Penggunaan balok baja seperti H Beam dan IWF (I-Beam Wide Flange) memegang peranan penting dalam industri konstruksi modern. Balok-balok ini berfungsi sebagai penopang elemen-elemen struktur bangunan seperti atap, dinding, dan lantai.

Namun sebelum mulai menggunakannya, penting bagi Anda untuk melakukan perhitungan kekuatan H Beam serta beban maksimum IWF. Sebab, jika ukuran balok tersebut tidak tepat, maka berpotensi merusak stabilitas bangunan. 

Pada artikel ini akan memberikan Anda panduan cara menghitung kekuatan H Beam yang tepat untuk struktur bangunan, serta beban maksimum yang mampu ditahan IWF. Baca selengkapnya di bawah ini.

Karakteristik Geometri H Beam dan IWF

Sumber: stavianmetal

Sebelum membahas perhitungan teknis, penting untuk memahami perbedaan fisik antara H-Beam dan IWF seperti berikut:

1) H-Beam

H Beam adalah balok baja berbentuk huruf “H” yang sangat cocok untuk menopang berbagai jenis beban lainnya, seperti tekanan dari atas, beban tarik, atau gaya yang diterapkan padanya. 

H Beam memiliki berbagai ukuran yang bisa disesuaikan dengan beban dan desain bangunan. Namun banyak konstruksi memilih ukuran ideal profil H-Beam sesuai dengan SNI 03-1729-2015  seperti: 100x100mm, 150x150mm, 200x200mm, hingga ukuran lebih besar.

Selain dari segi ukuran, H-beam juga memiliki karakteristik unik dibandingkan dengan jenis balok baja lainnya. Karakteristik H Beam tersebut adalah:

1. Kapasitas Beban: Menahan beban berat dan tekanan dari berbagai arah karena memiliki flens yang lebar dengan desain vertikal.
2. Stabilitas: Membantu mencegah pembengkokan dan perubahan bentuk, menjaga kekuatan struktur.
3. Fleksibilitas: Tersedia dalam berbagai ukuran, cocok untuk berbagai jenis proyek konstruksi.
4. Distribusi Beban: Desain H-beam memungkinkan distribusi berat yang merata, mengurangi titik stres yang tinggi.
5. Biaya Efektif: Memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, mengurangi kebutuhan material dan biaya.
6. Kemudahan Pengelasan: Mudah dilas, sehinggan proses pemasangan dan sambungan lebih mudah.
7. Tahan Lama: Tahan terhadap korosi dan kelelahan, memastikan daya tahan yang lama.

Dengan spesifikasi di atas, H-Beam banyak digunakan pada proyek-proyek konstruksi bangunan seperti jembatan, gedung bertingkat, dan struktur lain yang memerlukan balok penyangga yang kuat dan stabil.

2) IWF (Wide Flange)

IWF (I-Beam Wide Flange) memiliki flens yang lebih lebar dibandingkan dengan H-Beam. Desain IWF yang berbentuk huruf “I” membuatnya bisa mendistribusikan beban secara lebih merata di sepanjang balok. 

Jika mengacu pada SNI 03-1729-2002, maka ukuran balok baja IWF yang ideal 100x50mm, 150x75mm, 200x100mm, hingga ukuran lebih besar. Dengan ukuran tersebut, beban akan didistribusikan secara merata ke semua bagian balok IWF.

Selain dari segi ukuran, balok Baja IWF memiliki karakteristik unik seperti berikut:

1. Flens Lebar: Memiliki flens (bagian horizontal) lebar yang memungkinkan distribusi beban lebih merata dan meningkatkan daya dukung balok.
2. Kekuatan dan Stabilitas: Flens lebar memberikan kekuatan tambahan dan stabilitas terhadap beban berat, tekanan, dan gaya yang diterapkan pada balok, sehingga efektif dalam menahan beban berat dan memberikan dukungan struktural yang kuat.
3. Desain H-shaped: Penampang IWF berbentuk huruf “I” dengan flens yang lebih lebar, memberikan profil yang efisien untuk mendukung berbagai aplikasi struktural.
4. Distribusi Beban yang Merata: Flens lebar memungkinkan distribusi beban yang lebih merata sepanjang balok, mengurangi titik-titik stres tinggi dan meningkatkan kekuatan struktural.
5. Kemudahan Integrasi: Mudah dilas atau dihubungkan dengan komponen struktural lainnya.
6. Ketahanan: Terbuat dari baja berkualitas tinggi yang tahan terhadap korosi dan kelelahan, sehingga tahan di berbagai kondisi lingkungan dalam jangka waktu panjang.

Dengan karakteristik tersebut, IWF cocok diaplikasikan pada konstruksi yang mengharuskan beban tersebar luas, seperti pada balok lantai di gedung bertingkat, struktur gedung pencakar langit atau pabrik. Pelajari perbedaan IWF dan H Beam lebih lanjut pada artikel dibawah ini.

Bagaimana Cara Perhitungan Kekuatan Balok Baja H Beam dan IWF

Pada tahap perencanaan bangunan, langkah-langkah awal seperti pengukuran dan perhitungan bahan baku yang digunakan sangat penting untuk memastikan struktur yang dibangun kokoh dan tahan lama. 

Ada beberapa metode yang perlu Anda hitung untuk mengetahui kekuatan balok baja H Beam dan beban maksimum IWF, seperti berikut:

1. Menghitung Kekuatan Lentur (Bending Strength) Balok Baja 

Pada tahap awal, Anda perlu mengetahui kekuatan lentur dari balok baja H Beam atau IWF yang Anda butuhkan dalam struktur bagungunan. 

Dengan begitu, Anda bisa menghitung beban maksimal yang bisa ditambahkan pada balok tersebut tanpa mengalami deformasi berlebihan atau kerusakan.

Rumus perhitungan yang digunakan untuk mengukur kekuatan lentur adalah:

Mult = f y ×S

Di mana:

1. Mult = Momen lentur ultimate yang menggambarkan kapasitas maksimum balok untuk menahan pembengkokan, diukur dalam kilonewton meter (kNm).
2.  f y​ = Tegangan leleh baja yang menunjukkan batas maksimum tegangan yang dapat ditahan oleh baja sebelum mulai mengalami deformasi permanen, diukur dalam megapascal (MPa).
3. S = Modulus penampang elastis yang merupakan ukuran dari kapasitas balok untuk menahan pembengkokan dengan satuan sentimeter kubik (cm³).

Contoh Perhitungan Kekuatan Lentur dari sebuah Balok Baja H Beam

Misalkan sebuah proyek bangunan berencana menggunakan balok H Beam dengan nilai modulus penampang elastis sebesar 2000 cm³. Sementara tegangan leleh baja tersebut sebesar 250 MPa. 

Dari deskripsi di atas, maka perhitungan momen lentur ultimate sebagai berikut:

1. Mult = 250 MPa x 2000 cm3
2. Mult = 500.000 kNm

Jadi dari hasil perhitungan bisa diketahui bahwa balok H Beam mampu menahan menahan momen lentur maksimum sebesar 500.000 kNm sebelum mencapai batas tegangan leleh.

Selanjutnya, Anda dapat menentukan seberapa besar beban yang dapat ditahan oleh balok tanpa mengalami kerusakan struktural berdasarkan hasil perhitungan tersebut.

2. Perhitungan Kapasitas Tekan (Axial Capacity)

Kapasitas tekan aksial menjadi elemen selanjutnya yang perlu Anda ukur. Tujuannya untuk mengetahui seberapa besar beban tekan yang dapat ditahan oleh struktur balok H Beam atau IWF tanpa mengalami kerusakan.

Rumus yang digunakan untuk menghitung kapasitas tekan aksial adalah sebagai berikut:

Pult = Ag x Fy

Di mana:

1. Pult​ = Kapasitas tekan ultimate atau beban maksimum yang dapat ditahan oleh elemen tekan, diukur dalam kilonewton (kN).
2. Ag = Luas penampang baja atau area penampang elemen dalam sentimeter persegi (cm²).
3. fy = Tegangan leleh baja yang merupakan batas maksimum tegangan yang dapat ditahan oleh material sebelum mengalami deformasi permanen, diukur dalam megapascal (MPa).

Contoh perhitungan kapasitas tekan aksial baja IWF

Misalkan sebuah balok baja IWF memiliki luas penampang sebesar 100 cm². Balok baja tersebut tegangan leleh 250 MPa, maka perhitungannya:

Pult = 100 cm2 X 250 MPa = 25.000 kN

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa balok IWF tersebut dapat menahan beban tekan maksimum sebesar 25.000 kN sebelum mencapai batas tegangan leleh.

3. Pengaruh Panjang dan Slenderness Ratio

Perlu diketahui bahwa kapasitas beban balok tidak hanya dipengaruhi oleh tegangan material dan bentuk penampang, tetapi juga oleh panjang balok dan rasio rampingnya. 

Oleh karena itu, Anda perlu menghitung kapasitas beban yang bisa ditahan oleh balok H beam atau IWF sebelum mengalami tekuk elastis. Gunakan rumus Euler berikut untuk mengukurnya:

Di mana:

1. Pcr​ = Kapasitas kritis akibat tekuk (kN).
2. E = Modulus elastisitas baja. Biasanya, nilai E untuk baja adalah 210.000 MPa.
3. I = Momen inersia penampang (cm⁴).
4. L = Panjang efektif balok (m).

Contoh Perhitungan Balok H Beam dengan Slenderness Ratio

Misalkan sebuah balok baja H Beam dengan panjang 6 m memiliki modulus elastisitas badar sebesar 210.000 MPa. Sementara momen inersia balok tersebut mencapai 5000 cm⁴.

Maka perhitungan kapasitas kritis tekuk balok tersebut menjadi seperti berikut:

Jadi balok baja H Beam tersebut dapat menahan beban tekan maksimum sebesar 2.881.000 kN sebelum mengalami tekuk.

4. Perhitungan Kekuatan Geser (Shear Strength)

Kekuatan geser penting untuk menentukan seberapa baik sebuah balok dapat menahan beban geser yang diterapkan secara transversal. 

Pada umumnya, beban geser terjadi ketika ada gaya yang bekerja secara horizontal pada balok, yang dapat menyebabkan material mengalami deformasi atau bahkan kerusakan. 

Rumus perhitungan kekuatan geser:

Vult = 𝜏 x Aw

Di mana:

1. V ult  = Kekuatan geser ultimate (kN).
2. 𝜏 = Tegangan geser yang diizinkan (MPa).
3. 𝐴𝑤= Luas web balok (cm²).

Contoh perhitungan Kekuatan Geser Balok IWF

Misalkan Anda memiliki sebuah balok IWF dengan luas 200 cm² . Kemudian diketahui bahwa tegangan geser yang diizinkan balok tersebut adalah 150 MPa. Maka perhitungannya adalah sebagai berikut:

𝑉ult=150 MPa×200 cm2 =30.000 kN

Jadi balok IWF Anda tersebut dapat menahan beban geser maksimum sebesar 30.000 kN sebelum mengalami kegagalan geser. 

Dengan mengetahui kekuatan geser, Anda dapat memastikan desain balok yang aman dan efektif dalam menahan beban geser yang diterapkan.

Contoh Penggunaan H Beam dan IWF Pada Bangunan Tahan Gempa

Bangunan tinggi biasanya dirancang untuk menahan beban vertikal, bukan horizontal, sehingga gempa bumi bisa sangat berbahaya. Sebab gaya seismik yang dihasilkan gempa bumi dapat merusak fondasi dan struktur bangunan.

Oleh karena itu, bangunan tahan gempa harus memiliki sifat daktail yang dapat menyerap energi gempa dan mengalami deformasi tanpa runtuh. 

Sementara itu, baja adalah material terbaik untuk bangunan tahan gempa karena ringan, fleksibel, dan kuat. Bangunan baja rata-rata 60-70% lebih ringan dan 10 kali lebih kuat dibandingkan bangunan beton.

Salah satu material baja yang banyak digunakan adalah balok H Beam dan IWF (I-Beam Wide Flange). Kedua jenis balok ini memiliki kekuatan dan stabilitas yang sangat diperlukan dalam kondisi ekstrem seperti gempa bumi. 

Berikut adalah contoh penerapan kedua jenis balok baja tersebut:

1) Implementasi balok Baja H Beam pada Bangunan Tahan Gempa

Balok baja berbentuk H ini memiliki kekuatan yang sangat baik dalam menahan beban vertikal dan horizontal. H Beam sering digunakan dalam struktur yang memerlukan dukungan kuat, seperti kolom dan balok lintel. 

Kekuatan dan fleksibilitas H Beam membuatnya cocok untuk struktur tahan gempa, di mana kemampuan untuk menahan deformasi dan tekanan seismik sangat penting. Berikut salah satu contoh penggunaannya dalam bangunan tahan gempa:

1. Rangka Utama Gedung Bertingkat: H Beam sering digunakan sebagai kolom dan balok utama pada gedung bertingkat tahan gempa. Flens tebal dan lebar dari H Beam memungkinkan penyaluran beban secara merata, sehingga memberikan ketahanan yang baik terhadap gaya lateral akibat gempa.
2. Jembatan Tahan Gempa: H Beam digunakan pada konstruksi jembatan untuk menahan beban vertikal yang berat dan juga meminimalkan deformasi saat terjadi guncangan gempa, berkat kekuatannya dalam menahan tekanan dan gaya tarik.

2) Penggunaann IWF (Wide Flange Beam) pada Bangunan Tahan Gempa

IWF merupakan balok baja dengan flens lebar yang memberikan kekuatan tambahan dan stabilitas terhadap beban seismik. 

Desain flens yang lebar tersebut meningkatkan kemampuan balok untuk menahan beban lateral dan tekan, yang sangat penting dalam struktur bangunan untuk melawan getaran seismik.

Beberapa contoh penggunaan baja IWF pada bangunan tahan gempa:

1. Balok Lantai dan Atap: IWF sering digunakan sebagai balok pada lantai dan atap bangunan tahan gempa karena flensnya yang lebar mampu menyalurkan beban lebih luas. IWF juga efektif dalam menahan gaya horizontal yang dihasilkan oleh gempa.
2. Struktur Kolom Baja Gedung Tinggi: Balok jenis IWF digunakan dalam kolom baja pada gedung-gedung tinggi, terutama untuk menahan beban lateral akibat angin dan gempa. IWF dapat mempertahankan bentuknya di bawah tekanan tinggi tanpa mengalami deformasi berlebihan.

Namun perlu dipastikan untuk mengintegrasikan H Beam dan IWF dalam desain struktur yang sesuai dengan standar SNI 1726:2019,. Dengan begitu bangunan dapat memperoleh kekuatan dan fleksibilitas tambahan yang diperlukan untuk menghadapi gempa bumi, meningkatkan keselamatan dan mengurangi risiko kerusakan.

Kesimpulan Cara Menghitung Kekuatan H Beam dan IWF Pada Konstruksi

Berdasarkan penjelasan di atas dapat diketahui bahwa ketahanan atau kekuatan dari baja H Beam dan IWF bisa diukur dengan bebebrapa cara. Proses perhitungan ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui jenis baja yang sesuai dan desain bangunan yang akan dibuat.

Terlebih bangunan tahan gempa, penggunaan material seperti H Beam dan IWF sangat perlu dipertimbangkan terkait ketahanannya. Dengan begitu, bangunan tetap bisa bertahan dari guncangan gempa dan meminimaliris kerugian.

Garuda Yamato Steel (GYS) menyediakan baja tahan gempa dengan berbagai ukuran dan spesifikasi untuk berbagai proyek konstruksi. Menggunakan besi karbon berkualitas tinggi, produk kami menawarkan kekuatan, stabilitas, dan efisiensi biaya yang optimal. 

Misalnya Baja CNP GYS diproduksi dari bahan baku terbaik, bebas radioaktif, dan melewati proses kontrol kualitas ketat. Dengan sertifikasi internasional seperti ISO 9001, ISO 14001, dan CE Mark, produk GYS memenuhi standar mutu dan spesifikasi tinggi untuk memenuhi berbagai kebutuhan konstruksi.

Kunjungi website kami untuk melihat pilihan produk dengan desain struktural modern dan berkarakter. Hubungi tim ahli kami untuk konsultasi dan penawaran khusus agar proyek Anda lebih aman, efisien, dan berkualitas. Pilih produk baja unggulan dari Garuda Yamato Steel untuk meningkatkan kualitas proyek Anda!

Referensi:

• Kuat tekan baja SNI 1729:2020 | PPT (slideshare.net)
• https://stavianmetal.com/en/h-beam/
• https://www.steelandstud.com/is-steel-framed-building-earthquake-resistant
• https://dpu.kulonprogokab.go.id/detil/1044/penggunaan-struktur-konstruksi-baja-h-beam-dan-iwf-dalam-bangunan-gedung
• https://buyabeam.com/blogs/steel-beams/steel-beam-calculator-guide/