BAB 1 KONSEP PERANCANGAN STRUKTUR
1.1. Dasar Perancangan SNI – 03 – 1729 – 2002, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung. SKBI-1.3.53.1987, Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung. AISC Steel Construction Manual 13th Edition.
1.2. Kriteria Desain 1.2.1. Gambaran Umum Bangunan yang akan didesain adalah bangunan hanggar pesawat pribadi 1 lantai dimana material yang digunakan adalah baja. Bangunan hanggar pesawat ini berdimensi 18x36 m dengan luas 648 m2 dan memiliki tinggi 10 meter.
1.2.2. Pembebanan dan Material 1.2.2.1. Pembebanan Pembebanan yang akan dianalisis pada perancangan ini meliputi pembebanan mati, hidup, angin, dan hujan. 1.2.2.2. Material Material yang digunakan adalah sepenuhnya profil baja dimulai untuk kolom, balok, atap, dan sambungannya.
1.3. Sistem Struktur 1.3.1. Struktur Rangka Struktur kerangka atau skeleton terdiri atas komposisi kolom-kolom dan balok-balok. Kolom sebagai unsur vertikal berfungsi sebagai penyalur beban dan gaya menuju tanah, sedangkan balok adalah unsur horisontal yang berfungsi sebagai pemegang dan media pembagian
beban dan gaya ke kolom. Kedua unsur ini harus tahan terhadap tekuk dan lentur.
1.4. Modelisasi Perancangan dilakukan dengan menggunakan 2 metode yaitu manual dan dengan menggunakan komputer. Dalam analisis perhitungan secara manualnya
berpedoman
pada
SNI 03-1729-2002
dan
AISC
Steel
Construction Manual 13th Edition. Struktur dimodelkan pada program SAP 2000 dengan analisa 2 dimensi pada perhitungan kuda-kuda. Konsep perhitungan menggunakan LRFD (Load Factored Resistence Design).
1.5. Analisa Pembebanan 1.5.1. Beban Mati Berat sendiri elemen struktur terdiri dari berat sendiri dari elemen struktur kolom, balok, dan atap. 1.5.2. Beban Hidup 1.5.3. Kombinasi pembebanan Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan di bawah ini: 1,4D 1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H) 1,2D + 1,6 (La atau H) + (γ L L atau 0,8W) 1,2D + 1,3 W + γ L L + 0,5 (La atau H)
Keterangan: D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap. L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain.
La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak. H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air. W adalah beban angin.
1.6. Pengecekan Parameter Struktur 1.6.1. Batas Kemampuan Layan Menurut SNI 03-1729-2002 tentang tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung, sistem struktur dan komponen struktur harus direncanakan untuk keadaan kemampuan-layan batas. Lendutan akibat beban dalam keadaan kemampuan-layan batas harus ditentukan berdasarkan metode analisis elastis pada Butir 7.4 dengan semua faktor amplifikasi diambil sama dengan satu. Lendutan harus memenuhi Butir 6.4.3;
1.6.2. Batas Kelangsingan Untuk batang-batang yang direncanakan terhadap tekan, angka perbandingan kelangsingan λ=Lk/r dibatasi sebesar 200. Untuk batangbatang yang direncanakan terhadap tarik, angka perbandingan kelangsingan L/r dibatasi sebesar 300 untuk batang sekunder dan 240 untuk batang primer.
1.7. Desain Struktur Setelah bangunan dimodelkan dan dianalisis hasil serta dilakukan pengecekan parameter struktur dan hasilnya memenuhi, selanjutnya dilakukan desain sambungan.
BAB 2 MODELISASI STRUKTUR
BAB 3 PERENCANAAN GORDING
Perhitungan
atap
dibagi
menjadi
beberapa
klasifikasi
perencanaan
yaituperencanaan gording, perencanaan kuda-kuda, dan perencanaan sambungan. Secara umum, material yang digunakan untuk penutup atap adalah baja dengan kualitas A-36. Kualitas material diseragamkan dalam penggunaan gording, kuda-kuda, dan sambungan.
3.1. Gambar Desain Rencana Gording
Gambar . Desain Kuda-Kuda
Desain kuda-kuda (seperti pada gambar di atas) yang akan direncanakan yaitu merupakan tipe Modified Fan (triple fans) yang pada umumnya memiliki bentang 44 – 60 ft atau sekitar 13 – 18 meter. Desain kuda-kuda ini dirancang sebagai rangka penutup pada bangunan hanggar pesawat pribadi yang memiliki dimensi 18 x 36 m, yang desain denahnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar . Desain Rencana Bangunan Hanggar Pesawat Pribadi
3.2. Spesifikasi Umum Perencanaan
Baja Mutu Baja
: A-36
Modulus Elastisitas ( E )
: 200 GPa
Modulus Geser ( G )
: 79,3 GPa
Poisson Ratio ( μ )
: 0,26
Koefisien Pemuaian ( α )
: 12 x 10-6/oC
Tegangan Leleh ( σy )
: 250 Mpa
Tegangan Dasar ( σ )
: 152 Mpa
Tegangan Putus ( fu )
: 400 – 550 MPa
Tegangan Geser ( τ )
: 92.8 Mpa
Gording Jenis Profil
: Profil Kanal C 6 x 13
Acuan
: AISC Steel Construction Manual,13th Edition
Jarak Antar Gording
: 1,64 m
H (web channal)
15,240
cm
bf (flange channal)
5,486
cm
t1 (web thickness)
1,11
cm
t2 (flange thickness)
0,871
cm
Section area (A)
24,581
cm2
Mass per metre (W)
19,296
kg/m
Moment of inertia
Ix
720,080
cm4
Iy
43,704
cm4
Radius of gyration
rx
5,410
cm
ry
1,331
cm
Plastic modulus
Zx
119,462
cm3
Zy
22,123
cm3
Elastic modulus
Sx
94,717
cm3
Sy
10,455
cm3
Torsional constant
J
9,865
cm4
Warping constant
Cw
1930,773
cm6
Kuda-Kuda Jarak Antar Kuda-Kuda
:4m
Atap Penutup Atap
: Atap Zincalcume Lysaght Spandek AZ-150
Berat Penutup Atap
: 4,55 kg/m2
Kemiringan Atap
: 24o
3.3. Pembebanan Gording
Beban Mati/Dead Load (DL) Berat Sendiri Gording
=19,296kg/m
Berat Penutup Atap
1,64m (Jarak Gording) x 4,55 kg/m2
= 7,462kg/m
Total Beban Mati Gording (qDL)
= 26,758kg/m
Beban Pekerja (La) Berat 2 Orang Pekerja
= 200 kg
+
Beban Angin (W) P, Wind Pressure (Psf) = 0,00256 x v2 (V= wind speed in Mph) P = 0,00256 x ( 62,137)2 psf
= 48,27kg/m2
Koefisien Angin Tekan
= 0.02α – 0.4 = 0,02(24°) - 0,4 = 0,08
Angin Tekan= koefisien angin tekan x tekanan tiup angin x jarak gording = 0,08 x 48,27 kg/m2 x1,64 m = 6,333 kg/m
Koefisien Angin Hisap
= - 0,4
Angin Hisap= koefisien angin hisap x tekanan tiup angin x jarak gording = -0,4 x 48,27 kg/m2 x 1,64 m = –31,665 kg/m
Beban Hujan (Ha) Berat hujan dihitung dengan rumus
= (40 – 0.8α) kg/m2
Berat hujan
= 40 – 0,8 x 24 = 20,8 kg/m2
Beban Hujan (Ha) Berat Hujan x Jarak Gording
= 20,8 x 1,64 = 34,112 kg/m
3.4. Mekanisme Pembebanan Gording
Beban Mati/Dead Load (DL) qDL = 26,758 kg/m
Gambar 3. Skema Pembebanan akibat Dead Load (DL)
qx
= qDL x sin 24 °
= 26,758 kg/m x sin 24°
= 10,88 kg/m
qy
= qDL x cos24 °
= 26,758 kg/m x cos 24°
= 24,44kg/m
Mx
= 1/8 x qy x L2
= 1/8 x 24,44 x 42
= 48,89 kg.m
My
= 1/8 x qx x L2
= 1/8 x 10,88 x 42
= 21,77 kg.m
Vx
= 1/2 x qxx L
= 1/2 x 10,88 x 4
= 21,77 kg.m
Vy
= 1/2 x qyx L
= 1/2 x 24,44 x 4
= 48,89 kg.m
Beban Pekerja (La) Pa = 200 kg
Gambar 4. Skema Pembebanan akibat Beban Pekerja (La)
Pax
= Pa x sin 24 °
= 200 kg x sin 24°
= 81,35kg/m
Pay
= Pa x cos 24°
= 200 kg x cos 24°
= 182,71kg/m
Max = 1/4 x Pay x L
= 1/4 x 182,71 x 4
= 182,71kg.m
May = 1/4 x Pax x L
= 1/4 x 81,35 x 4
= 81,35kg.m
Vx
= 1/2 x Pax
= 1/2 x 81,35
= 91,35kg.m
Vy
= 1/2 x Pay
= 1/2 x 182,71
= 40,67kg.m
Beban Angin (W) Karena beban angin bekerja tegak lurus sumbu x maka hanya ada Mx.
Gambar 5. Skema Pembebanan akibat Beban Angin (DL)
Angin Tekan (W = 6,33 kg/m) Mx
= 1/8 x qyx L2
= 1/8 x 6,33 x 42
= 12,67kg.m
Vy
= ½ x qy x L
= ½ x 6,33 x 4
= 12,66 kg
Angin Hisap tidak diperhitungkan karena mengurangi beban struktur.
Beban Hujan (H) H = 34,112 kg/m
Gambar 6. Skema Pembebanan akibat Beban Hujan (H)
qx
= qhujan x sin 24 ° = 34,112 kg/m x sin 24°
= 13,87kg/m
qy
= qhujan x cos 24 ° = 34,112 kg/m x cos 24°
= 31,16kg/m
Mx
= 1/8 x qy x L2
= 1/8 x 31,16 x 42
= 62,33kg.m
My
= 1/8 x qx x L2
= 1/8 x 13,87 x 42
= 27,75kg.m
Vx
= 1/2 x qxx L
= 1/2 x 13,87 x 4
= 27,75kg.m
Vy
= 1/2 x qyx L
= 1/2 x 31,166 x 4
= 62,33kg.m
3.5. Kombinasi Beban Berdasarkan hasil perhitungan momen lentur didapatkan hasil sebagai berikut: Tabel . Hasil perhitungan momen akibat Pembebanan
Beban
Mx
My
Beban mati (D)
48,89
21,77
Beban pekerja (La)
182,71
81,35
Beban angin (W)
12,67
0
Beban hujan (H)
62,33
27,75
Tabel . Kombinasi Pembebanan
Kombinasi Momen
Mux (kg.m)
Muy (kg.m)
1.4D
68,44
30,47
1.2D + 1.6L + 0.5La
150,02
66,79
1.2D + 1.6L + 0.5H
89,83
39,99
1.2D + 1.6La + 0.8W
351,00
166,41
1.2D + 1.6H + 0.8W
158,39
80,65
1.2D + 1.3W + 0.5La
150,02
83,26
1.2D + 1.3W + 0.5H
89,83
56,46
Sehingga didapat nilai momen ultimate : Mux = 351,00 kg.m Muy = 166,41 kg.m Syarat: Mu ≤ ф .Mn (dimana ф = 0.9 dan Mn = Kuat lentur nominal penampang) Mux ≤ ф .Mnx 351,00 x 104 N.mm ≤ 0.9 x Mnx Mnx ≥ 390,00 x 104 N.mm Muy ≤ ф .Mny 166,41 x 104 N.mm ≤ 0.9 x Mny Mny ≥ 184,9 x 104 N.mm
Jika Mn = Mp, Mp = σy.Z (σy A-36 = 250 MPa) Mpx = σy.Zx 390,00 x 104 N.mm = 250 N/mm2 . Zx Zx = 15.600 mm3 = 15,60 cm3
Zxbeban< Zxprofil → profil sesuai!
Mpy = σy.Zy 312,63 x 104 N.mm = 250 N/mm2 . Zy Zy = 7.396 mm3 = 7,40 cm3
Zybeban< Zyprofil → profil sesuai!
3.6. Perencanaan Profil untuk Gording Dari profil yang dipilih, dilakukan pengecekan apakah profil tersebut memiliki kategori compact, non-compact, ataupun slender. Pengecekan dilakukan baik pada sumbu kuat ataupun sumbu lemah. Berikut adalah tabel dari rasio kelangsingan (slenderness ratio) untuk jenis profil kanal C. Tabel . Slenderness Ratio
Element
λ
λp
Λr
Flange
√ ⁄
√ ⁄
Web
√ ⁄
√ ⁄
Flange (sayap)
√ ⁄
√
λ ≤ λp (compact shape)
Web (badan)
√ ⁄
√
λ ≤ λp (compact shape)
Jika ditinjau dari sumbu kuatnya, profil yang dipilih termasuk profil compact.
Kontrol terhadap Lateral Torsional Buckling Lb = 4000 mm √
√
karena Lp< Lb maka kondisi plastis tidak tercapai sehingga Mn akan mengalami reduksi.
( )
(√
(
( )
) (
)
(√
(
)
((
)
)(
( ) √
)(
)
)(
(
)
)
)
√
di mana: fL
= fy – fr
fr
= tegangan tekan residual = 70 Mpa
fL
= (250–70) Mpa = 180 Mpa
sehingga : (
) (
) √
√
(
) (
)
karena Lp< Lb< Lrinelastic lateral torsional buckling (zona II)
Perhitungan untuk Cb Berdasarkan SNI Baja Pasal 8.3.1, Cb dihitung dengan rumus
Dengan MA = momen sejarak seperempat bentang MB = momen di tengah bentang MC = momen sejarak tiga per empat bentang Nilai Cb tidak lebih dari 2,3
Untuk itu, diperlukan perhitungan MA, MB dan MC akibat kombinasi pembebanan 1.2D + 1.6La + 0.8W. Perhitungan nilai Cb akibat beban terbagi merata dan beban terpusat disajikan sebagai berikut
Gambar . Analisis nilai Cb akibat beban terbagi merata
Gambar 8. Analisis nilai Cb akibat beban terpusat
Sehingga, didapatkan nilai momennya
Beban Mati (D) Momen terhadap sumbu x qy = 24,44 kg/m MA = MC = (3/32) x (24,44) x 42 = 36,67 kg.m MB= (1/8) x (24,44) x 42 = 48,887 kg.m Momen terhadap sumbu y qx = 10,88kg/m MA = MC = (3/32) x (10,88) x 42 = 16,33 kg.m MB= (1/8) x (10,88) x 42 = 21,77 kg.m
Beban Pekerja (La) Momen terhadap sumbu x Py= 182,71kg MA = MC = (1/8) x (182,71) x 4 = 91,35 kg.m MB= (1/4) x (182,71) x 4 = 182,71 kg.m Momen terhadap sumbu y Px = 81,35 kg MA = MC = (1/8) x (81,35) x 4 = 40,67kg.m MB= (1/4) x (81,35) x 4 = 81,35 kg.m
Beban Angin (W) Momen terhadap sumbu x qy = 6,33kg/m MA = MC = (3/32) x (6,33) x 42= 9,49 kg.m MB= (1/8) x (6,33) x 42 = 12,6 kg.m Momen terhadap sumbu y q=0 MA = MC = 0 kg.m MB= 0 kg.m
Sehingga, dengan kombinasi pembebanan yang ada didapat nilai MA, MB dan MC MAx = MCx
= 1.2D + 1.6La + 0.8W = 1.2(36,67) + 1.6(91,35) + 0.8(9,49) = 197,77 kg.m
MAy = MCy
= 1.2D + 1.6La + 0.8W = 1.2(16,33) + 1.6(40,67) + 0.8(0) = 84,87 kg.m
Mmax x = MBx
= 361,134 kg.m
Mmax y = MBy
= 156,27kg.m
Maka, dapat diperoleh nilai Cb
( (
)
(
) )
(
( (
)
(
)
(
)
) )
(
)
(
)
Dari nilai Cb, dapat dicari kuat nominal terhadap lenturnya, yaitu [
(
)(
)]
(
)
(
)
(
)
(
)
[
(
)(
)]
=
Maka kuat nominal tereduksinya фMnx = 0.9 x
= 19.928.790N.mm
фMny = 0.9 x
= 5.563.493 N.mm
sedangkan Mux = 3.510.012 N.mm Muy = 1.664.084 N.mm Karena фMnx > Mux dan фMny > Muy, maka profil ini kuat terhadap lateral torsional buckling.
Kontrol akhir momen (yang disebabkan momen tidak simetris)
0,478< 1, maka profil ini aman!
Kontrol Terhadap Geser Tabel 3. Hasil perhitungan gaya geser akibat Pembebanan
Beban
Vx
Vy
Beban mati (D)
10,88336
24,44444
Beban pekerja (La)
81,34733
182,7091
Beban angin (W)
0
6,333024
Beban hujan (H)
13,8746
31,16286
Kombinasi V
Vux (kg)
Vuy (kg)
1.4D
30,47342
68,44442
1.2D + 1.6L + 0.5La
71,79735
79,00348
1.2D + 1.6L + 0.5H
39,99468
89,82951
1.2D + 1.6La + 0.8W
172,2873
133,8774
1.2D + 1.6H + 0.8W
80,65163
168,5206
1.2D + 1.3W + 0.5La
88,26321
95,46934
1.2D + 1.3W + 0.5H
56,46054
106,2954
Maximum
172,2873
168,5206
Lintang maksimum Vux = 172,2873 kg Vuy = 168,5206 kg Perhitungan ini didasarkan pada SNI baja Pasal 8.8.2 λ=
=
√ Karena фVnx
= 13,73
√ √
maa digunakan rumus kuat geser pada pasal 8.8.3
= ф x 0.6 x fy x Aw
фVny
= ф x 0.6 x fy x Af
= 0.9 x 0.6 x 250 x 1498,28
= 0.9 x 0.6 x 250 x 955,66
= 202267,8 N
= 129014,1 N
Karena фVnx> Vux dan фVny> Vuy, profil yang digunakan aman terhadap kuat geser
Kontrol terhadap Lendutan Ijin
Lendutan Izin
Sehingga Lendutan Izin (√
)
Lendutan total ∑
∑
(√
)
δijin (memenuhi)
BAB 4 PERENCANAAN KUDA-KUDA
4.1. Gambar Desain Rencana Kuda-Kuda Proses desain diawali dengan menentukan desain struktur dan material yang akan digunakan sebagai material kuda-kuda. Bentang kuda-kuda dan tinggi kuda-kuda disesuaikan dengan bentang melintang bangunan.
Gambar. Desain perencanaan kuda-kuda
4.2. Spesifikasi Profil Rangka Kuda-Kuda Sebagai struktur utama kuda-kuda digunakan profil baja siku ganda 2L 2x2x1/8 inch dan 2L 2x2x3/16 inch. Berikut spesifikasi dari profil yang dipilih secara mendetail beserta sambungan dan pelat penyambung,
Gambar. Profil kuda-kuda yang digunakan
Tabel . Data profil baja rangka kuda-kuda
Profil yang digunakan W Ag b d t Ix rx ry Fy x Fu Tebal Gusset Bolt D bolt D hole A bolt Spacing
Double-angle 2L 2 x 2 x 1/8 Double-angle 2L 2 x 2 x inch 3/16 inch 4,973 kg/m 7,293 kg/m 2 633,547 mm 929,03 mm2 50,8 mm 50,8 mm 50,8 mm 50,8 mm 3,175 mm 4,763 mm 4 157335,479 mm 225181,201 mm4 15,748 mm 15,545 mm 20,777 mm 21,107 mm 250 MPa 250 MPa 13,564 mm 14,249 mm 400-550 MPa 400-550 MPa 0,635 cm 0,635 cm Diasumsikan perkuatan 3 baut dalam 1 A307 baris 12,7 mm 12,7 mm 15,875 mm 15,875 mm 2 126,613 mm 126,613 mm2 40 mm 40 mm
4.3. Pembebanan Kuda-kuda Simulasi pembebanan dikelompokkan menjadi beban mati, beban hidup, beban hujan, dan beban angin. Beban mati pada atap dikelompokkan menjadi dua, yaitu beban mati atas dan beban mati bawah. Beban mati atas terdiri dari berat penutup atap (gording dan penutup atap). Beban mati bawah terdiri dari berat sendiri kuda-kudadan berat penggantung plafond (tidak menggunakan plafond.
Tabel 5. Spesifikasi penutup atap
Spesifikasi Jenis Penutup Atap Zincalcume Lysaght Spandek AZ-150 Berat Penutup Atap 4,55 kg/m2 Jarak Gording 1,64 m Berat Penggantung Langit-Langit 7 kg/m2 Jarak Antar Kuda-Kuda 4 m Kemiringan atap α 24 Derajat
Beban Mati (DL) Beban Mati Atas Beban-beban mati yang berada di atas kuda-kuda akan ditransfer menjadi beban titik. Adapun distribusi beban mati atas ialah sebagai berikut:
Gambar 10. Distribusi pembebanan penutup atap dan gording
Tengah :
Ujung :
(
)
Beban Mati Bawah Beban mati bawah terdiri dari berat kuda-kuda sendiri, berat penggantung plafond (tidak memakai langit-langit). Profil kuda-kuda yang dipakai adalah profil double-angle : 2L (2 x 2 x 1/8) inch dan 2L (2 x 2 x 3/16). Setiap batang kuda-kuda mempunyai panjang yang berbedabeda, maka diperlukan perhitungan khusus. Setiap titik kumpul menanggung beban setengah bagian rangka bagian kanan dan kirinya. Beban yang didistribusikan ke masing-masing titik merupakan berat dari batang di sekitarnya, berikut adalah contoh distribusinya:
-
Titik A merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 1 dan 9.
-
Titik B merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 1, 2, 9, 10, 28, dan berat penuh dari batang 21.
-
Titik C merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 2, 3, 10, 11, 28, 29, dan berat penuh dari batang 22.
Gambar . Rangka batang kuda-kuda
Berat dari masing-masing batang diperoleh dari berat batang per meter dikalikan dengan panjang batang sendiri. Adapun distribusi penggunaan profil baja terdapat pada gambar berikut ini.
Gambar . Pemilihan profil baja untuk rangka kuda-kuda
Batang atas
: 2L 2x2x3/16 inch
Batang bawah
: 2L 2x2x1/8 inch
Batang tegak
: 2L 2x2x1/8 inch
Batang diagonal
: 2L 2x2x3/16 inch
Adapun panjang dari masing-masing batang adalah sebagai berikut. Tabel 6. Panjang Masing-Masing Batang
Batang 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Panjang (m) 1,5 1,5 3 3 3 3 1,5 1,5 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64
(
Batang 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Panjang (m) 1,64 0,67 1,33 2,67 4 2,67 1,33 0,67 1,64 2,5 2,5 3,65 3,65 3,65 3,65 2,5 2,5 1,64
)
Tengah
:
Ujung
:
( )
( (
)
) (
)
Tabel . Beban Mati Bawah Tiap Titik
TITIK A B C D E F G H I
BERAT PLAFOND (kN) 0,21 0,42 0,63 0,84 0,84 0,84 0,63 0,42 0,21
BERAT KUDAKUDA (kN) 0,0971 0,2873 0,4486 0,6258 0,7339 0,6258 0,4486 0,2873 0,0971
TOTAL BEBAN BAWAH 0.31 0.71 1.08 1.47 1.57 1.47 1.08 0.71 0.31
Sehingga pembebanan struktur kuda-kuda akibat Dead Load menjadi seperti berikut ini:
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Dead Load (DL)
Beban Pekerja (La) Untuk beban pekerja digunakan berat 2 orang ditambah berat peralatan dengan total berat 200 kg. Pembebanan yang terjadi pada kuda-kuda akibat beban pekerja (La) ditampilkan sebagai berikut.
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Beban Pekerja (La)
Beban Angin (W) Beban angin terdiri dari 2 jenis, yaitu beban angin tekan (yang datang menuju atap) dan beban angin hisap (yang menjauhi atap dan bersifat menghisap/mengangkat atap).Tekanan tiup angin = 48,27 kg/m2 Angin Muka ( (
) )
Angin Belakang
Setelah mengetahui besarnya beban angin untuk setiap luasan, maka apabila beban-beban tersebut ditransfer menuju rangka kuda-kuda, terdapat dua proyeksi beban anginnya, yaitu proyeksi vertikal dan proyeksi horizontal. Berikut perhitungannya. o
Proyeksi Vertikal Beban Angin Angin Muka
Angin Belakang
o
Proyeksi Horizontal Beban Angin Angin Muka
Angin Belakang
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Beban Angin (W)
Beban Hujan (H) Beban hujan yang jatuh di atas atap akan membebani kuda-kuda yang penyaluran bebannya tergantung dari kemiringan atap. Berat hujan dihitung dengan rumus (40 – 0,8α) kg/m2. Berikut penentuan beban atap akibat hujan. (
)
Tengah : (
Ujung :
)
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Beban Hujan (H)
4.4. Gaya Dalam Aksial Tiap Batang Berdasarkan pembebanan pada sub-bab sebelumnya, dapat digambarkan diagram gaya dalam aksial sehingga diperoleh nilai gaya-gaya dalam batang dan sifatnya (tarik-tekan). Berikut gambar maupun ringkasan gaya-gaya dalam tiap batang.
Akibat Dead Load (DL)
Gambar . Gaya dalam aksial kuda-kuda akibat Dead Load (DL)
Akibat Beban Pekerja (La)
Gambar . Gaya dalam aksial kuda-kuda akibat Beban Pekerja (La)
Akibat Beban Angin (W)
Gambar . Gaya dalam aksial kuda-kuda akibat Beban Angin (W)
Akibat Beban Hujan (H)
Gambar . Gaya dalam aksial kuda-kuda akibat Beban Hujan (H)
Tabel . Gaya dalam aksial batang akibat pembebanan Gaya Dalam Aksial Batang (kN)
Batang Miring (Kanan)
Batang Miring (Kiri)
Batang Tegak
Batang Atas (kanan) Batang Atas (Kiri)
Batang Bawah
Lokasi
Batang
Panjang (m)
DL (Dead Load)
La (Pekerja)
W (Angin)
H (Hujan)
1
1,5
22.47
24.75
0.72
16.96
2
1,5
22.47
24.75
0.72
16.96
3
3
18.16
20.25
0.07
13.87
4
3
14.21
15.75
-0.58
10.79
5
3
14.21
15.75
-2.47
10.79
6
3
18.16
20.25
-5.6
13.87
7
1,5
22.47
24.75
-8.73
16.96
8
1,5
22.47
24.75
-8.73
16.96
9
1,64
-24.59
-27.09
3.47
-18.55
10
1,64
-22.38
-24.62
3.7
-16.87
11
1,64
-22.38
-24.62
3.58
-16.87
12
1,64
-17.96
-19.7
4.17
-13.49
13
1,64
-17.96
-19.7
4.05
-13.49
14
1,64
-13.5
-14.77
4.65
-10.12
15
1,64
-13.5
-14.77
4.4
-10.12
16
1,64
-17.96
-19.7
7.26
-13.49
17
1,64
-17.96
-19.7
6.69
-13.49
18
1,64
-22.38
-24.62
9.55
-16.87
19
1,64
-22.38
-24.62
8.98
-16.87
20
1,64
-24.59
-27.09
10.12
-18.55
21
0,67
0.71
0
0
0
22
1,33
-1.08
-2
-0.29
-1.37
23
2,67
-1.08
-2
-0.29
-1.37
24
4
9.89
10
-2.76
6.85
25
2,67
-1.08
-2
1.39
-1.37
26
1,33
-1.08
-2
1.39
-1.37
27
0,67
0.71
0
0
0
28
1,64
-2.21
-2.46
-0.36
-1.69
29
2,5
3.82
3.75
0.54
2.57
30
2,5
-2.92
-3.75
-0.54
-2.57
31
3,65
5.36
5.48
0.79
3.76
32
3,65
-4.56
-5.48
-0.79
-3.76
33
3,65
-4.56
-5.48
3.81
-3.76
34
3,65
-1.08
5.48
-3.81
3.76
35
2,5
-2.92
-3.75
2.61
-2.57
36
2,5
3.82
3.75
-2.61
2.57
37
1,64
-2.21
-2.46
1.71
-1.69
Tabel . Gaya dalam aksial batang setelah dilakukan kombinasi pembebanan
Lokasi
Batang
Kombinasi Pembebanan
Panjang (m)
(Kiri) (Kanan)
Batang Miring
Batang Miring
Batang Tegak
Batang Atas (kanan)
Batang Atas (Kiri)
Batang Bawah
1,4 D
1,2 D+1,6L+ 1,2 D+1,6L+
1,2D+1,6La+
1,2D+1,6H+
1,2D+1,3W+
1,2D+1,3W+
0,5La
0,5Ha
0,8W
0,8W
0,5La
0,5H
67.14
54.676
40.275
36.38
1
1.5
31.458
39.339
27.464
2
1.5
31.458
39.339
27.464
67.14
54.676
40.275
36.38
3
3
25.424
31.917
22.292
54.248
44.04
32.008
28.818
4
3
19.894
24.927
17.552
41.788
33.852
24.173
21.693
5
3
19.894
24.927
17.552
40.276
32.34
21.716
19.236
6
3
25.424
31.917
22.292
49.712
39.504
24.637
21.447
7
1.5
31.458
39.339
27.464
59.58
47.116
27.99
24.095
8
1.5
31.458
39.339
27.464
59.58
47.116
27.99
24.095
9
1.64
-34.426
-43.053
-29.008
-70.076
-56.412
-38.542
-34.272
10
1.64
-31.332
-39.166
-26.356
-63.288
-50.888
-34.356
-30.481
11
1.64
-31.332
-39.166
-26.356
-63.384
-50.984
-34.512
-30.637
12
1.64
-25.144
-31.402
-21.052
-49.736
-39.8
-25.981
-22.876
13
1.64
-25.144
-31.402
-21.052
-49.832
-39.896
-26.137
-23.032
14
1.64
-18.9
-23.585
-15.7
-36.112
-28.672
-17.54
-15.215
15
1.64
-18.9
-23.585
-15.7
-36.312
-28.872
-17.865
-15.54
16
1.64
-25.144
-31.402
-21.052
-47.264
-37.328
-21.964
-18.859
17
1.64
-25.144
-31.402
-21.052
-47.72
-37.784
-22.705
-19.6
18
1.64
-31.332
-39.166
-26.356
-58.608
-46.208
-26.751
-22.876
19
1.64
-31.332
-39.166
-26.356
-59.064
-46.664
-27.492
-23.617
20
1.64
-34.426
-43.053
-29.008
-64.756
-51.092
-29.897
-25.627
21
0.67
0.994
0.852
1.352
0.852
0.852
0.852
0.852
22
1.33
-1.512
-2.296
-0.796
-4.728
-3.72
-2.673
-2.358
23
2.67
-1.512
-2.296
-0.796
-4.728
-3.72
-2.673
-2.358
24
4
13.846
16.868
12.368
25.66
20.62
13.28
11.705
25
2.67
-1.512
-2.296
-0.796
-3.384
-2.376
-0.489
-0.174
26
1.33
-1.512
-2.296
-0.796
-3.384
-2.376
-0.489
-0.174
27
0.67
0.994
0.852
1.352
0.852
0.852
0.852
0.852
28
1.64
-3.094
-3.882
-2.152
-6.876
-5.644
-4.35
-3.965
29
2.5
5.348
6.459
5.084
11.016
9.128
7.161
6.571
30
2.5
-4.088
-5.379
-3.004
-9.936
-8.048
-6.081
-5.491
31
3.65
7.504
9.172
6.932
15.832
13.08
10.199
9.339
32
3.65
-6.384
-8.212
-4.972
-14.872
-12.12
-9.239
-8.379
33
3.65
-6.384
-8.212
-4.972
-11.192
-8.44
-3.259
-2.399
34
3.65
-1.512
1.444
-0.796
4.424
1.672
-3.509
-4.369
35
2.5
-4.088
-5.379
-3.004
-7.416
-5.528
-1.986
-1.396
36
2.5
5.348
6.459
5.084
8.496
6.608
3.066
2.476
37
1.64
-3.094
-3.882
-2.152
-5.22
-3.988
-1.659
-1.274
4.5. Pemeriksaan Batang Pemeriksaan batang dilakukan terhadap beban terbesar pada batang-batang bawah, atas, tegak dan melintang, dari tabel kita dapatkan beban terbesar :
Batang Bawah
= 67,14 kN
Batang Atas
= 70,076 kN (tekan)
Batang Tegak
= 25,66 kN
Batang Diagonal
= 15,832 kN (tarik)
(tarik)
(tarik)
1. Batang Bawah (Cek terhadap Tarik) a.
Cek kekakuan batang tarik Pada batang bawah, panjang batang terbesar (L) adalah = 3000 mm. Syarat kekakuan batang tarik adalah < 240 (untuk batang primer)
b.
jadi batang memenuhi persyaratan kekakuan.
Yielding Strength Yielding Strength yang dihitung merupakan kekuatan dari profil dua siku. (
)
(
) kN
c. Fracture Strength (
) ( )
( (
(
)
) )
d. Block Shear Strength Jenis Kegagalan Block Shear dapat terjadi pada member yang memiliki ketebalan kurang dari member lain pada sambungan. Jika disambung menggunakan gusset plate, maka perlu dilakukan pengecekan ketebalan. Karena 2 tmember
≥
tgusset
plate,
maka
diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.
(
)
(
)
maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield [
] [
(
)]
(
)]
upper limit [
] [ kN
jadi block shear strength = 110,826 kN
Karena
beban aksial ultimate.
batang dapat menahan
2.
Batang Atas (Cek terhadap Tekan) a.
Cek kekakuan batang tekan Pada batang atas, panjang batang terbesar (L) adalah = 1640 mm Syarat kekakuan batang tekan adalah < 240
b.
(
)
Mencari nilai c
√
√
Karena 0.25 <c < 1.2 , maka: (
c.
Mencari fcr
e.
Design Strength [
Karena,
(
)
]
)
[
yaitu
]
atang dapat
menahan beban aksial ultimate.
3.
Batang Vertikal (Cek terhadap Tarik) a.
Cek kekakuan batang tarik Pada batang vertikal, panjang batang terbesar (L) adalah = 4000 mm. Syarat kekakuan batang tarik adalah < 240 (untuk batang primer)
Batang tidak memenuhi persyaratan, oleh karena itu pada sumbu x diberikan lateral support pada jarak 2 m, sehingga menjadi
Batang memenuhi persyaratan.
b.
Yielding Strength Yielding Strength yang dihitung merupakan kekuatan dari profil dua siku. (
)
(
) kN
c.
Fracture Strength (
) ( )
(
(
)
(
d.
)
)
Block Shear Strength Jenis Kegagalan Block Shear dapat terjadi pada member yang memiliki ketebalan kurang dari member lain pada sambungan. Jika disambung menggunakan gusset plate, maka perlu dilakukan pengecekan ketebalan. Karena 2 tmember
≥
tgusset
diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.
( (
) )
plate,
maka
maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield [
] [
(
)]
(
)]
upper limit [
] [ kN
jadi block shear strength = 110,826 kN
Karena
batang dapat menahan
beban aksial ultimate.
4.
Batang Diagonal (Cek terhadap Tarik) a.
Cek kekakuan batang tarik Pada batang diagonal, panjang batang terbesar (L) adalah = 3650 mm. Syarat kekakuan batang tarik adalah < 240 (untuk batang primer)
b.
jadi batang memenuhi persyaratan kekakuan.
Yielding Strength Yielding Strength yang dihitung merupakan kekuatan dari profil dua siku. (
)
(
) kN
c.
Fracture Strength (
) ( )
(
(
)
(
d.
)
)
Block Shear Strength Jenis Kegagalan Block Shear dapat terjadi pada member yang memiliki ketebalan kurang dari member lain pada sambungan. Jika disambung menggunakan gusset plate, maka perlu dilakukan ≥ tgusset
pengecekan ketebalan. Karena 2 tmember
diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.
(
)
(
)
maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield [
] [
(
)]
plate,
maka
upper limit [
] [
(
)]
kN
jadi block shear strength = 110,826 kN
Karena
batang
dapat
menahan beban aksial ultimate.
4.6. Pemeriksaan Baut Baut diasumsikan diperbolehkan untuk terjadi slip dan sama pada setiap batang, sehingga pemeriksaan baut menggunakan batang dengan beban terbesar sebesar 67,14 kN. Baut diasumsikan bermutu A-307 dan banyaknya baut adalah 3 baut dalam 1 baris. Pemeriksaan baut : 1.
Shear Strength
Single Shear Strength (
)
(
)
Double Shear Strength (
)
(
2.
)
Bearing Strength Profil 2x2x1/8
Member (1 siku) – tmember = 0.64 cm Ujung member ( (
) )
(
)
(
(
) )
(
)
56,739 kN
Tengah member
(
)
(
)
(
) (
)
62,043 kN
Total Bearing Strength
(dua siku)
Profil 2x2x3/16
Member (1 siku) – tmember = 0.64 cm Ujung member (
)
(
)
(
) (
(
) )
(
85,118 kN
)
Tengah member
(
)
(
)
(
) (
)
93,075 kN
Total Bearing Strength
(dua siku)
3.
Bearing Strength gusset plate
Member (1 siku) – tmember = 0,64 cm Ujung gusset (
)
(
)
(
) (
) )
(
56,739 kN
Tengah member
( )
(
) (
(
)
) (
)
62,043 kN
Total Bearing Strength
Jadi, kekuatan sambungan dari struktur kuda-kuda adalah sebesar 96,118 kN, sementara gaya batang tarik terbesar pada struktur adalah sebesar 67,14 kN. Karena itu, profil baut cukup kuat untuk dijadikan sambungan dari struktur kuda-kuda.
4.7. Pemeriksaan Lendutan Besar lendutan di tengah bentang kuda-kuda dicari dengan metode virtual work yaitu: ∑ (Hibbler, Structural Analysis, p.303) dimana : 1 =
beban 1 satuan (virtual) yang diletakkan pada titik yang akan dicari besar lendutannya (kg)
Δ =
besar lendutan yang terjadi pada suatu titik (m)
N =
gaya dalam batang akibat gaya luar (kg)
n =
gaya dalam batang akibat beban 1 satuan (kg)
L =
panjang batang (m)
A =
luas permukaan profil batang (cm2)
E =
modulus elastic profil batang (kg/cm2)
Gaya dalam batang akibat gaya luar yang digunakan adalah gaya dalam yang diambil dari penjumlahan beban mati dan beban hidup, karena 2 beban tersebut diasumsikan yang paling memberikan beban terbesar dan beban yang selalu ada. Sedangkan gaya dalam akibat gaya 1 satuan diletakkan pada tengah bentang bawah kuda-kuda. Untuk mempermudah perhitungan, digunakan tabulasi dari nilai-nilai diatas sehingga diperoleh total dari masingmasing nilai. Berikut adalah perhitungan dari lendutan,
Gambar . Gaya dalam akibat beban 1 satuan pada tengah bentang
Tabel . Pemeriksaan Lendutan
Batang
N (kN)
n (kN)
L
NxnxL
A x E (kN)
(N x n x L)/(A x E)
1
78.64
1.13
1.5
133.2948
1406448.8
0.095
2
78.64
1.13
1.5
133.2948
1406448.8
0.095
3
63.41
1.13
3
214.9599
1406448.8
0.153
4
49.99
1.13
3
169.4661
1406448.8
0.120
5
49.99
1.13
3
169.4661
1406448.8
0.120
6
63.41
1.13
3
214.9599
1406448.8
0.153
7
78.64
1.13
1.5
133.2948
1406448.8
0.095
8
78.64
1.13
1.5
133.2948
1406448.8
0.095
9
-86.06
-1.23
1.64
173.600232
1406448.8
0.123
10
-78.59
-1.23
1.64
158.531748
1406448.8
0.113
11
-78.59
-1.23
1.64
158.531748
1406448.8
0.113
12
-62.89
-1.23
1.64
126.861708
1406448.8
0.090
13
-62.76
-1.23
1.64
126.599472
1406448.8
0.090
14
-48.07
-1.23
1.64
96.966804
1406448.8
0.069
15
-48.07
-1.23
1.64
96.966804
1406448.8
0.0689
16
-62.76
-1.23
1.64
126.599472
1406448.8
0.090
17
-62.89
-1.23
1.64
126.861708
1406448.8
0.090
18
-78.59
-1.23
1.64
158.531748
1406448.8
0.113
19
-78.59
-1.23
1.64
158.531748
1406448.8
0.113
20
-86.06
-1.23
1.64
173.600232
1406448.8
0.123
21
2.98
0
0.67
0
1406448.8
0
22
-3.08
0
1.33
0
1406448.8
0
23
-3.02
0
2.67
0
1406448.8
0
24
35.97
0
4
0
1406448.8
0
25
-3.02
0
2.67
0
1406448.8
0
26
-3.08
0
1.33
0
1406448.8
0
27
2.98
0
0.67
0
1406448.8
0
28
-7.46
0
1.64
0
1406448.8
0
29
14.02
0
2.5
0
1406448.8
0
30
-9.89
0
2.5
0
20320
0
31
17.93
0
3.65
0
20320
0
32
-14.76
0
3.65
0
3810
0
33
-14.76
0
3.65
0
1265343534
0
34
17.93
0
3.65
0
18287963.42
0
35
-9.89
0
2.5
0
5994.4
0
36
14.02
0
2.5
0
32774128
0
37
-7.46
0
1.64
0
10312.4
0
Maka, defleksinya adalah : ∆= Menurut SNI 03-1729-2002, lendutan ijin untuk balok biasa adalah L/240, dengan nilai L adalah panjang bentang terbesar rangka batang yaitu 18 m.
∆ijin = ⁄
⁄
Karena ∆ < ∆ijin, maka lendutan yang terjadi pada rangka batang memenuhi persyaratan.
BAB 5 PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA (KOLOM DAN BALOK)
5.1. Perencanaan Kolom Berdasarkan perhitungan reaksi perletakan pada kuda-kuda, didapatkan nilai gaya aksial ultimate dan gaya geser ultimate sebagai berikut: Pu = -33,51 kN = -3351 kg Vu = 3,20 kN = 320 kg
5.1.1. Properti Kolom Rencana Direncanakan Hanggar Pesawat ini dibangun dengan menggunakan kolom baja dengan profil WF 150 x 150 x 7 x 10
WF 150 x 150 x 7 x 10 d 150 mm bf 150 mm tw 7 mm tf 10 mm r 11 mm H2 108 mm A 40,1 cm2 w 31,51 kg/m Ix 1640 cm4 Iy 563 cm4 rx 6,39 cm ry 3,75 cm Sx 219 cm3 Sy 75 cm3 Zx 240 cm3 Zy 114 cm3 bf/2tf 7,5 h/tw 15,43
Mutu Baja = A36 Fu = 450 MPa Fy = 240 Mpa Fr = 70 Mpa
5.1.2. Kontrol Kelangsingan Penampang Kolom Untuk melakukan kontrol terhadap kekuatan kolom, terlebih dahulu dilakukan pengontrolan terhadap elemen dari profil WF yang terjadi pada flange dan web untuk menentukan apakah penampang kompak atau tidak.
Pada Flange √ √
OKE!
Pada Web √ √
OKE!
5.1.3. Kontrol Terhadap Tekuk Kontrol tekuk dilakukan untuk melihat apakah gaya aksial ultimate yang berasal dari kuda-kuda dapat menyebabkan tekuk pada kolom rencana atau tidak. Adapun pengontrolan terhadap tekuk dilakukan pada dua sumbu, yaitu sumbu kuat (sumbu-x) dan sumbu lemah (sumbu-y) pada penampang kolom ini.
Sumbu Kuat (Sumbu-x) (K diasumsikan 1,0 untuk perletakan sendi-sendi)
√ √
Untuk
> 1,2 digunakan rumus
<1
x
= 1,25
2
OKE!
Sumbu Lemah (Sumbu-y) (K diasumsikan 1,0 untuk perletakan sendi-sendi)
Karena rasio kelangsingan >200, maka diharuskan adanya lateral support pada kolom, sehingga desain rencana kolomnya yaitu dengan bentang bersih 5 m, sehingga menjadi
√ √
Untuk
> 1,2 digunakan rumus
y
= 1,25
<1
2
OKE!
5.1.4. Kontrol Terhadap Kuat Geser Kontrol terhadap kuat geser dilakukan untuk melihat apakah profil mengalami keruntuhan akibat gaya geser atau tidak. Adapun perhitungannya direncanakan sebagai berikut. √ √
Penampang berada pada zona 1
Vn
= 0,6 Fy Aw = 0,6 x 250 x (108 x 7) = 113,4 kN
Vu < ØVn 3,20 < 0,9 x 113,4 3,2 kN < 102,06 kN
OKE!
5.2. Perencanaan Balok (Ringbalk) Ringbalk berfungsi sebagai balok pengikat kolom pada sistem portal, sehingga beban yang dipikul hanya beban geser dari perletakan pada ujung kolom (menjadi beban aksial pada balok).
5.2.1. Properti Ringbalk Rencana Ringbalk yang digunakan pada struktur ini menggunakan baja profil WF 100 x 100 x 6 x 8
WF 100 x 100 x 6 x 8 d bf tw tf r H2 A w Ix Iy rx ry Sx Sy Zx Zy bf/2tf h/tw
100 100 6 8 10 64 21,9 17,19 383 134 4,18 2,47 77 27 84 41 6,25 10,67
mm mm mm mm mm mm cm2 kg/m cm4 cm4 cm cm cm3 cm3 cm3 cm3
Mutu Baja = A36 Fu = 450 MPa Fy = 240 Mpa Fr = 70 Mpa
5.2.2. Kontrol Kelangsingan Penampang Ringbalk Untuk melakukan kontrol terhadap kekuatan ringbalk, terlebih dahulu dilakukan pengontrolan terhadap elemen dari profil WF yang terjadi pada flange dan web untuk menentukan apakah penampang kompak atau tidak.
Pada Flange √ √
OKE!
Pada Web √ √
OKE!
5.2.3. Kontrol Terhadap Tekuk Kontrol tekuk dilakukan untuk melihat apakah gaya aksial ultimate dapat menyebabkan tekuk pada ringbalk rencana atau tidak. Adapun pengontrolan terhadap tekuk dilakukan pada sumbu kuat (sumbu-x) saja.
Sumbu Kuat (Sumbu-x) (K diasumsikan 1,0 untuk perletakan sendi-sendi)
√ √
Untuk
> 1,2 digunakan rumus
x
= 1,25
2
<1
OKE!
5.2.4. Kontrol Terhadap Geser √ √
Penampang berada pada zona 1
Vn = 0,6 Fy Aw = 0,6 x 250 x (84 x 6) = 75,6 kN
Vu < ØVn 33,166 kN < 0,9 x 75,6 33,166 kN < 68,04 kN
OKE!
5.2.5. Kontrol Terhadap Lendutan Kontrol terhadap lendutan dilakukan untuk melihat apakah lendutan yang terjadi pada balok melebihi lendutan izin atau tidak. Δizin = Δ=
mm Mmax =
Δ = 11,111 mm < Δizin = 0,748 mm
= 0,748 mm OKE!
BAB 6 PERENCANAAN PONDASI SAMBUNGAN
