## EKSPERIMENTAL MOMEN-LENDUTAN BALOK KANTILEVER BAJA CANAI DINGIN DENGAN VARIASI JUMLAH SEKRUP
Nindyawati 1 , I Gede Agung Shri Parta 2 , Adjib Karjanto 3 , Wahyo Hendarto Yoh 4
1 Universitas Negeri Malang, nindyawati.ft@um.ac.id 2 Universitas Negeri Malang, alumni Departemen Teknik Sipil
Abstrak :Momen lentur dan lendutan pada struktur baja canai dingin erat kaitannya dengan model sam- bungan  yang  dipergunakan.  Sambungan  yang  termasuk  klasifikasi  flexible  dan  semi-rigid  didapatkan dari pengamatan yang dilakukan. Pada paper ini karakteristik dari variasi sambungan dan pengaruh- nya diamati dengan metode eksperimental menggunakan benda uji single profile yang dimodelkan seb - agai balok kantilever. Hasil studi menunjukkan bahwa penambahan jumlah sekrup turut meningkatkan momen lentur maksimum yang dapat diterima struktur. Akan tetapi hasil analitis dan hasil ekperimen menunjukkan ketidaksesuaian di mana struktur masih belum dapat menerima beban secara optimal.
Kata-kata kunci: sambungan, kapasitas lentur, momen lentur, lendutan
Abstract : Bending  moments  and  deflections  in  cold  rolled  steel  structures  are  closely  related  to the  connection  model  used.  Connections  that  are  classified  as  flexible  and  semi-rigid  are  obtained from  observations  made.  In  this  paper,  the  characteristics  of  connection  variations  and  their  effects are  observed  by  experimental  method  using  a  single  profile  specimen  which  is  modeled  as  a  can- tilever  beam.  The  results  of  the  study  show  that  increasing  the  number  of  screws  also  increases  the maximum  acceptable  bending  moment  of  the  structure.  However,  the  analytical  results  and  experi- mental  results  show  a  discrepancy  where  the  structure  is  still  not  able  to  accept  the  load  optimally.
Keywords : connection, flexural capacity, bending moment, deflection
JURNAL BANGUNAN, VOL. 27, NO.2, OKTOBER 2022: 7-16

## 1. PENDAHULUAN
Baja canai dingin (cold-formed steel) telah menjadi material alternatif pengganti kayu ataupun baja hot-rolled pada struktur rangka atap maupun truss pada umumnya. Kini bah- kan baja canai dingin telah umum digunakan sebagai komponen struktural seperti balok dan kolom. Dengan material yang bisa mencapai tegangan leleh hingga 550 MPa, maka baja canai dingin memiliki tegangan leleh yang lebih tinggi daripada baja konvensional Pangaribuan  (2014).  Selain  itu  profil  baja  canai  dingin  juga  dilapisi  dengan  galvanis  un - tuk meningkatkan ketahanan material dan praktis membuat material tahan terhadap karat (Al-Jabri;2006). Prosentase berat kuda-kuda baja ringan terhadap kayu yang menggunak- an genteng keramik bentang 6 m dan 12 m mencapai 79,66% dan 78,46% (Oktarina; 2015)
Bentuk  profil  baja  yang  telah  banyak  digunakan  dan  mudah  ditemui  di  pasaran  adalah bentuk profil terbuka salah satunya profil kanal C sebagai komponen struktur utama dan pro - fil A sebagai reng pada struktur atap. Metode perakitan baja canai dingin menggunakan sek - rup dengan tipe self-drilling screw sebagai alat sambung. Sambungan ini merupakan jenis
8 JURNAL BANGUNAN, VOL. 27, NO.2, OKTOBER 2022: 7-16
sambungan  yang  disarankan  untuk  profil  baja  canai  dingin  dengan  ketebalan  ≤  3  mm  (SNI 7971-2013).  Komponen  sambungan  sekrup  akan  menerima  gaya  geser,  tarik,  tilting,  mau - pun  tumpu  lubang  tergantung  dari  konfigurasi  dan  letak  pemasangannya  (Aziz  ;  2019).
Studi tentang perilaku maupun kapsitas sambungan baja canai dingin telah dilakukan oleh  beberapa  peneliti.  Chung  (1999)  telah  meneliti  perilaku  sambungan  balok  kolom  den - gan  baut  pada  baja  canai  dingin.  Sejumlah  konfigurasi  sambungan  dengan  plat  buhul  dari baja konvensional dan baja canai dingin untuk mengakomodasi komponen struktur. Bi- bir  profil  ganda  C  disambung.  Sambungan  dengan  empat  baut  menghasilkan  42%  hing - ga  84%  dari  kapasitas  momen  struktur. Wong  (2002)  menyatakan  jarak  baut  dari  tepi  profil dan konfigurasi baut merupakan faktor utama yang menentukan kegagalan pada sambungan.
Penelitian ini akan membahas pengaruh jumlah sekrup terhadap kapasitas momen lentur sambungan dan lendutan. Untuk mengamati perilaku antara momen lentur dengan lendutan maka digunakan benda uji berupa profil tunggal C baja canai dingin. Kantilever yang disam - bung di join tumpuan dengan variasi sambungan menggunakan 2, 3, dan 4 sekrup. Beban yang diberikan adalah beban titik searah gravitasi di ujung balok kantilever. Dari pengujian ini di- harapkan diperoleh perbedaan nilai kuat lentur dan lendutan yang terjadi pada ujung kantilever.

## 2. METODE
Pengujian kuat lentur dilakukan untuk mendapatkan data berupa beban ul- timit  (Pu)  dan  lendutan  (Δc)  serta  model  kerusakan  yang  terjadi  pada  daerah  sambun - gan.  Spesimen  uji  adalah  dua  penampang  Kanal  C  75.75  dengan  tebal  0,75  mm  dan mutu fy = 550 MPa yang dirakit menjadi kantilever dan ditumpu pada batang vertikal.
(b)
(c)
Gambar 1. Benda Uji Dengan Variasi (a) 2 Sekrup (b) 3 Sekrup (c) 4 Sekrup
Panjang batang horizontal adalah 750 mm dan panjang batang vertikal yang berfungsi sebagai tumpuan adalah 300 mm. Alat sambung yang digunakan adalah self-driving screw dengan diam - eter nominal 8 mm. Jarak sekrup yang digunakan mengikuti standar SNI 7927 yaitu jarak sekrup dari tepi profil minimal 2D dan maksimal 6D dan jarak antar sekrup minimal 2D. D adalah diam - eter sekrup  yang digunakan. Jarak sekrup dari tepi profil yang digunakan minimal 16 mm, maksi - mal 48 mm dan jarak antar sekrup minimal 16 mm. Sekrup dipasang di punggung profil sehingga transfer gaya seluruhnya bekerja pada bagian badan profil Kanal C dan sesuai dengan peraturan.

## 10 JURNAL BANGUNAN, VOL. 27, NO.2, OKTOBER 2022: 7-16
Variasi yang digunakan dalam penelitian ini yaitu jumlah baut 2 buah, 3 buah, dan 4 buah. Setiap variasi dibuat benda uji sebanyak 5 buah benda uji, sehingga total benda uji adalah 15 benda uji. Pemodelan benda uji kantilever dituntukkan pada Gambar 1. Benda uji dengan baut 2 dibuat tidak segaris sesuai dengan penelitian Pirmoz (2009) dan Prabha (2010) yang menyam - paikan bahwa  penempatan baut tidak segaris akan menghasilkan kuat Tarik yang lebih besar. Menurut  SNI  7971-2013  yang  menyatakan  kapasitas  momen  komponen  struktur  nominal (Ms) harus dihitung berdasarkan kondisi pelelehan awal pada penampang efektif atau berdasar- kan kapasitas cadangan inelastik. Kapasitas momen (Ms) berdasarkan kondisi pelelehan awal dihitung sebagai berikut
Ms = Ze  fy
(1)
Ze  adalah modulus penampang efektif yang dihitung pada serat tekan atau tarik terluar pada saat tegangan  leleh.  Tegangan leleh pada material baja canai dingin dinotasikan fy. Daerah yang akan diberi beban adalah ujung kantilever sehingga momen rencana (Ms) yang harus dicapai saat pengujian kapasitas lentur sesuai persamaan (1). Momen hasil perhitungan analitis adalah sebe- sar  Ms = Ze  fy = 2771,38×550=1524256,47 Nmm = 1524 kNmm. Momen yang terjadi pada balok baja  dipengaruhi oleh panjang  balok. Balok baja akan mengalami tiga macam kegagalan. Panjang yang kurang dari Lp akan melendut arah vertical saja, dan mengalami keruntuhan sampai mate- rial mengalami fase plastis. Bila panjang lebih dari Lp, maka sebelum mencapai momen maksi- mum balok akan mengalami kegagalan. Kegagalan karena dimensi balok rotasi dan melemah.
SNI 1729-2002 membatasi besarnya lendutan yang timbul pada balok berdasarkan beban yang dipikul. Lendutan maksimum untuk balok pemikul dinding atau bagian finishing yang getas adalah sebesar L/360, sedangkan untuk balok biasa (truss, gording, dll.) lendutan tidak boleh melebihi L/240 dimana L merupakan panjang bentang balok. Lendutan maksimum yang akan terjadi pada struktur sebelum struktur mengalami runtuh adalah sebesar 89,31 mm sesuai persamaan (2).
3 3 PL EI σ = 3 1270,21 1500 89,31 3(200000)(103926,6) x mm σ = =
(2)
Gambar 2 menunjukkan alat load cell sebagai pemberi beban lentur  pada balok kan- tilever dengan material CFS tunggal. Sebagai balok kantilever, satu sisi ujung balok di- jepit dengan sekrup bervariasi jumlahnya. Dial dipasang di 3 tempat yaitu ujung, ten- gah dan tumpuan balok. Fungsi dial untuk merekam besar lendutan balok di 3 tempat tersebut. Di tumpuan diberi dial untuk mengetahui adanya pergerakan di daerah tum- puan. Tumpuan diharapkan tidak terjadi penurunan atau pergerakan yang berarti.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian struktur kantilever akan menghasilkan data berupa beban (kN) dan lendutan (mm) seperti pada Gambar 2. Momen diperoleh dari data beban pembacaan data logger saat pengujian lentur. Data beban dan lendutan didapatkan dari pembacaan dial gauge setiap interval beban naik 0,0325 kN. Beban akan mengalami kenaikan hingga maksimum dan beberapa data menurun yang dicatat. Panjang balok tunggal profil C baja canai dingin  adalah 750 mm. Momen adalah beban dikalikan panjang balok. Data hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 1.
Gambar 2. Pengujian  Balok Material CFS Tipe C
Tabel 1. Momen hasil Analisa akibat beban lentur
Kode Jumlah sekrup P maks Momen Momen rata-rata (kN) (kN mm) (kN cm)
K1-1
2 0,3575
268,125
209,625 K1-1 0,2925 219,375 K1-1 0,2275 170,625 K1-1 0,2275 170,625 K1-1 0,2925 219,375 K2-1
3 0,3900 292,500
307,125 K2-1 0,3575 268,125 K2-1 0,3900 292,500 K2-1 0,4550 341,250 K2-1 0,4550 341,250 K3-1 4 0,6825 511,875
526,500 K3-1 0,7475 560,625 K3-1 0,5850 438,750 K3-1 0,7475 560,625 K3-1 0,7475 560,625
12 JURNAL BANGUNAN, VOL. 27, NO.2, OKTOBER 2022: 7-16

## Tabel 2. Momen Lendutan pada balok kantilever
Kode Jumlah sekrup Momen Lendutan Lendutan  rata-rata (kN cm) (cm) (cm) K1-1
2
268,125
12,488 123,626
K1-1 219,375 15,473 K1-1 170,625 8,710 K1-1 170,625 10,798 K1-1 219,375 14,644 K2-1
3 292,500 11,835 134,342
K2-1 268,125 10,387 K2-1 292,500 12,370 K2-1 341,250 13,376 K2-1 341,250 19,203 K3-1
4 511,875 18,362 151,746
K3-1 560,625 14,935 K3-1 438,750 13,284 K3-1 560,625 16,559 K3-1 560,625 12,733
Momen ultimit rata-rata tertinggi yang dapat diterima oleh struktur kantilever sebelum runtuh sebesar 52,65 kN cm yang dimiliki oleh benda uji dengan 4 sekrup pada Tabel 2. Mo- men  ultimit dengan rata-rata terendah sebesar 20,9625 kN cm dimiliki oleh benda uji den- gan 2 sekrup. Momen ultimit dengan 4 sekrup yang terjadi (52,65 kN cm) yaitu hanya sebesar 34,54% dari momen rencana yang didapatkan dari analisis manual sebesar 152,425647 kN cm.

## Tabel 3. Momen saat lendutan ijin
Kode
Jumlah sekrup Momen (kN mm) Lendutan (mm) Momen saat lendutan perhitungan (kN mm) Rasio  rata-rata (5) : (3) (1) (2) (3) (4) (5) K1-1
2
268,125 124,880 219,375
185,250 : 209.625 = 88% K1-1 219,375 154,730 170,625 K1-1 170,625 87,100 170,625 K1-1 170,625 107,980 170,625 K1-1 219,375 146,440 195,000 K2-1 3 292,500 118,350 268,125
277,875 : 307,125 = 90% K2-1 268,125 103,870 268,125 K2-1 292,500 123,700 292,500 K2-1 341,250 133,760 316,875 K2-1 341,250 192,030 243,750 K3-1 4 511,875 183,620 414,375
433,875 : 526,500 = 82% K3-1 560,625 149,350 487,500 K3-1 438,750 132,840 414,375 K3-1 560,625 165,590 414,375 K3-1 560,625 127,330 438,750
Lendutan rata-rata maksimum yang terjadi pada struktur kantilever sebelum mengala- mi runtuh sebesar 15,1746 cm dengan variasi benda uji 4 sekrup. Lendutan  rata-rata maksi- mum yang terjadi  sebesar 13,4342 cm untuk benda uji 3 sekrup. Tabel 3 menunjukkan len - dutan  atau  defleksi  maksimum  yang  terjadi  dengan  variasi  jumlah  sekrup.  Lendutan  yang terjadi  melebihi  perkiraan  lendutan  ijin  manual  sebesar  89,31  mm  (SNI  7971-2013).    Data beban yang didapatkan dari pengujian dikontrol terhadap lendutan hasil perhitungan. Beban yang terjadi pada saat lendutan ijin (Δc) = 89,31 mm ditunjukkan pada Tabel 3 dan Gambar 3.

## Gambar 3. Grafik Hubungan Momen dan Lendutan balok CFS
Jumlah sekrup mempengaruhi besar momen dan lendutan. Kekakuan sambungan akan naik bila  jumlah  sekrup  meningkat.    Menurut  klasifikasi  Eurocode  (ANSI/AISC  360-10),  sam - bungan baja dikelompokkan menjadi 3 tipe, fully restrained moment connection, partially re - strained moment connection, dan simple shear connection. Berdasarkan klasifikasi yang ada, sambungan baja canai dingin menggunakan sekrup termasuk dalam single shear connection yang  merupakan  sambungan  fleksibel.  Piluso  (2008)  menyebutkan  momen  pada  rotasi  0,02 rad dianggap sebagai kekuatan maksimum dari sambungan. Sambungan yang hanya mampu menerima ≤ 20% dari momen plastis batang yang disambung, dianggap tidak memiliki kapa - sitas lentur yang memenuhi untuk analisis dan tidak memenuhi kapasitas struktur minimum secara general. Penelitian ini dengan jumlah sekrup 3 dan 4 sambungan telah menerima lebih dari 20% momen plastis pada Tabel 4. Sehingga dapat disimpulkan bahwa balok dengan sam- bungan  sekrup  lebih  dari  3  akan  memiliki  kapasitas  lentur  yang  memenuhi  untuk  dianalisis.
Pada penelitian ini sambungan mampu menahan momen saat lendutan ijin lebih dari 80 % dari momen maksimum (Gambar 3).  Öztürk (2015) menyatakan dari hasil penelitiannya, bahwa jenis sambungan memiliki pengaruh yang besar terhadap kapasitas momen dan lendu- tan. Peningkatan kekakuan sambungan dapat dilakukan dengan memperbesar profil yang digu - nakan ( Nadya; 2018). Menambah jumlah alat sambung dan ketebalan profil akan menambah kekakuan sambungan (Lim ;2004).   Sesuai dengan hasil dalam penelitian ini bahwa penam- bahan  jumlah  alat  sambung  akan  meningkatkan  kapasitas  momen  dan  lendutan  (defleksi).
Nindyawati dkk, Eksperimental Momen Lendutan Balok Kantilever Baja Canai Dingin 13
14 JURNAL BANGUNAN, VOL. 27, NO.2, OKTOBER 2022: 7-16
Tabel 4. Momen eksperimen dan Momen saat leleh persamaan (1) ( 1524 kN mm)
Kode (1) Jumlah sekrup (2) Momen (kN mm) Momen rata-rata (kN mm) Momen rata-rata : Momen leleh K1-1
2 268,125 209,625
13,8 % K1-1 219,375 K1-1 170,625 K1-1 170,625 K1-1 219,375 K2-1
3 292,500 307,125
20,2 % K2-1 268,125 K2-1 292,500 K2-1 341,250 K2-1 341,250 K3-1
4 511,875 526,500
34,5 % K3-1 560,625 K3-1 438,750 K3-1 560,625 K3-1 560,625
Berdasarkan nilai beban ultimit rata-rata dari setiap variasi maka dapat disimpul- kan bahwa penambahan alat sambung meningkatkan kapasitas lentur sebelum struk- tur mengalami keruntuhan. Namun diamati juga pada eksperimen bahwa lendutan se- luruh  benda  uji  nilainya  melebihi  batas  lendutan  yang  dihitung  berdasarkan  SNI  7971. Model  struktur  yang  digunakan  yaitu  single  profile  kanal  C75.75  tidak  memiliki  kapasi - tas struktural yang cukup untuk menahan. Struktur belum dapat mencapai beban yang dia- nalisa karena sambungan pada struktur berupa simple shear connection. Lendutan saat mo- men  maksimum  yang  terjadi  jauh  melampui  batas  ijin  lendutan  menurut  SNI  7971-2013.

## 5. SIMPULAN
Struktur balok memiliki sambungan berupa simple shear connection. Hasil penelitian menun- jukkan sambungan dengan sekrup 3 dan  mampu menerima momen lentur dengan baik. Len - dutan yang terjadi saat beban maksimum melebihi lendutan ijin. Kekakuan sambungan perlu ditingkatkan antara lain dengan cara memperbesar dimensi profil, mengubah konfigurasi sam - bungan, menggunakan metode sambungan jenis lain, atau memasang batang pengaku tambahan.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
American, A., & Standard, N. (2010). for Structural Steel Buildings. Al-Jabri KS, Seibi A, Karrech A. (2006) Modelling of unstiffened flush end-plate bolted con nections in fire. Journal of Constructional Steel Research;62:151–9.
Aziz, A. A., Nindyawati, N., & Karyadi, K. (2019). Tensile test analysis of cold-formed col umn in channel profile. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 669(1). https://doi.org/10.1088/1757-899X/669/1/012049
Badan Standarisasi Nasional. SNI 7971:2013, Struktur Baja Canai Dingin.Jakarta: Badan Stan dardisasi Nasional (BSN).
Chung, K.F., Lau, L.(1999) Experimental investigation on bolted moment connections among cold formed steel members. Eng. Struct. 21(10), 898–911
Lim, J.B.P., Nethercot, D.A. (2004)  Stiffness prediction for bolted moment connections be tween cold-formed steel members. J. Constr. Steel Res. 60, 85–107
Nadya, R. U. K., & Usman, F. (2018). Bolted connection of cold-formed steel section - A re view.  ARPN  Journal  of  Engineering  and  Applied  Sciences,  13,  4737–4745.
Oktarina, Devi, Agus Dermawan. (2015) Analisa Perbandingan Rangka Atap Baja Ringan dan Rangka Atap Kayu dari Segi Analisis Struktur dan Anggaran Biaya. Jurnal Konstruksia 7 (Nomor 1 Desember): 27–36.
Öztürk, F., Pul, S.: Experimental and numerical study on a full scale apex connection of cold- formed steel portal frames. Thin-Walled Struct. 94, 79–88 (2015)
Pangaribuan  (2014) Baja Ringan Sebagai Pengganti Kayu dalam Pebuatan Rangka Atap Ban gunan Rumah Masyarakat. Jurnal Teknik Sipil dan Lingkungan. Vol 2, No. 4 2014
Piluso V, Rizzano G. (2008) Experimental analysis and modelling of bolted T-stubs under cy clic loads. Journal of Constructional Steel Research;64(6): 655–69.
Pirmoz A,  Seyed  Khoei A,  Mohammadrezapour  E,  Saedi  Daryan A.(2009)    Moment–  rota tion  behaviour  of  bolted  top-seat  angle  connections.  Journal  of  Constructional  Steel  Re search 2009;65(4):973–84.
Prabha P, Marimuthu V, Saravanan M, Jayachandran SA. (2010) Evaluation of connection flex ibility in cold formed steel racks. Journal of Constructional Steel Research;66(7):863–72.
Wong, M.F., Chung, K.F. (2002) Structural behaviour of bolted moment connections in cold- formed steel beam-column sub-frames. J. Constr. Steel Res. 58(2), 253–274
16 JURNAL BANGUNAN, VOL. 27, NO.2, OKTOBER 2022: 7-16