doi: mkts.v26i2.31503
Pengaruh Jarak Sekrup terhadap Kapasitas dan Perilaku Penampang Tersusun Boks (Closed Section) Baja Canai Dingin
Maria Yasinta Menge Making, * Ali Awaludin, Bambang Supriyadi Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
*) ali.awaludin@ugm.ac.id
Received:9 Juli 2020 Revised: 28 September 2020 Accepted: 5 Oktober 2020

## Abstract
The  capacity  and  behaviour  of  cold-formed  steel  built-up  sections  are  affected  by  the  arrangement  of  the connections. This study  aims  to  determine  the  effect  of  the  screw  spacing  to  the  bending  capacity  and behaviour of the cold-formed steel built-up box section which made from lipped-channel (1.0 mm thick, 81 mm web height, 8.5 mm lip height, upper and lower wing width 38 mm and 40 mm). A total of 19 beams with a length of 1200 mm each are subjected to pure bending moments by applying two point loads spaced 600 mm in the midspan. The screw spacing variations in the moment span are 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 328 mm, and 350 mm. The test results show the average of bending capacity of the beam test is increasing with the reduction in screw spacing while the screw configuration also affects the beam capacity. Analysis of the bending capacity using the effective width method and the direct strength method based on AISI S100-16 gives very conservative results. The failure mode of the built-up box sections were observed in the form of local buckling, distortion, and lateral-torsional buckling.
Keywords: Cold-formed steel, built-up box, bending capacity

## Abstrak
Kapasitas  serta  perilaku  penampang  tersusun  baja  canai  dingin  dipengaruhi  oleh  susunan  alat  sambung. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jarak sambungan sekrup terhadap kapasitas lentur serta perilaku penampang tersusun boks yang dibentuk dari penampang kanal-lip (tebal 1,0 mm, tinggi web 81 mm, tinggi lip 8,5 mm, lebar sayap atas dan bawah 38 mm dan 40 mm). Total 19 balok dengan panjang  masing- masing 1200 mm dikenakan momen lentur murni melalui dua beban titik berjarak 600 mm yang diaplikasikan di  tengah  bentang.  Variasi  jarak  sekrup  pada  bentang  momen  yaitu  100  mm,  150  mm,  200  mm,  250  mm, 300 mm, 328 mm, dan 350 mm. Hasil pengujian menunjukkan rata-rata kapasitas lentur uji balok bertambah ketika jarak sekrup berkurang. Adapun, konfigurasi sekrup juga turut mempengaruhi kapasitas balok tersusun. Analisis kapasitas lentur menggunakan metode lebar efektif dan metode kekuatan langsung berdasarkan AISI S100-16  memberikan  hasil  yang  sangat  konservatif.  Mode  kegagalan  penampang  tersusun  yang  teramati berupa tekuk lokal, distorsi dan torsi-lateral.
Kata kunci: Baja canai dingin, penampang tersusun boks, kapasitas lentur

## Pendahuluan
Perkembangan  dunia  konstruksi  saat  ini  semakin didominasi  oleh  penggunaan  material  yang  kuat serta  ringan  akibat  persediaan  sumber  daya  alam yang  terus  berkurang.  Salah  satu  contoh  material ringan yang banyak digunakan yaitu material baja. Baja diklasifikasikan menjadi baja canai panas ( hot- rolled )  dan  baja  canai  dingin  ( cold-formed ) berdasarkan  cara  pembuatannya.  Aplikasi  baja canai  dingin  (CFS)  di  Indonesia  biasanya  banyak
dijumpai pada struktur rangka atap, akan tetapi, saat ini  baja  canai  dingin  semakin  banyak  digunakan pada  komponen  struktur  balok  maupun  kolom bangunan. Tipe penampang baja canai dingin yang paling banyak digunakan adalah penampang kanal dengan atau tanpa lip dikarenakan tipe penampang ini  lebih  mudah  dan  cepat  diproduksi.  Penampang kanal  merupakan  tipe  penampang  terbuka  dengan kekakuan  torsi  yang  relatif  kecil  sehingga  lemah terhadap  puntir  dibandingkan  dengan  penampang tertutup.  Aplikasi  penampang  jenis  ini  biasanya

## Maria Yasinta Menge Making, Ali Awaludin, Bambang Supriyadi
hanya  dibatasi  pada  komponen  struktur  dengan jarak bentang kecil serta memikul beban yang lebih ringan.  Kapasitas  penampang  tunggal  baja  canai dingin  dapat  ditingkatkan  antara  lain  dengan menggabungkan  penampang  tunggal  dengan  kayu laminasi untuk mengurangi tekuk serta menambah kekuatan  dan  kekakuan  (Awaludin et  al. ,  2016). Metode  lainnya  yaitu  menggunakan  penampang tersusun  yang  dibentuk  dengan  menghubungkan dua  penampang  kanal  tunggal  menggunakan  alat sambung seperti sekrup (Wang & Young, 2018).
Kerapatan serta kekuatan penampang tersusun baja canai  dingin  turut  dipengaruhi  oleh  alat  sambung. Jenis  sambungan  yang  dapat  digunakan  selain sekrup yaitu sambungan las.  Li et al. (2014), serta Whittle  &  Ramseyer  (2009)  dalam  penelitiannya, menyelidiki  konfigurasi  sambungan  penampang tersusun  kanal  terhadap  kapasitas  tekuk  beban aksial.  Li et  al. (2014)  menyatakan  lokasi sambungan  dapat  mempengaruhi  lokasi  kegagalan dan kekuatan ultimit penampang tersusun. Hasil  penelitian  Whittle  &  Ramseyer  (2009) memperlihatkan  penampang  dengan  sambungan dua sisi memberikan stabilitas yang lebih baik pada lokasi  sambungan  dan  menyebabkan  tahanan  torsi elemen tunggal menjadi sangat tinggi.
Penelitian  penampang  tersusun  baja  canai  dingin telah  banyak  dilakukan,  namun,  dibandingkan dengan  struktur  kolom,  penelitian  terkait  balok penampang  tersusun  dapat  dikatakan  terbatas. Penelitian  Li et  al (2016)  terkait  penampang tersusun  boks dari  dua  penampang  kanal- lip dan kanal biasa menunjukkan adanya efek dari interaksi antar penampang tunggal terhadap perilaku struktur balok  (khususnya  kapasitas  momen).  Menurut Li et  al (2016),  perbedaan  geometri  penampang tunggal  menyebabkan  kapasitas  momen  balok tersusun  boks  menjadi  lebih  kecil  dari  kapasitas total  penampang  tunggal.  Hal  ini  dikarenakan masing-masing  penampang  tidak  dapat  mencapai beban maksimum secara bersamaan.
Pengujian  Chea  (2017)  menunjukkan  adanya pengaruh  dimensi  penampang  dan  jarak  sekrup terhadap  kapasitas  balok  tersusun  boks  CFS  yang dikenakan  beban  konsentris.  Semakin  besar  rasio tinggi web -tebal  penampang  ( h / t )  dan  rasio  lebar sayap-tebal  ( w / t ),  kapasitas  balok  tersusun  boks akan semakin berkurang, sedangkan jarak sambungan  yang  semakin  rapat  berdampak  pada peningkatan kapasitas penampang tersusun. Selvaraj  &  Madhavan  (2019)  juga  menyimpulkan bahwa  jarak  sambungan  longitudinal  yang  lebih kecil  pada  balok  yang  disusun  dari  penampang sigma dapat meningkatkan kekompakan penampang tersusun boks.
Xu et  al. (2009)  melakukan  studi  parametrik pada balok tersusun boks yang dibebani secara konsentris maupun eksentris. Hasil studi menunjukkan bahwa lokasi  pembebanan  turut  serta  mempengaruhi kapasitas lentur balok. Balok yang dibebani secara konsentris memiliki kapasitas yang sesuai dan dapat dianggap  sama  dengan  kapasitas  total  masing- masing  penampang  tunggal  (sesuai  asumsi  AISI), sedangkan  kapasitas  balok  yang  dibebani  secara eksentris menunjukkan hasil yang tidak konservatif.
Studi  parametrik  juga  dilakukan  oleh  Wang  & Young  (2018)  untuk  meneliti  balok  penampang tersusun boks ( closed section ) dan I ( open section ), serta menggunakan model finite element (FE) untuk mengetahui  pengaruh  susunan  sekrup  terhadap kekuatan dan perilaku struktural balok. Hasil studi Wang  &  Young  (2018)  memperlihatkan  pengaruh jarak  sekrup  terhadap  momen,  pada  penampang tersusun  dengan  kelangsingan  tekuk  lokal  yang lebih  kecil  memiliki  efek  yang  lebih  signifikan, serta menyarankan jarak sekrup maksimum kurang dari empat kali tinggi total web balok tersusun (4 h w ) untuk  mengecah  terjadinya  kegagalan  torsi-lateral atau pemisahan komponen penampang tersusun.
Metode desain komponen struktur baja canai dingin yang tercantum dalam North American Specification  for  the  design  of  cold-formed  steel Structural Members , AISI S100-16 terdiri dari dua metode  yaitu  metode  lebar  efektif  (EWM)  dan metode  kekuatan  langsung  (DSM).  Metode  EWM merupakan metode yang mempertimbangkan tekuk lokal  komponen  baja  canai  dingin  dengan mereduksi  penampang  utuh  yang  mengalami distribusi  tegangan  nonlinier  menjadi  penampang efektif  yang  mengalami  distribusi  tegangan  linier yang  disederhanakan.  Metode  DSM  merupakan metode desain yang memberikan prediksi kekuatan komponen  tanpa  menggunakan  lebar  efektif. Penggunaan metode EWM biasanya hanya terbatas pada jenis penampang yang tidak begitu kompleks seperti penampang kanal dengan dan atau tanpa lip , sedangkan  metode  DSM  dapat  mengakomodasi bentuk  penampang  yang  tidak  biasa  (Young  & Chen, 2008) dan dapat digunakan untuk menganalisis penampang dengan bentuk yang lebih kompleks  seperti  penampang  Z  dan  sigma,  serta kanal dengan variasi lip dan pengaku.
Pedoman  analisis  kapasitas  lentur  komponen struktur  baja  canai  dingin  berdasarkan  metode EWM dan metode DSM saat ini tidak menyediakan syarat desain untuk jenis penampang tersusun. AISI 2002  merekomendasikan  kekuatan  lentur  dan momen  inersia  penampang  tersusun  dapat  diambil sebagai  jumlah  dua  komponen  berdasarkan kompatibilitas lendutan (Xu et al. , 2009).
Studi  literatur  terkait  balok  penampang  tersusun boks  menunjukkan  bahwa  metode  “ sum  up ” (asumsi  AISI)  merupakan  metode  yang  umumnya dipakai  untuk  memperkirakan  kekuatan  lentur balok penampang tersusun boks. Anbarasu (2019), Selvaraj & Madhavan (2019), Abbasi et al. (2018), Zhang & Young (2018), Haris et al (2018), Li et al (2016), serta Wang & Young (2016) menggunakan asumsi  ketebalan  ganda  pada  elemen  penampang yang  disambung  ( overlapping )  atau  komposit penuh dengan mengabaikan jarak sambungan. Hasil dari  penelitian-penelitian  tersebut  menunjukkan bahwa kekuatan lentur penampang tersusun dengan asumsi  komposit  penuh  memiliki  nilai  yang  tidak konservatif.
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah untuk  mengetahui  pengaruh  jarak  alat  sambung sekrup  terhadap  kapasitas  lentur  serta  perilaku penampang  tersusun  boks  baja  canai  dingin  yang dibentuk dari dua penampang kanal- lip sederhana. Hasil  pengujian  kekuatan  lentur  balok  selanjutnya akan  dibandingkan  dengan  hasil  analisis  kapasitas lentur nominal berdasarkan metode EWM dan DSM yang tercantum dalam spesifikasi desain komponen struktur baja canai dingin AISI S100-16.

## Metode
Penampang  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini merupakan penampang kanal -lip sederhana dengan tinggi web penampang ( h ), lebar sayap atas ( w ft ) dan lebar  sayap  bawah  ( w fb ), berturut-turut  adalah 81 mm, 38 mm dan 40 mm. Tinggi lip ( h lip ) 8,5 mm dan  tebal  penampang  ( t )  1,0  mm.  Alat  sambung berupa self-drilling  screw #12  dengan  diameter 5,49  mm.  Sketsa  kanal- lip dan  potongan penampang  tersusun  boks ditunjukkan  dalam Gambar 1. Adapun, sifat mekanik material berupa rasio  Poisson  ( ν ),  modulus  elastisitas  ( E ),  serta tegangan  leleh  ( f y )  material  penampang  kanal- lip disajikan dalam Tabel 1. Data tersebut merupakan hasil  pengujian  kuat  tarik  baja  ringan  Cahaya Fortuna Steel Yogyakarta oleh Laboratorium Bahan Bangunan,  Jurusan  Teknik  Sipil  &  Lingkungan, Universitas Gadjah Mada.
Tabel 1. Properti material penampang kanal-lip Material ν E (MPa) f y (MPa) CFS 0,3 2 × 10 5 619,54
Spesimen  balok  memiliki  panjang  ( L )  1.200  mm dengan  panjang  bentang momen  600  mm dan dan bentang  geser  300  mm.  Variasi  jarak  sekrup  pada bentang  momen  ( s )  yaitu  100  mm,  150  mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 328 mm dan 350 mm,
sedangkan  jarak  sekrup  pada  bentang  geser  ( s s ) sebesar  65  mm.  Variasi  jarak  sekrup  328  mm diambil sesuai dengan jarak sekrup maksimum yang disarankan oleh Wang & Young (2018) yaitu empat kali  tinggi  total  penampang  tersusun  boks  ( h w = 82 mm). Tabel 2 memperlihatkan  kombinasi jarak sekrup  pada  bentang  momen  spesimen  balok tersusun. Penamaan benda uji seperti B81-1,0- s 350 memiliki  arti  yaitu,  B  sebagai  boks,  81  tinggi penampang kanal -lip , 1,0 merupakan dimensi tebal penampang  dan s 350  sebagai  jarak  sekrup  pada pada bentang momen ( s = 350 mm).
Gambar  2  merupakan  skema  aplikasi  beban  pada balok  dilakukan  dengan  mendistribusikan  beban terpusat  melalui  balok  transfer  sehingga  benda  uji akan dibebani pada dua titik pembebanan berjarak 600  mm.  Alat  uji  lentur/ flexural  frame yang digunakan memiliki kapasitas beban maksimum 10 ton beserta speed control untuk mengatur kecepatan pembebanan.  Pengukuran  defleksi  vertikal  balok dilakukan  dengan  menggunakan Linear  Variabel Displacement Tranducer (LVDT) kapasitas 50 mm dan ditempatkan di lokasi pembebanan serta tengah bentang. Penampang U yang terbuat dari pelat baja konvensional setebal 5 mm ditempatkan pada titik pembebanan sebagai dudukan serta pengaku untuk mencegah terjadinya kegagalan di titik tersebut.
(a)
(b)
Gambar 1. (a) Sketsa dimensi penampang kanal-lip, (b) potongan balok tersusun boks
Kapasitas uji balok penampang tersusun boks baja canai dingin diambil sebagai nilai beban maksimum yang  terekam  selama  pengujian,  sedangkan  nilai lendutan  diambil  dari  hasil  pengukuran  LVDT  di tengah  bentang.  Beban  ( P )  yang  akan  digunakan dalam  menghitung  kapasitas  lentur  uji  merupakan beban  maksimum  ditambah  dengan  berat  balok transfer  beserta  dudukannya  untuk  memperoleh kapasitas  total  balok.  Analisis  kapasitas  lentur penampang  dengan  EWM  dan  DSM  dalam penelitian  ini  dilakukan  berdasarkan  spesifikasi desain  AISI  S100-16.  Penelitian  ini  menggunakan aplikasi cUFSM berbasis finite strip method untuk menganalisis tekuk elastis penampang.

## Maria Yasinta Menge Making, Ali Awaludin, Bambang Supriyadi
Tabel 2. Kombinasi jarak sekrup (s) pada bentang momen spesimen balok
Kombi -nasi Benda uji Total sampel Konfigurasi sekrup pada bentang momen 600 mm (Gambar 2) 1 B81-1,0- s 350 2 2 B81-1,0- s 328 3 3 B81-1,0- s 300 3 4 B81-1,0- s 250 3 5 B81-1,0- s 200 2 6 B81-1,0- s 150
3
7 B81-1,0- s 100 3
Gambar 2. Skema setting-up pengujian kapasitas lentur penampang tersusun boks
Panduan  desain  struktur  lentur  metode  DSM  yang tercantum  dalam  AISI  S100-16  memerlukan momen  tekuk  elastis  berupa  tekuk  lokal,  distorsi dan torsi-lateral ( M crl , M crd , dan M cre ). Ketiga nilai momen  tersebut  dihitung  menggunakan  metode finite  strip dalam  aplikasi  cUFSM.  Analisis  tekuk elastis  metode finite  strip tidak  dapat  secara langsung digunakan untuk menghitung penampang tersusun yang disambung dengan sekrup (Lu et al. ,
2017),  karenanya  dalam  penelitian  ini  model penampang tersusun diasumsikan sebagai penampang  kanal- lip biasa  dan  penampang komposit  penuh.  Sketsa  penampang  ditampilkan dalam  Gambar  3.  Penampang  komposit  penuh diasumsikan memiliki tebal sayap ( t f ) dua kali tebal web ( t w ).  Asumsi  model  penampang  dilakukan untuk  membandingkan  kapasitas  uji  dan  kapasitas desain.
Data logger Perangkat komputer Actuator Pin support Balok transfer LVDT Pengaku dari profil U Benda uji P
(a) (b)
Gambar 3. Model penampang dalam analisis yaitu (a) kanal-lip, dan (b) komposit penuh
Metode  EWM  dan  DSM  dalam  spesifikasi  desain AISI  S100-16  menyarankan  kapasitas  lentur nominal  balok  ( M n )  harus  diambil  sebagai  nilai minimum  dari  kapasitas  lentur  penampang  yang dihitung  berdasarkan  kelelehan  ( M y ),  tekuk  torsi- lateral  ( M ne ),  tekuk  lokal  ( M nl )  dan  tekuk  distorsi ( M nd ). Berdasarkan kelelehan dan tekuk torsi lateral:
M y = S fy F y (1)
Mne = Sf  Fn  ≤ My (2)
Untuk F cre ≥ 2,78 F y
F n = F y (3)
Untuk 2,78 F y > F cre > 0,56 F y
F n = 10 9 𝐹 𝑦 (1 − 10𝐹𝑦 36𝐹𝑐𝑟𝑒 ) (4)
Untuk F cre ≤ 0,56 F y
F n = F cre (5)
F y merupakan  tegangan  leleh, S f merupakan modulus  penampang  utuh  tanpa  reduksi. F n merupakan  tegangan  lentur  nominal  pada  tekuk global (torsi-lateral). Nilai F cre merupakan tegangan tekuk torsi-lateral elastis yang ditentukan sesuai tipe penampang  ( section F2  AISI  S100-16).  Metode EWM  dan  DSM  untuk  penentuan  kapasitas  lentur berdasarkan  kelelehan  awal  dan  tekuk  torsi-lateral pada  dasarnya  adalah  sama.  Metode  EWM  dalam bentuk F n sedangkan  dalam  metode  DSM, F n dikonversi  menjadi  momen  melalui  perkalian F n dengan S f .
Kapasitas  lentur  berdasarkan  interaksi  tekuk  lokal dengan kelelehan  dan  tekuk  global  adalah  sebagai berikut:
Metode EWM Mnl = Se  Fn  ≤ Set Fy (6) Metode DSM Untuk λ l ≤ 0,776
Mnl = Mne
(7)
Untuk λl > 0,776
Mnl = [1 − 0,15 ( 𝑀𝑐𝑟𝑙 𝑀𝑛𝑒 ) 0,4 ] ( 𝑀𝑐𝑟𝑙 𝑀𝑛𝑒 ) 0,4 𝑀 𝑛𝑒 (8)
Mcrl = Sf Fcrl (9) S e dan S et =  modulus  penampang  efektif  yang dihitung pada tegangan serat tekan dan tarik terluar = F n .
Kapasitas  lentur  berdasarkan  tekuk  distorsi ditentukan sesuai Section F4 AISI S100-16 sebagai berikut:

## Untuk λd ≤ 0,673
Mnd = My (10)
Metode DSM
Untuk λd > 0,673
Mnd = [1 − 0,22 ( 𝑀𝑐𝑟𝑑 𝑀𝑦 ) 0,5 ] ( 𝑀𝑐𝑟𝑑 𝑀𝑦 ) 0,5 𝑀 𝑦 (11)
M cre , M crl , dan M crd merupakan momen tekuk kritis berdasarkan  tekuk  global,  lokal  dan  distorsi  yang dapat  ditentukan  secara  analitis  ( Appendix 2  AISI
S100-16) atau numerik menggunakan cUFSM.
Kapasitas  momen  nominal  penampang  tersusun boks  baja  canai  dingin  berdasarkan  asumsi penampang  tunggal  (kanal- lip )  diambil  sama dengan  jumlah  kapasitas  momen  nominal  dua penampang sesuai dengan rekomendasi kuat lentur penampang tersusun oleh AISI. Adapun,  kapasitas lentur uji ( M uji ) dihitung sebagai gaya geser (0,5 P ) dikalikan dengan panjang bentang geser (300 mm).

## Hasil dan Pembahasan
Gambar  4  sampai  dengan  10  menampilkan  hasil pengujian  berupa  grafik  beban-lendutan  masing- masing  sampel  (sp)  benda  uji  sedangkan,  beban total  ( P uji ),  defleksi  vertikal,  serta  kapasitas  lentur uji  ( M uji )  balok  tersusun  boks disajikan  dalam Tabel 3.
Gambar 4. Grafik beban-lendutan sampel balok
B81-1,00-s350 0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 B eb an ( k N) Lendutan (mm)
sp-1 sp-2
t w = 1 mm t f = 1 mm t f = 2 t w
Gambar 5. Grafik beban-lendutan sampel balok B81-1,00-s328
Gambar 6. Grafik beban-lendutan sampel balok B81-1,00-s300
Gambar 7. Grafik beban-lendutan sampel balok B81-1,00-s250
Gambar 8. Grafik beban-lendutan sampel balok B81-1,00-s200
Gambar 9. Grafik beban-lendutan sampel balok
B81-1,00-s150
Grafik beban-lendutan spesimen sp-2 B81-1,0- s 350 (Gambar  4),  sp-2  B81-1,0- s 328  (Gambar  5),  sp-1
B81-1,0- s 300 (Gambar 6), serta sp-1 B81-1,0- s 250 (Gambar  7),  memperlihatkan  bentuk  grafik  yang berbeda dibandingkan dengan grafik spesimen lain serta  benda  uji  B81-1,00- s 200  (Gambar  8),  B81- 1,00- s 150  (Gambar  9),  B81-1,00- s 100  (Gambar 10).  Hal  disebabkan  oleh  kondisi  balok  transfer yang  mengalami  deformasi  setelah  benda  uji mencapai beban maksimum, akan tetapi, deformasi tersebut tidaklah bersifat permanen. Balok transfer kembali ke posisi awal setelah beban dihentikan.

## Gambar 10. Grafik beban-lendutan sampel balok  B81-1,00-s100
Tabel 3 menunjukkan adanya peningkatan kapasitas spesimen  ketika  jarak  sambungan  sekrup  semakin kecil.  Rata-rata  kapasitas  lentur  maksimum ditunjukkan  oleh  benda  uji  B81-1,0- s 150  sebesar 5,049 kNm, sedangkan kapasitas rata-rata minimum ditunjukkan oleh benda uji B81-1,0- s 300. Rendahnya  nilai  kapasitas  tersebut  kemungkinan disebabkan  oleh  susunan  sekrup    pada  bentang momen spesimen B81-1,00- s 300 yang lebih sedikit dibandingkan dengan spesimen lainnya (Tabel 2).
Penelitian  Whittle  &  Ramseyer  (2009),  serta  Li et  al. (2014)  menunjukkan  bahwa  susunan sambungan  pada  penampang  tersusun  dapat mempengaruhi kapasitas komponen. Mode kegagalan  spesimen  balok  yang  diamati  setelah
0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 B eb an ( k N) Lendutan (mm) sp-1 sp-2 sp-3 0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 B eba n (k N ) Lendutan (mm) sp-1 sp-2 sp-3 0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 B eb an ( k N) Lendutan (mm) sp-1 sp-2 sp-3 0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 B eb an ( k N) Lendutan (mm) sp-1 sp-2
0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 B eb an ( k N) Lendutan (mm) sp-1 sp-2 sp-3 0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 B eb an ( k N) Lendutan (mm)
sp-1 sp-2 sp-3
pengujian disajikan dalam Tabel 4. Benda uji B81- 1,0- s 300  memiliki  mode  kegagalan  berupa kombinasi antara tekuk lokal (LB)-distorsi (D) dan tekuk  lokal  (LB)-torsi-lateral  (LT).  Mode  tekuk merupakan  faktor  kunci  yang  mempengaruhi  kuat lentur spesimen. Kombinasi antara tekuk lokal dan distorsi  dapat  berdampak  pada  reduksi  kekuatan lentur (Wang & Zhang, 2009).

## Tabel 3. Kapasitas hasil uji dan lendutan spesimen balok tersusun boks
Benda uji P uji (kN) Defleksi (mm) M uji M uji rata-rata (kNm) B81- 1,0- s 350 33,06 11,58 4,96 4,81 31,05 11,33 4,66 B81- 1,0- s 328 34,04 13,55 5,11 4,85 30,98 10,28 4,65 32,02 12,33 4,80 B81- 1,0- s 300 30,07 11,38 4,51 4,71 33,46 11,58 5,02 30,70 12,26 4,60 B81- 1,0- s 250 33,05 14,75 4,96 4,83 29,66 10,06 4,45 33,86 15,14 5,08 B81- 1,0- s 200 32,82 10,83 4,92 4,96 33,34 12,99 5,00 B81- 1,0- s 150 38,11 13,40 5,72 5,05 32,59 11,46 4,89 30,29 12,64 4,54 B81- 1,0- s 100 33,23 12,99 4,98 4,91 33,34 13,99 5,00 31,672 12,213 4,75
Kapasitas  lentur  benda  uji  dengan  jarak  sekrup terkecil  (B81-1,0- s 100)  memiliki  nilai  yang  lebih kecil dibandingkan dengan benda uji B81-1,0- s 150. Hal ini mengindikasikan bahwa meski dengan jarak sekrup  yang  semakin  rapat,  kapasitas  penampang tersusun  tidak  selalu  bertambah.  Hasil  pengujian menunjukkan bahwa batas kapasitas teratas dicapai oleh  benda  uji  B81-1,0- s 150.  Penelitian  Li et  al. (2014)  serta  Whittle  &  Ramseyer  (2009),  juga menunjukkan  bahwa  batas  kapasitas  teratas  tidak selalu  dicapai  oleh  penampang  dengan  jarak sambungan yang paling kecil.
Hasil  analisis  kapasitas  lentur  nominal  ( M n ) penampang  tersusun  berdasarkan  metode  lebar efektif  (EWM)  dan  metode  kekuatan  langsung (DSM)  menurut  AISI  S100-16  disajikan  dalam Tabel  5. Signature  curve beserta  mode  tekuk penampang hasil analisis cFUSM yang ditampilkan dalam  Gambar  11  memperlihatkan  momen  tekuk elastis  berdasarkan  asumsi  penampang  komposit penuh  lebih besar  dari  penampang kanal- lip .  Nilai
momen  tekuk  elastis  berpengaruh  terhadap kapasitas  lentur  penampang.  Kapasitas  nominal dalam Tabel 5, M n , kanal- lip (kl) sebesar 1,43 kNm (EWM)  dan  1,60  kNm  (DSM),  sedangkan  untuk asumsi  AISI,  total  kapasitas  dua  kanal- lip (2kl) sebesar  2,85  kNm  (EWM)  dan  3,19  kNm  (DSM). Asumsi penampang tersusun boks sebagai penampang  komposit  penuh  (kp)  memiliki  nilai kapasitas yang lebih besar yaitu 4,97 kNm (EWM) dan 4,96 kNm (DSM).

## Tabel 4. Mode kegagalan balok tersusun boks
Benda Uji Mode Lokasi Kegagalan B81-1,00- s 350 1 LB ¼ L 2 LB + D ¼ L B81-1,00- s 328 1 LB ¾ L 2 LB + D ¾ L 3 LB + LT ¼ L B81-1,00- s 300 1 LB + D ¾ L 2 LB + LT ¾ L 3 LB + LT ¾ L B81-1,00- s 250 1 LB + LT ¾ L 2 LB + LT ¼ L 3 LB + D ¼ L B81-1,00- s 200 1 LB ¾ L 2 LB ¾ L B81-1,00- s 150 1 LB ¾ L 2 LB ¾ L 3 LB ¾ L B81-1,00- s 100 1 LB ¾ L 2 LB ¼ L 3 LB ¾ L
Perbandingan  kapasitas  lentur  uji  spesimen  dan kapasitas  desain  dari  penampang  tersusun  boks dengan  asumsi  kanal- lip dan  komposit  penuh disajikan  dalam  Gambar  12.  Asumsi  desain kapasitas lentur penampang tersusun boks berdasarkan  AISI  (2kl),  kapasitas  momen  sama dengan  kapasitas  total  penampang  tunggal, menunjukkan  hasil  yang  sangat  konservatif  baik pada metode EWM maupun DSM, sedangkan untuk asumsi penampang  komposit penuh kedua metode memperlihatkan hasil yang tidak konservatif sama seperti pada penelitian Anbarasu (2019), Selvaraj & Madhavan (2019), Zhang & Young (2018), Haris et al. (2018),  Li et  al. (2016),  serta  Wang  &  Young (2016).

## Tabel 5. Hasil analisis kapasitas lentur penampang tersusun boks
Metode M n (kNm) Kanal-lip (kl) AISI (2kl) Komposit penuh (kp) EWM 1,43 2,85 4,97 DSM 1,60 3,19 4,96
Gambar 11. Signature curve dan mode tekuk hasil analisis cUFSM
Gambar 12. Grafik hubungan jarak sekrup dengan kapasitas lentur balok
Mode  kegagalan  sampel  balok  diamati  ketika spesimen  balok  mencapai  beban  maksimum (Tabel  4).  Dokumentasi  hasil  penelitian  disajikan dalam  Gambar  13  sampai  dengan  Gambar  19. Kegagalan sampel didominasi oleh tekuk lokal (LB) yang  terjadi  di  sayap  atas  dan web penampang mengingat  bahwa  jarak  sekrup  yang  digunakan pada  sayap  lebih besar  dari half-wavelength tekuk lokal  kanal- lip ,  serta  letak  sambungan  yang  tidak dapat  mencegah  terjadinya  tekuk  pada web penampang.  Kombinasi  antara  tekuk  lokal  dan distorsi  (LB  +  D)  teramati  pada  sampel  B81-1,0- s 350 (Gambar 13).
Kombinasi tekuk lokal dan tekuk torsi lateral (LB + LT)  teramati  pada  sampel  B81-1,0- s 328,  B81-1,0- s 300  dan  B81-1,0- s 250  (Gambar  14,  15  dan  16). Benda  uji  dengan  kombinasi  jarak  sekrup  yang lebih kecil dari 200 mm, hanya menunjukkan mode kegagalan berupa tekuk lokasl (Tabel 4 dan Gambar 17,  18,  19).  Lokasi  kegagalan  tekuk  lokal  yang teramati  tidak  terjadi  pada  lokasi  yang  diharapkan
yaitu  tengah  bentang  balok,  melainkan  pada  titik pembebanan  sejak  titik  tersebut  tidak  sepenuhnya diperkuat (Li et al. , 2016).
Wang & Young (2018) menyarankan jarak sekrup maksimum  sebesar  4 h w untuk  menghindari terjadinya  tekuk  torsi-lateral  atau  pemisahan komponen, namun, dalam penelitian ini ditemukan bahwa benda uji dengan jarak yang lebih kecil dari 4 h w (300  mm  dan  250  mm)  tetap  mengalami kegagalan  torsi-lateral  meski  tidak  mengalami pemisahan antar komponen penyusun tunggal. Hal ini  mengindikasikan  bahwa  jarak  sekrup  ≤  4 h w kemungkinan tidak berlaku pada penampang  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  serta  mengalami mode kegagalan berupa kombinasi di antara ketiga mode  tekuk.  Hasil  penelitian  Selvaraj  dan Madhavan  (2019)  juga  menunjukkan  bahwa batasan jarak sekrup < 4 h w mungkin hanya berlaku untuk komponen struktur yang mengalami kegagalan  berupa  tekuk  lokal  seperti  dalam penelitian Wang & Young (2018).
40,0, 1,0
300,0, 0,6 1.200,0, 0,6 40,0, 1,7 300,0, 7,5 1.200,0, 3,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 150 300 450
600
750 900 1050 1200 Mcr /My half-wavelength (mm) Kanal-Lip Boks komposit penuh 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 50 100 150
200 250 300
350 400 450 Kap asit as len tu r (k N m m ) Jarak sekrup pada betang momen (mm) M uji M ewm-kl M ewm-kp
M dsm-kl M dsm-kp LB D LT
(a) LB pada sayap dan badan sp-1
(b) Distorsi pada tumpuan balok sp-2
Gambar 13. Mode kegagalan B81-1,0-s350
(a) LB + D balok sp-2
(b) LB + LT balok sp-3
Gambar 14. Mode kegagalan B81-1,0-s328
(a) LB + D balok sp-1
(b) LB + LT balok sp-2
Gambar 15. Mode kegagalan B81-1,0-s300
(a) LB + LT balok sp-1
(b) LB + D balok sp-3
(a) LB pada sayap dan badan balok sp-1
(b) LB balok sp-2
Gambar 17. Mode kegagalan B81-1,0-s200
(a) LB balok sp-2
(b) LB balok sp-3
Gambar 18. Mode kegagalan B81-1,0-s150
(a) LB balok sp-1
(b) LB balok sp-2
Gambar 19. Mode kegagalan B81-1,0-s100

## Kesimpulan
Total  19  balok  dengan  panjang  masing-masing 1200  mm  telah  diuji  dan  dianalisis  sesuai  dengan spesifikasi  desain  struktur  baja  canai  dingin  AISI S100-16.  Kesimpulan  yang  dapat  ditarik  yaitu, adanya  pengaruh  jarak  terhadap  kapasitas  lentur penampang  tersusun  boks  baja  canai  dingin.  Jarak sekrup  yang  semakin  rapat  terbukti  meningkatkan kapasitas  balok.  Namun,  untuk  penampang  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  ditemukan  bahwa batas  kapasitas  teratas  tidak  dicapai  pada  balok dengan  jarak  sekrup  minimum  ( s = 100  mm) melainkan pada balok dengan jarak sekrup 150 mm. Konfigurasi  atau  susunan  sekrup  pada  bentang
momen  juga  ikut  mempengaruhi  kapasitas  balok. Kapasitas  uji  B81-1,0- s 300  dengan  konfigurasi sambungan sekrup yang lebih sedikit pada bentang momen  memiliki  nilai  rata-rata  kapasitas  lentur yang paling kecil (Tabel 2 dan 3).
Analisis kapasitas lentur berdasarkan metode lebar efektif  (EWM)  dan  metode  kekuatan  langsung (DSM) pada penampang kanal- lip tunggal menunjukkan hasil yang sangat konservatif. Hal ini sekaligus  mengindikasikan  bahwa  rekomendasi yang  diberikan  oleh  AISI  berdampak  pada  hasil desain  kapasitas  yang  sangat  konservatif.  Asumsi penampang  komposit  penuh,  dimana  tebal  elemen yang  disambung  sama  dengan  tebal  ganda
menunjukkan  hasil  kapasitas  lentur  (berdasarkan EWM dan DSM) yang tidak konservatif dan tidak aman  dibandingkan  dengan  kapasitas  hasil  uji, untuk  kasus  balok  tersusun  boks yang  dikenakan beban  konsentris  dan  geometri  penampang  yang digunakan dalam penelitian ini.
Mode  kegagalan  penampang  dengan  jarak  sekrup yang  lebih  kecil  dari  200  mm  berupa  tekuk  lokal, sedangkan  jarak  sekrup  yang  lebih  besar  dari  200 mm  mengalami  kegagalan  berupa  tekuk  lokal, kombinasi  antara  tekuk  lokal  dan  distorsi  serta kombinasi  antara  tekuk  lokal  dan  global  (torsi- lateral).

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada PT. Cahaya  Fortuna  Steel,  Yogyakarta  yang  telah membantu  dan  menyumbangkan  material  untuk digunakan dalam  penelitian ini.

## Daftar Pustaka
Abbasi,  M.,  Khezri,  M.,  Rasmussen,  K.  J.  R.,  & Schafer, B. W. (2018). Elastic buckling analysis of cold-formed  steel  built-up  sections  with  discrete fasteners  using  the  compound  strip  method. Thin- Walled Structures , 124 , 58–71.
AISI S100-16. (2016). North American
specification  for  the  design  of  cold-formed  steel structural members. American: American Iron and Steel Institute.
Anbarasu,  M.  (2019).  Simulation  of  flexural behaviour  and  design  of  cold-formed  steel  closed built-up beams composed of two sigma sections for local  buckling. Engineering  Structures , 191 ,  549– 562.
Awaludin,  A.,  Danastri,  A.  D.,  &  Supriyadi,  B. (2016).  Development  of  cold  formed  steel-timber composites for roof structures: Connection systems. International  Journal  of  Technology , 7 (6),  1117– 1127.
Chea, B. (2017). Experimental and numerical study on  cold-formed  steel  built-up  box  beams  with different  sections, Master  of  science  Thesis , Thailand:  Sirindhorn  International  Institute  of Technology, Thammasat University.
Haris, S., Prasetio, A., Thamrin, R., & Herman, H. (2018).  An  experimental  study  of  bending behaviour of double channel and hollow sections of light  gauge  steel. International  Journal  on Advanced  Science,  Engineering  and  Information Technology , 8 (3), 882–888.
Li,  Y.,  Li,  Y.,  Wang,  S.,  &  Shen,  Z.  (2014). Ultimate  load-carrying  capacity  of  cold-formed thin-walled columns with built-up box and I section under  axial  compression. Thin-Walled  Structures ,
79 , 202–217.
Li,  Y.  L.,  Li,  Y.  Q.,  &  Shen,  Z.  Y.  (2016). Investigation  on  flexural  strength  of  cold-formed thin-walled  steel  beams  with  built-up  box  section. Thin-Walled Structures , 107 , 66–79.
Lu,  Y.,  Zhou,  T.,  Li,  W.,  &  Wu,  H.  (2017). Experimental  investigation  and  a  novel  direct strength method for cold-formed built-up I-section columns. Thin-Walled Structures , 112 , 125–139.
Selvaraj,  S.,  &  Madhavan,  M.  (2019).  Structural design of cold-formed steel face-to-face connected built-up  beams  using  direct  strength  method. Journal  of  Constructional  Steel  Research , 160 , 613–628.
Wang,  L.  &  Young,  B.  (2016).  Behavior  of  cold- formed  steel  built-up  sections  with  intermediate stiffeners  under  bending.  II:  parametric  study  and design. Journal of Structural Engineering , 142 (3),
1–11.
Wang,  L.,  &  Young,  B.  (2018).  Behaviour  and design of cold-formed steel built-up section beams with  different  screw  arrangements. Thin-Walled Structures , 131 , 16–32.
Wang,  H.,  &  Zhang,  Y.  (2009).  Experimental  and numerical  investigation  on  cold-formed  steel  C- section flexural members. Journal of Constructional Steel Research , 65 (5), 1225–1235.
Whittle,  J.,  &  Ramseyer,  C.  (2009).  Buckling capacities  of  axially  loaded,  cold-formed,  built-up C-channels. Thin-Walled  Structures , 47 (2),  190– 201.
Xu,  L.,  Sultana,  P.,  &  Zhou,  X.  (2009).  Flexural strength of cold-formed steel built-up box sections. Thin-Walled Structures , 47 (6–7), 807–815.
Young,  B.,  &  Chen,  J.  (2008).  Design  of  cold- formed  steel  built-up  closed  sections  with intermediate  stiffeners. Journal  of  Structural Engineering , 134 (5), 727–737.
Zhang,  J.  H.,  &  Young,  B.  (2018).  Finite  element analysis  and  design  of  cold-formed  steel  built-up closed  section  columns  with  web  stiffeners. Thin- Walled Structures , 131 , 223–237.