-Δ. Jika sekedar mengandalkan analisa struktur klasik (elastis linier saja) maka cara DAM tidak bisa dilakukan. Jika kondisinya seperti itu, maka mau tidak mau harus memakai cara lama saja, yang di AISC (2010) disebut Efective Length Method (ELM), yang nilai K-nya antara 0.5 – ∞ .

Jika tersedia alat analisis struktur yang dilengkapi opsi nonlinier, untuk menghitung efek P-Δ, maka dengan cara DAM dapat dibuat analisis stabilitas struktur secara menyeluruh. Pada kondisi tersebut pengaruh imperfection dan kondisi inelastis akibat tegangan residu dapat dievaluasi secara global. Ini tentu sangat membantu untuk jenis struktur tertentu, seperti portal, yang nilai K-nya jika dihitung dengan cara ELM adalah sangat bervariasi. Sedangkan jika memakai cara DAM maka permasalahan ”nilai K yang benar” menjadi tidak ada lagi, maklum nilainya telah ditetapkan K=1. Itu berarti dengan cara DAM, kondisi stabilitas struktur global dapat secara otomatis diperhitungkan saat dilakukan analisis struktur, dan pengaruh stabilitas tersebut akan ditambahkan dalam R_u.

Tetapi perlu diingat, bahwa analisis stabilitas dengan cara DAM hanya valid digunakan untuk kondisi batas kekuatan saja, mencari kuat batas penampang, dan bukan untuk kondisi batas layan. Ini terjadi karena alat analisis yang digunakan adalah tetap elastis, karena analisis stabilitas memerlukan evaluasi kondisi inelastis, maka hal itu diatasi dengan cara manipulasi manual oleh insinyur, yaitu reduksi kekakuan sesuai ketentuan DAM (AISC 2010).

Pada cara DAM (AISC 2010), analisis dan desain saling tergantung. Itu mengapa untuk struktur kompleks, khususnya sistem rangka bergoyang dengan elemen langsing, cara tersebut lebih unggul.

Catatan : ini sedikit cuplikan 3 halaman dari Bab 3 tentang Filosofi Desain, yang keseluruhan bab tersebut sendiri terdiri dari sekitar 33 halaman. Tentu anda bisa membayangkan, cerita apa yang akan disampaikan. Rasanya tidak banyak engineer yang suka berfilosofi. 😀

Artikel blog ini yang terkait dengan penerbitan buku Struktur Baja adalah :

1. Masukan #3 – draft buku struktur baja – 12 Januari 2015
2. Masukan #2 – draft buku struktur baja – 5 Desember 2014
3. font dan dampaknya – 12 Oktober 2014
4. Masukan #1 – draft buku struktur baja – 7 Oktober 2014
5. kenapa koq (bukunya) konstruksi baja ? – 2 Oktober 2014
6. cover design – 27 Agustus 2014
7. usulan #2 sampul buku – 22 Agustus 2014
8. usulan sampul buku struktur baja – 20 Agustus 2014
9. tanggapan untuk pembeli buku – detail tulangan – 8 Agustus 2014
10. diskusi soal baja – ASD dan LRFD – 20 Juni 2014
11. Direct Analysis Method – AISC (2010) – 26 Mei 2014
12. Panjang Efektif Kolom – 25 Mei 2014
13. bocoran makalah di Petra 4 Juli 2014 – 20 Mei 2014
14. Surabaya, aku akan datang ! – 19 Mei 2014
15. rencana #1 : cetak ulang buku – 9 Januari 2014
16. “deep beam” di struktur baja – 19 Desember 2013