Desain Balok dan Kolom Baja
Artikel ini menjelaskan penggunaan modul desain balok baja dan kolom baja di StatiCAD. Perhitungan dilakukan sesuai TBDY 2018 dan ÇYTHYE (Prinsip Desain, Perhitungan, dan Pelaksanaan Struktur Baja Turki — pendekatan LRFD): pada balok meliputi lentur (termasuk tekuk torsi lateral), geser, efek kombinasi, dan lendutan; pada kolom meliputi tekuk tekan aksial serta efek kombinasi gaya aksial + lentur dua sumbu. Gaya dalam penampang diambil dari penyelesaian elemen hingga milik program sendiri, berupa nilai selubung (envelope) beserta kombinasi pembebanan asalnya. Untuk persamaan, lihat artikel Dasar Teori Desain Baja; untuk perbandingan dengan perhitungan manual, lihat Studi Verifikasi Struktur Baja.
Pada edisi mana? Perhitungan struktur baja tersedia pada edisi StatiCAD Ultimate.
Cakupan: Perhitungan kapasitas dilakukan untuk profil I/H canai panas (IPE, IPN, HEA/HEB/HEM, HD/HL/HP). Profil U, L, T, kotak, dan pipa dapat ditetapkan; profil tersebut ada dalam model dan tampilan 3 dimensi. Perhitungan profil canai dingin (C, Z, Sigma, dll.) dilakukan pada modul Struktur Baja Ringan.
1. Alur umum
- Modelkan bangunan seperti biasa (balok sebagai hatıl horizontal, kolom sebagai hatıl vertikal).
- Buka jendela Properti elemen yang akan dibuat dari baja, lalu tetapkan profil dari formulir Pilih Penampang Fabrikasi dengan tombol Pilih Penampang (Bagian 2). Saat profil ditetapkan, material baja (S235, dll.) juga dicatat pada elemen bersama penampangnya.
- Pada jendela yang sama, tandai tipe desain elemen sebagai “Baja” (Bagian 3) lalu tekan OK.
- Jalankan analisis. Pemeriksaan desain baja dilakukan otomatis di akhir analisis.
- Pada pohon pemilihan laporan, tandai grup Laporan Elemen Baja untuk memperoleh laporan (Bagian 6).
Jika suatu elemen yang tipe desainnya tidak ditandai “Baja” telah ditetapkan profil, elemen tersebut tetap berada dalam model dengan penampang baja (berat, kekakuan, tampilan 3 dimensi), tetapi tidak masuk ke pemeriksaan desain baja.
2. Pustaka profil fabrikasi dan penetapan penampang
Formulir Pilih Penampang Fabrikasi dibuka dari tombol Pilih Penampang pada jendela balok (Properti Hatıl) dan kolom (Properti Hatıl Vertikal).
| Bidang formulir | Fungsi |
|---|---|
| Tipe Produksi | Hadde (canai panas, default): profil canai panas. Cold Formed: profil canai dingin (modul baja ringan). |
| Kategori | Pada mode Hadde: Semua / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube. |
| Kotak pencarian | Menyaring berdasarkan nama (mis. “IPE 3”). |
| Pratinjau | Penampang profil terpilih digambar dengan geometri sebenarnya; dimensi utama dan properti penampang dicantumkan. |
| Material... | Pemilihan mutu baja (S235, S275, S355, dll.). Jika tidak dipilih, digunakan mutu baja default. Material ditetapkan pada elemen bersama penampang. |
| Tetapkan | Menuliskan profil dan material ke jendela elemen yang sedang terbuka; penampang juga ditambahkan ke pustaka penampang proyek dan gambar penampang untuk laporan dibuat. |
| Penampang Definisi Pengguna... | Beralih ke jalur penampang definisi pengguna sebagai pengganti pustaka fabrikasi. |
Formulir yang sama dapat dibuka dari balok maupun kolom; penetapan dilakukan pada elemen dari jendela mana formulir dibuka. Profil yang ditetapkan disimpan dalam pustaka proyek dan dibawa bersama berkas.
3. Pemilihan tipe desain
| Elemen | Jendela | Opsi |
|---|---|---|
| Balok | Properti Hatıl → grup tipe desain | Baja (di samping opsi Beton Bertulang / Pasangan / Kayu) |
| Kolom | Properti Hatıl Vertikal → grup tipe desain | Baja |
Ketika opsi ditandai dan OK ditekan, tipe desain elemen disimpan sebagai baja; di akhir analisis elemen-elemen ini masuk ke pemeriksaan desain baja dan grup Laporan Elemen Baja tampak pada pohon laporan.
4. Perhitungan balok baja
| Pemeriksaan | Peraturan | Penjelasan |
|---|---|---|
| Lentur | ÇYTHYE Bab 9 | Leleh, tekuk torsi lateral inelastik dan elastik; batas Lp dan Lr dihitung dan ditampilkan dalam laporan. Kondisi batas yang menentukan dituliskan dalam laporan. |
| Geser | Bab 10 | Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv |
| Efek kombinasi | Bab 11 | Pemeriksaan interaksi lentur, gaya aksial, dan geser |
| Lendutan | Kemampuan layan | Pemeriksaan f ≤ L/K; ditampilkan dalam laporan pada baris “Sehim f = ... ≤ L/K = ...” (lendutan f = ... ≤ L/K = ...). |
Panjang tumpuan lateral Lb: Jika bidang tumpuan lateral (Le) pada jendela properti elemen dibiarkan otomatis, panjang balok L (antara simpul ujung) yang dipakai; jika nilai dimasukkan manual, nilai itulah yang dipakai. Bila terdapat tumpuan lateral di titik-titik antara balok (misalnya balok sekunder yang menumpu pada balok atau bresing), masukkan panjang tanpa tumpuan terbesar pada bidang Le.
Faktor modifikasi momen Cb: Cb (ÇYTHYE Pers. 9.1) dihitung secara terpisah untuk setiap kombinasi pembebanan dari diagram momen elemen hingga. Karena Cb berubah menurut kombinasi, kombinasi yang menentukan bukan kombinasi yang menghasilkan momen terbesar, melainkan kombinasi dengan rasio kebutuhan/kapasitas terbesar; momen desain, nama kombinasi, dan Cb dalam laporan adalah milik kombinasi ini.
- Pada balok kantilever (balok yang salah satu ujungnya tidak terhubung ke kolom, dinding, atau balok lain) diambil Cb = 1,0 (ÇYTHYE 9.1(e)).
- Bila pada bidang Le dimasukkan panjang yang lebih pendek dari panjang balok, diambil Cb = 1,0 (sisi aman).
- Ujung balok sekunder yang menumpu pada balok utama dianggap sebagai tumpuan; Cb dihitung dari diagram momen.
Batas lendutan K: Ditentukan per elemen, dari tempat yang sama dengan pemilihan K lendutan pada balok kayu (default K = 300; sesuai pilihan 200 / 150 / nilai yang dimasukkan manual). Lendutan dihitung dari momen layan (G+Q atau G+S tanpa faktor); pada balok kantilever digunakan ekuivalen beban ujung.
5. Perhitungan kolom baja
| Pemeriksaan | Peraturan | Penjelasan |
|---|---|---|
| Tekan aksial | Bab 8 | Tekuk lentur pada sumbu x dan y serta tekuk torsi pada penampang simetri ganda; Fcr dan φcPn (φc = 0,90) melalui tegangan tekuk elastik yang menentukan. Moda tekuk yang menentukan dituliskan dalam laporan. |
| Kelangsingan penampang | Tabel 5.1A | Batas b/2tf sayap dan hw/tw badan diperiksa. Elemen dengan penampang langsing ditandai jelas dalam laporan sebagai “narin enkesit” (penampang langsing) dan dianggap tidak memadai. |
| Rasio kelangsingan | Rekomendasi ÇYTHYE | Jika KL/r > 200, peringatan merah “KL/r>200!” ditampilkan dalam laporan. |
| Efek kombinasi | Bab 11.3 | Tekan aksial + lentur dua sumbu: Pers. 11.3a (Pr/Pc ≥ 0,2) atau 11.3b; persamaan yang digunakan dinyatakan dalam laporan. |
Panjang tekuk efektif KL: Secara default digunakan panjang kolom di dalam lantai (tinggi lantai dan selisih elevasi bawah/atas) dan K = 1,0 diasumsikan. Dengan memasukkan nilai manual pada bidang Le di jendela Properti Hatıl Vertikal, panjang tekuk dapat ditentukan terpisah untuk setiap sumbu.
6. Kombinasi pembebanan
Pendekatan perhitungan adalah LRFD (φb = φc = φv = 0,90). Gaya perlu diambil dari selubung kombinasi LRFD ÇYTHYE (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; jika ada angin 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W dan 0,9G + 1,6W) dan kombinasi gempa milik program (pada gempa 1,2G, Q minimal 1,0). Kombinasi ini tidak mengubah daftar kombinasi pembebanan dalam proyek; hanya digunakan pada desain baja. Nama kombinasi yang menghasilkan selubung ditampilkan di samping gaya perlu dalam laporan.
Baris “Çelik kiriş/kolon tasarımında rüzgâr birleşimleri yok” (tidak ada kombinasi angin pada desain balok/kolom baja) pada peringatan analisis menyatakan bahwa tidak ada kasus beban angin yang didefinisikan dalam proyek. Pada daftar kombinasi default (TBDY) tidak ada angin; agar angin diperhitungkan, pilih kasus beban dan kombinasi yang telah didefinisikan pada tab Kombinasi Pembebanan.
7. Laporan
Setelah analisis, grup Laporan Elemen Baja muncul pada pohon pemilihan laporan:
| Laporan | Isi |
|---|---|
| Perhitungan Balok Baja | Lantai demi lantai, satu blok per balok: nama penampang; material (Fy); properti penampang (A, Ix, Wel, Wpl, ry); Lb, Cb, Lp, Lr; momen desain (beserta kombinasi pembebanan yang menghasilkan selubung), Mn, rasio, dan kondisi batas yang menentukan; geser desain, Vn, dan rasio; efek kombinasi; baris lendutan; Sonuç: Yeterli / Yetersiz (Hasil: Memadai / Tidak Memadai) |
| Perhitungan Kolom Baja | Properti penampang (A, Ix, Iy, rx, ry); KLx, KLy, KL/r terbesar (peringatan bila perlu); gaya aksial (beserta kombinasinya), φcPn, rasio, dan moda tekuk yang menentukan; momen pada dua sumbu dan kapasitasnya; persamaan interaksi dan nilainya; Sonuç (hasil) |
Pemeriksaan yang terpenuhi ditandai hijau UYGUN (memenuhi), yang tidak terpenuhi ditandai merah X. Laporan dibuat dalam bahasa Turki bila bahasa program adalah Turki, dan dalam bahasa Inggris pada bahasa lainnya.
8. Tampilan 3 dimensi
Balok dan kolom yang telah ditetapkan profil digambar pada jendela 3 dimensi dengan geometri penampang sebenarnya (badan–sayap I/H, kotak, pipa, kontur canai dingin). Elemen tanpa profil ditampilkan sebagai prisma persegi panjang. Gambar penampang juga ditambahkan ke tabel penampang dalam laporan.
9. Catatan penting
- Pada kolom dengan penampang langsing, metode luas efektif tidak diterapkan pada edisi ini; program tidak menghasilkan kapasitas dan menandai elemen secara jelas. Hasil tidak pernah ditampilkan “aman” secara diam-diam.
- Pada perhitungan balok, Cb dihitung dari diagram momen setiap kombinasi; pada kantilever dan pada Lb pendek yang dimasukkan manual pada bidang Le diambil 1,0 (lihat Bagian 4).
- Pada panjang tekuk kolom diasumsikan K = 1,0; untuk kondisi tumpuan yang berbeda, masukkan nilai K·L secara manual pada bidang Le.
- Modulus elastisitas material baja dibaca dari pustaka material; tidak masalah apakah didefinisikan dalam kg/cm² atau MPa (satuan dikenali otomatis).
- Jika opsi offset pada Pengaturan Umum Proyek (Offset1/Offset2, eksentrisitas) dicentang, diafragma kaku menimbulkan gaya aksial pada balok yang sebenarnya tidak ada (318–721 kN pada contoh IPE 300). Program mengurangkan bagian ini pada desain balok; opsi tidak perlu dinonaktifkan. Karena pengaruh offset terhadap kekakuan balok dipertahankan, pada balok berujung kaku momen penyelesaian dengan offset aktif dan nonaktif dapat berbeda (lihat Dasar Teori Desain Baja, Bagian 9.1).
- Kondisi penampang daktilitas gempa pada TBDY Bab 9, rasio kapasitas kolom–balok, dan elemen bresing berada di luar cakupan edisi ini.
10. Pertanyaan yang sering diajukan
“Laporan Elemen Baja” tidak tampak pada pohon laporan. Grup ini tampak jika dalam proyek terdapat setidaknya satu balok atau kolom dengan tipe desain Baja yang ditandai, dan setelah analisis. Pastikan opsi “Baja” pada jendela properti elemen telah ditandai dan analisis telah dijalankan ulang.
Laporan menuliskan “Profil katalogda bulunamadı”. Nama penampang yang ditetapkan pada elemen tidak ditemukan persis sama di pustaka profil fabrikasi (misalnya nama penampang yang diubah manual). Tetapkan ulang penampang dari formulir Pilih Penampang Fabrikasi.
Kapasitas yang keluar jauh lebih rendah atau lebih tinggi dari perkiraan saya. Pertama, bandingkan baris properti penampang pada laporan (A, Ix, Wpl) dengan tabel profil; kemudian periksa nilai Lb, Cb, dan KL — tumpuan lateral atau panjang tekuk mungkin dimasukkan manual. Kesesuaian kondisi batas balok (leleh / tekuk torsi lateral inelastik / elastik) dengan Lp dan Lr dapat dilihat pada laporan.
Balok atau kolom baja tampak persegi panjang pada tampilan 3 dimensi. Elemen belum ditetapkan profil. Tetapkan profil dengan langkah-langkah pada Bagian 2.
Apakah pada satu elemen dapat terjadi pemeriksaan baja sekaligus beton bertulang? Tidak; tipe desain adalah pilihan tunggal. Elemen masuk ke pemeriksaan modul sesuai tipe yang ditandai.