Analisa Struktur Rangka Batang

Analisa Struktur Batang

ANALISA STRUKTUR RANGKA BATANG Pendahuluan

Rangka batang adalah suatu struktur rangka dengan rangkaian batang-batang berbentuk segitiga. se gitiga. Elemen El emen rangka rangk a batang terbuat t erbuat dari material kayu, baja, aluminium, aluminium , dan sebagainya. Dalam struktur rangka batang, dipilih bentuk segitiga karena bentuk segitiga adalah suatu bentuk yang stabil, tidak mudah berubah. Dalam struktur rangka batang, titik buhul sebagai sambungan tetap / stabil dianggap berperilaku sebagai sendi. Untuk menyambung titik buhul digunakan plat buhul. Pada struktur baja sa mbungan-sambungan mbungan-sa mbungan pada plat buhul diguna kan baut, paku keling atau las. Sedangkan pada konstruksi kayu menggunakan sambungan baut, pasak atau paku.

Gambar 2.1 Bentuk Struktur Rangka Batang Titik Buhul

Gambar 1.2 Detail salah satu sambungan


1.1 Tipe-Tipe Rangka Batang

Tipe-tipe rangka batang dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu rangka batang untuk struktur rangka atap dan rangka batang untuk struktur jembatan.

a. Tipe Rangka Batang untuk Struktur Rangka Atap

roof

Gambar 1.3 Tipe rangka batang untuk struktur rangka atap

windows

roof indows


b. Tipe Rangka Batang untuk Struktur Jembatan

(g) K-Truss Gambar 1.4 Tipe rangka batang untuk struktur jembatan


Struktur Rangka Batang Statis Tertentu

Struktur rangka batang merupakan kumpulan dari batang-batang yang mana gaya-gaya batang tersebut harus diketahui. Dalam hal ini gaya-gaya batang tersebut beberapa gaya tarik ( tensile force ) atau tekan ( compression force ).

tarik

tarik

tekan

tekan

Gambar 1.5 Gaya tarik dan tekan pada rangka batang Untuk menganalisis rangka batang perlu diketahui apakah rangka batang tersebut statis tertentu atau struktur statis tak tentu. Untuk mengetahui struktur rangka batang tersebut statis tertentu atau statis tak tentu dapat dijelaskan dengan persamaan berikut ini. b + r = 2j

(statis tertentu)

(1)

b + r > 2j

(statis tak tentu)

(2)

dimana : b : jumlah batang r : jumlah reaksi j : jumlah joint Contoh

R H R V Gambar 1.6 Rangka batang statis tertentu

Struktur di atas adalah struktur rangka batang statis tertentu, karena b = 13, r = 3, j = 8, sehingga 13 + 3 = 2 (8), 16 = 16 (rangka batang statis tertentu


Metode Keseimbangan Titik Simpul

Ada beberapa metode untuk menyelesaian struktur rangka batang statis tak tentu. Salah satunya adalah metode keseimbangan titik simpul dengan = 0 dan

Fy = 0 atau

H = 0 dan

Fx

V = 0. Untuk menjelaskan metode ini,

berikut diberikan contoh perhitungan.

Analisa Gaya Batang Metode untuk menentukan gaya-gaya pada rangka batang adalah berdasarkan pada tinjauan keseimbangan titik hubung. Pada konfigurasi rangka batang sederhana, sifat gaya batang tarik atau tekan dapat ditentukan dengan memberikan bagaimana

rangka

batang

gambaran bentuk deformasi

tersebut yang

gambaran

memikul beban, misalnya dengan memberi

mungkin terjadi pada saat struktur tersebut diberi

beban. Tetapi pada struktur rangka yang memiliki geometri yang kompleks, sifat gaya batang tidak dapat ditentukan dengan menggambarkan bentuk deformasi yang terjadi. Struktur tersebut harus dianalisis secara matematis agar diperoleh hasil yang lebih akurat.

Desain Rangka Batang

Efisiensi

Faktor efesiensi sangat berpengaruh dalam perencanaan dan pengerjaan pada konstruksi struktur rangka. Faktor ini dapat terdiri dari dua, yaitu:

1. Efisiensi Struktural

Efisiensi struktural merupakan suatu alternatif bersifat ekonomis yang bertujuan untuk meminimumkan jumlah bahan yang digunakan tanpa mengurangi kekuatan struktur, sehingga struktur tersebut mempunyai kemampuan layan yang relatif sama dari perencanaan semula.


2. Efisiensi Pelaksanaan (Konstruksi)

Efisiensi

pelaksanaan

(konstruksi)

merupakan

suatu

alternatif untuk

memudahkan dalam pengerjaan konstruksi struktur rangka batang,

misalnya dengan

membuat semua batang identik, maka perakitan elemen-elemen rangkaakan menjadi lebih mudah dibandingkan bila batang-batang yang digunakan berbeda.

Konfigurasi

Stuktur rangka batang dapat mempunyai banyak bentuk. Seperti halnya pada balok

maupun

kabel,

penentuan

dalam mendesain struktur

rangka,

konfigurasi sebelum

batang proses

merupakan analisis

tahap awal

gaya batang dan

penentuan ukuran setiap elemen struktur pada suatu bangunan dilakukan. Hal ini bertujuan agar konfigurasi rangka batang yang akan dipakai sesuai dengan bangunan yang dirancang. Beberapa bentuk konfigurasi rangka batang yang umum digunakan dapat dilihat pada Gambar II.3.


Tiang Raja

Tiang Raja Terbalik

Rangka Batang Pratt Menggantung

Rangka Batang Howe Menggantung

Rangka Batang Fink

Batang Tepi Sejajar Rangka Batang Howe

Tiang Ratu

Batang Tepi Sejajar Rangka Batang Pratt

Tiang Ratu Terbalik

Batang Tepi Sejajar R angka Batang Warren

Rangka Batang dengan Diagonal Silang dan Batang Tepi Sejajar

Menggantung

Gambar II.3 Jenis – Jenis Umum Rangka Batang (Daniel L. Schodek, 1998)

Tinggi Rangka Batang Volume total suatu struktur rangka sangat dipengaruhi oleh tinggi struktur rangka itu sendiri. Semakin tinggi suatu stuktur rangka batang, maka semakin besar struktur rangka tersebut, begitu juga sebaliknya. Sehingga,

volume


penentuan tinggi optimum rangka batang umumnya dilakukan dengan proses optimasi.

Berikut ini pedoman sederhana yang dapat dijadikan sebagai patokan awal dalam menentukan tinggi rangka batang.

Jenis Rangka Batang

Tinggi

Rangka batang dengan beban relatif ringan 1

dan berjarak dekat, misalnya: rangka batang

dari bentangan 20

atap Rangka batang kolektor sekunder yang

1

dari bentangan

10

memikul beban sedang Rangka batang kolektor primer yang memikul beban yang sangat besar

1

atau

4

1

dari bentangan 5

Tabel II.1 Pedoman Awal dalam Menentukan Tinggi Rangka Batang

Batang Tekan Suatu komponen yang mengalami gaya tekan, akibat beban terfaktor N u, menurut SNI 03-1729-2002, harus memenuhi: N u <øn . N n Dengan : N u = Beban terfaktor N n = Tahanan nominal komponen struktur tekan N n = Faktor reduksi

(II.2)


Faktor reduksi kekuatan λ n

untuk komponen struktur yang memikul gaya

tekan aksial (SNI 03-1729-2002) sebesar 0,85. Daya dukung nominal N n struktur tekan dihitung sebagai berikut: f y

(II.3)

N n A g . Dengan : A g = Luas penampang f y = Kuat leleh material

Dengan besarnya ⱷ ditentukan oleh c , yaitu: c < 0,25

Untuk

Untuk

0,25 < λ c < 1,2

maka

1

maka

λ =

(II.4.a) 1,43 1,6 0,67 c

(II.4.b)

2

Untuk Dimana,

λ c > 1,2

maka

λ c

λ = 1,25 c



f y



E

λ =k . L r Dengan :

λ = Kelangsingan komponen struktur k = Faktor panjang tekuk L = Panjang komponen struktur tekan r = Jari - jari girasi komponen struktur tekan

(II.4.c)

(II.5)

(II.6)


Komponen Struktur Tekan Tersusun Komponen struktur tekan dapat tersusun dari dua atau lebih profil, yang disatukan dengan menggunakan pelat kopel. Analisis kekuatannya harus dihitung terhadap sumbu bahan dan sumbu bebas bahan. (Agus Setiawan, 2008) Kelangsingan pada arah sumbu bahan (sumbu x) dihitung dengan:

 x



k . L x

(II.7)

r x

Dan pada arah sumbu bebas bahan (sumbu y) harus dihitung kelangsingan ideal λ

λ iy :

λ iy λ

2

m 2

2 1

(II.8)

dimana,

λ y λ

k . L y r y

dan

L1 λ1 λ r mi n

(II.9)

dimana : L x , L y

= Panjang komponen struktur tekan arah x dan arah y

k

= Faktor panjang tekuk

r x , r y , r min

= Jari - jari girasi komponen struktur tekan

m

= Konstanta yang besarnya ditentukan dalam peraturan

L1

= Jarak antar pelat kopel pada arah komponen struktur tekan


Batang Tarik Batang tarik sangat efektif dalam memikul beban. Batang

tarik

dapat

terdiri dari profil tunggal ataupun profil-profil tersusun. Menurut SNI 03-1729-2002 pasal 10.1, dinyatakan bahwa semua komponen struktur yang memikul gaya tarik aksial terfaktor sebesar T u, maka diperoleh: T u Dengan : T u T n

.T n

(II.10)

= Beban terfaktor = Tahanan nominal komponen struktur tarik

T = Faktor reduksi yang besarnya 0,9

Kondisi Leleh Bila kondisi leleh menentukan, maka tahanan nominal T n, dari batang tarik memenuhi persamaan: T n λ A g . f y dimana :

(II.11)

A g = Luas penampang f y = Kuat leleh material

Kelangsingan Struktur Tarik Untuk mengurangi masalah terkait dengan lendutan besar, maka

komponen

struktur tarik harus memenuhi syarat kekakuan. Syarat ini berdasarkan pada rasio kelangsingan, yaitu:


Dengan : λ

= Kelangsingan komponen struktur

L

= Panjang komponen struktur

r

= Jari - jari girasi

Nilai λ diambil maksimum 240 untuk batang tarik.

Analisa Rangka Batang

Stabilitas

Tahap awal pada analisis rangka batang adalah menentukan apakah rangka batang itu mempunyai konfigurasi yang stabil atau tidak. Secara umum, setiap rangka batang yang merupakan susunan bentuk dasar segitiga merupakan struktur yang stabil. Pola susunan batang yang tidak segitiga, umumnya kurang stabil yang akan runtuh apabila dibebani, karena rangka batang ini tidak mempunyai jumlah batang yang mencukupi untuk mempertahankan hubungan geometri yang tetap antara titik-titik hubungnya.

Pada suatu rangka batang, dapat digunakan batang melebihi jumlah minimum yang diperlukan untuk kestabilan. Aspek lain dalam stabilitas adalah bahwa konfigurasi batang dapat digunakan untuk menstabilkan struktur terhadap beban lateral. Salah satu cara menstabilkan struktur dengan menggunakan batang- batang kaku (bracing


Gaya Batang

Prinsip dasar dalam menganalisis gaya batang adalah bahwa setiap struktur atau setiap bagian dari setiap struktur harus berada dalam kondisi seimbang. Gaya-gaya batang yang bekerja pada titik hubung rangka batang pada semua bagian struktur harus berada dalam keseimbangan. Prinsip ini merupakan kunci utama dari analisis rangka batang. (Dian Ariestadi, 2008)

Metode Analisis Rangka Batang Untuk menyelesaikan perhitungan konstruksi rangka batang, umumnya dapat diselesaikan dengan beberapa metode sebagai berikut:

a. Cara Grafis



Metode cremona

Metode

cremona

adalah

metode

grafis

dimana

dalam

penyelesaiannya

menggunakan alat tulis dan penggaris siku (segitiga). Luigi Cremona (Italia) adalah orang yang pertama menguraikan diagram cremona tersebut. Pada metode ini, skala gambar sangat berpengaruh terhadap besarnya kekuatan batang karena kalau gambarnya terlalu kecil akan sulit pengamatannya.

b. Cara Analitis



Metode keseimbangan titik buhul

Pada analisis rangka batang dengan metode titik hubung (joint), rangka


batang dianggap sebagai gabungan batang dan titik hubung. Gaya batang diperoleh dengan meninjau keseimbangan titik-titik hubung. Setiap titik hubung harus berada dalam

keseimbangan,

sehingga

untuk menghitung gaya-gaya yang belum diketahui

digunakan Σ H = 0 dan Σ V = 0.



Metode keseimbangan potongan (ritter)

Metode keseimbangan potongan (ritter) adalah metode yang mencari gaya batang dengan potongan atau irisan analitis. Metode ini umumnya hanya memotong tiga batang mengingat hanya ada tiga persamaan statika saja, yaitu: Σ M = 0, Σ H = 0 , dan Σ V = 0. Perbedaan metode ritter dengan metode keseimbangan titik buhul adalah dalam peninjauan keseimbangan rotasionalnya. Metode keseimbangan titik buhul, biasanya

digunakan

apabila ingin mengetahui semua gaya batang. Sedangkan metode potongan biasanya digunakan apabila ingin mengetahui hanya sejumlah terbatas gaya batang.

Akan tetapi, metode elemen hingga mulai sering digunakan dalam analisa perhitungan struktur rangka batang, karena metode ini memeiliki ketelitian yang tinggi.


15

Analisa Struktur Rangka Batang

Recommend Documents